JPS6118282B2 - - Google Patents
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Description
この発明は大きな絶縁抵抗が得られるととも
に、誘電率を制御できる誘電体物質の製造方法に
関するものである。
BaTiO3、PbTiO3、LiNbO3などの結晶性誘電
体物質からアモルフアス誘電体を得る方法として
は、結晶性高誘電率物質を一旦熔融させ、これを
銅、アルミニウム等からなる受け皿に滴下する方
法、熔融した結晶性高誘電率物質をノズルから噴
出させ、銅、アルミニウムなどの回転円板に吹き
つけて急冷する方法、誘電体化合物を蒸着、電
着、スパツタリングなどにより基板上にアモルフ
アス誘電体を形成する方法などがある。
これらの方法により得られたアモルフアス誘電
体は通常の多結晶誘電体にくらべてピンホール、
ポアなどの発生がほとんど見られないため、極め
て大きな絶縁抵抗を有するという特徴がある。こ
のため5〜20μm程度の薄さでも十分に大きな絶
縁破壊電圧を持つており、たとえばこのアモルフ
アス誘電体を積層コンテンサに用いる場合、積層
体の一層当たりの厚みを10μm以下にまで薄くす
ることができ、小型化、信頼性を向上させること
ができるなど、多くの利点を有する。
この発明は上述したような特徴を有するアモル
フアス誘電体について、誘電体の誘電率を制御で
きる方法を提供することを目的とするものであ
り、その要旨とするところは、結晶性誘電体物質
から得られたアモルフアス誘電体を300〜1100℃
で熱処理し、アモルフアス誘電体中に0.01〜5.0
μmの粒径を有する誘電体結晶を成長させること
を特徴とするものである。
アモルフアス誘電体を得るための結晶性誘電体
物質としては、BaTiO3、PbTiO3、LiNbO3のほ
か、SrTiO3、LiTaO3、Pb(Ti、Zr)O3、Pb
(Zn1/3Nb2/3)O3などのペロブスカイト型また
は複合ペロブスカイト型のもの、Ba2Nb2O7、
Ca2Nb2O7などのパイロクロア型のもの、
Bi4Ti3O12などのビスマス層状型のもの、KxWO3
(0.43≦×≦0.51)、PbNb2O6などのタングステン
ブロンズ型のものなどを主成分とするものであ
る。
これらの主成分には特性を改善するために他の
元素を含有させることができることはもちろんで
ある。
また上記した主成分に、表面状態が均一で、内
部に空隙のない良質なアモルフアス誘電体を得る
ために、B2O3、PbO、Bi2O3、SiO2、Al2O3、
SnO2、Sb2O3などのグラスフオーマを含有させて
もよい。
さらにアモルフアス誘電体を熱処理する温度を
300〜1100℃としたのは、これら誘電体が非晶質
から結晶質へと転移する温度(結晶化温度)が、
この温度範囲内に存在するからである。詳しく
は、300℃未満では非晶質から結晶質へと転移し
て得られる結晶粒の大きさが0.01μm未満と小さ
く、また結晶粒が全体の体積に占める割合が少な
いため、誘電率が小さく、アモルフアス誘電体と
しての性質を示すからである。一方、1100℃を越
えると、結晶化が進みすぎ、ほとんど非晶質の部
分が残らなくなるためクラツクの発生が見られる
からである。例えば、LiNbO3は450℃、
BaTiO3、PbTiO3は800〜900℃の間である。
ただし、融点の低いアモルフアス誘電体につい
ては1100℃よりも低い温度で結晶化が進みすぎ、
クラツクの発生が見られる。したがつて、このよ
うなアモルフアス誘電体については1100℃よりも
低い温度で熱処理される。
さらにまた、アモルフアス誘電体中の誘電体結
晶の粒を0.01〜5.0μmとしたのは、粒径が0.01μ
m未満では試料中の結晶質の部分が体積比として
小さすぎ、非晶質の性質が支配的となつて結晶の
性質が表れてこないからであり、また粒径が5.0
μmを越えると、熱処理時に非晶質から結晶質へ
の構造変化が大きいため、試料中にクラツクが入
り、使用不可能となるためである。
結晶性誘電体物質からアモルフアス誘電体を得
る方法としては、熔融させた結晶性誘電体物質を
急冷する方法、蒸着、電着、スパツタリングなど
があり、そのいずれを用いてもよい。
以下この発明を実施例に従つて詳述する。
第1図は結晶性誘電体物質からアモルフアス誘
電体を得るための製造装置を示すものである。
図において、1は真空槽で、真空槽1内には回
転体2が設置されている。回転体2は熱伝導のよ
い、たとえば銅よりなり、これを駆動するモータ
3が連結されている。このモータ3は回転数が最
高30000rpm程度のもので、速度を可変すること
ができる。4はモータ3を設置するための固定
台、回転体2の直上には結晶性誘電体物質を収納
するノズル5が上下移動可能に設置されている。
6はパイプで結晶性誘電体物質をノズル5に投入
するためのものである。また7は熔融させた結晶
性誘電体物質をノズル5から噴出させるためのガ
スを注入するためのパイプである。8はノズル5
を上下移動するシリンダで、ノズル5を回転体2
の直上に設置する距離を調整する。9は真空ベロ
ーで、ノズル5の上下移動に応じて伸縮するとと
もに、真空槽1とノズル5の間を密閉している。
10はヒータで、ノズル5の先端周囲に配置され
ており、たとえば1250〜1300℃の温度でノズル5
を加熱し、ノズル5内に収納された結晶性誘電体
物質を熔融させる。11はノズル5の先端付近に
配置された熱電対、12はシヤツタで、回転体2
とノズル5の間に回転可能に配置されており、ノ
ズル5から熔融した結晶性誘電体物質を噴出させ
る前にこのシヤツタ12を閉の位置においてお
き、回転体2の加熱を防止する。13は磁石でシ
ヤツタ12を回転させる回転軸14と一体に取り
付けられている。15は真空槽1の排気口で排気
系に接続されている。16はこの装置により製造
されるアモルフアス誘電体の補集口である。
結晶性誘電体物質が強磁性酸化物を含まない非
磁性のものであれば、ノズル5を真空槽1に設置
する前にあらかじめこの物質をノズル5内に収納
しておくか、ノズル5をヒータ10で加熱したの
ちパイプ6からこの物質を投入する。
また結晶性誘電体物質が強磁性酸化物との混合
物である場合には、上述したほかに、磁石13を
ノズル5に近接または接触させておけば、この混
合物を通過させるのに役立つ。
熔融した結晶性誘電体物質をノズル5から噴出
させ、回転体2の回転面で急冷してアモルフアス
誘電体を得る場合、真空槽1は大気圧下の自然雰
囲気としてもよく、また長尺物の誘電体薄体を得
るには真空槽1を減圧して低圧下で製造すればよ
い。さらに過酸化防止のためには真空槽1内を、
N2、Arなどの不活性雰囲気としてもよい。
次に具体的な実施例について説明する。
ノズル5内に第1表に示す組成比率の粉末試料
を0.5〜1.0g入れ、1300℃以上の温度で試料を熔
融させた。次いで溶融試料を2000r.p.mで回転す
る直径30cmの回転体2の上に1気圧の噴出圧を持
つArガスにより噴出させ薄板状のアモルフアス
誘電体を得た。
これらアモルフアス誘電体について、誘電率
(εr)、比抵抗(ο)、および絶縁破壊電圧(B.
D.V)を測定し、その結果を第1表に合わせて示
した。
なお得られた試料の大きさは3mm×4mm×10μ
mで、体積比で99%以上はアモルフアス状態であ
つた。
次いでこのようにして得られたアモルフアス誘
電体について熱処理温度を変化させて誘電率、粒
径を測定した。
熱処理時間は各60分であつた。
第2表はその測定結果である。測定時の温度は
25℃である。
The present invention relates to a method of manufacturing a dielectric material that can provide a high insulation resistance and control the dielectric constant. Methods for obtaining amorphous dielectrics from crystalline dielectric materials such as BaTiO 3 , PbTiO 3 , and LiNbO 3 include methods of melting a crystalline high dielectric constant material and dropping it onto a saucer made of copper, aluminum, etc.; An amorphous dielectric is formed on a substrate by ejecting a molten crystalline high-permittivity material from a nozzle onto a rotating disk made of copper, aluminum, etc. and rapidly cooling it, or by depositing a dielectric compound by vapor deposition, electrodeposition, sputtering, etc. There are ways to do this. Amorphous dielectrics obtained by these methods have fewer pinholes and fewer pinholes than ordinary polycrystalline dielectrics.
It is characterized by extremely high insulation resistance because there are almost no pores. For this reason, it has a sufficiently high dielectric breakdown voltage even when it is as thin as 5 to 20 μm. For example, when this amorphous dielectric is used in a laminated capacitor, the thickness of each layer of the laminate can be made as thin as 10 μm or less. It has many advantages, such as miniaturization and improved reliability. The purpose of this invention is to provide a method for controlling the permittivity of an amorphous dielectric material having the above-mentioned characteristics. heated amorphous dielectric material at 300 to 1100℃
0.01 to 5.0 in an amorphous dielectric.
This method is characterized by growing dielectric crystals having a grain size of μm. Crystalline dielectric materials for obtaining amorphous dielectrics include BaTiO 3 , PbTiO 3 , LiNbO 3 , SrTiO 3 , LiTaO 3 , Pb(Ti,Zr)O 3 , Pb
(Zn 1/3 Nb 2/3 ) Perovskite type or composite perovskite type such as O 3 , Ba 2 Nb 2 O 7 ,
Pyrochlore types such as Ca 2 Nb 2 O 7 ,
Bismuth layered types such as Bi 4 Ti 3 O 12 , KxWO 3
(0.43≦×≦0.51), the main component is tungsten bronze type materials such as PbNb 2 O 6 . Of course, these main components can contain other elements to improve their properties. In addition, in order to obtain a high-quality amorphous dielectric material with a uniform surface condition and no internal voids, B 2 O 3 , PbO, Bi 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 ,
Glass formers such as SnO 2 and Sb 2 O 3 may be included. Furthermore, the temperature at which the amorphous dielectric is heat treated is
The reason why we chose 300 to 1100℃ is because the temperature at which these dielectrics transition from amorphous to crystalline (crystalization temperature) is
This is because it exists within this temperature range. Specifically, at temperatures below 300°C, the size of the crystal grains obtained by transitioning from amorphous to crystalline is small, less than 0.01 μm, and since the ratio of crystal grains to the total volume is small, the dielectric constant is small. This is because it exhibits properties as an amorphous dielectric. On the other hand, if the temperature exceeds 1100°C, crystallization progresses too much and almost no amorphous portion remains, resulting in the occurrence of cracks. For example, LiNbO3 is 450℃,
BaTiO 3 and PbTiO 3 are between 800 and 900°C. However, for amorphous dielectrics with low melting points, crystallization progresses too much at temperatures lower than 1100℃.
Occurrence of cracks is observed. Therefore, such amorphous dielectrics are heat treated at temperatures lower than 1100°C. Furthermore, the reason why the grain size of the dielectric crystal in the amorphous dielectric material is set to 0.01 to 5.0 μm is that the grain size is 0.01 μm.
This is because if the grain size is less than 5.0 m, the crystalline part in the sample is too small in terms of volume ratio, and the amorphous nature becomes dominant and the crystalline nature does not appear.
If it exceeds .mu.m, the structural change from amorphous to crystalline during heat treatment will be large, causing cracks in the sample and making it unusable. Methods for obtaining an amorphous dielectric from a crystalline dielectric material include a method of rapidly cooling a molten crystalline dielectric material, vapor deposition, electrodeposition, and sputtering, any of which may be used. This invention will be described in detail below with reference to Examples. FIG. 1 shows a manufacturing apparatus for obtaining an amorphous dielectric material from a crystalline dielectric material. In the figure, 1 is a vacuum chamber, and a rotating body 2 is installed inside the vacuum chamber 1. The rotating body 2 is made of a material having good heat conductivity, such as copper, and is connected to a motor 3 for driving it. This motor 3 has a maximum rotation speed of about 30,000 rpm, and the speed can be varied. 4 is a fixed base on which the motor 3 is installed, and a nozzle 5 for storing a crystalline dielectric material is installed directly above the rotating body 2 so as to be movable up and down.
6 is a pipe for injecting the crystalline dielectric material into the nozzle 5; Further, 7 is a pipe for injecting gas to jet the molten crystalline dielectric material from the nozzle 5. 8 is nozzle 5
The nozzle 5 is connected to the rotating body 2 by a cylinder that moves up and down.
Adjust the distance to place it directly above. A vacuum bellow 9 expands and contracts in accordance with the vertical movement of the nozzle 5, and seals the space between the vacuum chamber 1 and the nozzle 5.
10 is a heater, which is arranged around the tip of the nozzle 5, and heats the nozzle 5 at a temperature of, for example, 1250 to 1300°C.
is heated to melt the crystalline dielectric material housed within the nozzle 5. 11 is a thermocouple placed near the tip of the nozzle 5; 12 is a shutter;
The shutter 12 is rotatably disposed between the nozzle 5 and the nozzle 5, and the shutter 12 is placed in the closed position before spouting the molten crystalline dielectric material from the nozzle 5 to prevent the rotating body 2 from being heated. 13 is integrally attached to a rotating shaft 14 that rotates the shutter 12 using a magnet. 15 is an exhaust port of the vacuum chamber 1 and is connected to an exhaust system. 16 is a collection port for the amorphous dielectric material produced by this apparatus. If the crystalline dielectric material is non-magnetic and does not contain ferromagnetic oxides, this material should be stored in the nozzle 5 before the nozzle 5 is installed in the vacuum chamber 1, or the nozzle 5 should be heated After heating at 10, this material is introduced through pipe 6. Further, when the crystalline dielectric substance is a mixture with a ferromagnetic oxide, in addition to the above-mentioned arrangement, placing the magnet 13 close to or in contact with the nozzle 5 helps in passing this mixture. When a molten crystalline dielectric material is ejected from the nozzle 5 and rapidly cooled on the rotating surface of the rotating body 2 to obtain an amorphous dielectric material, the vacuum chamber 1 may be a natural atmosphere under atmospheric pressure. In order to obtain a dielectric thin body, it is sufficient to reduce the pressure in the vacuum chamber 1 and manufacture it under low pressure. Furthermore, to prevent peroxidation, the inside of vacuum chamber 1 should be
An inert atmosphere such as N 2 or Ar may be used. Next, specific examples will be described. 0.5 to 1.0 g of a powder sample having the composition ratio shown in Table 1 was placed in the nozzle 5, and the sample was melted at a temperature of 1300°C or higher. Next, the molten sample was ejected onto a rotating body 2 with a diameter of 30 cm rotating at 2000 rpm using Ar gas having an ejection pressure of 1 atm to obtain a thin plate-like amorphous dielectric. For these amorphous dielectrics, the dielectric constant (εr), resistivity (ο), and breakdown voltage (B.
DV) was measured and the results are shown in Table 1. The size of the obtained sample is 3mm x 4mm x 10μ.
m, more than 99% by volume was in an amorphous state. Next, the dielectric constant and particle size of the amorphous dielectric thus obtained were measured while changing the heat treatment temperature. The heat treatment time was 60 minutes each. Table 2 shows the measurement results. The temperature at the time of measurement is
It is 25℃.
【表】【table】
【表】
第2表から明らかなように、結晶粒が温度上昇
とともに増大し、それに伴つて誘電率も大きくな
ることが確認された。なお、試料番号6のものは
700℃でクラツクが入つているが、これはグラス
フオーマの量が多く、300〜500℃の低い温度領域
ですでに結晶化の進行が終了し、これ以上の温度
で熱処理する必要がないことを意味する。
第2図は試料番号2について900℃、30〜120分
の条件で熱処理したときの誘電率と結晶粒径の成
長度合の変化を示したものであり、結晶の成長は
試料の全体にわたつており、熱処理の時間経過に
伴つて成長が進んでゆくことを確認した。
以上の実施例から明らかなように、この発明に
よれば、各種方法により得たアモルフアス誘電体
を熱処理することにより所望の誘電率を有するも
のが得られ、しかも破壊電圧が極めて大きい誘電
体が得られるのであり、積層コンデンサのみなら
ず、その他のコンデンサにも利用できるなど、有
用性大なるものである。[Table] As is clear from Table 2, it was confirmed that the crystal grains increased as the temperature increased, and the dielectric constant also increased accordingly. In addition, sample number 6 is
There is a crack at 700℃, which means that the amount of glass former is large and the crystallization process has already finished in the low temperature range of 300 to 500℃, so there is no need to heat treat it at higher temperatures. do. Figure 2 shows the changes in the dielectric constant and the degree of growth of crystal grain size when sample No. 2 was heat treated at 900℃ for 30 to 120 minutes, and the crystal growth occurred throughout the sample. It was confirmed that the growth progressed as the heat treatment progressed. As is clear from the above examples, according to the present invention, by heat-treating amorphous dielectrics obtained by various methods, a dielectric having a desired dielectric constant and an extremely high breakdown voltage can be obtained. It is extremely useful as it can be used not only for multilayer capacitors but also for other capacitors.
第1図はこの発明においてアモルフアス誘電体
を得るための装置例を示す概略図、第2図はこの
発明方法により得られたアモルフアス誘電体の熱
処理時間と誘電率、結晶粒径の大きさとの関係を
示す図である。
Figure 1 is a schematic diagram showing an example of an apparatus for obtaining an amorphous dielectric according to the present invention, and Figure 2 is a relationship between heat treatment time, dielectric constant, and crystal grain size of the amorphous dielectric obtained by the method of this invention. FIG.
Claims (1)
誘電体を300〜1100℃で熱処理し、アモルフアス
誘電体中に0.01〜5.0μmの粒径を有する誘電体
結晶を成長させたことを特徴とする誘電体物質の
製造方法。 2 アモルフアス誘電体は熔融させた結晶性誘電
体物質を急冷することにより得られたものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の誘
電体物質の製造方法。 3 アモルフアス誘電体は結晶性誘電物質の蒸
着、電着、スパツタリングのうちいずれかの方法
により得られたものであることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の誘電体物質の製造方法。[Claims] 1. Heat treating an amorphous dielectric obtained from a crystalline dielectric substance at 300 to 1100°C to grow dielectric crystals having a grain size of 0.01 to 5.0 μm in the amorphous dielectric. A method for producing a dielectric material characterized by: 2. The method for producing a dielectric material according to claim 1, wherein the amorphous dielectric material is obtained by rapidly cooling a molten crystalline dielectric material. 3. The method for producing a dielectric material according to claim 1, wherein the amorphous dielectric material is obtained by any one of vapor deposition, electrodeposition, and sputtering of a crystalline dielectric material.
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- 1978-06-14 JP JP7265778A patent/JPS54163396A/en active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11112568B2 (en) | 2005-06-08 | 2021-09-07 | Commscope, Inc. Of North Carolina | Connectorized fiber optic cabling assembly |
US11474309B2 (en) | 2005-06-08 | 2022-10-18 | Commscope, Inc. Of North Carolina | Connectorized fiber optic cabling assembly |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS54163396A (en) | 1979-12-25 |
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