JP3675620B2

JP3675620B2 - 誘電体共振器の製造方法、フィルタおよび通信機器

Info

Publication number: JP3675620B2
Application number: JP27233797A
Authority: JP
Inventors: 博司加賀田; 竜也井上; 純一加藤; 寛十河
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2017-10-06
Also published as: JPH10173415A

Description

【０００１】
本発明は、移動体通信機器、ＰＨＳなどの通信機器における高周波フィルタ等に利用される同軸型誘電体共振器、特に小型の同軸型誘電体共振器の製造方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話に代表される移動体通信やＰＨＳの発達にともない、各種機器の小型化が目覚ましい。機器を構成する部品のうち同軸型の誘電体共振器を組み合わせた誘電体フィルタは、比較的寸法が大きい部品であり、小型化に対する要望も強い。その要望に応えるために、特開平３ー２５４５１３号に開示されているように、誘電体グリーンシートに導体ペーストを印刷したものを積層し焼成して製造する積層型フィルタが利用されるようになってきた。この積層型フィルタは小型化には有利であるが、挿入損失や帯域外の減衰など特性的には十分とは言えない。そこで、サイズは大きくなるが、特性的な問題から同軸型共振器を用いた誘電体フィルタが広く用いられている。
【０００３】
図１に同軸型誘電体共振器の構造を示す。同軸型誘電体共振器は、誘電体粉末を金型に充填し、加圧して得た成形体を焼成し、その後表面の必要な部分に導体を形成して製造する。ここで１は表面がメタライズされた誘電体、２は貫通孔である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような粉体の乾式プレスでは、均一に圧力が負荷できなくなるので、小型化に限界があり、従来のものは、最も小さいものでも1.8mm角程度であった。
【０００５】
以上述べたように、同軸型誘電体共振器の小型化への要望は強いが、従来の製造方法では、超小型、例えば1.6mm角以下のものを製造できなかった。このような超小型の同軸共振器が実現できると、積層フィルタ並の寸法で、より優れた特性を持つ誘電体フィルタが得られるので要望が高かった。
【０００６】
本発明は、このような従来の同軸型誘電体共振器の課題を考慮し、超小型で十分な特性を持つ同軸型誘電体共振器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明第１の同軸型誘電体共振器の製造方法は、角柱状で上下方向に貫通孔を有する高周波用同軸型誘電体共振器の製造方法において、誘電体セラミックグリーンシートを所定枚数重ねた上に、前記貫通孔形成用の棒を置き、その上に前記誘電体セラミックグリーンシートを所定枚数重ねた後、圧着し、前記棒を抜いたあとに焼成することを特徴とする同軸型誘電体共振器の製造方法である。
【０００９】
本発明第２の同軸型誘電体共振器の製造方法は、角柱状で上下方向に貫通孔を有する同軸型誘電体共振器の製造方法において、誘電体セラミックグリーンシートを所定枚数重ねた上に、金、銀、銅、金を主成分とする合金、銀を主成分とする合金、あるいは銅を主成分とする合金の導体ペーストを表面に付着させた前記貫通孔形成用の棒を置き、その上に前記誘電体セラミックグリーンシートを所定枚数重ねた後、圧着し、前記棒を抜いたあとに焼成することを特徴とする同軸型誘電体共振器の製造方法である。
【００１２】
本発明第３のフィルタは、上述するいずれかの同軸型誘電体共振器の製造方法によって製造された同軸型誘電体共振器を用いたことを特徴とするフィルタである。
本発明第４の通信機器は、高周波フィルタとして、上述のフィルタを用いたことを特徴とする通信機器である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明の誘電体セラミック材料としては、特に組成を限定するものではないが、
Ba-Nd-Ti-Bi-O系、BaO-TiO₂系、Bi₂O₃-Nb₂O₅系、あるいはMgTiO₃-CaTiO₃系などの高周波でのＱ値が高く、共振周波数の温度係数の小さいものが望ましい。前記誘電体の粉末を、溶剤、バインダ、可塑剤とともに混合してスラリーとする。溶剤としては、水、エステル系、あるいはアルコール系が望ましい。バインダは、ポリビニルブチラール系、アクリル系が望ましい。前記スラリーを成形し、誘電体のグリーンシートを得る。成型法としては、ドクターブレード法やリバースロール法が望ましい。グリーンシートの厚みは、５〜１０００μmがよい。
【００１５】
前記グリーンシートを所定量重ねた後、貫通孔形成用の棒を置くべき位置に突起のついた金型で軽く（１０〜３００kg/cm²の範囲が望ましい）加圧し、溝部を形成しておく。溝部の形状は特に限定するものではないが、Ｖ字型、Ｕ字型、下向きコの字型などがよい。その後、前記溝部に貫通孔形成用の棒を置く。もちろん、溝部がなくてもよい。
【００１６】
前記貫通孔形成用の棒の材質としては、金属、樹脂、又はカーボン（カーボン粉末を棒状に成形したもの）等が望ましい。また、金、銀、銅、金を主成分とする合金、銀を主成分とする合金、あるいは銅を主成分とする合金の導体ペーストを貫通孔形成用の棒の表面に形成してもよい。その形成方法としてはディッピング法が望ましい。
【００１７】
その後、貫通孔形成用の棒を乗せたグリーンシートの上に、さらにグリーンシートを所定の枚数重ねた後圧着する。一軸加圧の場合、圧力としては、５０〜１０００kg/cm²、温度としては、室温から２００℃の範囲が望ましい。また、静水圧の場合、圧力としては、２００〜１００００kg/cm²、温度としては室温から１００℃の範囲がよい。
【００１８】
その後、前記貫通孔形成用の棒を抜き、個片に切断するが、これは焼成が終わって行ってもよい。３００〜８００℃で熱処理して有機成分を除去したのち、８００〜１６００℃で焼成する。棒が樹脂あるいはカーボンの場合は加熱によって除去されるので抜く必要はない。
【００１９】
このようにして出来た焼成体の面取りをバレルなどで行い、外部導体を形成する。外部導体としては、金、銀、銅、あるいはそれらの合金など導電率の高いものが望ましい。形成方法は、印刷、塗布、ディッピング、蒸着などが望ましい。λ/4共振器の場合は底面の一つを、λ/2共振器の場合は両方の底面を研磨する。
【００２０】
以上のようにして小型の同軸型誘電体共振器を得る。前記共振器のＱ値を、ネットワークアナライザを用いて測定する。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。
【００２２】
（実施例１）
誘電体セラミックスとして、比誘電率が９５のBa-Nd-Ti-Bi-O系と比誘電率が５８のBi₂O₃-CaO-Nb₂O₅系を用いた。誘電体セラミックスの粉末１００重量部に対し、バインダとしてポリビニルブチラール樹脂を５重量部、可塑剤としてベンジルブチルフタレートを２．５重量部、溶剤として酢酸ブチルを６０重量部加え、直径１０mmのジルコニア製ボールとともに４０時間混合し、スラリーを得た。前記スラリーをドクターブレード法により、厚さ０．１４mmのグリーンシートに成形した。前記グリーンシート３を図２（ａ）のように６枚重ねた。次に、図２（ｂ）のように、直径０．５mmの貫通孔形成用の棒４をおいた。前記の貫通孔形成用の棒４として、（表１）のように種々のものを用いた。その棒４の上に、図２（ｃ）のように、グリーンシート３を６枚重ね、６０℃、３００kg／cm²の圧力で圧着し、図２（ｄ）のような積層体５を得た。
【００２３】
その後、貫通孔形成用の棒４が樹脂又はカーボン性の場合は抜くことなく、またそれ以外の加熱によって除けない材料の棒の場合は抜いた。
【００２４】
その後、図２（ｅ）のような個片に切断した。
【００２５】
その後、６００℃で５時間保持することによって、グリーンシートやペースト中の有機成分をとばし、また、貫通孔形成用の棒４が抜かれていない場合はその成分を除去した。
【００２６】
その後、Ba-Nd-Ti-Bi-O系の場合は、1300℃で２時間保持し、Bi₂O₃-CaO-Nb₂O₅系の場合は、900℃で２時間保持して焼成した。
【００２７】
その後、バレル法により、焼結体の面取りを行った後、Agペーストのディッピングと焼き付けを４回繰り返し、焼結体表面への導体形成を行った。開放面を研磨し、図４（ａ）のような同軸型誘電体共振器を得た。ここに１１は導体、１２は貫通孔、１３は誘電体セラミックスである。サイズは、1.3×1.3×5.0mmであった。なお、これにより、このサイズより大きいサイズであって、しかも従来製造できなかった、底辺が1.6mm以下で、貫通孔の直径が0.8mm以下のものが本発明によって製造可能であることは当然である。
【００２８】
上記製造したサイズ1.3×1.3×5.0mmの共振器のＱ値を、ネットワークアナライザにより測定した。結果を（表１）に示す。各条件で共振器200個を製造し、特性はその平均とした。
【００２９】
【表１】

【００３０】
（表１）から、本発明により、1.3mm角と従来にない小型の同軸型誘電体共振器が製造でき、その共振器が十分なＱ値を持つことがわかった。
【００３１】
また、貫通孔内部に導体を形成する方法として、上述したように、貫通孔形成用の棒に、あらかじめ導体ペーストを付着させて、誘電体グリーンシートに挟んで圧着することで、貫通孔内部の導体を十分に厚く、効率よく形成することができた。
（実施例２）
図３は、本実施例２における、誘電体グリーンシートに溝部を形成する方法を示したものである。
【００３２】
誘電体セラミックスとしては、比誘電率が９５のBa-Nd-Ti-Bi-O系を用いた。まず、実施例１と同様の方法で作成したグリーンシート７を６枚重ねた。重ねたグリーンシート７に、図３に示したＶ字型の突起部のある金型６を５０kg/cm²の圧力で押し当て溝部を形成した（図（ａ）、（ｂ）、（ｃ））。Ｖ字型の溝部に、貫通孔形成用の金属棒９を置き（（ｃ）、（ｄ））、その上にグリーンシート７を６枚置き（ｅ）、以下実施例１と同様の方法にて、圧着し（ｆ）、同軸型の誘電体共振器１０を得た。
【００３３】
以上の方法で、同軸型誘電体共振器２００個を製造した時のクラック発生率は1.5%と通常の方法と比較して1/5以下であった。Ｑ値などの特性は、同等であった。この方法は、あらかじめグリーンシートに溝部を設けておくので、圧着時に貫通孔形成用の棒の周辺のグリーンシートに無理な応力がかかりにくく、焼成時にクラックなどの欠陥が発生しにくかった。
【００３４】
なお、このようにして製造した同軸型誘電体共振器は、貫通孔の形状が円形以外に、楕円形、又は多角形であってもよく、しかもそれらの断面形状の少なくとも２箇所に突起部が存在してもよい。その理由は、本発明の製造方法ではグリーンシート間に棒を挟んで圧着して貫通孔を形成するので、その左右一カ所づつ隙間が出来うるからである。この突起部を有効に利用することが出来る。
【００３５】
図４（ｂ）、（ｃ）はその他の同軸型誘電体共振器の変形例を示す斜視図であり、（ｂ）は楕円形の場合、（ｃ）は長方形の場合である。１１は導体、１２は貫通孔、１３は誘電体セラミックスである。なお、図５は、図４の（ａ）の縦断面図である。
【００３６】
このようにして製造した超小型の同軸型誘電体共振器は、高周波フィルタなどに応用出来る。特に、アンテナ、スピーカ、マイクロホン、増幅器、発振器などを備えた、移動体通信や、ＰＨＳなどに最適である。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明は、従来製造できなかった超小型の同軸型誘電体共振器を製造することができる。
【００３８】
また、グリーンシートにあらかじめ溝部を形成することで、クラックの発生を抑制することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の誘電体共振器の一例の外観を示す斜視図。
【図２】本発明の誘電体共振器の製造方法の一実施の形態を示す斜視図。
【図３】本発明の誘電体共振器の製造方法の他の実施の形態を示す断面図。
【図４】本発明の誘電体共振器の製造方法の他の実施の形態を示す断面図。
【図５】図４の（ａ）に示す共振器の縦断面図。
【符号の説明】
１誘電体
２貫通孔
３セラミックグリーンシート
４棒
５セラミックシート
６突起部を有する金型

Claims

角柱状で上下方向に貫通孔を有する高周波用同軸型誘電体共振器の製造方法において、誘電体セラミックグリーンシートを所定枚数重ねた上に、前記貫通孔形成用の棒を置き、その上に前記誘電体セラミックグリーンシートを所定枚数重ねた後、圧着し、前記棒を抜いたあとに焼成することを特徴とする同軸型誘電体共振器の製造方法。
角柱状で上下方向に貫通孔を有する同軸型誘電体共振器の製造方法において、誘電体セラミックグリーンシートを所定枚数重ねた上に、金、銀、銅、金を主成分とする合金、銀を主成分とする合金、あるいは銅を主成分とする合金の導体ペーストを表面に付着させた前記貫通孔形成用の棒を置き、その上に前記誘電体セラミックグリーンシートを所定枚数重ねた後、圧着し、前記棒を抜いたあとに焼成することを特徴とする同軸型誘電体共振器の製造方法。
請求項１または２に記載の製造方法によって製造された同軸型誘電体共振器を用いたことを特徴とするフィルタ。
高周波フィルタとして、請求項３に記載のフィルタを用いたことを特徴とする通信機器。