JPH07282625A - Dielectric ceramic and its manufacture - Google Patents
Dielectric ceramic and its manufactureInfo
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- JPH07282625A JPH07282625A JP6073421A JP7342194A JPH07282625A JP H07282625 A JPH07282625 A JP H07282625A JP 6073421 A JP6073421 A JP 6073421A JP 7342194 A JP7342194 A JP 7342194A JP H07282625 A JPH07282625 A JP H07282625A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、誘電体共振器、フィル
ター等に使用される、高い誘電率、低い誘電損失及び良
好な温度安定性を有する誘電体セラミックスおよびその
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dielectric ceramic having a high dielectric constant, a low dielectric loss and good temperature stability, which is used for a dielectric resonator, a filter and the like, and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】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。この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は、
先ず高い誘電率、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る。ところで、これら誘
電体セラミックスのうち特に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は、省エネ
ルギー化の要求から、前述の諸特性のうち誘電損失が特
に重視されている。2. Description of the Related Art With the remarkable development of communication technology utilizing microwave band such as mobile communication and satellite broadcasting, dielectric ceramics for high frequency devices such as dielectric resonators and filters. The demand for is increasing more and more. The dielectric ceramics are roughly classified into two types. One is dielectric ceramics for high frequency filters installed in automobile phones, mobile phones and second generation cordless phones, and the other is microwave dielectric ceramics for dielectric resonators used in base stations and the like. . These dielectric ceramics are
First, high dielectric constant, low dielectric loss (large unloaded Q value), and small temperature coefficient are required. By the way, among these dielectric ceramics, the microwave dielectric ceramics for a dielectric resonator used in a base station or the like, in particular, have been given particular importance to the dielectric loss among the above-mentioned characteristics because of the demand for energy saving.
【0003】これまでの低い誘電損失(大きな無負荷Q
値)を有する誘電体セラミックスとしては、BaTi4
O9 、(Zr,Sn)TiO4 及びBa(Zn1/3 Ta
2/3)O3 等があるが、いずれも誘電体共振器用のマイ
クロ波誘電体セラミックスに適用でき得るほど誘電損失
を低下させることができない。一方Ba(Mg1/3 Ta
2/3 )O3 (以下BMTと記す。)は誘電体としてゼロ
に近い温度係数及び充分に低い誘電損失を示し、優れた
誘電体共振器用のマイクロ波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BMTを固相反応法
によって作製する場合、難焼結性が致命的な問題となっ
ており、この材料の実用化が遅れている。そこでこのB
MTの固相反応法における難焼結性を改善するために種
々の試みが成されている。例えば特公平2−22310
3号公報では仮焼粉にPを添加することによってBMT
の固相反応法における難焼結性の改善を試みている。し
かしながらBMTの難焼結性はある程度改善されている
が、仮焼粉にPを添加することによって前述したような
BMT本来の優れた諸特性(ゼロに近い温度係数及び充
分に低い誘電損失)を損なうことが新たな問題となって
いる。Conventional low dielectric loss (large unloaded Q
BaTi 4 as the dielectric ceramics having
O 9 , (Zr, Sn) TiO 4 and Ba (Zn 1/3 Ta)
2/3 ) O 3 and the like, but none of them can reduce the dielectric loss to the extent that they can be applied to microwave dielectric ceramics for dielectric resonators. On the other hand, Ba (Mg 1/3 Ta
2/3 ) O 3 (hereinafter referred to as BMT) has a temperature coefficient close to zero and a sufficiently low dielectric loss as a dielectric, and is expected as an excellent microwave dielectric ceramic for a dielectric resonator. However, when this BMT is produced by the solid-phase reaction method, the difficulty of sintering is a fatal problem, and the practical application of this material is delayed. So this B
Various attempts have been made to improve the difficulty of sintering in the solid phase reaction method of MT. For example, Japanese Patent Publication No. 2-23310
In Japanese Patent No. 3 publication, BMT is added by adding P to the calcined powder.
We are trying to improve the difficulty of sintering in the solid-state reaction method. However, although the sintering resistance of BMT is improved to some extent, the addition of P to the calcined powder causes the BMT to have the excellent characteristics (temperature coefficient close to zero and sufficiently low dielectric loss) inherent to BMT. Impairment has become a new issue.
【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、優れた諸特性(ゼロに近い
温度係数及び充分に低い誘電損失)を有し、かつ緻密化
できる誘電体セラミックス、およびその製造方法を提供
することを目的とする。The present invention has been made as a result of intensive studies in view of the above problems of the prior art, and has excellent characteristics (a temperature coefficient close to zero and a sufficiently low dielectric loss) and can be densified. An object of the present invention is to provide ceramics and a method for manufacturing the same.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段および作用】本発明では、
バリウム、マグネシウム、タンタル、チタン、酸素から
なり、wBaO、xMgO、yTa2 O5 、zTiO2
で表したときにw、x、y、zがそれぞれ0.95≦w
≦1.05、0.30≦x≦0.35、0.30≦y≦
0.35、0.005≦z≦0.04の範囲にある誘電
体セラミックスを第1の発明とし、 一般式Means and Actions for Solving the Problems In the present invention,
Consists of barium, magnesium, tantalum, titanium, oxygen, wBaO, xMgO, yTa 2 O 5 , zTiO 2
When expressed by, w, x, y, and z are 0.95 ≦ w, respectively.
≦ 1.05, 0.30 ≦ x ≦ 0.35, 0.30 ≦ y ≦
The dielectric ceramics in the range of 0.35 and 0.005 ≦ z ≦ 0.04 is defined as the first invention, and the general formula
【化3】 で表される基本組成に対し、副成分として酸化チタンが
配合されてなる誘電体セラミックスを第2の発明とし、
一般式[Chemical 3] The second invention is a dielectric ceramic in which titanium oxide is added as a subcomponent to the basic composition represented by
General formula
【化4】 (以下BMTと記す。)で表される基本組成に、酸化チ
タンを配合、混合したのち焼成する誘電体セラミックス
の製造方法を第3の発明として前記課題の解決を図っ
た。[Chemical 4] As a third invention, a method for producing a dielectric ceramic in which titanium oxide is added to a basic composition represented by (hereinafter referred to as BMT), mixed, and fired is aimed to solve the above problems.
【0006】本発明におけるBMTに対する酸化チタン
の配合割合は0.3〜2.0mol%であることが好ま
しい。酸化チタンの配合量が上記範囲内であれば、充分
に緻密化でき、かつ優れた諸特性を示す誘電体セラミッ
クスが得られるからである。The blending ratio of titanium oxide to BMT in the present invention is preferably 0.3 to 2.0 mol%. This is because when the compounding amount of titanium oxide is within the above range, it is possible to obtain a dielectric ceramic that can be sufficiently densified and that has excellent characteristics.
【0007】[0007]
【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1〜6)純度99.9%のBaCO3 、MgO
及びTa2 O3 の微粉末を3:1:1のモル比に秤量し
て予備混合物を調合する。ついでこの予備混合物に0.
3mol%(実施例1)、0.5mol%(実施例
2)、1.0mol%(実施例3)、2.0mol%
(実施例4)、0.1mol%(実施例5)、2.2m
ol%(実施例6)になるようにTiO2 粉末を添加し
て原料粉末を得た。ここでmol%は、前記BaC
O3 、MgO、Ta2 O5 からBa(Mg1/3 T
a2/3 )O3のみが生成したと仮定し、このBa(Mg
1/3 Ta2/3 )O3 に対するTiO2のmol%を表示
するものとする。次にBaCO3 、MgO、Ta2 O3
にTiO2 を添加した原料粉末をU−2M(入江商会製
ボールミル、商品名)にてエタノール中で16時間湿式
混合した。混合した原料粉末を乾燥させた後、それぞれ
を5〜10時間大気中で仮焼して仮焼粉を作製した。こ
のときの仮焼温度は1250℃〜1300℃が好まし
い。この範囲であれば二次粒子をほとんど生成すること
なしに原料粉末が充分に反応するからである。ついでこ
の仮焼粉を6等分し、それぞれをボールミルにて16時
間混合、粉砕し混合粉とした。ついでこれらの混合粉に
有機バインダを添加し乾式プレス(圧力:98〜196
MPa)により外径12mm、長さ10mmの円柱状の
成形体に成形した。ついでこれらの成形体を1550〜
1600℃、3〜5時間大気中で焼成して6種類の焼結
体を得た。EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples. (Examples 1-6) 99.9% pure BaCO 3, MgO
And a fine powder of Ta 2 O 3 is weighed in a 3: 1: 1 molar ratio to formulate the premix. This premix was then added to 0.
3 mol% (Example 1), 0.5 mol% (Example 2), 1.0 mol% (Example 3), 2.0 mol%
(Example 4), 0.1 mol% (Example 5), 2.2 m
TiO 2 powder was added so as to have an ol% (Example 6) to obtain a raw material powder. Here, mol% is the BaC
O 3 , MgO, Ta 2 O 5 to Ba (Mg 1/3 T
Assuming that only a 2/3 ) O 3 is generated, this Ba (Mg
The mol% of TiO 2 with respect to 1/3 Ta 2/3 ) O 3 is displayed. Next, BaCO 3 , MgO, Ta 2 O 3
The raw material powder to which TiO 2 was added was wet-mixed for 16 hours in ethanol with U-2M (ball mill manufactured by Irie Shokai, trade name). After the mixed raw material powders were dried, each was calcined in the atmosphere for 5 to 10 hours to prepare a calcined powder. The calcination temperature at this time is preferably 1250 ° C to 1300 ° C. This is because if it is within this range, the raw material powder sufficiently reacts with almost no generation of secondary particles. Then, the calcined powder was divided into 6 equal parts, and each was mixed and pulverized in a ball mill for 16 hours to obtain a mixed powder. Then, an organic binder was added to these mixed powders and dry pressing (pressure: 98 to 196) was performed.
(MPa) to form a cylindrical molded body having an outer diameter of 12 mm and a length of 10 mm. Then, these molded bodies are
Six types of sintered bodies were obtained by firing in air at 1600 ° C. for 3 to 5 hours.
【0008】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。さらに実施例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10G
Hzで測定した。その結果を表1に示す。なお、焼結体
の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。The bulk density of each of the obtained sintered bodies was measured, and the densification rate of the sintered body was calculated from the ratio of the measured bulk density to the theoretical density. The results are shown in Table 1 in percentage. Further, the dielectric properties of the sintered body of the example were measured at a frequency of 10 G using the both-end short-circuit type dielectric resonator method described below.
It was measured at Hz. The results are shown in Table 1. In addition, the rate of temperature change of the resonance frequency of the sintered body is also shown in Table 1 as a temperature coefficient.
【0009】(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。(Short-Ended Short-Circuit Dielectric Resonator Method) The measurement procedure of the both-end short-circuited dielectric resonator method is shown below. (1) Assemble a measurement circuit for measuring dielectric properties as shown in FIG. 1 is a network analyzer (manufactured by Hewlett-Packard Co.,
Product name 8757A), 2 is a sweep oscillator (Hewlett
Packard Co., Ltd., trade name 8340A, 3 is a directional coupler (manufactured by Hewlett-Packard Co., Ltd., trade name 19025B), 4 is a controller (manufactured by Hewlett-Packard Co., Ltd., trade name model 300) ) 5 is a short-circuit type dielectric resonator (manufactured by Micro Device Co., Ltd., trade name MSC-12CEV), 6 is 150 mm long
Is the coaxial reference line.
【0010】(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
E011 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。(2) A cylindrical sintered body is inserted into the dielectric resonator 5 of which both ends are short-circuited. (3) Connect the coaxial reference line 6 to the measurement circuit to determine the 0 dB line. (4) The coaxial reference line 6 is removed from the measuring circuit, and the both-end short-circuited dielectric resonator 5 in which the sintered body is inserted is connected to the measuring circuit. (5) From the sweep oscillator 2, a microwave is supplied to the sintered body by a 2.2 mm diameter coaxial wire having a loop-shaped tip. (6) The mode (T
The peak of E 011 or TE 014 ) is displayed on the network analyzer 1. (7) Peak resonance frequency f 0 displayed on the network analyzer 1, 3 dB bandwidth Δf, insertion loss IL
(DB) is measured.
【0011】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。The resonance frequency f 0 measured as described above
From this, the relative permittivity ε of the sintered body is obtained by the following equation (1).
【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。## EQU1 ## ε = (λ 0 / πD) 2 × (u 2 + v 2 ) +1 (1) where v 2 = (πD / λ 0 ) 2 × [(λ 0 / λ g ) 2 -1] λ g : Guide wavelength D: Diameter of sintered body λ 0 = c / f 0 : Resonance wavelength c: Speed of light u is obtained from the characteristic equation of the following equation (2).
【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。## EQU00002 ## u = (J 0 (u) / J 1 (u)) = − v × (K 0 (v) / K 1 (v)) (2) where J n (x) is the first The seed Bessel function, K n (x), is the modified Bessel function of the second kind.
【0012】また無負荷Q値は次式(3)から求めた。The unloaded Q value was calculated from the following equation (3).
【数3】 Q=(f0 /Δf)/(1−10-IL/20) (3)Q = (f 0 / Δf) / (1-10 −IL / 20 ) (3)
【0013】(比較例1)TiO2 を添加しない以外は
実施例1と同様にして焼結体を得た。得られた比較例1
の焼結体の嵩密度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。Comparative Example 1 A sintered body was obtained in the same manner as in Example 1 except that TiO 2 was not added. Comparative example 1 obtained
The bulk density and the dielectric properties of the sintered body were measured in the same manner as in the example. The results are shown in Table 1.
【0014】[0014]
【表1】 [Table 1]
【0015】(結果)表1より、実施例1〜6の焼結体
は、緻密化率が90%以上、比誘電率が22〜25、無
負荷Q値が6000〜53000、温度係数が4.0〜
12.0であった。特にTiO2 を0.3〜2.0mo
l%添加した実施例1〜4は98%以上の高い緻密化
率、25000以上の大きな無負荷Q値、6.0以下の
小さな温度係数を示し、誘電体としてより優れた特性を
有することがわかった。これに対し、比較例1の焼結体
は、緻密化率が80%とほとんど緻密化しておらず、こ
のため誘電特性の測定が不能であった。以上より実施例
の焼結体は比較例に比して、緻密化が達成されている上
に、より優れた誘電特性も合わせ持つことがわかる。(Results) From Table 1, the sintered bodies of Examples 1 to 6 have a densification rate of 90% or more, a relative dielectric constant of 22 to 25, an unloaded Q value of 6000 to 53000, and a temperature coefficient of 4. .0 to
It was 12.0. Particularly, TiO 2 is 0.3 to 2.0 mo
Examples 1 to 4 added with 1% show a high densification rate of 98% or more, a large unloaded Q value of 25000 or more, and a small temperature coefficient of 6.0 or less, and may have more excellent characteristics as a dielectric. all right. On the other hand, the sintered body of Comparative Example 1 had a densification rate of 80%, which was hardly densified, and therefore the measurement of the dielectric properties was impossible. From the above, it can be seen that the sintered bodies of the examples have achieved densification and also have more excellent dielectric properties as compared with the comparative examples.
【0016】[0016]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、優れた諸特性(ゼロに近い温度係数及び充分に
低い誘電損失)を有し、かつ緻密化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2、請求項4の
発明ではBMTに対し、副成分として酸化チタンを添加
することにより、本来の優れた諸特性(ゼロに近い温度
係数及び充分に低い誘電損失)を損なうことなく、難焼
結性を改善して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。請求
項3、請求項5の発明では、酸化チタンの配合割合がB
MTに対し、0.3〜2.0mol%なので、本来の優
れた諸特性(ゼロに近い温度係数及び充分に低い誘電損
失)を損なうことなく、難焼結性を改善して緻密化する
ことができるという効果がより顕著である。As described above, according to the invention of claim 1, there is provided a dielectric ceramic having excellent characteristics (a temperature coefficient close to zero and a sufficiently low dielectric loss) and capable of being densified. can do. In the inventions of claims 2 and 4, by adding titanium oxide as a sub-component to BMT, it is possible to prevent the original excellent characteristics (temperature coefficient close to zero and sufficiently low dielectric loss) from being impaired. It is possible to provide a dielectric ceramic capable of improving sinterability and densification, and a method for producing the same. In the inventions of claims 3 and 5, the mixing ratio of titanium oxide is B
Since it is 0.3 to 2.0 mol% with respect to MT, it is possible to improve sinter resistance and to densify without impairing the original excellent characteristics (temperature coefficient close to zero and sufficiently low dielectric loss). The effect of being able to do is more remarkable.
【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。FIG. 1 is a schematic diagram of a measuring circuit for measuring the dielectric properties of a sintered body.
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 1 Network Analyzer 2 Sweep Oscillator 3 Directional Coupler 4 Controller 5 Short-Circuit Dielectric Resonator 6 Coaxial Reference Line
Claims (5)
タン、酸素からなり、wBaO、xMgO、yTa2 O
5 、zTiO2 で表したときにw、x、y、zがそれぞ
れ 0.95≦w≦1.05、 0.30≦x≦0.35、 0.30≦y≦0.35、 0.005≦z≦0.04の範囲にあることを特徴とす
る誘電体セラミックス。1. Barium, magnesium, tantalum, titanium, oxygen, wBaO, xMgO, yTa 2 O
5 , w, x, y and z when expressed by zTiO 2 are 0.95 ≦ w ≦ 1.05, 0.30 ≦ x ≦ 0.35, 0.30 ≦ y ≦ 0.35, 0. A dielectric ceramic having a range of 005 ≦ z ≦ 0.04.
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. A general formula: Dielectric ceramics characterized in that titanium oxide is added as an auxiliary component to the basic composition represented by.
対し、0.3〜2.0mol%であることを特徴とする
請求項2記載の誘電体セラミックス。3. The dielectric ceramics according to claim 2, wherein the mixing ratio of the subcomponent is 0.3 to 2.0 mol% with respect to the basic composition.
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。4. A general formula: A method for producing a dielectric ceramics, characterized in that titanium oxide is added to the basic composition represented by, mixed, and then fired.
対し、0.3〜2.0mol%であることを特徴とする
請求項4記載の誘電体セラミックスの製造方法。5. The method for producing a dielectric ceramics according to claim 4, wherein the mixing ratio of the titanium oxide is 0.3 to 2.0 mol% with respect to the basic composition.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6073421A JPH07282625A (en) | 1994-04-12 | 1994-04-12 | Dielectric ceramic and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6073421A JPH07282625A (en) | 1994-04-12 | 1994-04-12 | Dielectric ceramic and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07282625A true JPH07282625A (en) | 1995-10-27 |
Family
ID=13517748
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6073421A Pending JPH07282625A (en) | 1994-04-12 | 1994-04-12 | Dielectric ceramic and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07282625A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007116471A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Fujitsu Limited | Capacitative element |
-
1994
- 1994-04-12 JP JP6073421A patent/JPH07282625A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007116471A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Fujitsu Limited | Capacitative element |
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