JP4785107B2 - 誘電体磁器組成物およびセラミック電子部品 - Google Patents

誘電体磁器組成物およびセラミック電子部品 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体磁器組成物に関し、特に、高誘電率系の誘電体磁器組成物に関する。またそれを用いたセラミック電子部品に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、高誘電率系誘電体磁器組成物としては、BaTiO3系磁器が広く実用化されてきた。しかしながら、BaTiO3系磁器は、高周波、特に1MHz以上の周波数でのQ値が小さいという問題があった。このような問題に対処するために、SrTiO3−MgTiO3−CaTiO3−Bi23−TiO2−CuO−MnO−CeO2からなる磁器組成物が提案されている(特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開昭62−295304号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この特許文献1に開示された組成物は誘電率εが高く、1MHz以上の周波数でのQ値が大きく、誘電率の温度変化も小さいが、体積抵抗率が1012〜1013Ω・cmと十分には高くないという問題があった。
【0005】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、誘電率εが高く、1MHz以上の周波数でのQ値が大きく、誘電率の温度変化が小さいという特性を維持しつつ、体積抵抗率が高い誘電体磁器組成物、および該誘電体磁器組成物を使用して製造されたセラミック電子部品を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の誘電体磁器組成物は、一般式a〔(SrbCa1-b)TiO3〕−(1−a)〔Bi23・nTiO2〕(ただし、a、bはモル比、nはBi23に対するTiO2のモル比を示す。)で表される主成分と、一般式wMgTiO3+xSiO2+yMnOm+zLnOk(ただしw、xおよびzは前記主成分100重量部に対する各重量部、yは前記主成分100重量部に対するMnCO3に換算した場合のMnOmの重量部、mは1〜2である。また、LnはLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、HoおよびErから選択された1種以上の元素であり、kはLnがLa、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、HoまたはErのときは1.5、LnがCeのときは2である。)で表される副成分とを含有し、前記モル比a、b、nおよび前記重量部w、x、y、zが各々0.90≦a≦0.95、0.90≦b≦0.95、1.8≦n≦3.0、5.0≦w≦10.0、0.1≦x≦1.0、0.1≦y≦0.3、1.0≦z≦5.0であり、かつ
CuOを含まないことを特徴としている。
【0007】
また、本発明のセラミック電子部品は、前記誘電体磁器組成物からなるセラミック焼結体の表面に電極部が形成されていることを特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳説する。図1は本発明の誘電体磁器組成物を使用して製造されたセラミック電子部品としての単板コンデンサの一実施例の形態を示す一部破断正面図である。
【0009】
該単板コンデンサは、本発明の誘電体磁器組成物からなるセラミック焼結体1と該セラミック焼結体1の表裏両面に形成された電極部2と、はんだ3を介して前記電極部と電気的に接続された一対のリード線4a、4bと、セラミック焼結体1を被覆する樹脂製の外装5とから構成されている。
【0010】
そして、本実施の形態では、セラミック焼結体1を形成する誘電体磁器組成物が、下記一般式(1)を主成分とし、下記一般式(2)を副成分として含有しており、かつCuOを含まない。
a〔(SrbCa1-b)TiO3〕−(1−a)〔Bi23・nTiO2〕 (1)
wMgTiO3+xSiO2+yMnOm+zLnOk (2)
ただし、a、bはモル比、nはBi23に対するTiO2のモル比、w、xおよびzは前記主成分100重量部に対する各重量部、yは前記主成分100重量部に対するMnCO3に換算した場合のMnOmの重量部、mは1〜2、LnはLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、HoおよびErから選択された1種以上の元素であり、kはLnがLa、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、HoまたはErのときは1.5、LnがCeのときは2である。
【0011】
そして前記モル比a、b、nおよび前記重量部w、x、y、zは各々
0.90≦a≦0.95 (3)
0.90≦b≦0.95 (4)
1.8≦n≦3.0 (5)
5.0≦w≦10.0 (6)
0.1≦x≦1.0 (7)
0.1≦y≦0.3 (8)
1.0≦z≦5.0 (9)
を充足するように調製されている。
【0012】
誘電体磁器組成物が、このような成分組成を有することにより、誘電率εが500以上の高誘電率と1MHz以上の周波数でのQ値が1000以上を確保しながら、温度係数を−2000ppm/℃以内に小さく抑制することができ、しかも体積抵抗率が1014Ω・cm以上である単板コンデンサを得ることができる。
【0013】
次に、上記単板コンデンサの製造方法について説明する。
【0014】
まず、上記誘電体磁器組成物を作製する。
【0015】
すなわち、一般式(1)(2)で表される主成分及び副成分が上記数式(3)〜(9)を充足するように、SrCO3、CaCO3、Bi23、TiO2、MgTiO3、SiO2、MnCO3、及びLnOk(ただしLnはLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、HoおよびErから選択された1種以上の元素であり、kはLnがLa、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、HoまたはErのときは1.5、LnがCeのときは2である。)を秤量し、この秤量物を混合する。次いで、この混合物をジルコニア等の粉砕媒体と共にポットに入れ、所定時間湿式混合し、粉砕する。次いで、粉砕物を蒸発乾燥した後、ジルコニア製の匣(さや)に収容し、900〜1000℃で約2時間仮焼する。
【0016】
次に、この仮焼物をポリビニルアルコール等のバインダと共にポットに投入し、所定時間湿式混合し、その後、該混合物を脱水乾燥し、整粒した後、加圧し、所定の円板状に成形し、セラミック成形体を作製する。そしてこの後、該セラミック成形体を1180〜1280℃で2時間焼成処理を施し、セラミック焼結体1を作製する。
【0017】
次いで、該セラミック焼結体1の表裏両面にAg等を主成分とした導電性ペーストを塗布し、焼付処理を施し、電極部2を形成する。
【0018】
そして、はんだ3を介して電極部2とリード線4a、4bとを接続し、その後樹脂モールドを施して外装5を形成し、これにより単板コンデンサが製造される。
【0019】
このように本実施の形態では、誘電体磁器組成物は、一般式(1)(2)で表される主成分および副成分が数式(3)〜(9)を充足しているので、誘電率εが高く、1MHz以上の周波数でのQ値が大きく、誘電率の温度変化が小さいという特性を維持しつつ、体積抵抗率が高い単板コンデンサを容易に得ることができる。
【0020】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【0021】
例えば、上記実施の形態では、SrCO3、CaCO3等の炭酸塩とTiO2とを出発原料として誘電体磁器組成物を製造しているが、SrTiO3やCaTiO3等のチタン酸化合物を出発原料として誘電体磁器組成物を製造してもよい。
【0022】
さらに、上記実施の形態では、誘電体磁器組成物を使用して製造されたセラミック電子部品として、単板コンデンサを例示したが、トリマーコンデンサや積層セラミックコンデンサについても同様、高誘電率、高Q値で温度特性に優れ、体積抵抗率の高いセラミック電子部品を得ることができるのはいうまでもない。
【0023】
【実施例】
まず、主成分および副成分の原料として、SrCO3、CaCO3、Bi23、TiO2、MgTiO3、SiO2、MnCO3、CeO2、La23、Pr23、Nd23、Sm23、Eu23、Gd23、Dy23、Ho23、Er23、Yb23およびCuOを準備した。
【0024】
次にこれら原料を一般式a〔(SrbCa1-b)TiO3〕−(1−a)〔Bi23・nTiO2〕(ただし、a、bはモル比、nはBi23に対するTiO2のモル比を示す。)で表される主成分と、該主成分100重量部に対して、一般式wMgTiO3+xSiO2+yMnOm+zLnOk(ただし、w、xおよびzは前記主成分対する各重量部、yは前記主成分100重量部に対するMnCO3に換算した場合のMnOmの重量部、mは1〜2である。また、LnはLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、ErおよびYbから選択された元素であり、kはLnがLa、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、ErまたはYbのときは1.5、LnがCeのときは2である。)で表される副成分とを含有する、表1に示す組成物が得られるように秤量し、混合した。なお試料番号41〜43については表2に示すようにさらに規定量のCuOを副成分として含有させた。この混合物をジルコニアボールとともにポリエチレンポットに入れ、16時間湿式混合し、粉砕した。この粉砕物を蒸発乾燥した後、ジルコニア質の匣に入れ、950℃で2時間仮焼した。
【0025】
【表1】
Figure 0004785107
【0026】
【表2】
Figure 0004785107
【0027】
次に、この仮焼物にポリビニルアルコール・バインダを加えてポリエチレンポットで16時間湿式混合した。この混合物を脱水乾燥し、整粒した後、加圧して直径12mm、厚さ1.2mmの円板に成型した。この成型物を1220℃で2時間焼成し、得られた磁器の両面に銀ペーストを塗布し、800℃で焼き付けて電極を形成して試料とした。
【0028】
このようにして得た各試料の特性を、次のような条件や測定方法によって測定し、表3および表4にその結果を示した。
・誘電率:1MHz、1Vrms、温度20℃
・Q値:1MHz、1Vrms、温度20℃での誘電損失の逆数
・温度係数:+20℃での誘電率を基準にした−25℃〜+85℃間の誘電率の変化率の最大値
【0029】
【表3】
Figure 0004785107
【0030】
【表4】
Figure 0004785107
【0031】
なお、表1〜4中で、*印を付したものは、この発明の範囲外のものであり、それ以外はこの発明の範囲内のものである。特に、表2および表4の組成はCuOを含んでおり、今回の発明の範囲外である。
表1〜4から明らかなように、この発明の組成の限定理由は次の通りである。
【0032】
(1)Bi23の含有量(一般式中の1−a)が0.1を超えると、Q値が1000未満となるので好ましくない(試料番号1参照)。また、0.05未満になると、誘電率が500未満となり、かつ、温度係数が−2000ppm/℃よりもマイナス側に大きくなるので好ましくない(試料番号3参照)。
【0033】
(2)SrTiO3の含有量(一般式中のb)が0.9未満では、Q値が1000未満となり好ましくない(試料番号4参照)。また、0.95を超えると温度係数が−2000ppm/℃よりもマイナス側に大きくなるので好ましくない(試料番号8参照)。
【0034】
(3)TiO2のBi23に対するモル比(一般式中のn)が1.8未満では、誘電率が500未満となるので好ましくない(試料番号9参照)。また、3を超えるとQ値が1000未満となるので好ましくない。(試料番号14参照)。
【0035】
(4)MgTiO3の含有量(一般式中のw)が5未満では、温度係数が−2000ppm/℃よりもマイナス側に大きくなるので好ましくない(試料番号15参照)。また、10を超えると、Q値が1000未満となるので好ましくない(試料番号17および試料番号18参照)。
【0036】
(5)SiO2の含有量(一般式中のx)が0.1未満では、温度係数が−2000ppm/℃よりもマイナス側に大きくなるので好ましくない(試料番号19参照)。また、1.0を超えるとQ値が1000未満となり好ましくない(試料番号21および試料番号22参照)。
【0037】
(6)MnCO3に換算した場合のMnOm(ただしm=1〜2)の含有量(一般式中のy)が0.1未満では、温度係数が−2000ppm/℃よりもマイナス側に大きくなるので好ましくない(試料番号23参照)。また、0.3を超えると誘電率が500未満となるので好ましくない(試料番号25および試料番号26参照)。
【0038】
(7)LnOkの含有量(一般式中のz)が1.0未満では、Q値が1000未満となり、かつ、温度係数が−2000ppm/℃よりもマイナス側に大きくなるので好ましくない(試料番号27参照)。また、5.0を超えると誘電率が500より小さくなるので好ましくない(試料番号29および試料番号30参照)。
【0039】
(8)Lnの種類が指定した元素以外では誘電率が500より小さくなるので好ましくない(試料番号40参照)。
【0040】
(9)CuOを含むと体積抵抗率1014Ω・cmより低くなるので好ましくない(試料番号41ないし43参照)。
【0041】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の誘電体磁器組成物およびセラミック電子部品は、前記構成を備えているため、誘電率εが500以上、Q値が1000以上であって、かつ+20℃での静電容量を基準にした−25℃〜+85℃間の誘電率の変化率の最大値(以下温度係数と記す。)を−2000ppm/℃以内に小さく制御でき、しかも体積抵抗率を1014Ω・cm以上に高くできるというという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の誘電体磁器組成物を使用して製造されたセラミック電子部品としての単板コンデンサの一実施の形態を示す一部破断正面図である。
【符号の説明】
1 セラミック焼結体
2 電極部

Claims (2)

  1. 一般式a〔(SrbCa1-b)TiO3〕−(1−a)〔Bi23・nTiO2〕(ただし、a、bはモル比、nはBi23に対するTiO2のモル比を示す。)で表される主成分と、一般式wMgTiO3+xSiO2+yMnOm+zLnOk(ただしw、xおよびzは前記主成分100重量部に対する各重量部、yは前記主成分100重量部に対するMnCO3に換算した場合のMnOmの重量部、mは1〜2である。また、LnはLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、HoおよびErから選択された1種以上の元素であり、kはLnがLa、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、HoまたはErのときは1.5、LnがCeのときは2である。)で表される副成分とを含有し、
    前記モル比a、b、nおよび前記重量部w、x、y、zが各々
    0.90≦a≦0.95、
    0.90≦b≦0.95、
    1.8≦n≦3.0、
    5.0≦w≦10.0、
    0.1≦x≦1.0、
    0.1≦y≦0.3、
    1.0≦z≦5.0であり、かつ
    CuOを含まないことを特徴とする誘電体磁器組成物。
  2. 請求項1記載の誘電体磁器組成物からなるセラミック焼結体の表面に電極部が形成されていることを特徴とするセラミック電子部品。
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