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2017 年度 実施状況報告書

結晶化ガラスを用いたミリ波通信用高Q・低誘電率低温同時焼成セラミックスの研究開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K06735
研究機関公益財団法人名古屋産業科学研究所

研究代表者

大里 斉  公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (20024333)

研究分担者 岩田 真  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40262886)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードマイクロ波・ミリ波誘電体 / 高Q・低誘電率 / LTCC(低温同時焼成セラミックス) / 結晶化ガラス / 誘電体基板 / 5G無線通信 / 低遅延時間 / ケイ酸塩
研究実績の概要

次世代高速大容量無線通信5Gは、2020年実施予定が2017年には一部前倒しで始まった。大容量化に必須の高周波化、それを支える低誘電率・高Q材料であるケイ酸塩の内、Indialiteは誘電率が最も低く、高Qである。昨年度は、高純度indialite結晶化ガラス粉を作製し、Bi2O3低温焼成融剤を使用して低温焼成実験を行った。ドクターブレード法で引いた基板を5層重ねて焼成、歪みのないLTCC用基板を焼成できたが、誘電損失tenδが2.4GHzで0.0013でそれ程良くはなかった。そこで、より低損失な低温焼成融剤としてZnO/B2O3の開発を続けている。又、共振周波数の温度特性(TCf)をゼロ近くするためにTiO2を13wt%添加したindialite微粉を作製した。
一方、Indialite/cordierite結晶化ガラス基板をダイレクトキャスティング法で作製し、パッチアンテナに応用した。純cordierite組成では表面失透の異方性結晶化によりクラックが発生するので、TiO2を添加して体積結晶化によりクラックを克服した。ダイレクトキャスティング後、歪みによる熱破壊を避けるために、直ちにアニール・結晶化させた。結晶化後、基板厚みが1mmになるように両面を平面研削した。TiO2を10wt%添加したIndialite/cordierite結晶化基板の特性は、周波数2.4GHzで誘電率 5.6, tanδ = 0.000253の優れたマイクロ波誘電特性を得た。この基板を用いて、マイクロスプリットパッチアンテナを作製し、無線通信に用いられている3.5GHz帯で、反射係数の測定とシミュレーションを行い良い一致を見た。そのバンド幅も計算値とシミュレーションは、反射係数-10dB以内の近い値であった。この基板は小型マイクロストリップアンテナ用に有用であることが確認された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ダイレクトキャスティングガラスセラミックス基板の開発とマイクロスプリットパッチアンテナへの応用は、Indialite/cordierite結晶化ガラスの応用範囲を広げる成果をもたらしたため。

今後の研究の推進方策

低損失の低温焼成融剤(ZnO/B2O3)を開発し、温度特性ゼロのTiO2を10wt%添加したIndialite/cordierite結晶化ガラス微粉末に応用して、LTCC用低温焼成基板を作製する。電極をプリントしたシートを積層させ、デバイス応用を目指す。ダイレクトキャスティングガラスセラミックス基板においても、温度特性ゼロの基板をTiO2添加量、焼成温度・時間の調整で作製し、温度特性ゼロのマイクロスプリットパッチアンテナを実現させる。

次年度使用額が生じた理由

購入物品と学会参加の変更により、次年度使用額が生じた。物品購入と旅費に使用する。

備考

/ The following web sites are concerning of the award: http://www.oulu.fi/microelectronics/node/47157
/ An award for fellow on American Ceramics Society: http://www.nitech.ac.jp/eng/news/2016/5221.html

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (5件)

  • [国際共同研究] Microelectronics Research Unit/University of Oulu(Finland)

    • 国名
      フィンランド
    • 外国機関名
      Microelectronics Research Unit/University of Oulu
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      1
  • [雑誌論文] エレクトロセラミックスに於ける応用鉱物学の実践ーマイクロ波誘電体/ミリ波誘電体を例に2018

    • 著者名/発表者名
      大里 齊
    • 雑誌名

      岩石鉱物科学

      巻: 47 ページ: 43-50

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel low-temperature sintering ceramic substrate based on indialite/cordierite glass ceramics2017

    • 著者名/発表者名
      Jobin Varghese, Timo Vahera, Hitoshi Ohsato, Makoto Iwata, and Heli Jantunen
    • 雑誌名

      Jpn. J. Applied Physics

      巻: 56 ページ: 10PE01-1-4

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fabrication and aniso tropic electronic property for oriented Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3 solid solution by slip casting in a high magnetic field2017

    • 著者名/発表者名
      Hiromi Nakano, Shohei Furuya, Motohiro Yuasa, Tohru S. Suzuki, Hitoshi Ohsato
    • 雑誌名

      Advanced Powder Technology

      巻: 28 ページ: 2373-2379

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal structure and microwave dielectric properties of α-(Ca1-xSrx)SiO3 (x = 1 and 0.8) ring silicates for millimeter-wave applications2017

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Ohsato, Itaru Suzuki, Isao Kagomiya
    • 雑誌名

      Materials Research Bulletin

      巻: 96 ページ: 115-120

    • 査読あり
  • [学会発表] 高マイクロ波誘電体特性を持つインディアライト結晶化ガラスの応用:LTCC及びダイレクトキャスティングガラスセラミックス基板2018

    • 著者名/発表者名
      大里 齊、Jobin Varghese、Timo Vahera、Heli Jantunen、岩田 真
    • 学会等名
      日本セラミックス協会年会
  • [学会発表] Origin of Porcelain in Europa: Kaolin Mining Places2017

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Ohsato
    • 学会等名
      The 34th International Japan-Korea Seminal on Ceramics
    • 国際学会
  • [学会発表] Indialite/Cordierite Glass Ceramics Applied for LTCC2017

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Ohsato, Jobin Varghese, Timo Vahera, Heli Jantunen and Makoto Iwata
    • 学会等名
      Material Science & Technology (MS&T17)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Volume crystallization and improved TCf of indialite/cordierite glass ceramics by TiO2 addition2017

    • 著者名/発表者名
      H. Ohsato, A. Kan, J. Varghese, J-S. Kim, I. Kagomiya, H. Ogawa, M. T. Sebastian, and H. Jantunen
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Electroceramics (ICE2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Indialite/ cordieriteガラスセラミックスの低温同時焼結基板(LTCC)への応用2017

    • 著者名/発表者名
      大里 齊、Jobin Varghese and Heli Jantunen
    • 学会等名
      日本鉱物科学会年会
  • [学会発表] A Novel LTCC Based on Indialite/Cordierite Glass Ceramics2017

    • 著者名/発表者名
      Jobin Varghese, Timo Vahera, Hitoshi Ohsato, Makoto Iwata and Heli Jantunen
    • 学会等名
      第34回強誘電体応用会議(fma-34)
  • [図書] "Chapter 5: Millimeterwave materials", in “Microwave Materials and Applications”2017

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Ohsato
    • 総ページ数
      62
    • 出版者
      John Wiley
    • ISBN
      978-1-119-20852-5
  • [備考] 名産研研究年報・巻頭論文

    • URL

      http://www.nisri.jp/dor/report/2016/ohsato_paper.pdf

  • [備考] 名産研研究年報2017

    • URL

      http://www.nisri.jp/dor/report/2017/achieve.html#t2

  • [備考] 平成28 年度日本鉱物科学会応用鉱物科学賞第10回受賞者

    • URL

      http://jams.la.coocan.jp/H28Applied_10.pdf

  • [備考] オウル大学・マイクロエレトロニクスユニット

    • URL

      http://www.oulu.fi/microelectronics/node/40754

  • [備考] Elements

    • URL

      http://www.elementsmagazine.org/archives/e13_6/e13_6_soc_JAMS.pdf

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公開日: 2018-12-17  

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