JP3843176B2 - 電子デバイス用誘電体磁器組成物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子デバイス用誘電体磁器組成物、特に、ＳＨＦ帯で利用する複合ペロブスカイト型化合物からなる誘電体磁器組成物の改良に係り、特定の３価金属イオンを含有させることにより、組成中のＺｎを所要値に制御して内質的に均一で特性並びに焼結性のすぐれた磁器となし、さらに誘電率を向上させた電子デバイス用誘電体磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁器組成物の特性が低損失で、温度特性の良好なることを利用する各種電子デバイス用誘電体磁器組成物には、温度補償用コンデンサを初め、ＳＨＦ帯で低損失であることを利用する衛星放送受信用、ダウンコンバーター用等の誘電体共振器、マイクロ波ストリップライン基板等に用いられる種々の誘電体磁器組成物がある。
【０００３】
一般に、ＳＨＦ帯用として用いられる誘電体磁器組成物としては、従来、ペロブスカイト型化合物中でも、特に、Ｂａ（Ｂ1/3・Ａ2/3）Ｏ3 型組成物（但し、Ａ；Ｔａ、Ｂ；２価金属イオン（Ｚｎまたはさらに、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの１種または２種以上））の複合ペロブスカイト型化合物が広く利用されている。
【０００４】
このＳＨＦ帯に利用されるＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3系材誘電体磁器組成物に要求される高εｒ、高Ｑ、τｆ＝０、等の特性は厳しく、かかる特性に合致させるためには、組成制御が重要であり、そのため、長時間の焼結、例えば１５００℃、１００時間程度が必要であった。
【０００５】
従来の誘電体磁器組成物では、組成制御、特に前記組成物中に含有されるＺｎが蒸発し易いため、Ｚｎの制御が重要であり、また、Ｚｎは、焼成時にセラミックス外面に拡散あるいは揮発し、Ｂａ5Ｔａ4Ｏ15などのＺｎ不足成分が生成して所謂“皮”を形成し易く、内質の均一なセラミックスを安定して得ることが困難であり、特性の安定したセラミックスを得ることが困難であった。
【０００６】
特に、用途によって、所定の共振周波数温度係数τｆを調整する必要があるが、Ｂａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3系材は、０近傍のτｆを有することが知られていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、複合ペロブスカイト型化合物の誘電体磁器組成物におけるＺｎの制御を目的に、前記Ｂａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3組成について研究された結果、特定の３価金属イオンを含有させたＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3−ＹＳｒ（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3固溶系及びＸＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3−Ｙ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3固溶系が提案（特開平２−２８５６１６号、特公平７−１０２９９１号）されている。
【０００８】
近年の通信システム用電子デバイスの小型化、並びに通信分野における周波数帯域がより高周波域にシフトしている現状から、これら従来の誘電体磁器組成物では、誘電率が低いために誘電体素子を大きくしなければならない問題が生じている。
【０００９】
この発明は、従来の複合ペロブスカイト型化合物のかかる現状に鑑み、従来の誘電体磁器組成物と同等またはそれ以上のτｆ、εｒ特性を有し、磁器組成物中に含有のＺｎの蒸発を抑制して組成制御を容易にし、かつ内質均一のセラミックスを短時間の焼結により安定的に得ることができるとともに、特に、誘電率Ｑｆと温度特性の制御性を向上させ、誘電体素子の小型化が可能な電子デバイス用誘電体磁器組成物の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、特定の３価金属イオンを含有させ、組成中のＺｎを所要値に制御して得たＸＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3−Ｙ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3固溶系の誘電率の向上を目的に種々検討した結果、ＸＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3部におけるＴａの一部をＮｂと置換することにより、誘電率が向上するとともに、上記３価金属の含有効果、すなわちＹ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3系のＧａの効果である焼結性の改善が同様に得られ、Ｑｆの向上及び温度特性の制御効果が同時に得られることを知見し、この発明を完成した。
【００１１】
発明者らは、さらに、共振周波数温度係数τｆを調整を目的に、前記組成について種々検討した結果、複合ペロブスカイト型化合物のＡサイトのＢａとＳｒの比率を変えることにより、共振周波数温度係数τｆを任意に選択できることを知見し、この発明を完成した。
【００１２】
すなわち、この発明は、基本組成を、
ＸＢａ｛Ｚｎ1/3・（ＴａM・Ｎｂ1-M）2/3｝Ｏ3−Ｙ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3と表し、組成範囲を限定するＸ、Ｙ、Ｚ及びＭが下記値を満足する組成からなることを特徴とする電子デバイス用誘電体磁器組成物である。
Ｘ＋Ｙ＝１、０．３≦Ｘ＜１、０．７≧Ｙ＞０、０≦Ｚ≦１、０．２≦Ｍ≦０．８
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明において、基本組成式のＸ，Ｙを０．３≦Ｘ＜１、０．７≧Ｙ＞０に限定した理由は、Ｘ値が０．３未満、Ｙ値が０．７を越えると、得られる誘電体磁器組成物はＱｆ値の劣化が著しく、また共振周波数温度係数の制御も困難となるためである。
【００１４】
この発明において、基本組成式のＺ値を、０〜１の範囲にすることにより、共振周波数温度係数τｆを＋４．０〜−２．０ｐｐｍ／℃の範囲で任意に選択できる。
【００１５】
この発明において、基本組成式のＭ値を、０．２≦Ｍ≦０．８の範囲とすることにより、誘電率を２９から３５の範囲で選択でき、種々フィルターや電子デバイスのサイズ及び結合にて適合させることができる。Ｍが０．２未満では共振周波数温度係数が零から大きく外れ、０．８を超えると誘電率の改善が見られない。
【００１６】
この発明の誘電体磁器組成物は、７〜８ＧＨｚにおけるＱｆは９００００〜１６００００ＧＨｚ、
−２．０＜τｆ＜＋４．０ｐｐｍ／℃、εｒ ２９〜３５となり、従来の誘電体磁器組成物と同等またはそれ以上の特性のものが得られ、焼成時においても、磁器組成物中に含まれるＺｎの蒸発がある程度抑制されるため、組成の制御がより容易となり、また、セラミックス内のＺｎの偏析も防止し易く、内質均一なセラミックスを安定的に得ることができ、焼結性にすぐれ短時間で製造できる。
【００１７】
この発明においては、ＺｎをＮｉ2+、Ｃｏ2+、Ｍｎ2+などの２価金属イオンやＣａ2+、Ｍｇ2+等のアルカリ土類イオンで約２０ｍｏｌ％まで置換してもほぼ同等の効果が得られる。
【００１８】
【実施例】
原料を表１〜表３に示した組成になるように秤量し、ボールミルにて混式混合し、１２００℃に２時間仮焼した後、再度ボールミルにて平均粒径１μｍ程度に粉砕した。なお、表１の組成は（Ｔａ0.6・Ｎｂ0.4）、表２は（Ｔａ0.2・Ｎｂ0.8）、表３は（Ｔａ0.8・Ｎｂ0.2）をそれぞれベースにしている。
【００１９】
この粉砕粉を１．０〜２．０ｔｏｎ／ｃｍ2で一軸加圧成形、あるいは全圧１トン〜５トンで静水圧成形し、１５００℃〜１５５０℃で焼成して、寸法９．８ｍｍφ×２０ｍｍの焼結体を得た。得られた焼結体を厚み４．５ｍｍ、９．０ｍｍに切断し、各試料の２５℃、９ＧＨｚにおける比誘電率εｒ、Ｑｆ、共振周波数の温度係数τｆ（ｐｐｍ／℃）を測定し、その結果の平均値を表１〜表３に示す。
【００２０】
なお、第１表における比誘電率とＱｆは、ＨａｋｋｉとＣｅｌｅｍａｎらによる誘電体共振器法により測定したもので、共振周波数の温度係数τｆ、誘電率、誘電率の温度係数τ εとは、磁器の線熱膨張係数αとの間に下記式の如き関係がある。
τｆ＝−１／２τε−α
【００２１】
表１〜表３の結果より明らかなように、この発明による誘電体磁器組成物は、共振周波数の温度係数は、−２．０から＋４ｐｐｍ／℃付近まで広く、低損失、高誘電率材料であることが分る。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【発明の効果】
この発明による電子デバイス用誘電体磁器組成物は、ＸＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3−Ｙ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3固溶系のＸＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3部におけるＴａの一部をＮｂと置換することにより、７〜８ＧＨｚにおけるＱｆは９００００〜１６００００ＧＨｚ、共振周波数の温度係数は、−２．０から＋４ｐｐｍ／℃付近まで広く、εｒ ２９〜３５となり、従来の誘電体磁器組成物と同等またはそれ以上の特性のものが得られ、焼成時においても、磁器組成物中に含まれるＺｎの蒸発がある程度抑制されるため、組成の制御がより容易となり、また、セラミックス内のＺｎの偏析も防止し易く、内質均一なセラミックスを安定的に得ることができ、Ｙ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3系のＧａの効果である焼結性の改善が得られ、焼結性にすぐれ短時間で製造でき、特に、Ｑｆの向上及び温度特性の制御効果が同時に得られ、低損失、高誘電率材料である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子デバイス用誘電体磁器組成物、特に、ＳＨＦ帯で利用する複合ペロブスカイト型化合物からなる誘電体磁器組成物の改良に係り、特定の３価金属イオンを含有させることにより、組成中のＺｎを所要値に制御して内質的に均一で特性並びに焼結性のすぐれた磁器となし、さらに誘電率を向上させた電子デバイス用誘電体磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁器組成物の特性が低損失で、温度特性の良好なることを利用する各種電子デバイス用誘電体磁器組成物には、温度補償用コンデンサを初め、ＳＨＦ帯で低損失であることを利用する衛星放送受信用、ダウンコンバーター用等の誘電体共振器、マイクロ波ストリップライン基板等に用いられる種々の誘電体磁器組成物がある。
【０００３】
一般に、ＳＨＦ帯用として用いられる誘電体磁器組成物としては、従来、ペロブスカイト型化合物中でも、特に、Ｂａ（Ｂ1/3・Ａ2/3）Ｏ3 型組成物（但し、Ａ；Ｔａ、Ｂ；２価金属イオン（Ｚｎまたはさらに、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの１種または２種以上））の複合ペロブスカイト型化合物が広く利用されている。
【０００４】
このＳＨＦ帯に利用されるＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3系材誘電体磁器組成物に要求される高εｒ、高Ｑ、τｆ＝０、等の特性は厳しく、かかる特性に合致させるためには、組成制御が重要であり、そのため、長時間の焼結、例えば１５００℃、１００時間程度が必要であった。
【０００５】
従来の誘電体磁器組成物では、組成制御、特に前記組成物中に含有されるＺｎが蒸発し易いため、Ｚｎの制御が重要であり、また、Ｚｎは、焼成時にセラミックス外面に拡散あるいは揮発し、Ｂａ5Ｔａ4Ｏ15などのＺｎ不足成分が生成して所謂“皮”を形成し易く、内質の均一なセラミックスを安定して得ることが困難であり、特性の安定したセラミックスを得ることが困難であった。
【０００６】
特に、用途によって、所定の共振周波数温度係数τｆを調整する必要があるが、Ｂａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3系材は、０近傍のτｆを有することが知られていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、複合ペロブスカイト型化合物の誘電体磁器組成物におけるＺｎの制御を目的に、前記Ｂａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3組成について研究された結果、特定の３価金属イオンを含有させたＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3−ＹＳｒ（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3固溶系及びＸＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3−Ｙ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3固溶系が提案（特開平２−２８５６１６号、特公平７−１０２９９１号）されている。
【０００８】
近年の通信システム用電子デバイスの小型化、並びに通信分野における周波数帯域がより高周波域にシフトしている現状から、これら従来の誘電体磁器組成物では、誘電率が低いために誘電体素子を大きくしなければならない問題が生じている。
【０００９】
この発明は、従来の複合ペロブスカイト型化合物のかかる現状に鑑み、従来の誘電体磁器組成物と同等またはそれ以上のτｆ、εｒ特性を有し、磁器組成物中に含有のＺｎの蒸発を抑制して組成制御を容易にし、かつ内質均一のセラミックスを短時間の焼結により安定的に得ることができるとともに、特に、誘電率Ｑｆと温度特性の制御性を向上させ、誘電体素子の小型化が可能な電子デバイス用誘電体磁器組成物の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、特定の３価金属イオンを含有させ、組成中のＺｎを所要値に制御して得たＸＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3−Ｙ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3固溶系の誘電率の向上を目的に種々検討した結果、ＸＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3部におけるＴａの一部をＮｂと置換することにより、誘電率が向上するとともに、上記３価金属の含有効果、すなわちＹ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3系のＧａの効果である焼結性の改善が同様に得られ、Ｑｆの向上及び温度特性の制御効果が同時に得られることを知見し、この発明を完成した。
【００１１】
発明者らは、さらに、共振周波数温度係数τｆを調整を目的に、前記組成について種々検討した結果、複合ペロブスカイト型化合物のＡサイトのＢａとＳｒの比率を変えることにより、共振周波数温度係数τｆを任意に選択できることを知見し、この発明を完成した。
【００１２】
すなわち、この発明は、基本組成を、
ＸＢａ｛Ｚｎ1/3・（ＴａM・Ｎｂ1-M）2/3｝Ｏ3−Ｙ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3と表し、組成範囲を限定するＸ、Ｙ、Ｚ及びＭが下記値を満足する組成からなることを特徴とする電子デバイス用誘電体磁器組成物である。
Ｘ＋Ｙ＝１、０．３≦Ｘ＜１、０．７≧Ｙ＞０、０≦Ｚ≦１、０．２≦Ｍ≦０．８
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明において、基本組成式のＸ，Ｙを０．３≦Ｘ＜１、０．７≧Ｙ＞０に限定した理由は、Ｘ値が０．３未満、Ｙ値が０．７を越えると、得られる誘電体磁器組成物はＱｆ値の劣化が著しく、また共振周波数温度係数の制御も困難となるためである。
【００１４】
この発明において、基本組成式のＺ値を、０〜１の範囲にすることにより、共振周波数温度係数τｆを＋４．０〜−２．０ｐｐｍ／℃の範囲で任意に選択できる。
【００１５】
この発明において、基本組成式のＭ値を、０．２≦Ｍ≦０．８の範囲とすることにより、誘電率を２９から３５の範囲で選択でき、種々フィルターや電子デバイスのサイズ及び結合にて適合させることができる。Ｍが０．２未満では共振周波数温度係数が零から大きく外れ、０．８を超えると誘電率の改善が見られない。
【００１６】
この発明の誘電体磁器組成物は、７〜８ＧＨｚにおけるＱｆは９００００〜１６００００ＧＨｚ、
−２．０＜τｆ＜＋４．０ｐｐｍ／℃、εｒ ２９〜３５となり、従来の誘電体磁器組成物と同等またはそれ以上の特性のものが得られ、焼成時においても、磁器組成物中に含まれるＺｎの蒸発がある程度抑制されるため、組成の制御がより容易となり、また、セラミックス内のＺｎの偏析も防止し易く、内質均一なセラミックスを安定的に得ることができ、焼結性にすぐれ短時間で製造できる。
【００１７】
この発明においては、ＺｎをＮｉ2+、Ｃｏ2+、Ｍｎ2+などの２価金属イオンやＣａ2+、Ｍｇ2+等のアルカリ土類イオンで約２０ｍｏｌ％まで置換してもほぼ同等の効果が得られる。
【００１８】
【実施例】
原料を表１〜表３に示した組成になるように秤量し、ボールミルにて混式混合し、１２００℃に２時間仮焼した後、再度ボールミルにて平均粒径１μｍ程度に粉砕した。なお、表１の組成は（Ｔａ0.6・Ｎｂ0.4）、表２は（Ｔａ0.2・Ｎｂ0.8）、表３は（Ｔａ0.8・Ｎｂ0.2）をそれぞれベースにしている。
【００１９】
この粉砕粉を１．０〜２．０ｔｏｎ／ｃｍ2で一軸加圧成形、あるいは全圧１トン〜５トンで静水圧成形し、１５００℃〜１５５０℃で焼成して、寸法９．８ｍｍφ×２０ｍｍの焼結体を得た。得られた焼結体を厚み４．５ｍｍ、９．０ｍｍに切断し、各試料の２５℃、９ＧＨｚにおける比誘電率εｒ、Ｑｆ、共振周波数の温度係数τｆ（ｐｐｍ／℃）を測定し、その結果の平均値を表１〜表３に示す。
【００２０】
なお、第１表における比誘電率とＱｆは、ＨａｋｋｉとＣｅｌｅｍａｎらによる誘電体共振器法により測定したもので、共振周波数の温度係数τｆ、誘電率、誘電率の温度係数τ εとは、磁器の線熱膨張係数αとの間に下記式の如き関係がある。
τｆ＝−１／２τε−α
【００２１】
表１〜表３の結果より明らかなように、この発明による誘電体磁器組成物は、共振周波数の温度係数は、−２．０から＋４ｐｐｍ／℃付近まで広く、低損失、高誘電率材料であることが分る。
【００２２】
【表１】
【表２】
【表３】
【発明の効果】
この発明による電子デバイス用誘電体磁器組成物は、ＸＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3−Ｙ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3固溶系のＸＢａ（Ｚｎ1/3・Ｔａ2/3）Ｏ3部におけるＴａの一部をＮｂと置換することにより、７〜８ＧＨｚにおけるＱｆは９００００〜１６００００ＧＨｚ、共振周波数の温度係数は、−２．０から＋４ｐｐｍ／℃付近まで広く、εｒ ２９〜３５となり、従来の誘電体磁器組成物と同等またはそれ以上の特性のものが得られ、焼成時においても、磁器組成物中に含まれるＺｎの蒸発がある程度抑制されるため、組成の制御がより容易となり、また、セラミックス内のＺｎの偏析も防止し易く、内質均一なセラミックスを安定的に得ることができ、Ｙ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3系のＧａの効果である焼結性の改善が得られ、焼結性にすぐれ短時間で製造でき、特に、Ｑｆの向上及び温度特性の制御効果が同時に得られ、低損失、高誘電率材料である。
Claims (1)
- 基本組成を、
ＸＢａ｛Ｚｎ1/3・（ＴａM・Ｎｂ1-M）2/3｝Ｏ3−Ｙ（ＢａZ・Ｓｒ1-Z）（Ｇａ1/2・Ｔａ1/2）Ｏ3と表し、組成範囲を限定するＸ、Ｙ、Ｚ及びＭが下記値を満足する組成からなる電子デバイス用誘電体磁器組成物。
Ｘ＋Ｙ＝１、０．３≦Ｘ＜１、０．７≧Ｙ＞０、０≦Ｚ≦１、０．２≦Ｍ≦０．８
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36809997A JP3843176B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 電子デバイス用誘電体磁器組成物 |
| PCT/JP1998/005524 WO1999033764A1 (fr) | 1997-12-25 | 1998-12-04 | Composition de porcelaine dielectrique pour dispositifs electroniques |
| EP98957208A EP1048633B1 (en) | 1997-12-25 | 1998-12-04 | Dielectric porcelain composition for electronic devices |
| US09/581,569 US6331498B1 (en) | 1997-12-25 | 1998-12-04 | Dielectric porcelain composition for electronic devices |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP36809997A JP3843176B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 電子デバイス用誘電体磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11189468A JPH11189468A (ja) | 1999-07-13 |
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ID=18490976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36809997A Expired - Fee Related JP3843176B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 電子デバイス用誘電体磁器組成物 |
Country Status (4)
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| US (1) | US6331498B1 (ja) |
| EP (1) | EP1048633B1 (ja) |
| JP (1) | JP3843176B2 (ja) |
| WO (1) | WO1999033764A1 (ja) |
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| JP2622545B2 (ja) * | 1987-05-22 | 1997-06-18 | 株式会社デンソー | 誘電体共振器材料の製造方法 |
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| EP0838446B1 (en) * | 1996-10-25 | 2007-08-15 | Ngk Spark Plug Co., Ltd | A dielectric material, a method for producing the same and a dielectric resonator device comprising same |
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1997
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