JPH06239661A - 高周波用誘電体磁器組成物及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 xBaO・yNd₂O₃・zTiO₂・vBi₂O₃（式中、ｘ、ｙ、
ｚ、ｖはそれぞれ、0.130 < x < 0.160 、0.110 < y <
0.140 、0.600 < z < 0.650 、0.090 < v <0.140 の範
囲にあり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ＝１の条件を満足する値）で
表わされる組成を有する高周波用誘電体磁器組成物。 【効果】 比誘電率（εｒ）が100 以上と従来のものに
較べて大きく、 ｆＱ値も1500 GHz以上と高く、かつ共振
周波数の温度係数（τｆ）も±30 ppm/ ℃以下と低く安
定した特性を有しており、マイクロ波帯域で使用するレ
ゾネータ、フィルタ、コンデンサ、回路基板等に使用し
た場合、一層の小型化が可能であり、しかも温度変化に
対して安定した部品を作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高周波用誘電体磁器組成
物に関し、より詳細には、主としていわゆるマイクロ波
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、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、自動車電話、携帯電話、コードレ
ス電話などの無線通信機に使用される空中線共用器（デ
ュプレクサ）や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
高周波用誘電体磁器が多く用いられている。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１／（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込め、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】このような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１
／（εｒ）^1/2 （但し、εｒは比誘電率）に短縮され、
同じ共振周波数ならば誘電率が大きい程小形化できるた
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、（３）共振周波数の温
度変化に対する変化率が少ないこと、すなわち比誘電率
（εｒ）の温度依存性が小さくかつ安定であること、の
３つの特性が挙げられる。

【０００４】また、マイクロ波帯域でも自動車電話、パ
ーソナル無線、コードレステレホン等に用いられる比較
的低周波帯域とされる１GHz 程度の領域において適用す
る場合、波長がかなり長くなるため、共振器等の小形化
を図るためには誘電体磁器組成物としては比誘電率がか
なり高いものが必要とされる。

【０００５】従来、この種の誘電体磁器組成物として
は、例えば、BaO-Nd₂O₃-TiO₂-Bi₂O₃系組成物、BaO-Nd₂O
₃-TiO₂-PbO-Bi₂O₃系組成物などが知られている。

【０００６】例えば特開昭63-100058 号公報において
は、xBaO・yNd₂O₃・zTiO₂・vBi₂O₃（式中、ｘ、ｙ、ｚ、ｖ
はそれぞれ、0.110 ≦x ≦0.170 、0.120 ≦y ≦0.185
、0.630 ≦z ≦0.710 、0.020 ≦v ≦0.090 の範囲に
あり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ＝１の条件を満足する値）で表わ
される主成分に対し、Ｍｎを０．００３〜０．３重量％
の範囲で含有させたことを特徴とする誘電体磁器組成物
が提案されており、前記誘電体磁器組成物は、高い比誘
電率を有し、該誘電率の温度依存性、共振器における共
振周波数の温度依存性が小さく、高い無負荷Ｑを呈する
と記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭63-100058 号公報に記載されている高周波用誘電体
磁器組成物においては、その比誘電率がεｒ＝70〜100
程度であり、それ以上の高い誘電率のものを得ようとす
ると、急激にＱ値が劣化するか、あるいは温度特性が劣
化するという課題があった。従って、誘電率を上げて共
振器等の小形化を図るには限度があった。

【０００８】これは、前記公報に示されている組成物
は、ｖ／ｘ＝0.117 〜0.818 、ｖ／ｙ＝0.108 〜0.750
、ｖ／ｚ＝0.028 〜0.142 であり、組成物中のBi₂O₃
の割合が小さいため、上記課題を有することとなってい
たもので、本発明者らは前記組成物中のBi₂O₃ の割合
を、ｖ／ｘ＝0.562 〜1.07、ｖ／ｙ＝0.642 〜1.27、ｖ
／ｚ＝0.138 〜0.233 と大きくすることにより、比誘電
率（εｒ）が高く、誘電損失の特性値であるｆＱ値が大
きく、誘電率の温度依存性（τｆ）が小さく、温度変化
に対して安定であり、従って製造される誘電体共振器等
の共振周波数の温度依存性が小さく、かつより一層の小
形化が可能な高周波用誘電体磁器組成物が得られること
を見出し本発明を完成させたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明に係る高
周波用誘電体磁器組成物は、xBaO・yNd₂O₃・zTiO₂・vBi₂O₃
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、ｖはそれぞれ、0.130 < x < 0.16
0 、0.110 < y < 0.140 、0.600 < z < 0.650 、0.090
< v < 0.140 の範囲にあり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ＝１の条件
を満足する値）で表わされる組成を有することを特徴と
している(1) 。また本発明に係る高周波用誘電体磁器組
成物は、xBaO・yNd₂O₃・zTiO₂・vBi₂O₃（式中、ｘ、ｙ、
ｚ、ｖはそれぞれ、0.130 < x < 0.160 、0.110 < y <
0.140 、0.600 < z < 0.650 、0.090 < v < 0.140 の範
囲にあり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ＝１の条件を満足する値）を
主成分とし、前記主成分100gに対しＭｎ化合物をMnO₂換
算で、０＜MnO₂≦1.0 ｇ含有していることを特徴として
いる(2) 。

【００１０】さらに本発明に係る上記(1) 又は(2) 記載
の高周波用誘電体磁器組成物の製造方法は、酸素を含有
する雰囲気中で焼結させることを特徴としている(3) 。

【００１１】前記高周波用誘電体磁器組成物の製造方法
において、酸素雰囲気中とは、空気中、あるいは空気よ
りも酸素を多く含んだ酸素含有ガス雰囲気中のことをい
う。

【００１２】

【作用】上記高周波用誘電体磁器組成物(1) において、
ｘの値は前記磁器組成物中のBaO の割合を示し、前記ｘ
の値が0.130 以下であるとｆＱ値が小さく、共振周波数
の温度係数（τｆ）も大きくなり、またｘの値が0.160
以上であると比誘電率（εｒ）が充分大きくならない。

【００１３】ｙの値は前記磁器組成物中のNd₂O₃ の割合
を示し、前記ｙの値が0.110 以下であるとｆＱ値が小さ
く、共振周波数の温度係数（τｆ）も大きくなり、また
ｙの値が0.140 以上であると比誘電率（εｒ）が充分大
きくならない。

【００１４】ｚの値は前記磁器組成物中のTiO₂の割合を
示し、前記ｚの値が0.600 以下であると比誘電率（ε
ｒ）が充分大きくならず、また前記ｚの値が0.650 以上
であると比誘電率（εｒ）が充分大きくならず、共振周
波数の温度係数（τｆ）も大きくなる。

【００１５】ｖの値は前記磁器組成物中のBi₂O₃ の割合
を示し、前記ｖの値が0.090 以下であると比誘電率（ε
ｒ）が充分大きくならず、ｆＱ値が小さくなり、また前
記ｖの値が0.140 以上であると共振周波数の温度係数
（τｆ）が大きくなってしまう。

【００１６】前記磁器組成物にMnO₂を添加した高周波用
誘電体磁器組成物(2) においては、ｆＱ値が数％〜十数
％増加して誘電損失特性が向上する他は、添加しない場
合とほぼ同様の傾向を示す。しかし、MnO₂の添加量が
1.0重量％を超えると、緻密な焼結体を得るのが難しく
なり、また比誘電率（εｒ）が小さくなる傾向が生じ
る。

【００１７】本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物に
よれば、xBaO・yNd₂O₃・zTiO₂・vBi₂O₃（式中、ｘ、ｙ、
ｚ、ｖはそれぞれ、0.130 < x < 0.160 、0.110 < y <
0.140、0.600 < z < 0.650 、0.090 < v < 0.140 の範
囲にあり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ＝１の条件を満足する値）で
表わされる組成を有し、比誘電率（εｒ）が高く、誘電
損失の特性値であるｆＱ値が大きく、誘電率の温度依存
性（τｆ）が小さく、温度変化に対して安定である。

【００１８】また本発明に係る高周波用誘電体磁器組成
物によれば、xBaO・yNd₂O₃・zTiO₂・vBi₂O₃（式中、ｘ、
ｙ、ｚ、ｖはそれぞれ、0.130 < x < 0.160 、0.110 <
y < 0.140 、0.600 < z < 0.650 、0.090 < v < 0.140
の範囲にあり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ＝１の条件を満足する
値）を主成分とし、前記主成分100gに対しＭｎ化合物を
MnO₂換算で、０＜MnO₂≦1.0 ｇ含有しており、上記(1)
の組成物の特性のうち、とくにｆＱ値がさらに増加する
ために誘電損失が小さくなる。

【００１９】さらに、本発明に係る上記(1) 又は(2) 記
載の高周波用誘電体磁器組成物の製造方法によれば、酸
素を含有する雰囲気中で焼結させているので、上記(1)
又は(2) 記載の高周波用誘電体磁器組成物の特性のう
ち、特に比誘電率（εｒ）が大きくなる。

【００２０】

【実施例】以下本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物
の実施例及び比較例を説明する。

【００２１】高純度のBaCO₃ 、Nd₂O₃ 、TiO₂、Bi₂O₃ 、
MnO₂を原料として用い、表１に示した組成になるよう秤
量し、ポットミルで湿式混合した。なお、原料は、これ
らに限られず、最終的に上記酸化物になるものであれば
他の化合物を使用することができる。例えば、MnO₂に代
えてMnCO₃ などを使用してもよい。

【００２２】前記湿式混合した材料を乾燥させた後、10
00〜1200℃で１〜３時間仮焼し、この仮焼物をポットミ
ルで湿式粉砕した。

【００２３】この湿式粉砕後のスラリーを乾燥させ、適
量の有機バインダ（ＰＶＡ）を加えて造粒し、500 〜20
00kg/cm²の圧力で直径22mm、厚さ11mmの円柱状に成形
し、1220〜1360℃の温度範囲で約２時間焼成し、誘電体
磁器を得た。

【００２４】次に、酸素の含有率が約80％である酸素雰
囲気中において焼成した他は、前記方法と同様の方法、
条件で仮焼、焼成等を行い、誘電体磁器を得た。

【００２５】これらの方法により得られた誘電体磁器の
組成はＩＣＰ発光分析により、調合組成通りであること
を確認した。

【００２６】前記誘電体磁器を直径16mm、 厚さ7.5mm に
研削、研磨し、共振周波数２〜３GHz において比誘電率
（εｒ）、Ｑ値及び共振周波数の温度係数（τｆ）（-2
0 〜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、その値がほ
ぼ一定値となるｆＱ値により表わした。その結果を下記
の表１及び表２に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】表１及び表２において、試料No.1〜14は本
発明の範囲内の実施例に係るものであり、比誘電率（ε
ｒ）が100 以上と従来のものに較べて大きく、 ｆＱ値も
1500GHz以上と高く、かつ共振周波数の温度係数（τ
ｆ）も±30 ppm/ ℃以下と低く安定している。なお試料
No.15 〜31は本発明の範囲外である比較例に係るもので
あり、比誘電率（εｒ）やｆＱ値、共振周波数の温度係
数（τｆ）のいずれか、又は前記２種以上の特性につい
て、要求される特性を満足していない。

【００３０】また酸素雰囲気中で焼成を行った実施例の
結果を示すNo.32 〜37では、80％の酸素雰囲気中で焼成
を行うことにより、空気中の焼成に比べて、全ての組成
範囲内において、ｆＱ値、共振周波数の温度係数（τ
ｆ）等を殆ど劣化させることなく、比誘電率（εｒ）が
３〜４向上する。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物
(1) にあっては、xBaO・yNd₂O₃・zTiO₂・vBi₂O₃（式中、
ｘ、ｙ、ｚ、ｖはそれぞれ、0.130 < x < 0.160 、0.11
0 < y <0.140 、0.600 < z < 0.650 、0.090 < v < 0.1
40 の範囲にあり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ＝１の条件を満足す
る値）で表わされる組成を有しており、比誘電率（ε
ｒ）が100 以上と従来のものに較べて大きく、 ｆＱ値も
1500 GHz以上と高く、かつ共振周波数の温度係数（τ
ｆ）も±30 ppm/ ℃以下と小さく安定した特性を有して
いる。

【００３２】本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物
(2) にあっては、xBaO・yNd₂O₃・zTiO₂・vBi₂O₃（式中、
ｘ、ｙ、ｚ、ｖはそれぞれ、0.130 < x < 0.160 、0.11
0 < y <0.140 、0.600 < z < 0.650 、0.090 < v < 0.1
40 の範囲にあり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ＝１の条件を満足す
る値）を主成分とし、前記主成分100gに対しＭｎ化合物
をMnO₂換算で、０＜MnO₂≦1.0 ｇ含有しており、比誘電
率（εｒ）、ｆＱ値、共振周波数の温度係数（τｆ）の
いずれも上記(1) の高周波用誘電体磁器組成物以上の特
性を有し、特にｆＱ値が大きくなり、誘電損失が小さく
なる。

【００３３】従って、本発明の高周波用誘電体磁器組成
物をマイクロ波帯域で使用するレゾネータ、フィルタ、
コンデンサ、回路基板等に使用した場合、一層の小型化
が可能となり、温度変化に対して安定した部品を提供す
ることができる。

【００３４】また、本発明に係る上記(1) 又は(2) 記載
の高周波用誘電体磁器組成物の製造方法にあっては、酸
素を含有する雰囲気中で焼結させることにより、より一
層の高誘電率化が図れる。

【００３５】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 xBaO・yNd₂O₃・zTiO₂・vBi₂O₃（式中、ｘ、
   ｙ、ｚ、ｖはそれぞれ、0.130 < x < 0.160 、0.110 <
   y < 0.140 、0.600 < z < 0.650 、0.090 <v < 0.140
   の範囲にあり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ＝１の条件を満足する
   値）で表わされる組成を有す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】 xBaO・yNd₂O₃・zTiO₂・vBi₂O₃（式中、ｘ、
   ｙ、ｚ、ｖはそれぞれ、0.130 < x < 0.160 、0.110 <
   y < 0.140 、0.600 < z < 0.650 、0.090 <v < 0.140
   の範囲にあり、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ＝１の条件を満足する
   値）を主成分とし、前記主成分100gに対しＭｎ化合物を
   MnO₂換算で、０＜MnO₂≦1.0 ｇ含有していることを特徴
   とする高周波用誘電体磁器組成物。
3. 【請求項３】 酸素を含有する雰囲気中で焼結させるこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高周波用誘
   電体磁器組成物の製造方法。