JP3961059B2 - マイクロ波誘電体磁器組成物 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はBa、Ti、Sm、Nd、La、Pr、BiおよびO2からなる主要組成にEu2O3を添加含有させて、ε=82.5〜92.5、Qf=6000〜7300GHz、
τf=10〜−20ppm/℃の特性を有し、誘電体共振器材料およびその周波数調整棒に使用できる誘電体磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ニューメディアの発達にともない電子技術分野において、小型化、デジタル化が急速に進められ、特に、衛星通信、自動車電話、携帯電話などのマイクロ波を用いた通信技術では、部品の小型化、高信頼性が高度に要求されている。
【０００３】
従来のマイクロ波回路では、空胴共振器や導波管がフィルターや伝送線路として用いられていたため、上記小型化、高信頼性の障害となっていた。すなわち、空胴共振器や導波管は、基本的には電波の伝搬媒体として空気あるいは真空の安定性を利用しているものであり、上記マイクロ波回路部分を小型化するには、空気あるいは真空の誘電率に比べて大きな誘電率を有し、かつ空気や真空と同様に温度などに対しては高安定性を有する伝搬媒体を利用すればよく、この場合、マイクロ波の伝搬波長は媒体中で、１／√（εｒ）（但しεｒ：比誘電率）となるため、共振波長も、１／√（εｒ）となり、小型化が達成できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のマイクロ波誘電体磁器組成物としては、ＢａＯ−ＴｉＯ2−Ｎｄ2Ｏ3−Ｂｉ2Ｏ3系セラミックス（特開昭５６−１０２００３号）、ＢａＯ−ＴｉＯ2−Ｓｍ2Ｏ3−ＣｅＯ2−Ｂｉ2Ｏ3系セラミックス（特開昭６２−１８７１６２号）が提案されているが、これらの材料はマイクロ波通信用誘電体としてはＱｆ値が４０００〜６５００と低く、またさまざまなキャビティーに対し、周波数の温度特性の調整が容易でない問題があった。
【０００５】
また、ＢａＯ−ＴｉＯ2−Ｌｎ2Ｏ3系セラミックス（但しＬｎ2Ｏ3はＮｄ2Ｏ3やＰｒ6Ｏ11のものにＣｒ2Ｏ3を添加）（特開平７−１６９３２６号）は、比誘電率（ε）は９１〜９３の値を有するが、Ｑ値が５７００〜６０００と低く、共振周波数の温度係数τｆも６〜９ｐｐｍ／℃であり、キャビティーの材質が鉄や銅などの共振周波数の温度係数の大きなフィルターには使用できない問題があった。
【０００６】
この発明は、従来のマイクロ波誘電体磁器組成物の問題を解消し、比誘電率（ε）特性にすぐれ、高いＱｆ値を有し、共振周波数の温度係数の調整が容易に実現でき、キャビティーの材質が鉄や銅などの共振周波数の温度係数の大きなフィルターに最適なマイクロ波誘電体磁器組成物の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、Ｑｆ値が高く温度特性の改善向上を図ったマイクロ波誘電体磁器組成物の提供を目的に、磁器組成物について種々研究した結果、ＢａＯ−ＴｉＯ2−Ｎｄ2Ｏ3−Ｓｍ2Ｏ3系セラミックスにおいて、Ｎｄ2Ｏ3の一部をＢｉ2Ｏ3と置換し、さらにＮｄ2Ｏ3の一部をＬｎ2Ｏ3（但しＬｎ＝Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ）と置換することにより、ε＝８８．５〜９２．５、Ｑｆ＝６０００〜７３００ＧＨｚ、τｆ＝３〜−１０ｐｐｍ／℃の特性が得られことを知見した。
【０００８】
さらに、前記の置換したＬｎ2Ｏ3の一部をＥｕ2Ｏ3と置換することにより、共振周波数の温度係数τｆを１０〜−２０ｐｐｍ／℃までに改善提供できることを知見し、さらに、前記材料を大気中で焼結してもよいが、酸素８０％以上含有の雰囲気で焼結することにより、前記Ｑｆ値やτｆ値の良好な特性を備えた上で、周波数の温度特性εが８２．５〜９２．５に向上することを知見し、この発明を完成した。
【０００９】
すなわち、この発明は、組成式が、
Ba6-3x・{Sm1-y・(Nd1-w-vEuwLnv)y-zBiz}8+2x・Ti18O54 (但しLn=La,Pr)で表され、組成式のx、y、z、w、v値が下記値を満足することを特徴とするマイクロ波誘電体磁器組成物である。
0.5<x<0.8、0.3<y<0.5、0<z<0.4、0<w≦1、0<v≦1
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明における組成の限定理由を説明する。組成式が、
Ｂａ6-3x・｛Ｓｍ1-y・（Ｎｄ1-w-vＥｕwＬｎv）y-zＢｉz｝8+2x・Ｔｉ18Ｏ54の誘電体磁器組成物において、ｘが０．５未満では誘電体のＱ値が低下し、又０．８を越えると誘電率が低下するので好ましくない。また、ｙが０．３未満では誘電率の低下を招来し、０．５を越えるとＱ値の低下するので好ましくない。さらに、ｚが０．４を越えるとＱ値が著しく低下するため好ましくない。
【００１１】
また、前記組成式において、v が0の場合は誘電率が低くなり、更に温度特性が負になるため、Eu添加によっても温度特性をコントロールすることができないため、w、vが共に0を超え 1 以下であることが好ましい。
【００１２】
この発明の誘電体磁器組成物の特性はε＝８２．５〜９２．５、周波数の温度特性は１０〜−２０ｐｐｍ／℃間で連続して変えることができ、これによりさまざまな材質及び大きさの共振キャビティーに良好な電気特性を供給することができる。
【0013】
【実施例】
実施例1
粒度1μm以下のBaO、Sm2O3 、Nd2O3 、Eu2O3 、La2O3 、Bi2O3 、TiO2粉末を、Ba6-3x・{Sm1-y・(Nd1-w-vEuwLnv)y-zBiz}8+2x・Ti18O54組成式で、x=0.7、y=0.4、z=0.1、v=(0.45、0.4、0.35、0.3、0.25、0)、w=(0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.5)となる如く、配合混合後、加圧力1.5T/cm2にて成形後、空気中及び100%O2雰囲気中で1370℃にて3時間焼結して、誘電体セラミックスを作成し、4.7GHz帯の共振器として、表1に示す特性を得た。なお、 V=0 の組成例は参考例である。
【００１５】
実施例2
粒度1μm以下のBaO、Sm2O3 、Nd2O3 、Eu2O3 、Pr2O11 、Bi2O3 、TiO2粉末を、実施例1と同一の組成式で、x=0.7、y=0.4、z=0.1、v=(0.45、0.4、0.35、0.3、0)、w=(0.05、0.1、0.15、0.2、0.5)となる如く、配合混合後、実施例1と同一の製造条件にて誘電体セラミックスを作成し、4.7GHz帯の共振器として、表2に示す特性を得た。なお、 V=0 の組成例は参考例である。
【００１６】
比較例
粒度１μｍ以下のＢａＯ、Ｓｍ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2粉末をＢａ6-3x・｛Ｓｍ1-y・（Ｎｄ1-w-vＥｕwＬｎv）y-zＢｉz｝8+2x・Ｔｉ18Ｏ54組成式においてｘ＝０．７、ｙ＝０．４、ｚ＝０．１、ｖ＝０、ｗ＝０の組成になる如く配合混合した後、実施例と同一条件にて製造して得られた誘電体セラミックスを作成し、実施例と同一の共振器を用いて特性を調査して、表１に表す。又、前記組成式において、ｘ＝０．７、ｙ＝０．４、ｚ＝０、ｖ＝１、Ｌｎ＝Ｌａの組成の誘電体セラミックスを実施例と同一条件にて作成し、その特性を表１に表す。
【００１７】
【表１】
【００１９】
【表２】
【0020】
【発明の効果】
BaO-TiO2-Nd2O3-Sm2O3系セラミックスにおいて、Nd2O3の一部をBi2O3と置換し、さらにNd2O3の一部をLn2O3(但しLn=La,Ce,Pr)と置換することにより、ε=88.5〜92.5、Qf=6000〜7300GHz、τf=3〜−10ppm/℃の特性が得られた。さらに前記の置換したLn2O3の一部をEu2O3と置換することにより、ε=82.5〜92.5、Qf=6000〜7300GHz、τf=10〜−20ppm/℃までに改善でき、これにより種々の材質および大きさの共振キャビティーに良好な電気特性を供給することができる。
【発明の属する技術分野】
この発明はBa、Ti、Sm、Nd、La、Pr、BiおよびO2からなる主要組成にEu2O3を添加含有させて、ε=82.5〜92.5、Qf=6000〜7300GHz、
τf=10〜−20ppm/℃の特性を有し、誘電体共振器材料およびその周波数調整棒に使用できる誘電体磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ニューメディアの発達にともない電子技術分野において、小型化、デジタル化が急速に進められ、特に、衛星通信、自動車電話、携帯電話などのマイクロ波を用いた通信技術では、部品の小型化、高信頼性が高度に要求されている。
【０００３】
従来のマイクロ波回路では、空胴共振器や導波管がフィルターや伝送線路として用いられていたため、上記小型化、高信頼性の障害となっていた。すなわち、空胴共振器や導波管は、基本的には電波の伝搬媒体として空気あるいは真空の安定性を利用しているものであり、上記マイクロ波回路部分を小型化するには、空気あるいは真空の誘電率に比べて大きな誘電率を有し、かつ空気や真空と同様に温度などに対しては高安定性を有する伝搬媒体を利用すればよく、この場合、マイクロ波の伝搬波長は媒体中で、１／√（εｒ）（但しεｒ：比誘電率）となるため、共振波長も、１／√（εｒ）となり、小型化が達成できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のマイクロ波誘電体磁器組成物としては、ＢａＯ−ＴｉＯ2−Ｎｄ2Ｏ3−Ｂｉ2Ｏ3系セラミックス（特開昭５６−１０２００３号）、ＢａＯ−ＴｉＯ2−Ｓｍ2Ｏ3−ＣｅＯ2−Ｂｉ2Ｏ3系セラミックス（特開昭６２−１８７１６２号）が提案されているが、これらの材料はマイクロ波通信用誘電体としてはＱｆ値が４０００〜６５００と低く、またさまざまなキャビティーに対し、周波数の温度特性の調整が容易でない問題があった。
【０００５】
また、ＢａＯ−ＴｉＯ2−Ｌｎ2Ｏ3系セラミックス（但しＬｎ2Ｏ3はＮｄ2Ｏ3やＰｒ6Ｏ11のものにＣｒ2Ｏ3を添加）（特開平７−１６９３２６号）は、比誘電率（ε）は９１〜９３の値を有するが、Ｑ値が５７００〜６０００と低く、共振周波数の温度係数τｆも６〜９ｐｐｍ／℃であり、キャビティーの材質が鉄や銅などの共振周波数の温度係数の大きなフィルターには使用できない問題があった。
【０００６】
この発明は、従来のマイクロ波誘電体磁器組成物の問題を解消し、比誘電率（ε）特性にすぐれ、高いＱｆ値を有し、共振周波数の温度係数の調整が容易に実現でき、キャビティーの材質が鉄や銅などの共振周波数の温度係数の大きなフィルターに最適なマイクロ波誘電体磁器組成物の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、Ｑｆ値が高く温度特性の改善向上を図ったマイクロ波誘電体磁器組成物の提供を目的に、磁器組成物について種々研究した結果、ＢａＯ−ＴｉＯ2−Ｎｄ2Ｏ3−Ｓｍ2Ｏ3系セラミックスにおいて、Ｎｄ2Ｏ3の一部をＢｉ2Ｏ3と置換し、さらにＮｄ2Ｏ3の一部をＬｎ2Ｏ3（但しＬｎ＝Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ）と置換することにより、ε＝８８．５〜９２．５、Ｑｆ＝６０００〜７３００ＧＨｚ、τｆ＝３〜−１０ｐｐｍ／℃の特性が得られことを知見した。
【０００８】
さらに、前記の置換したＬｎ2Ｏ3の一部をＥｕ2Ｏ3と置換することにより、共振周波数の温度係数τｆを１０〜−２０ｐｐｍ／℃までに改善提供できることを知見し、さらに、前記材料を大気中で焼結してもよいが、酸素８０％以上含有の雰囲気で焼結することにより、前記Ｑｆ値やτｆ値の良好な特性を備えた上で、周波数の温度特性εが８２．５〜９２．５に向上することを知見し、この発明を完成した。
【０００９】
すなわち、この発明は、組成式が、
Ba6-3x・{Sm1-y・(Nd1-w-vEuwLnv)y-zBiz}8+2x・Ti18O54 (但しLn=La,Pr)で表され、組成式のx、y、z、w、v値が下記値を満足することを特徴とするマイクロ波誘電体磁器組成物である。
0.5<x<0.8、0.3<y<0.5、0<z<0.4、0<w≦1、0<v≦1
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明における組成の限定理由を説明する。組成式が、
Ｂａ6-3x・｛Ｓｍ1-y・（Ｎｄ1-w-vＥｕwＬｎv）y-zＢｉz｝8+2x・Ｔｉ18Ｏ54の誘電体磁器組成物において、ｘが０．５未満では誘電体のＱ値が低下し、又０．８を越えると誘電率が低下するので好ましくない。また、ｙが０．３未満では誘電率の低下を招来し、０．５を越えるとＱ値の低下するので好ましくない。さらに、ｚが０．４を越えるとＱ値が著しく低下するため好ましくない。
【００１１】
また、前記組成式において、v が0の場合は誘電率が低くなり、更に温度特性が負になるため、Eu添加によっても温度特性をコントロールすることができないため、w、vが共に0を超え 1 以下であることが好ましい。
【００１２】
この発明の誘電体磁器組成物の特性はε＝８２．５〜９２．５、周波数の温度特性は１０〜−２０ｐｐｍ／℃間で連続して変えることができ、これによりさまざまな材質及び大きさの共振キャビティーに良好な電気特性を供給することができる。
【0013】
【実施例】
実施例1
粒度1μm以下のBaO、Sm2O3 、Nd2O3 、Eu2O3 、La2O3 、Bi2O3 、TiO2粉末を、Ba6-3x・{Sm1-y・(Nd1-w-vEuwLnv)y-zBiz}8+2x・Ti18O54組成式で、x=0.7、y=0.4、z=0.1、v=(0.45、0.4、0.35、0.3、0.25、0)、w=(0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.5)となる如く、配合混合後、加圧力1.5T/cm2にて成形後、空気中及び100%O2雰囲気中で1370℃にて3時間焼結して、誘電体セラミックスを作成し、4.7GHz帯の共振器として、表1に示す特性を得た。なお、 V=0 の組成例は参考例である。
【００１５】
実施例2
粒度1μm以下のBaO、Sm2O3 、Nd2O3 、Eu2O3 、Pr2O11 、Bi2O3 、TiO2粉末を、実施例1と同一の組成式で、x=0.7、y=0.4、z=0.1、v=(0.45、0.4、0.35、0.3、0)、w=(0.05、0.1、0.15、0.2、0.5)となる如く、配合混合後、実施例1と同一の製造条件にて誘電体セラミックスを作成し、4.7GHz帯の共振器として、表2に示す特性を得た。なお、 V=0 の組成例は参考例である。
【００１６】
比較例
粒度１μｍ以下のＢａＯ、Ｓｍ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2粉末をＢａ6-3x・｛Ｓｍ1-y・（Ｎｄ1-w-vＥｕwＬｎv）y-zＢｉz｝8+2x・Ｔｉ18Ｏ54組成式においてｘ＝０．７、ｙ＝０．４、ｚ＝０．１、ｖ＝０、ｗ＝０の組成になる如く配合混合した後、実施例と同一条件にて製造して得られた誘電体セラミックスを作成し、実施例と同一の共振器を用いて特性を調査して、表１に表す。又、前記組成式において、ｘ＝０．７、ｙ＝０．４、ｚ＝０、ｖ＝１、Ｌｎ＝Ｌａの組成の誘電体セラミックスを実施例と同一条件にて作成し、その特性を表１に表す。
【００１７】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
BaO-TiO2-Nd2O3-Sm2O3系セラミックスにおいて、Nd2O3の一部をBi2O3と置換し、さらにNd2O3の一部をLn2O3(但しLn=La,Ce,Pr)と置換することにより、ε=88.5〜92.5、Qf=6000〜7300GHz、τf=3〜−10ppm/℃の特性が得られた。さらに前記の置換したLn2O3の一部をEu2O3と置換することにより、ε=82.5〜92.5、Qf=6000〜7300GHz、τf=10〜−20ppm/℃までに改善でき、これにより種々の材質および大きさの共振キャビティーに良好な電気特性を供給することができる。
Claims (1)
- 組成式が、
Ba6-3x・{Sm1-y・(Nd1-w-vEuwLnv)y-zBiz}8+2x・Ti18O54 (但しLn=La,Pr)で表され、組成式のx、y、z、w、v値が下記値を満足することを特徴とするマイクロ波誘電体磁器組成物。
0.5<x<0.8、0.3<y<0.5、0<z<0.4、0<w≦1、0<v≦1
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04970897A JP3961059B2 (ja) | 1996-11-07 | 1997-02-17 | マイクロ波誘電体磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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