JPH04357614A - 誘電体磁器組成物 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子機器用固定磁器コン
デンサの誘電体磁器組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下に従来の誘電体磁器組成物について
説明する。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。

【０００３】ＢａＯ・ＴｉＯ２・Ｎｄ２Ｏ３系ＢａＯ・
ＴｉＯ２・Ｓｍ２Ｏ３系 例えば０．０９ＢａＯ・０．５６ＴｉＯ２・０．３５Ｎ
ｄＯ３／２の組成比からなる誘電体磁器組成物を使用し
、誘電体磁器円板を作製し、電気特性および誘電体磁器
密度を測定すると、誘電率：６７、静電容量温度係数：
Ｎ４０ｐｐｍ／℃、Ｑ：３０００、絶縁抵抗：８．０×
１０１２Ω、絶縁破壊強度：３０ｋｖ／ｍｍおよび誘電
体磁器密度：５．６ｇ／ｃｍ３の値が得られた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、絶縁抵抗，絶縁破壊強度が小さいとい
う問題点を有していた。さらに、Ｌ（長さ）３．２×Ｗ
（幅）１．６ｍｍ以下の積層セラミックコンデンサのリ
フローはんだ付け、特にベーパーリフローはんだ付けで
はチップ立ち（通常、ツームストーン現象，マンハッタ
ン現象と呼ばれている。）が発生しやすく、このチップ
立ちを防ぐため誘電体磁器密度をより大きくしなければ
ならないという問題点も有していた。

【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、誘電体磁器密度，絶縁抵抗，絶縁破壊強度が大きい
誘電体磁器を得ることができる誘電体磁器組成物を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の誘電体磁器組成物は、一般式ｘ［（ＢａＯ）
（１−ｋ）（ＣａＯ）ｋ］・ｙ［（ＴｉＯ２）（１−ｓ
）（ＳｎＯ２）ｓ］・ｚ（Ｒ（１−ｔ）Ｍｅｔ）Ｏ３／
２で表され、式中ＲはＬａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍから選ば
れる一種以上の希土類元素で、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
元素であり、ｋ，ｓおよびｔの値が０．０１≦ｋ≦０．
３０、０．０１≦ｓ≦０．２０および０．０１≦ｔ≦０
．２０なる範囲にある組成物を有し、かつｘ，ｙおよび
ｚはモル比を表し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１でｘ，ｙ，ｚの値が
、 ａはｘ＝０．１５、ｙ＝０．５０、ｚ＝０．３５、ｂは
ｘ＝０．１６、ｙ＝０．６１、ｚ＝０．２３、ｃはｘ＝
０．１０、ｙ＝０．６７、ｚ＝０．２３、ｄはｘ＝０．
０９、ｙ＝０．６０、ｚ＝０．３１、ｅはｘ＝０．０２
、ｙ＝０．５８、ｚ＝０．４０、ｆはｘ＝０．０２、ｙ
＝０．５２、ｚ＝０．４６、で示すａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ
，ｆで囲まれるモル比の範囲にある組成を有する主成分
１００重量部、およびニオブをＮｂ２Ｏ５の形に換算し
て０．３〜５．０重量部からなるものである。

【０００７】また、ニオブに代えて、タンタルがＴａ２
Ｏ５の形に換算して０．１〜１０．０重量部含有されて
なるものである。

【０００８】さらには、ニオブに代えて、バナジウムが
Ｖ２Ｏ５の形に換算して０．００５〜１．０００重量部
含有されてなるものである。

【０００９】さらにまた、ニオブに代えて、ニオブ，タ
ンタル，バナジウムから選ばれる二種以上がＮｂ２Ｏ５
，Ｔａ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５の形に換算して合計で０．００
１〜０．０１０モル部含有されてなるものである。

【００１０】

【作用】この構成によって、ＲをＬａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍから選ぶことにより、Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍの順で
静電容量温度係数をプラス方向に移行することとなる。

【００１１】また、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、Ｑを大きくすることとなる。

【００１２】さらに、ＢａＯをＣａＯで置換することに
より、Ｑ，絶縁抵抗を大きくすることとなる。

【００１３】そして、ＴｉＯ２をＳｎＯ２で置換するこ
とにより、誘電体磁器密度を大きくすることとなる。

【００１４】また、ニオブ，タンタル，バナジウムもし
くはそれらから選ばれる二種以上を副成分として含有さ
せることにより、絶縁抵抗，絶縁破壊強度を大きくする
こととなる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。

【００１６】（実施例１）出発原料には化学的に高純度
のＮｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，Ｐｒ６Ｏ１１，Ｎｄ２Ｏ３
，Ｓｍ２Ｏ３，ＣｅＯ２，Ｇｄ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，Ｓ
ｎＯ２，ＴｉＯ２，ＣａＣＯ３およびＢａＣＯ３粉末を
下記の（表１）に示す組成比になるように秤量し、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、湿式混合後、脱水乾燥した。この乾燥粉末を高
アルミナ質のルツボに入れ、空気中で１１００℃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１ｔｏｎ／ｃ
ｍ２で直径１５ｍｍ、厚み０．４ｍｍに成形した。次い
で、こうして得られた成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（表１）に示す
焼成温度で２時間焼成し、（表１）の試料番号１〜１０
に示す組成比の誘電体磁器円板を得た。

【００１７】

【表１】

【００１８】このようにして得られた誘電体磁器円板は
、厚みと直径と重量を測定し、重量を厚みと直径より算
出した体積で除算し、誘電体磁器密度とした。

【００１９】また誘電率，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，Ｑ，静電容
量温度係数は、横河・ヒューレット・パッカード（株）
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１．０Ｖｒｍｓ、測定周波
数１ＭＨｚでの測定より求めた。なお、静電容量温度係
数は、２０℃と８５℃の静電容量を測定し、次式により
求めた。

【００２０】 ＴＣ＝（Ｃ−Ｃｏ）／Ｃｏ×１／６５×１０６ＴＣ：静
電容量温度係数（ｐｐｍ／℃）Ｃｏ：２０℃での静電容
量（ｐＦ） Ｃ　　：８５℃での静電容量（ｐＦ） また、誘電率は次式より求めた。

【００２１】Ｋ＝１４３．８×Ｃｏ×ｔ／Ｄ２Ｋ：誘電
率 Ｃｏ：２０℃での静電容量（ｐＦ） Ｄ　　：誘電体磁器の直径（ｍｍ） ｔ　　：誘電体磁器の厚み（ｍｍ） さらに、絶縁抵抗は、横河・ヒューレット・パッカード
（株）社製ＨＲメータのモデル４３２９Ａを使用し、測
定電圧５０Ｖ．Ｄ．Ｃ．、測定時間１分間による測定よ
り求めた。

【００２２】そして、絶縁破壊強度は、菊水電子工業（
株）製高電圧電源ＰＨＳ３５Ｋ−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、１ｍｍ当
たりの絶縁破壊強度とした。

【００２３】上記測定結果を試料番号１〜１０別に（表
２）に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】また、図１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
限定した理由を図１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Ｑが小さく実用的でなくなる。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
用的でなくなる。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、Ｒを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
あるいはそれらの組合せにより静電容量温度係数の調節
が可能である。

【００２６】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、Ｑを大きくする効果を有し
ているが、その置換率ｔが０．０１未満では置換効果は
なく、一方０．２０を超えると誘電率が小さくなり実用
的でなくなる。

【００２７】また、ＢａＯをＣａＯで置換することによ
り、誘電率，静電容量温度係数，絶縁破壊強度の値を大
きく変えることなく、Ｑ，絶縁抵抗を大きくする効果を
有しているが、その置換率ｋが０．０１未満では置換効
果はなく、一方０．３０を超えるとＱ，絶縁抵抗が小さ
くなり、静電容量温度係数もマイナス側に大きくなりす
ぎ実用的でなくなる。

【００２８】さらに、ＴｉＯ２をＳｎＯ２で置換するこ
とにより、誘電率，Ｑ，静電容量温度係数，絶縁抵抗，
絶縁破壊強度の値を大きく変えることなく、誘電体磁器
密度を大きくする効果を有しているが、その置換率ｓが
０．０１未満では置換効果はなく、一方０．２０を超え
ると誘電率，Ｑが小さくなり、静電容量温度係数もマイ
ナス側に大きくなりすぎ実用的でなくなる。

【００２９】そして、主成分に対し、副成分としてのＮ
ｂ２Ｏ５を含有することにより、絶縁抵抗，絶縁破壊強
度を大きくする効果を有しているが、Ｎｂ２Ｏ５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、この発明の範囲から
除外した。一方、Ｎｂ２Ｏ５の含有量が主成分に対し、
５．０重量部を超えるとＱ，絶縁抵抗が小さくなり、静
電容量温度係数がマイナス側に大きくなり実用的でなく
なる。

【００３０】（実施例２）実施例１の原料の中で高純度
のＮｂ２Ｏ５に代えて、高純度のＴａ２Ｏ５粉末を用い
て下記の（表３）に示す組成比になるように秤量し、以
降の工程を実施例１と同様に処理して（表３）の試料番
号１１〜２０に示す組成比の誘電体磁器円板を得、実施
例１と同様に処理して特性を測定した結果を試料番号１
１〜２０別に（表４）に示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】ここで、主成分の組成範囲と構成を限定し
た理由は、実施例１と同様であるので説明は省略する。 そして、主成分に対し、副成分としてのＴａ２Ｏ５を含
有することにより、絶縁抵抗，絶縁破壊強度を大きくす
る効果を有しているが、Ｔａ２Ｏ５の含有量が主成分１
００重量部に対し、０．１重量部未満はそれほど絶縁破
壊強度が大きくなく、この発明の範囲から除外した。一
方、Ｔａ２Ｏ５の含有量が主成分に対し、１０．０重量
部を超えるとＱ，絶縁抵抗が小さくなり、静電容量温度
係数がマイナス側に大きくなり実用的でなくなる。

【００３４】（実施例３）実施例１の原料の中で高純度
のＮｂ２Ｏ５に代えて、高純度のＶ２Ｏ５粉末を用いて
下記の（表５）に示す組成比になるように秤量し、以降
の工程を実施例１と同様に処理して（表５）の試料番号
２１〜３０に示す組成比の誘電体磁器円板を得、実施例
１と同様に処理して特性を測定した結果を試料番号２１
〜３０別に（表６）に示す。

【００３５】

【表５】

【００３６】

【表６】

【００３７】ここで、主成分の組成範囲と構成を限定し
た理由は、実施例１と同様であるので説明は省略する。 そして、主成分に対し、副成分としてのＶ２Ｏ５を含有
することにより、絶縁抵抗，絶縁破壊強度を大きくする
効果を有しているが、Ｖ２Ｏ５の含有量が主成分１００
重量部に対し、０．００５重量部未満はそれほど絶縁破
壊強度が大きくなく、この発明の範囲から除外した。一
方、Ｖ２Ｏ５の含有量が主成分に対し、１．０００重量
部を超えるとＱ，絶縁抵抗が小さくなり、実用的でなく
なる。

【００３８】（実施例４）実施例１の原料の中で高純度
のＮｂ２Ｏ５に代えて、高純度のＮｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ
５およびＶ２Ｏ５粉末を用いて下記の（表７）に示す組
成比になるように秤量し、以降の工程を実施例１と同様
に処理して（表７）の試料番号３１〜４０に示す組成比
の誘電体磁器円板を得、実施例１と同様に処理して特性
を測定した結果を試料番号３１〜４０別に（表８）に示
す。

【００３９】

【表７】

【００４０】

【表８】

【００４１】ここで、主成分の組成範囲と構成を限定し
た理由は、実施例１と同様であるので説明は省略する。 そして、主成分に対し、副成分としてのＮｂ２Ｏ５，Ｔ
ａ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５を含有することにより、絶縁抵抗，
絶縁破壊強度を大きくする効果を有しているが、Ｎｂ２
Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５の含有量の合計が主成分１
００重量部に対し、０．００１モル部未満はそれほど絶
縁破壊強度が大きくなく、この発明の範囲から除外した
。一方、Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５の含有量の
合計が主成分に対し、０．０１０モル部を超えるとＱ，
絶縁抵抗が小さくなり、静電容量温度係数がマイナス側
に大きくなり実用的でなくなる。また、Ｎｂ２Ｏ５，Ｔ
ａ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５から選ばれる二種以上を含有するこ
とにより、Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５から選ば
れる一種を含有するものに比べ、誘電率，Ｑ，絶縁抵抗
，絶縁破壊強度が大きく、静電容量温度係数を小さくす
ることができる。

【００４２】なお、上記実施例における誘電体磁器の作
製方法では、Ｖ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｌａ
２Ｏ３，Ｐｒ６Ｏ１１，Ｎｄ２Ｏ３，Ｓｍ２Ｏ３，Ｃｅ
Ｏ２，Ｇｄ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，ＳｎＯ２，ＴｉＯ２，
ＣａＣＯ３およびＢａＣＯ３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、
ＢａＴｉＯ３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、Ｖ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，Ｎ
ｂ２Ｏ５，Ｌａ２Ｏ３，Ｐｒ６Ｏ１１，Ｎｄ２Ｏ３，Ｓ
ｍ２Ｏ３，ＣｅＯ２，Ｇｄ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，ＳｎＯ
２，ＴｉＯ２，ＣａＯおよびＢａＯ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。

【００４３】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
。

【００４４】さらに、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−１０Ｃ、古河鉱業（株）製二酸
化チタンＦＡ−５５Ｗには最大０．４５重量％のＮｂ２
Ｏ５が含まれるが、これらの二酸化チタンを使用して実
施例１の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、Ｎｂ２Ｏ５の含有量は最大で０．２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
２Ｏ５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。

【００４５】また、上述の基本組成のほかに、ＳｉＯ２
，ＭｎＯ２，Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，Ａｌ２Ｏ３など、一
般にフラッ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。

【００４６】

【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に本発明は、一般式ｘ［（ＢａＯ）（１−ｋ）（ＣａＯ
）ｋ］・ｙ［（ＴｉＯ２）（１−ｓ）（ＳｎＯ２）ｓ］
・ｚ（Ｒ（１−ｔ）Ｍｅｔ）Ｏ３／２で表され、式中Ｒ
はＬａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍから選ばれる一種以上の希土
類元素で、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であり、ｋ，ｓ
およびｔの値が０．０１≦ｋ≦０．３０、０．０１≦ｓ
≦０．２０および０．０１≦ｔ≦０．２０なる範囲にあ
る組成を有し、かつｘ，ｙおよびｚはモル比を表し、ｘ
＋ｙ＋ｚ＝１でｘ，ｙ，ｚの値が、所定の数値を示すａ
，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆで囲まれるモル比の範囲にある組
成を主成分とし、ニオブ，タンタル，バナジウムもしく
はそれらから選ばれる二種以上を副成分として含有させ
た誘電体磁器組成物の構成により、結晶粒径が小さく、
誘電体磁器密度，誘電率，Ｑ，絶縁抵抗，絶縁破壊強度
が大きく、静電容量温度係数が小さい誘電体磁器を得る
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における誘電体磁器組成物の
主成分の組成範囲を説明する三元図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一般式としてｘ［（ＢａＯ）（１−ｋ）（
   ＣａＯ）ｋ］・ｙ［（ＴｉＯ２）（１−ｓ）（ＳｎＯ２
   ）ｓ］・ｚ（Ｒ（１−ｔ）Ｍｅｔ）Ｏ３／２で表され、
   式中ＲはＬａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍから選ばれる一種以上
   の希土類元素で、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であり、
   ｋ，ｓおよびｔの値が０．０１≦ｋ≦０．３０、０．０
   １≦ｓ≦０．２０および０．０１≦ｔ≦０．２０なる範
   囲にあり、かつｘ，ｙおよびｚはモル比を表し、ｘ＋ｙ
   ＋ｚ＝１でｘ，ｙ，ｚの値が、 ａはｘ＝０．１５、ｙ＝０．５０、ｚ＝０．３５、ｂは
   ｘ＝０．１６、ｙ＝０．６１、ｚ＝０．２３、ｃはｘ＝
   ０．１０、ｙ＝０．６７、ｚ＝０．２３、ｄはｘ＝０．
   ０９、ｙ＝０．６０、ｚ＝０．３１、ｅはｘ＝０．０２
   、ｙ＝０．５８、ｚ＝０．４０、ｆはｘ＝０．０２、ｙ
   ＝０．５２、ｚ＝０．４６、で示すａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ
   ，ｆで囲まれるモル比の範囲にある組成を有する主成分
   １００重量部、およびニオブをＮｂ２Ｏ５の形に換算し
   て０．３〜５．０重量部からなる誘電体磁器組成物。
2. 【請求項２】ニオブに代えて、タンタルがＴａ２Ｏ５の
   形に換算して０．１〜１０．０重量部含有されてなる請
   求項１記載の誘電体磁器組成物。
3. 【請求項３】ニオブに代えて、バナジウムがＶ２Ｏ５の
   形に換算して０．００５〜１．０００重量部含有されて
   なる請求項１記載の誘電体磁器組成物。
4. 【請求項４】ニオブに代えて、ニオブ，タンタル，バナ
   ジウムから選ばれる二種以上がＮｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５
   ，Ｖ２Ｏ５の形に換算して合計で０．００１〜０．０１
   ０モル部含有されてなる請求項１記載の誘電体磁器組成
   物。