JPH04240158A - 誘電体磁器組成物 - Google Patents

誘電体磁器組成物

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JPH04240158A
JPH04240158A JP3004976A JP497691A JPH04240158A JP H04240158 A JPH04240158 A JP H04240158A JP 3004976 A JP3004976 A JP 3004976A JP 497691 A JP497691 A JP 497691A JP H04240158 A JPH04240158 A JP H04240158A
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JP
Japan
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dielectric
composition
dielectric ceramic
nd2o3
dielectric constant
Prior art date
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Pending
Application number
JP3004976A
Other languages
English (en)
Inventor
Takuya Fujimaru
藤丸 琢也
Takehiko Yoneda
米田 毅彦
Hiromi Tokunaga
裕美 徳永
Hiromitsu Tagi
多木 宏光
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、誘電体共振器及び電子
機器に使用される誘電体基板等の材料として利用される
誘電体磁器組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、高周波領域に於いて、誘電体はマ
イクロ波回路のインピーダンス整合や、誘電体共振器等
に応用されてきている。特に、近年マイクロ波回路の集
積化の技術が進歩するに伴い、バンドパスフィルタや発
振器の周波数安定化等に、高誘電率、低損失の誘電体磁
器を用いた誘電体共振器を使用して小型化することが積
極的に進められており、高誘電率で無負荷Qが大きく、
共振周波数温度係数(τf)が小さく、かつ、それぞれ
の特性を広範囲に変化させる事が出来る誘電体磁器組成
物が要求されている。
【0003】そこで、これらの誘電体材料としては、B
aO−TiO2系誘電体磁器〔H.M.O,Bryan
,Jr.,Thomson,Jr.and J.K.P
lourde:J.Am.Ceram.Soc.57(
1974)450〕及びその一部を他の元素で置換した
もの、更には、共振周波数温度係数(τf)を調整する
為、負の値を持つTiO2と正の値を持つ誘電体磁器や
ガラスと組み合わせた物が利用されてきている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の材料では、誘電率、無負荷Qが低く、又、共振周波数
温度係数(τf)が高い等、実用上使用し難く、種々問
題点があった。この問題点を解決する為にBaO−Ti
O2−Nd2O3系誘電体磁器組成物(特公昭60−4
1633)やBaO−TiO2−Nd2O3−Bi2O
3系誘電体磁器組成物(特公昭59−51091)等が
提案されたが、前者は、共振周波数温度係数(τf)が
大きく、また後者は比誘電率に対して無負荷Qが低い等
、要求される特性の多様化に応じる為には未だ満足出来
るものではなかった。
【0005】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、誘電率、無負荷Qを高く、共振周波数温度係数(
τf)が小さく、且つ、要求される特性の多様化に応じ
る為に、誘電率、無負荷Q、共振周波数温度係数(τf
)を広範囲に変化させる事が出来る誘電体磁器組成物を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成する本発
明の誘電体磁器組成物は、組成式が、       xBaO・yTiO2・zSm2O3・t
Nd2O3・wBi2O3で表され、それぞれのモル分
率が、0.06≦x≦0.25、0.60≦y≦0.8
0、0.05≦z≦0.18、0<t≦0.07、0<
w≦0.05(但し、x+y+z+t+w=1)の範囲
にある構成からなり、尚、前記誘電体磁器組成物100
重量部にAl2O3,Fe2O3,SnO2,ZnO,
NiO,MnO,CuO,CoO,SiO2,ZrO2
の一種又は二種以上を3重量部以下添加してもよく、更
に、これら前記誘電体磁器組成物のBa元素の一部をモ
ル分率で20mol%以下Sr,Ca,Mg等の元素の
一種又は二種以上で置換した構成でもよい。  更に、
これら前記誘電体磁器組成物中のSm2O3,Nd2O
3の純度が70wt%以上であり不純物の化学成分が他
の稀土類からなる構成を有していてもよい。
【0007】
【作用】この構成によって、 1BaO−TiO2−S
m2O3−Nd2O3−Bi2O3系誘電体磁器組成物
を用いる事により、マイクロ波領域における誘電率、無
負荷Qが高く、又共振周波数温度係数(τf)が小さい
誘電体磁器を得る事が出来る。2Al2O3やZrO2
等を前記誘電体磁器組成物に添加する事により、焼結性
が改善されると共に誘電率のバラツキを低く抑える事が
出来る。特にZrO2については誘電体磁器の機械的強
度をも大幅に向上させる事が出来る。
【0008】3前記誘電体磁器組成物中のBa元素をS
r,Ca,Mg等の元素に一部置換しても、Ba元素と
同等の特性を持つ事が出来、応用範囲を拡げることがで
きる。
【0009】4Sm2O3,Nd2O3の純度に関して
は、低純度品であっても高純度品に近い特性を持つこと
が出来、応用範囲を拡げることができる。
【0010】
【実施例】以下本発明を実施例に基づいて、更に詳細に
説明する。
【0011】原料として、工業原料であるBaCO3,
TiO2,Sm2O3,Nd2O3,Bi2O3,Al
2O3,Fe2O3,SnO2,ZnO,NiO,Mn
O,CuO,CoO,SiO2,ZrO2を使用する。 Sm2O3,Nd2O3については、純度65、70、
80、90、99.9wt%品を準備した。
【0012】上記原料粉末を所定の組成になるよう秤量
した後、メノウボールを備えたウレタン内張りのボール
ミルに純水と共に入れ、湿式混合をした。この混合物を
十分乾燥した後、400kg/cm2の圧力でペレット
状に成形し、該成形体を大気中で900〜1000℃の
温度範囲で仮焼した。その後、該仮焼物を純水と共に前
記と同様な構造を有するボールミルに入れ湿式混合をし
た。 得られた粉砕物を脱水乾燥した後、該粉末に有機バイン
ダーとして濃度3w/v%のポリビニルアルコール溶液
を8v/w%添加して造粒した後、32メッシュのふる
いを用い整粒した。整粒粉体を金型と油圧プレスを用い
て成形圧力800kg/cm2で直径20mm、厚み8
〜12mmのペレット状に成形した。該成形体を組成に
応じて1200〜1550℃の温度範囲で2〜3時間焼
成し目的とする誘電体磁器を得た。得られた誘電体磁器
を誘電体共振器として使用し、無負荷Q、及び共振周波
数温度係数(τf)を測定した。誘電率は、共振周波数
と誘電体磁器の大きさより計算で求めた。共振周波数は
2〜4GHzであった。共振周波数温度係数(τf)は
、−25〜50℃の温度範囲で測定した。
【0013】(実施例1)各組成成分の配合割合(モル
分率)に対する比誘電率や無負荷Qの依存性について確
認した。その結果を図1、図2に示す。
【0014】図1a,bは、BaOのモル分率(x)に
対するこれらの依存性を示したものであり、図2a,b
はTiO2のモル分率(y)に対するこれらの依存性、
図3aはSm2O3のモル分率(z)に対する比誘電率
の依存性、図3bはNd2O3のモル分率(t)に対す
る比誘電率の依存性、図4a,bはBi2O3のモル分
率(w)に対する無負荷Q、共振周波数温度係数(τf
)の依存性を示す。
【0015】尚、上記各モル分率に対する依存性を確認
する際は、モル分率を変化させる原料以外の原料は、本
発明の範囲内に於いて一定とした。
【0016】また、図示方法としては、試料に対応する
特性値(対象成分組成点における組成数はN=20)を
プロットし、該領域をグラフ上に領域指定して行なった
。図1、図2より明らかな様に、本発明の誘電体磁器組
成物からなる誘電体磁器は、マイクロ波領域の周波数に
おいて、比誘電率、無負荷Qが大きく、共振周波数温度
係数(τf)は小さい事がわかる。尚、判定基準として
は、無負荷Q≧2000、比誘電率≧60、共振周波数
温度係数(τf)≦100ppm/℃とした。判定理由
としては、無負荷Qについては、2000未満の場合高
周波フィルタに使用したとき、挿入損失が大きく使用困
難なためである。また回路基板として使用しても、発熱
等回路に悪影響を及ぼすからである。比誘電率について
は、60以上ないと周波数1〜2GHz帯において誘電
体共振器の寸法が5mm以上となり小型化の流れから外
れる。共振周波数温度係数(τf)が100ppm/℃
を超えると回路上に形成された共振器の共振周波数が、
温度によってシフトし、回路上のマッチングが取れなく
なるからである。
【0017】(実施例2)次に、xBaO・yTiO2
・zSm2O3・tNd2O3・wBi2O3の組成式
からなる誘電体磁器組成物の組成モル分率が、x=0.
122,y=0.68,z=0.141,t=0.05
2,w=0.005となるように調整した組成物100
重量部に、Al2O3,ZrO2を所定量添加し、その
添加効果を確認した。その結果を図5,6に示す。
【0018】図5a,bは添加量(重量部)に対する比
誘電率の変動係数(%)及び無負荷Qの依存性を示した
ものであり、図6は、ZrO2の添加量(重量部)に対
する3点曲げ強度(kg/ cm2 )の依存性を示し
たものである。
【0019】図5a,bから明らかなように、焼結性の
改善からの波及効果と思われる誘電率のバラツキの減少
が認められる。添加量が3重量部を超えると結晶粒界近
傍に生成するガラス層の増大の為と思われる無負荷Qの
低下を引き起こす。特にZrO2については図6から明
らかな様に、機械的強度の著しい増加が認められる。し
かし3重量部を超えると図5a,bに示すように無負荷
Qが低下する傾向がある。尚、Al2O3とZrO2の
混合比の影響はあまり認められなかった。又、上記組成
の組成モル分率を本発明の範囲内で変化させて同様に実
験を行なったが、同様の結果が得られた。
【0020】(実施例3)次に、実施例2と同一の組成
比の試料を用い、Ba元素をSr,Ca,Mgに所定割
合で置換させた組成物を用い、比誘電率、無負荷Qの依
存性を確認した。
【0021】その結果を図7a,bに示す。図7a,b
から明らかなように、Sr,Ca,Mgの置換率が20
mol%以上では、一部比誘電率、無負荷Qの低下する
傾向があることが解る。尚、Sr,Ca,Mgを単一、
又は混合して置換させても同様の結果が得られた。
【0022】(実施例4)次に、実施例2と同一の組成
比の試料を用い、Sm2O3,Nd2O3の純度の比誘
電率に対する影響について確認した。その結果を図4に
示す。
【0023】図8aは、Sm203の純度(wt%)の
影響を示し、図8bはNd2O3の純度(wt%)の影
響を示す。
【0024】図8a,bから明らかなように、Sm2O
3,Nd2O3の純度が70wt%未満のときに比誘電
率の低下を起こす傾向があることが解る。従って、この
ことから工業的に精製された原料であれば十分使用に耐
えると言える。
【0025】(実施例5)次に、組成式xBaO・yT
iO2・zSm2O3・tNd2O3・wBi2O3の
組成モル分率を、 の範囲で変化させた場合、及び従来例の組成比の組成物
について、比誘電率に対する無負荷Q、共振周波数温度
係数(τf)の関係を確認した。その結果を図9a,b
に示す。
【0026】図9aは、各誘電体磁器組成物の比誘電率
に対する無負荷Qの依存性を、図9bは同じく共振周波
数温度係数(τf)の依存性を示す。
【0027】図9a,bから明らかなように従来例と比
較すると、本発明のほうが比誘電率に対して高い無負荷
Q及び低い共振周波数温度係数(τf)を得ることが出
来る。
【0028】
【発明の効果】以上のように本発明は、1BaO−Ti
O2−Sm2O3−Nd2O3−Bi2O3系組成物を
用いることにより、マイクロ波領域における誘電率、無
負荷Qが高く、又共振周波数温度係数(τf)が小さい
誘電体磁器を得る事が出来る。
【0029】2Al2O3やZrO2等を添加する事に
より、焼結性が改善されると共に誘電率のバラツキを低
く抑える事が出来る。特にZrO2については誘電体磁
器の機械的強度をも大幅に向上させる事が出来る。
【0030】3BaをSr,Ca,Mgに一部置換して
も、Baと同等の特性を持つ事ができ、原料の多様化に
対応できる。
【0031】4Sm2O3,Nd2O3は、低純度品で
あっても高純度品に近い特性を持つ事が出来る、優れた
誘電体磁器組成物を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】aは本発明の一実施例における誘電体磁器組成
物の主要組成物の特性図bは同主要組成物の特性図
【図
2】aは同主要組成物の特性図bは同主要組成物の特性
【図3】aは同主要組成物の特性図bは同主要組成物の
特性図
【図4】aは同主要組成物の特性図bは同主要組成物の
特性図
【図5】aは同第2成分の添加効果を示す特性図bは同
第2成分の添加効果を示す特性図
【図6】同第2成分の添加効果を示す特性図
【図7】a
はBa元素をSr,Ca,Mg元素に置換した時の特性
変化図bはBa元素をSr,Ca,Mg元素に置換した
時の特性変化図
【図8】aはSm2O3,Nd2O3の特性図bはSm
2O3,Nd2O3の特性図
【図9】aは本発明と従来例の組成物の特性比較図bは
本発明と従来例の組成物の特性比較図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】組成式が、xBaO・yTiO2・zSm
    2O3・tNd2O3・wBi2O3からなる誘電体磁
    器組成物であって、その組成範囲をモル分率で表したと
    きそれぞれ、 の範囲にあることを特徴とする誘電体磁器組成物。
  2. 【請求項2】誘電体磁器組成物の100重量部に対し、
    Al2O3,Fe2O3,SnO2,ZnO,NiO,
    MnO,CuO,CoO,SiO2,ZrO2の一種又
    は二種以上を3重量部以下添加したことを特徴とする請
    求項1に記載の誘電体磁器組成物。
  3. 【請求項3】Baの一部をモル分率で20mol%以下
    Sr,Ca,Mgの一種又は二種以上で置換した事を特
    徴とする請求項1又2の内いずれか1に記載の誘電体磁
    器組成物。
  4. 【請求項4】Sm2O3,Nd2O3の純度が70wt
    %以上であり不純物の化学成分が他の稀土類からなるこ
    とを特徴とする請求項1又2の内いずれか1に記載の誘
    電体磁器組成物。
JP3004976A 1991-01-21 1991-01-21 誘電体磁器組成物 Pending JPH04240158A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009126742A (ja) * 2007-11-22 2009-06-11 Tdk Corp 誘電体磁器組成物および電子部品

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009126742A (ja) * 2007-11-22 2009-06-11 Tdk Corp 誘電体磁器組成物および電子部品

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