JPH0412404A

JPH0412404A - マイクロ波用誘電体磁器組成物

Info

Publication number: JPH0412404A
Application number: JP2114123A
Authority: JP
Inventors: Hideki Utaki; 卯滝　秀樹; Toyomi Nishi; 西　登代美; Nobuyoshi Fujikawa; 信儀藤川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1992-01-17
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JP2821705B2; EP0454172B1; DE69123779D1; DE69123779T2; US5198395A; EP0454172A1

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、マイクロ波領域での共振器や回路基板材料と
して適した新規な誘電体磁器組成物に関する。

（従来技術）近年、自動車電話、コードレステレホン、パーソナル無
線機、衛星放送受信機の実用化に伴うマイクロ波回路の
ＩＣ化への発展、ガン発振器の利用範囲の拡大、ガリウ
ムヒ素電界効果型トランジスタ使用の発振器への応用な
どマイクロ波領域での誘電体磁器が広く使用されている
。

このようなマイクロ波用誘電体磁器は主に共振器に用い
られるが、そこに要求される特性として（１）誘電体中
では波長がｌ／εｒ１″に短縮されるので、小型化の要
求に対して比誘電率が大きいこと、（２）高周波での誘
電損失が小さいこと（Ｑ　４ｔｉが大きいこと）（３）
共振周波数の温度に対する変化が小さいこと、即ち、比
誘電率の温度依存性が小さく且つ安定であること、以上
の３特性が主として挙げられる。

従来、この種の誘電体磁器としては、例えば、ＢａＱ−
Ｔｉｅ、系材料、Ｂａ　０−ＲＥＯ−Ｔ　ｉ０２　　（
但し、ＲＥＯは希土類元素酸化物、以下同様）系材料、
Ｂサイトを複数の元素で構成する複合ペロブスカイト系
材料及びＭｇＴｉＯ３−ＣａＴ　ｒ　０３系材料などが
知られている。

（発明が解決しようとする問題点）しかし乍ら、ＢａＯＴｉＯ□系材料では比誘電率εｒが
３８〜４０と高く、また誘電損失ｔａｎδは２．０Ｘ１
０〜４と小さいが、単一相では共振周波数の温度依存性
τｆがゼロのものが得難く、組成変化に対する比誘電率
及び比誘電率の温度依存性の変化も大きいため、高い比
誘電率、低い誘電損失を維持したまま共振周波数の温度
係数τｆを安定に小さく制御することが困難であ勢子る
。

また、ＢａＯＲＥＯＴｉＣｈ系材料についてはＢａＯＮ
ｄ２０３　　ＴｉＯｚ系あるいはＢａＯＳｍｚＯ３Ｔｉ
Ｏ２系等が知うレテイルカ、これらの系では誘電率εｒ
が４０〜６０と非常に高く、また共振周波数の温度係数
τｆがゼロのものも得られているがＱ値が２０００以下
と小さく、誘電損失ｔａｎδも５．０ＸＩＯ−’以上と
大きい。

また、複合ペロプスカイト系材料はＢａ（Ｚｎ＋ｚｓＴ
　ａ　２／３　）　０３に代表されるようにその誘電特
性は非常に優れているもののＮｂｚ　Ｏｓ　、Ｔａ２０
５といった高価な材料を多量に用いるために材料コスト
が大きくなるという問題があった。さらにＭｇＴｉＯ３
−ＣａＴｉＯ３系ではＱ値が５０００以上と大きく、共
振周波数の温度係数τｆがゼロのものも得られているが
誘電率が１６〜２５と小さい。

このように、上記の何れの材料においても高周波用誘電
体材料に要求される前記３特性を共に充分には満足して
いない。

（発明の目的）本発明は、上記の問題点を解決し、適正な誘電率を有す
るとともに、Ｑ値が大きく、共振周波数の温度依存性が
小さいマイクロ波用誘電体磁器組成物を提供するもので
、具体的には誘電率２２以上、Ｑ値１０００以上、ｒｆ
±１７０ｐｐｍ／”Ｃ以内の特性を有する誘電体磁器組
成物を提供するにある。

（問題点を解決するための手段）本発明者等は、上記の点に対して検討を重ねた結果、Ｍ
ｇＯ１Ｌａ２０ｘ　、ＴｉＯｚからなりこれらを特定の
範囲に調整するとともに、この組成にさらにＭｎＯ２を
添加することによって、上記目的が達成されることを知
見した。

即ち、本発明の誘電体磁器組成物は、ＭｇＯ１Ｌａｚ　
０３　、ＴｉＯｚを主成分として、これらのモル比をそ
れぞれＸ％）’％Ｚと表した時、第１図に示すＭｇＯ−
Ｌａ２０３−Ｔｉｅ２３元図において下記点ｘ　　　　　　　　ｙ　　　　　　ｚａ　　　　３５．５　　　０．５　　　６４．０ｂ　　
　　１６，０　　　１６．０　　　６Ｂ、Ｏｃ　　　　
　１．０　　　２０．０　　　７９．Ｏｄ　　　　　Ｏ
，５１４，５８５，０ｅ　　　　２７．５　　　０．５　　　７２．０ａ−ｂ
−ｃ−ｄ−ｅ−ａで囲まれる範囲に調製することを特徴
とするもので、さらにこの系に対して０．０１〜３．０
重量％のＭｎＯ２を添加することにより特性の改善を図
ることを特徴とするものである。

本発明の誘電体磁器組成物は、前述の通りＭｇＯ１Ｌａ
２０３、Ｔｉｅ２を主成分として構成されるものである
が、これらの組成を上記の範囲に限定した理由は、Ｔｉ
Ｏｚが点ａ−ｅ−ｄラインを境にして少ない領域ではＱ
値が１０００を下回り、点ｃ−ｄラインを境にしてＬａ
２Ｏ３が多い領域では焼結性が悪く、また点ｂ−ｃライ
ンを境にしてＴ　ｉ　０２が多い領域ではτｆが１７０
ｐｐｍ　／　”Ｃより大きくなり、さらに点ａ−ｂライ
ンを境にしてＭｇＯが多い領域では焼結性が悪い等の問
題がある。一方、上記ＭｇＯＬａｚＯ３ＴｉＯ２に対し
てＭｎＯ□を添加することにより特に系のＱ値を高める
ことができるが、ＭｎＯ□量が０．０１重量％以下では
その効果は顕著でなく、逆に４．０重量％を越えると比
誘電率が低下し好ましくない。

また、本発明の組成物によれば、特に第１図の３元図に
おいて点ｆ−ｇ−ｈ−ｉ−ｊ−に−ｆで囲まれる範囲に
設定することにより、さらに優れた特性を得ることがで
き、さらにＭｎＯ□は０．１〜１．０重量％の割合で添
加することが望ましい。

本発明において磁器を製造する場合は、磁器を構成する
金属の酸化物、即ちＭｇＯ１Ｌａ２０．、ＴｉＯ２並び
にＭｎＯ２の各粉末、あるいは焼成によって酸化物を生
成しうる、例えば炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等の化合物を
用いて秤量混合後、所望により９５０〜１１５０°Ｃで
仮焼する。次にこの混合粉末あるいは仮焼粉末を公知の
成形方法で成形し、焼成する。焼成は１２５０〜１４０
０°Ｃの大気中で行うことができる。

こうして得られる誘電体磁器には、Ｔ　ｉ　Ｏ２、Ｌａ
ａＴｉｑＯｚａ、ＭｇＴ　ｉｚ　Ｏｓ　、Ｌａｏ、６６
Ｔｉｏｚ、ｑｑｚ　、Ｌａｚ　Ｔｉ２０７の５つの結晶
相のうち少なくともｌ相を含む結晶が生成されるが、こ
れらの結晶相のうちＬａ４ＴｉｑＯｚａ、ＭｇＴｉ２Ｏ
５あるいはＬ　ａ　Ｏ，６６Ｔ　ｉ　０２．９９３が主
結晶相として存在することが望ましく、特にＬａ４Ｔｉ
ｇＯ□４とＭｇＴｉ２０．が共存して主結晶相を構成す
ることが望ましい。

以下、本発明を次の例で説明する。

（実施例１）原料としてＭｇＯ１Ｌ　ａ　ｚ　Ｏ３、Ｔ　１０　ｚ並
びにＭｎＣ０，の各粉末を第１表の割合で秤量し、純水
を加えボールミルで２０時間混合した。このスラリーを
乾燥後、１１００°Ｃで２時間仮焼した。

その後、仮焼した混合粉末を再度ボールミルで２Ｏ時間
粉砕しスラリーを乾燥した。得られた乾燥粉末に約１重
量％のバインダーを加えて調製し約１ｔｏｎ／ｃｍ２の
圧力で成形し、１２５０〜１４００°Ｃで２時間空気中
で焼成し、１４ｍｍφ×７ｍｍｔ程度の円柱状試料を作
成した。

この試料を用いて誘電体円柱共振器法により共振周波数
（ｆ）３．５〜６．０　Ｇ　Ｈｚにおいて誘電率εｒ、
Ｑ値、τｆを測定した。なお、Ｑ値はＱ×ｆ＝一定に基
づき５ＧＨｚに換算した。τｆは、−４０〜＋８５°Ｃ
の範囲で測定し、２５°Ｃの共振周波数を基準として算
出した。

結果は第１表に示した。

第１表（以下余白）第表（つづき）第表（つづき）＊印は本発明の範囲外の試料を示す。

第１表から明らかなように、本発明に従い組成点ａ　−
ｂ’　−ｃ　−ｄ　−ｅ　−ａで囲まれた範囲の組成か
らなる磁器は、いずれも比誘電率が２０以上、Ｑ値が１
０００以上、ｒｆがＯ＋１７０ｐｐｍの範囲の誘電特性
が得られることがわかった。

また、第１図中、ｆ−ｇ−ｈ　−ｉ　−ｊ−ｋ　−ｆで
囲まれる範囲の組成では、比誘電率が２２以上、Ｑ値が
２０００以上、ｒｆが０±３０ｐｐｍの範囲の優れた誘
電特性が得られた。

（実施例２）Ｍ　ｇ　Ｏ１５，５モル％、ＬａｚＯｚ１２モル％、Ｔ
ｉＣｈ７２．５モル％からなる組成に対してＭｎＯ２を
第２表に示す量で添加し実施例１と同様な特性の評価を
行った。

結果は第２表に示した。

さらに第１表の各試料についてＭｎ０ｚを０．２重量％
添加し同様に特性の評価を行った。その結果は第３表に
示した。

第表＊印は本発明の範囲外の試料を示す。

（以下余白）第表（つづき）＊印は本発明の範囲外の試料を示す。

第表（つづき）第２表および第３表によれば、ＭｎＯ２を０．０１重量
％添加することによってＱ値の向上が確認され、０．２
重量％の添加によってＱ値が無添加に比較して約２倍向
上することがわかった。しかし、４重量％を越えると比
誘電率の低下が著しいことがわかる。また、ＭｎＯ２は
０．１〜１重量％が特に好ましい。

（実施例３）第１表の試料Ｎｏ、２．’３，４，１０．１７．１９゜
２４．２９，３０，３１．３２．３Ｂ、４０，４２．４
５．５２について粉末ＸｖＡ回折法によって磁器を構成
する結晶相を調べ、結果を第４表に示した。

（以下余白）第表＊印は本発明の範囲外の試料を示す。

第４表から、本発明の構成からなる誘電体磁器はＴ　ｉ
０２　、Ｌａａ　Ｔ　ｉｔ　Ｏｚａ、Ｍ　ｇ　Ｔ　ｉ　
ｚ　Ｏｓ、Ｌ　ａ６．ｂｂＴ　ｉ　Ｏｚ、ｑｑｚ　、Ｌ
　ａ２　Ｔ　ｉ　２０７の５種の結晶相のうち少なくと
も１種を含む混合形態をとっていることがわかる。傾向
としてＬａ２Ｏ２の添加量が多いとＬａ２Ｔｉ２０ｔが
主結晶相として析出するが、この結晶はそれ自体Ｑ値が
小さいために磁器として大きなＱ値と得ることができな
い。よってＬａ２Ｏ３の量を少なくしそれ自体高いＱ値
を有するＬａ４Ｔ　ｉ、０２４、Ｌａｏ、６ｉＴｉｃｈ
、ｖｖｚあるいはＭｇＴ　ｉ２０５を主結晶相とするこ
とにより高いＱ値が得られる。また、ＭｇＴｉ２Ｏ５は
それ自体小さいτｒを有する結晶相であり、本発明の組
成系の特性を発揮させるためには不可欠な結晶相である
。逆に、ＴｉＯ２はτｆを増加せしめるが、微量であれ
ば問題なく、本発明の組成範囲においては微量に検出さ
れるがτｆにはほとんど影響ないものである。

（発明の効果）以上詳述した通り、本発明の誘電体磁器組成物は、Ｍｇ
Ｏ−Ｌａ２０．−ＴｉＯ２系組成系においてそれらの組
成を特定の範囲に限定することによって、高周波域にお
いてτｆが小さく、Ｑ値の大きい誘電特性が得られ、こ
の３成分の組成比を範囲内で変更することにより比誘電
率およびτｆを自由に変更することができる。

よって、本発明の誘電体磁器組成物はマイクロ波帯域内
等の高周波域対応の共振器や回路基板材料としての用途
に十分供しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の誘電体磁器組成物の組成範囲を示す
ＭｇＯＬａ２Ｏ３ＴｉＯｚ系３元図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）成分がＭｇＯ、Ｌａ＿２Ｏ＿３およびＴｉＯ＿２
からなり、これらの成分をモル比でｘＭｇＯ・ｙＬａ＿２Ｏ＿３・ｚＴｉＯ＿２と表した時
、ｘ、ｙ、ｚが第１図中、点ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ａで
囲まれる範囲内にあることを特徴とする誘電体磁器組成
物。 ▲数式、化学式、表等があります▼
（２）成分がＭｇＯ、Ｌａ＿２Ｏ＿３およびＴｉＯ＿２
からなり、これらの成分をモル比でｘＭｇＯ・ｙＬａ＿２Ｏ＿３・ｚＴｉＯ＿２と表した時
、ｘ、ｙ、ｚが第１図中、点ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ａで
囲まれる範囲内にある主成分に対してＭｎＯ＿２を０．
０１〜３．０重量％含有することを特徴とする誘電体磁
器組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼