DE2037348A1

DE2037348A1 - Keramisches dielektrisches Material

Info

Publication number: DE2037348A1
Application number: DE19702037348
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Nevagawa Sasaki Hiromu Kadoma Hayakawa Shigeru Hirakata Osaka Matsuo (Japan) P
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1969-07-29
Filing date: 1970-07-22
Publication date: 1971-02-11
Also published as: FR2060062A1; NL154997B; FR2060062B1; US3709704A; GB1317979A; NL7010921A; DE2037348B2; DE2037348C3

Description

M 2861

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka, Japan Keramisches dielektrisches Material

Zusammenfassung der Beschreibung:

Es handelt sich um ein keramisches Material mit einer Perowskit-

, struktur mit einer grossen Dielektrizitätskonstanten, einem

■ niedrigen Leistungsfaktor und einem kleinen Temperaturkoeffizien ten der Dielektrizitätskonstanten, wobei die Zusammensetzung dieses Materials durch die chemische Formel Ba(Na_Q 25x^Nb0 75x^Til O- ausgedrückt werden kann, in der gemäss der Erfindung χ von 0,01 bis 0,30 reicht. Die keramische dielektrische Masse aus Ba(Na_n οκ^Ν^λ 7Rv^T1i _v)°-* ^kftnn durch Substitution von Ba durch

U,cpX U, {>X A—X j

Sr oder von Na durch Id nach der Erfindung modifiziert werden.

Dl· Erfindung bezieht sich auf keramische dielektrische Materia- j 11·η und im spezielleren auf keramische dielektrische Materialien ! ■it einer Perowskitstruktur, die eine grosse Dielektrizitätskon-

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stante, einen niedrigen Leistungsfaktor und einen kleinen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten aufweisen.

Seitdem die neuere elektronische Industrie eine Verkleinerung und Verfeinerung von elektrischen Bauelementen erforderlich gemacht hat, liegt ein wachsendes Bedürfnis nach einem dielektrischen Material mit grosser Dielektrizitätskonstanten, einem niedrigen Leistungsfaktor und einem kleinen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten vor. Eine grosse Dielektrizitätskonstante erleichtert die Herstellung eines Kondensators mit einer kleinen Körpergrösse für eine gegebene Kapazi^.t, und ein niedriger Leistungsfaktor verhütet, dass ein Kondensator sich erwärmt. Die Wärmeerzeugung ist ein ernstes Problem bei einem kleinformatigen elektrischen Bauelement. Ein kleiner Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstanten eines Kondensators macht es möglich, dass das elektrische Gerät oder das elektrische' Bauelement mit einer grossen Genauigkeit arbeitet. Es ist ausserdem vorteilhaft, wenn für den Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten ein spezieller Wert gewählt werden kann»

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

keramische dielektrisch· Materialien zur Verfügung zu stellen,

die durch eine grosse Dielektrizitätskonstante und einen niedrigen Leistungsfaktor ausgezeichnet sind.

Die Erfindung soll ausserdem keramische dielektrische Materialien zur Verfügung stellen, die durch eine grosse Dielektrizitätskonstante, einen niedrigen Leistungsfaktor und einen linearen Tempe-

raturkoefflzienten der Dielektrizitätskonstanten ausgezeichnet ; sind.

Diese und andere Ziele der Erfindung sind aus der nachfolgenden spezielleren Beschreibung,zusammen, mit der dazugehörigen Zeichnung! ersiohtllch. i

Dl· Zeichnung stellt eine Querschnittsansicht eines nach der ! Erfindung vorgeschlagenen Kondensators dar. <

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Bevor die Art und rfeise äines Kondensators nach der Erfindung im einzelnen üeschrieben wird, soll der Aufoau eines solchen Kondensators unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert werden. In der Zeichnung bezeichnet die Ziffer 10 ganz allgemein einen Kondensator, der eine gesinterte Scheibe 11 aus dielektrischem Material nach der Erfindung enthält. Die gesinterte Scheioe 11 ist auf den gegenüberliegenden Oberflächen mit Elektroden 12 und 13 versehen. Die Elektroden 12 und 13 können auf der Oberfläche mittels irgendeiner geeigneten und zur Verfügung stehenden Metnode, zum Beispiel durch Aufbrennen von im Handel erhältlichen Silberelektrodanfarbe, angebracht werden. Die Scheibe 11 ist eine Platte, die irgendeine geeignete Form, zum Beispiel eine kreisrunde, quadratische oder rechteckige Form, haben kann. Leitungsdrähte 15 und 16 sind mit den Elektroden 12 und 13 mit Hilfe eines Verbindungsmittels 14, wie zum Beispiel eines Lötmittels oder dergl., leitend verbunden. -

Die gesinterte Scheibe enthält eine Verbindung vom Perowskittyp, die durch die chemische Formel (1)

i^JO^ (1)

dargestellt wird, in der χ von 0,01 bis 0,30 gemäss der Erfindung reicht. Eine gesinterte Scheibe mit einer Zusammensetzung der chemischen Formel (1) weist eine Perowskitstruktur auf und besitzt «Ine Dielektrizitätskonstante von 220 bis 2000, einen Lei-

-4

stungsfaktor niedriger als 10x10 und einen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten von -350 bis +800 ppm/^C. Wenn χ in der chemischen Formel (1) ausserhalb des Bereichs von 0,01-bis 0,30 liegt, weist die erhaltene Scheibe nicht einen

—4

Leistungsfaktor kleiner als 10x10 auf, wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist.

Die keraraisehe dielektrische Masse mit der chemischen Formel (1) kann durch teilweise Substitution von Ba durch Sr nach der Erfin- , dung modifiziert werden. Die Sr-modifizierte Masse entspricht der cheraisohen Formel (2)

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in der χ von 0,01 bis 0,30 getnäss der Erfindung reicht. Eine gesinterte Scheibe mit einer Zusammensetzung der chemischen Formel (2) liegt in einer Perowskitstruktur vor und hat eine Dielektrizitätskonstante von 250 bis 2400, einen Leistungsfaktor niedriger

••4

als 10x10 und einen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten yon ->33O bis +1000 ppm/°C. Wenn χ in der chemischen Formel (2) ausserhalb des Bereichs von 0,01 bis 0,30 liegt, weist die erhaltene Scheibe nicht einen Leistungsfaktor kleiner als 10x10 auf, wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist.

Die keramische dielektrische Masse der chemischen Formel (2) kann durch Ersatz von Na durch Li nach der Erfindung modifiziert werden: Die Li-modifizierte Masse wird durch die chemische Formel

dargestellt, in der χ von 0,01 bis 0,30 gemäss der Erfindung reicht. Eine gesinterte Scheibe mit einer Zusammensetzung der chemischen Formel (3) liegt in einer Perowskitstruktur vor und hat eine Dielektrizitätskonstante von 700 bis 2200, einen LeI-8tungsfaktor niedriger als 10x10 und einen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten von -350 bis +300 ppm/°C. Wenn χ in der chemiechen Formel (3) ausserhalb des Bereichs von 0,01 bis 0,30 liegt, weist die erhaltene Scheibe nicht einen

—4

Leistungsfaktor kleiner als loxlo auf, wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist.

Die denchemiachen Formeln (1) bis (3) entsprechenden Massen können! aus Oemisehen der Oxidbestandteile in einem den chemischen Formeln entsprechenden, Molverhältnis hergestellt werden. Zum Beispiel kann die Masse nach der chemischen Formel (1) aus dem in der naohfolgenden Tabelle 4 aufgeführten Oemisoh hergestellt werden, wobei j χ von 0,01 bis 0,30 reicht. Es ist möglich, äla Ausgangsmaterial •ine Verbindung zu verwenden, die während des Brennvorgang·· in j •In Oxid umgewandelt wird. Einsatzfähige Auegangsmaterialien, die

1172

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anstelle eines Oxids verwendet werden können, sind zum Beispiel Carbonate, Hydroxide und Oxalate. Eine gegebene Mischung wird . in einer Nasskugelmühle gut gemischt, getrocknet, kalziniert, pulverisiert und zu Scheiben zusammengedrückt. Die zusammengedrückten Scheiben werden bei einer bestimmten Temperatur, die von den Zusammensetzungen der Gemische abhängt, gebrannt. Die Ag-Elektrode wird mit den beiden Oberflächen der gebrannten Scheibe verbunden. Die Dielektrizitätskonstante und der Leistungsfaktor der Scheiben werden bei einem konstant angelegten Feld von 1 MHz als eine Funktion von der Temperatur von -190° bis 300° C gernessen, Der Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstanten ( <jC)wird im allgemeinen durch die folgende Gleichung definiert:

OC= ^80°C) - ^(20⁰C) / £(20°C) χ (80°C - 20⁰C)

£( in der

C) eine Dielektrizitätskonstante bei 80° C und (20°C) eine Dielektrizitätskonstante bei 20° C ist.

Beispiel

Massen, die den in der Spalte 1 von Tabelle 5 aufgeführten chemisehen Formeln entsprechen, werden unter Verwendung von Bariumcarbonate Strdntiumcarbonat-, Natriumcarbonat-, Lithiumcarbonate Titanoxid- und Nloboxidausgangsmaterialien hergestellt. Die in bestimmten Zusammensetzungen vorliegenden Gemische von den Ausgangsmaterlalien werden in einer Nasskugelmühle innig gemischt, getrocknet, 2 Stunden bei einer in der Spalte 2 der Tabellen an- , gegebenen Temperatur ( erste Brenntemperatur ) kalziniert, pul-

verlsiert und mit einem Druck von 700 kg/cm zu Scheiben zusammengedrückt. Die zusammengedrückten Scheiben werden 2 Stunden bei . einer in der Spalte 3 der Tabellen angegebenen Temperatur ( endgültige Brenntemperatur ) gebrannt. Die Dielektrizitätskonstante

j und de<5 Leistungsfaktor bei 20° C und 1 MHz werden in den Spalten 4 und 5 von Tabelle 5 angegeben. Die Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten werden in der Spalte 6 von Tabelle 5

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- 6 - M 2<j6l

aufgeführt. Alle die in den Tabellen angegebenen Beispiele oder Proben sind für die Verwendung in einem Kondensator geeignet.

OQtOt?/10T2

Tabelle

Beispiel Nr.

Zusammeneetzung

erste endgültige Dielektri«- Brenn- Brenn- zitätstejnperatur temperatur konstante (⁰C) (⁶G) Dei 20⁸C

und 1 MHz

Leistjr.gs-

faktor
oei 20 C
ur.d Ij₁
(XlO"⁴)

Temperaturkoef« fizie .t der Dielektrizitätskonsta-.ten

41	BaTiO	995⁾⁰3	1200	1400	2800	100	-3000
42 Ba	(^Na0,OO125^Nb0/OO375^T1O,		1200	1400	2600	50	+1700
49 Ba	<^NaO,125^NbO,;375^T1O,5^)O3		1300	I50O	160	13	- 210 "J*

TabeILe

Beispiel

Nr.

Zus ammens e t zung

erste endgültige Brenn- Brenntemperatur temperatur

rc) (⁰O

Dielektrizitäts- Lelstur.gs- Temperakonstante
bei 20 C und 1 MHz

faktor
bei 20⁰C
und L₁₁MHz
(XlO"⁴)

turkoeffizient der Dielektrizitätskonstanten (j?pm/°C)

51 (Ba₀,995^Sr0,005^'^Na0,0O125ii^b0,00^75"

^TiO,995^)O3 2000

CC I

-1000

59 16

- 200

Cu

CT\

Tabelle

Beispiel tfr.

Zusammensetzung

erste endgültige Dielektrizi- Leistur.gs- Ternperatur-

Brenn- Brenn- tätskonstante faktog koeffizient

temperatur temperatur oei 20 C bei 20 C der Dielektri-

( C) (C) und 1 MHz und l^MHz zitätskonstan-

(lO"^) te (ppm/°C)

^Ti0,995⁾⁰3

1250

S 69 (Ba_o#5Sr_o#5)(Li_Oil25Nb_o^₇₅Ti_o#5)O₃ 1280 1430
1480

2400
200

17

-1500
- 250

ro ο co

C.) CO

- 10 - M 2361

Tabelle 4

Bestandteil Molveriialtnls

Bariumoxid (BaO) 1,00

Natriumoxid (Na₃O) 0,125x

Nioboxid (Na Oj 0

Titanoxid (TiO₂) 1-x

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Vi¹

co

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H
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CO

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CTv ON ΟΛ Ch <J\ CO ΓΟΟ O O O O

η δ δ ffl m η. η

cm KN-* in vo f- co m in in <n in in in

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Λ Λ A

Tabelle 5 (Portsetzung)

(Spalte 1) (Spalte 2) (Spalte 3) (Spalte 4) (Spalte 5) (Spalte 6)

e	64
e ie	65
	66
	67
	68

••a

0,8^br0,2

Ti-. QQ )(	5, 1250	1440	2200	10	+ 300
	1250	1460	1800	9	+ 60
^T*0 97^^C	), 1250	1460	1400	7	+ 20
	), 1250	1460	1000	5	- 40 ,
	1280	1470	800	5	- 100 fo
O	1280	1470	750	6	- 350 «
	1280	1480	700	9	- 300

Claims

M-28Gl Patent an s prüche:

1.) Keramisches dielektrisches Material, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Verbindung vom Perowskittyp mit einer chemischen Formel Ba(IIa₀ 25x^0 75x^Til-x^°V ^{in der x von} °>^{01 bis} 0,30 reicht, enthält! .

2, Keramisches dielektrisches Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _ä dass ein Anteil,der χ von Ba äquivalent 1st, teilweise durch den äquivalenten Anteil an Sr ersetzt ist.

3» Keramisches dielektrisches Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Na durch Li ersetzt ist.

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