JP2915217B2 - 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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JP2915217B2
JP2915217B2 JP4225066A JP22506692A JP2915217B2 JP 2915217 B2 JP2915217 B2 JP 2915217B2 JP 4225066 A JP4225066 A JP 4225066A JP 22506692 A JP22506692 A JP 22506692A JP 2915217 B2 JP2915217 B2 JP 2915217B2
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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。また、これ等の磁器にMn(マンガン)の
化合物を含めることも公知である。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は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(誘電体損失)が1.5%以下
であり、150℃における抵抗率が5×106 MΩ・c
m以上である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、 (Ba1-x Cax )(Ti1-y Zry )O3 ここで、xは0.01〜0.10の範囲の数値、yは
0.10〜0.24の範囲の数値、のみから成る100
モル部の基本成分と、Er2 O3 に換算して0.1〜
2.0モル部のエルビウム化合物と、MnOに換算して
0.03〜0.30モル部のマンガン化合物とから成
り、且つ酸化亜鉛を含まず且つ−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】
【発明の作用及び効果】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
比誘電率εmax が14000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以上になる。本発明の磁器に含まれているエ
ルビウム(Er)化合物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、エルビウム化合物は誘電
体磁器を構成している結晶粒子の平均粒径を例えば5μ
m以下のように小さくする作用を有する。またエルビウ
ム化合物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。この結晶粒子
の大小は特に積層型磁器コンデンサにおける一対の電極
間の誘電体磁器を薄くする時に問題になる。
【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を形成するために、ま
ず、チタン酸ジルコン酸バリウム・カルシウム化合物と
して(Ba1-x Cax )(Ti1-y Zry )O3 と、エ
ルビウム化合物としてエルビウム酸化物(Er2 3
と、マンガン化合物としてマンガン酸化物(MnO)と
を用意した。次に、(Ba1-x Cax )(Ti1-y Zr
y )O3 におけるx及びyの値と、Er2 3 及びMn
Oのモル部とを表1に示すように変化させて20種類の
試料のための20種類の誘電体磁器材料を用意した。
【0009】試料NO. 1の誘電体磁器材料に従うコンデ
ンサを作製する場合には、基本成分のモル比を示すxが
0.05、yが0.19であるので、次式を満足する基
本成分を用意する。 (Ba0.95 Ca0.05)(Ti0.81 Zr0.19)O3 なお、基本成分は、この各元素のモル比を満足するよう
にBaCO3 (炭酸バリウム)とCaCO3 (炭酸カル
シウム)とTiO2 とZrO2 とを混合し、これを仮焼
きすることによって得た。次に、100モル部(100
0.00g)の基本成分に対して0.30モル部(4.
85g)のEr2 3 と0.10モル部(0.30g)
のMnOとを付加し、これをボールミルにて約15時間
混合及び粉砕し、しかる後150℃、3時間乾燥するこ
とによって磁器材料の粉末を得た。次に、この磁器材料
の粉末に有機バインダを添加して攪拌したものを使用し
て直径10mm、厚さ0.4mmの円板状成形体をプレ
ス成形によって形成した。次に、この磁器材料の成形体
を空気中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フリットを含まない銀
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。
【0010】次に、完成した磁器コンデンサの最大比誘
電率ε maxとtanδと抵抗率ρと磁器基体の結晶の
径Dと異常粒子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) tanδ(誘電体損失) 20℃におけるtanδ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D 磁器基体125箇所を電子顕微鏡で2000倍又は5
000倍に撮影し、これ等の写真から200個の結晶粒
子をランダムに選んでこの寸法を測定し、平均値を求め
た。 (e) 異常粒子の判定 平均粒径Dを測定するために切断した磁器基体を電子顕
微鏡で100倍で観察し、結晶の平均粒径の10倍以上
の結晶の有無を調べ、10倍以上の結晶を異常粒子とし
た。
【0011】試料NO. 1の場合には、表1に示すよう
に、εmax は22000、tan δは0.42%、ρは
1.1×107 MΩ・cm、平均粒径Dは3.6μmで
あり、また異常粒子は存在していなかった。
【0012】試料NO. 2〜20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、及びDを測定し、更に異常粒子の有
無を判定した。なお、異常粒子は試料NO. 3及び9での
み発生し、この他の試料では発生しなかった。
【0013】
【表1】
【0014】表1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、2、5、8、10、1
4〜20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ε
max14000以上、20℃のtanδが1.5%
以下、150℃における抵抗率ρが5×10MΩ・c
m以上、平均粒径Dが5μm以下を満足している。ま
た、これ等では異常粒子が発生しない。表1の試料N
O.3、4、6、7、9、11、12、13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。
【0015】誘電体磁器の組成の限定理由を次に述べ
る。xの値が0の場合は、試料NO. 3に示すようにε
max が所望値未満であるばかりでなく、異常粒子が発生
する。一方、試料NO. 16に示すようにxの値が0.0
1になると、所望特性が得られる。従って、xの下限は
0.01である。試料NO. 4に示すように、xの値が
0.12になると、εmax が所望値未満になる。一方、
試料NO. 5及び15に示すようにxの値が0.10の場
合には所望特性が得られる。従って、xの上限は0.1
0である。
【0016】試料NO. 6に示すようにyの値が0.08
の場合にはεmax が所望値未満となり、且つtan δが所
望範囲よりも大きくなる。一方、試料NO. 2に示すよう
にyの値が0.10になると所望の特性が得られる。従
って、yの下限は0.10である。試料NO. 7に示すよ
うにyの値が0.25の場合には、εmax が所望値未満
となる。一方、試料NO. 8に示すようにyが0.24に
なると所望特性が得られる。従って、yの上限は0.2
4である。
【0017】試料NO. 9に示すようにEr2 3 が0の
場合には結晶の平均粒径の10倍以上の異常粒子が生じ
る。一方、試料NO. 10に示すようにEr2 3 を0.
10モル部含めると、異常粒子が発生せず且つ所望の特
性を得ることができる。従って、Er2 3 の下限は
0.10モル部である。試料NO. 11に示すようにEr
2 3 が2.10モル部の場合にはεmax が所望値未満
になる。一方、試料NO.2に示すようにEr2 3
2.00モル部の場合には所望の特性を得ることができ
る。従って、Er2 3 の上限は2.00モル部であ
る。
【0018】試料NO.12に示すようにMnOが0.
02モル部の場合にはρが所望値未満である。一方、試
料NO.2に示すようにMnOが0.03モル部の場合
には所望の特性が得られる。従って、MnOの下限は
0.03モル部である。試料NO.13に示すようにM
nOが0.32の場合にはεmax及びρが所望値未満
である。一方、試料NO.14に示すようにMnOが
0.30モル部の場合には、所望の特性が得られる。従
って、MnOの上限は0.30モル部である。
【0019】
【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、 (Ba1-x Cax )(Ti1-y Zry )O3 から成る100モル部の基本成分と、0.1〜2.0モ
ル部のエルビウム酸化物と、0.03〜0.30モル部
のマンガン酸化物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2
0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20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、これ等の間に容量を得ることができる。
【0020】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、更にこの上下にグリーンシートを重ね、これ等
を圧着した後に、所望形状にカッテングして焼成する。
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。
【0021】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、
2、5、8、10、14〜20と同一の組成の種々の試
料を作成し、これ等のεmax 、tan δ、ρ、Dを測定し
たところ、本発明の目標特性を満足していた。また、異
常粒子の発生が見られなかった。
【0022】
【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) 基本成分(Ba1-x Cax )(Ti1-y
y )O3 を得るために、BaT3 とCaZrO3
とを適当な比率で配合すること、又はBa(Ti1-y
y )O3 とCaTiO3 とを適当な比率で配合するこ
と、又はBaTiO3 とCaTiO3 とBaZrO3
を適当な比率で配合することができる。 (2) 焼成温度は例えば1100〜1400℃の範囲
で変えることができる 。 (3) 誘電体磁器材料の出発物質として、Er2
3 の代りにEr(OH)3 等のエルビウム化合物を使
用することができる。 (4) 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。 (5) 基本成分を得るための仮焼工程を省いて、例え
ばBaTiO3 と、CaZrO3 と、Er2 3 と、M
nOとを混合し、この混合物の成形体を作って焼成して
もよい。
【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

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (Ba1-x Cax )(Ti1-y Zry )O3 ここで、xは0.01〜0.10の範囲の数値、 yは0.10〜0.24の範囲の数値、 のみから成る100モル部の基本成分と、Er2 O3 に換算して 0.1〜2.0モル部のエルビウ
    ム化合物と、MnOに換算して 0.03〜0.30モル部のマンガン
    化合物と から成り、且つ酸化亜鉛を含まず且つ−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つの電極とから成る磁器コン
    デンサであって、前記誘電体磁器基体が、 (Ba1-x Cax )(Ti1-y Zry )O3 ここで、xは0.01〜0.10の範囲の数値、 yは0.10〜0.24の範囲の数値、 のみから成る100モル部の基本成分と、Er2 O3 に換算して 0.1〜2.0モル部のエルビウ
    ム化合物と、MnOに換算して 0.03〜0.30モル部のマンガン
    化合物とから成り、且つ酸化亜鉛を含まず且つ−25℃
    〜+85℃の範囲における比誘電率の最大値が1400
    0以上であることを特徴とすることを特徴とする誘電体
    磁器コンデンサ。
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