JPH06206766A - 誘電体磁器組成物 - Google Patents

誘電体磁器組成物

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JPH06206766A
JPH06206766A JP5018162A JP1816293A JPH06206766A JP H06206766 A JPH06206766 A JP H06206766A JP 5018162 A JP5018162 A JP 5018162A JP 1816293 A JP1816293 A JP 1816293A JP H06206766 A JPH06206766 A JP H06206766A
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Toshiki Nishiyama
山 俊 樹 西
Yukio Hamachi
地 幸 生 浜
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高誘電率を有し、容量の温度変化率が小さ
く、さらに10μm以下の薄層化に対応可能で、二次相
の存在しない組織の均一な誘電体磁器組成物を提供す
る。 【構成】 不純物として含まれるアルカリ金属酸化物の
含有量が0.04重量%以下のBaTiO3 と、Tb2
3 ,Dy2 3 ,Ho2 3 ,Er2 3 の中から選
ばれる少なくとも1種類の希土類酸化物(Re2 3
と、Co2 3 との配合比が、BaTiO3 92.0〜
99.4モル%と、Re2 3 0.3〜4.0モル%
と、Co2 3 0.3〜4.0モル%との範囲内にある
主成分100モル%に対し、副成分として、MgO0.
2〜5.0モル%と、MnO0.05〜1.0モル%と
を含有する、誘電体磁器組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は誘電体磁器組成物に関
し、特にたとえば、薄膜対応の積層コンデンサなどの誘
電体材料として用いられる、誘電体磁器組成物に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、積層コンデンサは、表面に内部
電極ペーストが塗布されたシート状のBaTiO3 を主
成分とする誘電体を複数枚積層するとともに、各シート
の内部電極を交互に並列に一対の外部接続用電極に接続
し、これを焼結して一体化することによって形成され
る。近年のエレクトロニクスの進展に伴って、電子部品
の急速な小型化が進行し、このような積層コンデンサ
は、広範囲の電子回路に使用されるようになってきてい
る。
【0003】一方、BaTiO3 を主成分とする誘電体
磁器組成物として、従来よりさまざまな種類の組成が提
案されてきた。それらの中で、容量の温度変化率が小さ
く、かつ高誘電率を有する誘電体磁器組成物として、特
開昭61−275164号などに開示されているBaT
iO3 −Nb2 5 −Co2 3 系組成物が最も一般的
であり、広範な積層コンデンサの基本的な組成として使
用されている。これらの誘電体磁器組成物では、BaT
iO3 にNb2 5 およびCo2 3 が部分的に拡散し
た構造からなっており、純粋なBaTiO3 のキュリー
点を有する組成部分と、室温あるいは室温以下にキュリ
ー点を有する組成部分とが、主としてセラミックス各結
晶粒の中心部と周辺部とに存在している複合体によっ
て、容量の温度変化の平坦性が得られている。
【0004】上述のように、BaTiO3 にNb2 5
およびCo2 3 が部分的に拡散した構造からなる誘電
体を主成分とする誘電体磁器組成物は、容量の温度変化
率が小さいにもかかわらず、3500〜4000の高誘
電率を示すため、小型大容量用途の積層コンデンサ材料
として広く用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の誘電体磁器組成物では、BaTiO3 のTiサイトに
固溶しやすいNbおよびCoが部分的にBaTiO3
固溶されるため、焼成時に掃き出されたTiがBaTi
3 との間で低融点のTiリッチな相、たとえばBaT
4 9 相,Ba4 Ti1330相,Ba6 Ti1740
などで代表されるいわゆる二次相を生成しやすいという
性質があった。これらの二次相は低誘電率であるため、
容量値の低下が問題となっていた。さらに、これらのT
iリッチな二次相は針状結晶に成長しやすく、積層コン
デンサの小型大容量化のために素子厚を薄層化すると、
時として針状結晶が素子厚を越え電極間にわたって存在
する場合があり、高温における信頼性の点で大きな問題
となっていた。したがって、これらの従来の誘電体磁器
組成物は、高誘電率を有する組成系ではあるものの、小
型大容量化のための薄層化には限界があった。
【0006】また、この現象は、BaTiO3 −Nb2
5 −Co2 3 系組成物のみならず、BaTiO3
Nb2 5 −MnO系組成物などのNb2 5 を含むB
aTiO3 系組成物一般にあてはまる問題点であった。
【0007】それゆえに、この発明の主たる目的は、高
誘電率を有し、容量の温度変化率が小さく、さらに10
μm以下の薄層化に対応可能で、二次相の存在しない組
織の均一な誘電体磁器組成物を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、不純物とし
て含まれるアルカリ金属酸化物の含有量が0.04重量
%以下のBaTiO3 と、Tb2 3 ,Dy2 3 ,H
2 3 ,Er2 3の中から選ばれる少なくとも1種
類の希土類酸化物(Re2 3 )と、Co2 3 との配
合比が、BaTiO3 92.0〜99.4モル%と、R
2 3 0.3〜4.0モル%と、Co2 3 0.3〜
4.0モル%との範囲内にある主成分100モル%に対
し、副成分として、MgO0.2〜5.0モル%と、M
nO0.05〜1.0モル%とを含有する、誘電体磁器
組成物である。
【0009】さらに、副成分として、SiO2 を3.0
モル%以下含有させてもよい。
【0010】さらに、上記全成分を100重量部とし
て、BaO−SrO−Li2 O−SiO2 を主成分とす
る酸化物ガラスを2.5重量部以下含有させてもよい。
【0011】
【発明の効果】この発明によれば、BaTiO3 ,希土
類酸化物およびCo2 3 を主成分とする誘電体材料に
MgO,MnOを添加することによって、3500以上
の高誘電率を有し、容量の温度変化率が小さく、さらに
10μm以下の薄層化に対応可能で、二次相が存在せ
ず、組織が均一で、高温における信頼性に優れた誘電体
磁器組成物を得ることができる。さらに、SiO2 ある
いは酸化物ガラスを添加することによって、焼成温度の
低下および焼成コストの低減が可能である。
【0012】したがって、この誘電体磁器組成物を、た
とえば積層セラミックコンデンサの誘電体材料として用
いれば、従来の組成系では不可能であった薄層化への展
開が可能となり、積層セラミックコンデンサのこれまで
以上の小型大容量化を容易に達成することが可能とな
る。
【0013】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴および利点は、以下の実施例の詳細な説明から一層明
らかとなろう。
【0014】
【実施例】出発原料として、不純物として含まれるアル
カリ金属酸化物の含有量が異なるBaTiO3 ,希土類
酸化物,Co2 3 ,MgO,MnO,SiO2 ,酸化
物ガラスを準備した。これらの原料を表1に示す組成割
合となるように秤量して、秤量物を得た。なお、試料番
号1〜21については、アルカリ金属酸化物の含有量が
0.03重量%のBaTiO3 を使用し、試料番号22
については、アルカリ金属酸化物の含有量が0.05重
量%のBaTiO3 を使用し、試料番号23について
は、アルカリ金属酸化物の含有量が0.07重量%のB
aTiO3 を使用した。
【0015】
【表1】
【0016】得られた秤量物を分散媒とともに、PSZ
ボールを用いたボールミルで混合し、原料スラリを得
た。次に、この原料スラリに有機系バインダ,可塑剤を
添加し、十分に攪拌した後、ドクターブレード法によっ
てシート成形して、セラミックグリーンシートを得た。
このときのセラミックグリーンシートの厚さは12μm
であった。
【0017】次いで、このようにして得られたセラミッ
クグリーンシートの一面に、内部電極形成用導電ペース
トを印刷し、乾燥後複数枚のセラミックグリーンシート
を積層したのち、厚み方向に圧着することによって積層
体を得た。この積層体に320℃で5時間保持の条件で
脱バインダを行った後、H2 /N2 の体積比率が3/1
00の還元雰囲気ガス気流中において、表2に示す温度
で2時間焼成し、磁器を得た。焼成後のユニットの誘電
体素子厚は8μmであった。
【0018】
【表2】
【0019】得られた磁器に、銀ペーストを塗布して、
焼き付けることによって、銀電極を形成して積層セラミ
ックコンデンサとした。そして、この積層セラミックコ
ンデンサの室温における容量値,誘電損失tanδ,絶
縁抵抗値(logIR),容量の温度変化率(TCC)
および超加速ライフ試験におけるMTTF(meant
ime to failure)を測定した。その結果
を表2にまとめて示す。なお、容量値は誘電率εに換算
して示す。
【0020】誘電率ε,誘電損失tanδについては、
温度25℃、周波数1kHz、交流電圧1Vの条件で測
定した。また、絶縁抵抗値については、温度25℃にお
いて直流電圧16Vを2分間電圧印加して測定し、その
結果を静電容量値との積(CR積)で示す。さらに、温
度変化率(TCC)については、25℃の容量値を基準
とした時の−55℃,125℃における変化率(ΔC
-55 /C25,ΔC+125/C25)および−55℃〜+12
5℃の間において、容量温度変化率が最大である値の絶
対値、いわゆる最大変化率(|ΔC/C25max )につ
いて示す。また、MTTFについては、試料数n=18
個について、150℃で電界強度を16.0(kV/m
m)印加したときの絶縁破壊に至るまでの時間からワイ
ブルプロットによって算出している。
【0021】表2から明らかなように、この発明にかか
る誘電体磁器組成物を用いた積層セラミックコンデンサ
は、薄層であっても優れた特性を示し、高温における信
頼性に優れている。
【0022】この発明において主成分および副成分の範
囲を上述のように限定する理由は次の通りである。
【0023】まず、主成分の範囲の限定理由について説
明する。
【0024】主成分であるBaTiO3 の構成比率を9
2.0〜99.4モル%とするのは、構成比率が92.
0モル%未満の場合には、希土類元素およびCo2 3
の構成比率が多くなるため、試料番号4に示すように、
絶縁抵抗値および誘電率の低下が生じ好ましくない。ま
た、BaTiO3 の構成比率が99.4モル%を超える
場合には、希土類元素およびCo2 3 の添加の効果が
なく、試料番号3に示すように、高温部(キュリー点付
近)の容量温度変化率が大きく(+)側にはずれ好まし
くない。さらに、BaTiO3 中のアルカリ金属酸化物
含有量を0.04%以下とするのは、0.04%を超え
ると、試料番号22および23に示すように、誘電率の
低下が生じ、実用的でなくなり好ましくない。
【0025】次に、副成分の範囲の限定理由について説
明する。
【0026】MgO添加量を0.2〜5.0モル%とす
るのは、添加量が0.2モル%未満の場合には、試料番
号17に示すように、薄層化した場合に、容量温度変化
率を示すカーブがシングルピーク化する傾向があり、低
温部で(−)側にはずれ、高温部(キュリー点近傍)で
(+)側にはずれる傾向があるとともに、絶縁抵抗値向
上の効果もなくなるので好ましくない。また、添加量が
5.0モル%を超える場合には、試料番号15に示すよ
うに、誘電率および絶縁抵抗値の低下が生じるので好ま
しくない。
【0027】MnO添加量を0.05〜1.0モル%と
するのは、添加量が0.05モル%未満の場合には、試
料番号9に示すように、絶縁抵抗値の低下、誘電損失の
増大およびMTTF値の低下が生じるので好ましくな
い。また、添加量が1.0モル%を超える場合には、試
料番号12に示すように、絶縁抵抗値の低下およびMT
TF値の低下が生じるので好ましくない。
【0028】SiO2 添加量を3.0モル%以下とする
のは、添加量が3.0モル%を超える場合には、試料番
号21に示すように、誘電率の低下が生じ好ましくな
い。
【0029】最後に、BaO−SrO−Li2 O−Si
2 を主成分とする酸化物ガラスの添加量を2.5重量
部以下とするのは、添加量が2.5重量部を超える場合
には、試料番号19に示すように、SiO2 の場合と同
様に、誘電率の低下が生じるので好ましくない。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不純物として含まれるアルカリ金属酸化
    物の含有量が0.04重量%以下のBaTiO3 と、T
    2 3 ,Dy2 3 ,Ho2 3 ,Er23 の中か
    ら選ばれる少なくとも1種類の希土類酸化物(Re2
    3 )と、Co2 3 との配合比が、 BaTiO3 92.0〜99.4モル%、 Re2 3 0.3〜4.0モル%、および Co2 3 0.3〜4.0モル% の範囲内にある主成分100モル%に対し、 副成分として、 MgO 0.2〜5.0モル%、および MnO 0.05〜1.0モル% を含有する、誘電体磁器組成物。
  2. 【請求項2】 さらに副成分として、SiO2 を3.0
    モル%以下含有する、請求項1の誘電体磁器組成物。
  3. 【請求項3】 さらに上記全成分を100重量部とし
    て、BaO−SrO−Li2 O−SiO2 を主成分とす
    る酸化物ガラスを2.5重量部以下含有する、請求項1
    の誘電体磁器組成物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0774448A1 (en) 1995-11-20 1997-05-21 Tam Ceramics, Inc. Dielectric stable at high temperature
CN1072831C (zh) * 1995-12-20 2001-10-10 株式会社村田制作所 叠层陶瓷电容器
US6559084B1 (en) 1999-07-21 2003-05-06 Tdk Corporation Dielectric ceramic composition and electronic device
JP2003192433A (ja) * 2002-10-16 2003-07-09 Tdk Corp 誘電体磁器組成物および電子部品

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