(57)【要約】【課題】  低い比誘電率εｒと高いキュリー点Ｔｃを有し、１１００℃以下での低温焼結を実現した焦電磁器材料を提供する。【解決手段】  組成式が（Ｐｂ（１−ｘ），Ｃａｘ）（Ｔｉ（１−ｙ），（Ｓｂ１／２Ｎｂ１／２）ｙ）Ｏ３（但し、０．０８≦ｘ≦０．２４、０．００１≦ｙ≦０．５）で表される主成分に、副成分としてＳｉＯ２を０．１質量％以上１０質量％以下添加する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式が（Ｐｂ（１−ｘ），Ｃａｘ）（Ｔｉ（１−ｙ），（Ｓｂ１／２Ｎｂ１／２）ｙ）Ｏ３（但し、０．０８≦ｘ≦０．２４、０．００１≦ｙ≦０．５）で表される主成分に、副成分としてＳｉＯ２が０．１質量％以上１０質量％以下添加されたことを特徴とする焦電磁器材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦電磁器材料に関し、特に、表面実装対応の焦電型赤外線センサに用いて好適な焦電磁器材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人の動きを感知することができる焦電型赤外線センサは防犯機器、家電製品等のさまざまな分野で広く応用されてきた。昨今では世界的に環境問題に対する意識が高まり、省エネの観点では焦電型赤外線センサによる人感検知は不可欠の技術となっている。
【０００３】
家電製品等の機能の一部として使用される焦電型赤外線センサは、小型化、高感度化が求められ、焦電型赤外線センサの性能を握っている焦電型赤外線センサ用の焦電磁器材料はその感度特性が非常に重要なパラメータとなる。
【０００４】
焦電型赤外線センサの検出感度は、焦電磁器材料の比誘電率εｒが小さいほど高くなる。このため、チタン酸ジルコン酸鉛のような比誘電率εｒが大きい焦電磁器材料よりも、チタン酸鉛のような比誘電率εｒが小さい焦電磁器材料が求められている。
【０００５】
特許文献１では、焦電型赤外線検出素子として（Ｐｂ１−ｘＣａｘ）ＴｉＯ３で示される複合ペロスカイト構造のものにＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎｂ２Ｏ５のうちから選ばれた少なくとも１種を添加配合してなるセラミック焼結体が提案されている。このセラミックス焼結体は大きな焦電係数と、低い比誘電率を有しており、赤外線検出素子としても優れた特性を備えている。
【０００６】
また、焦電型赤外線センサは、他の電子デバイスと組み合わせて用いられることが多いため、表面実装技術によりプリント基板上に他の電子部品と同時に実装させて使用されることが多い。したがって、焦電型赤外線センサはリフロー炉内を通って電化製品または電子デバイスの一部として使用されるため、リフロー炉の鉛ハンダ溶解温度である約３００℃に加熱されてもセンサ感度が劣化しないことが求められている。
【０００７】
さらに、近年では環境保全の観点から、鉛フリーのハンダペーストを使用するようになり、リフロー炉の温度も従来の鉛ハンダ溶解温度よりもさらに高温にする必要がある。
【０００８】
通常鉛フリーのハンダはリフロー炉のピーク温度を２８０℃程度に設定されるが、リフロー炉の熱分布によっては３００℃まで達する領域もあり、小型化が要求される表面実装タイプの電子部品、電子デバイスは３００℃以上、好ましくは３４０℃以上の耐熱性が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０―１９１０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の焦電型赤外線センサ用の焦電素子は、分極が消極する温度であるキュリー点Ｔｃが２００℃台であるのが一般的であり、表面実装の際にリフロー炉で熱が加えられると分極が劣化し、特性が低下するという問題がある。
【００１１】
このような背景の中、比誘電率εrが低く、３４０℃程度の高温でも焦電素子の分極が劣化しない材料開発が急務となっている。
【００１２】
特許文献１の焦電型赤外線検出素子において、検出感度を上げようとしてＣａ置換量を増やすとキュリー点Ｔｃが下がってしまい、表面実装の際にリフロー炉の熱で分極が劣化し、特性が低下してしまうため、表面実装対応の焦電型赤外線センサには適していない。
【００１３】
また、チタン酸鉛は通常１２００℃以上の温度で焼結されるが、このような温度では鉛の蒸散が著しく所望の焦電磁器組成物から組成がずれ易い。さらに、チタン酸鉛は異方性が強いため、焼結中にひび割れ、時には焼結後の放置中にも壊れやすい材料である。これらの問題と量産性とを考慮し、焼結温度の低温化、特に１１００℃以下での低温焼結が望まれている。
【００１４】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたもので、低い比誘電率εｒと高いキュリー点Ｔｃを有し、１１００℃以下での低温焼結を実現した焦電磁器材料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】
【００１５】
上述した課題を解決するため、本発明は、組成式が（Ｐｂ（１−ｘ），Ｃａｘ）（Ｔｉ（１−ｙ），（Ｓｂ１／２Ｎｂ１／２）ｙ）Ｏ３（但し、０．０８≦ｘ≦０．２４、０．００１≦ｙ≦０．５）で表される主成分に、副成分としてＳｉＯ２が０．１質量％以上１０質量％以下添加される焦電磁器材料であり、比誘電率εｒが低く、キュリー点Ｔｃが高く、１１００℃以下での低温焼結を実現した焦電磁器材料が得られる。
【００１６】
即ち、本発明によれば、組成式が（Ｐｂ（１−ｘ），Ｃａｘ）（Ｔｉ（１−ｙ），（Ｓｂ１／２Ｎｂ１／２）ｙ）Ｏ３（但し、０．０８≦ｘ≦０．２４、０．００１≦ｙ≦０．５）で表される主成分に、副成分としてＳｉＯ２が０．１質量％以上１０質量％以下添加されたことを特徴とする焦電磁器材料が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、低い比誘電率εｒと高いキュリー点Ｔｃを有し、１１００℃以下での低温焼結を実現した焦電磁器材料を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】Ｃａ置換量ｘを変化させたときの比誘電率εrを示す図。
【図２】Ｃａ置換量ｘを変化させたときのキュリー点Ｔｃを示す図。
【図３】焼結温度と密度の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の焦電磁器材料は、組成式が（Ｐｂ（１−ｘ），Ｃａｘ）（Ｔｉ（１−ｙ），（Ｓｂ１／２Ｎｂ１／２）ｙ）Ｏ３（但し、０．０８≦ｘ≦０．２４、０．００１≦ｙ≦０．５）で表される主成分に、副成分としてＳｉＯ２が０．１質量％以上１０質量％以下添加されたことを特徴とする。ｘの値はＰｂに対するＣａ置換量であり、Ｃａ置換量を増やすことにより、比誘電率を小さくすることが可能となる。ｙの値は、Ｔｉに対するＳｂ１／２Ｎｂ１／２の置換量であり、Ｓｂ１／２Ｎｂ１／２の置換量を増やすことによりキュリー点Ｔｃを高くすることが可能となる。ＳｉＯ２の添加量を増やすことにより、焦電磁器材料の焼結性が向上され焼結体の密度のピークが低温側にシフトし、低温焼結が可能となる。
【実施例】
【００２０】
主成分の原料として、ＰｂＯ、ＴｉＯ２、ＣａＯ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｓｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２を目的の組成になるように秤量した。この原料粉末を、ジルコニアボールとともにナイロンポットの中に入れ、４６時間湿式混合した。この混合粉末を脱水乾燥後、アルミナ匣鉢中で９５０℃、２時間の予焼を行った。この予焼粉末をナイロンポット中のジルコニアボールにて２０時間湿式粉砕した。続いて、脱水乾燥し、得られた予焼粉砕粉末にバインダを混合して加圧し、φ２０×１０ｍｍに成形した。この成形体を１０００〜１２５０℃で焼結し、外周刃切断機で１ｍｍの厚さに切断し円板を得た。そして、加工した円板の両面に銀ペーストを塗布し、４５０℃で焼き付けて電極を形成し試料とした。このようにして得られた試料に、シリコンオイル中で１８０℃、４ｋＶ／ｍｍ、１５分で分極処理を行い、その後室温２５℃の環境に戻した。
【００２１】
図１はＣａ置換量ｘを変化させたときの比誘電率εrを示す図である。ここで、ｙ＝０．０１、ＳｉＯ２の添加量を０．１質量％とし、ｘが０．０７、０．０８、０．１０、０．１４のときの比誘電率εrを求めた。ｘの値はＰｂに対するＣａ置換量でモル比であり、このＣａ置換量が０．１４のとき、比誘電率εrが３００程度まで小さくなっている。Ｃａ置換量を０．０７から０．１４に増やすに従い比誘電率εrが小さくなり、焦電型赤外線センサとしては検出感度の観点で有望な材料となる。通常焦電型赤外線センサとして使用される焦電磁器材料としては、比誘電率εrは５００以下が望ましいため、ｘは０．０８以上が必要であることがわかる。
【００２２】
図２はＣａ置換量ｘを変化させたときのキュリー点Ｔｃを示す図である。ここで、ＳｉＯ２の添加量を０．１質量％とし、ｙの値を０〜０．０１に変化させ、ｘが０．０８、０．１５、０．２４、０．４０のときのキュリー点Ｔｃを求めた。ｙの値はＴｉに対するＳｂ１／２Ｎｂ１／２の置換量でモル比である。図２に示すように、Ｃａの置換量を増やすとキュリー点Ｔｃが低下する。表面実装に対応する焦電型赤外線センサとして利用するには、リフローの熱でも分極が劣化しないように、Ｔｃが図２の破線で示した３４０℃以上であることが必要である。したがって、ｘは０．２４以下が必要である。
【００２３】
さらに、図２において、（Ｓｂ１／２  Ｎｂ１／２）の置換量であるｙを増やしていくと、キュリー点Ｔｃが高くなっているのがわかる。キュリー点Ｔｃは３４０℃以上であることが必要であるため、ｙは０．００１以上が必要である。（Ｓｂ１／２Ｎｂ１／２）の置換量は、配合し過ぎると、分極が劣化し焦電効果が無くなる傾向にある。このため、ｙは０．５以下が必要であり、特に、実用的な焦電型赤外線センサへの適用を考慮すると、０．０１以下が好ましい。
【００２４】
また、上述した焦電磁器材料はＳｉＯ２を添加することにより、焦電磁器材料の焼結性が向上され、低温焼結が可能となる。図３は焼成温度と密度の関係を示す図である。ここで、主成分の組成は、ｘ＝０．１４、ｙ＝０．０１とした。ＳｉＯ２の添加量を０．１質量％、０．５質量％添加した場合と、ＳｉＯ２を添加していない（０質量％）場合の密度を示した。図３に示すように、ＳｉＯ２を添加することで密度のピークが低温側にシフトし、１１００℃以下での低温焼結が可能となる。ここで、図３においてＳｉＯ２を添加しない（０質量％）の場合では、１１００℃で密度のピークをとっているため、量産工程において特性のばらつきも考慮し、１１００℃以上の高温で焼結する必要がある。このため、１１００℃での低温焼結を行うには、ＳｉＯ２の添加量は０．１質量％以上が必要である。また、ＳｉＯ２は添加し過ぎると、分極が劣化し焦電効果が無くなる傾向にある。このため、ＳｉＯ２の添加量は１０質量％以下が必要で、特に、実用的な焦電型赤外線センサとしての適用を考慮すると、０．５質量％以下が好ましい。
【００２５】
かくして、本発明によって、比誘電率εｒが低く、かつキュリー点Ｔｃが高く、１１００℃以下での低温焼結を実現した表面実装対応の焦電型赤外線センサに使用される優れた焦電磁器材料が得られた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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