JPH03122905A - 誘電体ペースト - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は厚膜ＩＣ部品およびチューナ等の印刷コンデ
ンサ等に用いられる誘電体ペーストに関するものである
。

［従来の技術］ 近年、電子部品の高集積化を目的として、アルミナ等の
セラミックス基板上に、電極、抵抗、コンデンサをスク
リーン印刷にて形成し、５００〜１０００℃の高温で焼
成することにより、厚膜ハイブリッドＩＣを製造するこ
とが行なわれている。

これらの厚膜ハイブリッドＩＣを構成する素子としてコ
ンデンサおよび抵抗がある。このうちＩＣ中にて大きな
面積を占めるのはコンデンサであり、特にバイパス用の
大容量コンデンサの単位面積当たりの容量によって基板
の大きさが左右され、高集積化を計るうえで基板面積の
低減が望まれている。

このため強誘電体粉末をペーストとして使用し、印刷に
より大容量のコンデンサを得ることが検討されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながらＢａＴｉＯｓ系、タングステンブロンズ型
や複合ペロブスカイト型の従来の強誘電体はその焼結温
度がいずれも１０００℃以上であるので、電極材料は耐
熱性の高いものでなければならず、高価なパラジウムや
白金等を使用しなければならないという不都合があった
・ このため誘電体粉末の焼結温度の低下を計る目的で、ガ
ラスフリットを混入してなる印刷コンデンサ用の誘電体
ペーストが開発されている。

このようなガラスフリット混合誘電体ペーストとしては
、たとえばＰ　ｂ（Ｍ　ｇ＋ｙｘＮ　ｂｔｙ３）０３と
Ｐｂ（Ｚ　ｎ＋７３Ｎ　ｂｙｚａ）０３とガラスフリッ
トとを混合したもの、Ｂ　ａＴ　ｉ　ＯｘとＢ　ａ（Ｚ
　ｒＴ　ｉ）０３とガラスフリットとを混合したしの、
強誘電体とＺ　ｎｏ　、　Ｆ　ｅｔＯｓ　、　Ｎ　ｉ　
Ｏ、Ｔ　ｉＯｔ　、　Ｃｕ　Ｏ等の添加剤とバインダガ
ラスとを混合したものなどが提案されている。

ところがガラスフリットを混入した誘電体ペーストは、
低温焼成に必要なガラスフリットの誘電率が低く、強誘
電体粉末と混合できる濃度範囲が狭いという欠点があっ
た。

すなわちガラスフリットの混合比率が低いと誘電体ペー
ストの焼成が不十分となり、コンデンサが未焼結状態と
なるので誘電体層の機械的強度が小さくなるばかりでな
く、その電気特性も低下し、コンデンサ容量が小さく、
誘電損失係数（ｔａｎδ）が大きくなり、実用に供する
ことができない。

またこの逆にガラスフリットの混入比率を増加させると
コンデンサの機械的強度は向上するものの強誘電体粉末
の含有量が減少するためにコンデンサの比誘電率はｔｏ
ｏｏ〜１８００程度と低下し、コンデンサの単位面積あ
たりの容量も２００〜４ＱＯｐＰ程度となるという不都
合があった。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであ
って、高い比誘電率と低い誘電損失の印刷コンデンサを
低温焼成にて製造可能とする誘電体ペーストを提供する
ことを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明の誘電体ペーストはＰ　ｂ（Ｍ　ｇ＋／３Ｎ　
ｂ、／３）０３−０．６６〜０．７０モル、Ｐ　ｂ（Ｎ
　ｉ　ｌ／３　Ｎ　ｂｙｚａ）　０３０．０４〜０．１
６モル、Ｐ　ｂＴ　ｉｏ　ｓ　　０．２０〜０．２４モ
ルの誘電体原料に対し、ＣｕＯ２，Ｏ〜５．０重量部と
Ｂｉｘ０ｓＯ，３〜１．０重量部とＳｒＴｉＯ３１．Ｏ
〜４．０重量部を添加して得られる組成物を焼成して粉
砕した粉末をビヒクル中に分散させてなることを解決手
段とした。

［作用　］ Ｐ　ｂ（Ｍｇ１／ｚＮ　ｂｙｚａ）Ｏ＊　　　０．６６
〜０．７０モルＰ　ｂ（Ｎ　ｉ＋７＊Ｎ　ｂ＊７３）Ｏ
ｓ　　　Ｏ，０４〜０．１６モル六ｂＴｉｏｓ　　　　
　　　　　Ｏ，２０〜０．２４モルの誘電体原料を焼結
すると、高い比誘電率と低い誘電損失を示すコンデンサ
として好適な強誘電体が得られる。

上記誘電体原料に２．０〜５．ＯＮ量部のＣｕＯと０．
３〜１．０重量部のＢｉｔＯｉと１．θ〜４，０重量部
の５ｒＴｉＯｓからなる添加剤を加えることにより誘電
体原料の低温焼成を可能とするとともに、上記誘電体原
料を焼成して形成された誘電体層の基板への密着性を向
上させることができる。

特にＳ　ｒＴ　ｉｏ　ｚの添加により誘電体層の温度に
よる容量変化率を小さくすることができる。

以下、この発明をさらに詳細に説明する。

この発明の誘電体ペーストは、０．６６〜０．７０モル
のＰ　ｂ（Ｍｇ１／ｚＮ　ｂｙｚａ）０３と、０．０４
〜０．１６モルのｐｂ（Ｎ　ｉ＋／ｓＮ　ｂｙｚａ）０
３と０．２０〜０．２４モルのＰｂＴｉＯｓとからなる
誘電体原料に対して、添加剤として、２．０〜５．０重
量部のＣｕＯと０．３〜１．０重量部のＢ　ｉ　ｔ　Ｏ
３と１．０〜４．０重竜部のＳ　ｒＴ　ｉｏ　＊を混合
してビヒクル中に分散させてなるものηあって、好まし
くはＰ　ｂ（Ｍｇ＋７ｓＮ　ｂ＊／３）Ｏｚ　　０　、
６８モル、Ｐ　ｂ（Ｎ　ｉ１／ｓＮ　ｂｙｚａ）０３　
０　、１０モル、ＰｂＴｉＯ３０，２２モルとからなる
誘電体原料に対して、添加剤として３重量部のＣｕＯと
０．５重量部のＢｉ＊Ｏｓと１．０〜４．０重量部のＳ
ｒ’ｒ’＋０３を混合し仮焼した後、粉砕した粉末をビ
ヒクル中に分散させてなるものである。

ここで０．６６〜０，７０モルのＰ　ｂ（Ｍｇ＋７ｔＮ
ｂｔ７ｓ）Ｏｓと０．０４〜０．１６モルのＰ　ｂ（Ｎ
　ｉ１／ａＮ　ｂｔｚｓ）０３と０，２０〜０．２４モ
ルのＰ　ｂＴ　ｉ　Ｏｓとからなる誘電体原料は比誘電
率の高い誘電体層を形成するためのものであり、上記組
成比をはずれると、誘電体層のキュリー温度が変化し、
容量変化率が大きくなり実用に適さなくなる。

また、２．０〜５．０重量部のＣｕＯと、０．３〜１．
０重量部のＢ　ＬＯ３と、１．０〜４．０重量部のＳｒ
ＴｉＯ３からなる添加剤は上記誘電体原料を、９５０℃
以下の低温で焼結可能とするとともに、電極および基板
上に誘電体層を密着させるためのものであり、上記添加
濃度の範囲をはずれると、誘電体ペーストの焼結性が悪
化し、誘電体コンデンサの電気特性が低下したり、製造
された誘電体層の比誘電率（εｒ）の低下と誘電損失係
数（ｔａｎδ）の増大が生じ、実用に供することができ
なくなる。

この発明の誘電体ペーストは樹脂を高沸点の有機溶剤に
溶解してなるビヒクルに上記誘電体成分と添加剤成分を
混合、仮焼し、粉砕した誘電体板焼粉を所定濃度で分散
させて使用される。

ビヒクルには、樹脂粘結体としてアクリル樹脂、エチル
セルロース、ニトロセルロースのうちの少なくと６１種
以上の樹脂を、高沸点有機溶剤としてブチルカルピトー
ル、ブチルカルピトールアセテート、ターピネオール等
のうちの少なくとも１種以上の溶剤を用いるのが好適で
ある。

上記高沸点有機溶剤への樹脂粘結体の混合比率は５〜３
０ｖｔ％が好ましく、また上記誘電体原料と添加剤とか
らなる粉末成分のビヒクル中への混合比率は、１０〜２
０ｗｔ％か好ましい。

次にこの発明の誘電体ペー、ストの製造方法の一例を以
下に示す。

まず酸化鉛（Ｐ　ｂｏ　）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ
）、酸化ニオブ（Ｎｂ、Ｏ，）、酸化ニッケル（Ｎｉｐ
）、酸化チタン（ＴｉＯｚ）とを、Ｐ　ｂ（Ｍｇ＋／３
Ｎ　ｂｙ／３）Ｏ５Ｏ６６６〜０．７０モル、Ｐ　ｂ（
Ｎ　ｉ１／＊Ｎ　ｂｔ７ｓ）０３　０．０４〜０．１６
モル、Ｐ　ｂＴ　ｔｏ　３０．２０〜０．２４モルとな
るような比率にて配合し、さらに添加剤としてＣｕＯと
Ｂｊ＊Ｏｓと５ｒＴｉＯａを配合する。これらをボール
ミルポット等の粉砕装置に投入し、ジルコニアボールま
たはそれに代わる材質のボールと、水またはアルコール
、アセトン等の有機溶剤とともに２４時間混合して、上
記原料を充分に粉砕、混合する。ついでこれらをボール
ミルポットから取り出し、水または有機溶剤を濾過、乾
燥することにより除去する。充分に乾燥された混合粉末
を５０メツシユでふるい分けし、顆粒状としたものをア
ルミナボットに入れて７５０℃、５時間仮焼成して誘電
体板焼物を得る。

この仮焼成の後、この仮焼物を上記工程と全く同様にボ
ールミルポットにて９６時間、粉砕を行う。この粉砕の
後、濾過または乾燥により、誘電体仮焼粉末を得る。こ
の時に誘電体板焼粉に吸着した水および有機溶剤を完全
に除去するために、１２０〜１５０℃で真空乾燥を行う
。

このようにして充分に乾燥された誘電体板焼粉とビヒク
ルとを混合、混練する。

誘電体板焼粉とビヒクルとの混合は、少量であれば乳鉢
等、多量であればライカイ機、万能混合撹拌機等の混合
機で良く粗練りをし、さらに三本ロールで良、く混練し
、粉末の粒径を整えた後、印刷に必要な粘度を保持する
ために高沸点有機溶剤を加えて粘度調整を行い、この発
明の誘電体ペーストとし、スクリーン印刷に供する。

この発明の誘電体ペーストを用いれば、比誘電率が高く
かつ単位面積あたりの容量が従来のものと比較して２〜
３倍も大きなコンデンサを低温焼結により製造すること
かできる。

この発明の誘電体ペーストを用いて製造した印刷コンデ
ンサの一例を第１図および第２図に示した。

この印刷コンデンサは、アルミナ等の基板ｌ上に下部電
極２と誘電体層３と上部電極４とを順次積層してなるも
のである。このような印刷コンデンサは以下の工程によ
り製造することができる。

まず基板１上に銀糸等の導電ペーストを印刷し、８５０
℃で１０分間加熱して下部電極２を形成した後、この下
部電極２上にこの発明の誘電体ペーストを印刷、乾燥し
、さらにこの上に上部電極３となる導電ペーストを印刷
、乾燥した後、８５０℃で１０分間焼成することにより
約３０〜６０μ重の膜厚の誘電体層３を有する印刷コン
デンサを製造することができる。

［実施例］ Ｐｂ（Ｍｇ＋／５Ｎｂｔ／５）Ｏｓ　−０，６８モル、
Ｐ　ｂ（Ｎ　ｉ＝／３Ｎ　ｂｔｚａ）Ｏｓ　　０　、１
０モル、ＰｂＴｉＯｓ　　０．２２モルの組成になるよ
うに酸化鉛、酸化マグネシラム、酸化ニオブ、酸化ニッ
ケル、酸化チタンの各粉末を配合し、仮焼した。上記各
粉末を仮焼した後、得られる誘電体原料に３．０重量部
のＣｕＯと０．５重量部のＢｉ２０ａと、０〜４．５重
量部のＳ　ｒＴ　ｉ　Ｏｓを加えて粉砕、混合し、７５
０℃で５時間仮焼成した。ついでこの仮焼成した粉末を
粉砕した後、充分に乾燥させて誘電体板焼粉とした。

なおＳ　ｒＴ　ｉｏ　３は、Ｓ　ｒ　ＣＯ３とＴ　ｉ　
Ｏ３とをそれぞれ１．０モルづつボールミルを用いて均
一組成になるようにして充分混合したものを固相反応に
より反応させてＳ　ｒＴ　ｉｏ　３としたものを用いた
。

ここでビヒクルは熱可塑性アクリル樹脂をブチルカルピ
トールに２４ｖｔ％になるように溶解してなるものを用
いた。上記誘電体原料と添加剤とからなる混合物とビヒ
クルとの重量比率が、１００：１７となるように配合し
、これらを乳鉢で混合した後、三本ロールで充分に混練
して誘電体ペーストとした。

このようにして得られた誘電体ペーストを用いて印刷コ
ンデンサを製造したところ、８５０℃での低温焼結が可
能となった。またこのようにして製造された印刷コンデ
ンサの比誘電率と誘電損失と絶縁抵抗と温度による容量
変化率を調べ、結果を第１表と第３図にそれぞれ示した
。

なお第３図中、実線は比誘電率を示し、破線は温度によ
る誘電損失を示す。

第１表 上記第１表の結果より、Ｓ　ｒＴ　ｉｏ　３の添加によ
る効果が認められたのは１．０〜４０重量部であった。

５ｒＴｉＯａの添加量が４．０重量部を越えると、温度
による容量変化率が低下するものの比誘電率が低下し、
単位面積当たりのコンデンサ容量が小さくなり集積度が
低下するので好ましくない。またＳ　ｒＴ　ｉｏ　ｓの
添加量が１．０重量部未満であると、容量変化率の低減
効果が充分ではないためである。

［発明の効果コ 以上説明したようにこの発明の誘電体ペーストは０．６
６〜０．７０モルのＰ　ｂ（Ｍ　ｇ＋ｙｓＮ　ｂｙｚ３
）０３と０，０４〜０．１６モルのＰ　ｂ（Ｎ　ｉ　Ｉ
／３　Ｎ　ｂｔ／３）　Ｏｓと０．２０〜０．２４モル
のｆ’　ｂＴ　ｉ　０３とに、２．０〜５．０重量部の
ＣｕＯと０．３〜１．０重量部のＢＬＯｓと１．０〜４
．０重量部の５ｒＴｉＯ＊とを添加して得られる組成物
を焼成して、粉砕した粉末をビヒクル中に分散させてな
るものであるので、８５０℃での低温焼結が可能である
とともに、高い比誘電率を有する誘電体層の形成が可能
である。

よってこの発明の誘電体ペーストを用いて製造された印
刷コンデンサの単位面積あたりの容量は従来の誘電体ペ
ーストを用いて製造されたコンデンサの容量の２〜３倍
となるので、同一容量の印刷回路基板を設計する場合に
は基板面積を１／２〜１／３に減少させることができ、
高集積化が可能となる。

またこの発明の誘電体ペーストは、９　ｒＴ　ｉＯｓの
添加により温度による容量変化を低減させたものである
ので、安定した素子、を得ることができる。

さらにこの発明の誘電体ペーストは８５０℃での低温焼
結が可能であるので、高価なパラジウムや白金を電極材
料として使用する必要がなくなるので、集積度の高い素
子を低コストで製造することができる。またこの誘電体
ペーストを用いて製造されたコンデンサは、基板面積が
小さく高集積化が可能であるので、小型化要求の大きな
ハンディタイプの電気製品の電子素子として好適である
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の誘電体ペーストを用いて製造した厚
膜印刷コンデンサの平面図、第２図は第１図に示した厚
膜印刷コンデンサの１−１線矢視図、第３図はこの発明
の誘電体ペーストの比誘電率と誘電損失の温度特性を示
したグラフである。 ３・・・誘電体層。 第 １ 図 第２ 図 第 図 温 度 ［°Ｃ］

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｐｂ（Ｍｇ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）Ｏ＿３０．
   ６６〜０．７０モルＰｂ（Ｎｉ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿
   ／＿３）Ｏ＿３０．０４〜０．１６モルＰｂＴｉＯ＿３
   ０．２０〜０．２４モル の誘電体原料に対し、 ＣｕＯ２．０〜５．０重量部 Ｂｉ＿２Ｏ＿３０．３〜１．０重量部 ＳｒＴｉＯ＿３１．０〜４．０重量部 を添加して得られる組成物を焼成して粉砕した粉末をビ
   ヒクル中に分散させてなることを特徴とする誘電体ペー
   スト