DE4109948A1

DE4109948A1 - Temperaturkompensierendes, keramisches dielektrikum

Info

Publication number: DE4109948A1
Application number: DE4109948A
Authority: DE
Inventors: Tamio Yamano; Nobumasa Kugutsu; Tadashi Morimoto; Yasuyuki Naito
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1991-10-02
Also published as: US5105333A; DE4109948C2; JPH03276510A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein temperaturkom pensierendes, keramisches Dielektrikum und insbesondere auf ein temperaturkompensierendes, keramisches Dielektrikum, das beispielsweise bei Laminat-Keramikkondensatoren verwendet wird.

Ein bekanntes temperaturkompensierendes, keramisches Dielek trikum, bestehend aus 2,0 bis 14,0 Mol% Bariumoxyd, 51,0 bis 63,5 Mol% Titanoxyd und 22,5 bis 47,0 Mol% Neodymoxyd, das als NdO₃/₂ vorliegt (Bereiche zwischen 2,0 bis 9,0 Mol % Ba riumoxyd und 60,0 bis 63,5 Mol % Titanoxyd sind in diesem Zu sammensetzungsbereich auszuschließen), ist in JP-OS 20 280/1975 offenbart. Dieses temperaturausgleichende, kerami sche Dielektrikum zeichnet sich durch einen hohen Isolations widerstand, eine hohe Dielektrizitätskonstante und einen ho hen Q-Wert sowie durch einen niedrigen Temperaturkoeffizien ten der Dielektrizitätskonstanten aus.

Bei dem bekannten, temperaturausgleichenden, keramischen Di elektrikum besteht jedoch das Problem (siehe Fig. 1, un terbrochene Linie), daß der Isolationswiderstand bei Hochtem peratur- Belastungstests vermindert wird. Deshalb genügen seine Eigenschaften nicht, um die die Anforderungen zu erfül len, die an Bauteile kleiner Bauart, hoher Kapazität und ho her Zuverlässigkeit gestellt werden, wenn das Dielektrikum dünner herzustellen ist.

Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein tempe raturkompensierendes, keramisches Dielektrikum bereitzustel len, welches bessere Eigenschaften aufweist und dessen Isola tionswiderstand auch bei Verwendung bei hohen Temperaturen nur schwer zu mindern ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein temperaturkompensie rendes, keramisches Dielektrikum, daß sich aus 2,0 bis 14,0 Mol% Bariumoxyd, 51,0 bis 68,5 Mol% Titanoxyd und 22,5 bis 47,0 Mol % Neodymoxyd zusammengesetzt, das als NdO₃/₂ vor liegt (Bereiche zwischen 2,0 bis 9,0 Mol % Bariumoxyd und 60,0 bis 63,5 Mol % Titanoxyd sind in diesem Zusammenset zungsbereich auszuschließen), und dem 0,1 bis 5,0 Gewichts prozent Nioboxyd als NbO₅/₂ beigefügt ist.

Gemäß der Erfindung wird ein temperaturkompensierendes, kera misches Dielektrikum mit hohem Isolationswiderstand, hoher Dielektrizitätskonstante und hohem Q-Wert sowie einem niedri gen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten hergestellt. Der Isolationswiderstand kann auch bei hohen Temperaturen kaum gemindert werden. Wenn ein temperaturkom pensierendes, keramisches Dielektrikum benutzt wird, bei spielsweise bei einem Laminat- Keramikkondensator, kann die ser dünner ausgebildet werden, und somit werden Bauteile kleiner Bauart mit hohen Kapazitäten und hoher Zuverlässig keit erzeugt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaubild, daß die Ergebnisse eines Hochtemperatur-Belastungstests eines temperatur kompensierenden, keramischen Dielektrikums gemäß der vorliegenden Erfindung und eines konvertio nellen, temperaturkompensierenden, keramischen Dielektrikums darstellt.

Fig. 2 ein 3-Komponenten-Gemischdiagramm daß die Zusammensetzung des temperaturkompensierenden, keramischen Dielektrikums gemäß einer Ausfüh rungsform der Erfindung darstellt.

Als Rohstoffe werden zunächst Bariumkarbonat, Titanoxyd, Neo dymoxyd und Nioboxyd bereitgestellt. Diese Rohstoffe werden abgewogen und vermengt, um die in der Tabelle gezeigten Gemi sche zu erzeugen, die eine Stunde lang bei 920°C an der Luft geglüht werden, um geglühte Erzeugnisse zu erhalten. Die ge glühten Erzeugnisse werden erneut vermengt und pulverisiert, um durch Zusatz eines organischen Bindemittels eine Auf schlemmung zu erhalten. Diese Aufschlemmung wird benutzt, um eine grüne Schicht von etwa 30 bis 100 µm Dicke durch ein Schichtgießverfahren, beispielsweise durch ein Rakel- (Doktor)-Beschichtungsverfahren, herzustellen.

Eine Paste, bestehend aus Palladiumpulver und einem organi schen Lösungsmittel, wird zubereitet. Als Rohstoffe für die Paste kann ein Pulver aus Platin und einer Palladiumlegierung benutzt werden. Die Paste wird in einem Siebdruckverfahren auf der grünen Schicht aufgedruckt. Die grüne Schicht, auf welche die Paste aufgedruckt ist, wird laminiert und unter Hitzeeinwirkung gepreßt, um ein Laminat mit etwa 2 bis 40 Schichten herzustellen.

Das Laminat wird auf eine geeignete Größe zugeschnitten und in einem elektrischen Ofen bei etwa 1300°C gesintert, um einen gesinterten Chip herzustellen. Die Kantenfläche des ge sinterten Chips wird mit einer Paste, bestehend aus Silber und einem Pulver einer Palladiumlegierung oder aus Silber-Pulver, beschichtet und bei einer Temperatur von etwa 700°C bis 900°C gesintert, um eine Anschluß-Elektrode auszubilden, wodurch ein Laminat-Keramikkondensator erzeugt wird.

Für den Laminat-Keramikkondensator wurden unter Meßbe dingungen von etwa 25°C und 1 MHz eine Dielektrizitätskon stante ε, ein Temperaturkoeffizient TC der Dielektrizitäts konstanten, der Isolationswiderstand IR und der Q-Wert gemes sen. Ein Hochtemperatur-Belastungstest wurde ebenfalls durch geführt. Beim Hochtemperatur-Belastungstest wurde nach Anle gen einer Spannung, deren Betrag dem Doppelten der Nennspan nung entsprach, über einen Zeitraum von 1000 Stunden bei 125°C der Isolationswiderstand gemessen. Die Ergebnisse der Mes sung sind in der Tabelle gezeigt. Für das Probestück Nr. 1 unter den Laminat-Keramikkondensatoren wurde das Ergebnis des Hochtemperatur-Belastungstests in Fig. 1 als durchgezogene Linie aufgezeichnet.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, tritt eine Verminderung des Isolationswiderstandes bei einem erfindungsgemäßen tempera turkompensierenden, keramischen Dielektrikum im Vergleich zu einem konventionellen Dielektrikum bei hohen Temperaturen kaum auf.

Mit Bezug auf das 3-Komponenten-Gemischdiagramm aus Fig. 2 werden die einschränkenden Bedingungen des Gemischbereichs beschrieben. Im 3-Komponenten-Gemischdiagramm umfaßt das von den Punkten A, B, C, D, E und F umgrenzte Teilgebiet Ge mische, die im erfindungsgemäßen Bereich liegen. Die Koordi naten der sechs Punkte sind wie folgt, wenn sie in der Reihenfolge BaO, TiO₂ und NdO ₃/₂ bezeichnet werden:

A (14,0, 63,54, 22,5)
B (14,0, 51,0, 35,0)
C (2,0, 51,0, 47,0)
D (2,0, 60,0, 38,0)
E (9,0, 60,0, 31,0)
F (9,0, 63,5, 27,5)

Die Punkte in Fig. 2 entsprechen den Gemischen der einzelnen Probestücke und sind mit den Nummern 1 bis 12 gekennzeichnet. Der Bereich außerhalb der die Punkte B und C verbindenden Li nie, in dem das Probestück 4 liegt, ist nicht geeignet, da nur eine poröse Keramik bei Temperaturen von 1400°C herge stellt werden kann, eine Temperatur, die üblicherweise beim Sintern von Kondensator-Keramiken verwendet wird.

Der Bereich außerhalb der die Punkte A und B verbindenden Li nie, in dem Probestück Nummer 5 liegt, außerhalb der die Punkte A und F verbindenden Linie, in dem das Probestück Num mer 6 liegt, oder außerhalb der die Punkte E und D verbinden den Linie, in dem die Probe Nummer 7 liegt, ist nicht ge eignet, da der Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskon stanten in den negativen Bereich übergeht und der Betrag der Dielektrizitätskonstanten gering ist.

Der Bereich außerhalb der die Punkte C und D verbindenden Li nie, in dem das Probestück Nummer 8 liegt, ist nicht ge eignet, da der Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskon stanten in den positiven Bereich übergeht und der Betrag der Dielektrizitätskonstanten ebenfalls gering ist.

Im folgenden werden die einschränkenden Bedingungen der bei gemengten Menge an Nioboxyd erläutert.

Wenn die beigemengte Menge Nioboxyd weniger als 0,1 Ge wichtsprozent beträgt, wie beispielsweise beim Probestück Nr. 9, so ist das unerwünscht, da die Minderung des Isolationswi derstandes im Hochtemperatur-Belastungstest erheblich ist.

Wenn die beigemengte Menge von Nioboxyd 5 Gewichtsprozent überschreitet, wie beispielsweise beim Probestück Nr. 10, ist das unerwünscht, da der Q-Wert gering wird.

Demgegenüber sind bei einem temperaturkompensierenden, keramischen Dielektrikum, das im erfindungsgemäßen Bereich liegt, der Isolationswiderstand, der Q-Wert und die Dielektrizitätskonstante hoch und der Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstanten niedrig. Darüber hinaus tritt eine Minderung des Isolationswiderstandes bei hohen Tempe raturen kaum auf.

Bei erfindungsgemäßen Gemischen eines temperaturkompensieren den, keramischen Dielektrikums, kann auch ein Lanthan, Sama rium und Praseodym enthaltender Rohstoff verwendet werden, da Neodym mehr Verunreinigungen enthällt.

Tabelle

Claims

Temperaturkompensierendes, keramisches Dielektrikum, das 2,0 bis 14,0 Mol% Bariumoxyd, 51,0 bis 63,5 Mol% Titanoxyd und 22,5 bis 47,0 Mol % Neodymoxyd als NdO _3/2 beinhaltet (Berei che zwischen 2,0 bis 9,0 Mol% Bariumoxyd und 60,0 bis 63,5 Mol % Titanoxyd in diesem Zusammensetzungsgemisch sind auszu schließen), und dem 0,1 bis 5,0 Gewichtsprozent Nioboxyd als NbO_5/2 beigefügt ist.