JPH10182222A - 誘電体磁器組成物 - Google Patents

誘電体磁器組成物

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JPH10182222A
JPH10182222A JP8341702A JP34170296A JPH10182222A JP H10182222 A JPH10182222 A JP H10182222A JP 8341702 A JP8341702 A JP 8341702A JP 34170296 A JP34170296 A JP 34170296A JP H10182222 A JPH10182222 A JP H10182222A
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善裕 大川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高周波領域における損失が小さく、温度変化に
よる特性変化が極めて小さい誘電体磁器組成物を得る。 【解決手段】金属元素として少なくともBa,Tiを含
有し、これらのモル比による組成式をBaO−xTiO
2 と表した時、前記xが3.9≦x≦4.1を満足する
誘電体磁器組成物であって、上記主成分100重量部に
対して、MgCO3 換算で0.01〜5.0重量部のM
gを含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波,ミリ
波等の高周波領域において、高いQ値を有する誘電体磁
器組成物に関するものであり、例えば、マイクロ波やミ
リ波などの高周波領域において使用される種々の共振器
用材料やMIC用誘電体基板材料、誘電体導波路用材料
や積層型セラミックコンデンサ等に用いることができる
誘電体磁器組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】誘電体磁器は、マイクロ波やミリ波等の
高周波領域において、誘電体共振器、MIC用誘電体基
板や導波路等に広く利用されている。
【0003】従来より、この種の誘電体磁器としては、
例えば、特開昭57−69607号公報に開示されるよ
うなものが知られている。この公報に開示される誘電体
磁器は、BaO−xTiO2 において3.9≦x≦4.
1の組成物100重量部に対して、1〜26重量部のZ
nOを添加してなるものである。
【0004】このような誘電体磁器では、比誘電率が3
0〜40で、測定周波数f=3.5GHzにおけるQ値
が4500程度となり、さらに共振周波数の温度係数τ
fを−25〜+25ppm/℃の範囲で制御することが
できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、すま
す使用周波数が高周波となり、しかも温度変化に対して
も高精度の制御が必要になっている。これに対し、上記
特開昭57−69607号公報に開示される誘電体磁器
ではQf値が15750GHz程度と未だ低く、また、
共振周波数の温度係数τfの曲がり、即ち温度ドリフト
の直線性が低いという問題があった。
【0006】そのため、この誘電体磁器を用いた共振器
や誘電体基板等では、高周波での損失が大きく、また温
度ドリフトの直線性が低いため温度変化に伴う特性変化
を高精度に制御することが困難であるという不都合があ
った。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記問題
点を解決すべく、鋭意検討した結果、Ba−Ti系誘電
体磁器組成物において、Mgおよび必要に応じてZnを
所定量添加含有することにより、比誘電率が34〜41
で、Qf値が25000GHz以上であり、共振周波数
の温度係数τfを−15〜15ppm/℃の範囲で、か
つ、共振周波数の温度係数τfの曲がり(温度ドリフ
ト)を−2〜2ppm/℃の範囲(−40〜85℃)で
制御できることを見出し、本発明に至った。
【0008】即ち、本発明の誘電体磁器組成物は、金属
元素として少なくともBa、Tiを含有し、これらのモ
ル比による組成式を、BaO−xTiO2 と表した時、
前記xが3.9≦x≦4.1を満足する主成分100重
量部に対して、MgをMgCO3 換算で0.01〜5重
量部含有し、さらに必要に応じてZnをZnO換算で2
0重量部以下含有するものである。
【0009】
【作用】本発明においては、組成式BaO−xTiO2
で表されるBa−Ti系誘電体磁器組成物にMgを添加
することにより、Qf値を25000GHz以上と向上
することができる。
【0010】また、Mgを添加することにより、誘電率
を大きくし、共振周波数の温度係数τfを−15〜15
ppm/℃の範囲で、かつ共振周波数の温度係数τfの
曲がり(温度ドリフト:Δτf)を−2〜2ppm/℃
の範囲に制御することが可能となる。
【0011】さらに、主成分にZnを添加することによ
って共振周波数の温度係数τfをプラスからマイナス側
に移行させ、制御することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の誘電体磁器組成物は、B
a−Ti系誘電体磁器組成物において、Mgおよび必要
に応じてZnを所定量添加含有するものである。
【0013】モル比による組成式を、BaO−xTiO
2 と表した時、xが3.9≦x≦4.1の範囲内とした
のは、Qf値を向上することができるからである。xの
値が3.9より小さい場合は、Qf値向上の効果が小さ
く、xが4.1よりも大きくなると、Qf値が低下する
からである。さらに、Qfの値を低下させないためには
xの値は3.92〜4.08以下が望ましい。
【0014】また、主成分100重量部に対してMgを
MgCO3 換算で0.01〜5重量部含有させたのは、
Mgが0.01重量部より少ない場合や、5重量部より
も多い場合には共振周波数の温度係数τfの曲がりを表
すΔτfが−2〜2ppm/℃の範囲外となり、また、
5重量部より多い場合にはQfの値が低下し、τfが1
5ppm/℃よりも大きくなり、いずれの場合も実用的
でないからである。
【0015】さらに、τfを−15〜15ppm/℃に
制御し、かつΔτfをより0に近くし、またQf値を向
上させるという観点から、Mgの含有量は主成分100
重量部に対してMgCO3 換算で0.2〜3重量部の範
囲とすることが望ましい。
【0016】また、主成分100重量部に対して、Zn
の含有量をZnO換算で20重量部以下としたのは、Z
nがZnO換算で20重量部よりも多い場合には、Qf
値が低下したり、共振周波数の温度係数τfが−15p
pm/℃より小さくなり、実用的でないからである。な
お、温度係数τfを0付近にするという観点からは、Z
nはZnO換算で主成分100重量部に対して1〜15
重量部の範囲で含有することが望ましい。
【0017】以上のように、本発明の誘電体磁器組成物
における最適な範囲は、BaO−xTiO2 の組成式に
おいて、3.92≦x≦4.08であり、この主成分1
00重量部に対して、MgをMgCO3 換算で0.1〜
3重量部、ZnをZnO換算で1〜15重量部含有させ
ることが望ましい。
【0018】この場合には、Qf値が30000GHz
以上、共振周波数の温度係数τfが−12〜12ppm
/℃の範囲、共振周波数の温度係数τfの曲がり(温度
ドリフト:Δτf)を−1.2〜1.2ppm/℃の範
囲内に制御することができる。
【0019】また、本発明の誘電体磁器組成物には、B
aTi4 9 結晶相が主結晶相として存在し、Znを添
加した場合には磁器中にBa3 Ti12Zn7 34結晶相
が均一に分散することが好ましく、その他の結晶が少々
析出していても良い。本発明ではBaTi4 9 結晶相
を主結晶相とすることによって高いQf値を得ることが
でき、しかもZnの添加によってBa3 Ti12Zn7
34結晶相を析出させることにより、さらにQf値を向上
するとともに、温度係数τfをプラス側からマイナス側
に制御することができる。
【0020】なお、これらの結晶相は磁器をX線回折で
分析することによって確認することができる。そして、
BaTi4 9 結晶相を主結晶相とするとは、X線回折
による最大ピークがBaTi4 9 結晶からなることを
意味し、Ba3 Ti12Zn734結晶相が均一に分散す
るとは、Ba3 Ti12Zn7 34結晶のピークが存在す
ることを意味する。
【0021】実際に、本発明の誘電体磁器組成物をX線
回折で分析した際のチャート図を図1に示すように、B
aTi4 9 結晶のピークAが最大ピークとなり、しか
もBa3 Ti12Zn7 34結晶のピークBが存在するこ
とがわかる。
【0022】次に、本発明の誘電体磁器組成物の製造方
法を説明する。
【0023】本発明の誘電体磁器組成物は、原料粉末と
して、BaCO3 、TiO2 、ZnO、MgCO3 粉末
を準備し、これらを上記した組成比となるように秤量
し、ZrO2 ボールにより粉砕混合し、この混合粉末を
仮焼した後、再度ZrO2 ボールにより粉砕混合し、こ
の仮焼粉末を公知の方法により所定形状に成形し、大気
中または酸素雰囲気中において1150〜1300℃で
0.1〜10時間焼成することにより得られる。
【0024】上記原料粉末は、焼成により酸化物を生成
する水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を用いても良
く、またMgCO3 は仮焼後に添加しても良い。さら
に、本発明の誘電体磁器中には、製造工程における不可
避不純物として、Al,Si,Ca,Mg,Fe,H
f,Sn等が各元素当たり0.5重量%以下含まれるこ
ともある。
【0025】なお、本発明の誘電体磁器組成物において
Znを添加した場合、BaTi4 9 結晶相中にBa3
Ti12Zn7 34結晶相を均一に分散させるためには、
特に上記原料粉末を1050〜1200℃の温度で0.
1時間以上仮焼することが必要である。その理由は、1
050℃よりも低温で0.1時間未満の仮焼では、Ba
3 Ti12Zn7 34結晶相が形成され難いからである。
【0026】
【実施例】原料として純度99%以上のBaCO3 、T
iO2 、ZnO、MgCO3 の粉末を用いて、上記した
組成式のx、Mg含有量(MgCO3 換算)およびZn
含有量(ZnO換算)が表1に示す割合となるように秤
量し、純水を媒体とし、ZrO2 ボールを用いたボ−ル
ミルにて20時間湿式混合した。次にこの混合物を乾燥
(脱水)し、1150℃で2時間仮焼した。
【0027】この仮焼物を粉砕し、バインダ−を混合し
た後、誘電特性評価用の試料として直径12mm高さ
6.3mmの円柱状に1ton/cm2 の圧力でプレス
成形し、これを酸化雰囲気中において1150〜127
0℃で2時間焼成し、直径およそ10mm、高さ5.3
mmの円柱状の試料を得た。
【0028】誘電特性の評価は、前記試料を用いて誘電
体円柱共振器法にて周波数6〜7GHzにおける比誘電
率とQ値を測定し、Q値と測定周波数fとの積で表され
るQf値を表1に記載した。
【0029】また、−40〜85℃の温度範囲における
共振周波数を測定し、25℃での共振周波数を基準にし
て共振周波数の温度係数τfを算出して、これらの結果
を表1に記載した。尚、表1におけるτf1 は−40℃
における共振周波数の温度係数であり、τf2 は85℃
における共振周波数の温度係数である。さらに、共振周
波数の温度係数の曲がりΔτfをΔτf=τf1 −τf
2 の式から求め、結果を表1に記載した。
【0030】この表1から、主成分のモル比が本発明の
範囲外であるもの(No.14、15)はQf値が低
く、またMg含有量が本発明の範囲外であるもの(N
o.16)は共振周波数の温度係数τf及び温度係数の
曲がりΔτfが大きいものであった。さらにZn含有量
が20重量部を超えるもの(No.17)では共振周波
数の温度係数τfが大きかった。
【0031】これらに対し、本発明の誘電体磁器組成物
(No.1〜13)では、比誘電率が34以上、Qf値
が25000GHz以上、共振周波数の温度係数τfが
−15〜15ppm/℃の範囲内で、かつ共振周波数の
温度係数τfの曲がりΔτfが−2〜2〔ppm/℃〕
の優れた特性を有することが確認された。
【0032】
【表1】
【0033】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、B
a−Ti系誘電体磁器組成物においてMgおよびZnを
所定量添加含有することにより、比誘電率が34〜41
で、Qfが25000GHz以上であり、共振周波数の
温度係数τfを−15〜15ppm/℃の範囲内で、か
つ、共振周波数の温度係数τfの曲がりを−2〜2pp
m/℃の範囲内とすることができる。
【0034】したがって、本発明の誘電体磁器組成物
は、高周波領域における損失が小さく、温度変化に伴う
よる特性の制御を極めて高精度に行うことができ、マイ
クロ波やミリ波などの周波数領域において使用される種
々の共振器用材料やMIC用誘電体基板材料、誘電体導
波路用材料として好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の誘電体磁器組成物のX線回折の結果を
示すチャート図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属元素として少なくともBa,Tiを含
    有し、これらのモル比による組成式を、 BaO−xTiO2 と表した時、前記xが、 3.9≦x≦4.1 を満足する主成分100重量部に対して、MgCO3
    算で0.01〜5.0重量部のMgを含有することを特
    徴とする誘電体磁器組成物。
  2. 【請求項2】上記主成分100重量部に対して、さらに
    ZnO換算で20重量部以下のZnを含有することを特
    徴とする請求項1記載の誘電体磁器組成物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002137964A (ja) * 2000-10-30 2002-05-14 Kyocera Corp 誘電体磁器およびこれを用いた誘電体共振器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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