Brevet FR2750694A1 — publié le 19980109

I COMPOSITION DIELECTRIQUE HYPERFREQUENCE A FRITTAGE A BASSE TEMPERATURE La présente invention concerne une composition diélectrique haute fréquence ou hyperfréquence à frittage à basse température et en particulier une composition diélectrique haute fréquence ou hyperfréquence à frittage à basse température qui peut être frittée à une température inférieure à 1250 C. Le récent développement des télécommunications telles que les communications mobiles, les communications par satellites, etc., a fait apparaître la nécessité de disposer d'équipements de communication. De plus, l'utilisation croissante des communications numériques s'est accompagnée d'un accroissement de l'utilisation d'équipements hyperfréquences. Comme composants des équipements de communication évoqués ci-dessus on peut mentionner les diplexeurs, les filtres passe-bande, les oscillateurs à commande de tension, les antennes plates pour système de positionnement par satellites (" Global Positioning System " ou " GPS "), les puces LC interétages, etc. Ces composants sont constitués principalement par une composition diélectrique à faible perte appelée composition diélectrique hyperfréquence. Les compositions diélectriques hyperfréquences contenant TiO2 ont été introduites pour la première fois dans les années 1960. Depuis lors, différents types de compositions diélectriques hyperfréquences sont apparus dans l'industrie. Par exemple, pour un composant de télécommunications de grande puissance on connaît une composition de type BaO- PbO-Nd203(ou Sm203)-TiO2 et pour un composant de communication numérique de faible puissance on connaît des compositions de type Mg(Ca)TiO3 et (ZrSn)TiO4, et pour les composants de communications par satellite on connait des compositions de type Ba(MgTa)03. Pour pouvoir être utilisées pour différents composants de télécommunications de grande puissance ces compositions diélectriques hyperfréquences doivent présenter les caractéristiques diélectriques suivantes: tout d'abord, pour améliorer les caractéristiques de sélection haute fréquence, un facteur de qualité (Q) élevé est nécessaire (supérieur à 3000 à 1 GHz). De plus, un rapport de constantes diélectriques s, élevé, supérieur à , est nécessaire pour un composant compact. En outre, pour garantir un circuit stable à la température, il doit être possible d'ajuster le coefficient de température de la fréquence de résonance à O en ajustant les proportions des composants de la composition. Par ailleurs, pour que la composition diélectrique puisse être utilisée dans un filtre de puce LC, la température de frittage de la composition doit être inférieure à 1250 C, valeur qui constitue la limite supérieure de la température de frittage d'une électrode de nickel et d'un matériau d'électrode à haute température comme Ag et Pd. Enfin, comme le frittage à haute température peut entraîner une augmentation des coûts de fabrication des composants, on préfère le frittage à basse température. Pour le frittage à basse température il est possible d'ajouter une fritte de verre. Cependant, bien qu'une telle fritte de verre abaisse la température de frittage, elle dégrade les caractéristiques diélectriques de sorte que l'on préfère ajouter une moindre quantité de fritte de verre lors du frittage de la composition diélectrique. Ainsi, la présente invention a pour but de fournir une composition diélectrique hyperfréquence à frittage à basse température, et plus précisément une composition diélectrique hyperfréquence qui peut être frittée à une température inférieure à 1250 C. Ce but est atteint selon la présente invention par une composition diélectrique hyperfréquence à frittage à basse température qui comprend une composition de type xLiOl/2-yCaO-zSmO3/2-wTiO2-qBO3/2 dans laquelle 13,00 composition totale. Si la composition selon la présente invention est frittée à une température inférieure à 1250 C, elle a une constante diélectrique spécifique K élevée, supérieure à à 1 GHz, un facteur de qualité (Q = tanB) élevé, supérieur à 5100, et un coefficient de température de la fréquence de résonance (CTF) proche de 0 ppm/ C, de sorte que la composition selon la présente invention peut être utilisée pour un composant de télécommunications à grande puissance débitée utilisé dans un filtre passe-bande de système téléphonique personnel (" Personal Handphone System " ou " PHS "), un filtre passe- bande de radiotéléphone 2, un filtre passe-bande de radiotéléphone 1+, un diplexeur de téléphone cellulaire analogique, un diplexeur de téléphone cellulaire numérique, notamment, ainsi que comme produit de frittage d'électrode. Dans la suite, la présente invention va être illustrée de manière plus précise à l'aide des exemples non limitatifs suivants. Exemple 1 Pour préparer une composition diélectrique contenant ,1 mol% de LiOl/2, 12,51 mol% de CaO, 20,01 mol% de SmO3/2, ,03 mol% de TiO2 et 2,44 mol% de BO3/2, des poudres de CaCO3, Li2CO3, Sm203, TiO2 et B203 ont été pesées et mélangées. Le mélange obtenu a été mélangé avec ZrO2 et de l'alcool puis le mélange résultant a été broyé et malaxé pendant 24 heures. Le mélange résultant a été déshydraté pendant 24 heures, et le mélange pulvérulent obtenu a été calciné dans un four de A1203 à une température de 900 à 1050 C pendant 2 à 4 heures, après quoi la poudre calcinée formée a été mélangée avec ZrO2 et de l'alcool, puis le mélange résultant a été broyé et ensuite déshydraté pendant 24 heures, et la poudre déshydratée formée a été tamisée sur un tamis d'une ouverture de maille de 75 pm (200 mesh). Ensuite, 10 g de cette poudre et 0,2 cm3 d'une solution aqueuse contenant 5% de poly(alcool vinylique) (PVA) ont été soigneusement mélangés, le mélange a été déshydraté pendant 10 minutes, puis moulé à froid sous une pression de 39,2x105 Pa (40 kgf/cm2). La structure moulée à froid résultante a été frittée à une température de 1200- 1250 C pendant 3 à 6 heures. Pour mesurer les caractéristiques diélectriques, un échantillon d'un diamètre de 9,8 à 10 mm a été poli pour obtenir un rapport diamètre/hauteur de 1:0,45, puis poli de nouveau pour minimiser la dégradation du facteur de qualité du fait de la rugosité de la surface de l'échantillon, pour former un échantillon dont la surface présente un poli miroir. Les caractéristiques diélectriques de l'échantillon ont été mesurées selon la méthode à plaques parallèles à l'aide d'un champ électrique transversal dans le cas d'un filtre passe-bande hyperfréquence (300 MHz-30 GHz). Le coefficient de température de la fréquence de résonance a été mesuré à une température de 20-80 C. Les résultats des mesures sont présentés dans le tableau 1 ci-dessous. Exemples 2-9 Des échantillons dont la composition est indiquée dans le tableau 1 cidessous ont été préparés de la même manière qu'à l'exemple 1 et leurs caractéristiques diélectriques ont été mesurées par la même méthode qu'à l'exemple 1. Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau 1. Tableau 1 x y z w q K Q CTF ex. 1 15,01 12,51 20,01 50,03 2,44 106 5680 0 ex. 2 14,82 12,35 19,77 49,42 3, 64 105,6 5620 -1,5 ex. 3 14,65 12,20 19,53 48,81 4,81 105,3 5600 -2,7 ex. 4 14,47 12,05 19,29 48,22 5,97 105 5570 -4,6 ex. 5 14,29 11,91 19,06 47,63 7,11 104,8 5540 -5,8 ex. 6 14,12 11,76 18,83 47,05 8,24 104 5500 -7,1 ex. 7 13,95 11,62 18,59 46,48 9,36 102,6 5400 -8,2 ex. 8 13,78 11,48 18,37 45,92 10, 45 100,8 5240 -9,8 ex. 9 13,61 11,34 18,15 45,37 11,53 99,67 5187 -11,3 (dans le tableau 1, ex. 1 à 9 désignent les exemples 1 à 9) Comme la composition diélectrique hyperfréquence à frittage à basse température selon la présente invention a un facteur de qualité élevé et une constante diélectrique élevée dans le domaine des hyperfréquences, et comme le coefficient de température de la fréquence de résonance est rendu stable, la composition préparée selon la présente invention convient à de nombreux composants de télécommunications à puissance débitée élevée de sorte qu'il est possible d'améliorer les caractéristiques de sélection de la fréquence et de produire un système compact stable en température. De plus, comme la température de frittage est inférieure à celle des compositions conventionnelles, il est possible de réduire les coûts de fabrication de différents composants de télécommunications à grande puissance débitée. Par ailleurs, comme la composition selon la présente invention peut être frittée à une température inférieure à 1250 C, elle est appropriée comme matériau pour filtre de puce LC à hautes performances. REVENDICATIONS 1. Composition diélectrique hyperfréquence à frittage à basse température caractérisée en ce qu'elle comprend une composition de type xLiOl/2-yCaO-zSmO3/2-wTiO2-qBO3/2 dans laquelle 13, 00 mol% par rapport à la composition totale. 2. Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est frittée à une température inférieure à 1250 C.