JP5035278B2 - 誘電体磁器組成物および電子部品 - Google Patents
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Description
本発明は、誘電体磁器組成物に関し、さらに詳しくは、比較的高い比誘電率（たとえば、６００以上）を示すとともに、誘電損失が小さく（たとえば１００ＫＨｚにおいて０．３％以下）、容量温度特性に優れた（たとえば、ＪＩＳ規格のＳＬ特性を満足）誘電体磁器組成物に関する。また、本発明は、上記誘電体磁器組成物を用いた電子部品、特にセラミックコンデンサに関する。
近年、急速に進む電気機器の高性能化に伴い、電気回路の小型化、複雑化もまた急速に進んでいる。そのため、電子部品もより一層の小型化、高性能化が求められている。すなわち、良好な温度特性を維持しつつ、小型化においても静電容量を維持するために、誘電率が高い誘電体磁器組成物及び電子部品が求められている。
セラミックコンデンサなどに用いられる誘電体磁器組成物としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３ ）などの高誘電率系が知られている。この種の組成物では、比誘電率εｒを高くできるが、容量温度変化率が大きい。
また、誘電体磁器組成物としては、ジルコン酸カルシウム（ＣａＺｒＯ３ ）、ジルコン酸ストロンチウム（ＳｒＺｒＯ３ ）、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３ ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３ ）、ジルコン酸ストロンチウムカルシウム（ＣａＳｒＺｒＯ３ ）などの温度補償用も知られている。この主の組成物は、容量温度変化率が非常に小さく、カップリング回路、音響回路または画像処理回路などに用いることができる。しかしながら、常誘電体であるが故に、比誘電率εｒが３０〜２００と低く、高容量のコンデンサを得ることが困難である。
たとえば、特許文献１には、特定組成の（ＳｒＣａ）（ＴｉＺｒ）Ｏ３と、Ｌｉ２ＳｉＯ３およびアルカリ土類フッ化物からなる温度補償用磁器組成物が開示されている。
しかし、上記特許文献１に記載の誘電体磁器組成物では、比誘電率εｒが最大でも３１０程度であり、小型化の上ではなお不十分であった。
本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであって、比較的高い比誘電率（たとえば、６００以上）を示すとともに、誘電損失が小さく（たとえば１００ＫＨｚにおいて０．３％以下）、容量温度特性に優れた（たとえば、ＪＩＳ規格のＳＬ特性を満足）誘電体磁器組成物を提供することを目的としている。
上記課題を解決する本発明は、下記事項を要旨として含む。
（１）ＳｒＴｉＯ３：５０．４７〜５５．４８重量％、
ＣａＴｉＯ３：１４．３０〜２１．３６重量％、
Ｂｉ２Ｏ３：１６．７０〜１９．４０重量％、
ＴｉＯ２：８．２９〜１０．０１重量％、
ＣｅＯ２：０．２４〜０．５０重量％、
ＣｕＯ：０．０２７〜０．３４７重量％、および
Ｍｎ化合物をＭｎＯ換算で０．１６〜０．４６重量％の割合で含有する誘電体磁器組成物。
（１）ＳｒＴｉＯ３：５０．４７〜５５．４８重量％、
ＣａＴｉＯ３：１４．３０〜２１．３６重量％、
Ｂｉ２Ｏ３：１６．７０〜１９．４０重量％、
ＴｉＯ２：８．２９〜１０．０１重量％、
ＣｅＯ２：０．２４〜０．５０重量％、
ＣｕＯ：０．０２７〜０．３４７重量％、および
Ｍｎ化合物をＭｎＯ換算で０．１６〜０．４６重量％の割合で含有する誘電体磁器組成物。
（２）さらに、Ｎｂ ２ Ｏ ５ を０．７５０重量％以下の割合で含有する（１）に記載の誘電体磁器組成物。
（３）上記（１）または（２）に記載の誘電体磁器組成物を用いた電子部品。
（４）上記（１）または（２）に記載の誘電体磁器組成物を用いたリード付きコンデンサ。
本発明によれば、比較的高い比誘電率（たとえば、６００以上）を示すとともに、誘電損失が小さく（たとえば１００ＫＨｚにおいて０．３％以下）、容量温度特性に優れた（たとえば、ＪＩＳ規格のＳＬ特性を満足）誘電体磁器組成物が提供される。
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１（Ａ）は本発明の一実施形態に係るセラミックコンデンサの正面図、図１（Ｂ）は本発明の一実施形態に係るセラミックコンデンサの側面断面図である。
図１（Ａ）は本発明の一実施形態に係るセラミックコンデンサの正面図、図１（Ｂ）は本発明の一実施形態に係るセラミックコンデンサの側面断面図である。
セラミックコンデンサ２
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、本実施形態に係るセラミックコンデンサ２は、誘電体層１０と、その対向表面に形成された一対の端子電極１２，１４と、この端子電極１２，１４に、それぞれ接続されたリード端子６，８とを有する構成となっており、これらは保護樹脂４に覆われている。セラミックコンデンサ２の形状は、目的や用途に応じて適宜決定すればよいが、誘電体層１０が円盤形状となっている円盤型のコンデンサであることが好ましい。また、そのサイズは、目的や用途に応じて適宜決定すればよいが、通常、直径が５〜２０ｍｍ程度、好ましくは５〜１５ｍｍ程度である。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、本実施形態に係るセラミックコンデンサ２は、誘電体層１０と、その対向表面に形成された一対の端子電極１２，１４と、この端子電極１２，１４に、それぞれ接続されたリード端子６，８とを有する構成となっており、これらは保護樹脂４に覆われている。セラミックコンデンサ２の形状は、目的や用途に応じて適宜決定すればよいが、誘電体層１０が円盤形状となっている円盤型のコンデンサであることが好ましい。また、そのサイズは、目的や用途に応じて適宜決定すればよいが、通常、直径が５〜２０ｍｍ程度、好ましくは５〜１５ｍｍ程度である。
誘電体層１０
誘電体層１０は、本発明の誘電体磁器組成物を含有する。本発明の誘電体磁器組成物は、Ｓｒ、Ｃａ、ＴｉおよびＢｉを含む主成分と、Ｃｅ、ＣｕおよびＭｎを含む副成分とを含有し、また副成分にはＮｂが含まれていてもよい。
誘電体層１０は、本発明の誘電体磁器組成物を含有する。本発明の誘電体磁器組成物は、Ｓｒ、Ｃａ、ＴｉおよびＢｉを含む主成分と、Ｃｅ、ＣｕおよびＭｎを含む副成分とを含有し、また副成分にはＮｂが含まれていてもよい。
主成分を構成する各元素の配合量を、下記酸化物または複合酸化物換算量で示す。すなわち、本発明の誘電体磁器組成物において、ＳｒＴｉＯ３は、５０．４７〜５５．４８重量％、好ましくは５１．４４〜５５．０１重量％で含有され、
ＣａＴｉＯ３は、１４．３０〜２１．３６重量％、好ましくは１４．３９〜２１．２２重量％で含有され、
Ｂｉ２Ｏ３は、１６．７０〜１９．４０重量％、好ましくは１６．７８〜１９．３６重量％で含有され、
ＴｉＯ２は、８．２９〜１０．０１重量％、好ましくは８．３０〜１０．００重量％で含有されてなる。
ＣａＴｉＯ３は、１４．３０〜２１．３６重量％、好ましくは１４．３９〜２１．２２重量％で含有され、
Ｂｉ２Ｏ３は、１６．７０〜１９．４０重量％、好ましくは１６．７８〜１９．３６重量％で含有され、
ＴｉＯ２は、８．２９〜１０．０１重量％、好ましくは８．３０〜１０．００重量％で含有されてなる。
副成分を構成する各元素の配合量を、下記酸化物換算量で示す。すなわち、ＣｅＯ２は、０．２４〜０．５０重量％で含有され、
ＣｕＯは、０．０２７〜０．３４７重量％で含有され、
さらに、Ｍｎ化合物は、ＭｎＯ換算で０．１６〜０．４６重量％で含有される。
ＣｕＯは、０．０２７〜０．３４７重量％で含有され、
さらに、Ｍｎ化合物は、ＭｎＯ換算で０．１６〜０．４６重量％で含有される。
上記のような組成で主成分および副成分を含有する誘電体磁器組成物は、比較的高い比誘電率（たとえば、６００以上）を示すとともに、誘電損失が小さく（たとえば１００ＫＨｚにおいて０．３％以下）、容量温度特性に優れる（たとえば、ＪＩＳ規格のＳＬ特性を満足）。
また、本発明の誘電体磁器組成物は、必要に応じＮｂ ２ Ｏ ５ を０．７５０重量％以下の割合で含有していてもよい。Ｎｂ ２ Ｏ ５ を配合することで、ほぼ同じ組成の主成分および副成分を含有する場合であっても、さらに誘電損失を低減することができる。
誘電体層１０の厚みは、特に限定されず、用途等に応じて適宜決定すれば良いが、好ましくは０．３〜２ｍｍである。誘電体層１０の厚みを、このような範囲とすることにより、中高圧用途に好適に用いることができる。また、本発明の誘電体磁器組成物によれば、誘電率が高いため、素子の小型化が可能になる。
端子電極１２，１４
端子電極１２，１４は、導電材で構成される。端子電極１２，１４に用いられる導電材としては、たとえば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｉｎ−Ｇａ合金等が挙げられる。
端子電極１２，１４は、導電材で構成される。端子電極１２，１４に用いられる導電材としては、たとえば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｉｎ−Ｇａ合金等が挙げられる。
セラミックコンデンサの製造方法
次に、本実施形態に係るセラミックコンデンサの製造方法について説明する。
まず、焼成後に図１に示す誘電体層１０を形成することとなる誘電体磁器組成物粉末を製造する。
次に、本実施形態に係るセラミックコンデンサの製造方法について説明する。
まず、焼成後に図１に示す誘電体層１０を形成することとなる誘電体磁器組成物粉末を製造する。
まず、主成分の原料および各副成分の原料を所定量準備する。主成分の原料は、ＳｒＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、Ｂｉ２Ｏ３およびＴｉＯ２であり、副成分の原料はＣｅＯ２、ＣｕＯおよびＭｎ化合物である。Ｍｎ化合物は、ＭｎＯが好ましいが、その他の酸化物、水酸化物、炭酸塩等であってもよい。また、副成分としてＮｂ ２ Ｏ ５ を添加してもよい。
また、主成分の原料は、固相法により製造してもよいし、水熱合成法や蓚酸塩法などの液相法により製造してもよいが、製造コストの面から、固相法により製造することが好ましい。
次いで、主成分および副成分の原料を、上記した所定の組成となるように配合し、水を分散媒として７５重量％程度の濃度において、ボールミルなどを用いて、湿式混合する。
次いで、バインダ樹脂を添加して、さらに湿式混合を行い、スプレードライなどの汎用の方法により造粒し、得られた造粒物を、所定の大きさを有する円盤状に成形することにより、グリーン成形体とする。そして、得られたグリーン成形体を、焼成することにより、誘電体磁器組成物の焼結体を得る。なお、焼成の条件としては、特に限定されないが、保持温度が、好ましくは１１６０〜１２２０℃であり、焼成雰囲気を空気中とすることが好ましい。
そして、得られた誘電体磁器組成物の焼結体の主表面に、端子電極を印刷し、必要に応じて焼き付けすることにより、端子電極１２，１４を形成する。その後、端子電極１２，１４に、ハンダ付等により、リード端子６，８を接合し、最後に、素子本体を保護樹脂４で覆うことにより、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すような単板型セラミックコンデンサを得る。
このようにして製造された本発明のセラミックコンデンサは、リード端子６，８を介してプリント基板上などに実装され、各種電子機器等に使用される。
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。
たとえば、上述した実施形態では、本発明に係る電子部品として誘電体層が単層である単板型セラミックコンデンサを例示したが、本発明に係る電子部品としては、単板型セラミックコンデンサに限定されず、上記した誘電体磁器組成物を含む誘電体ペーストおよび電極ペーストを用いた通常の印刷法やシート法により作製される積層型セラミックコンデンサであっても良い。
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
実施例
まず、主成分原料としてＳｒＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、Ｂｉ２Ｏ３およびＴｉＯ２を、副成分原料としてＣｅＯ２、ＣｕＯ、ＭｎＯおよびＮｂ ２ Ｏ ５ をそれぞれ準備した。準備した原料を、表１に示す重量組成となるように、それぞれ秤量し、分散媒として水を用い固形分７５重量％の濃度にて、ボールミルにより湿式混合した。
まず、主成分原料としてＳｒＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、Ｂｉ２Ｏ３およびＴｉＯ２を、副成分原料としてＣｅＯ２、ＣｕＯ、ＭｎＯおよびＮｂ ２ Ｏ ５ をそれぞれ準備した。準備した原料を、表１に示す重量組成となるように、それぞれ秤量し、分散媒として水を用い固形分７５重量％の濃度にて、ボールミルにより湿式混合した。
次いで、バインダーとしてポリビニルアルコール水溶液を、固形分濃度が１．９３重量％となるように添加、混合し、スプレードライにより造粒して、メッシュパスを通した後、得られた造粒粉を３ｔ／ｃｍ２の圧力で成形することにより、直径１２ｍｍ、厚さ約１.２ｍｍの円盤状のグリーン成形体を得た。
次いで、得られたグリーン成形体を、空気中、１１６０〜１２２０℃、２時間の条件で焼成することにより、円盤状の焼結体を得た。そして、得られた焼結体の主表面にＡｇ電極を塗布し、さらに空気中、６５０℃で２０分間焼付け処理を行うことによって、図１に示すような円盤状のセラミックコンデンサの試料を得た。得られたコンデンサ試料の誘電体層１０の厚みは約１ｍｍであった。そして、得られた各コンデンサ試料について、以下の方法により、比誘電率、誘電損失および容量温度特性をそれぞれ評価した。評価結果を表１に示す。
比誘電率εおよび誘電損失（ｔａｎδ）
円盤状試料について、２５℃において、ＬＣＲメータにより１ｋＨｚ、１Ｖｒｍｓの条件下における静電容量、誘電損失（ｔａｎδ）を測定した。得られた静電容量と、電極寸法および試料の厚みから比誘電率（εｒ）を算出した。
円盤状試料について、２５℃において、ＬＣＲメータにより１ｋＨｚ、１Ｖｒｍｓの条件下における静電容量、誘電損失（ｔａｎδ）を測定した。得られた静電容量と、電極寸法および試料の厚みから比誘電率（εｒ）を算出した。
容量温度特性
円盤状試料をＬＣＲメータを用いて、１Ｖの電圧での静電容量を測定し、ＪＩＳ規格のＳＬ特性（基準温度を２０℃としたとき、８５℃での容量変化率）を測定した。
円盤状試料をＬＣＲメータを用いて、１Ｖの電圧での静電容量を測定し、ＪＩＳ規格のＳＬ特性（基準温度を２０℃としたとき、８５℃での容量変化率）を測定した。
以上の結果より、本発明において規定する組成で主成分および副成分を含有する誘電体磁器組成物は、比較的高い比誘電率（たとえば、６００以上）を示すとともに、誘電損失が小さく（たとえば１００ＫＨｚにおいて０．３％以下）、容量温度特性に優れる（たとえば、ＪＩＳ規格のＳＬ特性を満足）。一方、本発明で規定する範囲を外れる組成では、比誘電率、誘電損失あるいは容量温度特性が損なわれることがわかる。また、Ｎｂ ２ Ｏ ５ を配合することで、ほぼ同じ組成の主成分および副成分を含有する場合であっても、さらに誘電損失を低減することができるが、配合量が過剰であると、容量温度特性が損なわれることがわかる。
２… セラミックコンデンサ
４… 保護樹脂
６，８… リード端子
１０… 誘電体層
１２，１４… 端子電極
４… 保護樹脂
６，８… リード端子
１０… 誘電体層
１２，１４… 端子電極
Claims (3)
- ＳｒＴｉＯ３：５０．４７〜５５．４８重量％、
ＣａＴｉＯ３：１４．３０〜２１．３６重量％、
Ｂｉ２Ｏ３：１６．７０〜１９．４０重量％、
ＴｉＯ２：８．２９〜１０．０１重量％、
ＣｅＯ２：０．２４〜０．５０重量％、
ＣｕＯ：０．０２７〜０．３４７重量％、
Ｍｎ化合物をＭｎＯ換算で０．１６〜０．４６重量％、および
Ｎｂ ２ Ｏ ５ を０．７５０重量％以下の割合で含有する誘電体磁器組成物。 - 請求項１に記載の誘電体磁器組成物を用いた電子部品。
- 請求項１に記載の誘電体磁器組成物を用いたリード付きコンデンサ。
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