JP3340008B2 - 高周波用誘電体磁器組成物 - Google Patents
高周波用誘電体磁器組成物Info
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Description
波等の高周波領域において高い比誘電率及び高いQ値を
有する新規の誘電体磁器組成物に関し、特に、誘電体共
振器,フィルタ,コンデンサ等の高周波用の電子部品や
MIC用誘電体基板,ミリ波用導波路に適する高周波用
誘電体磁器組成物に関するものである。
等の高周波領域において、誘電体共振器やMIC用誘電
体基板等に広く利用されている。また最近では、ミリ波
用導波路に誘電体線路が応用されている。
例えばZrO2 −SnO2 −TiO2 系材料、BaO−
TiO2 系材料、(Ba,Sr)(Zr,Ti)O3 系
材料及びBa(Zn,Ta)O3 系材料等が知られてお
り、これらの材料は各種の改良により周波数500MH
z〜5GHzにおいて比誘電率20〜40、Q値が10
00〜3000、さらに共振周波数の温度係数(τf )
が0ppm/℃付近の特性を有している。
は使用する周波数がより高くなる傾向にあるとともに誘
電体材料に対してさらに優れた誘電特性、特にQ値の向
上が要求されつつある。
は、高周波、例えば10GHzの使用周波数領域におい
て実用的レベルの高いQ値を有していないのが現状であ
る。
誘電率および高いQ値を有する組成物としてBaO、M
gOおよびWO3 を含む複合酸化物からなる誘電体磁器
組成物や、SrO、MgO、およびWO3 を含む複合酸
化物からなる誘電体磁器組成物を先に提案した(特開平
5−205524号、特開平6−5117号)。
では高周波領域において高いQ値が得られるものの、共
振周波数の温度係数(τf )がマイナス側に偏り過ぎて
いるために、マイクロ波誘電体材料として使用する場
合、その利用分野が制限されるなど実用面で問題があっ
た。
点に対して種々検討を加えた結果、先に提案した2種類
の酸化物を複合させること、即ちBaO、SrO、Mg
O、WO3 からなり、モル比による組成式をx{(1−
a)BaO・aSrO}・yMgO・zWO3と表した
時、前記a、x、y、zが0<a<1、0.40≦x≦
0.55、0.15≦y≦0.30、0.20≦z≦
0.30を同時に満足する組成範囲に設定すること、ま
た、(Ba1−a Sra )(Mg1/2 W1/2 )O3 で
表されるペロブスカイト型結晶(0<a<1)を主結晶
相とすることにより優れた誘電特性が得られるととも
に、前記aを所定範囲内で適当に設定することで共振周
波数の温度係数(τf )がマイナス側からプラス側に移
行できることを知見し、本発明に至った。
は、金属元素としてBa、Sr、Mg、Wを含有し、こ
れらの金属元素酸化物のモル比による組成式をx{(1
−a)BaO・aSrO}・yMgO・zWO3と表し
た時、前記a、x、y、zが、0<a<1、0.40≦
x≦0.55、0.15≦y≦0.30、0.20≦z
≦0.30、x+y+z=1を満足し、共振周波数の温
度係数をマイナス側からプラス側の一定領域で自由に制
御可能な組成物である。ここで、(Ba1-aSra)(M
g1/2W1/2)O3で表されるペロブスカイト型結晶(0
<a<1)を主結晶相とすることが望ましい。
{(1−a)BaO・aSrO}・yMgO・zWO3
と表される組成物において、BaO、及びSrOのモル
比を変化させることにより共振周波数の温度係数(τf
)をマイナス側からプラス側の一定領域で自由に制御
することができる。
係数(τf )を有する組成物に対して、プラスの共振周
波数の温度係数(τf )を有する組成物を添加して、プ
ラスの共振周波数の温度係数(τf )を有するように制
御していた。この場合には、図4に示すように、共振周
波数の温度係数(τf )が0のものが1点存在すること
になる。
係数(τf )を有する二つの組成物を複合させることに
より、例えば、BaO−MgO−WO3 を含む複合酸化
物からなる誘電体磁器組成物や、SrO−MgO−WO
3 を含む複合酸化物からなる誘電体磁器組成物のみでは
達成できなかった、共振周波数の温度係数(τf )をプ
ラス側に移行させるという全く新規な技術的思想に基づ
いてなされたものである。本発明の誘電体磁器組成物で
は、図1に示すように、共振周波数の温度係数(τf )
が0のものが2点存在することになり、この温度係数の
制御を容易に行うことができる。
1:1(モル比)からなる磁器組成物1では、10GH
z測定周波数で比誘電率20、Q値13000と高い値
を示すが、共振周波数の温度係数(τf )が−30pp
m/℃とマイナス側に大きい。
1(モル比)からなる磁器組成物2では10GHzの測
定周波数で比誘電率20、Q値6000と高い値を示す
が、共振周波数の温度係数(τf)が−60ppm/℃
とマイナス側に大きい。本発明に基づきBa及びSrを
固溶させることで共振周波数の温度係数(τf )を−6
0ppm/℃から+35ppm/℃まで連続的に制御す
ることが可能となる。
は、BaO、SrO、MgO、及びWO3 より構成され
るもので、(1−a)BaO・aSrO、MgO及びW
O3 が所定のモル比、即ち、0<a<1の各aに対し
て、0.40≦x≦0.55、0.15≦y≦0.3
0、0.20≦z≦0.30を同時に満足する領域に設
定されるものである。
a=0及び1ではBa、Srの固溶体が得られず、共振
周波数の温度係数(τf )の制御効果が得られないから
である。また各aに対して組成比を上記の範囲に限定し
たのは、上記範囲外では固溶の効果が不十分であるか、
または焼結性の低下やQ値の低下という問題が生じるか
らである。
としたのは、0.4よりも小さい場合や0.55よりも
大きい場合には、Q値が低下するからである。xは、Q
値向上という理由から0.48≦x≦0.52が望まし
い。
0.30としたのは、yが0.15よりも小さい場合に
はQ値が低下し、0.30よりも大きい場合にはQ値が
低下したり、焼結不良となるからである。MgOのモル
比yは、Q値の向上と焼結性という理由から0.22≦
y≦0.28であることが望ましい。
0.30としたのは、zが0.20よりも小さい場合に
は焼結不良となり、0.30よりも大きい場合にはQ値
が低下するからである。WO3 のモル比zは、Q値の向
上と焼結性という理由から0.22≦z≦0.28が望
ましい。
は、BaO、SrO、MgO、WO3からなるものであ
り、結晶相として(Ba1-a Sra )(Mg
1/2 W1/2 )O3で表されるペロブスカイト型結晶相を
主結晶相とするものである。即ち、AサイトをBa及び
Srが(1−a):aで構成し、BサイトをMg及びW
が1:1で構成してなる結晶を有するものである。この
ような結晶を有する材料はそれ自体焼結体等の多結晶体
でもあるいは単結晶体のいずれの形態でもよい。尚、本
発明の高周波誘電体磁器組成物では、(Ba1-a S
ra )(Mg1/2 W1/2 )O3 以外の結晶相として、B
aWO4 ,BaW2 O9 ,Ba2 WO5 ,MgWO4 等
が存在することもある。
は、例えばBa、Sr、Mg、Wの酸化物あるいは焼成
により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等の金
属塩を主原料として準備し、これらを前述の範囲になる
ように秤量した後、充分に混合する。その後、混合物を
900〜1200℃で仮焼処理し、粉砕する。そして、
この仮焼粉末をプレス成形やドクターブレード法等の周
知の成形方法により所定の形状に成形する。次に成形体
を大気中等の酸化性雰囲気中で1300〜1600℃で
焼成することにより誘電体磁器を得ることができる。
可避不純物としてCl,Al,P,Na,Ca,Zr,
Y等が混入する場合があり、また、これらが0.1重量
%程度混入しても特性上問題ない。
rCO3 、MgCO3 及び、WO3 の各粉末を用いて、
これらを表1,2に示す割合に秤量し、これをゴムで内
張りしたボールミルに水とともに入れ、8時間湿式混合
した。次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、100
0℃で2時間仮焼し、当該仮焼物をボールミルに水、有
機バインダーを入れ8時間湿式粉砕した。
メッシュの網を通して造粒し、得られた粉末を3000
kg/cm2 の圧力で直径10mm、厚み5mmの寸法
の円柱に成形した。更に、この円柱を1500℃で6時
間の条件で焼成して磁器試料を得た。
数10GHzにおける比誘電率(εr )、Q値を誘電体
共振器法にて測定し、また25℃から85℃までのTE
011モード共振周波数の温度係数(τf )を、τf=
〔(f85−f25)/f25〕/60×106 〔ppm/
℃〕に基づいて計算した。ここで、f85は85℃におけ
る共振周波数であり、f25は25℃における共振周波数
である。それらの結果を表1,2に示した。
O、MgO、WO3 の配合組成が本発明の範囲外にある
試料No.9〜33では共振周波数の温度特性の制御効
果が不十分であるか、またはQ値が100以下もしくは
焼結不良を生じた。これに対して本発明に係る試料N
o.2〜7、34〜37、40〜43、46〜49は、
比較例No.1、8、33、38、39、44、45、
50と比べて同等あるいはそれ以上のQ値を有しながら
aの値に依って共振周波数の温度係数が−60ppm/
℃から+35ppm/℃の間で連続的に制御できること
が示される。試料No.1〜8について、SrOによる固
溶量aと共振周波数の温度特性τfとの関係を図1に示
した。
の磁器に対してX線回折測定により、結晶の同定と格子
定数の評価を行い、このうち試料No.4のX線回折図
を図2に、また格子定数の評価結果を図3に示した。図
2によれば、○印の回折ピークによりペロブスカイト型
結晶構造であることが理解され、さらに、●印の回折ピ
ークによりMg、Wの規則配列による超格子構造からな
ることが理解される。
してほぼ直線的な変化をしていることからBa、Srの
固溶が理解される。結晶構造の同定と格子定数の評価か
ら試料No.2、3、4、5、6、7の主結晶相の組成
式は(Ba1-a Sra )(Mg1/2 W1/2 )O3 である
ことが推定される。
gO及びWO3 を所定の割合で配合することにより、高
周波領域において高い比誘電率と高いQ値を有しなが
ら、共振周波数の温度係数をマイナス側からプラス側に
わたって連続的に巾広く制御可能な誘電体材料を得るこ
とができる。それにより、マイクロ波やミリ波領域にお
いて使用される共振器材料、MIC用誘電体基板材料、
コンデンサー用材料、誘電体アンテナ用材料、誘電体導
波路用材料等に充分適用することができる。
よる固溶量aと共振周波数の温度特性τfとの関係示す
グラフである。
チャート図である。
5、6、7の結晶相の格子定数をグラフ化した図であ
る。
法で、マイナスの共振周波数の温度係数(τf )を有す
る組成物に対して、プラスの共振周波数の温度係数(τ
f )を有する組成物を添加した場合の、温度係数(τf
)と添加量との関係を示す概念図である。
Claims (2)
- 【請求項1】金属元素としてBa、Sr、Mg、Wを含
有し、これらの金属元素酸化物のモル比による組成式を x{(1−a)BaO・aSrO}・yMgO・zWO3 と表した時、前記a、x、y、zが 0<a<1 0.40≦x≦0.55 0.15≦y≦0.30 0.20≦z≦0.30 x+y+z=1 を満足し、共振周波数の温度係数をマイナス側からプラ
ス側の一定領域で自由に制御可能な高周波用誘電体磁器
組成物。 - 【請求項2】(Ba1-aSra)(Mg1/2W1/2)O3で
表されるペロブスカイト型結晶(0<a<1)を主結晶
相とする請求項1記載の高周波用誘電体磁器組成物。
Priority Applications (1)
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JP32081695A JP3340008B2 (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | 高周波用誘電体磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP32081695A JP3340008B2 (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | 高周波用誘電体磁器組成物 |
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JPH09157020A JPH09157020A (ja) | 1997-06-17 |
JP3340008B2 true JP3340008B2 (ja) | 2002-10-28 |
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1995
- 1995-12-08 JP JP32081695A patent/JP3340008B2/ja not_active Expired - Fee Related
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