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JP2656091B2 - Dielectric ceramic with high dielectric constant, low loss factor and flat temperature coefficient - Google Patents

Dielectric ceramic with high dielectric constant, low loss factor and flat temperature coefficient

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JP2656091B2
JP2656091B2 JP63277196A JP27719688A JP2656091B2 JP 2656091 B2 JP2656091 B2 JP 2656091B2 JP 63277196 A JP63277196 A JP 63277196A JP 27719688 A JP27719688 A JP 27719688A JP 2656091 B2 JP2656091 B2 JP 2656091B2
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dopant
main component
ceramic
dielectric
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シー ディーン テレンス
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タム セラミックス インコーポレイテッド
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、例えば、約4900と約5400の間の高誘電率
(K)、例えば、約2%以上の低損失係数(DF)例え
ば、25℃において約7000オーム−ファラド以上かつ125
℃において約3000オーム−ファラド以上の高絶縁抵抗
(R)のキャパシタンス(C)積(RC)、及び誘電率が
−55℃〜125℃の範囲の温度に亙り約±15%以上で25℃
における基礎値から変化しない安定な温度係数(TC)特
性を有するセラミック誘電組成物に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION INDUSTRIAL APPLICATION The present invention relates to a high dielectric constant (K), for example, between about 4900 and about 5400, for example, a low loss factor (DF) of about 2% or more, Approximately 7000 ohms at 25 ° C-Farads and 125
A high insulation resistance (R) capacitance (C) product (RC) of about 3000 ohm-Farad or more at 25 ° C and a dielectric constant of about ± 15% or more over a temperature in the range of -55 ° C to 125 ° C and 25 ° C.
The present invention relates to a ceramic dielectric composition having a stable temperature coefficient (TC) characteristic which does not change from a base value in the above.

(従来の技術と発明が解決しようとする課題) 多層セラミックコンデンサ(MLC's)は、普通誘電セ
ラミック粉末から成る絶縁層をキャスティング又は成形
し、絶縁層の上に普通は金属ペースト形態のパラジウム
/銀合金の電導性金属電極層を配置し、得られた素子を
積層して多層コンデンサを形成し、次に焼成して材料を
含浸圧縮し、かくして多層セラミックコンデンサを形成
することにより製造される。MLC'sを形成する他の方法
は、米国特許第3,697,950号及び第3,879,645号公報及び
この明細書に引用されている米国特許出願第730,711号
に記載されている。
2. Description of the Related Art Multilayer ceramic capacitors (MLC's) are cast or molded insulating layers, usually made of dielectric ceramic powder, on which palladium / silver alloy, usually in the form of a metal paste. By forming a multilayer capacitor by laminating the resulting conductive metal electrode layers and laminating the resulting elements, and then firing to impregnate and compress the material, thus forming a multilayer ceramic capacitor. Other methods of forming MLC's are described in U.S. Patent Nos. 3,697,950 and 3,879,645 and U.S. Patent Application No. 730,711, which is incorporated herein by reference.

高誘電率は、与えられるキャパシタンスに対してより
小さなコンデンサを構成して製造可能にするので、重要
である。多くの誘電セラミック組成物の電気的性質は、
温度の増減に応じて実質的に変化するが、しかし誘電率
と温度による絶縁抵抗及び損失係数の変化もまた、多層
コンデンサに使用されるセラミック組成物の調製に考慮
されるべき重要な要素でもある。
A high dielectric constant is important because it allows a smaller capacitor to be constructed and manufactured for a given capacitance. The electrical properties of many dielectric ceramic compositions are:
It changes substantially with increasing or decreasing temperature, but the change in insulation resistance and loss factor with dielectric constant and temperature is also an important factor to be considered in the preparation of ceramic compositions used in multilayer capacitors. .

広い温度範囲に亙る誘電率の安定性を必要とする用途
に対して、多層コンデンサ用の望ましい誘電セラミック
組成物において、誘電率は、約±15℃以上で、25℃(室
温)においてその基礎値から変化しない。このような組
成物の絶縁抵抗とキャパシタンス積とは25℃において10
00オーム−ファラド以上、かつ最大作用温度、大部分の
場合125℃において100オーム−ファラド以上であるべき
である。更に、損失係数は出来るだけ0%に近接すべき
である。
For applications requiring dielectric constant stability over a wide temperature range, a desirable dielectric ceramic composition for multilayer capacitors has a dielectric constant above about ± 15 ° C and its base value at 25 ° C (room temperature). Does not change from. The insulation resistance and capacitance product of such a composition are 10
It should be above 00 ohm-Farad and at the maximum working temperature, in most cases at 125 ° C. above 100 ohm-Farad. Further, the loss factor should be as close to 0% as possible.

このような温度安定性のコンデンサを製造する為に普
通使用される方法は、高誘電率の為に使用されるBaTiO3
を、最終誘電性質を調節する微量元素又は化合物から成
る少数のセラミック酸化物の添加物(ドパント)と共に
焼成することから成る。未焼成状態のチタン酸バリウム
全体に亙るセラミック酸化物ドパントの分配度合いは、
焼成の間における固溶体発達の程度、結晶粒成長、及び
最終焼成結晶粒の組成物と結晶粒境界のような物を決定
するだろう。それ故、混合効率は、最終多層セラミック
コンデンサの所望電気的性質を達成する為に、方法にお
ける主要な要素である。しかし、本発明達成までは、極
めて微量のセラミック酸化物ドパントは、配合したセラ
ミック誘電組成物全体に亙り均質的に分配させることは
極めて困難であった。
A commonly used method for manufacturing such temperature stable capacitors is the BaTiO 3 used for high dielectric constant.
With a small number of ceramic oxide additives (dopants) consisting of trace elements or compounds that adjust the final dielectric properties. The degree of distribution of the ceramic oxide dopant throughout the unfired barium titanate is:
The degree of solid solution development during firing, grain growth, and the final fired grain composition and grain boundaries will be determined. Therefore, mixing efficiency is a key factor in the method to achieve the desired electrical properties of the final multilayer ceramic capacitor. However, until the present invention, it was very difficult to distribute very small amounts of ceramic oxide dopant homogeneously throughout the formulated ceramic dielectric composition.

多層セラミックコンデンサ製造の焼成工程の間に組成
的発達が起こる為に、誘電組成物のセラミック酸化物ド
パントの粒子は、微分割形態にあることにより、セラミ
ック酸化物ドパントとBaTiO3との適切な混合を確実にし
なければならない事は周知である。理論上、セラミック
誘電組成物の焼成の間に完全な組成的発達が起こる為に
は、少数成分は、各々のチタン酸バリウム結晶粒の周囲
環境が組成物の嵩全体に亙り同じであり、かつ各々のチ
タン酸バリウム結晶粒内の環境が組成物の嵩全体に亙り
同じであるように分散しなければならないことは理解さ
れる。代表的に、このことは組成物の成分を約1ミクロ
ンの粒子大きさまで磨砕することにより試みられてい
る。しかし、均質分配は、1ミクロンの大きさのBaTiO3
粒子を使用し続ける間中、小さな粒子、例えば約0.1ミ
クロンのセラミック酸化物ドパントを導入することによ
り促進されるだろう。説明として、均一に分配された約
1ミクロンの球形粉末を使用する場合、本発明に開示さ
れた割合により調製した一単位の混合物は、400個の粒
子チタン酸バリウム、5個の粒子の五酸化ニオブ及び1
個の粒子の酸化コバルトを含むだろうと計算出来る。し
かし、若し平均粒子大きさ約1ミクロンのチタン酸バリ
ウムが、約1ミクロンの粒子大きさの五酸化ニオブと酸
化コバルトと混合され、かつこれらの粒子が完全に球形
でかつ均一に分配されていると仮定する場合、一単位の
混合物は400個の粒子のチタン酸バリウム、5000個の粒
子の五酸化ニオブ粒子及び1000個の粒子の酸化コバルト
を含むだろうと計算出来る。それ故各々のチタン酸バリ
ウム粒子に対して、約13個の五酸化ニオブ粒子と3個の
酸化コバルト粒子があるだろう。従って、焼結の間に組
成的発達はより効果的に起こり、かつセラミック酸化物
ドパントの添加の効果性は、1ミクロン粒子の少数の成
分を混合することにより達成される効果に比較して大き
く促進されるだろう。
To compositionally developed during the multilayer ceramic capacitor manufacturing firing process takes place, the particles of the ceramic oxide dopants of a dielectric composition, by which is in finely divided form, appropriate mixing of the ceramic oxide dopants and BaTiO 3 It is well known that you must ensure In theory, for full compositional evolution to occur during firing of the ceramic dielectric composition, the minority components should be such that the environment around each barium titanate grain is the same throughout the bulk of the composition, and It is understood that the environment within each barium titanate grain must be dispersed such that it is the same throughout the bulk of the composition. Typically, this has been attempted by grinding the components of the composition to a particle size of about 1 micron. However, homogenous distribution is only one micron sized BaTiO 3
Throughout the use of the particles, it may be facilitated by introducing small particles, for example, about 0.1 micron ceramic oxide dopant. By way of illustration, when using a uniformly distributed approximately 1 micron spherical powder, one unit of a mixture prepared according to the proportions disclosed in the present invention comprises 400 particles of barium titanate and 5 particles of pentoxide. Niobium and 1
It can be calculated that the particles will contain cobalt oxide. However, if barium titanate having an average particle size of about 1 micron is mixed with niobium pentoxide and cobalt oxide having a particle size of about 1 micron and these particles are completely spherical and uniformly distributed. Assuming that one unit, one unit of the mixture can be calculated to contain 400 particles of barium titanate, 5000 particles of niobium pentoxide and 1000 particles of cobalt oxide. Therefore, for each barium titanate particle, there will be about 13 niobium pentoxide particles and 3 cobalt oxide particles. Thus, the compositional evolution occurs more effectively during sintering, and the effectiveness of the addition of the ceramic oxide dopant is greater than the effect achieved by mixing a small number of 1 micron particles. Will be promoted.

セラミック酸化物粒子は磨砕技術により約1ミクロン
まで大きさを減少出来ることは技術上周知である。しか
し、0.1ミクロン単位に微細分割粉末を磨砕することは
不可能であったが、その理由は、磨砕技術は磨砕媒体に
存在する望ましくない種類の汚染レベルを増大する危険
を招き、かつ磨砕効率は粉末の粒子大きさがサブミクロ
ンレベルに達するにつれ顕著に削減されるからである。
本発明に記載の方法は、焼結前のセラミック混合物中の
微量成分ドパントの分配の均一性を促進する手段と、か
つ焼成の間の組成的発達を促進する手段を提供するもの
である。このことは、平均粒子大きさが約0.1ミクロン
の微細分割形態の微量成分ドパントを、主要セラミック
成分粒子と結合するような制御された方法で沈澱させる
ことにより達成される。ここに使用される「結合する」
という術語は、ここに開示される本発明による沈澱によ
り生成される普通と異なる粒子のヘテロ凝集と定義され
る。
It is well known in the art that ceramic oxide particles can be reduced in size by grinding techniques to about 1 micron. However, it was not possible to grind the finely divided powder to the nearest 0.1 micron, because grinding technology risks increasing the level of undesirable types of contamination present in the grinding media, and Grinding efficiency is significantly reduced as the particle size of the powder reaches submicron levels.
The method according to the invention provides a means for promoting the uniformity of distribution of the minor component dopants in the ceramic mixture before sintering and for promoting the compositional development during firing. This is achieved by precipitating microparticulate dopants in finely divided form having an average particle size of about 0.1 micron in a controlled manner so as to combine with the main ceramic component particles. "Combine" used here
The term is defined as heteroaggregation of unusual particles produced by the precipitation according to the invention disclosed herein.

0.1ミクロン粒子のドパントを1.0ミクロン粒子の主要
成分と結合するように、1.0ミクロン粒子の主要セラミ
ック成分のスラリー中に0.1ミクロン粒子のドパントを
沈澱する為に、液体媒質中の粒子の表面電荷性質を利用
することが出来る。これらの表面電荷性質は、ジータ電
位に基づいて定量化出来る。この結合は2つの種類の間
の接触表面積を最大にする。
The surface charge properties of the particles in the liquid medium are reduced by precipitating the 0.1 micron particles in the slurry of the 1.0 micron particles of the main ceramic component so that the 0.1 micron particles dopant is combined with the 1.0 micron particles. Can be used. These surface charge properties can be quantified based on the zeta potential. This bond maximizes the contact surface area between the two types.

分散状態の粒子の表面電荷の符号と大きさは、媒質の
性質を変えることにより変更出来ることは周知である。
一定の条件下に、反対の符号の表面電荷を有する化学的
に同じ粒子を分散状態にすることは可能である。水溶液
中に反対の表面電荷の粒子を製造する最も効果的な方法
の一つは、媒質のpHを変える従来の方法である。G.D.パ
ルフィット著:「液体中に粉末の分散」ハルステッド出
版社1960年を参照のこと、この著作の本文はこの明細書
に引用されている。
It is well known that the sign and magnitude of the surface charge of dispersed particles can be changed by changing the properties of the medium.
Under certain conditions, it is possible to make chemically identical particles with opposite surface charges into a dispersed state. One of the most effective methods of producing particles of opposite surface charge in an aqueous solution is the conventional method of changing the pH of a medium. See GD Palfit: "Dispersion of Powder in Liquid", Halstead Publishers, 1960, the text of which is incorporated herein by reference.

一種類粒子のジータ電位は、特定pHの媒質中に分散す
る粒子の挙動の分析により測定出来、この分析は、粒子
速度が適用電位勾配の関数として測定される電気泳動セ
ルを使用するものである。粒子速度は、ジータ電位に比
例する。それ故、異なるpH値で一連の実験を実施するこ
とにより、ジータ電位とpHに関してジータ電位曲線がえ
られ、これはpH値の範囲に亙って分散粒子の表面電荷の
符号と大きさの両方を示すであろう。
The zeta potential of a single particle can be measured by analyzing the behavior of particles dispersed in a medium at a particular pH, using an electrophoresis cell where the particle velocity is measured as a function of the applied potential gradient. . Particle velocity is proportional to the zeta potential. Therefore, by performing a series of experiments at different pH values, a zeta potential curve is obtained for geta potential and pH, which shows both the sign and magnitude of the surface charge of the dispersed particles over a range of pH values. Will be shown.

ジータ電位曲線に重要な点があり、この点で粒子表面
の電荷はゼロである。この点はゼロ電荷の点として知ら
れ、時には等電点(IEP)として引用されている。IEPに
おける分散粒子は、ファンデルワールスの吸引力により
相互に凝集する傾向があると信じられている。これに反
して、正負いずれかの同じ電荷を有する粒子は、クーロ
ンの反発力の為に、同じ電荷の粒子から分離される傾向
がある。若し相互に反する電荷の2種類の粒子が分散さ
れるならば、第一種類の粒子は第二種類の粒子を引き付
け、かつ同じ電荷種類の粒子を引き付けず、かくして種
類のヘテロ凝集を形成するだろう。この種類のヘテロ凝
集効果は重要であり、その理由は、主要セラミック成分
粒子とドパント粒子を結合する手段を提供し、かつ「同
じ」粒子の均質凝集を防止するからである。更に、ドパ
ント粒子が、0.1ミクロンのドパント粒子がこのように
して1.0ミクロン粒子の主要セラミック成分と結合する
ように沈澱させられる場合、主要セラミック成分粒子
は、ドパント粒子で被覆されるに至る。従って、多層セ
ラミックコンデンサの製造において焼結工程の前に、ド
パント粒子は、複合物の焼結の間、主要セラミック成分
核粒子を囲繞する均一で、ドパントに富む粒子境界相を
生成しようと望んだ位置に正確に存在する。このこと
は、粒子成長抑制剤としてのドパントの効果性を最大に
し、かつ完成誘電セラミックコンデンサの電気的性質を
高める。
There is an important point in the zeta potential curve at which point the charge on the particle surface is zero. This point is known as the zero charge point and is sometimes referred to as the isoelectric point (IEP). It is believed that the dispersed particles in the IEP tend to aggregate together due to Van der Waals suction. In contrast, particles having the same charge, either positive or negative, tend to be separated from particles of the same charge due to the repulsive force of Coulomb. If two types of particles of opposite charges are dispersed, the first type of particles attracts the second type of particles and does not attract the same type of particles, thus forming a type of heteroaggregation right. This type of heterocoagulation effect is important because it provides a means of bonding the primary ceramic component particles with the dopant particles and prevents homogenous aggregation of the "same" particles. Furthermore, if the dopant particles are precipitated such that the 0.1 micron dopant particles thus combine with the 1.0 micron particles of the primary ceramic component, the primary ceramic component particles will become coated with the dopant particles. Therefore, prior to the sintering step in the manufacture of multilayer ceramic capacitors, the dopant particles wanted to create a uniform, dopant-rich grain boundary phase surrounding the main ceramic component core particles during sintering of the composite. Exactly in place. This maximizes the effectiveness of the dopant as a grain growth inhibitor and enhances the electrical properties of the finished dielectric ceramic capacitor.

かくして、0.1ミクロンのドパント粒子が、1.0ミクロ
ンの主要セラミック成分粒子に対して反対に電荷される
pH範囲で作用するのが好適である。
Thus, 0.1 micron dopant particles are oppositely charged to 1.0 micron primary ceramic component particles
It is preferred to work in the pH range.

例えば、主要成分がチタン酸バリウムであり、かつド
パントが五酸化ニオブである場合、本発明の方法におい
て沈澱される五酸化ニオブの等電点がpH3.1において在
り、かつチタン酸バリウムの等電点がpH9.0において在
る。pH値が3.1以下において、五酸化ニオブ粒子は、正
電荷であり、かつ3.1以上のpH値において、五酸化ニオ
ブ粒子は負電荷である。9.0以上のpH値において、チタ
ン酸バリウムは負電荷であり、かつ9.0以上のpH値にお
いて、チタン酸バリウム粒子は正電荷である。従って、
pH値3.1と9.0の間の範囲において、五酸化ニオブ粒子
は、負電荷であり、かつチタン酸バリウム粒子は正電荷
であろう。この条件は、相互に2つの異なる電荷種類の
結合に都合が良く、一方同時に、この条件は、相互に反
発する同じ電荷の種類も発生し、それ故不規則な粒子大
きさを発生させ得る均一凝集を避けるものである。
For example, if the main component is barium titanate and the dopant is niobium pentoxide, the isoelectric point of the niobium pentoxide precipitated in the method of the present invention is at pH 3.1 and the isoelectric point of barium titanate is A dot is at pH 9.0. At pH values below 3.1, the niobium pentoxide particles are positively charged, and at pH values above 3.1, the niobium pentoxide particles are negatively charged. At pH values above 9.0, barium titanate is negatively charged, and at pH values above 9.0, the barium titanate particles are positively charged. Therefore,
In the pH range between 3.1 and 9.0, the niobium pentoxide particles will be negatively charged and the barium titanate particles will be positively charged. This condition favors the coupling of two different charge types with each other, while at the same time this condition also generates the same charge type that repels each other, and thus can generate irregular particle sizes. It avoids agglomeration.

好適なpH条件は、種類が反対に電荷され、かつ主要成
分粒子とドパント粒子のジータ電位の間の相違の大きさ
は、出来るだけ大きくある条件であろう。このことは、
2つの異なる種類間に最大の引き付けを発生し、かつ同
時に主要成分粒子の全体に亙り、ドパント粒子の極めて
望ましい状態の分散を付与して、同じ種類の最大の反発
を発生させるだろう。例えば、チタン酸バリウムと五酸
化ニオブの場合、この好適な条件は、pH7において発生
し、この場合チタン酸バリウムのジータ電位は+30ミリ
ボルトであり、五酸化ニオブのジータ電位は−45ミリボ
ルトである。
Suitable pH conditions will be those in which the species are oppositely charged and the magnitude of the difference between the zeta potential of the major component particles and the dopant particles is as large as possible. This means
It will produce the greatest attraction between the two different types, and at the same time impart a highly desirable state of dispersion of the dopant particles throughout the main component particles, producing the greatest rebound of the same type. For example, in the case of barium titanate and niobium pentoxide, the preferred conditions occur at pH 7, where the barium titanate has a zeta potential of +30 millivolts and the niobium pentoxide has a zeta potential of -45 millivolts.

0.1ミクロンの五酸化ニオブ粒子が、1.0ミクロンのチ
タン酸バリウム粒子と結合し、かつ自分同士とは結合し
ないように好適なpH条件を使用して五酸化ニオブ粒子を
沈澱させる利点は、このことが五酸化ニオブ粒子を正確
に、チタン酸バリウム核粒子を囲繞する均一な五酸化ニ
オブに富む粒子境界相を生成したい位置に配置すること
である。この五酸化ニオブの位置は、セラミックの焼結
の間に粒子成長を制御することを可能とし、かつかくし
て誘電セラミックコンデンサの電気的性質を高める。チ
タン酸バリウムと五酸化ニオブを含むMLC'sの製造に使
用される焼結温度、即ち、約1300℃において、五酸化ニ
オブは極めて緩慢に拡散する。従って、五酸化ニオブが
混合工程、次いで焼結工程の間に分散するチタン酸バリ
ウム粒子の周囲に均一に分布されないならば、この緩慢
な拡散速度は、発達するミクロ構造中に五酸化ニオブの
不均一な分布に導き、かつ不規則な粒子成長とそれによ
る劣った誘電性質を引き起こすであろう。1.0ミクロの
五酸化ニオブ粒子と1.0ミクロのチタン酸バリウム粒子
とが、ミルジャー等の中で成分を乾式又は湿式により従
来の方法で混合される場合、又は五酸化ニオブを、チタ
ン酸バリウム又は五酸化ニオブの均一凝縮が有利な条件
下に沈澱する場合、不均一分布が起こり得る。
The advantage of precipitating niobium pentoxide particles using suitable pH conditions so that 0.1 micron niobium pentoxide particles bind to 1.0 micron barium titanate particles and do not bind to each other is this. The purpose is to position the niobium pentoxide particles exactly where it is desired to create a uniform niobium pentoxide-rich particle boundary phase surrounding the barium titanate core particles. This location of niobium pentoxide allows for controlled grain growth during sintering of the ceramic and thus enhances the electrical properties of the dielectric ceramic capacitor. At the sintering temperatures used to produce MLC's containing barium titanate and niobium pentoxide, ie, about 1300 ° C., niobium pentoxide diffuses very slowly. Thus, if the niobium pentoxide is not evenly distributed around the barium titanate particles dispersed during the mixing and then sintering steps, this slow diffusion rate will result in the inability of the niobium pentoxide to develop in the developing microstructure. It will lead to a uniform distribution and will cause irregular grain growth and hence poor dielectric properties. When 1.0 micro niobium pentoxide particles and 1.0 micro barium titanate particles are mixed in a conventional manner by dry or wet components in a mill jar, or niobium pentoxide, barium titanate or pentoxide If the uniform condensation of niobium precipitates under favorable conditions, a non-uniform distribution can occur.

五酸化ニオブとシュウ酸コバルトが、チタン酸バリウ
ムの懸濁中に沈澱される本発明の特定実施例の目的に対
して、シュウ酸コバルトがチタン酸バリウムと結合する
ようにシュウ酸コバルトを沈澱させる必要は無いことに
注意すべきである。このことは真実であつて、その理由
は、焼結の間にシュウ酸コバルトから形成される酸化コ
バルトは、チタン酸バリウムへ五酸化ニオブを添加する
ことにより生成される不均衡電荷を相補するための添加
物として存在し、粒子成長抑制剤として存在しないから
である。酸化コバルトは、MLC'sに使用される焼結温度
において極めて速やかに拡散し、従って、実施例にて説
明する様に、その効果性は、0.1ミクロの粉末として存
在することにより、必ずしも削減されない。
Niobium pentoxide and cobalt oxalate are precipitated in a suspension of barium titanate. For purposes of a particular embodiment of the present invention, cobalt oxalate is precipitated such that cobalt oxalate binds to barium titanate. Note that there is no need. This is true because the cobalt oxide formed from cobalt oxalate during sintering complements the unbalanced charge created by adding niobium pentoxide to barium titanate. This is because they are present as an additive and are not present as a particle growth inhibitor. Cobalt oxide diffuses very quickly at the sintering temperatures used for MLC's, and therefore its effectiveness is not necessarily reduced by being present as a 0.1 micron powder, as described in the examples.

本発明に記載される方法は、現在の磨砕技術に付随す
る問題無しに、0.1ミクロの単位の酸化セラミック粒子
を製造する利点を有する。
The method described in the present invention has the advantage of producing 0.1 micron units of oxidized ceramic particles without the problems associated with current grinding technology.

本発明の第二の利点は、向上した電気的性質、即ち、
従来の混合技術による方法のものにより、高誘電率、低
損失係数及び高絶縁抵抗キャパシタンス製品を有するセ
ラミック誘電組成物の製造にある。本発明の方法により
達成される高誘電率は、コンデンサ製造会社が、有効絶
縁層の数と各々の絶縁層の厚みを一定に与えられても、
与えられたチップ大きさに対してより高キャパシタンス
値、又は削減したチップの大きさにおいて同じキャパシ
タンス値の多層セラミックコンデンサを製造することを
可能とする重要な利益を有する。この利益は、かくして
削減されたコスト、及び/又は小型化である。
A second advantage of the present invention is that it has improved electrical properties,
By the method of the conventional mixing technique, there is the production of ceramic dielectric compositions having high dielectric constant, low loss factor and high insulation resistance capacitance products. The high dielectric constant achieved by the method of the present invention, even if the capacitor manufacturer is given a constant number of effective insulating layers and the thickness of each insulating layer,
It has the significant advantage of being able to produce multilayer ceramic capacitors of higher capacitance values for a given chip size, or of the same capacitance value at reduced chip sizes. The benefit is thus reduced costs and / or miniaturization.

本発明の目的は、一つ又はそれ以上の微量セラミック
酸化物成分の粒子と主要セラミック酸化物成分粒子の混
合物において、微量セラミック酸化物成分の少なくとも
一つの粒子が主要セラミック成分の粒子と結合する混合
物を提供することに在る。
It is an object of the present invention to provide a mixture of one or more minor ceramic oxide component particles and primary ceramic oxide component particles, wherein at least one particle of the minor ceramic oxide component binds to the primary ceramic component particles. It is in providing.

本発明のもう一つの目的は、25℃で約4900と5400の間
の誘電率、約2.0%未満の損失係数、及び誘電率が25℃
における基準値から約±15%以上変化しない安定な温度
係数を有するセラミック組成物を製造することに在る。
Another object of the present invention is to provide a dielectric constant between about 4900 and 5400 at 25 ° C, a loss factor of less than about 2.0%, and a dielectric constant of 25 ° C.
In producing a ceramic composition having a stable temperature coefficient which does not change by more than about ± 15% from the reference value in the above.

本発明のもう一つの目的は、高価な金属内部電極を使
用し、かつ25℃で約4900と5400の間の誘電率、約2.0%
未満の損失係数、及び25℃で7000オーム−ファラド以
上、かつ125℃で3000オーム−ファラド以上の絶縁抵抗
キャパシタンス積、かつ更に誘電率が25℃における基準
値から約±15%以上変化しない安定な温度係数(TC)特
性を有する多層セラミックコンデンサを製造するのに適
したセラミック組成物を製造することに在る。
Another object of the present invention is to use expensive metal internal electrodes and have a dielectric constant between about 4900 and 5400 at 25 ° C., about 2.0%
A loss factor of less than 7000 ohm-Farad at 25 ° C and an insulation resistance capacitance product of 3,000 ohm-Farad at 125 ° C and a stable dielectric constant that does not change more than about ± 15% from the reference value at 25 ° C It consists in producing a ceramic composition suitable for producing a multilayer ceramic capacitor having a temperature coefficient (TC) characteristic.

(課題を解決するための手段) 第一に述べた目的は、主要セラミック酸化物成分と一
つ又はそれ以上の微量成分ドパントを含むセラミック酸
化物混合物を製造する方法を提供する本発明により達成
されるもので、この方法は微量セラミック酸化物ドパン
トの少なくとも一つが沈澱されねばならず、かつ他のド
パントは沈澱されるのが良く、更にこの方法の条件は、
沈澱ドパント粒子が主要セラミック酸化物成分の粒子に
対して反対電荷にされ、かつ結合されるように調節され
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The first stated object is achieved by the present invention which provides a method for producing a ceramic oxide mixture comprising a main ceramic oxide component and one or more minor component dopants. In this method, at least one of the trace ceramic oxide dopants must be precipitated, and the other dopants should be precipitated.
The precipitated dopant particles are adjusted to be oppositely charged and bound to the particles of the main ceramic oxide component.

他の述べた目的は、高誘電率、低損失係数、及び安定
TC特性を有し、かつ主要成分を含み、好適には高チタン
酸バリウムと微量成分ドパントを含み、好適には五酸化
ニオブと酸化コバルトを含むセラミック組成物を製造す
る方法を提供する本発明により達成されるもので、この
方法は、五酸化ニオブは本発明の小粒子を付与するため
に沈澱されねばならず、かつ酸化コバルトドパントは本
発明の小粒子を付与するために沈澱されるのが良い。本
発明による方法に選択される誘電セラミック組成物は、
主要成分、好適には約98.5〜約98.8重量%から成るチタ
ン酸バリウム、及び微量成分ドパント、好適には夫々約
1.0〜約1.1重量%及び約0.2〜約0.3重量%から成る五酸
化ニオブと酸化コバルトを含む。
Other stated objectives include high dielectric constant, low loss factor, and stable
According to the present invention, there is provided a method for producing a ceramic composition having TC properties and comprising a main component, preferably comprising high barium titanate and a minor component dopant, preferably comprising niobium pentoxide and cobalt oxide. In the method, niobium pentoxide must be precipitated to provide the small particles of the present invention, and cobalt oxide dopant must be precipitated to provide the small particles of the present invention. Is good. The dielectric ceramic composition selected for the method according to the invention comprises:
The major components, preferably barium titanate, comprising from about 98.5 to about 98.8% by weight, and minor component dopants, preferably about
1.0 to about 1.1% and about 0.2 to about 0.3% by weight of niobium pentoxide and cobalt oxide.

本発明に記載される方法は、その中に均一に分散した
ドパント粒子を有する誘電セラミックを製造する方法を
提供するもので、この方法は、主要成分粒子を液体媒質
に分散させ、ドパント先駆物質を含む液体媒質からドパ
ント粒子を沈澱させ、ドパント粒子が主要成分粒子と結
合するように主要成分粒子全体に亙りドパント粒子を分
解させ、液体媒質を除去し、次いで焼結することから成
る。
The method described in the present invention provides a method for producing a dielectric ceramic having dopant particles uniformly dispersed therein, wherein the method comprises dispersing the major component particles in a liquid medium and removing the dopant precursor. Precipitating the dopant particles from the containing liquid medium, decomposing the dopant particles throughout the main component particles such that the dopant particles are associated with the main component particles, removing the liquid medium, and then sintering.

より好適な実施態様において、本発明に記載される方
法は、この中に均一に分散したドパント粒子を有する誘
電セラミックを製造する方法を提供するものであり、こ
の方法は、主要成分の誘電セラミック粒子を液体媒質中
に分散させ、ドパント粒子の前駆物質を含有する液体媒
質から主要成分粒子の粒度より小さい粒度を有するドパ
ント粒子を沈澱させるに当たり、主要成分粒子とドパン
ト粒子とをpHを制御することにより、それらを相反する
電荷を有するようにし、かつ両者のジータ電位差を大き
くなるようにして同じ粒子どうしの結合を抑制しながら
ドパント粒子を主要成分粒子と結合させ、液体媒質を除
去し、次いで焼結することからなる。
In a more preferred embodiment, the method described in the present invention provides a method for producing a dielectric ceramic having uniformly dispersed dopant particles therein, the method comprising the steps of: Is dispersed in a liquid medium, and in the precipitation of the dopant particles having a particle size smaller than the particle size of the main component particles from the liquid medium containing the precursor of the dopant particles, the pH of the main component particles and the dopant particles is controlled by controlling the pH. The dopant particles are combined with the main component particles while suppressing the coupling between the same particles by making them have opposite charges and increasing the Zeta potential difference therebetween, removing the liquid medium, and then sintering. It consists of doing.

本発明はまた、誘電セラミックを提供するものであ
り、この誘電セラミックは、ドパント粒子が主要成分粒
子より小さい粒度を有しかつ主要成分粒子を被覆するよ
うに主要成分粒子と結合し、並びに主要成分粒子とドパ
ント粒子とをpHを制御することにより、それらを相反す
る電荷を有するようにしかつ両者のジータ電位差を大き
くすることで同じ粒子どうしの結合が非常に少ない、主
要成分誘電セラミック粒子およびその全体にわたり分散
されて沈澱したドパント粒子の焼結体からなる。
The present invention also provides a dielectric ceramic, wherein the dielectric ceramic is combined with the primary component particles such that the dopant particles have a smaller size than the primary component particles and cover the primary component particles; By controlling the pH of the particles and the dopant particles to make them have opposite charges and increasing the zeta potential difference between them, the bonding of the same particles is very small, and the main component dielectric ceramic particles and the whole thereof Of sintered dopant particles dispersed and precipitated over the entire surface.

本発明はまた、多層セラミックコンデンサを提供する
ものであり、このコンデンサは複数の誘電セラミック層
から成り、この誘電セラミックは、沈澱した五酸化ニオ
ブ粒子およびチタン酸バリウム主要成分粒子と結合した
酸化コバルトドパント粒子からなり、主要成分粒子はド
パント粒子より大きく、ドパント粒子は主要成分粒子に
対して一定割合でありかつ主要成分粒子を被覆し、かつ
焼結した誘電セラミックは、4900と5400の間の誘電率、
2.0%以下の損失係数、25℃で7000オーム−ファラド以
上並びに125℃で3000オーム−ファラド以上の絶縁抵抗
キャパシタンス積、および誘電率が−55℃〜125℃の範
囲の温度にわたり25℃における値から±15%未満にある
温度安定な温度係数を有する複数の誘電セラミック層と
誘電層間の複数の電極からなる。
The present invention also provides a multilayer ceramic capacitor comprising a plurality of dielectric ceramic layers, the dielectric ceramic comprising cobalt oxide particles combined with precipitated niobium pentoxide particles and barium titanate major component particles. Consisting of punt particles, the main component particles are larger than the dopant particles, and the dopant particles are a fixed percentage of the main component particles and cover the main component particles, and the sintered dielectric ceramic has a dielectric constant between 4900 and 5400. rate,
Loss factor of 2.0% or less, insulation resistance capacitance product of more than 7000 ohm-Farad at 25 ° C and more than 3000 ohm-Farad at 125 ° C, and dielectric constant from values at 25 ° C over a temperature range of -55 ° C to 125 ° C It comprises a plurality of dielectric ceramic layers having a temperature stable temperature coefficient of less than ± 15% and a plurality of electrodes between the dielectric layers.

この発明で使用されるようなドパント先駆物質の術語
は、沈澱工程の前に液体媒質中に存在するドパントの種
類又はドパントイオンを意味することは、当業者により
理解されるであろう。
It will be understood by those skilled in the art that the term dopant precursor as used in the present invention refers to the type of dopant or dopant ion present in the liquid medium prior to the precipitation step.

以下説明するように、本発明のセラミック誘電組成物
を製造する方法は、実質的に技術的進歩に結果し、かつ
コスト節約する一方望まれる物理的かつ電気的性質を高
める幾つかの利点を有する。
As described below, the method of making the ceramic dielectric composition of the present invention results in substantial technical advances and has several advantages that save cost while increasing the desired physical and electrical properties. .

本発明は、4900と5400の間の誘電率、2.0%未満の損
失係数、及び安定なTC特性を有する誘電組成物を製造す
る新規な方法を提供するものである。本発明の方法は、
従来技術に開示される方法と実質的に異なり、従来技術
的においては、従来の混合技術が使用され、かつ高誘電
率のような望まれる誘電性質は、安定なTC特性を有する
材料を得る為に、犠牲にされている。従来の方法は、よ
り高誘電率を達成する最新の発明の方法を使用すること
により、約3000〜約4700以下の誘電率を有する材料を製
造しておる為に、同じ物理的大きさの制限下に顕著に高
いキャパシタンス値、又は同じキャパシタンス制限下に
最小の可能な物理的大きさを有する多層セラミックコン
デンサを製造することは可能である。より高誘電率はま
た、顕著に少ないセラミックと電極材料の使用に結果す
るもので、かくして製造コストは、最新の発明に記載さ
れる方法を使用することにより顕著に削減出来る。
The present invention provides a novel method of producing a dielectric composition having a dielectric constant between 4900 and 5400, a loss factor of less than 2.0%, and stable TC properties. The method of the present invention comprises:
Substantially different from the methods disclosed in the prior art, in the prior art, conventional mixing techniques are used and the desired dielectric properties, such as a high dielectric constant, are used to obtain materials with stable TC properties. To be sacrificed. Conventional methods use the latest inventive method to achieve higher dielectric constants, thereby producing materials with dielectric constants of about 3000 to about 4700 or less, thus limiting the same physical size. It is possible to produce multilayer ceramic capacitors with significantly lower capacitance values below, or the smallest possible physical size under the same capacitance limits. Higher dielectric constants also result from the use of significantly less ceramic and electrode materials, and thus manufacturing costs can be significantly reduced by using the methods described in the latest invention.

本発明に記載される方法は、約1.0ミクロンの平均粒
子大きさの主要成分粉末を使用し、かつ約0.1ミクロン
の平均粒子大きさの微細分割形態のドパントの1つ又は
2つを沈殿させることにより、焼成前にセラミック混合
物中のドパントの分布の均一性を高める手段を提供する
ものであり、この方法はドパント粒子が主要セラミック
成分粒子と結合されるような方法で制御される。焼結中
に組成物的発達は、混合物の増大した均一性の為により
効率的に起こり、かつドパント添加の有効性は、1.0ミ
クロンのドパント粒子の混合により達成されるものに比
較してより大きく高められる。
The method described in the present invention employs a major component powder having an average particle size of about 1.0 micron and precipitating one or two finely divided dopants having an average particle size of about 0.1 micron. Provides a means to increase the uniformity of dopant distribution in the ceramic mixture before firing, the method being controlled in such a way that the dopant particles are combined with the main ceramic component particles. Compositional development during sintering occurs more efficiently due to the increased homogeneity of the mixture, and the effectiveness of dopant addition is greater than that achieved by mixing 1.0 micron dopant particles. Enhanced.

本発明の方法は、液体媒質からドパントを沈澱させ、
ドパント粒子が主要成分粒子の全体に亙り均一に分散さ
れるように、沈澱ドパントを主要成分のスラリと混合す
ることを含む。
The method of the present invention comprises the step of precipitating a dopant from a liquid medium,
Mixing the precipitated dopant with the main component slurry such that the dopant particles are evenly dispersed throughout the main component particles.

好適な実施態様において、セラミック組成物の主要成
分は、液体媒質中にスラリとし、次いでドパント先駆物
質を含む溶液の正確な量を添加する。別法として、主要
成分は、ドパント先駆物質を含む溶液にスラリとするこ
とも出来る。次いでドパントは、主要成分粒子とドパン
トの密接な接触が達成されるような制御された方法で微
細分割形態にて溶液から沈澱される。この方法は一つ又
はそれ以上のドパントを導入する為に使用することが出
来る。主要成分は、好適には灰チタン石を形成する金属
酸化物の群から選択される。
In a preferred embodiment, the main component of the ceramic composition is a slurry in a liquid medium, and then the precise amount of the solution containing the dopant precursor is added. Alternatively, the primary component can be a slurry in a solution containing the dopant precursor. The dopant is then precipitated from the solution in finely divided form in a controlled manner such that intimate contact of the dopant with the main component particles is achieved. This method can be used to introduce one or more dopants. The main component is preferably selected from the group of metal oxides forming perovskites.

より好適な実施態様において、セラミック組成物の主
要成分は、液体媒質にスラリとし、次いでドパント先駆
物質を含む溶液の正確な量を添加する。別法として、主
要成分は、ドパント先駆物質を含む溶液中にスラリとす
ることも出来る。次いでドパントは微細分割形態で溶液
から沈澱させ、一方主要セラミック成分粒子ドパント粒
子の電荷は、主要成分粒子とドパントの間の密接な接触
が達成されるように制御される。主要成分は好適には灰
チタン石を形成する金属酸化物の群から選択される。
In a more preferred embodiment, the main component of the ceramic composition is a slurry in a liquid medium, and then the precise amount of the solution containing the dopant precursor is added. Alternatively, the major component can be a slurry in a solution containing the dopant precursor. The dopant is then precipitated from the solution in finely divided form, while the charge of the primary ceramic component particles and the dopant particles is controlled such that intimate contact between the primary component particles and the dopant is achieved. The main component is preferably selected from the group of metal oxides forming perovskites.

とくに好適な実施態様において、主要成分は、チタン
酸バリウム(BaTiO3)であり、これは水にスラリとし、
かつ2つのドパントは五酸化ニオブと酸化コバルトであ
る。この実施態様において、五酸化ニオブはチタン酸バ
リウムの存在下に沈澱され、一方酸化コバルトは粉末形
態又は沈澱としてのいずれかでスラリ中に導入されて良
い。五酸化ニオブの先駆物質溶液は、エタノール中の五
塩化ニオブの溶液であり、五酸化ニオブは、濃水酸化ア
ンモニウムで沈澱させられる。
In a particularly preferred embodiment, the main component is barium titanate (BaTiO 3 ), which is slurry in water,
The two dopants are niobium pentoxide and cobalt oxide. In this embodiment, niobium pentoxide is precipitated in the presence of barium titanate, while cobalt oxide may be introduced into the slurry either in powder form or as a precipitate. The precursor solution of niobium pentoxide is a solution of niobium pentachloride in ethanol, which is precipitated with concentrated ammonium hydroxide.

濾過と洗浄に次いで、成分の密接な混合物は、適切な
結合剤と混合され、標準方法によりシートにキャスト
し、70%のパラジウム/30%銀のような内部電極と共に
多層コンデンサ構造を形成し、次いで約1280℃〜約1350
℃で約2時間焼成されて良い。使用される他の材料と相
溶性で、かつセラミック粒子を分散する為に、かつ溶媒
が除去される時にこれらを共に保持する為に、単にベヒ
クルを付与するなどの従来のセラミック結合剤も本発明
で使用しても良い。適切な結合剤組成物は、G.Y.小野田
Jr.等の著作「焼成前のセラミック方法」ジョンビレイ
とサンズ出版(1978年)第18章に記載されている。コー
ンシラップとポリビニルアルコールが適切な結合剤組成
物の例である。
Following filtration and washing, the intimate mixture of components is mixed with a suitable binder and cast into sheets by standard methods to form a multilayer capacitor structure with internal electrodes such as 70% palladium / 30% silver, Then about 1280 ° C to about 1350
C. for about 2 hours. Conventional ceramic binders, such as simply adding a vehicle, to be compatible with the other materials used and to disperse the ceramic particles and to hold them together when the solvent is removed are also contemplated by the present invention. May be used. A suitable binder composition is GY Onoda
Jr. et al., "Ceramic Method Before Firing," described in Chapter 18 of John Belay and Sands Publishing (1978). Corn syrup and polyvinyl alcohol are examples of suitable binder compositions.

本発明の焼成誘電組成物は、約4900と約5400の間の高
誘電率、2%以下の低損失係数、及び25℃、50VDC/ミル
で7000オーム−ファラド以上の、125℃、50VDC/ミルで3
000オーム−ファラドの絶縁抵抗積、及び誘電率が25℃
で基準値の±15%以上で変化しない安定なTC特性を有す
る多層セラミックコンデンサに加工される。
The fired dielectric composition of the present invention has a high dielectric constant between about 4900 and about 5400, a low loss factor of less than 2%, and a temperature of more than 7000 ohm-Farad at 25 ° C, 50 VDC / mil, 125 ° C, 50 VDC / mil. In 3
000 ohm-Farad insulation resistance product and dielectric constant 25 ° C
It is processed into a multilayer ceramic capacitor with stable TC characteristics that does not change over ± 15% of the reference value.

もう一つの特別に好適な実施態様において、微細粒子
大きさ(0.8〜1.3ミクロン)の高純度チタン酸バリウム
(99.9〜99.95%純度)を脱イオン水に撹拌する。0.8〜
1.3ミクロンの微細粒子の酸化コバルトを添加し、次い
で混合物を30分〜33時間連続的に撹拌して、2つの試薬
が充分に混合されていることを確認する。五塩化ニオブ
のエタノール溶液をチタン酸バリウム/酸化コバルトの
スラリーに添加する。チタン酸バリウム、酸化コバルト
及び五塩化ニオブの比率は、得られたセラミック組成物
中のチタン酸バリウム:五酸化ニオブ:酸化コバルトが
9871:107:22である。得られたスラリーを10〜60分撹拌
し、濃水酸化アンモニウムを添加して含水五酸化ニオブ
を沈澱させる。複合物のスラリーを濾過し、次いで脱イ
オン水で洗浄して、硝酸銀/硝酸溶液で試験した時に塩
化銀沈澱が完全に無くなるまで洗浄を続ける。次いでセ
ラミック酸化物の洗浄混合物を110℃で実験室オープン
中で乾燥する。次いで均一に配合されたセラミック組成
物を、均一に混合したジオクチルフタレート「NUOSTABE
V−1444TM1/エタノール、トルエン及び「BUTVAR B−
76TM2/ビニル樹脂を均一に混合することにより調製し
た結合剤溶液と共にボールミルに装填する。セラミック
組成物と結合剤の比率は400:218である。
In another particularly preferred embodiment, high purity barium titanate (99.9-99.95% purity) of fine particle size (0.8-1.3 microns) is stirred into deionized water. 0.8 ~
Add 1.3 micron fine particles of cobalt oxide and then continuously stir the mixture for 30 minutes to 33 hours to ensure that the two reagents are well mixed. An ethanolic solution of niobium pentachloride is added to the barium titanate / cobalt oxide slurry. The ratio of barium titanate, cobalt oxide and niobium pentachloride is such that barium titanate: niobium pentoxide: cobalt oxide in the obtained ceramic composition
9871: 107: 22. The resulting slurry is stirred for 10-60 minutes and concentrated ammonium hydroxide is added to precipitate the aqueous niobium pentoxide. The composite slurry is filtered, then washed with deionized water, and the washing is continued until silver chloride precipitation is completely eliminated when tested with a silver nitrate / nitric acid solution. The cleaning mixture of ceramic oxide is then dried at 110 ° C. in a laboratory open. Next, the uniformly blended ceramic composition was uniformly mixed with dioctyl phthalate “NUOSTABE
V-1444 TM "1 / ethanol, toluene and" BUTVAR B-
Load the ball mill with the binder solution prepared by uniformly mixing the 76TM " 2 / vinyl resin. The ratio of ceramic composition to binder is 400: 218.

1:「NUOSTABE V−1444TM」はニュージャーシー州のヌオ
デックス社から入手出来るアルカリイオンの無い有機溶
剤分散剤。
1: "NUOSTABE V-1444 TM" is an organic solvent dispersion agent with no alkali ions that can be obtained from the New jar Sea province of Nuodekkusu company.

2:「BUTVAR B−76TM」はモンサント社から入手出来るポ
リビニルブチレート、ポリビニルアルコール及び酢酸ビ
ニルの混合物から成る結合剤。
2: "BUTVAR B-76 " is a binder available from Monsanto and comprising a mixture of polyvinyl butyrate, polyvinyl alcohol and vinyl acetate.

得られたスラリーを5〜20時間混合し、取り出し、次
いで44ミクロン篩を介して濾過する。このスラリーは、
約1500センチポイズの粘度を有し、次いで脱気し、次い
で標準技術によりキャストして約1.5ミル厚さのテープ
にする。このテープを、この工業で周知の従来方法によ
り70%パラジウム30%銀電極を有する多層セラミックコ
ンデンサに変える。このコンデンサを260℃で48時間予
備加熱して、ジルコンセッタの上に置き、次いで1280℃
〜1340℃で1〜3時間焼結する。焼結コンデンサは、誘
電厚さ約1.1〜約1.2ミルを有する10枚の有効誘電層を有
する。結合剤中の銀とガラスフリットの混合物であるデ
ュポントTM銀ペイントNo.4822による端子電極を多層コ
ンデンサの対向端部に塗布し、これらのコンデンサをト
ンネル炉中で815℃にて焼成する。得られた多層コンデ
ンサは、約5400の誘電率及び1VRMSで1KHzにて測定して
約1.57%の損失係数、及び誘電率が−55℃と+125℃の
間で約±9.9%以上で25℃における誘電率値から変化し
ないようなTC特性を有する。
The resulting slurry is mixed for 5-20 hours, removed and then filtered through a 44 micron sieve. This slurry is
It has a viscosity of about 1500 centipoise and is then degassed and then cast by standard techniques to about 1.5 mil thick tape. This tape is converted to a multilayer ceramic capacitor with 70% palladium and 30% silver electrodes by conventional methods well known in the industry. Preheat the capacitor at 260 ° C for 48 hours, place on a zircon setter, then 1280 ° C
Sinter at 11340 ° C. for 1-3 hours. The sintered capacitor has ten effective dielectric layers having a dielectric thickness of about 1.1 to about 1.2 mil. Terminal electrodes of DuPont silver paint No. 4822, a mixture of silver and glass frit in a binder, are applied to the opposite ends of the multilayer capacitors and the capacitors are fired at 815 ° C. in a tunnel furnace. The resulting multilayer capacitor has a dielectric constant of about 5400 and a loss factor of about 1.57% measured at 1 KHz at 1 VRMS, and a dielectric constant of about ± 9.9% or more between -55 ° C and + 125 ° C at 25 ° C. It has TC characteristics that do not change from the dielectric constant value.

(実施例) 本発明を次の実施例により更に説明するが、本発明
は、これに制限されるみとを意図するものでない。以下
の実施例に示された値は、当技術に公知の要素に基づい
て変更され得るものである。
(Examples) The present invention will be further described by the following examples, but the present invention is not intended to be limited thereto. The values shown in the following examples may be changed based on factors known in the art.

実施例1 高純度のチタン酸バリウム500gを脱イオン水500g中で
撹拌した。微細粒子の大きさ(1.0ミクロン)の酸化コ
バルト(CoO)1.122gを添加し、次いで3時間連続撹拌
して2つの試薬の充分な混合を確認した。リットル当た
り28.74gの五塩化ニオブのエタノール溶液の188.9gをチ
タン酸バリウム/酸化コバルトスラリーにビュレットで
添加した。得られたスラリーを30分撹拌し、次いで20ml
の濃水酸化ウンモニウムをビュレットで添加してpH7.0
とし、含水五酸化ニオブを沈澱させた。複合物スラリー
を濾過し、脱イオン水で洗浄して硝酸銀/硝酸溶液で試
験した時に塩化銀沈澱が完全に無くなるまで洗浄した。
次いでセラミック酸化物の洗浄混合物を110℃で実験室
オーブン中で乾燥した。
Example 1 500 g of high purity barium titanate was stirred in 500 g of deionized water. 1.122 g of fine particle size (1.0 micron) cobalt oxide (CoO) was added, followed by continuous stirring for 3 hours to ensure thorough mixing of the two reagents. 188.9 g of a 28.74 g per liter solution of niobium pentachloride in ethanol was added to the barium titanate / cobalt oxide slurry via burette. Stir the resulting slurry for 30 minutes, then 20 ml
Of concentrated ammonium hydroxide with a burette to pH 7.0
Then, hydrous niobium pentoxide was precipitated. The composite slurry was filtered, washed with deionized water, and washed completely free of silver chloride precipitation when tested with a silver nitrate / nitric acid solution.
The ceramic oxide wash mixture was then dried in a laboratory oven at 110 ° C.

次いで均一に配合したセラミック組成物を、186gのジ
オクチルフタレート、90gのNUOSTABE V−1444TM、597ml
のエタノール及び270mlのトルエン、及び273gのBUTVAR
B−76TMビニル樹脂を均一に混合することにより得た結
合剤溶液218gと共にボールミル中に装填した。
The uniformly blended ceramic composition was then mixed with 186 g of dioctyl phthalate, 90 g of NUOSTABE V-1444 , 597 ml.
Of ethanol and 270 ml of toluene, and 273 g of BUTVAR
B-76 TM vinyl resin was loaded into a ball mill with 218 g of the binder solution obtained by mixing homogeneously.

得られたスラリーを16時間混合し、取り出し、次いで
44ミクロン篩を介して濾過した。濾過したスラリーは、
約1500センチポイズの粘度を有し、次いで脱気し、次い
で標準技術によりキャストして約1.5ミル厚さのテープ
にする。このテープを、この工業で周知の従来方法によ
り70%パラジウム/30%銀電極を有する多層セラミック
コンデンサに変える。このコンデンサを260℃で48時間
予備加熱し、ジルコンニアセッタの上に置き、次いで12
80℃〜1340℃で1〜3時間焼結する。焼結コンデンサ
は、誘電厚さ約1.1〜約1.2ミルを有する10枚の有効誘電
層を有する。結合剤中の銀とガラスフリットの混合物で
あるデュポントTM銀ペイントNo.4822による端子電極を
多層コンデンサの対向端部に塗布し、これらのコンデン
サをトンネル炉中で815℃にて焼成する。得られた多層
コンデンサは、モデルESI 2110キャパシタンスブリッジ
により1KHzの測定周波数で、約20℃間隔で−55℃〜+12
5℃のキャパシタンス(C)、損失係数(DF)、及び25
℃における温度対キャパシタンスのキャパシタンス変化
を測定した。絶縁抵抗を、オンタリオ州のロンドン社製
造のメガオームメータM16TMを使用して50VDCで2分コン
デンサを充電した後、25℃と125℃で測定した。
The resulting slurry was mixed for 16 hours, removed, and then
Filtered through a 44 micron sieve. The filtered slurry is
It has a viscosity of about 1500 centipoise and is then degassed and then cast by standard techniques to about 1.5 mil thick tape. This tape is converted into a multilayer ceramic capacitor with 70% palladium / 30% silver electrodes by conventional methods well known in the industry. The capacitor was preheated at 260 ° C. for 48 hours, placed on a zircon niacet, and then
Sinter at 80 ° C to 1340 ° C for 1 to 3 hours. The sintered capacitor has ten effective dielectric layers having a dielectric thickness of about 1.1 to about 1.2 mil. Terminal electrodes of DuPont silver paint No. 4822, a mixture of silver and glass frit in a binder, are applied to the opposite ends of the multilayer capacitors and the capacitors are fired at 815 ° C. in a tunnel furnace. The obtained multilayer capacitor is measured at a measurement frequency of 1 KHz by a model ESI 2110 capacitance bridge, at an interval of about 20 ° C. from −55 ° C. to + 12 ° C.
5 ° C capacitance (C), loss factor (DF), and 25
The capacitance change in capacitance versus temperature at ° C. was measured. Insulation resistance was measured at 25 ° C. and 125 ° C. after charging the capacitors at 50 VDC for 2 minutes using a Megohmmeter M16 manufactured by London, Ontario.

実施例2〜6 第1表は、実施例1に記載の方法により調製された一
連の組成物のチタン酸バリウムに対する五酸化ニオブと
酸化コバルトの重量%添加を、1ミクロンセラミック粉
末の従来の混合法により調製された一連の組成物(A〜
H)と共に示している。更に、m2/gで示した表面積、マ
イクロメリティクス セディグラフTMを使用して測定し
た平均粒子大きさ(d50)が、両方の一連の組成物に示
され、本発明に記載の方法により調製された組成物及び
1ミクロンセラミック酸化物粒子の従来の混合により調
製した組成物の物理的性質における明確な相違を示して
いる。
Examples 2-6 Table 1 summarizes the weight percent addition of niobium pentoxide and cobalt oxide to barium titanate for a series of compositions prepared by the method described in Example 1 using conventional mixing of 1 micron ceramic powder. A series of compositions (A to
H). In addition, the surface area in m 2 / g, the average particle size (d50) measured using Micromeritics Cedigraph is shown for both series of compositions and is prepared by the method according to the invention. 1 shows a clear difference in the physical properties of the composition prepared and the composition prepared by conventional mixing of 1 micron ceramic oxide particles.

これらの組成物と実施例1に記載の組成物の誘電性質
が、同様の一連の組成物(A〜H)で得られた誘電性質
と共に第2表に示しており、組成物(A〜H)は1ミク
ロンセラミック酸化物粒子の従来混合により調製され
た。結果は明らかに本発明に記載の方法により調製した
組成物の優れた性能を証明している。誘電率は4900〜54
00の範囲内にあり、より高く、損失係数は約1.6%で、
より低く、RC積は、約7500オーム−ファラドで、より高
い。
The dielectric properties of these compositions and of the composition described in Example 1 are shown in Table 2 together with the dielectric properties obtained with a similar series of compositions (AH). Was prepared by conventional mixing of 1 micron ceramic oxide particles. The results clearly demonstrate the excellent performance of the composition prepared by the method according to the invention. Dielectric constant is 4900 ~ 54
00, higher, with a loss factor of about 1.6%,
Lower, the RC product is higher at about 7500 ohm-Farad.

実施例7〜8 実施例7において、高純度のチタン酸バリウム500g
を、脱イオン水1リットル当たり酸化コバルト(CoO)
2.1674gの当量含む酢酸コバルト溶液500mlに撹拌した。
30分更に撹拌を続け、次いで脱イオン水500ml当たり2
水シュウ酸[(CO OH)22H2O]30.3g含むシュウ酸溶液3
0mlを添加して微細分割形態のシュウ酸コバルトを沈澱
させた。脱イオン水1リットル当たり五酸化ニオブ28.0
8gの当量含む五塩化ニオブのエタノール溶液186.8ml
を、チタン酸バリウム/シュウ酸コバルト懸濁液に添加
し、混合物を30分撹拌した。濃水酸化アンモニウム20ml
を滴下してpH7.0にし、含水五酸化ニオブを沈澱させ
た。得られた複合物スラリーを濾過し、脱イオン水で洗
浄し、最後に洗浄水が塩化イオンの無いことを確認し
た。次いで洗浄混合物をオーブン中で110℃で乾燥し
た。
Examples 7 to 8 In Example 7, 500 g of high-purity barium titanate was used.
Of cobalt oxide (CoO) per liter of deionized water
The solution was stirred into 500 ml of a cobalt acetate solution containing an equivalent of 2.1674 g.
Stirring is continued for 30 minutes, then 2 per 500 ml of deionized water.
Oxalic acid solution 3 containing 30.3 g of water oxalic acid [(CO OH) 2 2H 2 O]
0 ml was added to precipitate the finely divided form of cobalt oxalate. 28.0 niobium pentoxide per liter of deionized water
186.8 ml of an ethanol solution of niobium pentachloride containing 8 g equivalent
Was added to the barium titanate / cobalt oxalate suspension and the mixture was stirred for 30 minutes. Concentrated ammonium hydroxide 20ml
Was added dropwise to adjust the pH to 7.0, whereby aqueous niobium pentoxide was precipitated. The resulting composite slurry was filtered and washed with deionized water, and finally the wash water was confirmed to be free of chloride ions. The wash mixture was then dried in an oven at 110 ° C.

多層セラミックコンデンサを実施例1に記載の方法で
調製した。電気的試験結果を、実施例8に対して得られ
たコンデンサと共に第3表に示してあり、実施例8に対
してのコンデンサは、水リットル当たり酸化コバルト2.
0798gの当量含む酢酸コバルト500mlを水リットル当たり
五酸化ニオブ28.08gの当量含む五塩化ニオブ179.25gの
エタノール溶液使用した以外は実施例7と同じようにし
て調製した。
A multilayer ceramic capacitor was prepared as described in Example 1. The results of the electrical tests are shown in Table 3 together with the capacitors obtained for Example 8, where the capacitors for Example 8 contained only 2.
The preparation was carried out in the same manner as in Example 7 except that an ethanol solution of 179.25 g of niobium pentachloride containing an equivalent of 28.08 g of niobium pentoxide per liter of water was used.

電気的結果は再び、誘電率5000以上がドパントの沈澱
により得ることが出来た。更に、損失係数は2%以下で
あり、誘電率の温度安定性は、誘電率が25℃におけるそ
の基準値の±15%以上であるから55℃〜125℃の温度範
囲に亙り証明されている。
Electrical results again showed that a dielectric constant of 5,000 or more could be obtained by dopant precipitation. In addition, the loss factor is less than 2% and the temperature stability of the dielectric constant has been proven over the temperature range of 55 ° C to 125 ° C since the dielectric constant is more than ± 15% of its reference value at 25 ° C. .

実施例9 高純度のBaCO3500gと高純度のTiO2202gを充分に混合
し、次いで均一な分散スラリーが得られるまで脱イオン
水約175ml中に分散した。「DARVAN CTMを4重量%
まで、粉末粒子の分散を助ける為にスラリーに添加して
も良い。次いでスラリーを乾燥パンに取り出し、強制空
気循環で約150℃にてオーブン中で乾燥した。
Example 9 500 g of high purity BaCO 3 and 202 g of high purity TiO 2 were thoroughly mixed and then dispersed in about 175 ml of deionized water until a uniform dispersion slurry was obtained. 4% by weight of "DARVAN C TM " 3
Until then, it may be added to the slurry to help disperse the powder particles. The slurry was then removed to a drying pan and dried in an oven at about 150 ° C. with forced air circulation.

3:「DARVAN CTM」はコネクティクカット州のW.P.バンデ
ルビルト社から入手出来るポリ電解質、アンモニア及び
硫黄の混合物から成るアルカリイオンの無い分散剤溶液
である。次に乾燥ケーキを粉砕し、セラミック鞘に入
れ、約1900゜F〜約2200゜Fの温度で約1〜5時間焼結し
た。試料に対するX−線回折とBaOアルカリ性試験は、
完全な反応と高純度BaTiO3の形成を示した。次に焼結粉
末をZrO2媒質と共に振動エネルギーミルにて平均粒子大
きさが1.0ミクロンまで削減されるまで磨砕した。1.0ミ
クロンの大きさに削減する別法は、ボールミル又はジェ
ットミルを包含するであろう。
3: “DARVAN C ” is an alkali ion-free dispersant solution consisting of a mixture of polyelectrolyte, ammonia and sulfur, available from WP Vanderbilt, Connecticut. The dried cake was then ground, placed in a ceramic sheath, and sintered at a temperature of about 1900 ° F to about 2200 ° F for about 1 to 5 hours. X-ray diffraction and BaO alkaline test on the sample
Complete reaction and the formation of high purity BaTiO 3 were shown. The sintered powder was then ground with a ZrO 2 medium in a vibration energy mill until the average particle size was reduced to 1.0 microns. Alternatives to reducing to 1.0 micron size would include ball mill or jet mill.

次に上記記載の方法で調製した高純度チタン酸バリウ
ム500gを酢酸コバルトと五酸化ニオブと混合し、実施例
7に記載と同じに処理して酸化物の複合混合物を得た。
Next, 500 g of high-purity barium titanate prepared by the method described above was mixed with cobalt acetate and niobium pentoxide, and treated in the same manner as described in Example 7 to obtain a composite mixture of oxides.

多層セラミックコンデンサを実施例1に記載と同じに
して調製した。電気的結果を第4表に示し、かつ同じチ
タン酸バリウム500gを1.0ミクロンの酸化コバルトと五
酸化ニオブを同じ割合で従来法の混合により得たものと
比較している。再び結果は、ドパント成分を制御して微
細分割形態で沈澱させる結果として、誘電率に顕著な向
上が示されている。
A multilayer ceramic capacitor was prepared as described in Example 1. The electrical results are shown in Table 4 and compare 500 g of the same barium titanate with 1.0 micron of cobalt oxide and niobium pentoxide in the same proportions by conventional mixing. Again, the results show a significant improvement in the dielectric constant as a result of controlling the dopant component and precipitating in finely divided form.

実施例10〜11 実施例10において、高純度チタン酸バリウム500gと微
細粒子大きさ(1.0ミクロン)の五酸化ニオブを脱イオ
ン水リットル当たり酸化コバルト(CoO)2.1674gの当量
を含む酢酸コバルト溶液500mlへ添加し、次いで3時間
連続撹拌して試薬の充分な混合を確認した。脱イオン水
500ml当たり2水シュウ酸[(COOH)・2H2O]30.3g含
むシュウ酸溶液30mlを添加して微細分割形態の酸化コバ
ルトを沈澱させた。複合物スラリーを濾過し、洗浄し、
110℃でオーブン中で乾燥した。
Examples 10-11 In Example 10, 500 ml of a cobalt acetate solution containing 500 g of high-purity barium titanate and niobium pentoxide having a fine particle size (1.0 micron) of 2.1674 g of cobalt oxide (CoO) per liter of deionized water. And then continuously stirred for 3 hours to ensure thorough mixing of the reagents. Deionized water
30 ml of an oxalic acid solution containing 30.3 g of oxalic acid [(COOH) 2 .2H 2 O] per 500 ml was added to precipitate cobalt oxide in a finely divided form. Filtering and washing the composite slurry;
Dried in an oven at 110 ° C.

多層セラミックコンデンサを実施例1に記載のように
して複合物スラリーから調製した。電気的試験結果を第
5表に、高純度チタン酸バリウム500gと微細粒子大きさ
(1.0ミクロン)の五酸化ニオブ5.03331gを脱イオン水5
00ml当たり酸化コバルト2.0798g当量含む酢酸コバルト5
00mlへ添加以外は実施例10と同じにして調製した実施例
11の為得たものと共に示してある。
A multilayer ceramic capacitor was prepared from the composite slurry as described in Example 1. Table 5 shows the electrical test results. 500 g of high-purity barium titanate and 5.03331 g of niobium pentoxide having a fine particle size (1.0 μm) of deionized water 5
Cobalt acetate 5 containing 2.0798 g equivalent of cobalt oxide per 00 ml
Example prepared in the same manner as Example 10 except for addition to 00 ml
It is shown with the result obtained for 11.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−3005(JP,A) 特開 昭62−143861(JP,A) 特開 昭62−139801(JP,A) 特開 昭61−275164(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-3005 (JP, A) JP-A-62-143861 (JP, A) JP-A-62-139801 (JP, A) JP-A 61-61801 275164 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】主要成分の誘電セラミック粒子を液体媒質
中に分散させ、 ドパント粒子の前駆物質を含有する液体媒質から、主要
成分粒子の粒度より小さい粒度を有するドパント粒子を
沈澱させるに当たり、 主要成分粒子とドパント粒子とをpHを制御することによ
り、それらを相反する電荷を有するようにし、かつ両者
のジータ電位差を大きくなるようにして同じ粒子どうし
の結合を抑制しながらドパント粒子を主要成分粒子と結
合させ、液体媒質を除去し、次いで 焼結する ことを特徴とするドパント粒子を均一に分散して有する
誘電セラミックの製造方法。
1. A method for dispersing a dielectric ceramic particle of a main component in a liquid medium and precipitating dopant particles having a particle size smaller than the particle size of the main component particle from a liquid medium containing a precursor of the dopant particle. By controlling the pH of the particles and the dopant particles, they are made to have opposite charges, and the zeta potential difference between them is increased so as to suppress the bonding between the same particles and to separate the dopant particles from the main component particles. A method for producing a dielectric ceramic having uniformly dispersed dopant particles, comprising bonding, removing a liquid medium, and then sintering.
【請求項2】ドパント粒子が主要成分粒子より小さい粒
度を有しかつ主要成分粒子を被覆するように主要成分粒
子と結合し、並びに主要成分粒子とドパント粒子とをpH
を抑制することにより、それらを相反する電荷を有する
ようにしかつ両者のジータ電位差を大きくすることで同
じ粒子どうしの結合が非常に少ない、主要成分誘電セラ
ミック粒子およびその全体にわたり分散されて沈澱した
ドパント粒子の焼結体からなることを特徴とする誘電セ
ラミック組成物であって、請求項1記載の方法で製造さ
れる誘電セラミック組成物。
2. The method according to claim 1, wherein the dopant particles have a particle size smaller than that of the main component particles and bind to the main component particles so as to cover the main component particles.
The main component dielectric ceramic particles and the dopants dispersed and precipitated throughout the main component, by making them have opposite charges and by increasing the zeta potential difference between them, the bonding between the same particles is very small. A dielectric ceramic composition comprising a sintered body of particles, wherein the dielectric ceramic composition is produced by the method according to claim 1.
【請求項3】複数の誘電セラミック層と誘電層間の複数
の電極からなる多層セラミックコンデンサにおいて、 誘電セラミックは沈澱した五酸化ニオブ粒子およびチタ
ン酸バリウム主要成分粒子と結合した酸化コバルトドパ
ント粒子からなり、前記主要成分粒子はドパント粒子よ
り粒度が大きく、前記ドパント粒子は主要成分粒子に対
して一定の割合でありかつ主要成分粒子を被覆し、 かつ焼結した誘電セラミックは、4900と5400の間の誘電
率、2.0%以下の損失係数、25℃で7000オーム−ファラ
ド以上並びに125℃で3000オーム−ファラッド以上の絶
縁抵抗キャパシタンス積、および誘電率が−55℃〜125
℃の範囲の温度にわたり25℃における値から±15%未満
にある温度安定な温度係数を有する ことを特徴とする多層セラミックコンデンサ。
3. A multilayer ceramic capacitor comprising a plurality of dielectric ceramic layers and a plurality of electrodes between dielectric layers, wherein the dielectric ceramic comprises precipitated niobium pentoxide particles and cobalt oxide dopant particles combined with barium titanate main component particles. The main component particles are larger in size than the dopant particles, the dopant particles are at a constant ratio to the main component particles and cover the main component particles, and the sintered dielectric ceramic is between 4900 and 5400 Dielectric constant, loss factor less than 2.0%, insulation resistance capacitance product of more than 7000 ohm-Farad at 25 ° C and more than 3000 ohm-Farad at 125 ° C, and dielectric constant of -55 ° C to 125
A multilayer ceramic capacitor having a temperature stable temperature coefficient that is less than ± 15% from a value at 25 ° C over a temperature range of 25 ° C.
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