(57)【要約】  【課題】マイクロ波、ミリ波などの高周波領域で、低温で焼成可能であり、比誘電率が低く、低損失な誘電体組成物を提供する。  【解決手段】スピネル型結晶構造を有する結晶相を主結晶相とし、SiO2結晶相と、ガラス相からなり、さらに、少なくともAl2O3、SiO2、B2O3、MgO、ZnO及びROa（ただし、Rは、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb及びGdから選ばれる少なくとも一種の元素であり、aは、前記Rの価数に応じて化学量論的に定まる数値である）からなる誘電体磁器組成物とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともスピネル型結晶構造を有する結晶相を主結晶相とし、ＳｉＯ2結晶相と、ガラス相を含む誘電体磁器。
【請求項２】
前記誘電体磁器が、少なくともＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＺｎＯ及びＲＯａ（ただし、Ｒは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ及びＧｄから選ばれる少なくとも一種の元素であり、ａは前記Ｒの価数に応じて化学量論的に定まる数値である）を含む請求項１に記載の誘電体磁気組成物。
【請求項３】
前記誘電体磁器組成物が、少なくとも２５〜５０重量％のＡｌ2Ｏ3、３５〜５０重量％のＳｉＯ2及び１重量％以下のＲＯa（ただし、Ｒは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ及びＧｄから選ばれる少なくとも一種の元素であり、ａは前記Ｒの価数に応じて化学量論的に定まる数値である）を含有する請求項１に記載の誘電体磁気組成物。
【請求項４】
前記誘電体磁器組成物が、１１００℃以下で焼成が可能である請求項１に記載の誘電体磁器組成物。
【請求項５】
Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ及びＲＯａを含有する第一成分と、ＳｉＯ2を含有する第二成分と、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＭｇＯ及びＺｎＯを含むガラス組成物を含有する第三成分とを混合し、焼成することを特徴とする誘電体磁器組成物の製造方法。
【請求項６】
前記第三成分が、さらに結晶化ガラスである請求項５に記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
【請求項７】
前記第三成分が、さらにＡｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、Ｌａ2Ｏ3、ＰｂＯ、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、及びＫ2Ｏから選ばれる少なくとも一種の酸化物を含む請求項５に記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載の誘電体磁器組成物からなる誘電体層と、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ及びＰｔから選ばれる少なくとも一種の金属を主成分とする導体層とを積層して形成した積層体を含むことを特徴とする通信機器用デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にマイクロ波、ミリ波などの高周波帯域で共振器、フィルタ、アンテナ、コンデンサ、インダクタ、回路基板などとして使用されるデバイスに有用な誘電体磁器組成物、及びこのような誘電体磁器組成物を用いて構成した通信機器用デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信などにおける通信容量増大及び通信速度高速化に伴い、通信機器に使用される周波数がマイクロ波帯からミリ波帯へと高周波化している。これより、従来用いられていた比誘電率の低い誘電体磁器組成物では、比誘電率が７以上と大きく、誘電損失（tanδ）が大きかった。すなわち、ミリ波通信を可能にするために誘電体磁器組成物には、より低い誘電率、さらに誘電損失が小さいことが求められている。
【０００３】
そこで前記要求を満足させるために、例えば下記特許文献１に提案されているようなＡｌ2Ｏ3系セラミックとガラス組成物からなる誘電体磁器組成物が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２０１０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、Ａｌ2Ｏ3系セラミックとガラス組成物からなる誘電体磁器組成物は、比誘電率は４〜８と満足するが、ミリ波帯におけるfQ積が２２０００以下と小さかった。このような事情から、比誘電率は６以下で、fQ積が３００００以上となる誘電体磁器組成物が望まれている。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、低温で焼成可能であり、比誘電率が６以下であり、誘電損失(tanδ)の逆数のQ値が高い誘電体磁器組成物、及びこれを用いた誘電体磁器組成物を利用した、ミリ波やマイクロ波などの高周波帯域における使用に適した通信機器用デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の誘電体磁器組成物は、少なくともスピネル型結晶構造を有する結晶相を主結晶相とし、ＳｉＯ2結晶相と、ガラス相からなり、さらに、少なくともＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＺｎＯ及びＲＯａ（ただし、Ｒは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ及びＧｄから選ばれる少なくとも一種の元素であり、ａは、前記Ｒの価数に応じて化学量論的に定まる数値である）からなることを特徴とする。
【０００７】
次に本発明の誘電体磁器組成物の製造方法は、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ及びＲＯaを含有する第一成分とＳｉＯ2を含有する第二成分とＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＭｇＯ及びＺｎＯを含むガラス組成物を含有する第三成分とを混合し、焼成することを特徴とする。
【０００８】
次に本発明の通信機器用デバイスは、前記の誘電体磁器組成物からなる誘電体層と、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ及びＰｔから選ばれる少なくとも一種の金属を主成分とする導体層とを積層して形成した積層体を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以下詳細に説明したように、本発明によれば、少なくともスピネル型結晶構造を有する結晶相を主結晶相とし、ＳｉＯ2結晶相と、ガラス相からなり、さらに、少なくともＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＺｎＯ及びＲＯａ（ただし、Ｒは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ及びＧｄから選ばれる少なくとも一種の元素であり、ａは、前記Ｒの価数に応じて化学量論的に定まる数値である）からなる誘電体磁器組成物とすることにより、低い比誘電率と実用的な誘電損失を兼ね備えた誘電体磁器組成物を提供することができる。また、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ及びＲＯaを含有する第一成分とＳｉＯ2を含有する第二成分とＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＭｇＯ及びＺｎＯを含むガラス組成物を含有する第三成分とを混合し、焼成することにより、安定した誘電体磁器組成物を提供することができる。このような誘電体磁器組成物により、マイクロ波やミリ波などの帯域における使用に適した通信機器用デバイスを構成することができる。この通信機器用デバイスは、例えば、導体層との積層体を含む積層型のデバイスとして用いることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、少なくともスピネル型結晶構造を有する結晶相を主結晶相とし、ＳｉＯ2結晶相と、ガラス相からなることを特徴とする誘電体磁器組成物である。このような誘電体磁器組成物とすることにより、比誘電率が低く低損失な各種デバイスを構成することが可能となる。この誘電体磁器組成物は、少なくともＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＺｎＯ及びＲＯａ（ただし、Ｒは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ及びＧｄから選ばれる少なくとも一種の元素であり、ａは、前記Ｒの価数に応じて化学量論的に定まる数値である）からなることが好ましい。
【００１１】
さらに具体的には、少なくとも２５〜５０重量％のＡｌ2Ｏ3、３５〜５０重量％のＳｉＯ2及び１重量％以下のＲＯaを含有することが好ましい。
【００１２】
また、上記誘電磁器組成物は、１１００℃以下で焼成が可能であることが好ましい。
【００１３】
次に本発明の方法においては、上記誘電体磁器組成物は、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ及びＲＯaを含有する第一成分とＳｉＯ2を含有する第二成分とＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＭｇＯ及びＺｎＯを含むガラス組成物を含有する第三成分とを混合し、焼成することが好ましい。また前記第三成分が、さらに結晶化ガラスであることが好ましい。また前記第三成分が、さらにＡｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、Ｌａ2Ｏ3、ＰｂＯ、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、及びＫ2Ｏから選ばれる少なくとも一種の酸化物を含むことが好ましい。
【００１４】
次に本発明の通信機器デバイスにおいては、誘電体磁器組成物からなる誘電体層と、さらにＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ及びＰｔから選ばれる少なくとも一種の金属を主成分とする導体層とを積層して形成した積層体を含むことが好ましい。本発明の通信機器用デバイスには、誘電体フィルタ、誘電体共振器、誘電体アンテナ、コンデンサ、インダクタ、回路基板などが含まれる。
【００１５】
以下、本発明の誘電体磁器組成物からなる成型体を得るための方法の例について説明する。
【００１６】
本発明の誘電体磁器組成物を製造するための出発原料としては、各構成元素の酸化物、炭酸塩、硝酸塩、有機金属塩などを用いる。純度は９９％以上が望ましいが特に限定されない。これらの原料を、上記組成範囲になるように秤量し、混合する。混合は、ボールミル、媒体攪拌ミル、乳鉢などで行い、湿式、乾式いずれにより混合しても良い。湿式の場合、溶媒としては、水、アルコール、エーテルなどを用いることもできる。必要に応じて乾燥させた混合物をるつぼに入れ、熱処理する。るつぼとしては、ムライト、アルミナ、白金などからなるものが良い。熱処理温度は８００〜１７００℃が好ましい。
【００１７】
ガラス化が必要な場合には溶融物を急冷する。急冷は、加熱により溶融させた原料を、水中に滴下させる、金属板に滴下させるなどの方法により行うことができる。得られた熱処理物は、上記混合と同様の方法により粉砕する。粉砕に際しては、必要に応じて乾燥を施しても良い。このようにして誘電体結晶粉末及びガラス粉末を得る。誘電体結晶粉末とガラス粉末は、必要に応じて上記混合と同様の方法により混合し、乾燥する。
【００１８】
次に得られた粉末を造粒する。造粒方法としては、バインダを加えて混練し、メッシュを通して造粒する方法、スプレードライなどで市販の造粒装置を用いて造粒する方法などが挙げられる。バインダとしては、ポリビニルアルコール系、ワックス系、アクリル系などを用いることができる。また、バインダの添加量としては、粉末に対して１〜２５重量％が好ましい。なお、上記メッシュの開口径としては、１００〜１０００μｍの範囲が好ましい。
【００１９】
引き続いて造粒粉末をプレス成型する。成型法としては、金型を用いた一軸加圧成型、静水圧成型などが好ましい。成型圧は、１００〜２０００ｋｇ/ｃｍ2の範囲がよい。得られた成型体を、大気中などの酸化性雰囲気３５０〜８００℃で熱処理することによりバインダ成分を飛散させ、さらに８００〜１１００℃の範囲で焼成する。焼成雰囲気は、中性であっても酸化性であってもよく特に限定されない。
【００２０】
以上に説明したような方法により、焼結体とした誘電体磁器組成物を得ることができる。この誘電体磁器は、従来から用いられてきた方法により、適宜金属導体などと組み合わされて各種通信機器用デバイスに組み立てられる。
【００２１】
本発明によれば、少なくともスピネル型結晶構造を有する結晶相を主結晶相とし、ＳｉＯ2結晶相と、ガラス相からなり、さらに、少なくともＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＺｎＯ及びＲＯａ（ただし、Ｒは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ及びＧｄから選ばれる少なくとも一種の元素であり、ａは、前記Ｒの価数に応じて化学量論的に定まる数値である）からなる誘電体磁器組成物とすることにより、低い比誘電率と実用的な誘電損失を兼ね備えた誘電体磁器組成物を提供することができる。また、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ及びＲＯａを含有する第一成分とＳｉＯ2を含有する第二成分とＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＭｇＯ及びＺｎＯを含むガラス組成物を含有する第三成分とを混合し、焼成することにより、安定した誘電体磁器組成物を提供することができる。このような誘電体磁器組成物により、マイクロ波やミリ波などの帯域における使用に適した通信機器用デバイスを構成することができる。この通信機器用デバイスは、例えば、導体層との積層体を含む積層型のデバイスとして用いることもできる。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下の実施例において、上記誘電体磁器組成物の特性評価は、比誘電率、誘電損失（Ｑ値）について実施した。比誘電率と誘電損失（Ｑ値）とは、ネットワークアナライザを用いて誘電体共振法により求めた。このときの共振周波数は、７〜１５GHzとした。
【００２３】
出発原料としてＡｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｌａ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｐｒ6Ｏ11、Ｎｄ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3及びＧｄ2Ｏ3を用いた。これらの出発原料を組成式：ｘＡｌＯ3/2−ｙＭｇＯ−ｚＲＯa（Ｒ：Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ）となるように配合した。
【００２４】
次にガラス粉末を以下の方法により作製した。出発原料として、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＣａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、ＢａＣＯ3、Ｌａ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＰｂＯ、Ｌｉ2ＣＯ3、Ｎａ2ＣＯ3及びＫ2ＣＯ3を用いた。これらの出発原料を、全量が１００ｇとなるように適宜選択して配合した。エタノール１３０ｃｃ、直径１０ｍｍのジルコニア製玉石６００ｇとともに、容量６００ｃｃのポリエチレン製ポットに入れ、１８時間回転させて混合、粉砕を行った。スラリー状の混合物を金属製のバットに入れ、１５０℃で乾燥させた。乾燥物を白金製るつぼに入れ、ふたをし、１７００℃で溶融させた後、溶融物を水中に入れ急冷した。得られたガラスを混合と同様の方法により粉砕し、乾燥させ、ガラス粉末を得た。
【００２５】
上記誘電体粉末（第一成分）とＳｉＯ2（第二成分）とガラス粉末（第三成分）を、全量が１００ｇとなるように配合した。これを純水３００ｃｃ、直径５ｍｍのジルコニア製玉石６００ｇとともに、容量６００ｃｃのポリエチレン製ポットに入れ、６０時間回転させて混合、粉砕を行った。スラリー状の混合物を金属製のパレットに入れ、１５０℃で乾燥させた。得られた誘電体粉末に、２５重量％のポリビニルアルコール系のバインダを加え、混練し、開口径３０μｍのメッシュを通して造粒した。造粒粉を金型に充填し、５００ｋｇ/ｃｍ2の圧力で一軸加圧して成型した。この成型体を空気中６００℃で２時間保持してバインダ成分を飛散させた後、８５０〜１１００℃の温度範囲で焼成した。焼結体の寸法は、直径約１３ｍｍ、高さ約７ｍｍとなった。上記範囲内における種々の温度で焼成して得た焼結体のうち、密度が最高となったものについて誘電特性の評価を上記の方法により実施した。作成したガラスの組成を表２に、得られた焼結体の組成と特性を表１にそれぞれ示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
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表１に示した試料No.１〜１５についてX線回折を行ったところ、試料No.１〜１２については、スピネル型結晶相及びＳｉＯ2相が生成していることがわかった。このスピネル型結晶構造は、ＭｇＡｌ2Ｏ4相及びＺｎＡｌ2Ｏ4相と考えられる。図１にそのＸ線回折図を示す。試料Ｎｏ．１３〜１５については、ＳｉＯ2相の他に、マグネトプランバイト相が生成していることがわかった。図２にそのＸ線回折図を示す。さらに試料No.１３については、誘電率が６以上と大きくなった。また、試料No.１４と１５については、誘電率は６であるが、Qf積が１００００以下と小さくなった。
【００２８】
さらに、３５重量％を下回るＳｉＯ2を添加した試料No.５については、誘電率が６より大きかった。また、５０重量％を上回るＳｉＯ2を添加した試料No.１０については、Qf積が２００００以下と小さかった。
【００２９】
さらに、２５重量％を下回るＡｌ2Ｏ3を添加した試料No.６については、Qf積が３００００以下と小さかった。また、５０重量％を上回るＡｌ2Ｏ3を添加した試料No.９については、誘電率が６よりも大きかった。
【００３０】
さらに、１重量％を上回るROaを添加した試料No.8については、焼成温度が１２００℃と高く、誘電率も６よりも大きかった。
【００３１】
しかし、＊印を付した試料（No.5,6,8,9,10,13,14,15）を除いては、スピネル型結晶相、ＳｉＯ2相が生成し、誘電率が６以下と小さく、Qf積が３００００以上と大きくなることがわかった。
【００３２】
このようにスピネル型結晶を有する結晶相を主結晶相とし、ＳｉＯ2相とガラス相からなる誘電体磁器によれば、低い誘電率と実用的なQf積を実現できた。
【００３３】
上記実施例で作製した誘電体粉末をグリーンシートにし、Agペーストを印刷して、加圧圧着し、個片に切断したものを焼成すると、良好な積層体が得られた。このように、本発明で得られる誘電体磁気組成物は、Ag、Au、Cu、Pd等の金属からなる層と積層した積層構造を有するデバイスとして用いることができる。また、上記実施例からも明らかなように、上記各誘電体組成物は、上記のような金属と適宜組み合わせることにより、特性評価帯域としたGHz帯域において特に優れた高周波デバイスとして利用できる。
【００３４】
なお、上記説明したような製造方法によれば、Zr、Ti、Si、Fe、Ca等の元素が製造中に混入したり、出発原料に混入している場合が考えられる。しかし、このような不純物は、本発明の上記目的が達成される限り混入しても構わない。ただし、不純物濃度は、酸化物換算で全量中０.２％以下とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例における誘電体磁器組成物のX線回折図である。
【図２】本発明の実施例１における試料No.15の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】
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