JPS6227024B2 - - Google Patents

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JPS6227024B2
JPS6227024B2 JP58127220A JP12722083A JPS6227024B2 JP S6227024 B2 JPS6227024 B2 JP S6227024B2 JP 58127220 A JP58127220 A JP 58127220A JP 12722083 A JP12722083 A JP 12722083A JP S6227024 B2 JPS6227024 B2 JP S6227024B2
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JP
Japan
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capacitance
composition
dielectric constant
capacitor
product
Prior art date
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JP58127220A
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English (en)
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JPS6021858A (ja
Inventor
Haruhiko Myamoto
Masatomo Yonezawa
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP58127220A priority Critical patent/JPS6021858A/ja
Publication of JPS6021858A publication Critical patent/JPS6021858A/ja
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は磁器組成物、特に、1000℃以下の低温
で焼結でき、誘電率と比抵抗の積が高く、しかも
機械的強度の高い磁器組成物に関するものであ
る。 従来、誘電体磁器組成物として、チタン酸バリ
ウム(BaTiO3)を主成分とする磁器組成物が広く
実用化されていることは周知のとおりである。し
かしながら、チタン酸バリウム(BaTiO3)を主成
分とするものは、焼結温度が通常1300〜1400℃の
高温である。このためこれを積層形コンデンサに
利用する場合には内部電極としてこの焼結温度に
耐え得る材料、例えば白金,パラジウムなどの高
温な貴金属を使用しなければならず、製造コスト
が高くつくという欠点がある。積層形コンデンサ
を安く作るためには銀,ニツケルなどを主成分と
する安価な金属が内部電極に使用できるようなで
きるだけ低温、特に1000℃以下で焼結できる磁器
組成物が必要である。 ところで磁器組成物を用い、実用的な積層形コ
ンデンサを作製するときに磁器組成物の電気的特
性として多くの項目が評価されなければならな
い。一般的に誘電率はできるだけ大きく、誘電損
失はできるだけ小さく、比抵抗はできるだけ大き
く、誘電率の温度変化は小さいことなどが要求さ
れる。 しかしながら、実用上積層形コンデンサにおい
ては誘電率でなく、まず容量、次に容量の温度変
化率、誘電損失などの値が必要とされる。積層形
コンデンサにおいて、容量は磁器組成物の誘電率
に比例するが、しかしその厚みに反比例し、電極
面積、積層数に比例するので、一定の容量を得る
ためには磁器組成物の誘電率が大きいことは必ず
しも絶対的な要因でない。さらに容量の温度変化
率(誘電率の温度変化率)は用途により種々許容
された範囲があり、磁器組成物の誘電率の温度変
化率も積層形コンデンサを作製するときの絶対的
な要因でない。 一方誘電損失は用途により一定の値以下でなけ
ればならないという規定があり室温で最大5.0%
以下である。さらに比抵抗に関しては、例えば
EIAJ規格〔日本電子機械工業会の電子機器用積
層磁器コンデンサ(チツプ形)RC−3698B〕に
述べられているごとく、積層コンデンサの絶縁抵
抗として10000MΩ以上または容量抵抗積で500μ
F・MΩ以上のいずれか小さい方以上と規定され
ている。すなわち磁器組成物の誘電率と比抵抗の
積がある絶対値以上なければ、任意の容量、特に
大きな容量のコンデンサを実用的規格に合せるこ
とができず、その用途が非常に限定され、実用的
な意味がなくなる。この点を詳しく説明すると次
の様になる。積層形コンデンサでは、n+1個の
内部電極を構成して一般にn個の同じ厚さの層か
らなる単一層コンデンサが積層された構造になつ
ている。この場合、単一層当りの容量をC0,絶
縁抵抗をR0とすれば、積層形コンデンサの容量
CはC0のn倍になり、絶縁抵抗RはR0の1/n
になる。ここで磁器組成物の誘電率をε、真空の
誘電率をε、磁器組成物の比抵抗をρ、単一層
コンデンサの磁器の厚さをd、重なる電極面積を
Sとすれば、単一層コンデンサのC0は(εε
S)/dとなりR0は(ρd)/Sとなる。従つ
てn層からなる積層コンデンサの容量(C)と絶
縁抵抗(R)の積C×Rは〔(ρd)/(nS)〕×
〔(nεεS)/d〕=εερとなる。すなわ
ち、どのような容量の積層コンデンサもその容
量・抵抗積(C×R)は、磁器組成物のεとρの
積にεを乗じた一定値(εερ)に規格化さ
れる。容量・抵抗積C×Rが500μF・MΩすな
わち500F・Ω以上ということは、ε=8.855×
10-14F/cmより、C×R=εερ=8.855×
10-14(F/cm)×ε×ρ≧500F・Ω.よつてερ
≧5.65×1015Ω・cmなる要求がある。例えばε=
10000ではρ≧5.65×1011Ω・cm,ε=3000では
ρ≧1.88×1012Ω・cm,ε=500ではρ≧1.13×
1013Ω・cmが要求される。誘電率に応じてこれら
の値以上のρを持つ磁器組成物であればどのよう
な大きな容量の積層コンデンサも容量・抵抗積は
500μF・MΩを満足する。もしεが3000でρが
要求値より1桁低い1.88×1011Ω・cmとすればε
ερ=50μF・MΩで500μF・MΩは満足せ
ず、絶縁抵抗の規格値である10000MΩすなわ
ち、1010Ω以上を満足するには容量Cとして
0.005μF以下に限定されなければならない。そ
れはこの積層コンデンサの容量・抵抗積(C×
R)は常に50μF・MΩを示しているので、Rが
10000MΩのとき、Cは0.005μFとなり、Cがこ
れより大きければRは10000MΩより小さくな
り、0.005μFが規格を満たす最高の容量となる
ためである。従つて磁器組成物の比抵抗が低いと
その材料の実用性、特に積層形コンデンサの特長
である小型大容量の特長を生かすことはできない
し、全く意味のないことにもなる。よつて磁器組
成物の誘電率と比抵抗の積がある値以上を持つこ
とが実用上極めて重要なことである。 また、積層形チツプコンデンサの場合は、チツ
プコンデンサを基板に実装したとき、基板とチツ
プコンデンサを構成している磁器組成物との熱膨
張係数の違いにより、チツプコンデンサに機械的
な歪が加わり、チツプコンデンサにクラツクが発
生したり、破損したりすることがある。またエポ
キシ系樹脂等を外装したデイツプコンデンサの場
合も外装樹脂の応力でデイツプコンデンサにクラ
ツクが発生する場合がある。いずれの場合もコン
デンサを形成している磁器の機械的強度が低いほ
ど、クラツクが入りやすく容易に破損するため、
信頼性が低くなる。したがつて、磁器の機械的強
度をできるだけ増大させることは実用上極めて重
要なことである。 ところでPb(Mg1/2W1/2)O3−PbTiO3系磁
器組成物については既にエヌ.エヌ.クライニク
とエイ.アイ.アグラノフスカヤ〔N.N.Krainik
and A.I.Agranovskaya(Fiziko Tverdogo
Tela,Vo.2,No.1,pp70〜72,Janvara 1960)〕
より提案があつたが、積層形コンデンサを作製す
る際に評価されるべき特性の中で誘電率とその温
度特性記載しかなく、その実用性は明らかでなか
つた。また(SrxPb1-xTiO3)a
(PbMg0.5W0.5O3)b〔ただし、x=0〜0.10、
aは0.35〜0.5,bは0.5〜0.65であり、そしてa
+b=1〕について、モノリシツクコンデンサお
よびその製造方法として特開昭52−21662号公報
に開示され、また誘電体粉末組成物として特開昭
52−21699号公報に開示されている。ここにおい
ても組成物の特性として誘電率が約2000〜8000誘
電損失が0.5%〜5.0%という記載はあるが比抵抗
あるいは容量抵抗積については全く記載がなく実
用性は明らかであつた。さらにPb
(Mg1/2W1/2)O3とPbTiO3を主とする組成物で
あつて、Pb(Mg1/2W1/2)O3が20.0〜70.0モル
%、PbTiO3が30.0〜80.0モル%の範囲の組成物
に対し、MgO量を計算値の30%以下添加含有し
たことを特徴とする高誘電率磁器組成物が特開昭
55−144609号公報として開示されている。しかし
ながら、この特許においても誘電率が約2300〜
7100で誘電損失が0.3%〜2.1%という記載のほか
に誘電率の温度特性の記載はあるが、比抵抗ある
いは容量抵抗積に関する記載はなくこの組成物に
ついても実用性は明らかでない。次に本発明者達
は既に910℃〜950℃の温度で焼結でき、Pb
(Mg1/2W1/2)O3とPbTiO3系二成分からなり、
これを〔Pb(Mg1/2W1/2)O3x〔PbTiO31-x
と表わしたときにxが0.65<x≦1.00の範囲にあ
る組成物を提案している。この組成物は、誘電率
と比抵抗の積が5.65×1015Ω・cm以上の高い値を
持ち、誘電損失の小さい優れた電気的特性を有し
ている。しかしながら、上記組成物は、いずれも
機械的強度が低いため、その用途は自ら狭い範囲
に限定せざるを得なかつた。 本発明は以上の点にかんがみ900〜1000℃の低
温領域で焼結でき、かつ誘電率と比抵抗の積が
5.65×1015Ω・cm(すなわち容量抵抗積が500μ
F・MΩ)以上の高い値を持ち、誘電損失が小さ
い優れた電気的特性を有し、更に機械的強度も大
きい磁器組成物を提供しようとするものであり、
マグネシウム・タングステン酸鉛〔Pb
(Mg1/2W1/2)O3〕とチタン酸鉛〔PbTiO3〕から
なる二成分組成物をPb〔Mg1/2W1/2)O3x
〔PbTiO31-xと表わしたときにxが0.50≦x≦
1.00の範囲内にある主成分組成物に副成分とし
て、マンガン(Mn)を主成分に対して0.01〜1
原子%添加含有せしめることを特徴とするもので
ある。 以下、本発明を実施例により詳細に説明する。 出発原料として純度99.9%以上の酸化鉛
(PbO),酸化マグネシウム(MgO),酸化タング
ステン(WO3),酸化チタン(TiO2),および炭
酸マンガン(MnCO3)を使用し、表に示した配合
比となるように各々秤量する。次に秤量した各材
料をボールミル中で湿式混合した後750〜800℃で
予焼を行ない、この粉末をボールミルで粉砕し、
口別、乾燥後、有機バインダーを入れ整粒後プレ
スし、直径16mm,厚さ約2mmの円板4枚と、直径
16mm,厚さ約10mmの円柱を作製した。次に空気中
900〜1000℃の温度で1時間焼結した。焼結した
円板4枚の上下面に600℃で銀電極を焼付け、デ
ジタルLCRメーターで周波数1KHz,電圧1Vr.m.
s,温度20℃で容量と誘電損失を測定し、誘電率
を算出した。次に超絶縁抵抗計で50Vの電圧を1
分間印加して絶縁抵抗を温度20℃で測定し、比抵
抗を算出した。機械的性質を抗折強度で評価する
ため、焼結した円柱から厚さ0.5mm,幅2mm,長
さ約13mmの矩形板を10枚切り出した。支点間距離
を9mmにより、三点法で破壊荷重Pm〔Kg〕を測
定し、τ=3Pml/2wt〔Kg/cm2〕なる式に従い
、抗折 強度τ〔Kg/cm2〕を求めた。ただしlは支点間距
離,tは試料の厚み,wは試料の幅である。電気
的特性は円板試料4点の平均値、抗折強度は矩形
板試料10点の平均値より求めた。このようにして
得られた磁器の主成分〔Pb(Mg1/2W1/2
O3x〔PbTiO31-xの配合比xおよび副成分添加
量と抗折強度、誘電率、誘電損失および容量抵抗
積(表ではεερと表示した)の関係を表に示
す。
【表】
【表】 表に示した結果からも明らかなように副成分と
して、マンガン(Mn)を添加含有せしめること
により、抗折強度および容量抵抗積を共に高め、
しかも低い誘電損失の値を保つた信頼性に富む優
れた高誘電率磁器組成物が得られることがわか
る。こうした優れた特性を示す本発明の磁器組成
物は焼結温度が1000℃以下の低温であるため積層
コンデンサの内部電極の低価格化を実現できると
共に、省エネルギーや炉材の節約にもなるという
極めて優れた効果も生じる。 なお主成分配合比xが0.5未満では、容量抵抗
積が規格値より小さくなり、誘電損失も5.0%を
越えるため実用的でない。また副成分であるマン
ガン(Mn)の添加量が0.01原子%未満では抗折
強度の改善効果が小さく、1原子%を超えると逆
に抗折強度が小さくなり実用的でない。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 マグネシウム・タングステン酸鉛〔Pb
    (Mg1/2W1/2)O3〕とチタン酸鉛〔PbTiO3〕から
    なる二成分組成物を〔Pb(Mg1/2W1/2)O3x
    〔PbTiO31-xと表わしたときにxが0.50≦x≦
    1.00の範囲内にある主成分組成物に副成分として
    マンガン(Mn)を主成分に対して0.01〜1原子
    %添加含有せしめることを特徴とする磁器組成
    物。
JP58127220A 1983-07-13 1983-07-13 磁器組成物 Granted JPS6021858A (ja)

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JP58127220A JPS6021858A (ja) 1983-07-13 1983-07-13 磁器組成物

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JPS6021858A JPS6021858A (ja) 1985-02-04
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