JPH07101659B2 - 誘電体磁器組成物および積層コンデンサ素子 - Google Patents
誘電体磁器組成物および積層コンデンサ素子Info
- Publication number
- JPH07101659B2 JPH07101659B2 JP21159489A JP21159489A JPH07101659B2 JP H07101659 B2 JPH07101659 B2 JP H07101659B2 JP 21159489 A JP21159489 A JP 21159489A JP 21159489 A JP21159489 A JP 21159489A JP H07101659 B2 JPH07101659 B2 JP H07101659B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、静電容量の温度変化がJIS規格のＹ級Ｂ特性
（20℃を基準として−25℃から＋85℃の範囲で±10％以
内）を満たすコンデンサ素子において、CuまたはCuを含
む合金を主成分とした内部電極層を有し、Pb系ペロブス
カイトセラミックを主成分とした誘電体層を有する積層
コンデンサ素子に関する。
（20℃を基準として−25℃から＋85℃の範囲で±10％以
内）を満たすコンデンサ素子において、CuまたはCuを含
む合金を主成分とした内部電極層を有し、Pb系ペロブス
カイトセラミックを主成分とした誘電体層を有する積層
コンデンサ素子に関する。
従来の技術 電子機器の小型化に伴う、素子の小型、大容量化への要
求から、近年セラミックコンデンサの市場において積層
型のものが主流になりつつある。積層セラミックコンデ
ンサは、通常内部電極と誘電体磁器を同時焼成すること
により得る。従来より高誘電率系セラミックコンデンサ
用の誘電体材料として、チタン酸バリウム系の磁器組成
物が広く用いられている。しかし、チタン酸バリウム系
の磁器は焼成温度は1300℃程度と高いため、積層コンデ
ンサを製造する場合、内部電極としてPdあるいはPt等の
高価で、比較的電気抵抗の高い金属を用いる必要があっ
た。また、チタン酸バリウム系の磁器は、その直流バイ
アス特性や信号電圧特性が悪いため誘電体層を薄層化し
て素子を小型大容量化することができなかった。
求から、近年セラミックコンデンサの市場において積層
型のものが主流になりつつある。積層セラミックコンデ
ンサは、通常内部電極と誘電体磁器を同時焼成すること
により得る。従来より高誘電率系セラミックコンデンサ
用の誘電体材料として、チタン酸バリウム系の磁器組成
物が広く用いられている。しかし、チタン酸バリウム系
の磁器は焼成温度は1300℃程度と高いため、積層コンデ
ンサを製造する場合、内部電極としてPdあるいはPt等の
高価で、比較的電気抵抗の高い金属を用いる必要があっ
た。また、チタン酸バリウム系の磁器は、その直流バイ
アス特性や信号電圧特性が悪いため誘電体層を薄層化し
て素子を小型大容量化することができなかった。
そこで、安価で、かつ電気抵抗の低いCuを内部電極に用
い、焼成温度が低く、電圧特性の良好なPb系ペロブスカ
イトセラミックを誘電体に用いた積層コンデンサ素子に
対する要求が近年急激に強まってきている。我々はこれ
までにCuと同時焼成可能、すなわちCuが融解せず、酸化
しない焼成条件で、実用的な電気的特性を有する誘電体
磁器組成物を提案したり、あるいは上記の積層コンデン
サ素子を量産性良く製造する方法について提案してき
た。この積層コンデンサ素子は、高いコスト力を有し、
小型大容量化が可能であり、電界コンデンサと置換する
ことが可能である。
い、焼成温度が低く、電圧特性の良好なPb系ペロブスカ
イトセラミックを誘電体に用いた積層コンデンサ素子に
対する要求が近年急激に強まってきている。我々はこれ
までにCuと同時焼成可能、すなわちCuが融解せず、酸化
しない焼成条件で、実用的な電気的特性を有する誘電体
磁器組成物を提案したり、あるいは上記の積層コンデン
サ素子を量産性良く製造する方法について提案してき
た。この積層コンデンサ素子は、高いコスト力を有し、
小型大容量化が可能であり、電界コンデンサと置換する
ことが可能である。
発明が解決しようとする課題 しかし、現在まで提案されている上記の積層コンデンサ
素子における容量の温度変化率はJIS規格のＹ級Ｅ特性
クラス程度であるため、素子の使用できる回路は限定さ
れたものであった。そこで、Cuを内部電極に用い、容量
の温度変化率がＹ級Ｂ特性（−25℃から＋85℃の範囲で
±10％以内）を満たす大容量の積層コンデンサ素子の開
発が待たれている。上記の素子においてCR積および電圧
特性等が実用レベルにあるものは存在しない。
素子における容量の温度変化率はJIS規格のＹ級Ｅ特性
クラス程度であるため、素子の使用できる回路は限定さ
れたものであった。そこで、Cuを内部電極に用い、容量
の温度変化率がＹ級Ｂ特性（−25℃から＋85℃の範囲で
±10％以内）を満たす大容量の積層コンデンサ素子の開
発が待たれている。上記の素子においてCR積および電圧
特性等が実用レベルにあるものは存在しない。
本発明は、上記の条件を満足する積層コンデンサ素子用
の誘電体磁器組成物を提供することを課題としている。
の誘電体磁器組成物を提供することを課題としている。
課題を解決するための手段 Pb1-x+aMex{(Zn1/3Nb2/3)1-y-zTiy(CubNb1-b)z}O3+aで
表わされる組成式において、MeがSrおよびBaのうちより
選ばれる一種以上の元素でありｘおよびｙが下記のＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＤに囲まれた範囲にあり、且つＺ、
ａ、およびｂが、 ０≦ａ≦0.1 0.02≦ｂ≦1.0 0.002≦bz≦0.04 を満たす特徴とする誘電体磁器組成物を構成する。
表わされる組成式において、MeがSrおよびBaのうちより
選ばれる一種以上の元素でありｘおよびｙが下記のＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＤに囲まれた範囲にあり、且つＺ、
ａ、およびｂが、 ０≦ａ≦0.1 0.02≦ｂ≦1.0 0.002≦bz≦0.04 を満たす特徴とする誘電体磁器組成物を構成する。
ｘ ｙ Ａ 0.07 0.15 Ｂ 0.07 0.07 Ｃ 0.16 0.07 Ｄ 0.24 0.22 Ｅ 0.16 0.22 作用 上記構成の誘電体磁器組成物によると、ペロブスカイト
相をを構成するＡサイト量が過剰であるため、低い温度
で焼結する。また、ＢサイトにCuが含まれているため、
より低温で焼結し、誘電率の温度特性が良くなる。
相をを構成するＡサイト量が過剰であるため、低い温度
で焼結する。また、ＢサイトにCuが含まれているため、
より低温で焼結し、誘電率の温度特性が良くなる。
実施例 実施例１ 本実施例は請求項１、および３に記載の発明に対応し、
誘電体層セラミックの組成を限定することにより、Cuを
内部電極層に持ち、容量の温度変化率がJIS規格のＹ級
Ｂ特性を満たす積層コンデンサ素子を作製したものであ
る。
誘電体層セラミックの組成を限定することにより、Cuを
内部電極層に持ち、容量の温度変化率がJIS規格のＹ級
Ｂ特性を満たす積層コンデンサ素子を作製したものであ
る。
誘電体層セラミックの出発原料として化学的に高純度な
PbO、SrCO3、BaCO3、ZnO、Nb2O5、TiO2、およびCuOを用
いた。これらを、純度補正を行なった上で、組成式 Pb1-x+aMex{(Zn1/3Nb2/3)1-y-zTiy(CubNb1-b)z}O3+a（M
eはSrおよびBaのうちより選ばれる一種以上の元素）に
おいてｘ、ｙ、ｚ、ａ、およびｂが種々の値となるよう
に所定量を秤量した。混合はボールミルにより、17時間
行なった。溶媒は純水、ボールは直径4mmのジルコニア
球を用いた。混合物を乾燥したのち、アルミナ製のるつ
ぼに入れ、同質の蓋をし、750℃から900℃で仮焼した。
仮焼物をアルミナ乳鉢で粗砕し、ボールミルにより17時
間粉砕した。溶媒およびボールは、混合と同じものを用
いた。
PbO、SrCO3、BaCO3、ZnO、Nb2O5、TiO2、およびCuOを用
いた。これらを、純度補正を行なった上で、組成式 Pb1-x+aMex{(Zn1/3Nb2/3)1-y-zTiy(CubNb1-b)z}O3+a（M
eはSrおよびBaのうちより選ばれる一種以上の元素）に
おいてｘ、ｙ、ｚ、ａ、およびｂが種々の値となるよう
に所定量を秤量した。混合はボールミルにより、17時間
行なった。溶媒は純水、ボールは直径4mmのジルコニア
球を用いた。混合物を乾燥したのち、アルミナ製のるつ
ぼに入れ、同質の蓋をし、750℃から900℃で仮焼した。
仮焼物をアルミナ乳鉢で粗砕し、ボールミルにより17時
間粉砕した。溶媒およびボールは、混合と同じものを用
いた。
十分に乾燥して得た誘電体粉末に、粉末に対して5wt％
のポリビニルブチラール樹脂、70wt％の溶剤とともにボ
ールミルを用いて混合し、ドクターブレード法によりシ
ート化した。
のポリビニルブチラール樹脂、70wt％の溶剤とともにボ
ールミルを用いて混合し、ドクターブレード法によりシ
ート化した。
内部電極として平均粒径0.8μｍのCu2Oを出発原料に用
い、Cu2Oに対して0.5wt％のエチルセルロース、25％の
溶剤で混練し電極ペーストを得た。この電極ペーストを
スクリーン印刷法により、上記の誘電体シートの上に印
刷した。印刷したシート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。電極にはさまれる誘電体層の
数は20とした。
い、Cu2Oに対して0.5wt％のエチルセルロース、25％の
溶剤で混練し電極ペーストを得た。この電極ペーストを
スクリーン印刷法により、上記の誘電体シートの上に印
刷した。印刷したシート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。電極にはさまれる誘電体層の
数は20とした。
上記の手順で作製した積層体を、500℃で６時間熱処理
を行ない、有機成分を飛散させた。
を行ない、有機成分を飛散させた。
その後、１％H2を含むN2ガス流中、450℃で８時間処理
し、内部電極を還元した。
し、内部電極を還元した。
焼成は、マグネシア磁器容器の中に積層体を大量の誘電
体の仮焼粉中と共に入れ、CO2、CO、H2、O2、およびN2
等のガスにより、内部電極が完全に酸化されない酸素分
圧に雰囲気を制御し、所定の温度で２時間保持すること
により行なった。焼成温度は、組成により異なるが、誘
電体仮焼粉の圧粉体を上記と同様の条件により温度を変
えて焼成し、焼結体の密度が最大になる温度とした。一
回の焼成で500個の素子を焼成した。得られた素子の端
面に、外部電極としてCuペーストをN2中で焼き付け、積
層コンデンサ素子を得た。
体の仮焼粉中と共に入れ、CO2、CO、H2、O2、およびN2
等のガスにより、内部電極が完全に酸化されない酸素分
圧に雰囲気を制御し、所定の温度で２時間保持すること
により行なった。焼成温度は、組成により異なるが、誘
電体仮焼粉の圧粉体を上記と同様の条件により温度を変
えて焼成し、焼結体の密度が最大になる温度とした。一
回の焼成で500個の素子を焼成した。得られた素子の端
面に、外部電極としてCuペーストをN2中で焼き付け、積
層コンデンサ素子を得た。
積層コンデンサ素子の外形は、3.2×1.6×0.9mmであ
り、電極層の厚みは約２μｍ、誘電体層の厚みは一層当
たり約20μｍであった。
り、電極層の厚みは約２μｍ、誘電体層の厚みは一層当
たり約20μｍであった。
積層コンデンサ素子の容量とtanδを、1V r.m.s.,1kHz
の信号電圧のもとで測定した。絶縁抵抗値は20Vの電圧
を印加後１分値から求めた。素子の端面を研磨し、電極
の有効面積と誘電体層の厚みを求め、誘電体層の誘電率
と、絶縁抵抗率を算出した。各特性は良品の平均値とし
た。
の信号電圧のもとで測定した。絶縁抵抗値は20Vの電圧
を印加後１分値から求めた。素子の端面を研磨し、電極
の有効面積と誘電体層の厚みを求め、誘電体層の誘電率
と、絶縁抵抗率を算出した。各特性は良品の平均値とし
た。
第１表に誘電体の組成ｘ、ｙ、ｚ、ａ、およびｂ、最適
焼成温度、20℃での誘電体層の誘電率、tanδ、抵抗
率、また誘電率の温度変化率を示した。
焼成温度、20℃での誘電体層の誘電率、tanδ、抵抗
率、また誘電率の温度変化率を示した。
第１表に示したように、請求の範囲外の組成において
は、焼成温度が1000℃以下、誘電体層の誘電率が2000以
上、抵抗率が1012Ωcm以上、および容量の温度変化率が
YB特性を満たす、という条件のうちのいずれかを満たさ
なくなり、磁器コンデンサ材料として実用的でなくな
る。したがって、請求の範囲より除外した。ここで特
に、誘電体層におけるペロブスカイト相のＡサイト過剰
量ａを０以上にすることにより、焼成温度を低下させ、
かつ絶縁抵抗値を高くすることができた。なお、請求の
範囲以外の元素の含有も容量の温度変化がJIS規格のYB
特性を満たすのであれば構わない。
は、焼成温度が1000℃以下、誘電体層の誘電率が2000以
上、抵抗率が1012Ωcm以上、および容量の温度変化率が
YB特性を満たす、という条件のうちのいずれかを満たさ
なくなり、磁器コンデンサ材料として実用的でなくな
る。したがって、請求の範囲より除外した。ここで特
に、誘電体層におけるペロブスカイト相のＡサイト過剰
量ａを０以上にすることにより、焼成温度を低下させ、
かつ絶縁抵抗値を高くすることができた。なお、請求の
範囲以外の元素の含有も容量の温度変化がJIS規格のYB
特性を満たすのであれば構わない。
実施例２ 本実施例は請求項２、および４に記載の発明に対応し、
誘電体相のペロブスカイト相におけるCu成分の一部をMn
で置換することにより課題を解決したものである。
誘電体相のペロブスカイト相におけるCu成分の一部をMn
で置換することにより課題を解決したものである。
実施例１と同様の方法により、組成式Pb0.86Sr0.16{(Zn
1/3Nb2/3)0.83Ti0.15((Cu1-cMnc)1/3Nb2/3)0.02}O3.02
におけるｃが種々の値となるように誘電体粉末を作製
し、積層コンデンサ素子を得た。特性の評価も実施例１
と同様の方法により行なった。
1/3Nb2/3)0.83Ti0.15((Cu1-cMnc)1/3Nb2/3)0.02}O3.02
におけるｃが種々の値となるように誘電体粉末を作製
し、積層コンデンサ素子を得た。特性の評価も実施例１
と同様の方法により行なった。
第２表に、Mn置換量ｃ、および各特性を示した。
第２表に示したように、誘電体層のペロブスカイト相に
含まれるCu成分を一部Mnに置換することにより、絶縁抵
抗値を向上することができた。しかし、Mnの量が85％よ
り多くなると、誘電率の温度変化が大きくなりYB特性を
満たさなくなったので、請求の範囲より除外した。な
お、請求の範囲以外の元素の含有も容量の温度変化がJI
S規格のYB特性を満たすのであれば構わない。
含まれるCu成分を一部Mnに置換することにより、絶縁抵
抗値を向上することができた。しかし、Mnの量が85％よ
り多くなると、誘電率の温度変化が大きくなりYB特性を
満たさなくなったので、請求の範囲より除外した。な
お、請求の範囲以外の元素の含有も容量の温度変化がJI
S規格のYB特性を満たすのであれば構わない。
発明の効果 本発明の積層コンデンサ素子によると、Cuを内部電極に
有するため、電極材料に要する費用を大幅に削減するこ
とができ、高周波回路で優れた特性を発揮できる。ま
た、Pb系誘電体を使用しているため、誘電体相の薄層化
が可能となり、小型大容量の素子を得ることができ、電
解コンデンサの置換が可能となる。しかも、容量の温度
変化率がJIS規格のＹ級Ｂ特性を満たすため、利用でき
る回路の範囲が拡大する。
有するため、電極材料に要する費用を大幅に削減するこ
とができ、高周波回路で優れた特性を発揮できる。ま
た、Pb系誘電体を使用しているため、誘電体相の薄層化
が可能となり、小型大容量の素子を得ることができ、電
解コンデンサの置換が可能となる。しかも、容量の温度
変化率がJIS規格のＹ級Ｂ特性を満たすため、利用でき
る回路の範囲が拡大する。
Claims (4)
- 【請求項１】Pb1-x+aMex{(Zn1/3Nb2/3)1-y-zTiy(CubNb
1-b)z}O3+aで表わされる組成式において、MeがSrおよび
Baのうち選ばれる一種以上の元素であり、ｘおよびｙ
が、下記のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＤに囲まれた範囲に
あり、かつＺ、ａ、およびｂが、 ０≦ａ≦0.1 0.02≦ｂ≦1.0 0.002≦bz≦0.04 を満たすことを特徴とする誘電体磁器組成物。 ｘ ｙ Ａ 0.07 0.15 Ｂ 0.07 0.07 Ｃ 0.16 0.07 Ｄ 0.24 0.22 Ｅ 0.16 0.22 - 【請求項２】請求項１記載の誘電体磁器組成物に含まれ
るCuの85％以下の原子をMnで置換したことを特徴とする
誘電体磁器組成物。 - 【請求項３】Cu、またはCuを含む合金を主成分とする内
部電極層と、Pb1-x+aMex{(Zn1/3Nb2/3)1-y-zTiy(CubNb
1-b)z}O3+aで表わされる組成式において、MeがSiおよび
Baのうちより選ばれる一種以上の元素であり、ｘおよび
ｙが、下記のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＤに囲まれた範囲
にあり、かつＺ、ａ、およびｂが、 ０≦ａ≦0.1 0.02≦ｂ≦1.0 0.002≦bz≦0.04 を満たす磁器を主成分とする誘電体層とを備えたことを
特徴とする積層コンデンサ素子。 ｘ ｙ Ａ 0.07 0.15 Ｂ 0.07 0.07 Ｃ 0.16 0.07 Ｄ 0.24 0.22 Ｅ 0.16 0.22 - 【請求項４】請求項３記載の積層コンデンサ素子を構成
する誘電体層の主成分である磁器に含まれるCuの85％以
下の原子をMnで置換したことを特徴とする積層コンデン
サ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21159489A JPH07101659B2 (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | 誘電体磁器組成物および積層コンデンサ素子 |
| DE69020260T DE69020260T2 (de) | 1989-08-17 | 1990-08-16 | Dielektrische Keramikzusammensetzung und Vielschicht-Kondensator. |
| EP90115615A EP0413321B1 (en) | 1989-08-17 | 1990-08-16 | Dielectric ceramic composition and multi-layer capacitor |
| US07/569,291 US5094987A (en) | 1989-08-17 | 1990-08-17 | Dielectric ceramic composition and multi-layer capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21159489A JPH07101659B2 (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | 誘電体磁器組成物および積層コンデンサ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0376106A JPH0376106A (ja) | 1991-04-02 |
| JPH07101659B2 true JPH07101659B2 (ja) | 1995-11-01 |
Family
ID=16608351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21159489A Expired - Lifetime JPH07101659B2 (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | 誘電体磁器組成物および積層コンデンサ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07101659B2 (ja) |
-
1989
- 1989-08-17 JP JP21159489A patent/JPH07101659B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0376106A (ja) | 1991-04-02 |
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