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JPH08325054A - 低誘電損失体 - Google Patents

低誘電損失体

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Publication number
JPH08325054A
JPH08325054A JP7133557A JP13355795A JPH08325054A JP H08325054 A JPH08325054 A JP H08325054A JP 7133557 A JP7133557 A JP 7133557A JP 13355795 A JP13355795 A JP 13355795A JP H08325054 A JPH08325054 A JP H08325054A
Authority
JP
Japan
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dielectric loss
present
sintered body
low dielectric
weight
Prior art date
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Application number
JP7133557A
Other languages
English (en)
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JP3339989B2 (ja
Inventor
Toshikazu Kishino
敏和 岸野
Shunichi Murakawa
俊一 村川
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】Al2 3 を主成分とし、0.5重量%以上の
2 3 を含有する焼結体であって、Al2 3 結晶相
の粒界中にY2 3 もしくはAl2 3 とY2 3 の化
合物を存在させて、7〜9GHzにおける誘電損失(t
anδ)が1.0×10-4以下であるような低誘電損失
体を得る。 【効果】高周波で使用される回路基板やマイクロ波用誘
電体等として好適に用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波で使用される回
路基板やマイクロ波用誘電体等として使用される低誘電
損失体に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、例えば自動車電話、コードレステ
レホン、パーソナル無線、衛星放送受信機の実用化に伴
い、マイクロ波領域での回路素子として誘電体磁器が広
く使用されている。
【0003】このようなマイクロ波用誘電体磁器は主に
共振器に用いられるが、そこに要求される特性として、
小型化の要求に対して比誘電率が大きいこと、高周波で
の誘電損失(tanδ)が小さいこと、言い換えればQ
値が大きいことが主として挙げられる。しかし、より高
周波数域(周波数1GHz以上)で使用する場合、用い
られる電波の波長が短波長(ミリ波)であるため、加工
精度等の点からむしろ誘電率10〜20程度の低い誘電
率の材料が必要となることが知られている。
【0004】そこで、このような低誘電率の誘電体磁器
のうち、高周波電子回路の導波体としてアルミナ磁器が
注目されている。
【0005】しかしながら、従来のアルミナ磁器はAl
2 3 の含有率99.9%以上の焼結体であり、誘電率
(ε)が約10の優れた特性を有するが、このようなA
23 含有率の高いアルミナ磁器は1800℃以上で
焼成する必要があり、量産性に乏しいという問題点があ
った(特公昭63−66795号、特公平2−1110
号公報等参照)。
【0006】そこで、焼成温度を下げるために、アルミ
ナに種々の添加物を加えることが行われているが、焼成
温度を満足できる程度に低下させるためには添加量が多
くなり、誘電損失(tanδ)が高くなるという問題が
あった。
【0007】一方、上述のアルミナ磁器においても、高
周波における誘電損失(tanδ)を低くすることが求
められているが、満足なものは得られていなかった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
について検討を重ねた結果、主成分であるAl2 3
2 3 を0.5重量%以上含有させることにより、7
〜9GHzの高周波数域において誘電損失(tanδ)
を1×10-4以下にできるとともに、焼成温度を150
0〜1700℃として容易に製造できることを見出し、
本発明に至った。
【0009】即ち、本発明の低誘電損失体はAl2 3
を主成分とし、Y2 3 を0.5重量%以上含有するア
ルミナ質焼結体であり、特にAl2 3 結晶相の粒界中
にY2 3 もしくはY2 3 とAl2 3 の化合物、即
ちY2 3 ・Al2 3 、2Y2 3 ・Al2 3 、3
2 3 ・5Al2 3 が存在することを特徴とする。
【0010】ここで、Y2 3 を0.5重量%以上含有
させたのは、Y2 3 を添加することによって、不可避
不純物、特にMgO等の周期律表2a族元素のアルミナ
への固溶を抑制し、格子欠陥の生成を防止し、誘電損失
を低下させるためであり、また1500〜1700℃に
て焼成可能とするためである。ただし、Y2 3 の含有
量が多くなると比誘電率が高くなりすぎるため、Y2
3 含有量は90重量%以下とする。特に、Y2 3 含有
量を1〜80重量%の範囲とすれば比誘電率を20以下
に抑制することができ好適である。
【0011】また、Al2 3 結晶の粒界中にY2 3
もしくはY2 3 とAl2 3 の化合物、即ちY2 3
・Al2 3 、2Y2 3 ・Al2 3 、3Y2 3
5Al2 3 を存在させたのは、焼結体全体の誘電損失
を低くするためである。
【0012】本発明のアルミナ質焼結体には、上記以外
の成分として、SiO2 を1×10-6〜0.2重量%、
好適には1×10-6〜0.04重量%、Fe2 3 を1
×10-6〜0.1重量%、好適には1×10-6〜0.0
3重量%、Na2 Oを1×10-6〜0.2重量%、好適
には1×10-6〜0.08重量%の範囲で含有すること
が好ましい。これらの成分を上記範囲で含有することに
よって、誘電損失を低くすることができる。
【0013】また、本発明のアルミナ質焼結体の平均結
晶粒子径は2〜80μmの範囲内とすることが好まし
い。
【0014】本発明の低誘電損失体をなすアルミナ質焼
結体の製造方法は、まず純度99.8%以上、平均粒子
径2μm以下のAl2 3 粉末に、純度99.8%以
上、平均粒子径0.5〜5μmのY2 3 粉末を0.5
重量%以上添加し、これに例えばイソプロピルアルコー
ル等の有機溶媒を加え、ボールミル等で混合粉砕する。
得られたスラリーを所定温度で加熱し乾燥した後、パラ
フィンワックス等のバインダーを添加し、加熱混合して
混合粉末を得る。
【0015】得られた粉末を公知の成形方法、例えばプ
レス成形により成形し、これを例えば大気中において1
500〜1700℃の範囲内の焼成温度で0.5〜5時
間焼成し、アルミナ質焼結体を得ることができる。得ら
れたアルミナ質焼結体にはAl2 3 結晶相あるいはA
2 3 結晶相とY2 3 結晶相もしくは3Y2 3
5Al2 3 結晶相が存在し、その粒界中にY2 3
しくはY2 3 とAl2 3 の化合物、即ちY2 3
Al2 3 、2Y2 3 ・Al2 3 、3Y23 ・5
Al2 3 が存在する。
【0016】次に、本発明者は、イットリア・アルミニ
ウム・ガーネット(YAG)を主成分とする焼結体であ
って、その粒界中にAl2 3 、Y2 3 、もしくはY
2 3 とAl2 3 の化合物、即ちY2 3 ・Al2
3 、2Y2 3 ・Al2 3を存在させることにより、
7〜9GHzでの誘電損失(tanδ)が1×10-4
下である低誘電損失体を得られることを見出した。
【0017】さらには、上記YAGを主成分とする焼結
体に透光性を持たせ、7〜9GHzでの誘電損失(ta
nδ)が1×10-4以下である低誘電損失体を得ること
ができる。
【0018】このような焼結体は、Al2 3 42.9
%とY2 3 57.1%とした原料粉末を成形し、17
50〜1900℃の真空中または還元性雰囲気中で焼成
することにより透光性を有するYAG焼結体が得られ
る。透光性を有するほどであるから、その表面や内部に
ボイドは極めて少なく、格子欠陥が少ないために誘電損
失の低い焼結体とできるのである。
【0019】また、Y2 3 とAl2 3 からなるガー
ネット構造の焼結体は、ほとんどが立方晶のYAG結晶
であり、わずかに存在する粒界成分は過剰のAl
2 3 、Y2 3 またはこれらの化合物であるため、前
述の不可避不純物、特にMgO等の周期律表第2a族元
素のアルミナへの固溶を抑制し、格子欠陥の生成を防止
して誘電損失の低下を可能としているのである。
【0020】さらに、本発明のYAG焼結体は、上述し
たアルミナ質焼結体の場合と同量のSiO2 、Fe2
3 、Na2 Oを含有することが好ましく、これらの成分
を含有することによって、誘電損失を低くすることがで
きる。
【0021】以上のような本発明の低誘電損失体は、高
周波で使用される回路基板やマイクロ波用誘電体等とし
て使用することができる。
【0022】
【実施例】以下本発明の実施例を詳細に説明する。
【0023】実施例1 純度99.8%、平均粒子径0.5μmのAl2 3
末と、純度99.9%、平均粒子径1μmのY2 3
末を表1に示す割合で添加し、これをイソプロピルアル
コールからなる有機溶媒と、アルミナボール100gと
ともにポリエチレン製ポットに入れ、48時間混合粉砕
した。得られたスラリーを80℃で加熱し乾燥した後8
0メッシュの篩いを通し、パラフィンワックスからなる
バインダーを添加し、加熱混合した後40メッシュの篩
いを通して原料粉末を得た。
【0024】得られた粉末を圧力1000kg/cm2
で成形し、直径60mm、厚さ2mmに成形し、これを
表1に示す温度で焼成した。このようにして得られた焼
結体をアセトンにて10分間超音波洗浄した後、自然乾
燥させて試料とした。
【0025】得られた試料を空洞共振器法により、ネッ
トワクアナライザー(HP−8757C)、シンセサイ
ズドスイーパー(HP−8757C)で測定周波数8〜
9GHzにおいて誘電率および誘電損失(tanδ)を
測定した。
【0026】結果を表1に示すように、Y2 3 含有量
が0.5重量%未満の場合(No.1,2)は誘電損失
が非常に高いことが判る。これに対し、0.5重量%以
上のY2 3 を含有させた本発明実施例(No.3〜
9)では、焼成温度が1550〜1700℃と低く、誘
電率が10〜22で、GHz帯における誘電損失も1.
0×10-4以下と低いことがわかる。
【0027】また、本発明実施例の試料をX線回折によ
り確認し、熱リン酸でケミカルエッチングした後、波長
分散型マイクロアナライザーを用いて局所分析を行った
ところ、Al2 3 結晶相が存在し、粒界中にY2 3
もしくはAl2 3 とY2 3 の化合物、即ちY2 3
・Al2 3 、2Y2 3 ・Al2 3 、3Y2 3
5Al2 3 が存在することを確認した。
【0028】
【表1】
【0029】実施例2 純度99.8%、平均粒子径0.5μmのAl2 3
末を42.9重量%と純度99.9%、平均粒子径1μ
mのY2 3 粉末を57.1重量%を混合し、これにイ
ソプロピルアルコールからなる溶媒とアルミナボールを
加えてポリエチレン製ポットに入れ、48時間混合粉砕
した。得られたスラリーを80℃に乾燥し、1000〜
1400℃で仮焼してYAGを生成した。この粉末をメ
ッシュパス後、イソプロピルアルコールからなる溶媒と
アルミナボールを加えてポリエチレン製ポットに入れ2
4時間粉砕した。得られたスラリーを80℃で乾燥しメ
ッシュパス後、バインダーを加えて圧力1000kg/
cm2 で成形し、表2のNo.10に示す温度で焼成し
て試料を得た。
【0030】この試料に対し、実施例1と同様にして誘
電率、誘電損失(tanδ)を測定した結果を表2に示
すように、7〜9GHzにおける誘電損失(tanδ)
が1.0×10-4以下であることがわかる。
【0031】また、この試料をX線回折により確認し、
実施例1と同様の局所分析を行ったところ、YAG結晶
相が存在し、粒界中にY2 3 、Al2 3 、Y2 3
・Al2 3 、2Y2 3 ・Al2 3 が存在すること
を確認した。したがって、YAG結晶を主成分とし、そ
の粒界中にY2 3 、Al2 3 、もしくはY2 3
Al2 3 の化合物が存在することによって誘電損失を
低くできることがわかる。
【0032】
【表2】
【0033】実施例3 それぞれ純度99.8%、BET比表面積5m2 /g、
平均粒子径1.0μmのAl2 3 粉末を42.9重量
%とY2 3 粉末を57.1重量%を混合し、これにイ
ソプロピルアルコールからなる溶媒とアルミナボールを
加えてポリエチレン製ポットに入れ、回転ミルで24時
間混合粉砕した。得られたスラリーを乾燥しメッシュパ
スした後、1000〜1400℃で仮焼し、その後再び
イソプロピルアルコールを加えて回転ミルで24時間粉
砕した。得られたスラリーを乾燥しメッシュパス後、バ
インダーを加えて金型プレス及び冷間静水圧プレスを用
い、生密度2.5g/cm3 以上の25.4×25.4
×2mmの成形体を作り、真空炉にて1750〜190
0℃で真空焼成し、上記表2中のNo.11〜13の試
料を得た。
【0034】これらの試料のうち、No.13は焼成温
度が高すぎて溶融してしまった。残りのNo.11,1
2の試料を実施例1と同様の方法で誘電率、誘電損失を
測定したところ、いずれも誘電損失が0.5×10-4
下と極めて低くすることができた。
【0035】また、この試料を実施例1と同様にして局
所分析したところ、YAG結晶相が存在し、粒界中にY
2 3 、Al2 3 、Y2 3 ・Al2 3 、2Y2
3 ・Al2 3 が存在することを確認した。
【0036】さらに、これらの焼結体は透光性を有して
おり、光透過性を求められるような用途に使用すること
ができる。
【0037】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、Al2
3 を主成分とし、0.5重量%以上のY2 3 を含有す
る焼結体であって、Al2 3 結晶相の粒界中にY2
3 もしくはAl2 3 とY2 3 の化合物を存在させる
ことによって、7〜9GHzにおける誘電損失(tan
δ)が1.0×10-4以下であるような低誘電損失体を
得ることができる。
【0038】また本発明によれば、イットリア・アルミ
ニウム・ガーネット(YAG)を主成分とする焼結体で
あって、該YAG結晶相の粒界中にAl2 3 、Y2
3 、もしくはAl2 3 とY2 3 の化合物を存在させ
ることによって、7〜9GHzにおける誘電損失(ta
nδ)が1.0×10-4以下であるような低誘電損失体
を得ることができる。
【0039】したがって、本発明の低誘電損失体は、高
周波で使用される回路基板やマイクロ波用誘電体等とし
て好適に用いることができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Al2 3 を主成分とし、0.5重量%以
    上のY2 3 を含有する焼結体であって、Al2 3
    晶相の粒界にY2 3 もしくはAl2 3 とY2 3
    化合物が存在し、7〜9GHzにおける誘電損失(ta
    nδ)が1.0×10-4以下であることを特徴とする低
    誘電損失体。
  2. 【請求項2】イットリア・アルミニウム・ガーネット
    (YAG)を主成分とする焼結体であって、YAG結晶
    相の粒界にAl2 3 、Y2 3 、もしくはAl2 3
    とY2 3 の化合物が存在し、7〜9GHzにおける誘
    電損失(tanδ)が1.0×10-4以下であることを
    特徴とする低誘電損失体。損失体。
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