JP3327045B2 - 誘電体ペースト及びそれを用いた厚膜コンデンサ - Google Patents
誘電体ペースト及びそれを用いた厚膜コンデンサInfo
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Description
荷容量形成材料として有用な誘電体ペースト、及びそれ
を用いた厚膜コンデンサに関する。
の構成素子などとして用いられており、誘電体として、
チタン酸バリウム系磁器を主成分とし、所望によりガラ
ス成分などを添加したものが主に用いられていた。例え
ば、特開昭51−48159号公報にはBaTiO3 −
CaSnO3 −CaSiO3 系磁器を誘電体として用い
る例が開示されており、特開昭51−150097号公
報にはBaTiO3 −(Pb,Sr)(Ti,Sn)O
3 とガラスとを誘電体として用いる例が開示されてい
る。
体粉末と所望によりガラス粉末とを有機ビヒクルに分散
させて誘電体ペーストとした後、例えばアルミナなどの
絶縁基板上にスクリーン印刷法などにより塗布し、その
後空気中で焼成して得られていた。
発展にともない、電子機器の基準信号発生用素子などと
して、圧電セラミックを用いたセラミック発振子が多く
用いられるようになってきている。そして、通常、この
セラミック発振子には発振回路構成上必要なコンデンサ
が接続されている。そして、近年、電子機器の小型化に
ともない、セラミック発振子などの電子部品も小型化の
要求が強くなってきている。
る負荷容量として、ディスクリートタイプのコンデンサ
のかわりに厚膜コンデンサを用いてコンデンサ内蔵セラ
ミック発振子を得る試みが行なわれている。
いた厚膜コンデンサの場合には、次のような問題点を有
していた。
高誘電率を得るために誘電体粉末を高率で含有させてい
るため、得られる誘電体膜の緻密性に問題があった。こ
のため、緻密性不足を補うためには、誘電体ペーストを
複数回印刷して膜厚を厚くしなければならなかった。さ
らに、緻密化させるためには、900℃以上の高温度で
の焼成が必要であった。
して、小型のコンデンサ内蔵型セラミック発振子を得る
ことができる誘電体ペースト及びそれを用いた厚膜コン
デンサを提供することにある。
め、本発明の誘電体ペーストは、xSiO 2 ―yB 2 O 3
―zPbO(但し、x、y、zはモル%)としたとき、
x、y、zが各点A(x=70、y=0、z=30)、
B(x=70、y=15、z=15)、C(x=10、
y=75、z=15)、D(x=10、y=0、z=9
0)を結ぶ領域内にあるガラス粉末と、鉛系ぺロブスカ
イト化合物からなる誘電体粉末と、有機ビヒクルとを含
有する誘電体ペーストであって、前記ガラス粉末と前記
誘電体粉末との全量に対して、ガラス粉末が35〜95
重量%、誘電体粉末が65〜5重量%であることを特徴
とする。
0〜500℃の範囲内にあることを特徴とする。
3 −zPbO(但し、x、y、zはモル%)としたと
き、x、y、zが各点A(x=70,y=0,z=3
0)、B(x=70,y=15,z=15)、C(x=
10,y=75,z=15)、D(x=10,y=0,
z=90)を結ぶ領域内にある主成分を70モル%以上
と、Al2 O3 、CaO、TiO2 、ZrO2 、BaO
及びMgOより選ばれた少なくとも1種類の添加成分を
全量で30モル%以下含有することを特徴とする。
膜コンデンサは、xSiO 2 ―yB 2 O 3 ―zPbO(但
し、x、y、zはモル%)としたとき、x、y、zが各
点A(x=70、y=0、z=30)、B(x=70、
y=15、z=15)、C(x=10、y=75、z=
15)、D(x=10、y=0、z=90)を結ぶ領域
内にあるガラスと、鉛系ぺロブスカイト化合物からなる
誘電体とを含有する層を誘電体層とする厚膜コンデンサ
であって、前記ガラスと前記誘電体との全量に対して、
ガラスが35〜95重量%、誘電体が65〜5重量%で
あることを特徴とする。
500℃の範囲内にあることを特徴とする。
zPbO(但し、x、y、zはモル%)としたとき、
x、y、zが各点A(x=70,y=0,z=30)、
B(x=70,y=15,z=15)、C(x=10,
y=75,z=15)、D(x=10,y=0,z=9
0)を結ぶ領域内にある主成分を70モル%以上と、A
l2 O3 、CaO、TiO2 、ZrO2 、BaO及びM
gOより選ばれた少なくとも1種類の添加成分を全量で
30モル%以下含有することを特徴とする。
振子の負荷容量として用いられていることを特徴とす
る。
の限定理由について説明する。まず、xSiO2 −yB
2 O3 −zPbO(但し、x、y、zはモル%)組成の
ガラスについて、三元組成図である図1を参照して説明
する。図1において各点A、B、C、Dを結ぶ領域内が
本発明の組成範囲内である。
ラスの軟化点が高くなり過ぎて、900℃以下の低温焼
成では誘電体膜が得られず好ましくない。一方、SiO
2 が少ない領域では、ガラスの溶融時の粘性が低下
し、誘電体ペースト焼成時にガラス成分が流れて広がっ
て所定寸法の均質な誘電体膜が得られず、短絡不良が発
生して好ましくない。又、B2 O3 の多い領域及びP
bOの少ない領域では、ガラスが水溶性となり、得ら
れる誘電体膜の耐湿性が劣化するため好ましくない。
O、TiO2 、ZrO2 、BaO及びMgOについて
は、その全量が30モル%を超える場合には、得られる
ガラスの軟化点が高くなって、900℃以下の焼成では
均質な誘電体膜が得られなくなり好ましくない。
系ペロブスカイト化合物からなる誘電体粉末と、有機ビ
ヒクルとを含有する誘電体ペーストを用いることによ
り、1回のスクリーン印刷による塗膜の形成と870℃
以下の低温焼成で、緻密な誘電体膜が得られる。
て、キュリー点が120〜500℃の範囲にある鉛系ペ
ロブスカイト化合物を用いることにより、静電容量の温
度係数が正の特性を示す厚膜コンデンサが得られる。
と誘電体粉末との全量に対して、ガラス粉末を35〜9
5重量%、誘電体粉末を65〜5重量%とすることによ
って、より緻密な誘電体膜が得られる。
いた厚膜コンデンサについて、図面を参照して説明す
る。
た厚膜コンデンサの断面図である。同図において、1は
絶縁基板、2は下層導体、3は本発明の誘電体ペースト
を塗布し焼成した誘電体層、4は上層導体である。
ガラス成分の出発原料として、SiO2 、B2 O3 、P
bO、Al2 O3 、CaO、TiO2 、ZrO2 、Ba
O及びMgOをそれぞれ準備し、これらを表1に示すガ
ラス組成となるように混合した後、得られた混合物を1
100〜1500℃の温度下で溶融させて溶融ガラスを
作製した。その後、この溶融ガラスを純水中に投入して
急冷した後、粉砕してガラス粉末を得た。
b0.97Sr0.03){(Sb0.5 Sn0.5 )0.05Zr0.46
Ti0.49}O3 で表される鉛系ペロブスカイト化合物の
磁器を粉砕して誘電体粉末を得た。
有機ビヒクルとともに、ガラス粉末/誘電体粉末/有機
ビヒクル=35/35/30(重量比)となるように調
合し、混練して誘電体ペーストを作製した。なお、有機
ビヒクルはアクリル樹脂をα−テルピネオールに溶解し
たものを用いた。
て、図1に示す厚膜コンデンサを作製した。
備し、その上にAg/Pdペーストをスクリーン印刷
し、850℃で焼成して直径8mmの下層導体2を形成
し、コンデンサの一方の電極とした。その後、先に作製
した誘電体ペーストをスクリーン印刷し、表2に示す温
度で焼成して、下層導体2の上に直径6mmの円板状の
誘電体層3を形成した。次に、熱硬化性のAgペースト
をスクリーン印刷し加熱して、誘電体層3の上に直径4
mmの上層導体4をコンデンサの他方の電極として形成
した。以上のようにして、厚膜コンデンサを完成させ
た。
極としたコンデンサの特性を測定して、誘電体層3の特
性を評価した。即ち、周波数1MHz、電圧1Vrm
s、温度25℃の条件で静電容量及び誘電損失を測定
し、得られた静電容量とコンデンサの寸法より比誘電率
(εr)を算出した。又、100VDCを1分間印加し
て絶縁抵抗(IR)を測定した。又、−20〜80℃間
での静電容量の温度係数(TCC)を周波数1MHz、
電圧1Vrmsで測定した。以上の結果を表2に示す。
を用いることにより、比誘電率が19〜35、誘電損失
が1.0%以下、絶縁抵抗(IR)がlogIRに換算
して9Ωを超え、静電容量の温度係数が0.04〜0.
07%/℃の正の傾きを有する厚膜コンデンサを得るこ
とができる。又、この厚膜コンデンサは、870℃以下
の焼成で得ることができる。
に示すガラス粉末と、同じく実施例1で用いたPb系ペ
ロブスカイト化合物の誘電体粉末とを表3に示す比率と
なるように混合し、それに有機ビヒクルを(ガラス粉末
+誘電体粉末)/有機ビヒクル=70/30(重量比)
となるように添加し、混練して誘電体ペーストを作製し
た。なお、有機ビヒクルは、実施例1と同様に、アクリ
ル樹脂をα−テルピネオールに溶解したものを用いた。
て、実施例1と同様にして、厚膜コンデンサを作製し
た。その後、実施例1と同様にして、得られた厚膜コン
デンサの特性、即ち、静電容量、誘電損失、比誘電率、
絶縁抵抗及びTCCを求めた。以上の結果を表4に示
す。
においては、ガラス粉末と誘電体粉末との比は、ガラス
粉末が35〜95重量%、誘電体粉末が65〜5重量%
が好ましい。即ち、ガラス粉末が35重量%未満、即ち
誘電体粉末が65重量%を超える場合は、試料番号2−
7及び2−8に示すように、誘電損失が大きくなり、絶
縁抵抗(IR)が低下するため好ましくない。このこと
は、ガラス粉末の含有量が35重量%未満の場合には、
誘電体ペーストの印刷回数1回、850℃焼成では緻密
な膜が得られないことを示しており、耐湿信頼性などの
特性劣化を引き起こす。
いた厚膜コンデンサを組み込んだセラミック発振子につ
いて説明する。図3は、本実施例で得たセラミック発振
子の断面図である。同図において、11は絶縁基板、2
a及び2bは下層導体、3a及び3bは誘電体ペースト
を塗布し焼成した誘電体層、4a及び4bは上層導体、
5a及び5bは導電接着剤、6は圧電セラミックからな
る共振子エレメントである。
て説明する。まず、誘電体ペーストを準備した。即ち、
ガラス成分の出発原料として、SiO2 、B2 O3 、P
bO、Al2 O3 、CaO、TiO2 及びZrO2 をそ
れぞれ準備し、これらを表5に示すガラス組成となるよ
うに混合した後、実施例1と同様にしてガラス粉末を得
た。その後、得られたガラス粉末と、実施例1で用いた
Pb系ペロブスカイト化合物の誘電体粉末とを表5に示
す比率となるように混合し、それに有機ビヒクルを(ガ
ラス粉末+誘電体粉末)/有機ビヒクル=70/30
(重量比)となるように添加し、混練して誘電体ペース
トを作製した。なお、有機ビヒクルは、実施例1と同様
に、アクリル樹脂をα−テルピネオールに溶解したもの
を用いた。
て、図3に示すセラミック発振子を作製した。
準備し、その上にAg/Pdペーストをスクリーン印刷
し、850℃で焼成して2.5mm角の下層導体2a、
2bを形成し、コンデンサの一方の電極とした。その
後、先に作製した誘電体ペーストをスクリーン印刷し8
50℃で焼成して、下層導体2a、2bの上に2.0m
m角の誘電体層3a、3bを形成した。次に、熱硬化性
のAgペーストをスクリーン印刷し加熱して、誘電体層
3a、3bの上に1.5mm角の上層導体4a、4bを
コンデンサの他方の電極として形成した。その後、さら
に、上層導体4a、4bの上に、導電接着剤5a、5b
を用いてPZT圧電セラミックからなる共振子エレメン
ト6を固着させた。以上のようにして、図3に示す厚膜
コンデンサを組み込んだセラミック発振子を完成させ
た。
て、発振周波数の初期ばらつき、発振周波数の温度特性
(−40〜125℃間)及び共振抵抗を求めた。以上の
結果を表6に示す。
を用いた厚膜コンデンサを用いることにより、発振周波
数の変動の少ないセラミック発振子を得ることができ
る。
厚膜コンデンサを用いることができるため、低背であっ
て小型のコンデンサ内蔵型のセラミック発振子を得るこ
とができる。
スカイト化合物からなる誘電体が(Pb0.97Sr0.03)
{(Sb0.5 Sn0.5 )0.05Zr0.46Ti0.49}O3 の
場合について説明したが、本発明はこれのみに限定され
るものではない。即ち、PbTiO3 系、PbTiO3
−Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 系、PbTiO3 −P
b(Mg1/2 W1/2 )O3 系、PbTiO3 −Pb(Z
n1/3 Nb2/3 )O3系、PbZrO3 系、PbZrO
3 −Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 系、PbZrO3 −
Pb(Mg1/2 W1/2 )O3 系、PbZrO3 −Pb
(Ni1/2 W1/2)O3 系、PbZrO3 −Pb(Zn
1/3 Nb2/3 )O3 系、Pb(Zn1/3 Nb2/3 )O3
系などの種々の鉛系ペロブスカイト化合物を用いること
ができる。そして、キュリー点を120〜500℃の範
囲内とすることにより、静電容量の温度係数が正の特性
を示す厚膜コンデンサを得ることができる。
用の有機ビヒクルとして、アクリル樹脂をα−テルピネ
オールに溶解したものを用いたが、これのみに限定され
るものではない。即ち、上記有機ビヒクル以外に、樹脂
成分としては、エチルセルロース系樹脂、ニトロセルロ
ース系樹脂、ブチラール系樹脂などを、又、溶剤成分と
してはブチルカルビトールなどのアルコール系溶剤、ブ
チルカルビトールアセテートや酢酸エステルなどのエス
テル系溶剤、あるいはケロシンなどを、適宜用いること
ができる。さらに、用途に応じてフタル酸エステルなど
の可塑剤を添加することも可能である。
例のように、アルミナ基板上に厚膜コンデンサを得る場
合のみでなく、多層セラミック基板等の誘電体基板上に
コンデンサを形成する場合に用いることも可能である。
サの下層電極が焼き付け型のAg/Pd、上層電極が熱
硬化型のAg電極の場合を示したが、下層電極としては
Ag、Ag/Pt、Auなどの焼き付け型の電極を、
又、上層電極としてはAg、Ag/Pt、Au、Ag/
Pd、Cuなどの焼き付け型あるいは熱硬化型の電極を
用いることができる。
誘電体ペーストによれば、スクリーン印刷回数1回、焼
成温度870℃以下で、静電容量の温度係数が正であっ
て緻密な誘電体膜を得ることができる。
いることにより、耐湿性などの信頼性に優れた厚膜コン
デンサを得ることができる。
ことにより、低背、小型のコンデンサ内蔵型セラミック
発振子を得ることができる。
の断面図である。
ク発振子の断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】xSiO 2 ―yB 2 O 3 ―zPbO(但し、
x、y、zはモル%)としたとき、x、y、zが各点A
(x=70、y=0、z=30)、B(x=70、y=
15、z=15)、C(x=10、y=75、z=1
5)、D(x=10、y=0、z=90)を結ぶ領域内
にあるガラス粉末と、鉛系ぺロブスカイト化合物からな
る誘電体粉末と、有機ビヒクルとを含有する誘電体ペー
ストであって、前記ガラス粉末と前記誘電体粉末との全
量に対して、ガラス粉末が35〜95重量%、誘電体粉
末が65〜5重量%であることを特徴とする誘電体ペー
スト。 - 【請求項2】誘電体粉末のキュリー点は、120〜50
0℃の範囲内にあることを特徴とする請求項1記載の誘
電体ペースト。 - 【請求項3】ガラス粉末は、xSiO2―yB2O3―z
PbO(但し、x、y、zはモル%)としたとき、x、
y、zが各点A(x=70、y=0、z=30)、B
(x=70、y=15、z=15)、C(x=10、y
=75、z=15)、D(x=10、y=0、z=9
0)を結ぶ領域内にある主成分を70モル%以上と、A
l2O3、CaO、TiO2、ZrO2、BaO及びMgO
より選ばれた少なくとも1種類の添加成分を全量で30
モル%以下含有することを特徴とする請求項1又は請求
項2記載の誘電体ペースト。 - 【請求項4】xSiO 2 ―yB 2 O 3 ―zPbO(但し、
x、y、zはモル%)としたとき、x、y、zが各点A
(x=70、y=0、z=30)、B(x=70、y=
15、z=15)、C(x=10、y=75、z=1
5)、D(x=10、y=0、z=90)を結ぶ領域内
にあるガラスと、鉛系ぺロブスカイト化合物からなる誘
電体とを含有する層を誘電体層とする厚膜コンデンサで
あって、前記ガラスと前記誘電体との全量に対して、ガ
ラスが35〜95重量%、誘電体が65〜5重量%であ
ることを特徴とする厚膜コンデンサ。 - 【請求項5】誘電体のキュリー点は、120〜500℃
の範囲内にあることを特徴とする請求項4記載の厚膜コ
ンデンサ。 - 【請求項6】ガラスは、xSiO 2 ―yB 2 O 3 ―zPb
O(但し、x、y、zはモル%)としたとき、x、y、
zが各点A(x=70、y=0、z=30)、B(x=
70、y=15、z=15)、C(x=10、y=7
5、z=15)、D (x=10、y=0、z=90)を
結ぶ領域内にある主成分を70モル%以上と、Al
2 O 3 、CaO、TiO 2 、ZrO 2 、BaO及びMgOよ
り選ばれた少なくとも1種類の添加成分を全量で30モ
ル%以下含有することを特徴とする請求項4又は請求項
5記載の厚膜コンデンサ。 - 【請求項7】セラミック発振子の負荷容量として用いら
れていることを特徴とする請求項4〜6記載の厚膜コン
デンサ。
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