JPH0793225B2

JPH0793225B2 - セラミックコンデンサとその製造方法

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Publication number: JPH0793225B2
Application number: JP13053587A
Authority: JP
Inventors: 和生江田; 哲司三輪; 豊田口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPS63293910A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、広い温度範囲において、高周波のＱ値に優
れ、かつ小型で大容量化の可能なセラミックコンデンサ
とその製造方法に関するものである。

従来の技術従来のセラミックコンデンサとして、酸化チタン、チタ
ン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムおよびそれらの
化合物焼結体などに、Ag、Pt、Pd他の電極材料を、ペー
スト状として塗布し、焼き付けたものが知られている。
またこれらの誘電体と電極を、交互に何層も積層して、
小型大容量化を図ったものもある。これらのセラミック
コンデンサは、大きな誘電率を有し、また誘電体損失
（tanδ）が小さく、コンデンサとして優れた性質を有
している。しかし、これらのセラミックコンデンサも、
10GHz以上の高周波では、その性能に問題がある。特性
上最も問題となるのは、高周波における損失の増大、す
なわち、共振のＱ値の低下である。高周波におけるＱ値
は、誘電体および電極の両者が関与するものであり、そ
の組合せの最適化が最も重要である。とくに、大容量化
を図った積層セラミックコンデンサでは、その電極材料
に種々の制約があるため、高周波における損失の低いも
のは得られない。

近年、高周波トランジスタとして、２次元電子ガスを用
いた、高移動度トランジスタが開発されており、このト
ランジスタの特性は、温度が低いほど優れている。した
がって、衛生通信などのように、高周波でかつ微弱な電
波を扱うような用途では、システム全体を低温に保って
おくような工夫もなされている。しかし、従来のセラミ
ックコンデンサでは、これによって高周波のＱ値が、大
幅に向上するようなものはない。

発明が解決しようとする問題点本発明はかかる点に鑑みなされたもので、高周波におい
て、また低温から室温まで広い温度範囲においても、Ｑ
値に優れ、大容量化の可能なセラミックコンデンサを提
供することを目的としている。

問題点を解決するための手段本発明は上記問題点を解決するため、900〜1100℃で焼
結可能なペロブスカイト構造酸化物誘電体原料および15
〜60重量％の金属成分を含む層状ペロブスカイト構造型
酸化物超電導体原料のそれぞれに、バインダ、可塑剤、
溶剤を加えてスラリーを作成し、該スラリーをシート状
に加工し、前記ペロブスカイト構造酸化物焼結体誘電体
原料シートを前記層状ペロブスカイト構造酸化物超電導
体原料シートで挾んで積み重ねた構造を、少なくとも１
層以上形成し、バインダを除去した後、900〜1100℃の
酸素を含有する雰囲気で焼結することにより、ペロブス
カイト構造酸化物焼結体誘電体を、層状ペロブスカイト
構造型酸化物焼結体超電導体で挟んだ構造を、少なくと
も、１層以上有するセラミックコンデンサを提供するも
のである。

作用本発明は、前記した構造により、広い温度範囲におい
て、高周波におけるＱ値が大きく、大容量化が可能なセ
ラミックコンデンサを得ることができる。

実施例（実施例１）酸化イットリウム（Y₂O₃）、炭酸バリウム（BaCO₃）と
酸化銅（CuO）を、Y₁Ba₂Cu₃の比で含むようそれぞれ秤
量し、混合の後、950℃の空気中で５時間焼成する。こ
れをもう一度粉砕、混合した後、950℃の空気中で10時
間焼成する。これを再度粉砕し焼結体粉末粒子を得る。

次に上記焼結体粉末粒子と、15〜60重量％のAg-Pd合金
粉末を、バインダ、可塑剤、溶剤とまぜ混合スラリーと
する。バインダとして、10重量％のポリ酢酸ビニール、
可塑剤として、0.5重量％の、フタル酸ジオクチルを加
え、これにセラミック原料に対して60重量％のメチルア
ルコールで攪拌混合し、スラリーを作成した。このスラ
リーを、ポリエステルフィルム上に、ドクターブレード
法にてシート状に成型し、自然乾燥して、生シートを作
る。この時その厚みを30μｍとする。

次に、PbO、Fe₂O₃、WO₃、Nb₂O₅、ZnO粉末を、Pb（Fe
W）O −Pb（Fe Nb）Ｏ、Pb（Fe W）O −Pb（Zn Nb）Ｏ
になるように粉砕し、混合し、900℃で５時間焼成す
る。これをもう一度粉砕、混合して焼結体粉末粒子を得
る。

次に上記焼結体粉末粒子を、バインダ、可塑剤、溶剤と
まぜ混合スラリーとする。このスラリーを用いて、厚み
50μｍの生シートを作成する。スラリー作成、および生
シート作成条件は、いずれも前記Ｙ−Ba-Cu酸化物−金
属生シートの場合と同様である。

次に、Pb系酸化物生シートを、Ｙ−Ba-Cu酸化物−金属
生シート２枚で、サンドイッチした構造に重ね合せて加
圧し、積層構造とする。

次に、この積層したものを、600℃で24時間、バインダ
除去を行う。次に950℃の空気中で３時間焼成し、冷却
後、1mm角のチップ状に切り出す。このようにして得ら
れたセラミックコンデンサの14GHzにおけるＱ値を、77K
で測定した。また比較のために、前記誘電体生シートの
両面に、Ag-Pd合金ペーストをスクリーン印刷し、同一
条件で作成した従来のセラミックコンデンサについて
も、Ｑ値を測定した。その結果、従来の銀系電極を用い
たものでは、14GHzにおいては、誘電体の損失よりも、
電極での損失の方が圧倒的に大きく、どの誘電体材料に
ついても、ほぼ電極の損失に対応したＱ値となってお
り、いずれも100以下であった。一方、本実施例では、7
7KでＹ−Ba-Cu酸化物−金属電極は超伝導状態にあり、
電極に係わる損失は、誘電体の損失よりもはるかに少な
いものとなっており、ほぼ誘電体の損失にのみ対応する
Ｑ値が得られ、いずれの材料についても500以上のＱ値
が得られた。次に室温における14GHzのＱ値を測定比較
したところ、15重量％以上の金属成分を含む場合、従来
のAg-Pd系電極を用いたものに比べ遜色なかった。

誘電体および超電導体電極は、Ｘ線解析で調べたとこ
ろ、それぞれペロブスカイト構造を基本としており、超
電導体電極は層状プロブスカイト構造を示していた。

第１図は本発明の構造の一実施例を示したものであり、
第１図において、１は酸化物焼結体誘電体、２は金属成
分を含む層状ペロブスカイト構造型酸化物超伝導体電極
である。

第２図は、本実施例の電極用超電導体の結晶構造の構成
要素である。ペロブスカイト構造を示したものである。
図において、３にCu、４にＯ、５にＹまたはBaが入った
もので、この構成要素がある周期をもって、層状に積み
重なったものである。実際の超電導体では、この構造か
ら、適当に酸素のぬけた酸素欠損型の構造になっている
と考えられる。

第３図は、誘電体層を２層とし、その間および上下に、
超電導体電極層を挾んだ構造の実施例を示したものであ
る。第３図において、６は上下２電極層および中間電極
にそれぞれ接続された端子電極である。端子電極６の面
積は、電極２の面積に比べ、圧倒的に小さいので、特性
の及ぼす影響も少ない。そこで積層焼結後に、それぞれ
の端面に、従来の銀系電極ペーストをショートしないよ
うに塗布し、焼き付ければ良い。ショートしないように
するには、シート積層時に、端で電極用生シートのない
部分が、交互に生ずるようにしてやれば良い。この層数
を増せば、容量を増すことができ、このような構造とす
ることにより、小型で大容量のコンデンサを得ることが
できる。

金属成分として、Ag-Pd合金以外に、Agのみ、あるいはP
dのみで行っても同様の結果が得られた。またこれ以外
に、Pt、Auを用いても同様の結果が得られた。

（実施例２）酸化ランタン（La₂O₃）、炭酸バリウム（BaCO₃）と酸化
銅（CuO）を、La_1.84Ba_0.16Cu₁の比で含むようそれぞれ
秤量し、混合の後、実施例１と同様にして、焼結体粉末
粒子を得、15〜60重量％のAg-Pdを加え、スラリー、生
シートを得る。誘電体生シートについては、実施例１と
同様である。

次に、この生シートを用いて、実施例１と同様のプロセ
スを経て、セラミックコンデンサを形成した。得られた
セラミックコンデンサのＱ値を30Kおよび室温で測定
し、従来の銀系電極のものと比較した結果、実施例１と
同様の結果が得られた。すなわちこの場合にも、電極は
30Kにおいて、超電導体となっており、本実施例のもの
では、電極損失が極めて低くなっており、良好なＱ値が
得られた。また室温においては、従来の特性を損なうこ
とはない。

電極は、実施例１と同様、層状ペロブスカイト構造であ
る。

金属成分を変えた場合の効果についても、実施例１と同
様の結果であった。

（実施例３）希土類酸化物（Yb、Er、Ho、Dyの酸化物）、炭酸バリウ
ム（BaCO₃）と酸化銅（CuO）を、酸化銅１に対し、希土
類酸化物と酸化物バリウムが、0.3および0.7になるよう
種々秤量し、混合の後、実施例１と同様にして、焼結体
粉末粒子を得、15〜60重量％のAg-Pd合金を加え、スラ
リー、生シートを得る。誘電体生シートについては、実
施例１と同様である。

次に、この生シートを用いて、実施例１と同様のプロセ
スを経て、セラミックコンデンサを形成した。得られた
セラミックコンデンサのＱ値を50Kおよび室温で測定
し、従来の銀系電極のものと比較した結果、実施例１と
同様の結果が得られた。すなわちこの場合にも、50Kに
おいて、電極は超電導体となっており、本実施例のもの
では、電極損失が極めて低くなっており、良好なＱ値が
得られた。また室温においては、従来の特性を損なうこ
とはない。

以上述べた如く、本発明の方法によれば、広い温度範囲
で高周波のＱ値の大きいセラミックコンデンサを得るこ
とができる。

第２図は、実施例１の結晶構造について、示したもので
あるが、実施例２〜３の場合の層状ペロブスカイト構造
は、この構造において、Ｙ、Baの代りに、それぞれの実
施例で用いられた、Cu、Ｏ以外の元素で置き代えたもの
である。

本実施例の構造では、誘電体、電極材料ともに酸化物で
ある。そのため焼結を、酸素を含む雰囲気、例えば空気
中で行うことができ、電極としての超伝導特性、および
誘電体としての誘電特性を損なうことなく作ることがで
きる。逆に酸素の無い雰囲気では、良好な誘電特性、超
電導特性が得られない。したがって、酸素を含む雰囲気
で焼成することが必要である。

また本実施例では、誘電体、超電導体電極ともに酸化物
ペロブスカイト構造を基本としている。そのため結晶と
してのなじみが極めて良く、焼成時の剥離や変形によ
る、電極の超伝導臨界温度の低下、Ｑ値の低下などの問
題がみられない。このことは、特に何層にも積層した時
に、特に重要である。なじみが悪いと、いわゆるデラミ
ネーションが生じ、コンデンサとしての特性が著しく悪
化する。このことから本実施例の効果は、ペロブスカイ
ト構造酸化物誘電体および層状ペロブスカイト構造型酸
化物超電導体の組合せによって得られるものであり、逆
に、これらの材料の組合せについては、いずれの材料に
ついても適用できるものである。

また本実施例では、誘電体の厚み、および電極用酸化物
超電導体の厚みとして特定の値を用いたが、それぞれの
厚みは任意である。

また本実施例では、いずれの実施例においても、超電導
体酸化物焼結粉末の結晶構造をＸ線解析した結果、粉末
の状態ですでに層状ペロブスカイト構造を有しており、
また磁化率の測定から、反磁性が観測され、すでに超電
導体状態の粉末粒子となっていた。

本実施例で用いた酸化物超電導体が、超電導特性を示す
のは、900〜1100℃で焼成した場合のみであり、そのた
め誘電体として組合せ使用可能なものは、やはり900〜1
100℃で焼成可能なものでなければならない。本実施例
で用いたPb系ペロブスカイト構造酸化物誘電体は、その
代表的なものである。

本実施例では、いずれの材料についても、金属成分の量
が少なすぎると、室温における電極の抵抗値が上昇し好
ましくない。また多すぎると、低温における超伝導特性
が悪化し好ましくない。本実施例で用いた金属成分につ
いては、いずれの材料についても、15〜60重量％の範囲
内では、良好な結果が得られる。したがって、好ましい
金属成分の量は、15〜60重量％の範囲内である。本実施
例で用いた金属成分はいずれも酸素含む雰囲気で、900
〜1100℃で焼成しても、その金属的性質、すなわち電気
抵抗が低いという性質を保つものである。したがって、
焼結温度としては、900〜1100℃が好ましい。

本発明のセラミックコンデンサは、広い温度範囲におい
て、高周波におけるＱ値が極めて優れており、２次元電
子ガスを用いた、高移動度トランジスタを用いた、高周
波トランジスタ等と組合せて、低温で使用することによ
り、きわめて性能の良い、増幅器、発振器等を構成でき
るものである。また積層化が可能であり、これにより小
型大容量化が容易である。

本実施例では、バインダ、可塑剤、溶剤の量として特定
の値を用いたが、うまく生シートに加工できれば良く、
この値に限られるものではない。

発明の効果以上述べた如く、本発明は、900〜1100℃で焼結可能な
ペロブスカイト構造酸化物誘電体原料および15〜60重量
％の金属成分を含む層状ペロブスカイト構造型酸化物超
電導体原料のそれぞれに、バインダ、可塑剤、溶剤を加
えてスラリーを作成し、該スラリーをシート状に加工
し、前記ペロブスカイト構造酸化物焼結体誘電体原料シ
ートを前記層状ペロブスカイト構造酸化物超電導体原料
シートで挾んで積み重ねた構造を、少なくとも１層以上
形成し、バインダを除去した後、900〜1100℃の酸素を
含有する雰囲気で焼結することにより、ペロブスカイト
構造酸化物焼結体誘電体を、層状ペロブスカイト構造型
酸化物焼結体超電導体を挾んだ構造を、少なくとも、１
層以上有するセラミックコンデンサを提供するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構造の一実施例のセラミックコンデン
サの断面図、第２図は本発明に用いた酸化物超電導体の
結晶構造である層状ペロブスカイト構造の構成要素であ
るペロブスカイト構造の模式図、第３図は本発明の構造
の他の実施例のセラミックコンデンサの断面図である。１……酸化物焼結体誘電体、２……金属成分を含む層状
ペロブスカイト構造型酸化物超電導体電極、３……Cu、
４……Ｏ、５……ＹまたはBa、６……端子電極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】900〜1100℃で焼結可能なペロブスカイト
構造酸化物焼結体誘電体を、15〜60重量％の金属成分を
含む層状ペロブスカイト構造型酸化物焼結体超電導体で
挾んだ構造を、少なくとも、１層以上有することを特徴
とするセラミックコンデンサ。
【請求項２】層状ペロブスカイト構造型酸化超電導体焼
結体粉末粒子として、Ａ−Ba−Cu酸化物（但しＡは、
Ｙ、希土類）を用いたことを特徴とする特許請求の範囲
第（１）項記載のセラミックコンデンサ。
【請求項３】希土類として、La、Yb、Er、Ho、Dyを用い
たことを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載のセ
ラミックコンデンサ。
【請求項４】ペロブスカイト構造酸化物焼結体誘電体と
して、Pb−Fe−Ｗ−Nb酸化物、またはPb−Fe−Ｗ−Zn−
Nb酸化物またはそれらの化合物を用いたことを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載のセラミックコンデン
サ。
【請求項５】金属成分として、Ag、Pd、Pt、Auのいずれ
かまたはその混合物を用いたことを特徴とする特許請求
の範囲第（１）項記載のセラミックコンデンサ。
【請求項６】900〜1100℃で焼結可能なペロブスカイト
構造酸化物誘電体原料および15〜60重量％の金属成分を
含む層状ペロブスカイト構造型酸化物超電導体原料のそ
れぞれに、バインダ、可塑剤、溶剤を加えてスラリーを
作成し、該スラリーをシート状に加工し、前記ペロブス
カイト構造酸化物焼結体誘電体原料シートを前記層状ペ
ロブスカイト構造酸化物超電導体原料シートで挾んで積
み重ねた構造を、少なくとも１層以上形成し、バインダ
を除去した後、900〜1100℃の酸素を含有する雰囲気で
焼結したことを特徴とするセラミックコンデンサの製造
方法。
【請求項７】層状ペロブスカイト構造型酸化物超電導体
焼結体粉末粒子として、Ａ−Ba−Cu酸化物（Ａは、Ｙ、
希土類）を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
（６）項記載のセラミックコンデンサの製造方法。
【請求項８】希土類として、La、Yb、Er、Ho、Dyを用い
たことを特徴とする特許請求の範囲第（６）項記載のセ
ラミックコンデンサの製造方法。
【請求項９】ペロブスカイト構造酸化物焼結体誘電体と
して、Pb−Fe−Ｗ−Nb酸化物、またはPb−Fe−Ｗ−Zn−
Nb酸化物またはそれらの化合物を用いたことを特徴とす
る特許請求の範囲第（６）項記載のセラミックコンデン
サの製造方法。
【請求項１０】金属成分として、Ag、Pd、Pt、Auのいず
れかまたはその混合物を用いたことを特徴とする特許請
求の範囲第（６）項記載のセラミックコンデンサの製造
方法。