JP3363296B2 - 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

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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、マイクロ波、ミリ
波等の高周波領域において高い誘電率及び高いQ値を有
する新規な誘電体磁器組成物であって、例えば誘電体共
振器、誘電体基板、誘電体導波線路、誘電体アンテナ、
コンデンサ等に最適な誘電体磁器組成物に関する。 【0002】 【従来の技術】マイクロ波やミリ波等の高周波領域にお
いて、誘電体磁器は誘電体共振器やMIC用誘電体基板
等に広く利用されている。 【0003】従来より、この種の誘電体磁器としては、
例えばMgTiO3 −CaTiO系材料がが知られて
いる。このような材料は、誘電率が20程度、1GHz
に換算したQ値が20000程度の特性を有している。 【0004】また、例えば特公昭59−48483号公
報に開示されるように、モル比による組成式をxBaO
・yZnO・zNb5 と表した時、0.50≦x
≦0.75、0.10≦y≦0.30、0.10≦z≦
0.30を満足するものがある。このような誘電体磁器
では,誘電率が30〜36、1GHzに換算したQ値が
36000〜39000という特性を有している。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年で
は使用機器の多様化により使用周波数がより高くなり、
このような高周波領域での誘電特性、特に高Q値が要求
されるようになっているが、前述したような従来の誘電
体材料では今だ実用的レベルの高Q値が得られていない
のが現状であった。 【0006】従って、本発明は高周波領域において高い
Q値及び高い比誘電率を有する新規な誘電体磁器組成物
を提供することを目的とするものである。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明の高周波用誘電体
磁器組成物は、金属元素として少なくともBa,Zn,
Nb,W,Taを含有し、これらの金属元素のモル比に
よる組成式をaBaO・bZnO・cNb25 ・dW
3 ・eTa25 と表した時、前記a,b,c,d,
eが、 0.40≦a≦0.70 0.10≦b≦0.35 0 <c≦0.30 0 <d≦0.35 0 <e≦0.30 0.16≦c+e≦0.31 a+b+c+d+e=1.00 を満足する複合酸化物に対し、金属元素としてLi及び
BをそれぞれLi2 CO3 ,B23 換算で0.001
〜0.8重量%含有することを特徴とするものである。 【0008】本発明の誘電体磁器組成物において、Ba
Oのモル比を0.40≦a≦0.70に設定したのは、
aが0.40よりも小さい場合にはQ値が低下したり、
焼結が困難になる傾向があり、0.70よりも大きい場
合には焼結が困難となる傾向にあるからである。特に
0.44≦a≦0.63とすることが好ましい。 【0009】また、ZnOのモル比を0.10≦b≦
0.35に設定したのは、bが0.10よりも小さい場
合には焼結が困難となり、あるいはQ値が低下するから
であり、0.35よりも大きい場合にはQ値が低下した
り、焼結が困難になるからである。特に0.16≦b≦
0.35とすることが好ましい。 【0010】Nb2 5 のモル比を0<c≦0.30と
したのは、cが0.30よりも大きい場合にはQ値が低
下し、焼結が困難となるからである。 【0011】WO3 のモル比を0<d≦0.35とした
のは、dが0.35よりも大きい場合にはQ値が低下
し、焼結不良となるからである。特に0.003<d≦
0.25とすることが好ましい。 【0012】さらに、Ta2 5 のモル比を0<e≦
0.30としたのは、eが0.30よりも大きい場合に
は焼結が困難となるからである。 【0013】また、c+eの値を0.16≦c+e≦
0.31としたのは、c+eの値がこの範囲外となると
Q値が低下したり、焼結不良となるからである。 【0014】さらに、金属元素としてLi及びBをそれ
ぞれLi2 CO3 ,B23 換算で0.001〜0.8
重量%含有させたのは、0.001重量%未満であると
焼結しにくく、0.8重量%より多いとQ値が低下する
からである。特に0.01〜0.6重量%の範囲とする
ことが好ましい。なお、上記LiやBは焼成過程で蒸発
することがあるが、最終的な焼結体における含有量が上
記範囲内となっていれば良い。 【0015】したがって、本発明の高周波用誘電体磁器
組成物は、組成式をaBaO・bZnO・cNb25
・dWO3 ・eTa25 と表した時、前記a,b,
c,d,eが、 0.44 ≦a≦0.63 0.16 ≦b≦0.35 0 <c≦0.30 0.003<d≦0.25 0 <e≦0.30 0.16 ≦c+e≦0.31 a+b+c+d+e=1.00 を満足し、金属元素としてLi及びBをそれぞれLi2
CO3 ,B23 換算で0.01〜0.6重量%含有す
ることが望ましい。 【0016】また、本発明の誘電体材料は、Ba,Z
n,Nb,W,Taを含有する複合酸化物であり、主に
ペロブスカイト型結晶相からなるものであって、他にペ
ロブスカイト型結晶相以外のものを含んでも良い。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
体或いは単結晶体のいずれかの形態でも良い。 【0017】本発明に基づき磁器を作製する方法として
は、例えばBa,Zn,Nb,W,Taの酸化物あるい
は焼成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の金属
塩を原料として用い、これらを前述した範囲になるよう
に秤量した後、ボールミルで湿式粉砕し、脱水乾燥す
る。この後、混合物を500〜1500℃で0.1〜1
00時間仮焼処理し、仮焼物及び前述の範囲となるLi
及びBの酸化物の少なくとも一種以上をボールミルに入
れ、溶媒及び有機バインダーとともに混合粉砕し、造粒
あるいは整粒する。 【0018】あるいは、Ba,Zn,Nbの酸化物ある
いは焼成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の金
属塩、またはこれにTaの酸化物あるいは焼成により酸
化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を加えた原料
粉末と、Ba,Zn,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、硝酸塩等の金属塩、それぞれ別
々に調合、粉砕、仮焼し、これらの仮焼物及び前述の範
囲となるLi及びBの酸化物の少なくとも一種以上をボ
ールミルに共に入れ、溶媒及び有機バインダーとともに
混合粉砕し、造粒あるいは整粒する。 【0019】そして、例えば、所定の圧力で、プレス成
形して所定の形状に成形し、大気中において1100〜
1750℃で0.1〜200時間焼成することにより、
相対密度90%以上の誘電体磁器を得ることができる。
なお、Li及びBの酸化物は、仮焼前及び/又は仮焼後
に添加すれば良い。 【0020】 【作用】本発明の高周波用誘電体磁器組成物では、高周
波領域において比較的高い誘電率を維持した状態で高い
Q値を得ることができる。また、共振周波数の温度係数
τf も0近傍の一定範囲内に抑えることができる。 【0021】 【実施例】実施例1 原料として純度99%以上のBaCO3 ,ZnO,Nb
25 ,WO3 及びTa25 の粉末を用いて、これら
を表1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、直径10mmのZrO2 ボ
ールを用いて湿式混合した。次いで、この混合物を脱
水、乾燥した後、1100℃で2時間仮焼し、当該仮焼
物に純度95%以上のLiおよびBの化合物を表1の含
有量となるように添加し、ボールミルに水、有機バイン
ダーと共に入れ、湿式粉砕した。 【0022】その後、この粉砕物を乾燥した後、50番
メッシュの網を通して造粒し、得られた粉末を1ton
/cm2 の圧力で20mmφ×10mmの寸法からなる
円板状に成形した。さらに、この円板を1250〜15
00℃×2時間の条件で焼成して磁器試料を得た。この
磁器試料を加工して13mmφ×6mmの寸法からなる
円柱を得た。 【0023】かくして得られた磁器試料について、周波
数4〜7GHzにおける比誘電率(εr )、Q値を誘電
体共振器法で測定し、また25℃から85℃までの温度
範囲における共振周波数の温度変化を測定し、共振周波
数の温度係数(τf )を計算した。Q値はマイクロ波誘
電体において一般に成立するQ値×測定周波数f=一定
の関係から1GHzでのQ値に換算した。それらの結果
を表1に示した。 【0024】表1によれば、配合組成が本発明の範囲を
逸脱する試料No.7〜15は焼結不良やQ値の低下を
生じた。これに対して、本発明の試料No.1〜6は比
誘電率20〜38、Q値41000以上が達成された。 【0025】 【表1】【0026】また、本発明者等は、Ba,Zn,Nb,
Taの酸化物あるいは焼成により酸化物を生成する炭酸
塩、硝酸塩等の金属塩を加えた原料粉末と、Ba,Z
n,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、硝酸塩等の金属塩を、それぞれ別々に調合、粉
砕、仮焼し、これらの仮焼物及び表1に示した純度95
%以上のLi及びBの化合物をボールミルに共にいれ、
溶媒および有機バインダーとともに混合粉砕し、所定の
形状に成形し、待機中において焼成した。この場合で
も、本発明の範囲内であれば優れた誘電特性を有するこ
とを確認した。 【0027】 【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、高
周波領域において高い誘電率および高いQ値を得ること
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結用材料やMIC用誘電体基板材
料、誘電体導波線路、誘電体アンテナ、その他の各種電
子部品等に充分適用することができる。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】金属元素として少なくともBa,Zn,N
    b,W,Taを含有し、これらの金属元素のモル比によ
    る組成式をaBaO・bZnO・cNb25・dWO3
    ・eTa25と表した時、前記a,b,c,d,eが、 0.40≦a≦0.70 0.10≦b≦0.35 0 <c≦0.30 0 <d≦0.35 0 <e≦0.30 0.16≦c+e≦0.31 a+b+c+d+e=1.00 を満足する複合酸化物に対し、金属元素としてLi及び
    をそれぞれLi2CO3、B23換算で0.001〜
    0.8重量%含有することを特徴とする高周波用誘電体
    磁器組成物。
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