專利名稱：高頻磁性材料與高頻電路元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合構(gòu)成例如循環(huán)器與隔離器那樣的高頻不可逆電路裝置的高頻磁性材料，以及用高頻磁性材料構(gòu)成的高頻電路元件。
背景技術(shù)：
通過(guò)在陶瓷電子元件中采用層迭結(jié)構(gòu)，如單塊電容器與層迭電感器，能使電子元件小型化。電子元件的小型化，也能使采用這類電子元件構(gòu)成的電子設(shè)備小型化。
層迭式陶瓷電子元件的制作步驟一般包括制備多塊陶瓷生片，通過(guò)絲網(wǎng)印刷蒸發(fā)淀積等在特制的陶瓷生片上形成內(nèi)部導(dǎo)體，將這些陶瓷生片層迭起來(lái)，烘干得到的生片層迭件。
在用上述制造方法生產(chǎn)的層迭式陶瓷電子元件中，陶瓷材料必須以相當(dāng)于或低于所用的內(nèi)部導(dǎo)體材料的熔點(diǎn)的溫度燒結(jié)，因?yàn)樘沾刹牧鲜桥c內(nèi)部導(dǎo)體同時(shí)烘干的。
在通信設(shè)備領(lǐng)域中，近年來(lái)無(wú)線電通信裝置已實(shí)現(xiàn)了小型化，并且擴(kuò)展了有效的頻率帶寬，因而進(jìn)一步要求該領(lǐng)域應(yīng)用的電路元件實(shí)現(xiàn)小型化、擴(kuò)展帶寬和降低成本。
例如，作為在上述通信設(shè)備領(lǐng)域中應(yīng)用的典型的高頻電路元件，就要提到循環(huán)器與隔離器一類的高頻不可逆電路裝置。這種不可逆電路裝置主要包括多個(gè)相互絕緣且相交的中央導(dǎo)體，與中央導(dǎo)體緊密接觸的高頻磁性材料，以及對(duì)中央導(dǎo)體與高頻磁性材料施加直流磁場(chǎng)的永磁鐵。這些構(gòu)成件的每一個(gè)都作為一種獨(dú)立的元件生產(chǎn)，且同其它元件組合使用。
為滿足上述高頻不可逆電路裝置實(shí)現(xiàn)小型化、擴(kuò)展帶寬、降低成本等要求，正如日本待審專利申請(qǐng)公報(bào)No.6-61708所描述的那樣，建議通過(guò)一體化燒結(jié)法來(lái)生產(chǎn)高頻磁性材料與中央導(dǎo)體，而不是分開生產(chǎn)每個(gè)元件。該公報(bào)還描述了用鈀或鉑作為中央導(dǎo)體材料。
如在用上述一體化燒結(jié)法生產(chǎn)的高頻不可逆電路裝置中，將Ca-V基柘榴石材料用作高頻磁性材料。為生產(chǎn)密實(shí)的燒結(jié)材料，這種Ca-V基枯榴石材料必須以1300℃或更高的溫度烘焙。低于該溫度時(shí)，無(wú)法產(chǎn)生足夠的燒結(jié)密度，由此造成鐵磁諧振半寬度變大并且出現(xiàn)多孔的問(wèn)題。
鈀或鉑的優(yōu)點(diǎn)在于熔點(diǎn)高達(dá)1300℃或以上，且便于與用Ca-V基柘榴石材料制作的高頻磁性材料作一體化燒結(jié)。然而，其缺點(diǎn)是電阻率高，在層迭式隔離器裝置中使用時(shí)有很大的插入損耗。
為解決這一問(wèn)題，如日本待審專利申請(qǐng)公報(bào)No.-7-212108還提議，中央導(dǎo)體由銀或主要由銀構(gòu)成，而且它與高頻磁性材料一體燒結(jié)。
然而，由于銀的熔點(diǎn)低達(dá)961℃，高頻磁性材料必須以相當(dāng)于或低于銀或主要由銀構(gòu)成的導(dǎo)體的熔點(diǎn)的低溫?zé)Y(jié)。當(dāng)高頻磁性材料未充分燒結(jié)時(shí)，由于密度低，無(wú)法制得損耗小的材料。
例如，為在同時(shí)烘燒銀或主要由銀構(gòu)成的導(dǎo)體時(shí)實(shí)現(xiàn)足夠的可燒結(jié)性，可將把Bi加入Ca-V基柘榴石材料的Bi-Ca-V基柘榴石材料用作高頻磁性材料，該材料能以1000℃的低溫?zé)Y(jié)，而且可向高頻磁性材料添加低軟化點(diǎn)玻璃，盡管在這種情況下因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生不同的相，無(wú)法制出損耗小的高頻磁性材料。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種高頻磁性材料和用這種高頻磁性材料構(gòu)制的高頻電路元件，以此解決上述問(wèn)題。
為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種主要由釔鐵基柘榴石組成的高頻磁性材料，其中用鈣(Ca)代替一部分釔(Y)位置，用釩代替一部分鐵(Fe)位置，有0％到約0.5％重量的四價(jià)或五價(jià)元素的氧化物，以及Ca對(duì)V原子的比為2.0＜Ca/V≤2.4。
在本發(fā)明的高頻磁性材料中，用鉍(Bi)與釔(Gd)中至少一種替代一部分Y位置，用鋁(Al)與銦(In)中至少一種替代一部分Fe位置，或者可作上述兩種位置的替代。
本發(fā)明的高頻磁性材料較佳地通過(guò)以1100℃或更低的溫度烘焙而制成。
根據(jù)本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種用上述高頻磁性材料構(gòu)成的高頻電路元件。
該高頻電路元件配有多個(gè)相互絕緣、相互交叉的中央導(dǎo)體和與中央導(dǎo)體緊密接觸安置的高頻磁性材料。這種高頻磁性材料包括上述本發(fā)明的高頻磁性材料。中央導(dǎo)體和高頻磁性材料一體燒結(jié)，而永磁鐵對(duì)中央導(dǎo)體和高頻磁性材料施加一直流磁場(chǎng)。
本發(fā)明的高頻電路元件較佳地是一種高頻不可逆電路裝置。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的高頻電路元件的透視圖，示出了其目視的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
圖2是多塊為制造圖1所示高頻電路元件而制備的高頻磁性材料生片12～15的拓展透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的高頻電路元件1的透視圖，示出了目視的高頻電路元件1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
高頻電路元件1用于構(gòu)成例如循環(huán)器與隔離器那樣的高頻不可逆電路裝置，并配有由層迭件組成的高頻磁性材料2，在其結(jié)構(gòu)中層迭了多塊磁性層。在高頻磁性材料2內(nèi)部，埋置了多個(gè)相互絕緣并相互交叉安置(即它們位于通路上，若投影到一公共平面，將會(huì)交叉)的中央導(dǎo)體3、4和5。具體而言，在構(gòu)成高頻磁性材料2的多塊磁性層中間，沿規(guī)定的界面形成中央導(dǎo)體3～5。
在高頻磁性材料2的外部表面上形成多根外部電極6～11。中央導(dǎo)體3的每個(gè)端面分別接至外部電極6和7，中央導(dǎo)體4的每個(gè)端子分別接至外部電極8和9，而中央導(dǎo)體5的每個(gè)端面分別接至外部電極10和11。
上述外部電極6和10接至匹配電容和外部輸入輸出端子，外部電極8接至匹配電容，而在該 高頻電路元件1構(gòu)成隔離器時(shí)，一電阻與其相接。外部電極7、9和11接至外部接地端子。
如上所述，高頻電路元件1提供一種封閉的磁性電路結(jié)構(gòu)。
為了制作上述的高頻電路元件1，要制備多塊圖2所示的高頻磁性材料的生片12～15。這些生片具有下述的特征組份，而且較佳地如此制作用手術(shù)刀方法使?jié){料成形為片狀，漿料是把粘合劑與有機(jī)溶劑加到能以1100℃或更低溫度燒結(jié)的高頻磁性材料粉里而制成的。
對(duì)于特定的高頻磁性材料的生片13～15，例如可用絲網(wǎng)印刷法分別形成變?yōu)樯鲜鲋醒雽?dǎo)體3～5的導(dǎo)電膏膜16～18。
如圖2所示，把其上形成有導(dǎo)電膏膜16～18的高頻磁性材料生片13～15和其上不形成導(dǎo)電膏膜的高頻磁性材料生片12層迭起來(lái)加壓粘合，得到的生片層迭件作烘焙。接著，把高頻磁性材料生片12～15燒結(jié)成高頻磁性材料2，并把導(dǎo)電膏膜16～18燒結(jié)成中央導(dǎo)體3～5。結(jié)果，高頻磁性材料2與中央導(dǎo)體3～5就一體燒結(jié)。
例如，為了在高頻磁性材料2的外部表面上形成外部電極6～11，就要印刷與烘焙含銀粉和玻璃料的導(dǎo)電膏。
當(dāng)把上述制成的高頻電路元件1用作如循環(huán)器與隔離器那樣的微波不可逆電路裝置時(shí)，盡管在圖中未示出，要把中央導(dǎo)體3～5和永磁鐵組合起來(lái)，以便對(duì)高頻磁性材料2施加一直流磁場(chǎng)。
作為一種上述的高頻磁性材料2的材料，使用了主要由上述釔鐵基柘榴石組成的材料，其Ca/C原子比為2.0＜Ca/V≤2.4，所含不是V的四價(jià)或五價(jià)元素氧化物的重量為0％～約0.5％。
把Ca/V原子比的范圍定為2.0＜Ca/V≤2.4的理由在于，當(dāng)Ca量過(guò)少時(shí)，即Ca/V≤2.0時(shí)，就不能降低生產(chǎn)高頻磁性材料2的燒結(jié)溫度，所以必須用常規(guī)Ca-V基釔鐵柘榴石材料同樣的方式以1300℃或更高溫度燒結(jié)；另一方面，當(dāng)Ca量過(guò)大時(shí)，即Ca/V＞2.4時(shí)，雖創(chuàng)降低生產(chǎn)高頻磁性材料2的燒結(jié)溫度，但因Ca過(guò)量而產(chǎn)生不同的相，使鐵磁諧振半寬使變大。
當(dāng)Ca/V范圍為2.0＜Ca/V≤2.4時(shí)，則難以對(duì)飽和磁化與居里溫度等特性取各種值。然而，通過(guò)將鉍(Bi)與釔(Gd)中的至少一種替代部分Y位置，將鋁(Al)與銦(In)中的至少一種替代部分Fe位置，或替代這兩種位置，就能控制飽和磁化與居里溫度等特性而不劣化低溫?zé)Y(jié)效果。因此，為實(shí)現(xiàn)各種特性，上述的替代法在高頻電路元件1中提供的高頻磁性材料2中是有效的。
由于具有上述特定組份的高頻磁性材料2能以1100℃或更低的溫度密實(shí)地繞結(jié)，所以在烘焙期間期望有節(jié)能效果，而且在上述的中央導(dǎo)體3～5中，可以使用主要由銀、金等組成的金屬。
下面舉例說(shuō)明本發(fā)明一特定實(shí)施例的高頻磁性材料2。
例子在這些例子中，作為一種變成高頻磁性材料的Ca-V替代型釔鐵基柘榴石材料，使用了一種已知的(Ca，Y)3(Fe，V)5O12基材料。例如參見(jiàn)Carl E.Patton的論文“多晶釔鐵柘榴石與Ca-V替代型釔鐵柘榴石在10GHz下由多孔性與各向異性造成的有效線寬”(Phys。Rev.，Vol.179，No.2(1969))。
作為原料，制備每種CaCo3、Y2O3、Fe2O3、V2O5、Al2O3和In2O3粉末，純度均為99％或更高。
這些材料粉經(jīng)混合，具有化學(xué)式Cax*vY3-a*vFe5-vVvOw代表的組份或具有對(duì)應(yīng)于上述化學(xué)式的化學(xué)式Cax*vY3-a*vFe5-v-a-iVvAlaIniOw代表的組份，其中Al與In中至少有一種替代一部分Fe位置，如表1與表2所示。
這些混合的材料粉的每一種都在球磨機(jī)中干燥混合，然后燃燒。接著，對(duì)得到的煅燒的粉末加粘劑，并且作干燥、成粒和壓模，從而模制成直徑為8mm、厚1mm的盤狀壓制品。
在表1列出的樣品1～22中，不對(duì)材料粉添加作為四價(jià)元素氧化物的ZrO2，而添加不同量ZrO2的樣品列于表2。
將上述壓制品以各種溫度烘燒5小時(shí)，將燒結(jié)材料制成高頻磁性材料。
對(duì)于得到的高頻磁性材料，用阿基米德(Archimedes)法確定密度，并相對(duì)于理論密度計(jì)算相對(duì)密度(％)。在將高頻磁性材料用作隔離器裝置的情況下，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量指示損耗的鐵磁諧振半寬度，其結(jié)果列于表1與表2。
在表1與表2中，“烘焙溫度”指鐵磁諧振半寬度可達(dá)到4kA/m或更小的烘焙溫度，這在將高頻磁性材料用作隔離器裝置時(shí)是有效的。在表1與表2中，列“烘焙溫度”中的標(biāo)記“X”指鐵磁諧振半寬度以任何烘焙溫度都達(dá)不到4kA/m或更小。
在表1中的”相對(duì)密度“與”鐵磁諧振半寬度“列中，括號(hào)里的值指以1100℃烘焙的值。
在表1與表2中，帶星號(hào)的樣品號(hào)指超出本發(fā)明范圍的樣品。

如表1所示，樣品2～9和13～20為釔鐵基柘榴石材料，組份為Cax*vY3-a*vFe5-vVvOw或Cax*vY3-a*vFe5-v-a-iVvAlaIniOw，當(dāng)對(duì)應(yīng)于X的Ca/V原子比在2.0＜Ca/V≤2.4范圍內(nèi)時(shí)，即使以1100℃相對(duì)低的溫度，也能實(shí)現(xiàn)充分的燒結(jié)密度，制出的高頻磁性材料具有4kA/m或更小的鐵磁諧振半寬度。
另一方面，如在樣品1與12中那樣，當(dāng)對(duì)應(yīng)于X的Ca/V比在Ca/V≤2.0時(shí)，為制作4kA/m或更小的鐵磁諧振半寬度，燒結(jié)溫度必須達(dá)1300℃或更高，因而無(wú)法降低燒結(jié)溫度。
如在樣品10、11、21與22中那樣，當(dāng)對(duì)應(yīng)于X的Ca/V比在Ca/V＞2.4的范圍內(nèi)時(shí)，燒結(jié)溫度降低了，而且即使以1100℃的溫度烘焙也能達(dá)到95％或更高的相對(duì)密度，但是應(yīng)用任何烘焙溫度都不能使鐵磁諧振半寬度變成4kA/m或更小，原因是過(guò)量的Ca會(huì)產(chǎn)生不同的相。

如表2所示的樣品23～25、28～30和33～35，在釔鐵基柘榴石材料(組份為Cax*vY3-a*vFe5-vVvOw或Cax*vY3-ax*vFe5-v-a-iVvAlaIniOw)中，當(dāng)對(duì)應(yīng)于X的Ca/V比在2.0＜Ca/V≤2.4范圍內(nèi)且ZrO2添加量在0～約0.50％(重量)范圍內(nèi)時(shí)，即使在1100℃相對(duì)低的溫度下，可實(shí)現(xiàn)充分的燒結(jié)密度，并可實(shí)現(xiàn)4kA/m或更小的鐵磁諧振半寬度。
另一方面，如在樣品26、27、31、32、36與37中，當(dāng)ZrO2添加量超過(guò)約0.5％重量時(shí)，雖然能以相對(duì)低的溫度燒結(jié)，但是鐵磁諧振半寬度在任何烘焙溫度下都無(wú)法達(dá)到4kA/m或更小，因?yàn)閆rO2會(huì)產(chǎn)生不同的相。
在以上例子中，僅對(duì)只用Ca替代一部分Y位置的材料或添加有ZrO2且只用Ca替代一部分Y位置的材料作了評(píng)估。此外還證實(shí)，只要Ca/V比在2.0＜Ca/V≤2.4范圍內(nèi)，且除了V與Zr外的四價(jià)或五價(jià)元素的氧化物的含量約為0.5％重量或更低，則即使用Bi與Gd等元素替代一部分Y位置，而且用Al與In等元素替代一部分Fe位置，也能得到與上述類似的效果。
如上所述，可以制出本發(fā)明主要由釔鐵基柘榴石組成的高頻磁性材料，其中能以1100℃或更低的相對(duì)低的溫度實(shí)現(xiàn)密實(shí)燒結(jié)態(tài)，而且鐵磁諧振半寬度可達(dá)4kA/m或更小。
因此，當(dāng)在高頻不可逆電路裝置等高頻電路元件中將的高頻磁性材料用作上述的高頻磁性材料時(shí)，配上多個(gè)相互絕緣且相互交叉安置的中央導(dǎo)體以及與中央導(dǎo)體緊密接觸的高頻磁性材料，其中中央導(dǎo)體與高頻磁性材料一體燒結(jié)，就能制出損耗小、質(zhì)量高的高頻電路元件。
權(quán)利要求
1.一種包含釔鐵基柘榴石的高頻磁性材料，其中用鈣(Ca)替代一部分釔(Y)的位置，用鋇(V)替代一部分鐵(Fe)位置，其特征在于，有0％到約0.5％重量的以外的四價(jià)或五價(jià)元素的氧化物，以及Ca對(duì)V原子的比為2.0＜Ca/V≤2.4。
2.如權(quán)利要求1所述的高頻磁性材料，其特征在于，不包含V以外的四價(jià)或五價(jià)元素的氧化物。
3.如權(quán)利要求1所述的高頻磁性材料，其特征在于，包含V以外的四價(jià)或五價(jià)元素的氧化物。
4.如權(quán)利要求3所述的高頻磁性材料，其特征在于，四價(jià)或五價(jià)元素是Zr。
5.如權(quán)利要求1所述的高頻磁性材料，其特征在于，用鉍(Bi)與釔(Gd)中的至少一種替代一部分Y位置。
6.如權(quán)利要求5所述的高頻磁性材料，其特征在于，不包含V以外的四價(jià)或五價(jià)元素的氧化物。
7.如權(quán)利要求5所述的高頻磁性材料，其特征在于，包含V以外的四價(jià)或五價(jià)元素的氧化物。
8.如權(quán)利要求5所述的高頻磁性材料，其特征在于，用鋁(Al)與銦(In)中的至少一種替代一部分Fe位置。
9.如權(quán)利要求1所述的高頻磁性材料，其特征在于，用鋁(Al)與銦(In)中的至少一種替代一部分Fe位置。
10.如權(quán)利要求9所述的高頻磁性材料，其特征在于，不包含V以外的四價(jià)或五價(jià)元素的氧化物。
11.如權(quán)利要求9所述的高頻磁性材料，其特征在于，包含V以外的四價(jià)或五價(jià)元素的氧化物。
12.如權(quán)利要求1所述的高頻磁性材料，其特征在于，以1100℃或更低的溫波烘焙。
13.一種高頻電路元件，其特征在于，包括一體燒結(jié)組合物多個(gè)相互絕緣且相互交叉安置的中央導(dǎo)體，和與所述中央導(dǎo)體緊密接觸的如權(quán)利要求9的高頻磁性材料，以及安置成對(duì)所述中央導(dǎo)體和所述高頻磁性材料施加一直流磁場(chǎng)的永磁鐵。
14.如權(quán)利要求13的高頻電路元件，其特征在于，所述高頻電路元件是高頻不可逆電路裝置。
15.一種高頻電路元件，其特征在于，包括一體燒結(jié)組合的多個(gè)相互絕緣且安置在通路上的中央導(dǎo)體，所述通路若投影在公共平面上就相交，和與所述中央導(dǎo)體緊密接觸安置的如權(quán)利要求8所述的高頻磁性材料，以及安置成對(duì)所述中央導(dǎo)體和所述高頻磁性材料施加一直流磁場(chǎng)的永磁鐵。
16.如權(quán)利要求15所述的高頻電路元件，其特征在于，所述高頻電路元件是高頻不可逆電路裝置。
17.一種高頻電路元件，其特征在于，包括一體燒結(jié)組合的多個(gè)相互絕緣且安置在通路上的中央導(dǎo)體，所述通路若投影在公共平面上就相交，和與所述中央導(dǎo)體緊密接觸安置的如權(quán)利要求5所述的高頻磁性材料，以及安置成對(duì)所述中央導(dǎo)體和所述高頻磁性材料施加一直流磁場(chǎng)的永磁鐵。
18.如權(quán)利要求17所述的高頻電路元件，其特征在于，所述高頻電路元件是高頻不可逆電路裝置。
19.一種高頻電路元件，其特征在于，包括一體燒結(jié)組合的多個(gè)相互絕緣且安置在通路上的中央導(dǎo)體，所述通路若投影在公共平面上就相交，和與所述中央導(dǎo)體緊密接觸安置的如權(quán)利要求1所述的高頻磁性材料，以及安置成對(duì)所述中央導(dǎo)體和所述高頻磁性材料施加一直流磁場(chǎng)的永磁鐵。
20.如權(quán)利要求19所述的高頻電路元件，其特征在于，所述高頻電路元件是高頻不可逆電路裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種高頻磁性材料與高頻電路元件,用于構(gòu)成例如循環(huán)器與隔離器那樣的高頻不可逆電路裝置的高頻電路元件里的高頻磁性材料。提供了一種能以相對(duì)低的溫度密實(shí)燒結(jié)并具有減小的鐵磁諧振半寬度的磁性材料。所述高頻磁性材料主要由釔鐵基石榴石組成,其中用Ca替代一部分Y位置,用V替代一部分Fe位置,而且基本上不包含V以外的四價(jià)或五價(jià)元素,或者含有約0.5%重量或更少的該元素的氧化物,并且Ca與V原子比Ca/V在2.0<Ca/V≤2.4范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)C04B35/26GK1339847SQ0112571
公開日2002年3月13日 申請(qǐng)日期2001年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月18日
發(fā)明者松永逹也, 丸澤博 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所