JP5422329B2

JP5422329B2 - 誘電体磁器組成物

Info

Publication number: JP5422329B2
Application number: JP2009234892A
Authority: JP
Inventors: 正和渋谷
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: JP2011079719A

Description

本発明は、マイクロ波やミリ波等の高周波領域で使用される誘電体フィルタや共振器等の材料に適した誘電体磁器組成物に関するものである。

近年、携帯電話を中心とする移動体通信分野が急速な発展を遂げている一方、それらの端末機器で使用される電子部品には小型化、薄型化、高機能化という要求が益々強くなっている。誘電体フィルタや共振器の分野でも例外ではなく、この様な要求を実現するために構造の改良のみならず、材料の改良も必要になってきている。
誘電体フィルタや共振器に用いられる誘電体磁器組成物は、誘電率が高く、誘電損失が小さい、すなわち、Ｑ値が高いことが望まれている。また、誘電体フィルタや共振器が積層型電子部品の場合、誘電体磁器組成物と銀や銅等の導体パターンを積層し、これらの積層体を焼成する必要があるため、銀や銅等の融点よりも低い温度で焼結することが可能な誘電体磁器組成物が望まれている。さらに、バンドパスフィルタに用いられる誘電体磁器組成物としては共振周波数における温度係数が小さいことが望まれている。

特開平９−１８１５４９号公報特開２００７−２８１３９号公報

従来の誘電体磁器組成物において、誘電率が比較的高く、Ｑ値が高いものとしてＭｇＴｉＯ_３−ＣａＴｉＯ_３等が知られている。しかしながら、これらの従来の誘電体磁器組成物は、焼成温度が高いという問題があり、小型化、薄型化が可能な積層型電子部品に用いることができず、電子部品の小型化、薄型化に貢献できなかった。また、これらの従来の誘電体磁器組成物は、焼成温度を低くするために添加物を加えると、共振周波数における温度係数が高くなるので、特にバンドパスフィルタに用いた場合、通過帯域における信号の挿入損失が大きく、バンドパスフィルタとして十分な特性を得られなくなるという問題があった。

本発明は、誘電率とＱ値を高く、共振周波数における温度係数を小さくして、誘電体フィルタや共振器等の小型化、低損失化を可能にすると共に、銀や銅等の融点よりも低い温度で焼結する、内部導体と同時焼成可能な誘電体磁器組成物を提供することを目的とする。

本発明の誘電体磁器組成物は、ＭｇＴｉＯ_３、Ｍｇ_２ＴｉＯ_４、ＣａＴｉＯ_３を含有し、一般式でｘＭｇＴｉＯ_３・ｙＭｇ_２ＴｉＯ_４・ｚＣａＴｉＯ_３と表される組成において、ｘ、ｙ、ｚがモル％でそれぞれ、７５．８≦ｘ≦８２．５、１４．１≦ｙ≦１８．１、１．５≦ｚ≦６．１の範囲にあるセラミックスであり、このセラミックス１００重量部に対して、結晶化ガラスを２５〜３０重量部添加する。

本発明の誘電体磁器組成物は、ＭｇＴｉＯ_３、Ｍｇ_２ＴｉＯ_４、ＣａＴｉＯ_３を含有し、一般式でｘＭｇＴｉＯ_３・ｙＭｇ_２ＴｉＯ_４・ｚＣａＴｉＯ_３と表される組成において、ｘ、ｙ、ｚがモル％でそれぞれ、７５．８≦ｘ≦８２．５、１４．１≦ｙ≦１８．１、１．５≦ｚ≦６．１の範囲にあるセラミックスであり、このセラミックス１００重量部に対して、結晶化ガラスを２５〜３０重量部添加するので、誘電率とＱ値を向上させることができると共に、共振周波数における温度係数を改善することができ、さらに、焼結温度も銀や銅等の融点よりも低くできる。

本発明の誘電体磁器組成物の特性を説明するための表である。

本発明の誘電体磁器組成物は、ＭｇＴｉＯ_３、Ｍｇ_２ＴｉＯ_４、ＣａＴｉＯ_３を含有し、一般式でｘＭｇＴｉＯ_３・ｙＭｇ_２ＴｉＯ_４・ｚＣａＴｉＯ_３と表されるセラミックスであり、ｘ、ｙ、ｚがモル％でそれぞれ、７５．８≦ｘ≦８２．５、１４．１≦ｙ≦１８．１、１．５≦ｚ≦６．１の範囲にあるセラミックス主成分に結晶化ガラスが添加される。この結晶化ガラスは、セラミックス主成分１００重量部に対して、２５〜３０重量部添加される。また、この結晶化ガラスは、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ_２Ｏ及び、Ｂ_２Ｏ_３を含有し、これにＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を添加して、結晶化させたものが用いられる。

本発明の誘電体磁器組成物は、セラミックス主成分１００重量部に対して、２５〜３０重量部の範囲で結晶化ガラスの量を調節することにより、焼結温度を低くすることが可能になる。また、ＭｇＴｉＯ_３とＭｇ_２ＴｉＯ_４とＣａＴｉＯ_３の比率を前述の範囲で調節することにより、誘電率とＱ値を向上させることができる。さらに、結晶化ガラスは、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ_２Ｏ及び、Ｂ_２Ｏ_３を含有するガラスに、ＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を所定量添加することにより、共振周波数における温度係数を小さくすることができると共に、積層型電子部品の誘電体層間の導体パターンを構成する銀や銅等の融点よりも低い９００℃以下の温度で焼結が可能になる。

以下、本発明の誘電体磁器組成物の実施例について説明する。
まず、本発明による誘電体磁器組成物の製造方法について説明する。ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ_２Ｏ及び、Ｂ_２Ｏ_３を含有するガラス原料にＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を添加し、これらを所定比率で秤量、混合し、焼成して結晶化させた後、粉砕することにより結晶化ガラス粉末が形成される。そして、ＭｇＴｉＯ_３、Ｍｇ_２ＴｉＯ_４、ＣａＴｉＯ_３等のセラミック原料粉末とこの結晶化ガラス粉末を所定の組成となるように秤量して、これをボールミル等を用いて１６時間湿式混合し、これを乾燥させて脱水した。これらの混合粉末を８００〜８５０℃で仮焼し、この仮焼粉末をボールミル等を用いて２０時間湿式粉砕した。この粉砕物を乾燥、脱水した後、これにバインダーを加えて混合し、ふるいを用いて造粒した。この造粒粉末に３ｔ／ｃｍ^２の圧力を加えて円柱状に形成し、大気中において８５０〜１０５０℃で焼成することにより本発明による材料を得た。

本発明の誘電体磁器組成物の特性の測定は、前述の誘電体磁器組成物を成形、焼成して評価サンプルを得て行った。この特性の測定は、Ｈａｋｋｉ＆Ｃｏｌｅｍａｎ法により、周波数が７〜８ＧＨｚにおける比誘電率（εｒ）とＱ値（Ｑｆ）を測定した。また、共振周波数における温度係数（τｆ）は、誘電体フィルタや共振器等の通過帯域である７〜８ＧＨｚにおいて−２５〜８５℃の温度範囲で測定した。

図１は、ｘＭｇＴｉＯ_３・ｙＭｇ_２ＴｉＯ_４・ｚＣａＴｉＯ_３において、それぞれの組成のモル比ｘ、ｙ、ｚを変え、かつ、結晶化ガラスの添加量と結晶化ガラスを構成する組成の比率を変えたときの焼結温度、比誘電率（εｒ）、Ｑ値（Ｑｆ）及び、共振周波数における温度係数を表にまとめたものである。なお、結晶化ガラスは、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ_２Ｏ及び、Ｂ_２Ｏ_３を含有し、これにＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を添加して、結晶化させたものを用い、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ_２Ｏ及び、Ｂ_２Ｏ_３を含有し、これにＴｉＯ_２とＺｒＯ_２を添加して、結晶化させたものと対比した。試料Ｎｏの＊印は本発明の範囲外のものであることを示している。
本発明の誘電体磁器組成物は、ＭｇＴｉＯ_３の比率ｘが７５．８≦ｘ≦８２．５、Ｍｇ_２ＴｉＯ_４の比率ｙが１４．１≦ｙ≦１８．１、ＣａＴｉＯ_３の比率ｚが１．５≦ｚ≦６．１、結晶化ガラスの添加量が２５〜３０重量部の範囲内で、比誘電率が１５〜１７、Ｑ値が１００００以上にすることができた。この時、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ_２Ｏ及び、Ｂ_２Ｏ_３を含有する結晶化ガラスに、ＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を添加することにより、共振周波数における温度係数を小さくでき、ＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の添加量をそれぞれＴｉＯ_２が２重量部、Ａｌ_２Ｏ_３が４重量部とすることにより、共振周波数における温度係数を０±２０ｐｐｍ以内、焼結温度を９００℃以下にすることができた。

この様に本発明の誘電体磁器組成物は、ｘの値が７５．８≦ｘ≦８２．５、ｙの値が１４．１≦ｙ≦１８．１、ｚの値が１．５≦ｚ≦６．１、結晶化ガラスの添加量が２５〜３０重量部の範囲内で、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ_２Ｏ及び、Ｂ_２Ｏ_３を含有する結晶化ガラスに添加されるＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の添加量をそれぞれＴｉＯ_２が２重量部、Ａｌ_２Ｏ_３が４重量部とすることにより、積層タイプの誘電体フィルタ等において望まれる比誘電率１５〜１７、Ｑ値が１００００以上、共振周波数における温度係数が０±２０ｐｐｍ以内の特性を得ることができると共に、焼結温度を銀や銅等の融点よりも低い９００℃以下とすることができる。
また、本発明の誘電体磁器組成物は、誘電体や共振器等に用いることにより、誘電体や共振器等の小型化、低損失化が可能になる。さらに、本発明の誘電体磁器組成物は、焼結温度を銀や銅等の融点よりも低くできるので、銀や銅によって形成された内部導体が積層体内に形成される積層タイプの誘電体フィルタ等にも利用が可能になる。

Claims

ＭｇＴｉＯ_３、Ｍｇ_２ＴｉＯ_４、ＣａＴｉＯ_３を含有し、一般式でｘＭｇＴｉＯ_３・ｙＭｇ_２ＴｉＯ_４・ｚＣａＴｉＯ_３と表される組成において、
ｘ、ｙ、ｚがモル％でそれぞれ、７５．８≦ｘ≦８２．５、１４．１≦ｙ≦１８．１、１．５≦ｚ≦６．１の範囲にあるセラミックスであり、
ＳｉＯ _２が２０重量部、ＣａＯが５．６重量部、ＢａＯが６．４重量部、Ｌｉ _２Ｏが１２重量部及び、Ｂ _２Ｏ _３が５０重量部を含有し、これらにＴｉＯ _２を２重量部、Ａｌ _２Ｏ _３を４重量部それぞれ添加した結晶化ガラスを、該セラミックス１００重量部に対して、２５〜３０重量部添加したことを特徴とする誘電体磁器組成物。