JP3329632B2 - マイクロウェーブ用の誘電体セラミック組成物 - Google Patents

マイクロウェーブ用の誘電体セラミック組成物

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JP3329632B2
JP3329632B2 JP24446595A JP24446595A JP3329632B2 JP 3329632 B2 JP3329632 B2 JP 3329632B2 JP 24446595 A JP24446595 A JP 24446595A JP 24446595 A JP24446595 A JP 24446595A JP 3329632 B2 JP3329632 B2 JP 3329632B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロウェーブ用
の誘電体セラミック(ceramic)組成物に関し、
特に、誘電常数が高くて、共振周波数の温度係数が低く
て、品質係数(Quality factor:Q)が
良好なマイクロウェーブ用の誘電体セラミック組成物に
関する。
【0002】
【従来の技術】最近、車輌用の電話機(car−pho
ne)、携帯の電話機、無線の電話機、衛星放送受信機
等の無線通信手段が汎用化になることによりマイクロウ
ェーブ回路及び集積回路だけでなくマイクロウェーブ帯
域用のフィルタ(filter)、基板及び電圧調節振
動子(Voltage Controlled Osc
illator:VCO)等の各種素子らの特性が、向
上なりつつある。
【0003】上記マイクロウェーブ用の素子に利用され
る素材は、誘電常数が大きくて、高周波における品質係
数が5000以上に高くなければならず、かつ、共振周
波数の温度係数が±5ppm/℃程度で低くなければな
らない。
【0004】したがって、マイクロウェーブ用の素子は
通常、誘電常数が大きいBaO−Nd23−TiO2
及びBaO−Sm23−TiO2系等のような誘電体セ
ラミックで形成され共振器(resonator)の形
態になる。
【0005】上記BaO−Nd23−TiO2系及びB
aO−Sm23−TiO2系等の誘電体セラミックは、
誘電常数(ε)が60〜80程度であり、品質係数
(Q)は1GHzで5000程度と高いが、共振周波数
の温度係数(τf)が±30ppm/℃程度で非常に大
きいという問題点があった。
【0006】また、Mr.Junichi katto
等によりJAPANESE JOURNAL OF A
PPLIED PHYSICS,VOL.30,NO.
9B,pp.2343−2346(1991.11)に
高い誘電常数を有するPbO−ZrO2 ─CaO系が提
示されている。
【0007】上記PbO−ZrO2─CaO系は、誘電
常数が90以上に高いが、品質係数が1000から35
00程度と低くて、3GHz以上の高周波では損失係数
が高いので帯域通過フィルタ(Band Pass F
ilter:BPF)及び振圧調節の振動子等の部品損
失が高くになる短点があった。
【0008】Mr.Wakino等によりJOURNA
L OF AMERICA CERAMIC SOCI
ETY,VOL.67,NO.4,pp.278−28
1にBaO−PbO−Nd23−TiO2系の組成物が
提示された。
【0009】上記BaO−PbO−Nd23−TiO2
系の組成物は、BaO−Nd23−TiO2系の組成物
にPbOを添加したことで0.5BaO−0.5PbO
−1.0Nd23−5.0TiO2の組成比を有する。
【0010】上記BaO−PbO−Nd23−TiO2
系の組成物は、上記PbOにより誘電常数が高くになっ
て85−90程度になり、品質係数も4000−500
0程度で高い。
【0011】しかし、BaO−PbO−Nd23−Ti
2系の組成物の中でPbOの組成比が非常に大きい。
Pbは揮発性が大変強くてPbO量に比例して揮発され
る量が多くになるので、この組成物として製造された素
子は均一な組成比を有することがむずかしく、しかも製
造工程上、人体に致命的な影響することがあるという問
題点があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、マイ
クロウェーブ用の素子が製造することができるように、
誘電常数と高周波での品質係数とが大きくて、共振周波
数の温度係数が小さいマイクロウェーブ用の誘電体セラ
ミック組成物を提供することにある。
【0013】本発明の他の目的は、PbOの組成比を小
さくにして人体によくないPbの揮発量を小さくにし、
均一な組成比を有する素子を製造することができるマイ
クロウェーブ用の誘電体セラミック組成物を提供するこ
とにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の一態様によるマイクロウェーブ用の誘電体
セラミック組成物は、BaO,Sm23,TiO2及び
PbOで成すか、または、上記元素らの化合物で成して
[(BaO)1-α(PbO)α]−ySm23−zTi
2の組成式を有する。
【0015】ここで、6mol(モル)%20m
ol%、6mol%20mol%、60mol%
75mol%及び0mol%α0.2mol
%である。
【0016】上記の目的を達成するための本発明の他の
態様によるマイクロウェーブの誘電体セラミック組成物
は、BaO,Sm23,TiO2及びPbOを主成分に
してSrO,ZrO2,MnO2,MgO,ZnO,Bi
23,La23及びCeO2等とか上記元素らの化合物
を部成分として選択的に一種類または多種類が添加され
てx[(Bao)1-α-β(PbO)α(MO)β]−
y[(Sm231-γ-δ(La23γ(Ce
2δ]−zTiO2の組成式を有する。
【0017】ここで、MOは、SrO,ZrO2,Mn
2,MgO,ZnOまたはBi23であり、6mol
20mol%,6mol%20mol
%,60mol%75mol%,0mol%α
0.2mol%,0mol%β0.3mol%,
0mol%γ0.3mol%及び0mol%δ
0.3mol%であり、x+y+z=100mol%で
ある。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【0019】本発明はBaO,Sm23,TiO2及び
PbOで成すか、または、上記BaO,Sm23,Ti
2及びPbOを主成分にしてSrO,ZrO2,MnO
2,MgO,ZnO,Bi23,La23及びCeO2
の部成分を選択的に一種類または多種類を添加して誘電
常数と高周波とに品質係数が大きくて共振周波数の温度
係数が小さいマイクロウェーブ用の素子が製造すること
ができる誘電体セラミック組成物を得る。
【0020】BaO,Sm23,TiO2及びPbOを
下記〈表1〉のように秤量して脱イオン水と混合する。
【0021】上述したことを混合する方法としては、パ
ウダ状態のBaO,Sm23,TiO2及びPbOと脱
イオン水とをプラスチック(plastic)容器に入
れてジルコニアボール(zirconia ball)
で混合するボールミリング(ball millin
g)方法を利用する。
【0022】上記混合されたパウダは、 x[(BaO)1-α(PbO)α]−ySm23−zTiO2 の組成を有する。
【0023】上記組成式に6mol%20mol
%,6mol%20mol%,60mol%
75mol%及び0mol%α0.2mol%で
あり、x+y+z=100mol%である。それから、
上記脱イオン水を蒸発させてパウダを乾燥させた後、こ
の乾燥されたパウダを1000℃以上の高温で燒結して
結晶構造になるようにして適正量のポリビニールアルコ
ールを添加してジルコニア誘発に混合させる。
【0024】次に、上記混合された材料を金型と油圧プ
レスとを利用して10mm以上の直径と5mm以上の高
さとを有する円筒型の試片に成形して、この試片をジル
コニアセッタ(zirconia setter)に置
き、電気爐に焼結する。
【0025】上記成形時1.0ton/cm2以上の圧
力で遂行して、焼結は空気雰囲気で1200〜1400
℃程度の高温で2〜5時間程度遂行する。
【0026】上記のような方法で作られた試片の誘電常
数と品質係数を測定して共振周波数の温度係数を計算し
て〈表1〉に示した。
【0027】上記で誘電常数はHakki−Colem
an法で3GHzの高周波で78.1〜93.2程度
に、品質係数は開放型共振技法で上記試片の無負荷時1
GHzで3906〜7107程度に測定された。
【0028】又は、共振周波数の温度係数(τf)は下
記式、
【0029】
【数1】
【0030】に求めるが、これは25℃の温度に対する
共振周波数を基準に25℃〜125℃の温度範囲に対す
ることと大略−15.1〜+14.6ppm/℃程度が
なる。
【0031】上記式でf(125)は125℃での共振
周波数であり、f(25)は25℃での共振周波数にf
(25)とf(125)は3GHZを中心に各各の試片
によりすこしずつ差異を有する。
【0032】そして、ΔTは測定温度の差異に上記式の
場合には125℃−25℃=100℃である。
【0033】〈表1〉は、 x[(BaO)1-α(PbO)α]−ySm23−zTiO2 の組成と焼結条件による誘電常数、品質係数及び共振周
波数の温度係数を求めたものである。
【0034】
【表1】
【0035】〈表2〉と〈表3〉は、BaO,Sm
23,TiO2 及びPbOを主成分にして所定量のBa
Oの代わりにSrOとZrO2 を副成分に添加して、各
々、 x[(BaO)1-α-β(PbO)α−(SrO)β
−ySm23−zTiO2 と、 x[(BaO)1-α-β(PbO)α−(ZrO2β
−ySm23−zTiO2 との組成を有する誘電体セラミック組成物の誘電常数、
品質係数及び共振周波数の温度係数を示したものであ
る。
【0036】<表2>、<表3>より、所定量のBaO
代わりにSrOとZrO2を副成分に添加させることと
誘電常数及び品質係数が増加されて、共振周波数の温度
係数が陽(+)に移動することがわかる。
【0037】
【表2】
【0038】
【表3】
【0039】<表4>は、BaO,Sm23,TiO2
及びPbOを主成分にして所定量のBaOの代わりにM
nO2を副成分に添加して x[(BaO)1-α-β(PbO)α−(MnO2β
−ySm23−zTiO2 の組成を有する誘電体セラミック組成物の誘電常数、品
質係数及び共振周波数の温度係数を示したものである。
【0040】<表4>より、所定量のBaO代わりにM
nO2を副成分に添加させることで、誘電常数及び品質
係数が増加されて焼結性が向上されて適正焼結温度が1
200〜1300℃程度となり上記BaO,Sm23
TiO2及びPbOの主成分のみで成す組成物より低く
なることがわかる。
【0041】
【表4】
【0042】<表5>と<表6>は、BaO,Sm
23,TiO2及びPbOを主成分にして所定量のBa
O代わりにMgO,ZnOを副成分に添加して、各々、 x[(BaO)1-α-β(PbO)α(MgO)β]−
ySm23−zTiO2 と、 x[(BaO)1-α-β(PbO)α(ZnO)β]−
ySm23−zTiO2 の組成を有する誘電体セラミック組成物誘電常数、品質
係数及び共振周波数の温度係数を示したものである。
【0043】<表5>、<表6>より、所定量のBaO
の代わりにMgOとZnOを副成分に添加させること
で、誘電常数及び品質係数がほぼ同一ながら焼結性が向
上されて適正焼結温度が1200〜1300℃程度にな
りBaO,Sm23,TiO2及びPbOの主成分のみ
で成る組成物より低くなることがわかる。
【0044】
【表5】
【0045】
【表6】
【0046】<表7>は、BaO,Sm23,TiO2
及びPbOを主成分にして所定量のBaOの代わりにB
23を副成分に添加して、 x[(BaO)1-α-β(PbO)α(Bi23β
−ySm23−zTiO2 の組成を有する誘電体セラミック組成物の誘電常数、品
質係数及び共振周波数の温度係数を示われる。
【0047】<表7>より所定量のBaO代わりにBi
23を副成分に添加させることにより焼結性が向上され
て適正焼結温度が1200〜1300℃程度になりBa
O,Sm23,TiO2及びPbOの主成分のみで成す
組成物より低くなるがBi23が20mol%以上添加
されれば揮発により組成調節に難しさがある。
【0048】
【表7】
【0049】上記<表1>乃至<表7>にある組成物で
Sm23の含有量が増加されることにより品質係数が増
加されるが適定焼結温度が1400℃以上に高くなり、
又は18mol%以上になれば共振周波数の温度係数が
陽に移動する。
【0050】そして、Sm23の含有量が5mol%以
下でなければ相対的にTiO2の含有量が増加されて共
振周波数の温度係数が陽に移動される。
【0051】又は、上記<表2>乃至<表7>にある組
成物の組成式で6mol%<x20mol%,6mo
l%<y20mol%,60mol%<z<75mo
l%,0mol%α0.2mol%及び0mol%
β0.3mol%であり、x+y+z=100mo
l%になる。
【0052】<表8><表9>及び<表10>は、Ba
O,Sm,TiOおよびPbOを主成分にし
て、希土流元素である所定量のSm代わりに希土
流元素であるLaとCeO を各各添加すると
か、又はLaとCeOを共に副成分に添加し
て、 x[(BaO)1−α(PbO)α]−y[(Sm
1−γ(Laγ]−zTiO, x[(BaO)1−α(PbO)α]−y[(Sm
1−γ−δ(Laγ(CeO δ]−z
TiO の成分を有する誘電体セラミック組成物誘電常数、品質
係数及び共振周波数の温度係数を示したものである。
【0053】<表8><表9>及び<表10>により、
所定量のSm23代わりにLa23とCeO2を各各添
加するとか、又は、La23とCeO2を共に副成分に
添加させることにより、誘電常数及び品質係数が向上さ
れて共振周波数の温度係数を安定化させることが出来る
ことがわかる。
【0054】特に、BaO代わりにLa23が添加され
れば品質係数が増加されるが共振周波数の温度係数が陽
に移動する。
【0055】<表8>乃至<表10>に有る組成物の組
成式で6mol%20mol%,6mol%
20mol%,60mol%75mol%,0
mol%α0.2mol%,0mol%β0.
3mol%,0mol%γ0.3mol%,0mo
l%δ0.3mol%であり、x+y+z=100
mol%になる。
【0056】
【表8】
【0057】
【表9】
【0058】
【表10】
【0059】上記<表1>乃至<表10>に示されるよ
うに組成物を1200〜1400℃範囲の焼結温度で焼
結すれば85以上の誘電率と±5ppm/℃以内の共振
周波数温度係数を得ることが出来るし、1GHz共振周
波数で6000以上の品質係数を得ることが出来る。
【0060】また、上述した<表1>乃至<表10>に
ある組成物でBaOの含有量を増加させると品質係数が
低くなるが共振周波数の温度係数が増加される。
【0061】また、上記組成物でTiO2の含有量を増
加させると最適焼結温度が減少して品質係数が増加され
る。
【0062】しかし、TiO2の含有量が75mol%
以上であれば、共振周波数の温度係数は陽に移動され
て、60%以下であれば、化学組成比が適合でないので
誘電体特性が示されていない、又は、PbOの含有量が
増加されることにより適正焼結温度が低くなり誘電常数
が増加されるが15mol%以上になれば、15mol
%以上になるとPbOの揮発により組成比を正確に調節
することが難しいだけでなく品質係数が低下される。
【0063】それゆえ、2〜4mol%程度のPbOを
使用して成分元素の揮発による品質係数の低下を防止す
ることが出来るし、組成の調節が容易である。
【0064】上記<表1>乃至<表10>にある組成物
でBaO代わりにBaCO3を、PbO代わりにPb3
4を使用することが出来ることもある。
【0065】上記で、BaCO3は炭素成分が揮発され
ても誘電特性を大きく変化させなく、Pb34は各各の
組成物が均一に混合されるようにして、誘電特性を大き
く変化させない。
【0066】また、31mol%内外の酸化PbOとB
23を使用することによって、成分元素の揮発による
品質係数の低下を防止することが出来るし、組成の調節
が容易である。
【0067】又は、同一な組成で焼結温度が高くなると
誘電常数及び品質係数が少し高くなり、焼結時間が長く
なると誘電常数はほぼ変化がないけれど、品質係数が少
し高くなる。
【0068】従って、本発明によるマイクロウェーブ用
誘電体セラミック組成物は常温で85℃以上の誘電常
数、±5ppm/℃以内の共振周波数の温度係数及び1
GHzで6000以上の品質係数を有するのでマイクロ
ウェーブ用フィルター、共振器誘電体、積層セラミック
キャパシタ、電子波障碍ピイルタ用誘電体及びキャパシ
タ用誘電体に利用することが出来る。
【0069】又は、酸化PbO及びBi23の揮発に対
する問題点を減らすことが出来るので一般製造工程を使
用することができるし、人体に有害な元素の使用を減ら
すことが出来る長所がある。
【0070】
【発明の効果】以上のように、本発明の誘電体セラミッ
ク組成物は、誘電常数が大きく、高周波での品質係数が
大きく、しかも、共振周波数の温度係数が小さいので、
マイクロウェーブ用素子を製造するのに適している。
【0071】また、本発明のセラミック組成物は、人体
に対して有害なPbOの組成比が小さいため、通常の製
造工程で素子を製造することが可能であるとともに、均
一な組成比を有する素子を製造することが可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 李 錫珍 大韓民国大田直轄市儒城区魚隱洞99番地 (72)発明者 崔 太逑 大韓民国大田直轄市儒城区新城洞160− 1番地 審査官 武重 竜男 (56)参考文献 特開 昭63−174209(JP,A) 特開 平6−162822(JP,A) 特開 平6−162823(JP,A) 特開 平6−139820(JP,A) 特開 平6−275125(JP,A) 特開 平6−309927(JP,A) 特開 平6−333425(JP,A) 特開 平6−325621(JP,A) 特開 平6−333422(JP,A) 特開 平8−104566(JP,A) 特開 平3−290358(JP,A) 特開 平3−290359(JP,A) 特開 平3−295856(JP,A) 特開 平3−295855(JP,A) 特開 平3−295854(JP,A) 特開 平8−277161(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/42 - 35/50 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】x[(BaO) 1−α−β (PbO)
    α (MO) β ]−ySm −zTiO または、 x[(BaO) 1−α (PbO) α ]−y[(Sm
    1−γ−δ (La γ (CeO δ ]−z
    TiO の組成式で表されるマイクロウェーブ用誘電体セラミッ
    ク組成物。 (ここで、MOは、SrO,ZrO,Mn
    ,MgO,ZnOおよびBiのうちのいずれ
    か一つであり、6mol%≦x≦20mol%,6mo
    l%≦y≦20mol%,60mol%≦z≦75mo
    l%,0mol%<α≦0.2mol%,0mol%<
    β≦0.3mol%,0mol%≦γ≦0.3mol%
    および0mol%<δ≦0.3mol%であり、x+y
    +z=100mol%である。)
  2. 【請求項2】請求項1において、上記BaOに代えて、
    BaCOを用いたマイクロウェーブ用誘電体セラミッ
    ク組成物。
  3. 【請求項3】請求項1において、上記PbOに代えて、
    Pbを用いたマイクロウェーブ用誘電体セラミッ
    ク組成物。
JP24446595A 1994-09-22 1995-09-22 マイクロウェーブ用の誘電体セラミック組成物 Expired - Lifetime JP3329632B2 (ja)

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