(57)【要約】  静電容量の温度変化が小さく、中高圧用途のコンデンサに用いた場合にも耐湿負荷試験後の信頼性が良好な誘電体セラミックを提供する。  ＢａおよびＴｉを含むペロブスカイト型化合物を主成分とし、Ｔｉの含有量１００モル部に対して、Ｒｅ１（Ｒｅ１はＬａ、Ｎｄの少なくとも１種の元素）を０．１５〜３モル部、Ｙを０．１〜３モル部、Ｍｇを０．３〜１３モル部、Ｆｅを０．０１〜５モル部の範囲で含有することを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢａおよびＴｉを含むペロブスカイト型化合物を主成分とし、さらにＲｅ１（Ｒｅ１はＬａ、Ｎｄの少なくとも１種の元素）、Ｙ、Ｍｇ、Ｆｅを含む誘電体セラミックであって、
Ｔｉの含有量を１００モル部としたとき、
Ｒｅ１の含有量が０．１５〜３モル部であり、
Ｙの含有量が０．１〜３モル部であり、
Ｍｇの含有量が０．３〜１３モル部であり、
Ｆｅの含有量が０．０１〜５モル部であることを特徴とする誘電体セラミック。
【請求項２】
前記主成分の前記ペロブスカイト型化合物が、さらにＣａを任意で含み、
Ｂａ／（Ｂａ＋Ｃａ）のモル比αが、０．４≦α≦１であることを特徴とする、請求項１に記載の誘電体セラミック。
【請求項３】
前記主成分の前記ペロブスカイト型化合物が、チタン酸バリウムであり、前記αがα＝１であることを特徴とする、請求項２に記載の誘電体セラミック。
【請求項４】
前記誘電体セラミックは大気中で焼成されたものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘電体セラミック。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘電体セラミックと、前記誘電体セラミックの両主面にスパッタリング法により形成された電極と、を備える単板コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体セラミック、特に中高圧用途のコンデンサに用いる誘電体セラミックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、中高圧用途（例えば直流定格電圧１ｋＶ〜６ｋＶ）のコンデンサに使用される誘電体セラミックには、静電容量の温度変化の抑制とともに、漏れ電流の低減が求められている。漏れ電流ｉは、周波数ｆ、容量Ｃ、電圧Ｖとすると、以下の式（１）で定義される。
式（１）：ｉ＝２πｆＣＶ
式（１）より、容量値Ｃが大きくなると、漏れ電流は大きくなることが分かる。そのため、容量値の大きい中高圧用途のコンデンサでは、特に漏れ電流の低減が求められ、これに使用される誘電体セラミックは絶縁性を向上させる必要がある。【０００３】
従来、静電容量の温度変化の小さい材料として、特許文献１に記載の誘電体セラミックが知られている。この誘電体セラミックは、１００．０重量部の基本成分と、０．２〜５．０重量部の添加成分との混合物を焼成したものからなり、基本成分が、（１−γ−η）（Ｂａk-(x+y)ＭxＬy）ＯkＴｉＯ2 +ηＪＺｒＯ3＋γ（Ｒ1-zＲ’z）Ｏ3/2＋αＡＯ5/2+βＤ（ＭはＭｇ及び／又はＺｎ、ＬはＣａ及び／又はＳｒ、ＪはＣａ及び／又はＢａ、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ及びＥｕから選択された１種又は２種以上の元素、Ｒ’はＳｃ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選択された１種又は２種以上の元素、ＡはＰ及び／又はＶ、ＤはＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉから選択された１種又は２種以上の酸化物）で表わされる物質からなり、添加成分はＬｉ2ＯとＳｉＯ2とＭＯ（ＭＯはＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＺｎＯから選択された１種又は２種以上の酸化物）とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２７２９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記の誘電体セラミックはＮｉ等の卑金属を内部電極とする積層セラミックコンデンサ向けの材料であり、この誘電体セラミックを中高圧用途のコンデンサに用いた場合には、耐湿負荷試験後の信頼性に問題が生じていた。【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、静電容量の温度変化が小さく、中高圧用途のコンデンサに用いた場合にも耐湿負荷試験後の信頼性が良好な誘電体セラミックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の誘電体セラミックは、ＢａおよびＴｉを含むペロブスカイト型化合物を主成分とし、さらにＲｅ１（Ｒｅ１はＬａ、Ｎｄの少なくとも１種の元素）、Ｙ、Ｍｇ、Ｆｅを含み、Ｔｉの含有量を１００モル部としたとき、Ｒｅ１の含有量が０．１５〜３モル部であり、Ｙの含有量が０．１〜３モル部であり、Ｍｇの含有量が０．３〜１３モル部であり、Ｆｅの含有量が０．０１〜５モル部であることを特徴とする。【０００８】
また、本発明の誘電体セラミックでは、主成分のペロブスカイト型化合物が、さらにＣａを任意で含み、Ｂａ／（Ｂａ＋Ｃａ）のモル比αが、０．４≦α≦１
であることが好ましい。【０００９】
また、本発明の誘電体セラミックでは、主成分のペロブスカイト型化合物が、チタン酸バリウムであり、αがα＝１であることが好ましい。【００１０】
また、本発明の誘電体セラミックでは、誘電体セラミックは大気中で焼成されたものであることが好ましい。【００１１】
また、本発明は、上記の誘電体セラミックと、誘電体セラミックの両主面にスパッタリング法により形成された電極と、を備える単板コンデンサにも向けられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、静電容量の温度変化が小さく、中高圧用途のコンデンサに用いた場合にも耐湿負荷試験後の信頼性が良好な誘電体セラミックを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】単板コンデンサの一部破断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の誘電体セラミックを使用して製造された電子部品の一例である単板コンデンサの一部破断正面図である。この単板コンデンサは、中高圧用途に用いられ、誘電体セラミック１と、誘電体セラミック１の両主面に形成された電極２と、はんだ３を介して電極２と電気的に接続されている一対のリード線４ａ、４ｂと、誘電体セラミック１を被覆する外装樹脂５と、を備えている。
【００１６】
本発明の誘電体セラミックは、ＢａおよびＴｉを含むペロブスカイト型化合物を主成分としている。そして、Ｔｉの含有量１００モル部に対して、Ｒｅ１（Ｒｅ１はＬａ、Ｎｄの少なくとも１種の元素）を０．１５〜３モル部、Ｙを０．１〜３モル部、Ｍｇを０．３〜１３モル部、Ｆｅを０．０１〜５モル部の範囲で含有する。この場合に、静電容量の温度変化が小さく、耐湿負荷試験後の信頼性が良好な単板コンデンサが得られる。
【００１７】
なお、本発明の誘電体セラミックには、本発明の目的を損なわない範囲において、希土類元素、Ｖ、Ａｌ、Ｎｉ等が含まれていてもよい。
【００１８】
また、ペロブスカイト型化合物のＡサイト、ＢサイトおよびＯの量は１：１：３の化学量論組成でなくてもよく、化学量論組成からずれていてもよい。
【００１９】
次に、本発明の誘電体セラミックの製造方法について、図１の単板コンデンサを例にとり説明する。
【００２０】
まず、主成分の出発原料として、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉの酸化物または炭酸化物の粉末を用意する。これら出発原料の粉末を秤量して、液中にてメディアを用いて混合粉砕する。乾燥後、得られた混合粉末を熱処理することにより、主成分粉末を得る。この方法は一般に固相合成法と呼ばれるものであるが、他の方法として、水熱合成法、加水分解法、シュウ酸法等の湿式合成法を用いても構わない。
【００２１】
次に、この主成分粉末に対し、所定量のＬａ、Ｎｄ、Ｙ、Ｍｇ、Ｆｅの酸化物、水酸化物または炭水化物の粉末を添加する。これらの粉末としては、本発明の目的を損なわない限り酸化物粉末、水酸化物粉末、または炭酸化物粉末に限られるものではない。そして、バインダを添加して液中にて混合し、乾燥及び造粒して、セラミック原料粉末を得る。
【００２２】
次に、上記のセラミック原料粉末を用いて、プレス成形法により所定の円板状に成形する。そして得られた成形体を所定の温度で焼成して、誘電体セラミック１を得る。
【００２３】
次に、誘電体セラミック１の両主面に電極２を形成する。電極２の形成方法の例としては、スパッタリング法が挙げられる。また、イオンプレーティング等の他の薄膜形成法でも良い。
【００２４】
次に、電極２とリード線４ａ、４ｂとをはんだ３を介して接続する。その後、樹脂モールド法等により外装樹脂を形成する。以上の工程により、単板コンデンサが作製される。
【００２５】
［実験例］
まず、ＢａＣＯ3とＴｉＯ2の粉末を所定のモル量秤量した。そして、ボールミルで混合し、乾燥後１１００℃で２時間仮焼して、ペロブスカイト型化合物であるチタン酸バリウムの粉末を得た。一方、ＣａＣＯ3とＴｉＯ2の粉末を所定のモル量秤量した。そして、ボールミルで混合し、乾燥後１１００℃で２時間仮焼して、ペロブスカイト型化合物であるチタン酸カルシウムの粉末を得た。
【００２６】
次に、得られた前記チタン酸バリウム粉末に対して、前記チタン酸カルシウム粉末とＬａ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｍｇ（ＯＨ）2、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＣＯ3、Ｃｏ3Ｏ4の各粉末を表１に示す割合になるように秤量し、混合して、混合物を得た。なお、表１におけるαは、前記混合物中のモル比（Ｂａの含有量）／（ＢａとＣａの合計含有量）である。また、表１における（Ｂａ，Ｃａ）／Ｔｉは、前記混合物中のモル比（ＢａとＣａの合計含有量）／（Ｔｉの含有量）である。また、表１におけるＲｅ１（Ｒｅ１＝Ｌａ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｅｒ）、Ｒｅ２（Ｒｅ２＝Ｙ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｈｏ）、Ｍｇ、Ｍ１（Ｍ１＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ）の含有量は、前記混合物中のＴｉ１００モル部に対するモル部である。この混合物に酢酸ビニルのエマルジョン５０％溶液を１０重量％添加して、ボールミルで混合した。その後、乾燥及び造粒して、セラミック原料粉末を得た。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
試料番号１〜６は、Ｌａの含有量を変化させたものである。試料番号７〜１０は、Ｙの含有量を変化させたものである。試料番号１１〜１３はＲｅ１の元素の種類を変化させたものである。試料番号１４〜１６はＲｅ２の元素の種類を変化させたものである。試料番号１７〜２０はＭｇの含有量を変化させたものである。試料番号２１〜２４はＦｅの含有量を変化させたものである。試料番号２５、２６はＭ１の元素の種類を変化させたものである。試料番号２７、２８は、（Ｂａ，Ｃａ）／Ｔｉ比を変化させたものである。試料番号２９、３０は、ＢａαＣａ1-αＴｉＯ3のαを変化させたものである。
【００２９】
なお、得られたセラミック原料粉末をＩＣＰ発光分光分析したところ、表１に示した調合組成とほとんど同一であることが確認された。
【００３０】
次に、このセラミック原料粉末を金型に注入して、１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で成形した。そして、得られた成形体を大気雰囲気中１３５０℃で２時間焼成して、直径８．３ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの円板状の誘電体セラミックを得た。
【００３１】
次に、この誘電体セラミックの両主面に、スパッタリング法によりＣｕを主成分とした電極を形成した。
【００３２】
この電極の形成された誘電体セラミックについて、誘電率（εｒ）、誘電正接（ｔａｎδ）、及び誘電率の温度特性を以下の条件で測定した。
【００３３】
誘電率と誘電正接は、１ｋＨｚ、１Ｖｒｍｓの電流を通電して、２０℃の温度で測定した。誘電率の温度特性は、ＥＩＡによるＹ５Ｒ特性とＪＩＳによるＢ特性の２種類について測定した。ＥＩＡによるＹ５Ｒ特性では、−３０℃〜＋８５℃の温度域での誘電率の変化率が＋２０℃での誘電率を基準として±１５％以内であることとなっている。また、ＪＩＳによるＢ特性では、−２５℃〜＋８５℃の温度域での誘電率の変化率が＋２０℃での誘電率を基準として±１０％以内であることとなっている。
【００３４】
次に、電極とリード端子をはんだで接続した。その後、エポキシ樹脂で誘電体セラミックを覆うことにより、単板コンデンサを得た。
【００３５】
なお、得られた単板コンデンサからエポキシ樹脂、リード端子、電極を除去後、焼結した誘電体セラミックを溶剤により溶解し、ＩＣＰ発光分光分析したところ、表１に示した組成と殆ど同一であることが確認された。
【００３６】
この単板コンデンサについて、耐湿負荷試験を実施した。耐湿負荷試験は６０℃、相対湿度９０〜９５％の条件下で、６０Ｈｚ、２．０ｋＶｒｍｓの電圧を４０００時間印加した。
【００３７】
その後、各条件の試料について、絶縁抵抗（ＩＲ）とＡＣ電圧特性を測定した。
【００３８】
絶縁抵抗は、直流５００Ｖの電流を通電して、２０℃の温度で測定した。絶縁抵抗は、１０×１０10Ω以上を良品とした。
【００３９】
また、ＡＣ電圧特性は、＋２５℃に保持された温度槽内で、交流電圧を１Ｖｒｍｓ、２００Ｖｒｍｓ、４００Ｖｒｍｓと変化させて、１Ｖｒｍｓでの誘電率に対する２００Ｖｒｍｓの誘電率と４００Ｖｒｍｓの誘電率の変化率を求めた。誘電率の変化率は、２００Ｖｒｍｓの条件で４０％以内、かつ、４００Ｖｒｍｓの条件で５５％以内を良品とした。
【００４０】
これらの評価結果を表２に示す。なお、表１、表２で＊印を付したものは、本発明の範囲外のものである。
【００４１】
【表２】
2012165116.tif 000004
【００４２】
表２の結果より、ＢａおよびＴｉを含むペロブスカイト型化合物を主成分とし、Ｔｉの含有量１００モル部に対して、Ｒｅ１（Ｒｅ１はＬａ、Ｎｄの少なくとも１種の元素）を０．１５〜３モル部、Ｙを０．１〜３モル部、Ｍｇを０．３〜１３モル部、Ｆｅを０．０１〜５モル部の範囲で含有する誘電体セラミックでは、Ｙ５Ｒ特性とＢ特性を満足し、耐湿負荷試験後の絶縁抵抗とＡＣ電圧特性が良好であることが明らかになった。
【符号の説明】
【００４３】
１  誘電体セラミック
２  電極
３  はんだ
４ａ、４ｂ  リード線
５  外装樹脂
【図１】
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【国際調査報告】
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