JP2012166976A - 誘電体磁器組成物およびセラミック電子部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チタン酸バリウムを、主成分として含有し、チタン酸バリウム100モルに対して、副成分を5.0モル以上含む誘電体磁器組成物である。副成分は希土類元素の酸化物を有している。誘電体磁器組成物には、誘電体粒子として、コア21aと、コアの周囲に存在し、R元素が固溶しているシェル21bと、からなるコアシェル構造を有するコアシェル構造粒子21と、R元素が誘電体粒子全体に固溶している全固溶粒子22と、が存在しており、誘電体粒子の個数100%に対して、全固溶粒子22の個数割合をx(%)としたとき、x≧10である。
【選択図】図2
Description
チタン酸バリウムを、主成分として含有し、
前記チタン酸バリウム100モルに対して、副成分を5.0モル以上含む誘電体磁器組成物であって、
前記副成分が、R元素の酸化物(R元素は、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群から選ばれる少なくとも1つである)を有しており、
前記誘電体磁器組成物が、誘電体粒子として、コアと、前記コアの周囲に存在し、前記R元素が固溶しているシェルと、からなるコアシェル構造を有するコアシェル構造粒子と、前記Rが誘電体粒子全体に固溶している全固溶粒子と、を有しており、
前記誘電体粒子の個数100%に対して、前記全固溶粒子の個数割合をx(%)としたとき、x≧10であることを特徴とする。
図1に示すように、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、本実施形態に係る誘電体磁器組成物から構成されている。該誘電体磁器組成物は、主成分として、チタン酸バリウムを含有し、副成分として、少なくともR元素の酸化物を含有している。
本実施形態では、上記の誘電体層2を構成する誘電体磁器組成物は、誘電体粒子を有している。該誘電体粒子は、主成分粒子(BaTiO3粒子)内にR元素が固溶(拡散)した粒子である。なお、R元素以外の副成分元素が主成分粒子に固溶していてもよい。また、誘電体粒子には、偏析粒子は含まれない。
シェル率(%)=100×(シェルの面積/誘電体粒子の面積)
そして、シェル率が97%以上である誘電体粒子を、全固溶粒子22とし、シェル率が97%未満である誘電体粒子を、コアシェル構造粒子21とする。
内部電極層3に含有される導電材は特に限定されず、たとえばNiまたはNi合金など公知の導電材を用いればよい。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ず、たとえばNi,Cuや、これらの合金など公知の導電材を用いればよい。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1は、公知の方法により製造すればよい。本実施形態では、ペーストを用いてグリーンチップを作製し、これを焼成することで、積層セラミックコンデンサを製造する。以下、製造方法について具体的に説明する。
まず、主成分の原料としてBaTiO3 粉末を準備した。副成分の原料は、以下に示す原料を準備した。R元素の酸化物の原料として表1に示す希土類酸化物の粉末を準備した。Mgの酸化物の原料としてMgCO3粉末、Mnの酸化物の原料としてMnO粉末、Siを含む酸化物の原料としてSiO2粉末を、それぞれ準備した。
コンデンサ試料を切断し、その切断面に対し、集束イオンビーム(FIB)装置を用いて表面処理を行った。次に、表面処理した試料の断面に対し、TEMに付属のEDSを用いてマッピング分析を行い、得られたR元素の特性X線を定量分析して、R元素についてのマッピング画像を得た。なお、マッピング分析は、1視野に誘電体粒子が30個以上入るようにして、5視野分の測定を行った。また、試料番号5についてのR元素のマッピング画像を図3に示す。
シェル率=(100×シェルの面積/誘電体粒子全体の面積)
このシェル率が97%以上である誘電体粒子を全固溶粒子とし、シェル率が97%未満である誘電体粒子をコアシェル構造粒子とした。そして、これらの粒子の個数の合計を100%とした場合に、全固溶粒子の個数割合(x)を算出した。結果を表2に示す。また、試料番号2および5についてのシェル率の分布を図4に示す。
コンデンサ試料に対し、200℃にて、200Vの電界下で直流電圧の印加状態に保持し、寿命時間を測定することにより、高温加速寿命を評価した。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故障時間とし、これをワイブル解析することにより算出した平均故障時間(MTTF)を寿命と定義した。また、本実施例では、上記の評価を20個のコンデンサ試料について行い、その平均値を高温加速寿命とした。本実施例では15時間以上を良好とした。結果を表2に示す。
まず、コンデンサ試料に対し150℃−1hの条件で熱処理を行い、室温で24h放置した。次に、コンデンサ試料を恒温槽にセットし、−55〜125℃における静電容量を1kHz−1Vの条件で測定し、25℃における静電容量に対する変化率ΔCを算出し、EIA規格のX7S特性を満足するか否かについて評価した。すなわち、上記温度域における変化率ΔCが、±22%以内であるか否かを評価した。結果を表2に示す。表2には、変化率ΔCが最大となる125℃における変化率を示した。
10… コンデンサ素子本体
2… 誘電体層
21… コアシェル構造粒子
22… 全固溶粒子
3… 内部電極層
4… 外部電極
Claims (4)
- チタン酸バリウムを、主成分として含有し、
前記チタン酸バリウム100モルに対して、副成分を5.0モル以上含む誘電体磁器組成物であって、
前記副成分が、R元素の酸化物(R元素は、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群から選ばれる少なくとも1つである)を有しており、
前記誘電体磁器組成物が、誘電体粒子として、コアと、前記コアの周囲に存在し、前記R元素が固溶しているシェルと、からなるコアシェル構造を有するコアシェル構造粒子と、前記Rが誘電体粒子全体に固溶している全固溶粒子と、を有しており、
前記誘電体粒子の個数100%に対して、前記全固溶粒子の個数割合をx(%)としたとき、x≧10であることを特徴とする誘電体磁器組成物。 - 前記xが13≦x≦25である関係を満足する請求項1に記載の誘電体磁器組成物。
- 前記副成分が、Mgの酸化物と、Mnの酸化物と、Siを含む酸化物と、をさらに有しており、
前記チタン酸バリウム100モルに対する各酸化物の比率が、
前記Rの酸化物をR2O3換算で1.5〜5.0モル、
前記Mgの酸化物をMgO換算で1.0〜3.0モル、
前記Mnの酸化物をMnO換算で0.05〜1.0モル、
前記Siを含む酸化物をSiO2換算で2.0〜12.0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。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の誘電体磁器組成物から構成される誘電体層と、電極と、を有するセラミック電子部品。
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