CN103224388B - 电介质陶瓷组合物和电子部件 - Google Patents
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Abstract
本发明有鉴于这样的实际情况，其目的在于提供一种交流破坏电场值高、静电电容的温度特性良好、相对介电常数高的电介质陶瓷组合物。另外，本发明的目的还在于提供一种具有由这样的电介质陶瓷组合物构成的电介质层的电子部件。本发明提供了一种电介质陶瓷组合物，是具有由(BapSrqCarBis)TiO3的组成式表示的主成分、第1副成分、以及第2副成分的电介质陶瓷组合物，所述组成式中的q为0.080以下，所述组成式中的r为0.020以上0.080以下，所述组成式中的s为0.002以下，且所述组成式中的p、q、r与s的合计满足0.996≤p+q+r+s≤1.010的关系。
Description
技术领域
本发明涉及电介质陶瓷组合物和电子部件。
背景技术
作为电子部件的一个例子的陶瓷电容器使用在各种各样的电子设备中，近年来，对高性能化的要求越来越高。
由于开关电源电路的Y电容器即作为噪声滤波器使用的陶瓷电容器连续地暴露于电应力（electrical stress），因此有必要提高陶瓷质地的耐电压。因此，对于Y电容器等，使用了安全规格认证的陶瓷电容。作为安全规格认证的陶瓷电容器，陶瓷电容器不被破坏即提高电介质陶瓷电容器的交流破坏电场值是最重要的。另外，在这些陶瓷电容器中，使静电电容的温度特性良好也是重要的，优选兼顾了交流破坏电场值和静电电容的温度特性的电容。
在专利文献1和专利文献2中，公开了交流破坏电场值比较高的电介质陶瓷组合物。然而，即使交流破坏电场值均提高，也只是5kV/mm左右。另外，这些文献中并没有公开兼顾了交流破坏电场值和静电电容的温度特性的电介质陶瓷组合物。
现有技术
专利文献
专利文献1：日本特开2006-096576号公报
专利文献2：日本特开2003-104774号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明有鉴于这样的实际情况，其目的在于提供一种交流破坏电场值高、静电电容的温度特性良好、相对介电常数高的电介质陶瓷组合物。另外，本发明的目的还在于提供一种具有由这样的电介质陶瓷组合物构成的电介质层的电子部件。
解决问题的技术手段
为了达到上述目的，本发明人等进行锐意研究，结果发现通过令电介质陶瓷组合物的组成为特定的成分并令它们的比率为规定范围，便能够达到上述目的，从而完成本发明。
即，解决上述技术问题的本发明的实施方式所涉及的电介质陶瓷组合物，其特征在于，是具有由(BapSrqCarBis)TiO3的组成式表示的主成分、第1副成分、以及第2副成分的电介质陶瓷组合物，所述组成式中的q为0.080以下，所述组成式中的r为0.020以上0.080以下，所述组成式中的s为0.002以下，且所述组成式中的p、q、r与s的合计满足0.996≤p+q+r+s≤1.010的关系，
所述第1副成分是ZnO，
所述第2副成分是选自La、Sm和Nd中的至少一种的氧化物，
所述第1副成分相对于所述主成分100质量份，含有2.5质量份以上10质量份以下，
所述第2副成分相对于所述主成分100质量份，换算为氧化物而含有0.5质量份以上2.5质量份以下。
另外，电介质陶瓷组合物的特征在于，相对于由所述(BapSrqCarBis)TiO3的组成式表示的主成分，当令所述第1副成分的含有量为α质量份，所述第2副成分的含有量为β质量份时，含有比α/β是2.4以上12.1以下。通过含有比α/β满足上述范围，与现有相比，可以得到更高的6kV/mm以上的交流破坏电压值。
根据本发明，能够提供交流破坏电场值高、静电电容的温度特性良好、相对介电常数高的陶瓷组合物。
本发明的实施方式所涉及的电子部件，具有由所述电介质陶瓷组合物或通过所述制造方法得到的电介质陶瓷组合物构成的电介质层。
虽然作为本发明的实施方式所涉及的电子部件并没有特别限定，但例示了单板型陶瓷电容器、层叠陶瓷电容器。
发明的效果
根据本发明，能够提供交流破坏电场高、静电电容的温度特性良好、相对介电常数高的电介质陶瓷组合物。
附图说明
[图1]图1（A）是本发明的一个实施方式所涉及的陶瓷电容器的正面图，图1（B）是本发明的一个实施方式所涉及的陶瓷电容器的侧面截面图。
符号说明：
2 陶瓷电容器
4 保护树脂
6,8 引线端子
10 电介质层
12,14 端子电极
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式说明本发明的实施方式。
陶瓷电容器2
如图1（A）、图1（B）所示，本发明的实施方式所涉及的陶瓷电容器2成为具有电介质层10、在其相对表面形成的一对端子电极12,14、以及分别连接于该端子电极12,14的引线端子6,8的结构，这些被保护树脂4覆盖。
陶瓷电容器2的形状只要根据目的或用途适当地决定即可，但优选是电介质层10成为圆板形状的圆板型的电容器。另外，其尺寸只要根据目的或用途适当地决定即可，但通常直径为5~20mm左右，优选为5~15mm左右。
（电介质层10）
电介质层10由本发明所涉及的电介质陶瓷组合物构成。
本发明的实施方式所涉及的电介质陶瓷组合物是具有由(BapSrqCarBis)TiO3的组成式表示的主成分、第1副成分、以及第2副成分的电介质陶瓷组合物，前述组成式中的q为0.080以下，前述组成式中的r为0.020以上0.080以下，前述组成式中的s为0.002以下，且前述组成式中的p、q、r与s的合计满足0.996≤p+q+r+s≤1.010的关系。
前述组成式中的q表示Sr的比率，q为0≤q≤0.080，优选为0.020≤q≤0.070。通过以该范围含有Sr，会有交流破坏电场值提高、静电电容的温度特性变良好、相对介电常数提高的倾向。若q超过0.08，则静电电容的温度特性偏离。
前述组成式中的r表示Ca的比率，0.020≤r≤0.080，优选0.030≤r≤0.070。通过以该范围含有Ca，会有交流破坏电场值提高、静电电容的温度特性变良好、相对介电常数提高的倾向。若r不到0.02，则静电电容的温度特性偏离，若超过0.08，则相对介电常数降低。
前述组成式中的s表示Bi的比率，0≤s≤0.002，优选0≤s≤0.001。通过以该范围含有Bi，会有交流破坏电场值提高、静电电容的温度特性变良好、相对介电常数提高的倾向。若s超过0.002，则试样的绝缘电阻值下降，不能评价特性。
前述组成式中的p、q、r与s的合计即Ba、Sr、Ca、Bi的比率的合计优选0.996≤p+q+r+s≤1.010，更优选0.998≤p+q+r+s≤1.010的关系。通过令p、q、r与s的合计量为该范围，会有交流破坏电场值提高、静电电容的温度特性变良好、相对介电常数提高的倾向。在p+q+r+s不到0.996的情况下静电电容的温度特性会偏离，若超过1.010，则交流破坏电场值下降且相对介电常数降低。
本发明的实施方式所涉及的电介质陶瓷组合物，作为第1副成分的氧化锌相对于前述主成分100质量份的含有量为2.5质量份以上10.0质量份以下，更优选为4.0质量份以上10质量份以下，进一步优选为4.0质量份以上8.0质量份以下。通过令氧化锌相对于前述主成分100质量份的含有量为该范围，会有交流破环电场值提高、静电电容的温度特性变良好的倾向。在作为第1副成分的氧化锌相对于前述主成分100质量份的含有量不到2.5的情况下，静电电容的温度特性会偏离，若超过10，则交流破坏电场值下降且静电电容的温度特性偏离。
本发明的实施方式所涉及的电介质陶瓷组合物，作为第2副成分包含选自氧化镧、氧化钐、氧化钕中的至少一种，它们相对于前述主成分100质量份的含有量为0.50质量份以上2.50质量份以下，更优选为0.64质量份以上2.14质量份以下，进一步优选为0.86质量份以上1.72质量份以下。通过包含选自氧化镧、氧化钐、氧化钕中的至少一种并令它们相对于前述主成分100质量份的含有量为该范围，会有交流破环电场值提高、静电电容的温度特性变良好、相对介电常数变良好的倾向。
另外，本发明的实施方式所涉及的电介质陶瓷组合物，在相对于由前述(BapSrqCarBis)TiO3的组成式表示的主成分而令前述第1副成分的含有量为α质量份，所述第2副成分的含有量为β质量份时，含有比α/β为2.4以上12.1以下。通过成为这样的构成，会有交流破坏电压值提高的倾向。
电介质层10的厚度没有特别限定，可以根据用途等来适当地决定，但优选为0.3~2mm。通过令电介质层10的厚度为这样的范围，能够适用于中高压用途。
（端子电极12,14）
端子电极12,14由导电材料构成。作为端子电极12,14所使用的导电材料，可以举出例如Cu、Cu合金、Ag、Ag合金、In-Ga合金等。
陶瓷电容器的制造方法
下面，说明陶瓷电容器的制造方法。
首先，制造烧成后形成有图1所示的电介质层10的电介质陶瓷组合物粉末。
准备主成分的原料以及第1副成分和第2副成分的原料。作为主成分的原料，可以举出Ba、Sr、Ca、Bi、Ti的各氧化物和/或通过烧成成为氧化物的原料、或者它们的复合氧化物等，例如可以使用BaCO3、SrCO3、CaCO3、Bi2O3、TiO2等。除此以外，例如可以使用氢氧化物等、烧成后成为氧化物或钛化合物的各种化合物。在该情况下，可以适当地变更含有量，以匹配金属元素的元素数。
作为副成分没有特别限定，可以使用上述的各副成分的氧化物或复合氧化物、或者通过烧成成为这些氧化物或复合氧化物的各种化合物，例如可以从碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物、有机金属化合物等适当地选择来使用。
作为本发明的实施方式所涉及的电介质陶瓷组合物的制造方法，首先调配主成分的原料，使用利用氧化锆球等的球磨机等进行湿式混合。
对所得到的混合物进行造粒和成形，并将所得到的成形物置于空气气氛中进行预烧，由此可以得到预烧粉。作为预烧的条件，例如可以令预烧温度优选为1100~1300℃，更优选为1150~1250℃，令预烧时间优选为0.5~4小时。
通过球磨机等对接着所得到的预烧粉进行湿式粉碎并干燥，可以得到基材。此外，调配第1和第2副成分的原料，并与基材一起通过球磨机混合，干燥，成为电介质陶瓷组合物粉末。如上述那样，通过由固相法制造电介质陶瓷组合物粉末，能够实现所期望的特性，并谋求制造成本的降低。
接着，对所得到的电介质陶瓷组合物添加适量的粘合剂，造粒，对所得到的造粒物成形为具有规定大小的圆板状，由此成为生坯成形体。然后，通过对所得到的生坯成形体进行烧成，得到电介质陶瓷组合物的烧结体。再有，作为烧成的条件没有特别限定，但保持温度优选为1200~1400℃，更优选为1250~1350℃，烧成气氛优选在空气中。
在所得到的电介质陶瓷组合物的烧结体的主表面印刷端子电极，并根据需要进行烧结，由此形成端子电极12,14。其后，通过焊接等将引线端子6,8接合于端子电极12,14，最后，通过用保护树脂4覆盖元件主体，得到图1（A）、图1（B）所示的单板型陶瓷电容器。
像这样制造的本发明的陶瓷电容器经由引线端子6,8而安装在印刷基板上，可以使用在各种电子设备等。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于这样实施方式，在不偏离本发明的主旨的范围内可以以不同的样态实施。
例如，在上述的实施方式中，作为本发明所涉及的电子部件例示了电介质层是单层的单板型陶瓷电容器，但作为本发明所涉及的电子部件不限定于单板型陶瓷电容器，也可以是使用了包含上述的电介质陶瓷组合物的电介质膏体和电极膏体的由通常的印刷法或薄片法制作的层叠型陶瓷电容器。
[实施例]
以下，基于更详细的实施例说明本发明，但本发明不限定于这些实施例。
试样1~49
作为主成分的原料，分别准备BaCO3、SrCO3、CaCO3、Bi2O3、TiO2。然后，按照表1的试样1~45所示的组成，分别称量所准备的这些原料，通过使用了纯水作为溶剂的利用氧化锆球的球磨机进行湿式混合。
接着，对所得到的混合物干燥后，进行预成形。然后，将所得到的预成形物置于空气中，在1150℃、2小时的条件下预烧。将预烧后的粉体用擂溃机进行粗粉碎后，按照表1中所示的组成称量并添加ZnO和第2副成分，进行湿式粉碎。通过使其干燥，得到具有表1所示的各组成（试样1~45的各组成）的电介质陶瓷组合物。
相对于所得到的电介质陶瓷组合物粉末100质量份而添加聚乙烯醇水溶液10质量份，一边用乳钵混合一边用筛子整粒，得到造粒粉。将所得到的造粒粉用396Mpa的压力得到直径16.5mm、厚度约1.2mm的圆板状的生坯成形体。
所得到的生坯成形体置于空气中，在1250~1350℃、2小时的条件下烧成，由此得到圆板状的烧结体。
然后，在所得到的烧结体的主表面的两面涂覆Cu电极，再置于还原氛围中，在800℃下进行10分钟的烧结处理，由此得到图1所示的那样的圆板状的陶瓷电容器的试样。所得到的电容器试样的电介质层10的厚度约为1mm，烧结电极的直径为12mm。
然后，对于所得到的各电容器试样，通过以下的方法，分别评价交流破坏电场、相对介电常数、静电电容的温度特性。评价结果表示在表1中。
（交流破坏电场值）
关于交流破坏电场值，对电容器的试样，在氟化液（FLUORINERT）中将100V/s的交流电场缓慢地施加于电容器的两端，在100mA的电流流动时的电场值作为交流破坏电场值来测量。交流破坏电场值越高越好，在本实施例中，6.0kV/mm以上为良好。
（相对介电常数）
在基准温度20℃下，利用数字LCR测量仪（Agilent Technology公司制4274A），从在频率1kHz、输入信号电平（测量电压）1.0Vrms的条件下所测量的静电电容算出相对介电常数（无单位）。相对介电常数越高越好，在本实施例中，2200以上为良好。
（静电容量的温度特性）
对电容器试样，在-25℃~85℃的温度范围下测量静电电容，并算出-25℃和85℃下的静电电容相对于20℃下的静电电容的变化率（单位：%）。在本实施例中，静电电容变化率处于-15%~15%之间的为良好。
表1
从表1可以确认以下的内容。
第1副成分有提高烧结性并使试样致密烧结的效果。根据试样14~20，可以确认第1副成分的相对于上述主成分100质量份的含有量为2.5质量份以上10.0质量份以下的情况，与前述第1副成分的含有量在该范围外的试样13、试样21相比，交流破坏电场值或相对介电常数良好。
第2副成分与第1副成分同样地有提高烧结性并使试样致密烧结的效果。根据试样5,31~40，可以确认第2副成分即氧化镧的相对于上述主成分100质量份的含有量为0.50质量份以上2.50质量份以下的情况，与前述第2副成分的含有量在该范围外的试样30、试样41相比，交流破坏电场值良好，并且静电电容的温度特性也良好。
根据试样14~20，31~40，可以确认氧化锌和氧化镧的相对于上述主成分100质量份的含有比（α/β）为2.4以上12.1以下的情况，与第1副成分即前述氧化锌与第2副成分即前述氧化镧的含有比（α/β）在该范围外的试样13、试样21、试样30、试样41相比，交流破坏电场值变高。
根据试样23~28，可以确认组成式中的p、q、r与s的合计为0.996≤p+q+r+s≤1.010的情况，与p、q、r与s的合计偏离该范围的情况（试料22、29）相比，静电电容的温度特性良好。
根据试样2~8，可以确认组成式中的r为0.020≤r≤0.080的情况，与r为0（试样1）相比，静电电容的温度特性良好。另外，可以确认与r为0.09（试样9）相比，相对介电常数提高。
根据试样6,10,11，可以确认组成式中的s为0≤s≤0.002的情况与s偏离该范围的情况（试样12）相比，无异常晶粒生长，交流破坏电场值提高，相对介电常数提高，静电电容的温度特性良好。
根据试样42~46，可以确认组成式中的q为0≤q≤0.080的情况与q为0.10（试样47）相比，静电电容的温度特性良好。
根据试样48,49，可以确认即使在第2副成分为Sm2O3、Nd2O3的情况下，交流破坏电场值提高，相对介电常数提高，静电电容的温度特性良好。
Claims (3)
1.一种电介质陶瓷组合物，其特征在于，
是具有由(BapSrqCarBis)TiO3的组成式表示的主成分、第1副成分、以及第2副成分的电介质陶瓷组合物，所述组成式中的q为0.080以下，所述组成式中的r为0.020以上0.080以下，所述组成式中的s为0.002以下，且所述组成式中的p、q、r与s的合计满足0.996≤p+q+r+s≤1.010的关系，
所述第1副成分是ZnO，
所述第2副成分是选自La、Sm和Nd中的至少一种的氧化物，
所述第1副成分相对于所述主成分100质量份，含有2.5质量份以上10质量份以下，
所述第2副成分相对于所述主成分100质量份，换算为氧化物而含有0.5质量份以上2.5质量份以下。
2.根据权利要求1所述的电介质陶瓷组合物，其特征在于，
相对于由所述(BapSrqCarBis)TiO3的组成式表示的主成分，当令所述第1副成分的含有量为α质量份，所述第2副成分的含有量为β质量份时，含有比α/β为2.4以上12.1以下。
3.一种电子部件，其特征在于，
具有由权利要求1或2所述的电介质陶瓷组合物构成的电介质层。
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