JP3030558B2 - 誘電体磁器材料 - Google Patents

誘電体磁器材料

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JP3030558B2 JP63296585A JP29658588A JP3030558B2 JP 3030558 B2 JP3030558 B2 JP 3030558B2 JP 63296585 A JP63296585 A JP 63296585A JP 29658588 A JP29658588 A JP 29658588A JP 3030558 B2 JP3030558 B2 JP 3030558B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、低温で焼結でき、特性的には誘電率が低
く、また絶縁抵抗が高く、高いQを有し、しかも基板と
しても使用可能な誘電体磁器材料に関する。
(従来の技術) 電子機器の軽薄短小化に伴い、電子部品のチップ化が
進んでおり、チップ型の磁器コンデンサが数多く使用さ
れて来ている。従来の磁器コンデンサ用低誘電率材料と
して、従来より、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。
また、電子機器の小形化、高機能化に伴い、最近では
多層磁器基板が数多く使用され始めて来ており、この多
層磁器基板の材料として、一般的にアルミナが使用され
ている。
(発明が解決しようとする課題) 上述のように、従来の磁器コンデンサは、誘電体2が
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。
また、前記多層磁器基板として使用されるアルミナ
は、焼成温度が1500℃〜1600℃であるところから、W、
Mo等の高融点金属が導体材料として用いられているが、
これらは前記のように、焼成温度が高く、高価であると
いう問題点の他、電気抵抗が大きいために、電気信号の
伝達速度が遅いという問題点があった。
(課題を解決するための手段) 本発明者は、上記の問題点を解決し、安価なAg、Ag−
Pd等の導体が焼付け可能な800℃〜1000℃で焼成でき、
磁器基板としても使用できる誘電体磁器材料を検討し、
下記の組成のものがこの要求を満足するものであること
を見出した。
すなわち、本発明の誘電体磁器材料は、内部導体と共
に一体的に焼成されて積層型電子部品を構成し、かつ内
部導体としてAg系材料を用いるための誘電体磁器材料で
ある。
本発明の第1の誘電体磁器材料は、MgO・SiO2(MgO/S
iO2モル比=1.0〜2.0)100重量部に対して、低温焼成用
添加物としてCuOを1〜30重量部、Mn酸化物をMnOに換算
して0.6〜5重量部添加したものを混合し仮焼きして母
材とし、該母材100重量部に対してガラスを5〜200重量
部混合し焼結してなることを特徴とする。
また本発明の第2の誘電体磁器材料は、(CuXMg1-X
O・SiO2{x=0.05〜0.50,(CuXMg1-X)O/SiO2モル比
1.0〜2.2}100重量部に対して、低温焼成用添加物とし
てMn酸化物をMnOに換算して0.1〜15重量部、粒径が0.01
μm前後の超微粉であるSiO2を1〜10重量部添加したも
のを混合し仮焼きして母材とし、該母材100重量部に対
して、ガラスを5〜100重量部混合し、燒結してなるこ
とを特徴とする。
また本発明の第3の誘電体磁器材料は、(CuXMg1-X
O・SiO2{x=0.05〜0.50,(CuXMg1-X)O/SiO2モル比
1.0〜2.2}100重量部に対して、低温焼成用添加物とし
てMn酸化物をMnOに換算して0.1〜15重量部、粒径が0.01
μm前後の超微粉であるSiO2を1〜10重量部添加したも
のを混合し仮焼きして母材とし、該母材100重量部に対
して、ガラスを5〜100重量部、メタルのAgあるいはAg
−Cu合金を0.1〜10重量部混合し、燒結してなることを
特徴とする。
なお、本発明に用いるガラスとしては、PbO系ガラ
ス、中でもPbO40%〜60%、SiO230%〜45%、Al2O35%
〜10%、B2O30%〜15%(重量%)残部が微量成分から
なるガラスが用いられる。また、ZnO50%〜60%、SiO25
%〜10%、B2O320%〜30%(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、B
2O3、SiO2、ZrO2、TiO2、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。
前記第1の磁器材料において、MgO/SiO2モル比が1.0
より小さいかあるいは2.0より大きくなると、焼成温度
が高くなる傾向がある。
また、CuOは低温焼成を促進するもので、1重量部未
満の場合、焼成温度が高くなる傾向にある。また、CuO
が30重量部を超えるとQが低くなる傾向がある。
Mn酸化物は出発材料としてMnCO3が加えられ、焼成に
より酸化物となるもので、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、これはCuOがあれば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=0.5〜2の範囲内にあると考えられる
が、MnOに換算して0.5重量部以下では効果が薄く、前記
5重量部以上の添加量になると、反対に焼成温度が高く
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、焼成温度が高くなる
傾向があり、また、200重量部を超えると、収縮率が小
さくなる傾向がある。
前記第2および第3の誘電体磁器材料において、(Cu
XMg1-X)O/SiO2モル比が、1.0より小さいかあるいは2.2
より大きくなると焼成温度が高くなる傾向がある。
また、CuOが5モル%未満の場合、(x<0.05)焼成
温度が高くなる傾向にある。また、CuOが、50モル%を
越えると(x>0.5)Qが低くなる傾向がある。
Mn酸化物は、MnOに換算して、0.1未満、あるいは15重
量部より多い添加量になると、Qが低くなる傾向があ
る。
添加物としてのSiO2は、粒径が0.01μm前後の超微粉
により、表面を活性化したもので、低温焼成を助成する
作用をなすものである。
これも、ガラスがあれば、必ずしも必要ではなく、10
重量部より多い添加量になると、反対に焼成温度が高く
なる傾向がある。
又、燒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燒結助材
としての働きが不十分である上、焼成温度が高くなる傾
向があり、又、100重量部を超えると、収縮率が小さく
なる傾向がある。メタルのAgあるいは、Ag−Cu合金につ
いても、ガラスがあれば、必ずしも必要ではないが、メ
タルAgあるいはAg−Cu合金を添加すると、確かに燒結が
促進されていることが、電子顕微鏡写真により確認され
た。しかし、添加量が0.1重量部より少ないと、焼結性
の向上が顕著ではなく、10重量部を超えると、メタルAg
の析出量が大となり、絶縁抵抗が大きくばらつく傾向が
ある。
(実施例) 次に本発明の実施例を説明する。
[実施例1] まず市販の酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化銅、
炭酸マンガンを、MgO129.4g、SiO2120.6g、CuO25.0g、M
nCO32.5gとなるように秤量した。この場合、MgO/SiO2
ル比は1.60、CuOはMgSiO3100重量部に対して10重量部に
相当する。これらの粉体の混合物に対し、水1000gを加
え、ボールミルに入れ、16時間混合し、脱水乾燥した。
次にこの乾燥粉体を空気中で750g、2時間加熱するこ
とにより、仮焼成して母材とした。
このように仮焼成した母材としての粉末100重量部に
対し、ガラス(PbO40%〜60%、SiO230%〜45%、Al2O3
5%〜10%、B2O30%〜15%(重量%)、残部が微量成分
からなるガラス)を100重量部加え、その混合物50gに水
200gを加え、ボールミルに入れて24時間混合粉砕し、粉
砕後脱水乾燥した。
そして、この乾燥粉末15gに、接着剤としてエチルセ
ルロース(N−100)の12%溶液(溶媒はブチルカルビ
トール)7.5g、溶剤としてターピネオール20gを秤量
し、ライカイ機で2時間攪拌し、ペーストを作った。
このペーストおよびAg粉のペーストをスクリーン印刷
法により交互に積層して乾燥後、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誘電
体磁器材料を基体とし、かつ銀を内部導体とするチップ
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
(℃)、Shは収縮率(%)、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
示す。
表1から明らかなように、要求通りのコンデンサの特
性が得られたことがわかる。また、図面に示したコンデ
ンサ1の表面に各種素子を形成あるいは搭載することに
より、コンデンサ機能を有する基板として使用するに十
分な絶縁抵抗、破壊電圧を有し、かつ機械的強度の面に
おいても、十分満足するということがわかった。
[実施例2] 上記実施例1におけるCuOの添加量を変えて、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
を表2−1に示し、各試料の諸特性を表2−2に示す。
表2−2の特性は、コンデンサの特性として全て満足
できるものである。また、実施例1と同様に基板として
使用可能な特性を有している。
[実施例3] 上記実施例1におけるガラスの添加量を変えて、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
成を表3−1に示し、各諸特性を表3−2に示す。
表3−2の特性は、コンデンサの特性、および基板と
して使用可能な特性を全て備えたものである。
[実施例4] まず、市販の酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化
銅、炭酸マンガンをMgO34.3g、SiO236.7g、CuO29.0g、M
nCO310.0g,SiO2(超微粉)3.0gとなるように秤量した。
この場合、(CuXMg1-X)O・SiO2は(Cu0.3Mg0.7)O
・SiO2で、(Cu0.3Mg0.7)O/SiO2モル比は、1.99であ
り、MnCO3はMnOに換算して(Cu0.3Mg0.7)O・SiO2100
重量部に対して、6.2重量部に相当し、SiO2(超微粉)
は3重量部に相当する。
これらの粉体の混合物に対し、水400gを加え、ボール
ミルに入れ、16時間混合し、脱水乾燥した。
次にこの乾燥粉体を空気中で1000℃、2時間加熱する
ことにより、仮焼成して母材とした。
このように仮焼成した母材としての粉体100重量部に
対し、ガラス(PbO40%〜60%,SiO230%〜45%,Al2O35
%〜10%,B2O30%〜15%(重量%)、残部が微量成分か
らなるガラス)を5重量部加え、その混合物50gに水160
gを加え、ボールミルに入れて24時間混合粉砕し、粉砕
後脱水乾燥した。
そして、この乾燥粉末20gに、接着剤としてエチルセ
ルロース(N−100)の12%溶液(溶媒はブチルカルビ
トール)12g,溶剤としてターピネオール17gを秤量し、
ライカイ機で2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、乾燥後、焼成寸法4.5×3.2
mmのチップに切断し、890℃で2時間空気中で焼成して
誘電体磁器材料を基体とし、かつ銀を内部導体とするチ
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4に示す通りであっ
た。
表4において、絶縁抵抗IR(Ω)は70μm間隔の場合
を示す。
表4から明らかなように、要求通りのコンデンサの特
性が得られたことがわかる。又、図面に示したコンデン
サ1の表面に各種素子を形成あるいは搭載することによ
り、コンデンサ機能を有する基板として使用するに十分
な絶縁抵抗を有し、かつ機械的強度の面においても十分
満足するということがわかった。
[実施例5] 前記、実施例4におけるMnOの添加量を変えて、実施
例1と同じ方法でチップコンデンサを製造した。
その組成を表5−1に示し、各試料の諸特性を表5−
2に示す。
表5−2の特性は、コンデンサの特性として全て満足
できるものである。
又、実施例4と同様に基板として使用可能な特性を有
している。
[実施例6] 前記実施例4におけるCuOの置換量を変えて、実施例
4と同じ方法でチップコンデンサを製造した。
その組成を表6−1に示し、各諸特性を表6−2に示
す。
表6−2の特性は、コンデンサの特性、および基板と
して使用可能な特性を全て備えたものである。
[実施例7] 前記実施例4におけるSiO2(超微粉)の添加量を変え
て実施例4と同じ方法でチップコンデンサを製造した。
その組成を表7−1に示し、各諸特性を表7−2に示
す。
表7−2の特性は、コンデンサの特性、および基板と
して使用可能な特性を全て備えたものである。
[実施例8] 前記実施例4におけるガラスの添加量を変えて実施例
4と同じ方法でチップコンデンサを製造した。
その組成を表8−1に示し、各諸特性を表8−2に示
す。
表8−2の特性は、コンデンサの特性、および基板と
して使用可能な特性を全て備えたものである。
[実施例9] 前記実施例4におけるメタルAgおよびAg−Cu合金の添
加量を変えて実施例4と同じ方法でチップコンデンサを
製造した。
その組成を表9−1に示し、各諸特性を表9−2に示
す。
表9−2の特性は、コンデンサの特性、および基板と
して使用可能な特性を全て備えたものである。
(発明の効果) 本発明によれば、焼結温度を1000℃以下の例えば890
℃等に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、Ag−Pd等の導体
が焼付け可能となり、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
較しても劣らぬ特性のものを得ることができ、また、コ
ンデンサ機能を具備した基板として使用可能な特性のも
のを得ることができる。
【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61−275161(JP,A) 特開 昭62−21757(JP,A) 特公 昭42−19322(JP,B1) 特許150355(JP,C1)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部導体と共に一体的に焼成されて積層型
    電子部品を構成し、かつ内部導体としてAg系材料を用い
    るための誘電体磁器材料において、 MgO・SiO2(MgO/SiO2モル比=1.0〜2.0)100重量部に対
    して、低温焼成用添加物としてCuOを1〜30重量部、Mn
    酸化物をMnOに換算して0.6〜5重量部添加したものを混
    合し仮焼きして母材とし、 該母材100重量部に対してガラスを5〜200重量部混合し
    焼結してなる ことを特徴とする誘電体材料。
  2. 【請求項2】内部導体と共に一体的に焼成されて積層型
    電子部品を構成し、かつ内部導体としてAg系材料を用い
    るための誘電体磁器材料において、 (CuXMg1-X)O・SiO2{x=0.05〜0.50,(CuXMg1-X)O
    /SiO2モル比1.0〜2.2}100重量部に対して、低温焼成用
    添加物としてMn酸化物をMnOに換算して0.1〜15重量部、
    粒径が0.01μm前後の超微粉であるSiO2を1〜10重量部
    添加したものを混合し仮焼きして母材とし、 該母材100重量部に対して、ガラスを5〜100重量部混合
    し、焼結してなる ことを特徴とする誘電体磁器材料。
  3. 【請求項3】内部導体と共に一体的に焼成されて積層型
    電子部品を構成し、かつ内部導体としてAg系材料を用い
    るための誘電体磁器材料において、 (CuXMg1-X)O・SiO2{x=0.05〜0.50,(CuXMg1-X)O
    /SiO2モル比1.0〜2.2}100重量部に対して、低温焼成用
    添加物としてMn酸化物をMnOに換算して0.1〜15重量部、
    粒径が0.01μm前後の超微粉であるSiO2を1〜10重量部
    添加したものを混合し仮焼きして母材とし、 該母材100重量部に対して、ガラスを5〜100重量部、メ
    タルのAgあるいはAg−Cu合金を0.1〜10重量部混合し、
    焼結してなる ことを特徴とする誘電体磁器材料。
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