JPH0544762B2 - - Google Patents

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JPH0544762B2
JPH0544762B2 JP61089649A JP8964986A JPH0544762B2 JP H0544762 B2 JPH0544762 B2 JP H0544762B2 JP 61089649 A JP61089649 A JP 61089649A JP 8964986 A JP8964986 A JP 8964986A JP H0544762 B2 JPH0544762 B2 JP H0544762B2
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JP
Japan
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dielectric constant
composition
dielectric
insulation resistance
temperature
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JP61089649A
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Yohachi Yamashita
Katsumi Inagaki
Buei Watabe
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Marcon Electronics Co Ltd
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Marcon Electronics Co Ltd
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕 本発明は高誘電率磁器組成物に係り、特にPb
(Zn1/3Nb2/3)O3を主体とした誘電率温度係数
(T.C.C)が小さく信頼性に優れた高誘電率磁器
組成物に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来、誘電率が3000を越えるような高誘電率磁
器材料としては、チタン酸バリウム(BaTiO3
系材料が主体として用いられている。今日ではこ
の材料をもちいて、誘電体厚み20〜30μm、積層
数20〜80側の積層セラミツクコンデンサ(MLC)
が実用化されている。しかしながら、この材料を
もちいて積層セラミツクコンデンサを作成した場
合には種々の問題点が現れてきている。誘電体厚
みの薄層化に伴い、誘電体厚みあたりに対する電
圧が増加し誘電体のDCバイアス依存性、すなわ
ち定格電圧が印加された時の実効容量の大幅な低
下がそのひとつである。例えば定格25V、1.0μF
のF特性MLOにおいては誘電率を10000、誘電体
厚みを25μmとすると定格電圧の印加時には約70
%の容量の低下があら得られる容量は0.3μFにす
ぎない。更に誘電率温度係数(T.C.C)を考慮す
ると定格電圧の印加時に最低でも1.0μFの容量を
必要とする回路では3.3μF以上のMLCを使用しな
くてはならないことになる。 また誘電体厚みの薄層化においてはその大きな
結晶粒子径が問題となる。通常の固相反応による
BaTiO3の結晶粒子系は4〜10μmである。大容
量化をはかるため誘電体厚みを20μm以下にする
と層間の粒子数が少なくなり耐電圧の低下の原因
となる。さらに、チタン酸バリウム系材料の焼成
温度は1300〜1400℃と高温であり同時焼成される
内部電極材料は必然性にパラジウムPdや白金Pt
などの高温で酸化されない高価な貴金属材料を用
いなければならず、コスト高の原因となる。この
チタン酸バリウム系材料の問題点を解決すべく鉛
を含む複合ペロブスカイト化合物の研究が広く行
なわれている。例えば、鉄ニオブ酸鉛Pb(Fe1/2
Nb1/2)O3を主体としたもの(特開昭57−57204
号)、マグネシウムニオブ酸鉛Pb(Mg1/3Nb2/3
O3を主体としたもの(特開昭55−5758号)マグ
ネシウムタングステン酸鉛Pb(Mg1/2W1/2)O3
主体としたもの(特開昭52−21699号)等が知ら
れている。鉄ニオブ酸鉛を主体としたものは結晶
粒子径及び絶縁抵抗の焼成温度による変化が大き
く、85℃以上における絶縁抵抗の低下が大きく高
温での信頼性に問題があるマグネシウムニオブ酸
鉛は主体としたものは焼成温度が比較的に高く、
ペロブスカイト単一相を得にくいという問題点が
ある。またマグネシウムタングステン酸鉛を主体
としたものは絶縁抵抗が大きいと誘電率が小さく
誘電率が大きいと絶縁抵抗が小さいという問題点
があつた。更にこれ等の材料を用いて作成した積
層セラミツクコンデンサの耐湿負荷テストの結果
はチタン酸バリウムを用いたものと比較すると不
十分であつた。 〔発明の目的〕 本発明は以上の点を考慮してなされたもので誘
電率が大きく、かつその温度係数が小さく1100℃
以下の低温で焼成でき、積層セラミツクコンデン
サとしたときの耐湿負荷テストに優れた高誘電率
磁器組成物を提供することを目的とする。 〔発明の概要〕 本発明は、一般式 xPb(Zn1/3Nb2/3)O3−yPb(Mg1/3Nb2/3)O3
zPbTiO3で表したとき、それぞれの成分を頂点
とする三元図の a (x=0.50、y=0.00、z=0.50) b (x=1.00、y=0.00、z=0.00) c (x=0.20、y=0.80、z=0.00) d (x=0.05、y=0.90、z=0.05) で示される各点を結ぶ線内の組成のPbの一部を
1〜35mol%のBa及びSrの少なくとも一種で置
換したことを特徴とした高誘電率磁器組成物に対
して重量比で0.01〜1.0重亮量%の酸化銀Ag2O、
酸化パラジウムPdO及び酸化白銀PtOの少なくと
も一種を含むことを特徴とした高誘電率磁器組成
物である。従来から誘電体材料として各種の複合
ペロブスカイト化合物が検討されているが、亜鉛
ニオブ酸鉛は磁器としてはペロブスカイト構造を
取りにくく、誘電体材料としては適さないと考え
られていた(NEC Research &
Development No.29 April 1973 p.15〜21参照)。
本発明者等の研究によれば亜鉛ニオブ酸鉛の鉛の
一部をバリウム又はストロンチウムで適量置換す
ることにより磁器で安定なペロブスカイト構造を
形成できることが分かつた。更にこのような磁器
組成物は、非常に高い誘電率及び絶縁抵抗を示
し、かつ、その温度特性も極めて良好であること
がわかつた。更に研究を進めた結果、この亜鉛ニ
オブ酸鉛にマグネシウムニオブ酸鉛及びチタン酸
鉛とを組合せることにより、更に高い誘電率と絶
縁抵抗を合せ持つ高誘電率磁器組成物が得られる
ことを見出したのである。この材料に重量比で
0.01〜1.0重量%の酸化銀Ag2O、酸化パラジウム
PdO及び酸化白金PtOの少なくとも一種を含むこ
とにより積層セラミツクコンデンサの耐湿負荷テ
ストの結果を大幅に向上できることを見出した。 以下に本発明の組成物の組成範囲について説明
する。Me=Ba,Srは上記した一般式のペロブス
カイト構造を形成するための必要な元素であり、
1mol%以下だと、パイロクロア構造が混在し高
い誘電了率及び高い絶縁抵抗を示さない。35mol
%以上では誘電率が1000程度以下と小さくなつて
しまつたり、焼成温度が1100℃以上と高くなつた
りしてしまう。よつて、Me成分の置換量は、
(Pb1-aMea)と表したとき0.01≦a≦0.35とする。 誘電体材料においては常温における容量を高く
するため、誘電率が最大になるキユリー温度が常
温付近(0〜30℃)にくるようにする。本発明の
Me成分は上述したようにペロブスカイト構造を
形成するための必須成分であるが、また、本発明
磁器組成物のキユリー温度を下げるシフターの働
きがある。さらに、絶縁抵抗を著しく増加させ、
機械的強度も向上させる。 Me成分によるPbの置換量はキユリー温度等を
考慮して適当に選定することが可能であるが、亜
鉛ニオブ酸鉛及びチタン酸鉛の多い領域(x>
0.5、z>0)では10mol%以上が好ましく、マ
グネシウムニオブ酸鉛の多い領域(y>0.6、z
<0.05)では1mol%以上で充分その置換の効果
を発揮する。 第1図に本発明磁器組成物の組成範囲を示す。
線分adの外側では焼成温度が1100℃以上と高く
なつてしまい、また絶縁抵抗も低下し高い信頼性
を得ることができない。 また線分cdの外側ではキユリー温度がもとも
と常温付近にあるため、Me成分による置換でキ
ユリー温度が大幅に低温側に移動して、常温にお
ける誘電率が大幅に低下してしまう。また、添加
物である酸化銀Ag2O、酸化パラジジウムPdO及
び酸化白金PtOの少なくとも一種を0.01重量%か
ら1重量%としたのは0.01重量%未満では積層セ
ラミツクコンデンサとしたときの耐湿負荷テスト
の結果を大幅に向上できる効果がほとんど期待で
きず1重量%以上では誘電率が大幅に低下するた
めである。 つぎに、本発明の組成物の製造方法について説
明する。出発原料としてPb,Ba,Sr,Zn,Nb,
Ti,Mg,Pd,Ptの酸化物もしくは焼成により酸
化物になる炭酸塩、しゆう酸塩等の塩類、水酸化
物、有機化合物などを所定の割合で秤量し、充分
混合した後に仮焼する。この仮焼は700〜850℃程
度で行う。余り仮焼温が低いと焼結密度が低下
し、また、あまり高いとやはり焼結密度が低下
し、絶縁抵抗が低下する。 つぎに仮焼物を粉砕し原料粉末を製造する。平
均粒径は0.5〜2μm程度が好ましく、あまり大き
いと焼結密度が低下し、小さいと成型性が低下す
る。このような原料粉末を用い所望の形状に成型
した後、焼成することにより、高誘電率磁器を得
る。本発明の組成物を用いることにより焼成は
1100℃以下、950〜1080℃程度と比較的低温で行
うことができる。 積層タイプの素子を製造する場合は、前述の原
料粉末にバインダー、溶剤等を加えスラリー化し
て、グリーンシートを形成し、このグリーンシー
ト上に内部電極を印刷した後、所定の枚数を積
層、圧着し焼成することにより製造する。このと
き、本発明の誘電体材料は低温で焼成できるた
め、内部電極材料として例えば銀主体の安価で抵
抗率の低い材料を用いることができる。 また、このように低温で焼成が可能であること
から、回路基板上等に印刷・焼成する厚膜誘電体
ペーストの材料としても有効である。 このような本発明磁器組成物は、従来まで鉛ペ
ロブスカイト複合化合物の欠点であつた積層セラ
ミツクコンデンサとしたときの耐湿負荷テストに
優れ、高い絶縁抵抗、低い誘電損失、DCバイア
ス特性が良好である。またCR値も大きく、特に
高温でも充分な値を有し、高温での信頼性に優れ
ている。 T.C.Cの小さいことは本発明の大きな特徴であ
り、これは、K≧10000のごとくの大きな誘電率
の場合、特に顕著である。このように誘電率の大
きい場合には、(誘電率)/(温度変化率の絶対
値)の大きいことが要求される。本発明ではこの
点に関しても非常に優れている。 さらに、誘電率バイアス電界依存性も従来のチ
タン酸鉛系の材料と比較して優れており、誘電率
の変化率が4kV/mmでも10%以下程度の材料を得
ることもできる。したがつて、高圧用の材料とし
て有効である。また誘電損失が小さく、交流用、
高周波用としても有効である。 さらに、前述のごとくT.C.C.が小さいため、電
歪素子へ応用した場合でも変位量の温度変化の小
さい素子を得ることができる。 さらに、焼成時のグレインサイズも1〜3μm
と均一化されるため耐圧性にも優れている。 以上電気的特性について述べたが、機械的強度
も充分に優れたものである。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、重量比で
0.01〜1.0重量%の酸化銀Ag2O、酸化パラジウム
PdO及び酸化白金PtOの少なくとも一種を含むこ
とにより積層セラミツクコンデンサとしたときの
耐湿負荷テストに優れ、高い絶縁抵抗、低い誘電
損失、優れたT.C.C.及びDCバイアス特性が良好
である高誘電率磁器組成物を得ることができる。
特に、このような各種特性に優れた磁器組成物は
低温焼成で得ることができるため、低コストの積
層セラミツクコンデンサ、積層型セラミツク変位
発生素子等の積層タイプセラミツク素子への応用
に適している。 〔発明の実施例〕 以下に本発明の実施例を説明する。 Pb,Ba,Sr,Zn,Nb,Ti,Mg,Ag,Pd,
Ptの酸化物などの出発原料をボールミルなどで
混合し、700〜850℃で仮焼する。ついでこの仮焼
体をボールミルなどで粉砕し乾燥の後、バインダ
ーを加え造粒し、プレスして直径17mm、厚さ約2
mmの円板状素体を形成した。混合、粉砕用のボー
ルは、不純純の混入を防止するため部分安定化ジ
ルコニアボール等の硬度が大きく、かつ靭性の高
いボールを用いることが好ましい。 この素体を空気中980〜1080℃、2時間の条件
で焼結し、両主面に銀電極を焼付け各特性を測定
した。誘電損失、容量は、1KHz、1Vrms、25℃
の条件でのデジタルLCRメータによる測定値で
り、この値から誘電率を算出した。また、絶縁抵
抗は、1000Vの電圧を2分間印加した後、絶縁抵
抗計を用いて測定した値から算出した。なお、
T.C.C.は、25℃の値を基準とし、−25℃、85℃、
での変化率で表した。容量抵抗積は、25℃および
125℃での(誘電率)×(絶縁抵抗)×(真空の誘電
率)から求めた。絶縁抵抗の測定は、空気中の湿
気の効果を除くためシリコーンオイル中で行つ
た。その結果を第1表に示す。
【表】 積層セラミツクコンデンサは以下の方法で作成
した。まず、このような組成を有する仮焼粉にバ
インダー、有機溶剤を加えてスラリー化した後ド
クターブレード型キヤスターを用いて45μmのグ
リーンシートを作成した。このグリーンシート上
に70Ag/30Pdの電極ペーストを所定のパターン
で印刷し、このような電極パーンを有するシート
を20層積層圧着した。その後、所定の形状に切断
し、脱脂を行い1040℃2hの条件で焼成を行つた。
焼結後、外部電極としてAgペーストを焼付け、
積層セラミツクコンデンサを製造した。第2図は
上記の手段によつて得た積層セラミツクコンデン
サを示すもので、第2表は、第1表に示す実施例
4の組成物を用い第2図に示すように構成した積
層セラミツクコンデンサの電気的特性を示すもの
である。第2図中1は誘電体、2は内部電極、3
は外部電極である。
【表】 第3表に実施例1、2、4および参考例1、3
の組成を用いて作成した積層セラミツクコンデン
サにおける絶縁抵抗(ΩF)の耐湿負荷テストの
結果を示す。
【表】 試験条件は40℃、95%RH、50V印加、2000時
間で行つた。数量は各ロツト100個である。判定
は試験後に500Ω以下となつたものを不良とした。
第3表から明らかであるように、添加物の含まれ
ない材料を用いた積層セラミツクコンデンサでは
試験後の絶縁抵抗が低下するものが5〜6/100
個見られるのに対して、本発明による酸化物の
Ag,Pd,Ptの少なくとも一種を0.01〜1wt%含
む材料を用いて作成した積層セラミツクコンデン
サは耐湿負荷テストにおける絶縁抵抗の低下が全
く見られない。 このように、本発明による高誘電率磁器組成物
は、各種特性に優れており、特に積層セラミツク
コンデンサ用の材料として有効である。 なお、上記説明では添加物であるAg,Pd,Pt
を酸化物の形態で添加したが、金属粉末および塩
化物、硝酸化物として加えても同等の特性が得ら
れ、これ等の方法も本発明の範囲に含まれること
は明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の組成範囲を示す組成図、第
2図は、積層セラミツクコンデンサの一部切欠断
面斜視図である。 1……誘電体、2……内部電極、3……外部電
極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一般式 xPb(Zn1/3Nb2/3)O3 −yPb(Mg1/3Nb2/3)O3−zPbTiO3 で表したとき、それぞれの成分を頂点とする三元
    図の a (x=0.50、y=0.00、z=0.50) b (x=1.00、y=0.00、z=0.00) c (x=0.20、y=0.80、z=0.00) d (x=0.05、y=0.90、z=0.05) で示される各点を結ぶ線内の組成のPbの一部を
    1〜35mol%のBa及びSrの少なくとも一種で置
    換したことを特徴とした高誘電率磁器組成物に対
    して重量比で0.01〜1.0重量%の酸化銀Ag2O、酸
    化パラジウムPdO及び酸化白金PtOの少なくとも
    一種を含むことを特徴とした高誘電率磁器組成
    物。
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