JPH06237106A - マイクロ波用積層型素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易な焼成条件で作製することができる小型
でマイクロ波特性に優れた積層型素子を提供する。 【構成】 内層導体２，３，４と誘電体層１からなり、
前記内層導体の全て、あるいは一部が、Ａgを80重量％
以上含むＡg／Ｐd合金より構成され、内層導体は外部電
極５に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導体としてＡg／Ｐd合
金を使い、マイクロ波特性に優れたマイクロ波用積層型
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロ波帯域の電波を利用した
自動車電話、可搬型電話などの移動体通信機、あるいは
衛星放送などの進展にともない機器の小型化が要求され
ている。このためには、機器を構成する個々の部品が小
型化される必要があり、その手段の一つに、誘電体材料
を使ったバンドパスフィルター、共振器、共用器などの
積層型素子が提案されている(特開平３−254512号公
報)。

【０００３】これらの小型の積層型素子には、マイクロ
波域での誘電率が高く、無負荷Ｑ値が大きく、共振周波
数の温度変化率の絶対値が小さい誘電体材料を使った誘
電体層と、電導率の高い導体で構成されることが要求さ
れる。

【０００４】この場合、素子の大きさは、誘電体の持つ
誘電率の平方根に逆比例するので、同じ共振モードを使
う限り誘電率が大きいほど素子は小型化でき、また、素
子に求められる特性である低損失のために誘電体材料の
損失が小さく(無負荷Ｑ値が大きく)、電極材料の損失が
小さい(電導率が大きい)ことが必要であり、温度安定性
のために誘電体材料の共振周波数の温度変化率の絶対値
が小さいことが不可欠であるからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、導電率の非常
に大きいＡgやＡu、Ｃuといった金属は融点が低く、同
時に使う誘電体材料はその温度より低い温度で焼成でき
なければならない。たとえば、Ａgの融点は961℃と非常
に低く、そのためにＡgを導体に使うことのできる誘電
体は、焼成温度が961℃以下のごく限られた低温焼結材
料だけであり、高誘電率の誘電体をそのまま積層型素子
の材料として使うことはできない。

【０００６】また、ＣuやＡuは融点がそれぞれ1083℃、
1063℃とＡgに比べれば高いが、Ａuは高価な貴金属であ
り、導体に使用するにはコストが高すぎ実用的とは言え
ない部分があり、Ｃuは、空気中で焼成すると酸化する
ので、酸素の存在しない雰囲気中、たとえば窒素中で焼
成する必要がある。しかしながら、積層型素子の作製に
当たって、誘電体シートや導体ペースト中に含まれる有
機成分を酸素存在下で熱処理しバーンアウトすることは
不可欠である。それゆえにＣuを導体に使うためには有
機成分は飛散するが、Ｃuは酸化されない非常に困難な
雰囲気制御が必要となっていくる。

【０００７】以上のような理由から、小型のマイクロ波
用の積層型素子の導体としてＡgやＡu、Ｃuなどの金属
を使うことは様々な制約があり困難であるという問題が
あった。しかしながら、従来はこれらの金属以外の導体
は電導率が小さく、マイクロ波用の素子の導体として使
うのには適していないと考えられており、実用化の例は
なかった。

【０００８】本発明は上述した問題を解決するものであ
り、Ａg，Ａu，Ｃuと比較して電導率が低いというＡg／
Ｐd合金の欠点を、ある程度補い、積層型素子自体の損
失を抑えた優れたマイクロ波特性を持つ小型のマイクロ
波用積層型素子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、少なくとも、導体と誘電体層からなり、
前記導体の全て、あるいは一部が、Ａgを80重量％以上
含むＡg／Ｐd合金より構成されたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明によれば、Ａg，Ｃu，Ａu以外では比較
的電導率の高いＡg／Ｐd合金をマイクロ波用の積層型素
子の導体に使うことで、同時焼成可能な温度を1050℃程
度まで上げ、雰囲気制御の必要をなくし、このことによ
って、誘電体層の選択を広げ、より高い誘電率や無負荷
Ｑ値を持つ誘電体を誘電体層に使うことを可能にする。

【００１１】

【実施例】積層型のマイクロ波素子として、ストリップ
ライン導体を誘電体層で挟み、シールド導体と結合用の
キャパシタを内蔵した構造を持つ積層型の誘電体共振器
を作製した。

【００１２】図１は上記作製された本発明の一実施例の
積層型誘電体共振器の構造を示す縦断面図、図２は図１
の横断面図、図３は図１の外観斜視図である。

【００１３】図１ないし図３において、１は誘電体層、
２，３，４は内層導体、５は外部電極であり、前記内層
導体２，３，４は誘電体層１を介して所定間隔をおいて
配置され、夫々外部電極５と接続された構造となってい
る。

【００１４】次に誘電体共振器の作製について説明す
る。図１ないし図３に示す誘電体層１に使う誘電体磁器
組成物の出発原料としては高純度なＰbＯ₂，ＳrＯ₂，Ｃ
aＣＯ₃，Ｆe₂Ｏ₃，Ｎb₂Ｏ₅，ＷＯ₃を用いた。これらを
一般式(Ｐb_0.4625Ｓr_0.05Ｃa_0.4875)(Ｆe_1/2Ｎb_1/2)_0.8
(Ｆe_2/3Ｗ_1/3)_0.2Ｏ₃になるように純度補正を行なった
上で所定量を秤量し、安定化ジルコニア製玉石を用い純
水を溶媒としてボールミルで17時間混合した。これを吸
引ろ過して水分の大半を分離した後乾燥し、アルミナる
つぼ中に入れ825℃で２時間仮焼した。

【００１５】次に仮焼物をアルミナ乳鉢で粗砕し、さら
に安定化ジルコニア製玉石を用い純水を溶媒としてボー
ルミルで17時間粉砕し、吸引ろ過して水分の大半を分離
した後乾燥した。

【００１６】この仮焼粉に有機バインダ、溶剤、および
可塑剤を加え混合して得たスラリーをドクターブレード
法によりシート化した。また、内層導体２，３，４の導
体金属として使うＡg／Ｐd合金(Ａg／Ｐd＝90／10)を、
ビヒクルと混練しペースト化した。

【００１７】図４に素子１個の導体の印刷パターンを示
す。図４の内層導体２，３，４(ストリップライン)の長
さは約10mmにした。シートを複数枚積層した後、図４の
内層導体２の導体パターンをスクリーン印刷し、その上
に、シートを複数枚積層し、内層導体３の導体パターン
印刷、さらに、シートを複数枚積層し、内層導体４の導
体パターン印刷、そしてシートを複数枚積層後、熱プレ
スで圧着した。個々の素子に切断後、空気中700℃で熱
処理してバインダを飛散させた。これらの素子を空気中
で２時間焼成した。焼成温度は1000℃とした。

【００１８】そして、外部電極５として、市販のＡgペ
ーストを800℃で焼き付け、積層型の誘電体共振器を得
た。焼成後のストリップラインの長さは約8.8mmから9.2
mmであった。各々の導体に対し素子を10個作製し、特性
はその平均を用いた。

【００１９】また、誘電体層１に他の誘電体磁器組成物
を用いた場合は、各々の組成になるように配合しシート
化し、積層の方法も印刷パターンの大きさが各々の誘電
体に適した大きさにした以外は上記の製法とほぼ同様で
ある。

【００２０】表１に、積層型素子の誘電体層に使った誘
電体磁器組成物の組成と焼成温度と各々の磁器組成物が
持つ誘電率ε，無負荷Ｑ値を示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表２に、これらそれぞれの誘電体磁器組成
物を誘電体層に用いた積層型素子のマイクロ波誘電特
性、内層導体(ストリップライン)の長さ、および使用し
たＡg／Ｐd合金を示す。また、各々の誘電体層番号は表
１の番号の誘電体磁器組成物を誘電体層に用いたことを
表している。尚、表１の番号に＊印をつけたものは本実
施例の比較例である。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２から明らかなように、焼成温度が1050
℃以下の誘電体磁器組成物を誘電体層に用い、かつ導体
層にＡgを80重量％以上含むＡg／Ｐd合金を使った場
合、雰囲気制御などの必要のない空気中で焼成でき、10
50℃までの温度で焼成すれば、導体のＡg／Ｐd合金が溶
けだすこともなかった。

【００２５】しかし、本実施例の比較例である９，13番
の場合は、焼成温度が1200℃のため導体層にＡgを80重
量％以上含むＡg／Ｐd合金を使った場合、誘電体層１が
焼結する温度ではＡg／Ｐd合金が溶け、良好な積層体は
得られなかった。そこで、この誘電体層にＡgを70重量
％含むＡg／Ｐd合金を導体に使った14，15番の場合、導
体の溶け出しはなかったが、導体の損失が大きくなりす
ぎ、積層型素子のマイクロ波特性が充分ではなかったの
で、本発明の範囲からは除外した。

【００２６】本実施例の積層型素子の共振周波数はいず
れも830ＭＨz前後、無負荷Ｑ値は高いもので100以上に
より、容易な条件で優れたマイクロ波誘電体特性を有す
るマイクロ波用積層型素子を得ることができた。また、
空気中で焼成でき、誘電体層に使う誘電体をある程度幅
広く選択できるため、非常に高い誘電率と高い無負荷Ｑ
値を有する誘電体を積層することができる。これによ
り、同一モード、同一共振周波数においては、従来の低
温焼結材料を用いた積層型素子より遥かに小さいマイク
ロ波用積層型素子を得ることができた。

【００２７】さらにこの積層型素子は誘電体の無負荷Ｑ
値が高いので電極に電導率がＡgやＣuと比べて低いＡg
／Ｐd合金を使用しても、そのＡg含有量が80重量％以上
であれば充分なマイクロ波誘電特性を有する。たとえ
ば、従来の低温焼成基板材料の誘電率は８程度であるた
め、本実施例の共振器と同一の構造で、同一の共振周波
数を得るには、31.9mmの内層導体(ストリップライン)の
長さが必要となる。しかし、本実施例で使用した誘電体
の一例である、誘電率εが100、無負荷Ｑ値が1230の(Ｐ
b_0.4625Ｓr_0.05Ｃa_0.4875)(Ｆe_1/2Ｎb_1/2)_0.8(Ｆe_2/3Ｗ
_1/3)_0.2Ｏ₃を用いた場合、積層型素子の内層導体(スト
リップライン)の長さが約9.0mmという非常に小型であ
り、素子の無負荷Ｑ値が114という優れた特性をもつ積
層型素子を得ることができた。

【００２８】なお、内層導体(ストリップライン)を曲線
状や、積層状にすることで、より小型の共振デバイスを
得ることも可能である。また、これらを複数個とキャパ
シタ等を組み合わせることにより、バンドパスフィルタ
ー等を得ることも可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
波用積層型素子は、電極としてＡg含有量が80重量％以
上のＡg／Ｐd合金を使うことで、同時焼成可能な温度を
1050℃に上げ、焼成時の困難な雰囲気制御の必要をなく
し、その結果、誘電体層に使用できる誘電体の選択を広
範囲に広げることができる。これにより、従来使用でき
なかった誘電率が高く、無負荷Ｑ値の大きい誘電体を積
層型素子の誘電体層に使うことができ、従来の誘電体材
料を使ったマイクロ波デバイスに比べ非常に小型の積層
型素子を得ることができる。

【００３０】本発明によってマイクロ波域で使用可能な
様々な小型の共振器系を形成することができるので、自
動車電話や可搬型電話などのマイクロ波用機器の小型化
に寄与するところが大きいと考えられる。また、本発明
の誘電体磁器は、マイクロ波用の回路基板などにも利用
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における容量内蔵積層型の誘
電体共振器の構造を示す縦断面図である。

【図２】図１の横断面図である。

【図３】図１の外観斜視図である。

【図４】図１の内層導体の印刷パターンを示す図であ
る。

【符号の説明】

１…誘電体層、 ２，３，４…内層導体、 ５…外部電
極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 純一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、導体と誘電体層からなり、
   前記導体の全て、あるいは一部が、Ａgを80重量％以上
   含むＡg／Ｐd合金より構成されたことを特徴とするマイ
   クロ波用積層型素子。