JP3471839B2 - 誘電体磁器組成物 - Google Patents
誘電体磁器組成物Info
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Description
高い絶縁抵抗および高い破壊電圧を有する誘電体磁器組
成物に係り、特に積層チップコンデンサならびに積層チ
ップコイル−コンデンサ複合電子部品として用いるのに
好適なものに関する。 【0002】 【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図1
(A)に示すようなセラミックコンデンサ(図中、1は
誘電体、2はコンデンサ内部電極、3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を形
成し、該シート状の誘電体上に電極を塗布し、これを図
示のように積層して焼成したり(シート法)、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
に誘電体を印刷し、その上に電極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(印刷法)ことによ
り製造していた。 【0003】また、コイルとコンデンサからなる回路を
構成する場合は、一般に、コンデンサとは別にチップコ
イルを用意し、リード線等でこれらを接続していたが、
このようなリード線接続構造の代わりに、小型化を達成
するため、図1(B)に示すように、上記コンデンサに
更に磁性体4とコイル導体5とからなる積層体を重畳し
てコイルとコンデンサとが一体化されたチップ複合電子
部品とするものも開発されている。 【0004】 【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1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2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
並びにコンデンサに用いる電極材料費のどちらもが高く
なり、その結果、コスト高を招くという問題点があっ
た。また、PtやPdはAg等に比較して電気抵抗が高いた
め、高いQ値が得がたいという問題点があった。 【0005】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900℃以下の温度で焼成でき
るものについて研究を重ね、既に、SrTiO3、またはSrTi
O3にCaTiO3を加えたものを主成分とし、これにガラスを
加え、必要に応じてさらにCuO、MnOを加えたものを開発
し、特開平1−236514号として提案している。し
かし、該公報に開示したものは、異種の材料と積層、一
体化しようとすると、熱膨張係数の差から亀裂や反りが
発生する場合があるという問題点があった。 【0006】本発明は、前記公報に開示したもの等従来
の誘電体磁器組成物に対して比誘電率、Q値、絶縁抵抗
および破壊電圧の面でも遜色のない上、各種組成材料に
対して容易に熱膨張係数を合わせて積層、一体化が可能
な低温焼結型の誘電体磁器組成物を提供することを目的
とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明の誘電体磁器組成
物は、上記目的を達成するため、(Sr1−xCax)TiO3
において、0≦x≦0.50、1.00≦ (Sr1−xCa
x)/Ti≦1.07の範囲にあるものを主成分とし、該主
成分100重量部に対し、第1成分として酸化銅0.1
〜5.0重量部、第2成分としてガラス3〜15重量
部、第3成分としてLi2O-Al2O3-SiO2系磁器組成物
1〜10重量部、さらにMn酸化物を10重量部以下、Nb
酸化物を5重量部以下混合し焼結してなることを特徴と
する。 【0008】本発明は、このような組成とすることによ
り、焼成温度を900℃以下と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Pdを内部電極として使
用することなく、しかもAg電極が使用できる等により高
いQが得らえる他、高い絶縁抵抗、高い破壊電圧を有
し、しかも焼結性の優れた誘電体磁器組成物を提供でき
ることを見いだしたものである。 【0009】また、本発明は、前述のような組成とする
ことにより、860℃以上の焼成温度で磁性体と一体焼
成することを可能としたものである。その結果、積層チ
ップコイル−コンデンサ複合部品として構成する場合、
前述した積層コンデンサを構成する場合の長所を得るこ
とができる他、焼結性に優れ、低温焼結型の磁性材料と
一体焼成可能な誘電体磁器材料を提供できることを見い
だしたものである。 【0010】一般に、異なる材料を一体に積層して焼成
する場合は、それらの材料の収縮率と熱膨張係数が問題
となる。収縮率が異なっている場合には焼成時に反りや
亀裂が生じ易い。また、熱膨張係数が異なっている場合
には、焼成時、もしくは半田付け等の加熱時に亀裂が生
じ易い。収縮率に関しては、材料の組成よりも、粉体粒
度、仮焼き温度、焼成前のグリーン密度等の影響が大き
く、それらを変えることにより、調節可能である。ま
た、熱膨張係数は、組成により決定されるが、本発明材
料においては、主にCa置換量あるいはLi2O−Al2O3−SiO
2系磁器組成物の添加量により、調節可能である。 【0011】なお、本発明に用いるガラスとしては、Zn
O系中融点ガラス、中でもZnO50〜60重量%、B2O32
0〜30重量%、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−SiO
2系、あるいはPbO、ZnO、Bi2O3、BaO、B2O3、SiO2、ZrO
2、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中融点のガラスが用いられる。 【0012】 【作用】本発明の誘電体磁器組成物において、低温焼結
型の磁性材料と一体化することが可能な誘電体磁器組成
物を上記のように設定した理由は次の通りである。 【0013】(Sr1-xCax)TiO3の出発材料としては、例え
ばSrCO3、TiO2およびCaCO3を用い、これらを焼成して(S
r1-xCax)TiO3を得る。(Sr1-xCax)/Tiが1より小さくな
る場合、もしくは1.07より大きくなる場合には焼結
性が悪くなり、焼成温度を上げる必要がある。また、Ca
置換量xが増す場合には焼結性が向上するが、Ca置換量
xが0.5を超える場合には、誘電率が低下する。 【0014】酸化銅は低温焼結を助成するもので、添加
しない場合には焼結性が悪くなり、焼成温度を上げる必
要がある。また、酸化銅を主成分100重量部に対して
5重量部より多く添加した場合にはQ値が小さくなる傾
向にある。また、酸化銅が0.1未満であると焼結性助
成効果が期待できない。 【0015】ガラスは低温焼結を助成するもので、前記
主成分100重量部に対するガラスの添加量が3重量よ
り少ない場合には、焼結助材としての効果が不十分であ
り、また15重量部を超える場合には誘電率が低下す
る。 【0016】Li2O-Al2O3-SiO2系磁器組成物は、そ
の混入量を増大させると、組成物の熱膨張係数を低減さ
せる作用と、低温焼結を助成する作用をなすものであ
り、前記主成分100重量部に対して1〜10重量部の
間でこれを添加することにより、低温焼結を助成すると
共に、誘電体磁器組成物の熱膨張係数を制御することが
可能である。従って、磁性材料との積層、焼結によりコ
イル−コンデンサの複合積層部品を構成する場合、用途
(周波数)によって変化する各種磁性材料の熱膨張係数
に適合する熱膨張係数が得られるように、Li2O-Al2O
3-SiO2系磁器組成物の添加量を調整する。 【0017】Mn酸化物の添加は必ずしも必要ではない
が、主成分100重量部に対して10重量部以下(好ま
しくは0.01〜10重量部)添加することにより、Q
値を向上させることができる。ただし10重量部を超え
ると焼結性が悪くなり、焼成温度を上げる必要が生じ
る。 【0018】Nb酸化物の添加も必ずしも必要ではない
が、主成分100重量部に対して5重量部以下(好まし
くは0.01〜5重量部)添加することにより、Q値を
向上させることができる。ただし5重量部を超えると焼
結性が悪くなり、焼成温度を上げる必要が生じる。 【0019】 【実施例】 (実施例1)(Sr1-xCax)TiO3において、Ca置換量xが
0.05、A=(Sr1-xCax)、B=Tiのモル比(A/B)
が1.05となるようにSrCO3、TiO2およびCaCO3を秤量
した。さらに前記(Sr1-xCax)TiO3を100重量部とした
とき、CuOが0.5重量部、Mn酸化物がMnOとして換算し
たときに0.5重量部になるように秤量した。次に、こ
れら全てに純水200重量部、モノボール200重量部
を加え、ボールミルに入れて16時間混合し、脱水乾燥
を行った。そしてこの乾燥粉末を1050℃にて2時間
仮焼した。 【0020】次に、その粉末100重量部にガラス(Zn
O50〜60重量%、B2O320〜30重量%、SiO25
〜10重量%、残部が微量成分からなるガラス)を5重
量部、Nb2O5を1.5重量部、Li2O-Al2O3-SiO2系
磁器組成物を8重量部加え、ボールミルに純水200重
量部、ジルコニアボール200重量部とともに入れ、1
6時間混合し、脱水乾燥を行った。そしてこの粉末を8
00℃にて2時間仮焼した。次にこれを純水200重量
部、ジルコニアボール200重量部とともにボールミル
に入れ、24時間混合粉砕し、脱水乾燥を行った。 【0021】そしてこの乾燥粉末100重量部に対し
て、接着剤としてテルピネオールにエチルセルロースを
8重量%溶解させた溶液36重量部を、また溶剤として
テルピネオールを80重量部加え、ライカイ機で3時間
混合し、ペーストを作製した。 【0022】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
を作製し、さらにその上にチップコイルを積層して作製
した後、乾燥し、これを焼成寸法4.5mm×3.2mmの
チップに切断し、890℃にて2時間焼成し、チップコ
イル−コンデンサ複合部品を作製した。これにより得ら
れたコンデンサ部分の諸特性は、比誘電率(εs)=2
18、Q=2900、絶縁抵抗(IR)=1012Ω、電
極間の距離が50μmの場合の破壊電圧(VB)=3
(kV)以上であった。この特性は従来のコンデンサの
特性に比較して優れているものである。特に比誘電率ε
sにおいて前記特開平1−236514号公報に開示し
たものと比較して優れており、小型化に寄与できるとと
もに、Q値が大幅に向上している。また、このチップコ
イル−コンデンサとしての特性も、従来のコイル−コン
デンサ複合部品の特性に比較しても劣らない。 【0023】(実施例2)上記実施例1におけるA/B
比、CaTiO3添加量、CuO添加量、MnO添加量、ガラス添加
量、Nb2O5添加量、Li2O−Al2O3−SiO2系磁器組成物の添
加量を変え、実施例1と同様の方法にて図1(A)に示
すようなコンデンサを作製した。このように作製した誘
電材料の組成を表1に示し、コンデンサの諸特性を表2
に示す。表1、2において、*印は本発明の範囲外の組
成を示す。表2の示す特性は特開平1−236514号
公報に開示した結果に比較し、総じて優れており、特に
比誘電率(εs)、Q値はおおよそ2倍程度あるいはそ
れ以上の値が得られている。また、表1、表2の結果
は、前記作用の欄において記載した各事項を証明してい
る。 【0024】(実施例3)上記実施例1における主成分
1および添加物の組成を表3のその1に示すように変
え、すなわちCaの置換量xを変え、磁性材料としてNi−
Cu−Zn系フェライトを用い、実施例1と同様の方法で図
1(B)のようなコイル−コンデンサ複合部品を作製
し、亀裂等不良発生率を調べた。その結果は表3のその
2に示すとおりであり、Caの置換量xを選択することに
より、熱膨張係数を調節することができ、亀裂発生を防
止することができることが明らかとなった。 【0025】(実施例4)主成分を上記実施例1と同じ
とし、表3のその3に示すように、Li2O-Al2O3-SiO2系
磁器組成物の添加量を変え、実施例3における磁性材料
としてより熱膨張係数の小さいNi−Cu−Zn系フェライト
を用い、実施例1と同様の方法で図1(B)のようなコ
イル−コンデンサ複合部品を作製し、亀裂等不良発生率
を調べた。その結果は表3のその4に示すとおりであ
り、Li2O−Al2O3−SiO2系磁器組成物の添加量を選択す
ることにより、広い範囲にわたって熱膨張係数を調節す
ることができ、亀裂発生を防止することができることが
明らかとなった。(以下余白) 【0026】 【表1】 【0027】 【表2】【0028】 【表3】【0029】 【発明の効果】本発明によれば、低温焼結が可能とな
り、Agあるいはその合金を内部電極として用いることが
可能となるので、材料費および製造費の低減に寄与しう
ることは勿論のこと、各種特性においても従来品より優
れたものが提供できる。また、Li2O-Al2O3-SiO2系
磁器組成物の添加量を選択することにより、熱膨張係数
が広い範囲で調節できるので、各種の材料と積層、焼結
して一体化可能な材料が提供できる。 【0030】また、Mn酸化物あるいはNb酸化物を添加す
れば、焼結性をそれほど損なうことなく、Q値を向上さ
せることができる。 【0031】
(B)はチップコイル−コンデンサ複合電子部品をそれ
ぞれ示す断面図である。 【符号の説明】 1 誘電体 3 コンデンサ内部電極 3 外部電極 4 磁性体 5 コイル導体
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】(Sr1−xCax)TiO3において、0≦x≦
0.50、1.00≦ (Sr1−xCax)/Ti≦1.07の
範囲にあるものを主成分とし、該主成分100重量部に
対し、第1成分として酸化銅0.1〜5.0重量部、第
2成分としてガラス3〜15重量部、第3成分としてLi
2O-Al2O3-SiO2系磁器組成物1〜10重量部、さら
にMn酸化物を10重量部以下、Nb酸化物を5重量部以下
混合し焼結してなることを特徴とする誘電体磁器組成
物。
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