JPH06203632A - 誘電体磁器及び磁器コンデンサ - Google Patents

誘電体磁器及び磁器コンデンサ

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JPH06203632A
JPH06203632A JP4360666A JP36066692A JPH06203632A JP H06203632 A JPH06203632 A JP H06203632A JP 4360666 A JP4360666 A JP 4360666A JP 36066692 A JP36066692 A JP 36066692A JP H06203632 A JPH06203632 A JP H06203632A
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dielectric ceramic
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康之 猪又
Keiichi Kobayashi
啓一 小林
Koichi Chazono
広一 茶園
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘電体磁器の比誘電率及び絶縁耐圧を高め
る。また、誘電体磁器の結晶が異常に大きくなることを
抑制する。 【構成】 磁器コンデンサ10の誘電体磁器基体12
を、(Ba1-x Srx )(Ti1-y Zry )O3 から成
る100モル部の基本成分と、0.5〜2.0モル部の
Er2 3 と、0.03〜0.30モル部のMnOとか
ら成る組成物で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高い誘電率を有する誘
電体磁器及びこれを使用した単層又は積層の誘電体磁器
コンデンサに関する。
【0002】
【従来の技術】磁器コンデンサの誘電体磁器基体として
BaTiO3 (チタン酸バリウム)を主成分とした磁
器、又はBaTiO3 のBa(バリウム)の一部をCa
(カルシウム)に置換し、且つTi(チタン)の一部を
Zr(ジルコニウム)に置換した磁器を使用することは
公知である。また、これ等の磁器にMn(マンガン)の
化合物を含めることも公知である。この種の誘電体磁器
の比誘電率の最大値はほぼ14000である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、誘電体磁器
コンデンサの容量の増大及び信頼性の向上が要求されて
いる。容量の増大を図るためには一対の電極間に介在す
る誘電体磁器層の厚みを薄くすることが考えられる。し
かし、誘電体磁器層を薄くすると、一対の電極間の絶縁
耐圧が低下する。容量の増大を図るための別の方法とし
て、比誘電率が高く、且つ絶縁耐圧の高い誘電体磁器を
使用する方法がある。しかし、従来のBaTiO3 系の
誘電体磁器では比誘電率及び絶縁耐圧に限界があり、高
容量化に限界があった。
【0004】そこで、本発明の目的は、−25℃〜+8
5℃の範囲における比誘電率の最大値が14000以上
であり、20℃のtan δ(誘電損失)が1.5%以下で
あり、150℃における抵抗率が5×105 MΩ・cm
以上である誘電体磁器及びこれを使用した磁器コンデン
サを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、 (Ba1-x Srx )(Ti1-y Zry )O3 ここで、xは0.05〜0.15の範囲の数値、yは
0.10〜0.24の範囲の数値、から成る100モル
部の基本成分と、0.5〜2.0モル部のエルビウム化
合物と、0.03〜0.30モル部のマンガン化合物と
から成る誘電体磁器に係わるものである。なお、請求項
2に示すように、請求項1の誘電体磁器を磁器コンデン
サの誘電体磁器基体として使用することができる。
【0006】
【発明の作用及び効果】誘電体磁器を本発明で特定した
組成にすると、−25℃〜+85℃の範囲における最大
比誘電率εmax が14000以上、20℃のtan δが
1.5%以下、150℃における抵抗率ρが5×105
MΩ・cm以上になる。本発明の磁器に含まれているエ
ルビウム(Er)化合物は絶縁耐圧の向上及び比誘電率
の向上に寄与している。即ち、エルビウム化合物は誘電
体磁器を構成している結晶粒子の平均粒径を例えば5μ
m以下のように小さくする作用を有する。またエルビウ
ム化合物は結晶粒子の平均粒径の例えば10倍以上のよ
うな異常粒子の発生を抑制する作用を有する。小さい結
晶粒子から成る誘電体磁器は、大きな結晶粒子から成る
誘電体磁器よりも大きな絶縁耐圧を示す。この結晶粒子
の大小は特に積層型磁器コンデンサにおける一対の電極
間の誘電体磁器を薄くする時に問題になる。
【0007】
【第1の実施例】次に、本発明の第1の実施例において
は、図1に示す誘電体磁器コンデンサ10を作製した。
この磁器コンデンサ10は、円板状の誘電体磁器基体1
2と、この一対の主面に設けられた一対の電極14、1
6とから成る。
【0008】図1の磁器基体12を形成するために、ま
ず、チタン酸ジルコン酸バリウム・ストロンチウム化合
物として(Ba1-x Srx )(Ti1-y Zry )O
3 と、エルビウム化合物として酸化エルビウム(Er2
3 )と、マンガン化合物として酸化マンガン(Mn
O)とを用意した。次に、(Ba1-x Srx )(Ti
1-y Zry )O3 におけるx及びyの値と、Er2 3
及びMnOのモル部とを表1に示すように変化させて2
0種類の試料のための20種類の誘電体磁器材料を用意
した。
【0009】試料NO. 1の誘電体磁器材料に従う磁器コ
ンデンサの製造方法を次に説明する。試料No. 1の場合
には基本成分のSrとZrのモル比を示すxが0.0
9、yが0.17であるので、次式を満足する基本成分
を用意した。 (Ba0.91 Sr0.09)(Ti0.83 Zr0.17)O3 なお、基本成分は、これに含まれている各原子のモル比
を満足するようにBaCO3 (炭酸バリウム)とSrC
3 (炭酸ストロンチウム)とTiO2 (酸化チタン)
とZrO2 (酸化ジルコニウム)とを混合し、これを仮
焼きすることによって得た。次に、100モル部の基本
成分に対して0.50モル部のEr2 3 と0.18モ
ル部のMnOとを付加し、これをボールミルにて約15
時間混合及び粉砕し、しかる後150℃、3時間乾燥す
ることによって磁器材料の粉末を得た。次に、この磁器
材料の粉末に有機バインダを添加して攪拌したものを使
用しプレス成形によって直径10mm、厚さ0.4mm
の円板状成形体を形成した。次に、この磁器材料の成形
体を空気(酸化性雰囲気)中において1300℃で2時
間焼成して焼結体から成る図1に示した誘電体磁器基体
12を得た。次に、この磁器基体12の一方及び両方の
主面に銀ペーストを印刷法で塗布し、しかる後800℃
で焼付けることによって一対の電極14、16を形成
し、磁器コンデンサ10を完成させた。
【0010】次に、完成した磁器コンデンサの最大比誘
電率εmax とtan δと抵抗率ρと磁器基体の結晶の径D
と異常粒子を次の要領で測定した。 (a) 最大比誘電率 磁器コンデンサを恒温槽に入れて−25℃から+85℃
まで温度を変化させた時の最大容量をインピーダンスア
ナライザで測定し、この最大容量と磁器基体との寸法に
基づいて比誘電率を計算した。 (b) tan δ(誘電損失) 20℃におけるtan δを測定した。 (c) 抵抗率ρ 磁器コンデンサを150℃にして一対の電極14、16
間に直流100Vを20秒間印加して絶縁抵抗を測定
し、この絶縁抵抗の値と磁器基体12の寸法とから抵抗
率ρを計算した。 (d) 平均粒径D 磁器基体12を切断して5箇所を電子顕微鏡で2000
倍又は5000倍に撮影し、これ等の写真から200個
の結晶粒子をランダムに選んでこの寸法を測定し、平均
値を求めた。 (e) 異常粒子の判定 平均粒径Dを測定するために切断した磁器基体を電子顕
微鏡で100倍で観察し、結晶の平均粒径の10倍以上
の結晶の有無を調べ、10倍以上の結晶を異常粒子とし
た。
【0011】試料NO. 1の場合には、表1に示すよう
に、εmax は24200、tan δは0.63%、ρは
8.0×105 MΩ・cm、平均粒径Dは3.1μmで
あり、また異常粒子は存在していなかった。
【0012】試料NO. 2〜20においても試料NO. 1と
同様な方法で磁器コンデンサを作り、同様な方法でε
max 、tan δ、ρ、及びDを測定し、更に異常粒子の有
無を判定した。なお、異常粒子は試料NO. 3及び11で
のみ発生し、この他の試料では発生しなかった。
【0013】
【表1】
【0014】表1から明らかなように、本発明で特定し
た組成を満足する試料NO. 1、2、5、6,9、10、
13、16〜20の磁器コンデンサは、本発明で目標と
している−25℃〜+85℃の範囲における最大比誘電
率εmax が14000以上、20℃のtan δが1.5%
以下、150℃における抵抗率ρが5×105 MΩ・c
m以上、平均粒径Dが5μm以下を満足している。ま
た、これ等では異常粒子が発生しない。表1の試料NO.
3、4、7、8、11、12、14、15の磁器コンデ
ンサは本発明で目標とする特性を得ることができないの
で、本発明以外のものである。
【0015】誘電体磁器の組成の限定理由を次に述べ
る。試料NO. 3に示すようにxの値が0.04場合に
は、異常粒子が発生する。しかし試料NO. 6に示すよう
にxの値が0.05の場合には、所望特性が得られる。
従って、xの下限値は0.05である。試料NO. 4に示
すように、xの値が0.16の場合にはρが所望値未満
になる。しかし、試料NO. 5に示すようにxの値が0.
15の場合には所望特性が得られる。従って、xの上限
値は0.15である。
【0016】試料NO. 7に示すようにyの値が0.09
の場合にはtan δが所望範囲よりも大きくなる。しか
し、試料NO. 10に示すようにyの値が0.10になる
と所望の特性が得られる。従って、yの下限値は0.1
0である。試料NO. 8に示すようにyの値が0.25の
場合には、εmax が所望値未満となる。しかし、試料N
O. 9に示すようにyが0.24の場合には所望特性が
得られる。従って、yの上限値は0.24である。
【0017】試料NO. 11に示すようにEr2 3
0.4モル部の場合には結晶の平均粒径の10倍以上の
異常粒子が生じる。しかし、試料NO. 1に示すようにE
2 3 を0.50モル部の場合には、異常粒子が発生
せず且つ所望の特性を得ることができる。従って、Er
2 3 の下限値は0.10モル部である。試料NO. 12
に示すようにEr2 3 が2.10モル部の場合にはε
max が所望値未満になり、且つtan δが所望範囲よりも
大きくなる。しかし、試料NO. 13に示すようにEr2
3 が2.00モル部の場合には所望の特性を得ること
ができる。従って、Er2 3 の上限は2.00モル部
である。
【0018】試料NO. 14に示すようにMnOが0.0
2モル部の場合にはρが所望値未満である。しかし、試
料NO. 16に示すようにMnOが0.03モル部の場合
には所望の特性が得られる。従って、MnOの下限値は
0.03モル部である。試料NO. 15に示すようにMn
Oが0.31の場合にはεmax 及びρが所望値未満であ
る。しかし、試料NO. 17に示すようにMnOが0.3
0モル部の場合には、所望の特性が得られる。従って、
MnOの上限値は0.30モル部である。
【0019】
【第2の実施例】図2は第2の実施例の積層型磁器コン
デンサ18を示す。この磁器コンデンサ18は誘電体磁
器基体20と、複数の第1の内部電極22と、複数の第
2の内部電極24と、第1及び第2の外部電極26、2
8とから成る。誘電体磁器基体20は、図1の誘電体磁
器基体12と同様に、 (Ba1-x Srx )(Ti1-y Zry )O3 から成る100モル部の基本成分と、0.5〜2.0モ
ル部の酸化エルビウムと、0.03〜0.30モル部の
酸化マンガンとから成る組成物で形成されている。第1
及び第2の内部電極22、24は誘電体磁器基体20に
それぞれ埋設され、これ等の一端が誘電体磁器基体20
の一対の側面に露出し、ここに設けられた第1及び第2
の外部電極26、28に接続されている。第1及び第2
の内部電極22、24は誘電体磁器基体20の一部から
成る誘電体磁器層を介して互いに対向しているので、こ
れ等の間に容量を得ることができる。
【0020】積層型磁器コンデンサを製造する時には、
周知のように、誘電体磁器材料から成るグリーンシート
(未焼成セラミックシート)を複数枚用意する。次に複
数のグリーンシートに第1及び第2の内部電極22、2
4を得るための導電ペーストを所望パターンに塗布して
積層し、更にこの上下に導電ペーストを重ね、これ等を
圧着した後に、所望形状にカッテングして焼成する。こ
れにより、図2に示す第1及び第2の内部電極22、2
4を伴なった磁器基体20が得られる。しかる後、磁器
基体20の側面に導電ペーストを塗布して焼付けること
によって第1及び第2の外部電極26、28を形成す
る。
【0021】図2の積層コンデンサ18についても、図
1の磁器コンデンサ10と同様に表1の試料NO. 1、
2、5、6、9、10、13、16〜20と同一の組成
の種々の試料を作成し、これ等のεmax 、tan δ、ρ、
Dを測定したところ、本発明の目標特性を満足してい
た。また、異常粒子の発生が見られなかった。
【0022】
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 基本成分(Ba1-x Srx )(Ti1-y
y )O3 を得るために、BaTiO3 とSrOとZr
2 とを適当な比率で配合すること、又はBaT3
とSrZrO3 とを適当な比率で配合すること、又はB
a(Ti1-y Zry)O3 とSrTiO3 とを適当な比
率で配合すること、又はBaTiO3 とSrTiO3
BaZrO3 とを適当な比率で配合することができる。 (2) 焼成温度は例えば1100〜1400℃の範囲
で変えることができる。 (3) 誘電体磁器材料の出
発物質として、Er2 3 の代りにEr(OH)3 等の
エルビウム化合物を使用することができる。 (4) 誘電体磁器材料の出発物質としてMnOの代り
に、Mn3 4 、Mn2 3 、MnO2 等の酸化物、M
n(OH)2 、MnO(OH)等の水酸化物を使用する
ことができる。 (5) 基本成分を得るための仮焼工程を省いて、例え
ばBaTiO3 と、SrZrO3 と、Er2 3 と、M
nOとを混合し、この混合物の成形体を作って焼成して
もよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の磁器コンデンサを示す正面図で
ある。
【図2】第2の実施例の積層磁器コンデンサを示す断面
図である。
【符号の説明】
12 誘電体磁器基体 14、16 電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (Ba1-x Srx )(Ti1-y Zry )O3 ここで、xは0.05〜0.15の範囲の数値、 yは0.10〜0.24の範囲の数値、 から成る100モル部の基本成分と、 0.5〜2.0モル部のエルビウム化合物と、 0.03〜0.30モル部のマンガン化合物とから成る
    誘電体磁器。
  2. 【請求項2】 誘電体磁器基体とこの誘電体磁器基体に
    接触している少なくとも2つの電極とから成る磁器コン
    デンサであって、前記誘電体磁器基体が、 (Ba1-x Srx )(Ti1-y Zry )O3 ここで、xは0.05〜0.15の範囲の数値、 yは0.10〜0.24の範囲の数値、 から成る100モル部の基本成分と、 0.5〜2.0モル部のエルビウム化合物と、 0.03〜0.30モル部のマンガン化合物とから成る
    ことを特徴とする誘電体磁器コンデンサ。
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