JPH037128B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は小型で大容量が得られる粒界絶縁型半
導体磁器コンデンサに関する。 従来、粒界絶縁型半導体磁器コンデンサとして
は、その構成材料にチタン酸バリウムを主体とす
るものがある。これは大きな静電容量が得られる
ものの静電容量の温度特性ならびに、誘電体損失
が充分でない。一方、チタン酸ストロンチウムを
主体とするものは静電容量の変化率も小さく誘電
体損失も小さいという特徴を有するので、上記チ
タン酸バリウムを主体とするものに代つて用いら
れつつある。 ところで、この様なチタン酸ストロンチウムを
素体とするコンデンサの電極としては、従来銀が
広く採用されていた。しかしながら、銀は高価
で、かつ、リード線等を半田付けする際に銀が半
田中に拡散するいわゆる銀くわれが発生し、電極
としての特性が大きく変化して容量の歩留りが悪
いという問題がある。これを解消するためニツケ
ルや銅の無電解めつきやアルミニウムの溶射によ
り電極を形成することも試みられている。しかし
ながら、前者の場合には湿中負荷試験において絶
縁抵抗の劣化が大きく信頼性が充分でない。ま
た、場合には、後者の溶射のために圧搾空気を用
いる関係上、磁器を個々にマスクに挿入固定する
必要があり、作業が煩雑となるばかりでなく、コ
スト高にもなり、さらに、容量のばらつきも大き
く実用化に至つていない。 このような問題を解決するために、発明者らは
特開昭57−133614号に開示されている技術を提案
した。この技術の内容は、（Sr_1-xBa_x）TiO₃（ｘ
＝0.30〜0.50）またはこれを主体とした主成分に
半導体化剤を含有させ、最大結晶粒径が100μ以
上でかつ結晶粒界を絶縁体化した粒界絶縁型半導
体磁器にアルミニウムを主体とする焼付け電極を
形成したものである。そして電極として銀の焼付
け電極を用いたものにくらべ安価で大きな静電容
量が得られることを特徴としている。 ところが、発明者らはさらに研究を重ねた結
果、アルミニウムを主体とする焼付け電極を形成
した粒界絶縁型半導体磁器コンデンサについて静
電容量を一層大きくできることを見い出した。 本発明の改善点を説明する前にまず粒界絶縁型
半導体磁器コンデンサの構造について概説する。 第１図は粒界絶縁型半導体磁器コンデンサの概
略的な構造を説明するための部分断面図である。
図において、１は粒界絶縁型半導体磁器コンデン
サ、２は合半導体磁器の結晶粒子であり、チタン
酸ストロンチウムを主体とする材料にて構成され
る。３は結晶粒子２間に存在する絶縁体化部分、
４は結晶粒子２のブロツク表面に形成されたアル
ミニウムを主体とする焼付け電極である。 このようなコンデンサを矢印方向にミクロ的
に見ると、７個の結晶粒子２が縦方向に列状に並
んでおり、結晶粒子２間に存在する絶縁体化部分
３によつて形成される容量成分にもとづいて、第
２図に示すように、コンデンサC₁，C₂……C₈が
８個電気的に直列接続された状態が作り出されて
いる。 したがつて、この種のコンデンサは全体として
隣接する結晶粒子２間の絶縁体化部分３が縦方
向、横方向に存在し、結果的に容量が直並列状態
からなるコンデンサを構成し、大きな静電容量を
有するコンデンサが得られることになる。 しかしながら、上記第１図、第２図に示した態
様において、直列状態の容量成分はむしろ大きな
静電容量を得る場合に当つては障害となると云え
る。発明者らがすでに提案した特開昭57−133641
号は個々の結晶粒子を100μｍ以上とすることに
より、縦方向、つまり厚み方向に存在する結晶粒
子の数を少なくし、これによつて直列容量成分を
作り出す結晶粒子間の絶縁体化部分の数を減ら
し、大きな静電容量を得ることに成功したもので
ある。したがつて、さらにこのような技術的着目
を押し進め、直列容量成分を減少させる工夫を施
こすことによつて、一層大きな静電容量が得られ
ることになる。 そこで、発明者らは半導体磁器とアルミニウム
を主体とする焼付け電極間に存在する絶縁体化部
分に着目し、この絶縁体化部分を存在させないこ
とによつて大きな静電容量が得られることを見い
出したものである。 すなわち、この発明の要旨とするところは、チ
タン酸ストロンチウムを主体とし、結晶粒界が絶
縁体化されている半導体磁器の表面に、平均粒径
２〜8μｍからなるアルミニウム粉末を主体とす
る付け電極が形成され、該焼付け電極と接触する
半導体磁器の結晶粒子表面が還元された状態から
なる粒界絶縁型半導体磁器コンデンサである。 この半導体磁器コンデンサによれば、アルミニ
ウムを主体とする焼付け電極の直下に静電容量の
低下をもたらす絶縁体化部分が存在しないから、
合成直列容量の寄与を少なくし、静電容量の大き
なコンデンサを得ることができるのである。 このような構造の半導体磁器コンデンサを現出
する手段としては次のようなものが挙げられる。 つまり、半導体磁器表面の絶縁体化部分の残存
量を少なくし、アルミニウムを主体とする電極を
焼付けると、電極直下の絶縁体化部分が除去さ
れ、つづいて結晶粒子表面が還元されることにな
り、結果的に半導体磁器表面に存在する結晶粒子
と焼付け電極の間に絶縁体化部分が存在しない状
態が現出される。 具体的には、絶縁体化部分を形成する材料、た
とえばPb、Bi、Mn、Cu、Ｂ、Siなどの金属、
酸化物などの化合物を半導体磁器表面に塗布する
などの手段で付与する際、その量を少なくする
か、またはこれらの材料を半導体磁器の結晶粒界
に拡散させるときに熱処理する温度を高くするな
どの手段がある。また無電解メツキ法、真空蒸着
法、イオンプレーテイング法、スパツタリング法
など湿式、乾式による薄膜形成手段で付与する場
合にも、上記した手段が適用できる。 また、この種のコンデンサにおいて、アルミニ
ウムを主体とする焼付電極の材料に用いられるア
ルミニウム粉末の平均粒径の大きさが電気的特性
に対して大きな影響を有することが確認されてい
る。つまり、アルミニウム粉末の平均粒径が２〜
8μｍの範囲にあることが好ましい。これは次の
ような理由による。つまり、2μｍ未満になると
誘電体損失が大きくなる。特にこの傾向は湿中負
荷試験を行うと顕著に現われる。また、8μｍを
越えると銀焼付け電極のものにくらべて静電容量
の増加が見られなくなる。 以下、この発明を実施例にもとづいて詳細に説
明する。 実施例 （Sr_0.997Y_0.003）Ti_1.001O₃の組成物の半導体磁
器が得られるように、まず原料であるSrCO₃、
TiO₂、Y₂O₃を秤量、混合し、1150℃で２時間仮
焼した。次いで、仮焼原料に酢酸ビニル径樹脂を
10重量％加え、ポリポツトで２〜20時間湿式粉枠
した。脱水したのち30メツシユの篩で整流し、成
形圧力750Kg／cm³の圧力で、直径10mmφ、厚み
0.50mmと直径10mmφ、厚み0.38mmの２種類の円板
に成形した。 成形円板を空気中に1150℃、１時間の条件で一
旦予備焼成し、さらに窒素99容量％、水素１容量
％からなる還元雰囲気中にて1400℃、１時間で焼
成して半導体磁器を得た。 得られた半導体磁器は、直径８mmφ、厚み0.40
mmと、直径８mmφ、厚み0.30mmの大きさのもので
あつた。それぞれの半導体磁器の平均結晶粒径は
厚み0.40mmのものが30μｍと50μｍの２種類と厚み
0.30mmのものが40μｍであつた。平均結晶粒径は
ポリポツトでの粉砕時間でコントロールした。ち
なみに平均粒径30μｍのものは16時間、50μｍの
ものは３時間、平均粒径40μｍのものは７時間で
あつた。 この半導体磁器に、Pb₃O₄24重量％、Bi₂O₃24
重量％、CuO2重量％、有機ワニス50重量％から
なる酸化剤ペースト半導体磁器に対して0.5〜1.5
重量％の割合で塗布し、空気中1100〜1150℃、２
時間で熱処理して半導体磁器内部に拡散させ、結
晶粒界を絶縁体化した粒界絶縁型半導体磁器を得
た。 さらに、粒界絶縁型半導体磁器の表面にアルミ
ニウムを主体とするベーストを塗布し、空気中
800℃で30分間焼付けて電極を形成し、コンデン
サを作成した。このようにして得られたコンデン
サの電気特性を測定し、その結果を第１表に示し
た。 同様に、上記した粒界絶縁型半導体磁器の表面
に銀スペースを塗布し、空気中800℃で30分間焼
付けて電極を形成し、比較参考例としてのコンデ
ンサを作成した。このコンデンサについても同様
に電気特性を測定し、その結果を第２表に示し
た。 なお、アルミニウムペーストとしては、平均粒
径２〜8μｍのアルミニウム粉末、アルミナ粉末
と硼珪酸系からなるガラスフリツトを有機ビヒク
ルに混合したものを用いた。 また、第１表、第２表中の電気特性は次に示す
条件で測定した値である。 静電容量、誘電体損失（tanδ）：温度20℃、周波
数1KHz、電圧0.2Vrms以下で測定した値。 絶縁抵抗：温度20℃で試料の厚み単位mm当り、直
流電圧25Vを印加した30秒後の値。 耐電圧：温度20℃で測定した値。 容量変化率：第２表に示した比較参考例の静電容
量に対する変化率の値。

【表】

【表】 第１表、第２表において、本発明の試料番号と
この試料番号と同じ番号の比較例の比較試料はそ
れぞれ試料の厚み、平均粒径、塗布量を同じくし
たものを用い、電極の種類を変えたものである。 同じ番号のものをくらべてみると、たとえば試
料番号１、２は比較試料１、２にくらべ静電容量
が７〜８％大きい。また試料番号５、６、７は比
較試料５、６、７にくらべ静電容量が16〜20％大
きい。さらに試料番号９、11は比較試料９、11に
くらべ静電容量が20〜22％大きい。 また、第１表において試料番号１、３、５、
７、９および11は試料番号２、４、６、８、10お
よび12にくらべて静電容量が大きい。 このように静電容量の増大傾向が見られるのは
酸化剤ペーストの塗布量が少なく、または／およ
び熱拡散処理温度が高い場所である。また同じ厚
みであれば平均粒径の大きいものあるいは同じ平
均径であれば厚みの薄いものに静電容量の大きな
ものが得られる。 第３図は本発明にかかる粒界絶縁型半導体磁器
コンデンサの概略的な構造を示したもので、第１
図に示したものとの大きな相違点は、アルミニウ
ムを主体とする焼付け電極４とその直下の結晶粒
子２との間に、絶縁体化部分３が存在しないこと
である。 したがつて、本発明のコンデンサを第３図にお
ける矢印ｂ方向にミクロ的に見ると、７個の結晶
粒子２が縦方向に列状に並んでいるが、焼付け電
極４とその直下の結晶粒子２ａとの間に絶縁体化
部分３が存在しないため、第４図に示すようにコ
ンデンサC₁，C₂……C₆が６個電気的に直列接続
され、両端に抵抗成分が直列接続された状態とな
つている。 このようなモデルにもとづく本発明の説明が実
施例によつて得られた試料に当て嵌まることを説
明する。試料番号９を例にとると、厚み0.3mm、
平均粒径40μｍであることから、厚み方向に結晶
粒子が７個並んでいることになる。本発明の構成
によれば直列容量成分が２個減少したことになる
から、容量の増加率は2/14、つまり約15％とな
り、比較試料９の静電容量にくらべ試料番号９は
ほぼこの結果を満足している。 以上本発明によれば、電極として銀を用いたも
のにくらべて低コストであり、また静電容量の増
加があるため小型化が実現できる。さらに誘電体
損失などの電気特性についても実用上何ら問題の
ない値を示しており、実用価値の大きいものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は粒界絶縁型半導体磁器コンデンサの概
略的な構造を説明するための部分断面図、第２図
は第１図におけるａ方向の等価回路図、第３図は
本発明にかかる粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ
の概略的な構造を説明するための部分断面図、第
４図は第３図におけるｂ方向の等価回路図であ
る。 １は粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ、２は結
晶粒子、３は絶縁体化部分、４はアルミニウムを
主体とする焼付け電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ チタン酸ストロンチウムを主体とし、結晶粒
   界が絶縁体化されている半導体磁器の表面に、平
   均粒径２〜8μｍからなるアルミニウム粉末を主
   体とする焼付け電極が形成され、該焼付け電極と
   接触する半導体磁器の結晶粒子表面が還元された
   状態からなる粒界絶縁型半導体コンデンサ。