JPH0323260A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents

積層セラミックコンデンサ

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JPH0323260A
JPH0323260A JP1156501A JP15650189A JPH0323260A JP H0323260 A JPH0323260 A JP H0323260A JP 1156501 A JP1156501 A JP 1156501A JP 15650189 A JP15650189 A JP 15650189A JP H0323260 A JPH0323260 A JP H0323260A
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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 本発明は誘電率、絶縁抵抗、絶縁破壊電圧が高く、良好
度Qを大幅に改善し、静電容量温度係数が小さく、かつ
積層セラミックコンデンサへの利用においては、内部電
極の厚みを薄くしたときの静電容量と良好度Qの低下を
防ぎ、静電容量と良好度Qのパラツキを小さくできる誘
電体磁器組或物に関するものである。
従来の技術 従来から誘電率、絶縁抵抗が高く、良好度Qにすぐれ、
静電容量温度係数が小さい誘電体磁器組成物として下記
のような系が知られている。
・BaO−TiO2−NdzO3系 ・BaO−T i02−Sm20z系 発明が解決しようとする課題 しかし、これらの組成は、例えば0. 0 9 B a
 O−0.56Ti02 0.35NdO3y2の組成
比からなる誘電体材料を使用し、パラジウムの内部電極
厚み4μm1誘電体厚み12μm1内部電極の重なり寸
法1.2mXQ.7mS!N電体層数19の積層構造を
もつ積層セラミックコンデンサを作製すると、静電容量
の平均値:742pF,良好度Qの平均値:87001
静電容量温度系数の平均値二N35ppm/’C、絶縁
抵抗の平均値:6.OX1012Ω、絶縁破壊強度の平
均値:117kv/mであり、絶縁抵抗において満足の
できる値ではない。また、結晶粒径が1〜5μmと大き
いため、素体中の気孔率が大きくなるとともに結晶粒子
1個当たりにかかる電界強度が大きくなり、絶縁破壊強
度も満足のできる値ではムい。
さらに、積層セラミックコンデンサのコストダウンを行
うため、および素体内部の構造欠陥であるデラミネーシ
ョンの発生を防ぐため、パラジウムの内部電極厚みを4
μmから2μmに薄くすると、上記の組威比の誘電体材
料を使用し、上記の誘電体厚み、内部電極重なり寸法、
誘電体層数の積層構造をもつfJI層セラミックコンデ
ンサの静電容量の平均値が610pFと小さくなるとと
もに静電容量のパラッキが256〜713pFと大きく
なる。さらに、良好度Qの平均値も4000と低くなる
とともに良好度Qのパラツキが600〜8800と大き
くなるという課題があった。
課題を解決するための手段 これらのvsmを解決するために本発明は、一般式xB
ao−y  [  (TiOz)  ++−m+  (
ZrOz)−コ− Z (R e +1−a+M e 
6)Men)O2/3と表した時、(ただし、x + 
y + z = 1. 0 0, 0. 0 0 1≦
m≦0. 2 0 0、0、01≦n≦0,20、Re
はLa, Pr, Nd,Smから選ばれる一種以上の
希土類元素、MeはLa,Pr,Nd.Smを除く希土
類元素から選ばれる一種以上の希土類元素。) 、X+
  Y*  2が以下に表す各点a,b,c,d,e,
fで囲まれるモル比の範囲からなる主成分100重量部
に対し、副成分としてニオブ酸化物をNb2O5に換算
して0.3〜5.OJl量部含有したことを特徴とする
誘電体磁器組成物を提案するものである。
h用 第1図は本発明にかかる組成物の主成分の組成範囲を示
す三元図であり、主成分の組成範囲を限定した理由を第
1図を参照しながら説明する。すなわち、A領域では焼
結が著しく困難である。また、B領域では良好度Qが低
下し実用的でなくなる。さらに、C,D領域では静電容
量温度係数がマイナス側に大きくなりすぎて実用的でな
く収る。そして、E領域では静電容量温度係数がプラス
方向に移行するが、誘電率が小さく実用的でなくなる。
また、Ret−La,Pr,Nd,Smから選ぶことに
より、La.Pr,Nd.Smの順で誘電率を大きく下
げることなく、静電容量温度係数をプラス方向に移行す
ることが可能であり、La.Pr.Nd,Smの1種あ
るいは組合せにより静電容量温度係数の調節が可能であ
る。さらに、La,Pr,Nd,Smから選ばれる一種
以上の希土類元素の一部を、La,Pr,Nd,Smを
除く希土類元素から選ばれる一種以上の希土類元素で置
換することにより、良好度Qを大幅に改善する効果を有
し、その置換量が0.01未満では置換効果はなく、0
.20を越えると誘電率が低下し実用的でなくなる。
また、TiO2をZrO2で置換することにより、誘電
率、良好度Q、静電容量温度係数、絶縁抵抗の値を大き
く変えることなく、結晶粒径を小さくし、絶縁破壊強度
を大きくする効果を有し、その置換率mがo.ooi未
満では置換効果はなく、一方0、200を越えると誘電
率、良好度Q1絶縁抵抗が低下する。
第2図fat〜telは、本発明にかかる組成物の主成
分に対し、副成分Nb205の含有効果を積層セラミッ
クコンデンサの特性で示すグラフであり、N b 2 
0 5の含有範囲を限定した理由をグラフを参照しなが
ら説明する。
第2図に示すように、N b 2 0 5を含有するこ
とにより、絶縁抵抗、絶縁破壊強度が向上し、また静電
容量と良好度Qを高め、静電容量と良好度Qのバラツキ
を小さくする効果を有する。そして、Nb20p,の含
有により、絶縁抵抗、絶縁破壊強度は向上するが、Nb
zOsの含有量が主成分100重量部に対し、0.3重
量部未満はそれほど絶縁破壊強度が大きくなく、静電容
量と良好度Qが低く、また静電容量と良好度Qのバラツ
キが大きいため、この発明の範囲から除外した。一方、
N b 2 0 sの含有量が主成分に対し、5.0重
量部を越えると良好度Q1絶縁抵抗が低下し、静電容量
温度係数がマイナス側に大きくなり、さらに静電容量の
温度変化の直線性が失われ実用的でなくなる。
実施例 以下に、本発明を具体的実施例により説明する。
(実施例1) 出発原料には化学的に高純度のBaCO:i,T i 
02, Z r 02, L azO++, P re
Oz、Nd20a,S m,,O、, C e 02.
 G d 203, D V 203およびN b 2
 0 s粉末を下記の第1表に示す組成比になるように
秤量し、めのうポールを備えたゴム内張りのボールミル
に純水とεもに入れ、湿式混合後、脱水乾燥した。この
乾燥粉末を高アルミナ質のルッポに入れ、空気中で11
00℃にて2時間仮焼した。この仮焼粉末をめのうボー
ルを備えたゴム内張りのボールミルに純水とともに入れ
、湿式粉砕後,脱水乾燥した。この粉砕粉末に、有機バ
インダーを加え、均質とした後、32メッシュのふるい
を通して整粒し、金型と油圧プレスを用いて成形圧力1
ton/a/で直径15間、厚み0.4閣に成形した。
次いで、戚形円板をジルコニア粉末を敷いたアルミナ質
のサヤに入れ、空気中にて下記の第工表に示す温度で2
時間焼成し、第1表に示す組成比の誘電体磁器を得た。
(以  下  余  白) このようにして得られた誘電体磁器円板は、厚みと直径
を厠定し、誘電率,良好度Q.静電容量温度係数測定用
試料は、誘電体磁器円板の両面全体に銀電極を焼き付け
、絶縁抵抗,絶縁破壊強度測定用試料は、誘電体磁器円
板の外周より内側に1mmの幅で銀電極のない部分を設
け、銀電極を焼き付けた。そして、誘電率,良好度Q,
静電容量温度係数は、YHP社製デジタルLCRメータ
のモデル4275Aを使用し、測定温度20℃、測定電
圧1.OVrms,測定周波数IMHzでの測定より求
めた。なお、静電容量の温度変化は、−55℃,−25
℃.20℃,85℃,125℃の静電容量を測定し、直
線性を確認するとともに、静電容量温度係数は、20℃
と85℃の静電容量を用いて次式により求めた。
T C = ( C − C o ) / C o X
 1 / 6 5 X 1 0 ’TC:静電容量温度
係数(ppm/’C)Co : 20℃での静電容量(
pF)C :85℃での静電容量(pF) また、vg電率は次式より求めた。
K=143.8XCox  t/D2 K:誘電率 Co : 20℃での静電容量(p F)D :誘電体
磁器の直径(m) t :誘電体磁器の厚み(m) さらに、絶縁抵抗は、YHP社製HRメータのモデル4
329Aを使用し、測定電圧5 0 V. D.C.、
厠定時間1分間による測定より求めた。
そして、絶縁破壊強度は菊水電子工業(株)製高電圧電
源PH835K−3形を使用し、試料をシリコンオイル
中に入れ、昇圧速度50V/secにより求めた絶縁破
壊電圧を誘電体厚みで除算し、IW当たりの絶縁破壊強
度とした。また、結晶粒径は、倍率400での光学顕微
鏡観察より求めた。
試験結果を下記の第2表に示す。
(以  下  余  白) (実施例2) 出発原料には化学的に高純度のB a CO3, T 
i Oz.Z r 02,  N d 20:l.  
C e 02およびN b 2 0 s粉末を使用し、
組成比0.09BaO−0.56T iozO.3  
5   [  (NdO 3z2)  0.95  (
C  e0 2)  0.05コの主成分100重量部
に対し、Nb2O5をO、0.1、0.3、0、5、1
,0、5.0,7.0重量部含有した仮焼粉砕粉を実施
例1と同様の方法で作製する。ただし、Nb:+Os含
有量が0,0.1,7.0重量部は、この発明の範囲外
であり、0.3、0.5、1.0、5.0重量部は、こ
の発明の範囲内である。
この仮焼粉砕粉末に、有機パインダー,可塑剤,分散剤
,有機溶剤を加え、アルミナボールを備えたポットで混
合し、スラリーを作製した。混合後、ろ過したスラリー
は、焼結後の誘電体厚みが12μmとなるようなグリー
ンシ一トに加工した。このようなグリーンシ一ト10枚
を支持台の上に積層し、昭栄化学(株)製内部電極パラ
ジウムペーストML−3724を焼結後の内部電極厚み
が2μmとなるようにスクリーン印刷し、乾燥した。こ
の上にグリーンシ一ト1枚を積層し、焼結後の内部電極
重なり寸法が1.2mnX0.7mnとなるように印刷
位置をずらして内部電極パラジウムペーストを印刷し、
乾燥後、グリーンシ一ト1枚を積層した。これらの操作
を、誘電体層数が19となるまで繰り返した。この上に
、グリーンシ一ト10枚を積層した。この積層対を焼結
後、内部電極重なり寸法が1. 2哨X O. 7na
、誘電体層数が19の積層構造をもつ積層セラミックコ
ンデンサとなるように切断した。この切断した試料は、
ジルコニア粉末を敷いたアルミナ質のサヤに入れ、空気
中にて、室温から350℃までを5℃/hrで昇温し、
350℃より100℃/ h rで昇温し、1270℃
で2時間焼成後、100℃/ h rで室温まで降温し
た。次いで、焼成後の試料は、試料面を研磨し、外部電
極と接合する内部電極部分を充分露出させ、内部電極露
出部分に銀の外部電極を焼き付け、内部電極と導通させ
、積層セラミックコンデンサを作製した。
これらの試料の静電容量,良好度Q,静電容量温度係数
.絶縁抵抗,絶縁破壊強度は、実施例lと同様の条件で
の測定により求めた。また、積層構造の確認は、積層セ
ラミックコンデンサの長さ方向および幅方向の約172
の研磨断面を、内部電極重なり寸法は倍率100S誘電
体厚みと内部電極厚みは倍率400での光学顕微鏡観察
より求めた。
この測定結果を第2図(al〜(e1に示す。
なお、実施例における誘電体磁器の作製方法では、Ba
CO3.Ti02,ZrO2,LazO3.P r60
++,Nd20z.Sm20:+,C e02+Gdz
O:+,D)’203およびN b 2 0 sを使用
したが、この方法に限定されるものではなく、所望の組
成比になるように、BaTi0  3などの化合物、あ
るいは炭酸塩,水酸化物など空気中での加熱により、B
 a O +  T iO 2 1  Z r O 2
 1  L a 2 0 3P rao目,Nd203
.Sm203,C e 02G(+203,DV20a
およびNbzOsとなる化合物を使用しても実施例と同
程度の特性を得ることができる。
また、主成分をあらかじめ仮焼し、副成分を添加しても
実施例と同程度の特性を得ることができる。
また、誘電体磁器用として一般に使用される工業用原料
の二酸化チタン、例えばチタン工業(株)製二酸化チタ
ンKA−10、古河鉱業(株)製二酸化チタンFA−5
5Wには最大0.45重量%のN b 2 0 sが含
まれるが、これらの二酸化チタンを使用して主成分の誘
電体磁器を作製しても、主成分100重量部に対してN
 b O sの含有量は最大で0.23重量部であり、
この発明の範囲外であるが、工業用原料の二酸化チタン
中のNb2O5量を考慮し、不足分のNb:Osを含有
させることにより、実施例と同程度の特性を得ることが
できる。
また、実施例ではLa,Pr,Nd,Smを除く希土類
元素MeとしてCe,Dy,Gdについて説明したが、
その他の希土類元素を使用しても実施例と同程度の特性
を得ることができる。
また、上述の基本組織のほかに、Sin2M n 02
. F e 203.  Z n Oなど一般にフラソ
クスと考えられている塩類.酸化物などを、特性を損な
わない範囲で加えることもできる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、結晶粒径が小さく、誘電
率,絶縁抵抗,絶縁破壊電圧が高く、良好度Qを大幅に
改善し、静電容量温度係数が小さく、かつ積層セラミッ
クコンデンサへの利用においては、内部電極の厚みを薄
くしたときの静電容量と良好度Qの低下を防ぎ、静電容
量と良好度Qのバラッキを小さくできるため、内部電極
の厚みヲWi < Lて、積層セラミックコンデンサの
コストダウンが行えるとともに内部構造欠陥であるデラ
ミネーションの発生を防ぐことができる。 また、絶縁
破壊電圧が高いため誘電体層の厚みを薄くし、素体の小
型化,大容量化が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる組成物の主或分の組威範囲を説
明する三元図、第2図(al〜telは本発明にかかる
組戊比 0.098aO−0.56T io2−0.35[ (
N d 03/2) 0.95 (C e 02) o
.oslの主成分100重量部に対する副成分N b 
2 0 sの含有効果を、誘電体厚み:12μm1内部
電極重なり寸法1.2關X0,7nn,誘電体層数=1
9の積層構造をもつ積層セラミックコンデンサの電気特
性で示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  一般式 xBaO−y[(TiO_2)_(_1_−_m_)(
    ZrO_2)_m]−z(Re_(_1_−_n_)M
    e_n)O_3_/_2と表した時、(ただし、x+y
    +z=1.00,0.001≦m≦0.200、0.0
    1≦n≦0.20、ReはLa,Pr,Nd,Smから
    選ばれる一種以上の希土類元素、MeはLa,Pr,N
    d,Smを除く希土類元素から選ばれる一種以上の希土
    類元素。)、x,y,zが以下に表す各点a,b,c,
    d,e,fで囲まれるモル比の範囲からなる主成分10
    0重量部に対し、副成分としてニオブ酸化物をNb_2
    O_5に換算して0.3〜5.0重量部含有したことを
    特徴とする誘電体磁器組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼
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