JPS6033255A

JPS6033255A - 磁器組成物

Info

Publication number: JPS6033255A
Application number: JP58137992A
Authority: JP
Inventors: 治彦宮本; 米沢　正智
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1983-07-28
Filing date: 1983-07-28
Publication date: 1985-02-20

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、特に、１０００℃以下の低温で焼
結でき、誘電率と比抵抗の積が高く、シかも機械的強度
の高い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
ａＴｉＯ３）を主成分とする磁気組成物が広く実用化さ
れていることは周知のとおシである。しかしながら、チ
タン酸バリウム（ＢａＴｉ０３　）を主成分とするもの
は、焼結温度が通常１３００〜１４００℃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２例えば白
金、パラジウムなど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、ニッケルなどを主成
分とする安価な金属が内部電極に使用できるような、で
きるだけ低温、特に１０００℃以下で焼結できる磁器組
成物が必要である。

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ければ力らない。

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、実用上積層形コンデンサにおいては誘電
率ではなく、マず容量、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）は用途によシ種々許容され
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シ一定の値以下でなければなら
ないという規定があり室温で最大５０チ以下である。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ｉｏｏｏｏＭＱ以上または
容量抵抗積で５００μＦ・ＭΩ以上のいずれか小さい方
以上と規定されている。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
に太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、実用的な意味がな
くなる。この点を詳、シく説明すると次の様になる。積
層形コンデンサでは、ｎ＋１個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、単一層当シの容
量をＣ６，絶縁抵抗をＲｏとすれば、積層形コンデンサ
の容量ＣはＣ０のｎ倍になシ、絶縁抵抗几はＲ６の１　
／　ｎになる。ここで磁気組成物の誘電率をε、真空の
誘電率を６゜。

磁器組成物の比抵抗をρ、単一層コンデンサの磁器の厚
さを６２重なる電極面積を８とすれば、単一層コンデン
サの００は（ε。εＳ）／ｄとなＪ）　Ｒｅは（ρｄ）
／Ｓとなる。従ってｎ層からなる積層コンデンサの容量
（Ｃ）と絶縁抵抗（旬の積ＣＸＲは〔（ρｄ）／　（ｎ
ｓ）　）’　Ｘ　（（ｎ層。εｓ）／ｃｉ）−ε０ερ
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ρの積に６゜を
乗じた一定値（ε。ερ）に規格化される。容量・抵抗
積ＣＸＲが５００μＦ−ＭΩすなわち５００Ｆ・Ω以上
ということは、ε。＝　８Ｂ５５　Ｘｌ０−１４ｐ／ｃ
ｍよシ、ＣＸ　Ｒ＝　ｇ。ερ＝　８．８５５Ｘ　１Ｏ
−１４（Ｆ／ｃＩ＋Ｌ）×ε×ρ≧５００Ｆ−Ω、よっ
てερ≧５．６５Ｘ１０１１１Ω・ａなる要求がある。

例えばε＝　１ｏｏｏ。

ではρ＝　５．６５　Ｘ　１０”Ω・い、ε＝　３００
０ではρ≧１、８８　Ｘ　１０”Ω・儂、ε；５００で
はρ＝　１．１３　Ｘ　１０”Ω・ａが要求される。誘
電率に応じてこれらの値以上のρ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ρが要求値よ多１桁低い１．８８Ｘ　１０”％’−ｆ
ｉとすればε。す＝５０μＦ−ＭΩで５００μＦ−ＭΩ
は満足せず、絶縁抵抗の規格値である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（ＣＸＲ）は常に５
０μＦ・ＭΩを示しているので、几が１１００ＯＯΩの
とき、Ｃは０．００５μＦとなシ、Ｃがこれよシ大きれ
ばＲは１０００ＯＯΩよシ小さくなシ、０．００５μＦ
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２％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かすこ
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、基板とチップコンデンサを
構成している磁器組成物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が加りシ、チップコンデ
ンサにクラックが発生したシ、破損したシすることがあ
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でディップコンデンサにクラ
ックが発生する場合がある。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はど、クラック
が入シやすく容易に破損するため、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だけ増大させる
ことは実用上極めて重要なことである。

ところでＰ　ｂ　（Ｍｇｌ／２Ｗ１／２　）０３　ｐｂ
’ｒｔｏ３系磁器組成物については既にエヌ・エヌ・ク
ライニクとエイΦアイ・アグラノフスカヤ（Ｎ、Ｎ、Ｋ
ｒａｉｎｉｋａｎｄ　Ａ、　１．Ａｇｒａｎｏｖｓｋａ
ｙａ（Ｆｉ：ｚｉｋｏ　Ｔｖｅｒｄｏｇ。

Ｔｅ１ａ、　Ｔｏ、　２．　ＮＯＩ、　ｐｐ７０〜７２
．　Ｊａｎｖａｒａ　１９６０）　）よシ提案があった
が、積層形コンデンサを作製する際に評価されるべき特
性の中で誘電率とその温度特性の記載しかなく、その実
用性は明らかでガかった。また（　８ｒｘＰｂｌ−ｘ’
ｒｔｏｓ）ａ（ＰｂＭｇｏ、　ａ　％、ａｏｓ）６（た
だし、ｘ　＝　Ｏ〜０．１０　、ａは０．３５〜０．５
．ｂは０．５〜０．６５であシ、そしてａ　＋　ｂ　＝
１〕について、モノリシックコンデンザおよびその製造
方法として特開昭５２−２１６６２号公報に開示され、
また誘電体粉末組成物として特開昭５２−２１６９９号
公報に開示されている。ここにおいても組成物の特性と
して誘電率が約２０００〜８０００誘電損失が０．５％
〜５．０チという記載はあるが比抵抗あるいは容量抵抗
積については全く記載がなく実用性は明らかでなかった
。さらにＰｂ（Ｍｇｌ／２Ｗ□／２）０３とＰ　ｂ　Ｔ
　ｉ　Ｏ３を主とする組成物であって、Ｐ　ｂ（Ｍｇｌ
／２Ｗ□／２）Ｏｓが２０．０〜７０．０モル％、Ｐｂ
ＴｉＯ３が３０．０〜８０．０モルチの範囲の組成物に
対し、ＭｇＯ量を計算値の３０％以下添加含有したこと
を特徴とする高誘電率磁器組成物が特開昭５５−１４４
６０９号公報として開示されている。しかしながらこの
特許においても誘電率が約２３００〜７１００で誘電損
失が０．３％〜２．１％という記載のｔｌかに誘電率の
温度特性の記載はあるが、比抵抗あるいは容量抵抗積に
関する記載はなくこの組成物についても実用性は明らか
でない。次に本発明者達は既に９１０℃〜９５０℃の温
度で焼結でき、Ｐｂ　（Ｍｇ　１／２　Ｗｌ／２　）Ｏ
ｓとＰｂＴｉＯｓ系二成分からなシ、これを（Ｐｂ　（
Ｍｇ１７２Ｗｌ／２　）０３　）　、（ｐｂ’ｒｉ　ｏ
、　）ｔ　−８と表わしたときにＸが０．６５＜　ｘ≦
１．００の範囲にある組成物を提案している。この組成
物は、誘電率と比抵抗の積が５．６５ＸＩＯ”Ω・１以
上の高い値を持ち、誘電損失の小い優れた電気的特性を
有している。しかしながら１七組成物は、いずれも機械
的強度が低いため、その用途は自ら狭い範囲に限定せざ
るを得なかった。

本発明は以上の点にかんがみ９００〜１ｏｏｏ’ｃの低
温領域で焼結でき、かつ誘電率と比抵抗の積が５．６５
　Ｘ　１０！ＩｌΩ・ＯＲ（すなわち容量抵抗積ｉ１５
００μＦ・Ｍｇ）以上の高い値を持ち、誘電損失が小さ
い優れた電気的特性を有し、更に機械的強度も大きい磁
器組成物を提供しようとするものであり、マグネシウム
・タングステン酸鉛（Ｐ　ｂ　（Ｍｇ　１／２ＷＬ／２
）０３〕とチタン酸鉛（ＰｂＴｉ０．　）からなる二成
分組成物をＰ　ｂ（Ｍｇｌ／２Ｗ□／２）Ｏｘ　）　ｘ
　（ｐ　ｂＴｔｏ、　）　１−ｘ　と表わしたときにＸ
が０．５０≦Ｘ≦１．００の範囲内にある主成分組成物
に副成分として、マンガン・タングステン酸鉛Ｐｂ（Ｍ
ｎ２／ａＷ１／ａ）Ｏｘ　を主成分に対して０，０５〜
２ｍｏ１％添加含有せしめることを特徴とするものであ
る。

以下本発明を実施例にょシ詳細に説明する。

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）、酸化タングステン（ＷＯ
３）？酸化チタン（Ｔｉ０２）　、および炭酸マンガン
（ＭｎＣＯａ）を使用し、表に示した配合比となるよう
に各々秤量する。次に秤量した各材料をボールミル中で
湿式混合した後７５０〜８００℃で予焼を行ない、この
粉末を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１６ｍ！１１゜厚さ約
２Ｍの円板４枚と、直径１６ｍ、厚さ約１０誌の円柱を
作製した。次に空気中９００〜１０００℃の温度で１時
間焼結した。焼結した円板４枚の上下面に６００℃で銀
電極を焼付け、デジタルＬＣＲメーターで周波数１　）
Ｇ（ｚ　、電圧Ｉ　Ｖｒ　＊ｍ＋　ｓ　、温度２０℃で
容量と誘電損失を測定し、誘電率を算出した。次に超絶
縁抵抗計で５０Ｖの電圧を１分間印加して絶縁抵抗を温
度２０℃で測定し、比抵抗を算出した。機械的性質を抗
折強度で評価するため、焼結した円柱から厚さＱ、５ｍ
、幅２關、長さ約１３ｍの矩形板を１０枚切シ出した。

支点間距離を９ｍによシ、三点法で破壊荷重Ｐｍ（Ｋｐ
）を測ｔは試料の厚み、Ｗは試料の幅である。電気的特
性は円板試料４点の平均値、抗折強度は矩形板試料１０
点の平均値よりめた。このようにして得られた磁器の主
成分（Ｐｂ（Ｍｇ１／２Ｗ１／ｚ）Ｏｎ　）　ｘ（Ｐｂ
ＴｉＯｓ　：ｈ−ｚの配合比Ｘおよび副成分添加量と抗
折強度、誘電率、誘電損失および容量抵抗積（表ではε
０ερと表示した）の関係を表に示す。

表に示した結果、２５≧らも明らかなように副成分とし
て、マンガン・タングステン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｎ２／ａＷ
’ｔ／ａ）Ｏｒ）を添加含有せしめることによシ、抗折
強度および容量抵抗積を共に高め、しかも低い誘電損失
の値を保った信頼性の高い実用性に富む優れた高誘電率
磁器組成物が得られることがわかる。

こうした優れた特性を示す本発明の磁器組成物は焼結温
度が１０００℃以下の低温であるため積層コンデンサの
内部電極の低価格化を実現できると共に、省エネルギー
や炉材の節約にもなるという極めて優れた効果も生じる
。

なお主成分配合比Ｘが０．５未満では、容量抵抗積が規
格値よシ小さくなシ、誘電損失も５．０チを越えるため
実用的でない。また副成分である。

Ｐ　ｂ　（Ｍｎ　２／３Ｗ１　／３　）Ｏｎの添加量が
０．０５ｍｏＪ＊未満では抗折強度の改善効果が小さく
　、２　ｍｏ１％を超えると逆に抗折強度が小さくなり
実用的でない。

Claims

【特許請求の範囲】

マグネシウム・タングステン酸鉛（ｐｂ（Ｍｇｌ／２Ｗ
１／２）Ｏ３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ，）からなる
二成分組成物を（Ｐｂ（Ｍｇｌ／２Ｗ１／２）０３　）
　、（ＰｂＴｉＯｓ　）　１−ｘと表わしたときにＸが
０．５０≦Ｘ≦１．００の範囲内にある主成分組成物に
副成分としてマンガン・タングステン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｎ
２／３Ｗ１／３）０３　）を主成分に対して０．０５〜
２ｍ１％添加含有せしめることを特徴とする磁器組成物
。