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JP2902923B2 - 高周波用誘電体磁器組成物 - Google Patents

高周波用誘電体磁器組成物

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JP2902923B2
JP2902923B2 JP5317761A JP31776193A JP2902923B2 JP 2902923 B2 JP2902923 B2 JP 2902923B2 JP 5317761 A JP5317761 A JP 5317761A JP 31776193 A JP31776193 A JP 31776193A JP 2902923 B2 JP2902923 B2 JP 2902923B2
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JP
Japan
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mol parts
value
composition
dielectric ceramic
dielectric
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誠一郎 平原
信儀 藤川
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波、ミリ波等
の高周波領域において高い誘電率及び高いQ値を有する
新規な誘電体磁器組成物に関する。
【0002】
【従来技術】マイクロ波やミリ波等の高周波領域におい
て、誘電体磁器は誘電体共振器やMIC用誘電体基板等
に広く利用されている。
【0003】従来より、この種の誘電体磁器としては、
例えばZrO2 −SnO2 −TiO2 系材料、BaO−
TiO2 材料、(Ba,Sr)(Zr,Ti)O3 系材
料およびBa(Zn,Ta)O3 系材料等が知られてお
り、これらの材料は、各種の改良により周波数500M
Hz〜5GHzにおいて誘電率20〜40、Q値が10
00〜3000、さらに共振周波数の温度係数(τf)
が0ppm/℃付近の特性を有している。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、最近
では使用する周波数がより高くなる傾向にあるとともに
誘電体材料に対してさらに優れた誘電特性、特にQ値の
向上が要求されつつある。
【0005】ところが、前述した従来の誘電体材料で
は、10GHzの使用周波数領域において実用的レベル
の高いQ値を有していないのが現状である。
【0006】本発明者等はこのような要求に応えること
ができる高周波領域において高い誘電率および高いQ値
を有する組成物として、BaO、MgOおよびWO3
含む複合酸化物からなる誘電体磁器組成物を先に提案し
た。
【0007】しかしながら、この誘電体磁器組成物では
高いQ値が得られるものの、共振周波数の温度係数(τ
f)がマイナス側に偏り過ぎているために、マイクロ波
誘電体磁器材料として使用する場合、その利用分野が制
限されるなど実用面で問題があった。
【0008】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、上記問
題点に対して検討を加えた結果、BaO−MgO−WO
3 で表される複合酸化物に、Y、またはTi、Zr、S
n、Mn、Ca、Hf、La、Ce、Nd、Prおよび
Smのうち少なくとも一種の元素を所定量の割合で含有
せしめることにより、10GHzにおいて高いQ値(2
500以上)を得ることができるとともに、共振周波数
の温度係数(τf)がマイナス側からプラス側に移行で
きることを知見し、本発明に至った。
【0009】即ち、本発明の誘電体磁器組成物は、金属
元素として少なくともBa、Mg、Wを含有し、これら
の金属元素のモル比で表された組成式をxBaO・yM
gO・zWO3 と表した時、前記x、yおよびzが40
≦x≦55、15≦y≦40、20≦z≦30(x+y
+z=100)を満足する組成物100モル部に対し
て、Yを0.1〜30モル部の割合で含有してなるもの
である。
【0010】また、金属元素として少なくともBa、M
g、Wを含有し、これらの金属元素のモル比で表された
組成式をxBaO・yMgO・zWO3 と表した時、前
記x、yおよびzが40≦x≦55、15≦y≦40、
20≦z≦30(x+y+z=100)を満足する組成
物100モル部に対して、Ti、Zr、Sn、Mn、C
a、Hf、La、Ce、Nd、PrおよびSmのうち少
なくとも一種の元素を0.1〜20モル部の割合で含有
してなるものである。
【0011】本発明において、前記主成分を構成する各
金属酸化物量を上記の範囲に設定したのは、BaO量
(x)が40より少ないとQ値が低下し、55より多い
と焼結が困難となるからである。また、MgO量(y)
が15より少ないと焼結性が困難となり、あるいはQ値
の低下を招き、40より多いとQ値が低下する。さら
に、WO3 量(z)が20よりも少ないと、焼結性が低
下し、30より多いとQ値が低下するという問題が生じ
るからである。
【0012】また、本発明によれば、上記BaO−Mg
O−WO3 系組成物100モル部に対して、Yを0.1
〜30モル部、またはTi、Zr、Sn、Mn、Ca、
Hf、La、Ce、Nd、PrおよびSmのうち少なく
とも一種の元素を0.1〜20モル部の割合で含有させ
ることにより、共振周波数の温度係数をプラス側に移行
させることができる。これらの添加物の量を上記の範囲
に限定したのは、Y量が30モル部より多いか、または
Ti、Zr、Sn、Mn、Ca、Hf、La、Ce、N
d、PrおよびSmのうち少なくとも一種の元素量が2
0モル部よりも多いとQ値の低下が著しかったり、また
はYやCaなどは共振周波数の温度特性がプラス側に大
きくなりすぎるなどの問題が生じるためであり、Y、ま
たはTi、Zr、Sn、Mn、Ca、Hf、La、C
e、Nd、PrおよびSmのうち少なくとも一種の元素
量が0.1モル部よりも少ない場合には、これらの元素
の添加効果が殆どないからである。
【0013】また、本発明によれば、特に望ましい範囲
として、Q値を3000以上に維持するために、前記B
aO−MgO−WO3 系組成物100モル部に対して、
Yを添加する場合には0.1〜30モル部、Nd、L
a、Pr、Sm、Ceの添加の場合には0.1〜20モ
ル部、Caの場合には0.1〜15モル部、Ti、Sn
およびMnの場合には0.1〜10モル部の範囲でそれ
ぞれ添加すればよい。
【0014】さらに、共振周波数の温度係数τfを±3
0以内で制御し、Q値を3000以上とするには、Y,
Laの場合には0.1〜20モル部、Nd,Pr,Sm
の場合には0.1〜15モル部添加することが望まし
い。
【0015】また、前記BaO−MgO−WO3 系誘電
体組成物に対してFe,Cr,V,AlおよびSiの各
元素の存在は、共振周波数の温度係数をさらにマイナス
側に増大させる傾向があるため、本発明によれば、これ
らの金属元素量は、不純物も含め、総量でBaO−Mg
O−WO3 からなる主成分100モル部に対して、5モ
ル部以下となるように制御することが望ましい。
【0016】本発明に基づき磁器を作成する方法として
は、例えばBa,Mg,Wの酸化物あるいは焼成により
酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を主原料と
して準備し、また、Ti,Zr,Sn,Mn,Ca,H
f,La,Ce,Nd,Pr,SmおよびY等の酸化物
あるいは焼成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等
の金属塩を準備し、これらを前述した範囲になるように
秤量した後、充分に混合する。その後、混合物を900
〜1200℃で仮焼処理し、粉砕する。そして、この仮
焼粉末をプレス成形やドクターブレード法等の周知の成
形方法により所定の形状に成形する。
【0017】次に成形体を大気中等の酸化性雰囲気中で
1300〜1600℃で焼成することにより誘電体磁器
を得ることができる。
【0018】
【作用】本発明の誘電体磁器組成物では、BaO、Mg
O、WO3 のモル比およびY、またはTi、Zr、S
n、Mn、Ca、Hf、La、Ce、Nd、Prおよび
Smのうち少なくとも一種の元素の含有量を変化させる
ことにより、10GHzでのQ値が2500以上の高い
特性を有するとともに、共振周波数の温度係数をマイナ
ス側からプラス側の一定領域に自由に制御することが可
能となる。
【0019】例えば、BaO50モル%、MgO25モ
ル%、WO3 25モル%からなる磁器では、10GHz
の測定周波数で誘電率20、Q値12000と高い値を
示すが、共振周波数の温度係数τfが−30ppmとマ
イナス側に大きい。そこで、本発明に基づき、前述した
金属元素を含有せしめることにより温度係数τfを−3
0ppmからプラス側に制御することが可能となる。
【0020】
【実施例】原料として純度99%以上のBaCO3 、M
gCO3 ,WO3 およびのTi,Zr,Sn,Mn,C
a,Hf,La,Ce,Nd,Pr,Sm,Yの各金属
酸化物粉末を用いて、これらを表1〜表8に示す割合に
秤量し、これをゴムで内張りしたボールミルに水と共に
入れ、8時間湿式混合した。次いで、この混合物を脱
水、乾燥した後、1000℃で2時間仮焼し、当該仮焼
物をボールミルに水、有機バインダーを入れ8時間湿式
粉砕した。
【0021】その後、この粉砕物を乾燥した後、50番
メッシュの網を通して造粒し、得られた粉末を3000
kg/cm2 の圧力で10mmφ×5mmtの寸法から
なる円柱に成形した。更に、この円柱を1400〜16
00℃×6時間の条件で焼成して磁器試料を得た。
【0022】かくして得られた磁器試料について、周波
数10GHzにおける比誘電率(εr),Q値を誘電体
共振器法にて測定し、また25℃から85℃までの温度
範囲における共振周波数の温度変化を測定し、 τf=(f(85℃)−f(25℃))×106 / (f(25℃)×(8
5 ℃−25℃))(ppm/ ℃) から共振周波数の温度係数(τf)を計算した。ここ
で、f(85℃)は85℃における共振周波数、f(25℃)は
25℃における共振周波数である。
【0023】これらの結果を表1〜表8に示した。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】
【表4】
【0028】
【表5】
【0029】
【表6】
【0030】
【表7】
【0031】
【表8】
【0032】表1〜表8によれば、BaO、MgO、W
3 からなる主成分に対して、Y、またはTi、Zr、
Sn、Mn、Ca、Hf、La、Ce、Nd、Prおよ
びSmのうち少なくとも一種の元素を添加した本発明の
範囲内の試料は、何れも10GHzでのQ値が2500
以上の高い特性を有するとともに、共振周波数の温度係
数(τf)がマイナス側からプラス側に移行しており、
その添加量に応じて任意に制御することができることが
理解される。特に、Yを0.1〜30モル部添加した場
合、La、Ce、Nd、Pr、Smを0.1〜20モル
部添加した場合、Zrを0.1〜20モル部添加した場
合、Ti、Sn、Mnを0.1〜10モル部添加した場
合、Caを0.1〜15モル部添加した場合には、共振
周波数の温度係数(τf)がマイナス側からプラス側に
移行できるとともに、Q値を3000以上の高い値に維
持することができる。さらに、Y、Laを0.1〜20
モル部添加した場合、Nd、Pr、Smを0.1〜15
モル部添加した場合には、温度係数(τf)が±30p
pm/℃、Q値が3000以上の特性を得ることができ
る。
【0033】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、B
aO、MgO、WO3 からなる主成分に対して特定の金
属を所定の割合で配合することにより、10GHzでの
Q値が2500以上の高い特性を有するとともに、共振
周波数の温度係数(τf)をマイナス側からプラス側に
移行させることができ、温度係数を自由に制御すること
ができる。
【0034】これにより、マイクロ波やミリ波などの周
波数領域において使用される種々の共振器用材料やMI
C用誘電体基板材料等に充分適用することができる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属元素として少なくともBa、Mg、W
    を含有し、これらの金属元素のモル比で表された組成式
    をxBaO・yMgO・zWO3 と表した時、前記x、
    yおよびzが40≦x≦55、15≦y≦40、20≦
    z≦30(x+y+z=100)を満足する組成物10
    0モル部に対して、Yを0.1〜30モル部の割合で含
    有してなることを特徴とする高周波用誘電体磁器組成
    物。
  2. 【請求項2】金属元素として少なくともBa、Mg、W
    を含有し、これらの金属元素のモル比で表された組成式
    をxBaO・yMgO・zWO3 と表した時、前記x、
    yおよびzが40≦x≦55、15≦y≦40、20≦
    z≦30(x+y+z=100)を満足する組成物10
    0モル部に対して、Ti、Zr、Sn、Mn、Ca、H
    f、La、Ce、Nd、PrおよびSmのうち少なくと
    も一種の元素を0.1〜20モル部の割合で含有してな
    ることを特徴とする高周波用誘電体磁器組成物。
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