DE112012000669T5

DE112012000669T5 - Laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit Varistorfunktion und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE112012000669T5
Application number: DE112012000669T
Authority: DE
Inventors: Mitsutoshi Kawamoto
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-10-31
Also published as: JPWO2012105437A1; CN103370754B; US20130286541A1; WO2012105437A1; JP5472667B2; CN103370754A

Abstract

Es wird ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion offenbart, der einen Komponentenkörper 4, der durch abwechselndes Laminieren und Sintern von mehreren Halbleiterkeramikschichten 1a bis 1g, die aus einer SrTiO3-basierten korngrenzenisolierten Halbleiterkeramik gebildet sind, und mehreren Innenelektrodenschichten 2a bis 2f, die vorrangig aus Ni bestehen, erhalten wird, und Außenelektroden 3a, 3b an beiden Enden des Komponentenkörpers 4 umfasst, wobei die Außenelektroden 3a, 3b mit den Innenelektrodenschichten 2a bis 2f elektrisch verbunden sind, wobei eine Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f ausschließlich von Halbleiterkeramikschichten 1a, 1g für Außenflächen 20 μm oder mehr beträgt und ein durchschnittlicher Korndurchmesser von Kristallkörnern in den Halbleiterkeramikschichten 1a bis 1g 1,5 μm oder weniger beträgt. Wenn ein mittlerer Teil oder die Nähe des mittleren Teils in einer Laminierungsrichtung der Halbleiterkeramikschicht durch ein WDX-Verfahren analysiert wird, beträgt ein Verhältnis x/y der Intensität x des Ni-Elements zur Intensität y des Ti-Elements 0,06 oder weniger. Dadurch wird ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion, der kleine Schwankungen von Eigenschaften zwischen den Erzeugnissen aufweist, gute elektrische Eigenschaften und isolierende Eigenschaften stabil erhalten kann und eine gute Zuverlässigkeit aufweist, verwirklicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen laminierten Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion und ein Verfahren zum Herstellen desselben und betrifft insbesondere einen laminierten Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion, bei dem eine SrTiO₃-basierte korngrenzenisolierte Halbleiterkeramik für die Varistorfunktion verwendet wird, sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In den letzten Jahren haben sich mit der Entwicklung der Elektroniktechnologie mobile elektronische Geräte wie etwa Mobiltelefone und Laptop-Personalcomputer sowie fahrzeugeigene elektronische Geräte, die für den Einbau in Autos gedacht sind, durchgesetzt und von den elektronischen Geräten wird die Verringerung der Größe bei Multifunktionalisierung gefordert.
Um bei den elektronischen Geräten die Verringerung der Größe bei Multifunktionalisierung zu erreichen, werden dagegen mehr Halbleiterelemente verwendet, wie etwa verschiedene Arten von IC und LSI und demgemäß weisen die elektronischen Geräte verminderte Störunempfindlichkeit auf.
Herkömmlicherweise werden daher Stromleitungen für Halbleiterelemente mit einem Folienkondensator, einem laminierten Keramikkondensator oder dergleichen als Bypasskondensator versehen, um dadurch den elektronischen Geräten die Störunempfindlichkeit zu verleihen.
Im Fall von Autonavigationssystemen, Autoaudiosystemen, fahrzeugeigenen Steuergeräten, etc. ist es üblicherweise der Fall, dass ein Kondensator mit einer Kapazität in der Größenordnung von 1 nF mit einem Außenanschluss verbunden wird, um dadurch hochfrequente Störungen zu absorbieren.
Während diese Kondensatoren ausgezeichnete Leistung bei der Absorption von hochfrequenten Störungen liefern, weisen die Kondensatoren selbst keine Funktion des Absorbierens von Hochspannungsimpulsen oder statischer Elektrizität auf. Wenn die Hochspannungsimpulse oder die statische Elektrizität in die elektronischen Geräte eingeleitet werden, besteht daher aus diesem Grund eine Möglichkeit, dass die Hochspannungsimpulse oder die statische Elektrizität eine Fehlfunktion des elektronischen Geräts hervorrufen können oder ein Zerstören der Halbleiterelemente hervorrufen können. Wenn der Kondensator eine niedrige Kapazität in der Größenordnung von 1 nF aufweist, besteht insbesondere eine Möglichkeit, dass dies ein Zerstören des Kondensators selbst hervorrufen kann, da eine ESD-Stehspannung (ESD = elektrostatische Entladung) extrem niedrig ist (zum Beispiel etwa 2 bis 4 kV).
Wie in 5 gezeigt ist es somit herkömmlicherweise so, dass ein Bypasskondensator 104 an einer Stromversorgungsleitung 103, die zwischen einem Außenanschluss 101 und einem Halbleiterelement 102 angeschlossen ist, angeordnet wird, und eine Zenerdiode 105 zum Beispiel mit der Stromversorgungsleitung 103 parallel zu dem Bypasskondensator 104 angeschlossen wird. Die Zenerdiode 105 spielt eine Rolle beim Schutz des Bypasskondensators 104 und beim Schutz des Halbleiterelements 102, und dadurch wird die ESD-Stehspannung sichergestellt, um das Halbleiterelement 102 zu schützen.
Wenn aber die Zenerdiode 105 parallel zu dem Bypasskondensator 104 angeordnet ist, wie vorstehend beschrieben wurde, wird die Anzahl an Komponenten erhöht, was eine Kostensteigerung hervorruft, und zudem muss der Raum für die Unterbringung der Komponenten sichergestellt werden und es besteht eine Möglichkeit, dass eine Zunahme der Größe des Geräts hervorgerufen werden kann.
Dagegen weist ein SrTiO₃-basierter korngrenzenisolierter laminierter Halbleiterkeramikkondensator bekanntermaßen eine Varistoreigenschaft auf und hat als Gegenmaßnahme bei ESD Aufmerksamkeit gefunden, da ein Anlegen einer elektrischen Spannung eines bestimmten Werts oder mehr einen großen elektrischen Strom fließen lässt.
Wenn diese Art des laminierten Halbleiterkeramikkondensators nicht nur die Unempfindlichkeit gegenüber ESD vorsehen kann, sondern auch den Schutz eines Halbleiterelements 102, kann demgemäß wie in 6 gezeigt nur ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator 106 statt herkömmlicher Kondensatoren und Zenerdioden diese Funktionen abdecken. Dadurch werden die Anzahl an Komponenten bzw. Kosten reduziert und die Standardisierung der Konstruktion wird erleichtert, und daher kann ein Kondensator mit Mehrwert vorgesehen werden.
In Patentschrift 1 wird ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion vorgeschlagen, der umfasst: einen laminierten Sinterkörper, der durch abwechselndes Laminieren und Brennen von mehreren Halbleiterkeramikschichten, die aus einer SrTiO₃-basierten korngrenzenisolierten Halbleiterkeramik gebildet sind, und mehreren Innenelektrodenschichten erhalten wird, und Außenelektroden an beiden Enden des laminierten Sinterkörpers, wobei die Außenelektroden mit den Innenelektrodenschichten elektrisch verbunden sind, wobei die Halbleiterkeramik ein Molmischungsverhältnis m eines Sr-Zentrums zu einem Ti-Zentrum aufweist, das den Beziehungsausdruck 1,000 < m ≤ 1,020 erfüllt, ein Donatorelement in Kristallkörnern als Feststoff gelöst ist, ein Akzeptorelement in einer Korngrenzschicht bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements in dem Bereich von 0,5 Mol oder weniger vorhanden ist (allerdings ausschließlich 0 Mol) und ein durchschnittlicher Korndurchmesser der Kristallkörner bei 1,0 μm oder weniger liegt.
In Patentschrift 1 wird Ni als Innenelektrodenmaterial verwendet, eine Dicke pro Schicht von Halbleiterkeramikschichten ist auf 13 μm eingestellt und die Anzahl der Laminierung ist auf 10 festgelegt, wodurch ein Halbleiterkeramikkondensator erzeugt wird. Folglich wurde ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion erhalten, der solch gute elektrischen Eigenschaften, dass die scheinbare relative Permittivität εr_APP 1000 oder mehr beträgt, und solch gute Isolierungseigenschaften, dass der spezifische Widerstand logρ 9,5 oder mehr beträgt, aufweist und eine ESD-Stehspannung von 30 kV oder mehr sicherstellen kann und für kompakte Größe/niedrige Kapazität geeignet ist.
Ferner wird in Patentschrift 2 ein Verfahren zum Herstellen eines korngrenzenisolierten laminierten Halbleiterkeramikkondensators vorgeschlagen, das folgende Schritte umfasst: Kalzinieren eines Keramikmaterials, das eine Hauptkomponente zum Erzeugen einer Halbleiterkeramik oder eine Substanz zum Erhalten der Hauptkomponente und einen Vermittler zum Einbringen eines Halbleiters in einer oxidierenden Atmosphäre enthält; Bilden einer Keramikrohfolie durch Verwenden des kalzinierten Keramikmaterials; Auftragen einer leitenden Paste, die eine Substanz zum Isolieren einer Korngrenze der Halbleiterkeramik enthält, auf eine Hauptfläche der Keramikrohfolie; Laminieren von mehreren der Keramikrohfolien, die die aufgetragene leitende Paste aufweisen, um ein Laminat zu bilden; Brennen des Laminats in einer reduzierenden Atmosphäre, um einen Sinterkörper zu erhalten; und Wärmebehandeln des Sinterkörpers bei einer Temperatur von 900 bis 1200°C in einer schwach oxidierenden Atmosphäre.
In Patentschrift 2 wird ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion erhalten, bei dem ein Laminat von Rohfolien (einer Dicke von 60 μm) mit einer Schicht mit aufgetragener Paste aus einem Keramikmaterial erzeugt wird, das bei einer Temperatur von 1150°C in einer Atmosphäre der Luft kalziniert wird, und das Rohfolienlaminat primärem Brennen bei 1300°C in einer reduzierenden Atmosphäre unterzogen wird und dann sekundärem Brennen bei 1000°C in einer schwach oxidierenden Atmosphäre unterzogen wird, und dadurch kann ein unedles Metallmaterial wie etwa Ni als Innenelektrodenmaterial verwendet werden.
SCHRIFTEN DES STANDS DER TECHNIK
PATENTSCHRIFTEN

Patentschrift 1: WO 2008/004389 A (Anspruch 1, Absätze [0100], [0112], Tabelle 1)
Patentschrift 2: JP 5-36561 A (Anspruch 1, Absätze [0015]–[0022])

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
In Patentschrift 1 wird übrigens Ni als Innenelektrodenmaterial verwendet, und es wurde anhand der Untersuchungsergebnisse des vorliegenden Erfinders festgestellt, dass Ni während des Brennens in eine Halbleiterkeramikschichtseite diffundiert wird. Da aber das Ni hinsichtlich elektrischer Ladung als Akzeptor wirkt, besteht eine Möglichkeit, dass die scheinbare relative Permittivität εr_APP oder der Isolationswiderstand reduziert werden können und elektrische Eigenschaften oder isolierende Eigenschaften verschlechtert werden können, wenn die Ni-Menge, die in die Keramikschicht zu diffundieren ist, gesteigert wird. Da ferner die elektrischen Eigenschaften oder die isolierenden Eigenschaften entsprechend der diffundierten Ni-Menge variieren, können auch Schwankungen der Eigenschaften zwischen den Erzeugnissen erzeugt werden.
In Patentschrift 2 ist eine Brenntemperatur bei einer primären Brennbehandlung höher als eine Kalzinierungstemperatur, und daher besteht eine Möglichkeit, dass das Kornwachstum von Kristallkörnern gefördert werden kann und das Kristallkorn während der primären Brennbehandlung größer werden kann. Wenn das Kristallkorn wie vorstehend beschrieben größer wird, kursiert während des sekundären Brennens kaum Sauerstoff in der Korngrenzschicht und daher kann eine korngrenzenisolierte Schicht mit einem großen spezifischen Widerstand nicht erhalten werden.
Da in Patentschrift 2 die Brenntemperatur bei der primären Brennbehandlung 1300°C hoch ist, wird daher eine Diffusion von Ni eines Innenelektrodenmaterials in die Halbleiterkeramikschichtseite gefördert, auch wenn die Dicke einer Rohfolie 60 μm groß ist, und daher besteht eine Möglichkeit, dass das Kristallkorn größer werden kann und eine Reduzierung von isolierenden Eigenschaften gefördert werden kann.
Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf eine solche Situation, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen laminierten Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion, der zwischen den Erzeugnissen geringe Schwankungen von Eigenschaften aufweist, stabil gute elektrische Eigenschaften und isolierende Eigenschaften erhalten kann und eine gute Zuverlässigkeit aufweist, sowie ein Verfahren zum Herstellen des laminierten Halbleiterkeramikkondensators mit einer Varistorfunktion vorzusehen.
Mittel zum Lösen des Problems
Der vorliegende Erfinder stellte durch Verwenden eines unedlen Metallmaterials, das hauptsächlich aus Ni bestand, für ein Innenelektrodenmaterial bezüglich eines SrTiO₃-basierten laminierten Halbleiterkeramikkondensators der Korngrenzenisolierungsausführung ernsthafte Untersuchungen an, um die vorstehend erwähnte Aufgabe zu erreichen. Folglich gewann der vorliegende Erfinder die Erkenntnis, dass es durch Festlegen einer Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten bei 20 μm oder mehr und Festlegen eines durchschnittlichen Korndurchmessers von Kristallkörnern in der Halbleiterkeramik bei 1,5 μm oder weniger möglich ist, einen Halbleiterkeramikkondensator stabil zu erhalten, der Schwankungen von Eigenschaften zwischen Erzeugnissen hemmen kann und dadurch zwecks ausgezeichneter Zuverlässigkeit gute elektrische Eigenschaften und isolierende Eigenschaften aufweist.
Die vorliegende Erfindung erfolgte beruhend auf diesen Erkenntnissen, und der laminierte Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion (nachstehend nur als ”laminierter Halbleiterkeramikkondensator” bezeichnet) der vorliegenden Erfindung ist ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion, der einen laminierten Sinterkörper, der durch abwechselndes Laminieren und Sintern von mehreren Halbleiterkeramikschichten, die aus einer SrTiO₃-basierten korngrenzenisolierten Halbleiterkeramik gebildet sind, und mehreren Innenelektrodenschichten, die vorwiegend aus Ni bestehen, erhalten wird, sowie Außenelektroden an beiden Enden des laminierten Sinterkörpers umfasst, wobei die Außenelektroden mit den Innenelektrodenschichten elektrisch verbunden sind, wobei eine Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten 20 μm oder mehr beträgt und ein durchschnittlicher Korndurchmesser von Kristallkörnern in den Halbleiterkeramikschichten 1,5 μm oder weniger beträgt.
Durch wie vorstehend beschrieben Festlegen einer Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten und eines durchschnittlichen Korndurchmessers von Kristallkörnern ist es bei Kombination von beiden resultierenden Wirkungen möglich, mit einem hohen Maß an Wirkungsgrad stabil einen laminierten Halbleiterkeramikkondensator zu erhalten, der zwischen Erzeugnissen Schwankungen von Eigenschaften hemmen kann und dadurch gute elektrische Eigenschaften und isolierende Eigenschaften aufweist, was zu ausgezeichneter Zuverlässigkeit führt, und der für das Unterstützen von ESD geeignet ist.
Ferner wurde durch ein wellenlängendispersives Röntgenfluoreszenzspektroskopieverfahren (nachstehend als ”WDX”-Verfahren bezeichnet) eine Elementaranalyse eines mittleren Teils oder der Nähe des mittleren Teils in einer Laminierungsrichtung der Halbleiterkeramikschicht durchgeführt, und folglich wurde festgestellt, dass bei einer Dicke der Halbleiterkeramikschicht von 20 μm oder mehr ein Verhältnis x/y der Intensität x des Ni-Elements zu der Intensität y des Ti-Elements auf 0,06 oder weniger reduziert werden kann. Demgemäß kann durch Bilden in der Halbleiterkeramikschicht einer Zone eines Bereichs, in dem das Verhältnis x/y der Intensität x des Ni-Elements zu der Intensität y des Ti-Elements 0,06 oder weniger beträgt, die Auswirkung von Ni-Diffusion auf die Eigenschaften weit möglichst ausgeschlossen werden.
D. h. bei dem laminierten Halbleiterkeramikkondensator der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass bei Analyse des mittleren Teils oder der Nähe des mittleren Teils in einer Laminierungsrichtung der Halbleiterkeramikschicht durch das WDX-Verfahren das Verhältnis x/y der Intensität x des Ni-Elements zu der Intensität y des Ti-Elements 0,06 oder weniger beträgt.
Dadurch wird es möglich, eine Ni-Konzentration in dem mittleren Teil oder der Nähe des mittleren Teils der Halbleiterkeramikschicht soweit zu reduzieren, dass sie keine Auswirkung auf die Eigenschaften hat.
Ferner weist bei dem laminierten Halbleiterkeramikkondensator der vorliegenden Erfindung die Halbleiterkeramik vorzugsweise ein Molmischungsverhältnis m eines Sr-Zentrums zu einem Ti-Zentrum auf, das den Beziehungsausdruck 0,990 ≤ m ≤ 1,010 erfüllt, ein in Kristallkörnern als Feststoff gelöstes Donatorelement aufweist und ein in einer Korngrenzschicht vorhandenes Akzeptorelement bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements in dem Bereich von 0,7 Mol oder weniger (jedoch ausschließlich von 0 Mol) aufweist.
Zudem ist bei dem laminierten Halbleiterkeramikkondensator der vorliegenden Erfindung das Akzeptorelement bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements vorzugsweise in einer Menge von 0,3 Mol bis 0,5 Mol enthalten.
Ferner ist bei dem laminierten Halbleiterkeramikkondensator der vorliegenden Erfindung das Akzeptorelement vorzugsweise mindestens ein Element aus Mn, Co, Ni und Cr.
Ferner ist bei dem laminierten Halbleiterkeramikkondensator der vorliegenden Erfindung das Donatorelement vorzugsweise mindestens ein Element gewählt aus La, Nd, Sm, Dy, Nb und Ta.
Ferner ist bei dem laminierten Halbleiterkeramikkondensator der vorliegenden Erfindung ein Oxid niedrigen Schmelzpunkts vorzugsweise in einer Menge von 0,1 Mol oder weniger bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements enthalten.
Zudem ist bei dem laminierten Halbleiterkeramikkondensator der vorliegenden Erfindung das Oxid niedrigen Schmelzpunkts vorzugsweise SiO₂.
Ferner ist ein Verfahren zum Herstellen des laminierten Halbleiterkeramikkondensators der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines laminierten Halbleiterkeramikkondensators, das umfasst: einen Schritt zur Erzeugung eines kalzinierten Pulvers mit Abwiegen einer Sr-Verbindung, einer Ti-Verbindung und einer Donatorverbindung in vorbestimmten Mengen, Mischen/Pulverisieren dieser Verbindungen und dann Kalzinieren des sich ergebenden Pulvers, um ein kalziniertes Pulver zu erzeugen; einen Schritt zur Erzeugung eines Mischpulvers mit Mischen einer Akzeptorverbindung mit dem kalzinierten Pulver, um ein Mischpulver zu erzeugen; einen Schritt zur Bildung eines Laminats mit Unterziehen des Mischpulvers einem Ausbildungsprozess, um eine keramische Grünfolie zu erzeugen und dann abwechselndem Laminieren eines leitenden Films, der vorrangig aus Ni besteht, und der keramischen Grünfolie, um ein Laminat zu bilden; und einen Brennschritt mit Unterziehen des Laminats einer primären Brennbehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre und dann einer sekundären Brennbehandlung in einer Atmosphäre der Luft, wobei die keramische Grünfolie so erzeugt wird, dass sie nach dem Brennen eine Dicke einer Halbleiterkeramikschicht von 20 μm oder mehr aufweist, und eine Brenntemperatur bei der primären Brennbehandlung niedriger als eine Kalzinierungstemperatur bei der Kalzinierungsbehandlung ist.
Dadurch kann eine Zone eines Bereichs, in dem Ni-Diffusion weniger Auswirkung hat, mühelos gebildet werden und es wird möglich, so gut wie möglich zu verhindern, dass das Kristallkorn größer wird. Dadurch kann ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator hoher Leistung, der Schwankungen von Eigenschaften hemmt und eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit aufweist, hergestellt werden.
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines laminierten Halbleiterkeramikkondensators der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass bei dem Schritt zur Erzeugung des kalzinierten Pulvers die Kalzinierungstemperatur auf eine Temperatur von 1300 bis 1450°C eingestellt wird, um die Kalzinierungsbehandlung durchzuführen, und bei dem Brennschritt eine Brenntemperatur bei der primären Brennbehandlung auf eine Temperatur von 1150 bis 1250°C eingestellt wird, um die Brennbehandlung durchzuführen.
Wenn wie vorstehend beschrieben die primäre Brennbehandlung durch Festlegen einer Brenntemperatur bei einer niedrigen Temperatur von 1250°C oder weniger durchgeführt wird, kann die Diffusion von Ni eines Innenelektrodenmaterials in die Halbleiterkeramikschichtseite gehemmt werden und es kann ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit guter scheinbarer relativer Permittivität εr_APP erhalten werden.
Wirkungen der Erfindung
Da gemäß dem laminierten Halbleiterkeramikkondensator eine Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten 20 μm oder mehr beträgt und ein durchschnittlicher Korndurchmesser von Kristallkörnern in den Halbleiterkeramikschichten 1,5 μm oder weniger beträgt, ist es möglich, einen laminierten Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion stabil zu erhalten, der zwischen Erzeugnissen Schwankungen von Eigenschaften hemmen kann und dadurch gute elektrische Eigenschaften und isolierende Eigenschaften aufweist, so dass er von ausgezeichneter Zuverlässigkeit ist.
D. h. durch Festlegen einer Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten, so dass sie bei 20 μm oder mehr liegt, wird eine Zone eines Bereichs an einem mittleren Teil und in der Nähe des mittleren Teils der Halbleiterkeramikschicht ausgebildet, die nicht von der Ni-Diffusion beeinflusst ist. Dadurch können Schwankungen der scheinbaren relativen Permittivität εr_APP oder des Isolationswiderstands zwischen Erzeugnissen gehemmt werden und es können diese Eigenschaften verbessert werden. Da zudem der durchschnittliche Korndurchmesser der Kristallkörner nur bei 1,5 μm oder weniger liegt, kursiert während eines sekundären Brennens Sauerstoff mühelos in der Korngrenzschicht und daher kann eine korngrenzenisolierte Schicht mit großem Isolationswiderstand erhalten werden.
Wie vorstehend beschrieben ist es gemäß dem laminierten Halbleiterkeramikkondensator der vorliegenden Erfindung durch das vorstehend beschriebene Festlegen einer Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten und eines durchschnittlichen Korndurchmessers von Kristallkörnern bei Kombination von beiden resultierenden Wirkungen möglich, mit einem hohen Maß an Wirkungsgrad stabil einen laminierten Halbleiterkeramikkondensator zu erhalten, der zwischen Erzeugnissen Schwankungen von Eigenschaften hemmen kann und dadurch gute elektrische Eigenschaften und isolierende Eigenschaften aufweist, so dass er eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit hat, und der für das Unterstützen von ESD geeignet ist. Da folglich ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator die Funktionen eines Kondensators und einer Zenerdiode verwirklichen kann, können die Anzahl an Komponenten bzw. die Kosten reduziert werden und eine Standardisierung der Konstruktion wird erleichtert, und daher kann ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit Mehrwert vorgesehen werden.
Da gemäß dem Verfahren zum Herstellen des laminierten Halbleiterkeramikkondensators der vorliegenden Erfindung die keramische Grünfolie so erzeugt wird, dass sie nach dem Brennen eine Dicke einer Halbleiterkeramikschicht von 20 μm oder mehr aufweist, und eine Brenntemperatur bei der primären Brennbehandlung niedriger als eine Kalzinierungstemperatur bei der Kalzinierungsbehandlung ist, kann eine Zone eines Bereichs, in dem Ni-Diffusion weniger Auswirkung hat, leicht ausgebildet werden und es wird möglich, weit möglichst zu verhindern, dass das Kristallkorn größer wird, und dadurch kann ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator hoher Leistung, der Schwankungen der Eigenschaften hemmt und eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit aufweist, hergestellt werden.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht, die schematisch eine Ausführungsform eines laminierten Halbleiterkeramikkondensators der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Hauptteils eines laminierten Halbleiterkeramikkondensators unter Angabe von Analysierungspunkten bei Durchführen einer Elementaranalyse durch das WDX-Verfahren.
3 ist eine Ansicht, die in Beispielen eine Beziehung zwischen einer Dicke und einer scheinbaren relativen Permittivität εr_APP einer Halbleiterkeramikschicht zeigt.
4 ist eine Ansicht, die in Beispielen eine Beziehung zwischen einer Dicke und einem Intensitätsverhältnis x/y einer Halbleiterkeramikschicht zeigt.
5 ist ein elektrischer Schaltplan in dem Fall, da eine Zenerdiode parallel an einen Bypasskondensator angeschlossen ist, der an einer Stromversorgungsleitung angeordnet ist.
6 ist ein elektrischer Schaltplan in dem Fall, da ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit der Stromversorgungsleitung verbunden ist.
BESTE ART Des AUSFÜHRENS DER ERFINDUNG
Als Nächstes wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
1 ist eine Querschnittansicht, die schematisch eine Ausführungsform eines laminierten Halbleiterkeramikkondensators der vorliegenden Erfindung zeigt.
Der laminierte Halbleiterkeramikkondensator umfasst einen Komponentenkörper 4 und Außenelektroden 3a und 3b, die an beiden Enden des Komponentenkörpers 4 ausgebildet sind.
Der Komponentenkörper 4 besteht aus einem laminierten Sinterkörper, der durch abwechselndes Laminieren und Sintern von mehreren Halbleiterkeramikschichten 1a bis 1g und mehreren Innenelektrodenschichten 2a bis 2f gebildet ist, und die Innenelektrodenschichten 2a, 2c und 2e liegen an einer Endfläche des Komponentenkörpers 4 frei und sind mit einer Außenelektrode 3a elektrisch verbunden, wogegen die anderen Innenelektrodenschichten 2b, 2d und 2f an der anderen Endfläche des Komponentenkörpers 4 freiliegen und mit der anderen Außenelektrode 3b elektrisch verbunden sind.
Für die Innenelektrodenschichten 2a bis 2f wird ein unedles Metallmaterial, das vorrangig aus Ni besteht, das kostengünstig ist und eine gute Leitfähigkeit aufweist, verwendet.
Bei den Halbleiterkeramikschichten 1a bis 1g besteht eine Hauptkomponente aus einem SrTiO₃-basierten Material, ein Donatorelement ist in Kristallkörnern als Feststoff gelöst und ein Akzeptorelement ist in einer Korngrenzschicht vorhanden. D. h. die Halbleiterkeramikschichten 1a bis 1g bestehen aus einem Aggregat eines Kristallkorns aus einem Halbleiter und einer Korngrenzschicht, die um das Kristallkorn ausgebildet ist, und Kristallkörner bilden zusammen mit der Korngrenzschicht, die dazwischen gesetzt ist, eine Kapazität. Die Halbleiterkeramikschichten 1a bis 1g sind miteinander in Reihe oder parallel zwischen gegenüberliegenden Flächen von Innenelektrodenschichten 2a, 2c, 2e und Innenelektrodenschichten 2b, 2d, 2f angeschlossen, und dadurch wird als Ganzes eine gewünschte Kapazität erhalten.
Bei den Halbleiterkeramikschichten 1a bis 1g des laminierten Halbleiterkeramikkondensators beträgt dann eine Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f ausschließlich der Halbleiterkeramikschichten 1a, 1g für Außenschichten 20 μm oder mehr, und ein durchschnittlicher Korndurchmesser von Kristallkörnern in den Halbleiterkeramikschichten beträgt 1,5 μm oder weniger. Dadurch kann ein hoch zuverlässiger laminierter Halbleiterkeramikkondensator erhalten werden, der zwischen Erzeugnissen Schwankungen von Eigenschaften hemmen kann und gute elektrische Eigenschaften und isolierenden Eigenschaften aufweist.
Nachstehend wird der Grund für das vorstehend beschriebene Festlegen der Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten und des durchschnittlichen Korndurchmessers von Kristallkörnern beschrieben.
(1) Dicke jeder Halbleiterkeramikschicht
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teilstücks A von 1. Ferner ist in 2 ein Abschnitt, in dem die Halbleiterkeramikschicht 1d zwischen der Innenelektrodenschicht 2c und der Innenelektrodenschicht 2d sandwichartig eingeschlossen ist, gezeigt, und andere Halbleiterkeramikschichten und Innenelektrodenschichten weisen eine ähnliche Beziehung auf.
Während also die Innenelektrodenschichten 2a bis 2f durch Brennen eines leitenden Films gebildet werden, der durch Auftragen einer leitenden Paste erhalten wird, wie in 2 durch einen Pfeil B angedeutet ist, wird während eines Brennens Ni in dem leitenden Film in eine Keramikgrünfolie diffundiert, um als Halbleiterkeramikschichten 1a bis 1g zu dienen. Ni ist bivalent, weist eine kleinere Valenz als ein tetravalentes Ti-Element auf und dient bezüglich elektrischer Ladung als Akzeptor. In den Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f, die zur Bildung von Kapazität in den Halbleiterkeramikschichten 1a bis 1g beitragen, bewirkt daher eine Zunahme der Ni-Konzentration in den Halbleiterschichten 1b bis 1f ein Verschlechtern der scheinbaren relativen Permittivität εr_APP. Da weiterhin Ni in die Kristallkorngrenze eindringt, besteht eine Möglichkeit, dass eine Abnahme des Isolationswiderstands hervorgerufen werden kann. Da zudem die scheinbare relative Permittivität εr_APP oder der Isolationswiderstand entsprechend der diffundierten Ni-Menge variiert, werden Schwankungen der Kapazität oder des Isolationswiderstands erzeugt.
Die diffundierte Ni-Menge weist aber in den Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f einen konstanten Konzentrationsgradienten auf, und die Ni-Konzentration wird mit zunehmender Entfernung von den Innenelektrodenschichten 2a bis 2f verringert.
Wenn die Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f auf eine vorbestimmte Dicke oder mehr festgelegt wird, wird daher eine Zone eines Bereichs, worin Ni überhaupt nicht oder nur eine Spur von Ni vorhanden ist, die die Eigenschaften nicht beeinflusst, an dem mittleren Teil oder in der Nähe des mittleren Teils der Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f weg von den Innenelektrodenschichten 2a bis 2f gebildet. Dadurch wird es möglich, ein Reduzieren der scheinbaren relativen Permittivität εr_APP oder des Isolationswidertands zu vermeiden oder ein Variieren dieser Eigenschaften von Erzeugnis zu Erzeugnis zu vermeiden.
Zu diesem Zweck muss die Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f mindestens 20 μm betragen.
D. h. wenn eine Elementaranalyse des mittleren Teils oder der Nähe des mittleren Teils (in 2 durch einen Punkt P angedeutet) in einer Laminierungsrichtung der Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f durch das WDX-Verfahren durchgeführt wird, kann, wenn die Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f 20 μm oder mehr beträgt, ein Verhältnis x/y (nachstehend als ”Intensitätsverhältnis” bezeichnet) der Intensität x des Ni-Elements zu der Intensität y des Ti-Elements auf 0,06 oder weniger reduziert werden, und dadurch ist es möglich zu vermeiden, dass die Ni-Diffusion eine Wirkung auf die Eigenschaften hat.
Eine WDX-Vorrichtung umfasst einen dispersiven Kristall, einen Lichtaufnahmeschlitz, einen Röntgendetektor und dergleichen, und eine Probe, der dispersive Kristall und der Röntgendetektor befinden sich immer an bogenartigen Positionen, um die Braggsche Bedingung zu erfüllen, und ein Röntgenaufnahmewinkel zu der Probe wird immer konstant gehalten.
Bei der WDX-Vorrichtung werden, wenn die Probe mit Elektronenstrahlen bestrahlt wird, durch diese Elektronenstrahlbestrahlung charakteristische Röntgenstrahlen erzeugt, und ein Röntgenstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge wird durch den dispersiven Kristall aus Röntgenspektren der erzeugten charakteristischen Röntgenstrahlen gewählt und von dem Röntgendetektor detektiert, und dadurch kann die Intensität eines spezifischen Elements gemessen und eine Elementaranalyse eines feinen Korns kann durchgeführt werden.
Bei dem vorliegenden vorstehend beschriebenen laminierten Halbleiterkeramikkondensator kann durch Festlegen einer Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten 1 auf 20 μm oder mehr das Verhältnis x/y an dem mittleren Teil oder in der Nähe des mittleren Teils, was durch den Punkt P angedeutet ist, in einer Laminierungsrichtung auf 0,06 oder weniger reduziert werden, und dadurch kann vermieden werden, dass die Ni-Diffusion eine Wirkung auf die Eigenschaften hat.
Wenn ferner eine Dicke einer der Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f kleiner als 20 μm ist, übersteigt das Intensitätsverhältnis x/y 0,06 und die Halbleiterkeramikschicht wird durch die Ni-Diffusion in die Halbleiterkeramikschicht 1 beeinflusst, was ein Verschlechtern der scheinbaren relativen Permittivität εr_APP und des Isolationswiderstands bewirkt, und diese Eigenschaften können von Erzeugnis zu Erzeugnis variieren.
Während ein oberer Grenzwert einer Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f nicht besonders beschränkt ist, beträgt die Dicke vorzugsweise 50 μm oder weniger. Im Fall eines kompakten laminierten Halbleiterkeramikkondensators (zum Beispiel Länge 1,0 mm, Breite 0,5 mm, Dicke 0,5 mm) wird es schwierig, eine Kapazität der Größenordnung 1 nF zu erhalten, wenn die Dicke größer als 50 μm wird.
Da ferner die Halbleiterkeramikschichten 1a, 1g für Außenseiten keine Wirkung auf Eigenschaften haben, ist die Dicke der Schichten nicht besonders beschränkt und kann weniger als 20 μm betragen.
(2) Durchschnittlicher Korndurchmesser eines Kristallkorns
Bei dem Herstellungsprozess des vorstehend erwähnten laminierten Halbleiterkeramikkondensators wird die Keramik durch die primäre Brennbehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre zu einem Halbleiter verwandelt, und anschließend wird die sekundäre Brennbehandlung in einer Atmosphäre der Luft durchgeführt, um durch eine Reoxidationsbehandlung ein Diffundieren von Sauerstoff in der Kristallkorngrenze zu ermöglichen. Dadurch wird die Kristallkorngrenze in eine isolierte Schicht (isolierte Korngrenzschicht) verwandelt, und in der Kristallkorngrenze wird eine Schottky-Barriere gebildet und der Isolationswiderstand kann verbessert werden.
Wenn aber der durchschnittliche Korndurchmesser der Kristallkörner über 1,5 μm liegt, besteht eine Möglichkeit, dass eine Bildung einer Schottky-Barriere ungenügend sein kann, was eine Verschlechterung des Isolationswiderstands hervorruft, da der durchschnittliche Korndurchmesser zu groß ist und während eines sekundären Brennens kaum Sauerstoff kursiert.
Somit wird der durchschnittliche Korndurchmesser der Kristallkörner in der vorliegenden Ausführungsform auf 1,5 μm oder weniger angepasst.
Da bei dem vorstehend erwähnten laminierten Halbleiterkeramikkondensator wie vorstehend beschrieben eine Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f 20 μm oder mehr beträgt und der durchschnittliche Korndurchmesser der Kristallkörner in der Halbleiterkeramik 1,5 μm oder weniger beträgt, können die Halbleiterkeramikschichten 1b bis 1f die Auswirkung von Ni-Diffusion hemmen und können eine erwünschte Schottky-Barriere bilden, und daher ist es möglich, einen laminierten Halbleiterkeramikkondensator hoher Leistung zu erhalten, der gute elektrische Eigenschaften und Isoliereigenschaften verwirklichen kann, während die Schwankungen einer Kapazität oder eines Isolationswiderstands gehemmt werden, der eine hohe Zuverlässigkeit aufweist und für ESD-Gegenmaßnahmen geeignet ist.
Da demgemäß ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator die Funktionen eines Kondensators und einer Zenerdiode verwirklichen kann, können die Anzahl an Komponenten bzw. die Kosten reduziert werden und eine Standardisierung der Konstruktion wird erleichtert, und daher kann ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit Mehrwert vorgesehen werden.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Molmischungsverhältnis m eines Sr-Zentrums zu einem Ti-Zentrum vorzugsweise so eingestellt, dass es den Beziehungsausdruck 0,990 ≤ m ≤ 1,010 erfüllt.
D. h. durch Enthalten von Sr in einer überstöchiometrischen Zusammensetzung hemmt Sr, das in der Kristallkorngrenze abgelagert wird, ohne in den Kristallkörnern als Feststoff gelöst zu werden, das Kornwachstum, und daher werden feine Kristallkörner erhalten. Da das Kristallkorn fein wird, kursiert Sauerstoff problemlos in einer Kristallkorngrenze, und daher wird die Bildung einer Schottky-Barriere gefördert und es kann ein guter Isolationswiderstand sichergestellt werden.
Wenn aber das Molmischungsverhältnis m über 1,010 liegt, besteht eine Möglichkeit, dass eine übermäßige Verringerung der Kapazität hervorgerufen werden kann, da das Fällen von nicht Sr, das in dem Kristallkorn nicht als Feststoff gelöst ist, an der Korngrenze verstärkt wird, was die Dicke der isolierenden Schicht der Korngrenze übermäßig vergrößert.
Wenn dagegen Ti in überstöchiometrischer Zusammensetzung enthalten ist, kann ein Isolationswiderstand, der praktisch adäquat verwendet werden kann, sichergestellt werden, auch wenn das Kristallkorn etwas groß wird und der Isolationswiderstand abzunehmen neigt, und ferner kann eine gute ESD-Stehspannung beibehalten werden.
Wenn aber das Molmischungsverhältnis m kleiner als 0,990 ist, wird der durchschnittliche Korndurchmesser der Kristallkörner übermäßig größer, was zu einer signifikanten Abnahme der isolierenden Eigenschaft und zudem einer Abnahme der ESD-Stehspannung führt.
Demgemäß wird das Molmischungsverhältnis m vorzugsweise so angepasst, dass es den Beziehungsausdruck 0,990 ≤ m ≤ 1,010 erfüllt.
Das Donatorelement darf sich in den Kristallkörnern als Feststoff lösen, um die Keramik durch die vorstehend beschriebene Brennbehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre in einen Halbleiter zu verwandeln, und der Anteil des Donatorelements ist nicht besonders beschränkt. Wenn aber das Donatorelement bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements weniger als 0,2 Mol ausmacht, besteht eine Möglichkeit, dass die Kapazität übermäßig gesenkt werden kann. Wenn dagegen das Donatorelement bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements bei über 1,2 Mol liegt, besteht eine Möglichkeit, dass dies ein Verkleinern eines zulässigen Temperaturbereichs für die Brenntemperatur hervorrufen kann.
Daher kann der Molgehalt des Donatorelements bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements 0,2 Mol bis 1,2 Mol und vorzugsweise 0,4 Mol bis 1,0 Mol betragen.
Ein solches Donatorelement ist nicht besonders beschränkt, und zum Beispiel können La, Nd, Sm, Dy, Nb und Ta verwendet werden.
Ferner ist das Akzeptorelement wie vorstehend beschrieben in der isolierenden Schicht der Korngrenze vorhanden. Die isolierende Schicht der Korngrenze bildet einen Energiepegel (Korngrenzenpegel), der elektrisch aktiviert wird, um die Bildung einer Schottky-Barriere zu fördern, und daher kann der Isolationswiderstand verbessert werden und es kann ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit guten isolierenden Eigenschaften erhalten werden. Wenn aber der Molgehalt des Akzeptorelements bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements über 0,7 Mol beträgt, ist dies nicht bevorzugt, da eine Reduzierung einer ESD-Stehspannung hervorgerufen wird.
Daher beträgt der Molgehalt des Akzeptorelements bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements 0,7 Mol oder weniger (wobei aber 0 Mol nicht eingeschlossen ist) und vorzugsweise 0,3 bis 0,5 Mol.
Während dieses Akzeptorelement nicht besonders beschränkt ist, können ferner Mn, Co, Ni, Cr, etc. verwendet werden und insbesondere wird vorzugsweise Mn verwendet.
Es ist auch bevorzugt, ein Oxid niedrigen Schmelzpunkts zu den Halbleiterkeramikschichten 1a bis 1g in einer Menge von 0,1 Mol oder weniger bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements zuzugeben, und die Zugabe dieser Art von Oxid niedrigen Schmelzpunkts kann die Sinterfähigkeit verbessern und die Segregation des Akzeptorelements in der Korngrenze fördern.
Ferner wurde der Molgehalt des Oxids niedrigen Schmelzpunkts auf den vorstehend erwähnten Bereich festgelegt, da der Molgehalt, der bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements größer als 0,1 Mol ist, möglicherweise zu einer übermäßigen Reduzierung der Kapazität führen kann, was zu einem mangelhaften Erreichen erwünschter elektrischer Eigenschaften führt.
Das Oxid niedrigen Schmelzpunkts ist nicht besonders beschränkt, SiO₂, Glaskeramik, die B oder ein Alkalimetallelement (wie etwa K, Li und Na) enthält, Kupferwolframsalze etc. können verwendet werden, und davon wird SiO₂ vorzugsweise verwendet.
Als Nächstes wird eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf ein Verfahren zum Herstellen des laminierten Halbleiterkeramikkondensators beschrieben.
Zuerst werden als Keramikrohmaterialien eine Sr-Verbindung, wie etwa SrCO₃ oder dergleichen, eine Donatorverbindung, die ein Donatorelement wie etwa La, Sm oder dergleichen enthält, und eine Ti-Verbindung mit einer feinen Partikelgröße, zum Beispiel TiO₂ mit einer spezifischen Oberfläche von 10 m²/g oder mehr (durchschnittlicher Korndurchmesser: etwa 0,1 μm oder weniger), erzeugt und jeweils in einer vorbestimmten Menge abgewogen.
Dann wird diesen abgewogenen Materialien eine vorbestimmte Menge (zum Beispiel 1 bis 3 Gewichtsteile) eines Dispergiermittels zugegeben, und dann wird die sich ergebende Mischung in eine Kugelmühle mit einem pulverisierenden Medium wie etwa Kugeln aus PSZ (teils stabilisiertes Zirkoniumdioxid) und Reinwasser zugegeben und wird in der Kugelmühle adäquat nass gemischt, um einen Schlicker zu erzeugen.
Als Nächstes wird dieser Schlicker zur Trockne eingedampft und dann bei einer vorbestimmten Temperatur (zum Beispiel 1300°C bis 1450°C) etwa 2 Stunden lang in einer Atmosphäre der Luft einer Kalzinierungsbehandlung unterzogen, um ein kalziniertes Pulver mit einem feststoffgelösten Donatorelement zu erzeugen.
Dann wird eine vorbestimmte Menge einer Akzeptorverbindung, die ein Akzeptorelement wie etwa Mn, Co oder dergleichen enthält, abgewogen und es wird eine vorbestimmte Menge eines Oxids niedrigen Schmelzpunkts wie etwa SiO₂ nach Bedarf abgewogen. Als Nächstes werden diese Akzeptorverbindung und dieses Oxid niedrigen Schmelzpunkts mit dem kalzinierten Pulver gemischt, und es werden Reinwasser und ein organisches Dispergiermittel zugegeben, und die sich ergebende Mischung wird erneut in eine Kugelmühle mit dem pulverisierenden Medium geladen und in der Kugelmühle adäquat nass gemischt. Danach wird die sich ergebende Mischung zur Trockne eingedampft und bei einer vorbestimmten Temperatur (zum Beispiel 500°C bis 700°C) etwa 5 Stunden lang in einer Atmosphäre der Luft wärmebehandelt, um ein Mischpulver zu erzeugen.
Als Nächstes werden ein organisches Lösungsmittel wie etwa Toluen, Alkohol oder dergleichen, ein organisches Bindemittel, ein Weichmacher und ein Tensid entsprechend zugegeben, und die sich ergebende Mischung wird adäquat nass gemischt, um einen keramischen Schlicker zu erhalten.
Als Nächstes wird der keramische Schlicker durch Verwenden eines Formprozessverfahrens, wie etwa eines Rakelverfahrens, eines Lippenstreichmaschinenverfahrens oder eines Düsenbeschichterverfahrens, einem Formungsprozess unterzogen, um eine keramische Grünfolie mit einer Dicke von 20 μm oder mehr nach dem Brennen zu erzeugen. Ferner muss die keramische Grünfolie, die in einem Abschnitt anzuordnen ist, der zu den Eigenschaften beiträgt, wie vorstehend beschrieben mit einer Dicke von 20 μm oder mehr nach dem Brennen erzeugt werden, doch ist die Dicke nach dem Brennen der keramischen Grünfolie für Außenflächen nicht besonders beschränkt und kann eine beliebige Dicke sein.
Dann wird eine leitende Paste für Innenelektroden, die vorrangig aus Ni besteht, verwendet, um durch Verwenden eines Siebdruckverfahrens, eines Tiefdruckverfahrens, eines Vakuumbeschichtungsverfahrens oder eines Sputterverfahrens auf die keramische Grünfolie übertragen zu werden, wodurch ein leitender Film mit einer vorbestimmten Struktur auf der Oberfläche der keramischen Grünfolie gebildet wird.
Dann werden mehrere keramische Grünfolien mit den darauf ausgebildeten leitenden Filmen in einer vorbestimmten Richtung laminiert, und eine keramische Grünfolie für Außenflächen, die keine ausgebildeten leitenden Filme aufweist, wird laminiert und dann werden die laminierten keramischen Grünfolien verpresst und zu einem vorbestimmten Maß zugeschnitten, um ein Laminat zu erzeugen.
Danach wird das Laminat bei einer Temperatur von 300 bis 500°C etwa 2 Stunden lang in einer Stickstoffatmosphäre einer Entbinderungsbehandlung unterzogen. Anschließend wird das Laminat bei einer Temperatur von 1150 bis 1250°C etwa 2 Stunden lang einem primären Brennen in einem Brennofen, der in eine reduzierende Atmosphäre gebracht wurde, unterzogen, um zu einem Halbleiter ausgebildet zu werden, wobei ein Verhältnis zwischen H₂-Gasdurchsatz und N₂-Gasdurchsatz auf einen vorbestimmten Wert (zum Beispiel H₂/N₂ = 0,025/100 bis 1/100) angepasst wird.
Wie vorstehend beschrieben wird durch Festlegen einer Brenntemperatur (1150 bis 1250°C) bei der primären Brennbehandlung auf eine Temperatur, die niedriger als eine Kalzinierungstemperatur (1300 bis 1450°C) bei der Kalzinierungsbehandlung ist, das Kornwachstum des Kristallkorns während der primären Brennbehandlung kaum gefördert, und daher kann verhindert werden, dass das Kristallkorn größer wird, und ein durchschnittlicher Korndurchmesser von Kristallkörnern kann mühelos 1,5 μm oder weniger betragen.
Nach dem derartigen Verwandeln des Laminats in einen Halbleiter wird dann bei einer niedrigen Temperatur von 600 bis 900°C etwa 1 Stunde lang in einer Atmosphäre der Luft ein sekundäres Brennen durchgeführt, um die Halbleiterkeramik zu reoxidieren. Da ein durchschnittlicher Korndurchmesser von Kristallkörnern 1,5 μm oder weniger beträgt, kursiert bei dem sekundären Brennen also Sauerstoff problemlos in einer Korngrenzschicht, und daher wird eine erwünschte Reoxidation durchgeführt, damit eine Kristallkorngrenze eine isolierte Schicht werden kann, und dadurch wird ein Komponentenkörper 4, der aus einem laminierten Sinterkörper mit einer eingebetteten Innenelektrode 2 besteht, erzeugt.
Danach wird eine leitende Paste für Außenelektroden an beiden Enden des Komponentenkörpers 4 aufgetragen und einer Brennbehandlung unterzogen, um Außenelektroden 3a und 3b zu bilden, wodurch ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator hergestellt wird.
Ferner können bei einem Verfahren zum Bilden der Außenelektroden 3a und 3b die Außenelektroden 3a und 3b durch Drucken, Vakuumbeschichtung, Sputtern oder dergleichen gebildet werden. Ferner kann die leitende Paste für Außenelektroden auf die beiden Enden des ungebrannten Laminats aufgetragen und dann gleichzeitig mit dem Laminat einer Brennbehandlung unterzogen werden.
Während das in der leitenden Paste für Außenelektroden enthaltene leitende Material ebenfalls nicht besonders beschränkt ist, ist es bevorzugt, ein Material wie etwa Ga, In, Ni oder Cu zu verwenden, und weiterhin ist es auch möglich, auf diesen Elektroden eine Ag-Elektrode zu bilden.
Da in der vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform die keramische Grünfolie mit einer Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten von 20 μm oder mehr nach dem Brennen erzeugt wird und eine Brenntemperatur (1150 bis 1250°C) in der primären Brennbehandlung niedriger als eine Kalzinierungstemperatur (1300 bis 1450°C) bei der Kalzinierungsbehandlung ist, wird eine Zone eines Bereichs, worin Ni überhaupt nicht oder nur eine Spur von Ni vorhanden ist, die die Eigenschaften nicht beeinflusst, an dem mittleren Teil oder in der Nähe des mittleren Teils in einer Laminierungsrichtung der Halbleiterkeramikschichten 1a bis 1f ausgebildet, und der durchschnittliche Korndurchmesser der Kristallkörner kann 1,5 μm oder weniger betragen, da weit möglichst verhindert werden kann, dass das Kristallkorn während des primären Brennens groß wird. Demgemäß kann ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator hoher Leistung mit einer Varistorfunktion, der zum Unterstützen von ESD geeignet ist, bei dem elektrische Eigenschaften und isolierende Eigenschaften gut sind und Schwankungen der Eigenschaften gehemmt werden, was zu ausgezeichneter Zuverlässigkeit führt, stabil hergestellt werden.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. Während zum Beispiel die Feststofflösung in der vorstehenden Ausführungsform durch ein Festphasenverfahren erzeugt wird, ist das Verfahren zum Erzeugen der Feststofflösung nicht besonders beschränkt und es können beliebige Verfahren genutzt werden, wie etwa ein Hydrothermalsyntheseverfahren, ein Sol-Gel-Verfahren, ein Hydrolyseverfahren und ein Mitfällungsverfahren.
Als Nächstes werden Beispiele der vorliegenden Erfindung spezifisch beschrieben.
Beispiel 1
[Erzeugung von Proben]
Als Keramikrohmaterialien wurden SrCO₃, TiO₂ mit einer spezifischen Oberfläche von 30 m²/g (durchschnittlicher Korndurchmesser: etwa 30 nm) und LaCl₃ als Donatorverbindung erzeugt. Dann wurde LaCl₃ so abgewogen, dass der Anteil an La bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements 0,8 Mol betrug, und ferner wurden SrO₃ und TiO₂ so abgewogen, dass das Molmischungsverhältnis m eines Sr-Zentrums zu einem Ti-Zentrum (= Sr-Zentrum/Ti-Zentrum) wie in Tabelle 1 gezeigt eingestellt war.
Dann wurden 3 Gewichtsteile Ammoniumpolycarboxylat als Dispergiermittel auf 100 Gewichtsteile dieser abgewogenen Materialien zugegeben, und dann wurde die sich ergebende Mischung in eine Kugelmühle mit PSZ-Kugeln von 2 mm Durchmesser als pulverisierendes Medium und Reinwasser gefüllt und 16 Stunden lang in der Kugelmühle Nassmischen unterzogen, um einen Schlicker zu erzeugen.
Als Nächstes wurde dieser Schlicker zur Trockne eingedampft und dann bei einer in Tabelle 1 gezeigten Kalzinierungstemperatur in einer Atmosphäre der Luft einer Kalzinierungsbehandlung unterzogen, um ein kalziniertes Pulver mit La in Kristallkörner feststoffgelöst zu erhalten.
Als Nächstes wurde dem kalzinierten Pulver MnCO₃ so zugegeben, dass der Anteil eines Mn-Elements als Akzeptorelement ein in Tabelle 1 gezeigter Wert bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements war, und ferner wurde dem kalzinierten Pulver Tetraethoxysilan (Si(OC₂H₅)₄ so zugegeben, dass der Molgehalt an SiO₂ bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements 0,1 Mol betrugt, und ferner wurde Ammoniumpolycarboxylat dem kalzinierten Pulver als Dispergiermittel so zugegeben, dass der Anteil des Dispergiermitttels 1 Gew.-% betrug. Dann wurde die sich ergebende Mischung wieder in eine Kugelmühle mit PSZ-Kugeln von 2 mm Durchmesser und Reinwasser geladen und 16 Stunden lang in der Kugelmühle nass gemischt. Ferner wurde in dem vorliegenden Beispiel dem kalzinierten Pulver MnCO₃ zugegeben, doch kann eine MnCl₂-Lösung oder eine Mn-Sol-Lösung zugegeben werden.
Danach wurde die sich ergebende Mischung zur Trockne eingedampft und dann bei einer Temperatur von 600°C 5 Stunden lang in einer Atmosphäre der Luft wärmebehandelt, um eine organische Komponente wie etwa das Dispergiermittel zu entfernen und ein Mischpulver zu erhalten.
Als Nächstes wurden ein organisches Lösungsmittel wie etwa Toluen, Alkohol oder dergleichen und ein Dispergiermittel dem Mischpulver in einer geeigneten Menge zugegeben, und die sich ergebende Mischung wurde erneut in eine Kugelmühle mit PSZ-Kugeln von 2 mm Durchmesser gegeben und nass 16 Stunden lang in der Kugelmühle gemischt. Danach wurden Polyvinylbutyral (PVB) als organisches Bindemittel und Dioctylphthalat (DOP) als Weichmacher und ferner ein kationisches Tensid in geeigneten Mengen zugegeben und 1,5 Stunden lang nass gemischt, um einen keramischen Schlicker zu erzeugen.
Als Nächstes wurde unter Verwenden eines Lippenstreichmaschinenverfahrens der keramische Schlicker einem Formprozess unterzogen und es wurde eine keramische Grünfolie mit einer Dicke einer Halbleiterkeramikschicht eines in Tabelle 1 gezeigten Werts nach dem Brennen erzeugt. Dann wurde eine leitende Paste für Innenelektroden, die vorrangig aus Ni bestand, verwendet, um durch Siebdrucken auf die keramische Grünfolie aufgebracht zu werden, wodurch ein leitender Film mit einer vorbestimmten Struktur auf der Oberfläche der keramischen Grünfolie gebildet wurde.
Dann wurden 5 keramische Grünfolien mit den darauf ausgebildeten leitenden Filmen in einer vorbestimmten Richtung laminiert, und dann wurde eine keramische Grünfolie für Außenflächen, die keine leitenden Filme darauf ausgebildet aufwies, sowohl auf eine obere als auch untere Fläche gegeben, und die laminierte keramischen Grünfolien wurden in dem folgenden Prozess einem Thermokompressionsverbinden unterzogen, so dass sie eine Dicke von etwa 0,6 mm aufwiesen, um einen Blockkörper zu erhalten, bei dem die keramischen Grünfolien und Innenelektroden abwechselnd aufeinander laminiert waren.
Danach wurde der Block auf ein Stück mit einem vorbestimmten Maß zugeschnitten, um ein Laminat zu bilden, und das Laminat wurde bei einer Temperatur von 400°C 2 Stunden lang in einer Stickstoffatmosphäre einer Entbinderungsbehandlung unterzogen. Dann wurde das Laminat bei einer in Tabelle 1 gezeigten Brenntemperatur 2 Stunden lang in einer reduzierenden Atmosphäre, die aus H₂-Strom und N₂-Strom bestand, die in Anteilen von 1:100 angepasst waren, einem primären Brennen unterzogen, um in einen Halbleiter verwandelt zu werden.
Als Nächstes wurde ein sekundäres Brennen bei einer Temperatur von 700°C 1 Stunde lang in einer Atmosphäre der Luft durchgeführt, um die Halbleiterkeramik zu reoxidieren, und dadurch wurde in der Korngrenze Sauerstoff dispergiert, um eine isolierende Korngrenzschicht zu bilden, und dann wurde eine Endseite poliert, um einen Kompontenkörper zu erzeugen.
Dann wurde Sputtern an beiden Endseiten des Komponentenkörpers genutzt, um Außenelektroden von Dreischichtstruktur, die eine Ni-Cr-Schicht, eine Ni-Cu-Schicht und eine Ag-Schicht umfasste, zu bilden. Dann wurde elektrolytisches Beschichten verwendet, um einen Ni-Film und einen Sn-Film nacheinander auf den Oberflächen der Außenelektroden zu bilden, wodurch Proben der Probennummern 1 bis 12 erzeugt wurden. Das Außenmaß jeder der erhaltenen Proben betrug 1,0 mm Länge L, 0,5 mm Breite W und 0,5 mm Dicke T. Ferner betrug die effektive Anzahl an laminierten Halbleiterkeramikschichten 4.
[Beurteilung der Proben]
Jede der Proben der Probennr. 1 bis 12 wurde zerbrochen, und die zerbrochene Probe wurde poliert und chemisch geätzt, um eine Feststellung eines Kristallkorndurchmessers zu ermöglichen. Dann wurde ein SEM-Foto mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) gemacht, und das Foto wurde bildanalysiert, um den durchschnittlichen Korndurchmesser (durchschnittlicher Kristallkorndurchmesser) der Kristallkörner zu ermitteln.
Ferner wurden die Kapazitäten von 100 Proben für jede der Proben Nr. 1 bis 12 jeweils unter den Bedingungen einer Frequenz von 1 kHz und einer Spannung von 1 V durch Verwenden eines Impedanzanalysators (hergestellt von Agilent Technologies, Inc.: HP4194A) gemessen, um einen durchschnittlichen Wert der Kapazität und 3CV (= 3 × σ/ξ, σ: Standardabweichung, ξ: Durchschnittswert) als Schwankungsindex zu ermitteln. Ferner wurde die scheinbare relative Permittivität εr_APP aus einem Mittel der Kapazitätswerte und einem Maß der Probe berechnet.
Zudem wurde an 100 Proben für jede der Proben Nr. 1 bis 12 1 Minute lang eine Gleichspannung von 50 V angelegt, und der Isolationswiderstand wurde aus ihrem Leckstrom gemessen. Dann wurden ein Durchschnittswert und ein Mindestwert der spezifischen Widerstände logρ aus einem Durchschnittswert und einem Mindestwert des Isolationswiderstands und einem Probenmaß der Proben ermittelt.
Dann wurde jede der Proben der Proben Nr. 1 bis 12 poliert, und das Intensitätsverhältnis x/y an dem mittleren Teil wurde in einer Laminierungsrichtung der Halbleiterkeramikschichten durch Verwenden des WDX-Verfahrens ermittelt, und dadurch wurde eine Menge der Ni-Diffusion beurteilt.
Tabelle 1 zeigt das Molmischungsverhältnis, den Molanteil an Mn und SiO₂ bezogen auf 100 Mol Ti, die Kalzinierungstemperatur, die Brenntemperatur (primäres Brennen) und Messergebnisse der Proben Nr. 1 bis 12.
Bei der Probe Nr. 1 war 3CV der Kapazität 14,5% groß, die scheinbare relative Permittivität εr_APP war mit 330 extrem niedrig und der spezifische Widerstand logρ war mit einem Durchschnittswert von 9,5 und einem Mindestwert von 7,6 ebenfalls niedrig. Der Grund dafür ist wahrscheinlich, dass wegen der kleinen Dicke der Halbleiterkeramikschicht von 2,6 μm das Intensitätsverhältnis x/y 0,13 groß war und die Eigenschaften durch die Ni-Diffusion in der Halbleiterkeramikschicht beeinflusst wurden.
Bei der Probe Nr. 2 war 3CV der Kapazität 12,5% groß, die scheinbare relative Permittivität εr_APP betrug 665 und der spezifische Widerstand logρ war mit einem Durchschnittswert von 10,8 und einem Mindestwert von 8,1 ebenfalls niedrig. Der Grund dafür ist wahrscheinlich, dass, auch wenn die Dicke (= 6,6 μm) der Halbleiterkeramikschicht größer als die der Probe Nr. 1 war, das Intensitätsverhältnis x/y immer noch 0,09 groß war und daher die Eigenschaften durch die Ni-Diffusion in der Halbleiterkeramikschicht in etwa wie bei der Probe Nr. 1 beeinflusst wurden.
Bei der Probe Nr. 3 war 3CV der Kapazität immer noch 10,1% groß, die scheinbare relative Permittivität εr_APP war mit 1300 niedrig und der spezifische Widerstand logρ war mit einem Durchschnittswert von 11,0 und einem Mindestwert von 8,6 ebenfalls niedrig. Der Grund dafür ist wahrscheinlich, dass, auch wenn die Dicke (= 12 μm) der Halbleiterkeramikschicht größer als die der Proben Nr. 1 und 2 war und die Eigenschaften verbessert waren, die Dicke nicht ausreichend groß war, so dass die die Eigenschaften nicht durch die Ni-Diffusion beeinflusst wurden, dass das Intensitätsverhältnis x/y 0,08 groß war und daher die Eigenschaften durch die Ni-Diffusion in der Halbleiterkeramikschicht beeinflusst wurden.
Bei der Probe Nr. 12 dagegen war, da die Dicke der Halbleiterkeramikschicht 22 μm groß war, die scheinbare relative Permittivität εr_APP 2100 groß oder größer, doch war 3CV der Kapazität 9,2% groß und der spezifische Widerstand logρ war mit einem Mittelwert 9,3 und einem Mindestwert 7,1 klein. Der Grund dafür ist wahrscheinlich, dass, da die Brenntemperatur höher als die Kalzinierungstemperatur war, das Kristallkorn durch das Kornwachstum größer wird und der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser 2,2 μm groß wird und daher während des Brennens kein Sauerstoff kursiert, und der spezifische Widerstand logρ war verschlechtert. Zudem war die Brenntemperatur mit 1300°C hoch, was die Diffusion von Ni fördert, und auch wenn die Dicke der Halbleiterkeramikschicht 22 μm groß ausgelegt wurde, war das Intensitätsverhältnis x/y 0,11 groß. Folglich wurden die Eigenschaften durch die Ni-Diffusion in der Halbleiterkeramikschicht beeinflusst, was zu einer Reduzierung des spezifischen Widerstands und einem Anstieg von 3CV der Kapazität führte.
Verglichen damit wurde bei den Proben der Proben Nr. 4 bis 11, da die Brenntemperatur niedriger als die Kalzinierungstemperatur war und die Dicke der Halbleiterkeramikschicht 20 μm oder mehr betrug und der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser 1,5 μm oder weniger betrug, 3CV der Kapazität auf 3,7 bis 4,8% reduziert, die scheinbare relative Permittivität εr_APP von 1700 oder mehr konnte sichergestellt werden, der spezifische Widerstand logρ war mit einem Mittelwert von 11,1 bis 11,3 und einem Mindestwert von 10,7 bis 10,9 klein, Schwankungen zwischen den Proben wurden klein und daher konnte ein laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer guten scheinbaren relativen Permittivität εr_APP und einem guten spezifischen Widerstand logρ erhalten werden.
Bei den Proben Nr. 7 und 8 wurde dagegen festgestellt, dass die Kapazität sank, da die Dicken der Halbleiterkeramikschichten 87 μm bzw. 102 μm groß waren.
3 zeigt eine Beziehung zwischen einer Dicke und einer scheinbaren relativen Permittivität εr_APP einer Halbleiterkeramikschicht.
Wie aus 3 hervorgeht, wurde festgestellt, dass die scheinbare relative Permittivität εr_APP stabil ist, wenn die Dicke der Halbleiterkeramikschicht 20 μm oder mehr beträgt, doch wird die scheinbare relative Permittivität εr_APP gesenkt, wenn die Dicke der Halbleiterkeramikschicht kleiner wird.
4 zeigt eine Beziehung zwischen einer Dicke und einem Intensitätsverhältnis x/y der Halbleiterkeramikschicht.
Wie aus 4 hervorgeht, wurde festgestellt, dass das Intensitätsverhältnis x/y, nämlich die Auswirkung der Ni-Diffusion, stabil ist, wenn die Dicke der Halbleiterkeramikschicht 20 μm oder mehr beträgt, und das Intensitätsverhältnis x/y wird angehoben und eine Ni-Konzentration an dem mittleren Teil der Halbleiterkeramikschicht wird erhöht, wenn die Dicke der Halbleiterkeramikschicht klein ist.
Wie bei Gegenüberstellung von 3 und 4 hervorgeht, besteht weiterhin eine Beziehung zwischen der Dicke, der scheinbaren relativen Permittivität rεAPP und dem Intensitätsverhältnis x/y der Halbleiterkeramikschicht, und die scheinbare relative Permittivität rε_APP ist stabil, falls das Intensitätsverhältnis x/y 0,06 oder weniger beträgt, wobei die Dicke der Halbleiterkeramikschicht 20 μm oder mehr beträgt.
Beispiel 2
Durch das gleiche Verfahren/Vorgehen wie in dem Beispiel 1 wurde ein keramischer Schlicker erzeugt, nur dass das Molmischungsverhältnis m eines Sr-Zentrums zu einem Ti-Zentrum 1,000 betrug, der Molgehalt von Mn bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements 0,3 Mol betrug und der Molgehalt von SiO₂ bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements 0,1 Mol betrug. Ferner wurde die Kalzinierungsbehandlung bei einer in Tabelle 2 gezeigten Kalzinierungstemperatur durchgeführt.
Als Nächstes wurde unter Verwenden eines Lippenstreichmaschinenverfahrens der keramische Schlicker einem Formprozess unterzogen und es wurde eine keramische Grünfolie mit einer Dicke einer Halbleiterkeramikschicht eines in Tabelle 2 gezeigten Werts nach dem Brennen erzeugt. Dann wurde eine leitende Paste für Innenelektroden, die vorrangig aus Ni bestand, verwendet, um durch Siebdrucken auf die keramische Grünfolie aufgebracht zu werden, wodurch ein leitender Film mit einer vorbestimmten Struktur auf der Oberfläche der keramischen Grünfolie gebildet wurde.
Dann wurde die in Tabelle 2 gezeigte effektive Anzahl an keramischen Grünfolien mit den darauf ausgebildeten leitenden Filmen in einer vorbestimmten Richtung laminiert, und dann wurde eine keramische Grünfolie für Außenschichten, die keine leitenden Filme darauf ausgebildet aufwies, sowohl auf eine obere als auch untere Fläche gegeben, und die laminierten keramischen Grünfolien wurden in dem folgenden Prozess einem Thermokompressionsverbinden unterzogen, so dass sie eine Dicke von etwa 0,6 mm aufwiesen, um einen Blockkörper zu erhalten, bei dem die keramischen Grünfolien und Innenelektroden abwechselnd aufeinander laminiert waren.
Da die Dicken der Halbleiterkeramikschicht nach dem Brennen unterschiedlich waren, wurde ferner die effektive Laminierungsanzahl so angepasst, dass eine Kapazität etwa 1 nF betrug.
Mit dem gleichen Verfahren/Vorgehen wie in dem Beispiel 1 wurden in dem folgenden Prozess Proben der Proben Nr. 21 bis 23 erzeugt. Die primäre Brennbehandlung wurde ferner bei einer in Tabelle 2 gezeigten Brenntemperatur ausgeführt.
Als Nächstes wurden 100 Proben für jede der Proben Nr. 21 bis 23 jeweils zehnmal positiv und negativ geladen und durch Kontakt entladen und einem ESD-Durchschlagtest bei 30 kV gemäß IEC 61000-4-2 (Internationale Norm) unterzogen, bei dem es sich um eine Störunempfindlichkeitstestnorm von ESD handelt.
Tabelle 2 zeigt Herstellungsbedingungen und Messergebnisse bei jeder Probe der Proben Nr. 21 bis 23.
Bei der Probe Nr. 21 zerbrachen 15 Proben von 100 Proben bei 30 kV bei dem ESD-Durchbruchtest. Der Grund dafür ist wahrscheinlich, dass wegen der kleinen Dicke der Halbleiterkeramikschicht von 12 μm Schwankungen eines spezifischen Widerstands logρ aufgrund des Einflusses der Diffusion von Ni groß wurden und daher die Störunempfindlichkeit gegenüber ESD von Probe zu Probe variierten.
Ferner wurden bei der Probe Nr. 23 28 Proben von 100 Proben zerstört. Der Grund dafür ist wahrscheinlich, dass zwar die Dicke der Halbleiterkeramikschicht mit 22 μm groß war, aber die Brenntemperatur höher als die Kalzinierungstemperatur war, was das Kristallkorn groß werden ließ, und daher wurde die Diffusion von Ni in die Halbleiterkeramikschicht gefördert, was zu großen Schwankungen des spezifischen Widerstands logρ und Schwankungen bei der Störunempfindlichkeit gegenüber ESD zwischen den Proben führte.
Im Fall der Probe Nr. 22 dagegen war die Brenntemperatur niedriger als die Kalzinierungstemperatur, die Dicke der Halbleiterkeramikschicht betrug 22 μm und der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser betrug 0,7 μm, und daher wurde festgestellt, dass bei 100 Proben keine zerstörte Probe vorlag.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Es wird möglich, einen laminierten Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion zu verwirklichen, der kleine Schwankungen der Eigenschaften zwischen den Erzeugnissen und gute elektrische Eigenschaften sowie isolierende Eigenschaften aufweist, was zu ausgezeichneter Zuverlässigkeit führt, und der für Massenfertigung geeignet ist, und ein Element kann sowohl als Kondensator als auch als Zenerdiode dienen.
Bezugszeichenliste

1a bis 1g: Halbleiterkeramikschicht
2a bis 2f: Innenelektrodenschicht
3a, 3b: Außenelektrode
4: Komponentenkörper (laminierter Sinterkörper)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/004389 A [0015]
JP 5-36561 A [0015]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEC 61000-4-2 [0136]

Claims

Laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion, der einen laminierten Sinterkörper, der durch abwechselndes Laminieren und Sintern von mehreren aus einer SrTiO₃-basierten korngrenzenisolierten Halbleiterkeramik gebildeten Halbleiterkeramikschichten und mehreren vorrangig aus Ni bestehende Innenelektrodenschichten erhalten wird, und Außenelektroden an beiden Enden des laminierten Sinterkörpers umfasst, wobei die Außenelektroden mit den Innenelektrodenschichten elektrisch verbunden sind, wobei eine Dicke jeder der Halbleiterkeramikschichten 20 μm oder mehr beträgt und ein durchschnittlicher Korndurchmesser von Kristallkörner in den Halbleiterkeramikschichten 1,5 μm oder weniger beträgt.
Laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis x/y der Intensität x des Ni-Elements zu der Intensität y des Ti-Elements 0,06 oder weniger beträgt, wenn durch ein wellenlängendispersives Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren eine Elementaranalyse des mittleren Teils oder der Nähe des mittleren Teils in einer Laminierungsrichtung der Halbleiterkeramikschicht durchgeführt wird.
Laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei der Halbleiterkeramik ein Molmischungsverhältnis m eines Sr-Zentrums zu einem Ti-Zentrum den Beziehungsausdruck 0,990 ≤ m ≤ 1,010 erfüllt, ein Donatorelement in Kristallkörnern als Feststoff gelöst ist und in einer Korngrenzschicht ein Akzeptorelement in dem Bereich von 0,7 Mol oder weniger (jedoch 0 Mol ausgeschlossen) bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements vorhanden ist.
Laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion nach Anspruch 3, wobei das Akzeptorelement bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements in einer Menge von 0,3 bis 0,5 Mol enthalten ist.
Laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Akzeptorelement mindestens ein Element von Mn, Co, Ni und Cr ist.
Laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Donatorelement mindestens ein Element gewählt aus La, Nd, Sm, Dy, Nb und Ta ist.
Laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Oxid niedrigen Schmelzpunkts in einer Menge von 0,1 Mol oder weniger bezogen auf 100 Mol des Ti-Elements enthalten ist.
Laminierter Halbleiterkeramikkondensator mit einer Varistorfunktion nach Anspruch 7, wobei das Oxid niedrigen Schmelzpunkts SiO₂ ist.
Verfahren zum Herstellen eines laminierten Halbleiterkeramikkondensators mit einer Varistorfunktion, das umfasst: einen Schritt zur Erzeugung eines kalzinierten Pulvers mit Abwiegen einer Sr-Verbindung, einer Ti-Verbindung und einer Donator-Verbindung in vorbestimmten Mengen, Mischen/Pulverisieren dieser Verbindungen und dann Kalzinieren des sich ergebenden Pulvers, um ein kalziniertes Pulver zu erzeugen; einen Schritt zur Erzeugung eines Mischpulvers mit Mischen einer Akzeptorverbindung mit dem kalzinierten Pulver, um ein Mischpulver zu erzeugen; einen Schritt zur Bildung eines Laminats mit Unterziehen des Mischpulvers einem Ausbildungsprozess, um eine keramische Grünfolie zu erzeugen und dann abwechselndem Laminieren eines leitenden Films, der vorrangig aus Ni besteht, und der keramischen Grünfolie, um ein Laminat zu bilden; und einen Brennschritt mit Unterziehen des Laminats einer primären Brennbehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre und dann einer sekundären Brennbehandlung in einer Atmosphäre der Luft, wobei die keramische Grünfolie mit einer Dicke einer Halbleiterkeramikschicht von 20 μm oder mehr nach dem Brennen erzeugt wird und eine Brenntemperatur bei der primären Brennbehandlung niedriger als eine Kalzinierungstemperatur bei der Kalzinierungsbehandlung ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkeramikkondensators nach Anspruch 9, wobei bei dem Schritt zur Erzeugung des kalzinierten Pulvers die Kalzinierungstemperatur auf eine Temperatur von 1300 bis 1450°C eingestellt wird, um eine Kalzinierungsbehandlung durchzuführen, und bei dem Brennschritt eine Brenntemperatur bei der primären Brennbehandlung auf eine Temperatur von 1150 bis 1250°C eingestellt wird, um eine Brennbehandlung durchzuführen.