JP2000335966A - 誘電体磁器およびその製法 - Google Patents
誘電体磁器およびその製法Info
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Abstract
0μm以下と薄い場合においても、CR積が1500F
・Ω以上と大きい誘電体磁器およびその製法を提供す
る。 【解決手段】金属元素として少なくともBa、Ti、M
n、Y、Mg、SiおよびCaを含有する誘電体磁器で
あって、少なくともBaおよびTiを含有するペロブス
カイト型複合酸化物からなる主結晶粒子と、少なくとも
Y、Mg、SiおよびCaを含有する粒界相とからなる
とともに、Mnが実質的に主結晶粒子内のみに存在する
ものである。
Description
特に、誘電体層と内部電極層とを交互に積層してなる積
層セラミックコンデンサに好適に使用される誘電体磁器
およびその製法に関するものである。
は、表面に内部電極ペーストが塗布された誘電体シート
を複数枚積層するとともに、各シートの内部電極パター
ンを交互に並列に一対の端子電極に接続し、これを一体
焼成することにより形成されている。内部電極層の導電
材には、PdやPd合金が使われてきたが、Pdは高価
であるため、高容量化を図るために内部電極層を増加さ
せた場合、コストが高くなる。
等の卑金属が使用されてきている。内部電極層の導電材
として卑金属を用いる場合には、大気中で焼成を行うと
内部電極層が酸化してしまうため、還元雰囲気下で焼成
を行う必要がある。このため、非還元性誘電体材料が提
案されている。
開平8−124784号公報に、主成分としてBaTi
O3 を含有し、副成分としてMgO、Y2 O3 、BaO
およびCaOから選択される少なくとも一種と、SiO
2 とMnOを含有する誘電体磁器組成物が開示されてい
る。この公報には、BaCO3 とTiO2 と副成分原料
との混合物を仮焼して固相反応させる乾式合成法を用い
ても良いことが記載されているが、粒界相については記
載がない。
主成分としてBaTiO3 を含有し、副成分としてMg
O、MnO、Y2 O3 、BaOおよびCaOから選択さ
れる少なくとも一種と、SiO2 とを含有する誘電体磁
器組成物が開示されている。この公報には、結晶粒子が
いわゆるコアシェル構造となり、コアにはBaO、Ti
O2 、MnO、CaOなどが含まれ、シェルには、Ca
O、TiO2 、BaO、SiO2 、MnO、MgO、Y
2 O3 などが含まれると記載されているが、粒界相につ
いては記載がない。
nCO3 、(Ba0.5 Ca0.5 )SiO3 、Y2 O3 を
添加し、湿式混合し、焼成する方法が開示されている。
還元性誘電体材料では、MnがBaTiO3 結晶粒子内
だけでなく粒界相にも存在するため、粒界に存在するM
nO、MgO、Y2 O3により焼結性が低下し、緻密化
が不十分となり、このため、1300℃以上の焼成温度
で焼成する必要があり、焼成コストが増大するという問
題があった。
る際には、高容量化のために誘電体層を薄層化する傾向
にあるが、誘電体磁器が薄くなることにより、誘電体厚
み当たりにかかる電圧すなわち電界強度が増大するた
め、絶縁抵抗値が低くなり、静電容量値と絶縁抵抗値の
積であるCR積が小さくなるという問題があった。これ
は粒界相中にMnが存在する程粒界相中の絶縁抵抗が低
下するためであった。
では、BaCO3 とTiO2 と副成分原料との混合物を
仮焼して固相反応させる乾式合成法を用いても良いこと
が記載されているものの、BaCO3 とTiO2 に、副
成分としてMgO、Y2 O3、BaO、CaO、SiO
2 、MnOを添加し、仮焼すると、BaTiO3 中に、
MnOだけでなく、MgO、Y2 O3 も固溶し、MnO
2 の一部はBaTiO3 中に固溶できず、粒界に存在す
る。このため、絶縁抵抗が低くなり、CR積が小さくな
るという問題があった。
BaTiO3 に、MnCO3 、(Ba0.5 Ca0.5 )S
iO3 、Y2 O3 を添加し、湿式混合し、焼成している
ため、BaTiO3 中にMnが固溶しきれず、粒界に一
部残存するため、絶縁抵抗が低くなり、CR積が小さく
なるという問題があった。
でき、厚みが10μm以下と薄い場合においても、CR
積が1500F・Ω以上と大きい誘電体磁器およびその
製法を提供することを目的とする。
金属元素として少なくともBa、Ti、Mn、Yおよび
Mgを含有する誘電体磁器であって、少なくともBaお
よびTiを含有するペロブスカイト型複合酸化物からな
る主結晶粒子と、少なくともYおよびMgを含有する粒
界相とからなるとともに、前記Mnが実質的に前記主結
晶粒子内のみに存在するものである。ここで、粒界相中
に、さらにSiおよびCaを含有しても良い。
に対して、YをY2 O3 換算で0.4〜3.0モル部、
MgをMgO換算で0.5〜8.0モル部、MnをMn
O換算で0.04〜0.5モル部含有するとともに、S
i、Ba、CaおよびLiのモル比による組成式を、a
SiO2 +bBaO+cCaO+dLi2 Oと表したと
き、前記a、b、cおよびdが、0.30≦a≦0.7
0、0.10≦b≦0.40、0.10≦c≦0.4
0、0.05≦d≦0.30、a+b+c+d=1を満
足する副成分を、BaTiO3 100重量部に対して1
〜4重量部含有することが望ましい。
CO3 粉末、TiO2 粉末およびMnCO3 粉末を混合
して仮焼し、BaTiO3 中にMnが固溶した仮焼粉末
を作製し、該仮焼粉末に、少なくともY2 O3 粉末およ
びMgO粉末を添加し、この混合粉末を成形した後、焼
成する方法である。
Tiを含有するペロブスカイト型複合酸化物からなる主
結晶粒子内のみにMnが存在するので、1200℃以下
の低温で焼成ができ、厚みが10μm以下と薄い場合に
おいても、CR積が1500F・Ω以上と大きくなる。
ため、焼成時において、主結晶粒子内へのMg及びYの
固溶が抑制され、粒界相の融点が低下するため、焼結性
が向上し、1200℃以下の低い焼成温度で焼結するこ
とが可能となるのである。
ため、粒界相の絶縁抵抗が高く、誘電体磁器が高い絶縁
抵抗を示し、CR積は1500F・Ω以上と大きくなる
のである。
O3 100モル部に対して、所定比率でY、Mg、Mn
を含有するとともに、Si、Ba、CaおよびLiを含
有する副成分を、BaTiO3 100重量部に対して所
定比率で含有することにより、誘電体磁器がより高い絶
縁抵抗とCR積となる。
aCO3 粉末とTiO2 粉末とMnCO3 粉末を混合し
て仮焼し、BaTiO3 中にMnが固溶した仮焼粉末を
用いることにより、焼成時には、MnがBaTiO3 中
のみに固溶しているため、Y、MgのBaTiO3 中へ
の固溶が抑制され、Mnが、BaおよびTiを含有する
ペロブスカイト型複合酸化物からなる主結晶粒子内のみ
に存在し、Y、Mgが主として粒界相に存在した誘電体
磁器を容易に得ることができる。
として少なくともBa、Ti、Mn、YおよびMgを含
有するもので、少なくともBaおよびTiを含有するペ
ロブスカイト型複合酸化物からなる主結晶粒子と、少な
くともYおよびMgを含有する粒界相とから構成されて
いる。そして、本発明の誘電体磁器は、Mnが実質的に
主結晶粒子内のみに存在することを特徴とする。ここ
で、Mnが実質的に主結晶粒子内のみに存在するとは、
Mnは粒界相に存在しないか、或いは、粒界相にMnが
存在するとしても現在の測定装置では粒界相におけるM
nを確認できない程度であることを意味する。
を含有しても良い。また、粒界相は結晶質であっても非
晶質であっても良いが、低温焼成という観点からは非晶
質であることが望ましい。さらに、本発明の誘電体磁器
には、Fe、Al等の原料中の不可避不純物が混入した
り、例えば粉砕ボールのボール成分、例えばZrO2等
が製造工程中に混入する場合がある。
な組成であることが望ましい。即ち、BaTiO3 10
0モル部に対して、YをY2 O3 換算で0.4〜3.0
モル部、MgをMgO換算で0.5〜8.0モル部、M
nをMnO換算で0.04〜0.5モル部含有するとと
もに、Si、Ba、CaおよびLiのモル比による組成
式を、aSiO2 +bBaO+cCaO+dLi2 Oと
表したとき、a、b、cおよびdが、0.30≦a≦
0.70、0.10≦b≦0.40、0.10≦c≦
0.40、0.05≦d≦0.30、a+b+c+d=
1を満足する副成分を、BaTiO3 100重量部に対
して1〜4重量部含有するものである。
含有したのは、0.4モル部未満では絶縁抵抗が低くな
り、CR積が小さくなる傾向があり、3.0モル部を越
える場合には比誘電率が低下する傾向があるからであ
る。比誘電率の観点から、Y2O3 は、BaTiO3 10
0モル部に対して0.5〜2.0モル部含有することが
好ましい。
は、0.5モル部未満の場合には絶縁抵抗が低くなり、
CR積が小さくなる傾向があり、8.0モル部を越える
場合には比誘電率が低下する傾向があるからである。と
りわけ、MgOは、BaTiO3 100モル部に対して
0.5〜2.0モル部以下が好ましい。
のは、0.04モル部未満の場合には絶縁抵抗が低くな
り、CR積が小さくなる傾向があり、0.5モル部を越
える場合には容量の経時変化が大きくなる傾向があるか
らである。とりわけ、MnOはBaTiO3 100モル
部に対して0.1〜0.4モル部含有することが好まし
い。
2 +bBaO+cCaO+dLi2Oで表わされる副成
分を、BaTiO3 100重量部に対して1〜4重量部
含有したのは、副成分が1重量部未満の場合には焼結性
が低下し、絶縁抵抗が低くなり、CR積が小さくなる傾
向があり、4重量部を越える場合には、比誘電率、絶縁
抵抗が低くなる傾向があるからである。副成分は、Ba
TiO3 100重量部に対して1〜2.5重量部である
ことが望ましい。
を、0.30≦a≦0.70としたのは、モル比aが
0.30未満の場合には焼結性が低下する傾向があり、
0.70を越える場合には比誘電率が低下する傾向があ
るからである。SiO2 のモル比aは、より効果を得る
ためには0.40≦a≦0.60が好ましい。
≦b≦0.40としたのは、モル比bが0.10未満の
場合には焼結性が低下する傾向があり、0.40を越え
る場合には焼結性が低下し、比誘電率が低下する傾向が
あるからである。とりわけ、BaOのモル比を示すbは
0.10≦b≦0.25が好ましい。
0.40としたのは、モル比cが0.10未満の場合に
は焼結性が低下する傾向があり、0.40を越える場合
には焼結性が低下し、比誘電率が低下する傾向があるか
らである。とりわけ、CaOのモル比を示すcは、0.
10≦c≦0.25が好ましい。
≦0.30としたのは、モル比dが0.05未満の場合
には焼結性が低下する傾向があり、0.50を越える場
合には絶縁抵抗が低下する傾向があるからである。
TiO2 粉末とMnCO3 粉末を混合して仮焼し、Ba
TiO3 中にMnが固溶した仮焼粉末を作製し、該仮焼
粉末に、少なくともY2 O3 粉末およびMgO粉末を添
加し、この混合粉末を成形した後、焼成することにより
得られる。
に、BaCO3 粉末とTiO2 粉末とMnCO3 粉末を
混合して仮焼し、BaTiO3 中にMnを全て固溶せし
めた仮焼粉末を用い、この仮焼粉末にY2 O3 粉末およ
びMgO粉末等を添加し、焼成しているため、BaTi
O3 中に固溶したMnにより、BaTiO3 中へのYや
Mgの固溶が抑制され、BaTiO3 中にはMnのみ、
あるいはわずかにYやMgが存在し、YやMgは主とし
てBaTiO3 からなる主結晶粒子の粒界に粒界相とし
て存在することになる。
CO3 粉末とTiO2 粉末にMnCO3 粉末を添加し
て、混合粉砕した後、仮焼した粉末に対して、副成分で
あるY2 O3 、およびMgO粉末、ガラス成分(SiO
2 、BaO、CaO、Li2 O)を加えた粉末に、水お
よび分散剤を加え、ボールミルにて混合粉砕した後、有
機バインダーを混合し、所定厚みのシート状に成形した
後、例えば、酸素分圧3×10-8〜3×10-3Pa、温
度1100〜1200℃で0.5〜3時間焼成し、この
後、酸素分圧1×10-2〜2×104 Pa、温度800
〜1100℃で30分〜7時間熱処理を行うことにより
得られる。尚、MnCO3 粉末の代わりにMnO2 粉
末、MgO粉末の代わりにMgCO3 粉末、BaO、C
aO、Li2Oとして炭酸塩粉末を用いても良いことは
勿論である。
nを完全固溶させるためには、BaCO3 粉末とTiO
2 粉末にMnCO3 粉末を添加した混合粉末を、900
〜1000℃で、0.5〜3時間仮焼することが望まし
い。
例えば、卑金属、特にNiを主成分とする内部電極層と
を交互に積層した積層体に、一対の外部電極を形成した
積層セラミックコンデンサに好適に用いられる。
びMnCO3 粉末を、BaTiO3 100モル部に対し
て、MnO換算で表1の割合になるように秤量して、該
原料粉末に媒体として純水を加えて24時間、ZrO2
を用いたボールミルにて混合した後、該混合物を乾燥
し、次いで、該乾燥物を950℃の温度で大気中1時間
仮焼した。
gO粉末を、BaTiO3 100モル部に対して、それ
ぞれY2 O3 換算、MgO換算で表1の割合になるよう
に秤量して、さらに、SiO2 粉末、BaCO3 粉末、
CaO粉末、Li2 CO3 粉末が、表1で示したモル比
となる副成分を、BaTiO3 100重量部に対して、
表1に示す割合だけ添加し、これに、水および分散剤を
加え、ボールミルにて混合粉砕した後、ZrO2 を用い
たボールミルにて混合粉砕し、有機バインダーを混合
し、得られたスラリーをフィルム状シートに成形した。
したNiペーストをスクリーン印刷法により印刷した
後、これを10層積層し、最上層にNiペーストを印刷
していないフィルム状シートを積層し、熱圧着後、切断
した。
熱して脱バインダー処理し、引き続いて、表1に示した
温度で、酸素分圧3×10-8〜3×10-3Paで2時間
焼成した。この後、酸素分圧1×10-2〜2×104 P
a、温度1000℃で2時間熱処理を行った。その後、
外部電極用に調整したCuペーストを焼き付け、磁器の
寸法3.2mm×1.6mm、誘電体層厚み8μm×1
0層の評価用のコンデンサを作製した。
4284Aを用いて、周波数1.0kHz、入力信号レ
ベル1.0Vrmsにて静電容量を測定し、比誘電率を
算出した。しかる後、絶縁抵抗計DSM8103を用い
て、DC50Vを60秒間印加した後に、電極間の抵抗
値を測定し、前記静電容量と抵抗値を乗じてCR積を求
めた。更に、前記評価試料を150℃で1時間熱処理し
た後、25℃で放置し、1時間後の静電容量に対する1
0時間後の静電容量の変化率(容量の経時変化率)を求
めた。これらの結果を表1にまとめた。
80℃以下で低温焼成でき、比誘電率εrが2500以
上を達成でき、容量の経時変化が1.5%以内であり、
絶縁抵抗CR積が1500F・Ω以上を満足している。
本発明で得られた誘電体磁器について、EPMAにより
組成分析を行ったところ、Mnは、主結晶粒子のみに存
在し、粒界には存在しておらず、しかもY、Mgは、主
として粒界に存在しており、主結晶粒子内には殆ど存在
していなかった。
に、このBaTiO3 粉末に、MnCO3 粉末、Y2 O
3 粉末と、MgO粉末、SiO2 粉末、BaCO3 粉
末、CaCO3 粉末、Li2 CO3 粉末を添加した試料
No.21の場合では、1200℃では焼結せず、磁器の
緻密化は不十分であった。また、1250℃の焼成では
磁器は緻密化したものの、CR積は970F・Ωであっ
た。また、誘電体磁器について、EPMAにより組成分
析を行ったところ、Mnは、主結晶粒子とその粒界にほ
ぼ均等に存在しており、しかも、Y、Mgについても、
主結晶粒子とその粒界にほぼ均等に存在していた。そし
て、本発明の試料No.2と比較すると、絶縁抵抗CR
積が著しく低いことが判る。
と、MgO粉末、Y2 O3 粉末、BaCO3 粉末、Ca
CO3 粉末、SiO2 粉末、MnCO3 粉末を添加した
試料No.22では、1200℃では焼結せず、磁器の緻
密化は不十分であった。また、1250℃の焼成では磁
器は緻密化したものの、CR積は910F・Ωであっ
た。また、Mn、Y、Mgは主結晶粒子とその粒界にほ
ぼ均等に存在していた。
iを含有するペロブスカイト型複合酸化物からなる主結
晶粒子内のみにMnが存在するので、主結晶粒子内への
Mg及びYの固溶が抑制され、焼結性が向上し、120
0℃以下の低温で焼成ができるとともに、主結晶粒子内
のみにMnが存在するため、誘電体磁器が高い絶縁抵抗
を示し、厚みが10μm以下と薄い場合においても、C
R積が1500F・Ω以上と大きくすることができる。
Claims (4)
- 【請求項1】金属元素として少なくともBa、Ti、M
n、YおよびMgを含有する誘電体磁器であって、少な
くともBaおよびTiを含有するペロブスカイト型複合
酸化物からなる主結晶粒子と、少なくともYおよびMg
を含有する粒界相とからなるとともに、前記Mnが実質
的に前記主結晶粒子内のみに存在することを特徴とする
誘電体磁器。 - 【請求項2】粒界相中に、さらにSiおよびCaを含有
することを特徴とする請求項1記載の誘電体磁器。 - 【請求項3】BaTiO3 100モル部に対して、Yを
Y2 O3 換算で0.4〜3.0モル部、MgをMgO換
算で0.5〜8.0モル部、MnをMnO換算で0.0
4〜0.5モル部含有するとともに、Si、Ba、Ca
およびLiのモル比による組成式を、aSiO2 +bB
aO+cCaO+dLi2 Oと表したとき、前記a、
b、cおよびdが下記条件式を満足する副成分を、Ba
TiO3 100重量部に対して1〜4重量部含有するこ
とを特徴とする請求項1または2記載の誘電体磁器。 0.30≦a≦0.70 0.10≦b≦0.40 0.10≦c≦0.40 0.05≦d≦0.30 a+b+c+d=1 - 【請求項4】BaCO3 粉末、TiO2 粉末およびMn
CO3 粉末を混合して仮焼し、BaTiO3 中にMnが
固溶した仮焼粉末を作製し、該仮焼粉末に、少なくとも
Y2 O3 粉末およびMgO粉末を添加し、この混合粉末
を成形した後、焼成することを特徴とする誘電体磁器の
製法。
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