DE102018104029A1 - Dielektrische zusammensetzung, dielektrisches element, elektronisches bauteil und elektronisches vielschichtbauteil - Google Patents

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    • C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • C04B2235/6584—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures at an oxygen percentage below that of air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6588—Water vapor containing atmospheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase

Abstract

Eine dielektrische Zusammensetzung, umfassend eine Hauptkomponente, ausgedrückt durch die chemische Formel (ABCDO, 0 ≤ x ≤ 5), wobei die Komponente „A“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ba, Ca und Sr, die Komponente „B“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu, die Komponente „C“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti und Zr, die Komponente „D“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nb und Ta, und die dielektrische Zusammensetzung 2,50 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger eines Oxids von Ge als erste Nebenkomponente bezogen auf 100 Mol der Hauptkomponente umfasst.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine dielektrische Zusammensetzung und ein die dielektrische Zusammensetzung als dielektrische Schicht verwendendes elektronisches Bauteil, das geeignet ist, unter Hochtemperaturbedingungen wie z. B. für ein Kraftfahrzeug verwendet zu werden.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Ein Keramikvielschicht-Kondensator wird in vielen elektronischen Geräten wegen seiner hohen Zuverlässigkeit und geringen Kosten eingebaut. Als spezifische elektronische Geräte seien Informationsgeräte, wie z. B. Mobiltelefone oder dergleichen, elektrische Haushaltsgeräte und elektronische Komponenten für Kraftfahrzeuge oder dergleichen erwähnt. Bei diesen muss der für ein Kraftfahrzeug verwendete Keramikvielschicht-Kondensator die Verwendung unter hoher Temperatur gewährleisten, verglichen mit dem für Informationsgeräte wie z. B. Mobiltelefone oder dergleichen verwendeten Keramikvielschicht-Kondensator; und die Funktion als Kondensator muss hoch zuverlässig sein, so dass sie selten beeinträchtigt wird. Als eine notwendige Eigenschaft zum Verhindern der Beeinträchtigung der Kondensatorfunktion bei kontinuierlicher Verwendung ist es wichtig, dass der Isolationswiderstand nicht beeinträchtigt wird, auch wenn eine Wechselspannung über einen langen Zeitraum anliegt. Das heißt, es ist wichtig, eine hohe temperaturbeschleunigte Lebensdauer aufzuweisen (die Zeit, die benötigt wird, bis ein anfänglicher Isolationswiderstand nach Beaufschlagen mit einer Temperatur und einer Spannung um eine Stelle abnimmt).
  • Insbesondere wird für den an einer Inverterschaltung unter Verwendung eines SiC- oder GaN-Leistungshalbleiters angebrachten Keramikvielschicht-Kondensator zum Beseitigen einer Stoßspannung, der zur Verwendung in einem hohen Temperaturbereich wie z. B. 150 °C oder höher vorgesehen ist, eine hohe Zuverlässigkeit in einem großen Temperaturbereich von -55 °C bis 200 °C gefordert.
  • Die Patentdruckschrift 1 offenbart einen Keramikvielschicht-Kondensator, der eine dielektrische Keramikzusammensetzung verwendet, die eine ausreichende Permittivität, eine stabile Kapazitäts-Temperatur-Charakteristik und einen hohen spezifischen Widerstand p auch bei einer hohen Temperatur von 175 °C oder dergleichen aufweist, wobei die dielektrische Keramikzusammensetzung einen Mischkristall zwischen einer Verbindung auf Perowskitstruktur-Basis und einer Verbindung auf Wolframbronzestrukturbasis, ausgedrückt durch eine Zusammensetzungsformel (1-a)(K1-xNax)(Sr1-y-zBayCaz)2Nb5O15-a(Ba1-bCab)TiO3 als Hauptkomponente und ferner 0,1 bis 40 Mol-Teile einer Nebenkomponente bezogen auf 100 Mol-Teile der Hauptkomponente aufweist.
  • Die Patentdruckschrift 2 offenbart eine dielektrische Keramikzusammensetzung mit einem Verbundoxid vom Wolframbronze-Typ, ausgedrückt durch die chemische Formel (K1-xNax)Sr2Nb5O15 (es wird angemerkt, dass 0 ≤ x ≤ 0,2 ist) als Hauptkomponente, wobei die einen hohen spezifischen Widerstand aufweisende dielektrische Keramikzusammensetzung bei Raumtemperatur durch Beifügen von 0,005 bis 20 Mol-Teilen von Seltenerdenelementen und 0,05 bis 40 Mol-Teilen von Mn, V und Li oder dergleichen als Nebenkomponenten erhalten werden kann.
  • Die Patentdruckschrift 3 offenbart die dielektrische Keramikzusammensetzung, die eine Hauptkomponente mit Bariumtitanat und Nebenkomponenten mit BaZrO3; einem Oxid von Mg; einem Seltenerdenelement; einem Oxid von Al oder dergleichen; und Si, Li, Ge, und B aufweist; wodurch eine ausgezeichnete hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer erhalten wird, und die dielektrische Keramikzusammensetzung in geeigneter Weise für die mittlere bis hohe Spannung verwendet werden kann.
    • [Patentdruckschrift 1] WO2008/155945
    • [Patentdruckschrift 2] WO2008/102608
    • [Patentdruckschrift 3] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-162830
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die Patentdruckschrift 1 ermöglicht es, gute Eigenschaften im Hinblick auf den spezifischen Widerstand zu erreichen, wenn eine Gleichspannung über etwa 1 Minute oder dergleichen im hohen Temperaturbereich angelegt wird, jedoch ist die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer unzureichend, wenn Wechselspannung kontinuierlich über einen langen Zeitraum angelegt wird. Ebenso verbessert die Patentdruckschrift 2 die Isolationseigenschaften bei Raumtemperatur durch Hinzufügen diverser Nebenkomponenten, aber die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer ist in einem hohen Temperaturbereich, zum Beispiel bei 250 °C, unzureichend. Auch erreicht die Patentdruckschrift 3 durch Nebenkomponenten von Ge oder dergleichen in einem Material auf Bariumtitanat-Basis vom Perowskit-Typ eine hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer bei Verwendung bei 150 °C, aber da die Hauptkomponente Bariumtitanat ist, ist die bei der Temperatur höher als 150 °C erreichte spezifische Permittivität niedrig, und es war schwierig, die gewünschte Kapazität zu erzielen.
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf derartige Umstände erfolgt, und es ist die Aufgabe, die dielektrische Zusammensetzung und das elektronische Bauteil oder dergleichen anzugeben, bei deren Verwendung eine ausgezeichnete Spannungsfestigkeit und ein ausgezeichneter spezifischer Widerstand sowie eine gute temperaturbeschleunigte Lebensdauer im hohen Temperaturbereich erreicht wird.
  • Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, ist die dielektrische Zusammensetzung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine dielektrische Zusammensetzung, umfassend eine Hauptkomponente, ausgedrückt durch die chemische Formel (A6-xBxCx+2D8-xO30, 0 ≤ x ≤ 5), wobei
    die Komponente „A“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ba, Ca und Sr,
    die Komponente „B“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu,
    die Komponente „C“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti und Zr,
    die Komponente „D“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nb und Ta, und
    die dielektrische Zusammensetzung 2,50 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger eines Oxids von Ge als erste Nebenkomponente bezogen auf 100 Mol der Hauptkomponente umfasst.
  • Die dielektrische Zusammensetzung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist 0,10 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger von Oxiden von mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn, Mg, V, W, Mo, Si, Li, B und Al als zweiter Nebenkomponente bezogen auf 100 Mol der Hauptkomponente auf.
  • Die dielektrische Zusammensetzung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine dielektrische Zusammensetzung mit Kristallkörnern und einer zwischen den Kristallkörnern angeordneten Korngrenze, wobei
    das Kristallkorn durch A6-xBxCx+2D8-xO30 (0 ≤ x ≤ 5) als Hauptkomponente ausgedrückt wird, die Komponente „A“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ba, Ca und Sr,
    die Komponente „B“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu,
    die Komponente „C“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti und Zr,
    die Komponente „D“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nb und Ta,
    die dielektrische Zusammensetzung ein Oxid von Ge als erste Nebenkomponente und ein Oxid von V als zweite Nebenkomponente umfasst, und
    ein Anteil der im Wesentlichen Ge aufweisenden Kristallkörner weniger als 10 % bezogen auf die Gesamtheit der Kristallkörner ist.
  • Die dielektrische Zusammensetzung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei, wenn eine durchschnittliche Konzentration von Ge in der Korngrenze C1 ist, und eine durchschnittliche Konzentration von Ge in den im Wesentlichen Ge aufweisenden Kristallkörnern C2 ist, dann ist C1/C2 10 oder mehr ist, ausgedrückt als Molverhältnis.
  • Die dielektrische Zusammensetzung gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist Kristallkörner und eine zwischen den Kristallkörnern angeordnete Korngrenze auf, wobei
    das Kristallkorn durch A6-xBxCx+2D8-xO30 (0 ≤ x ≤ 5) als Hauptkomponente ausgedrückt wird, die Komponente „A“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ba, Ca und Sr,
    die Komponente „B“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu,
    die Komponente „C“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti und Zr,
    die Komponente „D“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nb und Ta,
    die dielektrische Zusammensetzung ein Oxid von Ge als erste Nebenkomponente und ein Oxid von V als zweite Nebenkomponente umfasst, und
    wenn eine durchschnittliche Konzentration von Ge in der Korngrenze C1 ist, und eine durchschnittliche Konzentration von Ge in den im Wesentlichen Ge aufweisenden Kristallkörnern C2 ist, dann ist C1/C2 10 oder mehr ist, ausgedrückt als Molverhältnis.
  • Die dielektrische Zusammensetzung gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt einen Gehalt des Oxids von V von mehr als 1,0 Mol und 5,0 Mol oder weniger in Bezug auf V auf, und ein Gehalt des Oxids von Ge ist 10,0 Mol oder mehr und 17,5 Mol oder weniger in Bezug auf Ge, bezogen auf 100 Mol der Hauptkomponente.
  • Die dielektrische Zusammensetzung gemäß dem zweiten und dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt ein Oxid von mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn, Mg, W, Mo, Si, Li, B und Al, zusätzlich zu dem Oxid von V als zweiter Nebenkomponente auf, und der Gehalt von anderen Oxiden als dem Oxid von V ist 0,10 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger, bezogen auf jedes Element.
  • In der dielektrischen Zusammensetzung gemäß dem ersten bis dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Hauptkomponente bevorzugt eine Kristallstruktur vom Wolframbronze-Typ auf.
  • Da die dielektrische Zusammensetzung eine der oben erwähnten Eigenschaften erfüllt, ist die dielektrische Zusammensetzung für die Verwendung im hohen Temperaturbereich geeignet, wobei eine ausgezeichnete Spannungsfestigkeit und ein ausgezeichneter spezifischer Widerstand sowie eine gute hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer erreicht werden kann.
  • Weiterhin können die elektronischen Bauteile, die die dielektrische Schicht mit der dielektrischen Zusammensetzung wie oben ausgeführt aufweisen, als elektronische Bauteile für ein Kraftfahrzeug verwendet werden, wobei sie in dem Bereich zwischen dem niedrigen Temperaturbereich von -55 °C und 150 °C oder dergleichen eingesetzt werden, weiterhin können sie als Snubber-Kondensator für Halbleiter auf SiC- und GaN-Basis verwendende Leistungsbauteile eingesetzt werden, die bei noch höherer Temperatur von 250 °C oder dergleichen verwendet werden sollen, und können als Kondensatoren oder dergleichen zum Beseitigen von Rauschen im Motorraum des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
  • Das dielektrische Element gemäß der vorliegenden Erfindung weist die dielektrische Zusammensetzung auf, wie weiter oben ausgeführt.
  • Das elektronische Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung weist die aus der dielektrischen Zusammensetzung bestehende dielektrische Schicht auf, wie weiter oben ausgeführt.
  • Das elektronische Vielschichtbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Vielschichtteil auf, wobei eine interne Elektrode und eine die dielektrische Zusammensetzung umfassende dielektrische Schicht, wie weiter oben ausgeführt, in abwechselnder Weise gestapelt sind.
  • Figurenliste
    • [1] 1 stellt einen Querschnitt des Keramikvielschicht-Kondensators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • (Erste Ausführungsform)
  • Zunächst wird als elektronisches Vielschichtbauteil der vorliegenden Erfindung ein Keramikvielschicht-Kondensator erläutert. 1 zeigt einen Querschnitt eines allgemeinen Keramikvielschicht-Kondensators.
  • Der Keramikvielschicht-Kondensator 1 weist einen Kondensator-Elementkörper 10 auf, wobei eine dielektrische Schicht 2 und eine interne Elektrodenschicht 3 in abwechselnder Weise gestapelt sind. An beiden Enden dieses Kondensator-Elementkörpers 10 ist ein Paar von externen Elektroden 4 ausgebildet, die jeweils mit der in abwechselnder Weise in dem Kondensator-Elementkörper 10 eingebrachten internen Elektrodenschicht 3 leitend verbunden sind. Die Form dieses Kondensator-Elementkörpers 10 ist nicht spezifisch eingeschränkt, aber üblicherweise ist es eine rechtwinklige Parallelepiped-Form. Auch dessen Größe ist nicht spezifisch eingeschränkt, und es kann eine für die Verwendung geeignete Größe sein.
  • Die interne Elektrodenschicht 3 ist in der Weise gestapelt, dass jeder Endteil abwechselnd zu der Fläche von zwei entgegengesetzten Endflächen des Kondensator-Elementkörpers 10 freiliegt. Das Paar von externen Elektroden 4 ist an beiden Endflächen des Kondensator-Elementkörpers 10 ausgebildet und mit dem freigelegten Ende der internen Elektrodenschicht verbunden, die in abwechselnder Weise angeordnet ist wodurch die Kondensatorschaltung gebildet wird.
  • Die Dicke der dielektrischen Schicht 2 ist nicht spezifisch eingeschränkt, aber bevorzugt ist sie 100 µm oder weniger pro Schicht, und besonders bevorzugt 30 µm oder weniger pro Schicht. Die untere Grenze der Dicke ist nicht spezifisch eingeschränkt, und zum Beispiel ist sie 0,5 µm oder dergleichen. Gemäß der dielektrischen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann, auch wenn die Dicke der dielektrischen Schicht 2 zwischen 0,5 und 30 µm liegt, der Keramikvielschicht-Kondensator 1 mit der eine ausgezeichnete hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer erzielenden dielektrischen Schicht gebildet werden.
  • Die Anzahl der gestapelten dielektrischen Schichten 2 ist nicht spezifisch eingeschränkt, jedoch beträgt sie bevorzugt 20 oder mehr, und besonders bevorzugt 50 oder mehr.
  • Das leitende Material in der internen Elektrodenschicht 3 ist nicht spezifisch eingeschränkt, aber Ni, eine Legierung auf Basis von Ni, Cu oder eine Legierung auf Basis von Cu werden bevorzugt. Es wird angemerkt, dass 0,1 Massen-% oder weniger von diversen Spurenkomponenten wie z. B. P oder dergleichen in Ni, der Legierung auf Basis von Ni, Cu oder der Legierung auf Basis von Cu enthalten sein kann. Auch kann die interne Elektrodenschicht 3 unter Verwendung einer handelsüblichen Elektrodenpaste gebildet werden. Die Dicke der internen Elektrodenschicht 3 kann entsprechend der vorgesehenen Verwendung bestimmt werden.
  • Besonders bevorzugt ist das in der internen Elektrodenschicht 3 enthaltene leitende Material Ni oder eine Legierung auf Basis von Ni, da das Material der leitenden Schicht 2 reduktionsbeständig ist. Ganz besonders bevorzugt wird das Ni oder die Legierung auf Basis von Ni als Hauptkomponente verwendet, und weiterhin wird eine Nebenkomponente für die interne Elektrode, ausgewählt aus mindestens einem Element aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Li, Cr und Fe, der Hauptkomponente zugefügt.
  • Durch Hinzufügen der Nebenkomponente für die interne Elektrode, ausgewählt aus mindestens einem Element aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Li, Cr und Fe, zu dem Ni oder der Legierung auf Basis von Ni als Hauptkomponente der internen Elektrodenschicht 3 reagiert die oben erwähnte Nebenkomponente der internen Elektrode mit Sauerstoff, bevor Ni mit Sauerstoff in der Atmosphäre reagiert, um NiO zu bilden, wodurch eine Oxidbeschichtung der Nebenkomponente der internen Elektrode auf der Oberfläche von Ni gebildet wird. Somit muss der Sauerstoff in der Luft durch die Oxidbeschichtung der Nebenkomponente der internen Elektrode hindurchtreten, um mit Ni zu reagieren, und somit wird die Oxidation von Ni schwierig. Dadurch wird im Fall von kontinuierlicher Verwendung bei einer hohen Temperatur von 250 °C die Beeinträchtigung der Kontinuität und Leitfähigkeit der internen Elektrode mit Ni als Hauptkomponente durch die Oxidation selten auftreten.
  • Das in der externen Elektrode 4 enthaltene leitende Material ist nicht spezifisch eingeschränkt, jedoch können für die vorliegende Erfindung preiswertes Ni und Cu sowie Au, Ag und Pd mit einer hohen Wärmebeständigkeit und weiterhin Legierungen von diesen verwendet werden. Die Dicke der externen Elektrode 4 kann entsprechend auf Basis der Verwendung oder dergleichen bestimmt werden, aber üblicherweise sind 10 bis 50 µm oder dergleichen bevorzugt.
  • Als nächstes wird die die dielektrische Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung bildende dielektrische Zusammensetzung näher beschrieben.
  • Die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die im Folgenden genannte Hauptkomponente auf. Die Hauptkomponente wird durch die chemische Formel (A6-xBxCx+2D8-xO30, 0 ≤ x ≤ 5) ausgedrückt, wobei die Komponente „A“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ba, Ca und Sr, die Komponente „B“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu, die Komponente „C“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti und Zr, die Komponente „D“ mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nb und Ta. Im Folgenden wird jede Komponente erläutert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform für die Hauptkomponente, ausgedrückt durch die chemische Formel A6-xBxCx+2D8-xO30, ist die Komponente „B“ mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu. Da die Komponente „B“ in der Hauptkomponente enthalten ist, kann die dielektrische Zusammensetzung mit ausgezeichneter hochtemperaturbeschleunigter Lebensdauer und Spannungsfestigkeit unter Beibehaltung einer hohen spezifischen Permittivität erhalten werden.
  • Weiterhin ist „x“ eine Substitutionsmenge der Komponente „B“, und der Bereich ist 0 ≤ x ≤ 5 und bevorzugt 0 ≤ x ≤ 3. Daher ist in der vorliegenden Ausführungsform die Komponente „B“ in der Hauptkomponente eine frei wählbare Komponente. Wenn „x“ in dem oben erwähnten Bereich liegt, kann die dielektrische Zusammensetzung mit ausgezeichneter hochtemperaturbeschleunigter Lebensdauer erhalten werden.
  • Zum Beispiel kann durch Verwenden von A6C2D8O30 (wenn x = 0), A5B1C3D7O30 (wenn x = 1), A4B2C4D6O30 (wenn x = 2) oder A3B3C5D5O30 (wenn x = 3) als Hauptkomponente die dielektrische Zusammensetzung mit ausgezeichneter hochtemperaturbeschleunigter Lebensdauer erhalten werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist für die Hauptkomponente, ausgedrückt durch die chemische Formel A6-xBxCx+2D8-xO30, die Komponente „A“ mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ba, Ca und Sr; und die Substitutionsmenge davon ist (6 - x). In der vorliegenden Ausführungsform ist, da „x“ 0 ≤ x ≤ 5 erfüllt, die Komponente „A“ immer vorhanden. Durch Vorsehen der Komponente „A“, von der in der Hauptkomponente die Substitutionsmenge (6 - x) ist, kann die dielektrische Zusammensetzung mit ausgezeichneter hochtemperaturbeschleunigter Lebensdauer und Spannungsfestigkeit erhalten werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist für die Hauptkomponente, ausgedrückt durch die chemische Formel A6-xBxCx+2D8-xO30, die Komponente „C“ mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti und Zr, und die Substitutionsmenge davon ist (2 + x). Durch Vorsehen der Komponente „C“ in der Hauptkomponente, von der die Substitutionsmenge (2 + x) ist, wird die Bandlücke erhöht, und die dielektrische Zusammensetzung mit ausgezeichneter Spannungsfestigkeit und spezifischer Permittivität kann erhalten werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist für die Hauptkomponente, ausgedrückt durch die chemische Formel A6-xBxCx+2D8-xO30, die Komponente „D“ mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nb und Ta, und die Substitutionsmenge davon ist (8 - x). In der vorliegenden Ausführungsform ist, da „x“ 0 ≤ x ≤ 5 erfüllt, die Komponente „D“ immer vorhanden. Durch Vorsehen der Komponente „D“, von der in der Hauptkomponente die Substitutionsmenge (8 - x) ist, wird die Kristallstruktur vom Wolframbronze-Typ auf einfache Weise beibehalten, und die dielektrische Zusammensetzung mit ausgezeichneter Spannungsfestigkeit kann erhalten werden.
  • Die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist das Oxid von Ge als erste Nebenkomponente auf. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass durch Vorsehen des Oxids von Ge als erste Nebenkomponente in der dielektrischen Zusammensetzung die Bewegung eines Sauerstoffdefekts unterdrückt werden kann, wovon man annimmt, dass dies die Beeinträchtigung der hochtemperaturbeschleunigten Lebensdauer verursacht.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Gehalt des Oxids von Ge als erste Nebenkomponente 2,50 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger, bevorzugt 5,00 Mol oder mehr und 18,00 Mol oder weniger, und besonders bevorzugt 10,00 Mol oder mehr und 17,50 Mol oder weniger, bezogen auf 100 Mol der Hauptkomponente. Dadurch, dass der Gehalt des Oxids von Ge als erste Nebenkomponente in dem oben erwähnten Bereich liegt, kann die Bewegung eines Sauerstoffdefekts unterdrückt werden, wovon man annimmt, dass dies die Beeinträchtigung der hochtemperaturbeschleunigten Lebensdauer verursacht, und eine ausreichende hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer kann erhalten werden.
  • Die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist bevorzugt Oxide von mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn, Mg, V, W, Mo, Si, Li, B und Al als zweite Nebenkomponente auf. Weiterhin ist der Gehalt der zweiten Nebenkomponente bevorzugt 0,05 Mol oder mehr und 30,00 Mol oder weniger, besonders bevorzugt 0,10 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger, bezogen auf 100 Mol der Hauptkomponente. Dadurch, dass der Gehalt der zweiten Nebenkomponente in dem oben erwähnten Bereich liegt, kann die Spannungsfestigkeit und der spezifische Widerstand noch weiter verbessert werden. Weiterhin wird die Bewegung des Sauerstoffdefekts unterdrückt, wovon man annimmt, dass dies die Beeinträchtigung der hochtemperaturbeschleunigten Lebensdauer verursacht, womit die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer noch mehr verbessert wird.
  • Es wird angemerkt, dass die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform Spurenmengen von Verunreinigungen und andere Nebenkomponenten aufweisen kann, so lange diese die Eigenschaften wie z. B. die spezifische Permittivität, den spezifischen Widerstand, die Spannungsfestigkeit und die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer oder dergleichen nicht signifikant beeinträchtigen. Zum Beispiel kann die dielektrische Zusammensetzung Ba, Ni, Cr, Zn, Cu und Ga oder dergleichen enthalten. Der Gehalt der Hauptkomponente bezogen auf die gesamte dielektrische Zusammensetzung ist nicht spezifisch eingeschränkt, aber zum Beispiel kann er 60,0 Mol % oder mehr und 97,5 Mol % oder weniger bezogen auf die gesamte dielektrische Zusammensetzung einschließlich der Hauptkomponente sein.
  • Weiterhin enthält in der dielektrischen Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Hauptkomponente bevorzugt nicht im Wesentlichen Alkalimetalle, die stark flüchtig sind. Indem keine Alkalimetalle vorhanden sind, hat die dielektrische Zusammensetzung kaum einen Gitterdefekt, ein leitendes Elektron wird selten gebildet, und somit wird ein hoher spezifischer Widerstand erhalten. Weiterhin nimmt man an, dass eine elektrolytische Reduktionsreaktion selten bei hoher Temperatur und einem starken elektrischen Feld auftritt. Daher wird das durch die Reduktionsreaktion erzeugte leitende Elektron an einer Zunahme gehindert; somit nimmt man an, dass sich eine ausgezeichnete hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer ergibt. Es wird angemerkt, dass nicht im Wesentlichen Alkalimetall enthaltend zum Beispiel bedeutet, dass der Gehalt des Alkalimetalls 1,0 at-% oder weniger bezogen auf die gesamten in der Hauptkomponente enthaltenen Elemente ist.
  • Für die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die Hauptkomponente bevorzugt die Kristallstruktur vom Wolframbronze-Typ. Die Existenz der Kristallstruktur vom Wolframbronze-Typ in der Hauptkomponente kann durch ein Röntgendiffraktions (XRD)-Muster der dielektrischen Zusammensetzung überprüft werden.
  • Für die vorliegende Ausführungsform kann die Hauptkomponente, wenn die Hauptkomponente, ausgedrückt durch die chemische Formel A6-xBxCx+2D8-xO30, 0 ≤ x ≤ 3 erfüllt, auf einfache Weise die Kristallstruktur vom Wolframbronze-Typ aufzuweisen.
  • Da die Hauptkomponente die Kristallstruktur vom Wolframbronze-Typ aufweist, kann auf einfache Weise eine hohe Spannungsfestigkeit erhalten werden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung vermuten den Grund dafür, wie im Folgenden diskutiert. Wenn die Hauptkomponente der vorliegenden Ausführungsform die Kristallstruktur vom Wolframbronze-Typ hat, wird die Bandlücke erhöht, somit ist es schwierig für das Elektron in dem Valenzband, in ein Leitungsband angeregt zu werden, und daher kann eine Trägerkonzentration der Elektronen, die die Majoritätsträger für die Leitung sind, unterdrückt werden. Weiterhin wird im Hinblick auf eine Elektronenlawine, die der typische Durchbruchmodus der Spannungsfestigkeit ist, angenommen, dass die Trägerkonzentration der leitenden Elektronen als Majoritätsträger einen Einfluss hat. Wenn die Hauptkomponente die Kristallstruktur vom Wolframbronze-Typ aufweist, kann die Trägerkonzentration dieser Elektronen als Majoritätsträger auf einen niedrigen Wert unterdrückt werden, und somit nimmt man an, dass der Durchbruch durch die Elektronenlawine selten auftritt. Weiterhin kann, wenn die Bandlücke vergrößert wird, die Bandlücke mit einer bestimmten Breite beibehalten werden, auch wenn ein starkes elektrisches Feld anliegt, somit kann auf einfache Weise eine hohe Spannungsfestigkeit auch in einem starken elektrischen Feld erhalten werden.
  • Von daher weist die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform gute Eigenschaften auch im hohen Temperaturbereich auf, somit kann sie in geeigneter Weise in dem Temperaturbereich des Leistungsbauteils auf Basis von SiC oder GaN verwendet werden (zum Beispiel -55 °C bis 250 °C). Weiterhin kann sie in geeigneter Weise für das elektronische Bauteil zum Beseitigen von Rauschen unter rauen Bedingungen wie z. B. im Motorraum des Kraftfahrzeugs oder dergleichen verwendet werden.
  • Als nächstes wird ein Beispiel für das Herstellverfahren des in 1 gezeigten Keramikvielschicht-Kondensators erläutert.
  • Der Keramikvielschicht-Kondensator 1 der vorliegenden Ausführungsform wird ähnlich wie der herkömmliche Keramikvielschicht-Kondensator hergestellt, das heißt, der Grünchip wird durch ein Druckverfahren oder ein Folienverfahren oder dergleichen unter Verwendung einer Paste hergestellt, dann wird dies kalziniert, gefolgt von Beschichten der externen Elektrode und Sintern, wodurch der Keramikvielschicht-Kondensator 1 der vorliegenden Ausführungsform hergestellt wird. Hiernach wird das nicht einschränkende Beispiel des Herstellverfahrens erläutert.
  • Zunächst wird ein kalziniertes Pulver der Hauptkomponente hergestellt. Als Ausgangsmaterial kann ein Materialpulver eines Oxids, das vorwiegend aus Sr, Ba, Ca, Ti, Zr, Nb, Ta und einer Mischung davon gebildet ist, verwendet werden. Weiterhin kann es aus diversen Verbindungen ausgewählt werden, die die oben erwähnten Oxide und Verbundoxide durch Kalzinieren bilden, wie z. B. Carbonat-, Oxalat-, Nitrat-, Hydroxid-, organometallische Verbindungen oder dergleichen, und kann dann nach Mischen derselben verwendet werden. Insbesondere kann SrO als Material von Sr verwendet werden, und SrCO3 kann ebenfalls verwendet werden. Die durchschnittliche Partikelgröße des Materialpulvers ist bevorzugt 1,0 µm oder weniger. Nach Wiegen jeder Komponente, um so die vorgegebenen Anteile der Zusammensetzung zu erreichen, wird ein Nassmischen über eine vorgegebene Zeit unter Verwendung einer Kugelmühle ausgeführt. Nach Trocknen des erhaltenen gemischten Pulvers wird eine Wärmebehandlung bei 1000 °C oder weniger in der Luft ausgeführt, wodurch das kalzinierte Pulver der Hauptkomponente erhalten wird.
  • Das kalzinierte Pulver der Nebenkomponente wird hergestellt. Als Material der Nebenkomponente ist es nicht spezifisch eingeschränkt, und das Oxid von jeder Komponente und die Mischung davon kann als Materialpulver verwendet werden. Zum Beispiel kann als Ausgangsmaterial der ersten Nebenkomponente GeO2-Pulver mit der durchschnittlichen Partikelgröße von 2,0 µm oder weniger verwendet werden. Weiterhin kann als Ausgangsmaterial der zweiten Nebenkomponente das Oxid von Mn, Mg, Co, V, W, Mo, Si, Li, B und die Mischung davon als Materialpulver verwendet werden. Weiterhin kann das Ausgangsmaterial aus diversen Verbindungen ausgewählt werden, die die oben erwähnte Oxide und Verbundoxide durch Kalzinieren bilden, wie z. B. Carbonat-, Oxalat-, Nitrat-, Hydroxid-, organometallische Verbindungen oder dergleichen, und das Ausgangsmaterial kann nach Mischen derselben verwendet werden. Insbesondere können MgO oder MgCO3 als Material von Mg verwendet werden. Nach Wiegen jeder Komponente, um so die vorgegebenen Anteile der Zusammensetzung zu erreichen, wird ein Nassmischen über eine vorgegebene Zeit unter Verwendung einer Kugelmühle ausgeführt. Nach Trocknen des erhaltenen gemischten Pulvers wird eine Wärmebehandlung über 1 bis 5 Stunden bei 700 °C bis 800 °C in der Luft ausgeführt, wodurch das kalzinierte Pulver der Nebenkomponenten erhalten wird. Es wird angemerkt, dass das gemischte Pulver nach dem Trocknen, aber vor der Wärmebehandlung ebenfalls verwendet werden kann.
  • Dann werden das kalzinierte Pulver der erhaltenen Hauptkomponente und das kalzinierte Pulver der Nebenkomponenten oder das gemischte Pulver der Nebenkomponenten gemischt und gemahlen, wodurch das dielektrische Zusammensetzungsmaterial erhalten wird. Das dielektrische Zusammensetzungsmaterial ist zum Beispiel das gemischte Pulver mit der durchschnittlichen Partikelgröße von 0,5 µm bis 2,0 µm.
  • Das obige erhaltene dielektrische Zusammensetzungsmaterial wird zu einer Paste gestaltet, um eine Paste für eine dielektrische Schicht herzustellen. Die Paste für eine dielektrische Schicht kann eine Paste auf organischer Basis sein, wobei das dielektrische gemischte Pulver und der organische Träger miteinander verknetet werden, oder es kann eine Paste auf Wasserbasis sein.
  • Der organische Träger wird durch Auflösen eines Bindemittels in einem organischen Lösungsmittel erhalten. Das in dem organischen Träger verwendete Bindemittel ist nicht spezifisch eingeschränkt und kann geeignet aus diversen üblichen Bindemitteln wie z. B. Ethylcellulose und Polyvinylbutyral oder dergleichen ausgewählt werden. Weiterhin ist das verwendete organische Lösungsmittel nicht spezifisch eingeschränkt und kann geeignet aus diversen organischen Lösungsmitteln wie z. B. Terpineol, Butylcarbitol, Aceton und Toluol oder dergleichen gemäß dem verwendeten Verfahren wie z. B. einem Druckverfahren oder einem Folienverfahren oder dergleichen ausgewählt werden.
  • Weiterhin können, wenn eine Paste auf Wasser-Basis für eine dielektrische Schicht verwendet wird, die dielektrischen Materialien mit einem Träger auf Wasser-Basis verknetet werden, der durch Auflösen eines wässrigen Bindemittels und eines Dispergiermittels oder dergleichen in Wasser erhalten wird. Das für den Träger auf Wasser-Basis verwendete wässrige Bindemittel ist nicht spezifisch eingeschränkt, und zum Beispiel können Polyvinylalkohol, Cellulose, wässriges acrylisches Harz oder dergleichen verwendet werden.
  • Eine Paste für die interne Elektrodenschicht wird durch Verkneten von leitenden Materialien aus den diversen oben erwähnten leitenden Metallen und Legierungen oder diversen Oxiden, organometallischen Verbindungen und Harzen oder dergleichen, die nach dem Kalzinieren die oben erwähnten leitenden Materialien werden, mit dem oben erwähnten organischen Träger erhalten.
  • Eine Paste für die externe Elektrode kann wie die oben erwähnte Paste für die interne Elektrodenschicht erhalten werden.
  • Der Gehalt von organischem Träger in jeder der oben erwähnten Pasten ist nicht spezifisch eingeschränkt und kann ein üblicher Gehalt wie zum Beispiel 1 bis 5 Gew.-% oder dergleichen des Bindemittels und 10 bis 50 Gew.-% oder dergleichen des Lösungsmittels sein. Weiterhin können in jeder Paste die Zusätze enthalten sein, die aus einer Vielzahl von Dispergiermitteln, Weichmachern, Dielektrika, Isolatoren oder dergleichen ausgewählt werden, falls benötigt. Der Gesamtgehalt von diesen ist bevorzugt 10 Gew.-% oder weniger.
  • Beim Verwenden des Druckverfahrens werden die Paste für eine dielektrische Schicht und die Paste für die interne Elektrodenschicht auf ein Substrat wie z. B. PET oder dergleichen aufgedruckt, um Schichten zu bilden, und nach dem Schneiden in eine vorgegebene Form wird der Grünchip nach Entfernung von dem Substrat erhalten.
  • Weiterhin wird beim Verwenden des Folienverfahrens eine Grünfolie durch Verwenden der Paste für eine dielektrische Schicht gebildet, und die Paste für die interne Elektrodenschicht wird darauf aufgedruckt, wobei diese dann gestapelt werden, um den Grünchip zu bilden.
  • Vor dem Sintern wird der Grünchip einer Behandlung zur Bindemittelentfernung unterzogen. Die Bedingungen für die Bindemittelentfernung sind eine Temperaturerhöhungsrate von bevorzugt 5 °C/Stunde bis 300 °C/Stunde, eine Haltetemperatur von bevorzugt 180 °C bis 500 °C und eine Temperaturhaltezeit von bevorzugt 0,5 Stunden bis 24 Stunden. Weiterhin ist die Atmosphäre bei der Bindemittelentfernung Luft oder eine reduzierte Atmosphäre. Während der Behandlung zur Bindemittelentfernung kann, um N2-Gas oder gemischtes Gas oder dergleichen zu befeuchten, zum Beispiel ein Befeuchter oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall ist die Wassertemperatur bevorzugt 5 °C bis 75 °C oder dergleichen.
  • Die Haltetemperatur beim Sintern ist bevorzugt 1100 °C bis 1400 °C. Falls die Haltetemperatur unterhalb dieses Bereichs liegt, wird die Verdichtung unzureichend; und falls sie diesen Bereich übersteigt, kann ein Brechen der Elektrode wegen abnormer Sinterung der internen Elektrodenschicht auftreten, und es kann eine Beeinträchtigung der Kapazitäts-Temperatur-Eigenschaften wegen der Dispersion des Aufbaumaterials der internen Elektrodenschicht auftreten. Weiterhin können, falls die Haltetemperatur den oben erwähnten Bereich überschreitet, die Kristallkörner rau werden, und die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer kann abnehmen.
  • Die Temperaturerhöhungsrate ist bevorzugt 200 °C /Stunde bis 500 °C /Stunde. Um die Größenverteilung nach dem Sintern in den Bereich von 0,5 µm bis 5,0 µm zu regeln, und um auch die Volumenvergrößerung der Kristallkörner zu unterdrücken, ist die Temperaturhaltezeit bevorzugt 0,5 Stunden bis 2,0 Stunden, und die Temperaturabsenkungsrate ist bevorzugt 100 °C /Stunde bis 500 °C /Stunde.
  • Weiterhin wird als Sinteratmosphäre das gemischte Gas von nassem N2 und H2 verwendet, und das Sintern wird bevorzugt unter einem Sauerstoffpartialdruck von 10-2 bis 10-6 Pa ausgeführt. Jedoch wird im Fall, dass das Sintern unter dem hohen Sauerstoffpartialdruck ausgeführt wird, falls die interne Elektrodenschicht Ni aufweist, das Ni oxidiert, und die Leitfähigkeit der Elektrode nimmt ab. In diesem Fall weist das leitende Material mit Ni als Hauptkomponente, was die besonders bevorzugte Ausführungsform als die vorliegende Ausführungsform ist, mindestens eine Nebenkomponente der internen Elektroden auf, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Li, Cr und Fe, wodurch die Oxidationsbeständigkeit von Ni verbessert wird. Somit kann auch in der Atmosphäre mit hohem Sauerstoffpartialdruck die Leitfähigkeit der internen Elektrodenschicht sichergestellt werden.
  • Nach dem Sintern zu dem erhaltenen Kondensatorelement wird die Ausheilungsbehandlung ausgeführt, falls notwendig. Die Ausheilungsbedingung kann eine bekannte Bedingung sein. Zum Beispiel ist der Sauerstoffpartialdruck während der Ausheilungsbehandlung höher als der Sauerstoffpartialdruck während des Sinterns, und die Haltetemperatur ist bevorzugt 1000 °C oder weniger.
  • Weiterhin kann gemäß Obigem das Herstellverfahren unabhängig das Sintern und die Ausheilungsbehandlung ausführen, aber es kann kontinuierlich ausgeführt werden.
  • Der gemäß Obigem erhaltene Kondensator-Elementkörper wird einer Endflächenpolitur zum Beispiel durch Trommelpolieren oder Sandstrahlen oder dergleichen unterzogen, dann wird die Paste für die externe Elektrode beschichtet und gesintert, wodurch die externe Elektrode 4 gebildet wird. Dann wird je nach Bedarf eine Beschichtung durch Galvanisieren oder dergleichen auf der Oberfläche der externen Elektrode 4 gebildet.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Im Folgenden wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Teile, die im Folgenden nicht beschrieben werden, sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die dielektrische Zusammensetzung, bestehend aus den Kristallkörnern und der zwischen den Kristallkörnern angeordneten Korngrenze. Die weiter oben erwähnte Korngrenze weist die intergranulare Grenze, die zwischen zwei Kristallkörnern vorliegt, und die mehreren Knotenpunkte auf, die zwischen drei oder mehr Kristallkörnern existieren. Weiterhin weisen die Kristallkörner die Hauptkomponente auf, ausgedrückt durch die chemische Formel (A6-xBxCx+2D8-xO30, 0 ≤ x ≤ 5). Weiterhin kann, falls die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird, ein Teil von Körnern, die aus anderen Ablagerungen als die Hauptkomponente gebildet sind, vorhanden sein.
  • In der dielektrischen Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist Ge in hoher Konzentration in der Korngrenze vorhanden. Als Ergebnis ist der numerische Anteil von Kristallkorn, das nicht im Wesentlichen Ge aufweist, 90 % oder mehr, bezogen auf die gesamten Kristallkörner. Das heißt, der numerische Anteil der im Wesentlichen Ge aufweisenden Kristallkörner ist weniger als 10 %. Es wird angemerkt, dass „das nicht im Wesentlichen Ge aufweisende Kristallkorn“ bedeutet, dass die Fläche des Bereichs, wo Ge vorhanden ist, 10 % oder weniger in dem Querschnitt des Kristallkorns ist. Das heißt, in der dielektrischen Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform existiert Ge nicht im Wesentlichen in 90 % oder mehr der Kristallkörner, und ein großer Teil von Ge liegt in der Korngrenze vor.
  • Weiterhin kann unter Verwendung von FE-TEM-EDX (Transmissionselektronenmikroskop-Energiedispersive Röntgenspektroskopie) am Querschnitt des Kristallkorns überprüft werden, das heißt, am Querschnitt der dielektrischen Zusammensetzung einschließlich des Kristallkorns, ob das Kristallkorn im Wesentlichen Ge aufweist. Weiterhin ist die Bedingung für EDX bei der vorliegenden Ausführungsform ein Sondendurchmesser von 1 nm und eine Beschleunigungsspannung von 200 kV. In diesem Fall ist der Bereich, wo Ge erfasst wird, als der Bereich definiert, wo Ge vorhanden ist, unabhängig von der Menge von erfasstem Ge. Weiterhin ist zum Berechnen des numerischen Anteils des nicht im Wesentlichen Ge aufweisenden Kristallkorns der Beobachtungsbereich der Bereich, bei dem der Querschnitt von mindestens 100 Kristallkörnern beobachtet werden kann.
  • Weiterhin ist, wenn die durchschnittliche Konzentration von Ge in der Korngrenze C1 ist, und die durchschnittliche Konzentration von Ge in dem im Wesentlichen Ge aufweisenden Kristallkorn C2 ist, dann C1/C2 bevorzugt 10 oder mehr, bezogen auf den Molgehalt, und besonders bevorzugt 20 oder mehr. Wenn C1/C2 10 oder mehr ist, kann die Bewegung des Sauerstoffdefekts, wovon man annimmt, dass dies die Beeinträchtigung der hochtemperaturbeschleunigten Lebensdauer verursacht, wegen der hohen Konzentration von Ge an der Korngrenze unterdrückt werden. Weiterhin kann in einfacher Weise die dielektrische Zusammensetzung mit der hochtemperaturbeschleunigten Lebensdauer erhalten werden.
  • Die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist mindestens das Oxid von Ge als erste Nebenkomponente und das Oxid von V als zweite Nebenkomponente auf. Dadurch, dass das Oxid von Ge und das Oxid von V gleichzeitig vorliegen, kann das Feststoffauflösen von Ge an dem Kristallkorn unterdrückt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Gehalt des Oxids von Ge als erster Nebenkomponente bevorzugt 10,0 Mol oder mehr und 17,5 Mol oder weniger in Bezug auf Ge, bezogen auf 100 Mol der oben erwähnten Hauptkomponente. Dadurch, dass der Gehalt des Oxids von Ge als erste Nebenkomponente in dem oben erwähnten Bereich liegt, kann die Bewegung des Sauerstoffdefekts, wovon man annimmt, dass dies die Beeinträchtigung der hochtemperaturbeschleunigten Lebensdauer verursacht, unterdrückt werden, und eine noch ausgezeichnetere hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer kann auf einfache Weise erhalten werden. Weiterhin ist der Gehalt des Oxids von V als zweite Nebenkomponente bevorzugt mehr als 1,00 Mol und 5,0 Mol oder weniger in Bezug auf V, bezogen auf 100 Mol der oben erwähnten Hauptkomponente. Dadurch kann der Anteil des Kristallkorns, das nicht im Wesentlichen Ge aufweist, auf 95 % erhöht werden, und die durchschnittliche Konzentration von Ge in der Korngrenze kann erhöht werden, womit eine noch ausgezeichnetere hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer auf einfache Weise erhalten werden kann.
  • Die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist bevorzugt ferner das Oxid von mindestens einem Element auf, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn, Mg, W, Mo, Si, Li, B und Al als zweite Nebenkomponente, zusätzlich zu dem Oxid von V. Weiterhin ist der Gehalt einer anderen zweiten Nebenkomponente als dem Oxid von V bevorzugt 0,10 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger von jedem Element, bezogen auf 100 Mol der oben erwähnten Hauptkomponente. Dadurch, dass der Gehalt der anderen zweiten Nebenkomponente als dem Oxid von V in dem oben erwähnten Bereich liegt, sind die Spannungsfestigkeit und der spezifische Widerstand weiter verbessert. Weiterhin liegt die Bewegung des Sauerstoffdefekts, wovon man annimmt, dass dies die Beeinträchtigung der hochtemperaturbeschleunigten Lebensdauer verursacht, unterdrückt, und eine hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer ist weiter verbessert.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Im Folgenden wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Teile, die im Folgenden nicht beschrieben werden, sind die gleichen wie bei der zweiten Ausführungsform.
  • Für die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, wenn die durchschnittliche Konzentration von Ge in der Korngrenze C1 ist, und die durchschnittliche Konzentration von Ge in dem im Wesentlichen Ge aufweisenden Kristallkorn C2 ist, dann C1/C2 bevorzugt 10 oder mehr, bezogen auf den Molgehalt. Weiterhin ist besonders bevorzugt C1/C2 20 oder mehr. Wenn C1/C2 10 oder mehr ist, kann die Bewegung des Sauerstoffdefekts, wovon man annimmt, dass dies die Beeinträchtigung der hochtemperaturbeschleunigten Lebensdauer verursacht, wegen der hohen Konzentration von Ge an der Korngrenze unterdrückt werden. Weiterhin kann die dielektrische Zusammensetzung auf einfache Weise mit einer hohen temperaturbeschleunigten Lebensdauer geliefert werden.
  • Weiterhin ist für die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der numerische Anteil des Kristallkorns, das nicht im Wesentlichen Ge aufweist, bevorzugt 90 % oder mehr, bezogen auf die gesamten Kristallkörner.
  • Weiter oben sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese beschränkt, und sie kann innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung auf diverse Weisen modifiziert werden.
  • BEISPIEL
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung durch Bezug auf spezifische Beispiele näher beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese beschränkt. Es wird angemerkt, dass die mit „*“ in den Tabellen 1 bis 4 gekennzeichneten Proben außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen.
  • (Beispiel 1)
  • Als Ausgangsmaterial der Hauptkomponente wurde jedes Pulver von SrCO3, BaCO3, CaCO3, TiO2, ZrO2, Nb2O5, Ta2O5, Y2O3, La2O3, Pr2O3, Nd2O3, Sm2O3, Eu2O3, Gd2O3, Tb2O3, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Tm2O3, Yb2O3 und Lu2O3 mit der durchschnittlichen Partikelgröße von 1,0 µm oder weniger hergestellt. Sie wurden gewogen, um die Zusammensetzung der Hauptkomponente von jeder Probe zu erfüllen, wie in Tabelle 1 gezeigt, und unter Verwendung von Ethanol als Dispergiermedium wurde ein Nassmischen mit einer Kugelmühle über 24 Stunden ausgeführt. Die erhaltenen Gemische wurden getrocknet, und dann wurde die Wärmebehandlung unter der Bedingung einer Haltetemperatur von 900 °C und einer Haltezeit von 2 Stunden in der Luft ausgeführt. Dadurch wurde das Kalzinierungspulver der Hauptkomponente erhalten.
  • Das Pulver von GeO2 als Ausgangsmaterial der ersten Nebenkomponente und jedes Pulver von MnO, MgO, V2O5, WO3, MoO3, SiO2, Li2CO3, B2O3 und Al2O3 als Ausgangsmaterial der zweiten Nebenkomponente wurden hergestellt. Sie wurden gewogen, um die in Tabelle 1 gezeigten Mischanteile zu erfüllen, und unter Verwendung von Ethanol als Dispergiermedium wurde ein Nassmischen mit einer Kugelmühle über 24 Stunden ausgeführt. Die erhaltenen Gemische wurden getrocknet, und dann wurde die Wärmebehandlung unter der Bedingung einer Haltetemperatur von 800 °C und einer Haltezeit von 2 Stunden in der Luft ausgeführt. Dadurch wurde das Kalzinierungspulver der Nebenkomponente erhalten.
    [Tabelle 1]
    Figure DE102018104029A1_0001
    Figure DE102018104029A1_0002
    Figure DE102018104029A1_0003
  • Das Kalzinierungspulver der Hauptkomponente und das Kalzinierungspulver der Nebenkomponente, die wie weiter oben beschrieben erhalten wurden, wurden gemischt und gemahlen, wodurch das Material der dielektrischen Zusammensetzung erhalten wurde. Zu 1000 g dieses Materials der dielektrischen Zusammensetzung wurden 700 g des Lösungsmittels, gemischt mit einer Toluol + Ethanol-Lösung, einem Weichmacher und einem Dispergiermittel in einem Verhältnis von 90 : 6 : 4, zugefügt, und dann wurde die Dispersion über 2 Stunden unter Verwendung einer Korbmühle ausgeführt, was ein weit bekanntes Dispergierverfahren ist. Dadurch wurde die Paste für eine dielektrische Schicht erzeugt. Es wird angemerkt, dass die Viskositäten dieser Pasten auf etwa 200 cps eingestellt wurden.
  • Als Material der internen Elektrodenschicht wurden Ni mit der durchschnittlichen Partikelgröße von 0,2 µm, Al mit der durchschnittlichen Partikelgröße von 0,1 µm oder weniger und das Oxid von Si mit der durchschnittlichen Partikelgröße von 0,1 µm oder weniger hergestellt, dann wurden der Gehalt von Al und der Gehalt von Si (der Gehalt des Oxids von Si bezogen auf Si) gewogen, so dass der Gesamtgehalt davon 5 Massen-% von Ni entspricht. Dann wurde die Wärmebehandlung in dem gemischten nassen Gas von N2 und H2 bei 1200 °C oder höher ausgeführt, und ein Mahlvorgang wurde unter Verwendung einer Kugelmühle ausgeführt, wodurch die diversen Materialpulver mit den durchschnittlichen Partikelgrößen von 0,20 µm oder mehr hergestellt wurden.
  • 100 Massenteile des Materialpulvers, 30 Massenteile von organischem Träger (8 Massenteile Ethylcelluloseharz aufgelöst in 92 Massenteilen Butylcarbitol) und 8 Massenteile Butylcarbitol wurden mit einer Dreifachwalze verknetet, um eine Paste zu bilden, wodurch die Paste für die interne Elektrodenschicht erhalten wurde.
  • Dann wurde unter Verwendung der wie oben erhaltenen Paste für eine dielektrische Schicht eine Grünfolie auf einem PET-Film gebildet, so dass die Dicke nach dem Trocknen 12 µm war. Als nächstes wurde unter Verwendung der Paste für die interne Elektrodenschicht eine interne Elektrodenschicht in einem vorgegebenen Muster darauf aufgedruckt, gefolgt vom Entfernen der Folie von dem PET-Film, wodurch die Grünfolie mit der Elektrodenschicht erhalten wurde. Eine Mehrzahl von Grünfolien mit der internen Elektrodenschicht wurde gestapelt und unter Druck angepresst, um einen Vielschicht-Grünkörper zu erhalten. Der Vielschicht-Grünkörper wurde in eine vorgegebene Größe geschnitten, um einen Grünchip zu erhalten.
  • Dann wurde der erhaltene Grünchip der Behandlung zur Bindemittelentfernung, der Sinterung und der Ausheilung in den folgenden Bedingungen unterzogen, um einen gesinterten Vielschicht-Keramikkörper zu erhalten. Weiterhin wurde der Befeuchter verwendet, um das Atmosphärengas zu befeuchten.
  • (Behandlung zur Bindemittelentfernung)
    • Temperaturerhöhungsrate: 100 °C /Stunde
    • Haltetemperatur: 400 °C
    • Temperaturhaltezeit: 8,0 Stunden
    • Atmosphärengas: Mischgas von nassem N2 und H2
  • (Sintern)
    • Temperaturerhöhungsrate: 500 °C /Stunde
    • Haltetemperatur: 1200 °C bis 1350 °C
    • Temperaturhaltezeit: 2,0 Stunden
    • Temperaturabsenkungsrate: 100 °C /Stunde
    • Atmosphärengas: Mischgas von nassem N2 und H2
    • Sauerstoffpartialdruck: 10-5 bis 10-9 Pa
  • (Ausheilungsbehandlung)
    • Haltetemperatur: 800 °C bis 1000 °C
    • Temperaturhaltezeit: 2,0 Stunden
    • Temperaturerhöhungs- und -erniedrigungsrate: 200 °C /Stunde
    • Atmosphärengas: Mischgas von nassem N2 und H2
  • Die erhaltene dielektrische Schicht (die dielektrische Zusammensetzung) von jedem gesinterten Vielschicht-Keramikkörper wurde der Zusammensetzungsanalyse für jede Probe unter Verwendung von ICP-Emissionsspektrometrischer Analyse unterzogen. Das Ergebnis bestätigte, dass die Werte etwa die gleichen wie bei der Zusammensetzung des Materials der dielektrischen Zusammensetzung wie in Tabelle 1 gezeigt waren.
  • Weiterhin wurde durch Röntgendiffraktions-Muster überprüft, ob die erhaltene dielektrische Schicht (die dielektrische Zusammensetzung) von jedem gesinterten Vielschicht-Keramikkörper die Kristallstruktur vom Wolfram-Bronze-Typ hatte. Falls die Kristallstruktur vom Wolframbronze-Typ bestätigt wurde, wurde dies mit „o“ gekennzeichnet, und falls die Kristallstruktur vom Wolframbronze-Typ nicht bestätigt wurde, dann wurde dies mit „x“ gekennzeichnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Es wird angemerkt, dass in Tabelle 2 der Wolframbronze-Typ als „TB-Typ“ (Tungsten-Bronze) bezeichnet wird.
  • Nach dem Polieren der Endflächen des erhaltenen gesinterten Vielschicht-Keramikkörpers durch Sandstrahlen wurde eine eutektische In-Ga-Legierung als externe Elektrode beschichtet, um eine Probe des Keramikvielschicht-Kondensators von Probe Nr. 1 bis Probe Nr. 75 mit der gleichen Form wie bei dem in 1 gezeigten Keramikvielschicht-Kondensator zu erhalten. Die Größe der erhaltenen Vielschicht-Kondensatorprobe war 3,2 mm × 1,6 mm × 1,2 mm, die Dicke der dielektrischen Schicht war 10 µm, die Dicke der internen Elektrodenschicht war 2 µm, und die Anzahl der dielektrischen Schichten zwischen den internen Elektrodenschichten war 50.
  • Bei den Keramikvielschicht-Kondensatorproben von Probe Nr. 1 bis Probe Nr. 75 wurden die spezifische Permittivität (εs), der spezifische Widerstand, die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer und die Spannungsfestigkeit durch das weiter unten beschriebene Verfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
  • [Spezifische Permittivität (εs)]
  • Für die Keramikvielschicht-Kondensatorproben wurde die Kapazität C bei 25 °C durch ein digitales LCR-Meter (4284A von YHP) bei einer Frequenz von 1 kHz und Eingangssignalwert (gemessene Spannung) von 1 Vrms gemessen. Dann wurde die spezifische Permittivität εs (keine Einheit) aus der Dicke der dielektrischen Schicht, der effektiven Elektrodenfläche und der gemessenen Kapazität C berechnet. Je höher die spezifische Permittivität ist, desto mehr ist dies bevorzugt; und 250 oder mehr wurden als gut angesehen.
  • [Spezifischer Widerstand]
  • Für die Keramikvielschicht-Kondensatorprobe wurde der Isolationswiderstand unter Verwendung des digitalen Widerstandsmessers (R8340 von Advantest) unter der Bedingung von 225 °C, der Messspannung von 30 V und der Meßzeit von 60 Sekunden gemessen. Der spezifische Widerstand wurde aus der Elektrodenfläche und der Dicke der dielektrischen Schicht der Kondensatorprobe berechnet. Je höher der spezifische Widerstand ist, desto mehr ist dies bevorzugt, und 1,00 × 1012 Ωcm oder mehr und besonders bevorzugt 6,00 × 1012 Ωcm oder mehr wurden als gut angesehen. Falls der spezifische Widerstand niedrig ist, nimmt der Leckstrom des Kondensators zu, und eine Fehlfunktion kann in der elektrischen Schaltung auftreten.
  • [Hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer]
  • Für den Test der hochtemperaturbeschleunigten Lebensdauer wurde Gleichspannung an jede von 200 Kondensatorproben bei einem elektrischen Feld von 40 V/µm bei 250 °C angelegt, und dann wurde die Änderung des Isolationswiderstands mit der Zeit gemessen. Die Zeit, die benötigt wurde, bis der Isolationswiderstand um eine Stelle fiel, wurde als Ausfallzeit definiert, und dann wurde die mittlere Zeit bis zum Ausfall (MTTF) von 50 % aus einer Weibull-Analyse erhalten. In der vorliegenden Erfindung wurde die mittlere Zeit bis zum Ausfall (MTTF) als hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer definiert. Je länger die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer ist, desto mehr ist dies bevorzugt, und 500 Stunden oder mehr, besonders bevorzugt 550 Stunden oder mehr, und gang besonders bevorzugt 1200 Stunden oder mehr wurden als gut angesehen.
  • [Spannungsfestigkeit]
  • Die Wechselspannung wurde an die Keramikvielschicht-Kondensatorprobe unter der Bedingung von 250 °C mit der Spannungserhöhungsrate von 100 V/sec angelegt, und wenn der Leckstrom die Wechselspannung übertraf, wurde dies als Wechselspannungswiderstand definiert. Der Wechselspannungswiderstand ist bevorzugt hoch, und 75,0 V/µm oder mehr wurden als gut angesehen. Weiterhin waren 100,0 V/µm oder mehr bevorzugt.
    [Tabelle 2] Table 2
    TB-Typ 25 °C Spezifische Permittivität 225 °C Spezifischer Widerstand 250 °C Hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer 250 °C Wechselspannungs-Widerstand
    [-] [Ω cm] [h] [V/µm]
    Probe 1 ○ 268 1,25E+12 586 77
    Probe 2 ○ 263 1,05E+12 561 84
    *Probe 3 ○ 266 1,07E+12 27 48
    *Probe 4 ○ 262 1,08E+12 120 42
    Probe 5 ○ 266 1,13E+12 566 81
    Probe 6 ○ 271 1,28E+12 596 77
    Probe 7 ○ 263 1,07E+12 1326 79
    Probe 8 ○ 266 1,01E+12 1348 88
    Probe 9 ○ 268 1, 28E+12 1355 85
    Probe 10 ○ 261 1,32E+12 669 77
    *Probe 11 ○ 275 1,25E+12 220 38
    Probe 12 ○ 277 1,40E+12 598 75
    Probe 13 ○ 270 1,24E+12 591 88
    Probe 14 ○ 279 1,31E+12 1275 76
    Probe 15 ○ 258 1,15E+12 582 80
    Probe 16 ○ 264 1,04E+12 604 80
    Probe 17 ○ 275 1,19E+12 555 75
    Probe 18 ○ 256 1,35E+12 579 90
    Probe 19 ○ 262 1,25E+12 558 82
    Probe 20 ○ 279 1,02E+12 1288 79
    Probe 21 ○ 266 1,33E+12 589 86
    Probe 22 ○ 275 1,19E+12 580 80
    Probe 23 ○ 276 1,39E+12 604 79
    Probe 24 × 302 1,35E+12 235 42
    Probe 25 × 321 1,15E+12 195 48
    *Probe 26 × 223 9,62E+10 72 29
    Probe 27 ○ 278 1,27E+12 612 76
    Probe 28 ○ 280 1,07E+12 579 76
    Probe 29 ○ 270 1,21E+12 569 79
    Probe 30 ○ 264 1,10E+12 1388 82
    Probe 31 ○ 272 1,25E+12 595 75
    Probe 32 ○ 272 1,06E+12 585 78
    Probe 33 ○ 262 1,03E+12 583 75
    Probe 34 ○ 260 1,22E+12 592 78
    Probe 35 ○ 263 1,18E+12 608 79
    Probe 36 ○ 284 1,12E+12 579 84
    Probe 37 ○ 271 1,29E+12 567 78
    Probe 38 ○ 260 1,04E+12 654 80
    Probe 39 ○ 262 1,17E+12 563 75
    Probe 40 ○ 264 1,34E+12 610 77
    Probe 41 ○ 256 1,25E+12 571 78
    Probe 42 ○ 260 1,01E+12 562 82
    Probe 43 ○ 283 1,10E+12 601 76
    Probe 44 ○ 266 1,22E+12 1210 85
    Probe 45 ○ 272 1,46E+12 557 80
    Probe 46 ○ 267 1,11E+12 571 76
    Probe 47 ○ 266 1,34E+12 1257 78
    Probe 48 ○ 272 1,16E+12 585 80
    Probe 49 ○ 261 1,37E+12 559 82
    Probe 50 ○ 273 1,08E+12 573 79
    Probe 51 ○ 262 4,95E+12 560 90
    Probe 52 ○ 274 6,69E+12 599 106
    Probe 53 ○ 263 6,06E+12 1289 101
    Probe 54 ○ 269 6,36E+12 603 103
    Probe 55 ○ 265 6,51E+12 567 120
    Probe 56 ○ 262 5,82E+12 561 91
    Probe 57 ○ 276 6,41E+12 1391 112
    Probe 58 ○ 258 6,49E+12 564 105
    Probe 59 ○ 281 6,47E+12 614 124
    Probe 60 ○ 267 6,45E+12 575 108
    Probe 61 ○ 261 6,78E+12 605 117
    Probe 62 ○ 268 6,37E+12 568 111
    Probe 63 ○ 285 6,24E+12 595 115
    Probe 64 ○ 269 6,25E+12 1307 109
    Probe 65 ○ 264 6,15E+12 600 118
    Probe 66 ○ 274 6,60E+12 560 108
    Probe 67 ○ 270 6,52E+12 581 112
    Probe 68 ○ 267 6,33E+12 570 110
    Probe 69 ○ 261 6,43E+12 583 107
    Probe 70 ○ 273 1,31E+12 583 77
    Probe 71 ○ 282 1,26E+12 560 82
    Probe 72 ○ 270 6,47E+12 599 108
    Probe 73 ○ 263 1,33E+12 1328 81
    Probe 74 ○ 261 1,22E+12 565 85
    Probe 75 ○ 276 1,15E+12 608 86
  • Gemäß Tabelle 2 waren bei den Proben Nr. 1, 2, 5 bis 10, 12 bis 25 und 27 bis 75, bei denen die Hauptkomponente durch die chemische Formel A6-xBxCx+2D8-xO30 ausgedrückt wurde, „x“ 0 ≤ x ≤ 5 erfüllte und 2,50 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger des Oxids von Ge als erste Nebenkomponente bezogen auf die Hauptkomponente aufwies, die spezifische Permittivität bei 25 °C , der spezifische Widerstand bei 225 °C , die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer bei 250 °C und der Wechselspannungswiderstand bei 250 °C ausgezeichnet.
  • Unter diesen waren bei den Proben Nr. 1, 2, 5 bis 10, 12 bis 23 und 27 bis 75, bei denen die Hauptkomponente die Kristallstruktur vom Wolframbronze-Typ hatte, die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer bei 250 °C und der Wechselspannungswiderstand bei 250 °C besonders ausgezeichnet.
  • Weiterhin wiesen die Proben Nr. 51 bis 69 und 72, die 0,10 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger von Oxiden von mindestens einem Element enthielten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn, Mg, V, W, Mo, Si, Li, B und Al, einen besonders ausgezeichneten Wechselspannungswiderstand bei 250 °C auf.
  • (Beispiel 2)
  • In Beispiel 2 wurden die Keramikvielschicht-Kondensatoren der Proben Nr. 101 bis 175 wie in Beispiel 1 erhalten, außer dem Wiegen des Ausgangsmaterials, um den in Tabelle 3 gezeigten Mischungsanteil zu erfüllen.
  • Für die aus den Proben Nr. 101 bis 175 erhaltenen Keramikvielschicht-Kondensatoren wurde das Vorliegen der Kristallstruktur vom Wolframbronze-Typ durch das gleiche Verfahren wie bei Beispiel 1 überprüft, und die spezifische Permittivität, der spezifische Widerstand, die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer und die Spannungsfestigkeit wurden gemessen.
  • Weiterhin wurde das Keramikvielschicht-Kondensatormuster geschnitten, und der Querschnitt der dielektrischen Zusammensetzung wurde beobachtet. Insbesondere in Bezug auf das Sichtfeld, das mindestens 100 oder mehr Kristallkörner enthält, wurde jedes Kristallkorn darauf überprüft, ob Ge im Wesentlichen enthalten war, und der Anteil des Kristallkorns, das nicht im Wesentlichen Ge enthielt, wurde ebenfalls unter Verwendung von FE-TEM-EDX überprüft. Das heißt, der Anteil des Kristallkorns mit weniger als 10 % des Flächenanteils mit Ge wurde bestimmt. Insbesondere unter Verwendung von FE-TEM-EDX wurde für jedes Kristallkorn die Fläche mit Ge identifiziert, und dann wurde der Anteil des Kristallkorns mit weniger als 10 % der Fläche bezogen auf das gesamte Kristallkorn identifiziert. Die Bedingung bei EDX war ein Sondendurchmesser von 1 nm und eine Beschleunigungsspannung von 200 kV. Weiterhin wurde die durchschnittliche Konzentration von Ge an der Korngrenze in dem Sichtfeld gemessen. Insbesondere wurden 20 Messpunkte zufällig aus der Korngrenze in dem Sichtfeld ausgewählt, um die Konzentration von Ge zu messen, dann wurde die durchschnittliche Konzentration C1 erhalten. Weiterhin wurde die Konzentration von Ge von jedem im Wesentlichen Ge aufweisenden Kristallkorn gemessen, und dann wurde die durchschnittliche Konzentration C2 erhalten. Dann wurde C1/C2 von jeder Probe berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Es wird angemerkt, dass in Tabelle 4 der Wolframbronze-Typ als TB-Typ bezeichnet wird.
    [Tabelle 3]
    Figure DE102018104029A1_0004
    Figure DE102018104029A1_0005

    [Tabelle 4] Tabelle 4
    Probe Nr. (* gibt Vergleichsbeispiel an) NichtVorhandensein von Ge in Kristallkorn C1 /C2 TB-Typ Spezifische Permittivität Spezifischer Widerstand hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer Wechselspannungs-Widerstand
    25°C 225°C 250°C 250°C
    [%] [-] [-] [Ω cm] [h] [V/µm]
    101 93 34 ○ 323 1,31E+12 645 82
    102 92 45 ○ 318 1,10E+12 617 89
    103* 0 - ○ 266 1,07E+12 27 48
    104* 87 8 ○ 262 1,08E+12 120 42
    105 92 43 ○ 316 1,19E+12 623 86
    106 91 39 ○ 321 1,28E+12 596 85
    107 98 45 ○ 318 1,12E+12 1459 84
    108 97 45 ○ 321 1,06E+12 1483 93
    109 96 41 ○ 323 1,34E+12 1491 90
    110 92 37 ○ 316 1,39E+12 736 82
    111 98 37 ○ 330 1,31E+12 1231 95
    112 91 50 ○ 332 1,47E+12 658 80
    113 92 45 ○ 325 1,30E+12 650 93
    114 98 43 ○ 334 1,38E+12 1403 81
    115 92 38 ○ 313 1,21E+12 640 85
    116 93 39 ○ 319 1,09E+12 664 85
    117 92 35 ○ 330 1,25E+12 611 80
    118 91 54 ○ 311 1,42E+12 637 95
    119 92 48 ○ 317 1,31E+12 614 87
    120 97 55 ○ 334 1,07E+12 1417 84
    121 92 39 ○ 321 1,40E+12 648 91
    122 94 37 ○ 330 1,25E+12 638 85
    123 92 35 ○ 331 1,46E+12 664 84
    124 97 40 × 357 1,42E+12 525 76
    125 91 42 × 376 1,21E+12 510 77
    126* 92 33 × 278 1,01E+11 350 60
    127 94 38 ○ 333 1,33E+12 673 81
    128 93 32 ○ 335 1,12E+12 637 81
    129 92 40 ○ 325 1,27E+12 626 84
    130 97 43 ○ 319 1,16E+12 1527 87
    131 92 38 ○ 327 1,31E+12 655 80
    132 91 39 ○ 327 1,11E+12 644 83
    133 93 32 ○ 317 1,08E+12 641 80
    134 93 44 ○ 315 1,28E+12 651 83
    135 94 48 ○ 318 1,24E+12 669 84
    136 92 40 ○ 339 1,18E+12 637 89
    137 92 38 ○ 326 1,35E+12 624 83
    138 93 29 ○ 315 1,09E+12 719 85
    139 91 45 ○ 317 1,23E+12 619 80
    140 92 39 ○ 319 1,41E+12 671 82
    141 94 40 ○ 311 1,31E+12 628 83
    142 94 34 ○ 315 1,06E+12 618 87
    143 93 55 ○ 338 1,16E+12 661 81
    144 99 49 ○ 321 1,28E+12 1331 90
    145 94 45 ○ 327 1,53E+12 613 85
    146 92 39 ○ 322 1,17E+12 628 81
    147 99 44 ○ 321 1,41E+12 1383 83
    148 92 32 ○ 327 1,22E+12 644 85
    149 93 49 ○ 316 1,44E+12 615 87
    150 93 26 ○ 328 1,13E+12 530 84
    151 92 45 ○ 317 5,20E+12 616 95
    152 92 55 ○ 329 7,02E+12 659 111
    153 99 38 ○ 318 6,36E+12 1418 106
    154 93 49 ○ 324 6,68E+12 663 108
    155 94 41 ○ 320 6,84E+12 624 125
    156 92 40 ○ 317 1,21E+12 617 96
    157 99 45 ○ 331 6,73E+12 1530 117
    158 94 26 ○ 313 1,49E+12 564 80
    159 92 54 ○ 336 6,79E+12 675 129
    160 92 56 ○ 322 6,77E+12 633 113
    161 94 45 ○ 316 7,12E+12 666 122
    162 92 36 ○ 323 6,69E+12 625 116
    163 93 42 ○ 340 6,55E+12 655 120
    164 99 49 ○ 324 6,56E+12 1438 114
    165 93 43 ○ 319 6,46E+12 660 123
    166 93 31 ○ 324 6,60E+12 560 108
    167 92 43 ○ 325 6,85E+12 639 117
    168 92 49 ○ 322 6,65E+12 627 115
    169 94 51 ○ 316 6,75E+12 641 112
    170 91 45 ○ 328 1,38E+12 641 82
    171 91 35 ○ 337 1,32E+12 616 87
    172 93 37 ○ 325 6,79E+12 659 113
    173 98 40 ○ 318 1,40E+12 1461 86
    174 92 43 ○ 316 1,28E+12 622 90
    175 93 48 ○ 331 1,21E+12 669 91
    C1/C2 von Probe Nr. 103 kann nicht errechnet werden, da Ge nicht in der Korngrenze enthalten ist
  • Gemäß den in Tabelle 3 und 4 gezeigten Ergebnissen waren, falls die dielektrische Zusammensetzung aus den Kristallkörnern und der zwischen den Kristallkörnern angeordneten Korngrenze hergestellt wurde, und die dielektrische Zusammensetzung die Hauptkomponente, das Oxid von Ge (die erste Nebenkomponente), das Oxid von V (die zweite Nebenkomponente) aufwies, weiterhin der Anteil des Kristallkorns, das nicht im Wesentlichen Ge enthielt, 90 % oder mehr war, dann die spezifische Permittivität bei 25 °C , der spezifische Widerstand bei 225 °C , die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer bei 250 °C und der Wechselspannungswiderstand bei 250 °C ausgezeichnet. Weiterhin waren, falls die dielektrische Zusammensetzung aus den Kristallkörnern und der zwischen den Kristallkörnern angeordneten Korngrenze hergestellt wurde, und die dielektrische Zusammensetzung die Hauptkomponente, das Oxid von Ge (die erste Nebenkomponente), und das Oxid von V (die zweite Nebenkomponente) aufwies, weiterhin C1/C2 10 oder mehr bezogen auf den Molgehalt war, dann die spezifische Permittivität bei 25 °C , der spezifische Widerstand bei 225 °C , die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer bei 250 °C und der Wechselspannungswiderstand bei 250 °C ausgezeichnet.
  • Weiterhin hatte die Keramikvielschicht-Kondensatorprobe, bei dem der Gehalt des Oxids von V in Bezug auf V mehr als 1,0 Mol und 5,0 Mol oder weniger war, und der Gehalt des Oxids von Ge 10,0 Mol oder mehr und 17,5 Mol oder weniger war, eine besonders ausgezeichnete hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer bei 250 °C.
  • Weiterhin hatte die Keramikvielschicht-Kondensatorprobe, das die zweite Nebenkomponente neben dem Oxid von V mit insgesamt 0,10 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger bezogen auf jedes Element aufwies, einen besonders ausgezeichneten spezifischen Widerstand bei 225 °C und Wechselspannungswiderstand bei 250 °C.
  • Die hierin offenbarten Ausführungsformen und Beispiele sind lediglich Beispiele und sollten nicht auf diese eingeschränkt werden. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die oben erwähnten Ausführungsformen oder Beispiele gegeben, sondern ist in den Ansprüchen dargelegt, wobei die vorliegende Erfindung Äquivalente der Ansprüche und die Modifikationen und Variationen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung einschließt.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die dielektrische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung weist eine hohe spezifische Permittivität auf; und der spezifische Widerstand, die Spannungsfestigkeit und die hochtemperaturbeschleunigte Lebensdauer sind im hohen Temperaturbereich besonders hoch; somit ist sie für die Umgebung nahe dem Motorraum als im Kraftfahrzeug angebrachtes elektronisches Bauteil geeignet. Weiterhin kann sie in geeigneter Weise als nahe dem einen Halbleiter auf SiC- und GaN-Basis einsetzenden Leistungsbauteil angebrachtes elektronisches Bauteil verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Keramikvielschicht-Kondensator
    2
    Dielektrische Schicht
    3
    Interne Elektrodenschicht
    4
    Externe Elektrodenschicht
    10
    Kondensator-Elementkörper
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2008/155945 [0006]
    • WO 2008/102608 [0006]

Claims (11)

  1. Dielektrische Zusammensetzung, umfassend eine Hauptkomponente, ausgedrückt durch die chemische Formel (A6-xBxCx+2D8-xO30, 0 ≤ x ≤ 5), wobei die Komponente „A“ mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ba, Ca und Sr ist, die Komponente „B“ mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu ist, die Komponente „C“ mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti und Zr ist, die Komponente „D“ mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nb und Ta ist, und die dielektrische Zusammensetzung 2,50 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger eines Oxids von Ge als erste Nebenkomponente bezogen auf 100 Mol der Hauptkomponente umfasst.
  2. Dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend 0,10 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger von Oxiden von mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn, Mg, V, W, Mo, Si, Li, B und Al als zweite Nebenkomponente, bezogen auf 100 Mol der Hauptkomponente.
  3. Dielektrische Zusammensetzung, umfassend Kristallkörner und eine zwischen den Kristallkörnern angeordnete Korngrenze, wobei das Kristallkorn eine Verbindung umfasst, ausgedrückt durch A6-xBxCx+2D8-xO30 (0 ≤ x ≤ 5) als Hauptkomponente, die Komponente „A“ mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ba, Ca und Sr ist, die Komponente „B“ mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu ist, die Komponente „C“ mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti und Zr ist, die Komponente „D“ mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nb und Ta ist, die dielektrische Zusammensetzung ein Oxid von Ge als erste Nebenkomponente und ein Oxid von V als zweite Nebenkomponente umfasst, und ein Anteil der im Wesentlichen Ge aufweisenden Kristallkörner weniger als 10 % bezogen auf die Gesamtheit der Kristallkörner ist.
  4. Dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei, wenn eine durchschnittliche Konzentration von Ge in der Korngrenze C1 ist, und eine durchschnittliche Konzentration von Ge in den im Wesentlichen Ge aufweisenden Kristallkörnern C2 ist, C1/C2 dann 10 oder mehr ist, ausgedrückt als Molverhältnis.
  5. Dielektrische Zusammensetzung, umfassend Kristallkörner und eine zwischen den Kristallkörnern angeordnete Korngrenze, wobei das Kristallkorn eine Verbindung umfasst, ausgedrückt durch A6-xBxCx+2D8-xO30 (0 ≤ x ≤ 5) als Hauptkomponente, die Komponente „A“ mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ba, Ca und Sr ist, die Komponente „B“ mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu ist, die Komponente „C“ mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti und Zr ist, die Komponente „D“ mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nb und Ta ist, die dielektrische Zusammensetzung ein Oxid von Ge als erste Nebenkomponente und ein Oxid von V als zweite Nebenkomponente umfasst, und wenn eine durchschnittliche Konzentration von Ge in der Korngrenze C1 ist, und eine durchschnittliche Konzentration von Ge in den im Wesentlichen Ge aufweisenden Kristallkörnern C2 ist, C1/C2 dann 10 oder mehr ist, ausgedrückt als Molverhältnis.
  6. Dielektrische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei bezogen auf 100 Mol der Hauptkomponente ein Gehalt des Oxids von V mehr als 1,0 Mol und 5,0 Mol oder weniger in Bezug auf V ist, und ein Gehalt des Oxids von Ge 10,0 Mol oder mehr und 17,5 Mol oder weniger in Bezug auf Ge ist.
  7. Dielektrische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die dielektrische Zusammensetzung ein Oxid von mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn, Mg, W, Mo, Si, Li, B und Al, zusätzlich zu dem Oxid von V als zweiter Nebenkomponente umfasst, und der Gehalt von anderen Oxiden als dem Oxid von V 0,10 Mol oder mehr und 20,00 Mol oder weniger bezogen auf jedes Element ist.
  8. Dielektrische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hauptkomponente eine Kristallstruktur vom Wolfram-Bronze-Typ aufweist.
  9. Dielektrisches Element, umfassend die dielektrische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Elektronisches Bauteil, umfassend eine dielektrische Schicht, die die dielektrische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
  11. Elektronisches Vielschichtbauteil, umfassend einen Vielschichtteil, wobei eine interne Elektrode und eine die dielektrische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfassende dielektrische Schicht in abwechselnder Weise gestapelt sind.
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WO2008102608A1 (ja) 2007-02-22 2008-08-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. 誘電体セラミック組成物及び積層セラミックコンデンサ
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