JPS58125664A - 磁器組成物 - Google Patents

磁器組成物

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JPS58125664A
JPS58125664A JP57006373A JP637382A JPS58125664A JP S58125664 A JPS58125664 A JP S58125664A JP 57006373 A JP57006373 A JP 57006373A JP 637382 A JP637382 A JP 637382A JP S58125664 A JPS58125664 A JP S58125664A
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JP
Japan
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capacitance
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porcelain
dielectric constant
resistance
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治彦 宮本
米沢 正智
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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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】 本発明は磁器組成物1%に1000℃以下の低温で焼結
でき、誘電率と比抵抗の積が高く、しかも機構的強度の
高い誘電体磁器組成物に関するものである。
従来、誘電体磁器組成物として、チタン酸バリウム(B
aTi03)などを主成分とする磁器組成物が広く実用
化されていることは周知のとおりである。しかしながら
、BaTiO3などを主成分とするものは焼結温度が通
常1300〜14oo℃の高温である。このため、これ
を積層形コンデンサに利用する場合には、内部電極とし
てこの焼結温度に耐え得る材料、例えば白金、パラジウ
ム等の高価な貴金属を使用しなければならず、製造コス
トが高くつくという欠点がある。積層形コンデンサを安
く作るためには、銀、ニッケル等を主成分とする安価な
金種が使用できるようなできるだけ低温、特に1000
℃以下の低い温度で焼結できる磁器組放物が望まれてい
る。
ところで磁器組成物を用い、実用的な積層形コンデンサ
を作製するときに磁器組成物の電気的特性として多くの
項目が評価されな&Jればならない。
一般的に誘電率はできるだけ大きく、誘電損失はできる
だけ小さく、比抵抗はできるだけ大きく、誘電率の温度
変化は小さいことなどが要求される。
しかしながら、実際に積層形コンデンサを種々の機器に
用いる場合においては誘電率で々く、まず容量、次に容
量の温度変化率、誘電損失などの値が必要とされる。積
層形コンデンサにおいて、容量は磁器組成物の誘電率に
比例するが、しかしその厚みに反比例し、電極面積、積
層数に比例するので、一定の容量を得るためには磁器組
成物の誘電率が大きいことは必ずしも絶対的な要因でな
い。さらに容量の温度変化率(誘電率の温度変化率)は
用途により種々許容された範囲があり、磁器組成物の誘
電率の温度変化率も積層形コンデンサを作製するときの
絶対的な要因でない。
一方、誘電損失は用途により一定の値以下でなけねばな
らないという規定があり室温で最大5.0%以下である
。さらに比抵抗に関しては、例えばEIAJ規格(日本
電子機械工業会の電子機器用積層磁器コンデンサ(チッ
プ形)Rc〜3698B)に述べられているごとく、積
層コンデンサの絶縁抵抗として1100OOΩ以上また
は容量抵抗積で500μF−MΩ以上のいずれが小さい
方以上と規定されていzloすなわち磁器組成物の誘電
率と比抵抗の積がある絶対値以上なければ、任意の容量
特に大きな容量のコンデンサを実用的規格に合せること
ができず、その用途が非常に限定され、実用的′1.f
意味がf、r < ’1.rる。この点を詳しく説明す
ると次の様になる。積層形コンデンサでは、n+1(1
1Nの内部電極を構成して一般にn個の同じ厚さの層か
らなる単一層コンデンサが積層された構造になっている
。この場合、単一層当りの容量をC8゜絶縁抵抗をR8
とすれば、積層形コンデンサの容量CはC6のn倍にな
り、絶縁抵抗Rは1′Loの1 / nになる。ここで
磁器組成物の誘電率をε、真空の誘電率をε。、磁器組
成物の比抵抗kl、単一層コンデンサの磁器の厚さを6
5重なる電極面積をSとすれば、単一層コンデンサのC
6は(ε。as)/dとなりR8は(、/?d)/Sと
なる。従ってn層からなる積層コンデンサの容量(0)
と絶縁抵抗(R)の積C×RはCO>d)/(na))
 X [(ngo gs)/d)=εo tj’となる
。すなわちどのような容量の積層コンデンサもその容量
・抵抗積CXRは、磁器組成物のεとJの積にと。を乗
じた一定値(ε。εf)に規格化される容量・抵抗積O
x nが500μF’−MΩすなわち500F・Ω以上
ということは、ε。”’8.855x10−”F/cr
n より、OX R= g。ε/=8.855 Xl 
0−” (F/c1J X εxJ?≧500F−Ω、
よってtf≧5、65 X 1015.Q なる要求が
ある。例えばε−10000ではア≧5.65 X ]
 0”Ω・m、ε−3000ではJ≧1.88 X 1
012Ω・口、ε=500ではI〉1.13 x 10
13Ω・σが要求される。誘電率に応じてこれらの値以
上のJを持つ磁器組成物であればどのような大きな容量
の積層コンデンサも容量抵抗積は500μF −MΩを
満足する。もしεが3000でIが要求値より1桁低い
1.88 X 10”Ω・(7)とすればε。εJ)=
50μF’−MΩで500μli”−MΩは満足せず、
絶縁抵抗として1100OOΩすなわち1010Ω以上
を満足するには容量Cとして0.005μF以下に限定
されなければならない。それはこの積層コンデンサの容
量・抵抗積(c×R)は常に50μF−MΩを示してい
るので、Rが1000OOΩのとき、Cは0.005μ
Fとなり、Cがこれより大きければRは1100OOΩ
より小さくなり、0005μFが規格を満たす最高の容
量となるためである。従って磁器組成物の比抵抗が低い
とその材料の実用性、特に積層形コンデンサの特長であ
る小型、大容量の特長を生がずことはできないし、全く
意味のないことにもなる。よって磁器組成物の誘電率と
比抵抗の積がある値以上を持つことが実用上極めて重要
なことである。
また積層形チップコンデンサの場合はチップコンデンサ
を基板に実装したときの基板とチップコンデンサを構成
している磁器との熱膨張係数の違いによりチップコンデ
ンサに機械的な歪みが加わり、クラックの発生や、ひど
い場合にはチンプコンデンサが破損する場合が生じる。
またエポキシ系樹脂等を外装したディップコンデンサの
場合も外装樹脂の応力によってディップコンデンサにク
ラックか発生ずる場合がある。いずれの場合もコンデン
サを形成している磁器の機械的強度が低いほどクラック
が生じやすくまた破損しやすいため信頼性が低くなる。
したがって磁器の機械的強度をできるたり増大させるこ
とは実用上きわめて重要なことである。
ところでI’b(Mg+/2W”/2)03PbTiO
3系磁器組成物については既にエヌ、エヌ、クライニク
。
エイ、アイ、アゲラノフスカヤ(フイジコトベルFゴテ
ラVol 2. No 170−72ペ一ジ1月、19
60年)CN、 N、 Krainik and A、
 1. Agranovskaya(]”1ziko 
Tyerdogo Te1a、 Vol、 2. No
、 1. pp70〜72. January 196
0))より提案があったが、誘電率とその温度変化につ
いての記載のみであった。
また( 5rxPb+−xTiO2)a(PbMgo、
5Wo50:+)b〔ただしX=O−0,10、aは0
.35−0.5.bは(1,5−0,65であり、そし
てa+b=1)はモノリシックコンデンサおよびその製
造方法として特開昭52−21662号に開示され、ま
た誘電体粉末組成物として特開昭52−21699号に
開示されている。しかしここでは誘電率(2000〜5
500)と誘電損失(2,0%〜4.4%)に関するデ
ータの記載しかない。またP b (M’g +/2W
+/2 )03−P b ’J’ i (’la系を含
む三成分系については特開昭55−111011におい
てPb(Mgl/2W+/2)03−Pb’I’ 1o
3−Pb CMg+73Nb2/3)03系が開示され
、特開昭55−117809においてP b (Mgl
/2W+/の0a−Pb’I’i0103−Pb(+/
3’l’a2/3)03糸が開示されている。これらに
おいても誘電率や誘電損失および誘電率の温度特性につ
いてのみ記載されている。以上いずれも比抵抗や機械的
強度に関する開示は全くされておらずその実用性につい
ては明らかでなかった。
さらに本発明者達は既に910〜950℃の温度で焼結
でき、P b (Mg +/2w+/2)O:lとPb
’I’1032成分系からなりこれをCP b (Mg
 1/2WI/2 )03 :l工[PbTio311
−Xと表わしたときにXが0.65<X≦1.00の範
囲にある磁器組成物を提案している。
この磁器組成物は誘電率と比抵抗の積が高い値を持ち、
誘電損失の小さい優れた電気的特性を有している。しか
しながら、この組成物は機械的強度が低いためその用途
は自ら狭い範朋に限定せざるを得なかった。
本発明の目的は機械的強度の大きいしかも容量抵抗積の
高い実用性に優れた磁器組成物を提供することにある。
すなわち本発明はPb(Mn+/3T a2/3 ) 
03. P b (Mg172W17z ) 03およ
びPbT!i03を含む組成物を(:Pb(M’nl/
3Ta2/A)03 )x[:Pb(Mgl/2W+/
z) 03 ] y CP bT i Oa ) z 
 と表わしたとき(ただしX十Y+Z=1.0)この3
成分組成図において X       y       z O,100,90’   0 0.005   0.Q95     00.005 
  0.4975  0.49750.08    0
.46    0.46(9) 0.15       0.595      0.2
550.15       0.765     0.
085の各点を結ぶ線上およびこの範囲内にあることを
特徴とするものである。本発明の磁器組成物は積層形コ
ンデンサに利用する場合銀、ニッケル等を主成分とする
。安価な内部電極が使用可能な900℃〜1000℃の
温度で焼結でき容量・抵抗積が500μF−MΩ以上で
しかも誘電損失が小さく、機械的強度が高くまた誘電率
も前記の範囲内で300〜6000程度の値を持つ優れ
た材料である。
次に本発明を実施例によって詳細に説明する。
実施例 出発原料として純度99.9%以上の酸化鉛(PbO)
、酸化マグネシウム(MgO)、次階マンガン(MnC
O3)、酸化タンタル(Ta2’s)、酸化タングステ
ン(WOa)および酸化チタン(TiO2)を使用し、
所定の配合比に秤量した。次にボールミル中で湿式混合
した後750℃〜800℃で予焼した。その後ボールミ
ルで粉砕し、日別、乾燥後有機バインダーを入れ整粒後
プレスし、直径16聾、厚さ約2Hの円板を4枚と直径
16顛、厚さ約10劃の円柱を作製した。次に空気中9
00〜1000℃で1時間焼結した。焼結した円板の上
下面に600℃で銀電極を焼付け、デジタルLCRメー
ターで周波数1kHz、電圧I Vr、m、sで容量と
誘電損失(tanδ)を測定、し、誘電率を算出した。
次に超絶縁抵抗計で50Vの電圧を1分間印力口して絶
縁抵抗を測定した。4個の試料の平均値をとり、その値
を各配合比の代表値とした。また機械的強度を抗折強度
で評価するため円柱試料から厚さ0.5+o+、llζ
12肛、長さ約13闇の矩形板を切り出した。支点間の
距離を9圓にとり、3点法で破 Pm7 壊荷重Pm CKg :lを測定し、τ= 2Wt” 
[lcy/cJ] なる式により抗折強度τ(kg/i
 )を求めた。ただしlは支点間距肉1(、tは試料の
厚み、Wは試料の[1]である。値は試料10点の平均
値より求めた。試作した磁器組成物の成分配合比を表に
示す。また磁器組成物配合比と容量・抵抗積、誘電損失
、抗折強度との関係を第1図から第3図に示す。なお図
中の曲線上の番号は表の各番号に対応している。
f 11 ′X これらの図においてPb(Mg’/2W’/2)03−
PbTiO3糸組成物、ある放物Pb (Mg’/2W
+/2)03に対してPb(Mn1/3Ta2/3)0
3を固溶させると、誘電損失はPb (Mnl/:+T
a2/3)03が1〜5モル%付近で極小になり、その
後増加する。また容11tt抵抗積はPb(MH173
Ta2/3 ) 03が1モル%付近で極大になり、そ
の後減少し、抗折強度はP b (Mn 1/3T a
 2/a )03を固溶させると急激に増加し1モル%
付近で1200〜1400吻/−の値に7’Cす、その
後1000〜1100にり/dのほぼ一定した値になる
。
flつ) (lJ) (IZ) Ll)u) (14) また第3図を第1,2図と比べるとPbTi0Aのモル
比が増加すると誘電損失が大きくなり、容量抵抗値は減
少してゆくことが判かる。
ここで本発明の組成物は〔Pb(Mnl/3Ta2/3
)03〕X・CPb(Mg+/2W+72)031y・
[Pb’l’i03〕zと表わしたときに、この3成分
系組成図において点 x、y、z 1  (0,10,0,90、0) 4  (0,005,0,995、0)32(0,00
5,0,4975,0,4975)29(0,08,0
,46,0,46)18(0,15,0,595,0,
255)6  (0,15、0,165、0,085)
結ぶ線上、並びにこの範囲内に限定される。その理由は
、点1,6.18,29.32を結ぶ線の外側では容量
抵抗−が500μF−Mnより小さくなって実用上の規
格より劣る。また点32,4を結ぶ線の外側では抗折強
度が低くなってしまう。
以上本発明の磁器組成物は1000℃以下の低湿で焼成
でき銀やニッケル等を主成分とする低価格金属を内部電
極として使用できると共に、省エネルギーや炉材の節約
という経済的な面で極めて有用な材料である。さらに特
性面においては容量抵抗積は十分に実用上の規格値より
大きく、また機械的強度が高いため高信頼性が得られさ
らに誘電損失が小さく、非常に優れた材料である。
【図面の簡単な説明】
第1図から第3図は磁器組成物の配合比と緒特性との関
係を示した図である。第1図は表のNo。 1−11.第2図は表のNo12−23.第3図は表の
No24〜33のそれぞれの特性値である。各図中の曲
線(a)は抗折強度、(b)は容量抵抗積、(C)は誘
電損失の特性をそれぞれ示している。また図中の番号は
表の各組成配合比の番号に対応している。 第4図は本発明の請求の範囲と表に示した各配合比の組
成点を示した図である。 閃理人弁理士内原  普 (17)               −−第 1 
図 0     5     10     15Pb (
Mn’/3Ta 2/3) 03 ノモルz第3図 Pb (Mn’A Ta2/3)03 (?rモル2第
4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 マンガン・タンタル酸鉛[Pb(Mn+/3Ta2/a
    )03]、マグネシウム・タングステン酸鉛[Pb(M
    g’/2W]/2) 03 )およびチタン酸鉛[:P
    bTi0:i〕からなる組成物谷〔Pb(MnI/3T
    a2/3)03〕X・[Pb(Mgl/zW’+/z)
    CL+ ]y ・[PbTi0a〕zと表わしたとき、
    (ただしX十Y+Z=1.00 )、mの3成分組成図
    において X     Y      z O,160,900 0,0050,995(1 0,0050,49750,4975 0,080,460,41; 0.15   0.59.5   0.2’;EO,1
    50,7650,0PS の各点を結ぶ線上およびこの範囲内にあることを特徴と
    する磁器組成物。
JP57006373A 1982-01-19 1982-01-19 磁器組成物 Granted JPS58125664A (ja)

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JPS6235990B2 JPS6235990B2 (ja) 1987-08-05

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6021859A (ja) * 1983-07-13 1985-02-04 日本電気株式会社 磁器組成物

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6021859A (ja) * 1983-07-13 1985-02-04 日本電気株式会社 磁器組成物

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