JP2003104774A - 誘電体磁器組成物及びそれを用いたコンデンサ - Google Patents

誘電体磁器組成物及びそれを用いたコンデンサ

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弘明 的場
Atsushi Sano
篤史 佐野
Hiroshi Tamura
博 田村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 最大比誘電率が高く、静電容量温度特性に優
れ、かつ交流破壊電圧が高い誘電体磁器組成物、及びそ
れを用いたコンデンサを提供する。 【解決手段】 誘電体磁器組成物は、組成式が(Ba
1-xCax)(Ti1-yZry)O3(但し、0.10<x
≦0.25、0<y≦0.25)で表される、チタン酸
バリウムを主成分とする多結晶固溶体からなり、前記主
成分100重量部に対し、Y成分をY23に換算して
1.1〜5重量部含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、高誘電率であっ
て、静電容量温度特性が平坦で、かつ、交流破壊電圧が
高い誘電体磁器組成物、及びそれを用いたコンデンサに
関する。
【従来の技術】単板セラミックコンデンサ、積層セラミ
ックコンデンサ、高周波用セラミックコンデンサ、高圧
セラミックコンデンサ等として広く利用されている高誘
電率磁器材料には、BaO−CaO−TiO2−ZrO2
系の誘電体磁器組成物を主成分としたものが一般的に実
用化されている。
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
BaO−CaO−TiO2−ZrO2系の誘電体磁器組成
物は、比誘電率が大きくなると静電容量温度特性が悪く
なり、さらに交流破壊電圧が低くなるという問題があっ
た。これらの問題を解決した誘電体磁器組成物として、
特開平7−267732号公報が提案されているが、そ
の実施例における交流破壊電圧は、最も高いものでも、
4.5kV/mmのものしか示されていない。そこで、
本発明の目的は、最大比誘電率が高く、静電容量温度特
性に優れ、かつ交流破壊電圧が高い誘電体磁器組成物、
及びそれを用いたコンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1にお
いて、誘電体磁器組成物は、組成式が(Ba1-xCax
(Ti1-yZry)O3(但し、0.10<x≦0.2
5、0<y≦0.25)で表される、チタン酸バリウム
を主成分とする多結晶固溶体からなり、前記主成分10
0重量部に対し、Y成分をY23に換算して1.1〜5
重量部添加含有することを特徴とする。また、請求項2
において、誘電体磁器組成物は、前記チタン酸バリウム
を主成分とする多結晶固溶体の組成式を(Ba1-x
xa(Ti1-yZryb3と表したとき、0.97≦
a/b≦1.03であることを特徴とする。また、請求
項3において、誘電体磁器組成物は、副成分として、前
記主成分100重量部に対し、Mn成分をMnOに換算
して、2重量部以下添加含有することを特徴とする。ま
た、請求項4において、誘電体磁器組成物は、副成分と
して、前記主成分100重量部に対し、Si成分をSi
2に換算して、2重量部以下添加含有することを特徴
とする。また、請求項5において、誘電体磁器組成物
は、副成分として、前記主成分100重量部に対し、A
l成分をAl23に換算して、2重量部以下添加含有す
ることを特徴とする。また、請求項6において、誘電体
磁器組成物は、副成分として、前記主成分100重量部
に対し、Nb成分をNb25に換算して、1重量部以下
添加含有することを特徴とする。また、請求項7におい
て、コンデンサは、前記誘電体磁器組成物からなる誘電
体磁器板と、該誘電体磁器板の両面に形成した電極とを
有することを特徴とする。
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例にもとづき説明する。 (実施例)出発原料として、炭酸バリウム(BaC
3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、酸化チタン(T
iO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化イットリ
ウム(Y23)、酸化マンガン(MnO)、酸化珪素
(SiO2)、酸化アルミニウム(Al23)、及び五
酸化ニオブ(Nb25)を準備し、これらの原料を表
1、表2に示す最終組成物が得られるように配合し、ボ
ールミルで湿式混合した後、蒸発乾燥した。
【表1】
【表2】 続いて、得られた粉末混合物を1150℃で2時間仮焼
し、所定の化合物粉体を得た。得られた化合物粉体10
0重量部に対して、結合剤である酢酸ビニル系バインダ
ーを5重量部加え、ボールミルによって湿式混合した。
次に、この混合物を蒸発乾燥、整粒して粉末状にし、さ
らに、この粉末原料を、2.5トン/cm3の圧力で、
直径15mm、厚さ1.0mmの円板状に成形した。続
いて、この円板状成形体を、電気炉により、表1、表2
に示す温度で空気中で焼成して磁器素体を得た。そし
て、これらの磁器素体の両面にAgペーストを塗布後、
空気中で800℃で焼き付けて電極を形成し、これにリ
ード線をはんだ付けして、試料としての磁器コンデンサ
を得た。次に、このようにして得られた各試料につい
て、250Vの電圧を2分間印加して、絶縁抵抗を測定
した。また、1kHz、1Vrmsの条件において、静
電容量温度特性を測定し、静電容量が最大を示す温度を
基準(0%)として、そこから±50℃離れた温度にお
ける静電容量温度変化率を算出した。なお、このような
算出方法を用いたのは、次の理由による。例えば、−2
5℃と+85℃における静電容量温度特性を示した場
合、転移点が常温近傍にないものもある。転移点の静電
容量温度変化率を基準として、転移点から±50℃にお
ける静電容量温度変化率を示せば、各試料の特性比較が
行い易くなる。また、最大比誘電率(εmax)を、下記
の式1に従い算出した。 εmax=(Cmax×T)/〔ε0×(D/2)2×π〕 ………(式1) 但し、Cmax: 静電容量最大値(F) T : 磁器の厚み(m) ε0 : 真空の誘電率(F/m)=8.854×10-12 D : 磁器の直径(m) π : 円周率 また、破壊電圧は、厚み1mm当たりの交流破壊電圧と
して算出した。以上の結果を表1、表2に示す。なお、
表中、試料番号に*印を付したものは、本発明の範囲外
である。ここで、本発明の誘電体磁器組成物の組成範囲
を限定した理由について説明する。試料番号6に示すよ
うに、Ca量xが0.10以下の場合、転移点の静電容
量温度変化率を基準として、転移点から±50℃におけ
る静電容量温度変化率が−60%を超えるので好ましく
ない。また、試料番号10に示すように、Ca量xが
0.25を超える場合、焼結性が低下して、1400℃
で焼成しても焼結不足になり、焼結させるにはそれ以上
の温度で焼成する必要があり、生産コストアップになる
ため好ましくない。よって、Ca量xは、0.10<x
≦0.25であることが好ましい。試料番号9に示すよ
うに、Zr量が0.25を超える場合、焼結性が低下し
て、1400℃で焼成しても焼結不足になり、焼結させ
るにはそれ以上の温度で焼成する必要があり、生産コス
トアップになるため好ましくない。よって、Zr量y
は、0<y≦0.25であることが好ましい。Y成分の
添加は、静電容量温度特性を平坦化する効果があるが、
試料番号11に示すように、Y23量が1.1重量部未
満の場合、転移点の静電容量温度変化率を基準として、
転移点から±50℃における静電容量温度変化率が−6
0%を超えるので好ましくない。また、試料番号15に
示すように、Y23量が5重量部を超える場合、εma
xの低下が大きく、6000より小さくなるので好まし
くない。よって、主成分に対するY23量は、1.1〜
5重量部であることが好ましい。試料番号16に示すよ
うに、a/bが0.97未満であると、絶縁抵抗が1.
0×1010より小さくなるので好ましくない。また、試
料番号20に示すように、a/bが1.03を超える
と、絶縁抵抗が1.0×1010より小さくなるので好ま
しくない。よって、a/bは、0.97≦a/b≦1.
03であることが好ましい。Mn成分の添加は、焼成温
度を下げ、さらに、静電容量温度特性を平坦化する効果
がある。しかしながら、Mn成分を添加する場合には、
試料番号25に示すように、MnO量が2重量部を超え
ると、絶縁抵抗が1.0×1010よりも小さくなり、ま
た、交流破壊電圧が4.5kV/mmより小さくなるの
で好ましくない。よって、主成分に対するMnO量は、
2重量部以下であることが好ましい。Si成分の添加
は、焼成温度を下げる効果がある。しかしながら、Si
成分を添加する場合、試料番号30に示すように、Si
2量が2重量部を超えると、絶縁抵抗が1.0×10
10よりも小さくなり、また、交流破壊電圧が4.5kV
/mmより小さくなるので好ましくない。よって、主成
分に対するSiO2量は、2重量部以下であることが好
ましい。Al成分の添加は、交流破壊電圧を大きくする
効果がある。しかしながら、Al成分を添加する場合、
試料番号35に示すように、Al23量が2重量部を超
えると、絶縁抵抗が1.0×1010よりも小さくなるの
で好ましくない。よって、主成分に対するAl23
は、2重量部以下であることが好ましい。Nb成分の添
加は、絶縁抵抗を大きくする効果がある。しかしなが
ら、Nb成分を添加する場合、試料番号40に示すよう
に、Nb25量が1重量部を超えると過剰となり、絶縁
抵抗が1.0×1010より小さくなるので好ましくな
い。よって、主成分に対するNb25量は、1重量部以
下であることが好ましい。なお、本実施例では、出発原
料として、炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸カルシウ
ム(CaCO3)、酸化チタン(TiO2)、酸化ジルコ
ニウム(ZrO2)、酸化イットリウム(Y23)、酸
化マンガン(MnO)、酸化珪素(SiO 2)、酸化ア
ルミニウム(Al23)及び五酸化ニオブ(Nb25
を、目的の組成に応じて混合した後に仮焼した。しかし
ながら、あらかじめ、炭酸バリウム(BaCO3)、炭
酸カルシウム(CaCO3)、酸化チタン(TiO2)及
び酸化ジルコニウム(ZrO2)を混合して仮焼したも
のに、酸化イットリウム(Y23)、酸化マンガン(M
nO)、酸化珪素(SiO2)、酸化アルミニウム(A
23)及び五酸化ニオブ(Nb25)を添加しても、
本実施例と同様の効果が得られる。また、本実施例で
は、出発原料として、炭酸バリウム(BaCO3)、炭
酸カルシウム(CaCO3)、酸化チタン(TiO2)、
酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化イットリウム(Y2
3)、酸化マンガン(MnO)、酸化珪素(Si
2)、酸化アルミニウム(Al23)、及び五酸化ニ
オブ(Nb25)を使用したが、本発明はこれらの化合
物形態に限定されるものではない。例えば、炭酸塩、蓚
酸塩、水酸化物、アルコキシドなどを使用してもよい。
さらには、BaTiO3、BaZrO3、CaTiO3
CaZrO3などの化合物を原料として用いても、同様
の効果が得られる。また、本実施例では、磁器素体の両
面に電極を形成した磁器コンデンサを作製したが、本発
明はこれに限らず、例えば、複数の積層された誘電体磁
器層と、該誘電体磁器層間に形成された内部電極と、該
内部電極に電気的に接続された外部電極とで構成され
る、積層コンデンサに用いても、同様の効果が得られ
る。
【発明の効果】本発明によれば、最大比誘電率が600
0以上と高く、静電容量温度特性が転移点の静電容量温
度変化率を基準として、転移点から±50℃における静
電容量温度変化率が−60%以内と平坦で、交流破壊電
圧が4.5kV/mmを超えて高い、誘電体磁器組成物
を得ることが可能である。また、本発明の誘電体磁器組
成物を用いて誘電体磁器とし、その両面に電極を設けて
コンデンサとすれば、上記の誘電体磁器組成物の優れた
特性を備えたセラミックコンデンサを実現することがで
きる。
フロントページの続き Fターム(参考) 4G031 AA04 AA06 AA08 AA11 AA12 AA14 AA19 AA29 AA30 AA39 BA09 5E001 AB01 AE00 AE02 AE03 AE04

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成式が(Ba1-xCax)(Ti1-y
    y)O3(但し、0.10<x≦0.25、0<y≦
    0.25)で表される、チタン酸バリウムを主成分とす
    る多結晶固溶体からなり、前記主成分100重量部に対
    し、Y成分をY 23に換算して1.1〜5重量部含有す
    ることを特徴とする、誘電体磁器組成物。
  2. 【請求項2】 前記チタン酸バリウムを主成分とする多
    結晶固溶体の組成式を(Ba1-xCaxa(Ti1-yZr
    yb3と表したとき、0.97≦a/b≦1.03で
    あることを特徴とする、請求項1に記載の誘電体磁器組
    成物。
  3. 【請求項3】 副成分として、前記主成分100重量部
    に対し、Mn成分をMnOに換算して、2重量部以下含
    有することを特徴とする、請求項1または2に記載の誘
    電体磁器組成物。
  4. 【請求項4】 副成分として、前記主成分100重量部
    に対し、Si成分をSiO2に換算して、2重量部以下
    含有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに
    記載の誘電体磁器組成物。
  5. 【請求項5】 副成分として、前記主成分100重量部
    に対し、Al成分をAl23に換算して、2重量部以下
    含有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに
    記載の誘電体磁器組成物。
  6. 【請求項6】 副成分として、前記主成分100重量部
    に対し、Nb成分をNb25に換算して、1重量部以下
    含有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに
    記載の誘電体磁器組成物。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の誘電体
    磁器組成物からなる誘電体磁器板と、該誘電体磁器板の
    両面に形成した電極とを有することを特徴とする、コン
    デンサ。
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