CN102017033A - 层叠陶瓷电容器 - Google Patents

Abstract

在电介质陶瓷层的厚度为1μm以下的层叠陶瓷电容器中，获得更高的高温负载特性。该层叠陶瓷电容器具备：层叠的多个电介质陶瓷层、分别被配置在多个电介质陶瓷层间的多个内部电极层、和与多个内部电极层电连接的外部电极，当将电介质陶瓷层的每一层的厚度设为tc、将内部电极层的每一层的厚度设为te时，满足tc为1μm以下，并且tc/te≤1。

Description

层叠陶瓷电容器

技术领域

本发明涉及一种层叠陶瓷电容器，尤其涉及电介质陶瓷层的厚度为1μm以下这一薄层类型的层叠陶瓷电容器。

背景技术

作为本发明的主要用途的层叠陶瓷电容器，一般如下述那样进行制造。

首先，准备对其表面以所希望的图案赋予了成为内部电极层的导电材料的、含有电介质陶瓷原料的陶瓷生片。

接着，通过将包含上述的被赋予了导电材料的陶瓷生片的多个陶瓷生片层叠、并进行热压接，来制作被一体化的未经处理的层叠体。

接着，通过对该未经处理的层叠体进行烧成，得到了烧结后的层叠体。在该层叠体的内部形成了由上述的导电材料构成的内部电极层。

接下来，为了与内部电极层的特定部件电连接，在层叠体的外表面上形成外部电极。外部电极例如通过将含有导电性金属粉末及玻璃粉的导电性膏赋予到层叠体的外表面上，并烧结在一起而形成。这样，完成了层叠陶瓷电容器。

近年来，伴随着设备的小型化及高性能化，层叠陶瓷电容器也被要求小型化、大容量化。为了实现该要求，有效的方法是减薄电介质陶瓷层的厚度。在日本特开2005-136046号公报(以下称为专利文献1)中，公开了一种电介质陶瓷层的厚度为2μm以下的薄层类型的层叠陶瓷电容器。

专利文献1：特开2005-136046号公报

近来，层叠陶瓷电容器被要求进一步的小型化、大容量化。在专利文献1所记载的层叠陶瓷电容器中，如果电介质陶瓷层的厚度为1μm以下，则高温负载条件下的寿命特性变差，存在着高温负载试验中的不合格率增高这一课题。

发明内容

因此，本发明的目的在于，鉴于这样的问题，在电介质陶瓷层的厚度为1μm以下的层叠陶瓷电容器中，获得更高的高温负载特性。

本发明的层叠陶瓷电容器具备：层叠的多个电介质陶瓷层、分别被配置在多个电介质陶瓷层间的多个内部电极层、和与多个内部电极层电连接的外部电极，其中，当将电介质陶瓷层的每一层的厚度设为tc、将内部电极层的每一层的厚度设为te时，满足tc为1μm以下，并且tc/te≤1。

在本发明的层叠陶瓷电容器中，优选构成电介质陶瓷层的电介质陶瓷具有以钛酸钡系化合物为主成分、副成分中含有钒(V)的组成。

而且，在本发明的层叠陶瓷电容器中，优选钒的含量相对于电介质陶瓷的主成分100摩尔份为0.02摩尔份以上0.20摩尔份以下。

并且，在本发明的层叠陶瓷电容器中，优选构成内部电极层的金属成分的主成分为镍。

根据本发明，由于内部电极层的厚度与电介质陶瓷层的厚度相同、或比电介质陶瓷层的厚度大，所以内部电极层对电介质陶瓷层赋予的压缩应力的影响变大，因此，能够适度抑制烧成时陶瓷粒子的粒成长。作为其结果，由于烧成后的电介质陶瓷层中的陶瓷由微粒且粒度分布清晰的颗粒构成，所以即使在高温负载条件下，绝缘性也难以降低。由此，电介质陶瓷层的厚度为1μm以下的层叠陶瓷电容器的高温负载特性得以提高。

另外，在本发明中，由于在电介质陶瓷层的组成的主成分为钛酸钡系化合物、且含有钒作为副成分的情况下，烧成后的陶瓷层中的颗粒的粒度分布更加清晰，所以即使在更严格的高温负载条件下，也能够减少不合格。在钒的含量相对于主成分100摩尔份为0.02摩尔份以上0.20摩尔份以下的情况下，该效果变得显著。

附图说明

图1是图解表示本发明的一个实施方式涉及的层叠陶瓷电容器的剖面图。

具体实施方式

首先，利用图1的例子对本发明的层叠陶瓷电容器进行说明。

如图1所示，层叠陶瓷电容器1具备近似长方体状的陶瓷层叠体2。陶瓷层叠体2具备：层叠多个的电介质陶瓷层3、和分别沿着多个电介质陶瓷层3间的界面形成的多个内部电极层4及5。内部电极层4及5形成为到达陶瓷层叠体2的外表面。内部电极层4被引出到陶瓷层叠体2的一方侧的端面(在图1中为左侧端面)。内部电极层5被引出到陶瓷层叠体2的另一方侧的端面(在图1中为右侧端面)。如此构成的内部电极层4和内部电极层5在陶瓷层叠体2的内部中，被交替配置成能够借助电介质陶瓷层3取得静电电容。

内部电极层4及5的导电材料优选是低成本的镍或镍合金。

为了取出上述的静电电容，在陶瓷层叠体2的外表面上的端面上，按照与内部电极层4及5的任意一个特定的层电连接的方式，分别形成有外部电极6及7。作为外部电极6及7所含有的导电材料，可以使用与内部电极层4及5的情况相同的导电材料，并且还可以使用铜、银、钯、银-钯合金等。外部电极6及7通过赋予在这样的金属粉末中添加玻璃粉而获得的导电性膏并进行烧结来形成。

本发明中所说的电介质陶瓷层3的厚度tc，是指被相邻的内部电极层夹持的、电介质陶瓷层3的每一层的平均厚度。存在于陶瓷层叠体2的表层部且未被内部电极层4及5夹持的作为保护层部分的电介质陶瓷层3，在本发明中不是tc的对象。而且，本发明中所说的内部电极层4及5的厚度te，是对静电电容的形成起作用的内部电极层的平均厚度。

由于本发明的层叠陶瓷电容器的效果在tc为1μm以下的情况下体现出来，所以本发明的层叠陶瓷电容器以tc为1μm以下的情况为对象。而且，在tc/te≤1的情况下，看到了层叠陶瓷电容器的高温负载特性的改善效果。

对于本发明的电介质陶瓷层3的组成而言，只要能够充分形成静电电容即可，没有特别的限定，但优选主成分是钛酸钡系化合物。这里所说的钛酸钡系化合物是指在由通式ABO₃表示的钙钛矿型化合物中，是A包含从由Ba、Ca、Sr构成的元素组中选择的至少一种并必须含有Ba且B包含从由Ti、Zr、Hf构成的元素组中选择的至少一种并必须含有Ti的化合物。尤其优选由通式ABO₃表示的钙钛矿型化合物是BaTiO₃，除此以外的成分的置换量总计为15摩尔％以下的化合物，在获得高介电常数和高可靠性方面优选。根据需要，可以含有稀土类元素、Mg、Mn等副成分。

而且，本发明的层叠陶瓷电容器中的电介质陶瓷层3，在含有钒(V)作为副成分时，可以看到高温负载特性的进一步改善。如果V的含有摩尔份相对主成分100摩尔份为0.02～0.20的范围，则上述的改善效果更显著。

V可以固溶于构成主成分的颗粒(grain)中，也可以在晶界中作为氧化物而存在。总之，由于适量的V成分有效地增大内部电极层对电介质陶瓷层赋予的压缩应力，所以起到使烧结后的颗粒粒度分布更清晰(sharp)的作用。

[实验例1]

本实验例是在将电介质陶瓷层的组成固定为某一特定的组成、使tc和te发生变化的层叠陶瓷电容器中，观察tc/te对各种特性造成的影响的实验例。

准备了BaCO₃粉末和TiO₂粉末。将它们按照成为BaTiO₃的组成的方式进行称量，并利用球磨机混合24小时，在实施干燥之后，以1100℃的温度进行预烧，由此得到了平均粒径为0.12μm的BaTiO₃粉末。

对该BaTiO₃粉末混合MgCO₃、MnCO₃、Dy₂O₃、SiO₂粉末，以使(BaTiO₃∶Dy∶Mg∶Mn∶Si)的摩尔比率为100∶1.0∶1.0∶0.3∶1.0，并利用球磨机混合5小时，然后进行干燥、将其粉碎，由此得到了陶瓷原料粉末。

对该陶瓷原料粉末添加聚乙烯醇缩丁醛系粘合剂及乙醇，并利用球磨机进行24小时的湿式混合，由此制成了陶瓷浆。通过模涂将该陶瓷浆成形为片材，获得了规定的3种厚度的生片。接着，在上述陶瓷生片上丝网印刷以Ni为主体的导电膏，将用于构成内部电极层的导电膏层形成为规定的厚度。

另外，作为在面方向存在内部电极层的区域与不存在的区域之间的阶差对策，将含有上述陶瓷原料粉末的膏涂敷在没有形成导电膏的区域，使其成为与导电膏的厚度相同的厚度。

然后，通过按照导电膏向外侧面露出而被引出的一侧相互不同的方式，层叠多片形成了导电膏层的陶瓷生片，由此得到了层叠体。通过将该层叠体在N₂气气氛中加热到300℃的温度，使粘合剂燃烧之后，在由氧分压为10^-10MPa的H₂-N₂-H₂O气构成的还原性气氛中以1150℃的温度烧成2小时，由此得到了陶瓷层叠体。

对烧成后得到的陶瓷层叠体的两端面涂敷含有B₂O₃-Li₂O-SiO₂-BaO玻璃粉的Cu膏，并在N₂气气氛中以800℃的温度烧结在一起，形成了与内部电极层电连接的外部电极。

对如上所述而得到的层叠陶瓷电容器的试样编号为1～9的各试样的外形尺寸而言，宽度为0.8mm、长度为1.6mm。而且，有助于形成静电电容的电介质陶瓷层的总数为400，每一层的内部电极层的有效对置面积为0.9mm²。而且，将试样编号1～9的各试样的tc、te、tc/te的值表示于表1。

对于如上所述而得到的层叠陶瓷电容器，评价了室温的介电常数、静电电容的温度特性、高温负载特性。而且，为了确认粒成长度，测定了烧成后的平均颗粒直径。评价、测定的详细条件如下所示。

·介电常数：在温度为25℃、施加电压为1kHz的情况下，是0.5Vrms。

·静电电容的温度特性：在上述施加电压的静电电容中，表示以25℃的温度下的静电电容为基准的85℃的温度下的变化率。

·高温负载特性：在温度为85℃的情况下，按照电场强度变为4kV/mm的方式施加电压，对其绝缘电阻的时效变化进行了测定。试样数各为100个，将在经过2000小时之前，绝缘电阻值变为100kΩ以下的试样判定为不合格，对该不合格数进行计数。

·平均颗粒直径：将烧成后的试样切断，在以1000℃的温度进行了热处理之后，利用扫描型电子显微镜(SEM)对切断面进行观察。根据观察像进行300个粒子的图像分析，将当量圆直径作为颗粒直径，求出其平均值。

将试样编号1～9的各试样的介电常数、静电电容的温度特性、高温负载特性、平均颗粒直径的结果表示于表1。

[表1]

根据表1的结果可知，在tc为1μm以下的范围中，tc/te为1以下的试样编号2、3、5、6、8、9的试样中，高温负载试验下的不合格个数为零，高温负载特性得以提高。而且还可以知晓，在这些试样中，因烧成引起的粒成长被抑制。

[实验例2]

本实验例是在使电介质陶瓷层的组成、tc、和te发生变化的层叠陶瓷电容器中，观察这些变化对高温负载特性造成的影响的实验例。

首先，与实验例1同样地得到了BaTiO₃粉末。

对该BaTiO₃粉末混合MgCO₃、MnCO₃、Dy₂O₃、SiO₂、V₂O₅粉末，以使(BaTiO₃∶Dy∶Mg∶Mn∶Si∶V)的摩尔比率为100∶1.0∶1.0∶0.3∶1.0∶x，并利用球磨机混合5小时，进行干燥、粉碎，由此得到了陶瓷原料粉末。X的值如表2的试样编号101～130所示。

分别利用该试样编号为101～130的各试样的陶瓷原料粉末，通过与实验例1同样的方法，得到了用表2的试样编号101～130表示且示出tc、te、tc/te各值的层叠陶瓷电容器的试样。

对如上所述而得到的层叠陶瓷电容器，与实验例1同样地评价了高温负载特性。其中，其评价条件仅在将负载的电场强度较高地设为6.3kV/mm这一点，与实验例1不同。将其结果表示于表2。

[表2]

根据表2的结果可知，试样编号为101、106、111、116、121、126的试样虽然满足了tc/te≤1，但在6.3kV/mm这一高的负载条件下，出现了若干个不合格。其中，对于含有V作为副成分的试样编号为102～105、107～110、112～115、117～120、122～125、127～130的试样而言，即使在6.3kV/mm这一高的负载条件下，不合格也为零。

本次公开的实施方式和实施例的所有方面只是例示，不应该认为是对本发明的限制。本发明的范围不限于以上的实施方式和实施例，而由请求保护的范围表示，包含与请求保护的范围等同的意思及范围内的所有修正、变形的方式，也属于本发明的范畴。

产业上的可利用性

由于电介质陶瓷层的厚度为1μm以下的层叠陶瓷电容器的高温负载特性得以提高，所以可以应对层叠陶瓷电容器的小型化和大容量化。

符号的说明：1-层叠陶瓷电容器；2-陶瓷层叠体；3-电介质陶瓷层；4、5-内部电极层；6、7-外部电极。

Claims (4)

1.一种层叠陶瓷电容器，具备：层叠的多个电介质陶瓷层、分别被配置在所述多个电介质陶瓷层间的多个内部电极层和与所述多个内部电极层电连接的外部电极，其特征在于，

在将所述电介质陶瓷层的每一层的厚度设为tc、将所述内部电极层的每一层的厚度设为te时，满足tc为1μm以下，并且tc/te≤1。

2.根据权利要求1所述的层叠陶瓷电容器，其特征在于，

构成所述电介质陶瓷层的电介质陶瓷具有以钛酸钡系化合物为主成分、副成分中含有钒的组成。

3.根据权利要求2所述的层叠陶瓷电容器，其特征在于，

所述钒的含量相对于所述主成分100摩尔份为0.02摩尔份以上0.20摩尔份以下。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的层叠陶瓷电容器，其特征在于，

构成所述内部电极层的金属成分的主成分为镍。

Images