JP3656860B2 - 非還元性誘電体磁器組成物 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は非還元性誘電体磁器組成物に係り、特に、ニッケル等の卑金属を内部電極とする温度補償用積層磁器コンデンサに好適な非還元性誘電体磁器組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、温度補償用積層磁器コンデンサは通信機、電子計算機、テレビ受像機等に用いられる電子回路素子として、広く使用されている。かかる積層磁器コンデンサは、誘電体と内部電極とが積層された電気素子であり、通常、誘電体シートの上に内部電極となる電極ペーストを印刷したものを複数枚積み重ねて熱圧着し、その後この積層体を自然雰囲気中で焼成して燒結体を作り、これに内部電極と導通する外部引出電極を焼き付ける方法で製造される。
【0003】
この方法では、コンデンサの内部電極となる電極ペーストと誘電体とを同時に焼成するため、内部電極の材料としては誘電体が燒結する焼成温度以下で電極を形成することができ、自然雰囲気中で焼成しても酸化したり、誘電体と反応したりしないことが必須条件となる。
【0004】
これらの条件を満たすものとして、従来、白金やパラジウム等の貴金属が主に使用されていた。しかし、これらの貴金属は非常に安定ではあるが、高価であるため、積層磁器コンデンサのコスト高の原因となっていた。
【0005】
又、内部電極として卑金属材料を用い、中性又は還元性雰囲気中で焼成する場合には、かかる雰囲気中で焼成しても還元されない誘電体材料を用いる必要があり、かかる非還元性誘電体磁器組成物としてCaTiO3−SrZrO3−SiO2−MnO2系の磁器組成物があった(特開昭62−180905号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の非還元性誘電体磁器組成物は比誘電率が130と低く、十分な電気的特性を確保することが困難であった。又、自然雰囲気中で焼成した場合には、高誘電率が得られる誘電体材料であっても耐還元性が弱ければ、中性又は還元性雰囲気中で焼成した場合には還元され、誘電損失、絶縁抵抗等の電気特性が著しく低下し、コンデンサ用誘電体材料として使用できない。
【0007】
そこで、本発明は、耐還元性が強く、中性又は還元性雰囲気中で焼成しても、優れた電気特性が得られる非還元性誘電体磁器組成物を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の非還元性誘電体磁器組成物は、{ (Sr X Ca 1−X ) } K TiO 3 (但し、X=0.58〜0.68、K=1.000〜1.015)からなる基本組成に対し、SiO2を0.3〜0.6wt%、MnCO3を0.01〜0.5wt%、V2O5を0.01〜0.2wt%添加し混合して焼成してなることを特徴とするものである。
【0009】
本発明の非還元性誘電体磁器組成物によれば、{ (Sr X Ca 1−X ) } K TiO 3 (但し、X=0.58〜0.68、K=1.000〜1.015)からなる基本組成に対し、SiO 2 を0.3〜0.6wt%、MnCO 3 を0.01〜0.5wt%、V 2 O 5 を0.01〜0.2wt%添加し混合して焼成してなるので、中性または還元性雰囲気中で焼成した場合の耐還元性を向上させることができる。従って、内部電極としてニッケル等の卑金属を用いた安価で、比誘電率、誘電損失、絶縁抵抗等の電気特性の優れた温度補償用積層磁器コンデンサを提供することができる。
【0010】
【実施例】
本発明の非還元性誘電体磁器組成物について、評価試料の製造工程に従って説明する。
【0011】
SrTiO3(純度99.8%)、CaTiO3(純度99.6)、SiO2、MnCO3及びV2O5を出発原料とし、これらを表1、表2に示す組成になるように秤量し、純水を加えて十分に混合した後、乾燥させて混合物を作製する。
【0012】
この混合物に有機バインダを加え造粒後、圧力3ton/cm2で成形し、直径16.5mm厚さ0.6mmの円板状の成形体を作製する。
【0013】
この成形体を400℃(自然雰囲気中)で2時間保持して脱バインダし、次に、1200〜1400℃(N295.2vol%、H24.8vol%の雰囲気中)で2時間保持して焼成した後、1000〜1100℃(N2100vol%の雰囲気中)で2時間保持する熱処理を施し誘電体磁器組成物の評価試料を作製した。尚、昇降温速度は、いずれも200℃/hrとした。
【0014】
ここで、上記N2とH2の混合気体中に於ける酸素分圧は10−14〜10−12程度であり、N2の気体中に於ける酸素分圧は10−9〜10−8程度であり、焼成過程に於いても熱処理過程に於いても、ニッケル等の卑金属が酸化されることはない。又、上記熱処理では、酸素分圧が10−9〜10−8程度のN2の気体中で熱処理することにより、良好な電気特性を確保している。
【0015】
こうして得られた誘電体磁器組成物の評価試料の両面に直径6mmのIn−Ga電極を塗布形成し、評価試料の電気特性を測定した。ここで、測定項目は、比誘電率(ε)、誘電損失(tanδ)、絶縁抵抗(IR)及び比誘電率の温度係数(TC)とし、比誘電率(ε)、誘電損失(tanδ)及び比誘電率の温度係数(TC)は周波数1MHz電圧1Vacで測定し、絶縁抵抗(IR)は電圧500Vdc(印加時間1分)で測定した。又、比誘電率の温度係数(TC)は、次式により求めた。
【0016】
TC[ppm/℃]={(C85−C20)/C20}×{1/(85−20)}×106
C20:20℃に於ける静電容量
C85:85℃に於ける静電容量
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
表1、表2は、上記誘電体磁器組成物の評価試料(試料番号1〜37:○印を付けたものは本発明の範囲内であることを、×印を付けたものは本発明の範囲外であることを示す)について、電気特性を測定した結果を示したものである。これらの表からも明らかなように、本発明の範囲外である試料番号1、8、9、14、15、21、22、23、26、27、37以外の誘電体磁器組成物については、いずれもεが200以上、tanδが0.1%以下、IRが1012以上という優れた電気特性が得られている。又、TCについては約−700〜−1800ppm/℃の範囲で任意の温度係数を選択することができる。
【0020】
次に、上記誘電体磁器組成物を用いた積層磁器コンデンサの電気特性を評価するために、以下の手順で評価試料を作製した。まず、上記SrTiO3、CaTiO3、SiO2、MnCO3及びV2O5の混合物(表3の組成になるように秤量したもの)に有機溶媒及び有機バインダを加えて十分に混合した後、いわゆるドクターブレード法で25〜200μmの誘電体シートを作製した。
【0021】
この誘電体シートに内部電極となるニッケルペーストを印刷したものを複数枚積み重ね熱圧着し、カッターで縦2.0mm横4.5mmとなるように切断した後、上記誘電体磁器組成物の場合と同じ条件で脱バインダ、焼成、熱処理を行い積層磁器コンデンサの評価試料を製作した。
【0022】
こうして得られた積層磁器コンデンサの評価試料の両端に引出電極となるIn−Ga電極を塗布し、評価試料の電気特性を測定した。ここで、測定項目は、静電容量(C)、誘電損失(tanδ)、絶縁抵抗(IR)及び比誘電率の温度係数(TC)とし、静電容量(C)、誘電損失(tanδ)及び比誘電率の温度係数(TC)は周波数1MHz電圧1Vacで測定し、絶縁抵抗(IR)は電圧500Vdc(印加時間1分)で測定した。
【0023】
【表3】
【0024】
表3に示した上記積層磁器コンデンサの電気特性の測定結果からも明らかなように、本発明の非還元性誘電体磁器組成物を用いた場合、積層磁器コンデンサとしても優れた電気特性が得られる。
【0025】
次に、本発明の非還元性誘電体磁器組成物の組成範囲の限定理由について説明する。
【0026】
試料番号1〜8は基本組成のKの値と特性との関係について調べたものである。これらの評価結果から、試料番号1のようにKが1.000より小さくなると誘電損失(tanδ)が大きくなり、試料番号1のようにKが1.015より大きくなると比誘電率(ε)及び絶縁抵抗(IR)が小さくなることがわかる。従って、Kの範囲は1.000〜1.015であることが好ましい。
【0027】
試料番号9〜14はMnCO3の添加量と特性との関係について調べたものである。これらの評価結果から、試料番号9のようにMnCO3が無添加のものは絶縁抵抗(IR)が小さく、試料番号14のようにMnCO3の添加量が0.5wt%より多くなると比誘電率(ε)及び絶縁抵抗(IR)が小さくなることがわかる。従って、MnCO3の添加量の範囲は0.01〜0.5であることが好ましい。
【0028】
試料番号15〜21はV2O5の添加量と特性との関係について調べたものである。これらの評価結果から、試料番号15のようにV2O5が無添加のものは絶縁抵抗(IR)が小さく、試料番号21のようにV2O5の添加量が0.2wt%より多い場合も絶縁抵抗(IR)が小さくなることがわかる。従って、V2O5の添加量の範囲は0.01〜0.2wt%であることが好ましい。
【0029】
試料番号22〜26はSiO2の添加量と特性との関係について調べたものである。これらの評価結果から、試料番号22、23のようにSiO2の添加量が0.3wt%より少なくなると絶縁抵抗(IR)が小さくなり、試料番号26のようにSiO2の添加量が0.6wt%より多くなると比誘電率(ε)及び絶縁抵抗(IR)が小さくなることがわかる。従って、MnCO3の添加量の範囲は0.3〜0.6wt%であることが好ましい。
【0030】
試料番号27〜37は基本組成のXの値と特性との関係について調べたものである。これらの評価結果から、試料番号27のようにXが0.58より小さくなった場合、又は、試料番号37のようにXが0.68より大きくなった場合に、比誘電率の温度係数(TC)が大きくなることがわかる。従って、Xの範囲は0.58〜0.68であることが好ましい。
【0031】
尚、上記実施例では、SrTiO3、CaTiO3、SiO2、MnCO3及びV2O5を出発原料としたが、SrTiO3及びCaTiO3については液相法合成したものや、Sr及びCaの酸化物、炭酸塩あるいはそれ以外の化合物とTiO2とから固相法合成したものを使用してもよい。更に、Sr及びCaの酸化物、炭酸塩あるいはそれ以外の化合物とTiO2、SiO2、MnCO3及びV2O5とから固相法合成したものを出発原料として使用してもよい。又、Mnについては炭酸塩の他に酸化物あるいはそれ以外の化合物を使用してもよい。
【0032】
【効果】
本発明の非還元性磁器組成物は、以上説明したように中性又は還元性雰囲気中で焼成しても、εが200以上、tanδが0.1%以下、IRが1012以上という優れた電気特性が得られている。又、TCについては約−700〜−1800ppm/℃の範囲で任意の温度係数を選択することができる。
【0033】
従って、内部電極としてニッケル等の卑金属を用いた安価で、比誘電率、誘電損失、絶縁抵抗等の電気特性の優れた温度補償用積層磁器コンデンサを提供することができる。
Claims (1)
- { (Sr X Ca 1−X ) } K TiO 3 (但し、X=0.58〜0.68、K=1.000〜1.015)からなる基本組成に対し、SiO2を0.3〜0.6wt%、MnCO3を0.01〜0.5wt%、V2O5を0.01〜0.2wt%添加し混合して焼成してなることを特徴とする非還元性誘電体磁器組成物。
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