JPH06203629A - 誘電体磁器組成物及びその製造方法 - Google Patents

誘電体磁器組成物及びその製造方法

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JPH06203629A
JPH06203629A JP155693A JP155693A JPH06203629A JP H06203629 A JPH06203629 A JP H06203629A JP 155693 A JP155693 A JP 155693A JP 155693 A JP155693 A JP 155693A JP H06203629 A JPH06203629 A JP H06203629A
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JP
Japan
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temperature
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dielectric
firing
dielectric ceramic
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Application number
JP155693A
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English (en)
Inventor
Yoshio Tsukiyama
良男 築山
Akihiro Koga
明宏 古賀
Yutaka Ariake
裕 有明
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 組成式がBaO・aTiO2 (4.0≦a≦
5.0)で示される主成分100重量部に対し、B化合
物がB23 換算で0.1重量部以上〜1.0重量部以
下の割合で添加されている誘電体磁器組成物。 【効果】 低温焼成によっても優れたマイクロ波特性を
得ることができる。したがって、主にマイクロ波帯域に
おいて使用されるレゾネータ、フィルタ、コンデンサ及
び回路基板等に利用することができる。また、970 〜11
00℃の低い温度で焼成することができるため、内部電極
としてAu等を用いて同時焼成することができるため、
高周波用共振器及びフィルタ等を大幅に小形化すること
ができる。さらに、焼成温度を300 〜 400℃も低くする
ことができるため、製造コストを大幅に削減することも
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は誘電体磁器組成物に関
し、より詳細には主にマイクロ波帯域において使用され
るレゾネータ、フィルタ、コンデンサ及び回路基板等を
構成する高周波用誘電体磁器組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高周波用誘電体磁器は自動車電
話、携帯電話、コードレス電話等の無線通信機に使用さ
れる空中線共用器(デュプレクサー)、電圧制御発振器
等に使用される共振器、あるいはCATV用チューナに
使用されるフィルタ等に多く用いられている。ところ
で、このような共振器等においては、高誘電率材料を使
用することにより、高周波の波長を真空中のεr -1/2
(εr:比誘電率)の長さに短縮し、かかる周波数におけ
る1波長、1/2波長、あるいは1/4波長のマイクロ
波を高周波誘電体磁器の中に閉じこめ、所定の作用効果
が得られるように小形に構成されたものが一般的に知ら
れている。
【0003】前記高周波用誘電体磁器に要求される特性
としては、(1)誘電体中では電磁波の波長がεr -1/2
に短縮され、同じ共振周波数ならば比誘電率が大きいほ
ど小形化できるため、可能な限り比誘電率が大であるこ
と、(2)高周波帯域での誘電損失が小さいこと、すな
わちQ値が大きいこと、(3)温度変化による共振周波
数の変化率が少ないこと、すなわち比誘電率の温度依存
性が小さく安定していること、の3特性が挙げられる。
【0004】また、現在主として用いられているマイク
ロ波帯域は、民生用機器では1GHz前後であるが、情報
量の増大による周波数帯域の不足から、より高い周波数
帯域(1〜数GHz )でも利用できるマイクロ波部品が必
要となってきている。したがって、該マイクロ波部品を
構成する誘電体磁器組成物としては、マイクロ波の損失
をできる限り少なくするため、特にQ値の大きい材料が
求められている。
【0005】従来、前記誘電体磁器組成物としては、B
aO−TiO2 系、MgTiO3 −CaTiO3 系及び
ZrO2 −SnO2 −TiO2 系のものが知られてい
る。
【0006】これらの中でもBaO−TiO2 系のもの
は、比較的比誘電率が高く、Q値が大きく、しかも共振
周波数の温度係数を任意にコントロールできるという特
性を有しているため、多く使用されている。
【0007】しかしながら、前記BaO−TiO2 系の
場合、その特性を十分発揮させるには、通常1400℃
以上の高温で、しかも4〜12時間の長時間焼成する必
要がある。このような長時間の高温焼成は、電気炉にお
ける使用電力量の増大をもたらすうえ、発熱体や炉本体
の甚だしい損耗を招来する。このため、製造コストが高
いという欠点を有している。
【0008】これに対して、前記BaO−TiO2 系の
ものに酸化ニオブ及びケイ酸粉末を添加したものを原料
とした低温焼成法が提案されている(特開昭61−21
966号公報)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、誘電体共振
器やフィルタ等の小形化を図るため、誘電体グリーンシ
ートに内部電極ペーストを印刷してそれらを積層し、そ
の後前記内部電極ぺーストと前記誘電体グリーンシート
を同時に焼結させ、この焼結体に外部電極を形成した、
いわゆる積層型の誘電体共振器やフィルタを作製し、内
部導体形状をいろいろな形状に設計し、前記焼結体の大
きさを共振波長に比べて大幅に小さくすることが考えら
れている。
【0010】また、一般にマイクロ波帯域における共振
器等においては、電極としてAu、Ag、Cu及びAl
等の低抵抗の金属を使用することが必要であるため、同
時焼結させるにはそれらの金属の融点よりも低い温度で
焼結する組成物が必要となる。
【0011】しかしながら、これらの金属の融点はAu
が1063℃、Agが960℃、Cuが1083℃、A
lが660℃と低く、しかも従来の高周波用誘電体磁器
は1300〜1500℃の高温で焼結するため、これらの金属を
内部電極材料として採用することができないという課題
があった。
【0012】また、これらの金属を用いることができる
温度での焼成では、十分なマイクロ波特性を有する誘電
体磁器組成物が得られないという課題があった。
【0013】さらに、上記公報記載の低温焼成法にあっ
ても、焼成温度は70℃前後下がり、しかも誘電体磁器
組成物のマイクロ波特性は劣化しないものの、焼成温度
は1270℃以上と高く、低温化が十分ではなく、この
ため製造コストも依然として高いという課題があった。
【0014】本発明は上記した課題に鑑み発明されたも
のであり、しかもこれらの課題を同時に解決できるもの
であって、焼成温度が低く、電極との同時焼成が可能
で、しかも比誘電率が高く、fQ値が大きく、すなわち
誘電損失が少なく、共振周波数の温度係数が小さく安定
的である等の優れたマイクロ波特性を有する誘電体磁器
組成物及びその製造方法を提供することを目的としてい
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題に
対して研究を重ねた結果、BaO、TiO2 からなる系
にB23 を含有させることによって、さらにこの原料
を酸素雰囲気中で焼結させることによって、Au等を内
部電極として使用できるような 970〜1100℃前後での低
温焼成が可能であり、また低温焼成によっても高い比誘
電率及び大きいfQ値を有し、共振周波数の温度係数が
小さい等の優れた特性を有する誘電体磁器組成物が得ら
れることを知見し、 本発明を完成するに至った。
【0016】すなわち、本発明に係る誘電体磁器組成物
は、組成式が BaO・aTiO2 (4.0≦a≦5.0) で示される主成分100重量部に対し、B化合物がB2
3 換算で0.1重量部以上〜1.0重量部以下の割合
で添加されていることを特徴としている。
【0017】また、本発明に係る誘電体磁器組成物の製
造方法は、酸素雰囲気中で焼結させることを特徴として
いる。
【0018】なお、ここで「酸素雰囲気中」とは、空気
中及び空気中よりも酸素を多く含んだ酸素混合ガス雰囲
気中をいう。
【0019】
【作用】本発明に係る誘電体磁器組成物によれば、組成
式がBaO・aTiO2 (4.0≦a≦5.0)で示さ
れる主成分100重量部に対し、B化合物がB23
算で0.1重量部以上〜1.0重量部以下の割合で添加
され、比誘電率が高く、fQ値が高く、すなわち誘電損
失が小さく、共振周波数の温度係数が小さく安定するこ
ととなる。また、焼成温度が300 〜 400℃も低くなり、
このため製造コストが大幅に削減される。
【0020】また、970 〜1100℃で焼成されるため、内
部電極としてAu等の抵抗の小さい金属を用いて同時に
焼結させることが可能となり、したがって積層すること
によって高周波用共振器、フィルタ等を大幅に小形化す
ることが可能となる。
【0021】ここで、BaO−TiO2 系のものにB化
合物を加えたのは低温焼成を可能にするためである。B
23 が主成分に対して0.1重量部未満では焼成温度
が十分下がらず、焼成が非常に困難となる。一方、1.
0重量部より多くなるとfQ値が小さくなって誘電損失
が大きくなる。また、a<4.0の場合はfQ値が小さ
くなって誘電損失が大きくなり、a>5.0の場合には
TiO2 が析出するとともに共振周波数の温度係数がプ
ラス側に大きくなる。
【0022】したがって、目的の誘電体磁器組成物を得
るには、各成分を上記の範囲内にするのが望ましい。
【0023】また、酸素雰囲気中の酸素の割合を多くし
て焼結させると、より一層低温での焼成が可能となり、
組成物の緻密性が増すため、比誘電率も大きくなる。
【0024】
【実施例及び比較例】以下、本発明に係る誘電体磁器組
成物及びその製造方法の実施例及び比較例を説明する。
まず、高純度のBaCO3 、TiO2 、B23 を原料
として用い、前記a及び前記B23 を下記の表1に示
した比率で変化するようにそれぞれを秤量し、ポットミ
ルで湿式混合した。この混合物を乾燥させた後、900
℃で1〜3時間仮焼した。さらに、この仮焼物をポット
ミルで湿式粉砕し、このスラリーを乾燥させ、その後適
量の有機バインダ(PVA)を添加して整粒した後、約
1〜2ton/cm2 の圧力で、直径20mm、厚さ10mmの円
柱状に成形した。この成形物を空気中または酸素雰囲気
中にて、970 〜 1380 ℃の温度範囲で約1〜2時間焼成
し、誘電体磁器組成物を得た。
【0025】得られた誘電体磁器組成物の組成比をIC
P(誘導結合プラズマ)発光分析により確認した結果、
前記組成比が原料の混合比と同じであることが分かっ
た。
【0026】さらに、得られた円柱状誘電体磁器の共振
周波数4〜5GHz における比誘電率、Q値及び共振周波
数の温度係数τf (−20〜80℃)を、誘電体円柱共
振器法により測定した。なお、Q値は測定周波数により
変化するので、ほぼ一定となるfQ値により表わした。
【0027】下記の表1に、空気中で焼結させた円柱状
誘電体磁器の測定結果を示す。
【0028】
【表1】
【0029】以下実施例のものと、比較例のものとを比
べ、本発明に係る組成範囲外である比較例における問題
点を述べる。
【0030】a<4.0の場合:No9 のようにfQ値が
小さくなる。 a>5.0の場合:No.10 のようにτf が大きくなる。 B23 の重量比=0の場合:焼成温度が高い。 B23 の重量比が1.0を超える場合:No.8のように
fQ値が小さくなる。 このように、比較例のものでは上記のような問題点が残
る。
【0031】一方表1から明らかなように、本発明に係
る組成の範囲内のNo.1〜No.6、No.13 〜No.16 、No.20
〜21のものについては、焼成温度が1100℃以下と低く、
しかも比誘電率がεr ≧38と高く、Q値もfQ値≧1
0000と高く、すなわち誘電損失が小さく、また共振
周波数の温度係数τf もτf ≦−30〜+30 ppm /℃
と小さく安定しており、本発明の目的を達成しているこ
とが分かる。
【0032】また下記の表2に、酸素の含有率が約80
%である酸素雰囲気中で焼結させた円柱状誘電体磁器の
測定結果を示す。
【0033】
【表2】
【0034】80%の酸素雰囲気中で焼成を行うと、大
気中での焼成に比べ全ての組織範囲内において、焼成温
度を10〜20℃低くすることが可能となり、εr も0
〜0.4上昇する。しかもfQ、τf のマイクロ波特性
を劣化させることはない。
【0035】なお、原料は上記のものに限らず、最終的
に上記酸化物になるものであれば、例えばBaTiO3
及びH3 BO3 等の他の化合物を用いることもできる。
【0036】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る誘電
体磁器組成物にあっては、組成式がBaO・aTiO2
(4.0≦a≦5.0)で示される主成分100重量部
に対し、B化合物がB23 換算で0.1重量部以上〜
1.0重量部以下の割合で添加されているので、970 〜
1100℃の低い温度範囲で焼成することができる。しか
も、低温焼成によってもマイクロ波領域において、高い
比誘電率及びQ値、小さい共振周波数の温度係数を得る
ことができる。したがって、主にマイクロ波帯域におい
て使用されるレゾネータ、フィルタ、コンデンサ及び回
路基板等に広く利用することができる。また、低温で焼
成できるため、内部電極としてAu等の抵抗の小さい金
属を用いて同時に焼結させることが可能となり、高周波
用共振器、フィルタ等を大幅に小形化することができ
る。
【0037】また、本発明に係る誘電体磁器組成物の製
造方法にあっては、酸素雰囲気中で焼結させるので、低
温焼成によっても優れたマイクロ波特性を有する誘電体
磁器組成物を製造することができる。また、焼成温度を
300 〜 400℃低くすることができるため、製造コストを
大幅に削減することができる。
【0038】さらに、酸素雰囲気中の酸素の量を増やす
ことによって、より一層の高誘電率化及び焼成温度の低
温化を図ることもできる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成式が BaO・aTiO2 (4.0≦a≦5.0) で示される主成分100重量部に対し、B化合物がB2
    3 換算で0.1重量部以上〜1.0重量部以下の割合
    で添加されていることを特徴とする誘電体磁器組成物。
  2. 【請求項2】 酸素雰囲気中で焼結させることを特徴と
    する請求項1記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
JP155693A 1993-01-08 1993-01-08 誘電体磁器組成物及びその製造方法 Pending JPH06203629A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2107933A1 (es) * 1994-06-24 1997-12-01 Merino De La Fuente Ramiro Mau Sistema de seleccion y sintonia de hiperfrecuencias.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2107933A1 (es) * 1994-06-24 1997-12-01 Merino De La Fuente Ramiro Mau Sistema de seleccion y sintonia de hiperfrecuencias.

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