JP3493316B2 - 高周波用誘電体磁器組成物および誘電体共振器 - Google Patents
高周波用誘電体磁器組成物および誘電体共振器Info
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Description
波等の高周波領域において、高いQ値を有する高周波用
誘電体磁器組成物および誘電体共振器に関するものであ
り、例えば、マイクロ波やミリ波などの高周波領域にお
いて使用される種々の共振器用材料やMIC用誘電体基
板材料、誘電体導波路用材料や積層型セラミックコンデ
ンサ等に用いることができる高周波用誘電体磁器組成物
および誘電体共振器に関する。
周波領域において、誘電体共振器、MIC用誘電体基板
や導波路等に広く利用されている。そこに要求される特
性として(1)誘電体中では波長が1/εr1/2 に短縮
されるので、小型化の要求に対して比誘電率が大きいこ
と、(2)高周波での誘電損失が小さいこと、すなわち
高Q値であること、(3)共振周波数の温度に対する変
化が小さく、且つ安定であること、以上の3つの特性が
主として挙げられる。
ば、BaO−TiO2 系材料、BaO−REO−TiO
2 (但し、REOは希土類元素酸化物) 系材料、MgT
iO3 −CaTiO3 系材料などの酸化物磁器材料が知
られている(例えば、特開昭61−10806号公報、
特開昭63−100058号公報等参照)。
−TiO2 系材料では、比誘電率εrが37〜40と高
く、Q値は40000と大きいが、単一相では共振周波
数の温度依存性τfが0のものが得にくく、組成変化に
対する比誘電率及び比誘電率の温度依存性の変化も大き
い。そのため、高い比誘電率と低い誘電損失を維持した
まま、共振周波数の温度係数τfを安定に小さく制御す
ることが困難であった。
ついては、BaO−Nd2 O3 −TiO2 系あるいはB
aO−Sm2 O3 −TiO2 系等が知られているが、こ
れらの系では比誘電率εrが60〜100と非常に高
く、また共振周波数の温度係数τfが0のものも得られ
ているが、Q値が5000以下と小さい。
料ではQ値が30000と大きく、共振周波数の温度係
数τfが0のものも得られているが、比誘電率が16〜
25と小さい。
も高周波用誘電体材料に要求される前記3つの特性を共
に充分には満足していない。
いて高いQ値が得られるものの、高温でのQ値が、室温
でのQ値より大きく低下し、高Q値のメリットを十分享
受出来ず、共振器の無負荷Qが小さくなるという問題が
あった。
−Ca−Tiからなる誘電体磁器組成物が知られてお
り、このような誘電体磁器組成物でも、比誘電率が38
〜45と高く、Q値も高く、共振周波数の温度係数τf
が0のものが得られるという優れた特性を有することが
できるが、高温(120℃)でのQ値の保持率が不十分
であるという問題があった。また、通信業界の発展に伴
ってもっと高いQ値の材料が要求されている。
Q値で、共振周波数の温度依存性が小さく、且つ室温に
対する高温でのQ値の保持率を高く維持できる高周波用
誘電体磁器組成物を提供することを目的とする。
対して、検討を重ねた結果、金属元素として少なくとも
La、Al、SrおよびTiを含有する複合酸化物から
なり、これらの金属元素酸化物のモル比を制御するとと
もに、Mnを特定量含有することにより、比誘電率が大
きく、高Q値で、共振周波数の温度依存性が小さく、室
温におけるQ値に対する高温におけるQ値の保持率が高
い高周波用誘電体磁器組成物が得られることを知見し
た。
は、金属元素として少なくともLa、Al、Srおよび
Tiを含有する複合酸化物からなり、前記金属元素のモ
ル比による組成式を aLa2 O3 ・bAl2 O3 ・cSrO・dTiO2 と表したとき、前記a、b、c、dが 0.1061≦a≦0.2162 0.1050≦b≦0.2086 0.3040≦c≦0.4185 0.2747≦d≦0.4373 0.75 ≦b/a≦1.25 0.75 ≦d/c≦1.25 (ただし a+b+c+d=1) を満足する主
成分組成物100重量部に対して、MnをMnO2 換算
で0.01〜3.0重量部含有するものである。
有量が全量中0.02重量%以下であることが望まし
い。また、120℃におけるQf値は、25℃における
Qf値の75%以上であることが望ましい。
出力端子間に誘電体磁器を配置してなり、電磁界結合に
より作動する誘電体共振器において、前記誘電体磁器
が、上記高周波用誘電体磁器組成物からなるものであ
る。
主成分組成物として、金属元素として少なくともLa、
Al、SrおよびTiを含有し、これらの金属元素のモ
ル比による組成式をaLa2 O3 ・bAl2 O3 ・cS
rO・dTiO2 と表した時、a、b、c、dを特定の
範囲に制御することにより、比誘電率が大きく、高Q値
で、共振周波数の温度特性が良好で、安定となる。特
に、本発明では、LaとSrを組み合わせて用いること
に特徴があり、これにより、LaAlO3 とSrTiO
3 の固溶体を形成でき、Qf値を向上できるのである。
所定量の割合で含有することにより、安定したQf値を
示し、25℃のQf値に対する高温(120℃)でのQ
f値の保持率を大きくすることができ、共振器の無負荷
Qを大きくすることが可能となる。
るカーボン含有量を全量中0.02重量%以下とするこ
とにより、25℃のQf値に対する高温(120℃)で
のQf値の保持率をさらに向上することができる。
おけるQf値の75%以上である場合には、Q値の温度
に対する安定性を高めることができる結果、さらに共振
器の安定性を高めることができる。
物は、金属元素として少なくともLa、Al、Srおよ
びTiを含有する複合酸化物を主成分組成物とするもの
である。かかる主成分組成物における前記金属元素のモ
ル比による組成式を aLa2 O3 ・bAl2 O3 ・cSrO・dTiO2 と表したとき、前記a、b、c、dが 0.1061≦a≦0.2162 0.1050≦b≦0.2086 0.3040≦c≦0.4185 0.2747≦d≦0.4373 0.75 ≦b/a≦1.25 0.75 ≦d/c≦1.25 (ただし a+b+c+d=1) であることが
重要である。これらのa、b、c、dを上記の範囲に限
定した理由は以下の通りである。
したのは、0.1061>aの場合、共振周波数の温度
係数τfが正に大きくなり、共振周波数の温度係数τf
の絶対値が30を大きく越えてしまい、a>0.216
2の場合はτfが負に大きくなり、τfの絶対値が30
を越えてしまい、また、比誘電率εrも低下するからで
ある。aは、共振周波数の温度係数τfおよびQf値の
点から、0.1211≦a≦0.1450の範囲が好ま
しい。
したのは、0.1050>bの場合は共振周波数の温度
係数τfが正に大きくなり、τfの絶対値が30を大き
く越え、Qf値も低下するからであり、b>0.208
6の場合はτfが負に大きくなり、τfの絶対値が30
を越えてしまうからである。bは、特に、0.1211
≦b≦0.1623の範囲が好ましい。
としたのは、0.3040>cの場合には、共振周波数
の温度係数τfが負に大きくなり、τfの絶対値が30
を越えてしまうからである。c>0.4185の場合に
は、共振周波数の温度係数τfが正に大きくなったり、
Q値が30000よりも低下するからである。cは、特
に、0.3377≦c≦0.3789の範囲が好まし
い。
したのは、0.2747>dの場合には、共振周波数の
温度係数τfが負に大きくなり、τfの絶対値が30を
越えてしまうからであり、d>0.4373の場合に
は、共振周波数の温度係数τfが正に大きくなり、τf
の絶対値が30を越えてしまうからであり、また、Q値
が30000よりも低下するからである。特に、0.3
377≦d≦0.3789の範囲が好ましい。
たのは、0.75>b/aの場合や、b/a>1.25
の場合には、Qf値が大きく低下し、30000より低
下するからである。b/aは、Q値向上の点から、0.
85≦b/a≦1.15であることが望ましい。
のは、0.75>d/cの場合は、比誘電率εrが小さ
くなり、d/c>1.25の場合には、比誘電率εrが
大きくなるからである。d/cは、比誘電率εrの点か
ら、0.85≦d/c≦1.15であることが望まし
い。
0重量部に対して、MnをMnO2換算で0.01〜
3.0重量部を含有することが重要である。即ち、Mn
を含有させることによって、比誘電率εrや共振周波数
の温度係数τfを変化させずに、Qf値を安定させ、さ
らに、25℃のQf値に対する、高温(120℃)のQ
f値の低下率を小さくすることができるのである。
0.01〜3.0重量部としたのは、3.0重量部を越
えるとQf値が極端に小さくなり、共振周波数の温度係
数τfが正側にシフトするためである。一方、Mnの含
有量がMnO2 換算で0.01重量部よりも少ない場合
には、添加効果が殆どないからである。Mnの含有量
は、誘電特性向上の点から、MnO2 換算で0.05〜
2.0重量部であることが望ましい。
物では、25℃のQf値に対する高温(120℃)のQ
f値の低下率を小さくするという点から、磁器組成物中
のカーボン含有量が全量中0.02重量%以下、特に
0.01重量%以下であることが望ましい。
で、成形用の有機バインダを添加する場合、通常、0.
04重量%程度含有される。そこで、本発明によれば、
有機バインダを含有する成形体を大気などの酸化性雰囲
気中で、600℃以上で10時間以上、特に800℃以
上で15時間以上の条件で脱バインダ処理することが望
ましい。
に制御することにより、120℃におけるQf値を25
℃におけるQf値の75%以上とすることができる。
えば、以下のようにして作製される。出発原料として、
高純度の酸化ランタン、酸化アルミニウム、炭酸ストロ
ンチウム、酸化チタンの各粉末を用いて、前述した所望
の割合となるように秤量後、純水を加え、混合原料の平
均粒径が2.0μm以下となるまで10〜30時間、ジ
ルコニアボール等を使用したミルにより湿式混合・粉砕
を行う。
℃で2〜10時間仮焼処理する。得られた仮焼物に、M
nO2 を前述した特定の範囲で添加し混合粉砕する。さ
らに所定量、例えば5重量%程度の成形用の有機バイン
ダを加えてから整粒し、得られた粉末を所望の成形手
段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、押し出し
成形等により任意の形状に成形後、大気などの酸化性雰
囲気中で温度が600℃以上、かつ保持時間が10時間
以上の条件で脱バインダ処理し、この後、1500〜1
700℃の温度で1〜10時間大気中において焼成する
ことにより誘電体磁器が得られる。
a、Al、Sr、Tiの出発原料としては、酸化物以外
に炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等のように、酸化
性雰囲気での熱処理によって酸化物を生成し得る化合物
を用いても良い。
としてCa、Zr、Si、Ba等が混入する場合がある
が、これらは、酸化物換算で0.1重量%程度混入して
も特性上問題ない。
共振器用として最も有用である。本発明の誘電体共振器
として、図1にTEモード型誘電体共振器の概略図を示
した。図1の共振器は、金属ケース1の両側に入力端子
2及び出力端子3を形成し、これらの端子2、3の間に
上記したような組成からなる誘電体磁器4を配置して構
成される。このように、TEモード型の誘電体共振器
は、入力端子2からマイクロ波が入力され、マイクロ波
は誘電体磁器4と自由空間との境界の反射によって誘電
体磁器4内に閉じこめられ、特定の周波数で共振を起こ
す。
される。また、図示しないが、本発明の誘電体磁器組成
物をTEMモードを用いた同軸形共振器やストリップ線
路共振器、TMモードの誘電体磁器共振器、その他の共
振器に適用しても良いことは勿論である。
酸化アルミニウム(Al2 O3 )、炭酸ストロンチウム
(SrCO3 )、酸化チタン(TiO2 )の各粉末を用
いて、それらを表1となるように秤量後、純水を加え、
混合原料の平均粒径が2.0μm以下となるまで、Zr
O2 ボールを用いたミルにより約20時間湿式混合、粉
砕を行った。
間仮焼し、さらに5重量%のバインダーを加えてから整
粒し、得られた粉末を焼く1ton/cm2の圧力で円板状に
形成し、大気中で、脱バイ温度400℃、保持時間10
時間の条件で脱バインダー処理を行い、この後、150
0〜1700℃の温度で2時間大気中において焼成し
た。
音波洗浄し、150℃で1時間乾燥した後、室温(25
℃)において、円柱共振器法により測定周波数3.5〜
4.5GHzで比誘電率εr、Qf値、共振周波数の温
度係数τfを測定した。Qf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Qf値に換算した。
5℃の範囲で測定した。さらに、Qf値については、1
20℃でのQf値も測定し、室温(25℃)でのQf値
に対する120℃でのQf値の比をQf値の保持率とし
て算出した。カーボン含有量は、管状抵抗炉を用い、赤
外吸収法により測定した。これらの結果を表1に示す。
外の誘電体磁器組成物では、比誘電率又はQf値が低い
か、あるいはτfの絶対値が30を超えていた。
では、比誘電率が30以上、Q値が30000(1GH
zにおいて)以上、τfが±30(ppm/℃)以内、
120℃でのQf値が25℃でQf値に対して75%以
上の保持率を有しており、優れた誘電特性が得られるこ
とが判る。
の主成分組成物に対して、表2に示す種々の割合でMn
O2 粉末を添加した。その後、実施例1と同様にして得
られた磁器の比誘電率εr、Qf値、共振周波数の温度
係数τf、Qf値の保持率を測定した。その結果を表2
に記載する。
を加えることにより、Mn無添加の試料No.31に比べ
てQf値が高くかつ安定するとともに、高温(120
℃)での室温(25℃)に対するQ値の保持率が高くな
ることがわかる。
対して、脱バインダ温度や時間を表3に示すように変更
する以外は、全く同様にしてカーボン含有量が異なる複
数の磁器を作製した。そして、得られた磁器に対して、
実施例1と同様にして比誘電率εr、Qf値、共振周波
数の温度係数τf、Qf値の保持率を測定し、その結果
を表3に記載する。
カーボン含有量が0.02重量%以下である場合には、
カーボン量が0.02重量%よりも多い場合に比べてQ
値が高くかつ安定するとともに、高温(120℃)での
室温(25℃)に対するQ値の保持率がさらに高くなる
ことがわかる。
なくともLa、Al、SrおよびTiを含有する特定比
率の複合酸化物に対してさらにMnを添加することによ
り、高周波領域において高い誘電率及び高いQf値を有
するとともに、共振周波数の温度係数τfを安定に小さ
く制御することができるとともに、高Q値を安定させ、
室温(25℃)に対する高温(120℃)でのQ値の保
持率を高く維持することができる。
組成物は、例えば、自動車電話、コードレステレホン、
パーソナル無線機、衛星放送受信機等の装置において、
マイクロ波やミリ波領域において使用される共振器用材
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適用され、特に、
誘電体共振器用として好適である。
Claims (4)
- 【請求項1】金属元素として少なくともLa、Al、S
rおよびTiを含有する複合酸化物からなり、前記金属
元素のモル比による組成式を aLa2 O3 ・bAl2 O3 ・cSrO・dTiO2 と表したとき、前記a、b、c、dが 0.1061≦a≦0.2162 0.1050≦b≦0.2086 0.3040≦c≦0.4185 0.2747≦d≦0.4373 0.75 ≦b/a≦1.25 0.75 ≦d/c≦1.25 (ただし、a+b+c+d=1) を満足する主
成分組成物100重量部に対して、MnをMnO2 換算
で0.01〜3.0重量部含有することを特徴とする高
周波用誘電体磁器組成物。 - 【請求項2】カーボン含有量が全量中0.02重量%以
下であることを特徴とする請求項1記載の高周波用誘電
体磁器組成物。 - 【請求項3】120℃におけるQf値が、25℃におけ
るQf値の75%以上であることを特徴とする請求項1
または2記載の高周波用誘電体磁器組成物。 - 【請求項4】一対の入出力端子間に誘電体磁器を配置し
てなり、電磁界結合により作動する誘電体共振器におい
て、前記誘電体磁器が、請求項1乃至3のうちいずれか
に記載の高周波用誘電体磁器組成物からなることを特徴
とする誘電体共振器。
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ID=11689509
Family Applications (1)
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KR100843012B1 (ko) | 2001-07-16 | 2008-07-01 | 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 | 유전체 자기 |
JP2004143033A (ja) | 2002-08-30 | 2004-05-20 | Murata Mfg Co Ltd | 高周波用誘電体磁器組成物、誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信機装置 |
CN112174665B (zh) * | 2020-09-25 | 2022-07-26 | 西华大学 | 5g基站用介电常数精准可控的滤波器陶瓷及其制备方法 |
-
1999
- 1999-01-14 JP JP00830799A patent/JP3493316B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
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T.NAKAMURA et al,ON THE PEROVSKITE−RELATED MATERIALS,FERROELECTRICS,NL,GORDON AND BREACH SCIENCE PUBLISHERS,1997年 5月22日,Vol.196,205−209 |
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