(57)【要約】【課題】  高いQ値を保持して温度特性τfの正方向へのコントロール、特に0ppm/℃に近いところで制御することを可能にするとともに、焼結時間の短縮を達成できる組成からなる電子デバイス用誘電体磁器組成物の提供。【解決手段】  Ba(Mg1/3Ta2/3)O3に、特定量の(SrBa)(Ga1/2Ta1/2)O3を固溶させてしてその焼結性を改善し、さらにBa(Mg1/3Ta2/3)O3のBaの一部をCaに置換することにより、焼結時間を従来の100時間から50時間以下、最適な組成ではさらに10時間程度にまで短縮することができるとともに、高いQ値を保ちかつ温度特性τfを1〜17ppmの間でコントロールできる。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式が、(1-x)(Ba1-yCay)(Mg1/3Ta2/3)O3−x(Sr1-zBaz)(Ga1/2Ta1/2)O3  で表され、前記組成式におけるx、y、zが、0.1≧x≧0、0.008≧y>0、1≧z≧0を満足する組成を有する電子デバイス用誘電体磁器組成物。
【請求項２】
磁器組成物が、Qf=250,000GHz以上、τf=1〜17ppmの特性を有する請求項1に記載の電子デバイス用誘電体磁器組成物。
【請求項３】
焼結後の組成式が、(1-x)(Ba1-yCay)(Mg1/3Ta2/3)O3−x(Sr1-zBaz)(Ga1/2Ta1/2)O3と表され、前記組成式におけるx、y、zが、0.1≧x≧0、0.008≧y>0、1≧z≧0を満足する組成となるように原料粉末を混合して混合粉末を得る工程と、該混合粉末を仮焼した粉末より成形した成形体を1500℃〜1700℃の温度で10時間から50時間、焼結する工程とを含み、Qf=250,000GHz以上、τf=1〜17ppmの特性を有する誘電体磁器組成物を得る電子デバイス用誘電体磁器組成物の製造方法。
【請求項４】
焼結工程を酸素雰囲気中で行なう請求項3に記載の電子デバイス用誘電体磁器組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波通信用フィルタ、ミリ波通信用フィルタ、発信器、誘電体アンテナ、誘電体基板、周波数調整棒等に用いられる電子デバイス用誘電体磁器組成物とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、SHF帯用及びEHF帯用として用いられて誘電体磁器組成物としては、Ba(A1/3・X2/3)O3  (A;Mg,Zn,Co,Mn、X;Ta)などの複合ペロブスカイト型化合物が広く利用されており、例えば、Ba(Mg1/3・Ta2/3)O3系材等が知られている。
【０００３】
近年、SHF帯やEHF帯に利用される誘電体磁器組成物には、高εr、高Q、τf=0  等の厳しい特性が要求されるが、前記Ba(Mg1/3・Ta2/3)O3系材は難焼結材であり、急速昇温焼結や酸素中焼結などで長時間の焼結、例えば、500〜1000℃/分の昇温温度、1500〜1600℃の焼結温度で、100時間程度の焼結が必要であるため、量産性がなく、また安定したQ値を得ることが困難であった。
【０００４】
さらに、用途によって所定の共振周波数の温度係数τfを調整する必要があるが、前記Ba(Mg1/3Ta2/3)O3系材は、+5ppm/℃近傍のτfを有することが知られており、単一化合物のためτfを調整することは困難であった。
【０００５】
そこで、本出願人は先に、焼結性及び温度係数τfの調整可能な材料として、組成式がXBa(Mg1/3・Ta2/3)O3-Y(Baz・Sr1-z)(Ga1/2・Ta1/2)O3で表される電子デバイス用誘電体磁器組成物を提案した。
【特許文献１】特開平4-260656号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記組成物は、高いQ値(Qf≧250,000GHz)を有し、かつ温度係数τfが調整可能ではあるが、これらの諸特性を得ようとするには長時間の焼結が必要になるとともに、共振周波数の温度係数τfが実質的に3〜4ppm/℃であり、ゼロ近傍までコントロールすることが困難であった。
【０００７】
一方、共振周波数の温度係数τfが調整可能な組成物としては、出願人が先に提案した組成式がXBa(Zn1/3・Ta2/3)O3-Y(Baz・Sr1-z)(Ga1/2・Ta1/2)O3で表されるものがあるが、該組成物は前記特許文献1による組成物に比べQ値が低く、10GHz以上の高い周波数で使用に制限が生じるという問題があった。
【０００８】
そこで、発明者らは、前述のXBa(Mg1/3・Ta2/3)O3-Y(Baz・Sr1-z)Ga1/2・Ta1/2)O3で表される組成におけるMgを特定量のZnで置換することにより、焼結時間を50時間以下、さらには最適な組成範囲では10時間程度にまで短縮することができるとともに、高いQ値を保ちかつ温度特性τfを−1.3〜2.0ppmの間でコントロール可能であることを知見し、提案した。しかし、いまだ高いQ値を保ちかつ温度特性τfを正方向へ制御する技術は確立されていなかった。
【特許文献２】特願2002‐028135号
【０００９】
この発明は、高いQ値を保持して温度特性τfの正方向へのコントロール、特に0ppm/℃に近いところで制御することを可能にするとともに、焼結時間の短縮を達成できる組成からなる電子デバイス用誘電体磁器組成物とその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、高いQ値を保持して温度特性τfの正方向へのコントロールを可能にするとともに、焼結時間の短縮を達成すべく、組成について種々検討の結果、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3と(Sr1-zBaz)(Ga1/2Ta1/2)O3の各固溶体からなる組成物に着目し、両者の比率を特定範囲となし、かつ前者のBa(Mg1/3Ta2/3)O3のBaの一部をCaに置換することにより、前記温度係数のコントロールを実現でき、10〜50時間の比較的短時間の焼結で製造できることを知見し、この発明を完成した。
【００１１】
すなわちこの発明は、(1-x)(Ba1-yCay)(Mg1/3Ta2/3)O3の固溶体と、
x(Sr1-zBaz)(Ga1/2Ta1/2)O3の固溶体との組成物であり、前記組成式におけるx、y、zが、0.1≧x≧0、0.008≧y>0、1≧z≧0を満足する組成を有し、Qf=250,000GHz以上、τf=1〜17ppmの特性を有することを特徴とする電子デバイス用誘電体磁器組成物である。
【００１２】
また、この発明は、焼結後の前記組成式を満足する組成となるように原料粉末を混合して混合粉末を得る工程と、該混合粉末を仮焼した粉末より成形した成形体を1500℃〜1700℃の温度で10時間から50時間、大気中又は酸素中で焼結する工程とを含み、Qf=250,000GHz以上、τf=1〜17ppmの特性を有する誘電体磁器組成物を得ることを特徴とする電子デバイス用誘電体磁器組成物の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明により、誘電率24〜25、Qf値を250,000GHz以上に保ったまま共振周波数の温度係数を1〜17ppm/℃まで制御することができる。また、焼結時間を従来の100時間程度の長時間から50時間以下、さらには最適な組成範囲では10時間程度にまで短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明は、(1-x)Ba(Mg1/3Ta2/3)O3とx(Sr1-zBaz)(Ga1/2Ta1/2)O3  (0.1≧x≧0、1≧z≧0)の固溶体において、前者のBa(Mg1/3Ta2/3)O3のBaの一部をCaに置換した(1-x)(Ba1-yCay)(Mg1/3Ta2/3)O3と、x(Sr1-zBaz)(Ga1/2Ta1/2)O3の固溶体を作製することにより、温度特性τfの正方向へのコントロールを実現でき、比較的短時間の焼結で製造できることを特徴としている。
【００１５】
すなわち、この発明による誘電体磁器組成物は、高い誘電特性を持つ材料であるBa(Mg1/3Ta2/3)O3に、特定量の(SrBa)(Ga1/2Ta1/2)O3を固溶させてその焼結性を改善し、さらにBa(Mg1/3Ta2/3)O3のBaの一部をCaに置換することで、周波数の温度係数が0ppm/℃に近いところで制御可能になり、2つの固溶体の特定の含有バランスと一方の固溶体のBaのCa置換量を最適化することで、前記焼結性と諸特性の向上が図られたものと推測され、また、材料自体の加工性が改善される効果を奏することも確認した。
【００１６】
この発明の組成式が、(1-x)(Ba1-yCay)(Mg1/3Ta2/3)O3と
x(Sr1-zBaz)(Ga1/2Ta1/2)O3  と表される固溶体において、x、zを0.1≧x≧0、1≧z≧0と限定した理由は、x値が0.1、z値が1を超えると、得られる誘電体磁器組成物のQ値が著しく劣化するためである。
【００１７】
また、(Ba1-yCay)(Mg1/3Ta2/3)O3の固溶体の組成式において、y値が0.008を超えるとQf値が低下しすぎ、0ではQf値が低くなり、温度特性τfをコントロールできなくなる。従って、y値は0.008≧y>0とする。
【００１８】
この発明による磁器組成物の製造方法を説明すると、例えば、以下に示す方法によって得ることができる。
【００１９】
(1):  BaCO3、CaCO3、SrCO3、MgO、Ta2O5、Ga2O3からなる原料を準備する。
(2):  焼結後、(1-x)(Ba1-yCay)(Mg1/3Ta2/3)O3の固溶体と、
x(Sr1-zBaz)(Ga1/2Ta1/2)O3の固溶体との組成物であり、前記組成式におけるx、y、zが、0.1≧x≧0、0.008≧y>0、1≧z≧0を満足する組成となるように原料粉末を配合する。
【００２０】
(3):  配合した原料を純水あるいはエタノール中で混合する。
(4):  混合した原料を100℃〜200℃で乾燥して、中心粒径0.7〜1.4μmの混合粉を得る。
(5):  乾燥した原料を1100℃〜1400℃で2〜6時間仮焼する。
(6):  仮焼した原料をボールミルなどの粉砕手段によって粉砕する。あるいは中心粒径が0.6〜1.5μmになるまで純水またはエタノール中で湿式粉砕・乾燥を行う。
【００２１】
(7):  粉砕後の粉砕粉を必要に応じて造粒装置によって造粒する。
(8):  造粒された粉末を一軸プレス機などによって所定形状に成形する。この際、成形体の密度は3〜5.5g/cm3程度が好ましい。
【００２２】
(9)成形体を1500℃〜1700℃(好ましくは1550〜1650℃)で焼結する。
焼結時間は10時間から20時間で十分であるが、20時間から50時間の焼結ではさらにQ値が向上する。焼結に際しては、事前に脱バインダー処理(300〜700℃で分解)を行うことが好ましい。また、焼結時の零囲気は大気でも良いが、酸素零囲気中で行うことにより誘電率を向上させることができる。
【実施例】
【００２３】
BaCO3、CaCO3、SrCO3、MgO、Ta2O5、Ga2O3からなる原料を、焼結後の組成式が、焼結後、(1-x)(Ba1-yCay)(Mg1/3Ta2/3)O3の固溶体と、
x(Sr1-zBaz)(Ga1/2Ta1/2)O3の固溶体との組成物であり、前記組成式におけるx、y、zが、表1〜表4に示すとおり、x=0.0,0.05,0.1、y=0.00,0.001,0.002,0.003,0.004,0.006,0.008,0.012,0.016、z=0.0,0.5,1.0となるように配合し、純水中で混合した後、乾燥、仮焼、紛砕、造粒を行ない、その後、一軸プレス機で成形し、密度3〜5g/cm3、直径12mm、厚み25mmのデバイス状成形体を得た。
【００２４】
得られた成形体を焼結炉において脱バインダーの後、1500℃〜1700℃の範囲で組成に応じた最適な焼結温度で、大気中において10〜50時間焼結を行なった。得られた焼結体を直径10mm、厚み5mmに加工し、ネットワークアナライザを用いてH&C法にて誘電特性を評価した。その結果を表1(表1-1〜表1-3)〜表4に示す。なお、表1-1〜表1-3は焼結時間が50時間での実施例、表2は焼結時間が20時間での実施例、表3は焼結時間が10時間での実施例であり、各表中の*印のものは、組成がこの発明の範囲外の比較例である。表4は焼結時間が100時間の比較例である。
【００２５】
表3に示すとおり、この発明による電子デバイス用誘電体磁器組成物は、焼結時間が10時間程度であっても高いQ値が得られ、さらに焼結時間を20時間(表2)、50時間(表1-1〜表1-3)とすることでQ値の向上が可能となり、また、温度特性τfを1〜17ppmの間でコントロールすることができることが分かる。
【００２６】
【表１−１】
2005255483.tif 000002
【００２７】
【表１−２】
2005255483.tif 000003
【００２８】
【表１−３】
2005255483.tif 000004
【００２９】
【表２】
2005255483.tif 000005
【００３０】
【表３】
2005255483.tif 000006
【００３１】
【表４】
2005255483.tif 000007
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この発明による製造方法は、実施例に明らかなように、誘電率24〜25、Qf値を250,000GHz以上に保ったまま共振周波数の温度係数を1〜17ppm/℃まで制御することができ、また、焼結時間を短縮でき、マイクロ波通信用フィルタ、ミリ波通信用フィルタ、発信器、誘電体アンテナ、誘電体基板、周波数調整棒等に最適な電子デバイス用誘電体磁器組成物を提供できる。