高周波用誘電体磁器並びにその製造方法およびそれを用いた高周波回路素子
【課題】 高周波領域での電気特性に優れ製造が容易な高周波用誘電体磁器およびその製造方法を提供する。また、そのような高周波用誘電体磁器を構成部材として用いた電気特性に優れた高周波回路素子を提供する
【解決手段】 組成式
ａ（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２−ｂＭｇ２ＳｉＯ４−ｃＭｇＴｉ２Ｏ５−ｄＭｇＳｉＯ３
で表され、前記組成式におけるａ、ｂ、ｃ、及びｄ（ただし、ａ、ｂ、ｃ、及びｄはモル％である）がそれぞれ４≦ａ≦３７、３４≦ｂ≦９２、２≦ｃ≦１５、及び２≦ｄ≦１５の範囲内にあり、ここでａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である主成分と、ＺｒＯ２からなる添加成分とを含んでなり、該添加成分は前記主成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部添加されていることを特徴とする高周波用誘電体磁器ならびに、それを構成部材とする高周波回路素子
【解決手段】 組成式
ａ（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２−ｂＭｇ２ＳｉＯ４−ｃＭｇＴｉ２Ｏ５−ｄＭｇＳｉＯ３
で表され、前記組成式におけるａ、ｂ、ｃ、及びｄ（ただし、ａ、ｂ、ｃ、及びｄはモル％である）がそれぞれ４≦ａ≦３７、３４≦ｂ≦９２、２≦ｃ≦１５、及び２≦ｄ≦１５の範囲内にあり、ここでａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である主成分と、ＺｒＯ２からなる添加成分とを含んでなり、該添加成分は前記主成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部添加されていることを特徴とする高周波用誘電体磁器ならびに、それを構成部材とする高周波回路素子
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波及びミリ波等の高周波域で使用される高周波回路素子を構成する部材として好適な高周波用誘電体磁器に関する。このような高周波用誘電体磁器の例としては、例えば、誘電体共振器、誘電体導波路および誘電体アンテナなどの構成部材である誘電体ブロックや誘電体基板、さらには各種高周波回路素子において使用される基板及び支持部材などが挙げられる。高周波回路素子は、例えば、高周波域の通信機器などの電子装置を構成する。
【背景技術】
【０００２】
誘電体共振器の最も基本的なものとして、同軸誘電体共振器が挙げられる。この同軸誘電体共振器では、誘電体磁器からなるブロックに貫通孔を設け、該貫通孔が開口するブロックの一面（開放面）だけは誘電体磁器の表面そのままの状態とし、誘電体磁器の他の表面及び貫通孔内面には導体膜を形成している。
【０００３】
また、平面型高周波回路素子である誘電体導波路の最も基本的なものとして、マイクロストリップ線路が挙げられる。このマイクロストリップ線路では、誘電体磁器基板の表裏両面のうち一方の面にストリップ導体を設け、誘電体磁器基板の他方の面に接地導体膜を設けている。
【０００４】
以上の同軸誘電体共振器およびマイクロストリップ線路を用いて誘電体共振器制御型マイクロ波発信器を構成することができる。このマイクロ波発信器では、同軸誘電体共振器を誘電体磁器からなる支持部材を介して誘電体磁器基板に取り付け、同軸誘電体共振器の外部に漏れ出る電磁界を利用して、同軸誘電体共振器と誘電体磁器基板に設けたマイクロストリップ線路との結合をとる。
【０００５】
この種の高周波回路においては、電界が支持部材を介して漏れるのを抑制することによって、無負荷Ｑの高い共振系が構成される。このため、支持部材の材料としては、比誘電率が低く誘電損失（ｔａｎδ）が小さい（すなわちＱｍ×ｆ。が大きい：ここでＱｍは材料の損失係数）ものを使用する必要がある。このため、従来、支持部材の材料としては、比誘電率εｒが約７で、Ｑｍ×ｆ。が約１５００００ＧＨｚのフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）が採用されていた。また、誘電体磁器基板の材料としては、主として比誘電率εｒが約１０で、Ｑｍ×ｆ。が２０００００ＧＨｚ以上のアルミナ磁器（Ａｌ２Ｏ３）が採用されていた（例えば、特許文献１参照）。しかし、これらの材料では、共振周波数の温度係数τｆが−３０〜−７０ｐｐｍ／℃となりやすいため、高周波回路の用途が制限されている。また、これら材料は不純物が混入すると、生成相の構成及び電気特性が大きく変動する等の問題がある。
【０００６】
また、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）に酸化チタン（ＴｉＯ２）を加えた誘電体磁器組成物（非特許文献１参照）が提案されている。しかし、この誘電体磁器組成物では、酸化チタン（ＴｉＯ２）の添加とともに共振周波数の温度係数τｆが徐々にプラス側へシフトしているものの、酸化チタン３０ｗｔ％添加でも共振周波数の温度係数τｆが−６２ｐｐｍ／℃と負で大きい値であるため、これに基づく誘電体磁器は実用的ではない。
【０００７】
一方、誘電体導波路を構成する誘電体磁器基板の材料としては、一般的にはテフロン（登録商標）、アルミナ磁器（Ａｌ２Ｏ３）が採用されている。しかし、これらの材料は共振周波数の温度係数τｆが−３０〜−７０ｐｐｍ／℃となりやすいため、高周波回路の用途が制限されている。
【０００８】
また、比誘電率εｒ＝２４、Ｑｍ×ｆ。＝３５００００ＧＨｚ、共振周波数の温度係数τｆ＝０ｐｐｍ／℃の誘電体を平面型フィルタに適用した開発例（非特許文献２）があるが、今後の更なる高周波化の要請に対応するためには、やはり比誘電率εｒが約１２以下で、Ｑｍ×ｆ。が５００００ＧＨｚ以上で、しかも共振周波数ｆ。の温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下であることが必要である。
【０００９】
また、高周波領域になるほど、表皮効果の影響が大きくなり、例えば、導体としてＡｇを用いた場合には、１〜３ＧＨｚの領域で、表皮深さは１．１８〜２．０４μｍとなる（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−１０３９０４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ（第２３巻（２００３）第２５７５頁、表３参照）
【非特許文献２】Ａ Ｋａ−ｂａｎｄ Ｄｉｐｌｅｘｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｐｌａｎａｒ ＴＥ Ｍｏｄｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｐａｃｋａｇｅ（Ｍｅｔａｍｏｒｐｈｏｓｉｓ，Ｎｏ．６，ｐｐ．３８−３９（２００１））
【非特許文献３】理科年表 平成１９年度版
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上のような従来の高周波用誘電体磁器が有する技術的課題に鑑みて、本発明者らは、誘電体磁器の組成を適切なものにすること、および、誘電体磁器の相対密度を適切なものとすることにより、高周波領域の電気特性が優れたものになり製造が容易になるという知見を得た。そして、本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
【００１３】
すなわち、本発明の目的は、高周波領域での電気特性に優れ製造が容易な高周波用誘電体磁器およびその製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、そのような高周波用誘電体磁器を構成部材として用いた高周波回路素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、以上の如き目的のうちのいずれかを達成するものとして、組成式
ａ（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２−ｂＭｇ２ＳｉＯ４−ｃＭｇＴｉ２Ｏ５−ｄＭｇＳｉＯ３
で表され、前記組成式におけるａ、ｂ、ｃ、及びｄ（ただし、ａ、ｂ、ｃ、及びｄはモル％である）がそれぞれ４≦ａ≦３７、３４≦ｂ≦９２、２≦ｃ≦１５、及び２≦ｄ≦１５の範囲内にあり、ここでａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である主成分と、ＺｒＯ２からなる添加成分とを含んでなり、該添加成分は前記主成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部添加されていることを特徴とする高周波用誘電体磁器、が提供される。
【００１６】
本発明の一態様においては、相対密度が９５％以上であり、前記高周波用誘電体磁器は、比誘電率εｒが７．５〜１２．０であり、Ｑｍ×ｆ。値が５００００ＧＨｚ以上であり、共振周波数ｆ。の温度係数τｆが−２０〜＋２０ｐｐｍ／℃である。
【００１７】
また、本発明によれば、以上の如き目的のうちのいずれかを達成するものとして、上記の高周波用誘電体磁器を製造する方法であって、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇ２ＳｉＯ４の所定量を混合し仮焼した後に粉砕したものを出発原料として用い、該出発原料１００重量部に対してＺｒＯ２を焼結助剤として３．０〜１２．０重量部添加して得られた粉末に有機バインダを添加して成形し、焼成することを特徴とする、高周波用誘電体磁器の製造方法、が提供される。
【００１８】
また、本発明によれば、以上の如き目的のうちのいずれかを達成するものとして、上記の高周波用誘電体磁器からなる部材を含むことを特徴とする高周波回路素子、が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高周波領域での電気特性に優れ製造が容易な高周波用誘電体磁器が提供され、とくに、比誘電率εｒが７．５〜１２．０であり、Ｑｍ×ｆ。値が十分に大きく、さらに共振周波数ｆ。の温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下であり、比較的低い温度で焼成可能な高周波用誘電体磁器が提供される。この高周波用誘電体磁器を構成部材として用いることで、特性が良好で良好な加工性と小型化容易性との両方の特長を備えた高周波回路素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】高周波回路素子の一例である誘電体共振器制御型マイクロ波発信器の模式的断面図である。
【図２】高周波回路素子の一例である同軸誘電体共振器の模式的斜視図である。
【図３】高周波回路素子の一例であるマイクロストリップ線路の模式的斜視図である。
【図４】平面型高周波回路素子を構成する種々のマイクロストリップ線路のパターンを示す模式的平面図である。
【図５】本発明の高周波用誘電体磁器のＸ線回折図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の高周波用誘電体磁器の主成分は、組成式ａ（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２−ｂＭｇ２Ｓｉ
Ｏ４−ｃＭｇＴｉ２Ｏ５−ｄＭｇＳｉＯ３で表され、前記組成式におけるａ、ｂ、ｃ、及
びｄ（ただし、ａ、ｂ、ｃ、及びｄはモル％である）がそれぞれ４≦ａ≦３７、３４≦ｂ
≦９２、２≦ｃ≦１５、及び２≦ｄ≦１５の範囲内にあり、ここでａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１０
０である。本発明の高周波用誘電体磁器の添加成分は、ＺｒＯ２からなる。この添加成分主成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部添加されている。
【００２２】
本発明の高周波用誘電体磁器は、とくに、図５のＸ線回折図に示されるように、チタン酸スズ（（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２）、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、マグネシウムチタネート（ＭｇＴｉ２Ｏ５）、及びステアタイト（ＭｇＳｉＯ３）を主生成相とする。前記（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２としては、（Ｓｎ０．８Ｔｉ０．２）Ｏ２及び（Ｓｎ０．２Ｔｉ０．８）Ｏ２が知られている。このうち（Ｓｎ０．８Ｔｉ０．２）Ｏ２は、（Ｓｎ０．２Ｔｉ０．８）Ｏ２よりも、焼結が容易で、且つτｆも制御しやすい特徴がある。尚、図５では、主生成相のみ表れており、添加成分ＺｒＯ２は微量であるため表れていない。
【００２３】
本発明の高周波用誘電体磁器は、Ｑｍ×ｆ。が５００００ＧＨｚ以上と高い値を示すことから、誘電損失が非常に小さい高周波用誘電体磁器及びこれを用いた高周波回路素子の提供が容易になる。また、本発明の高周波用誘電体磁器は、共振周波数の温度係数τｆの絶対値が２０ｐｐｍ／℃以下であることから、温度による特性への影響の少ない高周波用誘電体磁器及びこれを用いた高周波回路素子の提供が容易になる。しかも、本発明の高周波用誘電体磁器は、比誘電率εｒが７．５〜１２．０であることから、加工性の向上と小型化との両方の特長を備えた高周波回路素子の提供が容易になる。
【００２４】
さらに、本発明の高周波用誘電体磁器は、添加成分ＺｒＯ２の添加量が主成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部であり且つ相対密度が９５％以上であるため、上記Ｑｍ×ｆ。、τｆ及びεｒに関する特性が良好であり且つ製造時の焼成に際して接触するジルコニア（ＺｒＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などからなる敷板と反応することなく高い歩留まりで製造される。従って、高周波回路素子の提供が容易になる。このような高周波回路素子の一例として、図２に示されるような同軸誘電体共振器が挙げられる。ここでは、外形寸法１０．６ｍｍ×１０．６ｍｍ×１２ｍｍ（軸長）の誘電体磁器のブロックに、軸長方向に沿って穴径３ｍｍの円筒形貫通孔を設け、該貫通孔が開口するブロックの一面（開放面）だけは誘電体磁器の表面（セラミックス面）そのままの状態とし、誘電体磁器の他の表面及び貫通孔内面にはＡｇ導体からなる導体膜を形成している。
【００２５】
本発明の高周波用誘電体磁器における組成の限定理由を説明する。主成分の組成式ａ（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２−ｂＭｇ２ＳｉＯ４−ｃＭｇＴｉ２Ｏ５−ｄＭｇＳｉＯ３において、ａが４未満では、共振周波数の温度係数τｆが−３０ｐｐｍ／℃より小さくなり（すなわち、温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃より大きくなり）、好ましくない。ａが３７を超えると、比誘電率εｒが１２．０より大きくなり、好ましくない。ａのより好ましい範囲は、１８≦ａ≦３６である。この範囲内であれば、共振周波数の温度係数τｆの絶対値が２０ｐｐｍ／℃以下となる。ｂが３４未満では、比誘電率εｒが１２．０より大きくなり、好ましくない。ｂが９２を超えると、共振周波数の温度係数τｆが−３０ｐｐｍ／℃より小さくなり（すなわち、温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃より大きくなり）、好ましくない。ｂのより好ましい範囲は、３４≦ｂ≦６８である。この範囲であれば、共振周波数の温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下となる。ｃが２未満では、共振周波数の温度係数τｆが−３０ｐｐｍ／℃より小さくなり（すなわち、温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃より大きくなり）、好ましくない。ｃが１５を超えると、比誘電率εｒが１２．０より大きくなり、好ましくない。ｄが２未満では、共振周波数の温度係数τｆが−３０ｐｐｍ／℃より小さくなり（すなわち、温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃より大きくなり）、好ましくない。ｄが１５を超えると、比誘電率εｒが１２．０より大きくなり好ましくない。
【００２６】
後述の実施例で示されるように、本発明の高周波用誘電体磁器における組成範囲内で主成分の組成式におけるモル比ａ、ｂ、ｃ及びｄを適宜変更することで、共振周波数ｆ。の温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下すなわちτｆが零に近い範囲内で十分大きなＱｍ値を実現しつつ、比誘電率εｒを７．５〜１２．０の範囲の所望値に調整することが可能である。
【００２７】
また、主成分１００重量部に対する添加成分ＺｒＯ２の添加量が３．０重量部未満では、１３５０℃以下とくに１３００℃以下の比較的低温の焼成で相対密度を９５％以上とすることが難しく、良好なＱｍ×ｆ。値が得難くなるので、好ましくない。一方、主成分１００重量部に対する添加成分ＺｒＯ２の添加量が１２．０重量部を超えると、良好なＱｍ×ｆ。値及びεｒが得難くなり、且つ共振周波数の温度係数τｆが−３０ｐｐｍ／℃より小さくなり（すなわち、温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃より大きくなり）、好ましくない。
【００２８】
本発明の高周波用誘電体磁器の製造方法の一実施形態は次の通りである。ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、及びＭｇ２ＳｉＯ４を所定量ずつ、アルコール等の溶媒とともに湿式混合する。続いて溶媒を除去した後、１０００〜１１５０℃で仮焼して粉砕し、出発原料粉末を得る。
【００２９】
この出発原料粉末に、ＺｒＯ２を焼結助剤として所定量添加して、アルコール等の溶媒とともに湿式混合する。続いて溶媒を除去して得られた粉末にポリビニルアルコールの如き有機バインダを添加し、混合して均質にし、乾燥、解砕した後、成形密度が２．０〜２．４ｇ／ｃｍ３、好ましくは２．２〜２．４ｇ／ｃｍ３になるように加圧成形する。得られた成形物を空気の如き酸素含有ガス雰囲気下にて１２００〜１３５０℃で焼成することにより上記組成式で表される主成分とＺｒＯ２からなる添加成分とを含み、該添加成分が前記主成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部添加されており、相対密度が９５％以上である高周波用誘電体磁器を得ることができる。
【００３０】
後述の実施例で示されるように、ＳｎＯ２及びＴｉＯ２を当モル量用いることができる。この場合、とくに、前記生成相（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２は、（Ｓｎ０．８Ｔｉ０．２）Ｏ２であることが好ましい。
【００３１】
このようにして得られた高周波用誘電体磁器は、必要により適当な形状およびサイズに加工することができる。
【００３２】
本発明の高周波用誘電体磁器は、例えば、外部に銀や銅等の導体からなる膜または配線などを形成することにより、図２のような同軸型誘電体共振器やこれを利用した同軸型誘電体フィルタ等の高周波回路素子を構成するのに利用することが可能である。本発明の高周波用誘電体磁器であって板状のものは、銀や銅等の導体配線を形成することにより、各種高周波回路のための誘電体配線基板として利用することができる。
【００３３】
また、出発原料粉末にＺｒＯ２を焼結助剤として所定量添加し、低融点ガラスを添加し、その後ポリビニルブチラール等のバインダ樹脂、フタル酸ジブチル等の可塑剤、及びトルエン等の有機溶剤と混合し、ドクターブレード法等によるシート成形を行い、得られたシートと導体シートとを積層化し、一体焼成することにより、積層型誘電体フィルタや積層型の誘電体配線基板等の積層型の高周波回路素子を得ることができる。
【００３４】
なお、本発明の高周波用誘電体磁器を構成する元素であるＳｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、及びＴｉ、並びにＺｒＯ２の原料としては、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、Ｍｇ２ＳｉＯ４、ＺｒＯ２の他に、ＭｇＯ、ＳｉＯ２等の酸化物を用いることもでき、さらには焼成時に酸化物となる硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、塩化物、有機金属化合物等を使用することもできる。
【００３５】
なお、本発明の高周波用誘電体磁器は、その構成元素がＯ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、及びＴｉ、並びにＺｒであるが、例えば粉砕ボールや原料粉末の不純物に由来するＣａ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎａ等が不純物として混入してもよい。
【００３６】
また、本発明の高周波用誘電体磁器は、低誘電率および高Ｑｍ値が求められるものであれば、種々の高周波回路素子の構成部材として使用できる。そのような例の１つとして、図１に示されるような誘電体共振器制御型マイクロ波発信器における構成部材が挙げられる。このマイクロ波発信器では、同軸誘電体共振器１を誘電体磁器からなる支持部材２を介して誘電体磁器基板３に取り付け、同軸誘電体共振器１の外部に漏れ出る電磁界Ｈを利用して、同軸誘電体共振器１と誘電体磁器基板３に設けたマイクロストリップ線路のストリップ導体４との結合をとる。符号５は、電磁シールド機能を発揮する金属ケースを示す。このマイクロ波発信器において、本発明の高周波用誘電体磁器は、図２に関し説明したような同軸誘電体共振器１の誘電体ブロックとして、支持部材２として、さらには誘電体磁器基板３として、それぞれ使用することができる。図３に、マイクロストリップ線路の詳細を示す。マイクロストリップ線路では、誘電体磁器基板６（上記誘電体磁器基板３に相当）の表面にストリップ導体７を設け、誘電体磁器基板６の裏面に接地導体膜８を設けている。ストリップ導体７の材料としては、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇが例示される。
【００３７】
本発明の高周波用誘電体磁器が構成部材として使用される高周波回路素子の他の例としては、図４の（ａ）〜（ｉ）にそれぞれ示されるような平面型高周波回路素子が挙げられる。これらの平面型高周波回路素子９は、マイクロストリップ線路と同様に、誘電体磁器基板６の表面にストリップ導体７を設け、誘電体磁器基板６の裏面に接地導体膜を設けている。誘電体磁器基板６の表面には、ストリップ導体７と同一の材料により、各種パターン状の導体膜が形成されており、該導体膜によりそれぞれの素子の機能を発揮する。図４において、（ａ）の素子はインタディジタルキャパシタであり、（ｂ）の素子はスパイラルインダクタであり、（ｃ）の素子は分岐回路であり、（ｄ）の素子は方向性結合器であり、（ｅ）の素子は電力分配合成器であり、（ｆ）の素子は低域通過フィルタであり、（ｇ）の素子は帯域通過フィルタであり、（ｈ）の素子はリング共振器であり、（ｉ）の素子はパッチアンテナである。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例及び比較例により、本発明を更に説明する。
【００３９】
［実施例１］
ＳｎＯ２を４．８ｍｏｌ％、ＴｉＯ２を４．８ｍｏｌ％、Ｍｇ２ＳｉＯ４を９０．５ｍｏｌ％となるように所定量を秤量し（表１参照）、これらをエタノール及びＺｒＯ２ボールとともにボールミルに入れ、１２時間湿式混合した。その後、溶液を脱媒後、１１００℃で２時間仮焼し、粉砕した。この仮焼粉を出発原料として用い、仮焼粉１００重量部に対して３．０重量部のＺｒＯ２を添加し、これらをエタノール及びＺｒＯ２ボールとともにボールミルに入れ、１２時間湿式混合した。その後、溶液を脱媒し、更に適量のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）溶液を加えて乾燥した後、直径２０ｍｍ、厚み８．２ｍｍのペレットに成形し、空気雰囲気下において、１２５０℃で２時間焼成した。
【００４０】
こうして得られた高周波用誘電体磁器（表１参照）につき、アルキメデス法を用いて相
対密度を測定したところ、９６％であった。
【００４１】
更に、この高周波用誘電体磁器を、直径１６．７ｍｍ及び厚み７．８ｍｍの大きさに加工した後、誘電共振法による測定で、共振周波数５．９〜６．５ＧＨｚにおけるＱｍ×ｆ。値、比誘電率εｒ、および共振周波数の温度係数τｆを求めた。その結果を表１に示す。
【００４２】
得られた高周波用誘電体磁器についてＸ線回折分析を行ったところ、図５に示されるように、主生成相はチタン酸スズ（（Ｓｎ０．８Ｔｉ０．２）Ｏ２）、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、マグネシウムチタネート（ＭｇＴｉ２Ｏ５）、及びステアタイト（ＭｇＳｉＯ３）の結晶相から構成されていることが確認された。また、得られた高周波用誘電体磁器について蛍光Ｘ線分析を行ったところ、ＺｒＯ２の存在が確認された。
【００４３】
一方、上記の出発原料粉末１００重量部に対して、ＺｒＯ２を焼結助剤として３．０重量部添加し、更にＰＶＡ２．７５重量部、セロゾール１重量部、及び分散剤１重量部を添加してスプレー顆粒を作製した。このスプレー顆粒を用いて、グリーン密度が２．３ｇ／ｃｍ３になるように成形し、その後１２５０℃×２時間の空気雰囲気条件下で焼成した。かくして得られた高周波用誘電体磁器を構成部材として用いて、図２に示されるような同軸誘電体共振器を作製した。該同軸誘電体共振器の大きさは、軸長１２ｍｍ、外形（大略矩形状の開放面の一辺の長さ）１０．６ｍｍ、穴径３ｍｍであった。
【００４４】
得られた同軸誘電体共振器について、共振周波数２ＧＨｚで無負荷Ｑ値を評価した。その結果、同軸誘電体共振器としての無負荷Ｑ値は１２５０であった。このように、本発明に係る高周波用誘電体磁器を使用することにより、優れた高周波特性を有する同軸誘電体共振器が得られた。
【００４５】
［実施例２〜１８］
ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、及びＭｇ２ＳｉＯ４を表１に示した配合比になるように所定量を秤量し、実施例１と同条件で混合し、仮焼し、粉砕した。この仮焼粉を出発原料として用い、表１に示した配合量になるようにＺｒＯ２を所定量秤量して混合し、実施例１と同様にしてバインダ添加及び成形などを行い、空気雰囲気下において表１に示されるような温度にて２時間焼成して、高周波用誘電体磁器を作製し、実施例１と同様な方法で特性を評価した。その結果を表１に示す。
【００４６】
［比較例１〜１２］
ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、及びＭｇ２ＳｉＯ４を表１に示した配合比になるように所定量を秤量し、実施例１と同条件で混合し、仮焼し、粉砕した。この仮焼粉を出発原料として用い、表２に示した配合量になるようにＺｒＯ２を所定量秤量して混合し、実施例１と同様にしてバインダ添加及び成形を行い、空気雰囲気下において表２に示されるような温度にて２時間焼成して、高周波用誘電体磁器を作製し、実施例１と同様な方法で特性を評価した。その結果を表２に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明の高周波用誘電体磁器は、低誘電率且つ高Ｑ値であり温度特性に優れるため、例えば、マイクロ波及びミリ波などの高周波領域で使用される集積回路等の高周波回路素子の構成部材として最適である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・同軸誘電体共振器
２・・・支持部材
３・・・誘電体磁器基板
４・・・ストリップ導体
５・・・金属ケース
Ｈ・・・電磁界
６・・・誘電体磁器基板
７・・・ストリップ導体
８・・・接地導体膜
９・・・平面高周波回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波及びミリ波等の高周波域で使用される高周波回路素子を構成する部材として好適な高周波用誘電体磁器に関する。このような高周波用誘電体磁器の例としては、例えば、誘電体共振器、誘電体導波路および誘電体アンテナなどの構成部材である誘電体ブロックや誘電体基板、さらには各種高周波回路素子において使用される基板及び支持部材などが挙げられる。高周波回路素子は、例えば、高周波域の通信機器などの電子装置を構成する。
【背景技術】
【０００２】
誘電体共振器の最も基本的なものとして、同軸誘電体共振器が挙げられる。この同軸誘電体共振器では、誘電体磁器からなるブロックに貫通孔を設け、該貫通孔が開口するブロックの一面（開放面）だけは誘電体磁器の表面そのままの状態とし、誘電体磁器の他の表面及び貫通孔内面には導体膜を形成している。
【０００３】
また、平面型高周波回路素子である誘電体導波路の最も基本的なものとして、マイクロストリップ線路が挙げられる。このマイクロストリップ線路では、誘電体磁器基板の表裏両面のうち一方の面にストリップ導体を設け、誘電体磁器基板の他方の面に接地導体膜を設けている。
【０００４】
以上の同軸誘電体共振器およびマイクロストリップ線路を用いて誘電体共振器制御型マイクロ波発信器を構成することができる。このマイクロ波発信器では、同軸誘電体共振器を誘電体磁器からなる支持部材を介して誘電体磁器基板に取り付け、同軸誘電体共振器の外部に漏れ出る電磁界を利用して、同軸誘電体共振器と誘電体磁器基板に設けたマイクロストリップ線路との結合をとる。
【０００５】
この種の高周波回路においては、電界が支持部材を介して漏れるのを抑制することによって、無負荷Ｑの高い共振系が構成される。このため、支持部材の材料としては、比誘電率が低く誘電損失（ｔａｎδ）が小さい（すなわちＱｍ×ｆ。が大きい：ここでＱｍは材料の損失係数）ものを使用する必要がある。このため、従来、支持部材の材料としては、比誘電率εｒが約７で、Ｑｍ×ｆ。が約１５００００ＧＨｚのフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）が採用されていた。また、誘電体磁器基板の材料としては、主として比誘電率εｒが約１０で、Ｑｍ×ｆ。が２０００００ＧＨｚ以上のアルミナ磁器（Ａｌ２Ｏ３）が採用されていた（例えば、特許文献１参照）。しかし、これらの材料では、共振周波数の温度係数τｆが−３０〜−７０ｐｐｍ／℃となりやすいため、高周波回路の用途が制限されている。また、これら材料は不純物が混入すると、生成相の構成及び電気特性が大きく変動する等の問題がある。
【０００６】
また、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）に酸化チタン（ＴｉＯ２）を加えた誘電体磁器組成物（非特許文献１参照）が提案されている。しかし、この誘電体磁器組成物では、酸化チタン（ＴｉＯ２）の添加とともに共振周波数の温度係数τｆが徐々にプラス側へシフトしているものの、酸化チタン３０ｗｔ％添加でも共振周波数の温度係数τｆが−６２ｐｐｍ／℃と負で大きい値であるため、これに基づく誘電体磁器は実用的ではない。
【０００７】
一方、誘電体導波路を構成する誘電体磁器基板の材料としては、一般的にはテフロン（登録商標）、アルミナ磁器（Ａｌ２Ｏ３）が採用されている。しかし、これらの材料は共振周波数の温度係数τｆが−３０〜−７０ｐｐｍ／℃となりやすいため、高周波回路の用途が制限されている。
【０００８】
また、比誘電率εｒ＝２４、Ｑｍ×ｆ。＝３５００００ＧＨｚ、共振周波数の温度係数τｆ＝０ｐｐｍ／℃の誘電体を平面型フィルタに適用した開発例（非特許文献２）があるが、今後の更なる高周波化の要請に対応するためには、やはり比誘電率εｒが約１２以下で、Ｑｍ×ｆ。が５００００ＧＨｚ以上で、しかも共振周波数ｆ。の温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下であることが必要である。
【０００９】
また、高周波領域になるほど、表皮効果の影響が大きくなり、例えば、導体としてＡｇを用いた場合には、１〜３ＧＨｚの領域で、表皮深さは１．１８〜２．０４μｍとなる（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−１０３９０４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ（第２３巻（２００３）第２５７５頁、表３参照）
【非特許文献２】Ａ Ｋａ−ｂａｎｄ Ｄｉｐｌｅｘｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｐｌａｎａｒ ＴＥ Ｍｏｄｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｐａｃｋａｇｅ（Ｍｅｔａｍｏｒｐｈｏｓｉｓ，Ｎｏ．６，ｐｐ．３８−３９（２００１））
【非特許文献３】理科年表 平成１９年度版
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上のような従来の高周波用誘電体磁器が有する技術的課題に鑑みて、本発明者らは、誘電体磁器の組成を適切なものにすること、および、誘電体磁器の相対密度を適切なものとすることにより、高周波領域の電気特性が優れたものになり製造が容易になるという知見を得た。そして、本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
【００１３】
すなわち、本発明の目的は、高周波領域での電気特性に優れ製造が容易な高周波用誘電体磁器およびその製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、そのような高周波用誘電体磁器を構成部材として用いた高周波回路素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、以上の如き目的のうちのいずれかを達成するものとして、組成式
ａ（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２−ｂＭｇ２ＳｉＯ４−ｃＭｇＴｉ２Ｏ５−ｄＭｇＳｉＯ３
で表され、前記組成式におけるａ、ｂ、ｃ、及びｄ（ただし、ａ、ｂ、ｃ、及びｄはモル％である）がそれぞれ４≦ａ≦３７、３４≦ｂ≦９２、２≦ｃ≦１５、及び２≦ｄ≦１５の範囲内にあり、ここでａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である主成分と、ＺｒＯ２からなる添加成分とを含んでなり、該添加成分は前記主成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部添加されていることを特徴とする高周波用誘電体磁器、が提供される。
【００１６】
本発明の一態様においては、相対密度が９５％以上であり、前記高周波用誘電体磁器は、比誘電率εｒが７．５〜１２．０であり、Ｑｍ×ｆ。値が５００００ＧＨｚ以上であり、共振周波数ｆ。の温度係数τｆが−２０〜＋２０ｐｐｍ／℃である。
【００１７】
また、本発明によれば、以上の如き目的のうちのいずれかを達成するものとして、上記の高周波用誘電体磁器を製造する方法であって、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇ２ＳｉＯ４の所定量を混合し仮焼した後に粉砕したものを出発原料として用い、該出発原料１００重量部に対してＺｒＯ２を焼結助剤として３．０〜１２．０重量部添加して得られた粉末に有機バインダを添加して成形し、焼成することを特徴とする、高周波用誘電体磁器の製造方法、が提供される。
【００１８】
また、本発明によれば、以上の如き目的のうちのいずれかを達成するものとして、上記の高周波用誘電体磁器からなる部材を含むことを特徴とする高周波回路素子、が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高周波領域での電気特性に優れ製造が容易な高周波用誘電体磁器が提供され、とくに、比誘電率εｒが７．５〜１２．０であり、Ｑｍ×ｆ。値が十分に大きく、さらに共振周波数ｆ。の温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下であり、比較的低い温度で焼成可能な高周波用誘電体磁器が提供される。この高周波用誘電体磁器を構成部材として用いることで、特性が良好で良好な加工性と小型化容易性との両方の特長を備えた高周波回路素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】高周波回路素子の一例である誘電体共振器制御型マイクロ波発信器の模式的断面図である。
【図２】高周波回路素子の一例である同軸誘電体共振器の模式的斜視図である。
【図３】高周波回路素子の一例であるマイクロストリップ線路の模式的斜視図である。
【図４】平面型高周波回路素子を構成する種々のマイクロストリップ線路のパターンを示す模式的平面図である。
【図５】本発明の高周波用誘電体磁器のＸ線回折図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の高周波用誘電体磁器の主成分は、組成式ａ（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２−ｂＭｇ２Ｓｉ
Ｏ４−ｃＭｇＴｉ２Ｏ５−ｄＭｇＳｉＯ３で表され、前記組成式におけるａ、ｂ、ｃ、及
びｄ（ただし、ａ、ｂ、ｃ、及びｄはモル％である）がそれぞれ４≦ａ≦３７、３４≦ｂ
≦９２、２≦ｃ≦１５、及び２≦ｄ≦１５の範囲内にあり、ここでａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１０
０である。本発明の高周波用誘電体磁器の添加成分は、ＺｒＯ２からなる。この添加成分主成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部添加されている。
【００２２】
本発明の高周波用誘電体磁器は、とくに、図５のＸ線回折図に示されるように、チタン酸スズ（（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２）、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、マグネシウムチタネート（ＭｇＴｉ２Ｏ５）、及びステアタイト（ＭｇＳｉＯ３）を主生成相とする。前記（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２としては、（Ｓｎ０．８Ｔｉ０．２）Ｏ２及び（Ｓｎ０．２Ｔｉ０．８）Ｏ２が知られている。このうち（Ｓｎ０．８Ｔｉ０．２）Ｏ２は、（Ｓｎ０．２Ｔｉ０．８）Ｏ２よりも、焼結が容易で、且つτｆも制御しやすい特徴がある。尚、図５では、主生成相のみ表れており、添加成分ＺｒＯ２は微量であるため表れていない。
【００２３】
本発明の高周波用誘電体磁器は、Ｑｍ×ｆ。が５００００ＧＨｚ以上と高い値を示すことから、誘電損失が非常に小さい高周波用誘電体磁器及びこれを用いた高周波回路素子の提供が容易になる。また、本発明の高周波用誘電体磁器は、共振周波数の温度係数τｆの絶対値が２０ｐｐｍ／℃以下であることから、温度による特性への影響の少ない高周波用誘電体磁器及びこれを用いた高周波回路素子の提供が容易になる。しかも、本発明の高周波用誘電体磁器は、比誘電率εｒが７．５〜１２．０であることから、加工性の向上と小型化との両方の特長を備えた高周波回路素子の提供が容易になる。
【００２４】
さらに、本発明の高周波用誘電体磁器は、添加成分ＺｒＯ２の添加量が主成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部であり且つ相対密度が９５％以上であるため、上記Ｑｍ×ｆ。、τｆ及びεｒに関する特性が良好であり且つ製造時の焼成に際して接触するジルコニア（ＺｒＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などからなる敷板と反応することなく高い歩留まりで製造される。従って、高周波回路素子の提供が容易になる。このような高周波回路素子の一例として、図２に示されるような同軸誘電体共振器が挙げられる。ここでは、外形寸法１０．６ｍｍ×１０．６ｍｍ×１２ｍｍ（軸長）の誘電体磁器のブロックに、軸長方向に沿って穴径３ｍｍの円筒形貫通孔を設け、該貫通孔が開口するブロックの一面（開放面）だけは誘電体磁器の表面（セラミックス面）そのままの状態とし、誘電体磁器の他の表面及び貫通孔内面にはＡｇ導体からなる導体膜を形成している。
【００２５】
本発明の高周波用誘電体磁器における組成の限定理由を説明する。主成分の組成式ａ（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２−ｂＭｇ２ＳｉＯ４−ｃＭｇＴｉ２Ｏ５−ｄＭｇＳｉＯ３において、ａが４未満では、共振周波数の温度係数τｆが−３０ｐｐｍ／℃より小さくなり（すなわち、温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃より大きくなり）、好ましくない。ａが３７を超えると、比誘電率εｒが１２．０より大きくなり、好ましくない。ａのより好ましい範囲は、１８≦ａ≦３６である。この範囲内であれば、共振周波数の温度係数τｆの絶対値が２０ｐｐｍ／℃以下となる。ｂが３４未満では、比誘電率εｒが１２．０より大きくなり、好ましくない。ｂが９２を超えると、共振周波数の温度係数τｆが−３０ｐｐｍ／℃より小さくなり（すなわち、温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃より大きくなり）、好ましくない。ｂのより好ましい範囲は、３４≦ｂ≦６８である。この範囲であれば、共振周波数の温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下となる。ｃが２未満では、共振周波数の温度係数τｆが−３０ｐｐｍ／℃より小さくなり（すなわち、温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃より大きくなり）、好ましくない。ｃが１５を超えると、比誘電率εｒが１２．０より大きくなり、好ましくない。ｄが２未満では、共振周波数の温度係数τｆが−３０ｐｐｍ／℃より小さくなり（すなわち、温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃より大きくなり）、好ましくない。ｄが１５を超えると、比誘電率εｒが１２．０より大きくなり好ましくない。
【００２６】
後述の実施例で示されるように、本発明の高周波用誘電体磁器における組成範囲内で主成分の組成式におけるモル比ａ、ｂ、ｃ及びｄを適宜変更することで、共振周波数ｆ。の温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下すなわちτｆが零に近い範囲内で十分大きなＱｍ値を実現しつつ、比誘電率εｒを７．５〜１２．０の範囲の所望値に調整することが可能である。
【００２７】
また、主成分１００重量部に対する添加成分ＺｒＯ２の添加量が３．０重量部未満では、１３５０℃以下とくに１３００℃以下の比較的低温の焼成で相対密度を９５％以上とすることが難しく、良好なＱｍ×ｆ。値が得難くなるので、好ましくない。一方、主成分１００重量部に対する添加成分ＺｒＯ２の添加量が１２．０重量部を超えると、良好なＱｍ×ｆ。値及びεｒが得難くなり、且つ共振周波数の温度係数τｆが−３０ｐｐｍ／℃より小さくなり（すなわち、温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃より大きくなり）、好ましくない。
【００２８】
本発明の高周波用誘電体磁器の製造方法の一実施形態は次の通りである。ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、及びＭｇ２ＳｉＯ４を所定量ずつ、アルコール等の溶媒とともに湿式混合する。続いて溶媒を除去した後、１０００〜１１５０℃で仮焼して粉砕し、出発原料粉末を得る。
【００２９】
この出発原料粉末に、ＺｒＯ２を焼結助剤として所定量添加して、アルコール等の溶媒とともに湿式混合する。続いて溶媒を除去して得られた粉末にポリビニルアルコールの如き有機バインダを添加し、混合して均質にし、乾燥、解砕した後、成形密度が２．０〜２．４ｇ／ｃｍ３、好ましくは２．２〜２．４ｇ／ｃｍ３になるように加圧成形する。得られた成形物を空気の如き酸素含有ガス雰囲気下にて１２００〜１３５０℃で焼成することにより上記組成式で表される主成分とＺｒＯ２からなる添加成分とを含み、該添加成分が前記主成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部添加されており、相対密度が９５％以上である高周波用誘電体磁器を得ることができる。
【００３０】
後述の実施例で示されるように、ＳｎＯ２及びＴｉＯ２を当モル量用いることができる。この場合、とくに、前記生成相（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２は、（Ｓｎ０．８Ｔｉ０．２）Ｏ２であることが好ましい。
【００３１】
このようにして得られた高周波用誘電体磁器は、必要により適当な形状およびサイズに加工することができる。
【００３２】
本発明の高周波用誘電体磁器は、例えば、外部に銀や銅等の導体からなる膜または配線などを形成することにより、図２のような同軸型誘電体共振器やこれを利用した同軸型誘電体フィルタ等の高周波回路素子を構成するのに利用することが可能である。本発明の高周波用誘電体磁器であって板状のものは、銀や銅等の導体配線を形成することにより、各種高周波回路のための誘電体配線基板として利用することができる。
【００３３】
また、出発原料粉末にＺｒＯ２を焼結助剤として所定量添加し、低融点ガラスを添加し、その後ポリビニルブチラール等のバインダ樹脂、フタル酸ジブチル等の可塑剤、及びトルエン等の有機溶剤と混合し、ドクターブレード法等によるシート成形を行い、得られたシートと導体シートとを積層化し、一体焼成することにより、積層型誘電体フィルタや積層型の誘電体配線基板等の積層型の高周波回路素子を得ることができる。
【００３４】
なお、本発明の高周波用誘電体磁器を構成する元素であるＳｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、及びＴｉ、並びにＺｒＯ２の原料としては、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、Ｍｇ２ＳｉＯ４、ＺｒＯ２の他に、ＭｇＯ、ＳｉＯ２等の酸化物を用いることもでき、さらには焼成時に酸化物となる硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、塩化物、有機金属化合物等を使用することもできる。
【００３５】
なお、本発明の高周波用誘電体磁器は、その構成元素がＯ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、及びＴｉ、並びにＺｒであるが、例えば粉砕ボールや原料粉末の不純物に由来するＣａ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎａ等が不純物として混入してもよい。
【００３６】
また、本発明の高周波用誘電体磁器は、低誘電率および高Ｑｍ値が求められるものであれば、種々の高周波回路素子の構成部材として使用できる。そのような例の１つとして、図１に示されるような誘電体共振器制御型マイクロ波発信器における構成部材が挙げられる。このマイクロ波発信器では、同軸誘電体共振器１を誘電体磁器からなる支持部材２を介して誘電体磁器基板３に取り付け、同軸誘電体共振器１の外部に漏れ出る電磁界Ｈを利用して、同軸誘電体共振器１と誘電体磁器基板３に設けたマイクロストリップ線路のストリップ導体４との結合をとる。符号５は、電磁シールド機能を発揮する金属ケースを示す。このマイクロ波発信器において、本発明の高周波用誘電体磁器は、図２に関し説明したような同軸誘電体共振器１の誘電体ブロックとして、支持部材２として、さらには誘電体磁器基板３として、それぞれ使用することができる。図３に、マイクロストリップ線路の詳細を示す。マイクロストリップ線路では、誘電体磁器基板６（上記誘電体磁器基板３に相当）の表面にストリップ導体７を設け、誘電体磁器基板６の裏面に接地導体膜８を設けている。ストリップ導体７の材料としては、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇが例示される。
【００３７】
本発明の高周波用誘電体磁器が構成部材として使用される高周波回路素子の他の例としては、図４の（ａ）〜（ｉ）にそれぞれ示されるような平面型高周波回路素子が挙げられる。これらの平面型高周波回路素子９は、マイクロストリップ線路と同様に、誘電体磁器基板６の表面にストリップ導体７を設け、誘電体磁器基板６の裏面に接地導体膜を設けている。誘電体磁器基板６の表面には、ストリップ導体７と同一の材料により、各種パターン状の導体膜が形成されており、該導体膜によりそれぞれの素子の機能を発揮する。図４において、（ａ）の素子はインタディジタルキャパシタであり、（ｂ）の素子はスパイラルインダクタであり、（ｃ）の素子は分岐回路であり、（ｄ）の素子は方向性結合器であり、（ｅ）の素子は電力分配合成器であり、（ｆ）の素子は低域通過フィルタであり、（ｇ）の素子は帯域通過フィルタであり、（ｈ）の素子はリング共振器であり、（ｉ）の素子はパッチアンテナである。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例及び比較例により、本発明を更に説明する。
【００３９】
［実施例１］
ＳｎＯ２を４．８ｍｏｌ％、ＴｉＯ２を４．８ｍｏｌ％、Ｍｇ２ＳｉＯ４を９０．５ｍｏｌ％となるように所定量を秤量し（表１参照）、これらをエタノール及びＺｒＯ２ボールとともにボールミルに入れ、１２時間湿式混合した。その後、溶液を脱媒後、１１００℃で２時間仮焼し、粉砕した。この仮焼粉を出発原料として用い、仮焼粉１００重量部に対して３．０重量部のＺｒＯ２を添加し、これらをエタノール及びＺｒＯ２ボールとともにボールミルに入れ、１２時間湿式混合した。その後、溶液を脱媒し、更に適量のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）溶液を加えて乾燥した後、直径２０ｍｍ、厚み８．２ｍｍのペレットに成形し、空気雰囲気下において、１２５０℃で２時間焼成した。
【００４０】
こうして得られた高周波用誘電体磁器（表１参照）につき、アルキメデス法を用いて相
対密度を測定したところ、９６％であった。
【００４１】
更に、この高周波用誘電体磁器を、直径１６．７ｍｍ及び厚み７．８ｍｍの大きさに加工した後、誘電共振法による測定で、共振周波数５．９〜６．５ＧＨｚにおけるＱｍ×ｆ。値、比誘電率εｒ、および共振周波数の温度係数τｆを求めた。その結果を表１に示す。
【００４２】
得られた高周波用誘電体磁器についてＸ線回折分析を行ったところ、図５に示されるように、主生成相はチタン酸スズ（（Ｓｎ０．８Ｔｉ０．２）Ｏ２）、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、マグネシウムチタネート（ＭｇＴｉ２Ｏ５）、及びステアタイト（ＭｇＳｉＯ３）の結晶相から構成されていることが確認された。また、得られた高周波用誘電体磁器について蛍光Ｘ線分析を行ったところ、ＺｒＯ２の存在が確認された。
【００４３】
一方、上記の出発原料粉末１００重量部に対して、ＺｒＯ２を焼結助剤として３．０重量部添加し、更にＰＶＡ２．７５重量部、セロゾール１重量部、及び分散剤１重量部を添加してスプレー顆粒を作製した。このスプレー顆粒を用いて、グリーン密度が２．３ｇ／ｃｍ３になるように成形し、その後１２５０℃×２時間の空気雰囲気条件下で焼成した。かくして得られた高周波用誘電体磁器を構成部材として用いて、図２に示されるような同軸誘電体共振器を作製した。該同軸誘電体共振器の大きさは、軸長１２ｍｍ、外形（大略矩形状の開放面の一辺の長さ）１０．６ｍｍ、穴径３ｍｍであった。
【００４４】
得られた同軸誘電体共振器について、共振周波数２ＧＨｚで無負荷Ｑ値を評価した。その結果、同軸誘電体共振器としての無負荷Ｑ値は１２５０であった。このように、本発明に係る高周波用誘電体磁器を使用することにより、優れた高周波特性を有する同軸誘電体共振器が得られた。
【００４５】
［実施例２〜１８］
ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、及びＭｇ２ＳｉＯ４を表１に示した配合比になるように所定量を秤量し、実施例１と同条件で混合し、仮焼し、粉砕した。この仮焼粉を出発原料として用い、表１に示した配合量になるようにＺｒＯ２を所定量秤量して混合し、実施例１と同様にしてバインダ添加及び成形などを行い、空気雰囲気下において表１に示されるような温度にて２時間焼成して、高周波用誘電体磁器を作製し、実施例１と同様な方法で特性を評価した。その結果を表１に示す。
【００４６】
［比較例１〜１２］
ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、及びＭｇ２ＳｉＯ４を表１に示した配合比になるように所定量を秤量し、実施例１と同条件で混合し、仮焼し、粉砕した。この仮焼粉を出発原料として用い、表２に示した配合量になるようにＺｒＯ２を所定量秤量して混合し、実施例１と同様にしてバインダ添加及び成形を行い、空気雰囲気下において表２に示されるような温度にて２時間焼成して、高周波用誘電体磁器を作製し、実施例１と同様な方法で特性を評価した。その結果を表２に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明の高周波用誘電体磁器は、低誘電率且つ高Ｑ値であり温度特性に優れるため、例えば、マイクロ波及びミリ波などの高周波領域で使用される集積回路等の高周波回路素子の構成部材として最適である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・同軸誘電体共振器
２・・・支持部材
３・・・誘電体磁器基板
４・・・ストリップ導体
５・・・金属ケース
Ｈ・・・電磁界
６・・・誘電体磁器基板
７・・・ストリップ導体
８・・・接地導体膜
９・・・平面高周波回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式ａ（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２−ｂＭｇ２ＳｉＯ４−ｃＭｇＴｉ２Ｏ５−ｄＭｇＳｉＯ３で表され、前記組成式におけるａ、ｂ、ｃ、及びｄ（ただし、ａ、ｂ、ｃ、及びｄはモル％である）がそれぞれ４≦ａ≦３７、３４≦ｂ≦９２、２≦ｃ≦１５、及び２≦ｄ≦１５の範囲内にあり、ここでａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である主成分と、ＺｒＯ２からなる添加成分とを含んでなり、該添加成分は前記主成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部添加されていることを特徴とする高周波用誘電体磁器。
【請求項２】
前記高周波用誘電体磁器は、相対密度が９５％以上であり、比誘電率εｒが７．５〜１２．０であり、Ｑｍ×ｆ。値が５００００ＧＨｚ以上であり、共振周波数ｆ。の温度係数τｆが−３０〜＋３０ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項１に記載の高周波用誘電体磁器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の高周波用誘電体磁器を製造する方法であって、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇ２ＳｉＯ４の所定量を混合し仮焼した後に粉砕したものを出発原料として用い、該出発原料１００重量部に対してＺｒＯ２を焼結助剤として３．０〜１２．０重量部添加して得られた粉末に有機バインダを添加して成形し、焼成することを特徴とする高周波用誘電体磁器の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の高周波用誘電体磁器からなる部材を含むことを特徴とする高周波回路素子。
【請求項１】
組成式ａ（Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ２−ｂＭｇ２ＳｉＯ４−ｃＭｇＴｉ２Ｏ５−ｄＭｇＳｉＯ３で表され、前記組成式におけるａ、ｂ、ｃ、及びｄ（ただし、ａ、ｂ、ｃ、及びｄはモル％である）がそれぞれ４≦ａ≦３７、３４≦ｂ≦９２、２≦ｃ≦１５、及び２≦ｄ≦１５の範囲内にあり、ここでａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である主成分と、ＺｒＯ２からなる添加成分とを含んでなり、該添加成分は前記主成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部添加されていることを特徴とする高周波用誘電体磁器。
【請求項２】
前記高周波用誘電体磁器は、相対密度が９５％以上であり、比誘電率εｒが７．５〜１２．０であり、Ｑｍ×ｆ。値が５００００ＧＨｚ以上であり、共振周波数ｆ。の温度係数τｆが−３０〜＋３０ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項１に記載の高周波用誘電体磁器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の高周波用誘電体磁器を製造する方法であって、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇ２ＳｉＯ４の所定量を混合し仮焼した後に粉砕したものを出発原料として用い、該出発原料１００重量部に対してＺｒＯ２を焼結助剤として３．０〜１２．０重量部添加して得られた粉末に有機バインダを添加して成形し、焼成することを特徴とする高周波用誘電体磁器の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の高周波用誘電体磁器からなる部材を含むことを特徴とする高周波回路素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１６２４１９（Ｐ２０１１−１６２４１９Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９６１９（Ｐ２０１０−２９６１９）
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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