(57)【要約】【課題】比誘電率εｒが１０以下で、Ｑ×ｆ０値も大きく、更に共振周波数ｆ０の温度係数τｆの絶対値が２０ｐｐｍ／℃以下で調整が容易な高周波用誘電体磁器組成物を提供する。【解決手段】一般式ａＺｎＡｌ２Ｏ４−ｂＺｎ２ＳｉＯ４−ｃＴｉＯ２−ｄＺｎ２ＴｉＯ４で表され、各成分のモル分率ａ、ｂ、ｃ、ｄが５．０≦ａ≦８０．０ｍｏｌ％、５．０≦ｂ≦７０．０ｍｏｌ％、５．０≦ｃ≦２７．５ｍｏｌ％、０≦ｄ≦３０．０ｍｏｌ％（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００  ｍｏｌ％）である高周波用誘電体磁器組成物【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式ａＺｎＡｌ２Ｏ４−ｂＺｎ２ＳｉＯ４−ｃＴｉＯ２−ｄＺｎ２ＴｉＯ４で表され、各成分のモル分率ａ、ｂ、ｃ、ｄが５．０≦ａ≦８０．０ｍｏｌ％、５．０≦ｂ≦７０．０ｍｏｌ％、５．０≦ｃ≦２７．５ｍｏｌ％、０≦ｄ≦３０．０ｍｏｌ％（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００  ｍｏｌ％）である高周波用誘電体磁器組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比誘電率εｒが１０以下で、マイクロ波やミリ波などの高周波領域でのＱ値が大きく、更に共振周波数ｆ０の温度係数τｆの絶対値が小さい高周波用誘電体磁器組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信網の急激な発展に伴い、通信に使用する周波数が拡大すると同時にマイクロ波領域やミリ波領域などの高周波領域に及んでいる。高周波用の誘電体磁器組成物としては、無負荷Ｑ値が大きく、更に共振周波数ｆ０の温度係数τｆの絶対値が小さい材料が求められている。一方、マイクロ波回路やミリ波回路の大きさは、比誘電率εｒが大きくなるほど小型化が可能である。しかし、マイクロ波領域以上の高周波領域に関しては、比誘電率εｒが大き過ぎると、回路が小さくなりすぎ加工精度の要求が厳しくなり、比誘電率εｒの小さい材料が必要となる。
【０００３】
従来、Ｑ値が大きく、更に共振周波数ｆ０の温度係数τｆの絶対値が小さい誘電体磁器組成物としては、ＢａＯ−ＭｇＯ−ＷＯ３系材料（特許文献１参照）や、ＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系材料（特許文献２参照）などが提案されている。しかし、これら磁器組成物の比誘電率εｒは１０以上であり、更に低い誘電率を有する誘電体磁器組成物が求められている。
【０００４】
一方、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）は、それぞれεｒが７、１０と比較的小さい比誘電率を示し、高周波特性に優れる磁器組成物として知られている。しかし、共振周波数の温度依存性（τｆ）が−６０ｐｐｍ／℃とマイナス側に大きいため、誘電体共振器や誘電体フィルターなどの温度依存性が小さいことが求められる用途への適用は制限されている。
【０００５】
また、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶とα−ＳｉＯ２結晶およびＺｎＳｉＯ４結晶並びにガラス層からなる低温焼成磁器が、誘電率の小さい値を示すことが知られている（特許文献３参照）が、この材料は、ガラス層を含む配線基板材料で機械的強度を重視しており、高周波用誘電体磁器組成物としては、Ｑ値も十分でなく、共振周波数ｆ０の温度係数τｆの記載もない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２３６７０８号公報（第１１頁段落番号（００３３）、表１〜８参照）。
【特許文献２】
特開平６−１９９５６８号公報（第５頁段落番号（００１８）、表１〜３参照）。
【特許文献３】
特開２００２−３３８３４１号公報（第１０頁段落番号（００５０）、表４等参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の問題を解消し、比誘電率εｒが１０以下で、Ｑ×ｆ０値も大きく、更に共振周波数ｆ０の温度係数τｆの絶対値が２０ｐｐｍ／℃以下で調整が容易な高周波用誘電体磁器組成物を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一般式がａＺｎＡｌ２Ｏ４−ｂＺｎ２ＳｉＯ４−ｃＴｉＯ２−ｄＺｎ２ＴｉＯ４で表され、各成分のモル分率ａ、ｂ、ｃ、ｄが５．０≦ａ≦８０．０ｍｏｌ％、５．０≦ｂ≦７０．０ｍｏｌ％、５．０≦ｃ≦２７．５ｍｏｌ％、０≦ｄ≦３０．０ｍｏｌ％（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００  ｍｏｌ％）である高周波用誘電体磁器組成物に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、主成分としてＺｎＡｌ２Ｏ４とＺｎ２ＳｉＯ４とＺｎ２ＴｉＯ４とＴｉＯ２からなる磁器組成物であって、一般式がａＺｎＡｌ２Ｏ４−ｂＺｎ２ＳｉＯ４−ｃＴｉＯ２−ｄＺｎ２ＴｉＯ４で表され、各成分のモル分率ａ、ｂ、ｃ、ｄが、５．０≦ａ≦８０．０ｍｏｌ％、５．０≦ｂ≦７０．０ｍｏｌ％、５．０≦ｃ≦２７．５ｍｏｌ％、０≦ｄ≦３０．０ｍｏｌ％（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００  ｍｏｌ％）で表される誘電体磁器組成物である。
【００１０】
本発明における誘電体磁器組成物は、共振周波数ｆ０（ＧＨｚ）と無負荷Ｑ値の積であるＱ×ｆ０値が２００００（ＧＨｚ）以上と大きい値を示し、誘電損失の小さい磁器を提供することができる。また、本発明における誘電体磁器組成物は共振周波数の温度変化率（τｆ）の絶対値が２０ｐｐｍ／℃以下であり、温度による影響の少ない磁器を提供することができる。更に比誘電率εｒが１０以下で、本発明の誘電体磁器組成物を用いた高周波用素子や回路は、小さくなりすぎることはなく適度な大きさに保つことが可能になり、厳しい加工精度を要求されず、生産性の面で優れている。
【００１１】
本発明における組成の限定理由を説明する。一般式ａＺｎＡｌ２Ｏ４−ｂＺｎ２ＳｉＯ４−ｃＴｉＯ２−ｄＺｎ２ＴｉＯ４で表され、ａ、ｂ、ｃ、ｄで表す各成分のモル分率が５．０≦ａ≦８０．０ｍｏｌ％、５．０≦ｂ≦７０．０ｍｏｌ％、５．０≦ｃ≦２７．５ｍｏｌ％、０≦ｄ≦３０．０ｍｏｌ％（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００  ｍｏｌ％）で表わされる磁器組成物において、モル分率ａが５．０ｍｏｌ％より少ないとＱ×ｆ０値が２００００以下と小さくなり、８０．０ｍｏｌ％を超えると良好な焼結体が得られなくなるため好ましくない。また、モル分率ｂが５．０ｍｏｌ％より少ないと良好な焼結体が得られなくなり、７０．０ｍｏｌ％を超えると共振周波数の温度変化率（τｆ）の絶対値が２０ｐｐｍ／℃より大きくなるため好ましくない。また、モル分率ｃが５．０ｍｏｌ％より少ないか或いは２７．５ｍｏｌ％を超えると共振周波数の温度変化率（τｆ）の絶対値が２０ｐｐｍ／℃より大きくなるため好ましくない。また、モル分率ｄが３０．０ｍｏｌ％を超えるとＱ×ｆ０値が２００００以下と小さくなるため好ましくない。
【００１２】
モル分率ｄが０ｍｏｌ％であると、本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、ａＺｎＡｌ２Ｏ４−ｂＺｎ２ＳｉＯ４−ｃＴｉＯ２（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００  ｍｏｌ％）で表される３成分系の高周波用誘電体磁器組成物となるが、３成分系においても、上記の本発明の効果を有する。
【００１３】
本発明の誘電体磁器組成物の最も望ましい実施形態としては、本発明の組成範囲内にあって、結晶構造がＺｎＡｌ２Ｏ４−Ｚｎ２ＳｉＯ４−ＴｉＯ２−Ｚｎ２ＴｉＯ４の４成分の結晶からなる高周波用誘電体磁器組成物が挙げられる。
【００１４】
本実施形態で示される４成分の結晶からなる高周波用誘電体磁器組成物は、前記ＺｎＡｌ２Ｏ４−Ｚｎ２ＳｉＯ４−ＴｉＯ２の３成分の結晶からなる誘電体磁器組成物にＺｎ２ＴｉＯ４が加えられている系であるが、Ｚｎ２ＴｉＯ４が加えられている事により前記の効果を示す誘電体磁器組成物が得られるとともに、ＺｎＡｌ２Ｏ４−Ｚｎ２ＳｉＯ４−ＴｉＯ２の３成分の結晶からなる誘電体磁器組成物と比べて焼成温度を更に下げることができる。
【００１５】
本発明においては、これら主要成分以外にも、本発明の目的を損なわない範囲で他成分を含めることが可能である。また、上記主成分を得るために、各種酸化物原料が使用されるが、それらの原料酸化物の量は、上記一般式に厳密に構成するように配合される必要はなく、上記主成分に取りこまれない酸化物が誘電体磁器組成物の中に存在していても、上記の組成から大きく外れない限り、同様な効果を得ることが出来る。
【００１６】
その場合、本発明は、主成分としてＺｎＡｌ２Ｏ４とＺｎ２ＳｉＯ４とＺｎ２ＴｉＯ４とＴｉＯ２からなる磁器組成物であって、成分元素の酸化物換算値での組成が、４４．４≦ＺｎＯ≦６４．９ｍｏｌ％、１．８≦Ａｌ２Ｏ３≦４２．１ｍｏｌ％、２．２≦ＳｉＯ２ｃ≦２８．６ｍｏｌ％、１．９≦ＴｉＯ２≦２７．４ｍｏｌ％（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）で表される高周波用誘電体磁器組成物としても表される。
【００１７】
本発明の高周波用誘電体磁器組成物の好適な製造方法の一例を次に示す。ＺｎＡｌ２Ｏ４、Ｚｎ２ＳｉＯ４、ＴｉＯ２、Ｚｎ２ＴｉＯ４のうち必要な出発原料を所定量ずつ、水、アルコール等の溶媒と共に湿式混合する。続いて、水、アルコールを除去した後、得られた粉末にポリビニルアルコールの如き有機バインダーおよび水を混合して均質にし、乾燥、粉砕して、加圧成形（圧力１００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２程度）する。そして得られた成型物を空気の如き酸素含有ガス雰囲気下にて１２００〜１５００℃で焼成することにより上記一般式で表わされる誘電体磁器組成物が得られる。
【００１８】
また、本発明の高周波用誘電体磁器組成物の好適な製造方法の別の一例を次に示す。酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）のうち必要な出発原料を所定量ずつ、水、アルコール等の溶媒と共に湿式混合する。続いて、水、アルコールを除去した後、大気雰囲気中にて８００〜１２００℃の温度で２時間仮焼する。このようにして得られた粉末にポリビニルアルコールの如き有機バインダーおよび水を混合して均質にし、乾燥、粉砕して、加圧成形（圧力１００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２程度）する。そして得られた成型物を空気の如き酸素含有ガス雰囲気下にて１２００〜１５００℃で焼成することにより上記一般式で表わされる誘電体磁器組成物が得られる。なお、亜鉛、アルミニウム、ケイ素、チタンの原料としては、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２の酸化物の他に、仮焼時に酸化物となる炭酸塩や水酸化物、及び有機金属化合物等を使用することができる。
【００１９】
図１にこのようにして得られた本発明のＺｎＡｌ２Ｏ４−Ｚｎ２ＳｉＯ４−ＴｉＯ２の３種類の結晶からなる誘電体磁器組成物のＸ線回折図を示す。また、図２にＺｎＡｌ２Ｏ４−Ｚｎ２ＳｉＯ４−ＴｉＯ２−Ｚｎ２ＴｉＯ４の４種類の結晶からなる誘電体磁器組成物のＸ線回折図を示す。なお、出発原料を酸化物とした製造方法、或いは出発原料として仮焼時に酸化物となる炭酸塩、水酸化物、有機金属化合物等を用いた製造方法を用いた場合においても、前記のような目的とする結晶構造を得ることが可能である。
【００２０】
このようにして得られた誘電体磁器組成物は、適当な形状、およびサイズに加工することにより誘電体共振器として利用できる。また、外部に銀や銅などの導体を形成することにより、いわゆる同軸型共振器やこれを利用した同軸型誘電体フィルターなどの高周波部品として利用することも可能である。更には、板状に加工し、銀や銅などの導体配線を形成することにより、誘電体基板としても利用することができる。
【００２１】
本発明の誘電体磁器組成物は、混合、仮焼、粉砕等の工程を経て得られる誘電体粉末をポリビニルブチラール等の樹脂、フタル酸ジブチル等の可塑剤、およびトルエン等の有機溶剤とを混合し、ドクターブレード法等によるシート成形を行い、得られたシートと導体とを積層化、一体焼成することにより、積層誘電体フィルターなどの積層部品や積層誘電体基板としても利用することができる。
【００２２】
【実施例】
実施例１
ＺｎＡｌ２Ｏ４を７．５ｍｏｌ％、Ｚｎ２ＳｉＯ４を６７．５ｍｏｌ％、ＴｉＯ２を２５ｍｏｌ％、となるように、所定量（全量として５０．００ｇ）を秤量し、原料粉をエタノール、ＺｒＯ２ボールと共にボールミルに入れ、２４時間湿式混合した後、溶媒を脱媒乾燥した。得られた混合粉を粉砕した後、適量のポリビニルアルコール溶液を加えて乾燥後、直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍのペレットに成形し、空気雰囲気中、１３７５℃の温度で２時間焼成した。こうして得られた実施例１の磁器組成物を直径８ｍｍ、厚み４ｍｍの大きさに加工した後、誘電共振法によって測定し、共振周波数９〜１３ＧＨｚにおけるＱ×ｆ０値、比誘電率εｒ、および共振周波数の温度係数τｆを求めた。その結果を表１に示す。
【００２３】
実施例２〜１５
ＺｎＡｌ２Ｏ４、Ｚｎ２ＳｉＯ４、ＴｉＯ２、Ｚｎ２ＴｉＯ４を表１に示した組成比になるように配合し、混合後、実施例１と同一条件で成形し、空気雰囲気下において、表１に示したように１２２５℃〜１４５０℃の温度にて２時間焼成して誘電体セラミックスを作製し、実施例１と同様な方法で特性を評価した。その結果を表１に示す。また、図１、図２に、それぞれ実施例３、９で得られた本発明の誘電体磁器組成物のＸ線回折図を示す。
【００２４】
比較例１〜１４
ＺｎＡｌ２Ｏ４、Ｚｎ２ＳｉＯ４、ＴｉＯ２、Ｚｎ２ＴｉＯ４を表１に示した配合量で混合後、実施例１と同一条件で成形し、空気雰囲気下において表１に示したように１２２５℃〜１４２５℃の温度にて２時間焼成して誘電体セラミックスを作製し、実施例１と同様な方法で特性を評価した。その結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
2004210614.tif 000003
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、比誘電率εｒが１０以下で、マイクロ波やミリ波などの高周波領域でのＱ値が大きく、更に共振周波数の温度変化率（τｆ）の絶対値が２０ｐｐｍ／℃以下の高周波用誘電体磁器組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ＺｎＡｌ２Ｏ４−Ｚｎ２ＳｉＯ４−ＴｉＯ２の３種類の結晶からなる誘電体磁器組成物のＸ線回折図である。
【図２】本発明ＺｎＡｌ２Ｏ４−Ｚｎ２ＳｉＯ４−ＴｉＯ２−Ｚｎ２ＴｉＯ４の４種類の結晶からなる誘電体磁器組成物のＸ線回折図である。
【図１】
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【図２】
2004210614.tif 000005