JPH08301656A - 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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JPH08301656A
JPH08301656A JP7106162A JP10616295A JPH08301656A JP H08301656 A JPH08301656 A JP H08301656A JP 7106162 A JP7106162 A JP 7106162A JP 10616295 A JP10616295 A JP 10616295A JP H08301656 A JPH08301656 A JP H08301656A
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dielectric ceramic
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dielectric
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Naokatsu Fujinami
直勝 藤浪
Hiroshi Tamura
博 田村
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 数GHz以上の高周波帯で、Q値が高く、大き
な形状の誘電体磁器が割れないことで電気的特性のよい
高周波用誘電体磁器組成物を提供することである。 【構成】 一般式Ba(ZrxZnyTaz)αOw(ただ
し、wは任意の数、0.01≦x≦0.06,0.30
≦y≦0.33,0.62≦z≦0.68、X+Y+Z
=1、1.00<α<1.03)で示される磁器組成物
を主成分とし、前記主成分に対し、酸化アルミニウム、
酸化イットリウムのうち少なくとも1種類をAl23
23にそれぞれ換算して、その総量が0.05重量%
以下(ただし、0重量%を含まず)添加される高周波用
誘電体磁器組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高周波領域で高いQ
値を有する高周波用誘電体磁器組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の誘電体磁器組成物は、例
えば誘電体共振器やMIC用誘電体基板の材料として広
く用いられている。また、無線通信分野のみならず、分
析機器や医療機器等の各種産業分野でも広く用いられて
いる。そして、この種の誘電体磁器組成物としては、Q
値が高く、共振周波数の温度係数(τf)の安定性に優
れ、比誘電率が大きいなどの特性を有するものが望まれ
ている。
【0003】上記のような特性を有する誘電体磁器組成
物としては、例えば、特公昭60−54899号公報に
開示されている、一般式Ba(ZrxZnyTaz)O
7/2-x/2-3y/2系の誘電体磁器組成物、または、特公平3
−77146号公報に開示されている、一般式Ba(Z
xZnyNizTauNbv)O7/2-x/2-3y/2-3z-2系の誘
電体磁器組成物、あるいは、特公平6−8209号公報
に開示されている、一般式Ba(ZrxZnyTaz)α
Oω系の誘電体磁器組成物があり、これらはいずれも周
波数10GHzでのQ値が10000〜15000、共振
周波数の温度係数(τf)が0ppm/℃に近いという特性
を有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一方、周波数領域が数
100MHz〜3GHz帯で用いられる自動車電話や携帯電
話、あるいはMCA無線の基地局用に使用されるチャン
ネルフィルタ用の誘電体共振器は、より高出力化に対応
できるものが求められているものの、誘電損失に起因す
る誘電体共振器の発熱が課題となっていて、その解決策
としてQ値を高くするという方法がとられている。
【0005】誘電体共振器の形状は、誘電体磁器の共振
周波数と誘電率から決定され、一般的には、共振周波数
に反比例し、誘電率の平方根に反比例している。例え
ば、誘電率30の誘電体磁器組成物を用いて、10GHz
前後でTE01δモードに共振させるには、直径6mm×厚
さ2.5mmの誘電体磁器を作製する必要があり、1.8
〜2.0GHz帯でTE01δモードに共振させるには、直
径40mm×厚さ25mmの誘電体磁器を作製する必要があ
る。
【0006】TEモードとは、電磁波の進行方向に対し
て垂直な平面内にだけ電界成分が存在し、進行方向には
電界成分が存在しない電磁界の分布を表している。TE
の右下の01は、直交座標系x,y,z方向の電界や磁
界の強度変化の山の数を表しており、x,y,z方向の
順に各方向に沿って電界や磁界の強度変化を調べ、01
の右のδは、円柱座標系θ,r,z方向の電界や磁界の
強度変化の山の数を表しており、θ,r,z方向の順に
各方向に沿って電界や磁界の強度変化を調べたものであ
る。
【0007】従来より用いられているMgTiO3系や
(ZrSn)TiO3系、または特開平6−8209号
公報に開示される誘電体磁器組成物を用いて誘電体共振
器を作成し、1.8〜2.0GHz前後の周波数帯で共振
させる場合、前述のような大型の磁器を作成する必要が
あるが、これらの系を用いて大型の磁器を作成しようと
すると、試料の中央部での焼結が不十分になり、Q値が
低下する。
【0008】また、特開平6−8209号公報に開示さ
れている誘電体磁器組成物は直径10mm前後では、高い
Q値を示すが、これより大きな形状ではQ値が極端に低
下するという問題があった。この原因としては、大きな
形状の誘電体磁器組成物を焼成するに際し、誘電体磁器
組成物の中央部と周辺部に温度差が生じ、温度差による
磁器組成物の熱膨張差や焼結収縮の差が内部応力を発生
させ、焼結体が割れて、Q値の低下を起こさせていた。
【0009】この発明の目的は、数GHz以上の高周波帯
で、Q値が高く、大きな形状の誘電体磁器が割れないこ
とで電気的特性のよい高周波用誘電体磁器組成物を提供
することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
一般式Ba(ZrxZnyTaz)αOw(ただし、wは任
意の数、0.01≦x≦0.06,0.30≦y≦0.
33,0.62≦z≦0.68、X+Y+Z=1、1.
00<α<1.03)で示される磁器組成物を主成分と
し、主成分に対し、酸化アルミニウム、酸化イットリウ
ムのうち少なくとも1種類をAl23,Y23にそれぞ
れ換算して、その総量が0.05重量%以下(ただし、
0重量%を含まず)添加された高周波用誘電体磁器組成
物である。
【0011】請求項2に係る発明は、特許請求の範囲第
1項記載の高周波用誘電体磁器組成物において、Znの
40モル%以下がNiで置換され、またはTaの40モル%
以下がNbで置換され、またはZnの40モル%以下がN
iで置換されかつTaの40モル%以下がNbで置換され
て得られる磁器組成物を主成分とし、主成分に対し、酸
化アルミニウム、酸化イットリウムのうち少なくとも1
種類をAl23,Y23にそれぞれ換算して、その総量
が0.05重量%以下(ただし、0重量%を含まず)添
加された高周波用誘電体磁器組成物である。
【0012】
【作用】この発明によれば、添加物を0.05重量%以
下添加することで、耐熱衝撃性が改善し、大きな形状で
も割れの発生しない、高いQ値を有する高周波用誘電体
磁器組成物が得られる。
【0013】この発明によれば、ZnやTaの一部をN
iやNbで置換することで、比誘電率や共振周波数の温
度係数を目的とする値に精度よく調整することができ
る。
【0014】
【実施例】高純度のBaCO3,ZrO2,ZnO,Ni
O,Ta25,Nb25,Al23,Y23を表1に示
す組成となるよう秤量し、調合し、ボールミルで16時
間湿式混合した後、脱水、乾燥を行う。得られた混合物
を1200℃で3時間仮焼し、仮焼物にバインダーを加
えてボールミルを用いて再度16時間湿式粉砕して調整
粉末を得る。得られた調整粉末を1500kg/cm2の圧力
で直径12mmと直径50mmの円板状に成形する。得られ
た成形体を1550〜1600℃で4〜20時間焼成し
て、焼結体を得た。焼結体の形状は直径10mm×厚さ5
mm、直径40mm×厚さ20mmであった。
【0015】
【表1】
【0016】得られた磁器試料について比誘電率(ε
r)、Q値、共振周波数の温度係数(τf)を測定し
た。測定方法としては、比誘電率(εr)、Q値につい
ては両端短絡型誘電体共振器法により行い、また共振周
波数の温度係数(τf)については、セラミックキャビ
ティを用い、25〜80℃の温度範囲で測定を行った。
共振周波数はそれぞれ10GHz及び2GHz近辺であった。
【0017】その結果を表2、表3に示す。なお、表中
の番号に*印を付したものは、この発明の範囲外であ
り、それ以外はすべてこの発明の範囲内である。表2で
用いた誘電体共振器の形状は直径10mm×厚さ5mmであ
る。
【0018】
【表2】
【0019】
【表3】
【0020】また、図1は、この発明の高周波用誘電体
磁器組成物の組成範囲を示す三元組成図である。図中の
数字は各試料番号を表している。また図中の英字は発明
の範囲を示したもので、A,B,C,D,E,Fの各点
とそれらを結ぶ線を含む領域内が発明の範囲内である。
【0021】なお、この発明の組成範囲を限定した理由
は次の通りである。Zrの割合を示すxが、x<0.0
1では未焼結となり(試料No.1)、x>0.06では
未焼結となる。また、Znの割合を示すyが、y>0.
33,y<0.30では焼結しないかまたはQ値が低く
なる(試料No.2,3,4,5,7,8)。さらに、T
aの割合を示すzが、z<0.62,z>0.68では
焼結しないかまたはQ値が低くなる(試料No.3,5,
6,7,8)。さらにまた、αが1.00以下及び1.
03以上ではQ値が小さくなる(試料No.10,1
2)。
【0022】またAl23およびY23添加量が0.0
5重量%以下であれば、大きな形状でも高いQ値を有し
ているが、0.05重量%を越えると、Q値が低下す
る。また、添加物を添加しないと、磁器組成物の中心部
と周辺部の温度差に起因する熱応力により大きな形状で
は割れが発生している。さらに、Niの割合を示すuと
Nbの割合を示すvの少なくとも一方が、u>0.4,
v>0.4では、Q値が低下する(試料No.23,2
6,29)。
【0023】表2から明らかなように、この発明にかか
る誘電体磁器組成物では、高い誘電率、高いQ値および
良好な共振周波数の温度係数を有しており、また表3か
ら誘電体磁器組成物の形状が大きくても、割れがなく、
Q値が低下しない誘電体磁器組成物であるといえる。
【0024】
【発明の効果】この発明によれば、酸化アルミニウムや
酸化イットリウムを添加することで、耐熱衝撃性を改善
し、大きな形状でかつ高いQ値を有する高周波用誘電体
磁器を得ることができる。
【0025】また、ZnやTaの一部をNiやNbに置
換することで、上記のような効果を有すると共に、共振
周波数の温度係数が1桁であるようにばらつきの少ない
高周波用誘電体磁器を得ることができる。
【0026】さらに、大きな形状でかつ高いQ値を有す
る高周波用誘電体磁器であるため、数GHz帯以上の誘電
体共振器に用いても、高出力の無線通信機器を実現する
とともに、その他の用途、例えば、空洞共振器に代わる
誘電体共振器として使用することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の高周波用誘電体磁器組成物の組成範
囲を示す三元組成図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式Ba(ZrxZnyTaz)αO
    w(ただし、wは任意の数、0.01≦x≦0.06,
    0.30≦y≦0.33,0.62≦z≦0.68、X
    +Y+Z=1、1.00<α<1.03)で示される磁
    器組成物を主成分とし、前記主成分に対し、酸化アルミ
    ニウム、酸化イットリウムのうち少なくとも1種類をA
    23,Y23にそれぞれ換算して、その総量が0.0
    5重量%以下(ただし、0重量%を含まず)添加される
    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】 特許請求の範囲第1項記載の高周波用誘
    電体磁器組成物において、Znの40モル%以下がNiで
    置換され、またはTaの40モル%以下がNbで置換さ
    れ、またはZnの40モル%以下がNiで置換されかつT
    aの40モル%以下がNbで置換されて得られる磁器組成
    物を主成分とし、前記主成分に対し、酸化アルミニウ
    ム、酸化イットリウムのうち少なくとも1種類をAl2
    3,Y23にそれぞれ換算して、その総量が0.05
    重量%以下(ただし、0重量%を含まず)添加されるこ
    とを特徴とする高周波用誘電体磁器組成物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100427796B1 (ko) * 2001-06-25 2004-04-28 주식회사 케이엠더블유 유전체 자기 조성물 및 그 제조방법

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