JPH05314816A - 誘電体磁器組成物およびそれを用いたセラミックコンデンサと厚膜コンデンサ - Google Patents

誘電体磁器組成物およびそれを用いたセラミックコンデンサと厚膜コンデンサ

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JPH05314816A
JPH05314816A JP4121606A JP12160692A JPH05314816A JP H05314816 A JPH05314816 A JP H05314816A JP 4121606 A JP4121606 A JP 4121606A JP 12160692 A JP12160692 A JP 12160692A JP H05314816 A JPH05314816 A JP H05314816A
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JP
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dielectric
composition
capacitor
ceramic
thick film
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JP4121606A
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English (en)
Inventor
Koji Kawakita
晃司 川北
Ryo Kimura
涼 木村
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高誘電率、低誘電損失の誘電体磁器組成物お
よびそれを用いたセラミックコンデンサおよび厚膜コン
デンサを提供する。 【構成】 PbTix(Mg1/3Nb2/3yZrz3(x
+y+z=1)の組成式において、0.250≦x≦
0.500、0.0625≦y≦0.500、0.05
0≦z≦0.625の範囲(図1の斜線部分に対応)の
組成にMnO2を0.1〜3.0wt%を加え、さらに
1.0〜25.0モル%のPbOと、10.0〜25
0.0モル%のAl23または組成物を用いることによ
り、誘電特性に優れたセラミックコンデンサや厚膜コン
デンサが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子部品に使用される
誘電体磁器組成物およびそれを用いたセラミックコンデ
ンサと厚膜コンデンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来小型化・大容量化が進むセラミック
コンデンサの高誘電率材料としては、チタン酸バリウム
を主成分とする材料が用いられてきた。しかし、この材
料を焼成するには大気中でかつ焼成温度として1300
℃程度の高温が必要であるため、積層型セラミックコン
デンサを作製する場合に、電極材料としては高価な白金
あるいはパラジウム等の貴金属の使用が不可欠であり、
特に大容量化にともない内部電極材料の使用量が増大す
るため原料費を押し上げる要因となっていた。
【0003】これに対し、近年チタン酸バリウム系材料
に耐還元性をもたせ、電極材料として安価な卑金属を用
いて酸素分圧の低い雰囲気中で焼成する方法や、鉛系誘
電体材料と安価な銀を主体とする銀−パラジウム合金の
電極材料とを用いて、1000℃前後の低温で焼成する
方法により積層セラミックコンデンサの低コスト化が図
られている。
【0004】一方、小型化や高信頼性が望まれる電子機
器においては、実装密度の高いハイブリッドIC化が進
められており、従来のチップコンデンサに変って厚膜コ
ンデンサに対する要望が高まっている。厚膜コンデンサ
を作製するには、低温、短時間焼成が可能な誘電体が必
要であり、このための材料としては主に鉛系誘電体が用
いられる。従って、積層チップコンデンサの大容量化あ
るいはコンデンサの厚膜化のいずれにも対応できる低温
焼成が可能な材料として、鉛系誘電体の開発が盛んに進
められている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】また、PbTiO3
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbZrO3系にMnO2
を添加した誘電損失の小さい誘電体磁器組成物は、特公
昭46−42544号公報等で知られているように、強
誘電率磁器組成物であるが、誘電率を高め十分緻密な焼
成体を得るためには1250℃以上の焼成温度にて数時
間保持する必要がある。そのため誘電体と電極とを同時
焼成にて形成する場合、電極材料としては低融点の安価
な卑金属が利用できない。一方、ハイブリッドIC用の
厚膜コンデンサを作製する場合、低温短時間焼成が不可
欠となり、このような条件下では上記誘電体材料は未焼
成となるため所望の特性が得られないという課題があっ
た。
【0006】本発明ではかかる問題に鑑み、PbTiO
3−Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbZrO3系固容体
の持つ誘電率を損なわず、大気中、中性雰囲気中あるい
は還元雰囲気中にて800〜1000℃で、短時間焼成
が可能でかつ誘電損失の小さい誘電体磁器組成物および
それを用いたセラミックコンデンサと厚膜コンデンサと
を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の誘電体磁器組成物は、PbTix(Mg1 /3
Nb2/3yZrz3+mMnO2で表される組成の一般
式(ただしx+y+z=1)において、x,y,zはそ
れぞれ0.250≦x≦0.500、0.0625≦y
≦0.500、0.050≦z≦0.625でかつmは
0.1〜3.0wt%の範囲にあるものを主成分とし、
この主成分からMnO2を除くもの100モル%に対し
て副成分としてPbOを1.0〜25.0モル%と、A
23を10.0〜250.0モル%またはZr23
10.0〜150.0モル%添加するという構成を備え
たものである。
【0008】
【作用】本発明の誘電体磁器組成物においては、ペロブ
スカイト構造を有するPbTiO3−Pb(Mg1/3Nb
2/3)O3−PbZrO3系にMnO2を添加した主成分
に、PbOとAl23あるいはZr23を添加すること
により、低温で液相を発生しまた低損失の助剤にて粒界
層を形成することで、誘電損失の上昇を防ぐことができ
る。また、1000℃以下という低い焼成温度で短時間
に焼成が可能な誘電体磁器組成であることから、大気
中、中性雰囲気中あるいは還元雰囲気中のいずれの雰囲
気においても、高誘電率で誘電損失の小さいセラミック
コンデンサと厚膜コンデンサが得られることとなる。
【0009】
【実施例】
(実施例1)本発明の第1の実施例における誘電体磁器
組成物およびそれを用いたセラミックコンデンサを説明
する。
【0010】まず、出発原料としては化学的に高純度な
PbO,MgO,Nb25,TiO 2,ZrO2,MnO
2を用いた。これらを純度補正を行った上で所定量を秤
量し、純水を加えめのう製玉石を用いてボールミルで1
7時間混合した。これを吸引ろ過して水分の大半を分離
した後乾燥し、その後らいかい機で充分解砕した後、粉
砕量の5wt%の純水を加え、直径60mm高さ約50mm
の円柱状に成型圧力500kg/cm2で成型した。これを
アルミナルツボ中に入れ同質の蓋をし、750〜115
0℃で2時間仮焼した。次に、上記仮焼物をアルミナ乳
鉢で粗砕し、さらにボールミルで17時間粉砕し、吸引
ろ過した後乾燥した。以上の仮焼・粉砕・乾燥を数回く
りかえした。
【0011】この誘電体粉末に副成分としてPbOと、
Al23あるいはZr23を添加しらいかい機で混合し
た後、ポリビニルアルコール6wt%水溶液を粉体量の
6wt%加え、32メッシュふるいを通して造粒し、成
型圧力500kg/cm2で直径13mm高さ約5mmの円板状
に成型した。次いで、この成型物を大気中600℃で、
1時間保持して脱バインダした後、マグネシア磁器容器
に入れて同質の蓋をし、雰囲気ベルト炉を用いて大気
中、中性雰囲気中または還元雰囲気中で所定温度まで2
400℃/時間で昇温し、最高温度で10分間保持後、
2400℃/時間で降温した。
【0012】以上のようにして得られた焼成物を厚さ1
mmの円板状に加工し、両面を電極としてCr−Agを蒸
着してセラミックコンデンサとし、誘電率、tanδを
1MHz、1V/mmの電界下20℃で測定した。
【0013】(表1),(表2)に本実施例および比較
例の材料組成と、大気中での焼成物の誘電特性、誘電損
失を示す。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】また、焼成雰囲気を中性雰囲気である窒素
中とした焼成物および焼成雰囲気を10-8atm以上の
酸素分圧を有する窒素−水素混合ガスの還元雰囲気中と
した場合の誘電体磁器組成物の誘電特性および誘電損失
を(表3)に示す。
【0017】
【表3】
【0018】(表1),(表2)から明らかなように、
PbTix(Mg1/3Nb2/3yZr z3においてx,
y,zがモル比でそれぞれ0.250≦x≦0.50
0、0.0625≦y≦0.500、0.050≦z≦
0.625の範囲にあるもの、すなわち図1のPbTi
3−Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbZrO3三成分
系組成図において、A,B,C,D,E,Fの各点を順
次結ぶ直線で囲まれた範囲にあるもの100wt%に対
してMnO2を0.1〜3.0wt%加えたものを主成
分とし、このMnO2を除く主成分100モル%に対し
て副成分として1.0〜25.0モル%のPbOを添加
し、さらに10.0〜250.0モル%のAl23また
は10.0〜150.0モル%のZr23を添加した組
成の場合は、800〜1000℃の短時間焼成にもかか
わらず、助剤にPbOとAl23あるいはZr23を添
加することで、大気中において、高い誘電率で低誘電損
失の焼成体が得られるものである。また、(表3)に示
すように、中性雰囲気、還元雰囲気による焼成において
も上記の特徴を持った焼結体が得られた。
【0019】なお、図1におけるA,B,C,D,E,
F各点の組成(u,v,w)は、PbTiO3をuモル
%、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3をvモル%、PbZr
3をwモル%としたとき、A(25.0,12.5,
62.5)、B(31.25,6.25,62.5)、
C(50.0,6.25,43.25)、D(50.
0,45.0,5.0)、E(45.0,50.0,
5.0)、F(25.0,50.0,25.0)であ
る。
【0020】上記の組成範囲外では、副成分である助剤
の添加量が少ない組成および800℃より低い焼成温度
では、焼成が不十分となって緻密な焼成体が得られず、
助剤の添加量の多い組成および1000℃より高い焼成
温度では、助剤の誘電体への反応により誘電率が低下
し、また、誘電損失が大きくなる難点を有している。ま
た、x,y,zが限定の範囲外の組成物では高い誘電率
および低い誘電損失が得られない難点を有している。以
上のように、限定範囲外の組成では具体的には、本焼成
条件で焼成体の誘電率が200以下、誘電損失が1.0
%以上となり、セラミックコンデンサとしての所望の特
性が得られない。
【0021】なお本実施例では円型型のセラミックコン
デンサの例を示したが、円筒型のものや上記組成物のセ
ラミックグリーンシートと電極とを交互に多数枚積層し
て作製した積層型のものでも円板型と同様の効果が得ら
れるものである。
【0022】(実施例2)上記実施例1と同様に仮焼・
粉砕・乾燥した誘電体粉末に、副成分としてPbOとA
23あるいはZr23を添加し、ボールミルにて湿式
混合した後乾燥し、エチルセルロースを主成分とする樹
脂を溶媒で溶かしたビヒクルを加え、三段ロールにて混
練し誘電体ペーストを作製した。一方、純度96%のア
ルミナ基板上に2×2mm角の形状を有する厚膜コンデン
サを形成するために、下部電極として電極ペーストを印
刷し乾燥させた。次に、誘電体層として上記誘電体ペー
ストを厚み0.050〜0.060mmになるように二度
印刷乾燥を行い、さらに上部電極として下部電極と同じ
電極ペーストを印刷し乾燥することにより、電極−誘電
体−電極の三層構造の印刷厚膜を形成し、ベルト炉を用
いて最高温度800〜1000℃、保持時間10分間焼
成した。このようにして得られた厚膜コンデンサの誘電
率、tanδを1MHz、1V/mmの電界下で測定した。
(表4),(表5)に本実施例および比較例の材料組成
と、大気中900℃で焼成した厚膜コンデンサの誘電特
性、誘電損失を示す。
【0023】
【表4】
【0024】
【表5】
【0025】(表4),(表5)に示すように、本実施
例の材料組成にかかる焼成物は、短時間低温焼成にもか
かわらず、高誘電率でかつ低い誘電損失の厚膜コンデン
サが得られるものである。
【0026】また、(表6)に本実施例の材料組成と、
窒素中、および組成雰囲気を10-8atm以上の酸素分
圧を有する窒素−水素混合ガス中900℃で焼成した厚
膜コンデンサの誘電特性、誘電損失を示す。
【0027】
【表6】
【0028】(表6)に示すように、本実施例の材料組
成にかかる組成物は、短時間低温焼成にもかかわらず、
緻密な焼成体からなる高誘電率でかつ低い誘電損失を有
する厚膜コンデンサが得られるものである。本実施例の
組成の範囲外では、(表4),(表5)の比較例に示す
ように、実施例1と同様に、本焼成条件で焼成体の誘電
率が200以下、あるいは誘電損失が1.0%以上とな
り、厚膜コンデンサとしての所望の特性が得られない。
【0029】本実施例では窒素中にて焼成が可能である
ことを示したが、アルゴン、ヘリウム等の中性雰囲気中
でも焼成が可能であることが容易に推察される。なお、
本実施例で用いられる電極としては、大気中、中性雰囲
気中あるいは還元雰囲気中にて800〜1000℃で焼
成可能な電極が適宜選択され、使用されるものである。
【0030】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、誘電
特性に優れた誘電体磁器組成物が実現でき、これを用い
ることにより800〜1000℃の温度にて短時間で大
気中、中性雰囲気中あるいは還元雰囲気中においても焼
成可能な高誘電率を有し、かつ誘電損失の小さいセラミ
ックコンデンサおよび厚膜コンデンサを実現できるとい
う優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における誘電体磁器組成物の組
成範囲を示すPbTiO3−Pb(Mg1/3Nb2/3)O3
−PbZrO3三成分系組成図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】PbTix(Mg1/3Nb2/3yZrz3
    mMnO2で表される組成の一般式において、x,y,
    zはそれぞれモル比でx+y+z=1、mはMnO2
    添加量でwt%としたとき、0.250≦x≦0.50
    0、0.0625≦y≦0.500、0.050≦z≦
    0.625、0.1≦m≦3.0の範囲の組成を主成分
    とし、この主成分のうちのPbTix(Mg1/3
    2/3yZrz3100モル%に対して副成分として
    1.0〜25.0モル%のPbOと、10.0〜25
    0.0モル%のAl23または10.0〜150.0モ
    ル%のZr 23とを添加した誘電体磁器組成物。
  2. 【請求項2】請求項1記載の誘電体磁器組成物からなる
    磁器板の表面に電極を設けたセラミックコンデンサ。
  3. 【請求項3】セラミック基板上に請求項1記載の誘電体
    磁器組成物からなる誘電体層と電極層とを設けた厚膜コ
    ンデンサ。
JP4121606A 1992-05-14 1992-05-14 誘電体磁器組成物およびそれを用いたセラミックコンデンサと厚膜コンデンサ Pending JPH05314816A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007182353A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Murata Mfg Co Ltd 圧電磁器、及び圧電部品

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007182353A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Murata Mfg Co Ltd 圧電磁器、及び圧電部品

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