JP2005347288A - Method of manufacturing multilayered ceramic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層セラミックコンデンサの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a multilayer ceramic capacitor.
積層セラミックコンデンサは、誘電体層と内部電極層とが交互に複数積層された構造の素子本体と、該素子本体の両端部に形成された一対の外部端子電極とで構成される。この積層セラミックコンデンサは、まず、焼成前誘電体層と焼成前内部電極層とを必要枚数だけ交互に重ねて焼成前素子本体を製造し、次に、これを焼成した後、焼成後素子本体の両端部に一対の外部端子電極を形成して製造される。 The multilayer ceramic capacitor includes an element body having a structure in which a plurality of dielectric layers and internal electrode layers are alternately stacked, and a pair of external terminal electrodes formed at both ends of the element body. In this multilayer ceramic capacitor, first, a pre-firing dielectric layer and a pre-firing internal electrode layer are alternately laminated in a necessary number to produce a pre-firing element body, and then, after firing this, the post-firing element body It is manufactured by forming a pair of external terminal electrodes at both ends.
焼成前誘電体層としては、セラミックグリーンシートが用いられる。セラミックグリーンシートは、シート法などで製造することができる。シート法とは、誘電体原料粉末、バインダ、可塑剤および有機溶剤などを含む誘電体層用ペーストを、ドクターブレード法などを用いてPETなどのキャリアシート上に塗布し、加熱乾燥させて製造する方法である。 A ceramic green sheet is used as the dielectric layer before firing. The ceramic green sheet can be manufactured by a sheet method or the like. The sheet method is produced by applying a dielectric layer paste containing a dielectric raw material powder, a binder, a plasticizer, an organic solvent, etc. onto a carrier sheet such as PET using a doctor blade method, and drying by heating. Is the method.
焼成前内部電極層としては、たとえば所定パターンの内部電極層用ペーストが用いられる。所定パターンの内部電極層用ペーストは、たとえば印刷法により製造される。印刷法とは、Pd、Ag−Pd、Niなどの金属を含む導電材と、バインダおよび有機溶剤などを含む内部電極層用ペーストを、セラミックグリーンシート上に所定パターンで形成する方法である。 As the internal electrode layer before firing, for example, a predetermined pattern of internal electrode layer paste is used. The internal electrode layer paste having a predetermined pattern is manufactured, for example, by a printing method. The printing method is a method in which a conductive material containing a metal such as Pd, Ag—Pd, Ni, and an internal electrode layer paste containing a binder and an organic solvent are formed in a predetermined pattern on a ceramic green sheet.
このように、積層セラミックコンデンサの製造に際しては、焼成前誘電体層と焼成前内部電極層とを同時に焼成することになる。このため、焼成前内部電極層に含まれる導電材には、焼成前誘電体層に含まれる誘電体原料粉末の焼結温度よりも高い融点を持つこと、誘電体原料粉末と反応しないこと、焼成後誘電体層に拡散しないこと、などが要求される。 Thus, when manufacturing the multilayer ceramic capacitor, the pre-firing dielectric layer and the pre-firing internal electrode layer are fired simultaneously. Therefore, the conductive material contained in the internal electrode layer before firing has a melting point higher than the sintering temperature of the dielectric material powder contained in the dielectric layer before firing, does not react with the dielectric material powder, It is required not to diffuse into the post-dielectric layer.
従来は、これらの要求を満足させるために、焼成前内部電極層に含まれる導電材には、PtやPdなどの貴金属を使用してきた。しかしながら、貴金属はそれ自体が高価であり、結果として最終的に得られる積層セラミックコンデンサがコスト高になるという欠点があった。そこで、誘電体原料粉末の焼結温度を低下させ、焼成前内部電極層に含まれる導電材にAg−Pd合金を用いたり、誘電体材料に耐還元性を付与し、還元雰囲気で焼成可能なNiなどの安価な卑金属を用いたものが開発されている。 Conventionally, in order to satisfy these requirements, noble metals such as Pt and Pd have been used for the conductive material contained in the internal electrode layer before firing. However, the noble metal itself is expensive, and as a result, there is a disadvantage that the finally obtained multilayer ceramic capacitor is expensive. Therefore, the sintering temperature of the dielectric material powder is lowered, and an Ag—Pd alloy is used for the conductive material contained in the internal electrode layer before firing, or reduction resistance is imparted to the dielectric material, which can be fired in a reducing atmosphere. Those using inexpensive base metals such as Ni have been developed.
焼成前内部電極層に含まれる導電材にNiを用いた場合を例示する。このNiは、焼成前誘電体層に含まれる誘電体原料粉末と比較して融点が低い。このため、焼成前誘電体層と導電材としてのNiを含む焼成前内部電極層とを同時焼成した場合、誘電体原料粉末とNiとの焼結開始温度の差により、誘電体よりもNiの焼結が早く起こるため、途切れが生じやすい。すなわち、内部電極層のライン性(連続性)が悪化する。そこで、この種の焼成による途切れの抑制や焼結抑制の目的で、内部電極層を形成するための内部電極層用ペースト中に、焼結抑制材としての添加用誘電体原料を添加する技術が提案されている(特許文献1〜6参照)。
The case where Ni is used for the conductive material contained in the internal electrode layer before firing is illustrated. This Ni has a lower melting point than the dielectric raw material powder contained in the pre-firing dielectric layer. For this reason, when the pre-firing dielectric layer and the pre-firing internal electrode layer containing Ni as the conductive material are co-fired, the difference in sintering start temperature between the dielectric raw material powder and Ni is greater than that of the dielectric. Since sintering occurs quickly, breaks are likely to occur. That is, the line property (continuity) of the internal electrode layer is deteriorated. Therefore, there is a technique for adding a dielectric material for addition as a sintering inhibitor to the internal electrode layer paste for forming the internal electrode layer for the purpose of suppressing discontinuity and sintering suppression due to this kind of firing. It has been proposed (see
ところで、近年、各種電子機器の小型化により、電子機器の内部に装着される積層セラミックコンデンサの小型化および大容量化を実現することが求められてきている。この積層セラミックコンデンサの小型化および大容量化を実現するために、対向する焼成後内部電極層間に配置される焼成後層間誘電体層の薄層化が進んできている。具体的には、焼成後層間誘電体層の一層あたりの焼き上げ厚みが約1μm前後にまで薄層化されてきており、これに伴って焼成前層間誘電体層の一層あたりの焼成前厚みも薄層化される。 By the way, in recent years, with the miniaturization of various electronic devices, it has been required to realize the miniaturization and large capacity of the multilayer ceramic capacitor mounted inside the electronic device. In order to reduce the size and increase the capacity of the multilayer ceramic capacitor, the thickness of the post-fired interlayer dielectric layer disposed between the opposed fired internal electrode layers has been increasing. Specifically, the fired thickness per layer of the interlayer dielectric layer after firing has been reduced to about 1 μm, and accordingly, the thickness before firing per layer of the interlayer dielectric layer before firing is also reduced. Layered.
焼成前層間誘電体層の厚みが薄くなればなるほど、これを形成する誘電体層中の誘電体原料の含有量が少なくなる。 The thinner the interlayer dielectric layer before firing, the lower the dielectric material content in the dielectric layer forming it.
上述した特許文献1〜6の技術では、添加用誘電体原料を、導電材としてのNi100重量%に対して、20重量%程度添加した内部電極層用ペーストを用いていた。
In the techniques of
この従来の内部電極層用ペーストを、たとえば5.0μm、4.0μm、3.0μm、2.0μm、1.5μmなどというように焼成前厚みを段階的に薄層化させた複数の焼成前層間誘電体層に対して、たとえば1.3μmなどの所定厚みで塗布形成した場合、焼成前層間誘電体層中の誘電体原料の含有量に対する内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料の含有量の重量割合(内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料の含有量/焼成前層間誘電体層中の誘電体原料の含有量)は、たとえば9.0重量%、11.5重量%、16.2重量%、26.9重量%、40.4重量%といったように、内部電極層用ペーストが塗布形成される焼成前層間誘電体層の厚みが薄くなるに連れて、段階的に増加していく。焼成前層間誘電体層の厚みが薄くなるに連れ、誘電体原料の含有量が減少していくため、上記重量割合の式の分母が小さくなり、その結果、重量割合の値が増加していくものである。 The conventional paste for internal electrode layers is formed by, for example, a plurality of pre-firing layers in which the pre-firing thickness is gradually reduced to 5.0 μm, 4.0 μm, 3.0 μm, 2.0 μm, 1.5 μm, etc. When the interlayer dielectric layer is applied and formed with a predetermined thickness of 1.3 μm, for example, the dielectric material for addition in the internal electrode layer paste with respect to the content of the dielectric material in the interlayer dielectric layer before firing The weight ratio of the content (content of dielectric material for addition in internal electrode layer paste / content of dielectric material in interlayer dielectric layer before firing) is, for example, 9.0% by weight, 11.5% by weight %, 16.2 wt%, 26.9 wt%, 40.4 wt%, etc., as the thickness of the pre-firing interlayer dielectric layer on which the internal electrode layer paste is applied and formed decreases stepwise. Will increase. As the thickness of the interlayer dielectric layer before firing decreases, the content of the dielectric material decreases, so the denominator of the above weight ratio formula decreases, and as a result, the weight ratio value increases. Is.
すなわち、内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料の添加量が一定である場合、これを塗布形成する焼成前層間誘電体層の厚みが薄くなるに連れて、上記重量割合は増加する。たとえば、導電材としてのNi100重量%に対して添加用誘電体原料を20重量%程度添加した内部電極層用ペーストを、所定厚みで、5.0μmの焼成前厚みを持つ焼成前層間誘電体層に対して塗布形成した場合と、1.5μmの焼成前厚みを持つ焼成前層間誘電体層に対して塗布形成した場合とを比較すると、前者より後者の方が、焼成前層間誘電体層に含まれる誘電体原料の量に対する内部電極層用ペーストに含まれる添加用誘電体原料の量の重量割合が大きくなる。 That is, when the addition amount of the dielectric material for addition in the internal electrode layer paste is constant, the weight ratio increases as the thickness of the pre-firing interlayer dielectric layer on which this is applied is thinned. For example, a paste for internal electrode layers in which about 20% by weight of a dielectric material for addition is added to 100% by weight of Ni as a conductive material is an interlayer dielectric layer before firing having a predetermined thickness and a thickness before firing of 5.0 μm. When compared with the case of coating and forming on a pre-firing interlayer dielectric layer having a thickness before firing of 1.5 μm, the latter is more suitable for the pre-firing interlayer dielectric layer than the former. The weight ratio of the amount of the dielectric material for addition contained in the internal electrode layer paste to the amount of the dielectric material contained is increased.
内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料は、焼成前素子本体の焼成中に、焼成後層間誘電体層へと拡散していくので、上記重量割合が多くなればなるほど、焼成中に、焼成後層間誘電体層へと拡散していく割合が高くなる。 Since the dielectric material for addition in the internal electrode layer paste diffuses into the interlayer dielectric layer after firing during firing of the element body before firing, the higher the weight ratio, the more during the firing, The rate of diffusion into the interlayer dielectric layer after firing increases.
焼成中に、焼成前内部電極層から拡散してくる添加用誘電体原料の量が大きくなると、得られるコンデンサの温度特性が悪化する傾向にあることが分かった。特に、焼成後層間誘電体層の厚みを1.5μm以下に薄層化する場合には、その傾向が顕著であることが本発明者らにより確認された。
本発明の目的は、層間誘電体層を薄層化した場合でも、温度特性の悪化を効果的に防止することができるとともに、誘電率の劣化も抑制される積層セラミックコンデンサの製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a multilayer ceramic capacitor that can effectively prevent deterioration of temperature characteristics and suppress deterioration of dielectric constant even when an interlayer dielectric layer is thinned. That is.
上記目的を達成するために、本発明によれば、
内部電極層と、1.5μm以下の厚みを持つ誘電体層とを有する積層セラミックコンデンサを製造する方法であって、
誘電体原料を含む焼成前誘電体層と、卑金属導電材及び添加用誘電体原料を含む焼成前内部電極層とを交互に複数積層させた構造の焼成前素子本体を焼成する工程を有し、
前記焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料の含有量を、前記焼成前誘電体層に含まれる誘電体原料100重量%に対して4.5〜30重量%の範囲に制御する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が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention,
A method of manufacturing a multilayer ceramic capacitor having an internal electrode layer and a dielectric layer having a thickness of 1.5 μm or less,
A step of firing a pre-fired element body having a structure in which a plurality of pre-fired dielectric layers containing a dielectric material and base metal conductive materials and pre-fired internal electrode layers containing a dielectric material for addition are alternately stacked;
The content of the dielectric material for addition in the internal electrode layer before firing is controlled in the range of 4.5 to 30% by weight with respect to 100% by weight of the dielectric material contained in the dielectric layer before firing. A method for manufacturing a featured multilayer ceramic capacitor is provided.
前記焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料の含有量を前記範囲に制御するには、目標とする誘電体層の厚みに応じて、焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料の含有量自体、及び/又は、焼成前内部電極層の厚み、を変化させることにより行うことができる。 In order to control the content of the dielectric material for addition in the internal electrode layer before firing to the above range, the dielectric material for addition in the internal electrode layer before firing is controlled according to the target thickness of the dielectric layer. It can be performed by changing the content itself and / or the thickness of the internal electrode layer before firing.
好ましくは、前記焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料が、添加用主成分原料を含み、該添加用主成分原料が、前記焼成前誘電体層に含まれる誘電体原料中の主成分原料と実質的に同じ組成系であり、かつ該主成分原料の平均粒径より小さい平均粒径を持つものである。好ましくは、前記添加用主成分原料の平均粒径が、0.01〜0.2μmである。なお、各原料粉末の平均粒径の値は、たとえば、実際に測定された各原料粉末の比表面積(=単位重量あたりの表面積。SSAと略すこともある)から求めることができる。 Preferably, the dielectric material for addition in the internal electrode layer before firing includes a main component material for addition, and the main component material for addition is a main component in the dielectric material contained in the dielectric layer before firing. The composition system is substantially the same as the raw material and has an average particle size smaller than the average particle size of the main component raw material. Preferably, the additive main component material has an average particle diameter of 0.01 to 0.2 μm. In addition, the value of the average particle diameter of each raw material powder can be determined from, for example, the specific surface area (= surface area per unit weight, sometimes abbreviated as SSA) of each raw material powder actually measured.
「実質的に同じ組成系」とは、各元素の種類と、該各元素同士の組成モル比とが、完全に一致する場合の他に、各元素の種類は同一であるが組成モル比が多少異なる場合も含む趣旨である。前者のケースとしては、たとえば、焼成前誘電体層中の誘電体原料に含まれる主成分原料が(BaO)m TiO2 (但し、m=1)の場合に、焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料に含まれる添加用主成分原料が(BaO)m’TiO2 (但し、m’=1)の場合である。後者のケースとしては、たとえば、主成分原料が(BaO)m TiO2 (但し、m=1)の場合に、添加用主成分原料が(BaO)m’TiO2 (但し、m’=0.990〜1.050程度)の場合である。 “Substantially the same composition system” means that the type of each element and the composition molar ratio between the elements are completely the same, but the type of each element is the same, but the composition molar ratio is This is intended to include cases that are slightly different. As the former case, for example, when the main component material contained in the dielectric material in the dielectric layer before firing is (BaO) m TiO 2 (where m = 1), the addition in the internal electrode layer before firing This is a case where the main component raw material for addition contained in the dielectric raw material is (BaO) m ′ TiO 2 (where m ′ = 1). As the latter case, for example, when the main component material is (BaO) m TiO 2 (where m = 1), the main component material for addition is (BaO) m ′ TiO 2 (where m ′ = 0. 990 to 1.050).
焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料は、「少なくとも添加用主成分原料」を含むものであればよく、さらに添加用副成分原料を含むこともある。 The additive dielectric material in the pre-fired internal electrode layer may contain “at least the main component material for addition”, and may further contain the subcomponent material for addition.
本発明では、添加用誘電体原料中の添加用主成分原料と、誘電体層用ペースト中の誘電体原料に含まれる主成分原料とは、実質的に同じ組成系であることが好ましい。 In the present invention, the main component material for addition in the dielectric material for addition and the main component material contained in the dielectric material in the paste for dielectric layer are preferably substantially the same composition system.
したがって、添加用誘電体原料が、添加用主成分原料の他に添加用副成分原料を含む場合には、(1)添加用誘電体原料の一部である添加用主成分原料のみが、焼成前誘電体層中の誘電体原料に含まれる主成分原料と実質的に同じ組成系であってもよい。換言すれば、添加用誘電体原料の残部である添加用副成分原料の組成が、焼成前誘電体層中の誘電体原料に含まれる副成分原料の組成と異なっていてもよい。(2)添加用誘電体原料の全部(当然に添加用主成分原料を含んでいる)が、焼成前誘電体層中の誘電体原料の全部(当然に主成分原料を含んでいる)と実質的に同じ組成系であってもよい。 Therefore, when the additive dielectric material includes the additive subcomponent material in addition to the additive main component material, (1) only the additive main component material that is a part of the additive dielectric material is fired. The composition system may be substantially the same as the main component material contained in the dielectric material in the previous dielectric layer. In other words, the composition of the additive subcomponent material that is the balance of the additive dielectric material may be different from the composition of the subcomponent material contained in the dielectric material in the pre-firing dielectric layer. (2) All of the dielectric material for addition (which naturally includes the main component material for addition) is substantially the same as all of the dielectric material (which naturally includes the main component material) in the pre-firing dielectric layer. The same composition system may be used.
積層セラミックコンデンサの内部電極層を構成する材料(導電材)は、本発明では特に限定されず、卑金属の他に貴金属を用いることもできる。特に、Niなどの卑金属を用いた場合に効果的である。 The material (conductive material) constituting the internal electrode layer of the multilayer ceramic capacitor is not particularly limited in the present invention, and a noble metal can be used in addition to the base metal. This is particularly effective when a base metal such as Ni is used.
誘電体層は、誘電体原料と添加用誘電体原料の焼結体からなる誘電体組成物で構成される。 The dielectric layer is composed of a dielectric composition comprising a sintered body of a dielectric material and an additive dielectric material.
内部電極層を卑金属で構成する場合、誘電体層を構成する誘電体組成物には、チタン酸バリウム等の主成分の他に、Mn,Cr,Si,Ca,Ba,Mg,V,W,Ta,Nb及びR(RはY等の希土類元素の1種以上)の酸化物並びに焼成によりこれらの酸化物になる化合物などの1種類以上を含む副成分を含有させることがある。副成分を含有させることで、還元性雰囲気下で焼成しても半導体化されず、コンデンサとしての特性を保持することができる。このように、主成分の他に副成分を含む誘電体組成物(焼結体)で構成される誘電体層を持つ積層セラミックコンデンサを製造する場合には、焼成前誘電体層中の誘電体原料は、焼成後に上記主成分や副成分を形成することとなる主成分原料や副成分原料を含有する。この場合、上述したように、焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料にも、添加用主成分原料の他に、添加用副成分原料が含有される。 When the internal electrode layer is made of a base metal, the dielectric composition constituting the dielectric layer includes Mn, Cr, Si, Ca, Ba, Mg, V, W, in addition to the main components such as barium titanate. An accessory component including one or more of oxides of Ta, Nb, and R (R is one or more rare earth elements such as Y) and a compound that becomes these oxides by firing may be contained. By containing an auxiliary component, even if baked in a reducing atmosphere, it is not made into a semiconductor, and the characteristics as a capacitor can be maintained. Thus, in the case of manufacturing a multilayer ceramic capacitor having a dielectric layer composed of a dielectric composition (sintered body) containing a subcomponent in addition to the main component, the dielectric in the dielectric layer before firing is used. A raw material contains the main component raw material and subcomponent raw material which will form the said main component and subcomponent after baking. In this case, as described above, the additive dielectric material in the internal electrode layer before firing also contains the additive subcomponent material in addition to the additive main component material.
好ましくは、焼成前誘電体層中の誘電体原料と、焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料は、主成分原料及び添加用主成分原料としてチタン酸バリウムを含有し、副成分原料及び添加用副成分原料として酸化マグネシウム(焼成後に酸化マグネシウムになる化合物を含む)と希土類元素の酸化物とを含有し、更に他の副成分として酸化バリウム(焼成後に酸化バリウムになる化合物を含む)及び酸化カルシウム(焼成後に酸化カルシウムになる化合物を含む)から選択される少なくとも1種と、酸化ケイ素、酸化マンガン(焼成後に酸化マンガンになる化合物を含む)、酸化バナジウム及び酸化モリブデンから選択される少なくとも1種とを含有することが好ましい。 Preferably, the dielectric material in the dielectric layer before firing and the dielectric material for addition in the internal electrode layer before firing contain barium titanate as a main component material and main component material for addition, It contains magnesium oxide (including a compound that becomes magnesium oxide after firing) and rare earth element oxide as an auxiliary component raw material for addition, and barium oxide (including a compound that becomes barium oxide after firing) as another accessory component, and At least one selected from calcium oxide (including a compound that becomes calcium oxide after firing) and at least one selected from silicon oxide, manganese oxide (including a compound that becomes manganese oxide after firing), vanadium oxide, and molybdenum oxide It is preferable to contain seeds.
焼成工程は、雰囲気温度を、焼成保持温度に向けて上昇させ、該焼成保持温度を所定時間、保持させた後、下降させる工程であればよく、昇温、焼成保持温度の保持、降温の各工程についての詳細は特に限定されない。 The firing step may be a step of raising the atmospheric temperature toward the firing holding temperature, holding the firing holding temperature for a predetermined time, and then lowering the temperature. The details about the process are not particularly limited.
好ましくは、前記積層セラミックコンデンサが、一対の外側誘電体層の間に、内部電極層と1.5μm以下の厚みを持つ層間誘電体層とを交互に100層以上積層した構造の素子本体を有するものである。 Preferably, the multilayer ceramic capacitor has an element body having a structure in which an internal electrode layer and an interlayer dielectric layer having a thickness of 1.5 μm or less are alternately stacked between a pair of outer dielectric layers. Is.
なお、本発明において、単に、”誘電体層”と表現した場合の当該誘電体層は、層間誘電体層及び外側誘電体層の一方または双方を意味するものとする。 In the present invention, the dielectric layer simply expressed as “dielectric layer” means one or both of the interlayer dielectric layer and the outer dielectric layer.
従来技術では、内部電極層用ペーストを用いて形成された焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料の含有量を、導電材としてのNi100重量%に対して、所定量で制御していた。このため、誘電体層用ペーストを用いて形成されたセラミックグリーンシートで構成される焼成前誘電体層の厚みが薄くなればなるほど、該焼成前誘電体層中の誘電体原料に対する前記添加用誘電体原料の重量割合が大きくなっていた。 In the prior art, the content of the dielectric material for addition in the internal electrode layer before firing formed using the internal electrode layer paste is controlled by a predetermined amount with respect to 100% by weight of Ni as a conductive material. . For this reason, the thinner the thickness of the pre-fired dielectric layer composed of the ceramic green sheet formed using the dielectric layer paste, the more the dielectric for addition to the dielectric material in the pre-fired dielectric layer. The weight ratio of the body material was large.
焼成前誘電体層中の誘電体原料に対する前記添加用誘電体原料の重量割合が大きくなると、誘電体層を薄層化(特に1.5μm以下)したときに、焼成前内部電極層から焼成後誘電体層へと拡散してくる添加用誘電体原料の量が多くなる。その結果、得られるコンデンサの温度特性の悪化傾向が顕著に表れた。 When the weight ratio of the dielectric material for addition to the dielectric material in the dielectric layer before firing is increased, when the dielectric layer is thinned (particularly, 1.5 μm or less), after firing from the internal electrode layer before firing. The amount of the additive dielectric material that diffuses into the dielectric layer increases. As a result, the tendency of the temperature characteristics of the obtained capacitor to deteriorate significantly appeared.
本発明では、誘電体原料を含む焼成前誘電体層と、卑金属導電材及び添加用誘電体原料を含む焼成前内部電極層とを交互に複数積層させた構造の焼成前素子本体を焼成することで、前記添加用誘電体原料は前記誘電体層中へ拡散され、前記誘電体原料及び添加用誘電体原料の焼結体で構成される誘電体組成物からなる前記誘電体層を形成する。 In the present invention, a pre-fired element body having a structure in which a plurality of pre-fired dielectric layers containing a dielectric material and pre-fired internal electrode layers containing a base metal conductive material and an additive dielectric material are alternately stacked is fired. Thus, the dielectric material for addition is diffused into the dielectric layer to form the dielectric layer made of a dielectric composition composed of a sintered body of the dielectric material and the dielectric material for addition.
本発明者らは、誘電体層を1.5μm以下と極めて薄層化した場合に、焼成前内部電極層から拡散してくる添加用誘電体原料が、誘電体層の微細構造へ影響を与え、誘電体層を構成する誘電体組成物(焼結体)の焼結体粒径が大きくなると、コンデンサの温度特性が劣化するとの知見を得た。そして、さらに研究を進めたところ、誘電体層の微細構造への影響を少なくするためには、焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料の含有量を、焼成前内部電極層中の導電材100重量%に対してではなく、焼成前誘電体層中の誘電体原料100重量%に対して、所定範囲に制御することが効果的であるとの結論に達した。 When the dielectric layer is extremely thinned to 1.5 μm or less, the present inventors have found that the additive dielectric material diffused from the internal electrode layer before firing affects the microstructure of the dielectric layer. The inventors have found that the temperature characteristics of the capacitor deteriorate when the particle size of the sintered body of the dielectric composition (sintered body) constituting the dielectric layer increases. As a result of further research, in order to reduce the influence on the fine structure of the dielectric layer, the content of the dielectric material for addition in the internal electrode layer before firing is reduced by the content of the conductive material in the internal electrode layer before firing. It has been concluded that it is effective to control to a predetermined range with respect to 100% by weight of the dielectric material in the dielectric layer before firing rather than with respect to 100% by weight of the material.
このように、焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料の含有量を、焼成前誘電体層中の誘電体原料100重量%に対して所定範囲に制御することで、誘電体層を1.5μm以下に薄層化した場合であっても誘電体層を構成する誘電体組成物(焼結体)の焼結体粒径の増大を防止できる。その結果、得られるコンデンサの温度特性の悪化を効果的に防止することができるとともに、誘電率の劣化も抑制される。 Thus, by controlling the content of the dielectric material for addition in the internal electrode layer before firing to a predetermined range with respect to 100% by weight of the dielectric material in the dielectric layer before firing, the dielectric layer is reduced to 1 Even when the thickness is reduced to 5 μm or less, an increase in the particle size of the sintered body of the dielectric composition (sintered body) constituting the dielectric layer can be prevented. As a result, deterioration of the temperature characteristics of the obtained capacitor can be effectively prevented, and deterioration of the dielectric constant is also suppressed.
すなわち、本発明によれば、層間誘電体層を薄層化した場合でも、温度特性の悪化を効果的に防止することができるとともに、誘電率の劣化も抑制される積層セラミックコンデンサの製造方法を提供することができる。 That is, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a multilayer ceramic capacitor that can effectively prevent deterioration of temperature characteristics and suppress deterioration of dielectric constant even when the interlayer dielectric layer is thinned. Can be provided.
本発明では、焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料に含まれる添加用主成分原料を、焼成前誘電体層中の誘電体原料に含まれる主成分原料と実質的に同じ組成系にすることが好ましい。こうすることで、添加用誘電体原料が焼成前内部電極層から誘電体層へ拡散しても、誘電体層の最終組成が変動することはない。本発明では、誘電体層が1.5μm以下と極めて薄層化されているので、誘電体層の最終組成が設計当初の組成と比較して変動すると、得られるコンデンサの温度特性の悪化が避けられない。誘電体層の最終組成を変動させないような添加用誘電体原料を用いることで、得られるコンデンサの温度特性の悪化をより一層顕著に防止することができる。 In the present invention, the main component material for addition contained in the dielectric material for addition in the internal electrode layer before firing is made substantially the same composition system as the main component material contained in the dielectric material in the dielectric layer before firing. It is preferable to do. By doing so, even if the additive dielectric material diffuses from the internal electrode layer before firing to the dielectric layer, the final composition of the dielectric layer does not change. In the present invention, since the dielectric layer is extremely thin as 1.5 μm or less, if the final composition of the dielectric layer fluctuates in comparison with the original composition of the design, the deterioration of the temperature characteristics of the obtained capacitor is avoided. I can't. By using an additive dielectric material that does not change the final composition of the dielectric layer, it is possible to prevent the deterioration of the temperature characteristics of the obtained capacitor even more remarkably.
従来は、添加物誘電体原料中の添加用主成分原料として、微細な誘電体原料を用いることが多い。理由としては、電極中の導電粉末間に微細な原料ほど入りやすく、乾燥後の電極ペーストとパッキング状態が良好となり、より焼結抑制効果を効果的にあることができるためである。しかし、微細な原料は、焼結に対して不安定であるため異常粒成長しやすい傾向があり、微細構造への影響が懸念される。本発明では、添加物誘電体原料中の添加用主成分原料として、好ましくは平均粒径が0.01〜0.2μm、より好ましくは0.01〜0.15μmのものを用いる。特定の平均粒径を持つ主成分原料を添加用として用いることで、電極の途切れの抑制効果と異常粒成長を制御することができる。 Conventionally, a fine dielectric material is often used as a main component material for addition in an additive dielectric material. The reason is that finer raw materials are more likely to enter between the conductive powders in the electrode, the dried electrode paste and the packing state are improved, and the sintering suppression effect can be more effectively achieved. However, fine raw materials are unstable with respect to sintering and thus tend to grow abnormal grains, and there is a concern about the influence on the fine structure. In the present invention, the main component material for addition in the additive dielectric material preferably has an average particle size of 0.01 to 0.2 μm, more preferably 0.01 to 0.15 μm. By using a main component material having a specific average particle size as an additive, it is possible to control the effect of suppressing electrode breakage and abnormal grain growth.
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。図1は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの概略断面図、図2は実施例おける、誘電体層用ペースト中の誘電体原料100重量%に対する内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料の含有量と、温度特性との関係を示すグラフ、である。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a multilayer ceramic capacitor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a dielectric for addition in an internal electrode layer paste with respect to 100% by weight of a dielectric material in the dielectric layer paste in the example. It is a graph which shows the relationship between content of a body raw material, and a temperature characteristic.
積層セラミックコンデンサ
本発明に係る積層セラミックコンデンサの製造方法について説明する前に、まず、積層セラミックコンデンサについて説明する。
Multilayer Ceramic Capacitor Before describing a method for manufacturing a multilayer ceramic capacitor according to the present invention, a multilayer ceramic capacitor will be described first.
図1に示すように、本発明方法により製造される一例としての積層セラミックコンデンサ1は、層間誘電体層2と内部電極層3とが交互に積層された構成のコンデンサ素子本体10を有する。このコンデンサ素子本体10の両側端部には、素子本体10の内部で交互に配置された内部電極層3と各々導通する一対の外部電極4が形成してある。内部電極層3は、各側端面がコンデンサ素子本体10の対向する2端部の表面に交互に露出するように積層してある。
As shown in FIG. 1, a multilayer
一対の外部電極4は、コンデンサ素子本体10の両端部に形成され、交互に配置された内部電極層3の露出端面に接続されて、コンデンサ回路を構成する。
The pair of
コンデンサ素子本体10の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、その寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよいが、通常、縦(0.4〜5.7mm)×横(0.2〜5.0mm)×高さ(0.3〜1.9mm)程度である。
The shape of the
コンデンサ素子本体10において、内部電極層3および層間誘電体層2の積層方向の両外側端部には、外側誘電体層20が配置してあり、素子本体10の内部を保護している。
In the
層間誘電体層2および外側誘電体層20の組成は、本発明では特に限定されないが、たとえば以下の誘電体磁器組成物で構成される。
本実施形態の誘電体磁器組成物は、たとえばチタン酸バリウムを主成分として有する誘電体磁器組成物である。誘電体磁器組成物中に主成分と共に含まれる副成分としては、Mn,Cr,Ca,Ba,Mg,V,W,Ta,Nb及びR(RはYなどの希土類元素の1種以上)の酸化物並びに焼成により酸化物になる化合物を一種類以上含有するものが例示される。副成分を添加することにより、還元雰囲気焼成においてもコンデンサとしての特性を得ることができる。なお、不純物として、C,F,Li,Na,K,P,S,Clなどの微量成分が0.1重量%以下程度、含有されてもよい。ただし、本発明では、層間誘電体層2及び外側誘電体層20の組成は、上記に限定されるものではない。
The composition of the
The dielectric ceramic composition of the present embodiment is a dielectric ceramic composition having, for example, barium titanate as a main component. Subcomponents included in the dielectric ceramic composition together with the main component include Mn, Cr, Ca, Ba, Mg, V, W, Ta, Nb and R (R is one or more of rare earth elements such as Y). Examples include oxides and one or more compounds that become oxides upon firing. By adding the subcomponent, the characteristics as a capacitor can be obtained even in firing in a reducing atmosphere. As impurities, trace components such as C, F, Li, Na, K, P, S, and Cl may be contained in an amount of about 0.1 wt% or less. However, in the present invention, the composition of the
本実施形態では、層間誘電体層2および外側誘電体層20として、以下の組成のものを用いることが好ましい。
その組成は、主成分としてチタン酸バリウムを含有し、副成分として酸化マグネシウムと希土類元素の酸化物とを含有し、更に他の副成分として酸化バリウム及び酸化カルシウムから選択される少なくとも1種と、酸化ケイ素、酸化マンガン、酸化バナジウム及び酸化モリブデンから選択される少なくとも1種とを含有するものである。
そして、チタン酸バリウムをBaTiO3 に、酸化マグネシウムをMgOに、希土類元素の酸化物をR2 O3 に、酸化バリウムをBaOに、酸化カルシウムをCaOに、酸化ケイ素をSiO2 に、酸化マンガンをMnOに、酸化バナジウムをV2 O5 に、酸化モリブデンをMoO3 にそれぞれ換算したとき、BaTiO3 100モルに対する比率がMgO:0.1〜3モル、R2 O3 :0モル超5モル以下、BaO+CaO:0.5〜12モル、SiO2 :0.5〜12モル、MnO:0モル超0.5モル以下、V2 O5 :0〜0.3モル、MoO3 :0〜0.3モル、である。
In the present embodiment, it is preferable to use a material having the following composition as the
The composition contains barium titanate as a main component, magnesium oxide and rare earth element oxide as subcomponents, and at least one selected from barium oxide and calcium oxide as other subcomponents; It contains at least one selected from silicon oxide, manganese oxide, vanadium oxide and molybdenum oxide.
Then, barium titanate is BaTiO 3 , magnesium oxide is MgO, rare earth oxide is R 2 O 3 , barium oxide is BaO, calcium oxide is CaO, silicon oxide is SiO 2 , and manganese oxide is When converted to MnO, vanadium oxide to V 2 O 5 and molybdenum oxide to MoO 3 , the ratio to 100 mol of BaTiO 3 is MgO: 0.1 to 3 mol, R 2 O 3 : more than 0 mol and less than 5 mol BaO + CaO: 0.5 to 12 mol, SiO 2 : 0.5 to 12 mol, MnO: more than 0 mol to 0.5 mol or less, V 2 O 5 : 0 to 0.3 mol, MoO 3 : 0 to 0. 3 moles.
層間誘電体層2の厚みは、1.5μm以下、好ましくは1.0μm以下と極めて薄層化されている。本実施形態では、このように層間誘電体層2の厚みを極めて薄層化したときでも、コンデンサ1の温度特性の悪化を生じることがなく、しかも誘電率の低下を抑制できる。層間誘電体層2の積層数は、目的や用途に応じて適宜決定すればよいが、通常は50層以上、好ましくは100層以上に多層化されたときにでも、十分な効果を発揮する。
The
層間誘電体層2および外側誘電体層20は、誘電体粒子(焼結体)と、粒界相とで構成される。粒界相は、通常、誘電体材料あるいは内部電極材料を構成する材質の酸化物や、別途添加された材質の酸化物、さらには工程中に不純物として混入する材質の酸化物を成分としている。
The
図1に示す内部電極層3は、実質的に電極として作用する卑金属の導電材で構成される。導電材として用いる卑金属としては、NiまたはNi合金が好ましい。Ni合金としては、Mn、Cr、Co、Al、Ru、Rh、Ta、Re、Os、Ir、Pt及びWなどから選ばれる1種以上とNiとの合金が好ましく、合金中のNi含有量は95重量%以上であることが好ましい。なお、NiまたはNi合金中には、P、C、Nb、Fe、Cl、B、Li、Na、K、F、S等の各種微量成分が0.1重量%以下程度含まれていてもよい。
The
本実施形態では、内部電極層3の厚さは、好ましくは1.5μm以下、より好ましくは1.3μm以下と極めて薄層化されているが、連続性(ライン性)が向上している。
In the present embodiment, the thickness of the
図1に示す外部電極4としては、通常Ni,Pd,Ag,Au,Cu,Pt,Rh,Ru,Ir等の少なくとも1種又はそれらの合金を用いることができる。通常は、Cu,Cu合金、Ni又はNi合金等や、Ag,Ag−Pd合金、In−Ga合金等が使用される。外部電極4の厚さは用途に応じて適時決定されればよいが、通常10〜200μm程度であることが好ましい。
As the
積層セラミックコンデンサの製造方法
次に、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ1の製造方法の一例を説明する。
Method for Manufacturing Multilayer Ceramic Capacitor Next, an example of a method for manufacturing the multilayer
(1)まず、焼成後に図1に示す層間誘電体層2及び外側誘電体層20を形成するための焼成前層間誘電体層及び焼成前外側誘電体層を構成することとなる誘電体層用ペーストと、焼成後に図1に示す内部電極層3を形成するための焼成前内部電極層を構成することとなる内部電極層用ペーストとを準備する。
誘電体層用ペースト
誘電体層用ペーストは、誘電体原料と有機ビヒクルとを混練して調製する。
(1) First, for a dielectric layer that constitutes the pre-firing interlayer dielectric layer and the pre-firing outer dielectric layer for forming the
Dielectric Layer Paste A dielectric layer paste is prepared by kneading a dielectric material and an organic vehicle.
誘電体原料としては、焼成後に誘電体層2,20を構成する主成分や副成分を形成することとなる主成分原料や副成分原料を含有する。
The dielectric material contains a main component material and subcomponent material that will form the main component and subcomponents constituting the
これらの各成分原料は、複合酸化物や酸化物となる各種化合物、たとえば炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金属化合物などから適宜選択され、混合して用いることができる。 Each of these component raw materials can be appropriately selected from various compounds to be composite oxides and oxides, such as carbonates, nitrates, hydroxides, organometallic compounds, and the like, and can be used in combination.
誘電体原料は、通常、平均粒子径が0.4μm以下、好ましくは0.1〜3.0μm程度の粉体として用いられる。 The dielectric material is usually used as a powder having an average particle size of 0.4 μm or less, preferably about 0.1 to 3.0 μm.
有機ビヒクルは、バインダおよび溶剤を含有するものである。バインダとしては、例えばエチルセルロース、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂などの通常の各種バインダを用いることができる。溶剤も、特に限定されるものではなく、テルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエン、キシレン、エタノールなどの有機溶剤が用いられる。 The organic vehicle contains a binder and a solvent. As a binder, various usual binders, such as ethyl cellulose, polyvinyl butyral, an acrylic resin, can be used, for example. The solvent is not particularly limited, and organic solvents such as terpineol, butyl carbitol, acetone, toluene, xylene and ethanol are used.
誘電体層用ペーストは、誘電体原料と、水中に水溶性バインダを溶解させたビヒクルを混練して、形成することもできる。水溶性バインダは、特に限定されるものではなく、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、水溶性アクリル樹脂、エマルジョンなどが用いられる。 The dielectric layer paste can also be formed by kneading a dielectric material and a vehicle in which a water-soluble binder is dissolved in water. The water-soluble binder is not particularly limited, and polyvinyl alcohol, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, water-soluble acrylic resin, emulsion and the like are used.
誘電体層用ペースト中の各成分の含有量は、特に限定されるものではなく、たとえば、約1〜約50重量%の溶剤を含むように、誘電体層用ペーストを調製することができる。 The content of each component in the dielectric layer paste is not particularly limited. For example, the dielectric layer paste can be prepared so as to contain about 1 to about 50% by weight of a solvent.
誘電体層用ペースト中には、必要に応じて、各種分散剤、可塑剤、誘電体、副成分化合物、ガラスフリット、絶縁体などから選択される添加物が含有されていてもよい。誘電体層用ペースト中に、これらの添加物を添加する場合には、総含有量を、約10重量%以下にすることが望ましい。 The dielectric layer paste may contain additives selected from various dispersants, plasticizers, dielectrics, subcomponent compounds, glass frit, insulators, and the like, if necessary. When these additives are added to the dielectric layer paste, the total content is desirably about 10% by weight or less.
内部電極層用ペースト
本実施形態では、内部電極層用ペーストは、導電材と、添加用誘電体原料と、有機ビヒクルとを混練して調製する。
Internal Electrode Layer Paste In this embodiment, the internal electrode layer paste is prepared by kneading a conductive material, an additive dielectric material, and an organic vehicle.
導電材としては、NiやNi合金、さらにはこれらの混合物を用いる。このような導電材は、球状、リン片状等、その形状に特に制限はなく、また、これらの形状のものが混合したものであってもよい。また、導電材の粒子径は、通常、球状の場合、平均粒子径が0.5μm以下、好ましくは0.01〜0.4μm程度のものを用いることとする。より高度な薄層化を実現できるようにするためである。 As the conductive material, Ni, Ni alloy, or a mixture thereof is used. There are no particular restrictions on the shape of such a conductive material, such as a spherical shape or a flake shape, and a mixture of these shapes may be used. Moreover, the particle diameter of the conductive material is generally 0.5 μm or less, preferably about 0.01 to 0.4 μm, in the case of a spherical shape. This is because a more advanced thinning can be realized.
導電材は、内部電極層用ペースト中に、好ましくは35〜60重量%、含まれる。 The conductive material is preferably contained in the internal electrode layer paste in an amount of 35 to 60% by weight.
添加用誘電体原料は、焼成過程においてに内部電極(導電材)の焼結を抑制する作用を奏する。 The dielectric material for addition has an effect of suppressing the sintering of the internal electrode (conductive material) during the firing process.
本実施形態では、添加用誘電体原料は、添加用主成分原料と、添加用副成分原料を含有する。 In this embodiment, the dielectric material for addition contains the main component material for addition and the subcomponent material for addition.
本発明では、内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料(添加用主成分原料のみの場合もあるし、添加用主成分原料と添加用副成分原料の双方を含むこともある。以下、特に断りのない限り同じ)の含有量を、前記誘電体層用ペースト中の誘電体原料100重量%に対して、4.5〜30重量%、好ましくは5〜28重量%、より好ましくは8〜27重量%の範囲に制御する点に特徴がある。 In the present invention, the dielectric material for addition in the internal electrode layer paste (may be only the main component material for addition, or may contain both the main component material for addition and the subcomponent material for addition. Unless otherwise specified, the content is 4.5 to 30% by weight, preferably 5 to 28% by weight, more preferably 8%, based on 100% by weight of the dielectric material in the dielectric layer paste. It is characterized in that it is controlled in the range of ˜27% by weight.
このように、内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料の含有量を特定範囲に制御する手段としては、目標とする層間誘電体層2の厚みに応じて、内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料の含有量自体を変化させたり、形成する内部電極層用ペーストからなる焼成前内部電極層の厚み(付着量)を変化させたり、あるいはこれらの組み合わせ、などが挙げられる。
Thus, as a means for controlling the content of the dielectric material for addition in the internal electrode layer paste to a specific range, depending on the target thickness of the
添加用誘電体原料の内部電極層用ペースト中での含有量を、該内部電極層用ペースト中の導電材100重量%に対してではなく、誘電体層用ペースト中の誘電体原料100重量%に対して、所定範囲に制御することで、層間誘電体層2を1.5μm以下に薄層化した場合であっても、層間誘電体層2を構成する誘電体組成物(焼結体)の焼結体粒径の増大を防止できる。その結果、得られるコンデンサ1の温度特性の悪化を効果的に防止することができるとともに、誘電率の劣化を抑制することもできる。より具体的には、85℃での温度特性TCを−10%以上とすることができ、比誘電率εを1500以上に維持できる。
The content of the dielectric material for addition in the internal electrode layer paste is not 100% by weight of the conductive material in the internal electrode layer paste, but 100% by weight of the dielectric material in the dielectric layer paste. On the other hand, the dielectric composition (sintered body) constituting the
添加用誘電体原料の内部電極層用ペースト中での含有量が、誘電体層用ペースト中の誘電体原料100重量%に対して少なくなりすぎると、温度特性の悪化は防げるが、導電材の焼結抑制効果が低下して内部電極層3のライン性(連続性)が悪化し、見かけの誘電率が低下してしまう。このように含有量が少なくなりすぎた場合でも、理論的には、次に示す(イ)〜(ニ)のいずれかの手段を採れば、内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料の含有量を、誘電体層用ペースト中の誘電体原料100重量%に対して4.5〜30重量%の範囲に制御するこは可能である。
If the content of the dielectric material for addition in the internal electrode layer paste is too small relative to 100% by weight of the dielectric material in the dielectric layer paste, the temperature characteristics can be prevented from deteriorating, but the conductive material The sintering suppression effect is lowered, the lineability (continuity) of the
(イ)誘電体層用ペーストの厚みを10μm以上と極端に厚くする、
(ロ)内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料の含有量を卑金属導電材100重量%に対して5重量%以下と極端に低くする、
(ハ)添加用誘電体原料の含有量を卑金属導電材100重量%に対して20重量%に調整した従来の内部電極層用ペーストをたとえば0.2μm以下と極端に薄く形成する(付着量を少なくする)、
(ニ)(イ)〜(ハ)のいずれかの組み合わせ。
(A) The thickness of the dielectric layer paste is extremely increased to 10 μm or more.
(B) The content of the dielectric material for addition in the internal electrode layer paste is extremely reduced to 5% by weight or less with respect to 100% by weight of the base metal conductive material.
(C) A conventional internal electrode layer paste in which the content of the dielectric material for addition is adjusted to 20% by weight with respect to 100% by weight of the base metal conductive material is formed to be extremely thin, for example, 0.2 μm or less (adhesion amount is Reduce),
(D) Any combination of (i) to (c).
しかしながら、この場合、(イ)〜(ニ)のいずれの方法によっても、内部電極層3のライン性(連続性)が悪化し、これに伴い、見かけの誘電率が低下してしまう。
However, in this case, the linearity (continuity) of the
添加用誘電体原料の内部電極層用ペースト中での含有量が、誘電体層用ペースト中の誘電体原料100重量%に対して多くなりすぎると、層間誘電体層2を構成する誘電体組成物(焼結体)の焼結体粒径が大きくなり、これに伴って温度特性が悪化するとともに、内部電極層3のライン性が悪化しやすくなり、見かけの誘電率も低下する傾向にある。
If the content of the dielectric material for addition in the internal electrode layer paste is too large relative to 100% by weight of the dielectric material in the dielectric layer paste, the dielectric composition constituting the
本発明では、少なくとも、添加用誘電体原料中の添加用主成分原料と、上記誘電体層用ペースト中の誘電体原料に含まれる主成分原料とが、実質的に同じ組成系であることが好ましい。したがって、添加用誘電体原料の一部である添加用主成分原料のみが、上記誘電体層用ペースト中の誘電体原料に含まれる主成分原料と実質的に同じ組成系であってもよい。また、添加用誘電体原料の全部が、誘電体層用ペースト中の誘電体原料の全部と実質的に同じ組成系であってもよい。 In the present invention, at least the main component material for addition in the dielectric material for addition and the main component material contained in the dielectric material in the paste for dielectric layer have substantially the same composition system. preferable. Therefore, only the main component material for addition that is a part of the dielectric material for addition may be substantially the same composition system as the main component material contained in the dielectric material in the dielectric layer paste. Further, all of the dielectric material for addition may be substantially the same composition system as all of the dielectric material in the dielectric layer paste.
本発明では、添加物誘電体原料中の添加用主成分原料として、好ましくは平均粒径が0.01〜0.2μm、より好ましくは0.01〜0.15μmのものを用いる。特定の平均粒径を持つ主成分原料を添加用として用いることで、電極の途切れの抑制効果と異常粒成長を制御することができる。 In the present invention, the main component material for addition in the additive dielectric material preferably has an average particle size of 0.01 to 0.2 μm, more preferably 0.01 to 0.15 μm. By using a main component material having a specific average particle size as an additive, it is possible to control the effect of suppressing electrode breakage and abnormal grain growth.
有機ビヒクルは、バインダおよび溶剤を含有するものである。 The organic vehicle contains a binder and a solvent.
バインダとしては、例えばエチルセルロース、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルコール、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリスチレン、または、これらの共重合体などが例示される。バインダは、内部電極層用ペースト中に、導電材と添加用誘電体原料との混合粉末に対して、好ましくは1〜5重量%、含まれる。バインダが少なすぎると強度が低下する傾向にあり、多すぎると、焼成前の電極パターンの金属充填密度が低下し、焼成後に、内部電極層3の平滑性を維持することが困難になることがある。
Examples of the binder include ethyl cellulose, acrylic resin, polyvinyl butyral, polyvinyl acetal, polyvinyl alcohol, polyolefin, polyurethane, polystyrene, and copolymers thereof. The binder is preferably contained in the internal electrode layer paste in an amount of 1 to 5% by weight with respect to the mixed powder of the conductive material and the dielectric material for addition. If the amount of the binder is too small, the strength tends to decrease. If the amount is too large, the metal filling density of the electrode pattern before firing decreases, and it becomes difficult to maintain the smoothness of the
溶剤としては、例えばテルピネオール、ジヒドロテルピネオール、ブチルカルビトール、ケロシン等公知のものはいずれも使用可能である。溶剤含有量は、ペースト全体に対して、好ましくは20〜50重量%程度とする。 As the solvent, any known solvent such as terpineol, dihydroterpineol, butyl carbitol, and kerosene can be used. The solvent content is preferably about 20 to 50% by weight with respect to the entire paste.
内部電極層用ペーストには、可塑剤が含まれていてもよい。可塑剤としては、フタル酸ベンジルブチル(BBP)などのフタル酸エステル、アジピン酸、燐酸エステル、グリコール類などが例示される。 The internal electrode layer paste may contain a plasticizer. Examples of the plasticizer include phthalic acid esters such as benzylbutyl phthalate (BBP), adipic acid, phosphoric acid esters, glycols, and the like.
(2)次に、誘電体層用ペーストと内部電極層用ペーストとを用いて、焼成前誘電体層と焼成前内部電極層とが積層されたグリーンチップを作製する。印刷法を用いる場合は、誘電体層用ペースト及び所定パターンの内部電極層用ペーストをキャリアシート上に積層印刷し、所定形状に切断した後、キャリアシートから剥離してグリーンチップとする。シート法を用いる場合は、誘電体層用ペーストをキャリアシート上に所定厚みで形成して得られたグリーンシートを形成し、この上に内部電極層用ペーストを所定パターンで印刷した後、これらを積層してグリーンチップとする。 (2) Next, using the dielectric layer paste and the internal electrode layer paste, a green chip in which the pre-fired dielectric layer and the pre-fired internal electrode layer are laminated is manufactured. When the printing method is used, the dielectric layer paste and the internal electrode layer paste having a predetermined pattern are stacked and printed on the carrier sheet, cut into a predetermined shape, and then peeled off from the carrier sheet to obtain a green chip. When using the sheet method, a dielectric layer paste is formed on a carrier sheet with a predetermined thickness to form a green sheet, and the internal electrode layer paste is printed in a predetermined pattern on the green sheet. Laminate to make a green chip.
(3)次に、得られたグリーンチップを脱バインダする。脱バインダは、雰囲気温度T0を、たとえば図2に示すように、たとえば室温(25℃)から脱バイ保持温度に向けて所定の昇温速度で上昇させ、該脱バイ保持温度を所定時間、保持させた後、所定の降温速度で下降させる工程である。 (3) Next, the obtained green chip is debindered. For example, as shown in FIG. 2, the debinder increases the ambient temperature T0 from, for example, room temperature (25 ° C.) to the debuy holding temperature at a predetermined rate of temperature rise and holds the debuy holding temperature for a predetermined time. This is a step of lowering at a predetermined temperature drop rate.
本実施形態では、昇温速度は、好ましくは5〜300℃/時間、より好ましくは10〜100℃/時間である。 In the present embodiment, the rate of temperature rise is preferably 5 to 300 ° C./hour, more preferably 10 to 100 ° C./hour.
脱バイ保持温度は、好ましくは200〜400℃、より好ましくは220〜380℃であり、該保持温度の保持時間は、好ましくは0.5〜24時間、より好ましくは2〜20時間である。 The debye holding temperature is preferably 200 to 400 ° C., more preferably 220 to 380 ° C., and the holding time of the holding temperature is preferably 0.5 to 24 hours, more preferably 2 to 20 hours.
降温速度は、好ましくは5〜300℃/時間、より好ましくは10〜100℃/時間である。 The temperature lowering rate is preferably 5 to 300 ° C./hour, more preferably 10 to 100 ° C./hour.
脱バインダの処理雰囲気は、好ましくは空気もしくは還元雰囲気である。還元雰囲気における雰囲気ガスとしては、たとえばN2 とH2 との混合ガスを加湿して用いることが好ましい。処理雰囲気中の酸素分圧は、好ましくは10−45 〜105 Paである。酸素分圧が低すぎると脱バインダ効果が低下し、高すぎると内部電極層が酸化する傾向にある。 The treatment atmosphere of the binder removal is preferably air or a reducing atmosphere. As the atmosphere gas in the reducing atmosphere, it is preferable to use, for example, a wet mixed gas of N 2 and H 2 . The oxygen partial pressure in the treatment atmosphere is preferably 10 −45 to 10 5 Pa. If the oxygen partial pressure is too low, the binder removal effect is reduced, and if it is too high, the internal electrode layer tends to be oxidized.
(4)次に、グリーンチップを焼成する。焼成は、雰囲気温度を、たとえば室温(25℃)から焼成保持温度に向けて所定の昇温速度で上昇させ、該保持温度を所定時間、保持させた後、所定の降温速度で雰囲気温度を下降させる工程である。 (4) Next, the green chip is fired. For firing, the ambient temperature is raised from a room temperature (25 ° C.), for example, toward the firing holding temperature at a predetermined rate of temperature rise, held for a predetermined time, and then lowered at a predetermined temperature drop rate. It is a process to make.
この焼成中に、内部電極層用ペーストで形成された焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料が、グリーンシートで形成された焼成前誘電体層から形成される層間誘電体層2中へと拡散し、最終的には、前記誘電体原料及び添加用誘電体原料の焼結体で構成される誘電体組成物からなる誘電体層が形成される。
During this firing, the dielectric material for addition in the pre-fired internal electrode layer formed of the internal electrode layer paste is transferred into the
本実施形態では、昇温速度は、好ましくは50〜500℃/時間、より好ましくは100〜300℃/時間である。 In the present embodiment, the rate of temperature rise is preferably 50 to 500 ° C./hour, more preferably 100 to 300 ° C./hour.
焼成保持温度は、好ましくは1000〜1350℃、より好ましくは1100〜1300℃であり、該保持温度の保持時間は、好ましくは0.5〜8時間、より好ましくは1〜3時間である。焼成保持温度が低すぎると、該保持温度の保持時間を長くしても緻密化が不十分となり、高すぎると、内部電極層の異常焼結による電極の途切れや、内部電極層を構成する導電材の拡散による容量温度特性の悪化、誘電体層を構成する誘電体磁器組成物の還元が生じやすくなる。 The firing holding temperature is preferably 1000 to 1350 ° C., more preferably 1100 to 1300 ° C., and the holding time of the holding temperature is preferably 0.5 to 8 hours, more preferably 1 to 3 hours. If the firing holding temperature is too low, the densification is insufficient even if the holding time of the holding temperature is increased, and if too high, the electrode breaks due to abnormal sintering of the internal electrode layer or the conductivity constituting the internal electrode layer. Deterioration of the capacity-temperature characteristic due to diffusion of the material and reduction of the dielectric ceramic composition constituting the dielectric layer are likely to occur.
降温速度は、好ましくは50〜500℃/時間、より好ましくは150〜300℃/時間である。 The temperature lowering rate is preferably 50 to 500 ° C./hour, more preferably 150 to 300 ° C./hour.
焼成の処理雰囲気は、好ましくは還元雰囲気である。還元雰囲気における雰囲気ガスとしては、たとえばN2 とH2 との混合ガスを加湿して用いることが好ましい。特に、焼成に際しては、脱バインダ時の保持温度までN2 ガスあるいは加湿したN2 ガス雰囲気下で昇温した後、雰囲気を変更してさらに昇温を続けることが好ましく、アニール時の保持温度まで冷却した後は、再びN2 ガスあるいは加湿したN2 ガス雰囲気に変更して冷却を続けることが好ましい。 The treatment atmosphere for firing is preferably a reducing atmosphere. As the atmosphere gas in the reducing atmosphere, it is preferable to use, for example, a wet mixed gas of N 2 and H 2 . In particular, upon firing, it is preferable to raise the temperature in a N 2 gas or humidified N 2 gas atmosphere to a holding temperature at the time of binder removal, and then continue to raise the temperature by changing the atmosphere. After cooling, it is preferable to change to N 2 gas or a humidified N 2 gas atmosphere and continue cooling.
(5)次に、グリーンチップを還元雰囲気で焼成した場合には、これに引き続き熱処理(アニール)を施すことが好ましい。アニールは、誘電体層を再酸化するための処理であり、これにより、最終物たるコンデンサの特性が得られる。 (5) Next, when the green chip is fired in a reducing atmosphere, it is preferable to perform a heat treatment (annealing) subsequently. Annealing is a process for re-oxidizing the dielectric layer, thereby obtaining the characteristics of the final capacitor.
アニールは、雰囲気温度を、たとえば室温(25℃)からアニール保持温度に向けて所定の昇温速度で上昇させ、該保持温度を所定時間、保持させた後、所定の降温速度で雰囲気温度を下降させる工程である。 In the annealing, the ambient temperature is increased from, for example, room temperature (25 ° C.) toward the annealing holding temperature at a predetermined temperature rising rate, and the holding temperature is maintained for a predetermined time, and then the atmospheric temperature is decreased at a predetermined temperature decreasing rate. It is a process to make.
本実施形態では、昇温速度は、好ましくは100〜300℃/時間、より好ましくは150〜250℃/時間である。 In the present embodiment, the rate of temperature rise is preferably 100 to 300 ° C./hour, more preferably 150 to 250 ° C./hour.
アニール保持温度は、好ましくは800〜1100℃、より好ましくは900〜1100℃であり、該保持温度の保持時間は、好ましくは0〜20時間、より好ましくは2〜10時間である。アニール保持温度が低すぎると、誘電体層2の酸化が不十分となるので、IRが低く、またIR寿命が短くなりやすい。保持温度が高すぎると、内部電極層3が酸化して容量が低下するだけでなく、内部電極層3が誘電体素地と反応してしまい、容量温度特性の悪化、IRの低下、IR寿命の低下が生じやすくなる。
The annealing holding temperature is preferably 800 to 1100 ° C., more preferably 900 to 1100 ° C., and the holding time of the holding temperature is preferably 0 to 20 hours, more preferably 2 to 10 hours. If the annealing holding temperature is too low, oxidation of the
降温速度は、好ましくは50〜500℃/時間、より好ましくは100〜300℃/時間である。 The temperature lowering rate is preferably 50 to 500 ° C./hour, more preferably 100 to 300 ° C./hour.
アニールの処理雰囲気は、好ましくは中性雰囲気である。中性雰囲気における雰囲気ガスとしては、たとえば、加湿したN2 ガスを用いることが好ましい。アニールに際しては、N2 ガス雰囲気下でアニール保持温度まで昇温した後、雰囲気を変更してもよく、アニールの全過程を加湿したN2 ガス雰囲気としてもよい。アニール雰囲気中の酸素分圧は、好ましくは2×10−4〜1Paである。酸素分圧が低すぎると誘電体層2の再酸化が困難であり、高すぎると内部電極層3が酸化する傾向にある。
The annealing treatment atmosphere is preferably a neutral atmosphere. As the atmospheric gas in the neutral atmosphere, for example, it is preferable to use humidified N 2 gas. In annealing, the temperature may be changed to an annealing holding temperature in an N 2 gas atmosphere, and the atmosphere may be changed, or the entire annealing process may be a humidified N 2 gas atmosphere. The oxygen partial pressure in the annealing atmosphere is preferably 2 × 10 −4 to 1 Pa. If the oxygen partial pressure is too low, reoxidation of the
本実施形態では、アニールは、昇温過程と降温過程とだけから構成してもよい。すなわち、温度保持時間を零としてもよい。この場合、保持温度は最高温度と同義である。 In the present embodiment, the annealing may be composed of only a temperature raising process and a temperature lowering process. That is, the temperature holding time may be zero. In this case, the holding temperature is synonymous with the maximum temperature.
上記した脱バインダ処理、焼成およびアニールにおいて、N2 ガスや混合ガス等を加湿するには、例えばウェッター等を使用すればよい。この場合、水温は0〜75℃程度が好ましい。なお、脱バインダ、焼成、アニールは連続的に行っても良いし、分割して行っても良い。 In the above-described binder removal processing, firing and annealing, for example, a wetter or the like may be used to wet the N 2 gas or mixed gas. In this case, the water temperature is preferably about 0 to 75 ° C. The binder removal, firing, and annealing may be performed continuously or may be performed separately.
以上の各処理により、焼結体で構成されるコンデンサ素子本体10が形成される。
The
(6)次に、得られたコンデンサ素子本体10に外部電極4を形成する。外部電極4の形成は、上記焼結体で構成されるコンデンサ素子本体10の端面を、例えばバレル研磨やサンドブラストなどにより研磨した後、その両端面に、通常Ni,Pd,Ag,Au,Cu,Pt,Rh,Ru,Ir等の少なくとも1種又はそれらの合金を含む外部電極用ペーストを焼き付けるか、あるいはIn−Ga合金を塗布する等、公知の方法にて形成することができる。必要に応じて、外部電極4表面に、めっき等により被覆層を形成してもよい。
(6) Next, the
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。たとえば、上述した実施形態では、脱バインダ処理、焼成およびアニールは、それぞれ独立して行っているが、本発明ではこれに限定されず、少なくとも2つの工程を連続して行なってもよい。連続して行なう場合、脱バインダ処理後、冷却せずに雰囲気を変更し、続いて焼成の際の保持温度まで昇温して焼成を行ない、次いで冷却し、アニールの保持温度に達したときに雰囲気を変更してアニールを行うことが好ましい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, Of course, in the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement in various aspects. . For example, in the above-described embodiment, the binder removal processing, firing, and annealing are performed independently, but the present invention is not limited to this, and at least two steps may be performed continuously. When performing continuously, after removing the binder, the atmosphere is changed without cooling, then the temperature is raised to the holding temperature at the time of firing, firing is performed, and then cooled, when the annealing holding temperature is reached It is preferable to perform annealing by changing the atmosphere.
以下、本発明をさらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described based on further detailed examples, but the present invention is not limited to these examples.
誘電体層用ペーストの作製
まず、誘電体原料と、バインダーとしてのPVB(ポリビニルブチラール)樹脂と、可塑剤としてのDOP(フタル酸ジオクチル)と、溶媒としてのエタノールとを準備した。誘電体原料は、主成分原料としての、平均粒径が約0.2μmのBaTiO3 に対して、副成分原料としての、MnCO3 :0.2モル%、MgO:0.5モル%、V2 O5 :0.3モル%、Y2 O3 :2モル%、CaCO3 :3モル%、BaCO3 :3モル%、SiO2 :3モル%を、ボールミルで16時間湿式混合し、乾燥して製造した。
Preparation of Dielectric Layer Paste First, a dielectric material, PVB (polyvinyl butyral) resin as a binder, DOP (dioctyl phthalate) as a plasticizer, and ethanol as a solvent were prepared. The dielectric raw material is MnCO 3 : 0.2 mol%, MgO: 0.5 mol%, VO as the subcomponent raw material, with respect to BaTiO 3 having an average particle diameter of about 0.2 μm as the main component raw material. 2 O 5 : 0.3 mol%, Y 2 O 3 : 2 mol%, CaCO 3 : 3 mol%, BaCO 3 : 3 mol%, SiO 2 : 3 mol% were wet mixed in a ball mill for 16 hours and dried. And manufactured.
次に、誘電体原料100重量%に対して、10重量%のバインダーと、5重量%の可塑剤と、150重量%の溶媒とをそれぞれ秤量し、ボールミルで混練し、スラリー化して誘電体層用ペーストを得た。 Next, 10% by weight of binder, 5% by weight of plasticizer, and 150% by weight of solvent with respect to 100% by weight of dielectric material are weighed, kneaded by a ball mill, and slurried to form a dielectric layer. A paste was obtained.
内部電極層用ペーストの作製
まず、添加用誘電体原料と、導電材としての平均粒径が0.2μmのNi粒子と、バインダーとしてのエチルセルロース樹脂と、溶媒としてのターピネオールとを準備した。添加用誘電体原料としては、前記誘電体層用ペースト中の誘電体原料と実質的に同じ組成系の、添加用主成分原料としてのBaTiO3 と、添加用副成分原料としてのMnCO3 、MgO、V2 O5 、Y2 O3 、CaCO3 、BaCO3 及びSiO2 とを含有するものを用いた。なお、添加用主成分原料としてのBaTiO3 については、表1の試料では、平均粒径0.05μmのものを用い、表2の試料では、平均粒径を変化させたものを用いた。添加用主成分原料としてのBaTiO3 の平均粒径の値は、窒素吸着法(BET法)により測定した比表面積(SSA)の値を換算して求めた値である。
Preparation of Internal Electrode Layer Paste First, an additive dielectric material, Ni particles having an average particle size of 0.2 μm as a conductive material, an ethyl cellulose resin as a binder, and terpineol as a solvent were prepared. Examples of the dielectric material for addition include BaTiO 3 as the main component material for addition and MnCO 3 , MgO as the subcomponent material for addition, having the same composition system as the dielectric material in the dielectric layer paste. , V 2 O 5 , Y 2 O 3 , CaCO 3 , BaCO 3 and SiO 2 were used. As for BaTiO 3 as the main component material for addition, the sample of Table 1 used an average particle size of 0.05 μm, and the sample of Table 2 used an average particle size changed. The value of the average particle diameter of BaTiO 3 as the main component material for addition is a value obtained by converting the value of the specific surface area (SSA) measured by the nitrogen adsorption method (BET method).
次に、表1の試料6〜15,表2の9−1〜9−5では、上述した誘電体層用ペースト中の誘電体原料100重量%に対して、各表に示す量の添加用誘電体原料を添加した。すなわち、目標とする誘電体層の厚みに応じて、内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料の含有量自体を変化させることにより、内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料の含有量を制御した。そして、導電材及び添加用誘電体原料の混合粉末に対して、5重量%のバインダーと、35重量%の溶媒とを秤量して添加し、ボールミルで混練し、スラリー化して内部電極層用ペーストを得た。
Next, in
これに対し、表1の試料1〜5では、導電材100重量%に対して20重量%の添加用誘電体原料を添加した。導電材及び添加用誘電体原料の混合粉末に対して、5重量%のバインダーと、35重量%の溶媒とを秤量して添加し、ボールミルで混練し、スラリー化して内部電極層用ペーストを得た。
On the other hand, in
積層セラミックチップコンデンサ試料の作製
得られた誘電体層用ペースト及び内部電極層用ペーストを用い、以下のようにして、図1に示す積層セラミックチップコンデンサ1を製造した。
Production of Multilayer Ceramic Chip Capacitor Sample Using the obtained dielectric layer paste and internal electrode layer paste, a multilayer
まず、PETフィルム上に誘電体層用ペーストをドクターブレード法によって、所定厚みで塗布し、乾燥することで、各表に示す厚さのセラミックグリーンシートを形成した。本実施例では、このセラミックグリーンシートを第1グリーンシート(焼成前層間誘電体層)とし、これを複数枚、準備した。 First, a dielectric layer paste was applied to a predetermined thickness on a PET film by a doctor blade method and dried to form a ceramic green sheet having a thickness shown in each table. In this example, this ceramic green sheet was used as a first green sheet (interlayer dielectric layer before firing), and a plurality of these were prepared.
得られた第1グリーンシートの上に、内部電極層用ペーストをスクリーン印刷法によって所定パターンで形成し、各表に示す厚さの電極パターンを持つセラミックグリーンシートを得た。本実施例では、このセラミックグリーンシートを第2グリーンシート(焼成前内部電極層+焼成前層間誘電体層)とし、これを複数枚、準備した。 An internal electrode layer paste was formed in a predetermined pattern on the obtained first green sheet by a screen printing method to obtain a ceramic green sheet having an electrode pattern with a thickness shown in each table. In this example, this ceramic green sheet was used as a second green sheet (internal electrode layer before firing + interlayer dielectric layer before firing), and a plurality of these were prepared.
第1グリーンシートを厚さが300μmになるまで積層してグリーンシート群(焼成前外側誘電体層)を形成した。このグリーンシート群の上に、第2グリーンシートを5枚積層し、この上にさらに、前記同様のグリーンシート群を積層、形成し、温度80℃及び圧力1トン/cm2 の条件で加熱・加圧してグリーン積層体(焼成前素子本体)を得た。 The first green sheet was laminated to a thickness of 300 μm to form a green sheet group (an outer dielectric layer before firing). Five second green sheets are laminated on this green sheet group, and the same green sheet group as above is further laminated and formed thereon, and heated under conditions of a temperature of 80 ° C. and a pressure of 1 ton / cm 2. The green laminate (element body before firing) was obtained by applying pressure.
次に、得られた積層体を縦3.2mm×横1.6mm×高さ1.0mmのサイズに切断した後、脱バインダ処理、焼成およびアニールを下記の条件にて行い、焼結体を得た。 Next, the obtained laminate was cut into a size of 3.2 mm in length, 1.6 mm in width, and 1.0 mm in height, and then subjected to binder removal treatment, firing and annealing under the following conditions to obtain a sintered body. Obtained.
脱バインダは、昇温速度:30℃/時間、保持温度:250℃、保持時間:8時間、降温速度:200℃/時間、処理雰囲気:空気雰囲気、の条件で行った。 The binder removal was performed under the conditions of a temperature rising rate: 30 ° C./hour, a holding temperature: 250 ° C., a holding time: 8 hours, a temperature lowering rate: 200 ° C./hour, and a processing atmosphere: an air atmosphere.
焼成は、昇温速度:200℃/時間、保持温度:1240℃、保持時間:2時間、降温速度:200℃/時間、処理雰囲気:還元雰囲気(酸素分圧:10−6PaにN2 とH2 との混合ガスを水蒸気に通して調整した)、の条件で行った。 Firing is performed at a heating rate of 200 ° C./hour, a holding temperature of 1240 ° C., a holding time of 2 hours, a cooling rate of 200 ° C./hour, a processing atmosphere: a reducing atmosphere (oxygen partial pressure: 10 −6 Pa with N 2 The mixed gas with H 2 was adjusted by passing water vapor).
アニールは、昇温速度:200℃/時間、保持温度:1050℃、保持時間:2時間、降温速度:200℃/時間、処理雰囲気:中性雰囲気(酸素分圧:0.1PaにN2 ガスを水蒸気に通して調整した)、の条件で行った。 Annealing is performed at a heating rate of 200 ° C./hour, a holding temperature of 1050 ° C., a holding time of 2 hours, a cooling rate of 200 ° C./hour, a processing atmosphere: a neutral atmosphere (oxygen partial pressure: 0.1 Pa with N 2 gas Was adjusted by passing water vapor).
得られた焼結体を、内部電極層の積層方向に対して垂直な面で切断研磨し、サーマルエッチング処理(1200℃、10分)を施し、走査型電子顕微鏡(SEM)にて粒を観察し、粒面積を円の面積に換算して、その直径を1.5倍することにより、層間誘電体層を構成する誘電体粒子の平均粒径(焼結体粒径D50)を求めた。なお、D50の値は、n数=250個での平均値として算出されたものである。結果を各表に示す。 The obtained sintered body was cut and polished on a surface perpendicular to the stacking direction of the internal electrode layers, subjected to thermal etching (1200 ° C., 10 minutes), and observed with a scanning electron microscope (SEM). The average particle size (sintered particle size D50) of the dielectric particles constituting the interlayer dielectric layer was determined by converting the grain area into a circle area and multiplying the diameter by 1.5. The value of D50 is calculated as an average value when n number = 250. The results are shown in each table.
電気特性の測定については、得られた焼結体の端面をサンドブラストにて研磨した後、In−Ga合金を塗布して、試験用電極を形成し、積層セラミックチップコンデンサ試料を得た。コンデンサ試料のサイズは、縦3.2mm×横1.6mm×高さ1.0mmであり、誘電体層2の厚みと内部電極層3の厚みは各表に示す値であった。
Regarding the measurement of electrical characteristics, the end surface of the obtained sintered body was polished by sand blasting, and then an In—Ga alloy was applied to form a test electrode to obtain a multilayer ceramic chip capacitor sample. The size of the capacitor sample was 3.2 mm in length × 1.6 mm in width × 1.0 mm in height, and the thickness of the
得られたコンデンサ試料の温度特性(TC)及び比誘電率(ε)を評価した。 The temperature characteristics (TC) and relative dielectric constant (ε) of the obtained capacitor samples were evaluated.
温度特性(TC)については、85℃の恒温槽中でLCRメーターにて、120Hz、0.5Vrms、0.5V/μmで測定し(△C/C(85℃))、−10.0%より大きくなるのを良好とした。 The temperature characteristic (TC) was measured at 120 Hz, 0.5 Vrms, and 0.5 V / μm with a LCR meter in a constant temperature bath at 85 ° C. (ΔC / C (85 ° C.)), −10.0% It became good that it became larger.
比誘電率εについては、コンデンサ試料に対し、基準温度25℃において、デジタルLCRメータ(YHP社製4274A)にて、周波数1kHz,入力信号レベル(測定電圧)1.0Vrmsの条件下で測定された静電容量から算出した(単位なし)。評価基準は、1500以上を良好とした。 The relative dielectric constant ε was measured with respect to a capacitor sample at a reference temperature of 25 ° C. with a digital LCR meter (YHP 4274A) under a frequency of 1 kHz and an input signal level (measurement voltage) of 1.0 Vrms. Calculated from capacitance (no unit). The evaluation standard was 1500 or more.
結果を各表に示す。 The results are shown in each table.
なお、誘電体層用ペースト中の誘電体原料100重量%に対する内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料の含有量と、温度特性との関係を示すグラフを図2に示す。
表1に示すように、添加用誘電体原料の含有量を導電材100重量%に対して20重量%に調整した従来の内部電極層用ペーストを1.3μm厚みで形成した場合、焼成前層間誘電体層の厚みが、5.0μm、4.0μm、3.0μm、2.0μm、1.5μmと薄層化されて行くに連れて、焼成前層間誘電体層中の誘電体原料の含有量に対する内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料の含有量の重量割合は、9.0重量%、11.5重量%、16.2重量%、26.9重量%、40.4重量%と増加することが分かる。 As shown in Table 1, when a conventional internal electrode layer paste having a content of the dielectric material for addition adjusted to 20% by weight with respect to 100% by weight of the conductive material was formed with a thickness of 1.3 μm, Inclusion of dielectric material in the interlayer dielectric layer before firing as the thickness of the dielectric layer is reduced to 5.0 μm, 4.0 μm, 3.0 μm, 2.0 μm, and 1.5 μm. The weight ratio of the content of the dielectric material for addition in the internal electrode layer paste with respect to the amount is 9.0 wt%, 11.5 wt%, 16.2 wt%, 26.9 wt%, 40.4 wt% It can be seen that the percentage increases.
焼成後層間誘電体層の厚みが1.5μm超の試料1〜4では、焼成前内部電極層中への添加用誘電体原料の含有量が変化しても、TCやεに影響を与えることは少ないことが分かった。
In
これに対し、焼成後層間誘電体層の厚みが1.5μm以下の試料5〜12では、焼成前誘電体層中の誘電体原料100重量%に対する添加用誘電体原料の焼成前内部電極層中での含有量が変化すると、これに伴いTCやεが大きく変動した。これらのことから、焼成後層間誘電体層が1.5μmと極めて薄層化された場合には、焼成前内部電極層から拡散されてくる添加用誘電体原料の影響を受けやすく、その結果、TCやεと言った電気特性に影響を与えることが確認された。 On the other hand, in samples 5 to 12 in which the thickness of the interlayer dielectric layer after firing is 1.5 μm or less, in the internal electrode layer before firing of the dielectric material for addition relative to 100% by weight of the dielectric material in the dielectric layer before firing. As the content of TC changed, TC and ε fluctuated greatly. From these, when the interlayer dielectric layer is extremely thin after firing, it is easily affected by the additive dielectric material diffused from the internal electrode layer before firing, and as a result, It was confirmed that the electrical characteristics such as TC and ε are affected.
特に、焼成前層間誘電体層中の誘電体原料100重量%に対して、焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料の含有量が30重量%超の試料5,6では、εは良好であるが、焼結体粒径(D50)が大きくなった結果、TCが劣っている。また、前記添加量が4.5重量%未満の試料12では、TCは良好であるが、εが劣っている。これに対し、本発明の範囲内の試料7〜11では、いずれも、TC及びεが良好であることが確認できた。
表2では、焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料に含まれる添加用主成分原料としてのBaTiO3 の平均粒径を変化させた場合に、TCやεにどのような影響を与えるか、を示すものである。表2に示すように、内部電極層用ペースト中の添加用誘電体原料に含まれる添加用主成分原料としてのBaTiO3 の平均粒径が小さくなりすぎると、温度特性が悪化する傾向にあり、平均粒径が大きくなるにつれてTCは向上するが、εは低下することが確認された。なお、このεの低下の原因は、途切れによる有効面積が低下するためである。 Table 2 shows how TC and ε are affected when the average particle size of BaTiO 3 as the main ingredient material for addition contained in the dielectric material for addition in the internal electrode layer before firing is changed. . As shown in Table 2, when the average particle size of BaTiO 3 as the main component material for addition contained in the dielectric material for addition in the internal electrode layer paste is too small, the temperature characteristics tend to deteriorate, It was confirmed that as the average particle size increases, TC improves, but ε decreases. The cause of the decrease in ε is that the effective area due to the interruption is decreased.
1… 積層セラミックコンデンサ
10… コンデンサ素子本体
2… 層間誘電体層
20… 外側誘電体層
3… 内部電極層
4… 外部電極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
誘電体原料を含む焼成前誘電体層と、卑金属導電材及び添加用誘電体原料を含む焼成前内部電極層とを交互に複数積層させた構造の焼成前素子本体を焼成する工程を有し、
前記焼成前内部電極層中の添加用誘電体原料の含有量を、前記焼成前誘電体層に含まれる誘電体原料100重量%に対して4.5〜30重量%の範囲に制御する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。 A method of manufacturing a multilayer ceramic capacitor having an internal electrode layer and a dielectric layer having a thickness of 1.5 μm or less,
A step of firing a pre-fired element body having a structure in which a plurality of pre-fired dielectric layers containing a dielectric material and base metal conductive materials and pre-fired internal electrode layers containing a dielectric material for addition are alternately stacked;
The content of the dielectric material for addition in the internal electrode layer before firing is controlled in the range of 4.5 to 30% by weight with respect to 100% by weight of the dielectric material contained in the dielectric layer before firing. A method for producing a multilayer ceramic capacitor, which is characterized.
該添加用主成分原料が、前記焼成前誘電体層に含まれる誘電体原料中の主成分原料と実質的に同じ組成系であり、かつ該主成分原料の平均粒径より小さい平均粒径を持つものである、請求項1または2に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。 The dielectric material for addition in the internal electrode layer before firing includes a main component material for addition,
The additive main component material has substantially the same composition system as the main component material in the dielectric material contained in the dielectric layer before firing, and has an average particle size smaller than the average particle size of the main component material. The manufacturing method of the multilayer ceramic capacitor of Claim 1 or 2 which has.
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