JPH07187780A - 誘電体磁器組成物 - Google Patents

誘電体磁器組成物

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JPH07187780A
JPH07187780A JP5335564A JP33556493A JPH07187780A JP H07187780 A JPH07187780 A JP H07187780A JP 5335564 A JP5335564 A JP 5335564A JP 33556493 A JP33556493 A JP 33556493A JP H07187780 A JPH07187780 A JP H07187780A
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Yasushi Yamaguchi
泰史 山口
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真一 大沢
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Abstract

(57)【要約】 【目的】比誘電率が2500以上で、焼成温度が130
0℃以下であり、静電容量の温度変化率がEIA規格の
X7Rを満たし、誘電損失が2.5%以下と小さく、電
圧依存性が小さく、絶縁抵抗が104 MΩ以上である誘
電体磁器組成物を提供する。 【構成】BaTiO3 100重量部に対して、Nb2
5 を0.8〜2.5重量部、MgOを0.06〜0.7
0重量部、La2 3 を0.005〜0.520重量
部、MnOをMnCO3 に換算して0.01〜0.30
重量部含有するとともに、Nb2 5 のMgOに対する
モル比が0.5〜2.2の範囲内にあるもので、BaT
iO3 100重量部に対して、SiO2 およびAl2
3 のうち少なくとも一種を0.05〜0.50重量部、
ZnOを0.1重量部以下含有することが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、BaTiO3 を主成分
とし、Nb2 5 ,MgO,La2 3 ,MnOを含有
する誘電体磁器組成物に関するものである。
【0002】
【従来技術】従来、誘電体磁器組成物は、積層セラミッ
クコンデンサ等の材料として使用されている。このよう
な積層セラミックコンデンサは内部電極が形成された誘
電体磁器組成物の生シートを所定容量になるように複数
枚積層した後、一体的に焼成して構成されている。例え
ば、X7R(EIA規格:静電容量の温度特性が−55
℃〜125℃において±15%以内)の積層セラミック
コンデンサに使用される誘電体磁器組成物は、+25℃
における比誘電率が2500以上と高く、かつ、一枚当
たりの生シートの厚みが15μm以下であって、焼成温
度が例えば1300℃以下であることが重要となってく
る。
【0003】即ち、25℃における比誘電率が2500
以上であって、生シートの厚みを15μm以下にするこ
とにより、内部電極間の生シートの厚みや対向面積の極
小化が可能となり、積層セラミックコンデンサの小型化
が達成できる。また、焼成温度を1300℃以下にする
ことにより、内部電極の材料の選択幅が増え、例えば、
高価なPd100%の材料から安価なPd−Agの使用
が可能となる。尚、上記に加え、誘電体磁器組成物とし
ての諸特性である誘電損失tanδ、絶縁抵抗を充分に
考慮しなくてはならず、さらに、誘電損失の交流電圧依
存性が小さいことが望まれる。
【0004】従来、比誘電率を向上させたものとして、
BaTiO3 、Nb2 5 、ZnOを含む誘電体磁器組
成物がすでに提案されている(特開昭59−18162
号公報、特開昭59−18159号公報等参照)。この
ような誘電体磁器組成物によれば、比誘電率を2000
〜3000とすることができる。しかしながら、上述の
誘電体磁器組成物は高い比誘電率を得ることができて
も、誘電損失tanδが大きいため、生シートを薄くす
ることができず、結局、積層コンデンサに使用した場
合、高い比誘電率が得られなかった。
【0005】このように誘電損失tanδを小さくする
ために開発された系として、BaTiO3 ,Nb
2 5 ,MgO,La2 3 を含む誘電体磁器組成物が
すでに提案されている(特公平5−10766号公報参
照)。また、BaTiO3 にNb25 /MgOのモル
比を2.3〜4の範囲になるようにNb2 5 とMgO
を加え、これに希土類を0.1〜0.5重量%添加した
組成物が開示されている(特公昭55−19007号公
報参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
したいずれの誘電体磁器でも、比誘電率が2200程度
以下と小さく小型大容量化に対応できない。また、未だ
誘電損失が大きく、生シートを薄くすることが困難であ
るという問題があった。
【0007】さらに、上記したいずれの誘電体磁器で
も、誘電損失の交流電圧依存性が大きくなり、誘電体の
薄層化に対応することができなくなることが考えられ、
この場合には、コンデンサの小型化、大容量化に対応で
きないという問題があった。
【0008】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は上記問題
点に鑑みて鋭意検討した結果、チタン酸バリウムBaT
iO3 を主成分とし、Nb2 5 、MgO、La
2 3 、MnOを所定の組成比で含有するもので、Nb
2 5 のMgOに対するモル比を0.5〜2.2とする
ことにより、比誘電率が2500以上で、静電容量の温
度変化率がEIA規格のX7Rを満たし、誘電損失が
2.5%以下と小さく、交流電圧を2000V/cm印
加した時でも誘電損失が3.0%以下と交流電圧依存性
が小さく、薄層化が可能な誘電体磁器を得ることができ
ることを見出し、本発明に至った。
【0009】即ち、本発明の誘電体磁器は、BaTiO
3 100重量部に対して、Nb2 5 を0.8〜2.5
重量部、MgOを0.06〜0.70重量部、La2
3 を0.005〜0.520重量部、MnOをMnCO
3 に換算して0.01〜0.30重量部含有するととも
に、Nb2 5 のMgOに対するモル比が0.5〜2.
2である。また、BaTiO3 100重量部に対して、
少なくともSiO2 、Al2 3 のいずれか一種を0.
05〜0.50重量部含有することが望ましく、またZ
nOを0.1重量部以下含有することが望ましい。
【0010】本発明において、BaTiO3 100重量
部に対して、Nb2 5 を0.8〜2.5重量部含有と
したのは、0.8重量部未満では、誘電損失が悪化し、
温度特性、焼結性が悪く、また、2.5重量部を越える
と比誘電率が低下し、温度特性が大きく劣化してしまう
からである。Nb2 5 はBaTiO3 100重量部に
対して1.3〜2.0重量部含有することが望ましい。
【0011】また、MgOを0.06〜0.70重量部
としたのは、0.06重量部未満では比誘電率及び絶縁
抵抗が低下し、温度特性が悪く粒成長し、誘電損失の電
圧依存性が大となってしまうからである。また、0.7
0重量部よりも多いと誘電率が低下し、絶縁抵抗も低下
するからである。MgOは0.1〜0.4 重量部であ
ることが望ましい。
【0012】さらに、La2 3 を0.005〜0.5
20重量部としたのは、La2 3が0.005重量部
未満では、比誘電率が低下し、焼結性が悪く、0.52
0重量部を越えると温度特性が劣化するからである。L
2 3 は0.005〜0.2重量部であることが望ま
しい。
【0013】またMnOをMnCO3 換算で0.01〜
0.30重量部としたのは0.01重量部未満では、絶
縁抵抗が低下し、誘電損失及び焼結性が悪化し、0.3
0重量部を越えると比誘電率が低下してしまうからであ
る。MnOはMnCO3 換算で0.04〜0.10重量
部であることが望ましい。
【0014】そして、Nb2 5 のMgOに対するモル
比を0.5〜2.2としたのは、モル比が0.5より小
さいと比誘電率が悪化し、温度特性、焼結性が悪く、ま
た2.2より大きいと、温度特性が悪く、比誘電率が低
下するからである。本発明では、Nb2 5 のMgOに
対するモル比を、特に、0.6〜1.4とすることが望
ましい。
【0015】また、BaTiO3 100重量部に対し
て、SiO2 およびAl2 3 のうち少なくとも一種を
0.05〜0.50重量部含有したのは、0.05重量
部よりも少ない場合には比誘電率向上の効果、焼結性向
上の効果、電圧依存性向上の効果が殆どないからであ
り、0.50重量部よりも大きいと比誘電率が低下する
傾向にあるからである。SiO2 およびAl2 3 のう
ち少なくとも一種は、BaTiO3 100重量部に対し
て、0.1〜0.2重量部含有することが望ましい。
【0016】さらに、BaTiO3 100重量部に対し
て、ZnOを0.1重量部以下含有したのは、ZnOが
0.1重量部よりも多い場合には温度特性が悪く誘電損
失が増加する傾向にあるからである。ZnOは、BaT
iO3 100重量部に対して0.05重量部以下含有す
ることが望ましい。
【0017】本発明に使用されるBaTiO3 は、例え
ば、固相法,ゾルゲル法,しゅう酸法,水熱合成法等い
ずれの方法により生成された平均結晶粒径1.0μm以
下のBaTiO3 粉末を主成分として、このBaTiO
3 100重量部に対して、Nb2 5 、MgO、La2
3 、MnCO3 、SiO2 、Al2 3 、ZnO各粉
末を所定量秤量し、ボールミル等にて20〜48時間湿
式粉砕し、乾燥後、バインダーを所定量添加して、これ
を所定形状に成形し、大気中において1200℃〜13
00℃で1〜2時間焼成することにより製造される。積
層セラミックコンデンサを作製する場合には、上記粉末
をスラリー化し、これをドクターブレード法の手法によ
りシート状に成形し、そのシート状成形体に適宜Ag−
Pdなどの内部電極を塗布し、これらを複数枚積層し、
上記焼成条件で同時焼成すれば良い。
【0018】本発明に使用されるNb2 5 、MgO、
La2 3 、MnCO3 、SiO2、Al2 3 、Zn
O各粉末の代わりに、Nb,Mg,La,Mn,Si,
Al,Znの水酸化物、炭酸塩,硝酸塩、しゅう酸塩,
アルコキシド等、焼結温度以下で分解し、酸化物となる
ものも用いることができる。
【0019】交流電圧依存性を向上するためには、焼結
体の平均結晶粒径dをd<1.0μmに制御することが
好ましい。このように、焼結体の平均結晶粒径dをd<
1.0μmに制御するには、出発原料として平均結晶粒
径1.0μm以下のチタン酸バリウム粉末を用いたり、
長時間湿式粉砕して粉砕後の粒径を0.8μm以下に管
理したり、焼成温度をなるべく低く設定し焼成時間も短
時間とする必要がある。
【0020】
【作用】本発明の誘電体磁器組成物では、静電容量の温
度係数が−55℃〜125℃の範囲において±15%以
内で、+25℃における比誘電率が2500以上とな
り、グリーンシートの厚みが15μmであっても、誘電
損失が2.5%以下と小さく、交流電圧2000V/cm
における誘電損失が3%以下と小さい値を示すことがで
きる。このため、小型で大容量の積層コンデンサーを得
ることができる。また、焼成温度が1300℃以下とな
るため工業的にも製造しやすく、かつ、内部電極に安価
な銀−パラジウム(Ag/Pd=20/80〜40/6
0)を使用した積層コンデンサなどに使用できる誘電体
磁器が達成される。さらに、誘電体磁器として基本的な
特性である誘電損失が2.5%以下、絶縁抵抗(IR)
が104 MΩ以上と充分に満足できる誘電体磁器が達成
される。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0022】水熱合成法により生成された平均粒径1.
0μm以下のBaTiO3 粉末を主成分として、このB
aTiO3 100重量部に対して、Nb2 5 、Mg
O、La2 3 、MnCO3 、SiO2 、Al2 3
ZnOの各粉末を表1に示すように秤量し、ボールミル
にて20〜48時間湿式粉砕した後、有機系粘結剤を添
加し、しかる後攪拌、ドクターブレード法で厚さ15μ
mのテープ状に成形した。このテープを130mm×1
00mmに裁断し、20枚重ね、80℃でホットプレス
で積層体を作製する。
【0023】
【表1】
【0024】尚、内部電極として、Ag系ペースト(A
g/Pd=30/70)を印刷した。この積層体を3.
2mm×1.6mmに裁断し、空気中にて1250〜1
320℃で2時間焼成した。さらに両端面に銀ペースト
による電極を800℃、10分間焼き付けて、測定用試
料をとした。
【0025】このような形成された試料について、静電
容量および誘電損失を基準温度25℃、周波数1.0k
Hz、測定電圧1.0Vrmsで測定した。また、容量
の温度変化率は、−55〜+125℃の範囲で測定し、
+25℃における容量を基準とした。さらに、絶縁抵抗
は、直流電圧25Vを1分間印加した時を測定した。
【0026】比誘電率は静電容量から逆算した。
【0027】焼結体の平均粒径は、走査型電子顕微鏡に
て焼結体表面を15000倍で観察し、ラインインター
セプト法にて500以上の粒子を測定し算出した。さら
に、周波数1kHzで2000Vrms/cmの電圧を
印加した時の誘電損失を測定した。以上の結果を表2に
示す。
【0028】
【表2】
【0029】本発明の範囲内の誘電体磁器はいずれも比
誘電率が2500以上と大きく、しかもEIA規格のX
7R特性(−55℃〜125℃の温度範囲で容量変化率
が±15%以内)を満足する。さらに、誘電損失tan
δが2.5%以下と小さく、交流電圧2000Vrms
/cm下でも3.0%以下の損失を示す。さらに絶縁抵
抗(IR)は104 MΩ以上を有する。
【0030】表1において、試料番号1〜5は誘電体磁
器組成物の主成分となるBaTiO3 に添加するNb2
5 の添加量を0.7〜2.6重量部まで値を夫々変化
させた。この時、MgO、La2 3 、及びMnCO3
の添加量を0.2重量部、0.2重量部、0.1重量部
にした。
【0031】試料番号1(Nb2 5 の添加量:0.7
重量部)では、比誘電率εが3500と良品になるもの
の、誘電損失tanσが3.3%となってしまう。更
に、温度特性が−27%となってしまう。また、試料番
号2〜4(Nb2 5 の添加量:0.8〜2.5重量
%)では、比誘電率εrが2700〜3700となり、
誘電損失tanσが2.5%以下であり、温度特性が±
14%以内になり、交流電圧2000V/cm印加時の
tanσが3.0%以下で、絶縁抵抗(IR)も3〜9
×104 MΩと良品の範囲となる。即ち、比誘電率εr
が高く、温度特性に優れ、誘電損失tanσが小さく、
さらに誘電損失の交流電圧依存性が小さい誘電体磁器が
達成される。更に、試料番号5(Nb2 5 の添加量:
2.6重量部)では、比誘電率εが2200、温度特性
が悪化してしまう。従って、本発明においてはチタン酸
バルウムBaTiO3 に添加するNb2 5 の重量は、
チタン酸バルウムBaTiO3 100重量部に対して、
0.8〜2.5重量部の範囲とした。
【0032】試料番号6〜10は誘電体磁器組成物の主
成分となるBaTiO3 に添加するMgOの添加量を
0.05〜0.75重量部まで値を夫々変化させた。こ
の時、Nb2 5 、La2 3 、及びMnCO3 の添加
量をそれぞれ2.5重量部、0.2重量部、0.1重量
部にした。
【0033】試料番号6(MgOの添加量:0.05重
量部)では、交流電圧2000V/cm印加時のtan
σが4.0%になってしまう。また、試料番号7〜9
(MgOの添加量:0.06〜0.70重量部)では、
比誘電率εが2700〜3100となり、誘電損失ta
nσが2.0%以下であり、温度特性が±13%以内に
なり、交流電圧2000V/cm印加時のtanσが
2.8%以下で、絶縁抵抗(IR)も3〜8×104
Ωと良品の範囲となる。即ち、比誘電率εが高く、温度
特性に優れ、誘電損失tanσが小さく、さらに誘電損
失の交流電圧依存性が小さい誘電体磁器が達成される。
更に、試料番号10(MgOの添加量:0.75重量
部)では、誘電損失tanσが1.7%と良品の範囲と
なるものの、比誘電率εが2100となってしまう。従
って、本発明においてはチタン酸バルウムBaTiO3
に添加するMgO重量は、チタン酸バルウムBaTiO
3 100重量部に対して、0.06〜0.70重量部の
範囲とした。試料番号11〜15は誘電体磁器組成物の
主成分となるBaTiO3 に添加するLa2 3 の添加
量を0.004〜0.53重量部まで値を夫々変化させ
た。
【0034】この時、Nb2 5 、MgO及びMnCO
3 の添加量をそれぞれ1.8重量部、0.3重量部、
0.1重量部にした。
【0035】試料番号11(La2 3 の添加量:0.
004重量部)では、誘電損失tanσが2.5%とな
るものの、比誘電率εrが2350と低くなってしま
う。また、試料番号12〜14(La2 3 の添加量:
0.005〜0.52重量部)では、比誘電率εrが2
800〜3600となり、誘電損失tanσが2.0%
以下であり、温度特性が±11%以内になり、交流電圧
2000V/cm印加時のtanσが2.8%以下で、
絶縁抵抗(IR)も3〜7×104 MΩと良品の範囲と
なる。即ち、比誘電率εrが高く、温度特性に優れ、誘
電損失tanσが小さく、さらに誘電損失の交流電圧依
存性が小さい誘電体磁器が達成される。更に、試料番号
15(La2 3 の添加量:0.53重量部)では、比
誘電率εrが3800、誘電損失tanσが1.8%と
良品の範囲となるものの、温度特性が悪化してしまう。
従って、本発明においてはチタン酸バリウムBaTiO
3 に添加するLa2 3 の重量は、チタン酸バルウムB
aTiO3 100重量部に対して、0.005〜0.5
2重量部の範囲とした。
【0036】試料番号16〜20は誘電体磁器組成物の
主成分となるBaTiO3 に添加するMnCO3 の添加
量を0.005〜0.31重量部まで値を夫々変化させ
た。
【0037】この時、Nb2 5 、MgO及びLa2
3 の添加量を1.8重量部、0.3重量部、0.2重量
部にした。
【0038】試料番号16(MnCO3 の添加量:0.
005重量部)では、比誘電率εrが3000となるも
のの、誘電損失tanσが2.6%となってしまう。さ
らに絶縁抵抗が9×103 となる。また、試料番号17
〜19(MnCO3 の添加量:0.01〜0.3重量
%)では、比誘電率εが2800〜3000となり、誘
電損失tanσが2.2%以下であり、温度特性が±6
%以内になり、交流電圧2000V/cm印加時のta
nσが3.0%以下で、絶縁抵抗(IR)も9×104
〜2×105 MΩと良品の範囲となる。即ち、比誘電率
εrが高く、温度特性に優れ、誘電損失tanσが小さ
く、さらに誘電損失の交流電圧依存性が小さい誘電体磁
器が達成される。更に、試料番号20(MnCO3 の添
加量:0.31重量部)では、誘電損失tanσが1.
4%と良品の範囲となるものの、比誘電率εrが210
0と低くなってしまう。従って、本発明においてはチタ
ン酸バルウムBaTiO3 に添加するMnCO3 の重量
は、チタン酸バルウムBaTiO3 100重量部に対し
て、0.01〜0.3重量%部の範囲とした。
【0039】実施例2 表1の試料No.13の組成に、SiO2 ,Al2 3
ZnO粉末を、表3に示すように添加含有させ、実施例
1と同様に、テープ状に成形した後、このテープを積層
し、内部電極を形成し、積層体を作製した。そして、実
施例1と同様に、各特性を測定し、表4に記した。
【0040】尚、試料の組成は、BaTiO3 100重
量部に対して、Nb2 5 を1.8重量部、MgOを
0.3重量部、La2 3 0.2重量部、MnOをMn
CO3換算で0.1重量部含有し、SiO2 ,Al2
3 ,ZnOをBaTiO3 100重量部に対して所定量
含有するものである。
【0041】
【表3】
【0042】
【表4】
【0043】これらの表3,4から、SiO2 ,Al2
3 ,ZnOを含有することにより、これらの化合物を
含有しない場合(試料No.13)よりも焼成温度が低下
し、誘電率が高くなることが判る。
【0044】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、X7R
特性を満足し、比誘電率εrが2500以上で、且つ焼
成温度が1300℃以下となる。またその他の諸特性と
して、誘電損失tanσが2.5%以下絶縁抵抗(I
R)が104 MΩ以上、交流電圧2000V/cm印加
時のtanσが3%以下の誘電体磁器組成物を得ること
ができる。
【0045】これにより、例えば積層セラミックコンデ
ンサを上述の誘電体磁器組成物で構成した場合、温度特
性に優れた小型・大容量のコンデンサを得ることがで
き、焼成温度が1300℃以下となり、積層されたシー
ト間に内部電極として、安価な銀−パラジウムを使用す
ることも可能で、安価な積層セラミックコンデンサを得
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大沢 真一 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ株 式会社総合研究所内 (72)発明者 小島 博史 鹿児島県国分市山下町1番1号 京セラ株 式会社鹿児島国分工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】BaTiO3 100重量部に対して、Nb
    2 5 を0.8〜2.5重量部、MgOを0.06〜
    0.70重量部、La2 3 を0.005〜0.520
    重量部、MnOをMnCO3 に換算して0.01〜0.
    30重量部含有するとともに、Nb2 5 のMgOに対
    するモル比が0.5〜2.2の範囲内にあることを特徴
    とする誘電体磁器組成物。
  2. 【請求項2】BaTiO3 100重量部に対して、Si
    2 およびAl2 3のうち少なくとも一種を0.05
    〜0.50重量部含有することを特徴とする請求項1記
    載の誘電体磁器組成物。
  3. 【請求項3】BaTiO3 100重量部に対して、Zn
    Oを0.1重量部以下含有することを特徴とする請求項
    1または2記載の誘電体磁器組成物。
JP5335564A 1993-12-28 1993-12-28 誘電体磁器組成物 Expired - Lifetime JP2902925B2 (ja)

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