(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属元素として少なくともＡｌ、ＢａおよびＴａを含有する誘電体磁器であって、α−Ａｌ2 Ｏ3 およびＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15が主結晶相として存在することを特徴とする誘電体磁器。
【請求項２】
Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折測定において、α−Ａｌ2 Ｏ3 （０１２面）およびＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15（２１１面）のピークが存在するとともに、α−Ａｌ2 Ｏ3 （０１２面）のピーク強度をＩ012 、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15（２１１面）のピーク強度をＩ211 とした時、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15のピーク強度比Ｉ211 ／（Ｉ012 ＋Ｉ211 ）×１００が９〜３５％であることを特徴とする請求項１記載の誘電体磁器。
【請求項３】
使用周波数８ＧＨｚにおける誘電損失ｔａｎδが１×１０-4以下、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下、共振周波数の−４０〜８５℃における温度係数τｆの焼成温度に対する変化率の絶対値が１０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする請求項１または２記載の誘電体磁器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体共振器、マイクロ波導波路、マイクロ波ＩＣ基板、ＩＣパッケージ、誘電体アンテナ、誘電体フィルタ、マイクロ波コンデンサ、高周波レゾネータの温度補償用負荷容量等の電気通信分野、またはマイクロ波透過窓等の核融合関係設備分野、半導体製造装置関係分野などに好適に利用される誘電体磁器に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、携帯通信機器の一般家庭への普及に伴い、使用周波数帯が拡大すると同時に周波数帯が高周波化し、マイクロ波領域、ミリ波領域にまで及びつつある。
【０００３】
一方、誘電体磁器は、コンデンサなどの他に、誘電体共振器や集積回路基板、誘電体アンテナ、各種高周波回路のインピーダンス整合等に応用されており、これらについてもマイクロ波やミリ波に対しても適応可能なものが望まれている。例えば、フィルターやガンまたはＦＥＴマイクロ波発振器の周波数安定化のために、温度特性の良好な誘電体磁器が必要となり、その需要は拡大している。
【０００４】
マイクロ波回路素子の大きさは、電磁波の波長が基準となっており、誘電体を用いたマイクロ波立体回路内を電磁波が伝搬するときのその波長は、真空中の波長をλ0 、比誘電率をεとするとλ0 ＝ε1/2 となる。
【０００５】
そして、セラミックスとして最も一般的に使用されているアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）質焼結体は、比誘電率εが小さいため、より高周波用として用いることができ、また、機械的強度が高く、低コストであるため上述したような通信分野での利用が大いに期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アルミナ質焼結体は、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数（以下、τｆと称する）が約―５５ｐｐｍ／℃と大きいため、使用用途が極めて制限されるという問題があった。
【０００７】
このような共振周波数の温度係数τｆを制御する方法としては、特開平９−１１０５１８号公報においてＡｌ2 Ｏ3 −ＢａＯ−Ｔａ2 Ｏ5 の誘電体磁器組成物が開示されており、この誘電体磁器組成物では、誘電損失が１×１０-4以下、共振周波数の２５℃〜８５℃における温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下の優れた特性を有していた。
【０００８】
しかしながら、この誘電体磁器組成物の温度係数τｆは焼成温度に非常に敏感であり、−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの焼成温度による変化率の絶対値が３０ｐｐｍ／℃もあるため、焼成温度が少し変化するだけで温度係数τｆが大きく変化することになり、厳密な周波数調整の必要がある誘電体共振器等への応用が困難であった。
【０００９】
本発明は、誘電損失が小さく、−４０℃〜８５℃における共振周波数の温度係数τｆの絶対値が小さく、さらに、−４０℃〜８５℃における共振周波数の温度係数τｆの焼成温度による変化率の絶対値を小さくできる誘電体磁器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体磁器は、金属元素として少なくともＡｌ、ＢａおよびＴａを含有する誘電体磁器であって、α−Ａｌ2 Ｏ3 およびＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15が主結晶相として存在するものである。
【００１１】
このような構成を採用することにより、高周波領域において誘電損失を小さくできるとともに、負の共振周波数を有するα―Ａｌ2 Ｏ3 結晶相にＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15結晶相を複合化させることにより、共振周波数の温度係数τｆを正側へ移行させることができ、さらに、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの焼成温度に対する変化率の絶対値を小さくすることができる。
【００１２】
また、本発明においては、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折測定において、α−Ａｌ2 Ｏ3 （０１２面）およびＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15（２１１面）のピークが存在するとともに、α−Ａｌ2 Ｏ3 （０１２面）のピーク強度をＩ012 、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15（２１１面）のピーク強度をＩ211 とした時、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15のピーク強度比Ｉ211 ／（Ｉ012 ＋Ｉ211 ）×１００が９〜３５％であることが望ましい。
【００１３】
このような構成を採用することにより、測定周波数８ＧＨｚにおいて誘電損失が１×１０-4以下の特性を維持しつつ、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの絶対値を３０ｐｐｍ／℃以下に制御することができ、さらに、析出相の存在量を制御することにより、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの焼成温度に対する変化率の絶対値を１０ｐｐｍ／℃以下とすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の誘電体磁器は、金属元素として少なくともＡｌ、ＢａおよびＴａを含有する誘電体磁器であって、α−Ａｌ2 Ｏ3 およびＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15が主結晶相として存在するものである。
【００１５】
そして、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折測定において、α−Ａｌ2 Ｏ3 （０１２面）およびＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15（２１１面）のピークが存在するとともに、α−Ａｌ2 Ｏ3 （０１２面）のピーク強度をＩ012 、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15（２１１面）のピーク強度をＩ211 とした時、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15のピーク強度比Ｉ211 ／（Ｉ012 ＋Ｉ211 ）×１００が９〜３５％であることが望ましい。
【００１６】
ここでＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15のピーク強度比を９〜３５％に限定したのは、この範囲内ならば、使用周波数８ＧＨｚにおける誘電損失ｔａｎδが１×１０-4以下、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの焼成温度に対する変化率の絶対値が１０ｐｐｍ／℃以下の特性を有するからである。
【００１７】
一方、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15のピーク強度比Ｉ211 ／（Ｉ012 ＋Ｉ211 ）×１００が９％よりも小さくなると、共振周波数の温度係数τｆは負の方向に大きくなり、τｆが−３０ｐｐｍ／℃よりも小さくなるからである。また、逆にＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15のピーク強度比がＩ211 ／（Ｉ012 ＋Ｉ211 ）×１００が３５％よりも大きくなると、共振周波数の温度係数τｆは正の方向に大きくなり、τｆが３０ｐｐｍ／℃を超えてしまうからである。
【００１８】
Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15のピーク強度比Ｉ211 ／（Ｉ012 ＋Ｉ211 ）×１００は、−４０〜８５℃における共振周波数の温度係数τｆの絶対値を１０ｐｐｍ／℃以下とし、測定周波数８ＧＨｚの誘電損失も１×１０-4以下とするためには、１９〜２７％が望ましい。
尚、α−Ａｌ2 Ｏ3 （０１２面）のピークは２θ＝２６度近傍に、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15（２１１面）のピークは２θ＝２７．５度近傍に発生する。
【００１９】
本発明の誘電体磁器は、Ａｌ2 Ｏ3 、ＢａＯおよびＴａ2 Ｏ5 、あるいは焼成により前記酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩などの塩を用いて、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15の組成比となるように秤量混合した後、８００〜１１００℃、大気中で熱処理して、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15を合成する。
【００２０】
このＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15合成粉末をα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末に所望の割合で混合し、これを所望の成形手段、例えば、ドクターブレード法などのシート成形法、金型プレス法、冷間静水圧プレス法、押出成形法、圧延法等により任意の形状に成形する。その後、この成形体を大気中等の酸化性雰囲気中で１４００〜１６００℃の温度で焼成することにより相対密度９８％以上に緻密化した、本発明の誘電体磁器を得ることができる。
【００２１】
特に、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15合成粉末とα−Ａｌ2 Ｏ3 粉末を混合し、この混合粉末を１４００〜１６００℃の温度で焼成することにより、本発明の誘電体磁器を得ることができる。
【００２２】
なお、本発明の誘電体磁器では、上記Ａｌ2 Ｏ3 、ＢａＯ、Ｔａ2 Ｏ5 の成分以外に、例えば、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｎａ、Ｇａなどの元素が不可避不純物あるいは製造工程中において混入する場合もあるが、これらの成分は、酸化物換算で全量中０．２重量％以下であれば、とりわけ本発明の効果に影響を及ぼすことはない。特に、Ｃａ、Ｎａについては混入を阻止することが望ましい。
【００２３】
また、本発明の誘電体磁器では、α−Ａｌ2 Ｏ3 およびＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15が主結晶相として存在するものであるが、良好な特性を得るためには、その他の結晶相が存在しないこと、即ち、α−Ａｌ2 Ｏ3 結晶相およびＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15結晶相からなることが望ましい。
【００２４】
【実施例】
純度９９．９％のＡｌ2 Ｏ3 粉末、ＢａＣＯ3 粉末およびＴａ2 Ｏ5 粉末を組成式でＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15となるように秤量し、この混合粉末を純度９９．９％のアルミナボール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と共に５００ｍｌポリポットに投入し、２４時間回転ミルにて混合した。
【００２５】
混合後のスラリーを１２０℃大気中にて乾燥し、８０メッシュを通した。この粉末を大気中９５０℃で３時間熱処理してＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15の合成粉末を作製した。
【００２６】
このＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15合製粉末とα―Ａｌ2 Ｏ3 粉末を所望の比率に秤量して５００ｍｌポリポットに投入し、純度９９．９％のアルミナボール、ＩＰＡと共に２４時間回転混合した後、スラリーを１２０℃大気中にて乾燥し、８０メッシュを通して評価粉末を得た。
【００２７】
この粉末にバインダーとしてパラフィンワックスを６ｗｔ％添加し、金型プレスにて１０００ｋｇ／ｃｍ2 で直径２０ｍｍ、厚み１０ｍｍに成形した。そして、成形体を大気中４００℃、２時間で脱脂した後、大気中において１５５０℃、２時間保持して焼成した。
【００２８】
得られた焼結体を直径１５ｍｍ、厚み７．５ｍｍに研磨加工した。そして、測定周波数８ＧＨｚでの測定によって、誘電率（εｒ）、誘電損失（ｔａｎδ）を測定した。また、波長λ＝１．５４１８ÅのＣｕ−Ｋα線によるＸ線回折により試料の結晶相の同定を行った。各結晶相のＸＲＤピーク強度比は下記の式にて算出した。さらに、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの共振周波数、および焼成温度に対する温度変化率を以下のようにして求めた。
【００２９】
即ち、Ａｌ2 Ｏ3 （０１２面) のピーク強度比は、Ｉ012 ／（Ｉ012 ＋Ｉ211 ）×１００で、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15のピーク強度比は、Ｉ211 ／（Ｉ012 ＋Ｉ211 ）×１００で求めた。
【００３０】
また、共振周波数の温度係数（τｆ）は、
τｆ＝（ｆ85−ｆ-40 ）／〔ｆ-40 ×（８５−（−４０））〕により求めた。尚、ここで、ｆ85は８５℃における共振周波数、ｆ-40 は−４０℃における共振周波数のである。
【００３１】
さらに、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの焼成温度に対する変化率を、基準となる焼成温度±５０℃の温度で焼成し、その温度係数τｆの変化幅Δτｆ＝τｆ50−τｆ-50 で求めた。ここで、τｆ50は基準となる焼成温度＋５０℃での共振周波数の温度係数τｆ、τｆ-50 は基準となる焼成温度−５０℃での共振周波数の温度係数τｆである。これらの結果を表１に示した。
【００３２】
【表１】
0003777075.tif 000002
【００３３】
この表１の結果によれば、本発明の試料では、α―Ａｌ2 Ｏ3 、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15を複合化することにより、誘電損失が０．７×１０-4以下であり、共振周波数の温度係数はＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15量が増えるにつれて正側に移行することが判る。また、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの焼成温度に対する変化率が６ｐｐｍ／℃以下と良好な特性を有することが判る。
【００３４】
特に、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15のピーク強度比Ｉ211 ／（Ｉ012 ＋Ｉ211 ）×１００が９〜３５％の場合には、使用周波数８ＧＨｚにおける誘電損失ｔａｎδが０．７×１０-4以下、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの焼成温度に対する変化率の絶対値が６ｐｐｍ／℃以下の特性を満足することが判る。とりわけ、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15のピーク強度比が１９〜２７の範囲の試料については、測定周波数８ＧＨｚの誘電損失が０．５×１０-4以下、−４０〜８５℃における共振周波数の温度係数τｆの絶対値が１０ｐｐｍ／℃以下の優れた特性を示した。
【００３５】
一方、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15が存在しない試料Ｎo.１では、共振周波数の温度係数τｆが−５５ｐｐｍ／℃と負側に大きかった。
【００３６】
本発明者は、特開平９−１１０５１８号公報のＡｌ2 Ｏ3 −ＢａＯ−Ｔａ2 Ｏ5 の誘電体磁器を作製した。この誘電体磁器では、結晶相としてＢａＴａ2 Ｏ6 とα―Ａｌ2 Ｏ3 相からなり、α―Ａｌ2 Ｏ3 相のピーク強度比が９４％、ＢａＴａ2 Ｏ6 のピーク強度比が６％であった。
【００３７】
このような誘電体磁器では、誘電損失が０．５×１０-4であり、−４０〜８５℃における共振周波数の温度係数τｆが０と優れた特性を有するものの、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの焼成温度に対する変化率が３０ｐｐｍ／℃と非常に大きかった。これにより、ＢａＴａ2 Ｏ6 とα―Ａｌ2 Ｏ3 相からなる従来の誘電体磁器では、焼成温度によって共振周波数が大きく変動することが判る。
【００３８】
図１に、試料Ｎo.１３のＸ線回折測定結果を示す。この試料ではα−Ａｌ2 Ｏ3 （０１２面）のピークが２θ＝２６度に生じ、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15（２１１面）のピークが２θ＝２７．５度に生じ、Ｉ211 ／（Ｉ012 ＋Ｉ211 ）×１００で表されるＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15のピーク強度比が２７％であることが判る。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明の誘電体磁器では、高周波領域において誘電損失を小さくできるとともに、負の共振周波数を有するα―Ａｌ2 Ｏ3 結晶相にＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15結晶相を複合化させることにより、共振周波数の温度係数τｆを正側へ移行させることができ、さらに、共振周波数の−４０〜８５℃における温度係数τｆの焼成温度に対する変化率の絶対値を小さくすることができる。
【００４０】
特に、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折測定において、α−Ａｌ2 Ｏ3 （０１２面）およびＢａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15（２１１面）のピークが存在するとともに、α−Ａｌ2 Ｏ3 （０１２面）のピーク強度をＩ012 、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15（２１１面）のピーク強度をＩ211 とした時、Ｂａ6 ＡｌＴａ9 Ｏ15のピーク強度比Ｉ211 ／（Ｉ012 ＋Ｉ211 ）×１００が９〜３５％である場合には、測定周波数８ＧＨｚにおいて誘電損失が１×１０-4以下の特性を維持しつつ、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの絶対値を３０ｐｐｍ／℃以下に制御することができ、さらに、共振周波数の−４０℃〜８５℃における温度係数τｆの焼成温度に対する変化率の絶対値を１０ｐｐｍ／℃以下とすることができ、これにより、高周波領域の電気通信分野での広範囲の利用ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】試料Ｎo.１３のＸ線回折測定結果を示す図である。
【図１】
0003777075.tif 000003