JP2006005222A - セラミック電子部品およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 誘電体層を有するセラミック電子部品であって、前記誘電体層が、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 系材料を含む主成分と、Siの酸化物を含む副成分とを含有し、前記Siの酸化物の含有量が、誘電体層全体に対して、0〜0.4重量%(ただし、0は含まない)であり、好ましくは、前記誘電体層が、偏析層を有し、前記偏析層が、Siの酸化物を含み、かつ、Liの酸化物を実質的に含まないセラミック電子部品。
【選択図】 無し
Description
誘電体層を有するセラミック電子部品であって、
前記誘電体層が、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 系材料を含む主成分と、Siの酸化物を含む副成分とを含有し、
前記Siの酸化物の含有量が、誘電体層全体に対して、0〜0.4重量%(ただし、0は含まない)であることを特徴とする。
特に、前記偏析層が、Siの酸化物を含み、かつ、Liの酸化物を実質的に含まないことが、より好ましい。
C.V.値=(検出強度の標準偏差σ/平均検出強度x)×100…(1)
(ただし、A,B,x,y,zが、0.995≦A/B≦1.020、0.0001≦x≦0.07、0.1≦y≦0.3、0.0005≦z≦0.01)
で表される材料である。
MnO換算で0.008〜0.33重量%、
Y2O3換算で0.047〜0.47重量%、
V2O5換算で0.005〜0.30重量%、
さらに含有する。
誘電体層を有するセラミック電子部品を製造する方法であって、
前記誘電体層を形成することになる副成分の原料として、最大粒径が0.3〜2.2μmである粒状のSiの酸化物を使用し、
前記Siの酸化物の含有量を、誘電体層全体に対して、SiO2換算で0〜0.4重量%(ただし、0は含まない)とする。
誘電体層を有するセラミック電子部品を製造する方法であって、
前記誘電体層を形成することになる副成分の原料として、50%相当径であるD50径と、100%相当径であるD100径との差(D100−D50)が、1.5μm以下である粒状のSiの酸化物を使用し、
前記Siの酸化物の含有量を、誘電体層全体に対して、SiO2換算で0〜0.4重量%(ただし、0は含まない)とする。
誘電体層を有するセラミック電子部品を製造する方法であって、
前記誘電体層を形成することになる副成分の原料として、
最大粒径が0.3〜2.2μmであり、かつ、50%相当径であるD50径と、100%相当径であるD100径との差(D100−D50)が、1.5μm以下である粒状のSiの酸化物を使用し、
前記Siの酸化物の含有量を、誘電体層全体に対して、SiO2換算で0〜0.4重量%(ただし、0は含まない)とする。
前記誘電体層に含有される主成分の原料として、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 系材料を使用する。
前記(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 系材料が、組成式{{Ba(1−x)Cax}O}A{Ti(1−y−z)ZryMgz}BO2
(ただし、A,B,x,y,zが、0.995≦A/B≦1.020、0.0001≦x≦0.07、0.1≦y≦0.3、0.0005≦z≦0.01)
で表される材料である。
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断面図、
図2(A)は本発明の実施例に係る誘電体層の微細構造をEPMA分析して表されたSiO2の偏析状態を示す写真、図2(B)は本発明の比較例に係る誘電体層の微細構造をEPMA分析して表されたSiO2の偏析状態を示す写真である。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサ1は、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。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。
誘電体層2は、誘電体磁器組成物を含有する。
本実施形態においては、上記誘電体磁器組成物は、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 系材料を含む主成分と、Siの酸化物およびその他の副成分とを含有する。
Siの酸化物の含有量は、誘電体層全体に対して、SiO2換算で0〜0.4重量%(ただし、0は含まない)であり、含有量の下限が、好ましくは0.01重量%以上、より好ましくは0.05重量%以上、含有量の上限が、好ましくは0.4重量%未満、より好ましくは0.2重量%以下である。前記Siの酸化物は、焼結助剤として作用する。Siの酸化物の含有量が多過ぎると、比誘電率が低下する傾向にあり、一方、Siの酸化物を誘電体層に添加しないと、誘電体層の焼結性が低下し、焼結が困難となってしまう。なお、本実施形態においては、上記Siの酸化物は、主として、後に詳述する偏析層中に含有されることとなる。
この偏析層は、Siの酸化物等の添加副成分が偏析し、主として主成分から構成されている主相と比較して、これらの添加副成分が高濃度に存在している部分である。また、本実施形態において、“Liの酸化物を実質的に含まない”とは、不純物レベルとは言えない量を超えるLiの酸化物を含まないことを意味し、不純物レベルの量(たとえば、前記偏析層中の含有量が0.001モル%以下)であれば含有されていてもよい趣旨である。上記偏析層中に、不純物レベルとは言えない量を超えるLiの酸化物が、含まれると、高温負荷寿命が悪化してしまう。
C.V.値=(検出強度の標準偏差σ/平均検出強度x)×100…(1)
内部電極層3に含有される導電材は特に限定されないが、誘電体層2の構成材料が耐還元性を有するため、比較的安価な卑金属を用いることができる。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およびAlから選択される1種以上の元素と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等の各種微量成分が0.1重量%程度以下含まれていてもよい。内部電極層3の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよいが、通常、0.1〜3μm、特に0.2〜2.0μm程度であることが好ましい。
外部電極4に含有される導電材は特に限定されないが、本発明では安価なNi,Cuや、これらの合金を用いることができる。外部電極4の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよいが、通常、10〜50μm程度であることが好ましい。
本実施形態の積層セラミックコンデンサは、従来の積層セラミックコンデンサと同様に、ペーストを用いた通常の印刷法やシート法によりグリーンチップを作製し、これを焼成した後、外部電極を印刷または転写して焼成することにより製造される。以下、製造方法について具体的に説明する。
脱バインダ処理、焼成およびアニールは、連続して行なっても、独立に行なってもよい。
このようにして製造された本発明の積層セラミックコンデンサは、ハンダ付等によりプリント基板上などに実装され、各種電子機器等に使用される。
主成分として、{Ba(1−x)Cax}O}A{Ti(1−y−z)ZryMgz}BO2で示される組成の誘電体酸化物を、組成比を示す記号x,y,z,AおよびBが、以下に示す値となるように、ゾルゲル合成により作製した。
x=0.01
y=0.18
z=0.003
A/B=1.004
次いで、副成分として、SiO2、MnO、Y2O3、V2O5およびWO3を、ボールミルで20時間湿式粉砕し、900℃および4時間の条件で、大気雰囲気中で仮焼きし、その後、解砕のためにボールミルで20時間湿式粉砕し、副成分の添加物とした。なお、各副成分原料は、焼成後の誘電体層中における含有量が、以下に示す量になるように調整した。
SiO2:0.3重量%
MnO:0.2重量%
Y2O3:0.3重量%
V2O5:0.04重量%
WO3:0.05重量%
そして、主成分と上記にて調整した副成分とを、ボールミルで19時間、湿式粉砕し、乾燥して、誘電体材料を得た。
まず、絶縁抵抗計(アドバンテスト社製R8340A)を用いて、100個のコンデンサ試料について、20℃の条件下で、コンデンサ試料に、DC20Vを60秒間印加し、電圧印加後の絶縁抵抗IRを測定した。次いで、測定した100個の試料の絶縁抵抗の値の平均値を算出し、絶縁抵抗の値が、その平均値よりも2桁以上低くなった試料(絶縁抵抗が、平均値の1/100以下となった試料)を不良品とし、不良品の発生割合をIR不良率とした。この値が小さいほど、IR不良率が低く、良品が多いこととなる。本実施例においては、好ましくは65%以下を良好とした。結果を表1に示す。
コンデンサの試料に対し、160℃で8.0V/μmの直流電圧の印加状態に保持することにより、高温負荷寿命を測定した。この高温負荷寿命は、10個のコンデンサ試料について行い、平均寿命時間を測定することにより評価した。本実施例においては、印加開始から絶縁抵抗が一桁落ちるまでの時間を寿命と定義した。寿命時間は長いほど好ましく、本実施例においては、好ましくは3.0時間以上、より好ましくは5.0時間より長く、さらに好ましくは8.0時間以上である。結果を表1に示す。
まず、得られたコンデンサ試料の誘電体層についてEPMA分析を行い、Si元素の元素マッピングの結果から、解析画面における各部位のSi元素のピーク強度を測定した。次いで、そのピーク強度から、誘電体層中におけるSi元素の分布の検出強度の標準偏差σおよび平均検出強度xを求め、標準偏差σおよび平均検出強度xから、下記式(1)により焼成後のSiO2のC.V.値を算出した。結果を表1に示す。
C.V.値=(検出強度の標準偏差σ/平均検出強度x)×100…(1)
表1にSiO2の添加量、使用したSiO2の粒径、焼成温度、IR不良率、平均寿命(高温負荷寿命)およびSiO2のC.V.値を、図2(A)および図2(B)に実施例および比較例の試料の誘電体層の微細構造をEPMA分析して表されたSiO2の偏析状態を示す写真を示す。なお、図2(A)は、実施例の試料7の誘電体層の写真、図2(B)は、比較例の試料1の誘電体層の写真であり、それぞれ、視野30μm×30μmについての写真である。
副成分であるSiO2の添加量を0.2重量%、焼成時の保持温度を1265℃とした以外は、実施例1と同様にして、積層セラミックコンデンサの試料11〜18を作製し、実施例1と同様にしてIR不良率、高温負荷寿命およびSiO2のC.V.値の測定を行った。なお、本実施例の試料11〜18においては、SiO2は、実施例1の試料1〜8に使用したSiO2と、それぞれ同じものを使用した。
表2にSiO2の添加量、使用したSiO2の粒径、焼成温度、IR不良率、平均寿命(高温負荷寿命)およびSiO2のC.V.値を示す。
表2より、SiO2原料として、最大粒径が0.3〜2.2μmであり、D50径とD100径との差(D100−D50)が、1.5μm以下であるSiO2を使用し、添加量を誘電体層全体に対して、0.2重量%とした実施例の試料12〜17は、いずれもIR不良率が65%以下、平均寿命が8.0時間以上となり良好な結果であった。特に、試料16,17は、IR不良率が0%で、かつ、平均寿命が20時間以上となり、特に良好な結果となった。また、実施例の試料12〜17は、焼結後のSiO2のC.V.値が、いずれも250以下であり、焼結後の誘電体層におけるSiO2の分散度が高くなっていることが確認できた。
副成分であるSiO2の添加量を0.5重量%とした以外は、実施例1と同様にして、積層セラミックコンデンサの試料21〜28を作製し、実施例1と同様にしてIR不良率、高温負荷寿命およびSiO2のC.V.値の測定を行った。なお、本実施例の試料21〜28においては、SiO2は、実施例1の試料1〜8に使用したSiO2と、それぞれ同じものを使用した。
表3にSiO2の添加量、使用したSiO2の粒径、焼成温度、IR不良率、平均寿命(高温負荷寿命)およびSiO2のC.V.値を示す。
表3より、SiO2の添加量を0.5重量%とした比較例の試料21〜28は、それぞれ、試料21〜24,28については、全ての試料がショートする結果となり、また、試料25〜27については、IR不良率が、いずれも65%を超え、IR不良率に劣る結果となった。また、比較例の試料21〜28は、焼結後のSiO2のC.V.値が、いずれも250を超え、焼結後の誘電体層におけるSiO2の分散度が低いことが確認できた。
SiO2の代わりに、Li2Oを、それぞれ0.1重量%、0.2重量%添加した以外は、実施例2の試料16と同様にして、積層セラミックコンデンサの試料31および32を作製し、実施例2と同様にしてIR不良率および高温負荷寿命の測定を行った。
表4にSiO2およびLi2Oの添加量、焼成温度、IR不良率および平均寿命(高温負荷寿命)を示す。
表4より、SiO2の代わりに、SiO2と同様に焼結助剤としての効果を有するLi2Oを、それぞれ0.1重量%、0.2重量%添加した比較例の試料31,32は、SiO2を0.2重量%添加した実施例の試料16と比較して、IR不良率が悪化し、平均寿命が低くなる結果となった。したがって、この結果より、IR不良率を低減し、高温負荷寿命(平均寿命)を向上させるには、誘電体層中あるいは、偏析層中に、Liの酸化物を実質的に含まないことが好ましいことが確認できた。
10… コンデンサ素子本体
2… 誘電体層
3… 内部電極層
4… 外部電極
Claims (9)
- 誘電体層を有するセラミック電子部品であって、
前記誘電体層が、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 系材料を含む主成分と、Siの酸化物を含む副成分とを含有し、
前記Siの酸化物の含有量が、誘電体層全体に対して、0〜0.4重量%(ただし、0は含まない)であることを特徴とするセラミック電子部品。 - 前記誘電体層が、偏析層を有し、
前記偏析層が、Siの酸化物を含み、かつ、Liの酸化物を実質的に含まない請求項1に記載のセラミック電子部品。 - 前記誘電体層中におけるSiO2の分布の検出強度の標準偏差σおよび平均検出強度xより、下記式(1)から算出されるSiO2の分布のC.V.値が、250以下である請求項1または2に記載のセラミック電子部品。
C.V.値=(検出強度の標準偏差σ/平均検出強度x)×100…(1) - 前記誘電体層中に存在する偏析層の最大径が、前記誘電体層の厚みの1/2以下である請求項2または3に記載のセラミック電子部品。
- 前記(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 系材料が、組成式{{Ba(1−x)Cax}O}A{Ti(1−y−z)ZryMgz}BO2
(ただし、A,B,x,y,zが、0.995≦A/B≦1.020、0.0001≦x≦0.07、0.1≦y≦0.3、0.0005≦z≦0.01)
で表される材料である請求項1〜4のいずれかに記載のセラミック電子部品。 - 前記誘電体層が、副成分として、Mnの酸化物、Yの酸化物およびVの酸化物を、それぞれ、誘電体層全体に対して、
MnO換算で0.008〜0.33重量%、
Y2O3換算で0.047〜0.47重量%、
V2O5換算で0.005〜0.30重量%、
さらに含有する請求項1〜5のいずれかに記載のセラミック電子部品。 - 誘電体層を有するセラミック電子部品を製造する方法であって、
前記誘電体層を形成することになる副成分の原料として、最大粒径が0.3〜2.2μmである粒状のSiの酸化物を使用し、
前記Siの酸化物の含有量を、誘電体層全体に対して、SiO2換算で0〜0.4重量%(ただし、0は含まない)とするセラミック電子部品の製造方法。 - 誘電体層を有するセラミック電子部品を製造する方法であって、
前記誘電体層を形成することになる副成分の原料として、50%相当径であるD50径と、100%相当径であるD100径との差(D100−D50)が、1.5μm以下である粒状のSiの酸化物を使用し、
前記Siの酸化物の含有量を、誘電体層全体に対して、SiO2換算で0〜0.4重量%(ただし、0は含まない)とするセラミック電子部品の製造方法。 - 前記誘電体層に含有される主成分の原料として、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 系材料を使用する請求項7または8に記載のセラミック電子部品の製造方法。
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Legal Events
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A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081107 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090526 |