JP2003124049A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents
積層セラミックコンデンサInfo
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Abstract
δ、寿命特性を悪化させることなく、且つ、高誘電率化
が実現できる積層セラミックコンデンサを提供するこ
と。 【解決手段】 内部電極に接しているセラミック粒子の
平均粒径D50eを内部電極に接していないセラミック
粒子の平均粒径D50dより大きくするか、内部電極に
接しているセラミック粒子中の添加成分濃度Ceを内部
電極に接していないセラミック粒子中の添加成分の濃度
Cdより大きくするか、または、内部電極に接している
セラミック粒子のコア部とシェル部の面積比Reを、内
部電極に接していないセラミック粒子のコア部とシェル
部の面積比Rdより大きくした。
Description
セラミック粒子の大きさ又は内部構造を制御することに
より誘電体層の誘電率を高めた積層セラミックコンデン
サに関するものである。
セラミックグリーンシートと内部電極パターンとを交互
に多数層積層し、内部電極パターン毎に裁断し、得られ
たチップ状の積層体の端部に外部電極ペーストを付加
し、1200℃程度の高温で焼成することにより製造さ
れている。
ミック原料粉末を有機バインダでつないでシート状に形
成したものからなり、焼成により誘電体層になる。内部
電極パターン及び外部電極ペーストは金属粉末を主成分
とする導電性ペーストからなり、この導電性ペーストは
焼成により内部電極層や外部電極になる。
機器の小型・高性能化にともない、積層セラミックコン
デンサに対する更なる小型・大容量化、低価格化、高信
頼性化への要求が益々厳しくなってきている。
化のためには、誘電体層を薄層化し、且つ誘電体層の積
層数を増やす必要がある。
層に加わる電界強度の上昇をもたらし、tanδの悪
化、寿命特性の極端な悪化、またコア・シェル構造のセ
ラミック粒子を含むようなB,C,D特性などの誘電体
材料では、容量の温度特性の悪化(特に高温側)を引き
起こす。
しているセラミック粒子の粒径を小さくし、寿命特性に
大きな影響を及ぼす粒界の体積を稼ぐなどの方法がある
が、セラミック粒子の粒径を小さくすると、誘電率の減
少を招き、同容量を得る為には更なる薄層・多積層化が
必要となるばかりでなく、多積層化はコストアップにも
繋がる。
特性)、tanδ、寿命特性を悪化させることなく、且
つ、高誘電率化が実現できる積層セラミックコンデンサ
を提供することを目的とする。
ミックコンデンサは、誘電体磁器組成物からなる誘電体
層と、該誘電体層を挟持している内部電極と、該内部電
極に電気的に接続されている外部電極とを備え、該誘電
体磁器組成物はセラミック粒子の焼結体からなり、該セ
ラミック粒子のうちで、該内部電極に接しているセラミ
ック粒子の平均粒径D50eが該内部電極に接していな
いセラミック粒子の平均粒径D50dより大きいことを
特徴とするものである。
50e,D50dは、1.05≦D 50e/D50d≦
1.20の関係にあるのが好ましい。
デンサは、誘電体磁器組成物からなる誘電体層と、該誘
電体層を挟持している内部電極と、該内部電極に電気的
に接続されている外部電極とを備え、該誘電体磁器組成
物はセラミック粒子の焼結体からなり、該セラミック粒
子は主成分と粒成長を促進させる添加成分とからなり、
該セラミック粒子のうちで、該内部電極に接しているセ
ラミック粒子中の添加成分の濃度Ceが該内部電極に接
していないセラミック粒子中の添加成分の濃度Cdより
大きいことを特徴とするものである。
進させる添加成分としては、希土類元素(La,Ce,
Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,H
o、Y)、Si、アルカリ金属及びアルカリ土類金属か
ら選択された1種又は2種以上の元素を含む化合物を使
用することができる。
デンサは、誘電体磁器組成物からなる誘電体層と、該誘
電体層を挟持している内部電極と、該内部電極に電気的
に接続されている外部電極とを備え、該誘電体磁器組成
物はセラミック粒子の焼結体からなり、該セラミック粒
子のうちで、該内部電極に接しているセラミック粒子の
コア部(TEM観察にて縞状のドメイン構造が確認され
る部分)の面積Se− coreとシェル部(TEM観察
にて縞状のドメイン構造が確認できない部分)の面積S
e−shellとの面積比Re(Se−core/Se
−shell)が、該内部電極に接していないセラミッ
ク粒子のコア部の面積Sd−coreとシェル部の面積
Sd−shellとの面積比Rd(Sd−core/S
d−sh ell)より小さいことを特徴とするものであ
る。
5〜0.75μmの粒子径(μm)のBaTiO3を準
備した。このBaTiO3の粒度D50(%)はレーザ
ー回折粒度分布計によって測定した。また、添加成分で
あるHo2O3,MgO,MnO2,SiO2,CaCO
3をこのBaTiO3に対して表1に示すような割合に
なるように各々秤量した。
え、湿式で約20時間攪拌・混合し、得られたスラリー
を取り出して乾燥させ、これを1000℃で2時間仮焼
して仮焼物を得た。そして、この仮焼物をポットミルに
入れ、乾式で、比表面積が10〜20m2/gとなるよ
うに粉砕し、原料粉末を得た。比表面積はBET法によ
り測定した。
量部)に対し、アクリル酸エステルポリマー、グリセリ
ン、縮合リン酸塩の水溶液からなる有機バインダーを1
5重量%添加し、更に、50重量%の水を加え、これら
をボールミルに入れ、粉砕及び混合してセラミックスラ
リーを作成した。
機に入れて脱泡した後、リバースロールコータに入れ、
ポリエステルフィルム上にこのセラミックスラリーから
なる薄膜を形成した。そして、この薄膜をポリエステル
フィルム上で100℃に加熱して乾燥させ、打ち抜き、
厚さ約5μmで、10cm×10cmの正方形のセラミ
ックグリーンシートを得た。
ルロースをブチルカルビトールに溶解させ、内部電極ペ
ーストを調製した。添加成分の種類及び量は表1に示す
通りとした。そして、上記グリーンシートにこの内部電
極ペーストからなる内部電極パターンを印刷し、乾燥さ
せた。
てグリーンシートを10枚積層した。この際、隣接する
上下のシートにおいて、その印刷面がパターンの長手方
向に約半分程ずれるように配置した。更に、この積層物
の上下両面に導電パターンの印刷の施されていないグリ
ーンシートを積層した。
方向に約40トンの圧力を加えて圧着させ、その後、こ
の積層物を格子状に裁断し、縦3.2mm×横1.6m
mの積層チップを得た。
面にNi外部電極をディップで形成し、この積層チップ
を雰囲気焼成が可能な炉に入れ、N2雰囲気中で加熱し
て有機バインダを除去させ、続いて、酸素分圧が10
−5〜10−10atmの条件下、1260℃〜136
0℃で1〜5時間焼成し、その後、N2雰囲気下、60
0〜800℃で再酸化処理を行ない、積層セラミックコ
ンデンサを得た。
層を形成しているセラミック粒子についてTEMを用い
て、内部電極に接するセラミック粒子の粒径D50eと
内部電極に接しないセラミック粒子の粒径D50dを測
定したところ、表2に示す通りであった。図1に誘電体
層10、内部電極12及びセラミック粒子14の位置関
係及びセラミック粒子の粒径D50e,D50dを示
す。
層を形成しているセラミック粒子についてTEM−ED
Xを用いて、内部電極に接するセラミック粒子中の添加
成分の濃度Ceと内部電極に接しないセラミック粒子中
の添加成分の濃度Cdを分析したところ、表2に示す通
りであった。
層を形成しているセラミック粒子を1粒子ずつTEM観
察→写真撮影し、内部電極に接するセラミック粒子のコ
ア部の面積Se−coreとシェル部の面積Se
−shellを求め、面積比Re(Se−core/S
e−shell)を算出したところ表2に示す通りであ
った。また、内部電極に接しないセラミック粒子のコア
部の面積Sd−coreとシェル部の面積Sd
−shellの面積を求め、面積比Rd(Sd
−core/Sd−shell)を算出したところ表2
に示す通りであった。図2に誘電体層10、内部電極1
2、セラミック粒子14のコア部の面積S
e−core、シェル部の面積Se−shellを示
す。
の電気的特性を測定したところ、表2に示す通りであっ
た。
kHz、電圧(実効値)1.0Vの条件で静電容量を測
定し、この測定値と、一対の内部電極14の対向面積
と、一対の内部電極間の誘電体磁器層の厚さから計算で
求めた。
比誘電率の測定の場合と同一の条件で測定した。
中に試料を入れ、85℃において、周波数1kHz、電
圧(実効値)1.0Vの条件で静電容量を測定し、20
℃の静電容量に対する静電容量の変化率を求めることに
よって得た。
0V/μmの直流電界下にて絶縁抵抗率(ρ)が1×1
010Ωcmになるまでの時間を測定し、内部電極ペー
スト中に添加成分を入れない試料No.11〜15の値
を1とし、これとの比率で表した。
に、内部電極ペースト中に粒成長を促進させる添加成分
を添加した場合、内部電極に接しているセラミック粒子
の平均粒径D50eは、内部電極に接していないセラミ
ック粒子の平均粒径D50dより大きくなることがわか
る。
ように、内部電極ペースト中に添加成分を添加しない場
合、内部電極に接しているセラミック粒子の平均粒径D
50eと内部電極に接していないセラミック粒子の平均
粒径D50dは同等になることがわかる。
部電極ペースト中に粒成長を抑制する添加成分を添加し
た場合、内部電極に接しているセラミック粒子の平均粒
径D 50eは、内部電極に接していないセラミック粒子
の平均粒径D50dより小さくなることがわかる。
内部電極ペースト中に粒成長を促進させる添加成分を添
加した場合、内部電極に接しているセラミック粒子のシ
ェル部中の添加成分の濃度Ceは、内部電極に接してい
ないセラミック粒子のシェル部中の添加成分の濃度Cd
より大きくなることがわかる。
内部電極ペースト中に粒成長を促進させる添加成分を添
加した場合、内部電極に接しているセラミック粒子のコ
ア部の面積Se−coreとシェル部の面積Se
−shellの面積比Re=Se− core/Se
−shellは、内部電極に接していないセラミック粒
子のコア部の面積Sd−coreとシェル部の面積Sd
−shellの面積比Rd=Sd −core/Sd
−shellより小さくなることがわかる。
ように、内部電極ペースト中に粒成長を促進させる添加
成分を添加しない場合、内部電極に接しているセラミッ
ク粒子のコア部の面積Se−coreとシェル部の面積
Se−shellの面積比Re=Se−core/Se
−shellが内部電極に接していないセラミック粒子
のコア部/シェル部の面積比Rd=Sd−core/S
d−shellより大きくなることがわかる。
に、粒成長を抑制する添加成分を添加した場合、内部電
極に接しているセラミック粒子のコア部の面積Se
−coreとシェル部の面積Se−shellの面積比
Re=Se−core/Se−sh ellは内部電極に
接していないセラミック粒子のコア部の面積Se
−coreとシェル部の面積Se−shellの面積比
Rd=Sd−core/Sd−sh ellより小さくな
ることがわかる。
部電極ペースト中に粒成長を促進させる添加成分を10
wt%添加した場合、前述したD50e>D50d、C
e>Cd、Re<Rdのいずれかの条件を満たせば寿命
及び電気的特性が向上することがわかる。
粒成長を促進させる添加成分の増加にともない電気的特
性が向上し、寿命も向上することがわかる。
量は微量でも効果があり、35wt%以下で効果が認め
られる。ただし、35wt%以上添加すると、内部電極
の特性が悪化し、電気的特性が著しく悪化する。
に、内部電極ペースト中に粒成長を抑制する添加成分を
添加しても、寿命特性や電気的特性が改善されないこと
がわかる。
性、tanδ及び寿命特性を悪化させることなく誘電体
層を薄層化させることができ、従って、積層セラミック
コンデンサを小型・大容量化させることができるという
効果がある。
電極に対するセラミック粒子の位置と粒径との関係を説
明するための説明図である。
電極に対するセラミック粒子の位置とコア部面積/シェ
ル部面積との関係を説明するための説明図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 誘電体磁器組成物からなる誘電体層と、
該誘電体層を挟持している内部電極と、該内部電極に電
気的に接続されている外部電極とを備え、該誘電体磁器
組成物はセラミック粒子の焼結体からなり、該セラミッ
ク粒子のうちで、該内部電極に接しているセラミック粒
子の平均粒径D50eが該内部電極に接していないセラ
ミック粒子の平均粒径D50dより大きいことを特徴と
する積層セラミックコンデンサ。 - 【請求項2】 前記セラミック粒子の平均粒径D
50e,D50dが、1.05≦D50e/D50d≦
1.20の関係にあることを特徴とする請求項1に記載
の積層セラミックコンデンサ。 - 【請求項3】 誘電体磁器組成物からなる誘電体層と、
該誘電体層を挟持している内部電極と、該内部電極に電
気的に接続されている外部電極とを備え、該誘電体磁器
組成物はセラミック粒子の焼結体からなり、該セラミッ
ク粒子は主成分と粒成長を促進させる添加成分とからな
り、該セラミック粒子のうちで、該内部電極に接してい
るセラミック粒子中の該添加成分の濃度Ceが該内部電
極に接していないセラミック粒子中の該添加成分の濃度
Cdより大きいことを特徴とする積層セラミックコンデ
ンサ。 - 【請求項4】 前記添加成分が、希土類元素(La,C
e,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,D
y,Ho、Y)、Si、アルカリ金属及びアルカリ土類
金属から選択された1種又は2種以上の元素を含む化合
物からなることを特徴とする請求項3に記載の積層セラ
ミックコンデンサ。 - 【請求項5】 誘電体磁器組成物からなる誘電体層と、
該誘電体層を挟持している内部電極と、該内部電極に電
気的に接続されている外部電極とを備え、該誘電体磁器
組成物はセラミック粒子の焼結体からなり、該セラミッ
ク粒子のうちで、該内部電極に接しているセラミック粒
子のコア部(TEM観察にて縞状のドメイン構造が確認
される部分)の面積Se−coreとシェル部(TEM
観察にて縞状のドメイン構造が確認できない部分)の面
積Se−shellとの面積比Re(Se−core/
Se−shell)が、該内部電極に接していないセラ
ミック粒子のコア部の面積Sd−coreとシェル部の
面積Sd−shellとの面積比Rd(Sd−core
/Sd−shell)より小さいことを特徴とする積層
セラミックコンデンサ。
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Publication Number | Publication Date |
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