JPH1112036A - 誘電体セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

誘電体セラミック電子部品の製造方法

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JPH1112036A
JPH1112036A JP9158360A JP15836097A JPH1112036A JP H1112036 A JPH1112036 A JP H1112036A JP 9158360 A JP9158360 A JP 9158360A JP 15836097 A JP15836097 A JP 15836097A JP H1112036 A JPH1112036 A JP H1112036A
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Hidekazu Koga
英一 古賀
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高いQE値を有する誘電体セラミック電子部
品の製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 組成式をxZrO2−yTiO2−zA
(1+w)/3Nb(2-w)/32で表したとき、記号Aが{M
g,Co,Zn,Ni,Mn}からなる群から選ばれた
少なくとも一種の成分、またx,y,z,wは以下に示
した範囲で、更に不純物として含まれるCaをCaOに
換算して0.01%以下に制御した誘電体磁器組成物を
焼成する。 0.10≦x≦0.60 0.20≦y≦0.60 0.01≦z≦0.70 0 ≦w≦1.50 (但しx,y,zはモル分率、wは無名数を示す)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波、ミリ
波等の高周波領域において誘電体共振器として利用され
る誘電体セラミック電子部品の製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】特開平6−295619号公報にQ
E値、比誘電率が大きく、しかも共振周波数の温度係数
を広範囲で任意に調整できる誘電体磁器組成物として、
材料成分中に不純物としてCaがCaOに換算して0.
04〜0.05%含まれるものが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記、従来の誘電体磁
器組成物のQE値より更に高いQE値の誘電体共振器が近
年望まれている。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の誘電体セラミック電子部品用誘電体磁器組
成物は、組成式としてxZrO2−yTiO2−zA
(1+w)/3Nb(2-w)/32で表したとき、記号Aが{M
g,Co,Zn,Mn}からなる群から選ばれた少なく
とも一種の成分、またx,y,z,wは以下に示した範
囲で、更に、不純物として含まれるCaをCaOに換算
して0.01%以下に制御した誘電体磁器組成物を焼成
することによってQE値の高い優れた誘電体共振器用誘
電体セラミック電子部品を得ることができる。
【0005】0.10≦x≦0.60 0.20≦y≦0.60 0.01≦z≦0.70 0 ≦w≦1.50 (但しx,y,zはモル分率、wは無名数を示す)
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、組成式をxZrO2−yTiO2−zA(1+w )/3Nb
(2-w)/32で表したとき、記号Aが{Mg,Co,Z
n,Ni,Mn}からなる群から選ばれた少なくとも一
種の成分、またx,y,z,wは以下に示した範囲で、
更に不純物として含まれるCaをCaOに換算して0.
01%以下に制御した誘電体磁器組成物を焼成する誘電
体セラミック電子部品の製造方法である。
【0007】0.10≦x≦0.60 0.20≦y≦0.60 0.01≦z≦0.70 0 ≦w≦1.50 (但しx,y,zはモル分率、wは無名数を示す)材料
成分中にCaをCaOに換算して、0.04〜0.05
%の範囲で含有させた誘電体磁器組成物は特開平6−2
95619号公報で示されているが、本発明において、
誘電体磁器組成物全体に対し不純物としてCaをCaO
に換算して0.01%以下に制御することにより、更に
E値を向上させ、しかも比誘電率も低下させないこと
が実験的に判明した。
【0008】本発明の請求項2に記載の発明は、出発原
料成分の粒径が1μm以下のものを使用する請求項1に
記載の誘電体セラミック電子部品の製造方法であって、
誘電体磁器組成物の成分の粒子径を1μm以下のものを
用いることにより、より低い温度の焼成で比誘電率、Q
Eの高い焼結体を得ることができ、省エネルギー効果も
得られる。粒子径が1μm以上の粉末を用いると誘電体
セラミック焼結体の焼結粒子が大きくなったり、又は部
分的に異常粒成長が発生し得られる誘電体共振器用誘電
体セラミックQE値が低下するという問題点がある。
【0009】本発明の請求項3に記載の発明は、誘電体
磁器組成物を酸素雰囲気中で焼成する請求項1に記載の
誘電体セラミック電子部品の製造方法であって、誘電体
磁器組成物を酸素雰囲気中で焼成することにより、誘電
体セラミック内部、外部の焼結が均一となり焼結体密度
が向上し、より高いQE値の誘電体セラミックを得るこ
とができる。
【0010】本発明の請求項4に記載の発明は、誘電体
磁器組成物を仮焼後、1μm〜1.2μmに微粉砕した
ものを用いる請求項1から請求項3の何れか一つに記載
の誘電体セラミック電子部品の製造方法であって、仮焼
物を1μm〜1.2μmに粉砕した材料粉末を用いるこ
とによって、焼成後の焼結体密度が向上し高いQE値の
誘電体セラミックを得ることができる。
【0011】本発明の請求項5に記載の発明は、誘電体
磁器組成物の混合及び粉砕に使用する媒体材質中に含ま
れる不純物のCaがCaOに換算して1%以下のものを
使用する請求項1、または請求項2、または請求項4の
何れか一つに記載の誘電体セラミック電子部品の製造方
法であって、誘電体磁器組成物仮焼物の混合、及び粉砕
に用いる媒体から必要以上のCaOの混入によりQE
の低下を防止するためである。
【0012】本発明の請求項6に記載の発明は、誘電体
磁器組成物の焼成用サヤ材質中に含まれる不純物のCa
がCaOに換算して1%以下のものを使用する請求項1
から請求項5の何れか一つに記載の誘電体セラミック電
子部品の製造方法であって、誘電体セラミックを焼成す
るサヤ材質に不純物として含まれるCaOが、焼成時に
誘電体セラミック焼結体へ拡散することによってQE
の低下を防止するためである。
【0013】以下、本発明の一実施形態について説明す
る。 (実施の形態1)図1は、誘電体磁器組成物に対するC
aO添加量とQE値との関係を実験的に求めた図であ
る。
【0014】出発原料には化学的に高純度で、粒子径を
1μm以下に制御したZrO2,TiO2,MgO,Co
O,ZnO,NiO,Nb25,MnCO3、及びCa
O粉末を(表1)に示す組成になるように秤量後、ポリ
エチレン製のボールミルに入れ、媒体として不純物のC
aO含有率が1%以下の安定化ジルコニア製の玉石と、
溶媒としてエタノールを加え約20時間混合、乾燥した
後、不純物のCaO含有率が1%以下のアルミナ質のル
ツボに入れ、大気中で900℃の温度で2時間仮焼を行
った。次に前記仮焼粉末を混合と同じ方法で粉砕し、粒
子径が1μm〜1.2μmの材料粉末を得た。
【0015】前記材料粉末に有機バインダーを加え混合
した後、32メッシュの篩を通して整粒し、成形圧力2
ton/cm2で直径13mm、厚み6〜8mmの円板に成形し
た。次に不純物のCaOの量が1%以下のアルミナ質サ
ヤに成形体を入れ、大気中にて1400℃の温度で4時
間焼成を行い、(表1)に示す試料No1〜24の焼結
体を得た。得られた焼結体の両面を研磨した後、両面に
電極を付与しない状態のまま、誘電体共振器の測定方法
により、測定周波数4〜5GHzで、比誘電率(ε
r)、QE、及び−25〜85℃の温度範囲でQEの共振
周波数温度係数(τf)の測定を行い、その結果を(表
1)及び図1に示した。尚、QEは中心周波数±3dB
の半値幅から(数1)、比誘電率は(数2)から求め
た。又、特開平6−295619号公報に詳細について
開示されているため、本実施形態1では代表組成に対す
る不純物CaO量の検討を行った。
【0016】
【数1】
【0017】
【数2】
【0018】
【表1】
【0019】(表1)中の、試料番号3,7,11,1
5,19及び23は特開平6−295619号公報に開
示された不純物として含有されるCaOのデータを採用
した。
【0020】(表1)、図1から明らかなように、Ca
Oの添加量が0.05%より多くなるに従ってQE値が
急激に低下するのに対し、CaOの添加量が0.01%
より少ない場合は、従来品と比較して30%以上QE
が高くなっていることが分かる。この高いQE値のNo
1,25及び26と低いQE値のNo3,4,7及び8
の焼結体をX線回折で調査した結果CaOが0.05%
以上の場合は、焼結体中にCaOの偏析相が現れる。こ
の偏析相がQE値を低下させているものと思われる。従
って、誘電体磁器組成に対し不純物として許容できるC
aOの量は0.01%以下が好ましく、この範囲内であ
れば比誘電率、共振周波数温度係数を損なうことなくQ
E値の優れた誘電体共振器用誘電体セラミックを得るこ
とができる。又、使用する出発原料の粒子径が1μmよ
り大きい場合、得られた焼結体の結晶粒子径が大きくな
ったり、部分的に異常粒成長したりするため、誘電体共
振器用誘電体セラミックの導体損失が増して誘電体セラ
ミックのQE値が低くなる問題が生じる。従って出発原
料の粒子径を1μm以下に制御することは必須条件とな
る。更に、混合、及び粉砕に使用する媒体としてのジル
コニアボールに不純物として含まれるCaOの量が1%
を越えると、混合、粉砕中にジルコニアボールが磨耗し
誘電体磁器材料中に混入するCaOが増大し誘電体セラ
ミックQE値が低くなる問題が生じるため、CaOの含
有率が1%以下のジルコニア玉石の使用は必須条件とな
る。又、更に焼成用サヤについても同様である。
【0021】(実施の形態2)実施形態1の試料No2
の材料粉末を用い、外径65mm、内径20mm、高さ40
mmの円筒形状に、成形圧力1〜2ton/cm2で成形した
後、大気中及び酸素雰囲気中にて1400℃の温度で4
時間焼成を行った。得られた焼結体に実施形態1と同じ
測定法で共振周波数、QE値の測定と、アルキメデス法
で焼結体密度の測定を行い、その結果を(表2)に示
す。
【0022】
【表2】
【0023】(表2)から明らかなように、酸素雰囲気
中で焼成した試料No25はNo26よりQ・f0値、
及び焼結体密度の何れも約15%程高くなっていること
が分かる。これは成形体を酸素雰囲気中で焼成すること
で、焼成中に成形体内部まで酸素が十分拡散し均一な焼
成がなされ焼結体密度が大きくなり、その結果焼結体の
Eが高くなったものと思われる。大気中で焼成した試
料No26は焼結体の内部と外部とで密度が異なり、金
属顕微鏡で観察すると内部がポーラスになっていること
が認められた。ここで作成した大型素子は主に基地局用
誘電体フィルタに使用され、この場合は特に高い信頼性
が要求される。このため不均質な焼結体の場合、耐熱衝
撃、耐湿性等の信頼性が低下するので好ましくない。従
って、大型誘電体セラミックの焼成は特に酸素雰囲気中
で均一焼成し、高信頼性の誘電体共振器用誘電体セラミ
ックを作成することが好ましい。
【0024】(実施の形態3)実施形態1の試料No2
の材料組成を混合、仮焼した後、粉砕時間を変え(表
3)に示す粒子径の材料粉末を作成した後、夫々整粒
し、外径12mm、内径2mm、高さが15mm角筒形状に、
成形圧力1〜2ton/cm2で成形した。その後、大気中で
1400℃の温度で4時間焼成を行った。得られた焼結
体の密度と、焼結体の内周面、外周面に銀ペーストを塗
布し800℃の温度で電極焼付けを行った誘電体セラミ
ックの比誘電率、QE値を実施形態1と同様に測定し、
その結果を(表3)に示した。
【0025】
【表3】
【0026】(表3)から明らかなように、材料粉末の
粉砕粒子径が焼結体の比誘電率、焼結密度、特にQE
に大きく影響していることが分かる。試料No27,2
8の焼結体密度が小さいのは粉末粒子径が小さいため成
形時のパッキング性が悪いことが影響しているものと考
えられ、その結果QE値が低くなったものと思われる。
これに対し粉砕粒子径が1〜1.2μmのNo29及び
30は焼結体密度が大きく、これに伴ってQEも大きく
なる。しかしながらNo31及び32のように粉砕粒子
径が1.5μmより大きくなると、比誘電率、QE値と
も低下し始め好ましくない。これは粉砕粒子径が大きく
なるに従って焼結性が悪くなるためと思われる。
【0027】以上、本実施の形態3のように粉砕粒子径
を一定の大きさに管理した製造工程を採用することによ
り、QE値、比誘電率の高い優れた誘電体共振器用誘電
体セラミックを得られることが分かる。
【0028】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、組成式と
してxZrO2−yTiO2−zA(1+w )/3Nb(2-w)/3
2で表した時、記号Aが{Mg,Co,Zn,Ni,M
n}からなる群の中から選ばれた少なくとも一種の成
分、またx,y,z,wが次の以下に示した範囲で、更
に不純物として含まれるCaをCaOに換算して0.0
1%以下に制御した誘電体磁器組成物を焼結することに
より、比誘電率、QE値及び共振周波数温度特性の優れ
た誘電体共振器用誘電体セラミックを得ることができ
る。
【0029】0.10≦x≦0.60 0.20≦y≦0.60 0.01≦z≦0.70 0 ≦w≦1.50 (但しx,y,zはモル分率、wは無名数を示す) 更に、出発原料の粒子径、仮焼後の粉砕粒子粒、及び焼
成雰囲気を制御することにより、更にQE値を大きくす
ることができ、このことが誘電体共振器の高性能化に寄
与し工業的利用価値が大きいものとなるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】誘電体磁器組成に対するCaO添加量とQE
の関係を表す図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成式をxZrO2−yTiO2−zA
    (1+w)/3Nb(2-w)/32で表したとき、記号Aが{M
    g,Co,Zn,Ni,Mn}からなる群から選ばれた
    少なくとも一種の成分、又x,y,z,wは以下に示し
    た範囲で、更に不純物として含まれるCaをCaOに換
    算して0.01%以下に制御した誘電体磁器組成物を焼
    成する誘電体セラミック電子部品の製造方法。 0.10≦x≦0.60 0.20≦y≦0.60 0.01≦z≦0.70 0 ≦w≦1.50 (但しx,y,zはモル分率、wは無名数を示す)
  2. 【請求項2】 出発原料成分の粒径が1μm以下のもの
    を使用する請求項1に記載の誘電体セラミック電子部品
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 誘電体磁器組成物を酸素雰囲気中で焼成
    する請求項1に記載の誘電体セラミック電子部品の製造
    方法。
  4. 【請求項4】 誘電体磁器組成物を仮焼後、1μm〜
    1.2μmに微粉砕した粉末材料を用いる請求項1から
    請求項3の何れか一つに記載の誘電体セラミック電子部
    品の製造方法。
  5. 【請求項5】 誘電体磁器組成物の混合及び粉砕に使用
    する媒体材質中に含まれる不純物のCaがCaOに換算
    して1%以下のものを使用する請求項1、または請求項
    2、または請求項4の何れか一つに記載の誘電体セラミ
    ック電子部品の製造方法。
  6. 【請求項6】 誘電体磁器組成物の焼成用サヤ材質中に
    含まれる不純物のCaがCaOに換算して1%以下のも
    のを使用する請求項1から請求項5の何れか一つに記載
    の誘電体セラミック電子部品の製造方法。
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