JPS6010712A - 粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ - 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】 本発明は小型で大容量が得られる粒界絶縁型半導体磁器
コンデンサに関する。

従来、粒界絶縁型半導体磁器コンデンサとしＣは、その
構成材料にチタン酸バリウムを主体とするものがある。

これは大きな静電容量が得られるものの静電容量の温度
特性ならびに、誘電体損失が充分でない。一方、チタン
酸ストロンチウムを主体とするものは静電容量の変化率
も小さく誘電体損失も小さいという特徴を有するので、
上記チタン酸バリウムを主体とするものに代つＣ用いら
れつつある。

ところで、この様なチタン酸１ストロンチウムを素体と
するコンデンサの電極としＣは、従来、銀が広く採用さ
れＣいた。しかしながら、銀は高価で、かつ、リード線
等を半田付けする際に銀が半田中に拡散するいわゆる銀
くわれが発生し、電極とし′Ｃの特性が大きく変化し′
Ｃ容量の歩留りが悪いという問題がある。これを解消す
るためニッケルや銅の無電解めっきやアルミニウムの溶
射によシミ極を形成することも試みられ′〔いる。しか
しながら、前者の場合には混生負荷試験におい゛Ｃ絶縁
抵抗の劣化が大きく信頼性が充分でない。まだ、後者の
場合には、溶射のために圧搾空気を用いる関係上、磁器
を個々にマスクに挿入固定する必要があシ、作業が煩雑
となるばかシでなく、コストし 高ともなシ、さらに、容量のばらつきも大きく実用化に
至つ゛〔いない。

このような問題を解決するために、発明者らは特開昭５
７−１３３６１４号に開示され゛〔いる技術を提案した
。この技術の内容は、（Ｓｒ１−ＸＢａｘ）ＴｉＯｓ　
（Ｘ＝０．３０〜０．５０）またはこれを主体とし絶縁
型半導体磁器にアルミニウムを主体とする焼付は電極を
形成したものである。そして電極としＣ銀の焼付は電極
を用いたものにくらべ安価で大きな静電容量が得られる
ことを特徴とし′Ｃいる。

ところが、発明者らはさらに研究を重ねた結果、アルミ
ニウムを主体とする焼付は電極を形成した粒界絶縁型半
導体磁器コンデンサについ′ＣＣ電電容量一層大きくで
きることを見い出した。

本発明の詳細な説明する前にまず粒界絶縁型半導体磁器
コンデンサの構造について概説する。

図において、１は粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ、２
は半導体磁器の結晶粒子であり、チタン酸ストロンチウ
ムを主体とする材料に“Ｃ構成される。

３は結晶粒子２間に存在する絶縁体化部分、４は結晶粒
子２のブロック表面に形成されたアルミニウムを主体と
する焼付は電極である。

このようなコンデンサを矢印Δ・方向にミクロ的に見る
と、７個の結晶粒子２が縦方向に列状に並んでおシ、結
晶粒子２間に存在する絶縁体化部分５によって形成され
る容量成分にもとづい゛Ｃ１第２図に示すように、コン
デンサＣ１，Ｃ，・・−・・・・・・Ｃ８が８個電気的
に直列接続された状態が作シ出されている。

したがって、この種のコンデンサは全体とし′で隣接す
る結晶粒子２間の絶縁体化部分３が縦方向、償方向に存
在上、結果的に容量が直並列状態からなるコンデンサを
構成し、大きな静電容量を有するコンデンサが得られる
ことになる。　１しかしながら、上記第１図、第２図に
示した態様におい゛Ｃ１直列状態の容量成分はむしろ大
きなｔｉ） 静電容量を得る場合に当っては障害となると云える。発
明者らがすでに提案した特開昭５７−１３３６１４号は
個々の結晶粒子を１００μｍ以上とすることにより、縦
方向、つま９厚み方向に存在する結晶粒子の数を少なく
し、これによつ・Ｃ直列容量成分を作り出す結晶粒子間
の絶縁体化部分の数を減らし、大きな静電容量を得るこ
とに成功したものである。したがって、さらにこのよう
な技術的炉ｊ 着目を押し進め、１成容量成分を減少させる工夫を施こ
すととによつ°Ｃ１一層大きな静電容量が得られること
になる。

そこで、発明者らは半導体磁器とアルミニウムを主体と
する焼付は電極間に存在する絶縁体化部分に着目し、こ
の絶縁体化部分を存在させないことによつ“〔大きな静
電容量が得られることを見い出したものである〇 すなわち、この発明の要旨とするところは、チタン酸ス
トロンチウムを主体とし、結晶粒界が絶縁体化されてい
る半導体磁器の表面に、アルミニウムを主体とする電極
が焼付けによ多形成され、該焼付は電極と接触する半導
体磁器の結晶粒子表面が麿元された状態力為らなる粒界
絶縁型半導体磁器コンデンサである。

この半導体磁器コンデンサによれば、アルミニウムを主
体とする焼付は電極の直下に静電容量の低下をもたらす
絶縁体化部分が存在しないから、合成直列容量の寄与を
少なくシ、静電容量の大きなコンデンサを得ることがで
きるのである。

このような構造の半導体磁器コンデンサを現出する手段
としＣは次のようなものが挙げられる。

つまシ、半導体磁器表面の２角縁体化部分の残存量を少
なくし、アルミニウムを主体とする電極を焼付けると、
電極直下の絶縁体化部分が除去され、つづい゛Ｃ結晶粒
子表面が還元されることになり、結果的忙半導体磁器表
面に存在する結晶粒子と焼付は電極の間に絶縁体化部分
が存在しない状態が現出される。

具体的には、絶縁体化部分を形成する材料、たトエばＰ
ｂ、　Ｂｉ、　Ｍｎ、　Ｃｕ、　Ｂ、　Ｓｉなどの金属
、酸化物などの化合物を半導体磁器表面に塗布するなど
手段で付与する際、その量を少なくするか、またはこれ
らの材料を半導体磁器の結晶粒界に拡散させるときに熱
処理する温度を高くするなどの手段がある。また無電解
メッキ法、真空蒸着法、イオンブレーティング法、スパ
ッタリング法など湿式、乾式による４膨形成手段で付与
する場合にも、上記した手段が適用できる。

−まだ、この種のコンデンサにおい′〔、アルミニウム
を主体とする焼付電極の材料に用いられるアルミニウム
粉末の平均粒径の大きさが電気的特性に対して大きな影
響を有することが確認されＣいる。つまり、アルミニウ
ム粉末の平均粒径が２〜８μｍの範囲にあることが好ま
しい。これは次のような理由による。つまり、２μｍ未
満になると誘電体慣失が大きく々る。特にこの傾向は層
中負荷試験を行うと顕著に現われる。また、８／Ｚｍを
超えると銀焼付は電極のものにくらべて静心容量の増加
が見られなくなる。

以下、この発明を実施例にもとづいて詳訓に説明する。

実施例 （Ｓｒ　Ｙ　）Ｔｉ　Ｏ，の組成物の半導体０．９１１
７　０．００３　１．００１磁器が得られるように、ま
ず原料である５ｒＣＯ，。

ＴｉＯ２，Ｙ、Ｏ，を秤量、混合し、１１５０”ｃで２
時間粉砕した。脱水したのち３０メツシユの篩で整粒し
、成形圧力フ５（ＮＬｚ／ｄの圧力で、直径１０ｍψ、
厚み０．５０ｆｌと直径１０ＴＩＬＩＩψ、厚み０．！
ｉ８Ｍの２種類の円板に成形した。

成形円板を空気中１１５０’ｃ、１時間の条件で一旦予
備焼成し、さらに窒素９９容量チ、窒素１容量チからな
る還元雰囲気中に”Ｃ１４００’ｃ、１時間で焼成し゛
〔半導体磁器を得た。

得られた半導体磁器は、直径８′ＲＩＩφ、厚み０．４
０■と、直径８Ｕψ、厚み０．５０１ｍの大きさのもの
であった。それぞれの半導体磁器の平均結晶粒径は厚み
０．４０ｆｌのものが５０μｍと５０　ｐｍの２種　］
類と厚み０．５０ｕのものが４０μｍであった。−平均
結晶粒径はポリポットでの粉砕時間でコントロールしだ
。ちなみに平均粒径６０μｍのものはｒｂ待時間５０μ
ｍのものは３時間、平均粒径４０μｍのものは　７時間
であった。

この半導体磁器に、Ｐｂ１０４２４重量％、Ｂｉ２Ｏ。

２４重量％、ＣｕＯ２重量％、有機フェス５０重量％か
らなる酸化剤ペーストを半導体磁器に対し′Ｃ０１５〜
１５重量％の割合で塗布し、空気中１１００〜１１５０
ｔ’、２時間で熱処理し゛Ｃ半導体磁器内部に拡散させ
、結晶粒界を絶縁体化した粒界絶縁型半導体磁器を得た
。

さらに、粒界絶縁型半導体磁器の表面にアルミニウムを
主体とするペーストを塗布し、空気中８００℃で５０分
間焼付けて電極を形成し、コンデンサを作成した。この
ようにし゛で得られたコンデンサの電気特性を測定し、
その結果を第１表に示した。

同様に、上記した粒界絶縁型半導体磁器の表面に銀ペー
ストを塗布し、空気中８００″Ｃで３０分間１も 洗付けて電極を形成し、比較参考例とし′〔のコンデン
サを作成した。このコンデンサについても同様に電気特
性を測定し、その結果を第２表に示した。

なお、アルミニウムペーストとしＣは、平均粒径２〜８
μｍのアルミニウム粉末、アルミナ粉本υ− と硼硅酸系からガフスフリットを有機ビヒクルに混合し
たものを用いた。

また、第１表、第２表中の電気特性は次に示す条件で測
定した値である。

静電容量、誘電体損失（ｔａｎδ）：　温度２０℃、周
波数１ＫＨ２，電圧Ｑ、２Ｖｒｍｓ以下で測定した値。

絶縁抵抗：　温度２０′ｃで試料の厚み単位朋当シ、直
流電圧２５Ｖを印加した５０秒後の値。

耐電圧：　温度２０υで測定した値。

容量変化率：　第２表に示した比較参考例の静電容量に
対する変化率の値。

第１表、第２表におい゛Ｃ１本発明の試料番号とこの試
料番号と同じ番号の比較例の比較試料はそれぞれ試料の
厚み、平均粒径、塗布量を同じくしたものを用い、電価
の種類を変えたものである。

同じ番号のものをくらべＣみると、たとえば試料番号１
．２は比較試料１．２にくらべ静電容量が７〜８多大き
い。また、試料番号５．６．７は比較試料５．６．７Ｖ
Ｃ＜らべ静電容量が１６〜２０チ大きい。さらに試料番
号９．１１は比較試料９゜１１にくらべ静電容量が２０
〜２２チ大きい。

また、第１表において試料番号Ｌ　３．５．７゜９およ
び１１は試料番号２．４．６．８．１０および１２にく
らべて静電容量が大きい。

このように静電容量の増大傾向が見られるのは・竣化剤
ペーストの塗布量が少なく、または／および熱拡散処理
温度が高い場合である。また同じ厚みであれば平均粒径
の大きいものあるいは同じ平均粒径であれば厚みの薄い
ものに静電容量の大きなものが得られる。

第３図は本発明にかかる粒界絶縁型半導体磁器コンデン
サの概略的な構造を示したもので、第１図に示したもの
との大きな相違点は、アルミニウムを主体とする焼付は
電極４とその直下の結晶粒子２−との間に、絶縁体化部
分３が存在しないことである。

したがつ゛Ｃ１本発明のコンデンサをｔｉｆ、３図にお
ける矢印す方向にミクロ的に見ると、７個の結晶粒子２
が縦方向に列状に並んでいるが、焼付は電極４とその直
下の結晶粒子２ａとの間に絶縁体化部分３が存在しない
ため、第４図に示すようにコンデンサＣ，，Ｃ，・・・
・・・・・・Ｃ６が６個電気的に直列接続され、両端に
抵抗成分が直列接続された状態となつＣいる。

このようなモデルにもとづく本発明の説明が実施例によ
つ・Ｃ得られた試料に当゛〔嵌まることを説明する。試
料曲号９を例にとると、厚み０．３Ｕ。

平均粒径４Ｑｐｍであることから、厚み方向に結晶粒子
が７個並んでいることになる。本発明の構成によれば直
列容量成分が２個減少したことになるから、容量の増加
率は２／１４、つまシ約１５俤となシ、比較試料９の静
電容量にくらべ試料番号９はほぼこの結果を満足しＣい
る。

以上本発明によれば、重臣とし゛〔銀を用いたものにく
らべ′Ｃ低コストであシ、また静電容量の増加があるた
め小型化が実現できる。さらに誘電体損失などの電気特
性についＣも実用上回ら問題のない直を示し”ｃｊ？Ｂ
、実用価値の大きいものである０

【図面の簡単な説明】

−ζ 第１図は粒界絶縁型半導体磁器コンアンサ概略的な構造
を説明するための部分′断面図、第２図は第１図におけ
るａ方向の等価回路図、第６図は本発明、・こかかる粒
界角縁型半導体磁器コンデンサの概略的な構造を説明す
るだめの部分断面図、第４図は第３図におけるｂ方向の
等ＩＷＪ回路図である。 １は粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ、２は結晶粒子、
３は絶家体化部分、４はアルミニウムを主体とする焼付
は電甑。 特許出願人 株式会社　村山製作所 ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １０　チタン酸ストロンチウムを主体とし、結晶粒界が
   絶縁体化されている半導体磁器の表面に、アルミニウム
   を主体とする電極が焼付けにより形成され、該焼付は電
   極と接触する半導体磁器の結晶粒子表面が還元された状
   態からなる粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ。 ＋２）　アルミニウムを主体とする電極は、平均粒径２
   〜８μｍのアルミニウム粉末からなる特許請求の範囲第
   口）項記載の粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ０