WO2004106261A1 - 高周波用磁器組成物とその製造方法、および平面型高周波回路 - Google Patents

高周波用磁器組成物とその製造方法、および平面型高周波回路 Download PDF

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Tsutomu Tsunooka
Hitoshi Ohsato
Tomonori Sugiyama
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Nagoya Industrial Science Research Institute
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Definitions

  • the present invention relates to a high-frequency ceramic composition, a method for producing the same, and a planar high-frequency circuit.
  • Dielectric materials are becoming important materials that determine the characteristics of communication circuits due to the development of information communication technology in recent years.
  • the characteristics required for such a dielectric material include (i) having a relative permittivity ( ⁇ ) of an appropriate magnitude according to the application in the microphone mouthband, and (ii) dielectric loss.
  • ⁇ relative permittivity
  • dielectric loss Small, that is, a high quality factor (Q'f; Q is the reciprocal of the dielectric loss tangent tan ⁇ , f is the resonance frequency), (iii) the absolute value of the temperature coefficient ( ⁇ ) of the resonance frequency is small, f
  • Forsterite is known as one of such dielectric ceramics. This is composed of the reaction product of MgO and Si ((MgSi ⁇ ) and has relatively excellent high-frequency characteristics.
  • the present inventors have developed a foresterite porcelain having a small dielectric loss in the microwave region by controlling the particle size of impurities and powder mixed in the process of manufacturing forsterite. (See Patent Document 1). Further, low-temperature sintering is attempted by adding 10% by weight or less of rutile-type titanium oxide (hereinafter sometimes simply referred to as “titanium oxide”) (see Patent Document 2).
  • titanium oxide rutile-type titanium oxide
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3083638
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 3083645
  • forsterite has a temperature coefficient ⁇ of resonance frequency of about _70ppmZ ° C and f
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-frequency ceramic composition capable of realizing improved temperature characteristics while maintaining excellent high-frequency characteristics of forsterite, and It is to provide a manufacturing method thereof.
  • the inventors of the present invention have found the following findings in the course of research on improving the dielectric properties of forsterite by adding kneaded titanium oxide.
  • Forsterite has a large negative temperature coefficient ⁇ of about -70 ppm / ° C.
  • titanium oxide has a large positive temperature coefficient ⁇ of 450 ppm / ° C. This value
  • Fig. 14 shows that the MgO-SiO-TiO ternary system
  • MgSiO and MgTi 2 O are well known to those skilled in the art. Therefore,
  • the inventors examined the firing conditions in detail and found that, surprisingly, by adding a large amount of titanium oxide to phonoresterite, the firing temperature was lowered to 1200 ° C, and the forsterite and They found that they could be fired in the presence of titanium oxide, and for the first time succeeded in synthesizing a sintered body in which the crystalline phases of forsterite and titanium oxide were retained.
  • the obtained sintered body maintains a high quality factor Q'f and has a temperature characteristic ⁇ adjusted in accordance with the amount of titanium oxide added.
  • ⁇ adjusted in accordance with the amount of titanium oxide added.
  • the amount required for calculating the temperature characteristic ⁇ to be Oppm / ° C (for forsterite, 13.3% by weight), and is further used to produce MgSiO and MgTiO.
  • the temperature characteristic ⁇ can be adjusted to approximately Oppm / ° C by adding the amount of titanium oxide added to the mixture.
  • the present invention has been made based on powerful new findings.
  • the high-frequency ceramic composition of the present invention is a high-frequency ceramic composition comprising a sintered body of forsterite and rutile-type titanium oxide, wherein the forsterite, the rutile-type titanium oxide and However, it is characterized by sintering while maintaining the respective crystal phases.
  • the method for producing a high-frequency ceramic composition of the present invention is characterized in that MgO and SiO have a molar ratio of 2: 1.
  • the value of the high quality factor Q'f derived from forsterite is hardly impaired, and the absolute value of the temperature coefficient by the rutile-type titanium oxide is 30p.
  • An excellent high-frequency ceramic composition controlled to pmZ ° C or lower can be provided. Further, according to the production method of the present invention, by adding rutile-type titanium oxide to forsterite at a ratio of 15% by weight or more and 35% by weight or less, the firing temperature is lowered to about 1200 ° C. And rutile type titanium oxide retain their respective crystal phases and are sintered to obtain a sintered body. As a result, an excellent high-frequency wave is obtained in which the value of the high quality factor Q′f derived from forsterite is hardly impaired, and the absolute value of the temperature coefficient ⁇ is controlled to 30 ppm / ° C or less by rutile-type titanium oxide. Providing a porcelain composition for use Can be. In addition, it can be expected to be applied as a ceramic material that needs to be fired at a relatively low temperature, such as an electronic device manufactured by simultaneous firing in which electrodes are formed simultaneously with firing of a substrate.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a process for producing a high-frequency ceramic composition of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing characteristics of forsterite to which no titanium oxide is added.
  • A It is a graph which shows the relationship between baking temperature and relative density.
  • B A graph showing the relationship between the firing temperature and the quality factor.
  • C A graph showing the relationship between the firing temperature and the relative dielectric constant.
  • d A graph showing the relationship between the firing temperature and the temperature coefficient.
  • FIG. 3 is an X-ray diffraction chart of a sintered body obtained by adding titanium oxide to forsterite and firing at a firing temperature of 1400 ° C.
  • FIG. 4 is a graph showing characteristics of a sintered body obtained by adding titanium oxide to forsterite and firing at a firing temperature of 1400 ° C.
  • A is a graph showing the relationship between the amount of titanium oxide added and the apparent density.
  • B A graph showing the relationship between the amount of titanium oxide added and the quality factor.
  • C A graph showing the relationship between the amount of titanium oxide added and the relative dielectric constant.
  • D A graph showing the relationship between the amount of titanium oxide added and the temperature coefficient.
  • FIG. 5 is a graph showing an X-ray diffraction chart of a sintered body obtained by adding titanium oxide to forsterite and firing at a different firing temperature.
  • FIG. 6 is a graph showing the characteristics of a sintered body obtained by adding titanium oxide to forsterite and firing at various firing temperatures.
  • A Drafts showing the relationship between firing temperature and apparent density.
  • B A graph showing the relationship between the firing temperature and the quality factor.
  • C A graph showing the relationship between the firing temperature and the relative permittivity.
  • D A graph showing the relationship between the firing temperature and the temperature coefficient.
  • FIG. 7 is an X-ray diffraction chart of a sintered body fired at a firing temperature of 1200 ° C. while changing the amount of titanium oxide added.
  • FIG. 8 is a graph showing characteristics of a sintered body fired at a firing temperature of 1200 ° C. while changing the amount of titanium oxide added.
  • A Shows the relationship between the amount of titanium oxide added and the apparent density This is a graph.
  • B A graph showing the relationship between the amount of titanium oxide added and the quality factor.
  • C A graph showing the relationship between the amount of titanium oxide added and the relative dielectric constant.
  • D is a graph showing the relationship between the amount of titanium oxide added and the temperature coefficient.
  • FIG. 9 is an electron micrograph 11 of a sintered body fired at a firing temperature of 1200 ° C.
  • FIG. 10 is an electron micrograph 12 of a sintered body fired at a firing temperature of 1200 ° C.
  • FIG. 11 is an electron micrograph of a sintered body fired at a firing temperature of 1150 ° C.
  • FIG. 12 is a structural diagram of a microstrip line.
  • FIG. 13 is a plan view showing various strip line patterns in the planar high-frequency circuit.
  • A Interdigital capacitor
  • b Spiral inductor
  • c Branch circuit
  • d Directional coupler
  • e Power distribution combiner
  • g Low-pass filter
  • h Ring resonator
  • I Patch antenna
  • FIG. 14 is a phase diagram in a ternary MgO—SiO 2 —TiO system.
  • the high frequency ceramic composition of the present invention is obtained by sintering forsterite and rutile-type titanium oxide while maintaining their crystal phases.
  • a high quality factor derived from forsterite can be maintained, and the temperature coefficient can be controlled by adjusting the amount of rutile-type titanium oxide added.
  • Such a high-frequency porcelain composition is fired at a low temperature such that forsterite and titanium oxide coexist, or fired in an extremely short time, such as firing by microwave heating or plasma firing.
  • a method in which rutile-type titanium oxide is mixed with forsterite at a ratio of 15% by weight or more and 35% by weight or less and calcined at about 1200 ° C. can be preferably applied.
  • FIG. 1 is a process diagram showing an example of a production process of the high frequency porcelain composition of the present invention.
  • the particle size is as small as possible, but it is sufficient that the particle size reacts sufficiently in calcination.
  • the calcination step it is necessary to use a material and means that do not allow impurities to be mixed therein, and to perform work while taking care to prevent impurities from entering the sintered body as much as possible.
  • the calcination may be performed at 1000 ° C. or more and 1200 ° C. or less for 118 hours. Thereby, a favorable single phase of forsterite can be synthesized. If the temperature is lower than 1000 ° C or higher than 1200 ° C, forsterite is not synthesized well, which is not desirable.
  • the rutile-type titanium oxide power binder is added to the forsterite obtained by the preliminary calcination, and the mixing and the pulverization are simultaneously performed.
  • rutile-type titanium oxide it is preferable to use high-purity titanium oxide. Specifically, it is preferable to use one having a purity of 99.5% or more.
  • the amount of added casket is preferably 15% by weight or more and 35% by weight or less with respect to forsterite, and more preferably 20% by weight or more and 30% by weight or less.
  • Organic binders such as polybutyl alcohol and methyl cellulose can be preferably used as the binder.
  • the pulverization may be performed, for example, in a ball mill using zirconia balls for 16 hours to 48 hours. At this time, pulverization is performed until the particle size distribution of the mixed powder becomes 3 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or less. If the particle size of the mixed powder is larger than this, the sinterability will deteriorate and a high-density sintered body cannot be obtained.
  • pressure forming can be performed by, for example, uniaxial press forming.
  • the degreasing treatment may be performed under the condition that organic substances such as a binder contained in the molded product are gradually burned off, for example, at 300 to 500 ° C. for 418 hours.
  • the temperature of the main firing refers to a temperature measured by installing a thermocouple in a heating furnace.
  • “about 1200 ° C” is not limited to just 1200 ° C, but includes the range of error. An error of ⁇ 2-3 ° C occurs at the center of the heating furnace, and an error of about 30 ° C occurs in the entire furnace depending on the measurement position. If the firing temperature is lower than this, forsterite does not sinter, and if it is higher, forsterite and titanium oxide react and disappear, which is not preferable.
  • the high frequency ceramic composition of the present invention can be preferably applied to a flat type high frequency circuit.
  • FIG. 12 shows the structure of the microstrip line 1.
  • the microstrip line 1 is the most basic circuit element for forming a microwave or millimeter wave integrated circuit, and includes a dielectric substrate 2 and a strip formed on one of the front and back surfaces of the dielectric substrate 2. And a ground conductor 4 formed on the other surface.
  • the planar high-frequency circuit 5 has the microstrip line 1 as a main component. In the actual planar high-frequency circuit 5, various discontinuities are included in addition to the uniform transmission line, and by using these discontinuities, Fig. 13 (a) (i) Various types of planar high-frequency circuits 5 as illustrated in FIG. It is desirable to apply a high-precision thin film microfabrication process with excellent mass productivity and characteristic reproducibility for pattern formation of such various planar high-frequency circuits 5.
  • As the material of the strip conductor 3 Pd, CU, Au or the like is preferable.
  • Teflon registered trademark
  • quartz quartz
  • alumina or the like
  • ⁇ 24
  • Q'f 350, 000GHz
  • ⁇ 0ppm
  • Mg ⁇ powder with a purity of at least 99.9%, an average particle size of 0.09 zm and a specific surface area of 26.03 m 2 / g, and a purity of 99.9. / 0 or more, average particle size 0.82 zm, comparative area 1.78 m 2 / g SiO powder,
  • the mixture was weighed so that the molar ratio became 2: 1, distilled water was added, and the mixture was mixed with a ball mill using a urethane ball for 20 hours. This mixed powder was dried at about 100 ° C. for 24 hours. Next, the mixed powder was pre-fired at 1150 ° C. for 1 hour to obtain a pre-fired forsterite.
  • the calcined product was pulverized in distilled water for 24 hours in a ball mill using dinorecon balls, and then dried at 100 ° C. for 24 hours to obtain forsterite powder.
  • the molded article was placed in a heating furnace, heated at 400 ° C. for 6 hours to degrease it, heated, and subjected to main firing at 1300 ° C. for 2 hours to obtain a sintered body.
  • the heating rate and the cooling rate during firing were 5 ° C / min.
  • the relative density was determined by calculating the apparent density by the Archimedes method and dividing the value by the theoretical density.
  • the relative permittivity ⁇ and the quality factor were determined by the both-end short-circuit type dielectric resonator method (JIS R 1627), which is an improvement of the Hakki and Coleman method.
  • the Q'f value and the temperature coefficient ⁇ were measured.
  • the measurement frequency is 12 Performed at 17GHz.
  • the temperature coefficient ⁇ is the change in resonance frequency f in the temperature range of + 20— + 80 ° C.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 1-1, except that the firing temperature in the main firing was set to 1350 ° C.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 1.1, except that the firing temperature in the main firing was 1400 ° C.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 1.1, except that the firing temperature in the main firing was set to 1450 ° C.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 1-1, except that the firing temperature in the main firing was set at 1500 ° C.
  • Table 1 shows the measurement results of the relative density, relative permittivity ⁇ , quality factor Q'f, and temperature coefficient ⁇ in the preliminary tests.
  • Figure 2 shows (a) the relationship between the firing temperature and the relative density.
  • a graph showing (b) the relationship between the firing temperature and the quality factor, (c) the relationship between the firing temperature and the relative dielectric constant, and (d) the relationship between the firing temperature and the temperature coefficient is shown.
  • Forsterite powder was prepared in the same manner as in l) (i) of Preliminary Test 1-11.
  • rutile-type titanium oxide powder having a purity of 99.5% or more was added at 10% by weight based on the forsterite powder, and polybutyl alcohol was used as a binder. / 0 was added.
  • This mixture was pulverized in distilled water using a ball mill using zirconia balls until the average particle diameter became 1 zm or less (24 hours), and then dried at 100 ° C for 24 hours to obtain a mixed powder.
  • a binder was added to the mixed powder obtained in (ii) and molded in the same manner as in l) (ii) of the preliminary test 11 above.
  • the molded body obtained in (m) was placed in a heating furnace, and main firing was performed in the same manner as in i) () in Preliminary Test 11 above.
  • the firing temperature was 1400 ° C.
  • the obtained sintered body was analyzed by a powder X-ray diffraction method (source: CuK a).
  • the apparent density P was determined by the following procedure.
  • the test was performed in the same manner as in the preliminary test 1_1 2).
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 2-1 except that the amount of titanium oxide was changed to 20% by weight.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 2-1 except that the amount of titanium oxide was changed to 30% by weight.
  • Table 2 shows the measurement results of apparent density, relative permittivity ⁇ , quality factor Q'f, and temperature coefficient ⁇ in Preliminary Tests 2-1–2-3.
  • Fig. 3 shows the X-ray diffraction chart of the sintered body.
  • Figure 4 shows the relationship between (a) the amount of titanium oxide added and the apparent density, (b) the relationship between the amount of added titanium oxide and the quality factor, and (c) the amount of titanium oxide added and the relative permittivity. And (d) the relationship between the amount of titanium oxide added and the temperature coefficient are shown.
  • the quality factor Q'f was lower than in the case where titanium oxide was not added, and in particular, when titanium oxide was added at 30% by weight, the quality factor was significantly reduced. This is because forsterite reacted with titanium oxide during firing to form MgSiO and MgTiO.
  • the temperature coefficient ⁇ was improved to -39 ppm / ° C when titanium oxide was added at 20% by weight, but deteriorated again when the amount of the auxiliary pulp was increased to 30% by weight. It was 4 ppm / ° C. This is probably because the control effect of the temperature coefficient ⁇ was not exhibited because the rutile phase of titanium oxide disappeared by the reaction with forsterite.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 2-1 except that the amount of titanium oxide added was 30% by weight and the firing temperature was 1200 ° C.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 2-1 except that the amount of titanium oxide added was 30% by weight and the firing temperature was 1250 ° C.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 2-1 except that the amount of titanium oxide added was 30% by weight and the firing temperature was 1300 ° C.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 2-1 except that the addition amount of titanium oxide was 30% by weight and the firing temperature was 1350 ° C.
  • Table 3 shows the measurement results of the apparent density, the relative dielectric constant ⁇ , the quality factor Q′f, and the temperature coefficient ⁇ in Example 1 and Comparative Examples 111 to 114.
  • Fig. 5 shows the X-ray of the sintered body.
  • FIG. 6 shows the diffraction chart, and (a) the relationship between the firing temperature and the apparent density, (b) the relationship between the firing temperature and the quality factor, (c) the relationship between the firing temperature and the relative permittivity, and (d) the relationship between the firing temperature and the relative permittivity.
  • a graph showing the relationship between temperature and temperature coefficient was shown.
  • the quality factor Q'f also showed a relatively good value of 30, OOOGHz or more when the firing temperature was 1350 ° C or less, and decreased to 16, OOOGHz when the firing temperature became 1400 ° C or more. I gave it.
  • the relative dielectric constant ⁇ was a good value of 12.35 when the firing temperature was 1200 ° C, and decreased as the firing temperature increased.
  • the temperature coefficient ⁇ fluctuated around -60 ppm / ° C when the firing temperature was 1250 ° C or higher, while it increased to +12.4 ppm / ° C when the firing temperature was 1200 ° C. The value turned to the value, and the effect of adding titanium oxide was observed. [0062] As described above, at the firing temperature of 1200 ° C, titanium oxide and forsterite are sintered together while maintaining their crystal phases, and can maintain good values of the quality factor Q'f and the relative dielectric constant ⁇ . , The temperature coefficient ⁇ can be controlled.
  • the firing temperature was fixed at 1200 ° C, and the amount of titanium oxide added was changed to prepare a sintered body, and the optimum amount of addition was examined.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 2-1 except that the amount of titanium oxide added was 20% by weight and the firing temperature was 1200 ° C.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 2-1 above, except that the amount of titanium oxide added was 25% by weight and the firing temperature was 1200 ° C.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 2-1 except that the amount of titanium oxide added was 30% by weight and the firing temperature was 1200 ° C.
  • a sintered body was prepared and tested in the same manner as in Preliminary Test 2-1 except that the amount of titanium oxide added was 40% by weight and the firing temperature was 1200 ° C.
  • Table 4 shows the measurement results of the apparent density, the relative dielectric constant ⁇ , the quality factor Q′f, and the temperature coefficient ⁇ in Examples 2-1 to 2-3 and Comparative Example 2.
  • Fig. 7 shows the X-ray of the sintered body.
  • FIG. 8 shows the diffraction chart.
  • FIG. 8 shows (a) the relationship between the added amount of titanium oxide and the apparent density, (b) the relationship between the added amount of titanium oxide and the quality factor, and (c) the addition of titanium oxide.
  • a graph showing the relationship between the amount of kamitsu and the relative dielectric constant and (d) the relationship between the amount of titanium oxide added and the temperature coefficient are shown.
  • the apparent density and the relative permittivity ⁇ increased almost linearly with the increase in the amount of added cajun.
  • the quality factor Q'f showed a relatively good value of 80,000 GHz or more when the addition amount was 20% by weight and 25% by weight. When the addition amount was increased to 30% by weight, it decreased slightly. It became 65,000 GHz, and decreased to about 61,000 GHz when the addition amount was increased to 40% by weight.
  • the temperature coefficient ⁇ increased linearly with the addition amount, and the addition amount was 20% by weight to 30% by weight.
  • FIGS. 9 and 10 show electron micrographs of a sintered body fired at a firing temperature of 1200 ° C. with an addition amount of titanium oxide of 25% by weight
  • FIG. 11 shows an addition amount of titanium oxide of 25 weight%. %
  • FIG. 11 shows an electron micrograph of a sintered body fired at a firing temperature of 1150 ° C.
  • the firing temperature can be lowered to 1200 ° C.
  • sintering can be performed while maintaining the crystalline phases of forsterite and titanium oxide.
  • the sintered body thus obtained has a high quality factor Q'f derived from forsterite which is hardly impaired, and the absolute value of the temperature coefficient ⁇ is 30 ppm / ° C due to the presence of rutile titanium oxide. Controlled below The resulting excellent high frequency porcelain composition is obtained.
  • a high-frequency ceramic set having a quality factor Q'f of 60,000 GHz or more and a temperature coefficient ⁇ of ⁇ 30 ppm / ° C is set.
  • a product can be obtained.
  • the temperature coefficient ⁇ can be set within a range of ⁇ 20 ppmZ ° C.
  • the temperature coefficient ⁇ becomes
  • a high-frequency ceramic composition capable of realizing improved temperature characteristics while maintaining the excellent high-frequency characteristics of forsterite, a method of manufacturing the same, and a planar high-frequency circuit using the same. Can be provided.

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Abstract

　フォルステライトにルチル型酸化チタンを１５重量％以上３５重量％以下の割合で添加することにより、焼成温度を約１２００°Cにまで低下させることができる。また、このような低温で焼成を行うことによって、フォルステライトとルチル型酸化チタンとがそれぞれの結晶相を保持しつつ燒結した焼結体を得ることができる。このような焼結体は、フォルステライトに由来する高い品質係数Ｑ・ｆの値が殆ど損われることなく、かつ、ルチル型酸化チタンによって温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／°C以下に制御された、優れた高周波用磁器組成物となる。

Description

明 細 書
高周波用磁器組成物とその製造方法、および平面型高周波回路 技術分野
[0001] 本発明は、高周波用磁器組成物とその製造方法、および平面型高周波回路に関 する。
背景技術
[0002] 誘電体材料は、近年の情報通信技術の発展により、通信回路の特性を決定する重 要な材料となりつつある。このような誘電体に要求される特性としては、一般に、（i)マ イク口波帯において適用対象に応じた適当な大きさの比誘電率（ ε )を持つこと、 (ii) 誘電損失が小さいこと、すなわち品質係数（Q 'f ;但し Qは誘電正接 tan δの逆数、 f は共振周波数)が高いこと、（iii)共振周波数の温度係数（ τ )の絶対値が小さいこと、 f
が挙げられる。
[0003] このような誘電体セラミックスの一つとして、フォルステライトが知られている。このも のは、 MgOと Si〇の反応生成物（Mg Si〇）よりなり、比較的優れた高周波特性を
2 2 4
有している。
[0004] 本発明者らは、これまでにフォルステライトの製造工程において、混入する不純物 および粉末の粒度を制御することにより、マイクロ波領域での誘電損失の小さいフォ ノレステライト磁器を開発している（特許文献 1参照）。また、 10重量％以下のルチル型 酸化チタン (以下、単に「酸化チタン」と称することがある）を添加することにより、低温 焼成化を試みてレ、る（特許文献 2参照）。
特許文献 1：特許第 3083638号公報
特許文献 2：特許第 3083645号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] しかし、フォルステライトは共振周波数の温度係数 τ が約 _70ppmZ°Cと負側に f
大きいという欠点を有する。このため、現在のところフォルステライトの応用範囲を今 一つ拡大できなレ、状況にある。 [0006] 本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フオルステライ トが有する優れた高周波特性を維持しつつ、温度特性の改善を実現できる高周波用 磁器組成物、およびその製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明者らは、酸化チタンの添カ卩によるフォルステライトの誘電特性改善について 研究を重ねる過程で、以下のような知見を見出した。
[0008] フォルステライトが約- 70ppm/°Cという負側に大きな温度係数 τ を有するのに対
f
し、酸化チタンは 450ppm/°Cという大きな正の温度係数 τ を有している。この値か
f
ら、フォルステライト粒子と酸化チタン粒子とが混合時の割合で独立して存在し、温度 係数 τ がその割合によつて決まるとして計算すると、酸化チタンをフォルステライトに f
対して 13· 3重量％添加することにより、温度係数 τ をほぼ Oppm/°Cとすることが 可能と思われる。
[0009] しかし、フォルステライトに酸化チタンを添加して通常の焼成条件で焼成すると、両 者が反応して MgSiOと MgTi〇とが生成するために、フォルステライトが有している
3 2 5
高い品質係数 Q ' fという優れた誘電特性が失われてしまう。また、予想した温度係数 τ の制御効果も得ることができなレ、。図 14には、 MgO-SiO -TiO三成分系にお f 2 2
bる状 図 (「Phase Diagrams for Ceramists, Vol.I」The American Ceramic Society INC.より抜粋）を示した。この図よりわかるように、 MgO-SiO -TiO三成分系では、
2 2
MgSiOと MgTi Oとが生成することは当業者に良く知られている。したがって、当
3 2 5
業者の常識をもってすれば、フォルステライトへの酸化チタンの添カ卩によって誘電特 性を改善することは困難であると考えられた。
[0010] ところ力 発明者らが焼成条件等を詳細に検討したところ、全く意外なことにフォノレ ステライトに多量の酸化チタンを添加することによって、焼成温度を 1200°Cまで低下 させ、フォルステライトと酸化チタンとを共存させて焼成できることを見出し、フォルス テライトおよび酸化チタンの結晶相が保持された焼結体の合成に初めて成功した。
[0011] そして、得られた焼結体は、高い品質係数 Q ' fを維持しているとともに、酸化チタン の添カ卩量に対応して温度特性 τ が調整されたものとなっていることを見出した。すな
f
わち、計算上温度特性 τ を Oppm/°Cとするために必要な量 (フォルステライトに対 して 13. 3重量％)に加え、さらに MgSiOと MgTi Oとを生成するのに費やされる
3 2 5
分をカ卩えた量の酸化チタンを添カ卩することによって、温度特性 τ をほぼ Oppm/°C に調整できることを見出した。本発明は、力かる新規な知見に基づいてなされたもの である。
[0012] すなわち、本発明の高周波用磁器組成物は、フォルステライトとルチル型酸化チタ ンとの焼結体からなる高周波用磁器組成物であって、前記フォルステライトと前記ル チル型酸化チタンとが、それぞれの結晶相を保持しつつ燒結していることを特徴とす る。
[0013] ここで、「それぞれの結晶相を保持しつつ燒結している」とは、フォルステライトおよ びノレチル型酸化チタンの結晶相が完全に保持されている場合のみではなぐ部分的 に MgSiOと MgTi〇とに変化している場合も含む意である。
3 2 5
[0014] また、本発明の高周波用磁器組成物の製造方法は、 MgOと SiOを 2対 1のモル比
2
で混合した原料粉末を仮焼成してフォルステライトを得る仮焼成工程と、前記フオル ステライトに、このフォルステライトに対して 15重量％以上 35重量％以下のルチル型 酸化チタンと、バインダとを混合し、平均粒径 3 / m以下となるまで粉砕して混合粉末 を得る混合工程と、前記混合粉末を加圧成形して成形物を得る成形工程と、前記成 形物に脱脂処理を施した後、約 1200°Cで焼成する本焼成工程とを実行することを 特徴とする。
発明の効果
[0015] 本発明の焼結体によれば、フォルステライトに由来する高い品質係数 Q ' fの値が殆 ど損われることなぐかつ、ルチル型酸化チタンによって温度係数て の絶対値が 30p
f
pmZ°C以下に制御された、優れた高周波用磁器組成物を提供することができる。 また、本発明の製造方法によれば、フォルステライトにルチル型酸化チタンを 15重 量％以上 35重量％以下の割合で添加することにより、焼成温度を約 1200°Cにまで 低下させ、フォルステライトとルチル型酸化チタンとがそれぞれの結晶相を保持しつ っ燒結した焼結体が得られる。これにより、フォルステライトに由来する高い品質係数 Q ' fの値が殆ど損われることなぐかつ、ルチル型酸化チタンによって温度係数 τ の f 絶対値が 30ppm/°C以下に制御された、優れた高周波用磁器組成物を提供するこ とができる。また、基板の焼成と同時に電極の形成を行う同時焼成によって製造され る電子デバイス等のように、比較的低温で焼成することが必要なセラミックス材料とし ての応用が期待できる。
図面の簡単な説明
[図 1]図 1は、本発明の高周波用磁器組成物の製造工程を示すフローチャートである
[図 2]図 2は、酸化チタンを添加しないフォルステライトの特性を示すグラフである。 （ a)焼成温度と相対密度との関係を示すグラフである。 （b)焼成温度と品質係数との 関係を示すグラフである。 （c)焼成温度と比誘電率との関係を示すグラフである。 (d)焼成温度と温度係数との関係を示すグラフである。
[図 3]図 3は、フォルステライトに酸化チタンを添カ卩し、焼成温度 1400°Cで焼成した焼 結体の X線回折チャートである。
[図 4]図 4は、フォルステライトに酸化チタンを添カ卩し、焼成温度 1400°Cで焼成した焼 結体の特性を示すグラフである。 （a)酸化チタンの添加量と見かけ密度との関係を 示すグラフである。 （b)酸化チタンの添加量と品質係数との関係を示すグラフである 。 （c)酸化チタンの添加量と比誘電率との関係を示すグラフである。 （d)酸化チタ ンの添加量と温度係数との関係を示すグラフである。
[図 5]図 5は、フォルステライトに酸化チタンを添カ卩し、焼成温度を変化させて焼成した 焼結体の X線回折チャートを示すグラフである。
[図 6]図 6は、フォルステライトに酸化チタンを添カ卩し、焼成温度を変化させて焼成した 焼結体の特性を示すグラフである。 （a)焼成温度と見かけ密度との関係を示すダラ フである。 （b)焼成温度と品質係数との関係を示すグラフである。 （c)焼成温度と 比誘電率との関係を示すグラフである。 （d)焼成温度と温度係数との関係を示すグ ラフである。
[図 7]図 7は、酸化チタンの添加量を変化させて、焼成温度 1200°Cで焼成した焼結 体の X線回折チャートである。
[図 8]図 8は、酸化チタンの添加量を変化させて、焼成温度 1200°Cで焼成した焼結 体の特性を示すグラフである。 （a)酸化チタンの添加量と見かけ密度との関係を示 すグラフである。 （b)酸化チタンの添加量と品質係数との関係を示すグラフである。 (C)酸化チタンの添加量と比誘電率との関係を示すグラフである。 （d)酸化チタン の添加量と温度係数との関係を示すグラフである。
[図 9]図 9は、焼成温度 1200°Cで焼成した焼結体の電子顕微鏡写真一 1である。
[図 10]図 10は、焼成温度 1200°Cで焼成した焼結体の電子顕微鏡写真一 2である。
[図 11]図 11は、焼成温度 1150°Cで焼成した焼結体の電子顕微鏡写真である。
[図 12]図 12は、マイクロストリップ線路の構造図である。
[図 13]図 13は、平面型高周波回路における種々のストリップ線路のパターンを示す 平面図である。 （a)インタディジタルキャパシタ （b)スパイラルインダクタ （c)分岐 回路 （d)方向性結合器 （e)電力分配合成器 （f)低域通過フィルタ （g)帯域通 過フィルタ （h)リング共振器 （i)パッチアンテナ
[図 14]図 14は、 MgO-SiO -TiO三成分系における状態図である。
2 2
発明を実施するための最良の形態
[0017] 本発明の高周波用磁器組成物は、フォルステライトとルチル型酸化チタンとが互い にその結晶相を保持したままで焼結されたものである。このような焼結体では、フオル ステライトに由来する高い品質係数を維持することができ、かつ、ルチル型酸化チタ ンの添加量を調整することにより温度係数て を制御できる。
f
[0018] このような高周波用磁器組成物は、フォルステライトと酸化チタンとが共存するような 低温で焼成する方法、または、マイクロ波加熱による焼成やプラズマ焼成のように極 めて短時間で焼成を完了させる方法によって焼結することができる。特に、フォルス テライトにルチル型酸化チタンを 15重量％以上 35重量％以下の割合で混合し、約 1 200°Cで焼成する方法を好ましく適用することができる。本発明の高周波用磁器組 成物の製造プロセスの一例を示す工程図を図 1に示す。
[0019] フォルステライトの原料である Mg〇、 SiOとしては、それぞれ高純度のものを使用
2
することが好ましぐ具体的には純度 99· 9%以上のものを使用することが好ましい。 また、粒度はできるだけ小さいことが好ましいが、仮焼成において充分反応する程度 であればよい。各工程においては、不純物が混入しないような材料及び手段を用い 、焼結体に極力、不純物が入らないように配慮して作業を行うことを要する。 [0020] 仮焼成工程において、仮焼成は 1000°C以上 1200°C以下で 1一 8時間行えばよい 。これにより、フォルステライトの良好な単一相を合成することができる。 1000°Cより低 温及び 1200°Cより高温では、フォルステライトが良好に合成されないため好ましくな レ、。
[0021] 混合工程では、仮焼成で得られたフォルステライトにルチル型酸化チタン力バイン ダとともに添加され、両者の混合と粉砕とが同時に行われる。ルチル型酸化チタンと しては、高純度のものを使用することが好ましぐ具体的には純度 99. 5%以上のも のを使用することが好ましい。また、添カ卩量はフォルステライトに対して 15重量％以上 35重量％以下であることが好ましぐ 20重量％以上 30重量％以下であることがより 好ましレ、。また、バインダとしてはポリビュルアルコール、メチルセルロースなどの有機 質の糊料を好ましく使用できる。
粉砕は、例えばジルコユアボールを用いたボールミルにて 16時間一 48時間行なえ ばよレ、。このとき、混合粉末の粒度分布が平均粒径 3 β m以下、より好ましくは 1 μ m 以下となるまで粉砕を行う。混合粉末の粒径がこれよりも大きいと、焼結性が悪くなり 高密度の焼結体が得られなレ、。
[0022] 成形工程において、加圧成形は例えば一軸プレス成形により行うことができる。
本焼成工程において、脱脂処理は成形物に含まれるバインダ等の有機物を徐々に 焼失させる条件で行えばよぐ例えば 300— 500°Cで 4一 8時間行えば良い。また、 本焼成は約 1200°Cで行うことを要する。ここで、本焼成の温度は加熱炉内に熱電対 を設置して測定した温度をいう。また、「約 1200°C」とは、ちょうど 1200°Cに限らず誤 差の範囲まで含む意である。加熱炉の中心位置では ± 2— 3°C、炉内全体では測定 位置により土 30°C程度の誤差が生じる。本焼成温度がこれよりも低ければフオルステ ライトが燒結せず、高ければフォルステライトと酸化チタンが反応して無くなるため好 ましくない。
[0023] 本発明の高周波用磁器組成物は、特に平面型高周波回路に好ましく適用すること 力 Sできる。図 12には、マイクロストリップ線路 1の構造を示した。マイクロストリップ線路 1はマイクロ波、ミリ波集積回路を構成するための最も基本的な回路要素であり、誘電 体基板 2と、この誘電体基板 2における表裏両面のうち一方の面に形成されたストリツ プ導体 3と、他方の面に形成された接地導体 4とで構成される。平面型高周波回路 5 は、このマイクロストリップ線路 1を主な構成要素としている。実際の平面型高周波回 路 5においては、ユニフォームな伝送線路のほかに、種々の不連続部が含まれてお り、これらの不連続部を利用することで、図 13 (a) （i)に例示するような種々のバタ ーンの平面型高周波回路 5を実現することができる。このような種々の平面型高周波 回路 5のパターン形成には、量産性や特性再現性に優れた高精度の薄膜微細加工 プロセスの適用が望ましレ、。ストリップ導体 3の材料としては、 Pd， CU, Auなどが望 ましい。
[0024] このストリップ導体 3をサポートする基板としては、一般的にはテフロン (登録商標）、 石英、アルミナなどが用いられているが、これらの材料は周波数温度特性（ τ )に劣 f り（約 _70ppmZ°C)、共振器やフィルタの材料としては利用することができなかった 。 ε = 24、 Q ' f = 350， 000GHz、 τ = 0ppmZ°Cの誘電体を平面型フィルタに適
Γ f
用した開発 1列 (「A Ka-oand Diplexer Using Planar TE Mode Dielectric Resonators with Plastic PackageJ T.Hiratsuka, T.sonoda, S.Mikami, K. Sakamoto and
Y.Takimoto, Metamorphosis,
No.6, pp.38-39 (2001))がある力 今後さらに高周波化時代に対応するには、やはり ε が約 10以下の低誘電率、高い Q値（Q ' fが 60, 000GHz以上）、 τ 力 ^Oppm/ °C以下の誘電体材料の開発が待たれていた。本発明の高周波用磁器組成物は温 度係数 τ が 30ppm/°C以下と小さぐまた、品質係数 Q ' fは約 82, 000GHz程度と 前述の誘電体よりも劣るが、比誘電率 ε = 1 1と低い分、誘電体共振器の体積を増 やすことができる。この場合、 24/1 1すなわち約 2· 2倍に体積が増えることで、その 分 Qが比例して増大するので、 Q ' f = 82, 000 X 2. 2 = 180, 400GHzと同等の高 Q ' f値を有する材料と同じ機能を発揮できる。また、比誘電率 ε が低い分、加工精 度もゆるくなり、コストの低減および量産性の点でも優れた材料であるといえる。
実施例
[0025] 以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
[0026] [酸化チタンを添加しなレ、フォルステライトの誘電特性を調べる予備試験]
予備実験として、まず酸化チタンを添加しなレ、フォルステライトの特性を調べる実験 を行った。
[0027] 1.試験方法
<予備試験 1_1 >
1)焼結体の作成
(i)フォルステライトの調製
純度 99. 9%以上、平均粒径 0. 09 z m、比表面積 26. 03m2/gの Mg〇粉末、及 び純度 99. 9。/0以上、平均粒径 0. 82 z m、比較面積 1. 78m2/gの SiO粉末を、
2 モル比が 2 : 1となるように秤量し、蒸留水を加えて、ウレタンボールを用いてボールミ ルで 20時間混合した。この混合粉末を約 100°Cで 24時間乾燥した。次いで、この混 合粉末を原料粉末は 1150°Cで 1時間仮焼成してフォルステライトの仮焼成物を得た 。この仮焼成物をジノレコニァボールを用いたボールミルにて蒸留水中で 24時間粉砕 した後、 100°Cで 24時間乾燥してフォルステライト粉末とした。
[0028] (ii)焼結体の作成
上記 (i)で調製したフォルステライト粉末にバインダとしてポリビニルアルコールを 1 % 添加し、混合した。この混合物を、直径 12mmの金型を用いて 86MPa、 2分間の一 軸加圧により成形した後、 200MPa、 2分間の冷間等方圧プレス（CIP)で再成形し て、ペレット状の成形物を得た。
次いで、成形品を加熱炉に入れ、 400°Cで 6時間加熱して脱脂した後、昇温し、 13 00°Cで 2時間の本焼成を行って焼結体を得た。なお、焼成における昇温 '降温速度 は 5°C/minとした。
[0029] 2)試験
(i)相対密度
相対密度は、アルキメデス法で見かけ密度を求め、その値を理論密度で除すること により求めた。
[0030] (ii)誘電特性
上記 1で得られた焼結体の両端面を研磨した後、 Hakki and Coleman (ハツキァ ンドコールマン)法を改良した両端短絡形誘電体共振器法 (JIS R 1627)により比 誘電率 ε 、品質係数 Q ' f値及び温度係数 τ を測定した。なお、測定周波数は 12— 17GHzで行った。温度係数 τ は + 20— + 80°Cの温度範囲で共振周波数の変化 f
から求めた。
[0031] <予備試験 1_2 >
本焼成における焼成温度を 1350°Cとした他は、予備試験 1一 1と同様にして焼結体 を作成し、試験を行った。
[0032] く予備試験 1一 3 >
本焼成における焼成温度を 1400°Cとした他は、予備試験 1一 1と同様にして焼結体 を作成し、試験を行った。
[0033] <予備試験 1_4 >
本焼成における焼成温度を 1450°Cとした他は、予備試験 1一 1と同様にして焼結体 を作成し、試験を行った。
[0034] <予備試験 1_5 >
本焼成における焼成温度を 1500°Cとした他は、予備試験 1一 1と同様にして焼結体 を作成し、試験を行った。
[0035] 2.結果と考察
表 1には、予備試験 1一 1一 1一 5における相対密度、比誘電率 ε 、品質係数 Q'f及 び温度係数 τ の測定結果を示した。また、図 2には、（a)焼成温度と相対密度との関 f
係、（b)焼成温度と品質係数との関係、（c)焼成温度と比誘電率との関係、（d)焼成 温度と温度係数との関係、を示すグラフを示した。
[0036] [表 1]
Figure imgf000011_0001
表 1および図 2より、 1300°Cで焼成した場合には、焼結体の相対密度が 92. 5%と なり、緻密な焼結体が得られていなかった。 1350°C以上で焼成した場合には、焼結 体の相対密度は 98%以上となり、品質係数 Q'fも 100, 000GHz以上となった。温 度係数 τ fは焼成温度に関わらず- 80—- 70ppm/°Cと負側に大きな値を示した。
[0038] [酸化チタンの添加効果を調べる予備試験]
上記したように、フォルステライトは負側に大きな温度係数 τ を有している。そこで、 f
正の温度係数をもつ酸化チタンを添加して温度係数 τ を制御することを試みた。
f
[0039] 1.試験方法
<予備試験 2_1 >
1)焼結体の作成
(i)仮焼成工程
上記予備試験 1一 1の l) (i)と同様にしてフォルステライト粉末を調製した。
[0040] (ii)混合工程
(i)で得られたフォルステライト粉末に、純度 99. 5%以上のルチル型酸化チタン粉 末をフォルステライト粉末に対して 10重量％加え、さらにバインダとしてポリビュルァ ルコールを 1。/0添加した。この混合物をジルコニァボールを用いたボールミルにて蒸 留水中で平均粒径 1 z m以下となるまで（24時間）粉砕した後、 100°Cで 24時間乾 燥して混合粉末を得た。
[0041] (iii)成形工程
(ii)で得られた混合粉末に、上記予備試験 1 1の l) (ii)と同様にしてバインダを加え て成形した。
[0042] (iv)本焼成工程
(m)で得られた成形体を加熱炉に入れ、上記予備試験 1 1の i ) ( と同様にして本 焼成を行った。なお、焼成温度は 1400°Cとした。
[0043] 2)試験
(i)粉末 X線回折 (XRD)法による解析
得られた焼結体にっレ、て、粉末 X線回折法による解析 (線源： CuK a )を行った。
(ii)見かけ密度
見かけ密度 P は、下記の手順により求めた。
(a)試料の重量 Wを天秤で測る。
(b)ビーカーに蒸留水と試料とを入れる。 (c)ビーカーを真空デシケーターに入れ、脱気する。
(d)ピンセットにて試料を浮き秤のフックに載せ、 7 中での試料の重量 Wを測る。
W
(e)下記式（1)を用いて見かけ密度 p を求める。
a
P ={W/ (W-W ) }· p
a w w
(但し、 W:試料の重量、 W ：水中での試料の重量、 p ：見かけ密度、 p ：その温 w a w 度における水の密度）
(m)誘電特性
上記予備試験 1_1の 2)と同様にして試験を行った。
[0044] <予備試験 2_2 >
酸化チタンの添加量を 20重量％とした他は、上記予備試験 2— 1と同様にして焼結 体を作成し、試験を行った。
[0045] <予備試験 2_3 >
酸化チタンの添加量を 30重量％とした他は、上記予備試験 2— 1と同様にして焼結 体を作成し、試験を行った。
[0046] 2.結果と考察
表 2には、予備試験 2-1— 2-3における見かけ密度、比誘電率 ε 、品質係数 Q 'f 及び温度係数 τ の測定結果を示した。また、図 3には、焼結体の X線回折チャートを f
、図 4には、（a)酸化チタンの添加量と見かけ密度との関係、（b)酸化チタンの添カロ 量と品質係数との関係、 （c)酸化チタンの添加量と比誘電率との関係、（d)酸化チタ ンの添加量と温度係数との関係、を示すグラフを示した。
[0047] [表 2]
Figure imgf000013_0001
図 3より、酸化チタンの添加量に関わらず、酸化チタンのピーク（図 3中▽)は殆ど見 られず、 MgSiOと MgTi Oとのピーク（図 3中 ·および〇）が観察された。また、添
3 2 5
加量が多くなるほど、フォルステライト（図 3中 のピークは弱くなり、 MgTi〇のピ ークが強くなつていた。
[0049] 表 2および図 4より、酸化チタンを添加しない場合に比べて品質係数 Q ' fは低下し、 特に酸化チタンを 30重量％添加した場合には大幅に低下した。これは、焼成中にフ オルステライトが酸化チタンと反応して MgSiOと MgTi Oが生成したためであると考
3 2 5
られる。
[0050] また、温度係数 τ は、酸化チタンを 20重量％添加した場合に— 39ppm/°Cにまで 改善されたが、添力卩量を 30重量％に増やすと再び悪化して- 63. 4ppm/°Cとなつ た。これは、フォルステライトとの反応によって酸化チタンのルチル相が消失したため に、温度係数 τ の制御効果が発揮されなかったものと考えられる。
f
[0051] [最適焼成温度を検討する実施例群]
前記したように、フォルステライトに酸化チタンを添加して、無添加のフオルステライ トと同様の焼成条件で焼成すると、両者が反応するために良好な誘電特性をもつ焼 結体を得ることができない。そこで、最適な焼成条件を探るため、焼成温度を変化さ せて焼結体の作成を行った。
[0052] 1.試験方法
<実施例 1 >
酸化チタンの添加量を 30重量％とし、焼成温度を 1200°Cとした他は、上記予備試 験 2-1と同様に焼結体を作成し、試験を行った。
[0053] <比較例 1_1 >
酸化チタンの添加量を 30重量％とし、焼成温度を 1250°Cとした他は、上記予備試 験 2-1と同様に焼結体を作成し、試験を行った。
[0054] <比較例 1_2 >
酸化チタンの添力卩量を 30重量％とし、焼成温度を 1300°Cとした他は、上記予備試 験 2-1と同様に焼結体を作成し、試験を行った。
[0055] <比較例 1_3 >
酸化チタンの添力卩量を 30重量％とし、焼成温度を 1350°Cとした他は、上記予備試 験 2-1と同様に焼結体を作成し、試験を行った。
[0056] <比較例 1_4 > 酸化チタンの添加量を 30重量％とし、焼成温度を 1400°Cとした他は、上記予備試 験 2-1と同様に焼結体を作成し、試験を行った。
[0057] 2.結果と考察
表 3には、実施例 1および比較例 1一 1一 1一 4における見かけ密度、比誘電率 ε 、 品質係数 Q ' f及び温度係数 τ の測定結果を示した。また、図 5には、焼結体の X線
f
回折チャートを、図 6には、（a)焼成温度と見かけ密度との関係、（b)焼成温度と品質 係数との関係、（c)焼成温度と比誘電率との関係、（d)焼成温度と温度係数との関係 、を示すグラフを示した。
[0058] [表 3]
Figure imgf000015_0001
[0059] 図 5より、 1200°Cで焼成した場合には、酸化チタンおよびフォルステライトのピーク が強くはっきりと現れており、酸化チタンとフォルステライトとが互いにその結晶相を保 持していることが確認された。それに対し、 1250°C以上で焼成した場合には、酸化 チタンのピークは非常に弱ぐフォルステライトとの反応によりノレチル相がほぼ消失し ていることが分かった。
[0060] 表 3および図 6より、見かけ密度は、焼成温度が 1350°C以下ではほぼ 3. 3g/cm3 であまり変化しなかった力 焼成温度が 1400°Cの場合には著しく減少した。
[0061] それに対応して、品質係数 Q ' fも焼成温度が 1350°C以下では 30, OOOGHz以上 と比較的良好な値を示した力 焼成温度が 1400°C以上になると 16, OOOGHzに低 下した。比誘電率 ε は、焼成温度が 1200°Cの場合に 12. 35ともつとも良好な値を 示し、焼成温度が高くなるにしたがって低下した。
温度係数 τ は、焼成温度が 1250°C以上の場合には- 60ppm/°C前後で推移し たのに対し、焼成温度が 1200°Cの場合には + 12. 4ppm/°Cとプラスの値に転じ、 酸化チタン添加による効果が見られた。 [0062] このように、焼成温度 1200°Cでは酸化チタンとフォルステライトとが互いにその結 晶相を保持しつつ燒結し、品質係数 Q ' fおよび比誘電率 ε 良好な値に維持でき るとともに、温度係数 τ を制御できることがわかった。
f
[0063] [酸化チタンの最適添加量を検討する実施例群]
前記の結果を踏まえ、焼成温度を 1200°Cに固定して、酸化チタンの添加量を変化 させて焼結体を作成し、最適な添加量を調べた。
[0064] 1.試験方法
<実施例 2_1 >
酸化チタンの添力卩量を 20重量％とし、焼成温度を 1200°Cとした他は、上記予備試 験 2-1と同様に焼結体を作成し、試験を行った。
[0065] <実施例 2_2 >
酸化チタンの添力卩量を 25重量％とし、焼成温度を 1200°Cとした他は、上記予備試 験 2-1と同様に焼結体を作成し、試験を行った。
[0066] <実施例 2_3 >
酸化チタンの添加量を 30重量％とし、焼成温度を 1200°Cとした他は、上記予備試 験 2-1と同様に焼結体を作成し、試験を行った。
[0067] <比較例 2 >
酸化チタンの添加量を 40重量％とし、焼成温度を 1200°Cとした他は、上記予備試 験 2-1と同様に焼結体を作成し、試験を行った。
[0068] 2.結果と考察
表 4には、実施例 2— 1一 2— 3および比較例 2における見かけ密度、比誘電率 ε 、 品質係数 Q ' f及び温度係数 τ の測定結果を示した。また、図 7には、焼結体の X線
f
回折チャートを、図 8には、（a)酸化チタンの添カ卩量と見かけ密度との関係、（b)酸化 チタンの添カ卩量と品質係数との関係、 （c)酸化チタンの添カ卩量と比誘電率との関係、 (d)酸化チタンの添加量と温度係数との関係、を示すグラフを示した。
[0069] [表 4]
Figure imgf000017_0001
[0070] 図 7より、いずれの添加量の場合でも、酸化チタンのピークが最強ピークとして現れ ており、また、フォルステライトのピークも強くはっきりと現れていた。
表 4および図 8より、見かけ密度および比誘電率 ε は添カ卩量の増大に伴ってほぼ 直線的に増加していた。品質係数 Q ' fは、添加量 20重量％、 25重量％の場合には 80, 000GHz以上の比較的良好な値を示した力 添加量を 30重量％まで増大させ るとやや低下して約 65, 000GHzとなり、添加量を 40重量％まで増大させると約 61 , 000GHzまで低下した。
[0071] 温度係数 τ は添加量の増大に伴って直線的に増大し、添加量 20重量％— 30重
f
量0 /0で ± 20ppm/°Cの範囲内となった。そして、添加量 25重量0 /0の場合に 3· 95p pm/°Cと最も Oppm/°Cに近い値を示した。グラフより、添加量約 24重量％の場合 に温度係数 τ はほぼ OppmZ°Cになり、このときの比誘電率 ε は約 11、品質係数 Q •fは糸勺 82， OOOGHzとなること力 Sわ力る。
[0072] 図 9および図 10には、酸化チタンの添加量 25重量％、焼成温度 1200°Cで焼成し た焼結体の電子顕微鏡写真を、図 11には、酸化チタンの添加量 25重量％、焼成温 度 1150°Cで焼成した焼結体の電子顕微鏡写真を示す。
図 9および図 10より、焼成温度 1200°Cの場合には、フォルステライトおよび酸化チ タンの粒子が粒成長し、緻密な焼結体を形成していることが分かる。一方、図 11より 、焼成温度 1150°Cでは、粒成長が進行せず緻密な焼結体が得られていないことが 分かる。
[0073] このように、フォルステライトに酸化チタンを多量に添加することにより焼成温度を 12 00°Cまで低下させることができる。そして、この温度では、フォルステライトおよび酸化 チタンの結晶相を保持しつつ焼結させることができる。これにより得られた焼結体は、 フォルステライトに由来する高い品質係数 Q ' fの値が殆ど損われることなぐかつ、ル チル型酸化チタンの存在によって温度係数 τ の絶対値が 30ppm/°C以下に制御 された、優れた高周波用磁器組成物となる。
[0074] 酸化チタンの添加量を 15重量％以上 35重量％以下とすることにより、品質係数 Q ' fが 60, 000GHz以上で温度係数 τ が ± 30ppm/°Cの範囲内の高周波用磁器組 成物を得ることができる。さらに、酸化チタンの添加量を 20重量％以上 30重量％以 下とすることにより、温度係数 τ を ±20ppmZ°Cの範囲内とすることができる。また、 酸化チタンの添加量を 20重量％以上 25重量％以下とすることにより、品質係数 Q 'f 力 80， 000GHz以上で温度係数 τ が
f ±20ppmZ°Cの範囲内の高周波用磁器組 成物を得ること力 Sできる。
産業上の利用可能性
[0075] 本発明によれば、フォルステライトが有する優れた高周波特性を維持しつつ、温度 特性の改善を実現できる高周波用磁器組成物とその製造方法、およびそれを応用し た平面型高周波回路を提供することができる。

Claims

請求の範囲
[1] フォルステライトとルチル型酸化チタンとの焼結体からなる高周波用磁器組成物で あって、
前記フォルステライトと前記ルチル型酸化チタンとが、それぞれの結晶相を保持し つつ燒結していることを特徴とする高周波用磁器組成物。
[2] MgOと Si〇を 2対 1のモル比で混合した原料粉末を仮焼成してフォルステライトを
2
得る仮焼成工程と、
前記フォルステライトに、このフォルステライトに対して 15重量％以上 35重量％以 下のルチル型酸化チタンと、バインダとを混合し、平均粒径 3 μ ΐη以下となるまで粉 砕して混合粉末を得る混合工程と、
前記混合粉末を加圧成形して成形物を得る成形工程と、
前記成形物に脱脂処理を施した後、約 1200°Cで焼成する本焼成工程とを実行す ることを特徴とする高周波用磁器組成物の製造方法。
[3] セラミックス基板と、前記セラミックス基板における表裏両面のうち一方の面に形成 されたストリップ導体と、前記表裏両面のうち他方の面に形成された接地導体とを備 える平面型高周波回路であって、
前記セラミックス基板が、フォルステライトとルチル型酸化チタンとがそれぞれの結 晶相を保持しつつ燒結した焼結体からなることを特徴とする平面型高周波回路。
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