(57)【要約】【課題】  室温における比誘電率が２００以上で、かつ温度１２５℃における誘電損失が１５％以下の誘電体磁器およびこれを用いたコンデンサを提供する。【解決手段】  ＳｒＴｉＯ３を主結晶相とし、ＭｇＴｉ２Ｏ５を含み、Ｘ線回折における前記ＳｒＴｉＯ３の（１１０）面のピーク強度をIＡ、前記ＭｇＴｉ２Ｏ５の（１０１）面のピーク強度をＩＢとしたとき、ピーク強度比（IＢ／ＩＡ）が０．０５〜１．５である。【選択図】  図１
2009084062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｒＴｉＯ３を主結晶相とし、ＭｇＴｉ２Ｏ５を含み、Ｘ線回折における前記ＳｒＴｉＯ３の（１１０）面のピーク強度をIＡ、前記ＭｇＴｉ２Ｏ５の（１０１）面のピーク強度をＩＢとしたとき、ピーク強度比（IＢ／ＩＡ）が０．０００５〜０．０１５であることを特徴とする誘電体磁器。
【請求項２】
前記誘電体磁器中におけるＳｒおよびＭｇの合計含有量をＡモル、Ｔｉの含有量をＢモルとしたときのＡ／Ｂ比が０．９９５〜１．００５であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体磁器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の誘電体磁器からなる誘電体層と導体層との積層体から構成されていることを特徴とするコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｒＴｉＯ３を主成分とする誘電体磁器と、それを用いた電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の代表であるコンデンサに用いられる誘電体セラミックス（誘電体磁器）は強誘電性が大きいために、電界が印加された場合に電気誘電歪が発生するという問題がある。例えば、大面積の電源回路を備えるプラズマディスプレイなどでは、電源回路上に多くのコンデンサが実装されており、しかも動作する面積が大きいことから電気誘電歪に起因する振動の振幅が大きくなりやすい。このため電源回路上に実装された複数のコンデンサが共鳴したりすると「音鳴り」と呼ばれる奇妙なノイズ音が発生し、ディスプレイを見ている人に不愉快な思いをさせる原因となる。このため、電気誘電歪が小さく、かつ比誘電率が大きい誘電体セラミックスが要求されている。
【０００３】
このような条件を満たす誘電体セラミックスとして、例えば、ＡサイトをＳｒ、ＣａおよびＢａなどの複数のアルカリ土類金属元素で構成するとともに、ＢサイトをＴｉ、ＺｒおよびＨｆで構成したものが知られており（例えば、特許文献１参照）、このような誘電体セラミックスにより構成されたコンデンサは、温度２５℃、測定周波数１ｋＨｚにおける静電容量から求めた比誘電率が１５０以上、同条件における誘電損失が０．３％以下の誘電特性を示すことが示されている。
【０００４】
また、電気誘起歪を小さくできる誘電体セラミックスとして、ＳｒＴｉＯ３やＣａＴｉＯ３を主成分とする誘電体セラミックスが好適であると考えられており、温度補償用の誘電体磁器を形成するための主成分となる材料として用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２９２１７３号公報
【特許文献２】特開２００１−２９４４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたＡサイトをＳｒ、ＣａおよびＢａなどの複数のアルカリ土類金属元素で構成するとともに、ＢサイトをＴｉ、ＺｒおよびＨｆで構成した上記誘電体セラミックス、あるいは、特許文献２に開示されたＳｒＴｉＯ３やＣａＴｉＯ３を主成分とする誘電体セラミックスは、例えば、測定周波数１００Ｈｚの低周波数で測定した場合、５０℃を超えるあたりから誘電損失が急激に増大する傾向にあり、１２５℃での誘電損失が１５％よりも大きくなるものであった。
【０００６】
１２５℃以上の温度領域における誘電損失の増加は、誘電体セラミックスにおける高温での絶縁抵抗を低下させる原因になることから高温負荷寿命などの信頼性が得られないという問題につながることになる。このため比誘電率が大きく、かつ高温での誘電損失が小さい誘電体セラミックスが要求されている。
【０００７】
従って本発明は、室温における比誘電率が２００以上で、かつ温度１２５℃における誘電損失が１５％以下の誘電体磁器およびこれを用いたコンデンサ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】
【０００８】
本発明の誘電体磁器は、ＳｒＴｉＯ３を主結晶相とし、ＭｇＴｉ２Ｏ５を含み、Ｘ線回折における前記ＳｒＴｉＯ３の（１１０）面のピーク強度をIＡ、前記ＭｇＴｉ２Ｏ５の（１０１）面のピーク強度をＩＢとしたとき、ピーク強度比（IＢ／ＩＡ）が０．０００５〜０．０１５であることを特徴とする。
【０００９】
また、前記誘電体磁器では、前記誘電体磁器中におけるＳｒおよびＭｇの合計含有量をＡモル、Ｔｉの含有量をＢモルとしたときのＡ／Ｂ比が０．９９５〜１．００５であることが望ましい。
【００１０】
また、本発明のコンデンサは、上記誘電体磁器からなる誘電体層と導体層との積層体から構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＳｒＴｉＯ３をベースとした誘電体セラミックス中に、所定の割合でＭｇＴｉ２Ｏ５の結晶相を形成することにより、室温における比誘電率が２００以上で、かつ温度１２５℃における誘電損失が１５％以下の誘電体磁器を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の誘電体磁器によれば、当該前記誘電体磁器中におけるＳｒおよびＭｇの合計含有量をＡモル、Ｔｉの含有量をＢモルとしたときのＡ／Ｂ比が０．９９５〜１．００５とすることにより、室温における比誘電率が２２０以上で、温度１２５℃における誘電損失が１０％以下の誘電体磁器を得ることができる。
【００１３】
また、本発明のコンデンサによれば、上記誘電体磁器からなる誘電体層と導体層とを交互に積層した積層体により形成してあることから、小型大容量化できるとともに、高温における絶縁性を高めることができるとともに、電源回路上に実装した場合にノイズ音を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の誘電体磁器は、ＳｒＴｉＯ３を主結晶相とし、この主結晶相とともにＭｇＴｉ２Ｏ５を含むことを特徴とするものであり、その割合は、Ｘ線回折において、Ｘ線回折において、ＳｒＴｉＯ３の（１１０）面のピーク強度をIＡとし、ＭｇＴｉ２Ｏ５の（１０１）面のピーク強度をＩＢとしたときのピーク強度比（IＢ／ＩＡ）が０．０００５〜０．０１５であることが重要である。
【００１５】
本発明では、結晶構造がペロブスカイト型であり、常誘電性を示すＳｒＴｉＯ３を主結晶相とする誘電体セラミックスに対して、ＭｇＴｉ２Ｏ５を共存させて、その割合をＸ線回折において、ＳｒＴｉＯ３の（１１０）面のピーク強度をIＡとし、ＭｇＴｉ２Ｏ５の（１０１）面のピーク強度をＩＢとしたときのピーク強度比（IＢ／ＩＡ）が０．０００５〜０．０１５の範囲とすることにより、例えば、測定周波数１００Ｈｚにおいて、室温（２５℃）における比誘電率が２００以上で、かつ温度１２５℃における誘電損失が１５％以下の誘電体磁器を得ることができる。ここで測定周波数を１００Ｈｚとしたのは測定温度に対する誘電損失の変化が大きく現れるからである。
【００１６】
これに対して、Ｘ線回折において、Ｘ線回折においてピーク強度比（IＢ／ＩＡ）が０．０００５より小さい場合には、比誘電率を２７０以上にできるものの、同測定周波数で、温度１２５℃における誘電損失が１５．２％以上となり、一方、ピーク強度比（IＢ／ＩＡ）が０．０１５より大きい場合には、同測定周波数で、温度１２５℃における誘電損失を１５％以下とすることができるものの、室温（２５℃）における比誘電率が２００より低下してしまうおそれがある。
【００１７】
図１（ａ）は、ＳｒＴｉＯ３を主結晶相とし、ＭｇＴｉ２Ｏ５の結晶相を有する本発明の誘電体磁器のＸ線回折図であり、図１（ｂ）はＭｇＴｉ２Ｏ５の結晶相を有しないＳｒＴｉＯ３を主結晶相とする誘電体磁器のＸ線回折図である。
【００１８】
図１（ａ）に見られるように、本発明の誘電体磁器では、Ｘ線回折図の回折角（２θ）２６°付近にＭｇＴｉ２Ｏ５の（１０１）面の回折ピークが現れており、このようにＭｇＴｉ２Ｏ５が誘電体磁器中に主結晶相であるＳｒＴｉＯ３とともに存在することにより、上述のような高温での誘電損失を低減できる誘電体磁器を得ることができる。
【００１９】
また、本発明の誘電体磁器では、主結晶相であるＳｒＴｉＯ３およびＭｇＴｉ２Ｏ５以外の結晶相が異相として存在してもよいが、その割合は、Ｘ線回折において、ＳｒＴｉＯ３の（１１０）面のピーク強度をIＡ、その他の結晶相ピーク強度をＩＯとしたとき、ピーク強度比（IＯ／ＩＡ）が０．０１より小さいことが比誘電率の低下を抑制できるという点で望ましい。このように、誘電体磁器中におけるＳｒおよびＭｇの合計含有量をＡモル、Ｔｉの含有量をＢモルとしたときのＡ／Ｂ比が１でない場合にも、主結晶相を構成する構成元素と助剤成分とからなる結晶が形成されるが、このような結晶は粒界に析出し、Ｘ線回折図において検出され、その他の結晶相（図１（ａ）において、２θが２７°付近のピーク（Ｏ））の割合が上記の範囲であれば本発明の効果が得られる。
【００２０】
また、本発明の誘電体磁器では、当該誘電体磁器中におけるＳｒおよびＭｇの合計含有量をＡモル、Ｔｉの含有量をＢモルとしたときのＡ／Ｂ比が０．９９５〜１．００５であることが望ましい。これにより、室温における比誘電率を２２０以上とし、かつ測定周波数が１００Ｈｚで、温度１２５℃における誘電損失を１０％以下とすることが可能になる。
【００２１】
なお、本発明の誘電体磁器は、上述のように結晶粒子と粒界相とから構成されるが、粒界相を形成する材料として、誘電特性を劣化させない程度であれば、ＳｉＯ２を主体とし、これにＬｉ２ＯやＢ２Ｏ３を焼結助剤として２質量％以下の範囲で含有していても構わない。
【００２２】
本発明の誘電体磁器の組成は、原子吸光分析もしくは蛍光Ｘ線分光分析により含まれる元素を定性分析し、これら特定した元素についてＩＣＰ発光分光分析により定量分析を行うことで確認できる。
【００２３】
次に、本発明の誘電体磁器の製造方法について説明する。まず、原料合成用の出発原料として、純度がいずれも９９％以上である、Ｓｒ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・０．５水和物、Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・４水和物、および酸化チタン粉末を用いる。この場合、酸化チタンは平均粒径が１００ｎｍ以下のものを用いる。
【００２４】
次に、これらの出発原料を、組成式Ｓｒ１−ｘＭｇｘＴｉＯ３において、Ｘとして０．０１〜０．２となるように混合する。
【００２５】
次に、上記出発原料に溶媒を加えてポットミルを用いて混合を行い原料スラリを調製するＳｒやＭｇ成分の出発原料として上述のような酢酸塩を用いる場合には、溶媒中で、これらの出発原料がイオン化し易くなり、ＳｒやＴｉとともにＭｇの分散性が高まるため、ＭｇＴｉ２Ｏ５が形成されやすいためである。これに対して、ＳｒやＭｇの出発原料として酸化物粉末を用いた場合には、溶媒中において、ＳｒやＴｉに対して、Ｍｇ成分の分散性が劣ることからＭｇＴｉ２Ｏ５が形成されにくいと考えられる。このためＳｒ、ＴｉおよびＭｇの成分を溶媒中でイオン化し易くするという理由から、用いる溶媒はイオン交換水を用いることが望ましい。こうして焼成後の誘電体磁器中にＭｇＴｉ２Ｏ５結晶相を生成させることが可能になる。これに対して溶媒としてアルコール類を用いた場合には、Ｓｒ、ＴｉおよびＭｇの出発原料が溶媒中でイオン化し難いことから焼成後の誘電体磁器中にＭｇＴｉ２Ｏ５を生成させることが困難となるからである。
【００２６】
次に、調製した原料スラリをポットミルから排出し、溶媒を乾燥した後、アルミナるつぼを用いて大気中にて仮焼を行う。仮焼条件は１０００〜１３００℃、１〜３時間程度が好ましい。
【００２７】
この場合、仮焼温度を１０００℃以上にすると、未反応物が少なく、均質な仮焼粉末が得られるという利点があり、一方、仮焼温度が１３００℃以下であると、後の工程である焼成において誘電体磁器中にＭｇＴｉ２Ｏ５が生成しやくなるとともに高い焼結性をもつ仮焼粉末を得ることができるためである。
【００２８】
次に、仮焼粉末を粉砕する。この場合、誘電体磁器の焼結性を高め、また、コンデンサを製造する際に、内部電極との同時焼成を可能にするという理由から、この仮焼粉末１００質量部に対して、焼結助剤としてＳｉＯ２を主成分として含むガラス粉末を０．５〜２質量部の割合で混合することが望ましい。焼結助剤としては、ＳｒＴｉＯ３磁器への濡れ性がよく、低温から軟化するという点で、ガラス組成として、ＳｉＯ２が４０〜６０モル％、ＢａＯが１０〜３０モル％、ＣａＯが１０〜３０モル％、Ｌｉ２Ｏが５〜１５モル％であることが望ましい。
【００２９】
次に、溶媒を乾燥させ、パラフィンワックスなどの成形助剤を加えて一軸プレス成形法により、所望の形状に成形し、大気中にて、１０５０〜１１５０℃の条件で焼成を行うことにより本発明の誘電体磁器を得ることができる。
【００３０】
焼成温度が１０５０℃よりも低い場合には、あるいは焼成温度が１１５０℃よりも高い場合には、Ｘ線回折におけるＳｒＴｉＯ３の（１１０）面のピーク強度とＭｇＴｉ２Ｏ５の（１０１）面のピーク強度とのピーク強度比（IＢ／ＩＡ）を０．０００５〜０．０１５の範囲にすることが困難になるおそれがある。
【００３１】
図２は、本発明のコンデンサの例を示す断面模式図である。本発明の誘電体磁器を用いて、以下のようなコンデンサを形成できる。
【００３２】
本発明のコンデンサはコンデンサ本体１０の端部に外部電極１２が設けられたものであり、また、コンデンサ本体１０は誘電体層１３と内部電極層である導体層１４とが交互に積層された積層体から構成されている。そして、誘電体層１３は上述した本発明の誘電体磁器によって形成されることが重要である。
【００３３】
このような本発明のコンデンサによれば、誘電体層１３として、高誘電率かつ安定な比誘電率の温度特性を示し、自発分極の小さい上記誘電体磁器を適用することにより、従来のコンデンサよりも高容量かつ容量温度特性の安定なコンデンサを形成できる。その為、このコンデンサを電源回路に用いた場合、電気誘起歪に起因する“音鳴り”現象の発生を抑制できる。
【００３４】
なお、導体層１４は高積層化しても製造コストを抑制できるという点でＮｉやＣｕなどの卑金属が望ましく、特に、本発明のコンデンサを構成する誘電体層１３との同時焼成を図るという点でＮｉがより望ましい。この導体層１４の厚みは平均で１μｍ以下が好ましい。
【００３５】
また、このようなコンデンサを作製する場合には、上述した混合粉末をグリーンシートに成形するとともに、導体層１４となる導体ペーストを調製して前記グリーンシートの表面に印刷した後積層し、焼成して積層体を形成する。しかる後、積層体の端面にさらに導体ペーストを印刷して焼成し、外部電極１２を形成することによりコンデンサを得ることができる。
【００３６】
本発明の誘電体磁器は、常誘電性を有するとともに、１００℃以上での誘電損失が小さいことから、積層セラミックコンデンサなどのコンデンサに適用することにより、電源回路上に実装した場合にノイズ音を低減できるとともに、それを構成する誘電体層において、交流の電場と同位相の電流を流れにくくすることができると同時にＤＣ電圧に対する絶縁性を高くでき、高温負荷寿命などの高温条件における信頼性を向上できる。
【実施例】
【００３７】
まず、原料合成用の出発原料として、純度が９９．０％のＳｒ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・０．５水和物と、純度９９．３％のＭｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・４水和物、純度９９．９％であり、平均粒径が１００ｎｍのＴｉＯ２粉末を準備した。調合組成は一般式（Ｓｒ１−ｘＭｇｘ）Ａ（Ｔｉ）ＢＯ３において、Ｘ、ＡおよびＢの値を表２に示すように変化させた。
【００３８】
次に、上記出発粉末をそれぞれ所定量秤量し、イオン交換水を用いてポットミルを用いて２４時間混合した。混合後、原料スラリを排出し、溶媒を乾燥した後、アルミナるつぼを用いて大気中にて仮焼を行った。仮焼条件は１２００℃、２時間とした。
【００３９】
次に、仮焼粉末に対してＳｉＯ２５０モル％−ＢａＯ２０モル％−ＣａＯ２０モル％−Ｌｉ２Ｏ１０モル％の組成を有するガラス粉末の焼結助剤を、仮焼原料１００質量部に対して１質量部添加して、溶媒としてイソプロピルアルコールを加えて２４時間の混合を行った。
【００４０】
次に、溶媒を乾燥させ、成形助剤としてパラフィンワックスを混合した後、一軸プレス成形法により、直径１２ｍｍ、厚み１ｍｍのペレット状の試料を作製した。これを大気中３５０〜４２０℃の温度で２４時間の加熱処理を行い、パラフィンワックスを脱脂処理した。この後、大気中にて、１１００℃、２時間の条件で焼成して、誘電体磁器である磁器単板を作製した。
【００４１】
次に、焼成後の磁器単板の表面にＩｎ−Ｇａの電極を塗布し、以下の条件で電気特性を測定した。静電容量および誘電損失は電圧１Ｖｒｍｓ、周波数１００Ｈｚにて測定した。比誘電率の測定は２５℃とし、誘電損失の測定は２５℃および１２５℃とした。
【００４２】
結晶相中のＳｒＴｉＯ３に対するＭｇＴｉ２Ｏ５の定量は焼成後の試料をめのう乳鉢で粉砕し、粉末状にした後、Ｘ線回折を用いて行った。この場合、ＳｒＴｉＯ３は面指数（１１０）の回折ピークおよびＭｇＴｉ２Ｏ５は面指数（１０１）ピークを選択し、これらの回折ピークの強度比から求めた。なお、回折強度はＸ線回折データのカウント数からその比を求めた。また、ベースラインのノイズレベルよりも低い回折強度を示したものを０とした。２θで２７°付近に見られるその他の結晶相のピークについても、ＳｒＴｉＯ３は面指数（１１０）の回折ピークとの比を同様の方法で求めた。その他の図１（ａ）は表２の試料Ｎｏ．４を、図１（ｂ）は試料Ｎｏ．１のＸ線回折パターンである。
【００４３】
また、誘電特性の比較用に、純度９９．９％のＳｒＣＯ３、純度９９．０％のＭｇＯ、および、純度９９．９％のＴｉＯ２を出発原料として用いて同じ方法で磁器単板を作製した。この場合の調合組成も一般式（Ｓｒ１−ｘＭｇｘ）Ａ（Ｔｉ）ＢＯ３において、Ｘ、ＡおよびＢを表２に示すように変化させた。また、出発原料の混合溶媒としてイオン交換水の代わりにイソプロピルアルコールを用いた場合には、出発原料として、純度が９９．０％のＳｒ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・０．５水和物と、純度９９．３％のＭｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・４水和物を用いても、焼成後の試料からはＭｇＴｉ２Ｏ５は確認できなかった。なお、原子吸光分析およびＩＣＰ分析した結果、焼結体である誘電体磁器の組成は表２に示す組成に一致した。
【表１】
2009084062.tif 000003
【００４４】
【表２】
2009084062.tif 000004
【００４５】
表１、２の結果から明らかなように、ＳｒＴｉＯ３を主結晶相とし、ＭｇＴｉ２Ｏ５を含み、Ｘ線回折におけるＳｒＴｉＯ３（ＳＴ）の（１１０）面のピーク強度を１００としたときに、ＭｇＴｉ２Ｏ５（ＭＴ）の（１０１）面のピーク強度が０．０５〜１．５である試料Ｎｏ．３〜６、１０〜１３では、ＭｇＴｉＯ３の結晶を含有するものであったが、２５℃における比誘電率が２０８以上であり、１２５℃における誘電損失が１５％以下であった。
【００４６】
特に、ＳｒをＡモル、ＴｉをＢモルとしたときのＡ／Ｂ比を０．９９５〜１．００５とした試料Ｎｏ．３〜６、１１、１２では、２５℃における比誘電率が２２２以上であり、１２５℃における誘電損失が１１％以下であった。
【００４７】
一方、ＭｇＴｉ２Ｏ５の結晶相を含まない試料Ｎｏ．１は２５℃における比誘電率は２７１と高いものの、１２５℃における誘電損失が２１．２％と大きく、また、ＭｇＴｉ２Ｏ５の結晶相が１．８％まで増加した試料Ｎｏ．７では１２５℃における誘電損失は６．５と低いものの、２５℃における比誘電率が１６０と著しく低くなった。
【００４８】
また、Ｓｒ成分およびＭｇ成分に炭酸塩を用いて作製した試料Ｎｏ．８では誘電体磁器中にＭｇＴｉ２Ｏ５の結晶相を確認できず、代わりに、ＳｒＴｉＯ３やＭｇＴｉ２Ｏ５以外のの結晶相が生成した。その結果、１２５℃における誘電損失が２０％と本発明の誘電体磁器に比較して同温度における誘電損失が大きくなった。
【００４９】
また、出発原料を混合する際に、イソプロピルアルコールを用いた試料（Ｎｏ．９）においても誘電体磁器中にＭｇＴｉ２Ｏ５の結晶相を確認できず、その結果、１２５℃における誘電損失が１８．６％と本発明の誘電体磁器に比較して同温度における誘電損失が大きかった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１（ａ）は、ＳｒＴｉＯ３を主結晶相とし、ＭｇＴｉ２Ｏ５の結晶相を有する本発明の誘電体磁器のＸ線回折図であり、図１（ｂ）はＭｇＴｉ２Ｏ５の結晶相を有しないＳｒＴｉＯ３を主結晶相とする誘電体磁器のＸ線回折図である。
【図２】本発明のコンデンサの例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  コンデンサ本体
１２  外部電極
１３  誘電体層
１４  導体層
【図１】
2009084062.tif 000005
【図２】
2009084062.tif 000006