(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属元素としてＭｇ、Ａｌ、Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素の酸化物によるモル比の組成式を
ｘＭｇＯ−ｙＡｌ2Ｏ3−ｚＳｉＯ2
と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚが
１０≦ｘ≦４０
１０≦ｙ≦４０
２０≦ｚ≦８０
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００
を満足する主成分中に、ＹｂをＹｂ2Ｏ3換算で０．１〜１５重量％含有するとともに、比誘電率が６以下、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が３０００以上であることを特徴とする高周波用誘電体磁器組成物。
【請求項２】
基板上に支持部材を介して誘電体磁器を固定してなる誘電体共振器において、前記基板および／または前記支持部材が、金属元素としてＭｇ、Ａｌ、Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素の酸化物によるモル比の組成式を
ｘＭｇＯ−ｙＡｌ2Ｏ3−ｚＳｉＯ2
と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚが
１０≦ｘ≦４０
１０≦ｙ≦４０
２０≦ｚ≦８０
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００
を満足する主成分中に、ＹｂをＹｂ2Ｏ3換算で０．１〜１５重量％含有するとともに、比誘電率が６以下、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が３０００以上であることを特徴とする誘電体共振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、マイクロ波、ミリ波等の高周波域で用いられる高周波用誘電体組成物に係わり、例えば、マイクロ波、ミリ波集積回路等のマイクロ波、ミリ波帯域で用いられる回路素子用基板、誘電体共振器用支持台、誘電体共振器、誘電体導波路、誘電体アンテナ等の材料として有用な高周波用誘電体磁器組成物、並びに誘電体磁器を支持部材を介して基板に固定した誘電体共振器に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
マイクロ波、ミリ波集積回路をはじめとする高周波回路素子では、誘電体共振磁器を支持部材を介して基板に固定する構造が採用される場合がある。例えば、誘電体共振器制御型マイクロ波発信器は、図１に示すように、誘電体磁器１を支持部材２を介して磁器基板３に取り付け、誘電体磁器１の外部に漏れ出る電磁界Ｈを利用して磁器基板３に設けたストリップライン４に結合させる構造であり、これらを金属ケース５に収容させた構造を有している。
【０００３】
この種の高周波回路においては、誘電体磁器１の電界が支持部材２を介して漏れるのを制御することによって、無負荷Ｑの高い共振系が構成されることになるため、支持部材２には比誘電率が低く誘電損失（ｔａｎδ）が小さい（Ｑ値が大きい）材料を使用する必要がある。このため、従来、支持部材材料としては比誘電率が約７、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が約１５０００のフォルステライトが採用され、また、磁器基板の材料としては主として比誘電率が約１０、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が２００００以上のアルミナ磁器が採用されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
一方、比誘電率が低い材料としては、従来、コーディエライトが知られているが、焼成温度範囲がきわめて狭いことから緻密な焼結体が得がたく、ガラス材を添加することによって、比誘電率が４〜６、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が１０００程度のガラスセラミックが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−１０３９０４号公報
【特許文献２】
特開昭６１−２３４１２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来用いられていたアルミナ、及びフォルステライトの比誘電率はそれぞれ約１０及び約７程度であり、近年における高周波数帯の誘電体共振器の普及にともない、より低い比誘電率の材料が求められていた。
【０００７】
一方、低誘電率材料として用いられているガラスセラミック等の磁器は比誘電率が約４〜６と小さいが、Ｑ値が１０ＧＨｚで１０００程度であり、近年における高周波数帯の誘電体共振器の普及に伴い、より高いＱ値の低誘電率材料が求められていた。
【０００８】
また、共振器の磁器基板に主として使用されているアルミナ磁器は比誘電率が約１０と比較的高く、高インピーダンスのストリップラインを形成しようとすると、ライン幅が小さくなりすぎて（通常１μｍ以下）、断線が生じたり、相対的なライン幅のばらつきが大きくなり、マイクロ波集積回路の不良率が増大するという問題があった。
【０００９】
他方、この種の磁器基板におけるストリップラインのインピーダンスは、基板の厚さが一定であれば、その比誘電率及びストリップラインの幅にそれぞれ反比例するため、ライン幅を小さくする代わりに、比誘電率の低い基板材料を使用することによってもインピーダンスを高めることができ、このため、より低誘電率材料が求められていた。
【００１０】
本発明者等は上記問題を解決する一手段として、金属元素としてＭｇ、Ａｌ、Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素の酸化物によるモル比組成式をｘＭｇＯ−ｙＡｌ2Ｏ3−ｚＳｉＯ2と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚが１０≦ｘ≦４０、１０≦ｙ≦４０、２０≦ｚ≦８０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００を満足し、比誘電率が６以下、かつ、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が２０００以上である高周波用誘電体磁器組成物、および誘電体共振器をすでに提案した（特願平７−１９５２１１号）。
【００１１】
この高周波用誘電体磁器組成物はアルミナ、フォルステライトよりも低い比誘電率を有し、かつ、ガラスセラミックよりも高いＱ値を有する優れたものであった。しかしながら、従来、コーディライトは焼成温度範囲が極めて狭いことから、緻密な焼結体が得がたく、上記発明者等が先に出願した高周波用誘電体磁器組成物も例外ではなかった。
【００１２】
本発明は、低誘電率で、かつ、測定周波数１０ＧＨｚにおいて高Ｑ値を有するとともに、焼成条件を改善できる高周波用誘電体磁器組成物および誘電体共振器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、金属元素としてＭｇ、Ａｌ、Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素の酸化物によるモル比の組成式をｘＭｇＯ−ｙＡｌ2Ｏ3−ｚＳｉＯ2と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚが、１０≦ｘ≦４０、１０≦ｙ≦４０、２０≦ｚ≦８０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００を満足する主成分中に、ＹｂをＹｂ2Ｏ3換算で０．１〜１５重量％含有するとともに、比誘電率が６以下、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が３０００以上であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の誘電体共振器は、基板上に支持部材を介して誘電体磁器を固定してなる誘電体共振器において、前記基板および／または前記支持部材を、前述した高周波用誘電体磁器組成物により構成したものである。
【００１５】
【作用】
本発明の高周波用誘電体磁器組成物では、上記した主成分に対してＹｂをＹｂ2Ｏ3換算で０．１〜１５重量％含有することにより、焼成温度等の焼成条件を厳密に制御して得られた特性を大きく劣化させることなく、焼成条件を改善することができる。即ち、比誘電率が４〜６、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が３０００以上の特性を得ることができるとともに、例えば、焼成温度幅が１０℃程度であったものを１００℃程度まで向上することができ、製造を容易にし、量産性を向上することができる。
【００１６】
また、このような低誘電率、高Ｑ値の誘電体磁器を、例えば、誘電体共振器の支持部材および／または基板に用いることにより、高インピーダンスのマイクロ波用集積回路などの高周波用回路素子を信頼性を損なうことなく製造することができる。
【００１７】
【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、モル比の組成式をｘＭｇＯ−ｙＡｌ2Ｏ3−ｚＳｉＯ2と表した時に、ｘ、ｙ、ｚが、１０≦ｘ≦４０、１０≦ｙ≦４０、２０≦ｚ≦８０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００を満足するものを主成分とする。
【００１８】
本発明の高周波用磁器組成物の主成分組成を前記範囲に限定したのは、次の理由による。即ち、ＭｇＯのモル百分率を示すｘを１０〜４０モル％としたのは１０モル％未満では良好な焼結体が得られずＱ値が低く、また４０モル％を越えると比誘電率が高くなるからである。特にＭｇＯ量を示すｘは、Ｑ値を５０００以上とするという点から１５〜３５モル％が望ましい。
【００１９】
また、Ａｌ2Ｏ3のモル百分率を示すｙを１０〜４０モル％としたのはＡｌ2Ｏ3量ｙが１０モル％よりも小さい場合には、良好な焼結体が得られず、またＱ値が低くなり、４０モル％を越えると比誘電率が高くなるからである。Ａｌ2Ｏ3量を示すｙは、Ｑ値を５０００以上とするという点から１７〜３５モル％が望ましい。
【００２０】
ＳｉＯ2のモル百分率ｚを２０〜８０モル％としたのは、ｚが２０モル％よりも小さい場合には比誘電率が大きくなり、８０モル％を越えると良好な焼結体が得られずＱ値が低くなる。ＳｉＯ2量を示すｚはＱ値を５０００以上とするという点から３０〜６５モル％が望ましい。
【００２１】
本発明によれば、上記主成分に対してＹｂをＹｂ2Ｏ3換算で０．１〜１５重量％含有するものである。ＹｂをＹｂ2Ｏ3換算で０．１〜１５重量％含有したのは、Ｙｂの含有量が０．１重量％より少ない場合、緻密化焼成温度は広くならず、１５重量％より多い場合は、誘電損失が大きくなり、Ｑ値が低くなるためである。Ｙｂの含有量を増加させるほど緻密化焼成温度は広くなるが、一方比誘電率が増加し、またＱ値が低下していくため、これらの特性と緻密化焼成温度との兼ね合いで、Ｙｂの含有量を決定することが望ましい。
【００２２】
本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、Ｑ値を５０００以上とするためには１５≦ｘ≦３５、１７≦ｙ≦３５、３０≦ｚ≦７０を満足することが望ましく、さらに、Ｑ値を７０００以上とするためには２０≦ｘ≦３０、１７≦ｙ≦３０、４０≦ｚ≦６０を満足することが望ましい。本発明では、特に、コージェライトの組成、即ちｘ＝２２．２、ｙ＝２２．２、ｚ＝５５．６でＹｂをＹｂ2Ｏ3換算で０．１〜１０重量％含有することが望ましい。
【００２３】
測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が３０００以上を満足するようにしたのは、Ｑ値が３０００以上ある場合には、近年における高周波数帯の誘電体共振器にも十分対応することができるからである。Ｑ値は、高ければ高い程望ましいが、特には、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が５０００以上であることが望ましい。
【００２４】
また、本発明の誘電体磁器組成物では、主結晶相がコーディエライトであり、他に結晶相として、ムライト、スピネル、プロトエンスタタイト、クリノエンスタタイト、クリストバライト、フォルステライト、トリジマイト、サファリン、Ｙｂ2Ｓｉ2Ｏ7等が析出する場合があるが、組成によってその析出相が異なる。
【００２５】
また、本発明の誘電体共振器は、図１に示すように、基板３上に支持部材２を介して誘電体磁器１を固定してなり、支持部材２または基板３、或いは支持部材２及び基板３が、上記誘電体磁器組成物からなるものである。この場合、誘電体磁器１としては、周知の材料が用いられる。誘電体磁器１として、本発明の誘電体磁器組成物を用いても良い。
【００２６】
本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、原料粉末として、例えば、ＭｇＣＯ3粉末、Ａｌ2Ｏ3粉末、ＳｉＯ2粉末、Ｙｂ2Ｏ3粉末を用い、所定の割合で秤量し、湿式混合した後乾燥し、この混合物を大気中１１００〜１３００℃で仮焼した後、粉砕した。得られた粉末に適量のバインダを加えて成形し、この成形体を大気中１３００〜１４００℃で焼成することにより得られる。
【００２７】
Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙｂの金属元素からなる原料粉末は、それぞれ酸化物、炭酸塩、酢酸塩等の無機化合物、もしくは有機金属等の有機化合物いずれであっても、焼成により酸化物として形成されるものであれば良い。
【００２８】
尚、本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、金属元素として、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙｂからなるものであるが、例えば、粉砕ボールや原料粉末の不純物として、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎａ、Ｔｉ等が混入する場合がある。
【００２９】
また、本発明の高周波用誘電体磁器組成物では、低誘電率および高Ｑ値が求められるものであれば、例えば、回路素子用基板、誘電体共振器の誘電体磁器、誘電体導波路、誘電体アンテナ等、どのようなものでも適用できるが、上記したように、誘電体共振器の支持部材または基板に最適である。
【００３０】
【実施例】
原料粉末として純度９９％のＭｇＣＯ3、純度９９．７％のＡｌ2Ｏ3、純度９９．４％のＳｉＯ2粉末、純度９９．９％のＹｂ2Ｏ3を用い、これらを焼結体が表１に示す組成となるように秤量し、１５時間湿式混合した後、乾燥し、この混合物を大気中で１２００℃２時間仮焼した後、粉砕した。得られた粉末に適量のバインダを加えて造粒し、これを１０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力の下で成形して直径１２ｍｍ厚さ８ｍｍの成形体を得た。この成形体を大気中１２００〜１５５０℃で２時間焼成して磁器を作製し、これらを研摩し、直径１０ｍｍ厚さ６ｍｍの誘電体磁器試料を得た。
【００３１】
これらの試料を用いて誘電体円柱共振器法にて周波数１０ＧＨｚにおける比誘電率とＱ値を測定し、その結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
0004038109.tif 000002
【００３３】
この表１によれば、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物は、比誘電率が６以下と低く、しかも測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が３０００以上と高い値を示すことがわかる。また、焼成温度の範囲もＹｂ含有量が増加するに従って拡大していることが判る。
【００３４】
尚、図２に試料Ｎｏ．１２のＸ線回折チャート図を示す。この図２から、コーディエライトの他に、Ｙｂ2Ｓｉ2Ｏ7が析出していることが判る。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の高周波用誘電体磁器組成物では、６以下の低い比誘電率を有し、１０ＧＨｚでのＱ値が３０００以上の高いＱ値を維持した状態で、緻密化焼成温度の範囲が拡大し、生産性を向上することができる。そして、例えば、誘電体共振器の支持部材または基板に用いることにより、高インピーダンスのマイクロ波用集積回路などの高周波用回路素子を信頼性を損なうことなく製造できる。また、低誘電率および高Ｑ値であるため、例えば、マイクロ波、ミリ波集積回路等のマイクロ波、ミリ波帯域で用いられる回路素子用基板、誘電体共振器用支持台、誘電体共振器、誘電体導波路、誘電体アンテナ等の材料として最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】高周波用回路素子の一例を示す誘電体共振器制御型マイクロ波発信器の概略断面図である。
【図２】表１の試料Ｎｏ．１２の結晶構造を示すＸ線回折図である。
【符号の説明】
１・・・誘電体磁器
２・・・支持部材
３・・・磁器基板
【図１】
0004038109.tif 000003
【図２】
0004038109.tif 000004