JPS59162172A - 高誘電率系磁器組成物 - Google Patents

高誘電率系磁器組成物

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JPS59162172A
JPS59162172A JP58035641A JP3564183A JPS59162172A JP S59162172 A JPS59162172 A JP S59162172A JP 58035641 A JP58035641 A JP 58035641A JP 3564183 A JP3564183 A JP 3564183A JP S59162172 A JPS59162172 A JP S59162172A
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JP
Japan
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dielectric constant
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mol
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JP58035641A
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English (en)
Inventor
松崎 壽夫
山田 成一
信吉 清水
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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】 発明の技術分野 本発明は、多層セラミックコンデンサの誘電体などに用
いられる高誘電率磁器組成物に関する。
従来技術と問題点 コ゛ンデンサの誘電体には誘電率が大きいこと、誘電率
の温度変化が小さいこと、絶縁抵抗が高いことなどが一
般に望まれ、またセラミックコンデンサでは電極材料の
耐熱性の問題から焼成温度の低いことが望まれる。しか
しながら誘電率の増大と温度特性平坦化とは相反するこ
とであり、誘電率温度変化を例えば−55℃〜+125
℃の温度範囲で±1“5%以内に抑えようとすると、得
られる誘電率は高々200’O程度に低下し、誘電率を
6o00程度にしようとすれば温度特性は例えば−10
℃〜85°Cの狭い範囲で+20〜−60%程度の大き
い変化を許容せざるを得なかった。また従来の組成物で
は焼成温度が高く、これを低減すべくヒスマス(Bi)
の化合物を使用すると焼成温度は下るが、電極材料のパ
ラジウム(Pd)との反応性があり、多層セラミックコ
ンデンサ用誘電材料としては不適当であった。
発明の目的 それ数本発明の目的は、−55℃〜+125°Cという
広い温度範囲において誘電率の変化率が130%以下と
いう低い値を持ち、かつ大きな誘電率を持つ磁器誘電体
を得ようとするにある。また焼成温度もできるだけ低く
、 tanδ、絶縁抵抗、誘電率経時変化特性などが優
れた磁器誘電体を得ようとするものである。
発明の構成 本発明の高誘電率系磁器組成物は、0.07〜2モル%
のNb2O5,0,02〜2モル%のN d 203 
。
残部をBaTiO3として全部で100モル%とした組
成物に対して、A7!203を2重量%以下添加してな
ることを特徴とし、また0、07〜2モル%のN b 
205.0.02〜2モル%のNd2O3、残部をBa
TiO3として全部で100モル%とした組成物に対し
て、A7!203を2重量%以下、M n O2を0.
01〜0.2重量%、Cooを1重量%以下、MgOを
1重量%以下添加してなることを特徴とするが、次に実
施例を参照しながらこれを詳細に説明する。
発明の実施例 本発明はチタン酸バリウム(BaTiO3)を主材とし
、新たに選択した3種の添加剤、酸化ニオブ(Nb20
5)、酸化ネオジム(Nd2o3)、酸化アルミニウム
(Al2O2)を用いることにより、所期の目的を達成
し得た。またこれに更に酸化マンガン(Mn 0.2 
) 、M化コバルト(c。
o)、酸化マグネシウム(MgO)を添加することによ
り一層効果を大ならしめることができた。
ニオブ(Nb)は粒成長抑制材であり、チタン酸バリウ
ムに添加すると誘電率の温度特性が改善されることは知
られている。ニオブの酸化物自体又はT i 02等と
の化合物は低誘電率であり、従って多量に加えれば全体
の誘電率は低下するがら、なるべく少ないニオブで効果
を上げることが望まれる。そこで、Nb2o5添加によ
る温度特性改善効果をより有効ならしめるとともに、N
b2O5添加による誘電率の低下を押えるために、見出
されたのがネオジム(Nd)であり、これを加えると少
量のNb ’7: ??n度特性を改善することができ
、ひいては高誘電率でかっ、温度に対する変化の少ない
チタン酸バリウム磁器組成物が得られる。ニオブ添加に
よってチタン酸バリウムの温度特性を改善することがで
きる理由は、明確ではないが次のように考えられている
。即ち添加されたニオブはチタン酸バリウムの粒界に入
り、チタン酸バリウムの粒成長を抑制することによりチ
タン酸バリウム粒子に内部応力を発生させ、これが温度
特性改善効果をもたらす。ネオジム添加により誘電率の
低下を押えられるのは、これも添加すれば同様にチタン
化合物などが粒界に形成され、そのネオジムの化合物の
誘電率が大きいからかと解される。
Al2O2は常誘電体で低誘電率であるからAd203
添加による誘電率増大効果はない。しかし後述のように
誘電率の温度変化を低減するのに有効である。
マンガンはチタン酸バリウムの絶縁抵抗の増大に有効で
ある。コンデンサの誘電体の絶縁抵抗は高いほど望まし
いが、セラミックコンデンサの代表的規格等では500
MΩ・μF以上が要求されている。マンガンを適量加え
るとか−る要求を容易に満足させることができる。なお
マンガンを多量に加えるとドナーとして働き、半導体化
してしまって絶縁抵抗を急速に低下させてしま・う。マ
グネシウムは誘電率の増大に効果があるが、 tanδ
を悪化させるのでこの点で上限が抑えられる。
コバルトは焼成温度の低減に有効である。多層セラミッ
クコンデンサは、例えば台枠に張ったアルミニウム箔に
前述の組成の誘電体ペーストを印刷し、乾燥した後パラ
ジウムなどの電極材料のペーストを印刷し、乾燥後再び
該誘電体ペーストを印刷し・・・・・・と上記操作を所
要回繰り返し、こうして得られた積層体をアルミニウム
箔より剥がし、切断して個々のコンデンサ素材にし、パ
ーンアウトしてペースト中の有機物を飛散させ、その後
焼成する。この焼成でコンデンサ素材は焼結され、機械
的強度と目的とする電気的特性を有するようになる。そ
して両端面から各々複数枚の電極の端縁が見えている。
この両端面にキャンプ状に端子電極材料を塗布し、焼付
けて端子電極を形成する。
上記焼成温度はB a T i O3系磁器の場合一般
には1300〜1400℃であり、内部電極は白金、パ
ラジウムなどの高融点材料でないと耐えられない。コバ
ルト添加で多量の銀含有電極を利用できる温度まで焼成
温度を下げることができる。
次に実施例を挙げる。0.07〜2モル%のNb2O5
,0,05〜2モル%のN d 203 、残部をBa
 T i O3として全部を100モル%とした組成物
に対して、A j2203を2重量%以下添加した(従
って前記組成物は98重量%以上として全体を100重
量%とじた)、及びこれに更に0.02〜0.2重量%
のM n O2,1重量%以下のCoo、1重量%以下
のMgOを添加した(従って前記組成物は95,8重量
%以上として全体を100重量%とじた)、純度99.
8%以上の原料粉末を用い、秤量後、該粉末に対して1
5重量%の有機バインダ(エチルセルローズ、ポリビニ
ルプチラル)及び溶剤(MEK、テルピネオール)を添
加し、プラスチックコーティングボールを使用して12
時時間式ボールミル混合を行なった。混合を終了したス
ラリーは、脱泡後粘度調整を行なって印刷用誘電体ペー
ストとした。
このペーストを用いて誘電体膜の印刷、及び導体ペース
トを用いて電極膜の印刷などを行ない、焼成後、寸法2
 X 4.5 酊角の単層チップコンデンサを試作し、
すべての誘電特性を評価した。このコンデンサの焼成後
の誘電体厚は15〜20μm、内部電極はパラジウムで
ある。誘電特性の測定周波数はIKHz、測定電圧はI
Vrmsとし、端子電極を850℃で10分焼付けたの
ち、24時間室温に放置し、然るのち測定を行なった。
誘電率の経時変化(aging rate)は端子電極
焼付は後、常温に達した時点より1時間後の誘電率をε
1とし、10時間後のそれをε1.とし、誘電率変化率
ηをη=(ε+o−81)/εI×100(%/dec
ade)として算出した。第1図〜第10図に各添加剤
の添加効果を示す。
第1図はNb2O5の添加量(モル%)と誘電率ε (
25℃における値)の関係を示し、Nd2O3ば0.1
5モル%に、fi、11203は0.75重量%に固定
しである。Nb2O5は0〜3モル%の範囲で変え、こ
のNb2O5の量Xに応じてBaTiO3を減少し、従
ってこの組成物は((99゜85−x)BaTi03+
xNb20r++0.15pJ d 203 )モル%
十(0,75’A it 203’ )重量%で表わさ
れる。焼成温度は1300°Cである。
このグラフから明らかなようにNb2C)aが0.4モ
ル%のとき誘電率εが最大になり、添加量がこれより増
減するにつれてεは減少する。誘電率εは2000以上
であることが望ましいとして、好ましいNb2O5添加
量範囲Wは0.07〜2モル%である。
第2図はN d 203の添加量(モル%)と誘電率ε
 (25°Cにおける値)との関係を示す。Nb2O5
は1.2モル%に、またAl2203は0.75%に固
定しである。このグラフから明らかなようにN d 2
03の添加量が0.3モル%付近で誘電率εは最大とな
り、該添加量がこれより増減するとε。
は減少する。やはりεは2000以上であるのが望まし
いとして、好ましいNd 203添加量範囲Wは0.0
5〜2モル%である。
第3図はA (12Cp3添加量と誘電率の関係を示す
。Nb2O5は1.2モル%にまたNd2O3は0.1
5モル%に固定しである。このグラフから明らかなよう
にA II 2 Q 3は添加する程εが下り、この点
では利点はない。しかしAl2203はεの温度特性改
善に効果がある。即ち、第4図はA7!203添加によ
る温度特性の変化を示し、横軸は温度°C,縦軸は25
℃における誘電率εと任意温度における誘電率εtとの
差Δε−εを一εの、εに対する比Δε/εを示す。こ
のグラフから明らかなようにAl2O3を加えない場合
(0wt%)誘電率変化率は+8%〜−28%と大きく
変化する。これに対してA 12203を0.5i%、
0.75wt%、2wt%・・・・・・と加えて行くと
誘電率変化率は次第に減少し、フラットに近くなる。従
って誘電率変化率の点ではAl2O3量は多い程よし1
゜しかし多ければ誘電率が低下するからε=2000以
上は必要としてAp2o3Wkの好ましし)範囲Wは2
重量%以下である。下限はΔε/εをどの程度に抑える
かで定まり、+5〜−15%以内ナラ0.5ivt%で
ある。
第5図はNb 205. Nd 203添加量と温度特
性の変化を示し、Nd2O3は0.15モル%に固定し
、N b 205を0.4〜2モル%の範囲で変えてい
る。このグラフから明らかなようにNb2o11のΔε
/εに対する影響は複雑で、0.4モル%の場合と0.
8%モル%の場合でははX゛逆の影響があると言える。
即ち25℃〜100 ’c範囲でみると前者はΔε/ε
をプラスにするのに対し後者はこれを大きくマイナスに
する。0.8モル%以後は1.2モル%、2モル%と添
加量が増すにつれてΔε/εは、25℃以上では減少し
、25°C以下では増減まちまちである。第6図は第5
図と同様にNb2O5,Nd2o3添加量による温度特
性の変化を示すが、この場合はNb2o5を1.2モル
%に固定し、N d 203を0.05〜2モル%の範
囲で変えている。このグラフから明らがなようにN d
 203のΔε/ε特性に与える影響は単純で、Nd2
O3は少ない程該特性がよくなる。
第7図はMnO2添加量と絶縁抵抗との関係を示す。試
料は98..65BaTi03+1.2Nb205+0
.15Nc1203を(1(10−0,75−x)重量
%とし、これにAA 203.MnO2を(0゜75A
j!203+x−Mn02)重量%加えたものである。
本例ではXはO−0,4重量%の範囲で変えている。こ
のグラフから明らかなようにMnO2ば添加量を増して
行くと絶縁抵抗が改善されるが0.1重量%辺りでピー
クとなり、それ以上になると急激に減少する。従って好
ましい添加量範囲Wは0.01〜0,2重量%である。
第8図はMnO2添加量と誘電率の経年変化(agin
g rate)の関係を示す。このグラフがら明らかな
ようにMnO2は添加量を増して行くと経年変化が大き
くなり、特に0.2重量%あたりから著しく増大する。
コンデンサで言えば容量が年と共に著しく減少してしま
う。この点からもM n O2添加量の上限は0.2重
量%あたりである。
第9図はMgO添加量と誘電率及びtanδの関係を示
す。このグラフから明らかなようにMgO添加量を増し
て行くと誘電率が大きくなるが、同時に tanδも増
加する傾向にあり特に0.2重量%以上で該増加が著し
い。従って好ましい範囲Wは0.2重量%以下であり下
限は僅かながらも誘電率の改善が認められる量、例えば
0.01重量%である。なおMg○添加によるε改善効
果は上限の0゜2重量%添加しても700、率にして2
割強に過ぎないが、これは誘電率およびその温度変化を
所望値にする組成物(BaTiO3+Nb2O5十Nd
203)に単純に加えて、換言すれば該組成物は固定の
ものとしてこれにMgOをX重量%、該組成物を残りの
(100−X)重量%とって混合するというだけの処理
で、該組成物の誘電率を更に改善できるという点で、非
常に有効なものである。
第10図はCoo添加量と焼成温度および誘電率の関係
を示す。このグラフから明らかなようにCooを加える
と焼成温度が下る。但し誘電率も下るのでε−2000
を下限としてCoo添加量は1重量%が上限である。こ
の好ましい添加量範囲Wの下限は、有意な焼成温度低下
がみられる添加量、例えば電極材料を白金、パラジウム
単体から銀含有量を50%程度に変えることができる添
加量である。
添加物の始めの形はNb 205. Nd 203゜A
 it 203 、 M n O2、Co O、M g
 Oに限らず、この化合物として見た場合同一量添加量
になるものであれば同一の効果を発揮する。また主材の
BaTi0+はBaOとT i 02又はBaCO3と
T i O2として混合しても全く同一の効果が得られ
る。またBaTiO3のBaとTiの比は必ずしも1:
1に限らず、通常の市販粉末の誤差は勿論、B a /
 T iは0.94〜1.2まで許容される。
発明の効果 以」−説明したように本発明によれば一55〜+125
℃という広い温度範囲において誘電率の変化率が少なく
 (±30%以下)かつ誘電率の大きな磁器誘電体を得
ることができる。また焼成温度を低減でき、 tanδ
、絶縁抵抗、経時変化特性などの優れた磁器誘電体を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第10図は本発明の磁器組成物の各種特性を示
すグラフである。 出願人 富士通株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (110,07〜2モル%のNb2O5,0,02〜2
    モル%のNd2O3、残部をB a T i O3とし
    て全部で100モル%とした組成物に対して、AN20
    3を2重量%以下添加してなることを特徴とする、高誘
    電率系磁器組成物。 +210.07〜2モル%のNb2O5,0,02〜2
    モル%のNd2O3、残部をB a T i O3とし
    て全部で100モル%とした組成物に対して、Al12
    o3を2重量%以下、MnO2を0.01〜0.2重量
    %、C’oOを1重量%以下、MgOを1重量%以下添
    加してなることを特徴とする、高誘電率系磁器組成物。
JP58035641A 1983-03-04 1983-03-04 高誘電率系磁器組成物 Pending JPS59162172A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01227303A (ja) * 1988-03-08 1989-09-11 Toko Inc マイクロ波用誘電体磁器組成物
JPH01227304A (ja) * 1988-03-08 1989-09-11 Toko Inc マイクロ波用誘電体磁器組成物とその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01227303A (ja) * 1988-03-08 1989-09-11 Toko Inc マイクロ波用誘電体磁器組成物
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