CN107437465A - 层叠陶瓷电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种层叠陶瓷电容器，即使在电容部的各电介质层中含有的锰元素的含量比各电介质覆盖部中含有的锰元素的含量少的情况下，也能够抑制绝缘电阻的降低。层叠陶瓷电容器(10)包括电容器主体，该电容器主体包括多个内部电极层(11a1)隔着电介质层(11a2)层叠而成的电容部(11a)和分别覆盖电容部(11a)的层叠方向两侧的电介质覆盖部(11b)。此外，电容部(11a)的各电介质层(11a2)和各电介质覆盖部(11b)含有锰元素，锰元素形成为其元素量在从各电介质覆盖部(11b)的外表面向电容部(11a)的各电介质层(11a2)去的深度方向上逐渐减少的分布。
Description
技术领域
本发明涉及具有电容器主体的层叠陶瓷电容器，该电容器主体包括多个内部电极层隔着电介质层层叠而成的电容部和分别覆盖电容部的层叠方向两侧的电介质覆盖部。
背景技术
层叠陶瓷电容器通常包括大致长方体状的电容器主体和分别设置于电容器主体的相对的端部的外部电极。电容器主体具有多个内部电极层隔着电介质层层叠而成的电容部，和分别覆盖电容部的层叠方向两侧的电介质覆盖部，多个内部电极层的端缘交替地与各外部电极连接。
但是，为了改善层叠陶瓷电容器的寿命(高温负载寿命)，已知有使电容器主体的电容部的各电介质层和各电介质覆盖部中包含锰元素的技术(例如参照专利文献1)。但是，由于使电容部的各电介质层包含锰元素时各电介质层的相对介电常数降低，所以可以说优选使电容部的各电介质层中包含的锰元素的含量比各电介质覆盖部中包含的锰元素的含量少。
但是，使电容部的各电介质层中包含的锰元素的含量比各电介质覆盖部中包含的锰元素的含量少时，因用于得到电容器主体的烧制工序中产生的收缩率的差异等的原因，在电容器与各电介质覆盖部的边界部分产生裂缝、剥离，还有可能导致层叠陶瓷电容器的绝缘电阻的降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-197492号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
本发明的课题是提供一种层叠陶瓷电容器，即使在电容部的各电介质层中包含的锰元素的含量比各电介质覆盖部中包含的锰元素的含量少的情况下，也能够抑制绝缘电阻的降低。
用于解决课题的技术方案
为了解决所述课题，本发明的层叠陶瓷电容器包括电容器主体，该电容器主体包括：多个内部电极层隔着电介质层层叠的电容部；和分别覆盖电容部的层叠方向两侧的电介质覆盖部，所述层叠陶瓷电容器中，所述电容部的各电介质层和各所述电介质覆盖部含有锰元素，所述锰元素形成为其元素量在从各所述电介质覆盖部的外表面向所述电容部的各电介质层去的深度方向上逐渐减少的分布。
发明效果
根据本发明的层叠陶瓷电容器，即使在电容部的各电介质层中含有的锰元素的含量比各电介质覆盖部中含有的锰元素的含量少的情况下，也能够抑制绝缘电阻的降低。
附图说明
图1(A)是适用本发明的层叠陶瓷电容器的俯视图，图1(B)是沿着图1(A)的S1-S1线的截面图，图1(C)是沿着图1(A)的S2-S2线的截面图。
图2是表示制造实施品和比较品时使用的、各电介质覆盖部用的浆料成分和电容部的各电介质层的浆料成分的图。
图3(A)是表示实施品的锰元素的元素量的分布的图，图3(B)是表示实施品的铝元素的元素量的分布的图。
图4(A)和图4(B)分别是表示图1所示的第一外部电极和第二外部电极的其他形状例子的图。
附图标记说明
10：层叠陶瓷电容器、11：电容器主体、11a：电容部、11a1：内部电极层、11a2：电介质层、11b：电介质覆盖部、12、12-1、12-2：第一外部电极、13、13-1、13-2：第二外部电极。
具体实施方式
首先，使用图1(A)～图1(C)说明适用本发明的层叠陶瓷电容器10的基本结构。以下的说明中，图1(A)的左右方向标记为长度方向，图1(A)的上下方向标记为宽度方向，图1(B)的上下方向标记为高度方向，并且沿着各方向的尺寸标记为长度、宽度、高度。
层叠陶瓷电容器10包括大致长方体形状的电容器主体11、设置于电容器主体11的长度方向一端部的第一外部电极12、设置于电容器主体11的长度方向另一端部的第二外部电极13。
电容器主体11具有多个内部电极层11a1隔着电介质层11a2层叠而成的电容部11a，和分别覆盖电容部11a的高度方向两侧的电介质覆盖部11b。多个内部电极层11a1具有大致相同的矩形轮廓和大致相同的厚度，它们的端缘交替地与第一外部电极12和第二外部电极13连接。而且，图1(A)～图1(C)中，为了方便图示，描绘了共12个内部电极层11a1，但是内部电极层11a1的数量没有特别限制。
电容器主体11的除去内部电极层11a1的部分，即电容部11a的各电介质层11a2的主成分和各电介质覆盖部11b的主成分是钛酸钡、钛酸锶、钛酸钙、钛酸镁、锆酸钙、钛酸锆酸钙、锆酸钡、氧化钛等电介质材料(电介质陶瓷材料)。电容部11a的各内部电极层11a1的主成分是镍、铜、钯、铂、银、金、它们的合金等金属材料。此外，第一外部电极12和第二外部电极13各自的主成分是镍、铜、钯、铂、银、金、它们的合金等金属材料。
此外，电容部11a的各电介质层11a2和各电介质覆盖部11b包含锰元素，该锰元素形成为其元素量在从各电介质覆盖部11b的外表面向电容部11a的各电介质层11a2去的深度方向(参照图1(C))上逐渐减少的分布(参照图3(A))。
进而，各电容部11a的各电介质层11a2包含铝元素，该铝元素形成为其元素量在从各电介质覆盖部11b的外表面向电容部11a的各电介质层11a2去的深度方向(参照图1(C))上逐渐增加的分布。
接着，使用图2，以电容部11a的各电介质层11a2的主成分和各电介质覆盖部11b的主成分为钛酸钡、各内部电极层11a1的主成分为镍、第一外部电极12和第二外部电极13各自的主成分为镍的情况为例，说明所述层叠陶瓷电容器10的具体结构掺杂说明其制造方法等。其中，该说明中的“实施品”是指与所述层叠陶瓷电容器10对应的层叠陶瓷电容器，“比较品”是指不与所述层叠陶瓷电容器10对应的层叠陶瓷电容器。
实施品和比较品的尺寸是长度为600μm、宽度为300μm、高度为300μm，各个内部电极层(11a1)的厚度为1μm，总数为100，电介质层(11a2)的厚度为1μm，各电介质覆盖部(11b)的厚度为50μm。此外，各电介质层(11a2)的主成分和各电介质覆盖部(11b)的主成分为钛酸钡，各内部电极层(11a1)的主成分为镍，第一外部电极(12)和第二外部电极(13)各自的主成分为镍。
在制造实施品时，首先，准备钛酸钡粉末、有机溶剂、有机粘合剂，根据需要准备含有分散剂等添加剂的电介质层用陶瓷浆料和电介质覆盖部用陶瓷浆料。
电介质层用陶瓷浆料，如图2等实施品栏所示，相对于100mol的钛酸钡(BaTiO3)，以氧化锰(II)(MgO)换算含有0.5mol锰元素(Mn)，以氧化铝(Al2O3)换算含有0.01mol铝元素(Al)，以氧化钬(Ho2O3)换算含有0.5mol钬元素(Ho)，以二氧化硅(SiO2)换算含有1.0mol硅元素(Si)。
另一方面，电介质覆盖部用陶瓷浆料，如图3的实施品栏所示，相对于100mol的钛酸钡(BaTiO3)，以氧化锰(II)(MgO)换算含有1.0mol锰元素(Mn)，以氧化钬(Ho2O3)换算含有0.5mol钬元素(Ho)，以二氧化硅(SiO2)换算含有1.0mol硅元素(Si)。即，电介质覆盖部用陶瓷浆料与电介质层用陶瓷浆料相比，不含有铝元素(Al)，而锰元素(Mn)的含量较多。
此外，作为内部电极层膏准备含有镍粉末、有机溶剂、有机粘合剂和根据需要含有的分散剂等添加剂的膏。进而，作为外部电极膏准备含有镍粉末、有机溶剂、有机粘合剂和根据需要含有的分散剂等添加剂的膏。
接着，通过在载体膜的表面涂覆电介质层用陶瓷浆料并进行干燥，来制造第一片。此外，通过在该第一片的表面印刷内部电极层膏并进行干燥，来制造形成有内部电极层图案组的第二片。进而，通过在载体膜的表面涂覆电介质覆盖部用陶瓷浆料并进行干燥，来制造第三片。
接着，反复进行将从第三片取出的单位片层叠并热压接的作业直至达到规定片数，由此形成与一个电介质覆盖部(11b)对应的部位。接着，反复进行将从第二片取出的单位片(包括内部电极层图案组)层叠并热压接的作业直至达到规定片数，由此形成与电容部(11a)对应的部位。接着，反复进行将从第三片取出的单位片层叠并热压接的作业直至达到规定片数，由此形成与另一个电介质覆盖部(11b)对应的部位。最后，通过将层叠的整体进行正式热压接，来制造未烧制层叠片。
接着，通过将未烧制层叠片切断为格子状，来制造与电容器主体11对应的未烧制电容器主体。接着，利用浸涂或者辊涂覆等方法，通过对未烧制电容器主体的长度方向两端部的各个端部涂覆外部电极膏并进行干燥，来制造未烧制外部电极。接着，将具有未烧制外部电极的未烧制电容器主体放入烧制炉中，在还原氛围下，且以与钛酸钡和镍对应的温度分布，对多个一并进行烧制(包括脱粘合剂处理和烧制处理)。
而且，比较品与实施品的不同点在于，制造时使用的电介质层用陶瓷浆料的成分。即，如图2的比较品栏所示，制造比较品时使用的电介质层用陶瓷浆料与制造实施品时使用的电介质层用陶瓷浆料相比，不包含铝元素(Al)。即，制造比较品时所使用的电介质覆盖部用陶瓷浆料的成分与制造实施品时所使用的电介质覆盖部用陶瓷浆料的成分相同。此外，比较品的制造方法与所述实施品的制造方法相同。
接着，说明为了分别描绘图3(A)所示的锰元素的元素量的分布和图3(B)所示的铝元素的元素量的分布而实施的数据收集方法。
数据收集中，使用激光烧蚀装置(NWR213、ESI公司制)和质量分析装置(7900ICP-MS、安捷伦科技公司制)。
在数据收集时，从激光烧蚀装置向实施品的图1(C)对应的截面的被测定部位点照射照射能量为14J/cm2、频率为10Hz的激光，照射时间为30sec。而且，利用氦气将由点照射产生的气雾剂送入质量分析装置的电感耦合等离子体室。
接着，在质量分析装置中，用RF功率为1550W对取入到电感耦合等离子体室的气雾剂进行等离子体激励而成为正离子。然后，将正离子特别是希望测定的质荷比的元素离子送入四极质谱仪(Quadrupole mass spectrometer)。然后，在四极质谱仪中，进行时间分析，相对地对送入的元素量进行计数。
接着，对实施品的图1(C)对应的截面的其他的被测定部位也同样进行上述测定程序，具体而言，沿着从实施品的各电介质覆盖部(11b)的外表面向电容部(11a)的各电介质层11a2去的深度方向(参照图1(C))依次进行，来收集必要的数据。
图3(A)中设纵轴为“Mn元素量/Ti元素量”，钛元素量在各电介质覆盖部(11b)和电容部(11a)的各电介质层11a2中相同(参照图2的实施品栏)，根据该图3(A)能够理解，锰元素形成为其元素量在从各电介质覆盖部(11b)的外表面向电容部(11a)的各电介质层(11a2)去的深度方向上逐渐减少的分布。
此外，图3(B)中设纵轴为“Al元素量/Ti元素量”，与上述同样，钛元素量在各电介质覆盖部(11b)和电容部(11a)的各电介质层11a2中相同(参照图2的实施品栏)，所以根据该图3(B)能够理解，铝元素形成为其元素量在从各电介质覆盖部(11b)的外表面向电容部(11a)的各电介质层(11a2)去的深度方向上逐渐增加的分布。其中，图3(B)中，铝元素存在于各电介质覆盖部(11b)的一部分的理由认为是由扩散引起的。
接着，说明为了确认由所述层叠陶瓷电容器10是否能够抑制绝缘电阻的降低而实施的验证方法及其结果。
进行验证时，是通过对所述实施品100个和比较品100个实施湿中负荷试验而进行的。具体而言，通过在温度85℃、湿度85％的氛围下，施加直流电压10V，施加时间经过了100小时后，确认绝缘电阻达到1MΩ的个数来进行。
确认结果是，实施品100个之中绝缘电阻达到1MΩ的个数为0个，比较品100个之中绝缘电阻达到1MΩ的个数为10个。即，验证了关于与所述层叠陶瓷电容器10对应的实施品，相比于没有与所述层叠陶瓷电容器10对应的比较品，能够抑制绝缘电阻的降低。换言之，验证了实施品中，导致绝缘电阻的降低的裂缝、剥离在电容器主体(11)的内部，特别是电容部(11a)与各电介质覆盖部(11b)的边界部分不易存在。
接着，在图3(A)和图3(B)所示的元素量的分布和上述验证结果的基础上，说明由所述层叠陶瓷电容器10得到的效果。
所述层叠陶瓷电容器10中，虽然电容部11a的各电介质层11a2和各电介质覆盖部11b含有锰元素，但是该锰元素如图3(A)所示，形成为其元素量在从各电介质覆盖部11b的外表面向电容部11a的各电介质层11a2去的深度方向(参照图1(C))上逐渐减少的分布。即，推测由于锰元素形成这样的元素量的分布，所以导致绝缘电阻的降低的裂缝、剥离不易存在于电容器主体11的内部，特别是不易存在于电容部11a与各电介质覆盖部11b的边界部分。因此，如果采用图3(A)所示的锰元素的元素量的分布，则即使在电容部11a的各电介质层11a2中包含的锰元素的含量比各电介质覆盖部11b中包含的锰元素的含量低的情况下，也能够可靠地抑制由所述裂缝、剥离的产生引起的所述层叠陶瓷电容器10的绝缘电阻的降低。
所述层叠陶瓷电容器10中，电容部11a的各电介质层11a含有铝元素，该铝元素如图3(B)所示，形成为其元素量在从各电介质覆盖部11b的外表面向电容部11a的各电介质层11a2去的深度方向上(参照图1(C))逐渐增加的分布。即，推测由于铝元素形成这样的元素量的分布，所以能够抑制各电介质覆盖部11b中包含的锰元素扩散到电容部11a的各电介质层11a2，由此使得锰元素形成图3(A)所示的元素量的分布。因此，如果采用图3(B)所示的铝元素的元素量的分布，则更可靠地形成图3(A)所示的锰元素的元素量的分布，能够更可靠地抑制由所述裂缝、剥离的产生引起的所述层叠陶瓷电容器10的绝缘电阻的降低。
《其他的实施方式》
图1(A)～图1(C)所示的第一外部电极12和第二外部电极13各自的形状也可以是图4(A)所示的形状。即，图4(A)所示的第一外部电极12-1连续具有覆盖电容器主体11的长度方向一端面的部分和覆盖电容器主体11的高度方向两面的一部分的部分，第二外部电极13-1连续具有覆盖电容器主体11的长度方向另一端面的部分和覆盖电容器主体11的高度方向两面的一部分的部分。此外，图1(A)～图1(C)所示的第一外部电极12和第二外部电极13各自的形状也可以是图4(B)所示的形状。即，图4(B)所示的第一外部电极12-2连续具有覆盖电容器主体11的长度方向一端面的部分和覆盖电容器主体11的高度方向一个面的一部分的部分，第二外部电极13-2连续具有覆盖电容器主体11的长度方向另一端面的部分和覆盖电容器主体11的高度方向一个面的一部分的部分。即，不管是图4(A)所示的外部电极形状，还是图4(B)所示的外部电极形状，都能够得到上述相同的效果。
此外，图1(A)～图1(C)所示的第一外部电极12和第二外部电极13各自的层结构，包括图4(A)～图4(B)所示的第一外部电极12-1和第二外部电极13-1以及第一外部电极12-2和第二外部电极13-2，不必一定是单层结构。即，即使在第一外部电极和第二外部电极各自的表面形成了一层以上镀膜等其他金属膜的多层结构，也能够得到上述同样的效果。
进而，使用图1(A)～图1(C)的说明中，虽然没有明示层叠陶瓷电容器10的长度、宽度和高度的关系和它们的尺寸值，但是长度、宽度和高度的关系除了长度>宽度＝高度，还可以是长度>宽度>高度、长度>高度>宽度、宽度>长度＝高度、宽度>长度>高度、宽度>高度>长度，长度、宽度和高度的尺寸值没有特别限制。即，不管层叠陶瓷电容器的长度、宽度和高度的关系、它们尺寸值如何，都能够得到上述同样的效果。
Claims (4)
1.一种层叠陶瓷电容器，其包括电容器主体，该电容器主体包括：多个内部电极层隔着电介质层层叠的电容部；和分别覆盖电容部的层叠方向两侧的电介质覆盖部，所述层叠陶瓷电容器的特征在于：
所述电容部的各电介质层和各所述电介质覆盖部含有锰元素，所述锰元素形成为其元素量在从各所述电介质覆盖部的外表面向所述电容部的各电介质层去的深度方向上减少的分布。
2.如权利要求1所述的层叠陶瓷电容器，其特征在于：
所述电容部的各电介质层含有铝元素，所述铝元素形成为其元素量在从各所述电介质覆盖部的外表面向所述电容部的各电介质层去的深度方向上增加的分布。
3.一种层叠陶瓷电容器，其包括电容器主体，该电容器主体包括：多个内部电极层隔着电介质层层叠的电容部；和分别覆盖电容部的层叠方向两侧的电介质覆盖部，所述层叠陶瓷电容器的特征在于：
所述电容部的各电介质层和各所述电介质覆盖部含有钛元素和锰元素，以锰元素量/钛元素量表示的所述锰元素的元素量与所述钛元素的元素量之比，形成为在从各所述电介质覆盖部的外表面向所述电容部的各电介质层去的深度方向上减少的分布。
4.如权利要求3所述的层叠陶瓷电容器，其特征在于：
所述电容部的各电介质层含有铝元素，以铝元素量/钛元素量表示的所述铝元素的元素量与所述钛元素的元素量之比，形成为在从各所述电介质覆盖部的外表面向所述电容部的各电介质层去的深度方向上增加的分布。
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