DE4109948C2

DE4109948C2 -

Info

Publication number: DE4109948C2
Application number: DE4109948A
Authority: DE
Inventors: Tamio Yamano; Nobumasa Kugutsu; Tadashi Morimoto; Yasuyuki Nagaokakyo Kyoto Jp 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: 1993-03-25
Also published as: DE4109948A1; JPH03276510A; US5105333A

Description

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

Ein bekanntes temperaturkompensierendes, keramisches Dielektrikum, bestehend aus 2,0 bis 14,0 Mol-% Bariumoxid, 51,0 bis 63,5 Mol-% Titanoxid und 22,5 bis 47,0 Mol-% Neodymoxid, das als NdO₃/₂ vorliegt (Bereiche zwischen 2,0 bis 9,0 Mol-% Bariumoxid und 60,0 bis 63,5 Mol-% Titanoxid sind in diesem Zusammensetzungsbereich auszuschließen), ist in der JP-OS 20 280/1975 offenbart. Dieses temperaturausgleichende, keramische Dielektrikum zeichnet sich durch einen hohen Isolationswiderstand, eine hohe Dielektrizitätskonstante und einen hohen Q-Wert sowie durch einen niedrigen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten aus.

Bei dem bekannten, temperaturausgleichenden, keramischen Dielektrikum besteht jedoch das Problem (siehe Fig. 2, unterbrochene Linie), daß der Isolationswiderstand bei Hochtemperatur- Belastungstests vermindert wird. Deshalb genügen seine Eigenschaften nicht, um die die Anforderungen zu erfüllen, die an Bauteile kleiner Bauart, hoher Kapazität und hoher Zuverlässigkeit gestellt werden, wenn das Dielektrikum dünner herzustellen ist.

Aus der US-A-47 80 435 ist ein keramisches Dielektrikum bekannt, das neben Bariumoxid, Titanoxid, Neodymoxid und Nioboxid noch weitere Stoffe, wie Zirkonium, Silizium-, Calcium- und Kobaltverbindungen, enthält.

Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein temperaturkompensierendes, keramisches Dielektrikum bereitzustellen, welches bessere Eigenschaften aufweist und dessen Isolationswiderstand auch bei Verwendung bei hohen Temperaturen nur schwer zu mindern ist.

Diese Aufgabe wird durch ein temperaturkompensierendes, keramisches Dielektrikum gelöst, das Gemische von Bariumoxid, Titanoxid und Neodymoxid, das als NdO_3/2 vorliegt, beinhaltet, die im 3-Komponenten-Gemischdiagramm in dem von den Punkten A, B, C, D, E und F umgrenzte Teilgebiet liegen, wobei die Koordinaten der sechs Punkte wie folgt definiert sind:

und dem 0,1 bis 5,0 Gewichtsprozent Nioboxid als NbO_5/2 beigefügt ist.

Gemäß der Erfindung wird ein temperaturkompensierendes, keramisches Dielektrikum mit hohem Isolationswiderstand, hoher Dielektrizitätskonstante und hohem Q-Wert sowie einem niedrigen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten hergestellt. Der Isolationswiderstand kann auch bei hohen Temperaturen kaum gemindert werden. Wenn ein temperaturkompensierendes, keramisches Dielektrikum benutzt wird, beispielsweise bei einem Laminat-Keramikkondensator, kann dieser dünner ausgebildet werden, und somit werden Bauteile kleiner Bauart mit hohen Kapazitäten und hoher Zuverlässigkeit erzeugt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein 3-Komponenten-Gemischdiagramm, das die Zusammensetzung des temperaturkompensierenden, keramischen Dielektrikums gemäß der Ausführungsform der Erfindung ohne Berücksichtigung des Zusatzes von NbO_5/2 darstellt.

Fig. 2 ein Schaubild, das die Ergebnisse eines Hochtemperatur-Belastungstests eines temperaturkompensierenden, keramischen Dielektrikums gemäß der vorliegenden Erfindung und eines konventionellen, temperaturkompensierenden, keramischen Dielektrikums darstellt.

Als Rohstoffe werden zunächst Bariumkarbonat, Titanoxid, Neodymoxid und Nioboxid bereitgestellt. Diese Rohstoffe werden abgewogen und vermengt, um die in der Tabelle gezeigten Gemische zu erzeugen, die eine Stunde lang bei 920°C an der Luft geglüht werden, um geglühte Erzeugnisse zu erhalten. Die geglühten Erzeugnisse werden erneut vermengt und pulverisiert, um durch Zusatz eines organischen Bindemittels eine Aufschlemmung zu erhalten. Diese Aufschlämmung wird benutzt, um eine grüne Schicht von etwa 30 bis 100 µm Dicke durch ein Schichtgießverfahren, beispielsweise durch ein Rakel-Beschichtungsverfahren, herzustellen.

Eine Paste, bestehend aus Palladiumpulver und einem organischen 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 gesinterten 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 Meßbedingungen von etwa 25°C und 1 MHz eine Dielektrizitätskonstante ε, ein Temperaturkoeffizient TC der Dielektrizitätskonstanten, der Isolationswiderstand IR und der Q-Wert gemessen. Ein Hochtemperatur-Belastungstest wurde ebenfalls durchgeführt.

Mit Bezug auf das 3-Komponenten-Gemischdiagramm aus Fig. 1 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 Gemische, die im erfindungsgemäßen Bereich liegen. Die Koordinaten der sechs Punkte sind wie folgt definiert:

Die Punkte in Fig. 1 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 Linie, in dem das Probestück 4 liegt, ist nicht geeignet, da nur eine poröse Keramik bei Temperaturen von 1400°C hergestellt werden kann, eine Temperatur, die üblicherweise beim Sintern von Kondensator-Keramiken verwendet wird.

Der Bereich außerhalb der die Punkte A und B verbindenden Linie, in dem Probestück Nummer 5 liegt, außerhalb der die Punkte A und F verbindenden Linie, in dem das Probestück Nummer 6 liegt, oder außerhalb der die Punkte E und D verbindenden Linie, in dem die Probe Nummer 7 liegt, ist nicht geeignet, da der Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstanten in den negativen Bereich übergeht und der Betrag der Dielektrizitätskonstanten gering ist.

Der Bereich außerhalb der die Punkte C und D verbindenden Linie, in dem das Probestück Nummer 8 liegt, ist nicht geeignet, da der Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstanten in den positiven Bereich übergeht und der Betrag der Dielektrizitätskonstanten ebenfalls gering ist.

Im folgenden werden die einschränkenden Bedingungen der beigemengten Menge an Nioboxid erläutert.

Wenn die beigemengte Menge Nioboxid weniger als 0,1 Gewichtsprozent beträgt, wie beispielsweise beim Probestück Nr. 9, so ist das unerwünscht, da die Minderung des Isolationswiderstandes im Hochtemperatur-Belastungstest erheblich ist.

Wenn die beigemengte Menge von Nioboxid 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 Temperaturen kaum auf.

Beim Hochtemperatur-Belastungstest wurde nach Anlegen einer Spannung, deren Betrag dem Doppelten der Nennspannung entsprach, über einen Zeitraum von 1000 Stunden bei 125°C der Isolationswiderstand gemessen. Die Ergebnisse der Messung sind in der Tabelle gezeigt. Für das Probestück Nr. 1 unter den Laminat-Keramikkondensatoren wurde das Ergebnis des Hochtemperatur- Belastungstests in Fig. 2 als durchgezogene Linie aufgezeichnet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, tritt eine Verminderung des Isolationswiderstandes bei einem erfindungsgemäßen temperaturkompensierenden, keramischen Dielektrikum im Vergleich zu einem konventionellen Dielektrikum bei hohen Temperaturen kaum auf.

Tabelle

Claims

Temperaturkompensierendes, keramisches Dielektrikum, das Gemische von Bariumoxid, Titanoxid und Neodymoxid, das als NdO_3/2 vorliegt, beinhaltet, die im 3-Komponenten-Gemischdiagramm in dem von den Punkten A, B, C, D, E und F umgrenzte Teilgebiet liegen, wobei die Koordinaten der sechs Punkte wie folgt definiert sind:
und dem 0,1 bis 5,0 Gewichtsprozent Nioboxid als NbO_5/2 beigefügt ist.