(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イットリウム（Ｙ）サイトの一部をカルシウム（Ｃａ）で置換し、かつ鉄（Ｆｅ）サイトの一部をバナジウム（Ｖ）で置換した、イットリウム鉄系ガーネットを主成分とし、
Ｖ以外の４価または５価の元素を実質的に含有せず、
ＣａとＶとの原子の比Ｃａ／Ｖが、２．０５≦Ｃａ／Ｖ≦２．４０の範囲にある、高周波用磁性体を、
１１００℃以下の温度で焼成したことを特徴とする、
高周波用磁性体の製造方法。
【請求項２】
イットリウム（Ｙ）サイトの一部をカルシウム（Ｃａ）で置換し、かつ鉄（Ｆｅ）サイトの一部をバナジウム（Ｖ）で置換した、イットリウム鉄系ガーネットを主成分とし、
Ｖ以外の４価または５価の元素の酸化物を、０．５重量％以下含有し、
ＣａとＶとの原子の比Ｃａ／Ｖが、２．０５≦Ｃａ／Ｖ≦２．４０の範囲にある、高周波用磁性体を、
１１００℃以下の温度で焼成したことを特徴とする、
高周波用磁性体の製造方法。
【請求項３】
前記高周波用磁性体は、イットリウム（Ｙ）サイトの一部がビスマス（Ｂｉ）およびガドリニウム（Ｇｄ）のうちの少なくとも１種で置換され、および／または、Ｆｅサイトの一部がアルミニウム（Ａｌ）およびインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１種で置換されている、請求項１または２に記載の高周波用磁性体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば、サーキュレータ、アイソレータなどの高周波用非可逆回路素子を構成するのに適した高周波用磁性体、およびこの高周波用磁性体を用いて構成される高周波回路部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
積層コンデンサや積層インダクタのような積層セラミック電子部品において採用される積層構造は、電子部品の小型化を図ることを可能にし、このように電子部品が小型化されることによって、電子部品を用いて構成される電子機器の小型化を図ることができる。
【０００３】
積層セラミック電子部品は、通常、シート状に成形された複数のセラミックグリーンシートを用意し、これらセラミックグリーンシートの特定のものに内部導体をスクリーン印刷または蒸着法等によって形成し、これら複数のセラミックグリーンシートを積層し、得られた生の積層体を焼成することによって製造される。
【０００４】
このような製造方法によって得られる積層セラミック電子部品において、セラミック材料は内部導体と同時焼成されるため、その材料としては、用いられる内部導体材料の融点以下の温度で焼結するものを用いる必要がある。
【０００５】
近年、通信機器の分野において、無線通信機が小型化され、また、使用周波数帯域が広がっているため、この分野において使用される回路部品に対しては、小型化、広帯域化、低価格化等の要求が高まっている。
【０００６】
上述した通信機器の分野において用いられる代表的な高周波回路部品として、たとえば、サーキュレータ、アイソレータなどの高周波用非可逆回路素子があるが、このような非可逆回路素子は、互いに絶縁状態でありかつ交差状に配置される複数の中心導体と、これら中心導体に密接して配置される高周波用磁性体と、中心導体および高周波用磁性体に直流磁界を印加する永久磁石とを主要な構成要素としており、これら構成要素は、それぞれ、互いに別の部品として製造され、これら別の部品が組み合わされて使用に供されている。
【０００７】
他方、このような高周波用非可逆回路素子において、前述したような小型化、広帯域化、低価格化等の要求に応えるため、各部品を別々に製造するのではなく、たとえば特開平６−６１７０８号公報に記載されるように、高周波用磁性体と中心導体とを一体焼成することによって得ることが提案されている。この公報には、また、中心導体の材料として、パラジウムまたは白金を用いることが記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した一体焼成によって得られる高周波用非可逆回路素子において、高周波用磁性体材料としては、たとえばＣａ−Ｖ系ガーネット材料が用いられる。このＣａ−Ｖ系ガーネット材料は、緻密な焼結体を得るためには、１３００℃以上の温度で焼成する必要があり、これを下回る温度では、十分な焼結密度が得られず、強磁性共鳴半値幅が大きかったり、気孔が多いという問題を引き起こす。
【０００９】
この点において、上述したパラジウムまたは白金は、融点が１３００℃以上と高く、Ｃａ−Ｖ系ガーネット材料からなる高周波用磁性体材料との一体焼結が容易であるという長所を有している。しかし、その反面、比抵抗が高く、たとえば積層アイソレータ素子に使用した場合、挿入損失が大きくなるという欠点を有している。
【００１０】
他方、この問題を解決できるものとして、たとえば特開平７−２１２１０８号公報には、中心導体材料として、銀または銀を主成分とするものを用い、中心導体を高周波用磁性体と一体焼成することも提案されている。
【００１１】
しかしながら、銀は、融点が９６１℃と低いため、使用する高周波用磁性体材料については、銀の融点以下または銀を主成分とするものの融点以下といった低温で焼結できるものであることが条件となる。高周波用磁性体が十分に焼結していない場合には、その密度が低いため、損失の小さい材料とすることができない。
【００１２】
これに関して、銀または銀を主成分とするものとの同時焼成において十分な焼結性を得るため、たとえば１０００℃以下の低温で焼結可能な高周波用磁性体材料としてＣａ−Ｖ系ガーネット材料にＢｉを添加したＢｉ−Ｃａ−Ｖ系ガーネット材料を用いたり、高周波用磁性体材料に低融点ガラスを添加したりすることが考えられるが、このような場合には、異相の生成などのために、低損失の高周波用磁性体とすることができない。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る、高周波用磁性体およびこの高周波用磁性体を用いて構成される高周波回路部品を提供しようとすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を解決するため、この発明に係る高周波用磁性体は、イットリウム（Ｙ）サイトの一部をカルシウム（Ｃａ）で置換し、かつ鉄（Ｆｅ）サイトの一部をバナジウム（Ｖ）で置換した、イットリウム鉄系ガーネットを主成分とし、Ｖ以外の４価または５価の元素を実質的に含有せず、ＣａとＶとの原子の比Ｃａ／Ｖが、２．０５≦Ｃａ／Ｖ≦２．４０の範囲にある、高周波用磁性体を、１１００℃以下の温度で焼成したことを特徴とする、高周波用磁性体の製造方法を特徴としている。
【００１５】
この発明に係る高周波用磁性体は、他の局面によれば、イットリウム（Ｙ）サイトの一部をカルシウム（Ｃａ）で置換し、かつ鉄（Ｆｅ）サイトの一部をバナジウム（Ｖ）で置換した、イットリウム鉄系ガーネットを主成分とし、Ｖ以外の４価または５価の元素の酸化物を、０．５重量％以下含有し、ＣａとＶとの原子の比Ｃａ／Ｖが、２．０５≦Ｃａ／Ｖ≦２．４０の範囲にある、高周波用磁性体を、１１００℃以下の温度で焼成したことを特徴とする、高周波用磁性体の製造方法を特徴としている。
【００１６】
この発明に係る高周波用磁性体の製造方法において、高周波用磁性体は、イットリウム（Ｙ）サイトの一部がビスマス（Ｂｉ）およびガドリニウム（Ｇｄ）のうちの少なくとも１種で置換されても、Ｆｅサイトの一部がアルミニウム（Ａｌ）およびインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１種で置換されても、あるいは、これら双方において置換されてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態による高周波回路部品１を示す斜視図である。図１には、高周波回路部品１の内部構造が透視されて示されている。
【００２２】
高周波回路部品１は、サーキュレータ、アイソレータなどの高周波用非可逆回路素子を構成するためのもので、複数の磁性体層を積層した構造を有する積層体をもって構成される高周波用磁性体２を備えている。高周波用磁性体２の内部には、互いに絶縁状態でありかつ交差状に配置された複数の中心導体３、４および５が埋設されている。より具体的には、中心導体３〜５は、高周波用磁性体２を構成する複数の磁性体層の間の特定の界面に沿って形成されている。
【００２３】
また、高周波用磁性体２の外表面上には、複数の外部電極６〜１１が形成される。中心導体３の各端部は、外部電極６および７にそれぞれ接続され、中心導体４の各端部は、外部電極８および９にそれぞれ接続され、中心導体５の各端部は、外部電極１０および１１にそれぞれ接続されている。
【００２４】
上述した外部電極６および１０は、整合用容量および外部入出力端子との接続のために用いられる。また、外部電極８は、整合用容量との接続のために用いられ、この高周波回路部品１がアイソレータを構成する場合には、ここに抵抗が接続される。また外部電極７、９および１１は、外部アース端子との接続のために用いられる。
【００２５】
このようにして、高周波回路部品１は閉磁路構造を与える。
【００２６】
このような高周波用回路部品１を製造するため、図２に示すような複数の高周波用磁性体グリーンシート１２〜１５が用意される。高周波用磁性体グリーンシート１２〜１５は、後述するような特徴的な組成を有し、好ましくは、１１００℃以下で焼結可能な高周波用磁性体材料の粉末にバインダおよび有機溶剤を加えて作製されたスラリーを、たとえばドクターブレード法によってシート状に成形されたものである。
【００２７】
特定の高周波用磁性体グリーンシート１３、１４および１５上には、前述した中心導体３、４および５となるべき導電性ペースト膜１６、１７および１８が、たとえばスクリーン印刷によって、それぞれ形成される。
【００２８】
次に、図２に示すように、導電性ペースト膜１６〜１８がそれぞれ形成された高周波用磁性体グリーンシート１３〜１５と導電性ペースト膜が形成されていない高周波用磁性体グリーンシート１２とを積層し、圧着して得られた生の積層体が焼成される。これによって、高周波用磁性体グリーンシート１２〜１５が焼結し、図１に示した高周波用磁性体２となり、導電性ペースト膜１６〜１８が焼結し、中心導体３〜５となる。そして、高周波用磁性体２と中心導体３〜５とは一体焼結されることになる。
【００２９】
次に、高周波用磁性体２の外表面上に外部電極６〜１１を形成するため、たとえば銀粉末およびガラスフリットを含む導電性ペーストを印刷し、焼き付けることが行なわれる。
【００３０】
このようにして得られた高周波回路部品１は、サーキュレータ、アイソレータなどのマイクロ波非可逆回路素子として用いられるとき、中心導体３〜５および高周波用磁性体２に直流磁界を印加するための永久磁石（図示せず。）と組み合わされる。
【００３１】
上述した高周波用磁性体２の材料には、２つの実施態様がある。
【００３２】
第１の実施態様では、高周波用磁性体２の材料として、イットリウム（Ｙ）サイトの一部をカルシウム（Ｃａ）で置換し、かつ鉄（Ｆｅ）サイトの一部をバナジウム（Ｖ）で置換した、イットリウム鉄系ガーネットを主成分とし、Ｖ以外の４価または５価の元素を実質的に含有せず、ＣａとＶとの原子の比Ｃａ／Ｖが、２．００＜Ｃａ／Ｖ≦２．４０の範囲にあるものが用いられる。
【００３３】
第２の実施態様では、高周波用磁性体２の材料として、上述したイットリウム鉄系ガーネットを主成分とし、また、ＣａとＶとの原子の比Ｃａ／Ｖが、２．００＜Ｃａ／Ｖ≦２．４０の範囲内にあるが、Ｖ以外の４価または５価の元素の酸化物を、０．５重量％以下含有するものが用いられる。
【００３４】
上述のように、ＣａとＶとの原子の比Ｃａ／Ｖを、２．００＜Ｃａ／Ｖ≦２．４０の範囲に限定したのは、Ｃａ量が少なく過ぎる場合、すなわちＣａ／Ｖ≦２．００の場合には、この高周波用磁性体２を得るための焼結温度が低下せず、従来のＣａ−Ｖ系イットリウム鉄ガーネット材料と同様、１３００℃以上でしか焼結させることができないためであり、他方、Ｃａ量が多すぎる場合、すなわちＣａ／Ｖ＞２．４０の場合には、高周波用磁性体２を得るための焼結温度は低下するものの、Ｃａ過剰による異相が生成し、強磁性共鳴半値幅が大きくなるためである。
【００３５】
上述したＣａ−Ｖ系イットリウム鉄系ガーネットを主成分とする高周波用磁性体２において、Ｃａ／Ｖを２．００＜Ｃａ／Ｖ≦２．４０の範囲に限定したとき、飽和磁化やキュリー温度等の特性に関して種々の値を与えることが困難であるが、Ｙサイトの一部をビスマス（Ｂｉ）およびガドリニウム（Ｇｄ）のうちの少なくとも１種で置換したり、Ｆｅサイトの一部をアルミニウム（Ａｌ）およびインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１種で置換したり、これら双方に関して置換したりすることによって、低温焼結の効果が損なわれることなく、飽和磁化やキュリー温度等の特性を調整することが可能となる。したがって、高周波回路部品１に備える高周波用磁性体２において、種々の特性を実現するためには、上述のような置換が有効である。
【００３６】
上述の特定的な組成を有する高周波用磁性体２は、１１００℃以下の低温であっても緻密に焼結されることができるので、焼成工程における省エネルギー効果を期待することができるとともに、前述した中心導体３〜５において、銀または金等を主成分とした金属を用いることができる。
【００３７】
以下に、この発明に係る高周波用磁性体２のより具体的な実施例について、実験例に基づいて説明する。
【００３８】
【実験例】
この実験例では、高周波用磁性体となるＣａ−Ｖ置換イットリウム鉄系ガーネット材料として、Carl E. Patton“Effective Linewidth due to Porosity and Anisotropy in Polycrystalline Yittrium Iron Garnet and Ca-V-Substituted Yittrium Iron Garnet at 10GHz" Phys. Rev., vol.179, No.2 (1969) 等の文献によって知られている（Ｃａ，Ｙ）3 （Ｆｅ，Ｖ）5 Ｏ12系材料を用いた。
【００３９】
まず、出発原料として、純度９９％以上のＣａＣＯ3 、Ｙ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ3 、Ｖ2 Ｏ5 、Ａｌ2 Ｏ3 およびＩｎ2 Ｏ3 のそれぞれの粉末を用意した。
【００４０】
次に、これら原料粉末を、表１および表２に示すように、化学式Ｃａx*v Ｙ3-x*v Ｆｅ5-v Ｖv Ｏw の組成となるように、または、この化学式におけるＦｅサイトの一部をＡｌおよび／またはＩｎで置換したＣａx*v Ｙ3-x*v Ｆｅ5-v-a-i Ｖv Ａｌa Ｉｎi Ｏw の組成となるように、それぞれ配合した。
【００４１】
次いで、これら配合された原料粉末を、ボールミル法によって乾式混合した後、仮焼を行なった。その後、この仮焼粉末に、バインダを加え、乾燥し、造粒し、プレス成形することによって、直径８ｍｍおよび厚さ１ｍｍの円板状に成形した。
【００４２】
なお、表１に示す試料１〜２２においては、原料粉末に、４価元素の酸化物としてのＺｒＯ2 が添加されておらず、表２では、このＺｒＯ2 の添加量が異ならせた試料が示されている。
【００４３】
次に、上述した成形体を、種々の温度にて５時間焼成し、高周波用磁性体としての焼結体を得た。
【００４４】
次に、得られた高周波用磁性体について、アルキメデス法によって密度を求め、理論密度に対する相対密度（％）を算出した。また、ネットワークアナライザによって、高周波用磁性体をアイソレータ素子として使用する場合の損失の指標となる強磁性共鳴半値幅を測定した。これらの結果が、表１および表２に示されている。
【００４５】
なお、表１および表２において、「焼成温度」とは、高周波用磁性体をアイソレータ素子として使用した場合に有効な４ｋＡ／ｍ以下の強磁性共鳴半値幅を与えることを可能とする焼成温度を示している。表１および表２の「焼成温度」の欄にある「×」は、いかなる焼成温度であっても、強磁性共鳴半値幅が４ｋＡ／ｍ以下にならなかったことを示している。
【００４６】
また、表１の「相対密度」および「強磁性共鳴半値幅」の各欄において、括弧内に示した数値は、１１００℃の温度にて焼成したときの数値を示している。
【００４７】
表１および表２において、試料番号に＊を付したものは、この発明の範囲外のものである。
【００４８】
【表１】
0003772963.tif 000002
【００４９】
表１を参照して、試料２〜９および１３〜２０によれば、Ｃａx*v Ｙ3-x*v Ｆｅ5-v Ｖv Ｏw の組成またはＣａx*v Ｙ3-x*v Ｆｅ5-v-a-i Ｖv Ａｌa Ｉｎi Ｏw の組成を有するイットリウム鉄系ガーネット材料において、「ｘ」に相当するＣａとＶとの原子の比Ｃａ／Ｖが、２．００＜Ｃａ／Ｖ≦２．４０の範囲にあるので、１１００℃といった比較的低温でも、十分な焼結密度を得ることができ、また、４ｋＡ／ｍ以下の強磁性共鳴半値幅を有する高周波用磁性体を得ることができる。
【００５０】
これに対して、試料１および１２のように、「ｘ」に相当する比Ｃａ／Ｖが、Ｃａ／Ｖ≦２．００の場合には、強磁性共鳴半値幅が４ｋＡ／ｍ以下となるようにするには、１３００℃以上の焼成温度が必要であり、焼結温度の低温化が不可能である。
【００５１】
また、試料１０および１１ならびに２１および２２のように、「ｘ」に相当する比Ｃａ／Ｖが、Ｃａ／Ｖ＞２．４０の場合には、焼結温度が下がり、１１００℃の温度での焼成でも、９５％以上の相対密度を得ることができるが、いかなる焼成温度を適用しても、強磁性共鳴半値幅を４ｋＡ／ｍ以下とすることができない。これは、過剰なＣａによる異相が生成するためである。
【００５２】
【表２】
0003772963.tif 000003
【００５３】
表２を参照して、試料２３〜２５、２８〜３０および３３〜３５によれば、Ｃａx*v Ｙ3-x*v Ｆｅ5-v Ｖv Ｏw の組成またはＣａx*v Ｙ3-x*v Ｆｅ5-v-a-i Ｖv Ａｌa Ｉｎi Ｏw の組成を有するイットリウム鉄系ガーネット材料において、「ｘ」に相当する比Ｃａ／Ｖが、２．００＜Ｃａ／Ｖ≦２．４０の範囲にあって、ＺｒＯ2 添加量が０〜０．５０重量％の範囲にあるので、１１００℃といった比較的低温での焼成でも、十分な焼結密度を得られ、また、４ｋＡ／ｍ以下の強磁性共鳴半値幅を得ることができる。
【００５４】
これに対して、試料２６、２７、３１、３２、３６および３７のように、ＺｒＯ2 添加量が０．５重量％を超える場合には、比較的低温での焼結が可能であるものの、ＺｒＯ2 による異相が生成するため、いかなる焼成温度を採用しても、４ｋＡ／ｍ以下の強磁性共鳴半値幅を得ることができない。
【００５５】
なお、以上の実験例では、Ｙサイトの一部をＣａ以外の元素では置換していない材料系、またはＹサイトの一部をＣａ以外の元素では置換していない材料系に対してＺｒＯ2 を添加した材料系でのみ評価したが、さらに、ＢｉやＧｄのような元素でＹサイトの一部を置換した場合であっても、Ｙサイトの一部をＢｉやＧｄのような元素で置換しながら、Ｆｅサイトの一部をＡｌやＩｎのような元素で置換した場合であっても、Ｃａ／Ｖの関係が２．００＜Ｃａ／Ｖ≦２．４０の範囲内にあり、また、ＶやＺｒ以外の４価または５価の元素の酸化物の含有率が０．５重量％以下であれば、同様の効果が得られることが確認されている。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、１１００℃以下といった比較的低温で緻密な焼結状態が得られ、強磁性共鳴半値幅が４ｋＡ／ｍ以下とすることができる、イットリウム鉄系ガーネットを主成分とする高周波用磁性体を得ることができる。
【００５７】
したがって、互いに絶縁状態でありかつ交差状に配置された、複数の中心導体と、この中心導体に密接して配置された、高周波用磁性体とを備え、中心導体と高周波用磁性体とが一体焼結される、高周波用非可逆回路素子のような高周波回路部品において、上述した高周波用磁性体として、この発明に係る高周波用磁性体を用いれば、損失が小さくかつ高品質の高周波回路部品とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による高周波回路部品１を示す斜視図であり、その内部構造を透視して示している。
【図２】図１に示した高周波回路部品１を得るために用意される複数の高周波用磁性体グリーンシート１２〜１５を互いに分離して示す斜視図である。
【符号の説明】
１  高周波回路部品
２  高周波用磁性体
３〜５  中心導体
【図１】
0003772963.tif 000004
【図２】
0003772963.tif 000005