JPH0528891B2 - - Google Patents
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- JPH0528891B2 JPH0528891B2 JP61054053A JP5405386A JPH0528891B2 JP H0528891 B2 JPH0528891 B2 JP H0528891B2 JP 61054053 A JP61054053 A JP 61054053A JP 5405386 A JP5405386 A JP 5405386A JP H0528891 B2 JPH0528891 B2 JP H0528891B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/06—Solid dielectrics
- H01G4/08—Inorganic dielectrics
- H01G4/12—Ceramic dielectrics
- H01G4/1209—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
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- Ceramic Capacitors (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は積層コンデンサ素子に関し、特に絶縁
抵抗性が高く高周波における誘電損失が小さくか
つ電極コストの小さいものに関する。 従来の技術 近年セラミツクコンデンサは素子の小型化、大
容量化への要求から積層型セラミツクコンデンサ
が急速に普及しつつある。また回路の高周波化に
より従来電界コンデンサが用いられていた領域に
積層型セラミツクコンデンサ素子を用いる必要が
発生している。積層型セラミツクコンデンサは内
部電極とセラミツクを一体焼成する工程によつて
通常製造される。従来より高誘電率系のセラミツ
クコンデンサ材料にはチタン酸バリウム系の材料
が用いられてきたが、焼成温度が1300℃程度と高
いため、内部電極材料としてはPt、Pdなどの高
価な金属を用いる必要があつた。 これに対し低酸素分圧雰囲気中で焼成できるチ
タン酸バリウム系材料を用い、Niなどの卑金属
材料を内部電極として使用した積層コンデンサ素
子が提案されている。（ジヤパニーズ ジヤーナ
ル オブ アプライド フイジクス サプリメン
ト、20−４（1981）、P147〜150） いつぽう発明者らは低酸素分圧雰囲気で焼成で
き高い抵抗率を有する鉛複合ペロブスカイト系の
材料を提案している。 発明が解決しようとする問題点 従来のPdまたはPtを内部電極とした積層コン
デンサ素子は素子価格にしめる電極コストが大き
く、とくに高積層数を要する大容量積層コンデン
サの実現を困難にしていた。Niを内部電極に用
いた積層コンデンサは誘電体磁器の還元による素
子絶縁抵抗値の低下が発生しやすく、また高周波
における誘電損失が大きくなりやすい問題点があ
つた。 本発明では絶縁抵抗値が高く、高周波における
誘電損失に小さい積層コンデンサ素子を実現し、
かつ電極コストの小さい積層コンデンサ素子を提
供することを目的とする。 問題点を解決するための手段 誘電体磁器に次に示す組成物すなわちPb、Ca、
SrおよびBaからなる群Ａから選ばれた成分と、
Mg、Ni、Zn、NbおよびＷからなる群Ｂから選
ばれた成分との両者の成分を含む酸化物におい
て、群Ａから選ばれる成分は、Pbとそれ以外の
成分の少なくとも一つを含み、群Ｂから選ばれる
成分は、群Ｂのうち少なくとも二つを含み、かつ
群Ａより選ばれた成分のモル数の合計をａ、群ｂ
より選ばれた成分のモル数の合計をｂとしたとき
ａ／ｂ＞1.00であるような組成物を用い、内部電
極層に銅または銅を主成分とする合金を用いる。 作 用 本発明の積層コンデンサ素子において誘電体磁
器層として用いられる上記のような鉛ペロブスカ
イト系の組成物は、焼成温度における銅の平衡酸
素分圧を中心とした広い酸素分圧範囲で高絶縁抵
抗の誘電体磁器がえられるため、銅を内部電極層
とした積層コンデンサ素子とした場合、焼成時の
酸素分圧のコントロールが容易で、安定に高絶縁
抵抗を有する積層コンデンサ素子がえられる。ま
た内部電極層に低抵抗で非磁性の銅電極を用いて
いるため薄い板状にした場合でもコンデンサ素子
の高周波における誘電損失を低下させない。また
銅はPd、Ptなどに比べ安価で電極コストを大き
く低減することができる。 実施例 誘電体として次に示す組成式で表される材料を
用いた。 Ａ：（Pb1.00Ca0.025）（Mg1/3Nb2/3）0.70Ti0.25（Ni1
/2
W1/2）0.05O3.025 Ｂ：（Pb1.00Ba0.05）（Mg1/3Nb2/3）0.40Ti0.30（Zn1/
2
W1/2）0.30O3.05 Ｃ：（Pb0.96Sr0.07）（Ni1/3Nb2/3）0.62Ti0.38O3.03 Ｄ：（Pb1.05Ca0.02Sr0.01Ba0.01Ti0.275（Ni1/3Nb2/3
）0.
７０（Zn1/2W1/2）0.025O3.09 誘電体粉末は通常のセラミツク製造方法に従い
製造した。仮焼条件は800℃２時間とした。粉砕
した仮焼粉末は仮焼粉末に対し7wt％のアクリル
樹脂、50wt％の溶剤と共にボールミルで混合し
ドクターブレードを用い厚さ35μmにシート化し
た。内部電極としては次に示す組成式で表される
材料を用いた。 Ｅ：Cu Ｆ：Cu−5wt％Ag 金属銅粉末および金属銀粉末は粒径0.5〜2.0μm
のものを用い所定比に混合したのち金属粉末に対
し5wt％のアクリル樹脂、30wt％の溶剤と共に三
本ロールで混練し電極ペーストとしスクリーン印
刷法を用いシート上に内部電極パターンを印刷し
た。これを電極が左右交互に引き出されるように
積層し切断した。 電極が交互に引き出された端面に上述の電極ペ
ーストを塗布し外部電極とした。 このようにして作成した積層体は磁器ボート内
に粗粒ジルコニアを敷きその上に載せ１％O2−
N2ガスを流し350℃でバインダーをバーンアウト
した。 第２図に焼成時の積層体を入れるマグネシア磁
器容器の断面を、第３図に焼成炉炉心管の断面を
示す。マグネシア磁器容器２１内には上述の仮焼
粉２２を体積の１／３程度敷きつめた上に200メ
ツシユZrO2粉２３を約１mm敷き、そのうえにバ
ーンアウトした積層体２５を置いた。マグネシア
磁器の蓋２４をし、管状電気炉の炉心管２６内に
挿入し、炉心管内をロータリーポンプで脱気した
のちN2−H2混合ガスで置換し、所定の酸素分圧
となるようN2とH2ガスの混合比を調節しながら
混合ガスを流し所定温度まで400℃／hrで昇温し
２時間保持後400℃／hrで降温した。炉心管内の
Po2は挿入した安定化ジルコニア酸素センサー２
７の大気側と炉内部側に構成した白金電極から引
き出した電極間の電圧Ｅ(V)より次式より求めた。 Po2＝0.2・exp（4FE／RT） ここでＦはフアラデー定数96489クーロン、Ｒ
はガス定数8.3144J／deg・mol、Ｔは絶対温度で
ある。 積層コンデンサ素子の外形は2.8×1.4×0.9mmで
有効電極面積は一層当たり1.3125mm2（1.75×0.75
mm）、電極層の厚みは2.0μm、誘電体層は一層当
たり25.0μmで有効層は30層、上下に無効層を２
層ずつ設けた。積層コンデンサ素子は容量、tanδ
を1Vの交流電圧を印加し100Hz〜2MHzの周波数
で測定した。また抵抗率は50V／mmの電圧を印加
後１分値から求めた。 表１に、用いた誘電体の組成、電極組成、焼成
温度、焼成雰囲気、誘電率、tanδ、抵抗率、を示
した。 第１図は本発明の積層コンデンサ素子の断面図
を示した図で、１１は誘電体層、１２は銅または
銅を主成分とする合金からなる内部電極層、１３
は銅または銅を主成分とする合金からなる外部電
極である。
抵抗性が高く高周波における誘電損失が小さくか
つ電極コストの小さいものに関する。 従来の技術 近年セラミツクコンデンサは素子の小型化、大
容量化への要求から積層型セラミツクコンデンサ
が急速に普及しつつある。また回路の高周波化に
より従来電界コンデンサが用いられていた領域に
積層型セラミツクコンデンサ素子を用いる必要が
発生している。積層型セラミツクコンデンサは内
部電極とセラミツクを一体焼成する工程によつて
通常製造される。従来より高誘電率系のセラミツ
クコンデンサ材料にはチタン酸バリウム系の材料
が用いられてきたが、焼成温度が1300℃程度と高
いため、内部電極材料としてはPt、Pdなどの高
価な金属を用いる必要があつた。 これに対し低酸素分圧雰囲気中で焼成できるチ
タン酸バリウム系材料を用い、Niなどの卑金属
材料を内部電極として使用した積層コンデンサ素
子が提案されている。（ジヤパニーズ ジヤーナ
ル オブ アプライド フイジクス サプリメン
ト、20−４（1981）、P147〜150） いつぽう発明者らは低酸素分圧雰囲気で焼成で
き高い抵抗率を有する鉛複合ペロブスカイト系の
材料を提案している。 発明が解決しようとする問題点 従来のPdまたはPtを内部電極とした積層コン
デンサ素子は素子価格にしめる電極コストが大き
く、とくに高積層数を要する大容量積層コンデン
サの実現を困難にしていた。Niを内部電極に用
いた積層コンデンサは誘電体磁器の還元による素
子絶縁抵抗値の低下が発生しやすく、また高周波
における誘電損失が大きくなりやすい問題点があ
つた。 本発明では絶縁抵抗値が高く、高周波における
誘電損失に小さい積層コンデンサ素子を実現し、
かつ電極コストの小さい積層コンデンサ素子を提
供することを目的とする。 問題点を解決するための手段 誘電体磁器に次に示す組成物すなわちPb、Ca、
SrおよびBaからなる群Ａから選ばれた成分と、
Mg、Ni、Zn、NbおよびＷからなる群Ｂから選
ばれた成分との両者の成分を含む酸化物におい
て、群Ａから選ばれる成分は、Pbとそれ以外の
成分の少なくとも一つを含み、群Ｂから選ばれる
成分は、群Ｂのうち少なくとも二つを含み、かつ
群Ａより選ばれた成分のモル数の合計をａ、群ｂ
より選ばれた成分のモル数の合計をｂとしたとき
ａ／ｂ＞1.00であるような組成物を用い、内部電
極層に銅または銅を主成分とする合金を用いる。 作 用 本発明の積層コンデンサ素子において誘電体磁
器層として用いられる上記のような鉛ペロブスカ
イト系の組成物は、焼成温度における銅の平衡酸
素分圧を中心とした広い酸素分圧範囲で高絶縁抵
抗の誘電体磁器がえられるため、銅を内部電極層
とした積層コンデンサ素子とした場合、焼成時の
酸素分圧のコントロールが容易で、安定に高絶縁
抵抗を有する積層コンデンサ素子がえられる。ま
た内部電極層に低抵抗で非磁性の銅電極を用いて
いるため薄い板状にした場合でもコンデンサ素子
の高周波における誘電損失を低下させない。また
銅はPd、Ptなどに比べ安価で電極コストを大き
く低減することができる。 実施例 誘電体として次に示す組成式で表される材料を
用いた。 Ａ：（Pb1.00Ca0.025）（Mg1/3Nb2/3）0.70Ti0.25（Ni1
/2
W1/2）0.05O3.025 Ｂ：（Pb1.00Ba0.05）（Mg1/3Nb2/3）0.40Ti0.30（Zn1/
2
W1/2）0.30O3.05 Ｃ：（Pb0.96Sr0.07）（Ni1/3Nb2/3）0.62Ti0.38O3.03 Ｄ：（Pb1.05Ca0.02Sr0.01Ba0.01Ti0.275（Ni1/3Nb2/3
）0.
７０（Zn1/2W1/2）0.025O3.09 誘電体粉末は通常のセラミツク製造方法に従い
製造した。仮焼条件は800℃２時間とした。粉砕
した仮焼粉末は仮焼粉末に対し7wt％のアクリル
樹脂、50wt％の溶剤と共にボールミルで混合し
ドクターブレードを用い厚さ35μmにシート化し
た。内部電極としては次に示す組成式で表される
材料を用いた。 Ｅ：Cu Ｆ：Cu−5wt％Ag 金属銅粉末および金属銀粉末は粒径0.5〜2.0μm
のものを用い所定比に混合したのち金属粉末に対
し5wt％のアクリル樹脂、30wt％の溶剤と共に三
本ロールで混練し電極ペーストとしスクリーン印
刷法を用いシート上に内部電極パターンを印刷し
た。これを電極が左右交互に引き出されるように
積層し切断した。 電極が交互に引き出された端面に上述の電極ペ
ーストを塗布し外部電極とした。 このようにして作成した積層体は磁器ボート内
に粗粒ジルコニアを敷きその上に載せ１％O2−
N2ガスを流し350℃でバインダーをバーンアウト
した。 第２図に焼成時の積層体を入れるマグネシア磁
器容器の断面を、第３図に焼成炉炉心管の断面を
示す。マグネシア磁器容器２１内には上述の仮焼
粉２２を体積の１／３程度敷きつめた上に200メ
ツシユZrO2粉２３を約１mm敷き、そのうえにバ
ーンアウトした積層体２５を置いた。マグネシア
磁器の蓋２４をし、管状電気炉の炉心管２６内に
挿入し、炉心管内をロータリーポンプで脱気した
のちN2−H2混合ガスで置換し、所定の酸素分圧
となるようN2とH2ガスの混合比を調節しながら
混合ガスを流し所定温度まで400℃／hrで昇温し
２時間保持後400℃／hrで降温した。炉心管内の
Po2は挿入した安定化ジルコニア酸素センサー２
７の大気側と炉内部側に構成した白金電極から引
き出した電極間の電圧Ｅ(V)より次式より求めた。 Po2＝0.2・exp（4FE／RT） ここでＦはフアラデー定数96489クーロン、Ｒ
はガス定数8.3144J／deg・mol、Ｔは絶対温度で
ある。 積層コンデンサ素子の外形は2.8×1.4×0.9mmで
有効電極面積は一層当たり1.3125mm2（1.75×0.75
mm）、電極層の厚みは2.0μm、誘電体層は一層当
たり25.0μmで有効層は30層、上下に無効層を２
層ずつ設けた。積層コンデンサ素子は容量、tanδ
を1Vの交流電圧を印加し100Hz〜2MHzの周波数
で測定した。また抵抗率は50V／mmの電圧を印加
後１分値から求めた。 表１に、用いた誘電体の組成、電極組成、焼成
温度、焼成雰囲気、誘電率、tanδ、抵抗率、を示
した。 第１図は本発明の積層コンデンサ素子の断面図
を示した図で、１１は誘電体層、１２は銅または
銅を主成分とする合金からなる内部電極層、１３
は銅または銅を主成分とする合金からなる外部電
極である。
【表】
本発明において使用される誘電体は、群Ａにお
いてPbとCa、Sr、Baの少なくとも一つを含み、
群Ｂにおいて少なくとも二つの成分を含み、かつ
ａ／ｂ＞1.00であるような組成物であり焼成温度
における銅の平衡酸素分圧付近の広い酸素分圧領
域で抵抗値の高い誘電体磁器が得られるため銅ま
たは銅を主成分とする合金からなる内部電極と一
体焼成するのに適している。内部電極に、銅また
は銅を主成分とする合金、以外の卑金属を使用し
たものは本発明で限定した誘電体の焼成温度にお
ける平衡酸素分圧が小さく、誘電体を還元してし
まうもしくは電極が酸化してしまう問題点が予想
される。すなわち本発明においては特許請求の範
囲に限定した誘電体磁器組成物と銅または銅を主
成分とする合金からなる電極組成物の組も合わせ
によつて初めて絶縁抵抗値が大きく高周波におけ
る誘電損失が小さい積層コンデンサ素子が実現さ
れる。またこれにより安価な銅が内部電極として
使用が可能となる。 発明の効果 本発明の積層コンデンサ素子は安価な銅を内部
電極として使用でき、絶縁抵抗値が大きく、高周
波の誘電損失の小さい工業的に有用な積層コンデ
ンサ素子を提供するものである。
いてPbとCa、Sr、Baの少なくとも一つを含み、
群Ｂにおいて少なくとも二つの成分を含み、かつ
ａ／ｂ＞1.00であるような組成物であり焼成温度
における銅の平衡酸素分圧付近の広い酸素分圧領
域で抵抗値の高い誘電体磁器が得られるため銅ま
たは銅を主成分とする合金からなる内部電極と一
体焼成するのに適している。内部電極に、銅また
は銅を主成分とする合金、以外の卑金属を使用し
たものは本発明で限定した誘電体の焼成温度にお
ける平衡酸素分圧が小さく、誘電体を還元してし
まうもしくは電極が酸化してしまう問題点が予想
される。すなわち本発明においては特許請求の範
囲に限定した誘電体磁器組成物と銅または銅を主
成分とする合金からなる電極組成物の組も合わせ
によつて初めて絶縁抵抗値が大きく高周波におけ
る誘電損失が小さい積層コンデンサ素子が実現さ
れる。またこれにより安価な銅が内部電極として
使用が可能となる。 発明の効果 本発明の積層コンデンサ素子は安価な銅を内部
電極として使用でき、絶縁抵抗値が大きく、高周
波の誘電損失の小さい工業的に有用な積層コンデ
ンサ素子を提供するものである。
第１図は本発明に係る積層コンデンサ素子の断
面図、第２図は焼成時のマグネシア容器の断面
図、第３図は焼成炉炉心管断面図である。 １１……誘電体層、１２……内部電極層、１３
……外部電極。
面図、第２図は焼成時のマグネシア容器の断面
図、第３図は焼成炉炉心管断面図である。 １１……誘電体層、１２……内部電極層、１３
……外部電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 誘電体磁器層を介して少なくとも２層以上の
内部電極層を積層した積層体と、その積層体の端
面に形成されかつ前記内部電極層の一端が交互に
接続された一対の外部電極とからなる積層コンデ
ンサ素子において、前記誘電体磁器層にPb、Ca、
SrおよびBaからなる群ＡのうちPbとそれ以外か
ら選ばれた少なくとも１つの成分よりなる成分
と、Mg、Ni、Ti、Zn、NbおよびＷからなる群
Ｂから選ばれた少なくとも２つの成分との両者の
成分を含む鉛ペロブスカイト系酸化物からなり、
前記群Ａより選ばれた成分のモル数の合計ａと前
記群Ｂより選ばれた成分のモル数の合計ｂとの比
ａ／ｂが1.00よりも大きい組成物を用い、前記内
部電極層に銅または銅を主成分とする合金を用い
たことを特徴とする積層コンデンサ素子。 ２ 外部電極に銅または銅を主成分とする合金を
用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の積層コンデンサ素子。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61054053A JPS62210613A (ja) | 1986-03-12 | 1986-03-12 | 積層コンデンサ素子 |
| DE8787301996T DE3774734D1 (de) | 1986-03-12 | 1987-03-09 | Keramischer mehrschichtkondensator. |
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