JP3469283B2 - マイクロ波用誘電体磁器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、還元し難く製造が容
易なマイクロ波用誘電体磁器に係り、ＢａＯ−ＴｉＯ₂
系にＴａ₂Ｏ₃、ＺｎＯ及びＣｒ₂Ｏ₃あるいは更にＳｎＯ
₂を含有させることにより、高い誘電率及びＱ値を有
し、誘電率の温度係数が組成によって自由に選択でき、
特性のすぐれたマイクロ波用誘電体磁器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ニューメディアの発達にともなっ
て、電子技術分野において小型化、デジタル化が進めら
れており、特に、衛星通信、自動車電話、携帯電話など
のマイクロ波を用いた通信技術では、部品の小型化、高
信頼性が高度に要求されている。

【０００３】しかし、従来のマイクロ波回路では、空胴
共振器や導波管がフィルターや伝送線路として用いられ
てきたので、上記要求の障害となっていた。これらの空
胴共振器や導波管は、基本的には電波の伝搬媒体として
空気あるいは真空の安定性を利用しているものである。
従って、上記マイクロ波回路部分を小型化するには、空
気あるいは真空の誘電率に比べて大きな誘電率を有し、
かつ空気や真空と同様に温度などに対しては高安定性を
有する伝搬媒体を使用すればよいことになり、この場
合、マイクロ波の伝搬波長は媒体中で、１／√εｒ
（εｒ：比誘電率）となるので、共振波長も１／√εｒ
となるため、小型化が達成できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のマイクロ波用誘
電体として知られている磁器としては、ＣａＺｒＯ
₃系、ＳｒＺｒＯ₃系、ＣａＴｉＯ₃−ＭｏＴｉＯ₃系やＢ
ａＯ−ＴｉＯ₂系があり、ＣａＺｒＯ₃系、ＳｒＺｒＯ₃
系、ＣａＴｉＯ₃−ＭｏＴｉＯ₃系では誘電率の温度係数
は零を含めて比較的広範囲のものを選択できるが、比誘
電率が２０程度と大きな値が得られない。また、ＢａＯ
−ＴｉＯ₂系は、比誘電率は４０程度と比較的大きい値
となるが、誘電率の温度係数は零にはならず、また、還
元されやすく、焼結が困難などの問題があった。

【０００５】このため、ＢａＯ−ＳｎＯ₂−ＴｉＯ₂系や
ＢａＯ−ＺｒＯ₂−ＴｉＯ₂系が提案されているが、誘電
率の温度係数は広い範囲に選択できず、共振周波数の温
度係数を零程度までしか小さくできず、マイナス側の温
度係数にすることは困難であった。

【０００６】この発明は、マイクロ波用誘電体磁器とし
て、高Ｑ値及び高誘電率を有し、誘電率の温度係数を広
範囲で選択できる誘電体磁器を目的とし、また、還元さ
れ難く、焼結がし易く製造が容易なマイクロ波用誘電体
磁器の提供を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者は、上述した従来
のマイクロ波用誘電体磁器の欠点を解決できる磁器組成
について種々検討した結果、ＢａＯ−ＴｉＯ₂系にＴａ₂
Ｏ₃、ＺｎＯ及びＣｒ₂Ｏ₃あるいはさらにＳｎＯ₂を含有
させることにより、誘電体の共振周波数の温度係数が−
１０ｐｐｍ／℃から１０ｐｐｍ／℃まで広くとれ、Ｑ値
を７０００以上、誘電率が３０〜３８の誘電体磁器とし
て、用途範囲を拡大できることを知見し、この発明を完
成した。

【０００８】すなわち、この発明は、ＢａＯ １５モル
％〜２０モル％、ＴｉＯ₂ ６５モル％〜７５モル％、
Ｔａ₂Ｏ₅ ０．１モル％〜２モル％、ＺｎＯ ９モル％
〜１５モル％、Ｃｒ₂Ｏ₃ ０．０５モル％〜１モル％、
あるいは、さらに、ＳｎＯ₂ ５モル％以下 を含有することを特徴とするマイクロ波誘電体磁器であ
る。

【０００９】この発明において、主成分のＢａＯが１５
モル％未満、あるいは２０モル％を越えると、また、Ｔ
ｉＯ₂が６５モル％未満、あるいは７５モル％を越える
と、共振周波数の温度係数が−１０ｐｐｍ／℃以下、あ
るいは１０ｐｐｍ／℃以上となり、実用価値がなくなる
ため、ＢａＯは１５モル％〜２０モル％、ＴｉＯ₂は６
５モル％〜７５モル％とする。好ましくは、ＢａＯ１６
モル％〜１９モル％、ＴｉＯ₂６６モル％〜７３モル％
である。

【００１０】Ｔａ₂Ｏ₅は、Ｑ値を高める等の効果がある
が、０．１モル％未満では従来のＢａＯ−ＴｉＯ₂系と
同等であり、また５モル％を越えるとＱ値を低下させる
ので好ましくないため、０．１モル％〜２モル％とす
る。

【００１１】ＺｎＯは、Ｑ値を高める効果があるが、９
モル％未満ではＱ値が大幅に低下し、また１５モル％を
越えると焼結性が悪化するため、９モル％〜１５モル％
とする。好ましくは１０モル％〜１４モル％である。

【００１２】この発明の特徴であるＣｒ₂Ｏ₃は還元防止
剤として作用し、焼結体を還元し難くする効果があると
ともににＱ値を高める効果があるが、０．０５モル％未
満ではその効果が小さく、１モル％を越えると焼結性が
悪化し、Ｑ値を低下させるため０．０５モル％〜１モル
％とする。

【００１３】ＳｎＯ₂の添加は焼結温度を下げる効果が
あり、従来より低温で長時間での幅広い焼結条件にて焼
結することが可能でＱ値改善の効果があるが、５モル％
を越えると誘電率を大幅を低下させるため、５モル％以
下の添加とする。

【００１４】

【作用】この発明による誘電体磁器は、公知のＢａＯ−
ＴｉＯ₂系に特定量のＴａ₂Ｏ₃、ＺｎＯ及びＣｒ₂Ｏ₃を
含有させるか、あるいはさらに特定量のＳｎＯ₂を含有
させ、その組成を適宜選定することにより、誘電体の共
振周波数の温度係数を−１０ｐｐｍ／℃から１０ｐｐｍ
／℃までと広範囲に設定でき、また、Ｑ値を７０００以
上、誘電率を３０〜３８とすることができる。

【００１５】

【実施例】純度99.5%以上のBaCO₃、TiO₂、Ta₂O₅、ZnO、
Cr₂O₃及びSnO₂を、表1に示す組成の磁器となるように配
合し、ボールミルで5時間の混合を行い、乾燥後に、100
0℃、2時間の仮焼を行った。次いで、これを粉砕し、乾
燥後、有機バインダーを1wt%添加して造粒し、さらに所
定形状に加圧成型した後、1200℃〜1300℃で4時間焼成
し、外径11mm×高さ9mm寸法の焼結体を得た。得られた
焼結体について、25℃、7.5GHzにおける比誘電率εr、
Q、共振周波数の温度係数でτf(ppm/℃)を測定し、その
結果を表1に示す。

【００１６】なお、表１における比誘電体とＱは、誘電
体共振器により測定したもので、共振周波数の温度係数
τｆと誘電率の温度係数τεとは、磁器の線熱膨張係数
αとの間に、下記式のごとき関係がある。 τｆ＝−１／２τε−α

【００１７】表１より明らかなように、この発明による
誘電体は、共振周波数の温度係数が−１０ｐｐｍ／℃〜
１０ｐｐｍ／℃まで広くとれ、Ｑ値が７０００〜８２０
０の低損失、高誘電率材料であることが分かる。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【発明の効果】この発明によるＢａＯ−ＴｉＯ₂−Ｔａ₂
Ｏ₃−ＺｎＯ−Ｃｒ₂Ｏ₃系あるいはＢａＯ−ＴｉＯ₂−Ｔ
ａ₂Ｏ₃−ＺｎＯ−Ｃｒ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂系誘電体磁器は、
実施例に明らかなようにその組成を適宜選定することに
より、誘電体の共振周波数の温度係数を−１０ｐｐｍ／
℃から１０ｐｐｍ／℃までと広範囲に設定でき、また、
Ｑ値が７０００以上、誘電率が３０〜３８であり、マイ
クロ波用誘電体磁器としてその用途を拡大でき、さら
に、還元され難く、焼結がし易く製造が容易な利点があ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−292509（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−298910（ＪＰ，Ａ) Ｋａｚｕｈｉｋｏ Ｍａｊｉｍａ ｅ ｔ ａｌ，“Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐ ｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＢａＴｉ409 ｄ ｕｅ ｔｏ Ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ＺｎＯ−Ｔａ205”，Ｍａｔｅｒｉａｌ ｓ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，ＪＩ Ｍ，Ｖｏｌ．33，Ｎｏ．４（1992）, ｐ．415−418 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01B 3/12 303 C04B 35/46 H01P 7/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＢａＯ １５モル％〜２０モル％、Ｔｉ
   Ｏ₂ ６５モル％〜７５モル％、Ｔａ₂Ｏ₅ ０．１モル
   ％〜２モル％、ＺｎＯ ９モル％〜１５モル％、Ｃｒ₂
   Ｏ₃ ０．０５モル％〜１モル％からなることを特徴と
   するマイクロ波誘電体磁器。
2. 【請求項２】 ＢａＯ １５モル％〜２０モル％、Ｔｉ
   Ｏ₂ ６５モル％〜７５モル％、Ｔａ₂Ｏ₅ ０．１モル
   ％〜２モル％、ＺｎＯ ９モル％〜１５モル％、Ｃｒ₂
   Ｏ₃ ０．０５モル％〜１モル％、ＳｎＯ₂ ５モル％以
   下を含有することを特徴とするマイクロ波用誘電体磁
   器。