JPH03109272A - 高誘電率材料の製造方法 - Google Patents

高誘電率材料の製造方法

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JPH03109272A
JPH03109272A JP1244512A JP24451289A JPH03109272A JP H03109272 A JPH03109272 A JP H03109272A JP 1244512 A JP1244512 A JP 1244512A JP 24451289 A JP24451289 A JP 24451289A JP H03109272 A JPH03109272 A JP H03109272A
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JP
Japan
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dielectric constant
dielectric
porosity
firing
high dielectric
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JP1244512A
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English (en)
Inventor
Shinsuke Yano
信介 矢野
Takami Hirai
平井 隆巳
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は高誘電率材料の製造方法に関し、層詳細には、
例えば、マイクロ波誘電体共振器あるいはマイクロ波集
積回路基板等として用いられる高誘電率材料の製造方法
に関する。
[従来の技術] 通信情報量の増加に伴い、マイクロ波による通信手段が
自動車電話、衛星通信、衛星放送等の分野で急速に進歩
しつつある。これらの通信手段に使用される部品には高
性能化、小型化、低価格化が要求される。
この場合、例えば、セラミックス材料を用いたマイクロ
波誘電体共振器は、その誘電体内部で伝播する電磁波の
波長が空気中に比較してれるので、従来の空気を誘電体
として使用する空洞型共振器に比較して小型化出来、近
年盛んに使用されている。また、このセラミックス材料
は比誘電率が大きく、しかも誘電損失が小さいためマイ
クロ波集積回路の基板としても使用される。
ここで、マイクロ波誘電体共振器の材料としては、誘電
率が大きいこと、誘電損失が小さいこと、共振周波数の
温度係数が小さいこと等の条件が必要であり、これらを
満足させるものとして、BaOTlO2系のもの、Sn
○2ZrO2−Tie□系のもの、Ba0−TiO□−
N d 203系のもの、Ba(Mg+z3Ta2zs
) 03やBa(Znl/3Ta2/3) 03ニ代表
サレル複合ヘロフスカイト系のものが知られている。
[発明が解決しようとする課題] ところで、前記の材料を用いた誘電体は、通常、常圧で
の焼成工程を経て得られる焼結体であるため、内部に数
%の体積割合で気孔を含んでいる。この場合、前記気孔
の含まれる割合(気孔率)は焼成温度、セラミックスの
原料の粒度、不純物等により影響を受けるため、原料製
造ロフトや焼成ロットにより気孔率が変動することが多
い。また、同一のロフトであっても、炉内の温度分布や
雰囲気の分布があるために焼成する位置により異なった
値になり易い。従って、安定した特性を有する誘電体を
得ることが困難である。
一方、誘電体共振器は、その材料が有する誘電率と寸法
形状によって共振周波数が決定される。この場合、誘電
体共振器間にある共振周波数のばらつきは出来るだけ小
さいほうが望ましい。然しなから、前記のようにして得
られた誘電体には気孔率のばらつきがあり、気孔内の空
気の比誘電率(!=i1)はセラミックス材料の10〜
100に比較して非常に小さいため、これによって誘電
率に大きなばらつきが発生し、ひいては共振周波数も大
きくばらつき、誘電体共振器の歩留りが低下してしまう
。そこで、このような不都合を回避するためには誘電体
毎に寸法を変化させて同一の共振周波数の共振器にする
等、余分な工程が必要となる。
また、マイクロ波集積回路の基板の場合、配線の特性イ
ンピーダンスのばらつきを小さくするために厚みを均一
にする必要がある。さらに、配線はスパッタ、蒸着、メ
ツキ等の薄膜で形成されるため、基板を研磨して使用す
る必要がある。この場合、研磨後に基板内部の気孔が表
面に現れるとボアーとなり、微細なパターンが形成出来
なくなる。特に、誘電率の高い材料を使用する場合には
、特性インピーダンスの問題から微細パターンになるの
で、気孔が大きな問題となる。
セラミックス材料の気孔率を減少させる手段としては、
ホットプレスや熱間静圧ブレス(HIP)が知られてい
る。然しながら、これらの方法では、現在知られている
マイクロ波誘電体共振器用セラミックス材料が全て酸化
物であるために大きな問題がある。
すなわち、ホットプレスでは、治具の耐熱温度の問題か
ら1300℃程度までしか焼成温度を上げることが出来
ず、焼成出来る材料が限られてしまい、また、量産向き
ではなくコストが高くなってしまう。また、HIPは比
較的多量に処理出来るが、主としてN2やAr等の非酸
化性雰囲気で処理されるため、酸化物であるセラミック
ス誘電体に使用すると還元されて誘電損失が著しく劣化
してしまう問題がある。
本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、誘電損失を劣化させずに気孔率を少なくし、誘
電率のばらつきの小さな高誘電率材料の製造方法を提供
することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 前記の課題を解決するために、本発明はセラミックス材
料を所定の圧力下において予備焼成することで焼成体を
得、 次いで、前記焼成体を酸化雰囲気中で熱間静圧ブレス処
理することを特徴とする。
[作用] 以上のようにしてなる本発明方法では、予備焼成によっ
て焼成体の気孔が減少し、さらに酸化雰囲気中における
熱間静圧ブレス処理を行うのでセラミックス材料が還元
されることがない。
この結果、誘電率の製品におけるばらつきが減少し、し
かも誘電損失の劣化の少ない高誘電率材料が得られる。
[実施例] 本発明においては、先ず、セラミックス材料を100気
圧程度までの加圧雰囲気、常圧、若しくはそれより低圧
で予備焼結する。この予備焼結によりセラミックス材料
の内部まで通ずる開気孔をなくし表面気密層を形成する
。なお、この予備焼結により開気孔はなくなるが、かな
りの閉気孔がセラミックス材料中に存在する。ここで、
次に、酸化雰囲気中で高温高圧処理、つまりHIP処理
することにより、前記閉気孔を減少させ、気孔率の小さ
なセラミックス材料を製造する。この場合、予備焼結に
より開気孔をなくするには94%以上の相対密度まで緻
密化しておく必要がある。
以上の工程は、例えば、予備焼結用の減圧、常圧、加圧
雰囲気炉とHIP用の両方の炉を別々に使用して行われ
る。勿論、HIP装置の中で予備焼結とHIPを連続し
た工程で行うことも可能である。
本発明の実施例で用いられるマイクロ波誘電体共振器の
材料としては、Ba0−TlO2系のもの、Sn○2 
 ZrO2TlO2系のもの、BaO−Ti02−Nd
2O3系のもの、Ba(Mg+73Ta2/3)03や
Ba(Z’n1z3Ta273) 03に代表される複
合ペロブスカイト系は勿論であるが、これらに添加物を
加えて特性を改善したものについても同様に応用出来る
。原理的には、マイクロ波用に使用される酸化物であれ
ば全てに応用出来る。
これら酸化物セラミックスの各成分の原材料としては、
通常の酸化物や炭酸塩等最終的に酸化物になるものであ
れば何でもよいが、金属塩溶液から得られる粉体、つま
り共沈法や金属アルコキシドを加水分解あるいは噴霧熱
分解して得られる原材料は高純度であるため極めて好適
である。特に、これらの粉体は非常に微粒子であるため
に低温焼結化が可能であり、HIPで期待出来る同様の
低温焼結化と組み合わせることでより低温で焼成が可能
となる。従って、高温では酸化雪囲気でも還元し易い材
料の低温焼成が可能になり、また、前述の複合ペロブス
カイト系で誘電損失特性の向上が得られる超格子構造も
、低温焼成により一層得易くなる。
高圧焼成による酸素分圧の飛躍的な上昇は、還元や酸素
イオンの欠陥により誘電損失の劣化を招き易い酸化物マ
イクロ波誘電体にとっては、これらの欠陥の発生を防止
出来、品質低下を防ぐだけではなく特性向上をももたら
す。
HIP処理条件は、セラミックス材料の組成、原材料粉
体の粒度等により変化するが、一般に圧力は200気圧
以上、3000気圧以下が望ましく、これ以下の圧力で
は効果が小さく、これ以上の圧力は効果に比較して圧力
に耐えるための設備費用が大きくなり過ぎる。
HIP処理温度は予備焼成温度(通常は常圧で最も緻密
化する焼成温度(単位1) )を基準にして一350°
〜+100°の範囲が望ましい。
これ以上低い温度では、セラミックス材料の変形能が小
さいために、HIPの効果が現れ難く、また、これ以上
高い温度では過焼成により特性が劣化する。
〔比較例1〕 BaCO535,4g、Ti0z 64.6g、MnC
0*0.2gをポリエチレンポットとジルコニアボール
を使用した乾式ボールミルにてよく混合した後、吸引濾
過し110℃で乾燥させた。次いで、空気雰囲気100
0℃で仮焼成した後、ポリエチレンポットとジルコニア
ボールを使用した乾式ボールミルにてこれを粉砕した。
さらに、前記粉砕したものを吸引濾過し110 tで乾
燥させた後、有機バインダを添加し40メツシユに造粒
した。
この造粒粉体を200kg/cm2の圧力で一軸乾式粉
体ブレス成形を行った後、1200kg/am2でラバ
ープレス成形をした。この成形体を白金板上で1380
℃、2Hr酸素雰囲気で焼成した。焼成体の主結晶はB
 a 2T I so 20だった。この焼成体を7m
ll1φX 3,5mm厚に機械加工した。
前記焼成体のマイクロ波での誘電特性をtlakKi 
& Co1e+++anの方法で測定すると、約10G
Hzで比誘電率ε、−39,4、Q(誘電損失tanδ
の逆数)= 3500であった。また、この焼成体を研
磨して観察したところ、気孔率は約2%、比誘電率ε、
のばらつきは10サンプル測定して約±0.2であった
〔実施例1〕 比較例1で得られた焼成体を0220%、アルゴン80
%の雰囲気で1500気圧、1320℃、IHrHIP
処理した。この後、比誘電率ε、を測定するとε、=4
0.6、比誘電率ε1のばらつきは±0゜1以下だった
。また、気孔は殆ど認められなかった。
〔実施例2] 最終的な組成が、比較例1と同じになるように秤量した
バリウム、チタン、マンガンの金属アルコキシドを溶媒
アルコール中で還流した後、加水分解して得た粉末を9
00℃で仮焼成した。
この粉末に有機バインダを添加後、比較例1と同様の方
法で成形した。900℃で脱バインダした後、白金板上
で0220%、アルゴン80%の雰囲気、常圧で132
0℃、2Hr予備焼成後、1000気圧でHIF処理し
た。この焼成体を8mmφ×4 mm厚に機械加工した
。マイクロ波での誘電特性を測定すると約10GHzで
E、=40.5、Q=3200、ε、のばらつきは±0
.1以下だった。また、気孔は殆ど認められなかった。
〔比較例2〕 BaC0+ 55.1g5Mg03.8g5Ta20s
41.1g、M口CO*0.1gを実施例1と同様の方
法で、混合から成形まで行った。但し、仮焼成は110
0℃で行った。この成形体を酸素曇囲気、白金板上で1
520℃、3Hr焼成した。得られた焼成体の主結晶は
複合ペロブスカイト構造のBa(Mg+z3Ta27a
)CLだった。マイクロ波での誘電特性を測定すると、
約10GHzでε、=24.5、Q=7200、また、
気孔率は約1.5%だった。ε、のばらつきは10サン
プル測定して±0.2あった。
〔実施例3〕 比較例2で得られた焼成体を0220%、アルゴン80
%の雰囲気で1000気圧、1450℃、IHrHIP
処理した。この後、比誘電率ε、を測定するとε、=2
5Jだった。ε、のばらつきは±0.1以下だった。ま
た、気孔は殆ど認められなかった。
〔比較例3〕 BaC0,、Tie、、N d 203を所定量秤量し
た後、実施例1と同様の方法で混合から成形を行った。
この成形体を空気雰囲気で1350℃、2Hr焼成した
。この焼成体を9 mmφX 4,5mm厚に機械加工
した。マイクロ波での誘電特性を測定すると、約6GH
zで!、=83、Q = 1600゜また、気孔率は約
2%だった。ε、のばらつきは10サンプル測定で±0
.3だった。
〔実施例4〕 比較例3で得られた焼成体を0220%、アルゴン80
%の雰囲気で500気圧、1300℃、2HrHIP処
理した。この後、ε、を測定するとε1=85で、C1
のばらつきは±o4以下だった。
また、気孔は殆ど認められなかった。
〔比較例4〕 実施例1乃至4で示した各々の焼成体を、酸化雰囲気H
IPではなく、その他の条件は同じにしてアルゴン雰囲
気でHIP処理した。この場合、全ての例の焼成体は還
元し、Qは著しく低下した。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明で得られる高誘電率材料は
、気孔率が少ないために誘電率のばらつきが従来法の製
造法に比較して非常に小さい。この場合、前記高誘電率
材料を用いて得られた誘電体共振器は共振周波数のばら
つきが非常に小さく、従って、均一な特性からなる誘電
体共振器を大壷に生産することが出来る。また、前記高
誘電率材料は研磨後における気孔の出現が少ないため、
マイクロ波集積回路用の基板としても最適である。
(他2名)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)セラミックス材料を所定の圧力下において予備焼
    成することで焼成体を得、 次いで、前記焼成体を酸化雰囲気中で熱間静圧プレス処
    理することを特徴とする高誘電率材料の製造方法。
  2. (2)請求項1記載の方法において、 焼成体の気孔率は予備焼成において6%以下とすること
    を特徴とする高誘電率材料の製造方法。
JP1244512A 1989-09-20 1989-09-20 高誘電率材料の製造方法 Pending JPH03109272A (ja)

Priority Applications (2)

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JP1244512A JPH03109272A (ja) 1989-09-20 1989-09-20 高誘電率材料の製造方法
US07/913,784 US5248465A (en) 1989-09-20 1992-06-30 Preparation process of high-permittivity material

Applications Claiming Priority (1)

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JP1244512A JPH03109272A (ja) 1989-09-20 1989-09-20 高誘電率材料の製造方法

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JPH03109272A true JPH03109272A (ja) 1991-05-09

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ID=17119784

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015504478A (ja) * 2011-11-02 2015-02-12 アイ テン 電気泳動法による高密度薄膜の製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5527802A (en) * 1978-07-26 1980-02-28 Hitachi Metals Ltd Manufacture of polycrystal garnet for microwave
JPS5845165A (ja) * 1981-09-09 1983-03-16 住友特殊金属株式会社 低損失誘電材料の製造方法
JPS63100075A (ja) * 1986-10-16 1988-05-02 松下電器産業株式会社 圧電セラミツクスの製造方法

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