JPS60208007A - Microwave high dielectric constant dielectric porcelain composition - Google Patents

Microwave high dielectric constant dielectric porcelain composition

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JPS60208007A
JPS60208007A JP6434084A JP6434084A JPS60208007A JP S60208007 A JPS60208007 A JP S60208007A JP 6434084 A JP6434084 A JP 6434084A JP 6434084 A JP6434084 A JP 6434084A JP S60208007 A JPS60208007 A JP S60208007A
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JP
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dielectric
dielectric constant
microwave
temperature coefficient
porcelain composition
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JP6434084A
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剛 山口
直美 長沢
真之 鈴木
英雅 田村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 成物に関するものであり、特に比誘電率が大きくマイク
ロ波領域における誘電体損失が少なく、かつ温度特性が
良好で例えばマイクロ波ICの小型化等に有用な新規な
マイクロ波用高誘電率誘電体磁器組成物に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to a novel micro-component, which has a large dielectric constant, low dielectric loss in the microwave region, and good temperature characteristics, and is useful for miniaturizing microwave ICs, etc. The present invention relates to a high dielectric constant dielectric ceramic composition for waves.

従来、誘電体はマイクロ波領域においても用いられてお
り、例えばマイクロ波回路におけるインピータンス整合
用素子、誘電体共振器やマイクロ波集積回路(マイクロ
波IC)の基板等に用いられている。
Conventionally, dielectric materials have also been used in the microwave region, for example, as impedance matching elements in microwave circuits, dielectric resonators, substrates of microwave integrated circuits (microwave ICs), and the like.

古ころで、マイクロ波ICの回路技術の進展や使用周波
数領域の拡大等に伴なって、特に比較的波長の長いマイ
クロ波領域において使用されるマイクロ波ICの小型化
が要求されている。
BACKGROUND ART For some time now, with the progress of microwave IC circuit technology and the expansion of the frequency range in which they can be used, there has been a demand for miniaturization of microwave ICs, especially those used in the microwave range with relatively long wavelengths.

このため、次のような要件を満たすマイクロ波用誘電体
材料が要望されている。ずな4つも、先ずマイクロ波I
Cを小型化するためには誘電体の比誘電率εが高いこと
が必要である。例えば、マイクロ波ICを従来の約%の
大きさく面積として約1/9)以下にするためには、少
なくとも従来基板として用いられていたアルミナ(比誘
′電率εz10)の9倍以上の比誘電率、すなわち比誘
電率ε≧90であることが必要である。また、温度に対
して比誘電率の変化が小さいことが必要であるが、高純
度アルミナの誘電率の温度係数τε:+I 20 pp
m /℃、酸化マグネシウムMgOを導入して血結性を
改善したものの温度係数τεχ+1801)I)In 
/ ℃であることから、少なくとも上記高純度アルミナ
と同等であること、すなわち温度係数τε≦±150p
pm/℃であることが望ましい。さらに、マイクロ波I
C中のストリップラインにおける損失は導体損失と誘電
損失からなるが、この損失が実質的に導体損失のみで決
まるようにすることが好ましい。したがって、誘電損失
で決まる無負荷状態でのQ(QO)をマイクロ波ストリ
ップラインのQ(通常200〜300)よりも十分大き
く、少なくとも例えば周波数3GI−TzにおいてQo
 ;:= 1000であることが望ましい。
Therefore, there is a demand for a dielectric material for microwaves that satisfies the following requirements. First of all, microwave I
In order to miniaturize C, it is necessary that the dielectric material has a high dielectric constant ε. For example, in order to reduce the size of a microwave IC to about 1/9th of the conventional size (approximately 1/9), it is necessary to use a substrate that is at least nine times as large as alumina (relative permittivity εz10), which has been used as a conventional substrate. It is necessary that the dielectric constant, that is, the relative dielectric constant ε≧90. In addition, it is necessary that the change in relative permittivity with respect to temperature is small, and the temperature coefficient of permittivity of high-purity alumina τε: +I 20 pp
m/℃, temperature coefficient of blood-coagulability improved by introducing magnesium oxide MgO τεχ + 1801) I) In
/ ℃, so it is at least equivalent to the above-mentioned high purity alumina, that is, the temperature coefficient τε≦±150p
It is desirable that the temperature is pm/°C. Furthermore, microwave I
Although the loss in the strip line in C consists of conductor loss and dielectric loss, it is preferable that this loss is determined substantially only by conductor loss. Therefore, the Q (QO) in the no-load state determined by the dielectric loss should be sufficiently larger than the Q (usually 200 to 300) of the microwave strip line, at least at a frequency of 3GI-Tz, for example.
;:= Desirably 1000.

しかしながら、従来の誘電体材料においては、上述の各
装作を全て満足するものは知られていない。例えば、比
誘電率εが比較的大きく温度特性の良好な誘電体材料と
して、従来、温度補償コンデンサ用誘電体組成物が知ら
れているが、これらの組成物は数MHz程度の周波数領
域では誘電損失が少ないものの、マイクロ波領域では誘
電損失が大きくなりすぎてしまうという欠点を有してい
る。
However, no conventional dielectric material is known that satisfies all of the above requirements. For example, dielectric compositions for temperature compensation capacitors have been known as dielectric materials with a relatively large relative dielectric constant ε and good temperature characteristics, but these compositions do not have dielectric properties in the frequency range of several MHz. Although the loss is low, it has the disadvantage that the dielectric loss becomes too large in the microwave region.

例えば、BaTi0a−YzOs−TiO2−’J’i
Oz系組成物では、1MHzにおいて、Qo=1670
であるが、3GHzにおいてQO=160となってしま
う。
For example, BaTi0a-YzOs-TiO2-'J'i
For Oz-based compositions, at 1 MHz, Qo=1670
However, QO=160 at 3 GHz.

本発明者等は、前述の誘電特性に対する要求、すなわち
周波数31JHzで比誘電率ε≧90、温度係数τ、≦
±150ppm/’C,Qo≧1000を満たすマイク
ロ波用高誘電率誘電体磁器組成物を開発せんものと鋭意
研究の結果、酸化バリウム、酸化ネオジウム、酸化チタ
ン、酸化ビスマス及び酸化クロムまたは酸化鉄とを所定
範囲で混合し固相反応により作製した誘電体磁器組成物
がこの目的に適合することを見出し本発明を完成するに
至ったものである。
The present inventors met the above-mentioned requirements for dielectric properties, that is, at a frequency of 31 JHz, relative dielectric constant ε≧90, temperature coefficient τ,≦
As a result of intensive research to develop a high permittivity dielectric ceramic composition for microwave use that satisfies ±150ppm/'C, Qo≧1000, we found that barium oxide, neodymium oxide, titanium oxide, bismuth oxide, chromium oxide, or iron oxide. The present invention was completed based on the discovery that a dielectric ceramic composition prepared by solid-phase reaction by mixing a predetermined range of the following is suitable for this purpose.

すなわち、本発明に係るマイクロ波用高誘電率誘電体磁
器組成物は、一般式(] −W ) [alJao・b
 N d20a・cTiQ2・dBi20g〕+wMz
oa (ただし、式中MはCrまたはFeを表わず。)
で表わされる組成物で、その組成範囲が 0.14≦a≦0.18 0.14≦b≦0.18 0.62≦C≦0.72 0.005≦d≦帆030 a +b + C十d = 1 0<W≦0.005 であることを特徴とするものであって、マイクロ波IC
を特性を損なうことなく小型化することができ、才だマ
イクロ波領域のコンデンサ等の素子用誘電体としても好
適なものである。
That is, the high dielectric constant dielectric ceramic composition for microwaves according to the present invention has the general formula (] -W ) [alJao・b
N d20a・cTiQ2・dBi20g]+wMz
oa (However, M in the formula does not represent Cr or Fe.)
A composition represented by, whose composition range is 0.14≦a≦0.18 0.14≦b≦0.18 0.62≦C≦0.72 0.005≦d≦030 a + b + C 10d=10<W≦0.005, and the microwave IC
It can be miniaturized without impairing its characteristics, making it suitable as a dielectric for devices such as capacitors in the microwave region.

本発明においては、各成分の組成範囲が重要てあり、さ
ら蚤こCrzOaまたは)i’ezOaの添加が重要で
ある。
In the present invention, the composition range of each component is important, and the addition of CrzOa or i'ezOa is important.

すなわち、先ず、BaOのモル分率・皿か0.14未満
であると比誘電率εが低下してしまいε=90を確保す
ることは難かしく、さらに温度係数τεも大きくなり過
ぎる。反対に、B a Oのモル分率aが0.18を越
えると、誘電損失が大きくなり過ぎてしすう。
That is, first, if the molar fraction of BaO is less than 0.14, the dielectric constant ε decreases, making it difficult to ensure ε=90, and furthermore, the temperature coefficient τε also becomes too large. On the other hand, when the molar fraction a of B a O exceeds 0.18, the dielectric loss becomes too large.

次に、Nd2011 のモル分率すが0.14未満であ
ると、温度係数τεが大となり、また比誘電率ε〈90
となってしまう。また、NdzOaのモル分率すが0.
18を越えると却って比誘電率εの低下が生じ、所望の
比誘電率εを確保することができなくなってしまう。
Next, if the molar fraction of Nd2011 is less than 0.14, the temperature coefficient τε becomes large and the relative dielectric constant ε<90
It becomes. Moreover, the mole fraction of NdzOa is 0.
If it exceeds 18, the dielectric constant ε will actually decrease, making it impossible to secure the desired dielectric constant ε.

さら(乙TlO2のモル分率Cが0,62未満であると
、同様に比誘電率さく90となってじまい、また誘電損
失が大となり過ぎるので不適当である。
Furthermore, if the mole fraction C of TlO2 is less than 0.62, the dielectric constant will similarly be 90, and the dielectric loss will become too large, which is inappropriate.

逆に、上記TlO2のモル分率Cが0.72を越えると
温度係数τεが大きくなり過きるので不適当である。
Conversely, if the molar fraction C of TlO2 exceeds 0.72, the temperature coefficient τε becomes too large, which is inappropriate.

サラニマタ、13izOa(7)モル分率d ハ(1,
(l O5”l。
Sarani Mata, 13izOa (7) mole fraction d ha (1,
(l O5”l.

d≦0.030の範囲であることが好ましい。第1図に
B i 20aのモル分率dとQOの関係を示ず。なお
、ここてBad: NdzOa : i”i02二0.
172:0゜+ 53 : 0.660 (含有比一定
)であり、Cr20aのモル分率は0.001である。
It is preferable that d≦0.030. FIG. 1 does not show the relationship between the mole fraction d of B i 20a and QO. In addition, Bad: NdzOa: i"i0220.
172:0°+53:0.660 (content ratio constant), and the molar fraction of Cr20a is 0.001.

この第1図よりBizOaのモル分率dが小さすぎても
、才た上記モル分率dが大きすぎてもQOが小さくなっ
て誘電損失が大きくなってしまうこ♂が分かる。また、
第2図にBizOaのモル分率dと温度係数でεの関係
を示す。この第2図より、BizOsのモル分率dが0
.005以上である場合に温度係数τεが大幅に改善さ
れることが分かる。さら(乙上記Biz03のモル分率
dが0.030を越えると焼結性が低下し比誘電率εも
90以下となってしまうこ古が判明した。したがって、
実用的な範囲としては0.005≦d≦0.030であ
る。
It can be seen from FIG. 1 that even if the mole fraction d of BizOa is too small, or if the mole fraction d is too large, the QO becomes small and the dielectric loss becomes large. Also,
FIG. 2 shows the relationship between the mole fraction d of BizOa and the temperature coefficient ε. From this figure 2, the mole fraction d of BizOs is 0.
.. It can be seen that when the temperature coefficient τε is 005 or more, the temperature coefficient τε is significantly improved. Furthermore, it has been found that when the mole fraction d of Biz03 above exceeds 0.030, the sinterability decreases and the dielectric constant ε also becomes 90 or less. Therefore,
The practical range is 0.005≦d≦0.030.

上述の組成範囲の組成物に対して、M2O3(MはCr
またはFeを表わす。)を添加する。このM2O3の添
加量WはQ(w≦0.005であることが好ましい。上
記M 20 aを添加しないと、酸素量の微少変動によ
る誘電損失の増大が生じ易く、また上記M2O3の添加
量Wが0.005を越えると添加物に起因する誘電損失
が大きくなってしまう。
For compositions in the above composition range, M2O3 (M is Cr
Or represents Fe. ) is added. It is preferable that the amount W of M2O3 added is Q(w≦0.005. If the above M 20 a is not added, dielectric loss is likely to increase due to minute fluctuations in the amount of oxygen, and the amount W of M2O3 added is If it exceeds 0.005, the dielectric loss due to the additive becomes large.

ところで、本発明に係るマイクロ波用高誘電率誘電体a
im成物は、例えばBaCX)a、 NdzOa 、 
i”i02 、 Biass 及びCrzOa7たはF
e2O20) 各原料粉末を所定量混合し、1350〜
1450℃程度の焼成温度で焼成することによって作製
することができるが、以下その製造方法について説明す
る。
By the way, the high permittivity dielectric material a for microwaves according to the present invention
im compositions include, for example, BaCX)a, NdzOa,
i”i02, Biass and CrzOa7 or F
e2O20) Mix a predetermined amount of each raw material powder and heat from 1350 to
It can be manufactured by firing at a firing temperature of about 1450°C, and the manufacturing method will be described below.

本発明の誘電体磁器組成物を製造するには、先ず、それ
ぞれ純度が99.9%以上の13acOa、 NdzO
s 、 Ti0z 、 BizOaとCrzOaまたは
FezOaの原料粉末を用意する。
In order to produce the dielectric ceramic composition of the present invention, first, 13acOa and NdzO each having a purity of 99.9% or more are prepared.
Raw material powders of s, Ti0z, BizOa, and CrzOa or FezOa are prepared.

次に、これら各原料粉末をそれぞれ所定の組成となるよ
うに秤量し、ボールミルで湿式混合処理した後に乾燥す
る。
Next, each of these raw material powders is weighed so as to have a predetermined composition, wet-mixed in a ball mill, and then dried.

続いて、l 000kg/cfflの圧力て加圧成形し
、この成形したものを1000〜1100℃で空気中、
3時間仮焼する。
Subsequently, the molded product was subjected to pressure molding at a pressure of 1,000 kg/cffl, and the molded product was heated in air at 1,000 to 1,100°C.
Bake for 3 hours.

さらに、上記仮焼したものを乳鉢等を用いて粉砕し、再
びボールミルで湿式混合処理して乾燥する。
Further, the calcined product is pulverized using a mortar or the like, and wet-mixed again using a ball mill and dried.

最後(乙上記乾燥したものを1500kg/cf?lの
圧力で加圧成形し、+ 350−1450’C0)温度
の条件で、空気中において3時間焼成する。
Finally (B) The above-dried product is pressure-molded at a pressure of 1500 kg/cfl and fired in air at a temperature of +350-1450'C0 for 3 hours.

上述の製造方法に従い、各成分のモル分率やCr2Og
あるいはFezOaの添加量を変えて誘電体磁器組成物
を作製し、それぞれ誘電特性を測定した。
According to the above manufacturing method, the mole fraction of each component and Cr2Og
Alternatively, dielectric ceramic compositions were prepared by varying the amount of FezOa added, and the dielectric properties of each were measured.

結果を第1表及び第2表に示す。なお、上記誘電特性は
、得られた誘電体磁器組成物を加工して円柱状誘電体共
振器とし、その共振特性と温度変化、共振器の寸法とか
ら比誘電率ε、温度係数τε、QOをめた。このとき、
測定周波数は3Qllz、温度変化範囲は一20〜+6
00Gであった。
The results are shown in Tables 1 and 2. The above dielectric properties are determined by processing the obtained dielectric ceramic composition into a cylindrical dielectric resonator, and determining the relative dielectric constant ε, temperature coefficient τε, and QO based on the resonance characteristics, temperature change, and dimensions of the resonator. I met. At this time,
Measurement frequency is 3Qllz, temperature change range is -20 to +6
It was 00G.

第 1 表 第2表 第1表に示す実施例1ないし実施例15は、本発明の組
成範囲を満足するものであって、比誘電率ε、温度係数
τε、Qoのいずれの特性も優れたものであり、先に述
べた要求を満たすものであることが分かる。また、M 
20 a としては、Cr20aあるいはFe20gの
いずれを用いても同等の効果が得られることが分かる。
Examples 1 to 15 shown in Table 1 satisfy the composition range of the present invention, and have excellent properties in terms of dielectric constant ε, temperature coefficient τε, and Qo. It can be seen that the above-mentioned requirements are satisfied. Also, M
It can be seen that the same effect can be obtained by using either Cr20a or Fe20g as 20a.

これに対して、第2表に示す比較例1ないし比較例15
は、各成分の組成のいずれかが前述した組成範囲外にあ
るものであって、このため必要な誘電特性を満足してい
ないことが分かる。
In contrast, Comparative Examples 1 to 15 shown in Table 2
It can be seen that any of the compositions of each component is outside the above-mentioned composition range, and therefore the required dielectric properties are not satisfied.

以上述べたように、本発明によるマイクロ波用高誘電率
誘電体出器組成物にあっては、誘電特性を大幅に向上す
ることが可能であって、マイクロ波ICの小型化を図る
ことが可能となる。例えば、アルミナ基板を用いたマイ
クロ波ICに比べて約%以下の大きさく面積として約’
/lo以下)にすることが可能である。また、誘電特性
が良好であるので、例えばマイクロ波領域のコンデンサ
等の素子用誘電体としても好適である。
As described above, the high-permittivity dielectric material composition for microwaves according to the present invention can significantly improve dielectric properties, and can miniaturize microwave ICs. It becomes possible. For example, compared to microwave ICs using alumina substrates, the area is approximately
/lo or less). Furthermore, since it has good dielectric properties, it is suitable as a dielectric material for devices such as capacitors in the microwave region.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はBi20aのモル分率とQoの関係を示す特性
図であり、第2図はBizOsのモル分率と温度係数τ
ε の関係を示す特性図である。 特許出願人 ソニー株式会社 代理人 弁理士 小 池 晃 同 1) 利 榮 − Bitch壱βi七It−e’1ijd −Bii03
含布毛1し0噂−d 。
Figure 1 is a characteristic diagram showing the relationship between the mole fraction of Bi20a and Qo, and Figure 2 is a diagram showing the relationship between the mole fraction of BizOs and the temperature coefficient τ.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between ε. Patent applicant Sony Corporation representative Patent attorney Kodo Koike 1) Toshiei - Bitchichiβi7It-e'1ijd -Bii03
Contains 1 and 0 rumors-d.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 一般式(1−w)[aHao−bNdzoa・cTio
z−dBizoa〕+wMzoa (ただし、式中Mは
Crgたはpeを表わす。)で表イつされる組成物で、
その組成範囲が 0.14≦a≦0.18 0.14≦b≦0.18 0.62≦C≦0.72 0.005≦d≦0.030 a 十b 十c 十d = ] Q(w≦0.005 であることを特徴とするマイクロ波用高誘電率誘電体磁
器組成物。
[Claims] General formula (1-w) [aHao-bNdzoa・cTio
z-dBizoa]+wMzoa (in the formula, M represents Crg or pe),
The composition range is 0.14≦a≦0.18 0.14≦b≦0.18 0.62≦C≦0.72 0.005≦d≦0.030 a ten b ten c ten d = ] Q (A high dielectric constant dielectric ceramic composition for microwave use, characterized in that w≦0.005.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62216107A (en) * 1985-11-07 1987-09-22 株式会社住友金属エレクトロデバイス Microwave dielectric porcelain compound

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JPS62216107A (en) * 1985-11-07 1987-09-22 株式会社住友金属エレクトロデバイス Microwave dielectric porcelain compound
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