JP2007223863A - 誘電体磁器組成物およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低温での焼成が可能であり、Ｑ値および絶縁抵抗に優れ、しかも高温加速寿命特性が改善された誘電体磁器組成物を提供すること。
【解決手段】誘電体酸化物を含む主成分と、Ｌｉの酸化物を含む第１成分およびＭ１の酸化物（ただし、Ｍ１は、Ｖ族、ＶＩ族元素から選択される少なくとも１種の元素）を含む第２成分を有する焼結助剤と、を含有する誘電体磁器組成物であって、前記誘電体磁器組成物は、複数の誘電体粒子と、隣り合う前記誘電体粒子間に存在する結晶粒界と、を有しており、複数の前記誘電体粒子は、粒子表面から粒子内部に向かって、Ｍ１元素の濃度が低くなっているとともに、前記誘電体粒子の粒径をＤとし、前記結晶粒界におけるＭ１元素の含有割合を１００％とした場合に、粒子表面からの深さが前記粒径Ｄの５０％である深さＴ_５０における、Ｍ１元素の含有割合が、３〜５５％であることを特徴とする誘電体磁器組成物。
【選択図】図３

Description

本発明は、たとえば積層セラミックコンデンサなどの電子部品の誘電体層として用いられる誘電体磁器組成物、およびその製造方法に関する。

電子部品の一例である積層型セラミックコンデンサを構成する従来の誘電体磁器組成物は、強誘電体であるチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３ ）や、常誘電体であるチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３ ）、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ_３ ）、ジルコン酸ストロンチウムカルシウム（ＣａＳｒＺｒＯ_３ ）、ジルコン酸カルシウム（ＣａＺｒＯ_３ ）、ジルコン酸ストロンチウム（ＳｒＺｒＯ_３ ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２ ）、チタン酸ネオジム（ＮｄＴｉＯ_３ ）などの各種誘電体酸化物を含む主成分を有する。

この種の誘電体磁器組成物は、そのままでは焼結し難いことから、各種焼結助剤を加えた上で１３００℃を超える温度で焼成されていた。また、この種の誘電体磁器組成物は、低酸素分圧である中性雰囲気または還元性雰囲気下で焼成すると、還元されて半導体化する性質を有していることから、該誘電体磁器組成物を用いて積層型セラミックコンデンサを製造するに際しては、高酸素分圧である酸化性雰囲気下で焼成することを余儀なくされていた。

このため、誘電体磁器組成物と同時に焼成される内部電極材料としては、該誘電体磁器組成物が焼結する温度で溶融しない程度の高い融点をもち、酸化性雰囲気下で焼成しても酸化されない、などの特性を有する貴金属（たとえばパラジウムや白金など）を用いる必要があった。

しかしながら、貴金属は一般に高価であることから、積層型セラミックコンデンサの低価格化の妨げとなっていた。

さらに、焼成温度が高いと、次のような問題がある。すなわち、焼成炉そのものの価格も高価な上に、用いる焼成炉の損傷も激しくなり、焼成炉の保守や管理コストなどが使用時間の経過につれて漸次増加するとともに、磁器化に要するエネルギーコストも膨大になってしまう。また、誘電体磁器組成物と内部電極材料との間の熱膨張係数の差により応力が溜まりやすく、クラックの発生や比誘電率の低下などの不都合を生じる要因ともなる。

したがって、低温で焼成が可能であり、安価な卑金属（たとえばニッケルや銅など）を内部電極の材料に用いて中性雰囲気または還元性雰囲気下で焼成しても半導体化せず、すなわち耐還元性に優れ、焼成後には十分な比誘電率や優れた誘電特性を有する、誘電体磁器組成物を開発することが求められている。

低温での焼成を可能とするために、たとえば特許文献１では、ＣａＺｒＯ_３ 系セラミックスを主成分とし、Ｓｉ−Ｌｉ−Ｂ系ガラス相を含有する誘電体磁器組成物を有する積層型電子部品が開示されている。この文献によると、Ｓｉ−Ｌｉ−Ｂ系ガラスにおけるＬｉ，Ｂの量を所定の比率にすることにより、低温焼結を可能とし、しかも焼成により蒸発しやすいという性質を有するＬｉの蒸発を抑制できる旨が記載されている。そして、その結果として、Ｑ値の向上を図っている。なお、Ｑ値は損失を表す指標であり、誘電損失ｔａｎδの逆数、すなわちＱ＝１／ｔａｎδで表される。しかしながら、この文献では、焼成時におけるＬｉの蒸発についてはある程度抑制されている一方で、焼成時にＬｉがＣａＺｒＯ_３ 系の母材中に固溶してしまい、その結果、高温負荷寿命が悪化するという問題があった。

特開２００４−２０７６２９号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、本発明の目的は、低温での焼成が可能であり、Ｑ値および絶縁抵抗に優れ、しかも高温加速寿命特性が改善された誘電体磁器組成物およびその製造方法を提供することである。

本発明者等は、上記目的を達成するために、鋭意検討を行った結果、Ｌｉの酸化物と、Ｍ１の酸化物（ただし、Ｍ１は、Ｖ族、ＶＩ族元素から選択される少なくとも１種の元素）と、を少なくとも含有する焼結助剤を用い、さらに誘電体磁器組成物を構成する誘電体粒子を、粒子表面から粒子内部に向かって、Ｍ１元素の濃度が除々に低くなっていくような構成とするとともに、誘電体粒子内部におけるＭ１元素の濃度を所定の範囲内に制御することにより、Ｑ値および絶縁抵抗を良好に保ちながら、低温での焼成を可能としつつ、しかも高温加速寿命特性を改善できることを見出し、この知見に基づき本発明に到達した。

すなわち、本発明に係る誘電体磁器組成物は、
誘電体酸化物を含む主成分と、Ｌｉの酸化物を含む第１成分およびＭ１の酸化物（ただし、Ｍ１は、Ｖ族、ＶＩ族元素から選択される少なくとも１種の元素）を含む第２成分を有する焼結助剤と、を含有する誘電体磁器組成物であって、
前記誘電体磁器組成物は、複数の誘電体粒子と、隣り合う前記誘電体粒子間に存在する結晶粒界と、を有しており、
複数の前記誘電体粒子は、粒子表面から粒子内部に向かって、Ｍ１元素の濃度が低くなっているとともに、
前記誘電体粒子の粒径をＤとし、前記結晶粒界におけるＭ１元素の含有割合を１００％とした場合に、粒子表面からの深さが前記粒径Ｄの５０％である深さＴ_５０における、Ｍ１元素の含有割合が、３〜５５％であることを特徴とする。

本発明の誘電体磁器組成物において、好ましくは、粒子表面からの深さが前記粒径Ｄの３０％である深さＴ_３０における、Ｍ１元素の含有割合が、前記結晶粒界におけるＭ１元素の含有割合１００％に対し、５〜６０％である。

本発明の誘電体磁器組成物において、好ましくは、粒子表面からの深さが前記粒径Ｄの１５％である深さＴ_１５における、Ｍ１元素の含有割合が、前記結晶粒界におけるＭ１元素の含有割合１００％に対し、１５〜７０％である。

なお、本発明において、前記粒径Ｄは各誘電体粒子の直径を意味する。そのため、たとえば、粒径Ｄの５０％である深さＴ_５０におけるＭ１元素の含有割合は、誘電体粒子の略中心部におけるＭ１元素の含有割合となる。

本発明に係る誘電体磁器組成物の製造方法は、
誘電体酸化物を含む主成分と、Ｌｉの酸化物を含む第１成分およびＭ１の酸化物（ただし、Ｍ１は、Ｖ族、ＶＩ族元素から選択される少なくとも１種の元素）を含む第２成分を有する焼結助剤と、を含有する誘電体磁器組成物を製造する方法であって、
焼成後に前記誘電体磁器組成物となる誘電体磁器組成物原料を準備する原料準備工程と、準備した前記誘電体磁器組成物原料を焼成する焼成工程と、を有し、
前記焼成工程における、焼成保持温度まで昇温する際の昇温速度を３００〜７００℃／時間とすることを特徴とする。

本発明の製造方法において、好ましくは、前記焼成工程における焼成保持温度を９００〜１１００℃とする。

本発明の製造方法において、好ましくは、前記焼成工程における温度保持時間を０〜０．５時間とする。なお、温度保持時間を０時間とする場合には、前記昇温速度で、前記焼成保持温度まで昇温し、その後、焼成保持温度に保持することになく冷却することとなる。

本発明において、好ましくは、主成分として含有される前記誘電体酸化物が、組成式｛（Ｂａ_{（１−ｘ−ｙ）} Ｃａ_ｘ Ｓｒ_ｙ ）Ｏ｝_Ａ （Ｔｉ_{（１−ｚ）} Ｚｒ_ｚ ）_Ｂ Ｏ_２ で表され、
前記組成式中のＡ、Ｂ、ｘ、ｙおよびｚが、０．７５≦Ａ／Ｂ≦１．０４、０≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．５、０＜ｚ＜１である。

本発明において、好ましくは、前記焼結助剤が、Ｍ２の化合物（ただし、Ｍ２はＢａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｂ、ＡｌおよびＺｎから選ばれる少なくとも１つ）を含む第３成分と、
Ｓｉの酸化物および／または焼成によりＳｉの酸化物になる化合物を含む第４成分と、をさらに含有する。

本発明に係る電子部品は、上記本発明の誘電体磁器組成物、あるいは本発明の製造方法により得られる誘電体磁器組成物で構成してある誘電体層を有する。電子部品としては、特に限定されないが、積層セラミックコンデンサ、圧電素子、チップインダクタ、チップバリスタ、チップサーミスタ、チップ抵抗、その他の表面実装（ＳＭＤ）チップ型電子部品が例示される。

本発明によると、Ｌｉの酸化物と、Ｍ１の酸化物（ただし、Ｍ１は、Ｖ族、ＶＩ族元素から選択される少なくとも１種の元素）と、を少なくとも含有する焼結助剤を用い、さらに誘電体磁器組成物を構成する誘電体粒子を、粒子表面から粒子内部に向かって、Ｍ１元素の濃度が除々に低くなっていくような構成とするとともに、誘電体粒子内部におけるＭ１元素の濃度を所定の範囲に制御している。そして、このように誘電体粒子内部に、その濃度が除々に低くなっていくような態様でＭ１元素を固溶させることにより、焼成時におけるＬｉ元素の誘電体粒子内部への拡散・固溶を防止することができる。そのため、結果として、Ｑ値および絶縁抵抗を良好に保ちながら、低温での焼成を可能としつつ、高温加速寿命の向上を図ることができ、信頼性の高い誘電体磁器組成物を提供することができる。

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断面図、
図２は図１に示す誘電体層２の要部拡大断面図、
図３は誘電体粒子の粒子内構造を説明するための概念図である。

積層セラミックコンデンサ
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る電子部品としての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コンデンサ素子本体１０を有する。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。内部電極層３は、各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。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。

コンデンサ素子本体１０の外形や寸法には特に制限はなく、用途に応じて適宜設定することができ、通常、外形はほぼ直方体形状とし、寸法は通常、縦（０．４〜５．６ｍｍ）×横（０．２〜５．０ｍｍ）×高さ（０．２〜１．９ｍｍ）程度とすることができる。

誘電体層２
誘電体層２は、本発明の誘電体磁器組成物を含有する。
本発明の誘電体磁器組成物は、組成式｛（Ｂａ_{（１−ｘ−ｙ）} Ｃａ_ｘ Ｓｒ_ｙ ）Ｏ｝_Ａ （Ｔｉ_{（１−ｚ）} Ｚｒ_ｚ ）_Ｂ Ｏ_２ で表される誘電体酸化物を含む主成分を有する。この際、酸素（Ｏ）量は、上記式の化学量論組成から若干偏倚してもよい。

上記組成式中、記号Ｂに対する記号Ａのモル比（Ａ／Ｂ）は、特に限定されないが、好ましくは０．７５≦Ａ／Ｂ≦１．０４、より好ましくは０．９９≦Ａ／Ｂ≦１．０１である。Ａ／Ｂを０．７５以上とすることで、還元雰囲気下での焼成に対して半導体化を生じることが防止され、Ａ／Ｂを１．０４以下とすることで、低温での焼成も緻密な焼結体を得ることができる。

上記組成式中、記号ｘは、特に限定されないが、好ましくは０≦ｘ≦０．９、より好ましくは０≦ｘ≦０．８である。ｘを０．９以下とすることで、低温焼結化の効果が得られる。

上記組成式中、記号ｙは、特に限定されないが、好ましくは０≦ｙ≦０．５、より好ましくは０≦ｙ≦０．４である。ｙを０．５以下とすることで、信頼性の向上、ＣＲ積の向上、誘電損失の改善などの効果がある。

上記組成式中、記号ｚは、特に限定されないが、好ましくは０＜ｚ＜１、より好ましくは０．０１≦ｚ≦０．９８である。ｚを１未満とすることで、比誘電率の低下が防止される。ｚはＺｒ原子数を表すが、ＴｉＯ_２ に比べ還元されにくいＺｒＯ_２ を置換していくことにより耐還元性がさらに増していく傾向がある。

上記組成式中、記号ｘはＣａ原子数を表し、記号ｙはＳｒ原子数を表す。これらｘ、ｙ（Ｂａ／Ｃａ／Ｓｒ比）と、ｚ（Ｔｉ／Ｚｒ比）と、を変えることで、結晶の相転移点を任意にシフトさせることが可能となる。そのため、容量温度係数や比誘電率を任意に制御することができる。

本発明の誘電体磁器組成物は、主成分としての誘電体酸化物に加えて、Ｌｉの酸化物を含む第１成分と、Ｍ１の酸化物（ただし、Ｍ１は、Ｖ族、ＶＩ族元素から選択される少なくとも１種の元素）を含む第２成分と、を含有する焼結助剤を有する。

第１成分（Ｌｉの酸化物）は、Ｍ１の酸化物を含む第２成分と組み合わされることにより、焼結温度を低下させる物質として作用する。焼結助剤全体１００重量％に対する、第１成分の含有量は、好ましくは５〜５０重量％であり、より好ましくは１０〜３０重量％である。第１成分の含有量が少なすぎると、焼結温度の低下効果が不十分となる傾向にあり、一方、多すぎると、高温加速寿命が悪化する傾向にある。

第２成分（Ｍ１の酸化物）は、焼結温度の低下効果に加えて、母材となる誘電体酸化物に固溶することにより、各種電気特性を向上させる物質として作用する。焼結助剤全体１００重量％に対する、第２成分の含有量は、好ましくは０．１〜１５重量％であり、より好ましくは１〜７重量％である。第２成分の含有量が少なすぎると、上記効果が得難くなる。一方、多すぎると焼成温度が高くなる傾向にある。
なお、第２成分を構成するＭ１の酸化物としては、Ｖ族、ＶＩ族元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物であれば良く、特に限定されないが、Ｗの酸化物、Ｖの酸化物およびＭｏの酸化物が好ましい。

本発明の誘電体磁器組成物に含有される焼結助剤には、上記の第１成分、第２成分に加えて、Ｍ２の化合物（ただし、Ｍ２はＢａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｂ、ＡｌおよびＺｎから選ばれる少なくとも１つ）を含む第３成分と、Ｓｉの酸化物および／または焼成によりＳｉの酸化物になる化合物を含む第４成分と、がさらに含有されていてもよい。

第３成分（Ｍ２の化合物）は、第１成分および第２成分と組み合わされることにより、母材となる誘電体酸化物との濡れ性を改善したり、焼結温度を低下させる物質として作用する。

第４成分（Ｓｉの酸化物および／または焼成によりＳｉの酸化物になる化合物）は、焼結温度を一層低下させる物質として作用する。

なお、上述した焼結助剤には、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＳｎおよびＰの化合物から選ばれる少なくとも１つを含むその他の成分が、さらに含有してあってもよい。

焼結助剤の含有量は、誘電体磁器組成物全体を１００モル％として、好ましくは０．１〜２５モル％、より好ましくは１〜１５モル％である。焼結助剤の添加量をこの範囲にすることで比誘電率を低下させることなく、より低い温度で焼成できる。

また、焼結助剤の融点は、好ましくは１２００℃以下、より好ましくは１０００℃以下である。融点が１２００℃以下であることにより、低温での焼成が容易になる。

誘電体層２の微細構造
図２に示すように、誘電体層２は、誘電体粒子（結晶粒）２ａと、隣接する複数の誘電体粒子２ａ間に形成された結晶粒界（粒界相）２ｂとを含んで構成される。この誘電体粒子２ａは、主に、主成分である組成式｛（Ｂａ_{（１−ｘ−ｙ）} Ｃａ_ｘ Ｓｒ_ｙ ）Ｏ｝_Ａ （Ｔｉ_{（１−ｚ）} Ｚｒ_ｚ ）_Ｂ Ｏ_２ で表される誘電体酸化物から構成されている粒子である。本実施形態では、誘電体粒子２ａは、この誘電体酸化物の他に、少なくともＭ１元素を含有している。

本実施形態では、誘電体粒子２ａに含有されているＭ１元素は、粒子表面から粒子内部に向かって、その濃度が除々に低くなっていくような態様で含有されているとともに、粒子表面から所定の深さにおけるＭ１元素の含有割合が所定範囲に制御されている。このような構成を採用することにより、第１成分として含有されるＬｉ元素が、焼成時に誘電体粒子２ａ内部に拡散・固溶することを有効に防止することができる。そのため、Ｌｉ元素を含有する焼結助剤を使用した場合に問題となっていた高温加速寿命の劣化を有効に防止することができる。

なお、この理由としては必ずしも明らかではないが、誘電体粒子２ａ内部に、その濃度が除々に低くなっていくような態様でＭ１元素を固溶させることにより、Ｍ１元素が障壁となり、誘電体粒子２ａ内へのＬｉ元素の拡散を防止できることによると考えられる。

具体的には、図２に示す結晶粒界２ｂにおけるＭ１元素の含有割合を１００％とした場合に、図３に示す粒子表面からの深さＴ_５０におけるＭ１元素の含有割合が、３〜５５％であり、好ましくは３〜４０％であり、より好ましくは３〜３０％である。なお、この深さＴ_５０は、粒子表面からの深さが、誘電体粒子２ａの粒径（直径）Ｄの５０％であることを意味する。すなわち、深さＴ_５０におけるＭ１の含有割合は、誘電体粒子２ａの略中心部におけるＭ１元素の含有割合となる。深さＴ_５０におけるＭ１元素の含有割合が少なすぎても、多すぎても、上記効果が得難くなり、損失を表すＱ値や高温加速寿命特性が悪化する傾向にある。

なお、誘電体粒子２ａの粒径Ｄは、図２に示す断面において誘電体粒子２ａの面積を測定し、円相当径として直径を算出し１．５倍した値である。

また、本実施形態では、深さＴ_５０に加えて、図３に示す粒子表面からの深さが粒径Ｄの３０％、１５％の深さである深さＴ_３０、Ｔ_１５におけるＭ１元素の含有割合についても、以下に示すような所定範囲とすることがより好ましい。すなわち、結晶粒界２ｂにおけるＭ１元素の含有割合を１００％とした場合に、好ましくはＴ_３０：５〜６０％、Ｔ_１５：１５〜７０％であり、より好ましくはＴ_３０：５〜４５％、Ｔ_１５：１５〜５０％、さらに好ましくはＴ_３０：５〜３０％、Ｔ_１５：１５〜４０％である。

深さＴ_５０に加えて、深さＴ_３０、Ｔ_１５におけるＭ１元素の含有割合を上記範囲とすることにより、高温加速寿命の劣化抑制効果のさらなる向上を図ることができる。

また、各深さＴ_５０、Ｔ_３０、Ｔ_１５におけるＭ１元素の含有割合を測定する方法は、特に限定されないが、たとえば、ＴＥＭによる線分析により測定することができる。すなわち、まず、誘電体粒子２ａに対して、誘電体粒子２ａの略中心を通り、かつ粒子の端から端まで一直線になるようにＴＥＭで線分析を行う。その後９０度ずらして同一の粒子に対して、線分析を行い、これらの結果を平均することにより求めることができる。

内部電極層３
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
外部電極４に含有される導電材は特に限定されないが、本実施形態では安価な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。

積層セラミックコンデンサ１の製造方法
本実施形態の積層セラミックコンデンサ１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。

まず、誘電体層用ペーストに含まれる誘電体磁器組成物原料を準備し、これを塗料化して、誘電体層用ペーストを調製する。
誘電体層用ペーストは、誘電体磁器組成物原料と有機ビヒクルとを混練した有機系の塗料であってもよく、水系の塗料であってもよい。

誘電体磁器組成物原料には、上述した本発明に係る誘電体磁器組成物の組成に応じ、主成分を構成する原料と、焼結助剤を構成する第１〜第４成分の原料およびその他必要に応じて添加されるその他の原料と、が用いられる。

主成分原料としては、Ｔｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｚｒの各酸化物や、焼成によりＴｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｚｒの各酸化物になる化合物などが用いられる。

焼結助剤を構成する第１〜第４成分の原料としては、上記した各化合物の酸化物やその混合物、複合酸化物を用いることができるが、その他、焼成により酸化物や複合酸化物となる各種化合物、例えば、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金属化合物等から適宜選択し、混合して用いることもできる。焼結助剤を構成する各成分の原料は、その添加形態は特に限定されず、あらかじめ焼結助剤を配合しておき、これを熱処理して溶融して化合物ガラス成分とし、その後に粉砕したものを主成分原料に添加して混合してもよい。

有機ビヒクルとは、バインダを有機溶剤中に溶解したものであり、有機ビヒクルに用いられるバインダは、特に限定されず、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等の通常の各種バインダから適宜選択すればよい。また、このとき用いられる有機溶剤も特に限定されず、印刷法やシート法等利用する方法に応じてテルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエン等の有機溶剤から適宜選択すればよい。

誘電体層用ペーストを水系の塗料とする場合には、水溶性のバインダや分散剤などを水に溶解させた水系ビヒクルと、誘電体磁器組成物原料とを混練すればよい。水系ビヒクルに用いる水溶性バインダは特に限定されず、たとえば、ポリビニルアルコール、セルロース、水溶性アクリル樹脂などを用いればよい。

内部電極用ペーストは、上述した各種導電性金属や合金からなる導電材料あるいは焼成後に上述した導電材料となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネート等と、上述した有機ビヒクルとを混練して調製される。また、外部電極用ペーストも、この内部電極用ペーストと同様にして調製される。

上述した各ペーストの有機ビヒクルの含有量は、特に限定されず、通常の含有量、たとえば、バインダは１〜５重量％程度、溶剤は１０〜５０重量％程度とすればよい。また、各ペースト中には必要に応じて各種分散剤、可塑剤、誘電体、絶縁体等から選択される添加物が含有されても良い。これらの総含有量は、１０重量％以下とすることが好ましい。

印刷法を用いる場合は、誘電体層用ペーストおよび内部電極用ペーストをポリエチレンテレフタレート等の基板上に積層印刷し、所定形状に切断したのち基板から剥離することでグリーンチップとする。これに対して、シート法を用いる場合は、誘電体層用ペーストを用いてグリーンシートを形成し、この上に内部電極ペーストを印刷したのちこれらを積層してグリーンチップとする。

そして、得られたグリーンチップに脱バインダ処理を施す（脱バインダ工程）。脱バインダ処理は、内部電極層ペースト中の導電材の種類に応じて適宜決定されればよいが、導電材としてＮｉやＮｉ合金等の卑金属を用いる場合、脱バインダ雰囲気中の酸素分圧を１０^−４５ 〜１０^５ Ｐａとすることが好ましい。酸素分圧が前記範囲未満であると、脱バインダ効果が低下する。また酸素分圧が前記範囲を超えると、内部電極層が酸化する傾向にある。

また、それ以外の脱バインダ条件としては、昇温速度を好ましくは５〜３００℃／時間、より好ましくは１０〜１００℃／時間、保持温度を好ましくは１８０〜４００℃、より好ましくは２００〜３５０℃、温度保持時間を好ましくは０．５〜２４時間、より好ましくは２〜２０時間とする。また、焼成雰囲気は、空気もしくは還元性雰囲気とすることが好ましく、還元性雰囲気における雰囲気ガスとしては、たとえばＮ_２ とＨ_２ との混合ガスを加湿して用いることが好ましい。

次に、脱バインダ後のグリーンチップを焼成する（焼成工程）。焼成工程は、昇温工程と、温度保持工程と、降温工程と、からなる。

昇温工程は、雰囲気温度を、所定の昇温速度で焼成保持温度まで昇温させる工程である。昇温速度は、３００〜７００℃／時間であり、さらに好ましくは５００〜７００℃／時間、より好ましくは６００〜７００℃／時間である。このように昇温速度を比較的に大きくすることにより、焼結助剤中に第２成分として含有されているＭ１元素を、図２に示す誘電体粒子２ａ中に、効果的に拡散・固溶させることができる。そしてその結果、焼成時における、誘電体粒子２ａ内へのＬｉ元素の拡散を防止することができ、誘電体粒子２ａ内へのＬｉ元素の拡散に起因する、高温加速寿命の劣化を有効に防止することができる。

昇温工程においては、その最初から、あるいは途中から、酸素分圧を好ましくは１０^−１０ 〜１０^−３Ｐａの雰囲気に調整する。内部電極層の導電材に卑金属を用いる場合において、雰囲気の酸素分圧が上記範囲未満であると内部電極層の導電材が異常焼結を起こして途切れてしまうことがあり、雰囲気の酸素分圧が上記範囲を超えると内部電極層が酸化する傾向にある。そのため、雰囲気を上記範囲とすることが好ましい。なお、雰囲気ガスとしては、たとえばＮ_２ とＨ_２ との混合ガスを加湿して用いることが好ましい。すなわち、還元雰囲気とすることが好ましい。

温度保持工程では、雰囲気を上記範囲としたまま、温度を一定時間保持する。焼成保持温度は、好ましくは９００〜１１００℃であり、より好ましくは９５０〜１０５０℃である。本実施形態では、上記した構成を有する焼結助剤を含有させているため、このように低温での焼結が可能となる。そして、低温での焼結が可能となることにより、焼成炉の損傷を防止でき、保守や管理コスト、ひいてはエネルギーコストをも効果的に抑制でき、しかもクラックの発生や比誘電率の低下などの不都合も防止し得る。温度保持工程における、温度保持時間は、好ましくは０〜０．５時間とする。温度保持時間を長くしすぎると、誘電体粒子が粒成長しすぎたり、電極途切れが発生する場合がある。なお、温度保持時間を０時間とする場合には、実質的に温度保持工程を経ることなく、降温工程に移ることとなる。この場合には、焼成保持温度は昇温工程における最高温度と同義となる。

降温工程では、雰囲気を上記範囲としたまま降温させても良く、あるいは降温工程の途中から雰囲気を変更しても良い。すなわち、降温工程の途中から雰囲気を大気中としても良い。降温速度は、特に限定されず、たとえば昇温速度と同様の速度とすれば良い。すなわち、好ましくは３００〜７００℃／時間、より好ましくは５００〜７００℃／時間、さらに好ましくは６００〜７００℃／時間とすれば良い。本実施形態では、焼成保持温度を、好ましくは９００〜１１００℃と低くしているため、降温速度を、このように比較的に大きくした場合においても、素地クラック等の構造欠陥の発生を抑制することができる。

次いで、焼成後のコンデンサチップ（コンデンサ素子本体）にアニールを施す（アニール工程）。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ＩＲ寿命を著しく長くすることができるので、信頼性が向上する。

アニール雰囲気中の酸素分圧は、１×１０^−４Ｐａ以上、特に１×１０^−４〜１０Ｐａとすることが好ましい。酸素分圧が上記範囲未満であると誘電体層の再酸化が困難であり、上記範囲を超えると内部電極層が酸化する傾向にある。

アニールの際の保持温度は、好ましくは７００〜８００℃、より好ましくは７５０〜８００℃とする。アニールの保持温度が上記範囲未満であると誘電体層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。一方、保持温度が上記範囲を超えると、内部電極層が酸化して容量が低下するだけでなく、内部電極層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。なお、アニールは昇温過程および降温過程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。

これ以外のアニール条件としては、温度保持時間を好ましくは０〜２０時間、より好ましくは２〜１０時間、冷却速度を好ましくは５０〜５００℃／時間、より好ましくは１００〜３００℃／時間とする。また、アニールの雰囲気ガスとしては、たとえば、加湿したＮ_２ ガス等を用いることが好ましい。

上記した脱バインダ工程、焼成工程およびアニール工程において、Ｎ_２ ガスや混合ガス等を加湿するには、たとえばウェッター等を使用すればよい。この場合、水温は５〜７５℃程度が好ましい。

以上のようにして得られたコンデンサ焼成体に、たとえば、バレル研磨やサンドブラストにより端面研磨を施し、外部電極用ペーストを印刷または転写して焼成し、外部電極４を形成する。外部電極用ペーストの焼成条件は、たとえば、加湿した窒素ガスと水素ガスとの混合ガス中で６００〜８００℃にて１０分〜１時間程度とすることが好ましい。そして、必要に応じて外部電極４の表面にメッキ等により被覆層（パッド層）を形成する。

このようにして製造された本実施形態の積層セラミックコンデンサ１は、はんだ付け等によってプリント基板上に実装され、各種電子機器に用いられる。

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、上述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に改変することができる。
たとえば、上述した各実施形態では、本発明に係る電子部品として積層セラミックコンデンサを例示したが、本発明に係る電子部品としては、積層セラミックコンデンサに限定されず、本発明の誘電体磁器組成物で構成してある誘電体層を有するものであれば何でも良い。

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。

実施例１
まず、最終的に、組成式｛（Ｃａ_０．７０Ｓｒ_０．３０）Ｏ−（Ｚｒ_０．９７Ｔｉ_０．０３）Ｏ_２ ｝で示される誘電体酸化物が得られるように各酸化物や炭酸塩（ＣａＣＯ_３ 、ＳｒＣＯ_３ 、ＺｒＯ_２ 、ＴｉＯ_２ ）を調合して主成分原料を得た。

次いで、得られた主成分原料１００モルに対して、予め作製しておいた焼結助剤：Ｌｉ−Ｗ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏガラスを、３モル添加し、ボールミルにて湿式混合し、乾燥することによって誘電体磁器組成物原料を得た。なお、焼結助剤としてのＬｉ−Ｗ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏガラスは、次に示すようにして作製した。すなわち、まず、所定組成が得られるように、各成分の酸化物、すなわち、Ｌｉ_２ Ｏ、ＷＯ_３ 、Ｂ_２ Ｏ_３ 、ＳｉＯ_２ を調合した。次に、これをボールミルで１６時間湿式混合して粉砕後、蒸発乾燥させ、乾燥後の粉末を、１０００℃、空気中で２時間焼成した。その後、微粉砕し、平均粒径が約１〜２μｍ程度のガラス成分粉末を得た。なお、本実施形態では、Ｌｉ_２ Ｏ、ＷＯ_３ 、Ｂ_２ Ｏ_３ 、ＳｉＯ_２ の混合割合は、Ｌｉ_２ Ｏ：１１重量部、ＷＯ_３ ：６重量部、Ｂ_２ Ｏ_３ ：２３重量部、ＳｉＯ_２ ：６０重量部とした。

次に、得られた誘電体磁器組成物原料１００重量部と、アクリル樹脂４．８重量部と、塩化メチレン４０重量部と、酢酸エチル２０重量部と、ミネラルスピリット６重量部と、アセトン４重量部とをボールミルで混合し、ペースト化し、誘電体層用ペーストを得た。

平均粒径０．１〜０．８μｍのＮｉ粒子１００重量部と、有機ビヒクル（エチルセルロース８重量部をブチルカルビトール９２重量部に溶解したもの）４０重量部と、ブチルカルビトール１０重量部とを３本ロールにより混練し、ペースト化し、内部電極層用ペーストを得た。

平均粒径０．５μｍのＣｕ粒子１００重量部と、有機ビヒクル（エチルセルロース樹脂８重量部をブチルカルビトール９２重量部に溶解したもの）３５重量部およびブチルカルビトール７重量部とを混練し、ペースト化し、外部電極用ペーストを得た。

次いで、上記にて調製した誘電体層用ペーストを用いて、ＰＥＴフィルム上に厚さ８μｍの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印刷したのち、ＰＥＴフィルムからグリーンシートを剥離した。

次いで、これらのグリーンシートと保護用グリーンシート（内部電極層用ペーストを印刷しないもの）とを積層、圧着してグリーンチップを得た。内部電極を有するシートの積層数は１００層とした。

次いで、グリーンチップを所定サイズに切断し、脱バインダ処理、焼成およびアニール（熱処理）を行って、積層セラミック焼成体を得た。
脱バインダ処理は、昇温速度：３００℃／時間、保持温度：５００℃、保持時間：２時間、雰囲気：大気中、の条件で行った。
焼成は、昇温速度：表１に示す昇温速度、焼成保持温度：１０００℃、保持時間：０．５時間、冷却速度：表１に示す昇温速度と同じ速度、雰囲気：加湿したＮ_２ ＋Ｈ_２ 混合ガス雰囲気（酸素分圧：１×１０^−１０Ｐａ）、の条件で行った。
アニールは、保持温度：８００℃、温度保持時間：２時間、冷却速度２００℃／時間、加湿したＮ_２ ガス雰囲気（酸素分圧は１０^−１Ｐａ）の条件で行った。なお、焼成およびアニールの際の雰囲気ガスの加湿には、ウェッターを用いた。

次いで、積層セラミック焼成体の端面をサンドブラストにて研磨したのち、外部電極用ペーストを端面に転写し、加湿したＮ_２ ＋Ｈ_２ 雰囲気中において、８００℃にて１０分間焼成して外部電極を形成し、図１に示す構成の積層セラミックコンデンサの試料１〜１０を得た。なお、これら試料１〜１０は、焼成時の昇温速度を１０〜８００℃の範囲で変化させた試料である。

このようにして得られた各コンデンサ試料のサイズは、３．２ｍｍ×１．６ｍｍ×０．６ｍｍであり、内部電極層に挟まれた誘電体層の数は１００、その厚さは５μｍであり、内部電極層の厚さは１μｍであった。

次いで、得られた各コンデンサ試料について、各深さＴ（Ｔ_１５、Ｔ_３０、Ｔ_５０）におけるＷ元素（Ｍ１元素）の含有割合、Ｑ値、絶縁抵抗ＩＲ、高温加速寿命（ＨＡＬＴ）を、それぞれ下記に示す方法により測定した。

各深さＴ（Ｔ _１５ 、Ｔ _３０ 、Ｔ _５０ ）におけるＷ元素（Ｍ１元素）の含有割合
得られたコンデンサ試料の誘電体層を加工した後、イオンミリングにより試料を薄片化した。その後、走査型透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて観察を行い、誘電体粒子の各深さＴ（Ｔ_１５、Ｔ_３０、Ｔ_５０）におけるＷ元素の含有割合を測定した。

具体的には、まず、誘電体粒子の略中心を通り、かつ、粒子の端から端まで一直線になるように、図３に示す各深さＴ（Ｔ_１５、Ｔ_３０、Ｔ_５０）においてＴＥＭで線分析を行った。その後、９０度ずらして同一の粒子に対して、各深さＴにおいて線分析を行い、これらの結果を平均することにより各深さＴにおけるＷ元素の含有割合を測定した。本実施例においては、誘電体粒子内部におけるＷ元素の含有割合とは別に、結晶粒界におけるＷ元素の含有割合を測定し、結晶粒界におけるＷ元素の含有割合を１００％とした場合における、各深さＴにおけるＷ元素の含有割合をパーセンテージで算出することにより評価した。結果を表１に示す。

なお、深さＴ_１５、Ｔ_３０およびＴ_５０は、それぞれ粒子表面からの深さが粒径Ｄの１５％、３０％および５０％の深さに相当する。

Ｑ値
まず、コンデンサ試料に対して、デジタルＬＣＲメータ（ＹＨＰ社製４２７４Ａ）を用いて、室温（２５℃）、周波数１ｋＨｚ，入力信号レベル（測定電圧）１．０Ｖｒｍｓの条件下で、誘電損失（ｔａｎδ）を測定した。そして、得られた誘電損失（ｔａｎδ）に基づいて、Ｑ値（＝１／ｔａｎδ）を算出した。Ｑ値は損失を表す指標であり、高い方が好ましい。本実施例では８，０００以上を良好とした。結果を表１に示す。

絶縁抵抗ＩＲ
絶縁抵抗ＩＲは、コンデンサ試料について、絶縁抵抗計（アドバンテスト社製Ｒ８３４０Ａ）を用い、室温（２５℃）において、ＤＣ５０Ｖ／μｍを６０秒間印加した後の絶縁抵抗ＩＲ（単位はΩ）を測定した。本実施例では５．０×１０^１２Ω以上を良好とした。

高温加速寿命（ＨＡＬＴ）
高温加速寿命（ＨＡＬＴ）は、得られたサンプルを、２００℃で１０Ｖ／μｍの直流電圧の印加状態に保持し、平均寿命時間を測定することにより評価した。本実施例では、印加開始から絶縁抵抗が１桁落ちるまでの時間を寿命と定義した。また、この高温加速寿命は、１０個のコンデンサ試料について行った。本実施例では、５０時間以上を良好とした。

表１中、各深さＴ_１５、Ｔ_３０およびＴ_５０におけるＷ元素の含有割合は、結晶粒界におけるＷ元素の含有割合を１００％とした場合の、含有割合である。

表１に示すように、焼成時の昇温速度を３００〜７００℃／時間の範囲とした試料３〜９は、誘電体粒子中のＷ元素の含有割合が、粒子表面から粒子内部に向かって低くなっていく構成となり、さらには各深さＴ_１５、Ｔ_３０、Ｔ_５０におけるＷ元素の含有割合も本発明の所定範囲となっていた。そして、これら試料３〜９は、Ｑ値、絶縁抵抗ＩＲおよび高温加速寿命（ＨＡＬＴ）に優れ、良好な結果となった。なお、これらのなかでも、焼成時の昇温速度を５００〜７００℃／時間の範囲とした試料５〜９は、高温加速寿命が１００時間を超え、特に良好な結果となった。

これに対して、焼成時の昇温速度を３００℃／時間未満とした試料１，２は、各深さＴ_１５、Ｔ_３０、Ｔ_５０におけるＷ元素の含有割合が本発明の範囲外となり、Ｑ値、絶縁抵抗ＩＲおよび高温加速寿命（ＨＡＬＴ）に劣る結果となった。なお、この理由としては、焼結助剤に含有されているＬｉが、焼成時に誘電体粒子中に拡散・固溶したためと考えられる。

また、昇温速度を８００℃／時間とした試料１０においても、同様に、各深さＴ_１５、Ｔ_３０、Ｔ_５０におけるＷ元素の含有割合が本発明の範囲外となり、Ｑ値、絶縁抵抗ＩＲおよび高温加速寿命（ＨＡＬＴ）に劣る結果となった。なお、この理由としては、焼結不良によるものと考えられる。

実施例２
焼結助剤として、Ｌｉ−Ｖ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏガラス（Ｌｉ_２ Ｏ：１１重量部、Ｖ_２ Ｏ_５ ：６重量部、Ｂ_２ Ｏ_３ ：２３重量部、ＳｉＯ_２ ：６０重量部）を用いた以外は、実施例１と同様にして、コンデンサ試料を作製し、実施例１と同様にして評価した。なお、実施例２においては、各試料を作製する際の、焼成時の昇温速度を表２に示す各速度として、合計５種類の試料を作製した。結果を表２に示す。

表２中、各深さＴ_１５、Ｔ_３０およびＴ_５０におけるＶ元素の含有割合は、結晶粒界におけるＶ元素の含有割合を１００％とした場合の、含有割合である。

表２より、第２成分として、Ｗの酸化物の代わりに、Ｖの酸化物を使用した場合においても、同様の結果が得られることが確認できる。

実施例３
焼結助剤として、Ｌｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏガラス（Ｌｉ_２ Ｏ：１１重量部、ＭｏＯ_３ ：６重量部、Ｂ_２ Ｏ_３ ：２３重量部、ＳｉＯ_２ ：６０重量部）を用いた以外は、実施例１と同様にして、コンデンサ試料を作製し、実施例１と同様にして評価した。なお、実施例３においては、各試料を作製する際の、焼成時の昇温速度を表３に示す各速度として、合計５種類の試料を作製した。結果を表３に示す。

表３中、各深さＴ_１５、Ｔ_３０およびＴ_５０におけるＭｏ元素の含有割合は、結晶粒界におけるＭｏ元素の含有割合を１００％とした場合の、含有割合である。

表３より、第２成分として、Ｗの酸化物の代わりに、Ｍｏの酸化物を使用した場合においても、同様の結果が得られることが確認できる。

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である。 図２は図１に示す誘電体層２の要部拡大断面図である。 図３は誘電体粒子の粒子内構造を説明するための概念図である。

符号の説明

１… 積層セラミックコンデンサ
１０… コンデンサ素子本体
２… 誘電体層
２ａ… 誘電体粒子
２ｂ… 結晶粒界
３… 内部電極層
４… 外部電極

Claims (10)

1. 誘電体酸化物を含む主成分と、
   Ｌｉの酸化物を含む第１成分、およびＭ１の酸化物（ただし、Ｍ１は、Ｖ族、ＶＩ族元素から選択される少なくとも１種の元素）を含む第２成分を有する焼結助剤と、を含有する誘電体磁器組成物であって、
   前記誘電体磁器組成物は、複数の誘電体粒子と、隣り合う前記誘電体粒子間に存在する結晶粒界と、を有しており、
   複数の前記誘電体粒子は、粒子表面から粒子内部に向かって、Ｍ１元素の濃度が低くなっているとともに、
   前記誘電体粒子の粒径をＤとし、前記結晶粒界におけるＭ１元素の含有割合を１００％とした場合に、粒子表面からの深さが前記粒径Ｄの５０％である深さＴ_５０における、Ｍ１元素の含有割合が、３〜５５％であることを特徴とする誘電体磁器組成物。
2. 粒子表面からの深さが前記粒径Ｄの３０％である深さＴ_３０における、Ｍ１元素の含有割合が、前記結晶粒界におけるＭ１元素の含有割合１００％に対し、５〜６０％である請求項１に記載の誘電体磁器組成物。
3. 粒子表面からの深さが前記粒径Ｄの１５％である深さＴ_１５における、Ｍ１元素の含有割合が、前記結晶粒界におけるＭ１元素の含有割合１００％に対し、１５〜７０％である請求項１または２に記載の誘電体磁器組成物。
4. 主成分として含有される前記誘電体酸化物が、組成式｛（Ｂａ_{（１−ｘ−ｙ）} Ｃａ_ｘ Ｓｒ_ｙ ）Ｏ｝_Ａ （Ｔｉ_{（１−ｚ）} Ｚｒ_ｚ ）_Ｂ Ｏ_２ で表され、
   前記組成式中のＡ、Ｂ、ｘ、ｙおよびｚが、０．７５≦Ａ／Ｂ≦１．０４、０≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．５、０＜ｚ＜１である請求項１〜３のいずれかに記載の誘電体磁器組成物。
5. 前記焼結助剤が、Ｍ２の化合物（ただし、Ｍ２はＢａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｂ、ＡｌおよびＺｎから選ばれる少なくとも１つ）を含む第３成分と、
   Ｓｉの酸化物および／または焼成によりＳｉの酸化物になる化合物を含む第４成分と、をさらに含有する請求項１〜４のいずれかに記載の誘電体磁器組成物。
6. 誘電体酸化物を含む主成分と、Ｌｉの酸化物を含む第１成分およびＭ１の酸化物（ただし、Ｍ１は、Ｖ族、ＶＩ族元素から選択される少なくとも１種の元素）を含む第２成分を有する焼結助剤と、を含有する誘電体磁器組成物を製造する方法であって、
   焼成後に前記誘電体磁器組成物となる誘電体磁器組成物原料を準備する原料準備工程と、準備した前記誘電体磁器組成物原料を焼成する焼成工程と、を有し、
   前記焼成工程における、焼成保持温度まで昇温する際の昇温速度を３００〜７００℃／時間とすることを特徴とする誘電体磁器組成物の製造方法。
7. 前記焼成工程における焼成保持温度を９００〜１１００℃とする請求項６に記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
8. 前記焼成工程における温度保持時間を０〜０．５時間とする請求項６または７に記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
9. 主成分として含有される前記誘電体酸化物が、組成式｛（Ｂａ_{（１−ｘ−ｙ）} Ｃａ_ｘ Ｓｒ_ｙ ）Ｏ｝_Ａ （Ｔｉ_{（１−ｚ）} Ｚｒ_ｚ ）_Ｂ Ｏ_２ で表され、
   前記組成式中のＡ、Ｂ、ｘ、ｙおよびｚが、０．７５≦Ａ／Ｂ≦１．０４、０≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．５、０＜ｚ＜１である請求項６〜８のいずれかに記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
10. 前記焼結助剤が、Ｍ２の化合物（ただし、Ｍ２はＢａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｂ、ＡｌおよびＺｎから選ばれる少なくとも１つ）を含む第３成分と、
    Ｓｉの酸化物および／または焼成によりＳｉの酸化物になる化合物を含む第４成分と、をさらに含有する請求項６〜９のいずれかに記載の誘電体磁器組成物の製造方法。

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