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Info
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Description
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。
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。
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。
通常、誘電常数が大きいBaO−Nd2O3−TiO2系
及びBaO−Sm2O3−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。
aO−Sm2O3−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。
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。
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。
L OF AMERICA CERAMIC SOCI
ETY,VOL.67,NO.4,pp.278−28
1にBaO−PbO−Nd2O3−TiO2系の組成物が
提示された。
系の組成物は、BaO−Nd2O3−TiO2系の組成物
にPbOを添加したことで0.5BaO−0.5PbO
−1.0Nd2O3−5.0TiO2の組成比を有する。
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。
O2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。
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。
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。
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,Sm2O3,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]−ySm2O3−zTi
O2の組成式を有する。
ol%、6mol%<y<20mol%、60mol%
<z<75mol%及び0mol%<α<0.2mol
%である。
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,Sm2O3,TiO2及びPbOを主成分に
してSrO,ZrO2,MnO2,MgO,ZnO,Bi
2O3,La2O3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[(Sm2O3)1-γ-δ(La2O3)γ(Ce
O2)δ]−zTiO2の組成式を有する。
O2,MgO,ZnOまたはBi2O3であり、6mol
%<x<20mol%,6mol%<y<20mol
%,60mol%<z<75mol%,0mol%<α
<0.2mol%,0mol%<β<0.3mol%,
0mol%<γ<0.3mol%及び0mol%<δ<
0.3mol%であり、x+y+z=100mol%で
ある。
PbOで成すか、または、上記BaO,Sm2O3,Ti
O2及びPbOを主成分にしてSrO,ZrO2,MnO
2,MgO,ZnO,Bi2O3,La2O3及びCeO2等
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。
下記〈表1〉のように秤量して脱イオン水と混合する。
ウダ状態のBaO,Sm2O3,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。
%,6mol%<y<20mol%,60mol%<z
<75mol%及び0mol%<α<0.2mol%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。
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。
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。
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。
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。
記式、
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。
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。
場合には125℃−25℃=100℃である。
波数の温度係数を求めたものである。
2O3,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]
−ySm2O3−zTiO2 と、 x[(BaO)1-α-β(PbO)α−(ZrO2)β]
−ySm2O3−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。
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。
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−(MnO2)β]
−ySm2O3−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。
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,Sm2O3,
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。
2O3,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]−
ySm2O3−zTiO2 と、 x[(BaO)1-α-β(PbO)α(ZnO)β]−
ySm2O3−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。
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,Sm2O3,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。
及びPbOを主成分にして所定量のBaOの代わりにB
i2O3を副成分に添加して、 x[(BaO)1-α-β(PbO)α(Bi2O3)β]
−ySm2O3−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。
2O3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,Sm2O3,TiO2及びPbOの主成分のみで成す
組成物より低くなるがBi2O3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。
Sm2O3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。
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。
成物の組成式で6mol%<x<20mol%,6mo
l%<y<20mol%,60mol%<z<75mo
l%,0mol%<α<0.2mol%及び0mol%
<β<0.3mol%であり、x+y+z=100mo
l%になる。
O,Sm2O3,TiO2およびPbOを主成分にし
て、希土流元素である所定量のSm2O3代わりに希土
流元素であるLa2O3とCeO 2 を各各添加すると
か、又はLa2O3とCeO2を共に副成分に添加し
て、 x[(BaO)1−α(PbO)α]−y[(Sm2O
3)1−γ(La2O3)γ]−zTiO2, x[(BaO)1−α(PbO)α]−y[(Sm2O
3)1−γ−δ(La2O3)γ(CeO 2 )δ]−z
TiO2 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。
所定量のSm2O3代わりにLa2O3とCeO2を各各添
加するとか、又は、La2O3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。
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。
成式で6mol%<x<20mol%,6mol%<y
<20mol%,60mol%<z<75mol%,0
mol%<α<0.2mol%,0mol%<β<0.
3mol%,0mol%<γ<0.3mol%,0mo
l%<δ<0.3mol%であり、x+y+z=100
mol%になる。
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。
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。
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。
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。
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。
でBaO代わりにBaCO3を、PbO代わりにPb3O
4を使用することが出来ることもある。
ても誘電特性を大きく変化させなく、Pb3O4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。
i2O3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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (3)
- 【請求項1】x[(BaO) 1−α−β (PbO)
α (MO) β ]−ySm 2 O 3 −zTiO 2 、 または、 x[(BaO) 1−α (PbO) α ]−y[(Sm 2 O
3 ) 1−γ−δ (La 2 O 3 ) γ (CeO 2 ) δ ]−z
TiO 2 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,ZrO2,Mn
O2,MgO,ZnOおよびBi2O3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。) - 【請求項2】請求項1において、上記BaOに代えて、
BaCO3を用いたマイクロウェーブ用誘電体セラミッ
ク組成物。 - 【請求項3】請求項1において、上記PbOに代えて、
Pb3O4を用いたマイクロウェーブ用誘電体セラミッ
ク組成物。
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