KR20040082307A

KR20040082307A - 유전체 자기 조성물 및 그것을 사용한 유전체 공진기

Info

Publication number: KR20040082307A
Application number: KR1020040017669A
Authority: KR
Inventors: 미야우치야스하루; 아라시도모히로
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2004-09-24
Also published as: JP4004046B2; CN1530964A; EP1460645A3; EP1460645B1; US7160826B2; DE602004007705T2; KR100682744B1; ATE368289T1; KR100673978B1; JP2004277226A; DE602004007705D1; KR20060015694A; US20040229745A1; CN1315134C; EP1460645A2

Abstract

비유전율(εr)이나 온도 계수(τf)를 제어할 수 있고, 예를 들면 준 밀리파 및 밀리파 영역에 적합한 비유전율(εr)을 갖고, 온도 계수(τf)가 제로 부근인 유전체 자기 조성물을 제공한다.

MgTiO₃에 Mg₂SiO₄를 가하는 것으로, 비유전율(εr)을 제어한다. 예를 들면, MgTiO₃의 몰비를 a, Mg₂SiO₄의 몰비를 b라고 했을 때에, a+b=1, 0.5≤b≤1인 것이고, 비유전율(εr) 12이하를 실현한다. 한편 MgTiO₃에 CaTiO₃를 가하는 것으로, 온도 계수(τf)를 제어한다. 예를 들면, MgTiO₃의 몰비를 a, CaTiO₃의 몰비를 c라고 했을 때에, a+c=1, o<c≤0.15로 하는 것으로 ±55ppm/K를 실현하고 0.03≤c≤0.08로 하는 것으로 ±30ppm/K을 실현한다. 나아가서는, 온도 계수(τf)를 제로 부근으로 제어한다.

Description

유전체 자기 조성물 및 그것을 사용한 유전체 공진기{DIELECTRIC PORCELAIN COMPOSITION AND DIELECTRIC RESONATOR USING THE COMPOSITION}

본 발명은, 특히 밀리 파 영역에서의 특성이 우수한 유전체 자기(磁器) 조성물 및 유전체 공진기에 관한 것이고, 나아가서는, 그 특성(유전율(εr) 및 온도 계수(τf))을 제어할 수 있는 제조 방법에 관한 것이다.

고주파용 유전체 재료로서는, 여러 가지의 유전체 재료가 알려져 있지만, 비교적 높은 Qf값을 갖는 재료중 하나로서, 티탄산 마그네슘계 유전체 재료가 알려져 있다. 티탄산 마그네슘계 유전체 재료인 MgTiO₃는, 문헌(예를 들면, 비 특허 문헌１ 등을 참조)에 의하면, 비유전율(εr)=17, Qf=110000GHz, 공진주파수의 온도 의존성τf=-45ppm/K이다.

또, 티탄산 마그네슘계 유전체 재료의 개량도 제안되어 있고, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 이산화티탄 1몰당, 1몰보다도 많고 또한 1.3몰 이하인 산화 마그네슘과, 상기 이산화티탄을 포함하는 원료를 소결하여 얻어지는 유전체 재료가 개시되어 있다. 이 특허 문헌 1에 기재된 유전체 재료의 특성으로서는, MgO:TiO₂=1.2:1일 때에, 비유전율(εr)=17.3, 무 부하 Qu=12000(Qf 표시로는 120000GHz)이다.

특허 문헌 2에는, 도전 재료와 동시 소성해도 휘어짐이나 뒤틀림이 없이, 높은 Q 값을 갖는 유전체 자기를 실현하는 것을 목적으로, MgTiO₃, CaTiO₃, Mg₂SiO₄및 BaTi₄O₉중 적어도 1종으로 이루어진 제 1의 결정상과, Mg₂TiO₄, Mg₂B₂O₅및 Li₂TiSiO₅중 적어도 1종으로 이루어진 제 2의 결정상과, Si, B 및 Li의 산화물을 포함하는 유전체 자기가 개시되어 있다.

[비 특허 문헌 1]

일본 세라믹스 협회편 「세라믹 공학 핸드북」, 제1판, 기보당출판, 1993년 5월 30일, p1885

[특허 문헌 1]

일본 특공소 61-14605호 공보

[특허 문헌 2]

일본 특개 2002-193662호 공보

그런데, 최근, 정보 통신 분야에서의 기술의 발달은 눈부실 정도로 훌륭한데, 유전체 공진기 등에 사용되는 유전체 재료에 요구되는 특성은, 상기의 Qf 값뿐만 아니라, 용도나 사용 주파수대역 등에 따라서 다양화하는 경향이 있다.

예를 들면, 준 밀리파 및 밀리파용 유전체 재료의 특성으로서는, 특히 공진기 재료로서의 이용을 생각했을 경우, 설계의 용이성 등의 관점에서, 어느 정도 낮은 비유전율(εr)을 갖는 유전체 재료의 개발이 필요하게 된다. 공진 현상의 치수는, 유전율을 ε라고 했을 때에 ε^-1/2에 비례하는 것으로, 비유전율(εr)가 높은 재료를 사용했을 경우, 주파수의 증대에 수반한 공진기의 치수를 극히 작게 하지 않으면 안된다. 따라서, 공진기의 설계를 용이하게 하기 위해서는, 전체의 치수나 가공성 등을 고려하여 적당한 비유전율(εr)을 갖는 유전체 재료 개발이 요구된다.

또, 공진기에 사용하는 경우, 유전체 재료의 온도 계수(τf)는 가능한한 작은 것이 바람직하다고 되어 있지만, 그것에 그치지 않고, 예를 들면 주위에 실장되는 다른 부품의 온도 계수도 고려하여, 어느 정도 임의의 온도 계수로 설정할 수 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 관점에서 봤을 때에, 종래 기술, 예를 들면 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 기재되는 기술에서는, Qf 값이나 Q 값의 개선에 주안을 두고 있고, 비유전율(εr)이나 온도 계수(τf)에 대해서는 거의 고려되고 있지 않다.

시판되고 있는 재료에서, 비유전율(εr)이 작고 온도 계수(τf)도 작은 것은, 비유전율(εr)= 약 12.6, 온도 계수(τf)=약 -10ppm/K이고, 반드시 충분하다고는 할 수 없다.

본 발명은, 이와 같은 종래의 실정을 감안하여 제안된 것이고, 비유전율(εr)이 어느 정도 작은 값으로 조정되고, 예를 들면 준 밀리파 공진기 및 밀리파 공진기의 설계가 용이한 유전체 자기 조성물 및 유전체 공진기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 온도 계수(τf)를 가능한 한 작게, 더욱이, 주위의 상황 등에 따라서 약간의 조정이 가능한 유전체 자기 조성물 및 유전체 공진기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 더욱이, 본 발명은, 비유전율(εr)이 어느 정도 작은 값으로 조정되고, 또한, 온도 계수(τf)가 제로 부근으로 조정된 유전체 자기 조성물 및 유전체 공진기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 더욱이 또, 본 발명은, 유전체 자기 조성물의 비유전율(εr)이나 온도 계수(τf)를 임의로 조정할 수 있는 특성 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 유전체 자기 조성물의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.

도 2는 0.6 MgTiO₃-O.4 Mg₂SiO₄의 X선 회절 차트이다.

도 3은 MgTiO₃+Mg₂SiO₄계에서의 Mg₂SiO₄함유량과 비유전율(εr)의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 4는 MgTiO₃+Mg₂SiO₄계에서의 Mg₂SiO₄함유량과 온도 계수(τf)의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 5는 MgTiO₃+Mg₂SiO₄계에서의 소성 온도와 상대 밀도의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 6은 0.91 MgTiO₃-0.O9 CaTiO₃의 X선 회절 차트이다.

도 7은 MgTiO₃+CaTiO₃계에서의 CaTiO₃함유량과 비유전율(εr)의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 8은 MgTiO₃+CaTiO₃계에서의 CaTiO₃함유량과 온도 계수(τf)의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 9는 MgTiO₃+CaTiO₃계에서의 소성 온도와 상대 밀도의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 10은 0.2275 MgTiO₃-O.6825 Mg₂SiO₄-0.09 CaTiO₃의 X선 회절 차트이다.

도 11은 MgTiO₃-Mg₂SiO₄-CaTiO₃계에 있어서, CaTiO₃를 0.05몰로 고정하고, Mg₂SiO₄치환량을 바꾸었을 때의 비유전율(εr)의 측정 결과를 나타내는 특성도이다.

도 12는 MgTiO₃-Mg₂SiO₄-CaTiO₃계에 있어서, CaTiO₃를 0.05몰로 고정하고, Mg₂SiO₄치환량을 바꾸었을 때의 온도 계수(τf)의 측정 결과를 나타내는 특성도이다.

도 13은 MgTiO₃-Mg₂SiO₄-CaTiO₃계에 있어서, CaTiO₃를 0.05몰로 고정하고, Mg₂SiO₄치환량을 바꾸었을 때의 상대 밀도의 측정 결과를 나타내는 특성도이다.

도 14는 MgTiO₃-Mg₂SiO₄-CaTiO₃계에 있어서, MgTiO₃:Mg₂SiO₄를 1:3으로 고정하고, CaTiO₃치환량을 바꾸었을 때의 비유전율(εr)의 측정 결과를 나타내는 특성도이다.

도 15는 MgTiO₃-Mg₂SiO₄-CaTiO₃계에 있어서, MgTiO₃:Mg₂SiO₄를 1:3으로 고정하고, CaTiO₃치환량을 바꾸었을 때의 온도 계수(τf)의 측정 결과를 나타내는 특성도이다.

도 16은 MgTiO₃-Mg₂SiO₄-CaTiO₃계에 있어서, MgTiO₃:Mg₂SiO₄를 1:3으로 고정하고, CaTiO₃치환량을 바꾸었을 때의 상대 밀도의 측정 결과를 나타내는 특성도이다.

본 발명자들은, 상술의 목적을 달성하기 위해, 장기간에 걸쳐서 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, MgTiO₃에 Mg₂SiO₄를 가하는 것으로, 온도 계수(τf)를 거의 바꾸는 일 없이, 비유전율(εr)을 함유량에 따라서 자유롭게 설정할 수 있고, 게다가 준 밀리파 및 밀리파 대역에 최적인 비유전율(εr)로 설정할 수 있다는 것을 발견하기에 이르렀다. 또한, MgTiO₃에 CaTiO₃를 가하는 것으로, 비유전율(εr)을 그다지 변화시키는 일 없이, 온도 계수(τf)를 함유량에 따라서 제로 부근에서 임의로 설정하할 수 있는 것을 발견하기에 이르렀다.

본 발명은, 이러한 식견에 근거하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 유전체 자기 조성물은, MgTiO₃와 Mg₂SiO₄를 포함하고, MgTiO₃의 몰비를 a, Mg₂SiO₄의 몰비를 b라고 했을 때에, a+b=1, 0<b<1인 것을 특징으로 하는 것, 혹은, MgTiO₃와 CaTiO₃를 포함하고, MgTiO₃의 몰비를 a, CaTiO₃의 몰비를 c라고 했을 때에, a+c=1, o<c≤0.15인것을 특징으로 하는 것이고, 나아가서는, MgTiO₃와 Mg₂SiO₄와 CaTiO₃를 포함하고,MgTiO₃의 몰비를 a, Mg₂SiO₄의 몰비를 b, CaTiO₃의 몰비를 c라고 했을 때에, a+b+c=1, 0<b<1, 0<c≤0.15인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 유전체 자기 조성물로는, 비유전율(εr)이 6.8~18의 범위, 온도 계수(τf)가 -55~+55ppm/K의 범위에서 임의의 값을 얻을 수 있고, 예를 들면 비유전율(εr)이 1O 부근, 온도 계수(τf)가 제로 부근인 유전체 자기 조성물이 실현된다.

본 발명의 유전체 자기 조성물은, 유전체 공진기, 예를 들면 준 밀리파 및 밀리파용 공진기의 유전체 재료로서 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 유전체 공진기는, 전술의 각 유전체 자기 조성물을 유전체 재료로서 사용한 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 앞서도 말했던 바와 같이, MgTiO₃에 Mg₂SiO₄를 가하는 것으로 비유전율(εr)을 함유량에 따라서 자유롭게 설정할 수 있고, MgTiO₃에 CaTiO₃를 가하는 것으로 온도 계수(τf)를 함유량에 따라서 제로 부근에서 임의로 설정할 수 있기 때문에, 이들 성분을 조정하여 얻어지는 유전체 자기 조성물의 특성의 제어가 가능하다.

이와 같은 특성 제어를 할 수 있는 제조 방법도 본원 발명이다. 즉, 본 발명의 제조 방법은, 유전체 자기 조성물을 제조할 때에, Mg₂SiO₄나 CaTiO₃의 함유량을 소정의 범위에서 조정하고, 유전율(εr) 및 온도 계수(τf)를 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이하, 본 발명을 적용한 유전체 자기 조성물 및 유전체 공진기, 유전체 자기 조성물의 제조 방법에 대하여, 상세히 설명한다.

본 발명의 유전체 자기 조성물은, 티탄산 마그네슘 MgTiO₃을 베이스로 하여, 이것에 Mg₂SiO₄또는 CaTiO₃, 혹은 이들 둘 모두를 가한 것이다.

MgTiO₃는, Qf 값 등에 있어서 우수한 특성을 갖는데, 유전율(εr)이 약 18.2로 약간 높고, 또 온도 계수(τf)도 -57ppm/K로 크다. 그래서, 본 발명에서는, 유전율(εr) 개선을 위해 Mg₂SiO₄를 가하고, 온도 계수(τf) 개선을 위해 CaTiO₃를 가한다.

MgTiO₃에 Mg₂SiO₄를 가했을 경우, Mg₂SiO₄의 함유량에 거의 비례하여 비유전율(εr)이 저하된다. 이 때, 온도 계수(τf)는 거의 변화하지 않는다. 한편, MgTiO₃에 CaTiO₃를 가했을 경우, CaTiO₃의 함유량에 거의 비례하여, 온도 계수(τf)가 마이너스 쪽에서 플러스쪽으로 점점 이동한다. 이 때, 비유전율(εr)은 그다지 상승하지 않는다. 따라서, Mg₂SiO₄첨가와 CaTiO₃의 첨가에 의하여, 비유전율(εr)과 온도 계수(τf)를, 각각 독립적으로 제어할 수 있게 된다.

이와 같은 관점에서, MgTiO₃에 Mg₂SiO₄나 CaTiO₃를 가하는데, 이 때, Mg₂SiO₄의 함유량에 대해서는, MgTiO₃몰비를 a, Mg₂SiO₄의 몰비를 b라고 했을 때에

a+b=1

0<b<1

되는 범위로 하는 것이 바람직하다. Mg₂SiO₄의 함유량을 상기 범위내에서 임의로 조정하는 것으로, MgTiO₃자체의 비유전율(εr)을 밑도는 범위에서, 자유롭게(예를 들면 6.8~18의 범위에서) 비유전율(εr)을 제어할 수 있다. 단, 비유전율(εr)을 준 밀리파 및 밀리파 용도에 적합한 값, 예를 들면 12이하로 하는 것을 고려하면, 0.5≤b<1로 하는 것이 보다 바람직하다.

한편, CaTiO₃의 함유량에 대해서는, MgTiO₃의 몰비를 a, CaTiO₃의 몰비를 c라고 했을 때에

a+c=1

0<c≤0.15

되는 범위로 하는 것이 바람직하다. CaTiO₃의 함유량을 상기 범위내에서 임의로 조정하는 것으로, 온도 계수(τf)를 -55~+55ppm/K의 범위에서 임의의 값으로 제어할 수 있다. 단, 온도 계수(τf)를 보다 제로에 가까운 값(±30ppm/K 정도)으로 제어하는 것을 고려하면, 0.03≤c≤0.08로 하는 것이 보다 바람직하다.

또, 둘 모두(Mg₂SiO₄와 CaTiO₃)를 가하는 경우의 Mg₂SiO₄의 함유량, CaTiO₃의 함유량에 대해서는, 상기 각각의 적정 범위에서 조정하면 좋고, MgTiO₃의 몰비를 a, Mg₂SiO₄의 몰비를 b, CaTiO₃몰비를 c라고 했을 때에

a+b+c=1

0<b<1

0<c≤0.15

되는 범위로 하는 것이 바람직하다. 또, 비유전율(εr)을 준 밀리파 및 밀리파 용도에 적합한 값, 예를 들면 12이하로 하고, 또한 온도 계수(τf)를 보다 제로에 가까운 값으로 제어하는데는, 역시 전술의 각 성분의 보다 바람직한 범위에서 조정하면 좋지만, 둘 모두를 가하는 경우에는, 최적 범위로 상기 범위와는 약간의 차이가 있고, 0.5≤b<1, 또한 0.05≤c≤0.09로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 유전체 자기 조성물에 있어서는, 각 성분이 각각 MgTiO₃, Mg₂SiO₄, CaTiO₃의 형태로 존재하고, 이들이 혼합된 결정상을 모재로 하는 것인 것이 X선 회절에 의해 명확하기 때문에, 조성에 대해서는, 이들 성분의 비율(몰비)로 표기하는 것으로 한다.

이상의 관점에 근거하여 각 성분의 비율을 조정하는 것으로, 예를 들면 유전율(εr)=10.86, 온도 계수(τf)=-2.7ppm/K/Qf=74000GHz의 유전체 자기 조성물을 실현할 수 있다.

다음에, 본 발명의 유전체 자기 조성물의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명을 적용한 제조 공정의 플로차트를 도 1에 나타낸다.

우선, 본 발명의 제조 방법에 있어서는, 원료에, 예를 들면 MgO와 TiO₂, CaCO₃, SiO₂를 사용한다. 각 원료 성분은, 원하는 특성에 따라 배합하지만, 이 때, 투입 조성이 유전체 자기 조성물의 조성에 거의 그대로 반영되기 때문에, 투입 조성과 유전체 자기 조성물의 조성을 거의 1:1의 관계로 하여 각 원료 성분을 배합한다.

유전체 자기 조성물을 제조하는데는, 원료인 MgO와 TiO₂, CaCO₃, SiO₂를 혼합 공정 1에서 혼합한다. 혼합에는, 예를 들면 볼 밀 등을 사용한다. 혼합 후, 건조 공정 2나 성형 공정 3을 거쳐서, 가소(假燒) 공정 4에서 가소를 행한다. 가소는, 어느 정도 원료의 반응을 진행시키기 위해 행하는 것이고, 통상은 본 손성보다 약간 낮은 온도에서 행한다.

가소 후, 분쇄 공정 5에 의해 분쇄하고, 건조 공정 6에서 건조한다. 건조한 후, 조립(造粒) 공정 7에 의해 조립을 행한다. 조립시에는, 바인더를 혼입하는데, 이 바인더로서는 임의의 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리비닐알콜 등이 매우 적합하다.

마지막으로, 성형 공정 8에 의해 원하는 형상으로 성형하고, 소성 공정 9에서 본 소성을 행한다. 이 본 소성시의 소성 온도는, 예를 들면 1250℃~1500℃의 범위에서 조정하면 좋지만, 배합에 따라 최적 온도가 약간 다르다. 예를 들면 MgTiO₃와 Mg₂SiO₄를 포함하는 유전체 자기 조성물을 제조하는 경우에는, 소성 온도를 1300℃이상으로 하는 것이 바람직하다. 소성 온도가 1300℃미만이면, Qf값이 저하되고, 상대 밀도도 저하된다. MgTiO₃와 CaTiO₃를 포함하는 유전체 자기 조성물을 제조하는 경우에는, 소성 온도를 1250℃이상으로 하는 것이 바람직하다. 소성 온도가 1250℃미만이면, 역시 Qf값이나 상대 밀도가 저하된다. MgTiO₃와 Mg₂SiO₄와 CaTiO₃을 포함하는 유전체 자기 조성물을 제조하는 경우에는, 소성 온도를 1300℃이상으로 하는 것이 바람직하다. 소성 온도를 상기 범위내로 하는 것으로, Qf 값이나 상대 밀도를 높은 레벨로 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 이상의 제조 프로세스에서는, 원료로서 MgO, TiO₂, CaCO₃및 SiO₃을 사용했지만, 이것에 한하지 않고, 예를 들면 미리 MgTiO₃, Mg₂SiO₄, CaTiO₃를 제조하고, 이들을 소정 비율로 배합하여 제조하는 것도 가능하다.

상술의 유전체 자기 조성물은, 예를 들면 준 밀리파 및 밀리파 영역의 주파수대역, 예를 들면, 30~300GHz의 주파수대역에서 사용할 수 있다. 이와 같은 주파수대역에는, 예를 들면 자동차 레이더(77GHz:38.5GHz를 2배하여 사용한다.) 등이 포함된다.

따라서, 본 발명의 유전체 자기 조성물은, 준 밀리파 및 밀리파 영역에 있어서 사용되는 공진기용 재료나, MIC용 유전체 기판 재료, 유전체 도파선로, 유전체 안테나, 각종 밀리파 회로의 임피던스 정합, 그 밖의 각종 전자부품 등에 사용할 수 있고, 특히, 유전체 공진기용으로서 매우 적합하다.

[실시예]

이하, 본 발명을 구체적인 실험 결과에 근거하여 설명한다.

도전체 자기 조성물 샘플의 제조

각 샘플은, 이하의 순서에 따라서 제작했다.

우선, 원료인 MgO, TiO₂, CaCO₃및 SiO₂를 소정의 배합 비율이 되도록 칭량하여 취하고, 이것을 볼 밀에서 16시간 혼합했다. 혼합 후, 120℃에서 24시간 건조하고, 직경 60mm의 원판상으로 성형했다. 성형시의 성형 압력은, 200kgf/cm²로 했다.

성형 후, 1100℃에서 2시간, 가소를 행했다. 뒤이어, 볼 밀에서 16시간의 분쇄를 행하고, 120℃에서 24시간 건조했다. 건조 후, 폴리비닐알콜을 1중량% 가하여 조립하고, 직경 12mm로 성형했다. 이 때의 성형 압력은, 2OOOkgf/cm²으로 했다.

마지막으로 1250℃~1500℃에서 본 소성을 행하고, 유전체 자기 조성물 샘플을 얻었다.

MgTiO ₃ +Mg ₂ SiO ₄

이전의 유전체 자기 조성물 샘플의 제작 방법에 따르고, MgTiO₃의 몰비를 a, Mg₂SiO₄의 몰비를 b라고 했을 때에, b가 0~1(단, a+b=1)이 되도록 원료를 배합하고, 1250℃~150O℃에서 본 소성을 행하여 각종 샘플을 제작했다.

도 2에, 0.6 MgTiO₃-O.4 Mg₂SiO₄(a=0.6, b=0.4)되는 샘플의 X선 회절 장치(XRD)에서의 측정 결과를 나타낸다. 이 X선 회절 차트에서는, MgTiO₃에 유래하는 피크와 Mg₂SiO₄에 유래하는 피크가 관찰되고, 제작한 샘플이 MgTiO₃와 Mg₂SiO₄의 혼정인 것을 알 수 있다.

다음에, 제작한 각 샘플에 대하여, 비유전율(εr) 및 온도 계수(τf)를 일본공업규격 「마이크로파용 파인 세라믹스의 유전 특성의 시험 방법」(JISR 1627)에 따라 측정했다. 비유전율(εr)의 측정 결과를 도 3 및 표 1에 나타낸다. 또 온도 계수(τf)의 측정 결과를 도 4 및 표 2에 나타낸다.

도 3 및 표 1로부터 명확한 바와 같이, Mg₂SiO₄의 함유량에 따라서, 비유전율(εr)이 점차로 저하되고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 온도 계수(τf)에 대해서는, 도 4 및 표 2에 나타난 바와 같이, Mg₂SiO₄의 함유량이 변해도, 거의 변화하지 않는다. 따라서, Mg₂SiO₄의 함유량을 조정하는 것으로, 다른 특성(온도 계수(τf))에 영향을 미치는 일 없이 비유전율(εr)의 제어가 가능하다고 할 수 있다. 또, 특히, Mg₂SiO₄의 몰비 b를 0.5 이상으로 하는 것으로, 비유전율(εr) 12 이하가 실현되고 있다.

또한, 제작한 각 샘플에 대하여, 상대 밀도에 대해서도 측정을 행했다. 결과를 도 5 및 표 3에 나타낸다. 도 5 및 표 3으로부터 명확한 바와 같이, 상대 밀도는, 1300℃일 때에 약간의 저하를 보였지만, 그 이상의 온도이라면 거의 변하지 않았다. 또, 1200℃ 이하의 소성 온도에서는 원하는 상대 밀도를 얻을 수 없었다. 따라서, Mg₂SiO₄에 의해 비유전율(εr)을 제어하는 경우에는, 소성 온도는 1300℃이상으로 설정하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

MgTiO ₃ +CaTiO ₃

이전의 유전체 자기 조성물 샘플의 제작 방법에 따르고, MgTiO₃의 몰비를 a, CaTiO₃의 몰비를 c라고 했을 때에, c가 0~0.09(단, a+c=1)가 되도록 원료를 배합하고, 130O℃에서 본 소성을 행하여 각종 샘플을 제작했다.

도 6에, 0.91 MgTiO₃-0.09CaTiO₃(a=O.91, c=O.O9)되는 샘플의 X선 회절장치(XRD)에서의 측정 결과를 나타낸다. 이 X선 회절 차트에서는, MgTiO₃에 유래하는 피크와 CaTiO₃에 유래하는 피크가 관찰되고, 제작한 샘플이 MgTiO₃와 CaTiO₃의 혼정인 것을 알 수 있다.

다음에, 제작한 각 샘플에 대하여, 비유전율(εr) 및 온도 계수(τf)를 일본 공업 규격　「마이크로파용 파인 세라믹스의 유전 특성의 시험 방법」(JISR 1627)에 따라서 측정했다. 비유전율(εr)의 측정 결과를 도 7 및 표 4에 나타낸다. 또 온도 계수(τf)의 측정 결과를 도 8 및 표 5에 나타낸다.

도 8 및 표 5로부터 명확한 바와 같이, CaTiO₃의 함유량에 비례하여, 온도 계수(τf)가 점차로 변화하고 있는 것을 알 수 있다. CaTiO₃의 몰비 c가 0.06 부근일 때에 온도 계수(τf)가 거의 제로가 되고, 이것보다도 CaTiO₃의 비율이 적으면 마이너스쪽으로, 많으면 플러스쪽으로 이동하고 있다. 한편, 비유전율(εr)에 대해서는, 도 7 및 표 4에 나타난 바와 같이, CaTiO₃의 함유량이 변해도, 그다지 변화하지 않는다. 따라서, CaTiO₃의 함유량을 조정하는 것으로, 온도 계수(τf)를 독립적으로 제어 가능하다고 할 수 있다. 특히, CaTiO₃의 몰비 c를 0.03~0.08으로 하는 것으로, 온도 계수(τf)를 ±30PPm/K의 범위에서 제어 가능하다.

또한, 제작한 각 샘플에 대하여, 상대 밀도에 대해서도 측정을 행했다. 결과를 도 9 및 표 6에 나타낸다. 도 9나 표 6으로부터도 명확한 바와 같이, 상대 밀도에 대해서는, 125O℃ 이상이라면 문제없는 레벨이다. 따라서, CaTiO₃에 의해 온도 계수(τf)를 제어하는 경우에는, 소성 온도는 125O℃이상으로 설정하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

MgTiO ₃ +Mg ₂ SiO ₄ +CaTiO ₃

앞서의 유전체 자기 조성물 샘플의 제작 방법에 따르고, MgTiO₃, Mg₂SiO₄및 CaTiO₃를 포함하는 샘플을 제작했다.

도 10에, 0.2275 MgTiO₃-0.6825 Mg₂SiO₄-0.09 CaTiO₃(a=O.2275, b=0.6825, c=0.09)되는 샘플의 X선 회절 장치(XRD)에서의 측정 결과를 나타낸다. 이 X선 회절차트에서는, MgTiO₃에서 유래하는 피크와 Mg₂SiO₄에서 유래한다 피크, CaTiO₃에 유래하는 피크가 관찰되고, 제작한 샘플이 MgTiO₃와 Mg₂SiO₄와 CaTiO₃의 혼정인 것을 알 수 있다.

조성에 대해서는, 우선, MgTiO₃-Mg₂SiO₄-CaTiO₃계에 있어서, CaTiO₃를 0.05몰(c=0.05)로 고정하고, Mg₂SiO₄치환량을 바꾸어 각종 샘플을 제작했다. 이 경우의 비유전율(εr)의 측정 결과를 도 11 및 표 7에, 온도 계수(τf)의 측정 결과를 도 12 및 표 8에, 상대 밀도의 측정 결과를 도 13 및 표 9에 나타낸다.

또, MgTiO₃-Mg₂SiO₄-CaTiO₃계에 있어서, MgTiO₃:Mg₂SiO₄를 1:3으로 고정하고, CaTiO₃치환량을 바꾸어 각종 샘플을 제작했다. 이 경우의 비유전율(εr)의 측정 결과를 도 14 및 표 10에, 온도 계수(τf)의 측정 결과를 도 15 및 표 11에, 상대 밀도의 측정 결과를 도 16 및 표 12에 나타낸다.

이들 도면 및 표로부터 명확한 바와 같이, 3원계에 있어서도, Mg₂SiO₄의 함유량을 조정하는 것으로 비유전율(εr)의 제어가 가능하고, CaTiO₃의 함유량을 조정하는 것으로 온도 계수(τf)의 제어가 가능하다. 그리고, 예를 들면 비유전율(εr)=10, 온도 계수(τf)=0를 목표로 하여, 상기 0.2275 MgTiO₃-0.6825Mg₂SiO₄-0.09 CaTiO₃되는 조성에 있어서, 비유전율(εr)=10.86, 온도 계수(τf)= -2.7ppm/K를 얻을 수 있다.

또, 제작한 각 샘플에 대하여, 상대 밀도에 대해서도 검토한 바, 도 13 및 표 9나 도 16 및 표 12로부터, 소성 온도 13O0℃이상에서 양호한 결과가 얻어진다는 것을 알 수 있었다.

이상의 설명으로부터도 명확한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 비유전율(εr)이나 온도 계수(τf)를 제어할 수 있고, 준 밀리파 및 밀리파 영역에 적합한 εr를 갖고, 온도 계수(τf)가 제로 부근으로 제어된 유전체 자기 조성물을 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 상기 유전체 자기 조성물을 유전체 재료로서 사용하는 것으로, 준 밀리파 및 밀리파 영역에서 사용 가능한 유전체 공진기를 제공하는 것이 가능하다. 이 유전체 공진기에 있어서는, 유전체 자기 조성물이 적당한 비유전율(εr)을 갖는 것으로, 치수 공차가 완화되고, 제작시에 그 설계가 용이하다. 또, 주위의 부품 등의 온도 계수에 맞추어서 온도 계수(τf)를 제어하는 것도 가능하다.

Claims

MgTiO₃와 Mg₂SiO₄를 포함하고,

MgTiO₃의 몰비를 a, Mg₂SiO₄의 몰비를 b라고 했을 때에

a+b=1

0<b<1

인 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물.
제 1 항에 있어서, 0.5≤b<1인 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물.
제 1 항에 있어서, 소성 온도가 1300℃ 이상인 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물.
MgTiO₃와 CaTiO₃를 포함하고,

MgTiO₃의 몰비를 a, CaTiO₃의 몰비를 c라고 했을 때에

a+c=1

0<c≤0.15

인 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물.
제 4 항에 있어서, 0.03≤c≤0.08인 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물.
제 4 항에 있어서, 소성 온도가 1250℃ 이상인 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물.
MgTiO₃와 Mg₂SiO₄와 CaTiO₃를 포함하고,

MgTiO₃의 몰비를 a, Mg₂SiO₄의 몰비를 b, CaTiO₃의 몰비를 c라고 했을 때에

a+b+c=1

0<b<1

0<c≤0.15

인 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물.
제 7 항에 있어서, 0.5≤b<1이고, 또한 O.05≤c≤0.09인 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물.
제 7 항에 있어서, 소성 온도가 1300℃ 이상인 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물.
MgTiO₃와 Mg₂SiO₄를 포함하고,

MgTiO₃의 몰비를 a, Mg₂SiO₄의 몰비를 b라고 했을 때에

a+b=1

0<b<1

인 유전체 자기 조성물을 유전체 재료로서 사용한 것을 특징으로 하는 유전체 공진기.
MgTiO₃와 CaTiO₃를 포함하고,

MgTiO₃의 몰비를 a, CaTiO₃의 몰비를 c라고 했을 때에

a+c=1

0<c≤0.15

인 유전체 자기 조성물을 유전체 재료로서 사용한 것을 특징으로 하는 유전체 공진기.
MgTiO₃와 Mg₂SiO₄와 CaTiO₃를 포함하고,

MgTiO₃의 몰비를 a, Mg₂SiO₄의 몰비를 b, CaTiO₃의 몰비를 c라고 했을 때에

a+b+c=1

0<b<1

0<c≤O.15

인 유전체 자기 조성물을 유전체 재료로서 사용한 것을 특징으로 하는 유전체 공진기.
MgTiO₃와 Mg₂SiO₄를 포함하는 유전체 자기 조성물을 제조할 때에,

MgTiO₃의 몰비를 a, Mg₂SiO₄의 몰비를 b라고 했을 때에

a+b=1

0<b<1

되는 범위로 Mg₂SiO₄의 함유량을 조정하고, 유전율(εr)을 조정하는 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물의 제조 방법.
MgTiO₃와 CaTiO₃를 포함하는 유전체 자기 조성물을 제조할 때에,

MgTiO₃의 몰비를 a, CaTiO₃의 몰비를 c라고 했을 때에

a+c=1

0<c≤0.15

되는 범위로 CaTiO₃의 함유량을 조정하고, 온도 계수(τf)를 조정하는 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물의 제조 방법.
MgTiO₃와 Mg₂SiO₄와 CaTiO₃를 포함하는 유전체 자기 조성물을 제조할 때에,

MgTiO₃의 몰비를 a, Mg₂SiO₄의 몰비를 b, CaTiO₃의 몰비를 c라고 했을 때에

a+b+c=1

0<b<1

0<c≤0.15

되는 범위로 Mg₂SiO₄및 CaTiO₃함유량을 조정하고, 유전율(εr) 및 온도 계수(τf)를 조정하는 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물의 제조 방법.