JP2022177748A - Ceramic material and capacitor - Google Patents

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Abstract

To provide a dielectric having a high dielectric constant in a temperature range of 225°C or less, a small change rate of dielectric constant, and high insulating properties.SOLUTION: A ceramic material comprises, by mol: 0-15% of P2O5; 0-25% of GeO2; and 75-95% of Nb2O5, wherein the ceramic material further has: a dielectric constant of 700 or more in a temperature range of 225°C or less; a change rate of the dielectric constant of 30% or less; and an electrical conductivity of 10-8 S/cm or less. The ceramic material further includes (P(1-x)Gex)Nb9O25-α (0<x≤1, α>0) as a crystal phase.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、誘電体として使用しうる性質を有するセラミックス材料に係り、さらに詳しくは、225℃以下の温度領域において誘電率が高く、しかも誘電率の温度による変化が小さく、絶縁性の高いセラミックス材料、及び当該セラミックス材料を使用するコンデンサに関する。 The present invention relates to a ceramic material that can be used as a dielectric. More specifically, the present invention relates to a ceramic material that has a high dielectric constant in a temperature range of 225° C. or less, a small change in dielectric constant with temperature, and a high insulating property. and a capacitor using the ceramic material.

スマートフォンやタブレットなどの電子機器の普及に伴い、これらに使用される電子部品の小型高性能化が求められており、積層コンデンサとして使用される積層セラミックコンデンサ(MLCC、Multi Layer Ceramic Capacitor)も当然のように、小型大容量化が求められている。 With the spread of electronic devices such as smartphones and tablets, there is a demand for smaller and higher performance electronic components used in these devices. Thus, there is a demand for small size and large capacity.

近年、電気自動車の普及に伴い、モーターの性能向上やコンパクト化を目的として、高温となるモーター周辺部に電装基板を直接実装することが求められているが、車載電装部品の使用環境の高温化に伴い、MLCCについても、より高温下(200℃以上)でも、静電容量が高く、容量温度特性が良好であることが要求される。即ち、コンデンサを構成する誘電体に対して200℃を超える高温領域でも誘電率が高く、かつ温度に対する誘電率の変動の少ないことが求められる。 In recent years, with the spread of electric vehicles, there has been a demand for mounting electrical boards directly around motors, which are subject to high temperatures, in order to improve motor performance and make motors more compact. Along with this, MLCCs are also required to have high capacitance and good capacitance-temperature characteristics even at higher temperatures (200° C. or higher). That is, it is required that the dielectric material constituting the capacitor has a high dielectric constant even in a high temperature range exceeding 200° C. and that the variation of the dielectric constant with respect to temperature is small.

また、半導体加工や視力矯正手術で利用されるエキシマレーザー、医療用X線、蓄電装置、送電設備などに使われる高エネルギー貯蔵密度を有するコンデンサへの需要が近年に高まっている。このようなコンデンサに使われる誘電体に対して高いエネルギー貯蔵密度を得るために高い誘電率と高い絶縁破壊強度を併せ持つことが求められると同時に高温下においても容量の温度変化の少ないことも求められる。 In recent years, there has also been an increasing demand for capacitors with high energy storage densities used in excimer lasers used in semiconductor processing and vision correction surgery, medical X-rays, power storage devices, and power transmission equipment. In order to obtain a high energy storage density, the dielectric used in such capacitors is required to have both a high dielectric constant and a high dielectric breakdown strength, and at the same time, it is also required to have a small temperature change in capacitance even at high temperatures. .

しかしながら、誘電体として多く用いられているBaTiOは、キュリー温度が130℃付近にあるため、150℃以上の温度領域では誘電率が大きく低下してしまい、上記の要求を満足させることができないという問題があった。 However, BaTiO3 , which is widely used as a dielectric, has a Curie temperature of around 130°C, so the dielectric constant drops significantly in the temperature range of 150°C or higher, and the above requirements cannot be satisfied. I had a problem.

文献1には、BaTiOの複合酸化物においてキュリー温度を高くすることができ、200℃まで容量の良好な温度特性が得られることが記載されているが、この材料では誘電率が500以下で、大きな容量が得られないという欠点がある。 Document 1 describes that the Curie temperature can be increased in a BaTiO 3 composite oxide, and good temperature characteristics of capacitance can be obtained up to 200°C. , has the disadvantage that a large capacity cannot be obtained.

また、良好な容量温度特性を有する誘電体材料としてKNbO、K0.5Na0.5NbO等が研究されている。しかしながら、これらの誘電体材料は、焼成過程において、カリウム(K)が飛散(昇華)してしまい、得られる誘電体材料において格子欠陥が生じ、これにより絶縁性が低下するという問題がある。ここで、絶縁性が低いと、半導体化が進行して絶縁破壊が起こりやすくなるため、上記誘電体材料をコンデンサ等のセラミック電子部品に適用した場合、当該セラミック電子部品の信頼性が低下してしまうという問題がある。加えて、カリウム(K)の飛散は、生産工程の管理を困難にし、生産性が低下するという不都合もある。 In addition, KNbO 3 , K 0.5 Na 0.5 NbO 3 and the like are being studied as dielectric materials having good capacity-temperature characteristics. However, these dielectric materials have the problem that potassium (K) scatters (sublimes) during the firing process, causing lattice defects in the resulting dielectric material, which lowers the insulating properties. Here, if the insulating property is low, semiconductorization progresses and dielectric breakdown is likely to occur. Therefore, when the dielectric material is applied to a ceramic electronic component such as a capacitor, the reliability of the ceramic electronic component decreases. There is a problem of storage. In addition, splashing of potassium (K) makes it difficult to manage the production process, resulting in a decrease in productivity.

特開2017-119607号公報JP 2017-119607 A

本発明は、上記のような課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は225℃以下の温度領域において誘電率が高く、しかも誘電率の温度による変化が小さく、絶縁性の高い誘電体を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a dielectric having a high dielectric constant in a temperature range of 225° C. or less, a small change in the dielectric constant with temperature, and a high insulating property.

本発明者は、上記の問題を解決すべく、鋭意研究を行った結果、P成分、GeO成分及びNb成分を含有するセラミックスにおいて225℃以下の温度領域において誘電率が700以上であり、導電率が10-8S/cm以下であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明は以下の(1)~(6)である。
(1) モル%でPを0~15%、GeOを0~25%、Nbを75~95%含有し、225℃以下の温度領域において誘電率が700以上であり、導電率が10-8S/cm以下であることを特徴とするセラミックス材料。
(2) 結晶相として(P(1-x)Ge)Nb25-α(0<x≦1、α>0)を含有することを特徴とする上記(1)に記載のセラミックス材料。
(3)225℃以下の温度領域における誘電率の温度変化率は30%以下であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のセラミックス材料。
(4)SiO、フッ化物及び遷移金属酸化物を合計で10%以下含有することを特徴とする上記の(1)~(3)のいずれかに記載のセラミックス材料。
(5)上記の(1)~(4)のいずれかに記載のセラミックス材料を含むコンデンサ。
In order to solve the above problem, the present inventors conducted extensive research and found that the dielectric constant in a temperature range of 225° C. or lower in ceramics containing five P 2 O components, two GeO components, and five Nb 2 O components is 700 or more and the electrical conductivity is 10 −8 S/cm or less, which led to the completion of the present invention.
The present invention is the following (1) to (6).
(1) It contains 0 to 15% P 2 O 5 , 0 to 25% GeO 2 and 75 to 95% Nb 2 O 5 in terms of mol %, and has a dielectric constant of 700 or more in a temperature range of 225° C. or lower. , a ceramic material having a conductivity of 10 −8 S/cm or less.
(2) The ceramic material according to (1) above, characterized by containing (P (1-x) Ge x )Nb 9 O 25-α (0<x≦1, α>0) as a crystal phase. .
(3) The ceramic material according to (1) or (2) above, wherein the temperature change rate of the dielectric constant is 30% or less in a temperature range of 225° C. or less.
(4) The ceramic material according to any one of (1) to (3) above, characterized by containing 10% or less in total of SiO 2 , fluoride and transition metal oxide.
(5) A capacitor containing the ceramic material according to any one of (1) to (4) above.

本発明によれば、225℃以下の温度領域において誘電率が高く、しかもその温度特性が良好であると同時に絶縁性も高いセラミックス材料及びそのセラミックス材料を含むコンデンサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a ceramic material having a high dielectric constant in a temperature range of 225° C. or lower, excellent temperature characteristics, and high insulating properties, and a capacitor containing the ceramic material.

実施例1-3及び比較例1のXRDパターンを示す。The XRD patterns of Examples 1-3 and Comparative Example 1 are shown. 室温における実施例1,2、4、5及び比較例1の誘電率の周波数依存性を示す。1 shows the frequency dependence of permittivity of Examples 1, 2, 4, 5 and Comparative Example 1 at room temperature. 室温から250℃の温度範囲における1kHzにおける実施例1、2、4及び5の誘電率と誘電損失を示す。1 shows the dielectric constant and dielectric loss of Examples 1, 2, 4 and 5 at 1 kHz in the temperature range from room temperature to 250°C. 室温から250℃の温度範囲における実施例1、2、4及び5の誘電率の温度変化率を示す。1 shows temperature change rates of dielectric constants of Examples 1, 2, 4 and 5 in the temperature range from room temperature to 250.degree. 代表例として実施例1、2、4及び5の導電率と温度との関係を示す。As a representative example, the relationship between conductivity and temperature for Examples 1, 2, 4 and 5 is shown.

<本発明の誘電体>
本発明のセラミックス材料について説明する。
本発明のセラミックス材料は、誘電体として有用であり、P-GeO-Nb系でGeO及び/又はNb成分を含有することにより225℃以下の温度領域において誘電率が700以上で、誘電率の温度による変化が少なく、導電率が10-8S/cm以下である特性を実現できる。
<Dielectric of the present invention>
The ceramic material of the present invention will be explained.
The ceramic material of the present invention is useful as a dielectric, and is a P 2 O 5 -GeO 2 -Nb 2 O 5 system containing GeO 2 and/or Nb 2 O 5 components. A dielectric constant of 700 or more, a small change in dielectric constant with temperature, and a conductivity of 10 −8 S/cm or less can be realized.

高い誘電特性を得ようとするには、Pを0~15%、より好ましくは0~12%、最も好ましくは0~10%含有し、GeOを0~25%、より好ましくは0~20%、最も好ましくは0~18%含有し、Nbを75~97%、より好ましくは78~95%、最も好ましくは80~90%、含有する。 For high dielectric properties, 0-15%, more preferably 0-12%, most preferably 0-10% P 2 O 5 and 0-25% GeO 2 , more preferably It contains 0-20%, most preferably 0-18%, and Nb 2 O 5 content of 75-97%, more preferably 78-95%, most preferably 80-90%.

また、P成分とGeO成分を同時に含ませることで誘電特性が向上し、絶縁性が高くなり、特に高温における誘電損失がより小さくなる。さらに焼結温度も下がるので、積層型のコンデンサ作製の際に電極として使われる金属の酸化を低減する効果が期待できる。従って、P成分とGeO成分を同時に含ませることが好ましく、両成分の合計含有量は5~25%の範囲であることが好ましく、8~22%の範囲であることがより好ましく、10~20%の範囲であることが最も好ましい。 In addition, the inclusion of the P 2 O 5 component and the GeO 2 component at the same time improves the dielectric properties, increases the insulating properties, and reduces the dielectric loss particularly at high temperatures. Furthermore, since the sintering temperature is also lowered, it can be expected to have the effect of reducing the oxidation of metals used as electrodes when manufacturing multilayer capacitors. Therefore, it is preferable to contain the P 2 O 5 component and the GeO 2 component at the same time, and the total content of both components is preferably in the range of 5 to 25%, more preferably in the range of 8 to 22%. , in the range of 10-20%.

本発明のセラミックス材料は(P(1-x)Ge)Nb25-α(0<x≦1、α>0)結晶を含むことで高い特性を得ることができる。上記式のαは酸素欠陥の量を表すものである。本結晶において電気的な中性を保つためには酸素欠陥が存在しなければならないのでαは0より大きい値となる。酸素欠陥の存在は誘電損失を高め、絶縁性の低下をもたらすという問題を引き起こすので、出来る限りαの値を小さくすることが好ましい。上記の式から分かるようにx=1ではαが最大値を取るので、良好な特性を得ようとするにはxを1より小さくすることが好ましく、0.99より小さくすることがより好ましく、0.97より小さくすることが最も好ましい。 The ceramic material of the present invention can obtain high characteristics by containing (P (1-x) Ge x )Nb 9 O 25-α (0<x≦1, α>0) crystals. α in the above formula represents the amount of oxygen defects. In order to maintain electrical neutrality in this crystal, oxygen vacancies must exist, so α is a value greater than zero. Since the presence of oxygen defects increases dielectric loss and causes a problem of deterioration of insulation properties, it is preferable to make the value of α as small as possible. As can be seen from the above formula, α takes the maximum value when x=1, so in order to obtain good characteristics, it is preferable to make x smaller than 1, more preferably smaller than 0.99. Most preferably less than 0.97.

αを小さくする有効な方法としてはSiO成分又は/及びフッ化物成分または/及びMnOのような遷移金属酸化物イオンなどの導入、又は/及び酸素雰囲気でのアニール処理などがある。これらの成分の導入により、高温での誘電損失が大幅に改善される。 Effective methods for reducing α include introduction of SiO 2 component or/and fluoride component or/and transition metal oxide ions such as MnO 2 and/or annealing treatment in an oxygen atmosphere. The introduction of these components significantly improves the dielectric loss at high temperatures.

本発明のセラミックス材料に上述の結晶構成成分以外にSiO、B,Al、ZnO、Bi,TiO,ZrO,Ta、WO、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物、遷移金属酸化物、フッ化物などを含んでもよい。これらの成分は焼結助剤としての役割を果たし、単独で存在してもよいし、上述の結晶に固溶していてもよいし、上述の結晶を構成する元素と新たな結晶を形成してもよい。これらの成分を導入することにより、焼成温度が下がったり、固溶体が形成したりすることにより誘電特性を向上させることができる。また、これらの成分のうち、特にSiO成分又は/及びフッ化物又は/及びMnOなどの遷移金属酸化物は本系セラミックス材料の焼結密度を高め、酸素欠陥を減らし、誘電損失及び絶縁性を向上させる効果が顕著であるので、合計量として10%以下を含有することが好ましく、5%以下であることがより好ましく、3%以下であることが最も好ましい。 SiO2 , B2O3 , Al2O3 , ZnO, Bi2O3 , TiO2 , ZrO2 , Ta2O5 , WO3 , alkali metal oxides are added to the ceramic material of the present invention in addition to the above crystal constituents. materials, alkaline earth metal oxides, rare earth oxides, transition metal oxides, fluorides, and the like. These components serve as sintering aids and may exist alone, may be dissolved in the above-mentioned crystals, or form new crystals with the elements constituting the above-mentioned crystals. may By introducing these components, the sintering temperature can be lowered and the dielectric properties can be improved by forming a solid solution. Among these components, SiO 2 component or/and fluoride or/and transition metal oxide such as MnO 2 in particular increase the sintering density of the present ceramic material, reduce oxygen defects, and improve dielectric loss and insulating properties. is remarkable, the total amount is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and most preferably 3% or less.

本発明のセラミックス材料にガラスが添加されてもよい。ガラスは焼結助剤の役割を果たし、焼成温度を下げる効果がある。 Glass may be added to the ceramic material of the present invention. Glass serves as a sintering aid and has the effect of lowering the firing temperature.

本発明のセラミックス材料は他の誘電体結晶、例えばタングステンブロンズ型結晶、ペロブスカイト型結晶、CaZrO結晶、SrZrO結晶、BaTi結晶、CaTi結晶等との複合化が可能である。これらの誘電体との複合化により、設計した通りの誘電特性に近づくことが可能である。なお、上述のタングステンブロンズ型結晶としてはMNb(M:Ca、Sr、Ba)、MRNb15(M:Ca、Sr、Ba;R:Na、K)、KLnNb15(Ln:Y、Ce、Sm、Eu、La、Gd、Tb、Dy、Ho、Bi)結晶及びこれらの固溶体からなる群から選ばれる一種以上を含むことが特に好ましい。上述のペロブスカイト型としてはRNbO、RTaO、(Bi0.5,R0.5)TiO(R:Na、K)、MTiO(M:Ca、Sr、Ba)結晶及びこれらの固溶体からなる群から選ばれる一種以上を含むことが特に好ましい。 The ceramic material of the present invention can be composited with other dielectric crystals such as tungsten bronze crystals, perovskite crystals, CaZrO3 crystals, SrZrO3 crystals, BaTi2O5 crystals, CaTi2O5 crystals, and the like . . By combining these dielectrics, it is possible to approach the designed dielectric properties. The tungsten bronze type crystals mentioned above include MNb 2 O 6 (M: Ca, Sr, Ba), M 2 RNb 5 O 15 (M: Ca, Sr, Ba; R: Na, K), K 2 LnNb 5 It is particularly preferable to contain one or more selected from the group consisting of O 15 (Ln: Y, Ce, Sm, Eu, La, Gd, Tb, Dy, Ho, Bi) crystals and solid solutions thereof. Examples of the perovskite type include RNbO 3 , RTaO 3 , (Bi 0.5 , R 0.5 )TiO 3 (R: Na, K), MTiO 3 (M: Ca, Sr, Ba) crystals and solid solutions thereof. It is particularly preferable to include one or more selected from the group consisting of:

本発明のセラミックス材料は、室温で100Hz~100kHzの周波数範囲において誘電率が700以上であることが好ましく、750以上であることがより好ましく、800以上であることが最も好ましい。1kHzの周波数における誘電損失は10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、3%以下であることが最も好ましい。 The ceramic material of the present invention preferably has a dielectric constant of 700 or more, more preferably 750 or more, and most preferably 800 or more in the frequency range of 100 Hz to 100 kHz at room temperature. The dielectric loss at a frequency of 1 kHz is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and most preferably 3% or less.

本発明のセラミックス材料は225℃以下の温度範囲で1kHzにおける誘電率が700以上、温度に対する誘電率の変化率が30%以下であることが好ましく、200℃以下の温度範囲で誘電率が800以上で、温度に対する誘電率の変化率が25%以下であることがより好ましい。 The ceramic material of the present invention preferably has a dielectric constant of 700 or more at 1 kHz in a temperature range of 225° C. or less and a rate of change in dielectric constant with respect to temperature of 30% or less, and a dielectric constant of 800 or more in a temperature range of 200° C. or less. It is more preferable that the rate of change in dielectric constant with respect to temperature is 25% or less.

本発明のセラミックス材料は225℃以下の広い温度範囲で高い誘電率を有し、しかも温度に対する誘電率の変化率が小さいため、高温対応コンデンサとして好適に用いることができる。具体的には、高温環境下で使用される電子部品である車載向けデバイスとして期待されるSiCやGaNをベースにしたパワーデバイスの作動、あるいは自動車のエンジンルーム内のノイズ除去などに用いられる電子部品が挙げられる。 Since the ceramic material of the present invention has a high dielectric constant over a wide temperature range of 225° C. or less and a small rate of change in dielectric constant with respect to temperature, it can be suitably used as a high-temperature capacitor. Specifically, electronic components used in high-temperature environments such as power devices based on SiC and GaN, which are expected to be used in vehicles, and electronic components used to eliminate noise in the engine compartment of automobiles. are mentioned.

また、本発明のセラミックス材料には強誘電体になるものもあり、良好な圧電特性(たとえば、圧電定数:d、電気機械結合係数:k)も期待されるため、圧電体素子にも好適に使用できる。 In addition, some of the ceramic materials of the present invention can be ferroelectrics, and good piezoelectric properties (for example, piezoelectric constant: d, electromechanical coupling coefficient: k) are expected, so they are suitable for piezoelectric elements. Available.

<製造方法>
本発明のセラミックス材料の製造方法について説明する。
<Manufacturing method>
A method for manufacturing the ceramic material of the present invention will be described.

まず、本発明のセラミックス材料を構成する各成分の原料を準備する。各成分の原料としては、特に限定されず、上記した各成分の酸化物や複合酸化物、または焼成によりこれら酸化物や複合酸化物となる各種化合物、たとえば炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、フッ化物、有機金属化合物などから適宜選択して用いることができる。 First, raw materials for each component constituting the ceramic material of the present invention are prepared. The raw material of each component is not particularly limited, and the oxides and composite oxides of the above components, or various compounds that become these oxides and composite oxides by firing, such as carbonates, nitrates, hydroxides, and fluorides. It can be used by appropriately selecting from chemical compounds, organometallic compounds, and the like.

次に、準備した原料を、所定の組成比となるように秤量して混合し、原料混合物を得る。混合する方法としては、例えば、ボールミルを用いて行う湿式混合や、乾式ミキサーを用いて行う乾式混合が挙げられる。 Next, the prepared raw materials are weighed and mixed so as to have a predetermined composition ratio to obtain a raw material mixture. Mixing methods include, for example, wet mixing using a ball mill and dry mixing using a dry mixer.

得られた原料混合物は、バインダ樹脂を添加し造粒して、造粒物としてもよいし、バインダ樹脂や溶剤とともにペースト化して、スラリーとしてもよい。また、造粒物やスラリーとする前に、原料混合物を仮焼してもよい。 The raw material mixture thus obtained may be granulated by adding a binder resin thereto, or may be made into a paste together with a binder resin and a solvent to form a slurry. Moreover, the raw material mixture may be calcined before being made into granules or slurry.

造粒物やスラリーを成形する方法としては特に制限されず、シート法、印刷法、乾式成形、湿式成形、押出成形などが挙げられる。例えば乾式成形を採用した場合、造粒物を金型に充填して圧縮加圧(プレス)することにより成形する。成形体の形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよい。 The method for molding the granules or slurry is not particularly limited, and includes sheet method, printing method, dry molding, wet molding, extrusion molding, and the like. For example, when dry molding is employed, the granules are molded by filling them in a mold and compressing and pressurizing (pressing) them. The shape of the molded body is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the application.

得られた成形体について必要に応じて、常圧焼結やホットプレス焼結や熱間静水圧加圧焼結や放電プラズマ焼結やマイクロ波焼結などのいずれかの方法で焼成することにより、セラミック誘電体を得ることができる。焼成条件は、焼成方法及び組成等に応じて適宜決定すればよいが、焼成温度は、好ましくは800℃~1400℃、保持時間は、好ましくは数分から24時間である。 By sintering the obtained molded body by any method such as normal pressure sintering, hot press sintering, hot isostatic pressure sintering, discharge plasma sintering, microwave sintering, etc. , a ceramic dielectric can be obtained. The firing conditions may be appropriately determined according to the firing method, composition, etc. The firing temperature is preferably 800° C. to 1400° C., and the holding time is preferably several minutes to 24 hours.

焼成後のセラミック誘電体について、必要に応じて大気中、酸素または還元雰囲気で熱処理を行う場合がある。このような熱処理により、欠陥が低減し、誘電体の誘電特性が改善される。熱処理温度は700℃~1200℃の範囲で、処理時間は1~24時間の範囲であることが好ましい。 The fired ceramic dielectric may be heat treated in the air in an oxygen or reducing atmosphere, if necessary. Such heat treatment reduces defects and improves the dielectric properties of the dielectric. The heat treatment temperature is preferably in the range of 700° C. to 1200° C., and the treatment time is preferably in the range of 1 to 24 hours.

上記では、円盤状の本発明のセラミックス材料の作製方法を示したが、グリーンシート法などにより、積層型の電子部品の誘電体層を構成するセラミックコンデンサも作製できる。すなわち、本発明の誘電体粉末をペースト状にし、キャリアフィルム上にドクターブレード法などにより誘電体グリーンシート層を形成し、この上に内部電極層用ペーストを所定パターンで印刷した後、これらを1層ずつ剥離、積層してから圧力を加えて一体成形し、約800℃~1200℃の温度で焼き上げることにより、セラミックコンデンサが作製できる。 Although the method for producing the disk-shaped ceramic material of the present invention has been described above, a ceramic capacitor constituting dielectric layers of laminated electronic components can also be produced by the green sheet method or the like. Specifically, the dielectric powder of the present invention is made into a paste, and a dielectric green sheet layer is formed on a carrier film by a doctor blade method or the like. A ceramic capacitor can be produced by peeling off the layers one by one, laminating them, applying pressure to integrally mold them, and baking them at a temperature of about 800°C to 1200°C.

また、本発明のセラミックス材料は、通常の薄膜形成法を用いることにより、薄膜誘電体に作製することが可能である。例えば、真空蒸着法、高周波スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法(PLD)、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、MOD(Metal Organic Decomposition)法、ゾルゲル法、水熱法などを用いて薄膜誘電体に形成することができる。 Also, the ceramic material of the present invention can be made into a thin film dielectric by using a normal thin film formation method. For example, a vacuum deposition method, a high-frequency sputtering method, a pulse laser deposition method (PLD), a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, a MOD (Metal Organic Decomposition) method, a sol-gel method, a hydrothermal method, etc. are used to form a thin film dielectric. can be formed.

したがって、本発明のセラミックス材料は、単板型のコンデンサ等の電子部品に用いてもよいし、積層型のコンデンサ等の電子部品に用いてもよく、薄膜状の電子部品に用いてもよい。あるいは、圧電体素子に用いてもよい。 Therefore, the ceramic material of the present invention may be used for electronic parts such as a single plate type capacitor, may be used for electronic parts such as a laminated type capacitor, or may be used for thin film electronic parts. Alternatively, it may be used for a piezoelectric element.

以下、実施例によって本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらによりなんら制限されるものではない。
(実施例1-12)
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to these examples.
(Example 1-12)

セラミックス材料の製造
以下の工程で(P(1-x)Ge)Nb25-α(0<x≦1、α>0)を含むセラミックス材料を製造した。
(1-1)ボールミルでの混合
まず、原料であるNHPO、GeO、Nb、SiO、MnOを所定の比率で混合し、直径5mmと10mmのジルコニアボールと共にポリポットに充填し、さらにエタノールを加えた。その後、ボールミルにかけて、18時間混合を行った。
(1-2)仮焼成
上記の混合後のバッチを24時間乾燥してから、石英坩堝に入れ、電気炉にて大気中で800℃~1000℃で2~4時間仮焼成した。
(1-3)ボールミルでの粉砕
仮焼成後の粉末を乾燥・粗砕後、再度ボールミルにかけ、24~36時間粉砕した。なお、前記(1-1)のように、ボールミルにかける前に、粉末に2mmと5mmのジルコニアボールとエタノールを加えた。
(1-4)二軸加圧による成型
上記の仮焼物を乾燥してから、1.5gを取り、内径20mmの金属金型に充填し、二軸プレスによりペレット状に成型した。なお、加圧条件は、10MPa、1minとした。
(1-5)等方加圧
上記ペレットをビニル袋に入れ、真空状態にしてから、CIP装置(冷間静水圧加圧装置)で等方加圧を行った 。加圧条件は、200MPa、2minとした。
(1-6)本焼成
上記ペレットを、空気中で1180℃~1250℃で4~8時間本焼成した後、ゆっくりと冷却することにより、円盤状のセラミックス材料を完成した。
Production of Ceramic Material A ceramic material containing (P (1-x) Ge x )Nb 9 O 25-α (0<x≦1, α>0) was produced by the following steps.
(1-1) Mixing in a Ball Mill First, raw materials NH 4 H 2 PO 4 , GeO 2 , Nb 2 O 5 , SiO 2 and MnO 2 were mixed in a predetermined ratio, and mixed together with zirconia balls having diameters of 5 mm and 10 mm. A polypot was filled and more ethanol was added. It was then ball milled and mixed for 18 hours.
(1-2) Temporary firing
The mixed batch was dried for 24 hours, placed in a quartz crucible, and calcined at 800° C. to 1000° C. in the atmosphere in an electric furnace for 2 to 4 hours.
(1-3) Grinding with a ball mill
The calcined powder was dried and coarsely ground, and then ground again in a ball mill for 24 to 36 hours. As in (1-1) above, 2 mm and 5 mm zirconia balls and ethanol were added to the powder before ball milling.
(1-4) Molding by biaxial pressure
After drying the calcined material, 1.5 g was taken, filled in a metal mold having an inner diameter of 20 mm, and molded into pellets by a biaxial press. The pressurization conditions were 10 MPa and 1 min.
(1-5) Isotropic pressurization
The pellets were placed in a vinyl bag, evacuated, and isotropically pressurized with a CIP device (cold isostatic pressure device). Pressurization conditions were 200 MPa and 2 min.
(1-6) Main firing
The pellets were sintered in the air at 1180° C. to 1250° C. for 4 to 8 hours and then slowly cooled to complete a disk-shaped ceramic material.

1. セラミックス材料の評価
前記「1」の項で製造した円盤状のセラミックス材料を厚み1.5mm前後に研磨してから、XRD及び誘電特性(誘電率及び誘電損失)を測定した。なお、XRDはX線回折装置(BRUKER、D8 DISCOVER)を用いて、2θ=10~60°の範囲で測定した。誘電特性はサンプルの両面に金電極を蒸着してからインピーダンスアナライザー(ソーラトロン SI1260)により、周波数100Hz~10Hzの範囲で測定した。誘電特性の温度依存性は同周波数範囲で室温から250℃までの温度範囲で測定した。温度に対する誘電率の変化率(ε)は、25℃における誘電率を基準としたとき、各温度における誘電率がどれだけ変化するかを求め、下記の式で算出した。

ε(%)=[(目的の温度における誘電率-25℃における誘電率)/25℃における誘電率]×100%
1. Evaluation of ceramic material The disk-shaped ceramic material produced in the above item 1 was polished to a thickness of about 1.5 mm, and then XRD and dielectric properties (dielectric constant and dielectric loss) were measured. The XRD was measured in the range of 2θ=10 to 60° using an X-ray diffractometer (BRUKER, D8 DISCOVER). Dielectric properties were measured in the frequency range of 100 Hz to 10 5 Hz using an impedance analyzer (Solartron SI1260) after depositing gold electrodes on both sides of the sample. The temperature dependence of the dielectric properties was measured in the temperature range from room temperature to 250°C in the same frequency range. The rate of change (ε T ) of the dielectric constant with respect to temperature was calculated by the following formula by determining how much the dielectric constant changes at each temperature with reference to the dielectric constant at 25°C.

ε T (%) = [(dielectric constant at target temperature−dielectric constant at 25° C.)/dielectric constant at 25° C.]×100%

表1~3に実施例1~12の組成、作製条件及び誘電特性を示した。各サンプルのXRDパターンを解析すると、いずれの実施例においても類似な回折パターンを有することが分かった。図1に実施例1~3及び比較例1のXRDパターンを示す。回折ピークの同定により、比較例1ではPNb25結晶の生成が確認できる。GeO成分を含んだ実施例では観察された回折ピークはPNb25のものとほぼ一致していること、PのGeによる置換で回折ピークが低角度側にシフトしていることから、これらのセラミックス材料は(P(1-x)Ge)Nb25(0<x≦1)固溶体から構成されることが推定できる。また、前述のように結晶中に電気的な中性を保つためには酸素欠陥が存在しなければならないので、本セラミックス材料に含まれた結晶は(P(1-x)Ge)Nb25-α(0<x≦1、α>0)と表現する。 Tables 1 to 3 show the compositions, manufacturing conditions and dielectric properties of Examples 1 to 12. Analysis of the XRD patterns of each sample revealed that all Examples had similar diffraction patterns. The XRD patterns of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are shown in FIG. By identifying the diffraction peaks, the formation of PNb 9 O 25 crystals in Comparative Example 1 can be confirmed. The diffraction peaks observed in the examples containing two GeO components almost coincide with those of PNb 9 O 25 , and the substitution of P with Ge shifts the diffraction peaks to the low-angle side. is composed of a (P (1−x) Ge x )Nb 9 O 25 (0<x≦1) solid solution. In addition, since oxygen defects must exist in the crystal in order to maintain electrical neutrality as described above, the crystal contained in the present ceramic material is (P (1−x) Ge x )Nb 9 It is expressed as O 25-α (0<x≦1, α>0).

図2に室温における実施例1,2、4、5及び比較例1の誘電率の周波数依存性を示す。本図より、100Hz~100kHzの周波数範囲で比較例1の誘電率は600以下であるが、実施例の誘電率は800であることが確認できる。 FIG. 2 shows the frequency dependence of the permittivity of Examples 1, 2, 4, 5 and Comparative Example 1 at room temperature. From this figure, it can be confirmed that the dielectric constant of Comparative Example 1 is 600 or less in the frequency range of 100 Hz to 100 kHz, while the dielectric constant of Example is 800. FIG.

図3に室温から250℃までの温度範囲で1kHzにおける実施例1、2、4及び5の誘電率と誘電損失を示す。この図より、PとGeの両方を含んだ組成、またはSiOを含有した組成においては高い誘電率を示すこと、170℃を超える温度領域においてより小さな誘電率を示すことが確認できる。
また、温度に対する誘電率の変化率を求めたところ、225℃までの温度領域ではその変化率が25%以下であり、200℃までの温度領域では20%以下であることが分かった。
FIG. 3 shows the dielectric constant and dielectric loss of Examples 1, 2, 4 and 5 at 1 kHz in the temperature range from room temperature to 250.degree. From this figure, it can be confirmed that the composition containing both P and Ge or the composition containing SiO 2 exhibits a high dielectric constant and exhibits a smaller dielectric constant in a temperature range exceeding 170°C.
Further, when the rate of change in dielectric constant with respect to temperature was obtained, it was found that the rate of change was 25% or less in the temperature range up to 225°C, and 20% or less in the temperature range up to 200°C.

図4に、代表例として実施例1、2、4及び5の室温から250℃の温度範囲における誘電率の温度変化率を示す。この図より、いずれの実施例においても225℃以下の温度領域における誘電率の温度変化率は30%以下であることが分かった。 FIG. 4 shows the temperature change rate of dielectric constant in the temperature range from room temperature to 250° C. for Examples 1, 2, 4 and 5 as representative examples. From this figure, it was found that the temperature change rate of the dielectric constant in the temperature range of 225° C. or less was 30% or less in any of the examples.

図5に代表例として実施例1、2、4及び5の導電率と温度との関係を示す。いずれの実施例においても225℃以下で10-8S/cm以下の導電率を示し、高い絶縁性を有することが分かった。また、PとGeの両方を含んだ組成、さらにSiOを添加した組成ではより高い絶縁性を有することが分かった。
FIG. 5 shows the relationship between conductivity and temperature in Examples 1, 2, 4 and 5 as representative examples. It was found that all the examples exhibited a conductivity of 10 −8 S/cm or less at 225° C. or less and had high insulating properties. It was also found that the composition containing both P and Ge and the composition further containing SiO 2 had higher insulating properties.

Figure 2022177748000002
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Figure 2022177748000003
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Figure 2022177748000004
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Claims (5)

モル%でPを0~15%、GeOを0~25%、Nbを75~97%含有し、225℃以下の温度領域において誘電率が700以上であり、導電率が10-8S/cm以下であることを特徴とするセラミックス材料。 It contains 0 to 15% P 2 O 5 , 0 to 25% GeO 2 and 75 to 97% Nb 2 O 5 in terms of mol %, and has a dielectric constant of 700 or more in a temperature range of 225° C. or less, and an electrical conductivity. is 10 −8 S/cm or less. 結晶相として(P(1-x)Ge)Nb25-α(0<x≦1、α>0)を含有することを特徴とする請求項1に記載のセラミックス材料。 2. The ceramic material according to claim 1, containing (P (1-x) Ge x )Nb 9 O 25-α (0<x≦1, α>0) as a crystal phase. 225℃以下の温度領域における誘電率の温度変化率は30%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のセラミックス材料。 3. The ceramic material according to claim 1, wherein the temperature change rate of the dielectric constant is 30% or less in a temperature range of 225[deg.] C. or less. SiO、フッ化物及び遷移金属酸化物を合計で10%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セラミックス材料。 4. The ceramic material according to any one of claims 1 to 3, wherein the total content of SiO 2 , fluoride and transition metal oxide is 10% or less. 請求項1~4のいずれかに記載のセラミックス材料を含むコンデンサ。 A capacitor comprising the ceramic material according to any one of claims 1 to 4.
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