JPH03238708A - 誘電体磁器組成物およびコンデンサ - Google Patents

誘電体磁器組成物およびコンデンサ

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JPH03238708A
JPH03238708A JP2035136A JP3513690A JPH03238708A JP H03238708 A JPH03238708 A JP H03238708A JP 2035136 A JP2035136 A JP 2035136A JP 3513690 A JP3513690 A JP 3513690A JP H03238708 A JPH03238708 A JP H03238708A
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晃司 川北
Ryo Kimura
涼 木村
Takeki Morimoto
雄樹 森本
Hideyuki Okinaka
秀行 沖中
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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 本発明は焼成温度が800〜1000℃で、かつ中性雰
囲気中または還元雰囲気中にて短時間で焼成でき、高い
抵抗率を有する誘電体磁器組成物およびコンデンサに関
するものである。
従来の技術 小型化・大容量化が進むセラミックコンデンサの高誘電
率材料としては、チタン酸バリウムを主成分とする材料
が用いられてきた。しかし、この材料を焼成させるには
大気中で、かつ焼成温度として1300℃程度の高温が
必要であるため、積層型セラミックコンデンサを作製す
る場合に、電極材料としては高価な白金あるいはパラジ
ウム等の貴金属の使用が不可欠であり、特に大容量化に
伴い内部電極材料が原料費を押し上げる要因となってい
た。
これに対し、近年チタン酸バリウム系材料に耐還元性を
持たせ、電極材料として安価な卑金属を用いて酸素分圧
の低い雰囲気中で焼成する方法や、鉛系誘電体材料と安
価な銀を主体とする銀−パラジウム合金の電極材料とを
用いて、1000℃前後の低温で焼成する方法により、
積層セラミックコンデンサの低コスト化が図られている
一方、小型化や高信頼性が望まれる電子機器においては
、実装密度の高いハイブリッドIC化が進められており
、従来のチップコンデンサに代って厚膜コンデンサに対
する要望が高まっている。
この厚膜コンデンサを作製するには、低温、短時間焼成
が可能な誘電体が必要であり、このための材料としては
主に鉛系誘電体が用いられる。従って、積層セラミック
コンデンサの大容量化あるいはコンデンサの厚膜化のい
ずれにも対応できる低温焼成が可能な材料として、鉛系
誘電体の開発が盛んに進められている。
発明が解決しようとする課題 さて、(Pb+ 、ooSra)(Mg+/3Nb2/
3)03+a 。
(Pb+ 、ooSra )TiO:++a 、(Pb
+ 、ooSra )(Ni +/zW+ /2 )0
3+ll系誘電体組成物は、特開昭62−123060
号公報で知られているように、1100℃以下の低酸素
雰囲気中で焼成される誘電率磁器組成物であるが、誘電
率を高め十分緻密な焼成体を得るためには焼成温度にて
数時間保持する必要がある。
方、ハイブリッドIC用の厚膜コンデンサを作製する場
合、低温短時間焼成が不可欠となり、このような条件下
では上記誘電体材料は未焼成となるため、所望の特性が
得られないという問題があった。
本発明ではかかる問題に鑑み、 (Pb1.ooSra)(Mg+/3Nb2/3)03
+a r(Pb1.00Sr、>TiO3+a、(Pt
)+ 、ooSra)(Ni+/2W+/2)03+a
系固容体の持つ高い誘電率を損なわず、中性雰囲気中あ
るいは還元雰囲気中にて800〜1000℃で、かつ短
時間焼成が可能な誘電体磁器組成物およびそれを用いた
セラミックコンデンサまたは厚膜コンデンサを提供する
ことを目的とするものである。
課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の誘電体磁器組成物
は、 (Pb + 、 QOSra )(Mg+ /3Nb2
/3)xT 1y(N i + /2WI/2 )ZO
3+Qで表される磁器組成物(ただし、x+y+21)
において、 o、ooi≦a≦0.225 の範囲にあり、この範囲内のaの値に対し、(Pb+ 
、ooSra)(Mg+/3Nb2/3)03+a 。
(Pb + 、 ooSr a )Ti03+3 、(
Pb+ 、 ooSra )(N i I /2WI/
2 )03+aを頂点とする三角座標で、下記の[1内
の数値で表される組成の範囲にあり、この範囲内のaの
領域内からなる主成分誘電体磁器組成物の仮焼粉に対し
て、PbOを1.0〜25,0モル%、およ対して、P
bOを1.0〜15.0モル%あるいはWO2を1.0
〜15.0モル%添加するという構成を備えたものであ
る。
作用 すなわち、本発明の特許請求の範囲の組成物においては
、ペロブスカイト構造を有する(Pb+ 、ooSra
)(Mg+/3Nb2/3)03+a−(Pb + 、
 ooSra )Ti03+a−(Pb+ 、ooSr
a)(N i +/2Wl/2 )Oi+自系の仮焼粉
体にPbO1およ対して、PbOあるいはW Osを添
加することにより、PbOとNiOあるいはW O3の
共晶組成を利用し低温で液相を発生させ、またこれらの
添加物がA、8両サイトに同時に固溶することで誘電体
への拡散を円滑に行え、添加物による粒界層の形成が抑
制されることによって誘電率の低下を防ぎ、中性雰囲気
中あるいは還元雰囲気中にて1000℃以下という低い
焼成温度で短時間に緻密に焼成し、かつ高い抵抗率を有
する大容量のセラミックコンデンサあるいは厚膜コンデ
ンサが得られることとなる。
実施例 以下、本発明の実施例を示す。
〈実施例1〉 まず、出発原料としては化学的に高純度なPbo、S 
rCOs、MgO,Nb2O5,T i 021Ni 
O,WO3を用いた。これらを純度補正を行った上で所
定量を秤量し、純水を加えメノウ製玉石を用いてボール
ミルで17時間混合した。これを吸引ろ過して水分の大
半を分離した後乾燥し、その後ライカイ機で充分解砕し
た後、粉砕量の5wt%の純水を加え、直径60■、高
さ約50−の円柱状に成型圧力500kg/−で成型し
た。これをアルミナルツボ中に入れ同質の蓋をし、75
0〜1000℃で2時間仮焼した。次に、上記仮焼物を
アルミナ乳鉢で粗砕し、さらにボールミルで17時間粉
砕し、吸引ろ過した後乾燥した。以上の仮焼・粉砕・乾
燥を数回繰り返した。この粉末をX線解析法により解析
し、ペロブスカイト相であることを確認した。
この誘電体粉末に副成分としてPbOとNiOあるいは
W Osを添加し、ライカイ機で混合した後、ポリビニ
ルアルコール6 w t%水溶液を粉体量の6 w t
%加え、32メツシユふるいを通して造粒し、成型圧力
500b/c+jで直径13m、高さ約5■の円板状に
成型した。次いで、この成型物を大気中600℃で、1
時間保持して脱バインダーした後、マグネシア磁器容器
に入れて同質の蓋をし、雰囲気ベルト炉を用いて中性雰
囲気中あるいは還元雰囲気中で所定温度まで2400℃
/hrsで昇温し、最高温度で10分間保持後、240
0℃/ h r sで降温した。
以上のようにして得られた焼成物を厚さ1膿の円板状に
加工し、両面に電極としてCr−Agを蒸着し、誘電率
、tanδをI KHz、 I V/mの電界下で測定
した。また、抵抗率は試料に30Vの電圧を印加後ll
Aの値を求めた。
下記のく表1〉に本発明の材料組成と、焼成雰囲気を中
性雰囲気である窒素中とした焼成物の誘電特性および抵
抗率を示す。また、焼成雰囲気を110−8at以上の
酸素分圧を有する窒素−水素混合ガス中とした場合の焼
成物の誘電特性および抵抗率を下記のく表2〉に示す。
(以  下  余  白  ) 上記く表1〉、く表2〉に示すように、本発明の材料組
成にかかる焼成物は、800〜1000℃短時間焼成に
もかかわらず、また様々な雰囲気焼成においても、高誘
電率の緻密な焼成体が得られ、またストロンチウムの添
加により、中性雰囲気あるいは還元雰囲気焼成において
も、高い抵抗率を有する焼成体が得られた。
第1図には本発明の主成分の組成範囲を、(Pb+ 、
ooSra )(Mgt /3Nb2/3)Os+a 
(Pb+ 、ooSrs )Ti03+s *(Pb+
 、ooSra )(N i +ytW+/2)03+
aを主成分とする三角組成図中に示した。
ここで、本発明において特許請求の範囲を、(Pb+ 
、ooSra)(Mg+/xNb+/z )xTiy(
Ni +i2W+/2)zo3+aで表される磁器組成
物(ただし、X+y+Z=1)において、 0.001≦a≦0.225 の範囲にあり、この範囲内のaの値に対し、(Pb+ 
、ooSra)(Mgt/5Nb2/3)03+a 。
(Pb+ 、005ra )Ti03+a + (Pb
+ 、ooSr、 )(N i t/2W+/2)03
1sを頂点とする三角座標で、下記の[J内の数値で表
される組成の範囲にあり、この範囲内のaの領域内から
なる主成分誘電体磁器組成物の仮焼粉に対して、PbO
を1.0〜25.0モル%、およ対して、PbOを1.
0〜15.0モル%あるいはW O3を1.0〜15.
0モル%添加することを特徴とする誘電体磁器組成物、 と具体的に限定したのは、く表1〉、く表2〉の比較例
に示すように、発明の範囲外の組成物においては、助剤
の添加量が少ない組成および800℃より低い焼成温度
では焼成が不十分となり、緻密な焼成体が得られず、1
000℃より高い焼成温度では、助剤の誘電体への反応
により、誘電率が大幅に低下するためである。また、a
が0.001より小さいと、焼成体の抵抗率が低く、a
が0.225を超える大きさでは、誘電率の大幅な低下
を招き、さらにx、y、zが限定の範囲外の組成物では
高い誘電率が得られない難点を有しているためである。
そして、限定範囲外の組成では、具体的には本焼成条件
で焼成体の誘電率が3000以下、あるいは焼成体の抵
抗率が10”ell・Ω以下となり、コンデンサとして
の所望の特性が得られない。
〈実施例2〉 上記実施例1と同様に仮焼・粉砕・乾燥した誘電体粉末
に、副成分としてPbOとNiOあるいはWO2を添加
し、ボールミルにて湿式混合した後乾燥し、エチルセル
ロースを主成分とする樹脂を溶媒で溶かしたビヒクルを
加え、三段ロールにて混練し誘電体ペーストを作製した
。一方、純度96%のアルミナ基板上に2×2■2の形
状を有する厚膜コンデンサを形成するために、下部電極
として銅電極を印刷し乾燥させた。次に、誘電体層とし
て上記誘電体ペーストを厚み50〜60μmになるよう
に二度印刷乾燥を行い、さらに上部電極として下部電極
と同じ銅電極を印刷し乾燥することにより、電極−誘電
体−電極の三層構造の印刷厚膜を形成し、ベルト炉を用
いて最高温度800〜1000℃、保持時間10分間窒
素中で焼成した。このようにして得られた厚膜コンデン
サの誘電率、tanδをIKHz、IV/+s+の電界
下で測定した。また、抵抗率は試料に30Vの電圧を印
加後1分の値を求めた。下記のく表3〉に本発明の材料
組成と、窒素中900℃で焼成した焼成物の誘電特性を
示す。
(以  下  余  白  ) 上記く表3〉に示すように、本発明の材料組成にかかる
焼成物は、低温短時間焼成にもかかわらず、緻密な焼成
体からなる高い抵抗率を有する高容量の厚膜コンデンサ
が得られた。
特許請求の範囲を限定した理由は、実施例1と同様に、
〈表3〉の比較例に示すように、限定範囲外の組成では
、本焼成条件で焼成体の誘電率が2500以下、あるい
は焼成体の抵抗率が1010備・Ω以下となり、厚膜コ
ンデンサとしての所望の特性が得られないためである。
本実施例では窒素中にて焼成が可能であることを示した
が、アルゴン、ヘリウム等の中性雰囲気中でも焼成が可
能であることが容易に推察される。
なお、本発明で用いられる電極としては、中性雰囲気中
あるいは還元雰囲気中にて800〜1000℃で焼成可
能な電極が適宜選択され、使用されるものである。
発明の効果 以上述べたように本発明は、 (Pb+ 、 ooSra )(Mg+ /3Nbt/
3)xT 1cy(N i I/2W+ /2 )z(
h+sで表される磁器組成物(ただし、x+y+z=1
)において、 0.001≦a≦0.225 の範囲にあり、この範囲内のaの値に対し、(Pb+ 
、ooSra)(Mg+/Jb2/3)Os+急。
(Pb+ 、 0O5ra )Ti03+a 、(Pb
+ 、 oosr、 )(N i l/2’dl/2 
)Os+aを頂点とする三角座標で、下記の[J内の数
値で表される組成の範囲にあり、この範囲内のaの領域
内からなる主成分誘電体磁器組成物の仮焼粉に対して、
PbOを1.0〜25.0モル%、およ対して、PbO
を1.0〜15.0モル%あるいはW O3を1.0〜
15.0モル%添加することを特徴とする誘電体磁器組
成物、 とすることにより、800〜1000℃の温度にて短時
間でかつ中性雰囲気中あるいは還元雰囲気中においても
焼成可能な高誘電率を有し、かつ抵抗率の高い積層セラ
ミックコンデンサおよび厚膜コンデンサを提供し得ると
いう優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の組成範囲を示す (Pb+ 、ooSra)(Mg+/3Nb2/3)0
3+a+(Pb+ 、 005ra )Ti03+a 
r (Pb+ 、 00Sra )(Ni wtWI/
2)03+sを主成分とする三角組成図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(Pb_1_._0_0Sr_a)(Mg_1_
    /_3Nb_2_/_3)_xTi_y(Ni_1_/
    _2W_1_/_2)_zO_3_+_aで表される磁
    器組成物(ただし、x+y+z=1)において、 0.001≦a≦0.225 の範囲にあり、この範囲内のaの値に対し、(Pb_1
    _._0_0Sr_a)(Mg_1_/_3Nb_2_
    /_3)O_3_+_a,(Pb_1_._0_0Sr
    _a)TiO_3_+a,(Pb_1_._0_0Sr
    _a)(Ni_1_/_2W_1_/_2)O_3_+
    _aを頂点とする三角座標で、下記の[ ]内の数値で
    表される組成A,B,C,D,Eを頂点とする五角形の
    領域内からなる主成分誘電体磁器組成物の仮焼粉に対し
    て、PbOを1.0〜25.0モル%、およびNiOを
    1.0〜15.0モル%添加することを特徴とする誘電
    体磁器組成物。 Aはx=0.950,y=0.049,z=0.001
    、Bはx=0.400,y=0.599,z=0.00
    1、Cはx=0.001,y=0.900,z=0.0
    99、Dはx=0.001,y=0.600,z=0.
    399、Eはx=0.700,y=0.100,z=0
    .2000
  2. (2)請求項1記載の主成分誘電体磁器組成物の仮焼粉
    に対して、PbOを1.0〜25.0モル%、およびW
    O_3を1.0〜15.0モル%添加することを特徴と
    する誘電体磁器組成物。
  3. (3)請求項1または2記載の誘電体磁器組成物を用い
    、中性雰囲気中あるいは還元雰囲気中にて800〜10
    00℃で焼成可能な電極とで構成されたことを特徴とす
    るセラミックコンデンサ。
  4. (4)セラミック基板上に、請求項1または2記載の誘
    電体磁器組成物からなる誘電体層と800〜1000℃
    で焼成可能な電極とを設けて構成されたことを特徴とす
    る厚膜コンデンサ。
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