JP2872512B2 - 誘電体磁器及び磁器コンデンサ - Google Patents

誘電体磁器及び磁器コンデンサ

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JP2872512B2
JP2872512B2 JP4360663A JP36066392A JP2872512B2 JP 2872512 B2 JP2872512 B2 JP 2872512B2 JP 4360663 A JP4360663 A JP 4360663A JP 36066392 A JP36066392 A JP 36066392A JP 2872512 B2 JP2872512 B2 JP 2872512B2
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広一 茶園
克之 堀江
康之 猪又
和行 渋谷
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高い誘電率を有する誘
電体磁器及びこれを使用した単層又は積層の誘電体磁器
コンデンサに関する。
【0002】
【従来の技術】磁器コンデンサの誘電体磁器基体として
BaTiO3 (チタン酸バリウム)を主成分とした磁
器、又はBaTiO3 のBa(バリウム)の一部をCa
(カルシウム)に置換し、且つTi(チタン)の一部を
Zr(ジルコニウム)に置換した磁器を使用することは
公知である。この種の誘電体磁器の比誘電率の最大値は
ほぼ14000である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、誘電体磁器
コンデンサの容量の増大及び信頼性の向上が要求されて
いる。容量の増大を図るために一対の電極間に介在する
誘電体磁器層の厚みを薄くすることが考えられる。しか
し、誘電体磁器層を薄くすると、一対の電極間の絶縁耐
圧が低下する。容量の増大を図るための別の方法とし
て、比誘電率が高く、且つ絶縁耐圧の高い誘電体磁器を
使用する方法がある。しかし、従来のBaTiO3 系の
誘電体磁器では比誘電率及び絶縁耐圧に限界があり、高
容量化に限界があった。
【0004】そこで、本発明の目的は、−25℃〜+8
5℃の範囲における比誘電率の最大値が14000以上
であり、20℃のtan δ(誘電損失)が1.5%以下で
あり、150℃における抵抗率が5×106 MΩ・cm
以上であり、結晶粒子の平均粒径が5μm以下であり、
且つ巨大粒子が存在しない誘電体磁器及びこれを使用し
た磁器コンデンサを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、 (BaαCaβErγ)(Ti1−xZrを満足する数値から成る100重量部の基本成分と、
0.05〜0.50重量部の酸化マンガンとから成り、
且つこれ等以外の成分を実質的に含まないものであり、
且つ大気中で焼成されたものであり、且つ−25℃〜+
85℃の範囲における比誘電率の最大値が14000以
上であり、20℃のtanδが1.5%以下であり、1
50℃における抵抗率が5×10MΩ・cm以上であ
り、結晶粒子の平均径が5μm以下であることを特徴と
する誘電体磁器に係わるものである。なお、請求項2に
示すように、請求項1の誘電体磁器を磁器コンデンサの
誘電体磁器基体として使用することができる。
【0006】
【発明の効果】誘電体磁器を本発明で特定した組成にす
ると、−25℃〜+85℃の範囲における最大比誘電体
εmaxが14000以上、20℃のtanδが1.5
%以下、150℃における抵抗率ρが5×10MΩ・
cm以上、平均粒径が5μm以下になる。本発明の磁器
に含まれているEr(エルビウム)は絶縁耐圧の向上及
び比誘電率の向上に寄与している。即ち、エルビウムは
誘電体磁器を構成している結晶粒子の平均粒径を小さく
する作用を有する。またエルビウムは結晶粒子の平均粒
径の例えば10倍以上のような異常粒子(巨大粒子)の
発生を抑制する作用を有する。小さい結晶粒子から成る
誘電体磁器は、大きな結晶粒子から成る誘電体磁器より
も大きな絶縁耐圧を示す。従って、本発明によれば、絶
縁耐圧及び信頼性の低下を伴わないで14000以上の
比誘電率を得ることができる。なお、比誘電率が大きく
なると、磁器コンデンサの小型化又は大容量化が可能に
なる。
【0007】
【第1の実施例】次に、本発明の第1の実施例において
は、図1に示す誘電体磁器コンデンサ10を作製した。
この磁器コンデンサ10は、円板状の誘電体磁器基体1
2と、この一対の主面に設けられた一対の電極14、1
6とから成る。
【0008】図1の磁器基体12を形成するための基本
成分 (BaαCaβErγk )(Ti1-x Zrx 2 ) を得るために、BaCO3 (炭酸バリウム)とCaCO
3 (炭酸カルシウム)とEr2 3 (酸化エルビウム)
とTiO2 (酸化チタン)とZrO2 (酸化ジルコニウ
ム)とを用意し、基本成分の各原子のモル比を示すα、
β、γ、k、xを表1の試料NO. 1〜23に示すように
変えた23種類の基本成分の原料混合物を用意した。ま
た、添加成分としてのMnO(酸化マンガン)とを表1
に示すように用意した。
【0009】
【表1】
【0010】試料NO. 1に従う誘電体磁器コンデンサの
製造方法を詳しく説明する。試料NO. 1の基本成分は、
αが0.940、βが0.050、γが0.020、k
が1.010、xが0.190であるので、次式で示す
ことができる。 (Ba0.94Ca0.05Er0.021.01)(Ti0.810.19
2 ) この基本成分の各原子のモル比を満足する割合にBaC
3 、CaCO3 、Er2 3 、T2 、ZrO2
秤量し、これ等の混合物を得た。次に、この混合物をボ
ールミルで湿式混合し、これを乾燥した後、大気中(酸
化性雰囲気)中において1150℃で2時間仮焼して基
本成分を得た。
【0011】次に、100重量部の基本成分に対して
0.30重量部のMnOを添加し、ボールミルで湿式混
合及び粉砕し、150℃で3時間乾燥することによって
磁器材料粉末を得た。
【0012】次に、磁器材料粉末に有機バインダを添加
したものを乾式プレス成形法で成形し、直径10mm、
厚さ0.5mmの円板状成形体を得た。
【0013】次に、この成形体を大気(酸化性雰囲気)
中において1300℃で2時間焼成して焼結体から成る
図1に示した誘電体磁器基体12を得た。次に、この磁
器基体12の一方及び両方の主面に銀ペーストを印刷法
で塗布し、しかる後800℃で焼付けることによって一
対の電極14、16を形成し、磁器コンデンサ10を完
成させた。
【0014】次に、完成した磁器コンデンサの最大比誘
電率εmax とtan δと抵抗率ρと平均粒径Dを次の要領
で測定した。 (a) 最大比誘電率 磁器コンデンサを恒温槽に入れて−25℃から+85℃
まで温度を変化させた時の最大容量をインピーダンスア
ナライザを用いて1kHz、1Vの条件で測定し、この
最大容量と磁器基体との寸法に基づいて比誘電率を計算
した。 (b) tan δ(誘電損失) 20℃におけるtan δを測定した。 (c) 抵抗率ρ 磁器コンデンサを150℃にして一対の電極14、16
間に直流100Vを20秒間印加して絶縁抵抗を測定
し、この絶縁抵抗の値と磁器基体12の寸法とから抵抗
率ρを計算した。 (d) 平均粒径 電極14、16を形成する前の磁器基体12の表面を無
作為に5箇所選び、これ等を走査型電子顕微鏡で200
0倍又は5000倍に拡大して撮影し、これ等の写真か
ら200個の結晶粒子をランダムに選んで切片法により
大きさを測定し、平均値を求めて平均粒径とした。な
お、磁器基体12における巨大粒子の有無も調べた。こ
の巨大粒子の判定は平均粒径を測定した磁器基体12の
表面を電子顕微鏡で100倍に拡大して観察し、平均粒
径Dの10倍以上の粒子を巨大粒子とした。表2は各試
料の電気特性、平均粒径及び巨大粒子の有無を示す。
【0015】
【表2】
【0016】試料NO. 1の場合には表2から明らかなよ
うに、最大比誘電率εmax が23000、誘電損失tan
δが0.52%、抵抗率ρが1.20×107 MΩ・c
m、平均粒径が2.8μmであり、また巨大粒子は存在
しなかった。
【0017】試料NO. 2〜23においても試料NO. 1と
同様な方法で磁器コンデンサを作り、同様な方法でε
max 、tan δ、ρ、Dを測定し、また巨大粒子の有無を
判定した。
【0018】表1及び表2から明らかなように、本発明
で特定した組成を満足する試料NO.1、3、4、7、
8、11、12、15、16、19、20、22、23
の磁器コンデンサは、本発明で目標としている−25℃
〜+85℃の範囲における最大比誘電率εmax が140
0以上、20℃のtan δが1.5%以下、150℃にお
ける抵抗率ρが5×106 MΩ・cm以上、平均粒径D
が5μm以下、巨大粒子無しを満足している。一方、表
1及び表2の試料NO. 2、5、6、9、10、13、1
4、17、18、21の磁器コンデンサは本発明で目標
とする特性を得ることができないので、本発明以外のも
のである。
【0019】次に、誘電体磁器の組成の限定理由を述べ
る。試料NO. 2に示すように、βが0の場合には巨大粒
子が発生し、またεmax が14000未満になる。しか
し、試料NO. 3に示すように、βが0.01の場合には
所望特性が得られる。従って、βの下限値は0.01で
ある。試料NO. 5に示すようにβが0.13の場合には
εmax が14000未満になる。しかし、試料NO. 4に
示すようにβが0.12の場合には所望特性が得られ
る。従って、βの上限値は0.12である。
【0020】試料NO. 6に示すようにγが0.002の
場合には巨大粒子が発生し、ρも目標値未満になる。し
かし、試料NO. 7に示すようにγが0.003の場合に
は所望特性が得られる。従って、γの下限値は0.00
3である。試料NO. 9に示すようにγが0.035の場
合にはεmax が14000未満である。しかし、試料N
O. 8に示すようにγが0.030の場合には所望特性
が得られる。従って、γの上限値は0.030である。
【0021】試料NO. 10に示すようにkが0.994
の場合には巨大粒子が発生する。しかし、試料NO. 11
に示すようにkが0.996の場合には所望特性が得ら
れる。従って、kの下限値は0.996である。試料N
O. 12に示すように、kが1.035の場合には緻密
な焼結体が得られない。しかし、試料NO. 12に示すよ
うにkが1.030の場合には所望特性が得られる。従
ってkの上限値は1.030である。
【0022】試料NO. 14に示すように、xが0.08
0の場合にはεmax が14000未満になり、且つtan
δが1.5%よりも大きくなる。しかし、試料NO. 15
に示すようにxが0.100の場合には所望特性が得ら
れる。従ってxの下限値は0.100である。試料NO.
17に示すように、xが0.260の場合にはεmax
14000未満になる。しかし、試料NO. 16に示すよ
うにxが0.24の場合には所望特性が得られる。従っ
て、xの上限値は0.24である。
【0023】なお、αは、0.996≦k=α+β+γ
≦1.030の式を満足する範囲の値になる。
【0024】試料NO. 18に示すように、MnOが0.
02重量部の場合にはρが5×106 MΩ・cm未満に
なり、且つ平均粒径Dが5μmよりも大きくなる。しか
し、試料NO. 19に示すようにMnOが0.05重量部
の場合には所望特性が得られる。従って、MnOの添加
量の下限値は0.05重量部である。試料NO. 21に示
すようにMnOが0.60の場合にはεmax が1400
0未満になり、且つρが5×106 MΩ・cm未満にな
る。しかし、試料NO. 20に示すようにMnOが0.5
0重量部の場合には所望特性が得られる。従って、Mn
Oの添加量の上限値は0.50重量部である。
【0025】
【第2の実施例】図2は第2の実施例の積層型磁器コン
デンサ18を示す。この磁器コンデンサ18は誘電体磁
器基体20と、複数の第1の内部電極22と、複数の第
2の内部電極24と、第1及び第2の外部電極26、2
8とから成る。誘電体磁器基体20は、図1の誘電体磁
器基体12と同様に、 (BaαCaβErγk )(Ti1-x Zrx 2 ) から成る100重量部の基本成分と、0.005〜0.
50重量部の酸化マンガンとから成る組成物で形成され
ている。第1及び第2の内部電極22、24は誘電体磁
器基体20にそれぞれ埋設され、これ等の一端が誘電体
磁器基体20の一対の側面に露出し、ここに設けられた
第1及び第2の外部電極26、28に接続されている。
第1及び第2の内部電極22、24は誘電体磁器基体2
0の一部から成る誘電体磁器層を介して互いに対向して
いるので、これ等の容量を得ることができる。
【0026】積層型磁器コンデンサを製造する時には、
周知のように、誘電体磁器材料から成るグリーンシート
(未焼成セラミックシート)を複数枚用意する。次に複
数のグリーンシートに第1及び第2の内部電極22、2
4を得るためのAg(銀)とPd(パラジウム)との混
合物を導電材料とする導電ペーストを所望パターンに塗
布して積層し、更にこの上下に導電ペーストを重ね、こ
れ等を圧着した後に、所望形状にカッティングして焼成
する。これにより、図2に示す第1及び第2の内部電極
22、24を伴なった磁器基体20が得られる。しかる
後、磁器基体20の側面に導電ペースト(Agペース
ト)を塗布して焼付けることによって第1及び第2の外
部電極26、28を形成する。
【0027】図2の積層コンデンサ18についても、図
1の磁器コンデンサ10と同様に表1の試料NO. 1、
3、4、7、8、11、12、15、16、19、2
0、22、23と同一の組成の試料をそれぞれ作成し、
これ等のεmax 、tan δ、ρ、D、及び巨大粒子を測定
したところ、本発明の目標特性を満足していた。
【0028】
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 焼成温度は例えば1000〜1400℃の範囲
で変えることができる。また、仮焼の温度を例えば10
00〜1300℃の範囲で変えることができる。
(2) 誘電体磁器材料の出発物質として、Er2 3
の代りにEr(OH)3 等のエルビニウム化合物を使用
することができる。 (3) 誘電体磁器材料の出発物質としてMnOの代り
に、Mn3 4 、Mn2 3 、MnO2 等の酸化物、M
n(OH)2 、MnO(OH)等の水酸化物を使用する
ことができる。 (4) 内部電極を得るための導電材料として、Ag
(銀)Pd(パラジウム)との混合物の代りにPb(パ
ラジウム)100%を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の磁器コンデンサを示す正面図で
ある。
【図2】第2の実施例の積層磁器コンデンサを示す断面
図である。
【符号の説明】
12 誘電体磁器基体 14、16 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋谷 和行 東京都台東区上野6丁目16番20号 太陽 誘電株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−115409(JP,A) 特開 平3−109256(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (BaαCaβErγ)(Ti
    1−xZrを満足する数値、 から成る100重量部の基本成分と、 0.05〜0.50重量部の酸化マンガンと、 から成り、且つこれ等以外の成分を実質的に含まないも
    のであり、且つ大気中で焼成されたものであり、且つ−
    25℃〜+85℃の範囲における比誘電率の最大値が1
    4000以上であり、20℃のtanδが1.5%以下
    であり、150℃における抵抗率が5×10MΩ・c
    m以上であり、結晶粒子の平均径が5μm以下であるこ
    とを特徴とする誘電体磁器。
  2. 【請求項2】 誘電体磁器基体と、この誘電体磁器基体
    に接触している少なくとも2つの電極から成る磁器コン
    デンサであって、前記誘電体磁器基体が、 (BaαCaβErγ)(Ti1−xZrを満足する数値、 から成る100重量部の基本成分と、 0.05〜0.50重量部の酸化マンガンと、 から成り、且つこれ等以外の成分を実質的に含まないも
    のであり、且つ大気中で焼成されたものであり、且つ−
    25℃〜+85℃の範囲における比誘電率の最大値が1
    4000以上であり、20℃のtanδが1.5%以下
    であり、150℃における抵抗率が5×10MΩ・c
    m以上であり、結晶粒子の平均径が5μm以下であるこ
    とを特徴とする誘電体磁器コンデンサ。
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