JPH04357610A - 誘電体磁器組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子機器用固定磁器コン
デンサの誘電体磁器組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下に従来の誘電体磁器組成物について
説明する。誘電体磁器組成物として下記のような系が知
られている。

【０００３】ＢａＯ・ＴｉＯ２・Ｎｄ２Ｏ３系ＢａＯ・
ＴｉＯ２・Ｓｍ２Ｏ３系 例えば０．０９ＢａＯ・０．５６ＴｉＯ２・０．３５Ｎ
ｄＯ３／２の組成比からなる誘電体磁器組成物を使用し
、誘電体磁器円板を作製し、電気特性および結晶粒径お
よび誘電体磁器密度を測定すると、誘電率：６７、静電
容量温度係数：Ｎ４０ｐｐｍ／℃、Ｑ：３０００、絶縁
抵抗：８．０×１０１２Ω、絶縁破壊強度：３０ｋｖ／
ｍｍおよび結晶粒径：１〜５μｍ、および誘電体磁器密
度：５．６ｇ／ｃｍ３の値が得られた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、絶縁抵抗が小さく、また結晶粒径が大
きいため、素体中の気孔率が大きくなるとともに結晶粒
子１個当たりにかかる電界強度が大きくなるので、絶縁
破壊強度も小さいという問題点を有していた。さらに、
Ｌ（長さ）３．２×Ｗ（幅）１．６ｍｍ以下の積層セラ
ミックコンデンサのリフローはんだ付け、特にベーパー
リフローはんだ付けではチップ立ち（通常、ツームスト
ーン現象，マンハッタン現象と呼ばれている。）が発生
しやすく、このチップ立ちを防ぐため誘電体磁器密度を
より大きくしなければならないという問題点も有してい
た。

【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、結晶粒径が小さく、誘電体磁器密度，絶縁抵抗，絶
縁破壊強度が大きい誘電体磁器を得ることができる誘電
体磁器組成物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】この課題を解決するため
に本発明の誘電体磁器組成物は、一般式ｘ［（ＢａＯ）
（１−ｈ）（ＳｒＯ）ｈ］・ｙ［（ＴｉＯ２）（１−ｎ
−ｓ）（ＺｒＯ２）ｎ（ＳｎＯ２）ｓ］・ｚＲＯ３／２
で表され、式中ＲはＬａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍから選ばれ
る一種以上の希土類元素であり、ｈ，ｎおよびｓの値が
０．０１≦ｈ≦０．３０、０．００１≦ｎ≦０．１００
および０．０１≦ｓ≦０．１０なる範囲にある組成を有
し、かつ、ｘ，ｙおよびｚはモル比を表し、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１でｘ，ｙ，ｚの値が、 ａはｘ＝０．１５、ｙ＝０．５０、ｚ＝０．３５、ｂは
ｘ＝０．１６、ｙ＝０．６１、ｚ＝０．２３、ｃはｘ＝
０．１０、ｙ＝０．６７、ｚ＝０．２３、ｄはｘ＝０．
０９、ｙ＝０．６０、ｚ＝０．３１、ｅはｘ＝０．０２
、ｙ＝０．５８、ｚ＝０．４０、ｆはｘ＝０．０２、ｙ
＝０．５２、ｚ＝０．４６、で示すａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ
，ｆで囲まれるモル比の範囲にある組成を有する主成分
１００重量部、およびニオブをＮｂ２Ｏ５の形に換算し
て０．３〜５．０重量部からなるものである。

【０００７】また、ニオブに代えて、タンタルがＴａ２
Ｏ５の形に換算して０．１〜１０．０重量部含有されて
なるものである。

【０００８】さらには、ニオブに代えて、バナジウムが
Ｖ２Ｏ５の形に換算して０．００５〜１．０００重量部
含有されてなるものである。

【０００９】さらにまた、ニオブに代えて、ニオブ，タ
ンタル，バナジウムから選ばれる二種以上がＮｂ２Ｏ５
，Ｔａ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５の形に換算して合計で０．００
１〜０．０１０モル部含有されてなるものである。

【００１０】

【作用】この構成によって、ＲをＬａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍから選ぶことにより、Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍの順で
静電容量温度係数をプラス方向に移行することとなる。

【００１１】また、ＢａＯをＳｒＯで置換することによ
り、誘電率，Ｑ，絶縁破壊強度を大きくすることとなる
。

【００１２】さらに、ＴｉＯ２をＺｒＯ２で置換するこ
とにより、結晶粒径を小さくし、絶縁破壊強度を大きく
することとなる。

【００１３】そして、ＴｉＯ２をＳｎＯ２で置換するこ
とにより、誘電体磁器密度を大きくすることとなる。

【００１４】また、ニオブ，タンタル，バナジウムもし
くはそれらから選ばれる二種以上を副成分として含有さ
せることにより、絶縁抵抗，絶縁破壊強度を大きくする
こととなる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。

【００１６】（実施例１）出発原料には化学的に高純度
のＮｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，Ｐｒ６Ｏ１１，Ｎｄ２Ｏ３
，Ｓｍ２Ｏ３，ＳｎＯ２，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２，ＳｒＣ
Ｏ３およびＢａＣＯ３粉末を下記の（表１）に示す組成
比になるように秤量し、めのうボールを備えたゴム内張
りのボールミルに純水とともに入れ、湿式混合後、脱水
乾燥した。この乾燥粉末を高アルミナ質のルツボに入れ
、空気中で１１００℃にて２時間仮焼した。この仮焼粉
末を、めのうボールを備えたゴム内張りのボールミルに
純水とともに入れ、湿式粉砕後、脱水乾燥した。この粉
砕粉末に、有機バインダーを加え、均質とした後、３２
メッシュのふるいを通して整粒し、金型と油圧プレスを
用いて成形圧力１ｔｏｎ／ｃｍ２で直径１５ｍｍ、厚み
０．４ｍｍに成形した。次いで、こうして得られた成形
円板をジルコニア粉末を敷いたアルミナ質のサヤに入れ
、空気中にて（表１）に示す焼成温度で２時間焼成し、
（表１）の試料番号１〜１０に示す組成比の誘電体磁器
円板を得た。

【００１７】

【表１】

【００１８】このようにして得られた誘電体磁器円板は
、厚みと直径と重量を測定し、重量を厚みと直径より算
出した体積で除算し、誘電体磁器密度とした。

【００１９】また、誘電率，Ｑ，静電容量温度係数測定
用試料は、誘電体磁器円板の両面全体に銀電極を焼き付
け、絶縁抵抗，絶縁破壊強度測定用試料は、誘電体磁器
円板の外周より内側に１ｍｍの幅で銀電極のない部分を
設け、銀電極を焼き付けた。そして、誘電率，Ｑ，静電
容量温度係数は、横河・ヒューレット・パッカード（株
）社製デジタルＬＣＲメータのモデル４２７５Ａを使用
し、測定温度２０℃、測定電圧１．０Ｖｒｍｓ、測定周
波数１ＭＨｚでの測定より求めた。なお、静電容量温度
係数は、２０℃と８５℃の静電容量を測定し、次式によ
り求めた。

【００２０】 ＴＣ＝（Ｃ−Ｃｏ）／Ｃｏ×１／６５×１０６ＴＣ：静
電容量温度係数（ｐｐｍ／℃）Ｃｏ：２０℃での静電容
量（ｐＦ） Ｃ：８５℃での静電容量（ｐＦ） また、誘電率は次式より求めた。

【００２１】Ｋ＝１４３．８×Ｃｏ×ｔ／Ｄ２Ｋ：誘電
率 Ｃｏ：２０℃での静電容量（ｐＦ） Ｄ：誘電体磁器の直径（ｍｍ） ｔ：誘電体磁器の厚み（ｍｍ） さらに、絶縁抵抗は、横河・ヒューレット・パッカード
（株）社製ＨＲメータのモデル４３２９Ａを使用し、測
定電圧５０Ｖ．Ｄ．Ｃ．、測定時間１分間による測定よ
り求めた。

【００２２】そして、絶縁破壊強度は、菊水電子工業（
株）製高電圧電源ＰＨＳ３５Ｋ−３形を使用し、試料を
シリコンオイル中に入れ、昇圧速度５０Ｖ／ｓｅｃによ
り求めた絶縁破壊電圧を誘電体厚みで除算し、１ｍｍ当
たりの絶縁破壊強度とした。

【００２３】また、結晶粒径は、倍率４００での光学顕
微鏡観察より求めた。上記測定結果を試料番号１〜１０
別に（表２）に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】また、図１は本発明にかかる組成物の主成
分の組成範囲を示す三元図であり、主成分の組成範囲を
限定した理由を図１を参照しながら説明する。すなわち
、Ａ領域では焼結が著しく困難である。また、Ｂ領域で
はＱが小さく実用的でなくなる。さらに、Ｃ，Ｄ領域で
は静電容量温度係数がマイナス側に大きくなりすぎて実
用的でなくなる。そして、Ｅ領域では静電容量温度係数
がプラス方向に移行するが誘電率が小さく実用的でなく
なる。また、ＲをＬａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍから選ぶこと
により、Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍの順で誘電率を大きく
下げることなく、静電容量温度係数をプラス方向に移行
することが可能であり、Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍの一種
あるいはそれらの組合せにより静電容量温度係数の調節
が可能である。

【００２６】さらに、ＢａＯをＳｒＯで置換することに
より、静電容量温度係数，絶縁抵抗の値を大きく変える
ことなく、誘電率，Ｑ，絶縁破壊強度を大きくする効果
を有しているが、その置換率ｈが０．０１未満では置換
効果はなく、一方０．３０を超えると絶縁抵抗が小さく
なり、静電容量温度係数もマイナス側に大きくなり実用
的でなくなる。

【００２７】そして、ＴｉＯ２をＺｒＯ２で置換するこ
とにより、誘電率，Ｑ，静電容量温度係数，絶縁抵抗の
値を大きく変えることなく、結晶粒径を小さくし、絶縁
破壊強度を大きくする効果を有しているが、その置換率
ｎが０．００１未満では置換効果はなく、一方０．１０
０を超えると誘電率，Ｑ，絶縁抵抗が小さくなる。さら
に、ＴｉＯ２をＳｎＯ２で置換することにより、誘電率
，Ｑ，静電容量温度係数，絶縁抵抗，絶縁破壊強度の値
を大きく変えることなく、誘電体磁器密度を大きくする
効果を有しているが、その置換率ｓが０．０１未満では
置換効果はなく、一方０．１０を超えると誘電率，Ｑが
小さくなり、静電容量温度係数もマイナス側に大きくな
りすぎ実用的でなくなる。そして、ＺｒＯ２とＳｎＯ２
でＴｉＯ２を置換することにより、ＺｒＯ２あるいはＳ
ｎＯ２の何れか一方で置換するものに比べ、絶縁抵抗，
絶縁破壊強度を大きくすることができる。

【００２８】また、主成分に対し、副成分としてのＮｂ
２Ｏ５を含有することにより、絶縁抵抗，絶縁破壊強度
を大きくする効果を有しているが、Ｎｂ２Ｏ５の含有量
が主成分１００重量部に対し、０．３重量部未満はそれ
ほど絶縁破壊強度が大きくなく、この発明の範囲から除
外した。一方、Ｎｂ２Ｏ５の含有量が主成分に対し、５
．０重量部を超えるとＱ，絶縁抵抗が小さくなり、静電
容量温度係数がマイナス側に大きくなり実用的でなくな
る。

【００２９】（実施例２）実施例１の原料の中で高純度
のＮｂ２Ｏ５に代えて、高純度のＴａ２Ｏ５粉末を用い
て下記の（表３）に示す組成比になるように秤量し、以
降の工程を実施例１と同様に処理して（表３）の試料番
号１１〜２０に示す組成比の誘電体磁器円板を得、実施
例１と同様に処理して特性を測定した結果を試料番号１
１〜２０別に（表４）に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】ここで、主成分の組成範囲と構成を限定し
た理由は、実施例１と同様であるので説明は省略する。 そして、主成分に対し、副成分としてのＴａ２Ｏ５を含
有することにより、絶縁抵抗，絶縁破壊強度を大きくす
る効果を有しているが、Ｔａ２Ｏ５の含有量が主成分１
００重量部に対し、０．１重量部未満はそれほど絶縁破
壊強度が大きくなく、この発明の範囲から除外した。一
方、Ｔａ２Ｏ５の含有量が主成分に対し、１０．０重量
部を超えるとＱ，絶縁抵抗が小さくなり、静電容量温度
係数がマイナス側に大きくなり実用的でなくなる。

【００３３】（実施例３）実施例１の原料の中で高純度
のＮｂ２Ｏ５に代えて、高純度のＶ２Ｏ５粉末を用いて
下記の（表５）に示す組成比になるように秤量し、以降
の工程を実施例１と同様に処理して（表５）の試料番号
２１〜３０に示す組成比の誘電体磁器円板を得、実施例
１と同様に処理して特性を測定した結果を試料番号２１
〜３０別に（表６）に示す。

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】

【００３６】ここで、主成分の組成範囲と構成を限定し
た理由は、実施例１と同様であるので説明は省略する。 そして、主成分に対し、副成分としてのＶ２Ｏ５を含有
することにより、絶縁抵抗，絶縁破壊強度を大きくする
効果を有しているが、Ｖ２Ｏ５の含有量が主成分１００
重量部に対し、０．００５重量部未満はそれほど絶縁破
壊強度が大きくなく、この発明の範囲から除外した。一
方、Ｖ２Ｏ５の含有量が主成分に対し、１．０００重量
部を超えるとＱ，絶縁抵抗が小さくなり、実用的でなく
なる。

【００３７】（実施例４）実施例１の原料の中で高純度
のＮｂ２Ｏ５に代えて、高純度のＮｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ
５およびＶ２Ｏ５粉末を用いて下記の（表７）に示す組
成比になるように秤量し、以降の工程を実施例１と同様
に処理して（表７）の試料番号３１〜４０に示す組成比
の誘電体磁器円板を得、実施例１と同様に処理して特性
を測定した結果を試料番号３１〜４０別に（表８）に示
す。

【００３８】

【表７】

【００３９】

【表８】

【００４０】ここで、主成分の組成範囲と構成を限定し
た理由は、実施例１と同様であるので説明は省略する。 そして、主成分に対し、副成分としてのＮｂ２Ｏ５，Ｔ
ａ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５を含有することにより、絶縁抵抗，
絶縁破壊強度を大きくする効果を有しているが、Ｎｂ２
Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５の含有量の合計が主成分１
００重量部に対し、０．００１モル部未満はそれほど絶
縁破壊強度が大きくなく、この発明の範囲から除外した
。一方、Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５の含有量の
合計が主成分に対し、０．０１０モル部を超えるとＱ，
絶縁抵抗が小さくなり、静電容量温度係数がマイナス側
に大きくなり実用的でなくなる。また、Ｎｂ２Ｏ５，Ｔ
ａ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５から選ばれる二種以上を含有するこ
とにより、Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５から選ば
れる一種を含有するものに比べ、誘電率，Ｑ，絶縁抵抗
，絶縁破壊強度が大きく、静電容量温度係数を小さくす
ることができる。

【００４１】なお、上記実施例における誘電体磁器の作
製方法では、Ｖ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ
２Ｏ３，Ｐｒ６Ｏ１１，Ｎｄ２Ｏ３，Ｓｍ２Ｏ３，Ｓｎ
Ｏ２，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２，ＳｒＣＯ３およびＢａＣＯ
３を使用したが、この方法に限定されるものではなく、
所望の組成比になるように、ＢａＴｉＯ３などの化合物
、あるいは炭酸塩，水酸化物など空気中での加熱により
、Ｖ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，Ｐ
ｒ６Ｏ１１，Ｎｄ２Ｏ３，Ｓｍ２Ｏ３，ＳｎＯ２，Ｚｒ
Ｏ２，ＴｉＯ２，ＳｒＯおよびＢａＯとなる化合物を使
用しても実施例と同程度の特性を得ることができる。

【００４２】また、主成分をあらかじめ仮焼し、副成分
を添加しても実施例と同程度の特性を得ることができる
。

【００４３】さらに、誘電体磁器用として一般に使用さ
れる工業用原料の二酸化チタン、例えばチタン工業（株
）製二酸化チタンＫＡ−１０Ｃ、古河鉱業（株）製二酸
化チタンＦＡ−５５Ｗには最大０．４５重量％のＮｂ２
Ｏ５が含まれるが、これらの二酸化チタンを使用して実
施例１の主成分の誘電体磁器を作製しても主成分１００
重量部に対して、Ｎｂ２Ｏ５の含有量は最大で０．２重
量部であり、この発明の範囲外であるが、工業用原料の
二酸化チタン中のＮｂ２Ｏ５量を考慮し、不足分のＮｂ
２Ｏ５を含有させることにより、実施例と同程度の特性
を得ることができる。

【００４４】また、上述の基本組成のほかに、ＳｉＯ２
，ＭｎＯ２，Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，Ａｌ２Ｏ３など、一
般にフラックスと考えられている塩類，酸化物などを、
特性を損なわない範囲で加えることもできる。

【００４５】

【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に本発明は、一般式ｘ［（ＢａＯ）（１−ｈ）（ＳｒＯ
）ｈ］・ｙ［（ＴｉＯ２）（１−ｎ−ｓ）（ＺｒＯ２）
ｎ（ＳｎＯ２）ｓ］・ｚＲＯ３／２で表され、式中Ｒは
Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍから選ばれる一種以上の希土類
元素で、ｈ，ｎおよびｓの値が０．０１≦ｈ≦０．３０
、０．００１≦ｎ≦０．１００および０．０１≦ｓ≦０
．１０なる範囲にある組成を有し、かつｘ，ｙおよびｚ
はモル比を表し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１でｘ，ｙ，ｚの値が、
所定の数値を示すａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆで囲まれるモ
ル比の範囲にある組成を主成分とし、ニオブ，タンタル
，バナジウムもしくはそれらから選ばれる二種以上を副
成分として含有させた誘電体磁器組成物の構成により、
結晶粒径が小さく、誘電体磁器密度，誘電率，Ｑ，絶縁
抵抗，絶縁破壊強度が大きく、静電容量温度係数が小さ
い誘電体磁器を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における誘電体磁器組成物の
主成分の組成範囲を説明する三元図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一般式としてｘ［（ＢａＯ）（１−ｈ）（
   ＳｒＯ）ｈ］・ｙ［（ＴｉＯ２）（１−ｎ−ｓ）（Ｚｒ
   Ｏ２）ｎ（ＳｎＯ２）ｓ］・ｚＲＯ３／２で表され、式
   中ＲはＬａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍから選ばれる一種以上の
   希土類元素であり、ｈ，ｎおよびｓの値が０．０１≦ｈ
   ≦０．３０、０．００１≦ｎ≦０．１００および０．０
   １≦ｓ≦０．１０なる範囲にあり、かつｘ，ｙおよびｚ
   はモル比を表し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１でｘ，ｙ，ｚの値が、 ａはｘ＝０．１５、ｙ＝０．５０、ｚ＝０．３５、ｂは
   ｘ＝０．１６、ｙ＝０．６１、ｚ＝０．２３、ｃはｘ＝
   ０．１０、ｙ＝０．６７、ｚ＝０．２３、ｄはｘ＝０．
   ０９、ｙ＝０．６０、ｚ＝０．３１、ｅはｘ＝０．０２
   、ｙ＝０．５８、ｚ＝０．４０、ｆはｘ＝０．０２、ｙ
   ＝０．５２、ｚ＝０．４６、で示すａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ
   ，ｆで囲まれるモル比の範囲にある組成を有する主成分
   １００重量部、およびニオブをＮｂ２Ｏ５の形に換算し
   て０．３〜５．０重量部からなる誘電体磁器組成物。
2. 【請求項２】ニオブに代えて、タンタルがＴａ２Ｏ５の
   形に換算して０．１〜１０．０重量部含有されてなる請
   求項１記載の誘電体磁器組成物。
3. 【請求項３】ニオブに代えて、バナジウムがＶ２Ｏ５の
   形に換算して０．００５〜１．０００重量部含有されて
   なる請求項１記載の誘電体磁器組成物。
4. 【請求項４】ニオブに代えて、ニオブ，タンタル，バナ
   ジウムから選ばれる二種以上がＮｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５
   ，Ｖ２Ｏ５の形に換算して合計で０．００１〜０．０１
   ０モル部含有されてなる請求項１記載の誘電体磁器組成
   物。