JPS6116131B2

JPS6116131B2 -

Info

Publication number: JPS6116131B2
Application number: JP55167479A
Authority: JP
Inventors: Toshio Matsuzaki; Seiichi Yamada; Shinkichi Shimizu
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1980-11-28
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1986-04-28
Also published as: JPS5790808A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高誘電率磁器組成物に関し、特に優れ
た誘電率の温度特性を有し、また誘電率の直流バ
イアス依存性が小さく、かつ、1350℃以下の低温
で焼成が可能な高誘電率磁器組成物に関する。

従来から高誘電率系の磁器としてチタン酸バリ
ウム系の磁器が広く用いられている。しかし、従
来のこのような磁器は一般に常温での誘電率を大
きくしようとするとその温度変化率が大きくな
り、また誘電体損失も増大するという欠点があつ
た。また、直流バイアス時の誘電率の減少が大き
く、そのため誘電体の単位厚さ当りに負荷される
電圧に大きな余裕を見込んで設計しなければなら
ず、従つて完成品の寸法が大きくなつて、誘電率
が大きいという特徴を生かすことが難しいという
欠点があつた。更に、誘電体を積層成形すること
により、小形で大容量を有する積層セラミツクコ
ンデンサを得る場合に、その材料として従来のチ
タン酸バリウム系材料を用いると、高温（約1350
〜1400℃）で焼成することが必要となり、白金、
パラジウム含有量の多い高価な内部電極材料を用
いざるを得ず、銀含有量の多い安価な内部電極を
用いることができないという欠点があつた。

従つて、本発明の目的は誘電率が大きく、誘電
体損失が小さく、誘電率の温度依存性の小さな誘
電体磁器組成物を提供することにある。また、本
発明の目的は低温において焼成が可能で、従つて
安価な積層セラミツクコンデンサを与えることの
できる誘電体磁器組成物を提供することにある。
更に本発明の目的は、誘電率がある程度大きく、
かつ、損失は小さく、誘電率の温度依存性が小さ
く、誘電率の直流バイアス依存性の小さい磁器組
成物を提供するものである。

本発明のこれらの目的は下記の如き構成を有す
る本発明の組成物により達成される。即ち、本発
明によれば、94〜98モル％のBaTiO₃、0.2〜２モ
ル％のNd₂O₃及びaTa₂O₅＋（１−ａ）Nb₂O₅＝ｘ
モル％（但し、ｘは１〜５の値で0.02ａ0.5
とする）を主成分としたことを特徴とする高誘電
率磁器組成物が提供される。

誘電率の温度特性が良好な高誘電率磁器組成物
は、本発明によれば、前記組成物に対し、0.1〜
２重量％のSiO₂、0.05〜0.2重量％のMnO₂及び
0.1〜0.5重量％のCoO、Co₂O₃、NiO又はFe₂O₃を
添加含有せしめたことを特徴とする磁器組成物と
して提供される。

特に誘電率の直流バイアス依存性の小さい磁器
組成物は、本発明によれば、前記の組成に対して
0.1〜２モル％のBi₂（TiO₃）₃を追加成分として含
有することを特徴とする磁器組成物として提供さ
れる。

本発明者は、誘電率が2000以上でかつ誘電体損
失が2.5％以下（1KHzにおいて）であり、また誘
電率の温度依存性が−55℃〜＋125℃の温度にお
いて±15％以内であり、更に焼成を1350℃以下の
温度、特に1220℃以下の温度で行うことのできる
磁器組成物を得ることを目標として鋭意研究を進
めた結果、上記の如き本発明の組成物がこの目標
を見事に達成することを見出したものである。

即ち、本発明の組成物はチタン酸バリウムを基
本材料として用いることによりその誘電率を大き
く保持する一方で、これに五酸化ニオブ及び五酸
化タンタルを添加することによつて誘電特性の改
善（tanδの低減及び誘電率の温度依存性の減
少）を図るとともに、三酸化ネオジウム及び必要
により二酸化珪素を添加することによつて焼成温
度の低下を図つたものである。更に、本発明にお
いては、これらの添加物を適切に選択したのみな
らず、これらの材料の添加量を適切に選ぶととも
に、更にCoO、Co₂O₃、NiO又はFe₂O₃を適当量
添加して誘電率の温度特性を平坦とし、また
MnO₂を適当量添加することにより絶縁抵抗をも
増大せしめ得たのである。

更に、本発明においては、上記のBaTiO₃、
Nd₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅からなる組成に対して、
適当量のBi₂（TiO₃）₃を添加することによつて、
誘電率は幾分低下するが、直流バイアスの依存性
を著しく改善し得たものである。

以下、本発明の構成及び効果について、添附図
面を参照しながら、具体例によつて更に詳しく説
明する。

第１図には、比較例としてNb₂O₅xモル％、
BaTiO₃99.5−ｘモル％、Nd₂O₃0.5モル％、
SiO₂0.1重量％、MnO₂0.1重量％及びCoO0.2重量
％として、この組成物を1200〜1220℃の温度で焼
成して得られた磁器組成物のNb₂O₅添加量と誘電
特性との関係を示す。第１図より、Nb₂O₅添加量
を増加させると共にtanδは低下するが、誘電率
も低下する傾向がある。

第２図は、上記組成において、Nb₂O₅と共に
Ta₂O₅も同時に添加し、ｘ｛（１−ａ）Nb₂O₅＋
aTa₂O₃｝モル％として、ｘとａを変化させたと
きの誘電率、tanδとの関係を示す。第２図か
ら、ａの値を0.02〜0.5とすることにより、tanδ
は１％以下で、且つ、誘電率は2000以上とするこ
とができる。

なお以上の実験で、各材料は、１〜３μｍの粒
径を有する紛末を用い、10〜20％の有機バインダ
ーとともにボールミル混合を行なつた。次に常法
により形成したグリーンシートを焼成後（〜100
μｍ）、表裏にAg−Pd系電極を形成した単板形試
料を用いて測定を行なつた。

第３図は、第２図においてｘ＝２、ａ＝0.2の
ときNd₂O₃添加量を変化させたときの焼成温度と
tanδの関係を示す。第３図よりNd₂O₃添加量を
増加させることによつて、tanδを小さく維持し
つつ焼成温度を低減できることがわかる。Nd₂O₃
は１モル％が最適である。tanδを2.5％以下とす
る範囲で、0.2〜２モル％と選べる。第４図は
BaTiO₃97.5モル％、Nb₂O₅1.7モル％、Ta₂O₅0.3
モル％、Nd₂O₃0.5モル％、SiO₂0.1wt％、
MnO₂0.1wt％の組成物にCoOを添加した場合の
添加量による誘電率の温度特性の変化を示す。

図中の曲線に付した数字がCoOの添加量（wt
％）である。

−55〜125℃で誘電率の変化を±15％以内とす
るためにはCoO添加量を0.1〜0.5wt％とすること
が必要であることがわかる。なお、すべての組成
においてMnO₂を添加してあるのは磁器の固有抵
抗を安定に高めるためで、添加量が0.05〜0.2wt
％のときその効果が著るしかつた。又、SiO₂の
添加は、焼結性を向上し、0.1〜2wt％の範囲では
tanδを増大せしめることはない。

第５図は、前記組成物においてCoOのかわりに
Co₂O₃、NiO、Fe₂O₃を0.2wt％添加した材料の誘
電率の温度特性を示したものであるが、この図よ
りこれらの酸化物もCoOと同様な効果を有するこ
とがわかる。

第６図は、第２図において、ｘ＝２、ａ＝0.15
のとき、BaTiO₃97.5−ｘモル％、Nb₂O₅1.7モル
％、Ta₂O₅0.3モル％、Nd₂O₃0.5モル％、Bi₂
（TiO₃）₃xモル％、SiO₂0.1wt％、MnO₂0.1wt％、
CoO0.2wt％として1180〜1200℃の間の温度で焼
結して形成した磁器組成物の直流バイアス時の誘
電率の変化率及び無バイアス時の誘電率と、Bi₂
（TiO₃）₃添加量の関係を示す。第６図より、Bi₂
（TiO₃）₃の添加量を0.1〜２モル％としたとき誘電
率の低下も少なく直流バイアス時の誘電率変化率
を大きく改善できることがわかる。第７図はBi₂
（TiO₃）₃の添加量をパラメータとした時の誘電率
の温度依存性を示す。第７図に示される通り、前
記のBi₂（TiO₃）₃の添加により、高温部の特性を
変化させずに低温部の特性を自由に変化させるこ
とができ、低温での直流バイアス特性の改善を容
易に行うことができる。

第８図は、Bi₂（TiO₃）₃添加量を0.5モル％とし
たときにaTa₂O₅＋（１−ａ）Nb₂O₅＝１〜５モル
％におけるａ値に対する誘電率及びtanδの変化
を示すもので、ａが0.02より小さいとき、又はａ
が0.5より大なるときは誘電率が低下したり、tan
δの増大をまねくことがわかる。

また、CoO、Co₂O₃、NiO又はFe₂O₃の添加量
が0.1〜0.5wt％以外では温度特性が目標特性を満
足しない。MnO₂の添加は、絶縁抵抗を向上させ
るためのもので、CoO同様0.05〜0.2wt％からは
ずれると効果がなかつたり、逆効果となる。

また、SiO₂は電気的諸特性に悪影響を与えず
焼結を容易にするためのものである。

Nd₂O₃添加量が0.2モル％より少ないと1200℃
以上では焼結できず、また２モル％より多すぎる
と、tanδの増加をまねく。

本発明によれば、誘電特性を損うことなく、誘
電率を大きくでき、かつ焼成温度を低くできるた
め、コンデンサの完成品寸法を小さくでき、かつ
高品質とすることができるとともに、積層セラミ
ツクコンデンサ用材料として用いた場合、内部電
極に安価なAg含有量の多いペーストを使用でき
るため、製品コストを低下できる。また温度特性
が優れるためその利用価値が大きい。

更に本発明によれば、誘電率の低下をきたすこ
となく直流バイアス特性を改善できるため、誘電
体の設計厚さをうすくでき完成品の寸法を小さく
できる。従つて直流バイアス時の温度特性も優れ
るためその利用価値が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミツク組成物における
Nb₂O₅添加量とtanδ及び誘電率の関係を示す
図、第２図はｘ及びａ値とtanδ及び誘電率の関
係を示す図、第３図はNd₂O₃添加量とtanδの関
係を焼成温度をパラメータとして示した図、第４
図は、CoO添加量と温度特性の関係を示す図、第
５図は、Co₂O₃、NiO、Fe₂O₃添加が温度特性に
与える効果を示した図である。第６図は、Bi₂
（TiO₃）₃添加による直流バイアス特性の改善され
る様子及び誘電率の変化の様子を示した図、第７
図は、Bi₂（TiO₃）₃添加により誘電率が温度特性
が変化する様子を示した図、第８図は、Ta₂O₅及
びNb₂O₅の添加量が誘電率及びtanδに与える効
果を示した図である。

Claims

【特許請求の範囲】１ 94〜98モル％のBaTiO₃、0.2〜２モル％の
Nd₂O₃およびaTa₂O₅＋（１−ａ）Nb₂O₅＝ｘモル
％（但し、ｘは１〜５の値であり、0.02ａ
0.5とする）を主成分としたことを特徴とする高
誘電率磁器組成物。２前記の主成分に対して、0.1〜２重量％の
SiO₂、0.05〜0.2重量％のMnO₂及び0.1〜0.5重量
％のCoO、Co₂O₃、NiO又はFe₂O₃を添加含有せ
しめたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の高誘電率磁器組成物。３前記主成分に対して、0.1〜２モル％のBi₂
（TiO₃）₃を追加成分として含有することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の高誘電率磁器組
成物。