JPH11100264A - 圧電磁器組成物およびその製造方法 - Google Patents

圧電磁器組成物およびその製造方法

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JPH11100264A
JPH11100264A JP26313797A JP26313797A JPH11100264A JP H11100264 A JPH11100264 A JP H11100264A JP 26313797 A JP26313797 A JP 26313797A JP 26313797 A JP26313797 A JP 26313797A JP H11100264 A JPH11100264 A JP H11100264A
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JP
Japan
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ceramic composition
piezoelectric ceramic
temperature
mol
composition
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JP26313797A
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Yuji Fujinaka
祐司 藤中
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的低温での焼成が可能で電気機械結合係
数が比較的大きく、280℃近傍の半田付け実装温度で
も電気特性劣化の少ない、温度サイクルによる共振周波
数変化の少ない圧電磁器組成物を提供することを目的と
する。 【解決手段】 一般式(化1)で表される組成物中のP
bの5mol%以上20mol%以下をCa,Sr,B
aのうち少なくとも一種で置換した主成分に、副成分と
してCr23およびMnO2のうち少なくとも一種を
0.05〜2.0重量%含有させたことを特徴とする圧
電磁器組成物である。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に厚みすべりモ
ード共振を利用した発振子・フィルタに用いるもので電
気機械結合係数が比較的大きく、耐熱性が良好で温度サ
イクル前後での共振周波数変化が少ない圧電磁器組成物
およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より圧電磁器組成物としてはチタン
酸バリウム磁器、チタン酸ジルコン酸鉛磁器、マグネシ
ウムニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛磁器、および亜鉛ニ
オブ酸チタン酸ジルコン酸鉛磁器などがあり、使用目的
に応じて種々の改良がなされてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】発振子・フィルタなど
に用いる圧電磁器組成物はエネルギー、環境問題および
電気特性ばらつき低減の観点からできるだけ低温での焼
成が可能でかつ表面実装タイプのチップ部品に対応する
ため半田付け実装温度に耐えうる耐熱性が要求されてい
る。
【0004】さらに従来の圧電磁器組成物は実用上に重
要な信頼性の一つである温度サイクル前後で共振周波数
が変化するという問題があり、電子機器の安定動作のた
め共振周波数の変化をできるだけ低く押さえる必要があ
った。
【0005】そこで本発明は、厚みすべりモード共振を
利用した発振子・フィルタに適した比較的低温での焼成
が可能で電気機械結合係数が比較的大きく、280℃近
傍の半田付け実装温度でも電気特性劣化の少ない、温度
サイクルによる共振周波数変化の少ない圧電磁器組成物
を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の圧電磁器組成物は、一般式(化3)で表され
る組成物中のPbの5mol%以上20mol%以下を
Ca,Sr,Baのうち少なくとも一種で置換した主成
分に、副成分としてCr23およびMnO2のうち少な
くとも一種を0.05〜2.0重量%含有させたことを
特徴とするものである。
【0007】
【化3】
【0008】この構成によると、Pbを特定比率のC
a,Sr,Baのうち少なくとも一種で置換することに
より比誘電率の値を調整し、デバイスに応じた適切なも
のとすることができ、かつ温度サイクルによる共振周波
数変化を低減できる。
【0009】またPb量を化学量論比より若干多くする
ことにより焼成時のPbO飛散の影響を低減し、PZT
組成系でPb(Co1/3Ta2/3)O3を第3成分として
固溶させることにより焼成温度低減(焼結性向上)と、
電気機械結合係数増加、耐熱性向上をはかった。
【0010】さらに副成分としてのCr23およびMn
2添加により圧電性を低下させることなく耐熱性と温
度サイクルでの電気特性変化低減を実現した。発振子・
フィルタなどに適した280℃近傍の半田付け実装温度
でも電気特性変化が少なく、温度サイクルによる共振周
波数変化の少ない圧電磁器組成物が得られる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、一般式(化4)で表される組成物中のPbの5mo
l%以上20mol%以下をCa,Sr,Baのうち少
なくとも一種で置換した主成分に、副成分としてCr2
3およびMnO2の少なくとも一種を0.05〜2.0
重量%含有させたことを特徴とする圧電磁器組成物であ
り、厚みすべりモード共振を利用した発振子・フィルタ
に適した比較的低温での焼成が可能で電気機械結合係数
が比較的大きく、280℃近傍の半田付け実装温度でも
電気特性劣化の少ない、温度サイクルによる共振周波数
変化の少ないものである。
【0012】
【化4】
【0013】請求項2に記載の発明は、一般式(化5)
で表される組成物中のPbの5mol%以上20mol
%以下をCa,Sr,Baのうち少なくとも一種で置換
した主成分に、副成分としてCr23およびMnO2
少なくとも一種を0.05〜2.0重量%添加混合する
第1の工程と、混合物を仮焼する第2の工程と、仮焼原
料を粉砕する第3の工程と、粉砕原料に有機結合材を加
えて所定形状に成形する第4の工程と、成形体を焼成し
て焼結体を得る第5の工程と、焼結体を130〜180
℃の温度範囲において3.5kV/mm以上の直流電界
を印加して分極する第5の工程と、分極済み焼結体を2
20〜280℃の高温下で熱処理する第6の工程とを備
えたことを特徴とする圧電磁器組成物の製造方法であ
り、厚みすべりモード共振を利用した発振子・フィルタ
に適した比較的低温での焼成が可能で電気機械結合係数
が比較的大きく、280℃近傍の半田付け実装温度でも
電気特性劣化の少ない、温度サイクルによる共振周波数
変化の少ない圧電磁器組成物を得ることができる。
【0014】
【化5】
【0015】以下本発明の一実施の形態について図面を
参照しながら説明する。図1は本実施の形態における厚
みすべりモード共振子の斜視図であり、圧電磁器1の
上、下両面に共振電極2を形成したものである。
【0016】まず原料としてPbO,TiO2,Zr
2,Co34,Ta25,Cr23,MnCO3,Ca
CO3,SrCO3,BaCO3を(表1)、(表2)の
組成となるように正確に秤量し、ボールミルによりよく
混合した。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】なお原料はこれらのみに限られるものでな
く化学反応により上記の酸化物を生成するものであれば
他の化合物を使用しても良い。次に前記混合物を850
℃の温度で仮焼し、さらにボールミルにより粉砕した。
これを乾燥した後結合剤としてのポリビニールアルコー
ル水溶液を加え、造粒した後1ton/cm2の圧力で
加圧成形し、縦50mm、横45mm、高さ7mmの成
形体を得た。ここで得られた成形体を閉炉中で1180
〜1280℃の温度で1時間焼成し、得られた圧電磁器
より厚みすべり振動共振子を以下のようにして作製し
た。
【0020】まず圧電磁器矩形板をラッピングして厚み
5mmの圧電磁器1とした後、両面に銀電極を焼き付
け、125〜185℃のシリコンオイル中で3.4〜
4.0kV/mmの直流電界を30分間印加して分極処
理し、ついで所定の条件で熱処理を行った。次に厚み方
向に0.5mm厚みでスライスし0.05μmCr−1
μmAuの二層蒸着膜よりなる共振電極2をスライス面
に形成し、分極方向にダイシングすることにより図1に
示した矩形板状の厚みすべりモード共振子を得た。これ
らの試料につき密度ρ、比誘電率ε11 T/ε0、電気機械
結合係数k15を測定した。耐熱性は共振子を280℃の
ホットプレート上で1分間保持した後、30分経過時点
でのk15および共振周波数の変化率を測定した。k15
0.3、|k 15変化率|≦5%、|共振周波数変化率|
≦0.3%を耐熱性良好と判定した。測定結果の内で本
発明の範囲内の分極および分極後熱処理を施したものを
磁器焼成温度(密度最大)とともに(表3)、(表4)
にまとめた。
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】(表5)は(表1)の共振子を分極条件、
分極後熱処理条件を種々に変えた場合の共振子特性を示
したものである。
【0024】
【表5】
【0025】温度サイクル(外1)前後での共振周波数
の変動((fr−fr0)/fr0の値;%)も上記共振子
により測定し(表3)、(表4)、(表5)に示した。
【0026】
【外1】
【0027】温度サイクルによる共振周波数変動につい
ては0.3%以下のものを良品と判定した。
【0028】以下本実施の形態について表を参照しなが
ら説明する。(表1)〜(表5)によるとα<1.0の
試料4は焼成温度が1250℃以上と上昇しているが、
これは焼結反応における液層生成量が減少し焼結性が低
下したためである。α>1.06の試料7は電気機械結
合係数k15が0.3以下まで低下しているが、これは過
剰のPbOがガラス成分となって焼結体中に残留したた
めである。
【0029】従ってαは1.0≦α≦1.06の範囲に
限定した。A<0.02である試料8は圧電性が低く
(k15<0.3)、A>0.23である試料11は耐熱
性が低下しているためAは0.02≦A≦0.23の範
囲に限定した。
【0030】B<0.46である試料12は温度サイク
ルによる共振周波数変化率が0.3%以上と大きく、B
>0.78である試料15は圧電性が低下している(k
15<0.3)ためBの範囲は0.46≦B≦0.78の
範囲に限定した。
【0031】C<0.25である試料16は焼結性およ
び圧電性が低下している(k15<0.3)ため、C>
0.45である試料19は耐熱後の共振周波数変化率が
−0.3%を越え、温度サイクルによる共振周波数変化
率が0.3%以上と大きくなっているためCは0.25
≦C≦0.45の範囲に限定した。
【0032】PbのCa,Sr,Baのうち少なくとも
一種での置換量が5mol%以下である試料24,2
5,26,27,28,29,30,31では温度サイ
クルによる共振周波数変化率が0.3%以上と大きいた
め、置換量が20mol%以上の試料35,36,3
7,38,39,40,41,42,43では耐熱性が
低下しているため本発明の範囲から除外した。
【0033】副成分であるCr23およびMnO2(少
なくとも1種)の添加量については0.05重量%以下
の試料44,45,46の場合では圧電性が低い(k15
<0.3)か温度サイクルによる共振周波数変化率が
0.3%以上と大きいため、2.0重量%以上の試料5
0,51,52では焼結体密度が7.5g/cm3に低
下するとともに圧電性が低下している(k15<0.3)
ため本発明の範囲から除外した。
【0034】分極条件については(表5)に示したよう
に分極温度130℃以下では分極未飽和で、分極温度1
80℃以上では圧電磁器の抵抗が低下し3.5kV/m
m以上の電圧が印加できなくなることから、分極時の直
流印加電圧については本発明の分極温度範囲で3.5k
V/mm以下では分極未飽和となるため本発明の範囲か
ら除外した。
【0035】分極後の熱処理条件についても(表5)に
示したように220℃以下の温度では熱衝撃後の共振周
波数変化もしくはk15変化が大きいため、また280℃
以上の温度では脱分極が大きく、圧電性低下が顕著であ
る(k15<0.3)ため本発明の範囲から除外した。
【0036】
【発明の効果】以上本発明によると、厚みすべりモード
共振を利用した発振子・フィルタ用圧電磁器で比較的低
温での焼成が可能で、電気機械結合係数が比較的大き
く、280℃近傍の半田付け実装温度でも電気特性変化
の少ない、温度サイクルによる共振周波変化の少ない圧
電磁器組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態における厚みすべりモー
ド共振子の斜視図
【符号の説明】
1 圧電磁器 2 共振電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(化1)で表される組成物中のP
    bの5mol%以上20mol%以下をCa,Sr,B
    aのうち少なくとも一種で置換した主成分に、副成分と
    してCr23およびMnO2の少なくとも一種を0.0
    5〜2.0重量%含有させたことを特徴とする圧電磁器
    組成物。 【化1】
  2. 【請求項2】 一般式(化2)で表される組成物中のP
    bの5mol%以上20mol%以下をCa,Sr,B
    aのうち少なくとも一種で置換した主成分に、副成分と
    してCr23およびMnO2の少なくとも一種を0.0
    5〜2.0重量%添加混合する第1の工程と、混合物を
    仮焼する第2の工程と、仮焼原料を粉砕する第3の工程
    と、粉砕原料に有機結合材を加えて所定形状に成形する
    第4の工程と、成形体を焼成して焼結体を得る第5の工
    程と、焼結体を130〜180℃の温度範囲において
    3.5kV/mm以上の直流電界を印加して分極する第
    5の工程と、分極済み焼結体を220〜280℃の高温
    下で熱処理する第6の工程とを備えたことを特徴とする
    圧電磁器組成物の製造方法。 【化2】
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100471978B1 (ko) * 2000-12-22 2005-03-07 재단법인 포항산업과학연구원 가속도 센서용 압전 세라믹스 조성물
KR100673192B1 (ko) * 2000-12-27 2007-01-22 주식회사 하이닉스반도체 압전 세라믹을 이용한 강유전체 제조 방법

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