JP2007254169A - 電子部品、誘電体磁器組成物およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 BaTiO3 、SrTiO3 およびCaTiO3 を含む主成分を有する誘電体磁器組成物であって、前記主成分を構成する前記BaTiO3 、SrTiO3 およびCaTiO3 が、それぞれ互いに、実質的に固溶しておらず、BaTiO3 結晶粒子、SrTiO3 結晶粒子およびCaTiO3 結晶粒子の形態で含有され、コンポジット構造を形成しており、前記BaTiO3 結晶粒子の平均結晶粒子径が0.2〜0.8μmであることを特徴とする誘電体磁器組成物。
【選択図】なし
Description
BaTiO3 、SrTiO3 およびCaTiO3 を含む主成分を有し、
前記主成分を構成する前記BaTiO3 、SrTiO3 およびCaTiO3 が、それぞれ互いに、実質的に固溶しておらず、BaTiO3 結晶粒子、SrTiO3 結晶粒子およびCaTiO3 結晶粒子の形態で含有され、コンポジット構造を形成しており、
前記BaTiO3 結晶粒子の平均結晶粒子径が0.2〜0.8μmであることを特徴とする。
0.19≦x≦0.23、
0.25≦y≦0.31、
0.46≦z≦0.54、
x+y+z=1、
0.980≦m≦1.01、
である。
前記V、Ta、Nb、W、MoおよびCrの酸化物の含有量が、前記主成分100モルに対して、V、Ta、Nb、W、MoおよびCrの各元素換算で、0.02モル以上、0.40モル未満である。
上記いずれかの誘電体磁器組成物を製造する方法であって、
前記主成分の原料として、平均粒子径が0.1〜0.6μmであるBaTiO3 粉末と、SrTiO3 粉末と、CaTiO3 粉末と、を使用するとともに、
前記BaTiO3 粉末、SrTiO3 粉末およびCaTiO3 粉末は、予め互いに反応させることなく用いる。
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、本発明の誘電体磁器組成物を含有する。
誘電体層2に含有される誘電体磁器組成物は、BaTiO3 、SrTiO3 およびCaTiO3 を含む主成分を有する。
0.19≦x≦0.23、
0.25≦y≦0.31、
0.46≦z≦0.54、
0.980≦m≦1.01、
であり、より好ましくは、
0.195≦x≦0.225、
0.255≦y≦0.305、
0.465≦z≦0.535、
0.985≦m≦1.0095、
である。なお、上記式において、x+y+z=1である。
記号x、y、zおよびmを上記範囲とすることにより、DCバイアス特性の向上効果と、電圧印加時における電歪量の低減効果と、を高めることができる。また、上記組成式において、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。
本実施形態においては、副成分として、Mnの酸化物と、Siの酸化物と、V、Ta、Nb、W、MoおよびCrの各元素の酸化物から選択される1種以上と、をさらに含有していることが好ましい。
なお、上記含有量は各元素換算の含有量であり、たとえば、Vの酸化物において、V元素換算での含有量が0.10モルである場合には、その酸化物であるV2 O5 換算での含有量は0.05モルとなる。
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、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、Cu、Ni合金またはCu合金が好ましく、特にNiまたはNi合金が好ましい。内部電極層3の主成分をNiやNi合金とした場合には、誘電体が還元されないように、低酸素分圧(還元雰囲気)で焼成することが好ましい。内部電極層3の厚さは、好ましくは0.5〜2.0μm、より好ましくは0.7〜1.0μmである。
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。
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。
また、上記BaTiO3 粉末としては、平均粒子径が上記範囲となっているとともに、ペロブスカイト構造のAサイト(Baサイト)と、B(Tiサイト)サイトと、の比であるA/Bが、好ましくは0.90〜1.10、特に0.95〜1.05である粉末を用いることが好ましい。
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実施形態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。
すなわち、一対の内部電極層3に挟まれている誘電体層2の層数をN層とした場合に、セラミックコンデンサを基板に固定し、ガラスエポキシ基板などの積層セラミックコンデンサ1が実装されるような通常の基板に固定したセラミックコンデンサに対し、AC:0.2Vrms/μm、DC:4V/μm、周波数:1kHzの条件で電圧を印加した際における素子本体10表面の振動幅で定義される電歪量を、好ましくは、0.125N[nm]未満、より好ましくは0.1N[nm]以下とすることができる。
特に、本実施形態では、500以上という高い誘電率を実現しつつ、電圧印加時における電歪量を上記範囲とすることができる。
まず、主成分の原料として、BaTiO3 粉末、SrTiO3 粉末およびCaTiO3 粉末を、副成分の原料として、MnCO3 (焼成後にMnOとなる化合物)、V2 O5 、SiO2 を、それぞれ準備した。なお、主成分の原料としてのBaTiO3 粉末、SrTiO3 粉末およびCaTiO3 粉末としては、表1に示す各平均粒子径を有する粉末を用いた。
また、本実施例で用いたBaTiO3 粉末、SrTiO3 粉末およびCaTiO3 粉末の、ペロブスカイト構造のAサイトと、Bサイトと、の比であるA/Bは以下の通りである。
BaTiO3 粉末のA/B=1.003
SrTiO3 粉末のA/B=1.003
CaTiO3 粉末のA/B=1.003
すなわち、主成分原料の混合比を、重量比で、BaTiO3 粉末:SrTiO3 粉末:CaTiO3 粉末=0.2:0.3:0.5とした。また、主成分100モルに対する各副成分の割合を、MnO:0.5モル、V2 O5 :0.1モル、SiO2 :0.22モルとした(ただし、MnO、SiO2 については各酸化物換算でのモル数であり、V2 O5 についてはV元素換算でのモル数である。)。
すなわち、まず、電極パターンの印刷されていないグリーンシートを合計の厚みが300μmとなるまで積層した。その上に、電極パターンの印刷されたグリーンシートを5枚積層した。さらにその上に、電極パターンの印刷されていないグリーンシートを合計の厚さが300μmとなるまで積層し、積層体とした。そして、得られた積層体について、温度80℃、圧力1t/cm2の条件で加熱・加圧して、グリーンチップを得た。
脱バインダ処理条件は、昇温速度:30℃/時間、保持温度:250℃、温度保持時間:8時間、雰囲気:空気中とした。
焼成条件は、昇温速度:200℃/時間、保持温度:表1に示す各温度、温度保持時間:2時間、冷却速度:200℃/時間、雰囲気ガス:加湿したN2 とH2 との混合ガス(PO2 :1.0×10−13〜1.0×10−11Pa)とした。
アニール条件は、昇温速度:200℃/時間、保持温度:1000℃、温度保持時間:2時間、冷却速度:200℃/時間、雰囲気ガス:加湿したN2 ガスとした。
なお、焼成およびアニールの際の雰囲気ガスの加湿には、水温を20℃としたウェッターを用いた。
まず、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4284A)にて、周波数1kHz、入力信号レベル(測定電圧)1.0Vrmsの信号を入力し、静電容量Cを測定した。そして、比誘電率ε(単位なし)を、誘電体層の厚みと、有効電極面積と、測定の結果得られた静電容量Cとに基づき算出した。比誘電率は高いほうが好ましく、本実施例では500以上を良好とした。結果を表1に示す。
コンデンサ試料に対し、一定温度(25℃)において、25V(4V/μm)の直流電圧を印加した際の比誘電率の変化(単位は%)を算出することにより、DCバイアス特性を測定した。本実施例では、DCバイアス特性は、10個のコンデンサ試料を用いて測定した値の平均値とした。DCバイアス特性は0に近いほど好ましく、本実施例では、−20%以上を良好とした。結果を表1に示す。
容量温度特性は、次の方法により測定、評価した。すなわち、まず、コンデンサ試料について、−55℃、25℃および105℃の各温度における静電容量を測定し、25℃における静電容量に対する−55℃および105℃での静電容量の変化率△C(単位は%)を算出した。そして、静電容量の変化率が、EIA規格のX6S特性(−55〜105℃、ΔC=±22%以内)を満たしているか否かを評価した。本実施例では、いずれの試料も、容量温度特性がX6S特性を満足し、良好な結果であった(また、後述する実施例2〜4においても同様に良好な結果が得られた。)。
電圧印加による電歪量は、次の方法により測定、評価した。すなわち、まず、コンデンサ試料を、所定パターンの電極がプリントしてあるガラスエポキシ基板にハンダ付けすることにより固定した。次いで、基板に固定したコンデンサ試料に対して、AC:0.2Vrms/μm、DC:4V/μm、周波数:1kHzの条件で電圧を印加し、電圧印加時におけるコンデンサ試料表面の振動幅を測定し、これを電歪量とした。なお、コンデンサ試料表面の振動幅の測定には、レーザードップラー振動計を使用した。また、本実施例では、10個のコンデンサ試料を用いて測定した値の平均値を電歪量とした。電歪量は低いほうが好ましく、本実施例では、いずれの試料も、電歪量が0.5nm以下となり、良好な結果であった(また、後述する実施例2〜4においても同様に良好な結果が得られた。)。
また、試料番号2〜9おいては、誘電体層についてのX線回折の結果より、2θ=30〜35°の範囲に、分離した3つの回折ピークが存在し、BaTiO3 、SrTiO3 、およびCaTiO3 が、それぞれ互いに、実質的に固溶していない状態で存在していることも確認できた。
主成分原料(BaTiO3 粉末、SrTiO3 粉末、CaTiO3 粉末)として、A/Bの値が下記の通りである粉末を用い、さらには、主成分原料の混合比を下記のように変更した以外は、実施例1の試料番号3,7と同様にしてコンデンサ試料を作製し、同様に評価を行った。結果を表2に示す。
すなわち、実施例2においては、
BaTiO3 粉末のA/B=0.995、
SrTiO3 粉末のA/B=1.003、
CaTiO3 粉末のA/B=1.007とし、
主成分原料の混合比を、重量比で、BaTiO3 粉末:SrTiO3 粉末:CaTiO3 粉末=0.22:0.3:0.48とした(副成分の比率は、実施例1と同様とした。)。
主成分原料(BaTiO3 粉末、SrTiO3 粉末、CaTiO3 粉末)として、A/Bの値が下記の通りである粉末を用い、さらには、主成分原料および副成分原料の混合比を下記のように変更した以外は、実施例1の試料番号3,7と同様にしてコンデンサ試料を作製し、同様に評価を行った。結果を表3に示す。
すなわち、実施例3においては、
BaTiO3 粉末のA/B=1.01、
SrTiO3 粉末のA/B=1.003、
CaTiO3 粉末のA/B=1とし、
主成分原料の混合比を、重量比で、BaTiO3 粉末:SrTiO3 粉末:CaTiO3 粉末=0.22:0.3:0.48とし、主成分100モルに対する各副成分の割合を、MnO:0.4モル、V2 O5 :0.12モル、SiO2 :0.2モルとした(ただし、MnO、SiO2 については各酸化物換算でのモル数であり、V2 O5 についてはV元素換算でのモル数である。)。
主成分原料および副成分原料の混合比を下記のように変更した以外は、実施例1の試料番号3,7と同様にしてコンデンサ試料を作製し、同様に評価を行った。結果を表4に示す。
すなわち、実施例4においては、主成分原料の混合比を、重量比で、BaTiO3 粉末:SrTiO3 粉末:CaTiO3 粉末=0.2:0.31:0.49とし、主成分100モルに対する各副成分の割合を、MnO:0.4モル、V2 O5 :0.12モル、SiO2 :0.2モルとした(ただし、MnO、SiO2 については各酸化物換算でのモル数であり、V2 O5 についてはV元素換算でのモル数である。)。
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 (8)
- BaTiO3 、SrTiO3 およびCaTiO3 を含む主成分を有する誘電体磁器組成物であって、
前記主成分を構成する前記BaTiO3 、SrTiO3 およびCaTiO3 が、それぞれ互いに、実質的に固溶しておらず、BaTiO3 結晶粒子、SrTiO3 結晶粒子およびCaTiO3 結晶粒子の形態で含有され、コンポジット構造を形成しており、
前記BaTiO3 結晶粒子の平均結晶粒子径が0.2〜0.8μmであることを特徴とする誘電体磁器組成物。 - 主成分として含有される前記BaTiO3 、SrTiO3 およびCaTiO3 の組成モル比を、組成式{(Bax Sry Caz)O}m TiO2 で示した場合に、前記式中の記号x、y、zおよびmが、
0.19≦x≦0.23、
0.25≦y≦0.31、
0.46≦z≦0.54、
x+y+z=1、
0.980≦m≦1.01、
である請求項1に記載の誘電体磁器組成物。 - 前記誘電体磁器組成物が、副成分として、Mnの酸化物をさらに含み、
前記Mnの酸化物の含有量が、前記主成分100モルに対して、MnO換算で、0.3〜1モルである請求項1または2に記載の誘電体磁器組成物。 - 前記誘電体磁器組成物が、副成分として、Siの酸化物をさらに含み、
前記Siの酸化物の含有量が、前記主成分100モルに対して、SiO2 換算で、0.1〜0.5モルである請求項1〜3のいずれかに記載の誘電体磁器組成物。 - 前記誘電体磁器組成物が、副成分として、V、Ta、Nb、W、MoおよびCrの各元素の酸化物から選択される1種以上をさらに含み、
前記V、Ta、Nb、W、MoおよびCrの酸化物の含有量が、前記主成分100モルに対して、V、Ta、Nb、W、MoおよびCrの各元素換算で、0.02モル以上、0.40モル未満である請求項1〜4のいずれかに記載の誘電体磁器組成物。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の誘電体磁器組成物を製造する方法であって、
前記主成分の原料として、平均粒子径が0.1〜0.6μmであるBaTiO3 粉末と、SrTiO3 粉末と、CaTiO3 粉末と、を使用するとともに、
前記BaTiO3 粉末、SrTiO3 粉末およびCaTiO3 粉末は、予め互いに反応させることなく用いる誘電体磁器組成物の製造方法。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の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。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の誘電体磁器組成物で構成してある誘電体層と、内部電極層と、が交互に積層してあるコンデンサ素子本体を有する積層セラミックコンデンサ。
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JP2012182416A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-20 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 積層セラミックキャパシタ |
JP2012204787A (ja) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Tdk Corp | 電子部品 |
US8638544B2 (en) | 2010-08-06 | 2014-01-28 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Reduction-resistant dielectric composition and ceramic electronic component including the same |
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