JP2003109430A - 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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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＜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１
００重量部に対し、Ｙ成分をＹ2Ｏ3に換算して５重量部
以下（但し、０重量部を除く）含有し、かつ、Ｍｇ成分
をＭｇＯに換算して２重量部以下（但し、０重量部を除
く）と、Ａｌ成分をＡｌ2Ｏ3に換算して２．５重量部以
下（但し、０重量部を除く）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＜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Ｙ2Ｏ3に換算して５重量部以下（但
し、０重量部を除く）含有し、かつ、Ｍｇ成分をＭｇＯ
に換算して２重量部以下（但し、０重量部を除く）と、
Ａｌ成分をＡｌ2Ｏ3に換算して２．５重量部以下（但
し、０重量部を除く）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-xＣａx）a（Ｔｉ1-yＺｒy）bＯ3と表したと
き、０．９６５≦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、Ｓ
ｉ成分をＳｉＯ2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、Ｎｂ成分をＮｂ2Ｏ5に換算して、１重量部以下
含有することを特徴とする。また、請求項６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
Ｏ3）、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（Ｙ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ア
ルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸
化珪素（ＳｉＯ2）、五酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）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、ボールミルて湿式混合した後、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、そこから±５０℃離れた各温度にお
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）は、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１０、１１
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＜ｘ≦０．２５であることが好まし
い。試料番号８、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１２に示すように、
Ｙ2Ｏ3量が０重量部の場合、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１６に示すように、Ｙ2Ｏ3量が５重量部を
超える場合、εmax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Ｙ2
Ｏ3量は、５重量部以下（但し、０重量部を除く。）で
あることが好ましい。Ｍｇ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１７に示すよ
うに、ＭｇＯ量が０重量部の場合、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２０に示すように、ＭｇＯ量が２重
量部を超える場合、εmax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ＭｇＯ量は、２重量部以下（但し、０重量部を除
く。）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が、試料番号２１に示
すように、Ａｌ2Ｏ3量が０重量部の場合、交流破壊電圧
が５．０ｋＶ／ｍｍよりも小さくなるので好ましくな
い。また、試料番号２５に示すように、Ａｌ2Ｏ3量が
２．５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Ａｌ2Ｏ3量は、２．５重量部以下（但し、０重量部
を除く。）であることが好ましい。このように、添加成
分のＹ2Ｏ3、ＭｇＯ及びＡｌ2Ｏ3は必須である。そのた
め、この条件を満足できないと、試料番号２６〜２９に
示すように、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％を超えたり、交流破壊電圧が５．０ｋＶ／ｍｍ
より小さくなるので好ましくない。試料番号３１に示す
ように、ａ／ｂが０．９６５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３６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、０．９６５≦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、試料番号４１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、Ｓ
ｉ成分を添加する場合、試料番号４６に示すように、Ｓ
ｉＯ2量が２重量部を超えると、絶縁抵抗が１．０×１
０10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。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５１に示すように、Ｎｂ2Ｏ5量が１重量部を超える
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、主成分に対するＮｂ2Ｏ5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（Ｙ
2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウ
ム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化珪素
（ＳｉＯ2）及び五酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）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（Ｙ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化マンガン
（ＭｎＯ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）及び五酸化ニオブ
（Ｎｂ2Ｏ5）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（Ｚｒ
Ｏ2）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化マグネシウ
ム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化マ
ンガン（ＭｎＯ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、及び五酸化
ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）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、ＣａＴｉＯ
3、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５．０ｋＶ／ｍｍ以上と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 AA03 AA04 AA06 AA08 AA11 AA12 AA14 AA19 AA29 AA30 AA39 BA09 5E001 AB03 AH01 AH09 AJ01 AJ02 5G303 AA01 AB02 AB06 AB11 BA12 CA01 CB01 CB03 CB06 CB17 CB18 CB21 CB30 CB35 CB39 CB40

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 組成式が（Ｂａ1-xＣａx）（Ｔｉ1-yＺ
    ｒy）Ｏ3（但し、０＜ｘ≦０．２５、０＜ｙ≦０．２
    ５）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Ｙ2Ｏ3に換算して５重量部以下（但し、０重量部
    を除く）含有し、かつ、Ｍｇ成分をＭｇＯに換算して２
    重量部以下（但し、０重量部を除く）と、Ａｌ成分をＡ
    ｌ2Ｏ3に換算して２．５重量部以下（但し、０重量部を
    除く）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-xＣａx）a（Ｔｉ1-yＺｒ
    y）bＯ3と表したとき、０．９６５≦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、Ｎｂ成分をＮｂ2Ｏ5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１〜４のいずれかに
    記載の誘電体磁器組成物。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５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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