JP2002265277A - セラミック粉末、セラミック粉末の製造方法及び積層セラミックコンデンサの製造方法 - Google Patents

セラミック粉末、セラミック粉末の製造方法及び積層セラミックコンデンサの製造方法

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JP2002265277A
JP2002265277A JP2001065843A JP2001065843A JP2002265277A JP 2002265277 A JP2002265277 A JP 2002265277A JP 2001065843 A JP2001065843 A JP 2001065843A JP 2001065843 A JP2001065843 A JP 2001065843A JP 2002265277 A JP2002265277 A JP 2002265277A
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JP
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ceramic
particle size
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titanate
ceramic powder
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JP2001065843A
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English (en)
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Tomoshige Andou
知栄 安藤
Hirotoshi Kawamura
浩敏 川村
Koichi Chazono
広一 茶園
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的に粉砕して製造したセラミック粉末の
粒度分布の幅はかなり広く、このセラミック粉末を用い
て形成した積層セラミックコンデンサは内部電極の連続
性が悪くなり、寿命が短くなり、IR不良が生じ易くな
るという問題があった。 【解決手段】 この発明は、セラミック微粒子を所定の
条件下で凝集させて粒径範囲の狭い凝集単位の群を形成
させ、該凝集単位の群を焼結させて粒径範囲の狭いセラ
ミック粉末を形成させ、該セラミック粉末を用いて積層
セラミックコンデンサを製造した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は粒度範囲の狭いセ
ラミック粉末、そのようなセラミック粉末の製造方法及
び積層セラミックコンデンサの製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】積層セラミックコンデンサの誘電体層を
形成しているセラミックはセラミックグリーンシートを
焼結させたものからなり、セラミックグリーンシートは
セラミック粉末に有機バインダを混ぜて作成したセラミ
ックスラリーをシート状に成形したものからなる。そし
て、セラミックグリーンシートを形成するセラミック粉
末は原料セラミックを粉砕機で機械的に粉砕して製造す
るのが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、原料セラミ
ックを粉砕機で機械的に粉砕して製造したセラミック粉
末の粒度分布の幅はかなり広い。粉砕機の粉砕エネルギ
ーを小さくすると粒度分布が有る程度は狭くなるが、そ
れでも、得られたセラミック粉末の粒度分布の幅はかな
り広い。
【0004】そして、このセラミック粉末を用いてセラ
ミックグリーンシートを形成した場合、その表面はかな
り粗くなる。このため、このセラミックグリーンシート
を用いて形成した積層セラミックコンデンサは内部電極
の連続性が悪くなり、寿命が短くなり、IR不良が生じ
易くなるという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明に係るセラミッ
ク粉末は、セラミック粒子の群からなり、該セラミック
粒子は該セラミック粒子より小さな粒径のセラミック微
粒子の集合体からなり、該セラミック微粒子は焼結によ
り該集合体の範囲で相互に結合していることを特徴とす
るものである。
【0006】ここで、前記セラミック粒子の粒度分布は
ばらつき度(σ/平均粒径)30%以下が好ましい。セ
ラミック粒子の粒度分布が30%を越えると、このセラ
ミック粉末によって形成されたセラミックグリーンシー
トの表面粗さが粗くなり、内部電極の連続性が悪くな
り、寿命が短くなり、また、IR不良が発生し易くなる
からである。
【0007】また、前記セラミック粒子は、例えば、チ
タン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウ
ム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、ジル
コン酸バリウム、ジルコン酸ストロンチウム及びジルコ
ン酸カルシウムから選択された1種又は2種以上からな
るものを挙げることができるが、これらに限定されるも
のではない。
【0008】また、この発明に係るセラミック粉末の製
造方法は、溶媒中においてセラミック微粒子を所定の条
件下で凝集させて所定の粒径範囲の凝集単位の群を形成
させる工程と、該凝集単位の群を該溶媒から分離する工
程と、分離された該凝集単位の群を焼結により該凝集単
位の範囲内で結合させてセラミック粒子の群からなるセ
ラミック粉末を形成させる工程とを備えたことを特徴と
するものである。
【0009】また、この発明に係る積層セラミックコン
デンサの製造方法は、溶媒中においてセラミック微粒子
を所定の条件下で凝集させて所定の粒径範囲の凝集単位
の群を形成させる工程と、該凝集単位の群を該溶媒から
分離する工程と、分離された該凝集単位の群を焼結によ
り該凝集単位の範囲内で結合させてセラミック粒子の群
からなるセラミック粉末を形成させる工程と、該セラミ
ック粉末を用いてセラミックグリーンシートを形成させ
る工程と、該セラミックグリーンシートに内部電極パタ
ーンを印刷する工程と、該内部電極パターンを印刷した
セラミックグリーンシートを積層させて積層体を形成さ
せる工程と、該積層体を裁断してチップ状の積層体チッ
プを得る工程と、該積層体チップを焼成する工程とを備
えたことを特徴とするものである。
【0010】上記2つの方法において、凝集単位の粒径
範囲は、基本的には、界面活性剤の量と分散剤の量との
バランスを取ることによって調整することができる。界
面活性剤はセラミック微粒子を凝集させる成分であり、
分散剤は凝集を抑制する成分である。
【0011】界面活性剤としては、例えばポリオキシエ
チレンソルビタン脂肪酸エステル系、ポリオキシエチレ
ン高級アルコールエーテル系等の非イオン系界面活性剤
を使用することができ、分散剤としては、例えばカルボ
ン酸アンモニウム系の分散剤を使用することができる
が、これらに限定されるものではない。
【0012】界面活性剤及び分散剤の凝集・分散の力は
懸濁液のpHの値によって変化し、また、セラミック微
粒子は等電点付近のpHでは凝集してしまい、分散剤が
使用できなくなる。また、懸濁液の温度が高くなると凝
集粒子の粒子径が大きくなる。更に、pHの値によって
はセラミックの金属成分の溶出などがある。従って、凝
集の設計は懸濁液のpHの値、温度、用いる原料粉の種
類も考慮して決める必要がある。
【0013】また、前記セラミック粒子は、チタン酸バ
リウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン
酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、ジルコン酸バリ
ウム、ジルコン酸ストロンチウム及びジルコン酸カルシ
ウムから選択された1種又は2種以上からなるものを挙
げることができるが、これらに限定されるものではな
い。
【0014】また、上記2つの方法において、原料とし
て使用するセラミック微粒子は、例えば、水熱合成、固
相合成、蓚酸法、アルコキシド法、その他の合成法によ
って形成したものを使用することができるが、これら以
外の方法によって形成したものでもよい。
【0015】なお、この発明は積層セラミックコンデン
サに適用される場合に限るものではなく、積層インダク
タ、その他の積層電子部品にも適用できるものである。
【0016】
【実施例】実施例1: まず、出発原料として平均粒径
が0.1μmのチタン酸バリウム粉末を用意した。この
チタン酸バリウム粉末は水熱合成法によって製造したも
のである。
【0017】次に、このチタン酸バリウム粉末200グ
ラムを1リットルの水とともにビーカーに入れ、2時
間、撹拌・混合してチタン酸バリウム微粒子の懸濁液を
作った。
【0018】次に、この懸濁液に界面活性剤を1wt%
量、分散剤を1wt%量、各々添加し、20時間、撹拌
・混合した。ここで、界面活性剤としてはポリオキシエ
チレンポリオキシアルキレン付加型非イオン界面活性剤
を使用し、分散剤としてはポリカルボン酸を使用した。
また、このときの懸濁液のpHは12、温度は15℃と
した。
【0019】懸濁液中のチタン酸バリウム微粒子は界面
活性剤によって凝集し、分散剤によってその凝集が抑制
され、これらの成分の濃度、温度及びpHによって規定
(設計)された粒径範囲の凝集粒子が懸濁液中に形成さ
れた。
【0020】次に、この懸濁液を濾紙で濾過し、濾紙上
に残ったケーキ(凝集粒子の群)を150℃で15時間
加熱して乾燥させ、乾燥したケーキを解砕し、凝集粒子
の群からなる粉末を得た。
【0021】次に、得られた凝集粒子の群からなる粉末
の平均粒子径及びバラツキ度[ρ/平均粒径]を測定し
たところ、表1に示す通りであった。
【0022】また、この粉末を電子顕微鏡で観察したと
ころ、図1に示す通り、二次凝集以上のない、粒径の揃
った粒子群が観察された。また、この粒子群の粒度分布
をレーザー光を用いて測定したところ、図2に示す通
り、粒度分布は狭かった。
【0023】次に、これを750℃で10時間加熱し
た。凝集粒子の群はこの加熱によってその凝集粒子の範
囲内で相互に拡散・結合し、セラミック粒子の群からな
るセラミック粉末が得られた。
【0024】次に、得られたセラミック粉末の平均粒径
及びバラツキ度[ρ/平均粒径]を測定したところ、表
1に示す通りであった。
【0025】次に、このようにして得られたセラミック
粉末に有機バインダー及び水を加えて撹拌・混合し、セ
ラミックスラリーを形成し、このセラミックスラリーを
用いてセラミックスラリーの膜をポリエステルフィルム
上に形成し、このセラミックスラリーの膜を乾燥させて
厚さ5μmのセラミックグリーンシートを得た。
【0026】次に、このセラミックグリーンシートの表
面粗さを測定したところ、表1に示す通りであった。
【0027】次に、このセラミックグリーンシートに導
電性ペーストからなる導体パターンを印刷して乾燥さ
せ、この導体パターンを印刷したセラミックグリーンシ
ートを積層し、更にその上下面にセラミックグリーンシ
ートのみを積層し、これらをチップ状に裁断し、得られ
たチップ状の積層体を1200℃程度の高温で焼成して
積層セラミックコンデンサを作成した。
【0028】次に、この積層セラミックコンデンサの加
速寿命を測定した。加速寿命は、150℃の恒温槽内
で、積層セラミックコンデンサに70Vの電圧を加え、
ブレークダウンした時間を測定して求めた。表1の加速
寿命の換算値は基準となる積層セラミックコンデンサの
加速寿命を1としたときの倍数で表わしてある。
【0029】実施例2: チタン酸バリウム微粒子の懸
濁液に添加する界面活性剤の量を10wt%とした他は
実施例1と同様の条件で積層セラミックコンデンサを作
成し、実施例1と同様の事項についてのデータを求めた
ところ、表1に示す通りの結果が得られた。
【0030】実施例3: 微小なTiO(平均粒径
0.1μm以下)をBaCOと混合し、通常より低温
(700℃前後)でチタン酸バリウムの固相合成を行な
った。得られたチタン酸バリウム(平均粒径0.1〜
0.2μm)は微小で、結晶性も良くなかった。これ
を、実施例1と同様の条件で、凝集のコントロールを行
い、凝集体を作成し、これを焼成してチタン酸バリウム
の粉末を得た。このチタン酸バリウムの粒度分布及び結
晶性を調べたところ、粒度分布は狭く、結晶性も良好で
あった。
【0031】比較例1: また、機械的に粉砕して形成
したセラミック粉末で、平均粒径が0.9μm、バラツ
キ度(ρ/平均粒径)が38%のものを用意した。
【0032】次に、このセラミック粉末を用いて、実施
例1と同様の方法でセラミックグリーンシートを作成
し、その表面粗さを測定したところ、表1に示す通りで
あった。
【0033】次に、このセラミックグリーンシートを用
いて、実施例1と同様の方法で積層セラミックコンデン
サを作成し、その加速寿命を測定し、加速寿命の換算値
を求めたところ、表1に示す通りであった。
【0034】比較例2: また、機械的に粉砕して形成
したセラミック粉末で、平均粒径が0.5μm、バラツ
キ度(ρ/平均粒径)が41%のものを用意した。
【0035】そして、このセラミック粉末を用いて、実
施例1と同様の方法でセラミックグリーンシートを作成
し、その表面粗さを測定したところ、表1に示す通りで
あった。
【0036】また、このセラミックグリーンシートを用
いて、実施例1と同様の方法で積層セラミックコンデン
サを作成し、その加速寿命を測定し、加速寿命の換算値
を求めたところ、表1に示す通りであった。
【0037】
【表1】
【0038】以上の結果から、粒径を揃えたセラミック
粒子からなるセラミック粉末でセラミックグリーンシー
トを形成すると、形成されたセラミックグリーンシート
の表面粗さが小さくなることがわかる。
【0039】そして、このセラミックグリーンシートを
用いて積層セラミックコンデンサを製造すると、積層セ
ラミックコンデンサの寿命が伸びることがわかる。
【0040】
【発明の効果】この発明によれば、粒径の揃った粒度分
布の幅の狭いセラミック粉末が得られ、このセラミック
粉末を使って作ったセラミックグリーンシートは表面が
平滑になり、このセラミックグリーンシート上に形成し
た導電パターンは連続性が良好になり、このセラミック
グリーンシート及び導電パターンを用いて作った積層セ
ラミックコンデンサは内部電極の連続性が良好になり、
寿命が長くなるとともにIR不良が低減するという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明によって得られたセラミック粉末の電
子顕微鏡写真である。
【図2】この発明によって得られたセラミック粉末の粒
度分布を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茶園 広一 東京都台東区上野6丁目16番20号 太陽誘 電株式会社内 Fターム(参考) 4G030 AA07 AA08 AA09 AA10 AA16 AA17 AA40 BA09 CA08 GA01 GA11 GA16 GA20 5E001 AB03 AE02 AE03 AH01 AH06 AH09 AJ01 AJ02 5E082 AB03 BC38 EE04 EE35 FG06 FG26 FG54 LL01 LL02 LL03 MM24

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック粒子の群からなり、該セラミ
    ック粒子は該セラミック粒子より粒径の小さなセラミッ
    ク微粒子の集合体からなり、該セラミック微粒子は焼結
    により該集合体の範囲で相互に結合していることを特徴
    とするセラミック粉末。
  2. 【請求項2】 前記セラミック粒子の粒度分布がばらつ
    き度(σ/平均粒径)30%以下であることを特徴とす
    る請求項1に記載のセラミック粉末。
  3. 【請求項3】 前記セラミック粒子がチタン酸バリウ
    ム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カ
    ルシウム、チタン酸マグネシウム、ジルコン酸バリウ
    ム、ジルコン酸ストロンチウム及びジルコン酸カルシウ
    ムから選択された1種又は2種以上からなることを特徴
    とする請求項1又は2に記載のセラミック粉末。
  4. 【請求項4】 溶媒中においてセラミック微粒子を所定
    の条件下で凝集させて所定の粒径範囲の凝集単位の群を
    形成させる工程と、該凝集単位の群を該溶媒から分離す
    る工程と、分離された該凝集単位の群を焼結により該凝
    集単位の範囲内で結合させてセラミック粒子の群からな
    るセラミック粉末を形成させる工程とを備えたことを特
    徴とするセラミック粉末の製造方法。
  5. 【請求項5】 粉体の表面性状(表面構造や表面電位な
    ど)の設計を行うことで前記凝集単位の粒径を設計する
    ことを特徴とする請求項4に記載のセラミック粉末の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 所定範囲のpH及び温度下で、分散剤及
    び界面活性剤を用いて前記凝集単位の粒径範囲を調整す
    ることを特徴とする請求項4又は5に記載のセラミック
    粉末の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記セラミック微粒子がチタン酸バリウ
    ム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カ
    ルシウム、チタン酸マグネシウム、ジルコン酸バリウ
    ム、ジルコン酸ストロンチウム及びジルコン酸カルシウ
    ムから選択された1種又は2種以上からなることを特徴
    とする請求項4〜6のいずれかに記載のセラミック粉末
    の製造方法。
  8. 【請求項8】 溶媒中においてセラミック微粒子を所定
    の条件下で凝集させて所定の粒径範囲の凝集単位の群を
    形成させる工程と、該凝集単位の群を該溶媒から分離す
    る工程と、分離された該凝集単位の群を焼結により該凝
    集単位の範囲内で結合させてセラミック粒子の群からな
    るセラミック粉末を形成させる工程と、該セラミック粉
    末を用いてセラミックグリーンシートを形成させる工程
    と、該セラミックグリーンシートに内部電極パターンを
    印刷する工程と、該内部電極パターンを印刷した該セラ
    ミックグリーンシートを積層させて積層体を形成させる
    工程と、該積層体を裁断してチップ状の積層体チップを
    得る工程と、該積層体チップを焼成する工程とを備えた
    ことを特徴とする積層セラミックコンデンサの製造方
    法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1536438A2 (en) * 2003-11-28 2005-06-01 TDK Corporation Multilayer ceramic capacitor
JP2010241613A (ja) * 2009-04-01 2010-10-28 Murata Mfg Co Ltd チタン酸バリウム系粉末およびその製造方法、誘電体セラミックならびに積層セラミックコンデンサ

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