JPS5910220A - モノリシツクコンデンサ−及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、相互に距離を置いて平行に埋封された導電層
を有する、密焼結された誘電セラミック体からの絶縁体
から構成されるモノリシックコンデンサー及びその製法
に関する。同導電層は、同層の領域に設けられた誘電体
の空隙部及びその中に封入された導電体からなり、各導
電層は絶縁体の相対する両外面の各々一方に交互に達し
、そこで連結体により連結されて、コンデンサーの両外
被全形成し、各導電層の反対側の端部は各々セラミック
体の相対する外面から距離を置いており、その場合それ
ら導電層は、誘電体を形成する材料間に埋封された網状
構造の多孔性セラミック体の層からなり、同網状構造内
の相互に連絡する空隙部内に導電体が封入されている。

セラミックコンデンサーは多年にわたり使用されており
、セラミック材、例えばチタン酸バリウムの高い誘電率
のために、従来常用された紙、電母及び別の材料からな
るコンデンサーにとって代った。セラミックコンデンサ
ーは非常に大きな静電容量／単位体積を有するから、小
さな大きさで全容量が太きい。

冒頭に述べた種類のコンデンサー並びにその製法は、西
ドイツ国特許明細書第２２１８１７０号から公知である
。同方法においては、モノリシックコンデンサーの絶縁
体用のセラミック材として、チタン酸バリウム、二酸化
チタン、チタン酸ストロンチウムバリウム等が使用され
る０それらのセラミック材の誘電率は、１２０００程度
にまで達する。−２５°Ｃ〜＋８５°Ｃの範囲の温度係
数は＋２０％〜−８０係程度である。

更に、従来の半導体セラミックの粒界を絶縁することに
より、高い有効誘電率を有するセラミック誘電体を製造
することが公知である。その種の構造は、″境界層コン
デンサー″゛として公知である。同方法によって例えば
、５００００〜７００００の有効誘電率を有するチタン
酸バリウム半導体セラミックを得ることが出来る。

同セラミックの誘電破壊電圧は８００Ｖ／ｍｍであり、
電気抵抗率は約２．１０１１オーム、７ｍである。

その種のコンデンサーを実用するに当っての欠点は、６
０〜８５℃の温度範囲内で、室温における値に比較して
±４０％の容量変化が生じることである。その上公知セ
ラミックの誘電損率は約５〜１０チで、比較的大きいか
ら、その点からも、上記のセラミックはそれ程有利では
ない。

チタン酸ストロンチウムは、コンデンサー用の主成分と
して自体公知である。それを酸化マンガン及び二酸化珪
素と混合し、圧搾し、アルゴン下で焼結する。得られた
成形体を付加的な酸化マンガン被膜と共に、又は同被膜
なしで、酸化雰囲気下で二度目の焼結を行う。それによ
って粒界絶縁が得られる。同製品の３０〜８５°Ｃにお
ける静電容量変化は、約±１５チである。

誘電損率は０．２〜５％である。従ってその点において
は、チタン酸ストロンチウムセラミックは、相当するチ
タン酸バリウムセラミックよシも明らかに優れている。

しかしチタン酸ストロンチウムセラミックは、８００〜
１０　［１０Ｖ／１ｒｖｎの破壊電圧において、２００
００〜３５０００という比較的低い有効誘電率を有する
から、その点チタン酸バリウムセラミックより明らかに
劣る。

西ドイツ国特許出願公告第２４３３６６１号から、チタ
ン酸ストロンチウムを基体とする、粒界絶縁されたより
よい性質をもつ半導体セラミックが公知である。それを
ディスク状に圧搾し、その両面を酸化ビスマス粉末で被
覆してから酸化雰囲気中で焼結する。その際に、被覆し
た酸化ビスマスが粒界に沿って、ディスク体の内部に拡
散する。それにより粒界絶縁が形成される。その様に得
られたセラミック上に銀電極を設けて焼付けることによ
り、ディスクコンデンサーが得られる。単位体積当りの
その容量は、高い誘電率にもかかわらず、厚さく容量値
に逆比例する）が大きいために、比較的小さい。

“ジ　アメリカン　セラミック　ソサイエティ　インコ
ーポレーション：アドヴアンシーズイン　セラミックス
（Ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｅｒａｍｉｃｓｏｃｉ
ｅｔｙ工ｎｃ、　：　Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｃｅｒ
ａｍｉｃｓ　）　”（Ｌ、レヴイ／ソン（Ｌｅｖｉｎｓ
ｏｎ　）及びり、ヘル（Ｈ菖１１　）著、２２６〜２２
４頁）からモノリシック境界層コンデンサーが公知であ
る。しかしそこでは誘電体層間の金属層として貴金属が
提案されている。同文献に記述されている様に、それら
貴金属は境界層と反応する。換言すれば、その内部へ拡
散し、それにより絶縁抵抗に不利に作用する。

従つ−Ｃ本発明の課題は、単位体積当り高い容量を有す
るモノリシックコンデンサーを製造することである。同
コンデンサーは、導電層が、相互に連絡する空隙部を有
する網状構造の多孔性セラミック体からなりかつ誘電体
を形成する材料間に埋封された層から構成され、同空隙
部内に導電体が封入されているモノリシックコンデンサ
ーの利点を、高い比誘電率及び改善された誘電特性を有
する半導体セラミックと組合せたものであるべきである
。

この課題は本発明により、冒頭に記載したモノリンツク
コンデンサーにおいて、絶縁体のセラミック体が、チタ
ン酸ストロンチウムを基体とする、粒界絶縁された自体
公知の半導体セラミンクからなることを特徴とするモノ
リシックコンデンサーにより解決される。本発明の有利
な構成は、実施態様第２項〜第５項及び第７項に記載さ
れている。

本発明により得られる利点は特に、粒径がほぼ５μｍの
チタン酸ストロンチウムを基体とし、粒界絶縁され、非
常に高い誘電率を有する、セラミック体からなるモノリ
シックコンデンサーを使用する点にある。同コンデンサ
ーにおいて、導電体をみたした開孔網状構造間の誘電体
層の厚さは、約２０μｍであシ、導電体としては、境界
層中に拡散して絶縁抵抗を低下させる高価な貴金属では
なく、例えば鉛と錫からなる安価な合金を使用する。有
利な方法で、自体公知の二つの特徴、換言すればモノリ
シックコンデンサーの公知の製法と高い誘電率を有する
自体公知の材料とが組合せられて、単位体積当り高い容
量を有するコンデンサーを、大量生産で非常に安価に製
造することが出来る。

本発明のある実施例を図面に示す。

第１図は、相互に距離素置いて平行に埋封された導電層
２を有する、密焼結された誘電セラミック体１からの絶
縁体から構成されるモノリシックコンデンサーを示す。

同導電層２は、同層の領域に設けられた誘電体１の空隙
部２２及びその中に封入された導電体からなり、各導電
層２は絶縁体の相対する両外面の各々一方に交互に達し
、そこで連結金属層３により連結されて、各々コンデン
サーの両外被を形成する。

第２図は、空隙部２２を形成するために、片面をペース
トで印刷された、密焼結誘電セラミック箔１の拡大断面
図である。同ペーストは、例えば粉末状のチタン酸スト
ロンチウムを基体とし、それをパイン油、アクリル樹脂
及びレシチン−分散剤からなる結合剤と１：１の重量比
で混合し、粘度を高めるためにエチルセルロースを添加
したものである。その場合チタン酸ストロンチウムの粒
径は、セラミック剤中のそれと同様で、約５μｍの範囲
である。その様に即金］された箔を公知法で、ペースト
で印刷された面が交互に互い違いになる仕方で重ねる。

積重ねたブロックを空気中で徐々に加熱して、セラミッ
ク層１１中の結合剤を除去及び／又は分解する。次いで
１０００°Ｃ〜１３００℃の温度で空気中で焼結して、
モノリシックコンデンサ一体を形成する。その際ペース
トも分解ないし除去されるから、チタン酸ストロンチウ
ムからなる密焼結箔１１０間に、セラミック体のブリッ
ジ１２に支えられた空隙部２２が、相互に連絡した孔の
形で生成する。引続いて窒素９５係〜９８係及び水素２
％〜５％からなる還元雰囲気中で熱処理を行う。その際
モノリシックコンデンサ一体が完全に還元されるから、
１オーム、ｃｒｎの導電率をもつコンデンサ一体が生じ
る。次いで空隙部２２中に真空中で、ガラス形成剤例え
ば酸化ビスマス、酸化硼素−鉛又は酸化硼素−鉛一ビス
マスと、金属　銅、マンガン、鉄、ニッケル又はコバル
トの酸化物とからなる溶液又は懸濁液を注入し、一定の
温度分布を厳密に守って酸化熱処理を行う。その際ガラ
ス形成剤と上記の金＠酸化物とから形成される層２１（
第３図）が、各空隙部２２０表面から、ｉ体１１０間の
ガラス相１３に沿って拡散し、９ｒｎ−伝導性粒体１１
の表面にｐ−伝導性境界層を形成する３、それによって
隣接粒体１１の間にｎ−ｐ−１−ｐ−ｎの転移が生じる
。熱処理温度は６５０８Ｃ〜１２００℃である。熱処理
パラメーターとしての温度、時間及び雰囲気を調整する
ことにより、粒界のみを酸化し、還元されている粒体内
部は導電性を保持させなければならない。本発明により
粒径は５μｍである。それにより、誘電率１００００〜
１２０００、−２５°Ｃ〜＋８５°Ｃにおける誘電率の
温度変化±１５係より小、誘電損率１％より小及び絶縁
抵抗１０１０オーム以上が達成される。誘電層が２０μ
ｍという極めて薄い層厚を有するために、誘電率が１２
０００の場合、容量に比例する率 １２００ＬＪ　：　２０　＝　６００が得られる。他方
公知の、粒径５０μｍ１層厚２００μｍのチタン酸スト
ロンチウム−半導体セラミックの場合は、６００００の
誘電率に対する容量比率は６００００　：　２００＝３
００である。これは、本発明によるコンデンサーの単位
体積当りの容量が、公知コンデンサーのそれのほぼ倍で
あることを意味する。半導性境界層を形成した後で、第
２図に示されている空隙部２２中に、真空中で金属又は
金属合金例えば鉛−錫合金を注入する。形成された金属
層２を一対ずつ連結金属層３で連結して、モノリシック
コンデンサーの両外被とする。従来高い焼結温度のため
に必要とされた貴金属例えば白金、パラジウム、金又は
それらの合金は、公知の様に、境界層中に拡散し、極端
な場合には転移相の絶縁を無効にするが、本発明により
卑金属又はそれらの合金を使用することによって、単位
体積当り高い容量を有スるモノリシックコンデンサー全
安価に大量生産することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるモノリシックコンデンサーの拡大
断面図、第２図は更に大きな拡大度で乎したモノリシッ
クコンデンサーの一部断面図及び第６図はモノリシック
コンデンサーの誘電箔を著しく拡大して示す図面である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　相互に距ＡＩを置いて平行に埋封された導電層を
   有する、密焼結された誘電セラミック体からの絶縁体か
   ら構成されるモノリシックコンデンサー中で、同導電層
   は、同層の領域に設けられた誘電体の空隙部及びその中
   に封入された導電体からなり、各導電層は絶縁体の相対
   する面外面の各々一方に交互に達し、そこで連結体によ
   り連結されて、コンデンサーの両外被全形成し、各導電
   層の反対側の端部は各々セラミック体の相対する外面か
   ら距離を置いており、その場合それら導電層は、誘電体
   を形成する材料間に埋封された網状構造の多孔性セラミ
   ック体の層からなり、同網状構造内の相互に連絡する空
   隙部内に導電体が封入されているモノリシックコンデン
   サーにおいて、“絶縁体のセラミック体が、チタン酸ス
   トロンチウムを基体とする、粒界絶縁された自体公知の
   半導体セラミックからなること’（ｆ−％ｉとするモノ
   リシックコンデンサー。 ２、少量の酸化ニオブ及び／又は酸化メンタル及び／又
   は酸化ビスマスでドーピングしたチタン酸ストロンチウ
   ムがその他に、その粒径を５μｍ〜１０μｍに保持する
   ために、少量の鉱化剤及び／又はドーピングしたチタン
   酸ストロンチウムの晶粒増大抑制用の添加物を特徴する
   特許請求の範囲第１項記載のモノリシックコンデンサー
   。 ６、　鉱化剤及び／又は晶粒増大抑制剤として、ジルコ
   ニウム、ヴアナジウム、クロム、燐、珪素、ゲルマニウ
   ム、アルミニウム、二オフ、ビスマス、モリブテン、タ
   ングステン、鉄、銅又はニラクルの各酸化物を単独で又
   は組合せて使用する、特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載のモノリシックコンデンサー。 ４、絶縁体の材料と、誘電体の間に埋封される層の材料
   とが、同じ化学組成を特する特許請求の範囲第１項〜第
   ６項のいずれか１項に記載のモノリシックコンデンサー
   。 ５、連絡する空隙部を有する網状構造内の導電体が、金
   属又は金属合金である、特許請求の範囲第１項〜第４項
   のいずれか１項に記載のモノリシックコンデンサー。 ６、相互に距離を置いて平行に埋封された導電層を有す
   る、密焼結された誘電セラミック体からの絶縁体から構
   成されるモノリシックコンデンサー全製造するに当り、
   揮発性結合剤で結合され、焼結温度での熱処理の際に密
   焼結する微細誘電セラミック体から、複数の薄い自立の
   箔を形成し、同自立箔上に、揮発性結合剤で結合され、
   熱処理の際に相互に連絡する空隙部からなる網状構造を
   生じる二番目のセラミック体の層を設け、その場合同層
   は上記の自立箔の相対する外面の各々一方に交互に達し
   、反対側の外面からは距離を置いて設けられ、次いで自
   立箔と層とが交互に積層された構成体を形成し、同自立
   構成体を酸化雰囲気中で焼結温度で熱処理して、相互に
   連絡した空隙部を有する網状構造を生じさせ、次いで還
   元雰囲気中で熱処理を行って、絶縁体を完全に還元し、
   引続いてガラス形成剤、例えば酸化ビスマス、酸化硼素
   −鉛又は酸化硼素−鉛−ビスマス、及びｐ−ドーピング
   として作用する、遷移金属　銅、マンガン、鉄、ニッケ
   ル又はコバルトの酸化物又はそれらの組合せからなる水
   溶液を、上記の開放孔網状構造中に真空中で注入し、同
   絶縁体を、一定の温度分布を保持して酸化雰囲気中で後
   熱処理することにより粒界絶縁を行うことを特徴トスる
   、モノリシックコンデンサーの製法。 ７　導電体を溶融流動状態で、開放孔網状構造中に真空
   中で注入する、特許請求の範囲第６項記載の方法。