CN105655126B - 层叠陶瓷电容器及层叠陶瓷电容器的制造方法 - Google Patents

层叠陶瓷电容器及层叠陶瓷电容器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的层叠陶瓷电容器具备具有多个电介质陶瓷层和多个内部电极层的层叠体、和形成于层叠体的表面且将在层叠体的表面露出的内部电极层电连接的外部电极,内部电极层是含有Ni的电极层,电介质陶瓷层含有包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物、Ca、Mg、R、M及Si,其中,R是稀土类元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少1种,M是Zr、Mn、Co、Fe、Cr、Cu、Al、V、Mo及W中的至少1种,将Ti量设为100摩尔份时的各元素的含有摩尔份为Ca:0.10摩尔份以上5.00摩尔份以下、Mg:0.0010摩尔份以上0.0098摩尔份以下、R合计:0.50摩尔份以上4.00摩尔份以下、M合计:0.10摩尔份以上2.00摩尔份以下、Si:0.5摩尔份以上2.0摩尔份以下。

Description

层叠陶瓷电容器及层叠陶瓷电容器的制造方法
技术领域
本发明涉及层叠陶瓷电容器及层叠陶瓷电容器的制造方法。
背景技术
层叠陶瓷电容器中,在交替地层叠电介质陶瓷层和内部电极层、并进行烧成处理而得的陶瓷烧结体的两个端面形成有外部电极。
通过形成此种结构,可以小型化且获得大容量,因此随着近年来的移动设备等的需求增加,被广泛地用于各种用途中。
对于层叠陶瓷电容器,要求进一步的小型化及大容量化。为了满足这些要求,层叠陶瓷电容器的电介质陶瓷层的薄层化在不断推进,如果将电介质陶瓷层薄层化,则施加在每1层上的电场强度就会相对变高。因此,作为电介质陶瓷层,要求施加电压时的可靠性、特别是高温负荷试验中的寿命特性的提高。
在层叠陶瓷电容器中,作为电介质陶瓷层,已知有以钛酸钡作为主成分、并含有其他的副成分的组成的电介质陶瓷层。
例如,在专利文献1中,记载有一种如下组成的电介质陶瓷,其由以钛酸钡作为主成分的晶粒、和形成于该晶粒间的晶界相构成,除了钛酸钡以外,还含有镁、钇、锰,并且含有镥。
专利文献1中,将BaCO3粉末、TiO2粉末、MgO粉末、Y2O3粉末、碳酸锰粉末调合来制备混合粉末,对该混合粉末进行烧成而制作出煅烧粉末后,相对于上述煅烧粉末混合规定量的Lu2O3粉末,进一步进行烧成而制作出目标电介质陶瓷。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2009/001597号小册子
发明内容
发明所要解决的问题
专利文献1中记载的电介质陶瓷的原料中,Mg是作为用于抑制烧成中的粒子的晶粒生长的成分而使用的成分。通过抑制粒子的晶粒生长,可以得到微细并且均匀粒径的钛酸钡系粉末。
作为层叠陶瓷电容器的内部电极层,多使用含有Ni的内部电极层。
此处,本发明人发现,如果使用含有Mg的钛酸钡系粉末制作电介质陶瓷层,将该电介质陶瓷层与含有Ni的内部电极层层叠而制作层叠陶瓷电容器,则内部电极层所含的Ni与电介质陶瓷层所含的Mg变得容易生成Ni-Mg的偏析相。
而且知晓,如果生成Ni-Mg的偏析相,则内部电极层就会膨胀,电介质陶瓷层的厚度在局部变薄,使内部电极层之间发生短路(short),因此产生作为层叠陶瓷电容器的可靠性降低的问题。
另一方面,如果为了防止Ni-Mg的偏析相的生成而从钛酸钡系粉末的材料中除去Mg,则会在烧成中发生异常晶粒生长。该异常晶粒生长也成为使作为陶瓷电容器的可靠性降低的主要原因。
本发明是为了解决上述的问题而完成的,本发明的目的在于,提供一种层叠陶瓷电容器,其可以同时防止因生成Ni-Mg的偏析相而造成的可靠性的降低、以及因异常晶粒生长而造成的可靠性降低,由此,使得可靠性高。
用于解决问题的方法
用于实现上述目的的本发明的层叠陶瓷电容器,其特征在于,具备层叠体和外部电极,上述层叠体具有多个电介质陶瓷层和多个内部电极层,上述外部电极形成于上述层叠体的表面,将在上述层叠体的表面露出的上述内部电极层电连接,其中,
上述内部电极层是含有Ni的电极层,
上述电介质陶瓷层含有包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物、Ca、Mg、R、M及Si,上述R是稀土类元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少1种,上述M是Zr、Mn、Co、Fe、Cr、Cu、Al、V、Mo及W中的至少1种,
将Ti量设为100摩尔份时的各元素的含有摩尔份为:
Ca:0.10摩尔份以上且5.00摩尔份以下、
Mg:0.0010摩尔份以上且0.0098摩尔份以下、
R合计:0.50摩尔份以上且4.00摩尔份以下、
M合计:0.10摩尔份以上且2.00摩尔份以下、
Si:0.5摩尔份以上且2.0摩尔份以下。
本发明的层叠陶瓷电容器中,电介质陶瓷层是含有包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物、和其他的副成分的陶瓷层,作为副成分而含有Mg,在将Ti量设为100摩尔份时,Mg的含量是0.0010摩尔份以上且0.0098摩尔份以下。上述Mg的含量与此前为了抑制晶粒生长而添加Mg时通常使用的含量相比相当少。因此,在使含有Ni的内部电极层与电介质陶瓷层层叠时,不会发生Ni-Mg的偏析相的生成,或者即使发生也是极微量的,不会成为使得作为层叠陶瓷电容器的可靠性降低的主要原因。因此,可以制成可靠性高的层叠陶瓷电容器。
另外,本发明的层叠陶瓷电容器中,除了Mg以外还含有Ca、R、M、Si的各成分。特别是通过加入作为R成分所示出的稀土类元素,可以发挥抑制晶粒生长的效果,尽管降低了Mg的含量,但仍可以防止由异常晶粒生长造成的可靠性降低。因此,可以制成可靠性高的层叠陶瓷电容器。
另外,关于本发明的层叠陶瓷电容器的其他的方式,其特征在于,具备层叠体和外部电极,上述层叠体具有多个电介质陶瓷层和多个内部电极层,上述外部电极形成于上述层叠体的表面,将在上述层叠体的表面露出的上述内部电极层电连接,其中,
上述内部电极层是含有Ni的电极层,
上述层叠体含有包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物、Ca、Mg、R、M及Si,上述R是稀土类元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少1种,上述M是Zr、Mn、Co、Fe、Cr、Cu、Al、V、Mo及W中的至少1种,
将Ti量设为100摩尔份时的各元素的含有摩尔份为:
Ca:0.10摩尔份以上且5.00摩尔份以下、
Mg:0.0010摩尔份以上且0.0098摩尔份以下、
R合计:0.50摩尔份以上且4.00摩尔份以下、
M合计:0.10摩尔份以上且2.00摩尔份以下、
Si:0.5摩尔份以上且2.0摩尔份以下。
在上述方式中,层叠体的组成与上述的电介质陶瓷层的组成同样地规定,通过上述方式也可以制成可靠性高的陶瓷电容器。
另外,关于本发明的层叠陶瓷电容器的另外的方式,其特征在于,具备层叠体和外部电极,上述层叠体具有多个电介质陶瓷层和多个内部电极层,上述外部电极形成于上述层叠体的表面,将在上述层叠体的表面露出的上述内部电极层电连接,其中,
上述内部电极层是含有Ni的电极层,
上述层叠体含有包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物、Ca、Mg、R、M及Si,上述R是稀土类元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少1种,上述M是Zr、Mn、Co、Fe、Cr、Cu、Al、V、Mo及W中的至少1种,
当利用溶剂将上述层叠体溶解时,将Ti量设为100摩尔份时的各元素的含有摩尔份为:
Ca:0.10摩尔份以上且5.00摩尔份以下、
Mg:0.0010摩尔份以上且0.0098摩尔份以下、
R合计:0.50摩尔份以上且4.00摩尔份以下、
M合计:0.10摩尔份以上且2.00摩尔份以下、
Si:0.5摩尔份以上且2.0摩尔份以下。
在上述方式中,各元素的含有摩尔份作为当利用溶剂将层叠体溶解时的含有摩尔份,与上述的电介质陶瓷层所含的各元素的含有摩尔份同样地规定,通过上述方式也可以制成可靠性高的陶瓷电容器。
本发明的层叠陶瓷电容器中,上述R优选为R1(Y、Dy、Gd、La、Ho、Er、Sm及Yb中的至少1种)。
另外,本发明的层叠陶瓷电容器中,优选上述R含有R1(Y、Dy、Gd、La、Ho、Er、Sm及Yb中的至少1种)和R2(Ce、Pr、Nd、Eu、Tm、Lu及Tb中的至少1种)两者,R1的合计量(摩尔份)/R2的合计量(摩尔份)≥4.0。
在电介质陶瓷层(或具有电介质陶瓷层的层叠体)中,当作为R而存在以R1表示的种类的稀土类元素时,这些稀土类元素在作为R而示出的稀土类元素中氧空位移动抑制效果大。因此,通过仅使用R1作为R,或者,并用R1和R2且将R1的比例以摩尔份计而设定为高达R2的4倍以上,可以制成可靠性更高的层叠陶瓷电容器。
本发明的层叠陶瓷电容器的制造方法,其特征在于,具备以下工序:
将以包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物作为主成分的主成分粉末、Ca化合物、Mg化合物、R的化合物、M的化合物、Si化合物混合,其后得到陶瓷浆料的工序,上述R是选自稀土类元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少1种,上述M是选自Zr、Mn、Co、Fe、Cr、Cu、Al、V、Mo及W中的至少1种;
由上述陶瓷浆料得到陶瓷生片的工序;
将上述陶瓷生片与内部电极层重叠而得到烧成前的层叠体的工序;以及
烧成上述烧成前的层叠体,而得到在电介质陶瓷层间形成了含有Ni的内部电极层的层叠体的工序,其中,
在将Ti设为100摩尔份时,上述陶瓷浆料中的各元素的含有摩尔份为:
Ca:0.10摩尔份以上且5.00摩尔份以下、
Mg:0.0010摩尔份以上且0.0098摩尔份以下、
R合计:0.50摩尔份以上且4.00摩尔份以下、
M合计:0.10摩尔份以上且2.00摩尔份以下、
Si:0.5摩尔份以上且2.0摩尔份以下。
本发明的层叠陶瓷电容器的制造方法中,由于将陶瓷浆料所含的各元素的种类及各元素的含有摩尔份设定为优选的范围,因此所制造的电介质陶瓷层及层叠体所含的各元素的种类及各元素的含有摩尔份也是优选的范围。因此,可以制造出可靠性高的层叠陶瓷电容器。
本发明的层叠陶瓷电容器的制造方法中,上述R优选为R1(Y、Dy、Gd、La、Ho、Er、Sm及Yb中的至少1种)。
另外,本发明的层叠陶瓷电容器的制造方法中,优选上述R含有R1(Y、Dy、Gd、La、Ho、Er、Sm及Yb中的至少1种)和R2(Ce、Pr、Nd、Eu、Tm、Lu及Tb中的至少1种)两者,R1的合计量(摩尔份)/R2的合计量(摩尔份)≥4.0。
在陶瓷浆料中,如果作为R加入以R1表示的种类的稀土类元素,则可以制造含有这些稀土类元素的层叠陶瓷电容器。
这些稀土类元素在作为R所示出的稀土类元素中氧空位移动抑制效果大。因此,通过仅使用R1作为R,或者,并用R1和R2且将R1的比例以摩尔份计而设定为高达R2的4倍以上,可以制造可靠性更高的层叠陶瓷电容器。
发明效果
根据本发明,可以提供可靠性高的层叠陶瓷电容器。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的层叠陶瓷电容器的结构的例子的剖面图。
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明的层叠陶瓷电容器及本发明的层叠陶瓷电容器的制造方法进行说明。
然而,本发明并不限定于以下的构成,可以在不改变本发明的主旨的范围中适当地变更后应用。需要说明的是,将以下记载的本发明的各个优选的构成组合2个以上而得的发明也属于本发明。
图1是示意性地表示本发明的层叠陶瓷电容器的结构的例子的剖面图。
在层叠陶瓷电容器1中,将多个电介质陶瓷层11和多个内部电极层12层叠而形成层叠体10。
内部电极层12在层叠体10的相对置的两个端面14a、14b中,交替地在层叠体10的表面露出。
而且,在层叠体10的两个端面14a、14b处,形成有一对外部电极13a、13b而将内部电极层12电连接。
在层叠陶瓷电容器1中,电介质陶瓷层11含有包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物、Ca、Mg、R(R是稀土类元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少1种。)、M(M是Zr、Mn、Co、Fe、Cr、Cu、Al、V、Mo及W中的至少1种。)及Si。
作为包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物,是以钛酸钡系陶瓷粒子作为主相粒子的烧结体,可以举出以通式ABO3(A位点为Ba,也可以在Ba以外还含有选自Sr及Ca中的至少1种,另外,B位点为Ti,也可以在Ti以外还含有选自Zr及Hf中的至少1种,O为氧)表示的钙钛矿型化合物。
电介质陶瓷层11是含有包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物和其他的副成分的陶瓷层。优选在钙钛矿型化合物的晶粒的中央部分不含有Ca。另外,在将Ti量设为100摩尔份时,钙钛矿型化合物的晶粒的中央部分的Zr的含量优选为0.02摩尔份以下。与电介质陶瓷层11内的副成分的存在形态无关,例如,副成分也可以存在于钙钛矿型化合物的晶粒中。具体而言,更优选含有核部和壳部的粒子,所述核部由包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物的粒子构成,所述壳部是在作为核部的钙钛矿型化合物的粒子的周围固溶作为副成分的元素而形成的。
更具体而言,进一步优选为含有如下核部和壳部的粒子,所述核部由至少不含有Ca的钛酸钡粒子构成,所述壳部是在上述核部的周围固溶Ca、Mg、R、M及Si而形成的。
另外,特别优选为含有如下核部和壳部的粒子,所述核部由不含有Ca、Mg、R、M及Si的BamTiO3粒子(0.980≤m≤1.020)构成,所述壳部是在上述BamTiO3粒子所构成的核部的周围固溶Ca、Mg、R、M及Si而形成的。
另外,副成分也可以以氧化物等的形态存在于晶界、三相点。
R是稀土类元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少1种。
R既可以仅含有1种,也可以含有多种。
另外,作为R,优选为R1(Y、Dy、Gd、La、Ho、Er、Sm及Yb中的至少1种)。
另外,优选R含有R1(Y、Dy、Gd、La、Ho、Er、Sm及Yb中的至少1种)和R2(Ce、Pr、Nd、Eu、Tm、Lu及Tb中的至少1种)两者,R1的合计量(摩尔份)/R2的合计量(摩尔份)≥4.0。
所谓R1的合计量,是指在含有多种R1的情况下,将多种所含有的R1元素的含有摩尔份合计而得的值。
同样地,所谓R2的合计量,是指在含有多种R2的情况下,将多种所含有的R2元素的含有摩尔份合计而得的值。
在电介质陶瓷层中,将Ti量设为100摩尔份时的各元素的含有摩尔份为:
Ca:0.10摩尔份以上且5.00摩尔份以下、
Mg:0.0010摩尔份以上且0.0098摩尔份以下、
R合计:0.50摩尔份以上且4.00摩尔份以下、
M合计:0.10摩尔份以上且2.00摩尔份以下、
Si:0.5摩尔份以上且2.0摩尔份以下。
对于Ca、Mg、R合计、M合计、Si,只要在全部满足将Ti量设为100摩尔份时的各自的含有比例的情况下,就可以同时防止因生成Ni-Mg的偏析相而造成的可靠性的降低、以及因异常晶粒生长而造成的可靠性降低,而制成可靠性高的层叠陶瓷电容器。
需要说明的是,所谓R合计、M合计,是指在含有多种R或M的情况下,将多种所含有的R或M元素的含有摩尔份合计而得的值。
另外,如上所述,也可以是副成分中的Ca存在于包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物的A位点,M中的Zr存在于包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物的B位点。该情况下的Ca的含有摩尔份、Zr的含有摩尔份被规定为存在于钙钛矿型化合物的A位点或B位点的量、和存在于其他部分的量的合计量。各元素的含有摩尔份是将层叠体用溶剂进行溶解处理、并进行溶液处理而利用ICP分析求出的量,因此不依赖于元素存在于层叠体内的哪个部位。
即,作为本发明的层叠陶瓷电容器的其他方式,可以举出将层叠体的组成同样地规定为上述的电介质陶瓷层的组成的层叠陶瓷电容器。
另外,作为本发明的层叠陶瓷电容器的另外的方式,可以举出如下的层叠陶瓷电容器:其各元素的含有摩尔份,作为将层叠体用溶剂溶解、并进行溶液化时的含有摩尔份,而被同样地规定为上述的电介质陶瓷层所含的各元素的含有摩尔份。作为溶液化的方法,例如可以使用碱熔融法。
对于将Ti量设为100摩尔份时的各元素的含有摩尔份,Ca优选为0.50~2.00摩尔份,更优选为0.75~1.50摩尔份。
另外,Mg优选为0.0010~0.0090摩尔份,更优选为0.0010~0.0075摩尔份。
另外,R合计优选为0.60~3.00摩尔份,更优选为0.75~2.00摩尔份。
另外,M合计优选为0.20~1.50摩尔份,更优选为0.25~1.00摩尔份。
另外,Si优选为0.6~1.9摩尔份,更优选为0.8~1.6摩尔份。
内部电极层12是含有Ni的电极层,具体而言可以举出含有金属镍的电极层、含有镍合金的电极层等。
作为外部电极13a、13b,例如可以举出含有Ag或Cu作为主成分的电极。
具体而言,可以举出由将含有铜的导电性糊剂烧接而形成的厚膜、形成于其上的镀镍膜、和形成于镍镀膜上的镀锡膜构成的电极,可以使用公知的构成的电极。
需要说明的是,层叠陶瓷电容器1既可以是具备2个外部电极13a及13b的2端子型的层叠陶瓷电容器,也可以是具备多个外部电极的多端子型的层叠陶瓷电容器。
以下,对本发明的层叠陶瓷电容器的制造方法进行说明。
首先,制作包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物。
作为钙钛矿型化合物的制作方法,没有特别限定,可以使用固相法、水热合成法、水解法等公知的方法。
钙钛矿型化合物(通式ABO3)的A位点/B位点比只要是起到本申请发明的效果的范围,就不需要是化学计量组成,但A位点与B位点的摩尔比A/B优选为0.980~1.020的范围。
作为Ba源可以优选使用BaCO3等Ba化合物,作为Ti源可以优选使用TiO2等Ti化合物。
然后,将以包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物作为主成分的主成分粉末、成为副成分的作为Ca源的Ca化合物、作为Mg源的Mg化合物、作为R源的R的化合物、作为M源的M的化合物、作为Si源的Si化合物混合,得到陶瓷原料。配合规定量的这些化合物,以在本发明的层叠陶瓷电容器中,使各元素相对于Ti的摩尔份数达到各元素的配合量。
作为进行混合的化合物的形态,可以举出CaCO3、MgO、R的氧化物(R2O3等)、M的氧化物、SiO2等。
需要说明的是,成为副成分的化合物的形态没有特别限定,并不限于氧化物粉末、碳酸盐的粉末,可以使用氯化物粉末、溶胶或金属有机化合物等各种形态的物质。
成为副成分的化合物的混合形态没有特别限定。例如,可以将多种副成分预先混合,也可以进一步实施热处理合成。另外,也可以将特定的副成分分为二个阶段以上而进行混合。
另外,例如如果在原料的混合时如果使用YSZ球,则有时因来自YSZ球的混入而使Zr的含量微小地增加。
向如上所述地得到的陶瓷原料中,根据需要加入有机粘合剂、增塑剂及有机溶剂并使用球磨机等混合,制作陶瓷浆料。
在将Ti设为100摩尔份时,使陶瓷浆料中的各元素的含有摩尔份为:
Ca:0.10摩尔份以上且5.00摩尔份以下、
Mg:0.0010摩尔份以上且0.0098摩尔份以下、
R合计:0.50摩尔份以上且4.00摩尔份以下、
M合计:0.10摩尔份以上且2.00摩尔份以下、
Si:0.5摩尔份以上且2.0摩尔份以下。
其后,经过由陶瓷浆料得到陶瓷生片的工序、将陶瓷生片和内部电极层重叠而得到烧成前的层叠体的工序、和对烧成前的层叠体进行烧成而得到在电介质陶瓷层间形成含有Ni的内部电极层的层叠体的工序,得到具有多个电介质陶瓷层和多个内部电极层的层叠体。
作为得到层叠体的工序的具体例,可以举出如下的方法:在陶瓷生片上形成可用作含有Ni的内部电极层的导电性糊剂膜,进行形成了导电性糊剂膜的陶瓷生片的层叠及烧成,得到具有多个电介质陶瓷层和多个内部电极层的层叠体。
最后,在层叠体的两个端面形成外部电极,由此可以制造出层叠陶瓷电容器。
在这些各工序中,可以使用公知的技术及工序条件。
需要说明的是,陶瓷生片的层叠后的烧成条件优选在1180~1350℃、由氧分压10-9~10-12MPa的H2-N2-H2O气体构成的还原性气氛中进行。
另外,作为外部电极的形成方法,还可以举出:在陶瓷生片的烧成前预先涂布形成用作外部电极的导电性糊剂层,并在层叠体的烧成时一并烧接导电性糊剂层的方法。
实施例
以下,给出更具体地公开本发明的层叠陶瓷电容器的实施例。需要说明的是,本发明并不仅限定于这些实施例。
(实施例1-1~1-15、比较例1-1~1-11)
A)陶瓷原料的制作
首先,作为起始原料准备BaCO3、TiO2,称量出规定量后,利用球磨机进行混合,在1150℃进行热处理,得到作为钙钛矿型化合物的Ba1.0070TiO3。平均粒径为0.15μm,Ba/Ti比为1.0070。
如表1中记载的那样,适当地称量各实施例及比较例的添加成分后,利用球磨机与上述Ba1.0070TiO3(以下也称作BT)混合、干燥,制成陶瓷原料。
此时,各成分以CaCO3、MgO、R2O3、M的氧化物、SiO2的形态添加。
需要说明的是,作为上述R2O3,准备了La2O3、Pr2O3、Eu2O3、Ho2O3、Er2O3、Lu2O3、Ce2O3、Yb2O3、Tm2O3、Tb2O3、Gd2O3、Sm2O3、Nd2O3、Y2O3、Dy2O3的各粉末。
对该陶瓷原料进行了ICP分析,其结果确认各元素组成与上述的调合组成几乎相同。
需要说明的是,表1中的Ca、Mg、R、M、Si的各含量(摩尔份)是相对于BT中所含的Ti量100摩尔份的比例。
B)层叠陶瓷电容器的制作
然后,向上述陶瓷原料中,加入聚乙烯醇缩丁醛系粘合剂、增塑剂及作为有机溶剂的乙醇,将它们利用球磨机进行湿式混合,制作出陶瓷浆料。
然后,将该陶瓷浆料利用模唇方式进行片成形,得到厚度4.5μm的矩形的陶瓷生片。
然后,在上述陶瓷生片上,丝网印刷含有Ni的导电性糊剂,形成以Ni作为主成分的将成为内部电极的导电性糊剂膜。
然后,层叠多片形成有导电性糊剂膜的陶瓷生片,以使导电糊剂膜的被引出一侧交错,得到将成为电容器主体的未加工的层叠体。
然后,将该未加工的层叠体在N2气氛中、在350℃的温度加热3小时,使粘合剂燃烧后,在由氧分压10-10MPa的H2-N2-H2O气体构成的还原性气氛中,在1200℃烧成2小时,得到烧结了的层叠体。
层叠体的结构是具有多个电介质陶瓷层和多个内部电极层的结构。
然后,进行了该层叠体的XRD结构分析,其结果可知,电介质陶瓷层的主成分具有钛酸钡系的钙钛矿型结构。
然后,在上述层叠体的两个端面,涂布含有玻璃料的Cu糊剂,在N2气氛中,在800℃的温度烧接,形成与内部电极电连接的外部电极,得到各实施例及比较例的层叠陶瓷电容器。
利用研磨除去该层叠陶瓷电容器的外部电极,将所得的层叠体用碱熔融法进行溶液化,对该溶液进行了ICP分析,结果确认,除内部电极成分的Ni以外,与表1中所示的调合组成几乎相同。
如上所述地得到的层叠电容器的外形尺寸为宽度:1.25mm、长度:2.0mm、厚度:1.0mm,介于内部电极间的电介质陶瓷层的厚度为3.0μm。另外,有效电介质陶瓷层的层数为10层,每一层的对置电极面积为1.6mm2
此处,将各实施例的层叠陶瓷电容器的电介质陶瓷层薄层化(任意10个部位),利用STEM-EDS观测晶粒中央部的组成,其结果是,没有从10处测定部位的任意一个的晶粒中央部检测出Ca。STEM使用日本电子公司制“JEM-2200FS”,加速电压设为200kV。EDS用检测器使用日本电子公司制“JED-2300T”,使用60mm2口径的SDD检测器,EDS系统使用ThermoFisher Scientific公司制“Noran System 7”。
由该结果可以推定,构成电介质陶瓷层的陶瓷粒子是含有如下核部和壳部的粒子,所述核部由至少不含有Ca的BaTiO3粒子构成,所述壳部是在由上述BaTiO3粒子构成的核部的周围固溶Ca、Mg、R、M及Si而形成的。
C)特性评价
然后,对各试样的层叠陶瓷电容器进行了如下所示的评价。
(1)基于高温负荷试验的寿命特性的测定
对各实施例及比较例,针对各100个层叠陶瓷电容器,在125℃施加16V的直流电压,观察了绝缘电阻的经时变化。将各层叠陶瓷电容器的绝缘电阻值达到0.1MΩ以下的时刻设为故障。确认从试验开始起1000小时后的不良个数,作为高温负荷寿命的指标。
将试验结果表示于表1中。
[表1]
根据表1可知,作为本发明的层叠陶瓷电容器的实施例1-1~1-15的层叠陶瓷电容器均在高温负荷试验中的1000小时后的不良个数为0个,是可靠性高的层叠陶瓷电容器。
另一方面,将Ti量设为100摩尔份时的Ca、Mg、R、M、Si的某个的含有比例不满足本发明中规定的含有比例的比较例1-1~1-11的层叠陶瓷电容器均在高温负荷试验中产生不良(不良个数为5~82个),是可靠性低的层叠陶瓷电容器。
比较例1-5中,不良个数为5个。在Mg含量多的情况下,容易与内部电极的Ni生成Ni-Mg的偏析相。如果生成该偏析相,则陶瓷电介质层厚局部地薄层化,可靠性降低。推测通过将Mg含量减少到各实施例的范围,可以抑制偏析相的生成。
另一方面,没有配合Mg的比较例1-3中不良个数为82个,Mg的配合量过少的比较例1-4中不良个数为9个,推测在这些比较例中发生了异常晶粒生长,因此可靠性降低。
另外,在各实施例中,由于其他的成分弥补了因减少Mg的含量而造成的不良影响,因此不良个数为0个,是可靠性高的层叠陶瓷电容器。
(实施例2-1~2-11)
A)陶瓷原料的制作
B)层叠陶瓷电容器的制作
与实施例1-1相同,相对于实施例1-1中使用的BT,如表2中记载的那样,适当称量各实施例的添加成分而制成陶瓷原料,使用该陶瓷原料制作出层叠陶瓷电容器。
实施例2-1是作为R而仅使用了属于R1的Dy的例子,它是与先前的实施例1-15相同的实施例。
实施例2-2~2-9中,使用了2种R源,任意的实施例都是使用1种属于R1的元素,并使用1种属于R2的元素,而且使R1的比例以摩尔份计而设为高达R2的4倍以上的例子(R1/R2≥4)。
实施例2-10是作为R而仅使用了属于R2的Ce的例子。
实施例2-11使用了2种R源,是将作为属于R1的元素的Dy和作为属于R2的元素的Ce的比例设为R1/R2<4的例子。
在任意的实施例中,都与实施例1-1相同,对陶瓷原料及所制作的层叠陶瓷电容器的处理溶液实施了ICP分析,确认了都与调合组成几乎相同。
另外,在任意的实施例中,都与实施例1-1同样地,将层叠陶瓷电容器的电介质陶瓷层加以薄层化(任意10处),利用STEM-EDS观测晶粒中央部的组成,没有从任意的晶粒中央部检测出Ca。
C)特性评价
然后,对各试样的层叠陶瓷电容器,进行了如下所示的评价。
(1)基于高温负荷试验的寿命特性的测定
对于各实施例,针对各100个层叠陶瓷电容器,在125℃实施16V的直流电压,观察了绝缘电阻的经时变化。将各层叠陶瓷电容器的绝缘电阻值达到0.1MΩ以下的时刻设为故障。确认从试验开始起1000小时后、2000小时后的不良个数,作为高温负荷寿命的指标。
将试验结果表示于表2中。
[表2]
可知在实施例2-1~2-11的任意的实施例中,高温负荷试验中的1000小时后的不良个数为0个,是可靠性高的层叠陶瓷电容器。
在它们当中,作为R而仅使用了R1的实施例2-1、并用了R1和R2且将R1的比例以摩尔份计设定为高达R2的4倍以上的实施例2-2~2-9中,2000小时后的不良个数也为0个,可知高温负荷寿命的可靠性得到进一步提高。
推测在这些实施例中,在作为R示出的稀土类元素中,氧空位移动抑制效果大的元素的比例变高,因此可靠性变得更高。
符号的说明
1 层叠陶瓷电容器
10 层叠体
11 电介质陶瓷层
12 内部电极层
13a、13b 外部电极
14a、14b 层叠体的端面

Claims (8)

1.一种层叠陶瓷电容器,其特征在于,具备层叠体和外部电极,所述层叠体具有多个电介质陶瓷层和多个内部电极层,所述外部电极形成于所述层叠体的表面,将在所述层叠体的表面露出的所述内部电极层电连接,其中,
所述内部电极层是含有Ni的电极层,
所述电介质陶瓷层含有包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物、Ca、Mg、R、M及Si,所述R是选自稀土类元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少1种,所述M是选自Zr、Mn、Co、Fe、Cr、Cu、Al、V、Mo及W中的至少1种,
将Ti量设为100摩尔份时的各元素的含有摩尔份为:
Ca:0.10摩尔份以上且5.00摩尔份以下、
Mg:0.0010摩尔份以上且0.0098摩尔份以下、
R合计:1.77摩尔份以上且4.00摩尔份以下、
M合计:0.68摩尔份以上且2.00摩尔份以下、
Si:0.5摩尔份以上且2.0摩尔份以下。
2.一种层叠陶瓷电容器,其特征在于,具备层叠体和外部电极,所述层叠体具有多个电介质陶瓷层和多个内部电极层,所述外部电极形成于所述层叠体的表面,将在所述层叠体的表面露出的所述内部电极层电连接,其中,
所述内部电极层是含有Ni的电极层,
所述层叠体含有包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物、Ca、Mg、R、M及Si,所述R是选自稀土类元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少1种,所述M是选自Zr、Mn、Co、Fe、Cr、Cu、Al、V、Mo及W中的至少1种,
将Ti量设为100摩尔份时的各元素的含有摩尔份为:
Ca:0.10摩尔份以上且5.00摩尔份以下、
Mg:0.0010摩尔份以上且0.0098摩尔份以下、
R合计:1.77摩尔份以上且4.00摩尔份以下、
M合计:0.68摩尔份以上且2.00摩尔份以下、
Si:0.5摩尔份以上且2.0摩尔份以下。
3.一种层叠陶瓷电容器,其特征在于,具备层叠体和外部电极,所述层叠体具有多个电介质陶瓷层和多个内部电极层,所述外部电极形成于所述层叠体的表面,将在所述层叠体的表面露出的所述内部电极层电连接,其中,
所述内部电极层是含有Ni的电极层,
所述层叠体含有包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物、Ca、Mg、R、M及Si,所述R是选自稀土类元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少1种,所述M是选自Zr、Mn、Co、Fe、Cr、Cu、Al、V、Mo及W中的至少1种,
当利用溶剂将所述层叠体溶解时,将Ti量设为100摩尔份时的各元素的含有摩尔份为:
Ca:0.10摩尔份以上且5.00摩尔份以下、
Mg:0.0010摩尔份以上且0.0098摩尔份以下、
R合计:1.77摩尔份以上且4.00摩尔份以下、
M合计:0.68摩尔份以上且2.00摩尔份以下、
Si:0.5摩尔份以上且2.0摩尔份以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠陶瓷电容器,其中,
所述R为R1,所述R1是选自Y、Dy、Gd、La、Ho、Er、Sm及Yb中的至少1种。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠陶瓷电容器,其中,
所述R包含R1和R2两者,所述R1是选自Y、Dy、Gd、La、Ho、Er、Sm及Yb中的至少1种,所述R2是选自Ce、Pr、Nd、Eu、Tm、Lu及Tb中的至少1种,R1的合计量/R2的合计量≥4.0,R1的合计量与R2的合计量的单位是摩尔份。
6.一种层叠陶瓷电容器的制造方法,其特征在于,具备以下工序:
将以包含Ba、Ti的钙钛矿型化合物作为主成分的主成分粉末、Ca化合物、Mg化合物、R的化合物、M的化合物、Si化合物混合,其后得到陶瓷浆料的工序,所述R是选自稀土类元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少1种,所述M是选自Zr、Mn、Co、Fe、Cr、Cu、Al、V、Mo及W中的至少1种;
由所述陶瓷浆料得到陶瓷生片的工序;
将所述陶瓷生片与内部电极层重叠而得到烧成前的层叠体的工序;以及
烧成所述烧成前的层叠体,而得到在电介质陶瓷层间形成了含有Ni的内部电极层的层叠体的工序,其中,
在将Ti设为100摩尔份时,所述陶瓷浆料中的各元素的含有摩尔份为:
Ca:0.10摩尔份以上且5.00摩尔份以下、
Mg:0.0010摩尔份以上且0.0098摩尔份以下、
R合计:1.77摩尔份以上且4.00摩尔份以下、
M合计:0.68摩尔份以上且2.00摩尔份以下、
Si:0.5摩尔份以上且2.0摩尔份以下。
7.根据权利要求6所述的层叠陶瓷电容器的制造方法,其中,
所述R为R1,所述R1是选自Y、Dy、Gd、La、Ho、Er、Sm及Yb中的至少1种。
8.根据权利要求6所述的层叠陶瓷电容器的制造方法,其中,
所述R包含R1和R2两者,所述R1是选自Y、Dy、Gd、La、Ho、Er、Sm及Yb中的至少1种,所述R2是选自Ce、Pr、Nd、Eu、Tm、Lu及Tb中的至少1种,R1的合计量/R2的合计量≥4.0,R1的合计量与R2的合计量的单位是摩尔份。
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