JPH0840769A - 高周波用誘電体材料 - Google Patents

高周波用誘電体材料

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、SrTiO3-(La1-x Ndx))(Mg1/2T
i1/2)O3 系の高周波用誘電体材料に関するものである。 【構成】 本発明の高周波用誘電体材料は、(1−Y)
SrTiO3 -Y(La1-x Nd x )(Mg1/2Ti1/2)O3 を基本組成と
し、0.01≦X<1.0 、0.4 <Y≦0.7 の組成範囲で、一
般的な焼結体製造工程により製造する。本発明の高周波
用誘電体材料は、誘電率が40以上であり、誘電損失が小
さく、共振周波数の温度係数が0ppm/℃を中心に、
+側と−側とに必要に応じて、容易に移動させることの
できる長所を持っている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、SrTiO3-(La1-x NdX )
(Mg1/2Ti1/2)O3 系の低損失であり、共振周波数の温度
係数が優秀である、高周波用誘電体材料に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】最近、無線電話機や自動車電話機等の移
動通信及び衛星放送を始めとする衛星通信等にマイクロ
波(周波数帯域:300MHz〜300GHz)を利用した通信シス
テムが急速に発展している。同時に、これらのシステム
を構成する共振器素子、帯域通過(又は阻止)フィルタ
ー及びマイクロ波集積回路(MIC:Microwave IntegratedC
ircuit)等に高周波用誘電体セラミックスの応用が増大
している。
【0003】マイクロ波を利用した通信システムに使用
する高周波用誘電体には、以下の(1)〜(3)の特性
が要求される。 (1)誘電体内でマイクロ波の波長は誘電率の 1/2乗に
反比例するから、部品の小型化の為には誘電率が大でな
ければならない。 (2)誘電損失は周波数に比例し増加するから、高性能
化のためには、Q値(誘電損失の逆数)が高くなければ
ならない。 (3)誘電体共振器の共振周波数の温度係数(Temperat
ure Coefficient of Resonance Frequency:TCF)が
小でなければならない。
【0004】また、付随的に経時変化が少なく、熱伝導
率が大きく、機械的強度が高くなければならない。今ま
でに知られている、代表的な高周波用誘電体材料は次の
通りである。先ず、誘電率は40以下であるが、誘電損失
は低いという利点をもつ材料では、 (I)Ba(M+2 1/3M+5 2/3)O3 (M +2=Mg, Zn, M+5=Ta, Nb)
系 参考文献 :K. Matsumoto, T. Hiuga, K. Takada an
d H. Ichimura, "Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 ceramicswith ultr
a-Low Loss at microwave frequencies" In proce, of
the sixth IEEE International symposium on Applicat
ions of Ferroelectrics, pp.118 〜121(1986) (II)Ba2Ti9O20 系 参考文献:S. Nisikaki et al.,
"Bao-TiO2-WO3 Microwave Ceramics and Crystalline B
aWO4" J. Am. Ceram. Soc., 71(1), C-11-C-17(1988) (III)(Zr, Sn)TiO4系 参考文献:K. Wakino et al.,
"Microwave Characteristics of (Zr, Sn)TiO4 and BaO
-PbO-Nd2O3-TiO2 Dielectric Resonators" J.Am. Cera
m. Soc., 67(4), 278〜281(1983) 等が知られている。
【0005】又、誘電損失が比較的大きい(Q×f0(GHz)
<10000)という欠点をもつが、誘電率が80以上という利
点をもつものでは、 (I)BaO-Sm2O3-TiO2系 参考文献:J.M. Wu and M.C.
Chang, "Reaction Sequence and Effects of Calcinati
on and Sintering on Microwave Properties of (Ba, S
r)O-Sm2O3-TiO2 Ceramics," J. Am. Ceram. Soc., 73
(6), 1599 〜1605(1990) (II)(Ba, Pb)O-Nd2O3-TiO2系 参考文献:K. Wakino e
t al., "Microwave Characteristics of (Zr,Sn)TiO4 a
nd BaO-PbO-Nd2O3-TiO2 Dielectric Resonators," J. A
m. Ceram, Soc., 67(4), 278〜281(1983) (III)(Pb, Ca)ZrO3系 参考文献:J. Kato, "Material
Produces Small Resonators with High Dielectric Co
nstant", JEE, Sep., 114〜118(1991) 等が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、誘電率の大
きい材料は、誘電体内部の双極子と格子欠陥とにより、
誘電損失と共振周波数の温度係数が増加するようにな
る。高周波用誘電体は、共振周波数の温度係数が±10p
pm/℃程度に安定しなければ素子への応用が難しい。
【0007】SrTiO3の場合、2GHzで誘電率が 255程度で
とても高いが、共振周波数の温度係数が+1670ppm/
℃でとても大きいという問題点があり、(La1-xNdX )(Mg
1/2Ti1/2)O3 は、誘電率は24〜28程度で低いが、 Q×f0
(GHz) が 65000〜 80000程度でとても高く、共振周波数
の温度係数が−53〜−58ppm/℃程度である。本発明
は上記SrTiO3と(La1-xNdX )(Mg1/2Ti1/2)O3 材料各々が
持っている長所を利用するのと併せて、問題点を解決し
た高周波用誘電体材料を提供するのに目的を置いてい
る。
【0008】
【課題を解決するための手段及びその作用】このため、
本発明では、一般式(1−Y)SrTiO3 -Y(La1-x Nd
X )(Mg1/2Ti1 /2)O3 を基本組成とし、0.01≦X<1.0
及び0.4 <Y≦0.7 の組成範囲を持つことを特徴とする
高周波用誘電体材料を提供する。各成分間の組成範囲は
図1の組成状態図に表示した通りである(SrTiO3、La(M
g1/2Ti1/2)O3及びNd(Mg1/2Ti1/2)O3の組成比は、それぞ
れ1−Y、Y(1−X)、XYで求められる)。本発明
の組成のXとYとを各々0.01〜 1.0及び 0.4〜 0.7の範
囲に限定した理由は、これらの組成による誘電体の共振
周波数の温度係数が大略±60ppm/℃であるから、こ
れ自体で又は添加剤を少量添加させることで、誘電損失
が少なく、温度特性の良好なマイクロ波誘体磁気を製造
することができるためである。
【0009】本発明によれば、誘電率が40以上であり、
誘電損失が小さく、共振周波数の温度係数が0ppm/
℃を中心に、+と−側に必要に応じて容易に移動させる
ことのできる、SrTiO3、La(Mg1/2Ti1/2)O3及びNd(Mg1/2
Ti1/2)O3を主成分とするペロブスカイト型固溶体の高周
波用誘電体材料を提供することができる。
【0010】
【実施例】以下に本発明の一実施例を詳細に説明する。
原料粉末は、99.9%の純度を持つ)SrCO3,La203,Nd2O3,T
iO2 及びMgO を使用し、表1に示した組成になるよう各
原料を正確に秤量した後、互いに混合した。混合粉末
は、大気中の1050℃温度で10時間程度燃焼した後、再粉
砕し、更に1200℃〜1300℃で6時間再燃焼し、ペロブス
カイト構造を持つ固溶体を合成した。
【0011】合成粉末は、よく粉砕した後、直径10m
m,厚さ1〜2mmである円板型試片に加圧成形し、大
気中の1550℃〜1650℃温度で2〜6時間焼結した。この
時、焼結温度はMgO の含量が増加する程高くなり、焼結
後、試片の収縮率は12〜20%程度であった。焼結試片の
両面を研磨紙(#3000迄)でよく研磨した後、導波管の
中に入れ、誘電体共振技法で誘電率、Q値及び共振周波
数の温度係数を測定した。この時、測定周波数は8〜12
GHz であり、測定温度範囲は−15℃〜85℃であった。各
組成別試片のマイクロ波誘電特性は表1に示した通りで
ある。
【0012】SrTiO3の含量が増加するに従い誘電率は約
30〜50の範囲で徐々に増加するが、Q×f0(GHz) は大き
く減少しており、共振周波数の温度係数は図2でみるよ
うに、−から+に漸進的に変化している。従って、SrTi
O3の含量が組成比0.45付近で、誘電率が40以上、Q ×f0
(GHz) が30000 以上であり、共振周波数の温度係数が小
さい優秀なマイクロ波誘電体を製造することができる。
【0013】一方、SrTiO3の含量を少量調節すること
で、同一な製造条件で共振周波数の温度係数を0ppm
/℃を中心に、自由に+と−とに制御することができ
る。
【0014】
【表1】
【0015】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来に比
べて誘電率及びQ値が高く、共振周波数の温度係数が小
さい新規な高周波用誘電体材料を得ることができ、ま
た、その組成を調節することにより共振周波数の温度係
数を制御することができる。本発明の高周波用誘電体材
料をマイクロ波通信機器の共振器素子、帯域通過(又は
阻止)フィルター及びマイクロ波集積回路等に応用する
ことにより、その性能向上に大きく寄与することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の誘電体材料の組成範囲を示したSrTi
O3-La(Mg1/2Ti1/2)O 3-Nd(Mg1/2Ti1/2)O33元系図。
【図2】 本発明の誘電体材料の組成と共振周波数の温
度係数特性の関係を示したグラフ。
【符号の説明】
なし。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 敬 龍 大韓民国ソウル特別市江南区逸院洞683− 8 (72)発明者 尹 尚 玉 大韓民国江原道江陵市湖南洞1005

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式(1−Y)SrTiO3 -Y(La1-x Nd
    X )(Mg1/2Ti1/2)O3 を基本組成とし、0.01≦X<1.0
    及び0.4 <Y≦0.7 の組成範囲を持つことを特徴とする
    高周波用誘電体材料。
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