JP3078378B2 - 磁器コンデンサ - Google Patents

磁器コンデンサ

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JP3078378B2
JP3078378B2 JP03346503A JP34650391A JP3078378B2 JP 3078378 B2 JP3078378 B2 JP 3078378B2 JP 03346503 A JP03346503 A JP 03346503A JP 34650391 A JP34650391 A JP 34650391A JP 3078378 B2 JP3078378 B2 JP 3078378B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の利用分野】本発明は、磁器コンデンサに関する
もので、特に誘電率の使用温度範囲における変化が小さ
い磁器コンデンサに関するものである。
【0002】
【従来技術】磁器コンデンサは、回路を構成する電子部
品としてあらゆる分野で多様されている。この磁器コン
デンサは、特性上、高誘電率、低誘電損失、高絶縁性で
あることが要求され、さらに、誘電率の温度に対する変
化率が小さいこと(静電容量の温度特性の平坦化)が要
求される。
【0003】このような磁器コンデンサにおいて用いら
れる誘電体としては、前記要件を満足させるために、あ
らゆる組成が検討されている。例えば、BaTiO3
それ自体強誘電体で、そのキュリー温度が125〜13
0℃であることが知られているが、その誘電率の温度依
存性が大きいために、Nb2 5 、ZnO、CoO等を
添加してこれを補正することが行われている。また、誘
電体を好ましい特性にするために、BaTiO3 とCa
TiO3 或いはCaZrO3 などを混合し仮焼しこれら
の固溶体を作成する方法も一般的に行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】コンデンサに要求さ
れる特性の内、誘電率を高くし、誘電損失を低減した材
料は、数多く存在するが、これらの誘電体にはキュリー
温度が存在するために、温度の変化に対してキュリー温
度を境に誘電率は必然的に増減する。この誘電率の温度
変化を小さくするために、例えば誘電体の組成を制御す
ることが従来から行われているが温度変化を小さくすれ
ば、比誘電率が低下してしまうという問題が発生してい
た。
【0005】しかも、温度特性を改善するためにそれぞ
れの温度特性の曲線を相殺するような温度特性をもった
複数の材料を所定の割合で調合し、混合、焼成すること
により温度特性の平坦化を達成しようとしても、一般に
両者が互いに反応し両者の特性を保存しないで両者と全
く異なるものになってしまうために温度特性の平坦化は
達成出来ないのが現状である。
【0006】本発明は、上記の問題点に対して、より容
易な方法により誘電率(静電容量)の温度特性の平坦化
を図ることのできる構造を有する磁器コンデンサを提供
することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、キュリー温度
が異なる複数種の誘電体層を内部電極を介して複数枚積
層して積層体を形成するとともに、該キュリー温度の異
なる複数種の誘電体層が電気的に並列になるように接続
することにより誘電率の温度特性を平坦化した積層型の
磁器コンデンサにおいて、前記複数の誘電体層は、キュ
リー温度が0℃〜30℃の第1の誘電体層と、前記第1の
誘電体層よりも低いキュリー温度を有する第2の誘電体
層と、前記第1の誘電体層のキュリー温度よりも高いキ
ュリー温度を有する第3の誘電体層とよりなり、前記積
層体の最上部の誘電体層と最下部の誘電体層が同一成分
からなることを特徴とする磁器コンデンサである。
【0008】また、その具体的な構成例として、キュリ
ー温度の異なる複数種の誘電体層を内部電極を介して複
数枚積層するとともに、該キュリー温度の異なる複数種
の誘電体層が電気的に並列になるように接続することを
特徴とするものである。
【0009】さらに、キュリー温度の異なる複数種の誘
電体の具体的な組合せとして、キュリー温度が0℃〜3
0℃の第1の誘電体と、前記第1の誘電体のキュリー温
度よりも低いキュリー温度を有する第2の誘電体と、前
記第1の誘電体のキュリー温度よりも高いキュリー温度
を有する第3の誘電体を用いることを特徴とするもので
ある。
【0010】以下、本発明を詳述する。キュリー温度が
異なる誘電体を電気的に並列に接続した場合、それぞれ
の誘電体からなるコンデンサの静電容量をCiとする
と、接続により合成された静電容量Cは、下記数1
【0011】
【数1】
【0012】で表される。また、かかるコンデンサ個々
の静電容量の温度特性と、合成されたコンデンサにおけ
る静電容量の温度特性との関係は下記数2
【0013】
【数2】
【0014】で表されることに着目したものである。
【0015】本発明は、かかる式に基づき、使用温度範
囲、具体的には−30℃〜+85℃の温度範囲におい
て、+25℃の誘電率に対して±10%以内になるよう
に誘電体を選択する。
【0016】また、かかる誘電体の材料としての具体的
な組合せ例としては、キュリー温度が0℃〜30℃の第
1の誘電体に対して、第1の誘電体のキュリー温度より
も低温側にキュリー温度を有する第2の誘電体と、第1
の誘電体のキュリー温度よりも高温側にキュリー温度を
有する第3の誘電体を用いる。これは、コンデンサの使
用温度が−30℃〜+85℃であり、+25℃の誘電率
を基準にすることから、前記第1の誘電体を基準にし
て、このキュリー温度より高温側および低温側で誘電率
が低下するのを、第2および第3の誘電体で補償しよう
とするものである。よって、上記構成において、第2あ
るいは第3の誘電体のいずれが欠けても、−30℃〜+
85℃という広い温度範囲において、誘電率の温度変化
を±10%以内に制御することが難しく、また、誘電体
が第2および第3の誘電体のみからなる場合では、場合
によっては温度特性の平坦化が達成されるが、その時の
誘電率の値は、第2および第3の誘電体のキュリー温度
での誘電率(最高値)に対し低いものとなるため望まし
くない。
【0017】上記構成において、キュリー温度が0℃〜
30℃の第1の誘電体としては、特願平3−15682
7号に示されるようなPb(Mg1/3 Nb2/3 )O3
28.2〜76.9モル%、Pb(Zn1/3 Nb2/3
3 が21.2〜65.8モル%、Pb(Sm1/2 Nb
1/2 )O3 が8.4モル%以下の組成からなり、さらに
この主成分に対してBaTiO3 を10モル%以下、あ
るいはMnO2 を0.01〜0.6重量%の割合で添加
したものが好適に使用される。
【0018】また、第1の誘電体のキュリー温度よりも
低温側にキュリー温度を有する第2の誘電体としては、
特願平3−306098号に示されるようなPb(Mg
1/3 Nb2/3 )O3 が87〜94%、Pb(Sm1/2
1/2 )O3 が1.0〜10.0モル%、あるいはこれ
にBaTiO3 を12.0モル%以下の割合で添加して
なる誘電体が好適に使用される。
【0019】さらに、誘電体はその性質上、キュリー温
度から低温側の領域で、誘電損失が増大する傾向にあ
る。かかる傾向は、高温側にキュリー温度を有する第3
の誘電体を用いる組合せにおいて、使用温度領域で誘電
率の温度特性を平坦化できても誘電損失が高くなること
を意味している。よって、実用的には、第1の誘電体よ
りも高温側にキュリー温度を有する第3の誘電体として
は、キュリー温度の低温側において誘電損失(tan
δ)が1.0%以下の小さい特性を有する誘電体を選択
することが必要である。このようなキュリー温度より低
温側において誘電損失が小さい特性を有する誘電体とし
ては、例えば、Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 が26.
5〜48.0モル%と、Pb(Zn1/3 Nb2/3 )O3
が37.1〜63.7モル%、Pb(Sm1/3
2/3 )O3 が1.0〜3.5モル%、PbTiO3
1.0〜13.9モル%とからなる主成分100重量部
に対して、さらにMnO2 を0.3〜0.6重量部の割
合で添加した組成からなるものが好適に使用される。
【0020】次に、上記構成を積層磁器コンデンサに適
用する場合について図3を参照しつつ説明する。積層磁
器コンデンサ1は、複数の誘電体層2が積層され、該誘
電体層間には内部電極3が配置され、内部電極3は外部
電極4と電気的に接続される。本発明における磁器コン
デンサによれば、誘電体層2をキュリー温度の異なる複
数の誘電体層より構成する。
【0021】積層の方法については、組み合わせる誘電
体の種類や各誘電体の層数により適宜各種の積層形態が
採用できるが、例えば、キュリー温度の異なる誘電体と
して前述したような3種類の誘電体A、B、Cを用いる
場合には、図3に示すようにAABBCCのように各誘
電体毎に群をなす形態や、ABCABCAのように交互
に積層する形態、あるいはCBAABCのように対称と
なる形態等のいずれでも採用できるが、積層体の最上部
と最下部が同一の成分からなることが内部応力の大きな
偏りを避ける上で望ましい。
【0022】なお、上記積層形態において、望ましくは
キュリー温度の異なる誘電体層間は内部電極3により分
離されていることが望ましく、その場合の分離用内部電
極は外部電極と接続されていなくてもよい。
【0023】
【作用】本発明によれば、単一の誘電体において高誘電
率を維持しつつ誘電体の温度特性を平坦化することは、
原理的にも困難であったが、本発明に基づき、キュリー
温度が異なる特定の誘電体を用い、これらを並列に接続
することにより、高いキュリー温度を維持したまま、誘
電率の使用温度範囲における温度変化を小さく制御する
ことができる。
【0024】また、このような誘電体を内部電極を用い
て積層することにより、誘電率の温度特性に優れた積層
型磁器コンデンサとして小型化が可能となり、その実用
性を高めることができる。
【0025】
【実施例】実施例1 キュリー温度が異なる3種の誘電体を作成した。各誘電
体の組成は、第1の誘電体が49モル%のPb(Mg
1/3 Nb2/3 )O3 と、44.1モル%のPb(Zn
1/3 Nb2/3 )O3 と、4.9モル%のBaTiO
3 と、2モル%のPb(Sm1/2 Nb1/2 )O3 に対し
て、さらにMnOを0.10重量%添加した組成からな
る。
【0026】また、第2の誘電体は、94モル%のPb
(Mg1/3 Nb2/3 )O3 と、1モル%のBaTiO3
と、5モル%のPb(Sm1/2 Nb1/2 )O3 からな
る。
【0027】さらに第3の誘電体は、35.5モル%の
Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 と、55.5モル%のP
b(Zn1/3 Nb2/3 )O3 と、6.9モル%のPbT
iO3 と、2.1モル%のPb(Sm1/2 Nb1/2 )O
3 に対して、さらにMnO2 を0.40重量%添加した
組成からなる。
【0028】これらの誘電体磁器は、いずれも上記組成
からなる成形体を1030℃で2時間焼成したもので、
その厚みは650μmである。なお、これらの誘電体磁
器の特性は、表1に示す通りである。
【0029】次に、第1〜第3の誘電体の表面にそれぞ
れAgからなる一対の電極を両面に形成し、これを電気
的に並列に接続した。
【0030】得られたコンデンサに対して、同様に誘電
特性の測定を行った。その結果を表1に示した。また、
誘電率の温度特性に関し、個々の誘電体の温度特性曲線
と、合成された磁器コンデンサの温度特性曲線を図1に
示した。また、合成されたコンデンサの温度に対する誘
電損失の変化を図2に示した。
【0031】
【表1】
【0032】表1によれば、合成後のコンデンサは、誘
電率が5500程度のレベルで、温度特性が図1から明
らかなように−35℃〜80℃の温度範囲で+25℃の
誘電率に対する変化率が絶対値で10%以下のの優れた
特性を有するコンデンサを得ることができた。
【0033】また、この材料の組合せによれば、第3の
誘電体のキュリー温度よりも低温の領域での誘電損失が
小さいことから合成後のコンデンサの誘電損失が顕著に
低減された。
【0034】実施例2 出発原料としてPbO、MgO・Nb2 5 、ZnO、
Nb2 5 、BaTiO3 、PbTiO3 、Sm2 3
及びMnO2 の粉末を用い、これらを実施例1と同一の
組成からなる割合で調合して、第1〜第3の誘電体組成
物を得、これを800℃で3時間仮焼をおこなった。ま
た、粉砕はいずれも粉末の比表面積が4〜6m2 /gに
なるまでジルコニアボールを用いて湿式粉砕した。第1
〜第3の組成物粉末にそれぞれ分散剤と水を加え、さら
に有機エマルジョン結合剤を加えてドクターブレード法
によってそれぞれ厚さ25μmのグリーンシートに成形
した。
【0035】得られたグリーンシートにそれぞれAg7
0%、Pb30%からなる内部電極用金属ペーストを印
刷し、第1の誘電体Aシートを6枚、第2の誘電体Bお
よび第3の誘電体Cのシートはぞれぞれ5枚、合計16
枚をA−B−C−A−B−C・・・・A−B−C−Aと
なるように交互に積層して個々の素子に切断して、脱脂
処理を行ったのち、1030℃で2時間、大気中にて焼
成した。
【0036】得られた焼成物に対して外部電極Agペー
ストを付与し、700℃で焼成した後、Ni及びSn電
気メッキを施した。こうして大きさ3.2mm××1.
6mmのチップ状の積層型磁器コンデンサを得た。
【0037】この積層型磁器コンデンサに対して、静電
容量(Cap)、誘電損失(tanδ)をLCRメータ
により1.0Vrms、1.00KHzにて測定し、絶
縁抵抗はIRメータにより、DC25V印加し1分後の
値を測定した。また容量抵抗積(CR)は25℃および
85℃の恒温層にてDC25℃印加後1分後の値を測定
した。さらに、破壊電圧(BDV)は耐電圧計により、
静電容量の温度特性(TCC)は−30℃〜85℃の恒
温槽にてLCRメータにより1.0Vrms、1.00
KHzにて測定した。
【0038】測定の結果、静電容量134.8nF、誘
電損失1.87%、絶縁抵抗1.4×105 MΩ、CR
(25℃)18870ΩF、CR(85℃)8660Ω
F、破壊電圧1160Vであり、優れた特性を示した。
【0039】また、静電容量および誘電損失の温度特性
を図4、図5に示した。これらの結果からも明らかなよ
うに、積層型磁器コンデンサとして誘電率が5800で
あり、従来の2倍の比誘電率を有し、且つ温度特性が−
30〜+85℃の温度で±10%以内である積層型の磁
器コンデンサを得ることができた。
【0040】
【発明の効果】以上、詳述した通り、本発明によれば、
キュリー温度の異なる複数の誘電体を組合せて、これら
を並列に接続したり、これらの誘電体を積層することに
より、高い誘電率あるいは静電容量を有しながらも誘電
率あるいは静電容量の温度特性に優れた磁器コンデンサ
を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における磁器コンデンサの誘電
体個々、および合成後のコンデンサの誘電体の温度に対
する変化を示した図である。
【図2】本発明の実施例における磁器コンデンサの誘電
損失の温度に対する変化を示した図である。
【図3】本発明における積層型の磁器コンデンサを説明
するための図である。
【図4】本発明の積層型の磁器コンデンサにおける静電
容量の温度に対する変化を示した図である。
【図5】本発明の積層型の磁器コンデンサにおける誘電
損失の温度に対する変化を示した図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 キュリー温度が異なる複数種の誘電体層
    を内部電極を介して複数枚積層して積層体を形成すると
    ともに、該キュリー温度の異なる複数種の誘電体層が電
    気的に並列になるように接続することにより誘電率の温
    度特性を平坦化した積層型の磁器コンデンサにおいて、 前記複数の誘電体層は、キュリー温度が0℃〜30℃の
    第1の誘電体層と、前記第1の誘電体層よりも低いキュリ
    ー温度を有する第2の誘電体層と、前記第1の誘電体層の
    キュリー温度よりも高いキュリー温度を有する第3の誘
    電体層とよりなり、前記積層体の最上部の誘電体層と最
    下部の誘電体層が同一成分からなることを特徴とする磁
    器コンデンサ。
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