JP2023046256A - 誘電体組成物および電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】比較的低温で焼成しても焼結密度が高く、なおかつ比誘電率が高い新規な誘電体組成物を提供すること【解決手段】{BaxSr(1-x)}mTa4O12で表される主成分と、第1副成分とを含み、mは1.95≦m≦2.40であり、第1副成分はケイ素およびマンガンであり、誘電体組成物中の主成分の含有量を100モル部としたとき、誘電体組成物中のケイ素の含有量はSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、誘電体組成物中のマンガンの含有量はMnO換算で1.0~4.5モル部である誘電体組成物。【選択図】図1
Description
本発明は、誘電体組成物および電子部品に関する。
たとえば、特許文献1に示すように、鉛やアルカリ金属を含まずに、高い比誘電率を有する誘電体組成物が開発されている。
しかし、新たに開発されつつある新規な誘電体組成物は、高温で焼成しないと高密度の誘電体が得られないという課題がある。
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、比較的低温で焼成しても焼結密度が高く、なおかつ比誘電率が高い新規な誘電体組成物を提供することを目的とする。
本発明の第1の観点に係る誘電体組成物は、{BaxSr(1-x)}mTa4O12で表される主成分と、第1副成分とを含み、
前記mは1.95≦m≦2.40であり、
前記第1副成分はケイ素およびマンガンであり、
前記誘電体組成物中の前記主成分の含有量を100モル部としたとき、
前記誘電体組成物中のケイ素の含有量はSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、前記誘電体組成物中のマンガンの含有量はMnO換算で1.0~4.5モル部である。
前記mは1.95≦m≦2.40であり、
前記第1副成分はケイ素およびマンガンであり、
前記誘電体組成物中の前記主成分の含有量を100モル部としたとき、
前記誘電体組成物中のケイ素の含有量はSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、前記誘電体組成物中のマンガンの含有量はMnO換算で1.0~4.5モル部である。
本発明の第1の観点に係る誘電体組成物は、比較的低温(たとえば1200~1355℃)で焼成しても、焼結密度が高いと共に、比誘電率も高い。その理由としては必ずしも定かではないが、下記の理由が考えられる。mが上記の範囲内であり、誘電体組成物に所定量のケイ素およびマンガンが含まれることにより、焼結開始温度が低温化する作用が得られると考えられる。これにより、比較的低温で焼成しても高い焼結密度が得られ易くなると共に、比誘電率も向上したものと考えられる。
前記mは2.10≦m≦2.40であることが好ましい。これにより、主成分と第1副成分との濡れ性が向上すると共に、焼結開始温度が低温化する効果が得られると考えられる。これにより、低温でもより高い焼結密度が得られると共に、比誘電率もより向上する。
好ましくは、前記誘電体組成物は、第2副成分としてバナジウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびタングステンからなる群から選ばれる少なくとも1つ、を含み、
前記誘電体組成物中の前記主成分の含有量を100モル部としたとき、
前記誘電体組成物には、バナジウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびタングステンからなる群から選ばれる少なくとも1つが所定の酸化物換算で0.25~1.0モル部含まれ、
バナジウムの含有量はV2O5換算であり、
マグネシウムの含有量はMgO換算であり、
ジルコニウムの含有量はZrO2換算であり、
タングステンの含有量はWO3換算である。
前記誘電体組成物中の前記主成分の含有量を100モル部としたとき、
前記誘電体組成物には、バナジウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびタングステンからなる群から選ばれる少なくとも1つが所定の酸化物換算で0.25~1.0モル部含まれ、
バナジウムの含有量はV2O5換算であり、
マグネシウムの含有量はMgO換算であり、
ジルコニウムの含有量はZrO2換算であり、
タングステンの含有量はWO3換算である。
誘電体組成物に第2副成分が上記の範囲内で含まれることにより、焼結開始温度がより低下する。これにより、焼結密度がさらに向上すると共に、比誘電率がさらに向上する。また、誘電体組成物に第2副成分が上記の範囲内で含まれることにより、耐還元性が向上する効果が得られる。その結果、比抵抗がさらに向上する。
本発明の第2の観点に係る誘電体組成物は、{BaxSr(1-x)}mTa4O12で表される主成分と、第1副成分とを含み、
前記mは1.95≦m≦2.40であり、
前記第1副成分はケイ素およびマンガンであり、
前記誘電体組成物中の前記主成分の含有量を100モル部としたとき、
前記誘電体組成物中のケイ素の含有量はSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、
前記誘電体組成物中のマンガンの含有量はMnO換算で5.0~40.0モル部である。
前記mは1.95≦m≦2.40であり、
前記第1副成分はケイ素およびマンガンであり、
前記誘電体組成物中の前記主成分の含有量を100モル部としたとき、
前記誘電体組成物中のケイ素の含有量はSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、
前記誘電体組成物中のマンガンの含有量はMnO換算で5.0~40.0モル部である。
本発明の第2の観点に係る誘電体組成物は、比較的より低温(たとえば1150~1250℃)で焼成しても、焼結密度が高いと共に、比誘電率も高い。その理由としては必ずしも定かではないが、下記の理由が考えられる。mが上記の範囲内であり、誘電体組成物に所定量のケイ素およびマンガンが含まれることにより、焼結開始温度が低温化する作用が得られると考えられる。これにより、比較的より低温で焼成しても高い焼結密度が得られ易くなると共に、比誘電率も向上したものと考えられる。
前記mは2.10≦m≦2.40であることが好ましい。これにより、主成分と第1副成分との濡れ性が向上すると共に、焼結開始温度が低温化する効果が得られると考えられる。これにより、低温でもより高い焼結密度が得られると共に、比誘電率もより向上する。
好ましくは、前記誘電体組成物は、第2副成分としてバナジウム、マグネシウム、ジルコニウム、タングステンおよび希土類元素からなる群から選ばれる少なくとも1つ、を含み、
前記誘電体組成物中の前記主成分の含有量を100モル部としたとき、
前記誘電体組成物には、バナジウム、マグネシウム、ジルコニウム、タングステンおよび希土類元素からなる群から選ばれる少なくとも1つが所定の酸化物換算で0.25~10.0モル部含まれ、
バナジウムの含有量はV2O5換算であり、
マグネシウムの含有量はMgO換算であり、
ジルコニウムの含有量はZrO2換算であり、
タングステンの含有量はWO3換算であり、
REで表される希土類元素の含有量はRE2O3換算である。
前記誘電体組成物中の前記主成分の含有量を100モル部としたとき、
前記誘電体組成物には、バナジウム、マグネシウム、ジルコニウム、タングステンおよび希土類元素からなる群から選ばれる少なくとも1つが所定の酸化物換算で0.25~10.0モル部含まれ、
バナジウムの含有量はV2O5換算であり、
マグネシウムの含有量はMgO換算であり、
ジルコニウムの含有量はZrO2換算であり、
タングステンの含有量はWO3換算であり、
REで表される希土類元素の含有量はRE2O3換算である。
誘電体組成物に第2副成分が上記の範囲内で含まれることにより、焼結開始温度がより低下する。これにより、焼結密度がさらに向上すると共に、比誘電率がさらに向上する。また、誘電体組成物に第2副成分が上記の範囲内で含まれることにより、耐還元性が向上する効果が得られる。その結果、比抵抗がさらに向上する。
本発明に係る誘電体組成物は、実質的にニオブ、アルカリ金属および鉛を含まないことが好ましい。
高い比誘電率を示す誘電体組成物としては、ニオブを主成分とする(Sr,Ba)Nb2O6、アルカリ金属を含む(Na,K)NbO3、鉛を含むPb(Zr,Ti)O3が挙げられる。
本発明に係る誘電体組成物は、ニオブを実質的に含まないことにより、酸素欠陥が生じ難い。言い換えると、価数の変化が抑制されている。このため、還元焼成しても価数が変わり難く、比抵抗の低下が抑えられており、広い温度範囲において高い比抵抗を示すことができると考えられる。また、同様の理由から、低誘電損失を示すことができると考えられる。
また、本発明に係る誘電体組成物は、アルカリ金属を実質的に含まないため、アルカリ金属の蒸発による、誘電体組成物の組成ずれや、炉の汚染を防ぐことができる。
さらに、RoHS(Restriction of Hazardous Substances Directive(危険物質に関する制限令))などで鉛の使用が規制されているが、本発明に係る誘電体組成物は鉛を実質的に含まない。
また、本発明に係る電子部品は、上記の誘電体組成物を備える。
[第1実施形態]
<積層セラミックコンデンサ>
本実施形態に係る電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサ1が図1に示される。積層セラミックコンデンサ1は、誘電体層2と、内部電極層3と、が交互に積層された構成の素子本体10を有する。この素子本体10の両端部には、素子本体10の内部で交互に配置された内部電極層3と各々導通する一対の外部電極4が形成してある。素子本体10の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、素子本体10の寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよい。
<積層セラミックコンデンサ>
本実施形態に係る電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサ1が図1に示される。積層セラミックコンデンサ1は、誘電体層2と、内部電極層3と、が交互に積層された構成の素子本体10を有する。この素子本体10の両端部には、素子本体10の内部で交互に配置された内部電極層3と各々導通する一対の外部電極4が形成してある。素子本体10の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、素子本体10の寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよい。
<誘電体層>
誘電体層2は、後述する本実施形態に係る誘電体組成物から構成されている。
誘電体層2は、後述する本実施形態に係る誘電体組成物から構成されている。
誘電体層2の1層あたりの厚み(層間厚み)は特に限定されず、所望の特性や用途等に応じて設定することができる。通常は、層間厚みは30μm以下であることが好ましく、より好ましくは15μm以下であり、さらに好ましくは10μm以下である。
<内部電極層>
本実施形態では、内部電極層3は、各端部が素子本体10の対向する2端面の表面に交互に露出するように積層してある。
本実施形態では、内部電極層3は、各端部が素子本体10の対向する2端面の表面に交互に露出するように積層してある。
内部電極層3に含有される導電材としては特に限定されない。導電材として用いられる金属としては、たとえばパラジウム、白金、銀-パラジウム合金、ニッケル、ニッケル系合金、銅、銅系合金等が挙げられる。なお、ニッケル、ニッケル系合金、銅または銅系合金中には、リンおよび/または硫黄等の各種微量成分が0.1質量%程度以下含まれていてもよい。また、内部電極層3は、市販の電極用ペーストを使用して形成してもよい。内部電極層3の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよい。
<外部電極>
外部電極4に含有される導電材は特に限定されない。たとえばニッケル、銅、スズ、銀、パラジウム、白金、金あるいはこれらの合金、導電性樹脂等公知の導電材を用いればよい。外部電極4の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよい。
外部電極4に含有される導電材は特に限定されない。たとえばニッケル、銅、スズ、銀、パラジウム、白金、金あるいはこれらの合金、導電性樹脂等公知の導電材を用いればよい。外部電極4の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよい。
<誘電体組成物>
本実施形態に係る誘電体層2を構成する誘電体組成物は、バリウムおよびストロンチウムのうち少なくともいずれか1つと、タンタルと、を主成分として含む。
本実施形態に係る誘電体層2を構成する誘電体組成物は、バリウムおよびストロンチウムのうち少なくともいずれか1つと、タンタルと、を主成分として含む。
本実施形態に係る誘電体組成物の主成分は、ストロンチウムを含むことが好ましく、ストロンチウムとバリウムの両方を含むことが好ましい。
本実施形態に係る誘電体組成物の主成分は{BaxSr(1-x)}mTa4O12で表される。
xは0.75以下であることが好ましく、0.75未満であることがより好ましく、0.1~0.50であることがさらに好ましい。
mは1.95≦m≦2.40であることが好ましく、2.10≦m≦2.40であることがより好ましい。
本実施形態に係る誘電体組成物の主成分の結晶の結晶系は特に限定されないが、正方晶系または直方晶系であることが好ましく、正方晶系であることがより好ましい。
なお、本実施形態では、誘電体組成物に含まれる酸素以外の元素を100モル部としたとき、主成分を構成する酸素以外の元素が50~99.5モル部を占める。
また、本実施形態に係る誘電体組成物は、ニオブ、アルカリ金属および鉛を実質的に含まない。「ニオブ、アルカリ金属および鉛を実質的に含まない」とは、誘電体組成物に含まれる酸素以外の元素を100モル部としたとき、「ニオブ、アルカリ金属および鉛」の合計が10モル部以下であることであり、好ましくは5モル部以下であることを言う。
本実施形態に係る誘電体組成物は、第1副成分としてケイ素およびマンガンを含む。
誘電体組成物中の主成分の含有量を100モル部としたとき、誘電体組成物中のケイ素の含有量はSiO2酸化物換算で5.0~20.0モル部であり、好ましくは10.0~17.5モル部である。すなわち、ケイ素の含有量はケイ素の原子価を4価としたときの酸化物換算で求められる。
誘電体組成物中の主成分の含有量を100モル部としたとき、誘電体組成物中のマンガンの含有量はMnO換算で1.0~4.5モル部であり、好ましくは2.0~4.5モル部である。すなわち、マンガンの含有量はマンガンの原子価を2価としたときの酸化物換算で求められる。
本実施形態に係る誘電体組成物は、第2副成分としてバナジウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびタングステンからなる群から選ばれる少なくとも1つ、を含むことが好ましい。
具体的には、誘電体組成物中の主成分の含有量を100モル部としたとき、誘電体組成物には、バナジウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびタングステンからなる群から選ばれる少なくとも1つが所定の酸化物換算で0.25~10.0モル部含まれることが好ましい。
バナジウムの含有量はV2O5換算である。すなわち、バナジウムの含有量はバナジウムの原子価を5価としたときの酸化物換算で求められる。
マグネシウムの含有量はMgO換算である。すなわち、マグネシウムの含有量はマグネシウムの原子価を2価としたときの酸化物換算で求められる。
ジルコニウムの含有量はZrO2換算である。すなわち、ジルコニウムの含有量はジルコニウムの原子価を4価としたときの酸化物換算で求められる。
タングステンの含有量はWO3換算である。すなわち、タングステンの含有量はタングステンの原子価を6価としたときの酸化物換算で求められる。
本実施形態に係る誘電体組成物は上記の主成分、第1副成分および第2副成分の他、アルミニウム、カルシウム、クロム、希土類元素などを含んでいてもよい。
<積層セラミックコンデンサの製造方法>
次に、図1に示す積層セラミックコンデンサ1の製造方法の一例について説明する。
次に、図1に示す積層セラミックコンデンサ1の製造方法の一例について説明する。
本実施形態では、上記の誘電体組成物を構成する主成分の粉末と第1副成分および第2副成分の粉末とをそれぞれ用意する。主成分の粉末の作製方法は特に限定されないが、仮焼きなどの固相反応法で作製することができる。主成分の粉末ならびに第1副成分および第2副成分の粉末を構成する各元素の原料としては特に限定されず、各元素の酸化物を用いることができる。また、焼成により各元素の酸化物を得ることができる各種化合物を用いることができる。
主成分の粉末ならびに第1副成分および第2副成分の粉末の原料を所定の割合に秤量した後、ボールミル等を用いて所定の時間、湿式混合を行う。混合粉を乾燥後、大気中において700~1300℃の範囲で熱処理を行い、主成分ならびに第1副成分および第2副成分の仮焼き粉末を得る。また、仮焼き粉末はボールミル等を用いて所定の時間、粉砕を行ってもよい。
続いて、グリーンチップを作製するためのペーストを調製する。得られた仮焼き粉末と、溶剤と、を混練し塗料化して誘電体層用ペーストを調製する。バインダおよび溶剤は、公知のものを用いればよい。
誘電体層用ペーストは、必要に応じて、可塑剤や分散剤等の添加物を含んでもよい。
内部電極層用ペーストは、上述した導電材の原料と、バインダと、溶剤と、を混練して得られる。バインダおよび溶剤は、公知のものを用いればよい。内部電極層用ペーストは、必要に応じて、共材や可塑剤等の添加物を含んでもよい。
外部電極用ペーストは、内部電極層用ペーストと同様にして調製することができる。
得られた各ペーストを用いて、グリーンシートおよび内部電極パターンを形成し、これらを積層してグリーンチップを得る。
得られたグリーンチップに対し、必要に応じて、脱バインダ処理を行う。脱バインダ処理条件は、たとえば、保持温度を好ましくは200~350℃とする。
脱バインダ処理後、グリーンチップの焼成を行い、素子本体10を得る。本実施形態では、焼成時の雰囲気は特に限定されず、空気中であってもよいし、還元雰囲気下であってもよい。本実施形態では、焼成時の保持温度は、たとえば1200~1355℃である。
焼成後、得られた素子本体10に対し、必要に応じて、再酸化処理(アニール)を行う。アニール条件は、たとえば、アニール時の酸素分圧を焼成時の酸素分圧よりも高い酸素分圧とし、保持温度を1150℃以下とすることが好ましい。
上記のようにして得られた素子本体10の誘電体層2を構成する誘電体組成物は、上述した誘電体組成物である。この素子本体10に端面研磨を施し、外部電極用ペーストを塗布して焼き付けし、外部電極4を形成する。そして、必要に応じて、外部電極4の表面に、めっき等により被覆層を形成する。
このようにして、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ1が製造される。
本実施形態に係る誘電体組成物は、主成分として{BaxSr(1-x)}mTa4O12を含み、mが所定の範囲内であり、第1副成分として所定量のケイ素およびマンガンを含むことで、比較的低温(たとえば1200~1355℃)で誘電体組成物を焼成して焼結させても、焼結密度が高く、なおかつ比誘電率が高い誘電体組成物を得ることができる。
その理由としては必ずしも定かではないが、下記の理由が考えられる。mが上記の範囲内であり、誘電体組成物に所定量のケイ素およびマンガンが含まれることにより、焼結開始温度が低温化する作用が得られると考えられる。これにより、比較的低温で焼成しても高い焼結密度が得られ易くなると共に、比誘電率も向上したものと考えられる。
また、本実施形態によれば、実質的にニオブ、アルカリ金属および鉛を含まず、高密度、高比誘電率、低誘電損失および高比抵抗を示す誘電体組成物を得ることができる。
タンタルを含み、なおかつニオブを実質的に含まない本実施形態に係る誘電体組成物は、タンタルを含まず、なおかつニオブを含む従来の誘電体組成物に比べて高比誘電率、低誘電損失および高比抵抗を示す傾向となる。その理由としては、酸化タンタル(Ta2O5)は酸化ニオブ(Nb2O5)に比べて酸素欠陥が生じにくいことが考えられる。
誘電特性は、絶縁体であることを前提とする特性である。したがって、誘電体組成物が半導体化または導体化しないように、誘電体組成物は高い抵抗を有していることが求められる。そして、上記の通り酸化タンタル(Ta2O5)は酸化ニオブ(Nb2O5)に比べて酸素欠陥が生じにくい。言い換えると、価数の変化が制御されている。このため、比抵抗の低下が抑えられており、高い温度範囲において高い比抵抗を示すことができると考えられる。また、同様の理由から、低誘電損失を示すことができると考えられる。
[第2実施形態]
<薄膜キャパシタ>
本実施形態に係る薄膜キャパシタ11の模式図を図2に示す。図2に示す薄膜キャパシタ11は、基板111上に下部電極112、誘電体薄膜113の順に形成され、誘電体薄膜113の表面に上部電極114を備える。
<薄膜キャパシタ>
本実施形態に係る薄膜キャパシタ11の模式図を図2に示す。図2に示す薄膜キャパシタ11は、基板111上に下部電極112、誘電体薄膜113の順に形成され、誘電体薄膜113の表面に上部電極114を備える。
基板111の材質には特に制限はないが、基板111としてケイ素単結晶基板を用いることが入手容易性およびコスト性に優れている。フレキシビリティを重視する場合にはニッケル箔や銅箔を基板として使用することもできる。
下部電極112および上部電極114の材質に特に制限はなく、電極として機能すればよい。たとえば、白金、銀、ニッケルなどが挙げられる。下部電極112の厚みは特に限定されず、たとえば0.01~10μmである。上部電極114の厚みも特に限定されず、たとえば0.01~10μmである。
本実施形態に係る誘電体薄膜113を構成する誘電体組成物の組成および主成分の結晶系は第1実施形態と同様である。
誘電体薄膜113の厚さには特に制限はないが、好ましくは10nm~1μmである。
<薄膜キャパシタの製造方法>
次に、薄膜キャパシタ11の製造方法について説明する。
次に、薄膜キャパシタ11の製造方法について説明する。
最終的に誘電体薄膜113となる薄膜の成膜方法に特に制限はない。たとえば、真空蒸着法、スパッタリング法、PLD法(パルスレーザー蒸着法)、MO-CVD法(有機金属化学気相成長法)、MOD法(有機金属分解法)、ゾル・ゲル法、CSD法(化学溶液堆積法)などが例示される。
また、成膜時に使用する原料には微少な不純物や副成分が含まれている場合があるが、薄膜の性能を大きく損なわない程度の量であれば特に問題はない。また、本実施形態に係る誘電体薄膜113も、性能を大きく損なわない程度に微少な不純物や副成分を含んでいても構わない。
本実施形態ではPLD法による成膜方法について説明する。
まず、基板111としてケイ素単結晶基板を準備する。次に、ケイ素単結晶基板上にSiO2、TiOx、白金の順に成膜し、白金からなる下部電極112を形成する。下部電極112を形成する方法には特に制限はない。たとえば、スパッタリング法やCVD法などが挙げられる。
次に、下部電極112上にPLD法で誘電体薄膜113を成膜する。また、下部電極112の一部を露出させるためにメタルマスクを使用して薄膜が一部成膜されない領域を形成してもよい。
PLD法では、まず、目的とする誘電体薄膜113の構成元素を含むターゲットを成膜室内に設置する。次に、ターゲットの表面上にパルスレーザーを照射する。パルスレーザーの強いエネルギーによりターゲットの表面を瞬時に蒸発させる。そして、ターゲットと対向するように配置した基板上に蒸発物を堆積させて誘電体薄膜113を成膜する。
ターゲットの種類に特に制限はなく、作製する誘電体薄膜113の構成元素を含む金属酸化物焼結体の他、合金などを用いることができる。また、ターゲットにおいては各元素が平均的に分布していることが好ましいが、得られる誘電体薄膜113の品質に影響がない範囲で分布にばらつきがあってもよい。
ターゲットは必ずしも一つである必要はなく、誘電体薄膜113の構成元素の一部を含むターゲットを複数用意して成膜に用いることも可能である。ターゲットの形状にも制限はなく、使用する成膜装置に適した形状とすればよい。
また、PLD法の際には、成膜する誘電体薄膜113を結晶化させるために成膜時に基板111を赤外線レーザーで加熱することが好ましい。基板111の加熱温度は誘電体薄膜113および基板111の構成元素および組成等により変化するが、たとえば、600~800℃となるように加熱して成膜を行う。基板111の温度を適温とすることで、誘電体薄膜113が結晶化しやすくなるとともに冷却時に生じる割れの発生を防止することができる。
最後に、誘電体薄膜113上に上部電極114を形成することで、薄膜キャパシタ11を製造することができる。なお、上部電極114の材質に特に制限はなく、銀、金、銅等を用いることができる。また、上部電極114の形成方法にも特に制限はない。たとえば、蒸着やスパッタリング法により形成することができる。
[第3実施形態]
以下、第3実施形態について説明するが、特に記載のない点については第1実施形態と同様である。
以下、第3実施形態について説明するが、特に記載のない点については第1実施形態と同様である。
本実施形態では、誘電体組成物中の主成分の含有量を100モル部としたとき、誘電体組成物中のマンガンの含有量はMnO換算で5.0~40.0モル部であり、好ましくは7.5~30.0モル部である。
本実施形態に係る誘電体組成物は、第2副成分としてバナジウム、マグネシウム、ジルコニウム、タングステンおよび希土類元素からなる群から選ばれる少なくとも1つ、を含むことが好ましい。
具体的には、誘電体組成物中の主成分の含有量を100モル部としたとき、誘電体組成物には、バナジウム、マグネシウム、ジルコニウム、タングステンおよび希土類元素からなる群から選ばれる少なくとも1つが所定の酸化物換算で0.25~10.0モル部含まれることが好ましい。
希土類元素は「RE」で表される。希土類元素(RE)の含有量はRE2O3換算である。すなわち、希土類元素の含有量は希土類元素の原子価を3価としたときの酸化物換算で求められる。
希土類元素としては、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuが挙げられ、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
本実施形態に係る誘電体組成物は上記の主成分、第1副成分および第2副成分の他、アルミニウム、カルシウム、クロム、チタン、ハフニウム、モリブデンなどを含んでいてもよい。
本実施形態では、焼成時の保持温度は、たとえば1150~1250℃である。
本実施形態に係る誘電体組成物は、主成分として{BaxSr(1-x)}mTa4O12を含み、mが所定の範囲内であり、第1副成分として所定量のケイ素およびマンガンを含むことで、比較的より低温(たとえば1150~1250℃)で誘電体組成物を焼成して焼結させても、焼結密度が高く、なおかつ比誘電率が高い誘電体組成物を得ることができる。
その理由としては必ずしも定かではないが、下記の理由が考えられる。mが上記の範囲内であり、誘電体組成物に所定量のケイ素およびマンガンが含まれることにより、焼結開始温度が低温化する作用が得られると考えられる。これにより、比較的より低温で焼成しても高い焼結密度が得られ易くなると共に、比誘電率も向上したものと考えられる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々異なる態様で実施し得ることは勿論である。
上述した実施形態では、本発明に係る電子部品が積層セラミックコンデンサである場合について説明したが、本発明に係る電子部品は、積層セラミックコンデンサに限定されず、上述した誘電体組成物を有する電子部品であれば何でもよい。
たとえば、上述した誘電体組成物から成る単層の誘電体基板に一対の電極が形成された単板型のセラミックコンデンサであってもよい。
また、本発明に係る電子部品は、コンデンサの他、フィルター、ダイプレクサ、共振器、発信子、アンテナなどであってもよい。
以下、実施例および比較例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
誘電体組成物の主成分の出発原料として、炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)および酸化タンタル(Ta2O5)の粉末を準備した。{BaxSr(1-x)}mTa4O12で表される主成分の組成のxが表1、表2、表4および表5では0.5となり、表3または表6では表3または表6に記載の通りになるように、また、mが表1~表6に記載の通りになるように、準備した主成分の出発原料を秤量した。
また、誘電体組成物の第1副成分および第2副成分の出発原料として、各原料粉末を準備して焼成後の第1副成分および第2副成分の含有量が表1~表6に記載の通りになるように、準備した第1副成分および第2副成分の出発原料を秤量した。なお、「第1副成分および第2副成分の含有量」とは、「誘電体組成物中の主成分の含有量を100モル部としたときの誘電体組成物中の第1副成分および第2副成分の所定の酸化物換算での含有量」である。
次に、秤量した各粉末を、分散媒としてのイオン交換水を用いてボールミルにより湿式混合し、混合物を乾燥して混合原料粉末を得た。その後、得られた混合原料粉末を、大気中において保持温度900℃、保持時間2時間の条件で熱処理を行い、仮焼き粉末を得た。
得られた仮焼き粉末を分散媒としてのイオン交換水を用いてボールミルにより湿式粉砕し、乾燥し、誘電体原料を得た。
得られた誘電体原料100質量部に対して、バインダとしてのポリビニルアルコール樹脂を6質量部含む水溶液を10質量部加えて造粒し、造粒粉を得た。
得られた造粒粉をφ12mmの金型に投入し、0.6ton/cm2の圧力で仮プレス成形し、さらに、1.2ton/cm2の圧力で本プレス成形して、円盤状のグリーン成型体を得た。
次いで、得られたグリーン成型体について、脱バインダ処理、焼成およびアニールを下記条件にて行って、素子本体を得た。
脱バインダ処理条件は、保持温度:400℃、温度保持時間:2時間、雰囲気:空気中とした。
表1~表3の各試料では焼成時の保持温度を1350℃とした。また、表4~6の各試料では焼成時の保持温度を1250℃とした。それ以外の焼成条件は、温度保持時間:2時間、雰囲気:加湿したN2+H2混合ガス(酸素分圧が10-12MPa)とした。なお、焼成の際の雰囲気ガスの加湿には、ウェッターを用いた。
アニール条件は、保持温度:1050℃、温度保持時間:2時間、雰囲気ガス:加湿したN2ガス(酸素分圧:10-7MPa)とした。なお、アニールの際の雰囲気ガスの加湿には、ウェッターを用いた。
得られた焼結体(誘電体組成物)の焼結密度、比誘電率および比抵抗を下記の方法により調べた。なお、比誘電率および比抵抗の測定のために、上記の誘電体組成物(焼結体)にIn-Ga電極を塗布し、円盤状のセラミックコンデンサの試料(コンデンサ試料)を得た。
<焼結密度>
誘電体組成物の焼結密度は以下のようにして測定した。まず、誘電体組成物の体積Vを算出した。続いて、円盤状の誘電体組成物の質量Mを測定し、M/Vを計算することで誘電体組成物の焼結密度を得た。結果を表1~表6に示す。
誘電体組成物の焼結密度は以下のようにして測定した。まず、誘電体組成物の体積Vを算出した。続いて、円盤状の誘電体組成物の質量Mを測定し、M/Vを計算することで誘電体組成物の焼結密度を得た。結果を表1~表6に示す。
<比誘電率>
コンデンサ試料に対し、室温(20℃)において、デジタルLCRメータ(YHP社製4284A)にて、周波数1kHz、入力信号レベル(測定電圧)1Vrmsの信号を入力し、静電容量Cを測定した。そして、比誘電率を、誘電体組成物の厚みと、有効電極面積と、測定の結果得られた静電容量Cとに基づき算出した。結果を表1~表6に示す。
コンデンサ試料に対し、室温(20℃)において、デジタルLCRメータ(YHP社製4284A)にて、周波数1kHz、入力信号レベル(測定電圧)1Vrmsの信号を入力し、静電容量Cを測定した。そして、比誘電率を、誘電体組成物の厚みと、有効電極面積と、測定の結果得られた静電容量Cとに基づき算出した。結果を表1~表6に示す。
<比抵抗>
コンデンサ試料に対して、基準温度(25℃)において、デジタル抵抗メータ(ADVANTEST社製R8340)を用いて絶縁抵抗を測定した。得られた絶縁抵抗と、有効電極面積と、誘電体組成物の厚みとから、比抵抗を算出した。結果を表1~表6に示す。
コンデンサ試料に対して、基準温度(25℃)において、デジタル抵抗メータ(ADVANTEST社製R8340)を用いて絶縁抵抗を測定した。得られた絶縁抵抗と、有効電極面積と、誘電体組成物の厚みとから、比抵抗を算出した。結果を表1~表6に示す。
表1~表3より、{BaxSr(1-x)}mTa4O12のmが1.95≦m≦2.40であり、ケイ素の含有量がSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、マンガンの含有量がMnO換算で1.0~4.5モル部である場合(試料番号5~11、16~21、25~30、32~47、48~51)は焼結密度が6.50g/cm3以上であり、比誘電率が70以上であり、比抵抗が1.0×1011以上であることが確認できた。
表1~表3より、{BaxSr(1-x)}mTa4O12のmが2.10≦m≦2.40であり、ケイ素がSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、マンガンの含有量がMnO換算で1.0~4.5モル部である場合(試料番号8~11、35~47、48~51)は焼結密度が7.00g/cm3以上であり、比誘電率が100以上であり、比抵抗が1.0×1011以上であることが確認できた。
表1~表3より、{BaxSr(1-x)}mTa4O12のmが2.10≦m≦2.40であり、ケイ素の含有量がSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、マンガンの含有量がMnO換算で1.0~4.5モル部であり、さらにバナジウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびタングステンのうち少なくとも1つの含有量が所定の酸化物換算で0.25~1.0モル部の場合(試料番号39~試料番号47)は焼結密度が7.00g/cm3以上であり、比誘電率が120以上であり、比抵抗が1.0×1012以上であることが確認できた。
表4~表6より、{BaxSr(1-x)}mTa4O12のmが1.95≦m≦2.40であり、ケイ素の含有量がSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、マンガンの含有量がMnO換算で5.0~40.0モル部である場合(試料番号15~111、116~121、125~132、134~158、161~164)は焼結密度が6.50g/cm3以上であり、比誘電率が70以上であり、比抵抗が1.0×1011以上であることが確認できた。
表4~表6より、{BaxSr(1-x)}mTa4O12のmが2.10≦m≦2.40であり、ケイ素がSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、マンガンの含有量がMnO換算で5.0~40.0モル部である場合(試料番号18~111、137~158、161~164)は焼結密度が7.00g/cm3以上であり、比誘電率が100以上であり、比抵抗が1.0×1011以上であることが確認できた。
表4~表6より、{BaxSr(1-x)}mTa4O12のmが2.10≦m≦2.40であり、ケイ素の含有量がSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、マンガンの含有量がMnO換算で5.0~40.0モル部であり、さらにバナジウム、マグネシウム、ジルコニウム、タングステンおよび希土類元素のうち少なくとも1つの含有量が所定の酸化物換算で0.25~10.0モル部の場合(試料番号141~158)は焼結密度が7.00g/cm3以上であり、比誘電率が120以上であり、比抵抗が1.0×1012以上であることが確認できた。
1… 積層セラミックコンデンサ
10… 素子本体
2… 誘電体層
3… 内部電極層
4… 外部電極
11… 薄膜キャパシタ
111… 基板
112… 下部電極
113… 多結晶誘電体薄膜
114… 上部電極
10… 素子本体
2… 誘電体層
3… 内部電極層
4… 外部電極
11… 薄膜キャパシタ
111… 基板
112… 下部電極
113… 多結晶誘電体薄膜
114… 上部電極
Claims (7)
- {BaxSr(1-x)}mTa4O12で表される主成分と、第1副成分とを含み、前記mは1.95≦m≦2.40であり、
前記第1副成分はケイ素およびマンガンであり、
前記誘電体組成物中の前記主成分の含有量を100モル部としたとき、
前記誘電体組成物中のケイ素の含有量はSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、前記誘電体組成物中のマンガンの含有量はMnO換算で1.0~4.5モル部である誘電体組成物。 - 前記mは2.10≦m≦2.40である請求項1に記載の誘電体組成物。
- 前記誘電体組成物は、第2副成分としてバナジウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびタングステンからなる群から選ばれる少なくとも1つ、を含み、
前記誘電体組成物中の前記主成分の含有量を100モル部としたとき、
前記誘電体組成物には、バナジウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびタングステンからなる群から選ばれる少なくとも1つが所定の酸化物換算で0.25~1.0モル部含まれ、
バナジウムの含有量はV2O5換算であり、
マグネシウムの含有量はMgO換算であり、
ジルコニウムの含有量はZrO2換算であり、
タングステンの含有量はWO3換算である請求項1に記載の誘電体組成物。 - {BaxSr(1-x)}mTa4O12で表される主成分と、第1副成分とを含み、前記mは1.95≦m≦2.40であり、
前記第1副成分はケイ素およびマンガンであり、
前記誘電体組成物中の前記主成分の含有量を100モル部としたとき、
前記誘電体組成物中のケイ素の含有量はSiO2換算で5.0~20.0モル部であり、
前記誘電体組成物中のマンガンの含有量はMnO換算で5.0~40.0モル部である誘電体組成物。 - 前記mは2.10≦m≦2.40である請求項4に記載の誘電体組成物。
- 前記誘電体組成物は、第2副成分としてバナジウム、マグネシウム、ジルコニウム、タングステンおよび希土類元素からなる群から選ばれる少なくとも1つ、を含み、
前記誘電体組成物中の前記主成分の含有量を100モル部としたとき、
前記誘電体組成物には、バナジウム、マグネシウム、ジルコニウム、タングステンおよび希土類元素からなる群から選ばれる少なくとも1つが所定の酸化物換算で0.25~10.0モル部含まれ、
バナジウムの含有量はV2O5換算であり、
マグネシウムの含有量はMgO換算であり、
ジルコニウムの含有量はZrO2換算であり、
タングステンの含有量はWO3換算であり、
REで表される希土類元素の含有量はRE2O3換算である請求項4に記載の誘電体組成物。 - 請求項1~6のいずれかに記載の誘電体組成物を備える電子部品。
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---|---|---|---|
US17/945,593 US20230085744A1 (en) | 2021-09-22 | 2022-09-15 | Dielectric composition and electronic component |
CN202211122354.4A CN115910604A (zh) | 2021-09-22 | 2022-09-15 | 电介质组成物和电子部件 |
Applications Claiming Priority (4)
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JP2021154490 | 2021-09-22 | ||
JP2021154490 | 2021-09-22 | ||
JP2022016585 | 2022-02-04 | ||
JP2022016585 | 2022-02-04 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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-
2022
- 2022-07-28 JP JP2022120498A patent/JP2023046256A/ja active Pending
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