JPH07335472A - 粒界絶縁型半導体磁器コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 半導体磁器に粒界層拡散物質を熱拡散させる
ことにより半導体磁器に粒界絶縁層を形成する工程を含
んだ粒界絶縁型半導体磁器コンデンサの製造方法におい
て、半導体磁器を収容する熱処理用容器の半導体磁器を
置く面ｃ以外の面ａ、ｂに粒界層拡散物質を含んだペー
ストを塗布し、この後熱処理する工程を含んでいる粒界
絶縁型半導体磁器コンデンサの製造方法。 【効果】 粒界層拡散物質を含むペーストを半導体磁器
表面に直接塗布することなく、半導体磁器を収容する熱
処理用容器の半導体磁器を置く面ｃ以外の面ａ、ｂに塗
布し、この後熱処理するので、粒界層拡散物質を半導体
磁器粒界層に均一に拡散させることでき、得られた粒界
絶縁型半導体磁器コンデンサの特性のバラツキを低減さ
せることができる。また、粒界層拡散物質ペーストの塗
布量の制御を半導体磁器一個毎に行なう必要がないの
で、製造効率を大幅に向上させることができる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粒界絶縁型半導体磁器コ
ンデンサの製造方法に関し、より詳細には、各製品間に
おける静電容量のバラツキを少なくすることができ、し
かも製造効率がよい粒界絶縁型半導体磁器コンデンサの
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、粒界絶縁型半導体磁器コンデン
サは、粒界部分のみが絶縁体化され、誘電体として利用
されるので非常に大きな実効容量が得られるコンデンサ
として知られている。

【０００３】従来から使用されているチタン酸ストロン
チウム（ＳｒＴｉＯ₃ ）系の粒界絶縁型半導体磁器組成
物を用いた粒界絶縁型半導体磁器コンデンサの製造方法
の一例を説明する。まずチタン酸ストロンチウム（Ｓｒ
ＴｉＯ₃ ）を主原料とし、これに原子価制御用助剤とし
て五酸化二オブ（Ｎｂ₂ Ｏ₅ ）、酸化イットリウム（Ｙ
₂ Ｏ₃ ）などを添加し、また焼結助剤として酸化ケイ素
（Ｓｉ０₂ ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、酸化
マンガン（ＭｎＯ₂ ）、酸化第二銅（ＣｕＯ）などを１
種又は２種以上の組み合わせで添加、混合した後、仮焼
合成を行なう。仮焼粉末にバインダを加えて一定の形状
に加圧成形する。この成形体中の有機物を脱脂工程で除
去した後、得られた成形体を還元性雰囲気下で焼結させ
ることにより半導体磁器組成物を得る。次にこの半導体
磁器の表面に、酸化ビスマス（Ｂｉ₂ Ｏ₃ ）、酸化第二
銅（ＣｕＯ）、酸化マンガン（ＭｎＯ₂ ）などの金属酸
化物を含んだペーストを塗布した後、アルミナ磁器製の
熱処理用容器に収容し、前記金属酸化物を粒界層に熱拡
散させて粒界絶縁型半導体磁器組成物を製造する。前記
方法により得られた平板型の粒界絶縁型半導体磁器組成
物の両面に電極を形成することにより、粒界絶縁型半導
体磁器コンデンサが完成することになる。

【０００４】コンデンサとしては、一般に静電容量及び
それに関係する見掛けの比誘電率（ε_app ）が十分に大
きいこと、また誘電損失（tan δ）が小さく、静電容量
温度特性値（ＴＣ値）が良好であること等が必要であ
る。一般に半導体磁器組成物の主成分がチタン酸ストロ
ンチウム（ＳｒＴｉＯ₃ ）系である粒界絶縁型半導体磁
器は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃ ）系のものに較
べて見掛けの比誘電率（ε_app ）では多少劣るものの、
誘電損失（tan δ）、静電容量温度特性値（ＴＣ値）、
高周波特性等に優れるために様々の用途に使用され、種
々の焼結助剤又は拡散物質を加えた系で検討がなされて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来の方法に
より製造される粒界絶縁型半導体磁器コンデンサにおい
ては、半導体磁器表面に粒界層拡散物質ペーストを塗布
する際の塗布量のバラツキにより上記粒界層拡散物質の
拡散度合いが大きく異なり、その後製造される粒界絶縁
型半導体磁器コンデンサの静電容量Ｃ（ｎＦ）、誘電損
失ｔａｎδ（％）、絶縁抵抗ＩＲ（ＭΩ）、等の特性が
大きく変動する。このため、上記粒界層拡散物質ペース
トの塗布量を半導体磁器一個毎に精密に制御するように
しているが、処理効率が低く、コストアップの原因にな
るという課題があった。

【０００６】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、特性のバラツキの増加や特性の悪化等を生ず
ることなく製造することが可能で、しかも製造効率が良
い粒界絶縁型半導体磁器コンデンサの製造方法を提供す
ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る粒界絶縁型半導体磁器コンデンサの製造
方法は、半導体磁器に粒界層拡散物質を熱拡散させるこ
とにより前記半導体磁器に粒界絶縁層を形成する工程を
含んだ粒界絶縁型半導体磁器コンデンサの製造方法にお
いて、前記半導体磁器を収容する熱処理用容器の前記半
導体磁器を置く面以外の面に前記粒界層拡散物質を含ん
だペーストを塗布し、この後熱処理する工程を含んでい
ることを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記構成の粒界絶縁型半導体磁器コンデンサの
製造方法によれば、粒界層拡散物質を半導体磁器表面に
直接塗布することなく、前記半導体磁器を収容する熱処
理用容器の前記半導体磁器を置く面以外の面にペースト
を塗布した後熱処理するので、前記粒界層拡散物質の前
記半導体磁器粒界層への拡散が均一に行なわれ、粒界絶
縁型半導体磁器コンデンサの特性のバラツキが低減され
ることになる。また、前記粒界層拡散物質の塗布量の制
御を半導体磁器一個毎に行なうことを必要としないの
で、製造効率が大幅に向上することになる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る粒界絶縁型半導体磁器コ
ンデンサの製造方法の実施例及び比較例を説明する。

【００１０】まず、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉ
Ｏ₃ ）９０ｍｏｌ％、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ
₃ ）１２ｍｏｌ％、五酸化二オブ（Ｎｂ₂ Ｏ₅ ）０．１
５ｍｏｌ％、の組成比で半導体磁器コンデンサの原料粉
末を秤量し、秤量した各原料粉末をボールミルに投入し
て約２０時間湿式混合、粉砕した。次に、この粉末を乾
燥させた後解砕し、空気中、約１１５０℃で２時間程度
仮焼合成を行なった。次に、前記仮焼合成により所定の
固溶体が合成されていることを、Ｘ線回折分析、組成分
析などにより確認した。

【００１１】次いで前記仮焼粉末をさらにボールミルな
どを用いて粉砕した後、有機結合剤（バインダ）を加え
て２．０ｔｏｎ／ｃｍ² 程度の圧力で直径が１０ｍｍ、
厚さが０．８ｍｍの円板形状に加圧成形した。その後、
成形体から有機結合剤を除去するために約１０００℃で
２時間程度の熱処理を行ない、引き続いて窒素が９５ｖ
ｏｌ％、水素が５ｖｏｌ％の還元性雰囲気中、１４５０
℃程度の温度で３時間焼成し、得られた焼結体を有機溶
剤及び熱水中で十分に洗浄した後、切削加工を行って直
径８ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの円板を作成した。

【００１２】こうして得られた半導体磁器を以下に述べ
る熱処理用容器Ａ〜Ｄに収容した後熱処理を施した。図
１に実施例に係る方法に用いた熱処理用容器の模式的斜
視図を示す。図中ａはその内壁面、ｂはその天井面、ｃ
は半導体磁器を置く面をそれぞれ示している。

【００１３】なお、粒界層拡散物質ペーストはＢｉ₂ Ｏ
₃ ４０ｗｔ％、ＣｕＯ１０ｗｔ％、樹脂ワニス５０ｗｔ
％の割合で混合して作成し、その塗布はハケで行なっ
た。

【００１４】また、各熱処理用容器中にはそれぞれ半導
体磁器を積み重ねることなく、半導体磁器を置く面Ｃに
２００個ずつ収容した。

【００１５】容器Ａ．粒界層拡散物質ペーストを熱処理
用容器の内壁面ａに塗布したもの。 容器Ｂ．粒界層拡散物質ペーストを熱処理用容器の天井
面ｂに塗布したもの。 容器Ｃ．粒界層拡散物質ペーストを熱処理用容器の内壁
面ａ及び天井面ｂに塗布したもの。 容器Ｄ．粒界層拡散物質ペーストを一切塗布していない
もの。 次にこれらＡ〜Ｄそれぞれに対し、空気中１１００℃で
２時間の熱処理を行なうことにより上記粒界層拡散物質
を熱拡散させ、前記半導体磁器の粒界の絶縁化を行なっ
た。

【００１６】また、上記粒界層拡散物質ペーストをスク
リーン印刷法により前記焼結体１個当たり５ｍｇ塗布
し、同じく空気中１１００℃で２時間の熱処理を行なう
ことにより前記粒界層拡散物質を熱拡散させ、前記半導
体磁器の粒界の絶縁化を行ない、比較例とした。

【００１７】上記実施例及び比較例で得られた平板型の
粒界絶縁型半導体磁器の両面にそれぞれ６ｍｍφの円板
状にＡｇペーストを塗布し、８００℃で２０分間の焼き
付けを行って電極を形成し、それぞれ粒界絶縁型半導体
磁器コンデンサを完成した。

【００１８】得られた粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ
の各種電気特性の評価は、以下のように行なった。静電
容量Ｃ（ｎＦ）、及び誘電損失ｔａｎδ（％）はインピ
−ダンスアナライザ−を用い、周波数１ＫＨｚ、測定電
圧１Ｖにて測定し、絶縁抵抗ＩＲ（ＭΩ）は直流２５Ｖ
の電圧を６０秒印加した後の電流量を測定して算出し
た。静電容量及び誘電損失のバラツキ（３ＣＶ）は下記
の数１式で示される値であり、同じ条件で製造された粒
界絶縁型半導体磁器コンデンサ５００個につき静電容量
（Ｃ）及び誘電損失（ｔａｎδ）を測定し、それらの値
から求められた標準偏差（σ）と平均値（ξ）を使用し
て求めた。他の電気的特性値も、同じ条件で製造された
粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ５００個の平均値を示
している。

【００１９】

【数１】バラツキ（３ＣＶ）＝（３・σ）／ξ （ただし、σ 標準偏差、ξ 平均値） 粒界絶縁型半導体磁器コンデンサの電気的特性値を下記
の表１に示している。なお、表１において、＊印をつけ
たのは本発明の範囲外の比較例に係るものであり、その
他は本発明の範囲内の実施例に係るものである。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１の結果より、実施例に係るＡ〜Ｃの熱
処理用容器で熱処理する工程を経て得られた粒界絶縁型
半導体磁器コンデンサはＤで同様に得られた粒界絶縁型
半導体磁器コンデンサと比較し、静電容量、誘電損失、
絶縁抵抗ともに特性の向上が確認された。また、比較例
で得られた粒界絶縁型半導体磁器コンデンサと比較する
と、静電容量、誘電損失、絶縁抵抗ともに同等の特性を
有し、静電容量のバラツキにおいては比較例のそれより
も良好であった。

【００２２】以上説明したように、実施例に係る粒界絶
縁型半導体磁器コンデンサの一方法にあっては、粒界層
拡散物質ペーストを半導体磁器に直接塗布するのではな
く、前記半導体磁器を収容する熱処理用容器の半導体磁
器を置く面ｃ以外の面ａ、ｂに塗布し、その後熱処理す
るので、粒界層拡散物質を均一に前記半導体磁器の粒界
層に拡散させることが可能となり、結果として粒界絶縁
型半導体磁器コンデンサの特性の悪化等を生ずることな
く、これら特性のバラツキを改善することが可能とな
り、しかも効率良く粒界絶縁型半導体磁器コンデンサを
製造することができる。

【００２３】なお、本実施例に係る粒界絶縁型半導体磁
器コンデンサでは、粒界絶縁層を形成する際に、粒界層
拡散物質としてＢｉ₂ Ｏ₃ 及びＣｕＯの混合物を使用し
たが、粒界層拡散物質は何らこれらに限定されるもので
はなく、粒界層拡散に効果のある化合物、例えばＮａ₂
ＣＯ₃ 、ＴｉＯ₂ 、Ｋ₂ ＣＯ₃ 、Ｌａ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＣＯ
₃ 、ＣａＣＯ₃ 等を用いても良い。

【００２４】また、本実施例に係る粒界絶縁型半導体磁
器コンデンサにおいては、図１に示す形態の熱処理用容
器を使用したが、熱処理用容器は何らこれに限定される
ものではなく、他の形態、例えば図２に示す形態の熱処
理用容器であっても同様の効果を得ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る粒界絶
縁型半導体磁器コンデンサの製造方法においては、粒界
層拡散物質を含むペーストを半導体磁器表面に直接塗布
することなく、前記半導体磁器を収容する熱処理用容器
の前記半導体磁器を置く面以外の面に塗布し、この後熱
処理するので、粒界層拡散物質を前記半導体磁器粒界層
に均一に拡散させることでき、得られた粒界絶縁型半導
体磁器コンデンサの特性のバラツキを低減させることが
できる。また、粒界層拡散物質ペーストの塗布量の制御
を半導体磁器一個毎に行う必要がないので、製造効率を
大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る方法に用いた半導体磁器
を収容する熱処理用容器を示した模式的斜視図である。

【図２】（ａ）は、半導体磁器を収容する熱処理用容器
の別の形態例を示した模式的斜視図であり、（ｂ）は、
（ａ）に示した熱処理用容器の一つを底面側から見た模
式的斜視図である。

【符号の説明】

ａ 内壁面 ｂ 天井面 ｃ 半導体磁器を置く面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体磁器に粒界層拡散物質を熱拡散さ
   せることにより前記半導体磁器に粒界絶縁層を形成する
   工程を含んだ粒界絶縁型半導体磁器コンデンサの製造方
   法において、前記半導体磁器を収容する熱処理用容器の
   前記半導体磁器を置く面以外の面に前記粒界層拡散物質
   を含むペ−ストを塗布し、この後熱処理する工程を含ん
   でいることを特徴とする粒界絶縁型半導体磁器コンデン
   サの製造方法。