JP2005162587A - チタン酸バリウムおよびそれを用いた電子部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 単結晶であって、粒内に1nm以上の空孔が存在しない粒子が、粒子全体の20%以上であるチタン酸バリウム。そのチタン酸バリウムを用いたスラリー、フィルム、誘電体材料、圧電体材料を提供することにより、電子機器類の小型化を可能とする。
【選択図】 図1
Description
(1)単結晶であって、粒内に1nm以上の空孔が存在しない粒子が、粒子全体の20%以上であるチタン酸バリウム。
(2)粒内に1nm以上の空孔が存在しない粒子が、粒子全体の50%以上である(1)に記載のチタン酸バリウム。
(3)粒内に1nm以上の空孔が存在しない粒子が、粒子全体の80%以上である(1)に記載のチタン酸バリウム。
(4) BET比表面積が0.1m2/g以上である(1)乃至(3)のいずれか1項に記載のチタン酸バリウム。
(5)700℃で熱処理後、赤外分光分析法において3500cm−1付近に急峻なピークが検出されない(1)乃至(4)のいずれか1項に記載のチタン酸バリウム。
(6)Sn,Zr,Ca,Sr,Pb,Ho,Nd,Y,La,Ce,Mg,Bi,Ni,Al,Si,Zn,B,Nb,W,Mn,Fe,Cu,及びDyからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素をBaTiO3に対して5mol%未満(0mol%を含む)含む(1)乃至(5)のいずれか1項に記載のチタン酸バリウム。
(7)チタン酸バリウムが、粉体である(1)乃至(6)のいずれか1項に記載のチタン酸バリウム。
(8)チタン酸バリウムが湿式合成されたものである(1)乃至(7)のいずれか1項に記載のチタン酸バリウム。
(9)(1)乃至(8)のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含むスラリー。
(10)(1)乃至(8)のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含むペースト。
(11)(1)乃至(8)のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含む誘電材料。
(12)(1)乃至(8)のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含む誘電体磁器。
(13)(1)乃至(8)のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含む圧電材料。
(14)(1)乃至(8)のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含む圧電体磁器。
(15)(1)乃至(8)のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含む誘電体フィルム。
(16)(11)に記載の誘電材料を含むコンデンサー。
(17)(13)に記載の圧電材料を含むコンデンサー。
(18)(15)に記載の誘電体フィルムを含むコンデンサー。
(19)(15)に記載の誘電体フィルムを含む基板内コンデンサー。
(20)(15)に記載の誘電体フィルムを含むプリント配線基板。
(21)(16)乃至(19)のいずれか1項に記載のコンデンサーを含む電子機器。
これから得られる誘電体磁器等の誘電材料を用いることにより積層セラミックコンデンサ、圧電材料等の小型の電子部品が得られ、さらにこれらを電子機器に用いることにより、電子機器の小型化、軽量化が可能となった。
また、本発明のチタン酸バリウムあるいは本発明のチタン酸バリウムを含むスラリーを使用すれば優れた誘電特性を有する誘電体フィルムが得られる。
当該誘電体フィルムは誘電特性が優れているために、薄膜化しても優れた特性を発揮できるので、基板内コンデンサなどに応用可能である。当該コンデンサを携帯電話やデジタルカメラなどの電子機器に採用すれば、機器の小型化、軽量化、高性能化に極めて有効である。
ただしSn,Zr,Ca,Sr,Pb,Ho,Nd,Y,La,Ce,Mg,Bi,Ni,Al,Si,Zn,B,Nb,W,Mn,Fe,Cu,及びDyからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素をBaTiO3に対して5mol%未満含んでも良い。
本発明のチタン酸バリウムを含む充填材を、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一種以上に分散させることにより高誘電率のフィルムを得ることが出来る。
熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂は特に制限されず、通常使用されている樹脂を使用することが可能であるが、熱硬化性樹脂としては例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ビストリアジン樹脂等が好適である。熱可塑性樹脂としては例えばポリオレフィン樹脂、スチレン系樹脂、ポリアミド等が好適である。
充填材を溶剤または上記樹脂組成物と溶剤の混合物に分散させスラリーを得る方法は特に限定されないが、湿式解砕の工程を含むのが望ましい。
溶剤としては特に制限されず、通常使用される溶剤であれば何でも使用可能であるが、例えば、メチルエチルケトン、トルエン、酢酸エチル、メタノール、エタノール、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、メチルセルソルブ、を単独で或いは二種以上を混合して用いることが出来る。
カップリング剤の親水基とチタン酸バリウムを含む充填材表面の活性水素との反応を完結させるため、スラリーにしてから加熱処理する工程を含むのが望ましい。加熱温度と時間に特に制限はないが、100〜150℃で1時間から3時間加熱処理することが好ましい。また、溶剤の沸点が100℃以下のときは、加熱温度は溶剤の沸点以下とし、加熱時間をそれに応じて長くするとよい。
当該誘電体フィルムは誘電特性が優れているために、薄膜化しても優れた特性を発揮できるので、基板内コンデンサなどに応用可能である。本発明の誘電体フィルムを使用した基板内コンデンサを携帯電話やデジタルカメラなどの電子機器に採用すれば、機器の小型化、軽量化、高性能化に有効である。
得られたチタン酸バリウムの誘電率は以下のようにして測定した。
チタン酸バリウムとMgO(協和化学工業(株)製高純度酸化マグネシウム500−04R)、Ho2O3(日本イットリウム(株)製微粉末酸化ホルミウム)、BaSiO3(添川理化学(株)製)をモル比で100:0.5:0.75:1.0になるように混合した。混合粉0.3gを13mmφの金型で一軸成型した後、窒素雰囲気下において1300℃で2時間保持し焼成した。このようにして得られた焼結体のサイズを精密に測定した後に焼き付け用銀電極を塗布し、大気雰囲気下において800℃で10分間焼成することにより電極を形成し単板コンデンサとした。
四塩化チタン(住友チタニウム(株)製:純度99.9%)濃度が0.25mol/Lの水溶液を還流冷却器つきの反応器に投入し、塩素イオンの逸出を抑制し、酸性に保ちながら沸点付近まで加熱した。その温度で60分間保持して四塩化チタンを加水分解し、酸化チタンゾルを得た。得られた酸化チタンゾルの一部を110℃で乾燥し理学電機(株)製X線回折装置(RAD−B ローターフレックス)で結晶型を調べた結果ブルーカイト型80%、アナターゼ型20%の酸化チタンであることがわかった。
実施例1と同様にしてぺロブスカイト型のBaTiO3を得た。ただし、600℃で2時間保持することで結晶化した。実施例1と同様にして調べたところ比表面積は25m2/g、c/a比は1.0032であった。この試料を700℃で熱処理した以外は実施例1と同様に赤外分光分析を行った。その結果、格子内水酸基に対応する3500cm-1付近の急峻な吸収ピークは現れなかった。25℃での誘電率は1100であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たした。当該チタン酸バリウムより得られた誘電体磁器、誘電体フィルム、ならびにコンデンサ、圧電材料は優れた特性を有するものであった。
実施例1と同様にしてぺロブスカイト型のBaTiO3を得た。ただし、950℃で2時間保持することで結晶化した。実施例1と同様にして調べたところ比表面積は4.1m2/g、c/aの比は1.0092であった。この試料を実施例1と同様に赤外分光分析を行った。その結果、格子内水酸基に対応する3500cm-1付近の急峻な吸収ピークは現れなかった。25℃での誘電率は3600であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たした。当該チタン酸バリウムより得られた誘電体磁器、誘電体フィルム、ならびにコンデンサ、圧電材料は優れた特性を有するものであった。TEM観察を25万倍で行ったが水酸基が脱離したことに起因する欠陥は観察されなかった。
実施例1と同様にしてぺロブスカイト型のBaTiO3を得た。ただし、1200℃で2時間保持することで結晶化した。実施例1と同様にして調べたところ比表面積は0.5m2/g、c/a比は1.0110であった。この試料を実施例1と同様に赤外分光分析を行った。その結果、格子内水酸基に対応する3500cm-1付近の急峻な吸収ピークは現れなかった。25℃での誘電率は4000であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たした。当該チタン酸バリウムより得られた誘電体磁器、誘電体フィルム、ならびにコンデンサ、圧電材料は優れた特性を有するものであった。TEM観察を25万倍で行ったが水酸基が脱離したことに起因する欠陥は観察されなかった。
TMAH添加量を減らしpHを11とした以外は実施例1と同様の操作でチタン酸バリウムを合成した。理論収量に対する実収量の割合は98%であった。TEMで観察したところ単結晶であった。880℃で2時間保持することにより結晶化させた試料に関して実施例1と同様に調べたところ比表面積は7.3m2/g、c/a比は1.0090であった。この試料を実施例1と同様に赤外分光分析を行った。その結果、格子内水酸基に対応する3500cm-1付近の急峻な吸収ピークは現れなかった。25℃での誘電率は2600であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たした。当該チタン酸バリウムより得られた誘電体磁器、誘電体フィルム、ならびにコンデンサ、圧電材料は優れた特性を有するものであった。
TMAH水溶液の代わりに炭酸基濃度75質量ppmのコリン水溶液を用いた以外は実施例1と同様の操作でチタン酸バリウムを合成した。理論収量に対する実収量の割合は99.9%であった。TEMで観察したところ単結晶であった。880℃で2時間保持することにより結晶化させた試料に関して実施例1と同様に調べたところ比表面積は7m2/g、c/a比は1.0091であった。この試料を実施例1と同様に赤外分光分析を行った。その結果、格子内水酸基に対応する3500cm-1付近の急峻な吸収ピークは現れなかった。25℃での誘電率は2700であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たした。当該チタン酸バリウムより得られた誘電体磁器、誘電体フィルム、ならびにコンデンサ、圧電材料は優れた特性を有するものであった。
実施例1で合成したブルーカイト型酸化チタンゾルの代わりに市販のアナターゼ型酸化チタンゾル(石原産業製STS−02)を用いた以外は実施例1と同様の操作でチタン酸バリウムを合成した。理論収量に対する実収量の割合は99.8%であった。TEMで観察したところ単結晶であった。880℃で2時間保持することにより結晶化させた試料に関して実施例1と同様に調べたところ比表面積は7.7m2/g、c/a比は1.0071であった。この試料を実施例1と同様に赤外分光分析を行った。その結果、格子内水酸基に対応する3500cm-1付近の急峻な吸収ピークは現れなかった。25℃での誘電率は2400であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たした。当該チタン酸バリウムより得られた誘電体磁器、誘電体フィルム、ならびにコンデンサ、圧電材料は優れた特性を有するものであった。
炭酸基含有量60質量ppmのTMAHの代わりに炭酸基含有量110質量ppmのTMAHを用いた以外は実施例1と同様の操作でチタン酸バリウムを合成した。理論収量に対する実収量の割合は99.8%であった。TEMで観察したところ単結晶であった。880℃で2時間保持することにより結晶化させた試料に関して実施例1と同様に調べたところ比表面積は7.3m2/g、c/a比は1.0090であった。この試料を実施例1と同様に赤外分光分析を行った。その結果、格子内水酸基に対応する3500cm-1付近の急峻な吸収ピークは現れなかった。25℃での誘電率は2700であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たした。当該チタン酸バリウムより得られた誘電体磁器、誘電体フィルム、ならびにコンデンサ、圧電材料は優れた特性を有するものであった。
炭酸基含有量60質量ppmのTMAHの代わりに炭酸基含有量215質量ppmのTMAHを用いた以外は実施例1と同様の操作でチタン酸バリウムを合成した。理論収量に対する実収量の割合は99.7%であった。TEMで観察したところ単結晶であった。880℃で2時間保持することにより結晶化させた試料に関して実施例1と同様に調べたところ比表面積は7.5m2/g、c/a比は1.0087であった。この試料を実施例1と同様に赤外分光分析を行った。その結果、格子内水酸基に対応する3500cm-1付近の急峻な吸収ピークは現れなかった。25℃での誘電率は2500であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たした。当該チタン酸バリウムより得られた誘電体磁器、誘電体フィルム、ならびにコンデンサ、圧電材料は優れた特性を有するものであった。
炭酸基含有量60質量ppmのTMAHの代わりに炭酸基含有量490質量ppmのTMAHを用いた以外は実施例1と同様の操作でチタン酸バリウムを合成した。理論収量に対する実収量の割合は99.4%であった。TEMで観察したところ単結晶であった。880℃で2時間保持することにより結晶化させた試料に関して実施例1と同様に調べたところ比表面積は8.1m2/g、c/a比は1.0061であった。この試料を実施例1と同様に赤外分光分析を行った。その結果、格子内水酸基に対応する3500cm-1付近の急峻な吸収ピークは現れなかった。25℃での誘電率は2000であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たした。当該チタン酸バリウムより得られた誘電体磁器、誘電体フィルム、ならびにコンデンサ、圧電材料は優れた特性を有するものであった。
実施例1で合成したブルーカイト型酸化チタンゾルの代わりに市販のアナターゼ型酸化チタンゾル(石原産業製ST−02)を用いた以外は実施例1と同様の操作でチタン酸バリウムを合成した。理論収量に対する実収量の割合は99.8%であった。TEMで観察したところ単結晶であった。880℃で2時間保持することにより結晶化させた試料に関して実施例1と同様に調べたところ比表面積は7.7m2/g、c/a比は1.0066であった。この試料を実施例1と同様に赤外分光分析を行った。その結果、格子内水酸基に対応する3500cm-1付近の急峻な吸収ピークは現れなかった。25℃での誘電率は2200であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たした。当該チタン酸バリウムより得られた誘電体磁器、誘電体フィルム、ならびにコンデンサ、圧電材料は優れた特性を有するものであった。
実施例1と同様にしてぺロブスカイト型のBaTiO3微粒子粉体を得た。この粉体を300℃で2時間保持することで結晶化した。実施例1と同様にして調べたところ比表面積は45m2/g、c/a比は1.0000であった。この試料を実施例1と同様に赤外分光分析を行った。その結果、格子内水酸基に対応する3500cm-1付近の急峻な吸収ピークは現れなかった。
蓚酸水溶液を攪拌しながら80℃に加熱しそこにBaCl2とTiCl4の混合水溶液を滴下し蓚酸チタニルバリウムを得た。得られた試料から塩素を除去するため水洗を行なった後、これを950℃で熱分解することによりBaTiO3を得た。実施例1と同様に調べたところ比表面積は4m2/g、c/a比は1.0080であった。この試料に含まれる炭酸基の量を赤外分光分析装置で定量したところ炭酸バリウムに換算すると8質量%存在することがわかった。不純物として働く炭酸基が大量に生成するため正方晶化率が高くならなかった。同時に格子内水酸基に対応する3500cm-1付近に急峻な吸収ピークが存在した。25℃での誘電率は2000であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たした。
実施例1で合成したブルーカイト型酸化チタンゾル667gと水酸化バリウム八水和物592g(Ba/Tiモル比1.5)とイオン交換水を1Lとを3Lのオートクレーブに入れた後、150℃で1時間保持することで飽和蒸気圧下で水熱処理を行った。得られた試料中に含まれる過剰なバリウムを水洗後、800℃で2時間保持することにより結晶化させた。実施例1と同様に調べたところ比表面積は6.9m2/g、c/a比は1.0033であった。この試料を赤外分光分析装置で評価したところ3500cm-1付近に格子内水酸基の急峻な吸収がみられた。水熱合成法では格子内に水酸基を持ち込むために正方晶化率が低くなると推測される。25℃での誘電率は1200であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たさなかった。結晶性が低い事が原因でMgO、Ho2O3、BaSiO3がチタン酸バリウム内部まで拡散したためである。
TMAHを添加しないこと以外は実施例1と同様の操作でチタン酸バリウムを合成した。このときのpHは10.2であった。理論収量に対する実収量の割合は86%であった。pHが低くなると収率が下がり、実用的でないことがわかった。
TMAHの代わりにKOHを用いた以外は実施例1と同様の操作でチタン酸バリウムを合成した。理論収量に対する実収量の割合は99.9%であった。濾過した試料を水洗しK濃度を100ppmとした。この試料を800℃で2時間保持することにより結晶化させた試料に関して実施例1と同様に調べたところ比表面積は9m2/g、c/a比は1.0030であった。この試料を赤外分光分析装置で評価したところ3500cm-1付近に格子内水酸基の急峻な吸収がみられた。25℃での誘電率は900であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たさなかった。結晶性が低い事が原因でMgO、Ho2O3、BaSiO3がチタン酸バリウム内部まで拡散したためである。またBa/Tiモル比が洗浄前より0.007小さくなったことからKと同時にBaが溶出することが示唆された。
炭酸基濃度60質量ppmのTMAHの代わりに炭酸基濃度1000質量ppmのTMAHを用いた以外は実施例1と同様の操作でチタン酸バリウムを合成した。理論収量に対する実収量の割合は99.4%であった。880℃で2時間保持することにより結晶化させた試料に関して実施例1と同様に調べたところ比表面積は8.3m2/g、c/a比は1.0058であった。25℃での誘電率は1400であった。その時の温度特性はEIA規格のX7R特性を満たさなかった。結晶性が低い事が原因でMgO、Ho2O3、BaSiO3がチタン酸バリウム内部まで拡散したためである。
Claims (21)
- 単結晶であって、粒内に1nm以上の空孔が存在しない粒子が、粒子全体の20%以上であるチタン酸バリウム。
- 粒内に1nm以上の空孔が存在しない粒子が、粒子全体の50%以上である請求項1に記載のチタン酸バリウム。
- 粒内に1nm以上の空孔が存在しない粒子が、粒子全体の80%以上である請求項1に記載のチタン酸バリウム。
- BET比表面積が0.1m2/g以上である請求項1乃至3のいずれか1項に記載のチタン酸バリウム。
- 700℃で熱処理後、赤外分光分析法において3500cm−1付近に急峻なピークが検出されない請求項1乃至4のいずれか1項に記載のチタン酸バリウム。
- Sn,Zr,Ca,Sr,Pb,Ho,Nd,Y,La,Ce,Mg,Bi,Ni,Al,Si,Zn,B,Nb,W,Mn,Fe,Cu,及びDyからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素をBaTiO3に対して5mol%未満(0mol%を含む)含む請求項1乃至5のいずれか1項に記載のチタン酸バリウム。
- チタン酸バリウムが、粉体である請求項1乃至6のいずれか1項に記載のチタン酸バリウム。
- チタン酸バリウムが湿式合成されたものである請求項1乃至7のいずれか1項に記載のチタン酸バリウム。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含むスラリー。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含むペースト。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含む誘電材料。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含む誘電体磁器。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含む圧電材料。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含む圧電体磁器。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のチタン酸バリウムを含む誘電体フィルム。
- 請求項11に記載の誘電材料を含むコンデンサー。
- 請求項13に記載の圧電材料を含むコンデンサー。
- 請求項15に記載の誘電体フィルムを含むコンデンサー。
- 請求項15に記載の誘電体フィルムを含む基板内コンデンサー。
- 請求項15に記載の誘電体フィルムを含むプリント配線基板。
- 請求項16乃至19のいずれか1項に記載のコンデンサーを含む電子機器。
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