JP3858395B2 - 誘電体磁器組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体共振器等の材料として好適な誘電体磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロ波回路の集積化に伴い、小型で高性能な誘電体共振器が求められている。このような誘電体共振器に使用される誘電体磁器組成物には、比誘電率εｒが大きいこと、無負荷Ｑが大きいこと、共振周波数の温度係数τｆが小さいこと等の特性が要求されている。
【０００３】
このような誘電体磁器組成物として、ＢａＯ−ＴｉＯ₂−Ｎｄ₂Ｏ₃系の誘電体磁器組成物について提案［Ｂｅｒ．Ｄｔ．Ｋｅｒａｍ．Ｇｅｓ．５５（１９７８）Ｎｒ．７；特開昭６０−３５４０６号公報］、あるいは、ＢａＯ−ＴｉＯ₂−Ｎｄ₂Ｏ₃−Ｂｉ₂Ｏ₃系（特開昭６２−７２５５８号公報）について提案されている。
【０００４】
最近、誘電体磁器組成物を積層した積層チップコンデンサ、積層誘電体共振器等が開発されており、磁器組成物と内部電極との同時焼成による積層化が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記誘電体磁器組成物は焼成温度が１３００〜１４００℃と高いため内部電極との同時焼成を行うことは困難な面があり、積層化構造とするためには電極材料として高温に耐えるパラジウム（Ｐｂ）や白金（Ｐｔ）等の材料に限定されていた。このため、電極材料として安価な銀（Ａｇ）、銀−パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）を使用して１２００℃以下の低温で同時焼成できる誘電体磁器組成物が求められている。
【０００６】
本発明の目的は、誘電体材料として優れた特性、特に高誘電率で、無負荷Ｑが大きく、共振周波数の温度変化の小さいという特性を有し、しかも低温で焼成した場合にも焼結性が良好な誘電体磁器組成物を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主成分が組成式、ｘＡｌ₂Ｏ₃−ｙＳｒＴｉＯ₃（式中、０．６≦ｘ≦０．９、０．１≦ｙ≦０．４）で表されるアルミニウム、ストロンチウム、チタンおよび酸素からなる誘電体磁器組成物であり、かつ副成分として２種のガラス成分を含有し、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃から構成される第１のガラス粉末の含有量ａ（重量部）が主成分１００重量部に対して６０≦ａ≦１２０、およびＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃から構成される第２のガラス粉末の含有量ｂ（重量部）が主成分１００重量部に対して０．１≦ｂ≦１５であることを特徴とする誘電体磁器組成物に関する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明において、Ａｌ₂Ｏ₃のモル分率が過度に大きい場合には、共振周波数の温度係数が負に大きくなり、過度に小さい場合には、共振周波数の温度係数が大きくなり、また無負荷Ｑが小さくなる。ＳｒＴｉＯ₃のモル分率が過度に大きい場合には、共振周波数の温度係数が大きくなり、過度に小さい場合には、共振周波数の温度係数が負に大きくなる。また、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃から構成される第１のガラス粉末の含有量ａ（重量部）が主成分１００重量部に対して過度に大きい場合には、誘電率、無負荷Ｑが小さくなり、過度に小さい場合には、低温における焼結が困難になる。さらに、ＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃から構成される第２のガラス粉末の含有量ｂ（重量部）が過度に大きい場合には、焼成中にセラミックスが溶出し、過度に小さい場合には、低温における焼結が困難になる。
【０００９】
また、本発明において、副成分である第１のガラス粉末の含有量ａ（重量部）と第２のガラス粉末の含有量ｂ（重量部）とが共に主成分１００重量部に対して過度に大きい場合には、焼成中にセラミックスが溶出する。また、第１のガラス粉末の含有量ａ（重量部）と第２のガラス粉末の含有量ｂ（重量部）とが共に過度に小さいかゼロの場合には、１２００℃での低温焼成が困難になる。したがって、第１のガラス粉末の含有量ａ（重量部）、および第２のガラス粉末の含有量ｂ（重量部）は、上記範囲に設定される。第１のガラス粉末について、ＳｉＯ₂およびＢ₂Ｏ₃の構成割合は特に限定されないが、ＳｉＯ₂の含有量が過度に大きいとガラス化しにくくなるのでＳｉＯ₂の含有量は９０重量％以下が好ましい。なお、ガラスの調製を容易にするために、微量のアルカリ（Ｎａ、Ｋ、Ｌｉなどの酸化物や炭酸塩）を添加してもよい。さらに第２のガラス粉末について、ＰｂＯ、ＺｎＯおよびＢ₂Ｏ₃の構成割合は特に限定されないが、ＺｎＯの含有量が過度に大きいとガラスの軟化点が上昇して低温焼成が困難になるため、ＺｎＯの含有量は５０重量％以下が好ましい。
【００１０】
本発明の誘電体磁器組成物の好適な製造法の一例を次に示す。酸化アルミニウム、チタン酸ストロンチウム、および副成分であるＳｉＯ₂ 、Ｂ₂Ｏ₃から構成される第１のガラス粉末、ＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃から構成される第２のガラス粉末の出発原料を各所定量ずつ水、アルコール等の溶媒と共に湿式混合する。続いて、水、アルコール等を除去した後、粉砕する。続いて、このようにして得られた粉末にポリビニルアルコールの如き有機バインダーを混合して均質にし、乾燥、粉砕、加圧成型（圧力１００〜１０００ｋｇ／ｃｍ³程度）する。得られた成型物を空気の如き酸素含有ガス雰囲気下に８００〜１０００℃で焼成することにより上記組成式で表される誘電体磁器組成物が得られる。
【００１１】
このようにして得られた誘電体磁器組成物は、必要により適当な形状およびサイズに加工、あるいはドクターブレード法等によるシート成形およびシートと電極による積層化することにより、誘電体共振器、誘電体基板、積層素子等の材料として利用できる。
【００１２】
なお、アルミニウム、ストロンチウム、チタン、シリコン、ホウ素、鉛、亜鉛、の原料としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＳｉＯ₂ 、Ｂ₂Ｏ₃ 、ＰｂＯ、ＺｎＯの他に、焼成時に酸化物となる硝酸塩、水酸化物等を使用することができる。
【００１３】
【実施例】
以下実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
酸化アルミニウム粉末（Ａｌ₂Ｏ₃）０．７４モル、チタン酸ストロンチウム粉末（ＳｒＴｉＯ₃）０．２６モル、酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）から構成されるガラス粉末Ａを主成分１００重量部に対して９３重量部、およびＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃から構成されるガラス粉末Ｂを主成分１００重量部に対して８重量部をエタノールと共にボールミルに入れ、２４時間湿式混合した。溶液を脱媒後、粉砕した。なお、いずれのガラス粉末も常法により調製した（ガラス粉末Ａは酸化珪素（ＳｉＯ₂）８０重量％、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）２０重量％、また、ガラス粉末Ｂは酸化鉛粉末（ＰｂＯ）８４重量％、酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ）７重量％、酸化ホウ素粉末（Ｂ₂Ｏ₃）９重量％から成る）。この粉砕物に適量のポリビニルアルコール溶液を加えて乾燥後、直径２０ｍｍφ、厚み１２ｍｍｔのペレットに成形し、空気雰囲気下において、９００℃で２時間焼成した。
【００１４】
こうして得られた実施例１の磁器組成物を直径１６ｍｍφ、厚み１０ｍｍｔの大きさに加工した後、誘電共振法によって測定し、共振周波数（５〜１０ＧＨｚ）における無負荷Ｑ、比誘電率εｒおよび共振周波数の温度係数τｆを求めた。その結果を表２に示す。
【００１５】
実施例２〜１５および比較例１〜１０
実施例１の酸化アルミニウムとチタン酸ストロンチウムの混合割合とＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃ から構成されるガラス粉末、およびＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃から構成されるガラス粉末の種類と添加量とを表１および表３記載のように代えた他は、実施例１と同様にして誘電体磁器組成物を製造し、特性を測定した。その結果を表２に示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【表２】

【００１８】
【表３】

【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、比誘電率εｒが大きく、かつ無負荷Ｑ値も大きく、しかも共振周波数の温度係数τｆの小さい誘電体磁器組成物を提供することができる。また、低温焼結が可能であり、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ等を内部電極とした積層化が可能な誘電体磁器組成物を提供することができる。

Claims (1)

1. 主成分が組成式、ｘＡｌ₂Ｏ₃−ｙＳｒＴｉＯ₃（式中、０．６≦ｘ≦０．９、０．１≦ｙ≦０．４）で表されるアルミニウム、ストロンチウム、チタンおよび酸素からなる誘電体磁器組成物であり、かつ副成分として２種のガラス成分を含有し、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃から構成される第１のガラス粉末の含有量ａ（重量部）が主成分１００重量部に対して６０≦ａ≦１２０、およびＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃から構成される第２のガラス粉末の含有量ｂ（重量部）が主成分１００重量部に対して０．１≦ｂ≦１５であることを特徴とする誘電体磁器組成物。