JP3030557B2 - 誘電体磁器材料を用いた電子部品 - Google Patents

誘電体磁器材料を用いた電子部品

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JP3030557B2 JP63296584A JP29658488A JP3030557B2 JP 3030557 B2 JP3030557 B2 JP 3030557B2 JP 63296584 A JP63296584 A JP 63296584A JP 29658488 A JP29658488 A JP 29658488A JP 3030557 B2 JP3030557 B2 JP 3030557B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、低温焼結型で高いQ、高い絶縁抵抗および
高い破壊電圧を有する誘電体磁器材料を用いた電子部品
に係り、特に積層チップコンデンサとして用いるに好適
なものに関する。
(従来の技術) 磁器コンデンサ用誘電体材料として、従来より、チタ
ン酸バリウム系あるいは酸化チタン系の磁器材料が汎用
されている。これらの材料を用いて第1図に示すような
セラミックコンデンサ1(図中、2は誘電体、3は内部
電極、4は外部電極である。)を製造する場合は、誘電
体材料を一旦仮焼して粉砕した後、ペースト状にしてか
らシート状の誘電体2aを形成し、該誘電体2a上に電極3
を塗布し、これを図示のように積層して焼成したり、あ
るいは仮焼して粉砕した後、ペースト状にしてコンデン
サの形に誘電体2aを印刷し、その上に電極3を印刷する
という工程を繰返して積層化した後、焼成することによ
り製造していた。
(発明が解決しようとする問題点) このように、従来は、誘電体2がチタン酸バリウム系
あるいは酸化チタン系の磁器材料により構成されている
が、これらの材料は焼成温度が1200℃〜1400℃といった
高温であるため、内部電極3として、このような高温で
も安定なPtやPdといった非常に高価な材料を使用しなけ
ればならなかった。このため、焼成のための電力費がか
かり、また、コンデンサ等の素子1個当たりの電極費が
あまりにも大きすぎるという問題点があった。
(問題点を解決するための手段) 上記の問題点を解決するために本発明者等は研究を重
ねた結果、SrTiO3(SrO/TiO2モル比=0.950〜1.055)10
0重量部に対してCuOを1〜15重量部添加したもの、また
はさらにこれにMnOを1〜5重量部添加したものを主成
分とし、その主成分100重量部に対してガラスを5〜30
重量部混合し内部電極としてのAg系電極と共に860℃〜9
00℃で焼結して誘電体磁器材料として使用することによ
り、焼成温度を860℃〜900℃にすることを可能としたも
のである。その結果、この材料を例えば積層チップコン
デンサに使用すれば、高価なPtや電極Pd電極を使用する
ことなく、しかも高いQ、高い絶縁抵抗、高い破壊電圧
の誘電体磁器材料を用いた電子部品が提供できることを
見出したものである。
また、本発明は、SrTiO3(SrO/TiO2モル比=0.950〜
1.055)100重量部に対してCuOを1〜15重量部添加した
もの、またはさらにこれにMn酸化物をMnOに換算して0.5
〜1.5重量部添加したものに、CaTiO3(CaO/TiO2モル比
=1.0)100重量部に対してCuOを1〜20重量部添加した
もの、またはさらにこれにMn酸化物をMnOに換算して0.5
〜1.5重量部添加したものを、その混合率が2.5〜50重量
%となるように混合し、さらにその混合粉100重量部に
対してガラスを5〜30重量部混合し内部電極としてのAg
系電極と共に860℃〜900℃で焼結してなることを特徴と
するもので、前述の低温で焼結可能で、前述のように、
誘電率およびQの値の面で優れ、しかも焼結性の優れた
誘電体磁器材料を用いた電子部品を得ることを可能とし
たものである。
なお、本発明に用いるガラスとしては、ZnO系中融点
ガラス、中でもZnO50%〜60%、B2O320%〜30%、SiO25
%〜10%(重量%)残部が微量成分からなるガラスが用
いられる。その他、PbO−B2O3系、PbO−B2O3−SiO2系、
あるいはPbO、ZnO、Bi2O3、BaO、B2O3、SiO2、ZrO2、Ti
O2、Al2O3、CaO、SrOの群から選択された2種以上の金
属酸化物からなる中融点のガラスが用いられる。
(作用) 本発明において、誘電体磁器材料の組成を上記のよう
に設定した理由は次の通りである。
SrOは、出発材料としてSrCO3が用いられ、焼結によっ
てSrOとなるものであり、SrO/TiO2モル比が1.055以上に
なるとQ値が小さくなる傾向にある。また、SrO/TiO2
ル比が0.950以下になると、誘電率が小さくなる傾向に
ある。
SrTiO3(各添加物も含む)の仮焼温度は850℃以下に
なると焼結性が悪くなり素地がポーラスな状態になる傾
向にあり、1150℃以上でも同じような傾向がみられる
が、1150℃以上の場合は粉砕が困難となり微粒子が得ら
れないためと考えられる。
CuOは低温焼結を助成するもので、その添加はMnOがあ
れば必ずしも必要ではないが、その添加量が前記1重量
部より少ないと前記低温焼結が困難となり、かつ誘電率
が小さくなる傾向にあり、CaTiO3を含まないものにおい
て、CuOのSrTiO3に対する添加量が前記15重量部より大
きくなるとQ値が小さくなるという傾向がある。
Mn酸化物は、出発材料としてMnCO3が用いられ、焼結
によってMn酸化物となるものであり、CuOと同じく低温
焼成を助成する作用と還元防止材としての作用をなすも
のであるが、CuOが混合されていればこれは必ずしも必
要ではなく、またこのMn酸化物は上述のような焼成温度
において、MnOxの形態をなし、x=1〜2の範囲内ある
と考えられるが、MnOに換算して1重量部以下では効果
が薄く、前記CaTiO3を含まないものにおいて、5重量部
以上の添加量になると、Q値および誘電率が小さくなる
傾向がある。
また、焼結助材としてのガラスの量については、前記
主成分100重量部に対して5重量部より少ないと焼結助
材としての働きが不十分である上、Q値が小さくなり、
また、30重量部より多くなると誘電率が小さくなる傾向
にある。
CaTiO3を含むものにおいて、SrTiO3(各添加物を含
む)とCaTiO3(各添加物を含む)の混合率ではCaTiO3
2.5重量%より小になると混合の効果がうすいが、SrTiO
3:CaTiO3=70:30に焼結性のピークがあり、CaTiO350重
量%より多く混合すると焼結性が悪くなり誘電率も小さ
くなる。
また、CaTiO3を含むものにおいても、CuOの添加は必
ずしも必要ではないが、SrTiO3もしくはCaTiO3100重量
部に対して1重量部以上添加することにより、低温焼結
がより良好に行なわれ、誘電率も大きくなる傾向にあ
る。SrTiO3:CaTiO3=70:30の割合で使用する場合はSrTi
O3側にその100重量部に対してCuOを15重量部より多く添
加するとQ値が小さくなる傾向にあり、CaTiO3側にその
100重量部に対して20重量部より多く添加するとQ値が
小さくなる傾向にある。SrTiO3,CaTiO3の混合粉に対し
てCuOがトータル6重量%より多くなるとQ値が小さく
なる傾向にある。
CaTiO3を含むものにおいて、Mn酸化物は、CuOが混合
されていればこれは必ずしも必要ではなく、またこのMn
酸化物は上述のような焼成温度において、MnOxの形態を
なし、x=1〜2の範囲内にあると考えられるが、SrTi
O3もしくはCaTiO3100重量部に対してそれぞれMnOに換算
して0.5〜1.5重量部添加することによりQ値の向上に効
果がある。SrTiO3:CaTiO3=70:30の混合粉においてMnO
のトータル量が2重量%より多くなると誘電率が小さく
なる傾向がある。
また、焼結助材としてのガラスの量については前記主
成分100重量部に対して5重量部より少ないと焼結助材
としての働きが不十分である上、Q値が小さくなり、ま
た、30重量部より多くなると誘電率が小さくなる傾向に
ある。
(実施例) 次に本発明の実施例を説明する。
[実施例1] まず市販のSrCO3とTiO2と、焼成により生成するSrTiO
3におけるSrO/TiO2モル比が1:1となるように秤量し、そ
のSrCO3とTiO2のSrTiO3に換算した100重量部に対し、Cu
Oを1.0重量部、MnCO3をMnOに換算して1.0重量部となる
ように秤量し、これに純水200重量部、モノボール200重
量部加え、ボールミルに入れて16時間混合し、脱水乾燥
した。そしてこの乾燥粉末を50kg/cm2で仮プレスし、85
0℃で仮焼し、ライカイ機で30分粗粉砕した。
その粉末100重量部にガラス(ZnO50%〜60%、B2O320
%〜30%、SiO25%〜10%(重量%)、残部が微量成分
からなるガラス)を20重量部加え、ボールミルに入れて
24時間混合粉砕し、脱水乾燥した。
そして、乾燥粉末50gに、接着剤としてエチルセルロ
ース(N−100)を溶媒としてのターピネオールに8重
量%溶解した溶液18g、溶剤としてターピネオール40gを
秤量し、ライカイ機で3時間攪拌し、ペーストを作っ
た。
このペーストおよび内部電極形成のためのAg粉末のペ
ーストをスクリーン印刷法により交互に積層してチップ
コンデンサを作り、乾燥後、焼成寸法4.5×3.2mmのチッ
プに切断し、890℃で2時間空気中で焼成してチップコ
ンデンサを作成した。これにより得られた諸特性は表1
に示す通りであった。表1において、T2は焼成温度
(℃)、εは比誘電率、IRは絶縁抵抗(Ω)、VBは破
壊電圧(V)で50μm間隔の場合を示し、また、Shは収
縮率(%)である。
表1に示す本実施例の特性は、従来のコンデンサの特
性に比較しても劣らない特性である。
[実施例2] 上記実施例1におけるSrCO3、TiO2のモル比、CuO、Mn
Oの添加量、ガラスの添加量を変え、実施例1と同じ方
法でチップコンデンサを製造した。その組成と諸特性は
それぞれ表2−1、表2−2に示す通りであった。
[実施例3] まず市販のSrCO3とTiO2と、焼成により生成するSrTiO
3におけるSrO/TiO2モル比が1.025となるように秤量し、
そのSrCO3とTiO2のSrTiO3に換算した100重量部に対し、
CuOを1.0重量部、MnCO3をMnOに換算して1.0重量部とな
るように秤量し、またCaCO3とTiO2とを、これらを焼成
することにより生成するCaTiO3におけるCaO/TiO2モル比
が1.0となるように秤量し、そのCaCO3とTiO2のCaTiO3
換算した100重量部に対し、CuOを15重量部秤量し、この
両者を別々のボールミルに入れ、これらにそれぞれ純水
を250重量部加えて16時間混合し、脱水乾燥した。そし
てこの乾燥粉末を50kg/cm2で仮プレスし、1000℃でおの
おの仮焼し、ライカイ機で1時間粗粉砕した。その粉末
SrTiO3を35重量部、CaTiO3を15重量部にガラス粉末(Zn
O50〜60%,B2O320〜30%,SiO25〜10%(重量%)、残部
が微量成分からなるガラス)を2.5重量部加え、これに
純水160重量部加え、ボールミルに入れて24時間混合粉
砕し、脱水乾燥した。その乾燥粉末をさらに50kg/cm2
仮プレスし800℃で再仮焼を行いライカイ機で1時間粗
粉砕した。その粉末を再度ボールミルにて24時間微粉砕
し脱水乾燥した。
そして乾燥粉末50gに、接着剤としてエチルセルロー
ス(N−100)を溶媒としてのターピネオールに8重量
%溶解した溶液18g、溶剤としてターピネオール40gを秤
量し、ライカイ機で3時間攪拌し、ペーストを作った。
このペーストおよびAg粉末のペーストをスクリーン印
刷法により交互に積層してチップコンデンサを作り、乾
燥後、焼成寸法4.5×3.2mmのチップに切断し、890℃で
2時間空気中で焼成してチップコンデンサを作成した。
これにより得られた諸特性は表3に示す通りであった。
表3に示す本実施例の特性は、従来のコンデンサの特
性に比較しても劣らない特性である。特に誘電率ε
前記実施例に比較して優れており、Qの値も先願のもの
とほぼ同等の値が得られた。
[実施例4] 上記実施例3における工程を用い、CaTiO3を混入しな
いものにおいて、SrCO3,TiO2のモル比および仮焼温度を
変え、実施例3と同じ方法でチップコンデンサを製造し
た。その組成と諸特性はそれぞれ表4−1、表4−2に
示す通りであった。
表4−1、表4−2に示すように、ガラスの混合量を
前記実施例1のものより少なくすることにより、誘電率
εが200以上となるものが得られ、Qの値も前記実施
例1のものより大きな値が得られた。
[実施例5] 表5−1および表5−2は、SrTiO3に対するCaTiO3
混合比(重量比)を、100:0ないし50:50に変えた場合の
諸特性を示すものであり、SrTiO3に対するCaTiO3の混合
率が50:50以下より小さい場合、誘電率εが200以上と
なり、Qの値も前記先願のものより大きな値が得られ
た。
[実施例6] 表6−1、表6−2はSrTiO3に対するCaTiO3の混合比
(重量比)を70:30とし、SrTiO3あるいはCaTiO3に対す
るCuO、MnOの混合率を変えた場合の組成および諸特性を
それぞれ示すものであり、いずれも誘電率εとして20
0以上ないし200に近い高い値が得られた。だだしCuOの
量が増大すると、Qの値の低下が見られる。
[実施例7] また、CaTiO3を含まないものにおいて、ガラスの添加
量を20重量部、30重量部に増加させた場合の組成、特性
をそれぞれ表7−1、表7−2に示す。表7−1のよう
に、ガラスの混合量を主成分100部に対してそれぞれ2
0、30重量部と増大させた場合、表7−2のように、誘
電率εが低下する傾向がある。
(発明の効果) 請求項1,2によれば、焼結温度を860℃〜900℃と低温
化することができるため、焼成に要する電力費が低減さ
れると共に、電極としてAg等の導体が焼付可能となり、
これによって電極の価格低減が可能となる。また、従来
技術によるチップコンデンサと比較しても劣らない特性
のものを得ることができる。
請求項3,4によれば、請求項1の効果に加え、さらに
焼結性が良好になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の適用対象の一例であるチップコンデン
サを示す側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−4999(JP,A) 特開 昭59−227769(JP,A) 特開 昭53−29599(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SrTiO3(SrO/TiO2モル比=0.950〜1.055)
    100重量部に対してCuOを1〜15重量部添加したものを主
    成分とし、その主成分100重量部に対してガラスを5〜3
    0重量部混合し内部電極としてのAg系電極と共に860℃〜
    900℃で焼結してなることを特徴とする誘電体磁器材料
    を用いた電子部品。
  2. 【請求項2】SrTiO3(SrO/TiO2モル比=0.950〜1.055)
    100重量部に対してCuOを1〜15重量部、Mn酸化物をMnO
    に換算して1〜5重量部添加したものを主成分とし、そ
    の主成分100重量部に対してガラスを5〜30重量部混合
    し内部電極としてのAg系電極と共に860℃〜900℃で焼結
    してなることを特徴とする誘電体磁器材料を用いた電子
    部品。
  3. 【請求項3】SrTiO3(SrO/TiO3モル比=0.950〜1.055)
    100重量部に対してCuOを1〜15重量部添加したものに、
    CaTiO3(CaO/TiO2モル比=1.0)100重量部に対してCuO
    を1〜20重量部添加したものを、その混合率が2.5〜50
    重量%となるように混合し、さらにその混合粉100重量
    部に対してガラスを5〜30重量部混合し内部電極として
    のAg系電極と共に860℃〜900℃で焼結してなることを特
    徴とする誘電体磁器材料を用いた電子部品。
  4. 【請求項4】SrTiO3(SrO/TiO2モル比=0.950〜1.055)
    100重量部に対してCuOを1〜15重量部、Mn酸化物をMnO
    に換算して0.5〜1.5重量部添加したものに、CaTiO3(Ca
    O/TiO2モル比=1.0)100重量部に対してCuOを1〜20重
    量部、Mn酸化物をMnOに換算して0.5〜1.5重量部添加し
    たものを、その混合率が2.5〜50重量%となるように混
    合し、さらにその混合粉100重量部に対してガラスを5
    〜30重量部混合し内部電極としてのAg系電極と共に860
    ℃〜900℃で焼結してなることを特徴とする誘電体磁器
    材料を用いた電子部品。
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