CN113410051A - 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。端面外层部的电介质陶瓷层中的基于激光ICP的Mn/Ti峰值强度比处于有效部的中央部的Mn/Ti峰值强度比的2倍以上且15倍以下的范围,端面外层部的电介质陶瓷层中的基于激光ICP的稀土类/Ti峰值强度比处于有效部的中央部的稀土类/Ti峰值强度比的2倍以上且7倍以下的范围,侧面外层部的电介质陶瓷层中的基于TEM‑EDX的Si/Ti峰值强度比处于有效部的中央部的Si/Ti峰值强度比的2倍以上且5倍以下的范围,侧面外层部的电介质陶瓷层中的基于激光ICP的稀土类/Ti峰值强度比处于有效部的中央部的稀土类/Ti峰值强度比的2倍以上且7倍以下的范围。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷电容器,详细地,涉及具有多个电介质陶瓷层和多个内部电极层被层叠的构造的层叠陶瓷电容器。
背景技术
以往,广泛使用了具有如下构造的层叠陶瓷电容器,即,在包含被层叠的多个电介质陶瓷层和多个内部电极层的层叠体的两端面配设了外部电极,使得与内部电极层导通。
而且,在日本特开2006-73623号公报中记载了具有这种构造的层叠陶瓷电容器,该层叠陶瓷电容器具备电介质陶瓷层和内部电极层被交替地层叠的元件主体,在电介质陶瓷层和内部电极层的至少一者形成有异相,并且在异相中含有Mg元素以及Mn元素。
而且,根据日本特开2006-73623号公报,通过设为上述的结构,从而能够实现IR温度依赖性低且具有优异的平均寿命特性的层叠陶瓷电容器。
然而,在日本特开2006-73623号公报记载的层叠陶瓷电容器的构造中,内部电极层的平面面积比电介质陶瓷层的平面面积小,除了内部电极层向上述元件主体的端面引出的引出部分之外,存在形成于内部电极层的周缘部与电介质陶瓷层之间的阶梯,由于该阶梯的影响,内部电极层弯曲,存在容易发生内部电极层间的短路、高温负载可靠性的下降这样的问题点。
特别是,电介质陶瓷层的厚度越薄,内部电极层和电介质陶瓷层的层叠数越多,则越容易发生内部电极层间的短路,有可靠性下降的倾向。
因此,使用在形成了烧成后成为内部电极层的内部电极图案的区域与未形成内部电极图案的区域之间无阶梯的陶瓷生片(以下,也称作“零阶梯片”),进行了如下作业,即,对该陶瓷生片进行层叠来制造层叠陶瓷电容器。
即,例如,已知如下的方法:通过在陶瓷生片上的给定的区域涂敷导电性浆料从而形成了烧成后成为内部电极层的内部电极图案之后,在未形成内部电极浆料的区域赋予陶瓷浆料来形成阶梯消除用的陶瓷层,由此形成陶瓷生片,该陶瓷生片在形成了成为内部电极层的内部电极图案的区域与未形成内部电极图案的区域之间无阶梯,并对该陶瓷生片进行层叠来形成层叠体。
但是,即使在该情况下,由于存在于内部电极图案与阶梯消除用的陶瓷生片之间的微小的间隙等的影响,在烧成后得到的层叠体的内部电极层会形成弯曲部,有时也会引起层叠体的破裂、缺损的发生、高温负载可靠性的下降等。
因此,在层叠陶瓷电容器中,实际情况是希望预先采取用于抑制、防止上述那样的不良状况的发生的措施。
发明内容
本发明的主要目的在于,提供一种解决上述课题,不易发生破裂、缺损且高温负载可靠性高的层叠陶瓷电容器。
为了解决上述课题,本发明的层叠陶瓷电容器具备:层叠体,包含被层叠的多个电介质陶瓷层和多个内部电极层;和外部电极,配设在所述层叠体的给定的位置,使得与所述内部电极层导通,其中,
所述电介质陶瓷层包含Ba、Ti、Mn、稀土类以及Si,
所述层叠体具备:
第1主面以及第2主面,在所述电介质陶瓷层和所述内部电极层的层叠方向上相对;
第1侧面以及第2侧面,在宽度方向上相对,所述宽度方向是与所述层叠方向和所述内部电极层向所述层叠体的表面引出的引出方向双方正交的方向;和
第1端面以及第2端面,在长度方向上相对,所述长度方向是与所述层叠方向和所述宽度方向双方正交的方向,
所述外部电极以与所述内部电极层连接的方式分别配设在所述第1端面以及所述第2端面,
从所述层叠方向观察,将所述内部电极层相互彼此重叠的区域设为有效部,
将从所述层叠方向夹着所述有效部的区域设为主面外层部,
将从所述宽度方向夹着所述有效部的区域设为侧面外层部,
将从所述长度方向夹着所述有效部的区域设为端面外层部,
在该情况下,
所述端面外层部的电介质陶瓷层中的Mn的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即Mn/Ti峰值强度比的值处于所述有效部的所述宽度方向、所述长度方向以及所述层叠方向的中央部的电介质陶瓷层中的Mn的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即Mn/Ti峰值强度比的值的2倍以上且15倍以下的范围,并且,所述端面外层部的电介质陶瓷层中的稀土类的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即稀土类/Ti峰值强度比的值处于所述有效部的所述中央部的电介质陶瓷层中的稀土类的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即稀土类/Ti峰值强度比的值的2倍以上且7倍以下的范围,
所述侧面外层部的电介质陶瓷层中的Si的基于TEM-EDX的峰值强度相对于Ti的基于TEM-EDX的峰值强度之比即Si/Ti峰值强度比的值处于所述有效部的所述中央部的电介质陶瓷层中的Si的基于TEM-EDX的峰值强度相对于Ti的基于TEM-EDX的峰值强度之比即Si/Ti峰值强度比的值的2倍以上且5倍以下的范围,并且,所述侧面外层部的电介质陶瓷层中的稀土类的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即稀土类/Ti峰值强度比的值处于所述有效部的所述中央部的电介质陶瓷层中的稀土类的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即稀土类/Ti峰值强度比的值的2倍以上且7倍以下的范围。
本发明的上述以及其他目的、特征、方面以及优点根据与附图关联地理解的关于本发明的如下详细说明将会变得明确。
附图说明
图1是本发明的一实施方式涉及的层叠陶瓷电容器的立体图。
图2是沿着图1所示的层叠陶瓷电容器的II-II线的剖视图。
图3是示意性地示出本发明的一实施方式涉及的层叠陶瓷电容器的内部电极层的方式的图。
图4是说明本发明的一实施方式涉及的层叠陶瓷电容器的主面外层部以及端面外层部的位置的图。
图5是说明本发明的一实施方式涉及的层叠陶瓷电容器的侧面外层部以及端面外层部的位置的图。
图6A是在为了制造本发明的一实施方式涉及的层叠陶瓷电容器而使用的零阶梯片的制作方法中形成陶瓷浆料层之前的状态的图。
图6B是在为了制造本发明的一实施方式涉及的层叠陶瓷电容器而使用的零阶梯片的制作方法中形成了陶瓷浆料层之后的状态的图。
图7是示出本发明的一实施方式涉及的层叠陶瓷电容器的制造方法的一工序的图。
图8是示出本发明的一实施方式涉及的层叠陶瓷电容器的制造方法的另一工序的图。
图9是示出本发明的一实施方式涉及的层叠陶瓷电容器的制造方法的另一工序的图。
图10A是在变形例的零阶梯片的制作方法中形成陶瓷浆料层之前的状态的图。
图10B是在变形例的零阶梯片的制作方法中形成了陶瓷浆料层之后的状态的图。
图11是说明对电介质陶瓷层以及内部电极层的厚度进行测定的方法的图。
具体实施方式
以下示出本发明的实施方式,对作为本发明的特征之处具体地说明。
图1是本发明的一实施方式涉及的层叠陶瓷电容器的立体图,图2是主视剖视图。
如图1以及图2所示,层叠陶瓷电容器10作为整体具有长方体形状,具备:层叠体3,包含被层叠的多个电介质陶瓷层1和多个内部电极层2(2a、2b);和外部电极4(4a、4b),配设在层叠体3的给定的位置,使得与内部电极层2导通。
层叠体3具备:第1主面13a以及第2主面13b,在电介质陶瓷层1和内部电极层2的层叠方向T上相对;第1侧面14a以及第2侧面14b,在宽度方向W上相对,该宽度方向W是与层叠方向T和内部电极层2向层叠体3的表面引出的引出方向即下述的长度方向L双方正交的方向;和第1端面15a以及第2端面15b,在长度方向L上相对,该长度方向L是与层叠方向T和宽度方向W双方正交的方向。
而且,上述的内部电极层2具备:第1内部电极层2a,被引出到层叠体3的第1端面15a;和第2内部电极层2b,被引出到层叠体3的第2端面15b。
此外,外部电极4中的第1外部电极4a配设在第1端面15a使得与被引出到第1端面15a的第1内部电极层2a导通,第2外部电极4b配设在第2端面15b使得与被引出到第2端面15b的第2内部电极层2b导通。
详细地,第1外部电极4a形成在层叠体3的第1端面15a的整体,并且形成为从第1端面15a绕到第1主面13a、第2主面13b、第1侧面14a、以及第2侧面14b。
此外,第2外部电极4b形成在层叠体3的第2端面15b的整体,并且形成为从第2端面15b绕到第1主面13a、第2主面13b、第1侧面14a、以及第2侧面14b。
本实施方式涉及的层叠陶瓷电容器10的尺寸如下。
长度方向L的尺寸为约0.35mm;
宽度方向W的尺寸为约0.28mm;
层叠方向T的尺寸为约0.28mm;
电介质陶瓷层的厚度为约0.5μm;
内部电极层的厚度为约0.3μm。
本实施方式涉及的层叠陶瓷电容器10经过如下工序来制造,即,对配设了烧成后成为内部电极层2的内部电极图案的多个陶瓷生片进行层叠。
作为配设了内部电极图案的陶瓷生片,在陶瓷生片11上使用了如下陶瓷生片(零阶梯片)1a,即,在形成了烧成后成为内部电极层2的内部电极图案12的区域与未形成内部电极图案12的区域之间无阶梯(参照图6B)。
若详细地说明,则在本实施方式中,如图6A所示,在陶瓷生片11上涂敷内部电极层用的导电性浆料从而形成了内部电极图案12之后,如图6B所示,在未形成内部电极图案12的区域形成陶瓷浆料层11a,由此制作了在形成了内部电极图案12的区域与未形成内部电极图案12的区域之间无阶梯的陶瓷生片即零阶梯片1a。
然后,如图7所示,以烧成后成为内部电极层的内部电极图案12被交替地向相反侧引出的方式对给定片数的零阶梯片1a进行了层叠。
在形成层叠体时,具体地,在将构成下侧的主面外层部的、未形成内部电极图案的陶瓷生片21a层叠了给定片数之后,将形成有内部电极图案12的上述的零阶梯片1a层叠给定片数,进而,将构成上侧的主面外层部的、未形成内部电极图案的陶瓷生片21b层叠给定片数,并进行压接,由此如图8所示制作了具有如下构造的未烧成的层叠体3a,即,内部电极图案12被交替地引出到相对的端面15,并且,在相对的侧面14也露出了内部电极图案12。
接下来,如图9所示,在未烧成的层叠体3a的、露出了内部电极图案12的相对的侧面14(图8)粘附陶瓷生片122,得到了露出了内部电极图案12的侧面14(图8)被陶瓷生片122被覆的、未烧成的被覆层叠体3b。
然后,对未烧成的被覆层叠体3b进行烧成,得到了烧成完的层叠体3。之后,如图1、图2所示,在层叠体3的第1端面15a形成第1外部电极4a,并在第2端面15b形成第2外部电极4b,使得与在层叠体3的第1端面15a以及第2端面15b露出的内部电极层2(2a、2b)导通,由此得到了层叠陶瓷电容器10。
另外,在本实施方式中,对形成一个层叠体3的方法进行了说明,但例如能够如以下说明的那样通过形成母层叠体并分割为各个层叠体的、所谓的多件同时加工(multi-production)的方法来制造。
首先,将下侧的外层部用的未形成内部电极图案的母生片、多个层叠体用的形成了成为内部电极的带状的母内部电极图案的母生片、以及上侧的外层部用的未形成内部电极图案的母生片按给定的方式层叠给定片数来形成母层叠体。
然后,在给定的位置对其进行分割,由此如图8所示制作具有如下构造的未烧成的层叠体3a,即,内部电极图案12被交替地引出到相对的端面15,并且,在相对的侧面14也露出了内部电极图案12。
接下来,如图9所示,在未烧成的层叠体3a的相对的侧面14粘附陶瓷生片122并进行烧成之后,形成外部电极,由此制作各个层叠陶瓷电容器。
另外,在该方法的情况下,在给定的位置对母层叠体进行分割时,上述的带状的母内部电极图案在与长边方向正交的方向上在给定的多个位置被切割,由此如图8所示会形成在侧面也露出了内部电极图案12的各个未烧成的层叠体3a。
另外,层叠陶瓷电容器一般通过这样的多件同时加工的方法来制造,本发明的层叠陶瓷电容器也能够通过该多件同时加工的方法来高效地制造。
在本实施方式涉及的层叠陶瓷电容器10中,如上所述,在陶瓷生片11上使用在形成了烧成后成为内部电极层2的内部电极图案12的区域与未形成内部电极图案12的区域之间无阶梯的陶瓷生片(零阶梯片)1a来形成层叠体3,但如图3所示意性地示出的那样,在被引出到第1端面15a的第1内部电极层2a的引出部2a1形成有弯曲部30。其理由虽然不一定明确,但可推测为,由于在图6B中的内部电极图案12、形成有内部电极图案12的区域、未形成内部电极图案的区域和用于消除其周围的阶梯的陶瓷浆料层11a之间形成的间隙等所引起的形变等,在压接工序中形成如上述那样的弯曲部30。另外,该弯曲部30在后述的不具备本发明的结构的以往的层叠陶瓷电容器中成为引起破裂缺损的发生、高温负载可靠性的下降的主要原因。
在本实施方式涉及的层叠陶瓷电容器10中,从层叠方向T观察,内部电极层2相互彼此重叠的区域即有效部20中的电介质陶瓷层1包含陶瓷材料,陶瓷材料包含Ba、Ti、Mn、稀土类和Si。更具体地,电介质陶瓷层1包含如下陶瓷材料,即,以BaTiO3为主要成分,包含Si、Mn,并且作为稀土类包含钬(Ho),进而作为微量成分包含V、Zr。
另外,在本实施方式中,作为稀土类使用了钬(Ho),但例如还能够单独或组合使用镝(Dy)、钇(Y)、还有钬(Ho)以外的镧系元素等其他稀土类。不过,在本发明中,作为稀土类,特别优选使用钬(Ho)、镝(Dy)、钇(Y)。
内部电极层2、即第1内部电极层2a、第2内部电极层2b例如由Ni、Cu、Ni、Ag、Pd、Ti、Cr以及Au等金属、或者这些金属的合金等形成。另外,内部电极层2也可以包含与电介质陶瓷层1中包含的陶瓷相同或类似的组成的电介质陶瓷粒子等电介质组成物作为共通材料。
在本实施方式涉及的层叠陶瓷电容器10中,外部电极4、即第1外部电极4a、第2外部电极4b具备:作为基底电极层的第1Ni层41、和形成在第1Ni层41上的作为镀覆层的第2Ni层42。
构成外部电极4的第1Ni层41例如通过涂敷并烧附包含玻璃且以Ni为主要的导电成分的导电性浆料来形成。
此外,构成外部电极4的第2Ni层42通过在作为基底电极层的第1Ni层41的表面实施Ni镀覆来形成。
通过将外部电极4设为如下结构,即,作为基底电极具备作为烧附电极的第1Ni层41,并且在其表面具备作为镀覆层的第2Ni层42,从而能够得到具备对层叠体3的接合强度大且表面致密、耐湿性等良好的外部电极的、可靠性高的层叠陶瓷电容器。
另外,形成第1Ni层41时的导电性浆料的烧附也可以与层叠体3的烧成同时进行。此外,也可以在层叠体3的烧成后,在层叠体3涂敷导电性浆料,然后进行烧附。
此外,作为基底电极层的第1Ni层41按25面积%以上且40面积%以下的比例含有与构成电介质陶瓷层1的电介质陶瓷相同或类似的组成的电介质组成物(在本实施方式中为电介质陶瓷粒子)作为共通材料。
像这样,通过使作为基底电极层的第1Ni层41按25面积%以上且40面积%以下的比例含有共通材料,从而能够使外部电极的膨胀率等物性接近层叠体,能够抑制裂缝等不良状况的发生,使可靠性提高。不过,若共通材料的比例变得过高,则有时导致导电性的下降,因此不超过40面积%为宜。
另外,外部电极4的构成材料、外部电极4的形成方法不限定于上述的例子,能够使用作为电极来使用的各种各样的材料通过公知的各种各样的方法来形成。
此外,还能够在上述第2Ni层42上例如通过镀覆来形成Sn层、焊料层,使得外部电极4的焊接性提高。
而且,在本发明的层叠陶瓷电容器10中,如图4、图5所示,从层叠方向T观察,将内部电极层2相互彼此重叠的区域设为有效部20时,将从层叠方向T夹着有效部20的区域设为主面外层部21,将从宽度方向W夹着有效部20的区域设为侧面外层部22,将从长度方向L夹着有效部20的区域设为端面外层部23,在该情况下构成为,端面外层部23的电介质陶瓷层中的Mn的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即Mn/Ti峰值强度比的值处于有效部20的宽度方向W、长度方向L以及层叠方向T的中央部G的电介质陶瓷层中的Mn的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即Mn/Ti峰值强度比的值的2倍以上且15倍以下的范围,并且,端面外层部23的电介质陶瓷层中的稀土类(在本实施方式中为钬(Ho))的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即稀土类/Ti峰值强度比的值变为有效部20的中央部G的电介质陶瓷层中的稀土类(在本实施方式中为钬(Ho))的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即稀土类/Ti峰值强度比的值的2倍以上且7倍以下的范围。
进而构成为,侧面外层部22的电介质陶瓷层中的Si的基于TEM-EDX的峰值强度相对于Ti的基于TEM-EDX的峰值强度之比即Si/Ti峰值强度比的值处于有效部20的中央部G的电介质陶瓷层中的Si的基于TEM-EDX的峰值强度相对于Ti的基于TEM-EDX的峰值强度之比即Si/Ti峰值强度比的值的2倍以上且5倍以下的范围,并且,侧面外层部22的电介质陶瓷层中的稀土类(在本实施方式中为钬(Ho))的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即稀土类/Ti峰值强度比的值处于有效部20的中央部G的电介质陶瓷层中的稀土类的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即稀土类/Ti峰值强度比的值的2倍以上且7倍以下的范围。
另外,作为用于使端面外层部23的电介质陶瓷层中的基于激光ICP的Mn/Ti峰值强度比、稀土类/Ti峰值强度比的值大于有效部20的上述中央部G的电介质陶瓷层中的Mn/Ti峰值强度比、稀土类/Ti峰值强度比的值的方法,例如能够适用如下方法等,即,在端面处的内部电极与电介质陶瓷层之间的阶梯部所产生的空隙填充陶瓷浆料,并且作为该陶瓷浆料使用与用于有效部的成为电介质陶瓷层的陶瓷生片相比Mn相对于Ti的比例以及稀土类相对于Ti的比例大的陶瓷浆料,在烧成时使其进行扩散。
此外,作为用于使侧面外层部22的电介质陶瓷层中的基于TEM-EDX的Si/Ti峰值强度比大于有效部20的上述中央部G的电介质陶瓷层中的基于TEM-EDX的Si/Ti峰值强度比,或者,使侧面外层部22的电介质陶瓷层中的基于激光ICP的稀土类(在本实施方式中为钬(Ho))/Ti峰值强度比的值大于有效部20的上述中央部G的电介质陶瓷层中的基于激光ICP的稀土类/Ti峰值强度比的值的方法,例如能够适用如下方法,即,作为构成侧面外层部22的成为电介质陶瓷层的陶瓷生片,使用与有效部20的中央部G的成为电介质陶瓷层的陶瓷生片相比Si相对于Ti的比例或稀土类(在本实施方式中为Ho)相对于Ti的比例大的陶瓷生片。
进而,还能够适用如下方法,即,作为构成侧面外层部22的成为电介质陶瓷层的陶瓷生片,例如使用与构成主面外层部21的陶瓷生片相同的陶瓷生片,另一方面,在构成侧面外层部22的成为电介质陶瓷层的陶瓷生片的外侧涂敷以比有效部20的中央部G的成为电介质陶瓷层的陶瓷生片高的比例包含Si、稀土类的浆料、粉体等,使其粘接固定在芯片表面,并在脱脂烧成时使其扩散。
另外,在本发明中,如上所述,以基于TEM-EDX的峰值强度之比对Si和Ti的关系进行规定,但这是考虑了如下情况,即,由于Si为轻元素,因此在基于激光ICP的测定中精度不够。于是,对于Si调查基于TEM-EDX的峰值强度,并且对于进行对比的Ti也调查基于TEM-EDX的峰值强度,通过两者的基于TEM-EDX的峰值强度比(Si/Ti峰值强度比)对Si和Ti的关系进行规定。即,在本发明中,侧面外层部22的电介质陶瓷层中的Si的基于TEM-EDX的峰值强度相对于Ti的基于TEM-EDX的峰值强度之比(Si/Ti峰值强度比)的值变为有效部20的中央部G中的电介质陶瓷层中的Si的基于TEM-EDX的峰值强度相对于Ti的基于TEM-EDX的峰值强度之比(Si/Ti峰值强度比)的值的2倍以上且5倍以下的范围。
不过,对于Mn和Ti的关系以基于激光ICP的Mn/Ti峰值强度比进行规定,并且对于稀土类和钛的关系也以基于激光ICP的稀土类/Ti峰值强度比进行规定。
在表1中,示出对在该实施方式中制作出的、具备本发明的要件的实施例1~16的各层叠陶瓷电容器、以及不具备本发明的要件的比较例1~15的各层叠陶瓷电容器进行了调查的、以下的各部分的峰值强度比的值。
(1)有效部以及端面外层部中的Mn的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP(激光发射光谱分析法)的峰值强度之比即Mn/Ti峰值强度比的值。
(2)有效部、端面外层部以及侧面外层部中的Ho的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP(激光发射光谱分析法)的峰值强度之比即Ho/Ti峰值强度比的值。
(3)有效部以及侧面外层部中的Si的基于TEM-EDX的峰值强度相对于Ti的基于TEM-EDX的峰值强度之比即Si/Ti峰值强度比的值。
[表1]
另外,表1中的峰值强度比具体地通过以下说明的方法来求出。
首先,将层叠陶瓷电容器10在其长度方向L的中央部(参照图2、图4、图5)沿着宽度方向W和层叠方向T切断,从而使有效部20的剖面露出。然后,对于使其露出的剖面的中央、即图2的中央部G中的视场为15μm×15μm的区域,进行Ti、Mn、稀土类(Ho)的基于激光ICP的分析,并求出了峰值强度比。
此外,如上所述,对于Si和Ti的关系,考虑到Si为轻元素且在基于激光ICP的测定中精度不够,对Si的基于TEM-EDX的峰值强度进行调查,并且对于进行对比的Ti也调查了基于TEM-EDX的峰值强度。
此外,侧面外层部以及端面外层部的电介质陶瓷层中的各成分的峰值强度,与测定上述有效部20的峰值强度的情况同样地,在长度方向L的中央部G(参照图2、图4、图5)沿着宽度方向W和层叠方向T切断,在使其露出的面中的侧面外层部以及端面外层部进行了测定。
不过,表1的有效部、侧面外层部以及端面外层部的各部位的Mn/Ti峰值强度比以及Ho/Ti峰值强度比的数值并不是Mn/Ti峰值强度比以及Ho/Ti峰值强度比的值本身,而是将有效部中的Mn/Ti峰值强度比以及Ho/Ti峰值强度比设为1,对各部位的Mn/Ti峰值强度比以及Ho/Ti峰值强度比进行标准化并进行了显示。
此外,表1的有效部中的Si/Ti峰值强度比和侧面外层部中的Si/Ti峰值强度比分别不是基于TEM-EDX的Si/Ti峰值强度比的值本身,而是将有效部中的Si/Ti峰值强度比设为1,对侧面外层部的Si/Ti峰值强度比进行标准化并进行了显示。
此外,在本实施方式中,对于作为具备本发明的要件的实施例的层叠陶瓷电容器、和作为不具备本发明的要件的比较例的层叠陶瓷电容器,调查了破裂缺损的发生状态(发生个数)、作为对高温负载可靠性进行判定的指标的平均故障时间(MTTF)、和短路发生率。将其结果一并示出于表1。
在此,所谓破裂缺损,是指从外部看到的最大直径为50μm以上的缺陷(外观构造缺陷)。另外,在表1中,对于100个试样进行外观检查,示出看到发生最大直径为50μm以上的缺陷的试样的个数。
此外,分别对于30个试样在120℃的高温的气氛内施加6.3V的电压,作为对高温负载可靠性进行判定的指标的平均故障时间(MTTF)是直到发生短路、绝缘电阻劣化等故障的时间的平均值。另外,在该平均故障时间(MTTF)比给定时间短的情况下,高温负载可靠性判定为“不良”。
例如,在将电介质陶瓷层的厚度设计为0.5μm的情况下,上述给定时间被设定为25个小时,在将电介质陶瓷层的厚度设计为0.4μm的情况下,上述给定时间被设定为20个小时。在本实施方式中,电介质陶瓷层的厚度为约0.5μm,因此在MTTF不足23个小时的情况下,高温负载可靠性会评价为“不良”,但在具备本发明的要件的实施例的试样的情况下,不存在MTTF不足23个小时而评价为“不良”的试样(参照表1)。
此外,表1中的短路发生率示出在用于调查高温负载可靠性(MTTF)的试验之前的阶段,对于在本实施方式中制作出的、实施例以及比较例的各试样调查了短路的发生状态的结果。
另外,在本实施方式中,在对该短路发生率进行调查的试验中,将未看到发生短路的试样提供给用于对上述的平均故障时间(MTTF)进行测定的高温负载可靠性试验。
如表1所示,在不具备本发明的特征性要件的比较例1~15的层叠陶瓷电容器的情况下,看到了破裂缺损、短路不良的发生,但在本实施方式涉及的层叠陶瓷电容器的情况下,未看到破裂缺损、短路不良的发生。
根据该结果可知,通过具备如下要件,从而可得到不易发生破裂缺损且高温负载可靠性高的层叠陶瓷电容器,所述要件是端面外层部的电介质陶瓷层中的Mn/Ti峰值强度比(基于激光ICP的峰值强度比)处于有效部的中央部的电介质陶瓷层中的Mn/Ti峰值强度比的2倍以上且15倍以下的范围,并且,端面外层部的电介质陶瓷层中的稀土类/Ti峰值强度比处于有效部的中央部的电介质陶瓷层中的稀土类/Ti峰值强度比的值的2倍以上且7倍以下的范围,侧面外层部的电介质陶瓷层中的Si/Ti峰值强度比(基于TEM-EDX的峰值强度比)处于有效部的中央部的电介质陶瓷层中的Si/Ti峰值强度比(基于TEM-EDX的峰值强度比)的2倍以上且5倍以下的范围,并且,侧面外层部的电介质陶瓷层中的稀土类/Ti峰值强度比(基于激光ICP的峰值强度比)处于有效部的中央部的电介质陶瓷层中的稀土类/Ti峰值强度比的2倍以上且7倍以下的范围。
另外,在本发明的实施方式涉及的层叠陶瓷电容器中,不易发生破裂、缺损且高温负载可靠性提高的理由虽然不一定明确,但可认为是基于如下(a)、(b)等理由,即,
(a)可促进Mn的扩散,内部电极的长度方向端部处的Mn的比例增加,并且可抑制构成电介质陶瓷层的陶瓷的晶粒生长,可改善元件平滑性,作为其结果,高温负载可靠性提高;
(b)可抑制构成电介质陶瓷层的陶瓷的晶粒生长,粒径变小从而晶界增加,变得容易吸收来自外部的冲击,破裂、缺损的发生减少,并且构造缺陷的发生率下降。
此外,在上述实施方式中,电介质陶瓷层包含以BaTiO3为主要成分的陶瓷,因此电介质陶瓷层中的Ti的含有率为约20摩尔%程度,在按这样的比例包含Ti的情况下,通过构成为在给定的部位包含Mn、稀土类、Si使得成为如上述那样的Mn/Ti峰值强度比、稀土类/Ti峰值强度比、Si/Ti峰值强度比,从而能够得到本发明的作用效果。
另外,在上述实施方式中,作为零阶梯片1a,使用了如下的陶瓷生片即零阶梯片1a,即,如图6B所示,通过在未形成内部电极图案12的区域、即陶瓷生片11的长边方向的一端侧的区域形成陶瓷浆料层11a,从而在形成了内部电极图案12的区域与未形成内部电极图案12的区域之间无阶梯,但例如也能够使用构成为如下那样的零阶梯片1a,即,如图10A所示,以仅一边被引出到陶瓷生片11的端部的方式,如图10B所示,通过在陶瓷生片11的表面所形成的内部电极图案12的周围配设陶瓷浆料层11a,从而在形成了内部电极图案12的区域与其周围的未形成内部电极图案12的区域之间变得无阶梯。在使用了图10B所示的零阶梯片1a的情况下,在得到的层叠体的侧面没有露出内部电极图案,因此不需要在层叠体的侧面粘附被覆用的陶瓷片。
另外,在使用图10B所示的零阶梯片1a的情况下,也能够适用所谓的多件同时加工的方法,即,使用将多个内部电极图案呈矩阵状地形成了许多的母生片来形成母层叠体并在给定的位置进行切割而分割为各个层叠体。在该情况下,在得到的各个层叠体的侧面没有露出内部电极图案,因此如上所述不需要在层叠体的侧面粘附陶瓷片。
此外,本发明不限于上述的使用了所谓的零阶梯片的层叠陶瓷电容器,在适用于使用在形成了内部电极图案的区域与未形成内部电极图案的区域之间有阶梯的陶瓷生片、即未设置阶梯消除用的陶瓷浆料层的陶瓷生片而制造的层叠陶瓷电容器的情况下,有时也能够抑制破裂、缺损的发生,使高温负载可靠性提高。
接下来,对适用本发明的优选的层叠陶瓷电容器的各部分的尺寸进行说明。
作为层叠陶瓷电容器的优选的尺寸的形态,例如可例示以下的形态。
<层叠陶瓷电容器的各部分的尺寸>
(品种1)
长度方向L的尺寸:0.32mm以上且0.36mm以下;
宽度方向W的尺寸:0.25mm以上且0.30mm以下;
层叠方向T的尺寸:0.25mm以上且0.30mm以下;
电介质陶瓷层的厚度:0.35μm以上且0.6μm以下;
内部电极层的厚度:0.3μm以上且0.4μm以下;
电介质陶瓷层以及内部电极层的厚度为有效部中的电介质陶瓷层以及内部电极层的平均厚度。
(品种2)
长度方向L的尺寸:0.1mm以上且0.12mm以下;
宽度方向W的尺寸:0.63mm以上且0.68mm以下;
层叠方向T的尺寸:0.62mm以上且0.68mm以下;
电介质陶瓷层的厚度:0.35μm以上且0.6μm以下;
内部电极层的厚度:0.3μm以上且0.4μm以下;
电介质陶瓷层以及内部电极层的厚度为有效部中的电介质陶瓷层以及内部电极层的平均厚度。
另外,在本发明的层叠陶瓷电容器中,与其外形尺寸无关地,内部电极层的厚度优选为0.4μm以下,更优选为0.3μm以下。
通过将内部电极层的厚度设为0.4μm以下,从而能够进一步薄层化,能够提高电容,并且能够防止内部电极和电介质层的收缩差所引起的剥离。
另外,通过将内部电极层的厚度设为0.3μm以下,从而能够更加可靠地防止剥离,但从确保内部电极层的覆盖范围的观点出发,通常设为0.2μm以上为宜。
进而,在本发明的层叠陶瓷电容器中,电介质陶瓷层的厚度优选为0.6μm以下。通过将电介质陶瓷层的厚度设为0.6μm以下,从而能够得到静电电容大的层叠陶瓷电容器。
不过,从防止内部电极层间的短路、高温负载可靠性的下降的观点出发,电介质陶瓷层的厚度通常优选为0.1μm以上。
<电介质陶瓷层和内部电极层的厚度的测定方法>
接下来,对电介质陶瓷层和内部电极层的厚度的测定方法进行说明。
例如,在对电介质陶瓷层的厚度进行测定时,如图11所示,空出给定的间隔S描绘多条直线La、Lb、Lc、Ld以及直线Le,测定直线La上的厚度Da、直线Lb上的厚度Db、直线Lc上的厚度Dc、直线Ld上的厚度Dd以及直线Le上的厚度De,将它们的平均值作为电介质陶瓷层的厚度。
同样地,在对内部电极层的厚度进行测定时,如图11所示,测定直线La上的厚度Ea、直线Lb上的厚度Eb、直线Lc上的厚度Ec、直线Ld上的厚度Ed以及直线Le上的厚度Ee,将它们的平均值作为内部电极层的厚度。
例如,在计算多个电介质陶瓷层的平均厚度时,对于将位于层叠方向T的大致中央的电介质陶瓷层和分别位于其两侧的各2层的电介质陶瓷层合起来的5层的电介质陶瓷层,分别通过上述的方法测定厚度,将其平均值作为多个电介质陶瓷层的平均厚度。此外,在计算多个内部电极层的平均厚度时,对于将位于层叠方向T的大致中央的内部电极层和分别位于其两侧的各2层的内部电极层合起来的5层的内部电极层,分别通过上述的方法测定厚度,将其平均值作为多个内部电极层的平均厚度。另外,在电介质陶瓷层(内部电极层)的层叠数不足5层的情况下,对于全部的电介质陶瓷层以及内部电极层,通过上述的方法测定厚度,将其平均值作为多个电介质陶瓷层以及内部电极层的平均厚度。
<外部电极中的共通材料的测定方法>
关于作为基底电极层的第1Ni层中的作为共通材料的陶瓷材料的含有量、即面积比率,通过使用了波长分散型X射线分析装置(WDX)的以下的方法来测定。首先,使层叠陶瓷电容器10的宽度方向W的中央区域的剖面露出,将层叠体3的层叠方向T的中央区域中的作为基底电极层的第1Ni层的厚度尺寸的中央区域放大到10000倍。进行了放大的区域的视场设为6μm×8μm。然后,通过WDX对进行了放大的区域进行匹配,根据通过匹配而得到的图像来测定面积比率(面积%)。
对本发明的实施方式进行了说明,但应认为本次公开的实施方式在所有的方面均为例示而非限制性的。本发明的范围由权利要求书示出,意图包含与权利要求书等同的意思以及范围内的全部的变更。
Claims (6)
1.一种层叠陶瓷电容器,具备:层叠体,包含被层叠的多个电介质陶瓷层和多个内部电极层;和外部电极,配设在所述层叠体的给定的位置,使得与所述内部电极层导通,其中,
所述电介质陶瓷层包含Ba、Ti、Mn、稀土类以及Si,
所述层叠体具备:
第1主面以及第2主面,在所述电介质陶瓷层和所述内部电极层的层叠方向上相对;
第1侧面以及第2侧面,在宽度方向上相对,所述宽度方向是与所述层叠方向和所述内部电极层向所述层叠体的表面引出的引出方向双方正交的方向;和
第1端面以及第2端面,在长度方向上相对,所述长度方向是与所述层叠方向和所述宽度方向双方正交的方向,
所述外部电极以与所述内部电极层连接的方式分别配设在所述第1端面以及所述第2端面,
从所述层叠方向观察,将所述内部电极层相互彼此重叠的区域设为有效部,
将从所述层叠方向夹着所述有效部的区域设为主面外层部,
将从所述宽度方向夹着所述有效部的区域设为侧面外层部,
将从所述长度方向夹着所述有效部的区域设为端面外层部,
在该情况下,
所述端面外层部的电介质陶瓷层中的Mn的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即Mn/Ti峰值强度比的值处于所述有效部的所述宽度方向、所述长度方向以及所述层叠方向的中央部的电介质陶瓷层中的Mn的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即Mn/Ti峰值强度比的值的2倍以上且15倍以下的范围,并且,所述端面外层部的电介质陶瓷层中的稀土类的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即稀土类/Ti峰值强度比的值处于所述有效部的所述中央部的电介质陶瓷层中的稀土类的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即稀土类/Ti峰值强度比的值的2倍以上且7倍以下的范围,
所述侧面外层部的电介质陶瓷层中的Si的基于TEM-EDX的峰值强度相对于Ti的基于TEM-EDX的峰值强度之比即Si/Ti峰值强度比的值处于所述有效部的所述中央部的电介质陶瓷层中的Si的基于TEM-EDX的峰值强度相对于Ti的基于TEM-EDX的峰值强度之比即Si/Ti峰值强度比的值的2倍以上且5倍以下的范围,并且,所述侧面外层部的电介质陶瓷层中的稀土类的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即稀土类/Ti峰值强度比的值处于所述有效部的所述中央部的电介质陶瓷层中的稀土类的基于激光ICP的峰值强度相对于Ti的基于激光ICP的峰值强度之比即稀土类/Ti峰值强度比的值的2倍以上且7倍以下的范围。
2.根据权利要求1所述的层叠陶瓷电容器,其中,
所述外部电极具备:
第1Ni层,形成在所述层叠体的所述第1端面以及所述第2端面;
第2Ni层,配置在所述第1Ni层上;和
Sn层,形成在所述第2Ni层上。
3.根据权利要求1或2所述的层叠陶瓷电容器,其中,
所述内部电极层的厚度为0.4μm以下。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的层叠陶瓷电容器,其中,
所述内部电极层的厚度为0.3μm以下。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的层叠陶瓷电容器,其中,
所述电介质陶瓷层的厚度为0.6μm以下。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的层叠陶瓷电容器,其中,
所述外部电极按25面积%以上且40面积%以下的比例含有构成所述电介质陶瓷层的电介质组成物。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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