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    • 专利摘要:
    本發明提供一種靜電電容之溫度變化較小，且即便於中高壓用途之電容器中使用之情形時耐濕負載試驗後之可靠性亦良好之介電質陶瓷。該介電質陶瓷之特徵在於：將包含Ba及Ti之鈣鈦礦型化合物作為主成分，且相對於Ti之含量100莫耳份，於0.15~3莫耳份之範圍內含有Re1(Re1為La、Nd中之至少1種元素)，於0.1~3莫耳份之範圍內含有Y，於0.3~13莫耳份之範圍內含有Mg，並於0.01~5莫耳份之範圍內含有Fe。
    公开号:TW201323373A
    申请号:TW101117638
    申请日:2012-05-17
    公开日:2013-06-16
    发明作者:Kazuji Kushiro；Tatsuya Ishikawa；Tomomitsu Yamanishi；Naoki Kawara
    申请人:Murata Manufacturing Co；
    IPC主号:C04B35-00
    专利说明:
    介電質陶瓷及單板電容器
    本發明係關於一種介電質陶瓷，特別是關於一種中高壓用途之電容器中使用之介電質陶瓷。
    近年來，對於中高壓用途(例如直流定額電壓1 kV~6 kV)之電容器中使用之介電質陶瓷，要求抑制靜電電容之溫度變化並且亦要求漏電流之減少。若將頻率設為f、容量設為C、電壓設為V，則利用以下之式(1)定義漏電流i。
    式(1)：i=2πfCV
    根據式(1)可知，若容量值C越大，則漏電流越大。因此，於容量值較大之中高壓用途之電容器中，尤其要求減少漏電流，且必需使其中所使用之介電質陶瓷之絕緣性提高。
    自先前以來，作為靜電電容之溫度變化較小之材料，專利文獻1所記載之介電質陶瓷眾所周知。該介電質陶瓷包含將100.0重量份之基本成分與0.2~5.0重量份之添加成分之混合物煅燒而成者，基本成分包含以(1-γ-η)(Bak-(x+y)MxLy)OkTiO2+ηJZrO3+γ(R1-zR'z)O3/2+αAO5/2+βD(M為Mg及/或Zn，L為Ca及/或Sr，J為Ca及/或Ba，R為選自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm及Eu中之1種或2種以上之元素，R'為選自Sc、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中之1種或2種以上之元素，A為P及/或V，D為選自Cr、Mn、Fe、Co及Ni中之1種或2種以上之氧化物)所表示之物質，添加成分為Li2O、SiO2及MO(MO為選自BaO、SrO、CaO、MgO及ZnO中之1種或2種以上之氧化物)。 先前技術文獻專利文獻
    專利文獻1：日本專利特開平7-272972號公報
    然而，上述之介電質陶瓷係適合於將Ni等賤金屬作為內部電極之積層陶瓷電容器之材料，於將該介電質陶瓷於中高壓用途之電容器中使用之情形時，會於耐濕負載試驗後之可靠性方面產生問題。
    本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種靜電電容之溫度變化較小，且即便於中高壓用途之電容器中使用之情形時，耐濕負載試驗後之可靠性亦良好之介電質陶瓷。
    本發明之介電質陶瓷之特徵在於：其將包含Ba及Ti之鈣鈦礦型化合物作為主成分，進而包含Re1(Re1為La、Nd中之至少1種元素)、Y、Mg、Fe，且於將Ti之含量設為100莫耳份時，Re1之含量為0.15~3莫耳份，Y之含量為0.1~3莫耳份，Mg之含量為0.3~13莫耳份，且Fe之含量為0.01~5莫耳份。
    又，於本發明之介電質陶瓷中，較佳為主成分之鈣鈦礦型化合物進而以任意比例包含Ca，且Ba/(Ba+Ca)之莫耳比α為0.4≦α≦1。
    又，於本發明之介電質陶瓷中，較佳為主成分之鈣鈦礦型化合物為鈦酸鋇，α為α=1。
    又，於本發明之介電質陶瓷中，較佳為介電質陶瓷係於大氣中煅燒而成者。
    又，本發明亦適合於一種單板電容器，其具備上述之介電質陶瓷、及於介電質陶瓷之兩主面藉由濺鍍法而形成之電極。
    根據本發明，可提供一種靜電電容之溫度變化較小，且即便於中高壓用途之電容器中使用之情形時，耐濕負載試驗後之可靠性亦良好之介電質陶瓷。
    以下，對用以實施本發明之形態進行說明。
    圖1係作為使用本發明之介電質陶瓷而製造之電子零件之一例的單板電容器之一部分的斷裂正面圖。該單板電容器係於中高壓用途中使用，具備：介電質陶瓷1，於介電質陶瓷1之兩主面形成之電極2，經由焊料3而與電極2電性連接之一對導線4a、4b，及被覆介電質陶瓷1之外部樹脂5。
    本發明之介電質陶瓷係將包含Ba及Ti之鈣鈦礦型化合物作為主成分。而且，相對於Ti之含量100莫耳份，於0.15~3莫耳份之範圍內含有Re1(Re1為La、Nd中之至少1種元素)，於0.1~3莫耳份之範圍內含有Y，於0.3~13莫耳份之範圍內含有Mg，並於0.01~5莫耳份之範圍內含有Fe。於該情形時，可獲得靜電電容之溫度變化較小，且耐濕負載試驗後之可靠性良好之單板電容器。
    再者，於本發明之介電質陶瓷中，於不損及本發明之目的之範圍內亦可包含稀土類元素、V、Al、Ni等。
    又，鈣鈦礦型化合物之A位(site)、B位及O之量可並非為1：1：3之化學計量組成，亦可自化學計量組成偏離。
    其次，對本發明之介電質陶瓷之製造方法，以圖1之單板電容器為例進行說明。
    首先，作為主成分之起始原料，準備Ba、Ca、Ti之氧化物或碳酸化物之粉末。稱量該等起始原料之粉末，並於液體中使用介質將其混合粉碎。乾燥後，藉由對所得之混合粉末進行熱處理，而獲得主成分粉末。該方法係一般被稱作固相合成法者，但作為其他方法，亦可使用水熱合成法、水解法、及草酸法等濕式合成法。
    其次，對於該主成分粉末，添加特定量之La、Nd、Y、Mg、Fe之氧化物、氫氧化物或碳酸化合物之粉末。作為該等之粉末，只要不損及本發明之目的則並不限定於氧化物粉末、氫氧化物粉末、或碳酸化物粉末。接著，添加黏合劑，並於液體中加以混合，進行乾燥及造粒，而獲得陶瓷原料粉末。
    其次，使用上述之陶瓷原料粉末，藉由擠壓成形法成形為特定之圓板狀。接著，將所得之成形體以特定之溫度進行煅燒，而獲得介電質陶瓷1。
    其次，於介電質陶瓷1之兩主面形成電極2。作為電極2之形成方法之例，可列舉濺鍍法。又，亦可為離子電鍍等其他薄膜形成法。
    其次，經由焊料3連接電極2與導線4a、4b。其後，藉由樹脂模具法等形成外部樹脂。藉由以上之步驟，製作單板電容器。 [實驗例]
    首先，稱量特定之莫耳量之BaCO3與TiO2之粉末。並且，利用球磨機進行混合，於乾燥後以1100℃預燒2小時，而獲得作為鈣鈦礦型化合物之鈦酸鋇之粉末。另一方面，稱量特定之莫耳量之CaCO3與TiO2之粉末。並且，利用球磨機進行混合，於乾燥後以1100℃預燒2小時，而獲得作為鈣鈦礦型化合物之鈦酸鈣之粉末。
    其次，相對於所得之上述鈦酸鋇粉末，以成為表1所示之比例之方式稱量上述鈦酸鈣粉末與La2O3、Nd2O3、Ho2O3、Er2O3、Y2O3、Dy2O3、Mg(OH)2、Fe2O3、MnCO3、CO3O4之各粉末，並加以混合，從而獲得混合物。再者，表1中之α為上述混合物中之莫耳比(Ba之含量)/(Ba與Ca之合計含量)。又，表1中之(Ba、Ca)/Ti為上述混合物中之莫耳比(Ba與Ca之合計含量)/(Ti之含量)。又，表1中之Re1(Re1=La、Nd、Ho、Er)、Re2(Re2=Y、Dy、Er、Ho)、Mg、及M1(M1=Fe、Mn、Co)之含量為相對於上述混合物中100莫耳份之Ti之莫耳份。於該混合物中添加10重量%之乙酸乙烯酯之乳膠50%溶液，並利用球磨機進行混合。其後，進行乾燥及造粒，而獲得陶瓷原料粉末。
    試樣編號1~6係使La之含量發生變化者。試樣編號7~10係使Y之含量發生變化者。試樣編號11~13係使Re1之元素之種類發生變化者。試樣編號14~16係使Re2之元素之種類發生變化者。試樣編號17~20係使Mg之含量發生變化者。試樣編號21~24係使Fe之含量發生變化者。試樣編號25、26係使M1之元素之種類發生變化者。試樣編號27、28係使(Ba,Ca)/Ti比發生變化者。試樣編號29、30係使BaαCa1-αTiO3之α發生變化者。
    再者，對所得之陶瓷原料粉末進行ICP(Inductively coupled plasma，感應耦合電漿)發射光譜分析，結果確認與表1所示之調配組成大致相同。
    其次，將該陶瓷原料粉末注入模具中，以1 ton/cm2之壓力使其成形。並且，將所得之成形體於大氣環境中以1350℃煅燒2小時，而獲得直徑8.3 mm、厚度1.0 mm之圓板狀介電質陶瓷。
    其次，於該介電質陶瓷之兩主面藉由濺鍍法形成以Cu為主成分之電極。
    對於該形成有電極之介電質陶瓷，於以下之條件下測定介電常數(εr)、介電損耗正切(tanδ)、及介電常數之溫度特性。
    介電常數與介電損耗正切係於將1 kHz、1 Vrms之電流通電，並於20℃之溫度下進行測定。介電常數之溫度特性係對於根據EIA(environmental impact assessment，環境影響評估)之Y5R特性與根據JIS(Japanese Industrial Standards，日本工業標準)之B特性之2種進行測定。根據EIA之Y5R特性中，於-30℃~+85℃之溫度區域中之介電常數之變化率係以+20℃時之介電常數為基準而在±15%以內。又，根據JIS之B特性中，於-25℃~+85℃之溫度區域中之介電常數之變化率係以+20℃時之介電常數為基準而在±10%以內。
    其次，以焊料連接電極與引線端子。其後，藉由以環氧樹脂覆蓋介電質陶瓷而獲得單板電容器。
    再者，於自所得之單板電容器除去環氧樹脂、引線端子、及電極後，藉由溶劑將燒結之介電質陶瓷溶解，並進行ICP發射光譜分析，結果確認與表1所示之組成大致相同。
    對於該單板電容器實施耐濕負載試驗。耐濕負載試驗係於60℃、相對濕度90~95%之條件下，施加60 Hz、2.0 kVrms之電壓4000小時。
    其後，對於各條件之試樣，測定絕緣電阻(IR)與AC電壓特性。
    絕緣電阻係於將直流500 V之電流通電，並於20℃之溫度下進行測定。將絕緣電阻為10×1010 Ω以上作為合格品。
    又，AC電壓特性係於保持為+25℃之溫度槽內，使交流電壓變化為1 Vrms、200 Vrms、400 Vrms，而求出相對於1 Vrms時之介電常數之200 Vrms之介電常數與400 Vrms之介電常數的變化率。將介電常數之變化率於200 Vrms之條件下為40%以內，且於400 Vrms之條件下為55%以內作為合格品。
    將該等評價結果示於表2。再者，表1、表2中附有*記號者在本發明之範圍外。
    根據表2之結果可知，將包含Ba及Ti之鈣鈦礦型化合物作為主成分，且相對於Ti之含量100莫耳份，於0.15~3莫耳份之範圍內含有Re1(Re1為La、Nd中之至少1種元素)，於0.1~3莫耳份之範圍內含有Y，於0.3~13莫耳份之範圍內含有Mg，並於0.01~5莫耳份之範圍內含有Fe之介電質陶瓷，滿足Y5R特性與B特性，且耐濕負載試驗後之絕緣電阻與AC(Alternating Current，交流)電壓特性較為良好。
    1‧‧‧介電質陶瓷
    2‧‧‧電極
    3‧‧‧焊料
    4a、4b‧‧‧導線
    5‧‧‧外部樹脂
    圖1係單板電容器之一部分之斷裂正面圖。
    1‧‧‧介電質陶瓷
    2‧‧‧電極
    3‧‧‧焊料
    4a、4b‧‧‧導線
    5‧‧‧外部樹脂
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] 一種介電質陶瓷，其特徵在於：其係將包含Ba及Ti之鈣鈦礦型化合物作為主成分，進而包含Re1(Re1為La、Nd中之至少1種元素)、Y、Mg、及Fe者；且於將Ti之含量設為100莫耳份時，Re1之含量為0.15~3莫耳份，Y之含量為0.1~3莫耳份，Mg之含量為0.3~13莫耳份，且Fe之含量為0.01~5莫耳份。
    [2] 如請求項1之介電質陶瓷，其中上述主成分之上述鈣鈦礦型化合物進而以任意比例包含Ca，且Ba/(Ba+Ca)之莫耳比α為0.4≦α≦1。
    [3] 如請求項2之介電質陶瓷，其中上述主成分之上述鈣鈦礦型化合物為鈦酸鋇，且上述α為α=1。
    [4] 如請求項1至3中任一項之介電質陶瓷，其中上述介電質陶瓷係於大氣中煅燒而成者。
    [5] 一種單板電容器，其具備如請求項1至4中任一項之介電質陶瓷、及於上述介電質陶瓷之兩主面藉由濺鍍法而形成之電極。
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