JP2017014095A - Dielectric ceramic composition and dielectric element having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は誘電体磁器組成物及びそれを有する誘電体素子に関する。 The present invention relates to a dielectric ceramic composition and a dielectric element having the same.
近年、電子部品は様々な分野で用いられており、過酷な環境下で使用されるケースもある。たとえば、車載向けデバイスとして期待されるSiCやGaNをベースにしたパワーデバイスの作動、あるいは自動車のエンジンルーム内のノイズ除去などに用いられる電子部品は、たとえば200〜350℃という高温においても、比誘電率の温度特性が良好であることが要求される。しかしながら、コンデンサを構成する誘電体磁器組成物として多く用いられているチタン酸バリウムは、キュリー温度が130℃付近にあるため、150℃以上の温度領域では比誘電率が大きく低下してしまい、上記の要求を満足させることができないという問題があった。 In recent years, electronic components have been used in various fields, and there are cases where they are used in harsh environments. For example, electronic components used for the operation of power devices based on SiC or GaN, which are expected as devices for automobiles, or for noise removal in the engine room of automobiles, for example, have a dielectric constant even at a high temperature of 200 to 350 ° C. The temperature characteristic of the rate is required to be good. However, since barium titanate, which is often used as a dielectric ceramic composition constituting a capacitor, has a Curie temperature near 130 ° C., the relative permittivity is greatly reduced in a temperature region of 150 ° C. or higher. There was a problem that it was not possible to satisfy the request.
従来、このような高温用途には、Pbを含む材料が用いられてきた。例えばPbTiO3−BaZrO3で示されるような2成分系の誘電体磁器成分は、PbTiO3のキュリー点が490℃前後であることを利用して、300℃程度まで比誘電率の温度依存性を比較的少なくできる。また、Laを添加したPb(Zr0.95Ti0.05)O3(PLZT)では、上記のチタン酸バリウムとは異なる反強誘電性の性質から、比誘電率の高温におけるバイアス依存性を良好にできる。これらはチタン酸バリウムの問題に鑑みて発明されたものであるが、そのような組成に含まれるPbは環境負荷物質であるため、使用は好ましくない。そのため、Pbを含むことなく、高温領域においても、特性が良好な材料が求められている。 Conventionally, materials containing Pb have been used for such high temperature applications. For example, a two-component dielectric ceramic component such as PbTiO 3 —BaZrO 3 has a temperature dependence of relative permittivity up to about 300 ° C. by utilizing the fact that the Curie point of PbTiO 3 is around 490 ° C. It can be relatively small. In addition, Pb (Zr 0.95 Ti 0.05 ) O 3 (PLZT) to which La is added has an antiferroelectric property different from that of the barium titanate described above, so that the bias dependence of the relative permittivity at high temperature is reduced. Can be good. These have been invented in view of the problem of barium titanate, but Pb contained in such a composition is an environmentally hazardous substance, so that it is not preferable to use it. Therefore, there is a demand for a material that does not contain Pb and has good characteristics even in a high temperature region.
鉛を含有しないビスマスニオブ酸系の圧電磁器組成物が周知である(例えば、特許文献1〜3)。しかし、これら特許文献には、誘電体磁器組成物について広い温度域における比誘電率の温度依存性を低減することについては開示されていない。更に言えば、特許文献2,3などの発明では、セラミックスの焼成温度が1050℃以上と高い。 A bismuth niobic acid-based piezoelectric ceramic composition not containing lead is well known (for example, Patent Documents 1 to 3). However, these patent documents do not disclose reducing the temperature dependence of the relative permittivity in a wide temperature range for the dielectric ceramic composition. Furthermore, in the inventions such as Patent Documents 2 and 3, the firing temperature of ceramics is as high as 1050 ° C. or higher.
鉛を含まずキュリー点の高い温度特性の良好なビスマスニオブ酸系組成物を積層型コンデンサの誘電体層の材料として考えた場合、内部電極に銀パラジウム合金を用いることが望ましい。Ni電極と異なり大気雰囲気での焼成が可能で、プロセスが簡便である。また、焼成温度が低いためコスト面でメリットがある。銀パラジウム合金(Ag−Pd)電極は、銀(Ag)とパラジウム(Pd)の比率(Ag/Pd)によりコストや焼成温度が異なるが、コストを鑑みるとAg比率は7/10以上が望まれる。 When a bismuth niobate-based composition that does not contain lead and has a high Curie temperature and a good temperature characteristic is considered as the material of the dielectric layer of the multilayer capacitor, it is desirable to use a silver-palladium alloy for the internal electrode. Unlike Ni electrodes, it can be fired in an air atmosphere and the process is simple. Further, since the firing temperature is low, there is a merit in terms of cost. The silver-palladium alloy (Ag—Pd) electrode has different costs and firing temperatures depending on the ratio of silver (Ag) to palladium (Pd) (Ag / Pd), but considering the cost, the Ag ratio is preferably 7/10 or more. .
ビスマスニオブ酸系のBNT-BT-KNN(Bi1/2Na1/2TiO3-BaTiO3-K0.5Na0.5NbO3)はPd電極との同時焼成について報告がある。Ag系電極では、Nagataらの研究によると(非特許文献1)、1050℃でBKT(Bi0.5K0.5TiO3)を焼成すると、BiとAgの反応が起きることが分かっている。このように、コストメリットのあるAg−Pd電極では、BiとAgの反応が危惧されるため、1050℃未満の温度での焼成が望まれる。そうすることでAg/Pd=7/3、8/2、9/1などの電極も可能となる。焼結温度を低下させるため、何らかの焼結助剤が必要である。非特許文献2では、BNT−BT−KNNのKNN比率の増加に伴い、誘電率がブロードになることが報告されている。これは、温度変化に対する静電容量の変化率が小さいことを意味する。しかしながら、KNN比率の増加に伴い焼結温度は高くなり、焼結体の相対密度は低くなるという課題がある。 Bismuth niobic acid-based BNT-BT-KNN (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 —BaTiO 3 —K 0.5 Na 0.5 NbO 3 ) has been reported for co-firing with Pd electrodes. According to a study by Nagata et al. (Non-patent Document 1), it is known that reaction of Bi and Ag occurs when BKT (Bi 0.5 K 0.5 TiO 3 ) is baked at 1050 ° C. . Thus, in an Ag—Pd electrode having a cost merit, the reaction between Bi and Ag is feared, and thus firing at a temperature of less than 1050 ° C. is desired. By doing so, electrodes of Ag / Pd = 7/3, 8/2, 9/1, etc. are also possible. In order to lower the sintering temperature, some kind of sintering aid is required. Non-Patent Document 2 reports that the dielectric constant becomes broader as the KNN ratio of BNT-BT-KNN increases. This means that the rate of change of capacitance with respect to temperature change is small. However, as the KNN ratio increases, the sintering temperature increases and the relative density of the sintered body decreases.
KNN比率が増加すると比誘電率の温度特性がよくなるが、その一方でセラミックスが焼け難くなり、焼結密度が低くなるという課題がある。また、Pd電極が実現可能な組成物であるが、Pdはコストが高いことからAg−Pd電極が望ましく、Ag含有量が多いものほど安価であり望ましい(例えば、Ag/Pd=70/30)。しかし、Ag比率が高くなると(Ag/Pd=90/10)、焼成温度を低減させる必要があるため、技術難易度が高くなる。さらに、非特許文献1によると、AgはBiと反応しやすいことから、1050℃未満で焼成することが好適である。以上を鑑みて、本発明は、Pbを含まず、低温焼成が可能な誘電体磁器組成物およびそれを有する誘電体素子の提供を目的とする。 Increasing the KNN ratio improves the temperature characteristics of the relative permittivity, but on the other hand, there is a problem that the ceramic is difficult to burn and the sintered density is lowered. In addition, although a Pd electrode is a composition that can be realized, an Ag-Pd electrode is preferable because of its high cost, and a higher Ag content is preferable because it is cheaper (for example, Ag / Pd = 70/30). . However, when the Ag ratio is high (Ag / Pd = 90/10), it is necessary to reduce the firing temperature, which increases the technical difficulty. Further, according to Non-Patent Document 1, since Ag easily reacts with Bi, baking at less than 1050 ° C. is preferable. In view of the above, an object of the present invention is to provide a dielectric ceramic composition that does not contain Pb and can be fired at a low temperature, and a dielectric element having the same.
本発明者らが鋭意検討した結果、本発明を完成した。
本発明の誘電体磁器組成物は下記一般式(1)で表される。
100[1−x(0.94Bi1/2Na1/2TiO3-0.06BaTiO3)-xK0.5Na0.5NbO3]+αCuO+βLiF・・・(1)
ここで、xは0.14〜0.28である。α、βについては以下の(I)又は(II)の条件を満たす。(I)αが0.4〜1.5でありβが0〜2.4である。(II)αが0〜1.5でありβが0.2〜2.4である。本発明の誘電体磁器組成物は焼結密度が93%以上である。
本発明の別の形態では、上記の誘電体磁器組成物からなる誘電体層と、銀パラジウム合金からなる内部電極層との積層体を有する積層型の誘電体素子が提供される。ここで、銀パラジウム合金は銀が65〜90wt%、残部がパラジウムの組成である。
前記積層体は好ましくは1050℃未満で焼成される。前記誘電体素子における、静電容量の温度変化率ΔC400℃/C25℃は30%以下であり、ΔCpeak/C25℃が50%以下である。ΔC400℃/C25℃及びΔCpeak/C25℃の定義については後述する。また、前記誘電体素子における、時定数(RC定数)は好ましくは200〜350secである。RC定数の定義についても後述する。
As a result of intensive studies by the present inventors, the present invention has been completed.
The dielectric ceramic composition of the present invention is represented by the following general formula (1).
100 [1-x (0.94Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 -0.06BaTiO 3 ) -xK 0.5 Na 0.5 NbO 3 ] + αCuO + βLiF (1)
Here, x is 0.14 to 0.28. α and β satisfy the following condition (I) or (II). (I) α is 0.4 to 1.5 and β is 0 to 2.4. (II) α is 0 to 1.5 and β is 0.2 to 2.4. The dielectric ceramic composition of the present invention has a sintered density of 93% or more.
According to another aspect of the present invention, there is provided a laminated dielectric element having a laminate of a dielectric layer made of the above dielectric ceramic composition and an internal electrode layer made of a silver palladium alloy. Here, the silver-palladium alloy has a composition of 65 to 90 wt% silver and the balance palladium.
The laminate is preferably fired at less than 1050 ° C. In the dielectric element, the temperature change rate ΔC 400 ° C./C 25 ° C. of the capacitance is 30% or less, and ΔC peak / C 25 ° C. is 50% or less. The definitions of ΔC 400 ° C./C 25 ° C. and ΔC peak / C 25 ° C. will be described later. The time constant (RC constant) in the dielectric element is preferably 200 to 350 seconds. The definition of the RC constant will also be described later.
本発明によれば、環境負荷物質のPbやSbなどの重金属元素を使用することなく、1050℃未満の低温焼結が可能でAg/Pd=7/3電極などとの同時焼成が可能な誘電体磁器組成物が提供される。そのような誘電体磁器組成物を誘電体層として有する誘電体素子は、広範囲な温度領域(例えば、−55〜400℃)における比誘電率の変化率が小さい、良好な温度特性を示す。したがって、本発明の誘電体磁器組成物を有する誘電体素子は、高温領域での使用が求められる車載用途や、さらにより高温領域まで求められている、SiCやGaN系のワイドバンドギャップ半導体材料を用いたパワーデバイス用の平滑用のコンデンサとして最適である。 According to the present invention, without using heavy metal elements such as Pb and Sb, which are environmentally hazardous substances, a low-temperature sintering of less than 1050 ° C. is possible, and a dielectric capable of co-firing with Ag / Pd = 7/3 electrodes or the like. A body porcelain composition is provided. A dielectric element having such a dielectric ceramic composition as a dielectric layer exhibits good temperature characteristics with a small change rate of relative permittivity in a wide temperature range (for example, −55 to 400 ° C.). Therefore, the dielectric element having the dielectric ceramic composition of the present invention is an in-vehicle application that is required to be used in a high temperature region, and a SiC or GaN-based wide band gap semiconductor material that is required to a higher temperature region. It is optimal as a smoothing capacitor for the power device used.
本発明の誘電体磁器組成物は上記一般式(1)で表される組成をもつ。
xはBNT−BTとKNNとの比率を反映する数値であり、本発明では0.14〜0.28である。
The dielectric ceramic composition of the present invention has a composition represented by the general formula (1).
x is a numerical value reflecting the ratio of BNT-BT and KNN, and is 0.14 to 0.28 in the present invention.
α、βはCuO及びLiFの添加量をそれぞれ反映する数値である。CuO及びLiFについては少なくとも一方が含まれていればよく、CuOが含まれない場合にはαはゼロであり、LiFが含まれない場合にはβはゼロである。 α and β are numerical values that reflect the added amounts of CuO and LiF, respectively. As long as at least one of CuO and LiF is included, α is zero when CuO is not included, and β is zero when LiF is not included.
LiFが含まれない場合(即ちβ=0)、αの最小値は0.4以上である。LiFの有無にかかわらずαの最大値は1.5である。CuOが含まれない場合(即ちα=0)、βの最小値は0.2以上である。CuOの有無にかかわらずβの最大値は2.4である。以上をまとめると、αとβについて以下の条件(I)又は(II)が導出される。
条件(I)αが0.4〜1.5でありβが0〜2.4である。
条件(II)αが0〜1.5でありβが0.2〜2.4である。
α、βが上記範囲であるようにCuO及び/又はLiFを共存させることにより、焼結密度が向上する。
When LiF is not included (that is, β = 0), the minimum value of α is 0.4 or more. Regardless of the presence or absence of LiF, the maximum value of α is 1.5. When CuO is not included (that is, α = 0), the minimum value of β is 0.2 or more. Regardless of the presence or absence of CuO, the maximum value of β is 2.4. In summary, the following condition (I) or (II) is derived for α and β.
Condition (I) α is 0.4 to 1.5 and β is 0 to 2.4.
Condition (II) α is 0 to 1.5 and β is 0.2 to 2.4.
By making CuO and / or LiF coexist so that α and β are in the above ranges, the sintered density is improved.
本発明の誘電体磁器組成物は、焼結密度が93%以上である。焼結密度の測定方法は実施例の欄にて記載する。焼結密度の向上には通常は焼結温度を高くすることが挙げられるところ、本発明の誘電体磁器組成物では、例えば1050℃未満の焼結温度による焼結によって上述の焼結密度を達し得る点に大きな利点がある。 The dielectric ceramic composition of the present invention has a sintered density of 93% or more. The method for measuring the sintered density is described in the column of Examples. In order to improve the sintering density, it is usually mentioned that the sintering temperature is increased. In the dielectric ceramic composition of the present invention, for example, the above-mentioned sintering density is achieved by sintering at a sintering temperature of less than 1050 ° C. There are significant advantages to gaining.
以下、製造方法を説明しつつ、本発明の誘電体磁器組成物の実施態様を挙げる。以下の製造方法はあくまで例示であり、本発明の誘電体磁器組成物の製造方法を限定する趣旨ではない。
まず、誘電体磁器組成物を作製するための出発原料として、各金属元素を含む原料粉を準備する。原料粉としては各金属元素の酸化物や炭酸塩などの粉末が挙げられ、具体的には、酸化ビスマス(Bi2O3)、炭酸ナトリウム(Na2CO3)、炭酸カリウム(K2CO3)、炭酸バリウム(BaCO3)、酸化チタン(TiO2)、酸化二オブ(Nb2O5)、酸化銅(CuO)及びフッ化リチウム(LiF)の粉末などが挙げられる。
Hereinafter, embodiments of the dielectric ceramic composition of the present invention will be described while explaining the production method. The following manufacturing method is merely an example, and is not intended to limit the manufacturing method of the dielectric ceramic composition of the present invention.
First, raw material powder containing each metal element is prepared as a starting material for producing a dielectric ceramic composition. Examples of the raw material powder include powders of oxides and carbonates of each metal element. Specifically, bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3). ), Barium carbonate (BaCO 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), copper oxide (CuO), and lithium fluoride (LiF) powder.
これら原料粉を、最終的に目標とすべき誘電体磁器組成物(焼結体)の組成と合致するように、上記粉末原料を秤量する。次に、秤量した各原料粉末を、ボールミル等により湿式混合する。そして、湿式混合により得られた混合物を仮焼することにより仮焼物を得る。ここで、仮焼は、通常空気中で施される。また、仮焼温度は850〜900℃であることが好ましく、仮焼時間は1〜8時間が好ましい。 The powder raw material is weighed so that these raw material powders match the composition of the dielectric ceramic composition (sintered body) to be finally targeted. Next, each weighed raw material powder is wet mixed by a ball mill or the like. And a calcined product is obtained by calcining the mixture obtained by wet mixing. Here, the calcination is usually performed in air. The calcination temperature is preferably 850 to 900 ° C., and the calcination time is preferably 1 to 8 hours.
得られた仮焼物を、ボールミル等で湿式粉砕した後、これを乾燥させることにより、仮焼物粉体を得る。次いで、得られた仮焼物粉体に少量のバインダ(アクリモノマー添加し、プレス成形することにより、成形体を得る。ここで、成形圧力は、粉体状態にも依るが、4〜6t/cm2程度であることが好ましい。成形体の形状に特に制限はなく、例えば、平面寸法φ12mm、厚さ1mm程度の円板状成形体とすることができる。 The obtained calcined product is wet pulverized with a ball mill or the like and then dried to obtain a calcined powder. Next, a small amount of binder (acrylic monomer is added to the obtained calcined powder and press molded to obtain a molded body. Here, the molding pressure depends on the powder state, but it is 4 to 6 t / cm. It is preferably about 2. The shape of the molded body is not particularly limited, and can be, for example, a disk-shaped molded body having a planar dimension φ12 mm and a thickness of about 1 mm.
そして、得られた成形体を焼成することにより誘電体磁器組成物試料を得る。ここで、焼成は、通常空気中で施される。また、焼成温度は1050℃未満であり、好ましくは960〜1040℃であり、焼成時間は2〜10時間であることが好ましい。このとき、焼結密度は93%以上のものが得られる必要がある。 And the dielectric ceramic composition sample is obtained by baking the obtained molded object. Here, the firing is usually performed in air. The firing temperature is less than 1050 ° C., preferably 960 to 1040 ° C., and the firing time is preferably 2 to 10 hours. At this time, it is necessary to obtain a sintered density of 93% or more.
得られた誘電体磁器組成物試料の両面に、銀等の金属電極を形成してもよい。電極形成の方法は特に限定は無く、蒸着、焼付け、無電解めっき等が挙げられる。 You may form metal electrodes, such as silver, on both surfaces of the obtained dielectric ceramic composition sample. The method for forming the electrode is not particularly limited, and examples thereof include vapor deposition, baking, and electroless plating.
本発明の誘電体磁器組成物は、誘電体層として誘電体素子が有していてもよく、そのような誘電体素子もまた本発明の一実施態様である。本発明の誘電体素子の一例として、積層型の誘電体素子について、その製法とともに説明する。この誘電体素子は、直方体状の積層体と、この積層体の対向する端面にそれぞれ形成された一対の端子電極とを備えている。 The dielectric ceramic composition of the present invention may have a dielectric element as a dielectric layer, and such a dielectric element is also an embodiment of the present invention. As an example of the dielectric element of the present invention, a laminated dielectric element will be described together with its manufacturing method. This dielectric element includes a rectangular parallelepiped laminated body and a pair of terminal electrodes respectively formed on opposing end surfaces of the laminated body.
積層体は、誘電体層と内部電極層(電極層)とが交互に積層してなる素体、ならびに、この素体をその積層方向の両端面側(上下方向)から挟み込むように設けられた一対の保護層などから構成される。 The laminated body was provided so as to sandwich an element body in which dielectric layers and internal electrode layers (electrode layers) are alternately laminated, and to sandwich the element body from both end surfaces (vertical direction) in the lamination direction. It is composed of a pair of protective layers and the like.
誘電体層は、上述の誘電体磁器組成物からなる層である。誘電体層の1層当たりの厚さは、任意であり、例えば0.1〜100μmが挙げられる。 A dielectric material layer is a layer which consists of the above-mentioned dielectric ceramic composition. The thickness per layer of the dielectric layer is arbitrary, and for example, 0.1 to 100 μm can be mentioned.
内部電極層はそれぞれ平行となるように設けられている。素体においては、内部電極層は、一方の端部が積層体における一方の端部に露出するように形成されたものと、一方の端部が積層体における他方の端部に露出するように形成されたものを、交互にそれぞれ平行に設ける。 The internal electrode layers are provided so as to be parallel to each other. In the element body, the internal electrode layer is formed so that one end is exposed at one end of the laminate, and one end is exposed at the other end of the laminate. The formed ones are alternately provided in parallel.
内部電極層の材質としては銀パラジウム合金を用いる。本発明において、銀パラジウム合金は銀が65〜90wt%、残部がパラジウムである。銀の含有率が高いことによりコスト面で有利である。 A silver palladium alloy is used as the material of the internal electrode layer. In the present invention, the silver-palladium alloy contains 65 to 90% by weight of silver and the balance is palladium. The high silver content is advantageous in terms of cost.
積層体の片方の端面及び他方の端面にそれぞれ露出している内部電極層の端部と、端子電極とがそれぞれ接している。これにより、端子電極は内部電極層とそれぞれ電気的に接続される。この端子電極の材質は特に限定は無く、Ag、Au、Cu等を主成分とする導電材料から構成することができる。端子電極の厚さは、用途や積層型誘電素子のサイズ等によって適宜設定され、例えば10〜50μmであってもよい。 The end portions of the internal electrode layers exposed at one end surface and the other end surface of the laminate are in contact with the terminal electrodes. Thereby, the terminal electrode is electrically connected to the internal electrode layer. The material of the terminal electrode is not particularly limited, and can be made of a conductive material mainly composed of Ag, Au, Cu or the like. The thickness of the terminal electrode is appropriately set depending on the application, the size of the multilayer dielectric element, and the like, and may be, for example, 10 to 50 μm.
好ましくは、誘電体素子における、高温における容量の温度変化率ΔC400℃/C25℃は30%以下であり、また、ΔCpeak/C25℃が50%以下である。 Preferably, the temperature change rate ΔC 400 ° C./C 25 ° C. of the capacitance at a high temperature in the dielectric element is 30% or less, and ΔC peak / C 25 ° C. is 50% or less.
温度変化率ΔC400℃/C25℃は、400℃における静電容量と25℃の静電容量との差を25℃における静電容量で除した値である。温度変化率ΔCpeak/C25℃は、−55〜400℃における静電容量の最大値と25℃の静電容量との差を25℃における静電容量で除した値である。具体的には、400℃における静電容量をC400℃、25℃(室温)における静電容量をC25℃、−55〜400の測定範囲における静電容量の最大値をCpeakとするとき、これら静電容量の測定値から、各温度変化率は以下のように算出される。
ΔC400℃/C25℃=(C400℃−C25℃)/C25℃
ΔCpeak/C25℃=(Cpeak−C25℃)/C25℃
The temperature change rate ΔC 400 ° C./C 25 ° C. is a value obtained by dividing the difference between the capacitance at 400 ° C. and the capacitance at 25 ° C. by the capacitance at 25 ° C. The temperature change rate ΔC peak / C 25 ° C. is a value obtained by dividing the difference between the maximum capacitance at −55 to 400 ° C. and the capacitance at 25 ° C. by the capacitance at 25 ° C. Specifically, when the capacitance at 400 ° C. is C 400 ° C. , the capacitance at 25 ° C. (room temperature) is C 25 ° C. , and the maximum capacitance in the measurement range of −55 to 400 is C peak. From these measured capacitance values, each temperature change rate is calculated as follows.
ΔC 400 ° C./C 25 ° C. = (C 400 ° C. −C 25 ° C. ) / C 25 ° C.
ΔC peak / C 25 ° C. = (C peak −C 25 ° C. ) / C 25 ° C.
これらの静電容量は、上記のとおり電極を形成した誘電体素子について、LCRメーター(Hewlett Packard, 4192AあるいはE4980A, Agilent)を用いて測定する。測定周波数は1kHz、測定温度範囲は−55〜400℃とする。 These electrostatic capacities are measured using the LCR meter (Hewlett Packard, 4192A or E4980A, Agilent) for the dielectric element having electrodes formed as described above. The measurement frequency is 1 kHz, and the measurement temperature range is −55 to 400 ° C.
好ましくは、誘電体素子における、高温(例えば、150℃)における時定数RCは200〜350secである。時定数は150℃にて評価した。印加電圧は、電界強度が5kV/mmになるように印加した。静電容量は1Vで測定した。 Preferably, the dielectric element has a time constant RC at a high temperature (for example, 150 ° C.) of 200 to 350 seconds. The time constant was evaluated at 150 ° C. The applied voltage was applied so that the electric field strength was 5 kV / mm. The capacitance was measured at 1V.
以上、本実施形態の誘電体磁器組成物および誘電体素子について説明したが、当該誘電体磁器組成物は、高電界を印加した時のDCバイアス特性が良好であるため、例えば、比較的に定格電圧が高い中高圧コンデンサに好適に用いることができる。また、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の誘電体素子は、上述した誘電体磁器組成物からなる誘電体層と上述した組成の銀パラジウムからなる内部電極層との積層構造を有していればよく、具体的な形状、製造方法等は、従来技術を適宜参照することができる。 The dielectric ceramic composition and the dielectric element of the present embodiment have been described above. However, since the dielectric ceramic composition has good DC bias characteristics when a high electric field is applied, for example, it is relatively rated. It can be suitably used for medium and high voltage capacitors having a high voltage. The present invention is not limited to the above embodiment. The dielectric element of the present invention only needs to have a laminated structure of a dielectric layer made of the above-described dielectric ceramic composition and an internal electrode layer made of silver-palladium having the above-described composition. For the method and the like, the prior art can be referred to as appropriate.
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に記載された態様に限定されるわけではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the embodiments described in these examples.
誘電体磁器組成物を作製するため、出発原料として、酸化ビスマス(Bi2O3)、炭酸ナトリウム(Na2CO3)、炭酸カリウム(K2CO3)、炭酸バリウム(BaCO3)、酸化チタン(TiO2)、酸化二オブ(Nb2O5)、酸化銅(CuO)及びフッ化リチウム(LiF)の粉末を準備した。 In order to produce a dielectric ceramic composition, as starting materials, bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), barium carbonate (BaCO 3 ), titanium oxide Powders of (TiO 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), copper oxide (CuO), and lithium fluoride (LiF) were prepared.
そして、本焼成後の誘電体磁器組成物(焼結体)が、上記一般式(1)を満たすものとなるように、上記粉末原料を秤量した。 And the said powder raw material was weighed so that the dielectric ceramic composition (sintered body) after this baking might satisfy | fill said general formula (1).
次に、秤量した各原料粉末を、ボールミルにより湿式混合した。そして、湿式混合により得られた混合物を900℃で3時間仮焼することにより仮焼物を得た。 Next, each raw material powder weighed was wet mixed by a ball mill. And the calcined product was obtained by calcining the mixture obtained by wet mixing at 900 degreeC for 3 hours.
得られた仮焼物を、ボールミルで湿式粉砕した後、これを乾燥させることにより、仮焼物粉体を得た。次いで、得られた仮焼物粉体に少量のバインダを添加し、プレス成形することにより、φ12mm、厚さ1mmの円板状成形体を得た(製造例1〜13)。 The obtained calcined product was wet pulverized by a ball mill and then dried to obtain a calcined powder. Subsequently, a small amount of binder was added to the obtained calcined powder, and press molding was performed to obtain a disk-shaped molded body having a diameter of 12 mm and a thickness of 1 mm (Production Examples 1 to 13).
そして、得られた成形体を、空気中、下記の焼成温度で、3時間焼成することにより誘電体磁器組成物試料を得た。得られた誘電体磁器組成物試料の焼結密度を測定した。焼結密度はJIS R 1634:1998に従って測定した。 And the dielectric ceramic composition sample was obtained by baking the obtained molded object in the following baking temperature for 3 hours in the air. The sintered density of the obtained dielectric ceramic composition sample was measured. The sintered density was measured according to JIS R 1634: 1998.
各試料の組成、焼結温度、焼結密度は以下のとおりであった。1050℃未満の焼結温度にて93%以上の焼結密度のものが得られることが求められる。なお、製造例番号に*を付したものは、本発明における比較例を意味する。
x α β 焼結温度 焼結密度%
*製造例1 0.10 0 0 1100℃ 94.3
*製造例2 0.12 0 0 1100℃ 94.1
*製造例3 0.14 0 0 1100℃ 94.5
*製造例4 0.18 0 0 1100℃ 94.9
*製造例5 0.24 0 0 1130℃ 93.0
*製造例6 0.12 1 0 1000℃ 97.2
製造例7 0.14 1 0 1000℃ 96.3
製造例8 0.18 1 0 1000℃ 95.5
製造例9 0.24 1 0 1000℃ 97.3
*製造例10 0.12 0 1 1040℃ 93.0
製造例11 0.14 0 1 1040℃ 93.3
製造例12 0.18 0 1 1040℃ 93.2
製造例13 0.24 0 1 1040℃ 93.1
The composition, sintering temperature, and sintering density of each sample were as follows. It is required that a sintered density of 93% or higher is obtained at a sintering temperature of less than 1050 ° C. In addition, what added * to the manufacture example number means the comparative example in this invention.
x α β Sintering temperature Sintering density%
* Production Example 1 0.10 0 0 1100 ° C. 94.3
* Production Example 2 0.12 0 0 1100 ° C. 94.1
* Production Example 3 0.14 0 0 1100 ° C. 94.5
* Production Example 4 0.18 0 0 1100 ° C. 94.9
* Production Example 5 0.24 0 0 1130 ° C. 93.0
* Production Example 6 0.12 1 0 1000 ° C. 97.2
Production Example 7 0.14 1 0 1000 ° C. 96.3
Production Example 8 0.18 1 0 1000 ° C. 95.5
Production Example 9 0.24 1 0 1000 ° C. 97.3
* Production Example 10 0.12 0 1 1040 ° C. 93.0
Production Example 11 0.14 0 1 1040 ° C. 93.3
Production Example 12 0.18 0 1 1040 ° C. 93.2
Production Example 13 0.24 0 1 1040 ° C. 93.1
次に、本発明の誘電体磁器組成物を有する積層型の誘電体素子を製造した(製造例14〜34)。誘電体素子は、直方体状の積層体と、この積層体の対向する端面にそれぞれ形成された一対の端子電極とを備える。 Next, laminated dielectric elements having the dielectric ceramic composition of the present invention were produced (Production Examples 14 to 34). The dielectric element includes a rectangular parallelepiped laminated body and a pair of terminal electrodes respectively formed on opposing end faces of the laminated body.
積層体は、誘電体層を介して内部電極層(電極層)を交互に積層してなる素体と、この素体をその積層方向の両端面側(上下方向)から挟み込むように設けられた一対の保護層とから構成した。素体においては、誘電体層と内部電極層とを交互に積層した。ここで、誘電体層として、上記一般式(1)をみたす誘電体磁器組成物を用いた。 The laminated body is provided so as to sandwich an element body in which internal electrode layers (electrode layers) are alternately laminated via a dielectric layer, and sandwich the element body from both end surfaces (vertical direction) in the lamination direction. It comprised from a pair of protective layer. In the element body, dielectric layers and internal electrode layers were alternately laminated. Here, a dielectric ceramic composition satisfying the general formula (1) was used as the dielectric layer.
1層の誘電体層の厚さは8μmにし、この製造例では10層積層した。内部電極層は、一方の端部が積層体における一方の端部に露出するように形成されたものと、一方の端部が積層体における他方の端部に露出するように形成されたものを、交互にそれぞれ平行に設けた。この製造例では、内部電極層の材質として、銀パラジウム合金(銀が70wt%、残部がパラジウム)を用いた。 The thickness of one dielectric layer was 8 μm, and 10 layers were laminated in this production example. The internal electrode layer is formed so that one end is exposed at one end of the laminate, and the other is formed so that one end is exposed at the other end of the laminate. Are alternately provided in parallel. In this production example, a silver-palladium alloy (silver is 70 wt%, the balance is palladium) was used as the material of the internal electrode layer.
積層体の両端は、上述の露出している内部電極層の端部とそれぞれ接するように端子電極を形成した。これにより、端子電極と内部電極層とが電気的に接続された。この製造例では、端子電極の材質として、銀を用いた。端子電極の厚さは100μmにした。 Terminal electrodes were formed so that both ends of the laminate were in contact with the exposed end portions of the internal electrode layer. Thereby, the terminal electrode and the internal electrode layer were electrically connected. In this production example, silver was used as the material of the terminal electrode. The thickness of the terminal electrode was 100 μm.
上述の設計となるように、積層型の誘電体素子を製造した。製造に際しては、上記仮焼物粉体を含むスラリーを調製して、そのスラリーを用いてグリーンシートを調製し、内部電極原料を含むペーストを別途調製し、そのペーストを上記グリーンシートに印刷した。印刷済みのグリーンシートを積層・圧着・カットし、所定の焼結温度にて2時間、空気中で焼成した。その後、銀ペーストを焼付けし、端子電極を形成した。このようにして誘電体素子を得た。 A laminated dielectric element was manufactured so as to have the above-described design. In manufacturing, a slurry containing the calcined powder was prepared, a green sheet was prepared using the slurry, a paste containing an internal electrode raw material was separately prepared, and the paste was printed on the green sheet. The printed green sheet was laminated, pressed and cut, and fired in air for 2 hours at a predetermined sintering temperature. Thereafter, a silver paste was baked to form a terminal electrode. In this way, a dielectric element was obtained.
焼成温度は、以下のとおりであった。
α=β=0である製造例14〜20は1100℃。α=1、β=0である製造例21〜27は1000℃。α=0、β=1である製造例28〜34は1040℃。これらの温度で焼成することにより、製造例20以外については、誘電体層、即ち誘電体磁器組成物は93%以上の焼結密度を呈した。製造例20については以降の電気特性を測定するに値する高い焼結密度には至らなかった。
The firing temperature was as follows.
Production Examples 14 to 20 where α = β = 0 are 1100 ° C. Production Examples 21 to 27 in which α = 1 and β = 0 are 1000 ° C. Production Examples 28 to 34 in which α = 0 and β = 1 are 1040 ° C. By firing at these temperatures, except for Production Example 20, the dielectric layer, that is, the dielectric ceramic composition exhibited a sintered density of 93% or more. Production Example 20 did not reach a high sintered density that was worth measuring the subsequent electrical characteristics.
得られた誘電体素子について、静電容量の温度変化率および時定数を測定した。
各製造例の組成、静電容量の温度変化率は以下のとおりであった。静電容量の温度変化率として、ΔC400℃/C25℃及びΔCpeak/C25℃を測定した。焼結温度が1050℃未満、温度変化率ΔC400℃/C25℃(下記ではT1と表す)が30%以下、ΔCpeak/C25℃(下記ではT2と表す)が50%以下という結果が求められる。さらに、各製造例の時定数(RC定数、単位sec)を測定して以下の結果を得た。R定数については200〜350secが望まれる。
With respect to the obtained dielectric element, the temperature change rate and time constant of the capacitance were measured.
The composition and the temperature change rate of the capacitance of each production example were as follows. ΔC 400 ° C./C 25 ° C. and ΔC peak / C 25 ° C. were measured as the rate of change in capacitance with temperature. Sintering temperature is less than 1050 ° C, temperature change rate ΔC 400 ° C / C 25 ° C (hereinafter referred to as T1) is 30% or less, and ΔC peak / C 25 ° C (hereinafter referred to as T2) is 50% or less. Desired. Furthermore, the time constant (RC constant, unit sec) of each production example was measured, and the following results were obtained. The R constant is preferably 200 to 350 seconds.
x α β T1(%) T2(%) RC
*製造例14 0.10 0 0 0.1 47.6 245
*製造例15 0.12 0 0 −3.2 40.0 220
*製造例16 0.14 0 0 −6.5 35.1 198
*製造例17 0.18 0 0 −9.2 31.3 181
*製造例18 0.24 0 0 −48.4 20.0 63
*製造例19 0.28 0 0 −20.1 17.3 52
*製造例20 0.30 0 0 低密度のため測定不可 45
*製造例21 0.10 1 0 8.2 123.0 340
*製造例22 0.12 1 0 5.7 109.7 387
製造例23 0.14 1 0 −10.2 49.2 349
製造例24 0.18 1 0 −25.0 45.8 331
製造例25 0.24 1 0 −27.5 44.9 280
製造例26 0.28 1 0 −1.8 35.2 244
*製造例27 0.30 1 0 2次相生成のため測定不可 226
*製造例28 0.10 0 1 9.5 119.3 390
*製造例29 0.12 0 1 6.2 111.9 340
製造例30 0.14 0 1 −15.6 10.9 304
製造例31 0.18 0 1 −25.2 25.2 289
製造例32 0.24 0 1 −28.5 42.6 243
製造例33 0.28 0 1 −2.3 33.9 210
*製造例34 0.30 0 1 2次相生成のため測定不可 180
x α β T1 (%) T2 (%) RC
* Production Example 14 0.10 0 0 0.1 47.6 245
* Production Example 15 0.12 0 0 -3.2 40.0 220
* Production Example 16 0.14 0 0 -6.5 35.1 198
* Production Example 17 0.18 0 0 -9.2 31.3 181
* Production Example 18 0.24 0 0 -48.4 20.0 63
* Production Example 19 0.28 0 0 -20.1 17.3 52
* Production Example 20 0.30 0 0 Measurement is impossible due to low density 45
* Production Example 21 0.10 1 0 8.2 123.0 340
* Production Example 22 0.12 1 0 5.7 109.7 387
Production Example 23 0.14 1 0 -10.2 49.2 349
Production Example 24 0.18 1 0 -25.0 45.8 331
Production Example 25 0.24 1 0 -27.5 44.9 280
Production Example 26 0.28 1 0 -1.8 35.2 244
* Production Example 27 0.30 1 0 Measurement not possible due to secondary phase generation 226
* Production Example 28 0.10 0 1 9.5 119.3 390
* Production Example 29 0.12 0 1 6.2 111.9 340
Production Example 30 0.14 0 1 -15.6 10.9 304
Production Example 31 0.18 0 1 -25.2 25.2 289
Production Example 32 0.24 0 1 -28.5 42.6 243
Production Example 33 0.28 0 1 -2.3 33.9 210
* Production Example 34 0.30 0 1 Measurement not possible due to secondary phase generation 180
Claims (4)
100[1−x(0.94Bi1/2Na1/2TiO3-0.06BaTiO3)-xK0.5Na0.5NbO3]+αCuO+βLiF
(但し、xは0.14〜0.28であり、α、βについて、(I)αが0.4〜1.5でありβが0〜2.4であるか、あるいは、(II)αが0〜1.5でありβが0.2〜2.4である。)
で表され、焼結密度が93%以上である、誘電体磁器組成物。 The following composition formula 100 [1-x (0.94Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 -0.06BaTiO 3 ) -xK 0.5 Na 0.5 NbO 3 ] + αCuO + βLiF
(Where x is 0.14 to 0.28, and for α and β, (I) α is 0.4 to 1.5 and β is 0 to 2.4, or (II) α is 0 to 1.5 and β is 0.2 to 2.4.)
A dielectric porcelain composition having a sintered density of 93% or more.
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