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Y23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Al23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Y23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Al23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-xCaxa(Ti1-yZryb3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Nb25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
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)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ア
ルミニウム(Al23)、酸化マンガン(MnO)、酸
化珪素(SiO2)、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、
23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、Y23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
3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、Al23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、Al23量が
2.5重量部を超えると、絶縁抵抗が1.0×1010
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Y23、MgO及びAl23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
10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、Nb25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(Y
23)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化アルミニウ
ム(Al23)、酸化マンガン(MnO)、酸化珪素
(SiO2)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)、酸化マグネシウム(Mg
O)、酸化アルミニウム(Al23)、酸化マンガン
(MnO)、酸化珪素(SiO2)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(Zr
2)、酸化イットリウム(Y23)、酸化マグネシウ
ム(MgO)、酸化アルミニウム(Al23)、酸化マ
ンガン(MnO)、酸化珪素(SiO2)、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、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-y
    y)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Y23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
    23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-xCaxa(Ti1-yZr
    yb3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1〜4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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