JP2005041721A - 誘電体磁器組成物およびセラミック電子部品 - Google Patents

誘電体磁器組成物およびセラミック電子部品 Download PDF

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Abstract

【課題】１ＭＨｚ以上の周波数でのＱ値が大きく、誘電率の温度変化率も直線性に優れているという特性を維持しつつ、体積抵抗率を高くできるようにする。
【解決手段】ａ〔（ＳｒｂＣａ１−ｂ）ＴｉＯ３〕−（１−ａ）〔Ｂｉ２Ｏ３・ｎＴｉＯ２〕（ａ、ｂ、ｎはモル比）で表される主成分と、ｗＭｇＴｉＯ３＋ｘＳｉＯ２＋ｙＭｎＯｍ＋ｚＬｎＯｋ（ｗ、ｘおよびｚは前記主成分１００重量部に対する各重量部、ｙは前記主成分１００重量部に対するＭｎＣＯ３に換算した場合のＭｎＯｍの重量部、ＬｎはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒから選択された１種以上の元素）で表される副成分とを含有し、前記モル比ａ、ｂ、ｎおよび前記重量部ｗ、ｘ、ｙ、ｚが各々０．９０≦ａ≦０．９５、０．９０≦ｂ≦０．９５、１．８≦ｎ≦３．０、５．０≦ｗ≦１０．０、０．１≦ｘ≦１．０、０．１≦ｙ≦０．３、および、１．０≦ｚ≦５．０である。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体磁器組成物に関し、特に、高誘電率系の誘電体磁器組成物に関する。またそれを用いたセラミック電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高誘電率系誘電体磁器組成物としては、ＢａＴｉＯ３系磁器が広く実用化されてきた。しかしながら、ＢａＴｉＯ３系磁器は、高周波、特に１ＭＨｚ以上の周波数でのＱ値が小さいという問題があった。このような問題に対処するために、ＳｒＴｉＯ３−ＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＴｉＯ２−ＣｕＯ−ＭｎＯ−ＣｅＯ２からなる磁器組成物が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−２９５３０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この特許文献１に開示された組成物は誘電率εが高く、１ＭＨｚ以上の周波数でのＱ値が大きく、誘電率の温度変化も小さいが、体積抵抗率が１０１２〜１０１３Ω・ｃｍと十分には高くないという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、誘電率εが高く、１ＭＨｚ以上の周波数でのＱ値が大きく、誘電率の温度変化が小さいという特性を維持しつつ、体積抵抗率が高い誘電体磁器組成物、および該誘電体磁器組成物を使用して製造されたセラミック電子部品を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の誘電体磁器組成物は、一般式ａ〔（ＳｒｂＣａ１−ｂ）ＴｉＯ３〕−（１−ａ）〔Ｂｉ２Ｏ３・ｎＴｉＯ２〕（ただし、ａ、ｂはモル比、ｎはＢｉ２Ｏ３に対するＴｉＯ２のモル比を示す。）で表される主成分と、一般式ｗＭｇＴｉＯ３＋ｘＳｉＯ２＋ｙＭｎＯｍ＋ｚＬｎＯｋ（ただし、ｗ、ｘおよびｚは前記主成分１００重量部に対する各重量部、ｙは前記主成分１００重量部に対するＭｎＣＯ３に換算した場合のＭｎＯｍの重量比、ｍは１〜２である。また、ＬｎはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒから選択された１種以上の元素であり、ｋはＬｎがＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、ＨｏまたはＥｒのときは１．５、ＬｎがＣｅのときは２である。）で表される副成分とを含有し、前記モル比ａ、ｂ、ｎおよび前記重量部ｗ、ｘ、ｙ、ｚが、各々０．９０≦ａ≦０．９５、０．９０≦ｂ≦０．９５、１．８≦ｎ≦３．０、５．０≦ｗ≦１０．０、０．１≦ｘ≦１．０、０．１≦ｙ≦０．３、１．０≦ｚ≦５．０であることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明のセラミック電子部品は、前記誘電体磁器組成物からなるセラミック焼結体の表面に電極部が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の誘電体磁器組成物を使用して製造されたセラミック電子部品としての単板コンデンサの一実施例の形態を示す一部破断正面図である。
【０００９】
該単板コンデンサは、本発明の誘電体磁器組成物からなるセラミック焼結体１と該セラミック焼結体１の表裏両面に形成された電極部２と、はんだ３を介して前記電極部と電気的に接続された一対のリード線４ａ、４ｂと、セラミック焼結体１を被覆する樹脂製の外装５とから構成されている。
【００１０】
そして、本実施の形態では、セラミック焼結体１を形成する誘電体磁器組成物が、下記一般式（１）を主成分とし、下記一般式（２）を副成分として含有している。
ａ〔（ＳｒｂＣａ１−ｂ）ＴｉＯ３〕−（１−ａ）〔Ｂｉ２Ｏ３・ｎＴｉＯ２〕 （１）ｗＭｇＴｉＯ３＋ｘＳｉＯ２＋ｙＭｎＯｍ＋ｚＬｎＯｋ （２）
ただし、ａ、ｂはモル比、ｎはＢｉ２Ｏ３に対するＴｉＯ２のモル比、ｗ、ｘおよびｚは前記主成分１００重量部に対する各重量部、ｙは前記主成分１００重量部に対するＭｎＣＯ３に換算した場合のＭｎＯｍの重量部、ｍは１〜２、ＬｎはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒから選択された１種以上の元素であり、ｋはＬｎがＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、ＨｏまたはＥｒのときは１．５、ＬｎがＣｅのときは２である。
【００１１】
そして前記モル比ａ、ｂ、ｎおよび前記重量部ｗ、ｘ、ｙ、ｚは各々
０．９０≦ａ≦０．９５ （３）
０．９０≦ｂ≦０．９５ （４）
１．８≦ｎ≦３．０ （５）
５．０≦ｗ≦１０．０ （６）
０．１≦ｘ≦１．０ （７）
０．１≦ｙ≦０．３ （８）
１．０≦ｚ≦５．０ （９）
を充足するように調製されている。
【００１２】
誘電体磁器組成物が、このような成分組成を有することにより、誘電率εが５００以上の高誘電率と１ＭＨｚ以上の周波数でのＱ値が１０００以上を確保しながら、温度係数を−２０００ｐｐｍ／℃以内に小さく抑制することができ、しかも体積抵抗率が１０１４Ω・ｃｍ以上である単板コンデンサを得ることができる。
【００１３】
次に、上記単板コンデンサの製造方法について説明する。
【００１４】
まず、上記誘電体磁器組成物を作製する。
【００１５】
すなわち、一般式（１）（２）で表される主成分及び副成分が上記数式（３）〜（９）を充足するように、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｇＴｉＯ３、ＳｉＯ２、ＭｎＣＯ３、及びＬｎＯｋ（ただしＬｎはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒから選択された１種以上の元素であり、ｋはＬｎがＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、ＨｏまたはＥｒのときは１．５、ＬｎがＣｅのときは２である。）を秤量し、この秤量物を混合する。次いで、この混合物をジルコニア等の粉砕媒体と共にポットに入れ、所定時間湿式混合し、粉砕する。次いで、粉砕物を蒸発乾燥した後、ジルコニア製の匣（さや）に収容し、９００〜１０００℃で約２時間仮焼する。
【００１６】
次に、この仮焼物をポリビニルアルコール等のバインダと共にポットに投入し、所定時間湿式混合し、その後、該混合物を脱水乾燥し、整粒した後、加圧し、所定の円板状に成形し、セラミック成形体を作製する。そしてこの後、該セラミック成形体を１１８０〜１２８０℃で２時間焼成処理を施し、セラミック焼結体１を作製する。
【００１７】
次いで、該セラミック焼結体１の表裏両面にＡｇ等を主成分とした導電性ペーストを塗布し、焼付処理を施し、電極部２を形成する。
【００１８】
そして、はんだ３を介して電極部２とリード線４ａ、４ｂとを接続し、その後樹脂モールドを施して外装５を形成し、これにより単板コンデンサが製造される。
【００１９】
このように本実施の形態では、誘電体磁器組成物は、一般式（１）（２）で表される主成分および副成分が数式（３）〜（９）を充足しているので、誘電率εが高く、１ＭＨｚ以上の周波数でのＱ値が大きく、誘電率の温度変化が小さいという特性を維持しつつ、体積抵抗率が高い単板コンデンサを容易に得ることができる。
【００２０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００２１】
例えば、上記実施の形態では、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３等の炭酸塩とＴｉＯ２とを出発原料として誘電体磁器組成物を製造しているが、ＳｒＴｉＯ３やＣａＴｉＯ３等のチタン酸化合物を出発原料として誘電体磁器組成物を製造してもよい。
【００２２】
さらに、上記実施の形態では、誘電体磁器組成物を使用して製造されたセラミック電子部品として、単板コンデンサを例示したが、トリマーコンデンサや積層セラミックコンデンサについても同様、高誘電率、高Ｑ値で温度特性に優れ、体積抵抗率の高いセラミック電子部品を得ることができるのはいうまでもない。
【００２３】
【実施例】
まず、主成分および副成分の原料として、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｇＴｉＯ３、ＳｉＯ２、ＭｎＣＯ３、ＣｅＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３およびＣｕＯを準備した。
【００２４】
次にこれら原料を一般式ａ〔（ＳｒｂＣａ１−ｂ）ＴｉＯ３〕−（１−ａ）〔Ｂｉ２Ｏ３・ｎＴｉＯ２〕（ただし、ａ、ｂはモル比、ｎはＢｉ２Ｏ３に対するＴｉＯ２のモル比を示す。）で表される主成分と、該主成分１００重量部に対して、一般式ｗＭｇＴｉＯ３＋ｘＳｉＯ２＋ｙＭｎＯｍ＋ｚＬｎＯｋ（ただし、ｗ、ｘおよびｚは前記主成分対する各重量部、ｙは前記主成分１００重量部に対するＭｎＣＯ３に換算した場合のＭｎＯｍの重量部、ｍは１〜２である。また、ＬｎはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＥｒおよびＹｂから選択された元素であり、ｋはＬｎがＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＥｒまたはＹｂのときは１．５、ＬｎがＣｅのときは２である。）で表される副成分とを含有する、表１に示す組成物が得られるように秤量し、混合した。なお試料番号４１〜４３については表２に示すようにさらに規定量のＣｕＯを副成分として含有させた。この混合物をジルコニアボールとともにポリエチレンポットに入れ、１６時間湿式混合し、粉砕した。この粉砕物を蒸発乾燥した後、ジルコニア質の匣に入れ、９５０℃で２時間仮焼した。
【００２５】
【表１】
Figure 2005041721
【００２６】
【表２】
Figure 2005041721
【００２７】
次に、この仮焼物にポリビニルアルコール・バインダを加えてポリエチレンポットで１６時間湿式混合した。この混合物を脱水乾燥し、整粒した後、加圧して直径１２ｍｍ、厚さ１．２ｍｍの円板に成型した。この成型物を１２２０℃で２時間焼成し、得られた磁器の両面に銀ペーストを塗布し、８００℃で焼き付けて電極を形成して試料とした。
【００２８】
このようにして得た各試料の特性を、次のような条件や測定方法によって測定し、表３および表４にその結果を示した。
・誘電率：１ＭＨｚ、１Ｖｒｍｓ、温度２０℃
・Ｑ値：１ＭＨｚ、１Ｖｒｍｓ、温度２０℃での誘電損失の逆数
・温度係数：＋２０℃での誘電率を基準にした−２５℃〜＋８５℃間の誘電率の変化率の最大値
【００２９】
【表３】
Figure 2005041721
【００３０】
【表４】
Figure 2005041721
【００３１】
なお、表１〜４中で、＊印を付したものは、この発明の範囲外のものであり、それ以外はこの発明の範囲内のものである。特に、表２および表４の組成はＣｕＯを含んでおり、今回の発明の範囲外である。
表１〜４から明らかなように、この発明の組成の限定理由は次の通りである。
【００３２】
（１）Ｂｉ２Ｏ３の含有量（一般式中の１−ａ）が０．１を超えると、Ｑ値が１０００未満となるので好ましくない（試料番号１参照）。また、０．０５未満になると、誘電率が５００未満となり、かつ、温度係数が−２０００ｐｐｍ／℃よりもマイナス側に大きくなるので好ましくない（試料番号３参照）。
【００３３】
（２）ＳｒＴｉＯ３の含有量（一般式中のｂ）が０．９未満では、Ｑ値が１０００未満となり好ましくない（試料番号４参照）。また、０．９５を超えると温度係数が−２０００ｐｐｍ／℃よりもマイナス側に大きくなるので好ましくない（試料番号８参照）。
【００３４】
（３）ＴｉＯ２のＢｉ２Ｏ３に対するモル比（一般式中のｎ）が１．８未満では、誘電率が５００未満となるので好ましくない（試料番号９参照）。また、３を超えるとＱ値が１０００未満となるので好ましくない。（試料番号１４参照）。
【００３５】
（４）ＭｇＴｉＯ３の含有量（一般式中のｗ）が５未満では、温度係数が−２０００ｐｐｍ／℃よりもマイナス側に大きくなるので好ましくない（試料番号１５参照）。また、１０を超えると、Ｑ値が１０００未満となるので好ましくない（試料番号１７および試料番号１８参照）。
【００３６】
（５）ＳｉＯ２の含有量（一般式中のｘ）が０．１未満では、温度係数が−２０００ｐｐｍ／℃よりもマイナス側に大きくなるので好ましくない（試料番号１９参照）。また、１．０を超えるとＱ値が１０００未満となり好ましくない（試料番号２１および試料番号２２参照）。
【００３７】
（６）ＭｎＣＯ３に換算した場合のＭｎＯｍ（ただしｍ＝１〜２）の含有量（一般式中のｙ）が０．１未満では、温度係数が−２０００ｐｐｍ／℃よりもマイナス側に大きくなるので好ましくない（試料番号２３参照）。また、０．３を超えると誘電率が５００未満となるので好ましくない（試料番号２５および試料番号２６参照）。
【００３８】
（７）ＬｎＯｋの含有量（一般式中のｚ）が１．０未満では、Ｑ値が１０００未満となり、かつ、温度係数が−２０００ｐｐｍ／℃よりもマイナス側に大きくなるので好ましくない（試料番号２７参照）。また、５．０を超えると誘電率が５００より小さくなるので好ましくない（試料番号２９および試料番号３０参照）。
【００３９】
（８）Ｌｎの種類が指定した元素以外では誘電率が５００より小さくなるので好ましくない（試料番号４０参照）。
【００４０】
（９）ＣｕＯを含むと体積抵抗率１０１４Ω・ｃｍより低くなるので好ましくない（試料番号４１ないし４３参照）。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の誘電体磁器組成物およびセラミック電子部品は、前記構成を備えているため、誘電率εが５００以上、Ｑ値が１０００以上であって、かつ＋２０℃での静電容量を基準にした−２５℃〜＋８５℃間の誘電率の変化率の最大値（以下温度係数と記す。）を−２０００ｐｐｍ／℃以内に小さく制御でき、しかも体積抵抗率を１０１４Ω・ｃｍ以上に高くできるというという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体磁器組成物を使用して製造されたセラミック電子部品としての単板コンデンサの一実施の形態を示す一部破断正面図である。
【符号の説明】
１ セラミック焼結体
２ 電極部

Claims (2)

  1. 一般式ａ〔（ＳｒｂＣａ１−ｂ）ＴｉＯ３〕−（１−ａ）〔Ｂｉ２Ｏ３・ｎＴｉＯ２〕（ただし、ａ、ｂはモル比、ｎはＢｉ２Ｏ３に対するＴｉＯ２のモル比を示す。）で表される主成分と、一般式ｗＭｇＴｉＯ３＋ｘＳｉＯ２＋ｙＭｎＯｍ＋ｚＬｎＯｋ（ただしｗ、ｘおよびｚは前記主成分１００重量部に対する各重量部、ｙは前記主成分１００重量部に対するＭｎＣＯ３に換算した場合のＭｎＯｍの重量部、ｍは１〜２である。また、ＬｎはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒから選択された１種以上の元素であり、ｋはＬｎがＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、ＨｏまたはＥｒのときは１．５、ＬｎがＣｅのときは２である。）で表される副成分とを含有し、
    前記モル比ａ、ｂ、ｎおよび前記重量部ｗ、ｘ、ｙ、ｚが各々
    ０．９０≦ａ≦０．９５、
    ０．９０≦ｂ≦０．９５、
    １．８≦ｎ≦３．０、
    ５．０≦ｗ≦１０．０、
    ０．１≦ｘ≦１．０、
    ０．１≦ｙ≦０．３、
    １．０≦ｚ≦５．０
    であることを特徴とする誘電体磁器組成物。
  2. 請求項１記載の誘電体磁器組成物からなるセラミック焼結体の表面に電極部が形成されていることを特徴とするセラミック電子部品。
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