Brevet FR2589463A1 — publié le 19870507

La présente invention se rapporte à une composition céramique diélectrique pour hautes fréquences. Dans la région des hautes fréquences, y compris les fréquences de microondes et Les fréquences des ondes millimétriques, on a utilisé des grandes quantités de matières céramiques diétec- triques pour former des élements de circuit à hautes fréquences tels que des résonateurs diélectriques, des circuits intégrés à micro-ondes et des éléments analogues. On exige des matières céramiques diélectriques servant à former ces éléments une haute valeur de Q et un bas coefficient de température de la fréquence de résonance. A cette fin, on a proposé des compositions céramiques diélectriques variées en tant que matériaux pour éléments de circuit à hautes fréquences. Ainsi, par exemple, dans le brevet des Etats-Unis 4485180, on décrit une composition céramique diélectrique consistant en Ba(ZrxZnyTaz)O07/2-x/23y/2' avec 0,02 1ppm/ C à une fréquence opératoire de 7 GHz. La demande de brevet japonais publiée sous le n 58-60661 décrit une composition céramique diéLectrique consistant en Ba(ZnvNixTayNbz)O7/23v/2-3x/2 avec 0,03 résonance de O ppm/ C à une fréquence opératoire de 7 GHz. Ces compositions céramiques diélectriques peuvent être utilisées pour des éléments de circuit conçus pour opérer à une haute fréquence d'environ 10 GHz et au-dessous mais leur inconvénient réside en ce que l'on ne peut pas les utiliser pour former des éléments à micro-ondes conçus pour opérer à une fréquence supérieure à 10 GHz car la valeur de Q diminue lorsque la fréquence opératoire augmente. Or, récemment, il s'est manisfesté une tendance au fonc- tionnement de dispositifs électroniques à des fréquences plus fortes. Il existe donc une demande croissante en compositions céramiques diélectriques ayant une plus forte valeur de Q et un faible coeffi- cient de température de la fréquence de résonance. L'invention a en conséquence pour objet une composition céramique diélectrique pour hautes fréquences présentant dans la :égion des hautes fréquences une valeur de Q supérieure à celle des compositions de La technique antérieure. La composition céramique diélectrique pour hautes fréquences selon l'invention peut être utilisée pour des éléments de circuits à hautes fréquences conçus pour fonctionner dans une région de fréquences de 10 à 50 GHz. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après. Ces buts et avantages ont été atteints dans une compo- sition céramique diélectrique consistant essentiellement en Ba(ZrxZnyNi z au bv)7/2-x/2_-3y/2_3z/2, dans laquelle x, y, z, u et v sont les fractions molaires des éléments respectifs et se situent dans les intervalles suivants: 0,01 x + y + z + u + v = 1,00. Les raisons pour lesquelles on a limité les fractions molaires des éléments respectifs, c'est-à-dire x, y, z, u et v dans les intervalles spécifiés ci-dessus sont les suivantes: lorsque x est inférieur à 0,01, la composition le fritte pas. Lorsque x dépasse 0,06, la valeur de Q diminue. Ainsi donc, on a limité la fraction molaire de Zr à une valeur située dans l'intervalle de 0,01 à 0,06. Lorsque y est inférieur à 0,28 ou dépasse 0,33, la composition ne fritte pas. On a donc limité la fraction molaire de Zn à l'intervalle de 0,28 à 0,33. Lorsque z est inférieur à 0,01, la composition ne fritte pas. Lorsque z dépasse 0,05, la valeur de Q diminue. On a donc limité la fraction molaire de Ni à une valeur située dans l'intervalle de 0,01 à 0,05. Lorsque u est inférieur à 0,52 ou dépasse 0,65, la composition ne fritte pas. On a donc Limité la fraction molaire de Ta à une valeur située dans l'inter- valle de 0,52 à 0,65. Lorsque v dépasse 0,13, la valeur de Q diminue. On a donc limité la fraction molaire de Nb à des valeurs inférieures à 0,13. 3r La composition céramique diélectrique de l'invention a une valeur de Q supérieure, même à la fréquence des micro-ondes, à celle de la composition de la technique antérieure, et elle a un petit coefficient de température de la fréquence de résonance. Ainsi donc, la composition céramique diélectrique selon l'invention peut être utilisée pour la préparation de dispositifs à micro-ondes conçus pour opérer à une fréquence allant de 10 à 50 GHz. L'exemple qui suit illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée; dans cet exemple, les indications de parties et de pourcentages s'entendent en poids, sauf mention contraire. Exemple Partant de poudres à haute pureté de BaC03, ZrO2, ZnO, NiO, Ta205 et Nb205, on prépare des mélanges permettant d'obtenir les matières céramiques diélectriques dont les compositions sont indiquées dans le tableau I ci-après. On broie chaque mélange au mouillé pendant 2 h, on déshydrate, on sèche, on calcine à 1200 C pendant 2 h puis on broie en poudre. On mélange la poudre avec une quantité appropriée de liants par un broyage-de 2 h. On transforme les poudres obtenues par compression sous 2000 bar en disques de 12 mm de diamètre et 6 mm d'épaisseur qu'on calcine à 1450 C pendant 4 h. On obtient ainsi les échantillons de matières céramiques. Sur ces échantillons, on procède à des mesures des caractéristiques diélectriques à hautes fréquences. Les mesures portent sur la constante diélectrique (Cr), la valeur de Q et le coefficient de température de la fréquence de résonance (tf) à 7 GHz. Les résultats obtenus sont rapportés dans le tableau I ci- après. Tableau I Echantillon Composition (fractions molaires) Caractéristiques électriques n à 7 GHz x y z u v E r fQ fppm/C) 1 0,02 0,28 0,05 0,64 0,01 29,5 15600 0 2 0,02 0,28 0,05 0,52 0,13 30,7 15100 -5 3 0,05 0,29 0,03 0,58 0,05 30,5 17000 6 4 0,02 0,30 0,03 0,60 0,05 30O,0 17500 1 0,03 0,29 0,03 0,55 0,10 30,8 16000 7 6 0,03 0,32 0,01 0,63 0,01 31,2 13200 2 7 0,02 0,32 0,01 0,52 0,13 31,8 12900 7 8 0,02 0,32 0,10 0,58 0,07 28,8 6400 -7 9 0,04 0,29 0,03 0,47 0,16 32,0 7600 15 0,03 0,32 0,00 0,58 0,07 ne fritte pas 11* 0,08 0,28 0,03 0,56 0,05 31,9 8900 12 oe 0% Lw Les échantillons qui dans le tableau I sont signalés par un astérisque ont une composition qui sort du cadre de l'invention; les autres échantillons entrent dans le cadre de l'invention. Les résultats obtenus sur les échantillons n 1 à 7 montrent que les compositions céramiques diélectr-iques selon l'invention ont une haute constante diétectrique et une haute valeur de Q dans la région des fréquences de micro-ondes. En outre, les compositions céramiques diélectriques selon l'invention ont une valeur de pic de Q de 17500 à 7 GHz, ce qui représente environ 1,7 fois la valeur correspondante de la composition connue, et un faible coefficient de température de la fréquence de réso- nance, qui est de 1 ppm/ C. REVENDICATION Composition céramique diélectrique pour hautes fréquences caractérisée en ce qu'elle consiste essentiellement en Ba(ZrxZnyNizTauNbv)7/2-x/2-3y/23z/2' dans laquelle x, y, z, u et v sont les fractions molaires des éléments respectifs et se situent dans les intervalles suivants: 0,01 et x + y + z + u + v = 1,00.