JPH07277817A - 誘電体セラミックスおよびその製造方法 - Google Patents

誘電体セラミックスおよびその製造方法

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JPH07277817A
JPH07277817A JP6073420A JP7342094A JPH07277817A JP H07277817 A JPH07277817 A JP H07277817A JP 6073420 A JP6073420 A JP 6073420A JP 7342094 A JP7342094 A JP 7342094A JP H07277817 A JPH07277817 A JP H07277817A
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Japan
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dielectric
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mol
firing
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JP6073420A
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Shiyoumei Chin
湘明 陳
Takeshi Hama
威 浜
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 一般式 【化1】 で表される基本組成に対し、副成分としてLiF、Na
Fのうち少なくとも1種が配合されてなる誘電体セラミ
ックス。 【効果】 本来の優れた誘電特性を損なうことなく、低
温の焼成で緻密化することができる誘電体セラミックス
およびその製造方法を提供することができる。

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、フィル
ター等に好適に使用される誘電体セラミックスおよびそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
移動体通信や衛星放送などのマイクロ波帯域を利用する
通信技術の著しい発展に伴い、誘電体共振器、フィルタ
ーなどの高周波デバイス用の誘電体セラミックスに対す
る需要が益々増加している。ここで要求される誘電体セ
ラミックスには、大きく分けて二つのタイプがある。一
つは自動車電話、携帯電話及び第二世代コードレス電話
に搭載される高周波フィルター用の誘電体セラミックス
であり、もう一つは基地局等に用いられる誘電体共振器
用のマイクロ波誘電体セラミックスである。これら誘電
体セラミックスには、高い誘電率、低い誘電損失(大き
な無負荷Q値)及び小さな温度係数等が要求されてい
る。特に高周波フィルター用の誘電体セラミックスは、
携帯電話等の小型化の要求に伴い、より高い誘電率が要
求されている。
【0003】ところでこのような要求を改善するために
これまで多数の優れた誘電体セラミックスが開発されて
いる。そのなかでもBaLn2 Ti4 12、BaLn2
Ti 5 14、Ba3.75Ln9.5 Ti1854等を主とした
BaO−Ln2 3 −TiO 2 系(LnはNd、Sm、
La等の希土類をさす。)の誘電体セラミックスは低い
温度係数及び90前後の充分に高い誘電率を示し、優れ
た誘電体セラミックスとして期待されている。しかしな
がらこのBaO−Ln2 3 −TiO2 系の誘電体セラ
ミックスは誘電損失が高い(無負荷Q値が小さい)とい
う問題があった。またこのBaO−Ln2 3 −TiO
2 系の誘電体セラミックスは、焼成温度が1300℃以
上と高温であることも問題であった。というのもこの種
の誘電体セラミックスを用いて高周波フィルターを製造
する場合、非磁性体で、比抵抗が低くかつ安価な電極材
料であるCuを内部電極として使用するのが好ましい
が、Cuの融点が約1080℃と低いため、焼成温度が
高いBaO−Ln2 3 −TiO2 系の誘電体セラミッ
クスを用いた場合にはCuを内部電極として使用するこ
とができないためである。
【0004】本発明は上記従来技術の問題点に鑑み鋭意
検討の結果なされたもので、BaO−Ln2 3 −Ti
2 系の誘電体セラミックス本来の優れた特性(低い温
度係数、高い誘電率)を損なうことなく、内部電極とし
てCuを使用可能な温度、特に1050℃以下の低温で
焼成で緻密化でき、さらに好ましくはその上に大きな無
負荷Q値が得られる誘電体セラミックスおよびその製造
方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、一般
【化5】 で表される基本組成に対し、副成分としてLiF、Na
Fのうち少なくとも1種が配合されてなる誘電体セラミ
ックスである。
【0006】請求項5の発明は、一般式
【化6】 で表される基本組成に対し、副成分としてLiF、Na
Fのうち少なくとも1種を配合、混合したのち焼成する
誘電体セラミックスの製造方法である。
【0007】本発明において、x、y、z及びuはそれ
ぞれ0.86≦x≦1.05、1.8≦y≦2.2、
3.8≦z≦5.0、u=x+(3y/2)+2zと限
定した理由は、この範囲であれば誘電体セラミックスと
して好適な誘電特性を示すからである。
【0008】本発明におけるLiF、NaFの配合量
は、基本組成に対し0.4〜2.5mol%であること
が好ましい。LiF、NaFの配合量が上記範囲内であ
れば、BaO−Nd2 3 −TiO 2 系の誘電体セラミ
ックス本来の優れた特性を損なうことなく1050℃以
下の低温焼成が可能であるという効果が顕著だからであ
る。さらに前記LiF、NaFの配合量は、基本組成に
対し1.5〜2.0mol%であることがより好まし
い。LiF、NaFの配合量が上記範囲内であれば、B
aO−Nd2 3 −TiO 2 系の誘電体セラミックス本
来の優れた特性を損なうことなく1050℃以下の低温
焼成が可能であるという効果が顕著な上に、低い誘電損
失(大きな無負荷Q値)が得られるからである。
【0009】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳しく説明
する。 (実施例1〜8)高純度のBaCO3 、Nd2 3 及び
TiO2 の微粉末を1:1:4のモル比に秤量して調合
し原料粉末を得た。得られた原料粉末にエタノールを加
えU−2M(入江商会製ボールミル、商品名)にて24
時間湿式混合した。混合した原料粉末を乾燥させた後1
200〜1300℃で5〜10時間仮焼して仮焼粉を得
た。得られた仮焼粉を6等分し、それぞれの仮焼粉に対
しLiFを0.4mol%(実施例1)、0.5mol
%(実施例2)、1.2mol%(実施例3)、1.5
mol%(実施例4)、1.7mol%(実施例5)、
2.0mol%(実施例6)、2.5mol%(実施例
7)、2.8mol%(実施例8)添加した後、ボール
ミルにて24時間混合粉砕して混合粉を6種類得た。つ
いでそれぞれの混合粉に有機バインダを添加した後、該
混合粉を乾式プレス成形(圧力:98〜196MPa)
により外径12mm、長さ10mmの円柱状の成形体に
成形した。このようにして得られた成形体を98%以上
緻密化する温度で3時間以上焼成して焼結体を6種類得
た。
【0010】このようにして得られた実施例の焼結体の
嵩密度を測定し、ついで測定した嵩密度の理論密度に対
する比から焼結体の緻密化率を算出した。その結果を百
分率表示にて表1に示す。さらにそれぞれの焼結体の誘
電特性を下記に述べる両端短絡形誘電体共振器法を用い
て周波数1GHzで測定した。その結果を表1に示す。
なお、共振周波数の温度変化率を温度係数として表1に
併記する。
【0011】(両端短絡形誘電体共振器法)以下に両端
短絡形誘電体共振器法の測定手順を示す。 (1)図1に示すような誘電特性を測定するための測定
回路を組み立てる。なお、図1中符号1はネットワーク
アナライザー(ヒューレット・パッカード(株)社製、
商品名8757A)、2は掃引発振器(ヒューレット・
パッカード(株)社製、商品名8340A)、3は方向
性結合器(ヒューレット・パッカード(株)社製、商品
名19025B)、4はコントローラー(ヒューレット
・パッカード(株)社製、商品名モデル300)、5は
両端短絡形誘電体共振器(マイクロ・デバイス(株)社
製、商品名MSC−12CEV)、6は長さ150mm
の同軸基準線である。
【0012】(2)両端短絡形誘電体共振器5に円柱状
の焼結体を挿入する。 (3)測定回路に同軸基準線6を接続して0dBのライ
ンを決める。 (4)測定回路から同軸基準線6を外し、焼結体を挿入
した両端短絡形誘電体共振器5を測定回路に接続する。 (5)掃引発振器2から、先端をループ状に成形した直
径2.2mm同軸線により、焼結体にマイクロ波を供給
する。 (6)周波数を掃引して、測定しようとするモード(T
011 またはTE014 )のピークをネットワークアナラ
イザー1上に表示する。 (7)ネットワークアナライザー1上に表示したピーク
の共振周波数f0 、3dB帯域幅Δf、挿入損失IL
(dB)を測定する。
【0013】上述のようにして測定した共振周波数f0
から、次式(1)により焼結体の比誘電率εを求める。
【数1】 ε=(λ0 /πD)2 ×(u2 +v2 )+1 (1) 但し、 v2 =(πD/λ0 2 ×〔(λ0 /λg 2 −1〕 λg :ガイド波長 D :焼結体の直径 λ0 =c/f0 :共振波長 c :光の速度 また、uは次式(2)の特性方程式から求められる。
【数2】 u=(J0(u)/J1(u))=−v×(K0(v)/K1(v)) (2) ここで、Jn (x) は第一種ベッセル関数、Kn (x) は第
二種変形ベッセル関数である。
【0014】また無負荷Q値は次式(3)から求めた。
【数3】 Q=(f0 /Δf)/(1−10-IL/20) (3)
【0015】(比較例1)実施例と同様の仮焼粉対し
て、何も添加せずに実施例と同様にして焼結体を得た。
得られた比較例の焼結体および誘電特性を実施例と同様
にして測定した。その結果を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】(結果)表1より、実施例1〜8のもの
は、1050℃以下の焼成で98%以上緻密化している
ことがわかる。その中でも実施例1〜6は、良好な誘電
特性を保ちつつ、1000℃以下の焼成で緻密化してお
り、特に実施例4〜6は、より低温の焼成で緻密化して
いる上に、無負荷Q値が比較例に比して大きな値を示し
ている。これに対し、LiFを添加しなかった比較例1
の焼結体は1300℃以上でないと緻密化しないことが
わかる。以上より実施例の誘電体セラミックスを用いた
焼結体は比較例に比して、低温の焼成で緻密化が達成で
きる上に、優れた誘電特性も保持していることがわか
る。
【0018】(実施例9〜16)LiFに代えてNaF
を添加する以外は実施例1〜8と同様にして8種類の焼
結体を得た。得られた実施例7〜16の焼結体の嵩密度
および誘電特性を実施例1〜8と同様にして測定した。
その結果、実施例1〜8と同様の傾向を示すことがわか
った。
【0019】(実施例17〜24)LiFに代えてLi
FとNaFとを1:1の比に混合したものを添加する以
外は実施例1〜8と同様にして8種類の焼結体を得た。
得られた実施例17〜24の焼結体の嵩密度および誘電
特性を実施例1〜8と同様にして測定した。その結果、
実施例1〜8と同様の傾向を示すことがわかった。
【0020】(実施例25〜32)BaCO3 、Nd2
3 及びTiO2 の微粉末のモル比を1:1:5とする
以外は実施例1〜8と同様にして8種類の焼結体を得
た。得られた実施例25〜32の焼結体の嵩密度および
誘電特性を実施例1〜8と同様にして測定した。その結
果、実施例1〜8と同様の傾向を示すことがわかった。
【0021】(実施例33〜56)Nd2 3 に代えて
La2 3 (実施例33〜40)、Sm2 3 (実施例
41〜48)、Gd2 3 (実施例49〜56)を用い
る以外は実施例1〜8と同様にして焼結体を得た。得ら
れた焼結体の嵩密度および誘電特性を実施例1〜8同様
にして測定した。その結果、実施例1〜8と同様の傾向
を示すことがわかった。
【0022】(実施例57〜80)Nd2 3 に代えて
La2 3 (実施例57〜64)、Sm2 3 (実施例
65〜72)、Gd2 3 (実施例73〜80)を用い
る以外は実施例9〜16と同様にして焼結体を得た。得
られた焼結体の嵩密度および誘電特性を実施例9〜16
同様にして測定した。その結果、実施例9〜16と同様
の傾向を示すことがわかった。
【0023】(実施例81〜104)Nd2 3 に代え
てLa2 3 (実施例81〜88)、Sm2 3 (実施
例89〜96)、Gd2 3 (実施例97〜104)を
用いる以外は実施例17〜24と同様にして焼結体を得
た。得られた焼結体の嵩密度および誘電特性を実施例1
7〜24同様にして測定した。その結果、実施例17〜
24と同様の傾向を示すことがわかった。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1、請求項
2、請求項5および請求項6の発明は基本組成に対しL
iF、NaFのうち少なくとも1種を添加することによ
り、本来の優れた諸特性(低い温度係数、高い誘電率)
を損なうことなく、低温の焼成で緻密化することができ
る誘電体セラミックスを提供することができる。請求項
3、請求項7の発明は、副成分の配合割合が基本組成に
対し、0.5〜2.5mol%なので、本来の優れた諸
特性(低い温度係数、高い誘電率)を損なうことなく、
低温の焼成で緻密化することができるという効果が顕著
な誘電体セラミックスを提供することができる。さらに
請求項4、請求項8の発明は、副成分の配合割合が基本
組成に対し、1.5〜2.0mol%なので、本来の優
れた諸特性(低い温度係数、高い誘電率)を損なうこと
なく、低温の焼成で緻密化することができるという効果
が顕著な上に、より低い誘電損失(大きい無負荷Q値)
が得られる誘電体セラミックスを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、焼結体の誘電特性を測定するための測
定回路の概略図である。
【符号の説明】
1 ネットワークアナライザー 2 掃引発振器 3 方向性結合器 4 コントローラー 5 両端短絡形誘電体共振器 6 同軸基準線

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式 【化1】 で表される基本組成に対し、副成分としてLiF、Na
    Fのうち少なくとも1種が配合されてなることを特徴と
    する誘電体セラミックス。
  2. 【請求項2】 【化2】 で表される基本組成に対し、副成分としてLiF、Na
    Fのうち少なくとも1種が配合されてなることを特徴と
    する誘電体セラミックス。
  3. 【請求項3】 前記副成分の配合割合が前記基本組成に
    対し、0.5〜2.5mol%であることを特徴とする
    請求項1または請求項2記載の誘電体セラミックス。
  4. 【請求項4】 前記副成分の配合割合が前記基本組成に
    対し、1.5〜2.0mol%であることを特徴とする
    請求項1または請求項2記載の誘電体セラミックス。
  5. 【請求項5】 一般式 【化3】 で表される基本組成に対し、副成分としてLiF、Na
    Fのうち少なくとも1種を配合、混合したのち焼成する
    ことを特徴とする誘電体セラミックスの製造方法。
  6. 【請求項6】 【化4】 で表される基本組成に対し、副成分としてLiF、Na
    Fのうち少なくとも1種を配合、混合したのち焼成する
    ことを特徴とする誘電体セラミックスの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記副成分の配合割合が基本組成に対
    し、0.5〜2.5mol%であることを特徴とする請
    求項5または請求項6記載の誘電体セラミックスの製造
    方法。
  8. 【請求項8】 前記副成分の配合割合が基本組成に対
    し、1.5〜2.0mol%であることを特徴とする請
    求項5または請求項6記載の誘電体セラミックスの製造
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009509906A (ja) * 2005-09-26 2009-03-12 フエロ コーポレーション 銅製電極に使用するcog誘電体組成物

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