JP3597244B2 - Dielectric porcelain composition - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は高周波領域で使用される各種フィルタや共振器等に使用される誘電体磁器組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車電話や携帯電話、または衛星放送など、マイクロ波領域の電磁波を利用する通信の進展にともない、端末機器の小型化への要求がますます強くなっている。端末機器を小型化するためには、機器を構成する個々の部品を小型化する必要がある。誘電体磁器はこれらの機器において、各種フィルタや共振器として組み込まれている。これらの共振デバイスの大きさは同じ共振モードを利用する場合、使用する誘電体材料の持つ比誘電率(εr)の平方根に逆比例するため、小型の共振デバイスを作製するには、高い比誘電率を有する材料が必要である。また、誘電体磁器用の誘電体材料に求められる他の特性は、マイクロ波領域で低損失であること、すなわちQ値が高いこと、さらに共振周波数の温度係数(τf)が小さいことである。ここでQ値とは、誘電損失tanδの逆数をいう。
【0003】
比誘電率の大きい材料として、(Pb,Ca)ZrO3系が特開平4−65021号公報に提案されている。この系は100を越える高い比誘電率と、2〜4GHzで800程度の高いQ値、および小さい共振周波数の温度係数を有している。
【0004】
一方、導体と誘電体磁器を積層構造にし、共振デバイスを小型、高機能化しようとする試みが行なわれている。導体は、マイクロ波のような高周波領域で使用する場合、導電率が高い必要があるため、Cu、Au、Ag、またはそれらの合金を使用する必要がある。また、誘電体磁器は積層構造にする場合、導体の金属と同時に焼成する必要があるため、導体金属が溶解せず、かつ酸化しない焼成条件で緻密に焼結しなければならない。すなわち、用いる導体金属の融点(Cuの場合1083℃、Auの場合1063℃、Agの場合961℃)以下の低温で、かつCuを電極に用いる場合は低い酸素分圧での焼成が必要となる。低温で焼結できるマイクロ波誘電体磁器として、Bi2O3−CaO−Nb2O5系が米国特許第5,273,944号明細書に提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来のBi2O3−CaO−Nb2O5系の磁器は、1000℃程度の低温で焼結できるが、主成分のBi2O3が焼成時に蒸発するため、焼成温度に対して誘電特性が不安定であるという問題があった。
【0006】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、第1成分にBi2O3を含まず、低温で焼結し、比誘電率が高く、高いQ値と小さい共振周波数の温度係数を有する誘電体磁器組成物を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の第1番目の誘電体磁器組成物は、一般式Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-xTix}O3(ただし、0≦x≦0.50)で表される第1成分と、少なくともSiO2 とB2O3とAl 2 O 3 とを含む第2成分からなる誘電体磁器組成物であって、
前記第1成分の誘電体磁器組成物全体に占める割合が40重量%以上98重量%以下、
かつ前記第2成分の誘電体磁器組成物全体に占める割合が2重量%以上60重量%以下の範囲であり、第2成分全体に占める第2成分の各組成の割合が、30〜65重量%の範囲のSiO2、10〜35重量%の範囲のB2O3、5〜30重量%の範囲のAl2O3、0〜8重量%の範囲のZrO2、及び0〜13重量%の範囲のMO(Mは、Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも一種の元素)であることを特徴とする。
【0008】
本発明の第2番目の誘電体磁器組成物は、一般式Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-xTix}O3(ただし、0≦x≦0.50)で表される組成物とAl 2 O 3 とからなる第1成分と、少なくともSiO2 とB2O3 とAl 2 O 3 とを含む第2成分とを混合して焼成した誘電体磁器組成物であって、
前記第1成分の誘電体磁器組成物全体に占める割合が30重量%以上98重量%以下の範囲であり、第1成分全体に占めるAl 2 O 3 の割合が0重量%を超え80重量%以下であり、
かつ第2成分の誘電体磁器組成物全体に占める割合が2重量%以上70重量%以下の範囲であり、第2成分全体に占める第2成分の各組成の割合が、30〜65重量%の範囲のSiO2、10〜35重量%の範囲のB2O3、5〜30重量%の範囲のAl2O3、0〜8重量%の範囲のZrO2、及び0〜13重量%の範囲のMO(Mは、Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも一種の元素)であることを特徴とする。
【0009】
【作用】
本発明の第1番目の誘電体磁器組成物によれば、第1成分として比誘電率が高く、優れたマイクロ波誘電特性を持つCa{(Mg1/3Nb2/3)1-XTiX}O3(ただし、0≦x≦0.50)を用い、第2成分に焼結を促進するガラス成分を含有しているため、1000℃程度で焼結し、比誘電率が高く、高いQ値と小さい共振周波数の温度係数を有する誘電体磁器を実現できる。また、第1成分にBi2O3を含まないため、焼成温度に対する誘電特性の安定性も優れている。
【0010】
本発明の第2番目の誘電体磁器組成物によれば、第1成分としてCa{(Mg1/3Nb2/3)1-XTiX}O3(ただし、0≦x≦0.50)に加え、比誘電率の低い酸化アルミニウムを含ませることにより、焼結温度、Q値、および温度係数を悪化させることなく比誘電率を調節することが可能である。また、第2成分に融点を下げたガラス質成分を添加するため、1000℃程度で焼結し、比誘電率が高く、高いQ値と小さい共振周波数の温度係数を有する誘電体磁器を実現できる。
【0011】
さらに、前記本発明の第1〜2番目の誘電体磁器組成物によれば、第2成分が30〜65重量%の範囲のSiO2、10〜35重量%の範囲のB2O3、5〜30重量%の範囲のAl2O3、0〜8重量%の範囲のZrO2、及び0〜13重量%の範囲のMO(Mは、Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも一種の元素)からなるので、さらに低温焼結が可能で、高い比誘電率、高いQf積、小さい共振周波数の温度係数と優れたマイクロ波誘電特性をもつ誘電体磁器組成物を実現できる。
【0012】
また前記において、誘電体磁器組成物の比誘電率(εr)が14〜40、Qf積が1000〜30000GHz、共振周波数の温度係数(τf)が−50〜+50ppm/℃の範囲、または誘電体磁器組成物の比誘電率(εr)が9〜24、Qf積が1000〜30000GHz、共振周波数の温度係数(τf)が−50〜+50ppm/℃の範囲であるという好ましい例によれば、積層型マイクロ波共振デバイスが実現でき、フィルタや共用器などの高周波デバイスの小型化と高性能化が可能となる。
【0013】
また本発明の誘電体組成物を用いると、Au,Ag,Cu等を内部導体に用いた積層型マイクロ波共振デバイスが実現でき、フィルタや共用器などの高周波デバイスの小型化と高性能化が可能となる。
【0014】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【0015】
(実施例1)
実施例1は本発明の第1発明の一実施例に対応するものである。
まず、第1成分として用いる粉末の合成について述べる。出発原料には化学的に高純度(99重量%以上)であるCaCO3、MgO、Nb2O5、およびTiO2を用いた。原料の純度補正を行なった後、組成をCa{(Mg1/3Nb2/3)1-XTiX}O3と表したときのxが所定の値になるように秤量した。これらの粉体を、ジルコニアの玉石および純水とともにボールミルで17時間混合した。混合後、スラリーを乾燥し、アルミナ製の坩堝にいれ、温度1000〜1300℃で2時間仮焼した。仮焼体を、解砕した後、前述したボールミルで17時間粉砕し、乾燥させ、第1成分の粉末とした。
【0016】
次に、第2成分として用いる粉末の合成について述べる。出発原料には化学的に高純度(99重量%以上)であるSiO2、B2O3、Al2O3、ZrO2、BaCO3、SrCO3、CaCO3、Li2O、ZnO、およびPbOを用いた。原料の純度補正を行なったのち、表1に示した種々の組成となるように秤量した。これらの粉体を、エタノールを溶媒に用いてボールミル混合を行い、乾燥させた。混合粉体を坩堝にいれ、温度1000〜1200℃で溶融させ、急冷した。解砕した後、混合と同様の方法にて粉砕し、乾燥させ、第2成分の粉末とした。合成した第2成分の組成を表1に示す。
【0017】
【表1】
【0018】
第1成分と第2成分の粉末は、ボールミルにて湿式混合し、乾燥させた。得られた粉体にバインダとしてポリビニルアルコールの5重量%水溶液を6重量%加えて混合後、32メッシュのふるいを通して造粒し、100MPaで直径13mm、厚み約5mmの円柱状にプレス成形した。成形体を温度600℃で3時間加熱してバインダを焼却後、マグネシア製の磁器容器に入れ、蓋をし、温度800〜1400℃の種々の温度で2時間保持して焼成した。密度が最高となる温度で焼成した焼結体についてマイクロ波での誘電特性を測定した。共振周波数とQ値は、誘電体共振器法により求めた。焼結体の寸法と共振周波数より比誘電率(εr)を算出した。共振周波数は4から8GHzであった。また、−25℃、20℃及び85℃における共振周波数を測定し、最小二乗法により、その温度係数(τf)を算出した。結果を表2に示す。ここで表2におけるQf積とは、Q値とこれを測定した時の周波数fの積をいう。ここで、周波数fは4〜8GHzの間で、資料の大きさや形状などにより変化する。そこで、Qf積とすることにより、資料の大きさや形状などに影響されない値として算出した。この方法は当業者にとって一般的に行われている方法である。
【0019】
【表2】
【0020】
表2より、本実施例の組成の磁器は、850〜1150℃の範囲の温度で焼結し、14〜40の範囲の比誘電率(εr)、1200〜18000GHzの範囲のQf積、−41から+48ppm/℃の共振周波数の温度係数(τf)と優れたマイクロ波誘電特性をもつことが確認できた。第2成分の組成は、試料番号10から13の例に示したように、様々な組成でも優れた誘電特性を実現させることができることから、少なくともSiO2、B2O3のうちの一種以上を含んでいれば良いことが確認できた。
【0021】
試料番号4の例に示したように第1成分のCa{(Mg1/3Nb2/3)1-XTiX}O3におけるxが0.5を越えると、共振周波数の温度係数が+50ppm/℃を越える大きい値となり実用上好ましくない。試料番号5の例のように第2成分の量が2重量%未満であると、焼成温度が1400℃と高く、本発明の目的にそぐわない。また、試料番号9の例のように、第2成分の量が60重量%を越えると、Qf積が1000GHz以下の小さい値となるので望ましくない。
【0022】
(実施例2)
実施例2は本発明の第1発明の別の実施例に対応するものである。
試料の合成、特性の評価については実施例1と同様の方法により行った。ただし、第2成分の組成については表3に示したものを用いた。結果を表4に示す。
【0023】
【表3】
【0024】
【表4】
【0025】
表4より、クレーム2の範囲内の誘電体磁器は、875〜950℃の範囲の温度で焼結し、19〜33の範囲の比誘電率(εr)、2800〜5100GHzの範囲のQf積、−10から+41ppm/℃の範囲の共振周波数の温度係数(τf)と優れたマイクロ波誘電特性をもつことが確認できた。
【0026】
SiO2が30重量%未満の第2成分Iを用いた試料番号20の例、B2O3が35重量%より多い第2成分Lを用いた試料番号23の例、およびAl2O3が5重量%より少ない第2成分Mを用いた試料番号24の例では、Qf積が1000GHzより小さくなるので好ましくない。また、SiO2が65重量%より多い第2成分Jを用いた試料番号21の例、B2O3が10重量%より少ない第2成分Kを用いた試料番号22の例、Al2O3が30重量%より多い第2成分Nを用いた試料番号25の例、ZrO2が8重量%より多い第2成分Oを用いた試料番号26の例、およびMO(Mは、Ca、Sr、Baのうちより選ばれる一種以上)が13重量%より多い第2成分Pを用いた試料番号27の例では、焼成温度が1100℃以上と高かったので、好ましくなかった。
【0027】
(実施例3)
実施例3は本発明の第2番目の発明の一実施例に対応するものである。
試料の合成、特性の評価については実施例1と同様の方法により行った。第1成分が、Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-XTiX}O3に加え、Al2O3を含む。ただし、第2成分の組成については表1に示したものを用いた。結果を表5に示す。
【0028】
【表5】
【0029】
表5より本実施例の誘電体磁器は、850〜1150℃の範囲の温度で焼結し、9〜24の範囲の比誘電率(εr)、1400〜12000GHzの範囲のQf積、−22から+46ppm/℃の範囲の共振周波数の温度係数(τf)と優れたマイクロ波誘電特性をもつことが確認できた。比誘電率は第1成分中のAl2O3の量Wを増やすと低下させることができた。
【0030】
試料番号33の例に示したように、第2成分の量が2重量%より少ないと1400℃以下の温度では焼結しないので好ましくない。試料番号38の例に示したように、第2成分の量が70重量%より多いとQf積が1000GHzより小さくなり好ましくない。試料番号40の例に示したように、第1成分がすべてAl2O3の場合共振周波数の温度係数が−50ppm/℃より負に大きい値となり好ましくない。また、試料番号42の例に示したように第1成分のCa{(Mg1/3Nb2/3)1-XTiX}O3におけるxが0.5を越えると、共振周波数の温度係数が+50ppm/℃を越える正の大きい値となり実用上好ましくない。
【0031】
(実施例4)
実施例4は本発明の第2番目の発明の別の実施例に対応するものである。試料の合成、特性の評価については実施例1と同様の方法により行った。ただし、第2成分の組成については表3に示したものを用いた。結果を表6に示す。
【0032】
【表6】
【0033】
表6より、本実施例の誘電体磁器は、875〜975℃の範囲の温度で焼結し、11〜24の範囲の比誘電率(εr)、3200〜5300GHzの範囲のQf積、−16から+37ppm/℃の範囲の共振周波数の温度係数(τf)と優れたマイクロ波誘電特性をもつことが確認できた。
【0034】
SiO2が30重量%より少ない第2成分Iを用いた試料番号51の例、B2O3が35重量%より多い第2成分Lを用いた試料番号54の例、およびAl2O3が5重量%より少ない第2成分Mを用いた試料番号55の例では、Qf積が1000GHzより小さくなるので好ましくない。また、SiO2が65重量%より多い第2成分Jを用いた試料番号52の例、B2O3が10重量%より少ない第2成分Kを用いた試料番号53の例、Al2O3が30重量%より多い第2成分Nを用いた試料番号56の例、ZrO2が8重量%より多い第2成分Oを用いた試料番号57の例、およびMO(Mは、Ca、Sr、Baのうちより選ばれる一種以上)が13重量%より多い第2成分Pを用いた試料番号58の例では、焼成温度が1100℃を越えるので好ましくない。
なお、前記実施例以外の元素の含有も、本発明の範囲であれば誘電特性に悪い影響を与えない限り使用することができる。
【0035】
(参考例1)
以下図面を用いて本発明の誘電体磁器を用いた積層型の共振デバイスの一例を説明する。図1は本発明の一実施例の誘電体組成物1を用い、Au、Ag、Cu等からなる内部導体を設け、かつ外部導体5、6、7を設けた積層型マイクロ波共振デバイスの斜視図である。図1に示す積層型マイクロ波共振デバイスの一例のディメンジョンは、縦8mm、横5mm、高さ2.5mmである。図2は図1のI−I線断面図、図3は図1のII−II線断面図、図4(a)は図2のIII−III線断面図、図4(b)は図2のIV−IV線断面図、図4(c)は図2のV−V線断面図であり、誘電体組成物1の内部に、Au、Ag、Cu等の内部導体2、3、4と外部導体5の配置を示している。内部導体3は、幅1mm、長さ7mm、厚さ0.03mm(30μm)とした。内部導体2と3はスクリーンプリント法によって形成した。内部導体2と3の間はコンデンサー(capacitor)として機能する。このコンデンサー(capacitor)を介して、マイクロ波が共振デバイスへ導 入され、特定の周波数を持つマイクロ波のみが共振し、共振器として機能する。
【0036】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の第1番目の誘電体磁器組成物によれば、第1成分として比誘電率が高く、優れたマイクロ波誘電特性を持つCa{(Mg1/3Nb2/3)1-XTiX}O3(ただし、0≦x≦0.50)を用い、第2成分に焼結を促進するガラス成分を含有しているため、1000℃程度で焼結し、比誘電率が高く、高いQ値と小さい共振周波数の温度係数を有する誘電体磁器を実現できる。また、第1成分にBi2O3を含まないため、焼成温度に対する誘電特性の安定性も優れている。
【0037】
また本発明の第2番目の誘電体磁器組成物によれば、第1成分としてCa{(Mg1/3Nb2/3)1-XTiX}O3(ただし、0≦x≦0.50)に加え、比誘電率の低い酸化アルミニウムを含ませることにより、焼結温度、Q値、および温度係数を悪化させることなく比誘電率を調節することが可能である。また、第2成分に融点を下げたガラス質成分を添加するため、1000℃程度で焼結し、比誘電率が高く、高いQ値と小さい共振周波数の温度係数を有する誘電体磁器を実現できる。
【0038】
また、本発明の第1〜2番目の誘電体磁器組成物によると、1000℃前後の低温で焼結でき、比誘電率が15前後または25前後と高いときに、高いQ値と小さいτfを実現できるため、Cu、Au、あるいはAgなどを内部導体に用いた積層型の共振デバイスを実現できる。これにより、フィルタや共用器などの高周波デバイスの小型化と高機能化が可能となる。また、本発明の誘電体磁器は、共振デバイスのみならず、マイクロ波用の回路基板、磁器積層コンデンサなどにも利用でき、工業的価値が大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の誘電体組成物を用いた積層型マイクロ波共振デバイスの斜視図である。
【図2】図1のI−I線断面図である。
【図3】図1のII−II線断面図である。
【図4】図4(a)は図2のIII−III線断面図、図4(b)は図2のIV−IV線断面図、図4(c)は図2のV−V線断面図である。
【符号の説明】
1 誘電体組成物
2,3,4 内部導体
5,6,7 外部導体[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a dielectric ceramic composition used for various filters and resonators used in a high frequency range.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development of communication using electromagnetic waves in the microwave region, such as automobile telephones, mobile telephones, and satellite broadcasting, there is an increasing demand for miniaturization of terminal devices. In order to reduce the size of a terminal device, it is necessary to reduce the size of individual components constituting the device. In these devices, dielectric porcelain is incorporated as various filters and resonators. When using the same resonance mode, the size of these resonance devices is inversely proportional to the square root of the relative permittivity (ε r ) of the dielectric material to be used. A material having a dielectric constant is required. Further, other characteristics required for the dielectric material for dielectric porcelain are low loss in a microwave region, that is, a high Q value and a small temperature coefficient (τ f ) of the resonance frequency. . Here, the Q value refers to the reciprocal of the dielectric loss tan δ.
[0003]
As a material having a large relative dielectric constant, a (Pb, Ca) ZrO 3 system has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-65021. This system has a high relative dielectric constant of over 100, a high Q value of about 800 at 2 to 4 GHz, and a low resonance frequency temperature coefficient.
[0004]
On the other hand, attempts have been made to make the resonance device compact and highly functional by forming the conductor and the dielectric porcelain in a laminated structure. When the conductor is used in a high-frequency region such as microwaves, it is necessary to use Cu, Au, Ag, or an alloy thereof because the conductivity needs to be high. Further, when the dielectric porcelain has a laminated structure, it must be fired at the same time as the metal of the conductor, and therefore must be densely sintered under firing conditions in which the conductor metal does not melt and is not oxidized. That is, firing at a low temperature of not more than the melting point of the conductive metal used (1083 ° C. for Cu, 1063 ° C. for Au, 961 ° C. for Ag) and a low oxygen partial pressure when Cu is used for the electrodes are required. . As a microwave dielectric ceramic that can be sintered at a low temperature, Bi 2 O 3 -CaO-Nb 2
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned conventional Bi 2 O 3 —CaO—Nb 2 O 5 porcelain can be sintered at a low temperature of about 1000 ° C., but the main component Bi 2 O 3 evaporates at the time of firing. Therefore, there is a problem that the dielectric characteristics are unstable.
[0006]
In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention does not include Bi 2 O 3 as a first component, sinters at a low temperature, has a high relative dielectric constant, has a high Q value, and has a temperature coefficient of a small resonance frequency. It is intended to provide a body porcelain composition.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the first dielectric ceramic composition of the present invention has a general formula of Ca {(Mg 1/3 Nb 2/3 ) 1-x Ti x } O 3 (where 0 ≦ x ≦ a first component represented by 0.50), a dielectric ceramic composition comprising a second component comprising at least SiO 2, B 2 O 3 and Al 2 O 3,
The proportion of the first component in the whole dielectric ceramic composition is 40% by weight or more and 98% by weight or less;
The proportion of the second component in the whole dielectric ceramic composition is in the range of 2% to 60% by weight, and the proportion of each composition of the second component in the whole second component is 30 to 65% by weight. SiO 2 range of 10 to 35 wt% of the B 2 O 3, of from 5 to 30 wt% Al 2 O 3, ZrO 2 in the range of 0-8 wt%, and 0-13 wt% MO (M is at least one element selected from Ca, Sr, and Ba) in the range.
[0008]
The second dielectric ceramic composition of the present invention have the general formula Ca {(Mg 1/3 Nb 2/3) 1-x Ti x} O 3 ( however, 0 ≦ x ≦ 0.50) is expressed in a first component comprising the composition and Al 2 O 3 Prefecture that, and at least SiO 2, B 2 O 3 and Al 2 O 3 and the dielectric ceramic composition obtained by firing a mixture of a second component comprising ,
The proportion of the first component in the whole dielectric ceramic composition is in the range of 30% by weight to 98% by weight , and the proportion of Al 2 O 3 in the first component is more than 0% by weight and 80% by weight or less. And
The proportion of the second component in the whole dielectric ceramic composition is in the range of 2% by weight to 70% by weight, and the proportion of each composition of the second component in the whole second component is 30 to 65% by weight. range of SiO 2, in the range of 10 to 35 wt% B 2 O 3, 5~30 wt% of the Al 2 O 3, ZrO 2, and 0-13 wt% of the range of 0-8 wt% (M is at least one element selected from Ca, Sr, and Ba).
[0009]
[Action]
According to the first dielectric ceramic composition of the present invention, Ca {(Mg 1/3 Nb 2/3 ) 1-X Ti having a high relative dielectric constant and excellent microwave dielectric properties as the first component. Since X } O 3 (where 0 ≦ x ≦ 0.50) and the second component contains a glass component that promotes sintering, it is sintered at about 1000 ° C. and has a high relative dielectric constant. A dielectric ceramic having a high Q value and a temperature coefficient of a small resonance frequency can be realized. In addition, since the first component does not contain Bi 2 O 3 , the stability of the dielectric properties with respect to the firing temperature is excellent.
[0010]
According to the second dielectric ceramic composition of the present invention, Ca 本 (Mg 1/3 Nb 2/3 ) 1-x Ti x } O 3 (where 0 ≦ x ≦ 0.50) as the first component ), And by including aluminum oxide having a low relative dielectric constant, the relative dielectric constant can be adjusted without deteriorating the sintering temperature, the Q value, and the temperature coefficient. In addition, since a vitreous component having a lowered melting point is added to the second component, it is sintered at about 1000 ° C., and a dielectric ceramic having a high relative dielectric constant, a high Q value, and a temperature coefficient of a small resonance frequency can be realized. .
[0011]
Further, according to the first and second dielectric porcelain compositions of the present invention, the second component is SiO 2 in the range of 30 to 65% by weight, B 2 O 3 in the range of 10 to 35% by weight, in the range of 30 wt% Al 2 O 3, ZrO 2 in the range of 0-8 wt%, and 0-13 wt% of the MO (M is at least one element selected Ca, Sr, from Ba) since consisting further enables low-temperature sintering can be realized a high dielectric constant, high Qf product, a dielectric ceramic composition having a microwave dielectric properties and excellent temperature coefficient of small resonant frequencies.
[0012]
In the above, the relative dielectric constant (ε r ) of the dielectric ceramic composition is in the range of 14 to 40, the Qf product is in the range of 1000 to 30,000 GHz, and the temperature coefficient of resonance frequency (τ f ) is in the range of −50 to +50 ppm / ° C. According to a preferred example, the relative permittivity (ε r ) of the body porcelain composition is 9 to 24, the Qf product is 1000 to 30000 GHz, and the temperature coefficient (τ f ) of the resonance frequency is −50 to +50 ppm / ° C. Thus, a laminated microwave resonance device can be realized, and high-frequency devices such as filters and duplexers can be reduced in size and improved in performance.
[0013]
Further, when the dielectric composition of the present invention is used, a laminated microwave resonance device using Au, Ag, Cu or the like as an internal conductor can be realized, and miniaturization and high performance of high frequency devices such as filters and duplexers can be realized. It becomes possible.
[0014]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[0015]
(Example 1)
First, the synthesis of the powder used as the first component will be described. The starting materials used were CaCO 3 , MgO, Nb 2 O 5 , and TiO 2 which are chemically highly pure (99% by weight or more). After the purity of the raw material was corrected, the composition was weighed so that x represented by Ca {(Mg 1/3 Nb 2/3 ) 1-x Ti x } O 3 became a predetermined value. These powders were mixed with a zirconia ball and pure water in a ball mill for 17 hours. After mixing, the slurry was dried, placed in a crucible made of alumina, and calcined at a temperature of 1000 to 1300 ° C. for 2 hours. After crushing the calcined body, it was crushed with the above-mentioned ball mill for 17 hours and dried to obtain a powder of the first component.
[0016]
Next, the synthesis of the powder used as the second component will be described. Starting materials include SiO 2 , B 2 O 3 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , BaCO 3 , SrCO 3 , CaCO 3 , Li 2 O, ZnO, and PbO which are chemically high purity (99% by weight or more). Was used. After correcting the purity of the raw materials, the raw materials were weighed so as to have various compositions shown in Table 1. These powders were mixed in a ball mill using ethanol as a solvent, and dried. The mixed powder was put in a crucible, melted at a temperature of 1000 to 1200 ° C., and rapidly cooled. After pulverization, the mixture was pulverized in the same manner as in mixing and dried to obtain a powder of the second component. Table 1 shows the composition of the synthesized second component.
[0017]
[Table 1]
[0018]
The powders of the first component and the second component were wet-mixed in a ball mill and dried. 6 wt% of a 5 wt% aqueous solution of polyvinyl alcohol as a binder was added to the obtained powder, mixed, and then granulated through a 32 mesh sieve, and pressed at 100 MPa into a cylindrical shape having a diameter of 13 mm and a thickness of about 5 mm. After the molded body was heated at a temperature of 600 ° C. for 3 hours to incinerate the binder, it was placed in a magnesia porcelain container, covered, and calcined at various temperatures of 800 to 1400 ° C. for 2 hours. The dielectric properties of the sintered body fired at the temperature at which the density was the highest were measured in a microwave. The resonance frequency and the Q value were obtained by a dielectric resonator method. The relative dielectric constant (ε r ) was calculated from the dimensions of the sintered body and the resonance frequency. The resonance frequency was between 4 and 8 GHz. Further, the resonance frequencies at −25 ° C., 20 ° C., and 85 ° C. were measured, and the temperature coefficient (τ f ) was calculated by the least square method. Table 2 shows the results. Here, the Qf product in Table 2 refers to the product of the Q value and the frequency f when the Q value is measured. Here, the frequency f varies between 4 and 8 GHz depending on the size and shape of the material. Therefore, by using the Qf product, the value is calculated as a value that is not affected by the size or shape of the material. This method is a method generally performed by those skilled in the art.
[0019]
[Table 2]
[0020]
According to Table 2, the porcelain having the composition of this example is sintered at a temperature in the range of 850 to 1150 ° C., has a relative dielectric constant (ε r ) in the range of 14 to 40, a Qf product in the range of 1200 to 18000 GHz, − It was confirmed that it had a temperature coefficient (τ f ) of a resonance frequency of 41 to +48 ppm / ° C. and excellent microwave dielectric properties. Since the composition of the second component can realize excellent dielectric properties even with various compositions as shown in the examples of sample numbers 10 to 13, at least one of SiO 2 and B 2 O 3 is used. It was confirmed that it should be included.
[0021]
As shown in the example of
[0022]
(Example 2)
The synthesis of the sample and the evaluation of the characteristics were performed in the same manner as in Example 1. However, the composition of the second component was as shown in Table 3. Table 4 shows the results.
[0023]
[Table 3]
[0024]
[Table 4]
[0025]
From Table 4, dielectric ceramic within the scope of the
[0026]
Example of Sample No. 20 using the second component I having less than 30% by weight of SiO 2 , example of Sample No. 23 using the second component L having more than 35% by weight of B 2 O 3 , and Al 2 O 3 having In the example of sample No. 24 using less than 5% by weight of the second component M, the Qf product is less than 1000 GHz, which is not preferable. Also, the example of sample No. 21 using the second component J in which SiO 2 is more than 65% by weight, the example of sample number 22 using the second component K in which B 2 O 3 is less than 10% by weight, Al 2 O 3 Of the sample No. 25 using the second component N containing more than 30% by weight of ZrO 2 , an example of the sample number 26 using the second component O containing more than 8% by weight of ZrO 2 , and MO (M is Ca, Sr, In the example of Sample No. 27 using the second component P containing at least 13% by weight of one or more selected from Ba), the firing temperature was as high as 1100 ° C. or higher, which was not preferable.
[0027]
(Example 3)
The synthesis of the sample and the evaluation of the characteristics were performed in the same manner as in Example 1. The first component contains Al 2 O 3 in addition to Ca {(Mg 1/3 Nb 2/3 ) 1-x Ti x } O 3 . However, the composition of the second component was as shown in Table 1. Table 5 shows the results.
[0028]
[Table 5]
[0029]
From Table 5, the dielectric porcelain of this example is sintered at a temperature in the range of 850 to 1150 ° C., has a relative dielectric constant (ε r ) in the range of 9 to 24, a Qf product in the range of 1400 to 12000 GHz, and −22. To +46 ppm / ° C. in the resonance frequency temperature coefficient (τ f ) and excellent microwave dielectric properties. The relative dielectric constant could be decreased by increasing the amount W of Al 2 O 3 in the first component.
[0030]
As shown in the example of Sample No. 33, if the amount of the second component is less than 2 % by weight, sintering is not performed at a temperature of 1400 ° C. or less, which is not preferable. As shown in the example of sample No. 38, if the amount of the second component is more than 70% by weight, the Qf product becomes smaller than 1000 GHz, which is not preferable. As shown in the example of sample number 40, when the first components are all Al 2 O 3 , the temperature coefficient of the resonance frequency is undesirably a value negatively greater than −50 ppm / ° C. Further, as shown in the example of sample No. 42, when x in the first component Ca {(Mg 1/3 Nb 2/3 ) 1-x Ti x } O 3 exceeds 0.5, the temperature of the resonance frequency becomes The coefficient is a large positive value exceeding +50 ppm / ° C., which is not preferable for practical use.
[0031]
(Example 4)
[0032]
[Table 6]
[0033]
From Table 6, the dielectric porcelain of this example is sintered at a temperature in the range of 875 to 975 ° C., has a relative dielectric constant (ε r ) in the range of 11 to 24 , a Qf product in the range of 3200 to 5300 GHz, − It was confirmed that it had a temperature coefficient of resonance frequency (τ f ) in the range of 16 to +37 ppm / ° C. and excellent microwave dielectric properties.
[0034]
Example of sample No. 51 using the second component I having less than 30% by weight of SiO 2 , example of sample number 54 using the second component L having more than 35% by weight of B 2 O 3 , and Al 2 O 3 having In the example of Sample No. 55 using less than 5% by weight of the second component M, the Qf product is less than 1000 GHz, which is not preferable. Also, the example of sample number 52 using the second component J in which SiO 2 is more than 65% by weight, the example of sample number 53 using the second component K in which B 2 O 3 is less than 10% by weight, Al 2 O 3 Of Sample No. 56 using the second component N containing more than 30% by weight, sample No. 57 using the second component O containing more than 8% by weight of ZrO 2 , and MO (M is Ca, Sr, In the example of Sample No. 58 using the second component P containing at least 13% by weight of at least one selected from Ba), the firing temperature exceeds 1100 ° C., which is not preferable.
It should be noted that the content of elements other than the above-described examples can be used as long as it does not adversely affect the dielectric properties within the scope of the present invention.
[0035]
(Reference Example 1)
Hereinafter, an example of a laminated resonance device using the dielectric ceramic of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a laminated microwave resonance device using a
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the first dielectric ceramic composition of the present invention, as the first component, Ca {(Mg 1/3 Nb 2/3) having a high relative dielectric constant and excellent microwave dielectric properties. 1 ) Since 1-X Ti x } O 3 (where 0 ≦ x ≦ 0.50) and the second component contains a glass component that promotes sintering, sintering is performed at about 1000 ° C. A dielectric ceramic having a high dielectric constant, a high Q value and a temperature coefficient of a small resonance frequency can be realized. In addition, since the first component does not contain Bi 2 O 3 , the stability of the dielectric properties with respect to the firing temperature is excellent.
[0037]
According to the second dielectric ceramic composition of the present invention, Ca 発 明 (Mg 1/3 Nb 2/3 ) 1-x Ti x XO 3 (where 0 ≦ x ≦ 0. In addition to 50), by including aluminum oxide having a low relative dielectric constant, it is possible to adjust the relative dielectric constant without deteriorating the sintering temperature, the Q value, and the temperature coefficient. In addition, since a vitreous component having a lowered melting point is added to the second component, it is sintered at about 1000 ° C., and a dielectric ceramic having a high relative dielectric constant, a high Q value, and a temperature coefficient of a small resonance frequency can be realized. .
[0038]
Further, according to the first and second dielectric ceramic compositions of the present invention, sintering can be performed at a low temperature of about 1000 ° C., and when the relative dielectric constant is as high as about 15 or about 25, a high Q value and a small τ f can be obtained. Can be realized, so that a laminated resonance device using Cu, Au, Ag, or the like for the internal conductor can be realized. This makes it possible to reduce the size and function of high-frequency devices such as filters and duplexers. Further, the dielectric porcelain of the present invention can be used not only for resonance devices, but also for microwave circuit boards, porcelain multilayer capacitors, and the like, and has great industrial value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a laminated microwave resonance device using a dielectric composition according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line II of FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
4A is a sectional view taken along line III-III of FIG. 2, FIG. 4B is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 2, and FIG. 4C is a sectional view taken along line VV of FIG. FIG.
[Explanation of symbols]
1
Claims (2)
前記第1成分の誘電体磁器組成物全体に占める割合が40重量%以上98重量%以下、
かつ前記第2成分の誘電体磁器組成物全体に占める割合が2重量%以上60重量%以下の範囲であり、第2成分全体に占める第2成分の各組成の割合が、30〜65重量%の範囲のSiO2、10〜35重量%の範囲のB2O3、5〜30重量%の範囲のAl2O3、0〜8重量%の範囲のZrO2、及び0〜13重量%の範囲のMO(Mは、Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも一種の元素)であることを特徴とする誘電体磁器組成物。A first component represented by the general formula Ca {(Mg 1/3 Nb 2/3 ) 1-x Ti x } O 3 (where 0 ≦ x ≦ 0.50) and at least SiO 2 and B 2 O 3 a dielectric ceramic composition comprising a second component comprising a Al 2 O 3 and,
The proportion of the first component in the whole dielectric ceramic composition is 40% by weight or more and 98% by weight or less;
The proportion of the second component in the whole dielectric ceramic composition is in the range of 2% to 60% by weight, and the proportion of each composition of the second component in the whole second component is 30 to 65% by weight. SiO 2 range of 10 to 35 wt% of the B 2 O 3, of from 5 to 30 wt% Al 2 O 3, ZrO 2 in the range of 0-8 wt%, and 0-13 wt% A dielectric porcelain composition characterized by being an MO in the range (M is at least one element selected from Ca, Sr, and Ba).
前記第1成分の誘電体磁器組成物全体に占める割合が30重量%以上98重量%以下の範囲であり、第1成分全体に占めるAl 2 O 3 の割合が0重量%を超え80重量%以下であり、
かつ第2成分の誘電体磁器組成物全体に占める割合が2重量%以上70重量%以下の範囲であり、第2成分全体に占める第2成分の各組成の割合が、30〜65重量%の範囲のSiO2、10〜35重量%の範囲のB2O3、5〜30重量%の範囲のAl2O3、0〜8重量%の範囲のZrO2、及び0〜13重量%の範囲のMO(Mは、Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも一種の元素)であることを特徴とする誘電体磁器組成物。Formula Ca {(Mg 1/3 Nb 2/3) 1-x Ti x} O 3 ( however, 0 ≦ x ≦ 0.50) first component consisting of a represented by the composition in Al 2 O 3 Metropolitan And a second component containing at least SiO 2 , B 2 O 3 and Al 2 O 3, and fired by mixing .
The proportion of the first component in the whole dielectric ceramic composition is in the range of 30% by weight to 98% by weight , and the proportion of Al 2 O 3 in the first component is more than 0% by weight and 80% by weight or less. And
The proportion of the second component in the whole dielectric ceramic composition is in the range of 2% by weight to 70% by weight, and the proportion of each composition of the second component in the whole second component is 30 to 65% by weight. range of SiO 2, in the range of 10 to 35 wt% B 2 O 3, 5~30 wt% of the Al 2 O 3, ZrO 2, and 0-13 wt% of the range of 0-8 wt% Wherein M is M (at least one element selected from Ca, Sr, and Ba).
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