JP2014084267A - Dielectric ceramic and laminated ceramic capacitor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dielectric ceramic having crystal grains capable of attaining a high dielectric constant and improving high insulation, and a laminated ceramic capacitor in which the dielectric ceramic is applied to dielectric layers.SOLUTION: The dielectric ceramic is formed of a plurality of crystal grains including barium titanate as a principal component and at least a rare earth element. The rare earth element has a maximum concentration on the crystal grain surface and is 0.2-1.0 at.% in a region to the depth of 15 nm from the surface of the crystal grain, 0.2 or more at.% in a region to the depth of 20-50 nm from the surface and 0.1 or less at.% in a region deeper than 100 nm from the surface.

Description

本発明は、チタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子によって構成される誘電体磁器と、これを誘電体層に適用した積層セラミックコンデンサに関する。   The present invention relates to a dielectric ceramic composed of crystal particles mainly composed of barium titanate and a multilayer ceramic capacitor in which the dielectric ceramic is applied to a dielectric layer.

従来より、積層セラミックコンデンサの誘電体材料には比誘電率が高いという理由からチタン酸バリウムが用いられており、また、積層セラミックコンデンサの内部電極層には安価な卑金属(Niなど)が用いられている。チタン酸バリウムを主成分とする誘電体層と内部電極層とを同時に焼成する場合、Niを酸化させないために酸素分圧を低くする(例えば、1300℃で0.03Pa以下)必要があるが、この場合、誘電体層が還元され絶縁性が低下し、実用的な特性が得られなくなるという問題がある。   Conventionally, barium titanate has been used as a dielectric material for multilayer ceramic capacitors because of its high relative dielectric constant, and inexpensive base metals (such as Ni) have been used for internal electrode layers of multilayer ceramic capacitors. ing. When the dielectric layer mainly composed of barium titanate and the internal electrode layer are fired at the same time, it is necessary to reduce the oxygen partial pressure (for example, 0.03 Pa or less at 1300 ° C.) in order not to oxidize Ni. In this case, there is a problem that the dielectric layer is reduced and the insulating property is lowered, so that practical characteristics cannot be obtained.

そこで、EIA規格のX5R特性(またはJIS規格B特性)を満足する積層セラミックコンデンサを得る場合などには、誘電体材料として、例えば、チタン酸バリウムを主成分とし、これに希土類元素の酸化物などの助剤成分を添加した耐還元性の誘電体磁器が使用されている(例えば、特許文献1を参照)。   Therefore, when obtaining a multilayer ceramic capacitor satisfying the X5R characteristic (or JIS standard B characteristic) of the EIA standard, the dielectric material is, for example, barium titanate as a main component, and a rare earth element oxide or the like. A reduction-resistant dielectric porcelain to which an auxiliary component is added is used (see, for example, Patent Document 1).

このような誘電体磁器を構成する結晶粒子は、希土類元素などの助剤成分の固溶量の少ないコア部と、コア部を取り囲み助剤成分が比較的多く固溶したシェル部とから構成された、いわゆるコアシェル構造を有するものとなっている。   The crystal particles constituting such a dielectric ceramic are composed of a core part with a small amount of auxiliary component such as a rare earth element and a shell part surrounding the core part and having a relatively large amount of auxiliary component in solid solution. It has a so-called core-shell structure.

コアシェル構造を有する結晶粒子は、シェル部が主として絶縁性に寄与する部分となることから、誘電体磁器の絶縁性を向上させる場合には、通常、シェル部に固溶させる助剤成分の添加量を増やす方法が採られているが、このような方法では、絶縁性は向上するものの、助剤成分の増加とともに強誘電性を示すコア部の割合が減少することから比誘電率が低下してしまい、高絶縁性と高誘電率とを両立させることが困難となっている。   The crystal particles having the core-shell structure are the portions where the shell portion mainly contributes to the insulating properties. Therefore, in order to improve the insulating properties of the dielectric ceramic, the amount of the auxiliary component that is usually dissolved in the shell portion is added. In this method, although the insulation is improved, the dielectric constant is decreased because the ratio of the core portion exhibiting ferroelectricity decreases with the increase of the auxiliary component. Therefore, it is difficult to achieve both high insulation and high dielectric constant.

特開2001−230150号公報JP 2001-230150 A

従って、本発明は、高誘電率化と高絶縁性とを向上させることのできる結晶粒子を有する誘電体磁器と、これを誘電体層に適用した積層セラミックコンデンサを得ることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to obtain a dielectric ceramic having crystal particles capable of improving the dielectric constant and the insulation, and a multilayer ceramic capacitor in which the dielectric ceramic is applied to a dielectric layer.

本発明の誘電体磁器は、チタン酸バリウムを主成分とし、少なくとも希土類元素を含有する複数の結晶粒子により構成されてなる誘電体磁器であって、前記希土類元素は、前記結晶粒子の表面における濃度を最大とし、前記結晶粒子の表面からの深さが15nmまでの領域において0.2〜1.0原子%、前記表面からの深さが20〜50nmの領域において0.2原子%以上、前記表面から100nmよりも深い領域において0.1原子%以下であることを特徴とする。   The dielectric ceramic of the present invention is a dielectric ceramic composed of a plurality of crystal particles containing barium titanate as a main component and containing at least a rare earth element, wherein the rare earth element has a concentration on the surface of the crystal particles. In the region where the depth from the surface of the crystal grain is up to 15 nm, 0.2 atomic percent or more in the region where the depth from the surface is 20 to 50 nm, It is characterized by being 0.1 atomic% or less in a region deeper than 100 nm from the surface.

本発明の積層セラミックコンデンサは、上記の誘電体磁器からなる誘電体層と内部電極層とが交互に積層されていることを特徴とする。   The multilayer ceramic capacitor of the present invention is characterized in that dielectric layers made of the above dielectric ceramics and internal electrode layers are alternately laminated.

本発明によれば、高誘電率化と高絶縁性とを向上させることのできる結晶粒子を有する誘電体磁器と、これを誘電体層に適用し、高容量かつ高絶縁性の積層セラミックコンデンサを得ることができる。   According to the present invention, a dielectric ceramic having crystal grains capable of improving the dielectric constant and insulation, and applying this to the dielectric layer, a high-capacity and high-insulation multilayer ceramic capacitor can be obtained. Can be obtained.

結晶粒子中に含まれる希土類元素の濃度変化を示すグラフであり、グラフAは本実施形態の誘電体磁器を構成する結晶粒子、グラフBは従来の製法により得られた誘電体磁器を構成する結晶粒子に相当するものである。It is a graph which shows the density | concentration change of the rare earth element contained in a crystal grain, the graph A is the crystal particle which comprises the dielectric material ceramic of this embodiment, and the graph B is the crystal which comprises the dielectric material ceramic obtained by the conventional manufacturing method It corresponds to a particle. 本発明の積層セラミックコンデンサの一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the multilayer ceramic capacitor of this invention.

図1は、結晶粒子中に含まれる希土類元素の濃度変化を示すグラフであり、グラフAは本実施形態の誘電体磁器を構成する結晶粒子、グラフBは従来の製法により得られた誘電体磁器を構成する結晶粒子に相当するものである。   FIG. 1 is a graph showing changes in the concentration of rare earth elements contained in crystal grains. Graph A is a crystal particle constituting the dielectric ceramic according to the present embodiment. Graph B is a dielectric ceramic obtained by a conventional manufacturing method. Corresponds to the crystal grains constituting the.

本実施形態の誘電体磁器は、チタン酸バリウムを主成分とし、少なくとも希土類元素を含有する複数の結晶粒子により構成されている。   The dielectric ceramic of the present embodiment is composed of a plurality of crystal particles containing barium titanate as a main component and containing at least a rare earth element.

本実施形態の誘電体磁器を構成する結晶粒子に含まれる希土類元素の濃度は、図1にグラフAとして示すように、結晶粒子の表面を最大とし、結晶粒子の表面からの深さが15nmまでの領域において0.2〜1.0原子%であり、また、結晶粒子の表面からの深さが20〜50nmの領域において0.2原子%以上であり、さらに、結晶粒子の表面から100nmよりも深い領域において0.1原子%以下という変化を示す。   The concentration of the rare earth element contained in the crystal particles constituting the dielectric ceramic according to the present embodiment is such that the surface of the crystal particles is maximized and the depth from the surface of the crystal particles is 15 nm, as shown as graph A in FIG. In the region of 0.2 to 1.0 atomic%, and in the region of 20 to 50 nm in depth from the surface of the crystal grain, it is 0.2 atomic% or more, and further from 100 nm from the surface of the crystal grain. Also shows a change of 0.1 atomic% or less in a deep region.

これに対し、グラフBとして示した結晶粒子の場合には、結晶粒子の表面からの深さが15nmまでの領域および結晶粒子の表面から100nmよりも深い領域の両領域における希土類元素の濃度は、本実施形態の誘電体磁器を構成する結晶粒子の場合とさほど違いは見られないが、結晶粒子の表面からの深さが20〜50nmの領域における希土類元素の濃度が0.15%よりも低くなっており、この領域における希土類元素の濃度変化に大きな違いがある。   On the other hand, in the case of the crystal particle shown as graph B, the concentration of the rare earth element in both the region where the depth from the surface of the crystal particle is 15 nm and the region deeper than 100 nm from the surface of the crystal particle is Although there is not much difference from the case of the crystal particles constituting the dielectric ceramic according to the present embodiment, the rare earth element concentration in the region where the depth from the surface of the crystal particles is 20 to 50 nm is lower than 0.15%. There is a big difference in the concentration change of rare earth elements in this region.

本実施形態の誘電体磁器を構成する結晶粒子は、表面から100nmよりも深い内部の領域が希土類元素をほとんど含まない領域となっていることから、この領域に強誘電性を示す結晶相が多くの割合で含まれており、これにより高誘電率化が可能となる。一方、表面からの深さが20〜50nmの領域には希土類元素の高濃度の領域を有していることから、グラフBに示すような従来の結晶粒子により構成される誘電体磁器よりも高い絶縁性を得ることができる。この場合、表面からの深さが20〜50nmの領域においては、希土類元素の濃度を10nm以上の間隔で測定したときに、0.01原子%以下の濃度差しか無いか、もしくは表面側よりも内部側の方が高くなっている方が良い。   In the crystal particles constituting the dielectric ceramic according to the present embodiment, since the inner region deeper than 100 nm from the surface is a region containing almost no rare earth element, there are many crystal phases exhibiting ferroelectricity in this region. This makes it possible to increase the dielectric constant. On the other hand, since the region having a depth from the surface of 20 to 50 nm has a high-concentration region of rare earth elements, it is higher than a dielectric ceramic composed of conventional crystal particles as shown in graph B. Insulation can be obtained. In this case, in the region where the depth from the surface is 20 to 50 nm, when the rare earth element concentration is measured at intervals of 10 nm or more, there is no difference of 0.01 atomic% or less, or more than the surface side. The inner side should be higher.

これに対し、図1に示すグラフBのような希土類元素の濃度変化を示す結晶粒子により構成される誘電体磁器の場合には、高誘電率化が可能であるものの、絶縁性の点で劣っており、とりわけ、室温より高い温度において高い絶縁性を維持することが困難となる。   On the other hand, in the case of a dielectric ceramic composed of crystal particles showing a change in the concentration of rare earth elements as shown in graph B in FIG. 1, although a high dielectric constant can be achieved, it is inferior in insulation. In particular, it is difficult to maintain high insulation at a temperature higher than room temperature.

以下、結晶粒子の表面からの深さが50nmまでの領域をシェル部といい、表面から100nmよりも深い内部の領域をコア部という場合がある。   Hereinafter, a region where the depth from the surface of the crystal grain is up to 50 nm is referred to as a shell portion, and an inner region deeper than 100 nm from the surface may be referred to as a core portion.

本実施形態の誘電体磁器は、上述のように、添加成分として希土類元素を含有するもの
であるが、誘電体磁器中に含まれる希土類元素(RE)の含有量は、チタン酸バリウム(BaTiO)を構成するチタン100モルに対して、RE換算で0.1〜1.0モルであることが望ましい。希土類元素の含有量が上記の範囲であると、結晶粒子の表面からの深さが50〜90nmの領域における希土類元素の濃度を0.1原子%以上にすることができ、より絶縁性に優れた結晶粒子を有する誘電体磁器を得ることができる。
As described above, the dielectric ceramic of this embodiment contains a rare earth element as an additive component. However, the content of the rare earth element (RE) contained in the dielectric ceramic is barium titanate (BaTiO 3). ) Is preferably 0.1 to 1.0 mol in terms of RE 2 O 3 with respect to 100 mol of titanium. When the content of the rare earth element is in the above range, the concentration of the rare earth element in the region where the depth from the surface of the crystal grain is 50 to 90 nm can be 0.1 atomic% or more, and the insulation is more excellent. A dielectric porcelain having crystal grains can be obtained.

この場合、希土類元素としては、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)およびイッテルビウム(Yb)の群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、特に、他の元素に比べて高絶縁性の誘電体磁器を得ることができ、かつ原料コストが安いという点でイットリウム(Y)が望ましい。   In this case, the rare earth element is at least one selected from the group consisting of yttrium (Y), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), and ytterbium (Yb). In particular, yttrium (Y) is desirable from the viewpoint that a highly insulating dielectric ceramic can be obtained as compared with other elements and the raw material cost is low.

また、この誘電体磁器中には、比誘電率の温度変化率を安定化させる点および耐還元性を高めるという点で、希土類元素の他に、マグネシウム(Mg)やマンガン(Mn)を含有させることが望ましい。この場合、マグネシウム(Mg)の含有量はチタン酸バリウム(BaTiO)を構成するチタン100モルに対して、MgO換算で0.1〜1.2モル、マンガン(Mn)の含有量はチタン酸バリウム(BaTiO)を構成するチタン100モルに対して、MnO換算で0.03〜0.30モルであることが望ましい。 In addition, the dielectric ceramic contains magnesium (Mg) and manganese (Mn) in addition to rare earth elements in order to stabilize the temperature change rate of the dielectric constant and to improve the reduction resistance. It is desirable. In this case, the content of magnesium (Mg) is 0.1 to 1.2 mol in terms of MgO and the content of manganese (Mn) is titanic acid with respect to 100 mol of titanium constituting barium titanate (BaTiO 3 ). It is desirable that it is 0.03-0.30 mol in terms of MnO with respect to 100 mol of titanium constituting barium (BaTiO 3 ).

また、本実施形態の誘電体磁器は結晶粒子の平均粒径が0.05〜0.4μm、特に、0.10〜0.35μmと微粒であるものに適している。   The dielectric ceramic according to the present embodiment is suitable for a crystal grain having an average grain size of 0.05 to 0.4 μm, particularly 0.10 to 0.35 μm.

本実施形態の誘電体磁器では、チタン酸バリウムを構成する元素であるBaおよびTiのモル比をBa/Ti比として表したときに、結晶粒子の表面からの深さが50nmまでの領域におけるBa/Ti比が、結晶粒子の表面からの深さが100nmよりも深い領域におけるBa/Ti比よりも小さいことが望ましい。結晶粒子の表面からの深さが50nmまでの領域(シェル部)におけるBa/Ti比を結晶粒子の表面からの深さが100nmよりも深い領域(コア部)におけるBa/Ti比よりも小さくした場合には誘電体磁器の絶縁性をさらに向上させることができる。この場合、結晶粒子の表面からの深さが50nmまでの領域におけるBa/Ti比が結晶粒子の表面からの深さが100nmよりも深い領域におけるBa/Ti比よりも小さいとは、Ba/Ti比の差が0.05以上であるものをいう。   In the dielectric ceramic of the present embodiment, when the molar ratio of Ba and Ti, which are elements constituting barium titanate, is expressed as a Ba / Ti ratio, Ba in the region where the depth from the surface of the crystal grain is up to 50 nm. The / Ti ratio is desirably smaller than the Ba / Ti ratio in a region where the depth from the surface of the crystal grain is deeper than 100 nm. The Ba / Ti ratio in the region (shell part) where the depth from the surface of the crystal grain is 50 nm is made smaller than the Ba / Ti ratio in the region (core part) where the depth from the surface of the crystal grain is deeper than 100 nm. In this case, the insulation of the dielectric ceramic can be further improved. In this case, the Ba / Ti ratio in the region where the depth from the surface of the crystal grain is up to 50 nm is smaller than the Ba / Ti ratio in the region where the depth from the surface of the crystal grain is deeper than 100 nm. The ratio difference is 0.05 or more.

ここで、結晶粒子中に含まれる希土類元素の濃度は元素分析器(EDS)を付設した透過電子顕微鏡を用いて求める。この場合、分析する試料は誘電体磁器を研磨し、その研磨した磁器表面において、結晶粒子を抽出する。抽出する各結晶粒子は、その輪郭から画像処理にて各粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、各結晶粒子が後述する測定方法によって求まる平均粒径の±30%の範囲にある結晶粒子とし、この範囲にある結晶粒子を10個ほど抽出する。元素分析を行う際の電子線のスポットサイズは1〜3nmとする。また、分析は図1に示しているように結晶粒子の粒界(結晶粒子の表面に相当)から中心部に向けて5〜40nmほどの間隔で行う。この場合、結晶粒子の粒界(表面)付近は希土類元素の濃度勾配が大きいことから間隔を狭くし、中心部付近は希土類元素の濃度勾配が小さいことから間隔を広くして行うようにしてもよい。ここで、結晶粒子の中心部は当該結晶粒子の断面の内接円の中心から当該内接円の半径の1/3の長さとする円で囲まれる範囲とするが、この場合、結晶粒子の内接円は、透過電子顕微鏡にて映し出されている画像をコンピュータの画面上で内接円を描き、その画面上の画像から結晶粒子の中心部を決定する。   Here, the density | concentration of the rare earth element contained in a crystal grain is calculated | required using the transmission electron microscope which attached the element analyzer (EDS). In this case, the sample to be analyzed is polished dielectric ceramic, and crystal particles are extracted on the polished ceramic surface. For each crystal particle to be extracted, the area of each particle is obtained by image processing from the contour, the diameter when replaced with a circle having the same area is calculated, and each crystal particle has an average particle diameter determined by a measurement method described later. The crystal particles are in the range of ± 30%, and about 10 crystal particles in this range are extracted. The spot size of the electron beam when performing elemental analysis is set to 1 to 3 nm. Further, as shown in FIG. 1, the analysis is performed at an interval of about 5 to 40 nm from the grain boundary (corresponding to the surface of the crystal grain) to the center part. In this case, the gap is narrowed near the grain boundary (surface) of the crystal grains because the concentration gradient of rare earth elements is large, and the gap is widened near the center because the concentration gradient of rare earth elements is small. Good. Here, the center part of the crystal grain is a range surrounded by a circle having a length of 1/3 of the radius of the inscribed circle from the center of the inscribed circle of the cross section of the crystal grain. The inscribed circle draws an inscribed circle on the computer screen from the image projected by the transmission electron microscope, and determines the center of the crystal grain from the image on the screen.

また、結晶粒子の表面付近(シェル部)および内部(コア部)の各領域のBa/Ti比を求める際にも透過電子顕微鏡に付設の元素分析器(EDS)を用いる。この場合、表面
付近(シェル部)および内部(コア部)の各領域についてそれぞれ2〜3箇所の分析値の平均値から求める。
In addition, an element analyzer (EDS) attached to the transmission electron microscope is also used when determining the Ba / Ti ratio in each region near the surface (shell portion) and inside (core portion) of the crystal particles. In this case, it calculates | requires from the average value of 2-3 analysis values about each area | region of the surface vicinity (shell part) and the inside (core part), respectively.

結晶粒子の平均粒径は、以下の手順で測定する。まず、焼成後の誘電体磁器の破断面を研磨する。この後、研磨した試料を走査型電子顕微鏡を用いて内部組織の写真を撮り、その写真上で結晶粒子が20〜50個入る円を描き、円内および円周にかかった結晶粒子を選択する。次いで、各結晶粒子の輪郭を画像処理して、各結晶粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、その平均値より求める。   The average particle size of the crystal particles is measured by the following procedure. First, the fracture surface of the dielectric ceramic after firing is polished. Thereafter, a photograph of the internal structure is taken of the polished sample using a scanning electron microscope, a circle containing 20 to 50 crystal particles is drawn on the photograph, and crystal particles that fall within and around the circle are selected. . Next, image processing is performed on the outline of each crystal particle to determine the area of each crystal particle, and the diameter when the crystal particle is replaced with a circle having the same area is calculated and obtained from the average value.

誘電体磁器の組成は、誘電体磁器を酸に溶解させた溶液をICP(Inductively Coupled Plasma)分析および原子吸光分析を用いて求める。この場合、各元素の価数を周期表に示される価数として酸素量を求める。     The composition of the dielectric ceramic is determined using ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis and atomic absorption analysis of a solution in which the dielectric ceramic is dissolved in an acid. In this case, the amount of oxygen is determined using the valence of each element as the valence shown in the periodic table.

次に、本実施形態の誘電体磁器を製造する方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the dielectric ceramic according to the present embodiment will be described.

まず、原料粉末としてチタン酸バリウム粉末および希土類元素の酸化物粉末を用意する。チタン酸バリウム粉末としては、例えば、水中に浸して、粉末表面のバリウム(Ba)を選択的に溶解させて、Baを欠損させた粉末としておいたものを用いるのがよい。チタン酸バリウム粉末として表面のBaを欠損させたものを用いると、Baが欠損した部分に希土類元素の酸化物粉末が反応しやすくなり、焼成後の結晶粒子の表面付近に希土類元素が偏在しやすくなる。この場合、チタン酸バリウム粉末の表面のBa/Ti比は1より低いことが望ましく、特に、0.80〜0.99であるのがよい。なお、ICP分析等から求められるチタン酸バリウム粉末の全体のBa/Ti比としては、焼成時の粒成長を抑制できるという理由から1より大きいことが望ましく、特に、1.005〜1.210であるものを用いるのがよい。   First, barium titanate powder and rare earth oxide powder are prepared as raw powders. As the barium titanate powder, for example, it is preferable to use a powder which is dipped in water and selectively dissolves barium (Ba) on the surface of the powder so that Ba is deficient. If barium titanate powder with Ba deficient on the surface is used, rare earth element oxide powder is likely to react with the Ba deficient part, and rare earth elements are likely to be unevenly distributed near the surface of the crystal grains after firing. Become. In this case, it is desirable that the Ba / Ti ratio on the surface of the barium titanate powder is lower than 1, and particularly 0.80 to 0.99. Note that the overall Ba / Ti ratio of the barium titanate powder obtained from ICP analysis or the like is desirably larger than 1 for the reason that the grain growth at the time of firing can be suppressed, and is particularly preferably from 1.005 to 1.210. It is better to use something.

チタン酸バリウム粉末の表面および内部の各領域におけるBa/Ti比を求める場合にも結晶粒子の場合と同様に元素分析器(EDS)を付設した透過電子顕微鏡を用いる。この場合は、チタン酸バリウム粉末をそのまま試料台に載せて元素分析を行う。   The transmission electron microscope provided with an element analyzer (EDS) is used also in the case of obtaining the Ba / Ti ratio in each region of the surface and inside of the barium titanate powder as in the case of the crystal particles. In this case, elemental analysis is performed by placing the barium titanate powder on the sample stage as it is.

次に、チタン酸バリウム粉末と希土類元素の酸化物粉末とを有機ビヒクルとともに混合し、顆粒もしくはスラリを調製する。この場合、希土類元素の酸化物粉末の添加量は、チタン酸バリウム粉末100モルに対して0.1〜1.0モルとすることが望ましい。   Next, barium titanate powder and rare earth element oxide powder are mixed together with an organic vehicle to prepare granules or slurry. In this case, the addition amount of the rare earth element oxide powder is preferably 0.1 to 1.0 mol per 100 mol of the barium titanate powder.

この後、顆粒もしくはスラリを乾式プレス成形法、射出成形法およびドクターブレード法などを用いて所定の形状に成形する。次に、成形体を1000〜1300℃の温度にて焼成して焼結体を作製する。   Thereafter, the granule or slurry is molded into a predetermined shape using a dry press molding method, an injection molding method, a doctor blade method, or the like. Next, the compact is fired at a temperature of 1000 to 1300 ° C. to produce a sintered body.

なお、誘電体磁器の比誘電率の温度変化率をより安定化させる場合や耐還元性をさらに高める場合には、希土類元素の酸化物にさらに酸化マグネシウム(MgO)粉末や酸化マンガン(炭酸マンガンを用いてもよい)を添加することが望ましい。この場合、MgO粉末の添加量はチタン酸バリウム(BaTiO)100モルに対して0.1〜1.2モル、MnCOの添加量はチタン酸バリウム(BaTiO)100モルに対して、MnO換算で0.03〜0.30モルであることが望ましい。また、誘電特性を損なわない範囲でガラス粉末などの焼結助剤を加えてもよい。 In order to further stabilize the temperature change rate of the dielectric constant of the dielectric porcelain or to further improve the reduction resistance, a magnesium oxide (MgO) powder or manganese oxide (manganese carbonate is added to the rare earth element oxide). May be used). In this case, the added amount of MgO powder is 0.1 to 1.2 mol per 100 mol of barium titanate (BaTiO 3 ), and the added amount of MnCO 3 is MnO per 100 mol of barium titanate (BaTiO 3 ). It is desirable that it is 0.03 to 0.30 mol in terms of conversion. Further, a sintering aid such as glass powder may be added as long as the dielectric properties are not impaired.

次に、本実施形態の積層セラミックコンデンサについて、図2の概略断面図をもとに詳細に説明する。図2は、本発明の積層セラミックコンデンサの一例を示す概略断面図である。この実施形態の積層セラミックコンデンサは、コンデンサ本体1の両端部に外部電極3が形成されている。外部電極3は、例えば、CuもしくはCuとNiの合金ペーストを
焼き付けて形成されている。
Next, the multilayer ceramic capacitor of this embodiment will be described in detail based on the schematic cross-sectional view of FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the multilayer ceramic capacitor of the present invention. In the multilayer ceramic capacitor of this embodiment, external electrodes 3 are formed at both ends of the capacitor body 1. The external electrode 3 is formed, for example, by baking Cu or an alloy paste of Cu and Ni.

コンデンサ本体1は誘電体層5と内部電極層7とが交互に積層され構成されている。この場合、コンデンサ本体1を構成する誘電体層5は上記した本実施形態の誘電体磁器により構成されている。図2では誘電体層5と内部電極層7との積層状態を単純化して示しているが、この実施形態の積層セラミックコンデンサは誘電体層5と内部電極層7とが数百層にも及ぶ積層体となっている。   The capacitor body 1 is configured by alternately laminating dielectric layers 5 and internal electrode layers 7. In this case, the dielectric layer 5 constituting the capacitor body 1 is constituted by the dielectric ceramic according to the above-described embodiment. In FIG. 2, the laminated state of the dielectric layer 5 and the internal electrode layer 7 is shown in a simplified manner, but the multilayer ceramic capacitor of this embodiment has several hundreds of dielectric layers 5 and internal electrode layers 7. It is a laminate.

このような本実施形態の積層セラミックコンデンサによれば、誘電体層5として、上記の誘電体磁器を適用することにより、誘電体層5を薄層化しても高い絶縁性を確保でき、例えば、高誘電率かつ高温負荷試験での寿命特性に優れた積層セラミックコンデンサを得ることができる。この場合、誘電体層5の厚みは3μm以下、特に、2μm以下が望ましく、これにより積層セラミックコンデンサを小型、高容量化することが可能となる。なお、誘電体層5の厚みが0.5μm以上であると静電容量の温度特性を安定化させることが可能になる。   According to the multilayer ceramic capacitor of this embodiment, by applying the above dielectric ceramic as the dielectric layer 5, high insulation can be ensured even if the dielectric layer 5 is thinned. A multilayer ceramic capacitor having a high dielectric constant and excellent lifetime characteristics in a high temperature load test can be obtained. In this case, the thickness of the dielectric layer 5 is preferably 3 μm or less, and particularly preferably 2 μm or less. This makes it possible to reduce the size and capacity of the multilayer ceramic capacitor. If the thickness of the dielectric layer 5 is 0.5 μm or more, it becomes possible to stabilize the temperature characteristics of the capacitance.

内部電極層7は、高積層化しても製造コストを抑制できるとともに、誘電体層5との同時焼成が図れるという点でニッケル(Ni)が好適である。   The internal electrode layer 7 is preferably made of nickel (Ni) in that the manufacturing cost can be suppressed even when the internal electrode layer 7 is made highly laminated, and simultaneous firing with the dielectric layer 5 can be achieved.

次に、本実施形態の積層セラミックコンデンサを製造する方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the multilayer ceramic capacitor of this embodiment will be described.

まず、上記した方法によりセラミックグリーンシートを形成する。次に、得られたセラミックグリーンシートの主面上に矩形状の内部電極パターンを印刷して形成する。内部電極パターンとなる導体ペーストは、Niもしくはこれらの合金粉末を主成分金属とし、これに共材としてのチタン酸バリウム粉末を混合し、有機バインダ、溶剤および分散剤を添加して調製する。   First, a ceramic green sheet is formed by the method described above. Next, a rectangular internal electrode pattern is printed and formed on the main surface of the obtained ceramic green sheet. The conductor paste used as the internal electrode pattern is prepared by mixing Ni or an alloy powder thereof as a main component metal, mixing barium titanate powder as a co-material, and adding an organic binder, a solvent and a dispersant.

次に、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを所望枚数重ねて、その上下に内部電極パターンを形成していないセラミックグリーンシートを複数枚、上下層が同じ枚数になるように重ねて仮積層体を形成する。仮積層体中における内部電極パターンは長寸方向に半パターンずつずらしてある。このような積層工法により切断後の積層体の端面に内部電極パターンが交互に露出されるように形成できる。   Next, a desired number of ceramic green sheets with internal electrode patterns are stacked, and a plurality of ceramic green sheets without internal electrode patterns are stacked on top and bottom of the ceramic green sheets so that the upper and lower layers have the same number. Form the body. The internal electrode patterns in the temporary laminate are shifted by half patterns in the longitudinal direction. By such a laminating method, the internal electrode pattern can be formed so as to be alternately exposed on the end face of the cut laminate.

次に、仮積層体を上記仮積層時の温度圧力よりも高温、高圧の条件にてプレスを行い、セラミックグリーンシートと内部電極パターンとが強固に密着された積層体を形成する。   Next, the temporary laminate is pressed under conditions of higher temperature and higher pressure than the temperature and pressure at the time of temporary lamination to form a laminate in which the ceramic green sheet and the internal electrode pattern are firmly adhered.

次に、積層体を格子状に切断することにより内部電極パターンの端部が露出するコンデンサ本体成形体を形成する。   Next, the capacitor body molded body in which the end portions of the internal electrode patterns are exposed is formed by cutting the laminate into a lattice shape.

次に、コンデンサ本体成形体を、所定の雰囲気下、温度条件で焼成してコンデンサ本体1を形成する。場合によっては、コンデンサ本体1の稜線部分の面取りを行うとともに、コンデンサ本体1の対向する端面から露出する内部電極層7を露出させるためにバレル研磨を施しても良い。   Next, the capacitor body 1 is formed by firing the capacitor body molded body in a predetermined atmosphere under temperature conditions. In some cases, the ridge line portion of the capacitor body 1 may be chamfered, and barrel polishing may be performed to expose the internal electrode layer 7 exposed from the opposite end surface of the capacitor body 1.

次に、得られたコンデンサ本体成形体を脱脂した後、焼成する。焼成は、最高温度を1000〜1300℃、保持時間を0.1〜4時間とし、水素−窒素の雰囲気中にて行うことが望ましい。この後、900〜1100℃の温度範囲で再酸化処理を行うことによってコンデンサ本体1を得る。   Next, the obtained capacitor body molded body is degreased and fired. The firing is desirably performed in a hydrogen-nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 1000 to 1300 ° C. and a holding time of 0.1 to 4 hours. Then, the capacitor body 1 is obtained by performing reoxidation treatment in the temperature range of 900 to 1100 ° C.

こうして、希土類元素の濃度が、結晶粒子の表面を最大とし、結晶粒子の表面からの深
さが15nmまでの領域において0.2〜1.0原子%、結晶粒子の表面からの深さが20〜50nmの領域において0.2原子%以上であり、かつ結晶粒子の表面から100nmよりも深い領域において0.1原子%以下という変化を示す誘電体磁器を誘電体層5とするコンデンサ本体1を得ることができる。
In this way, the concentration of the rare earth element maximizes the surface of the crystal grains, and the depth from the surface of the crystal grains is 0.2 to 1.0 atomic% in the region up to 15 nm from the surface of the crystal grains. Capacitor body 1 having dielectric layer 5 as a dielectric ceramic exhibiting a change of 0.2 atomic% or more in a region of ˜50 nm and 0.1 atomic% or less in a region deeper than 100 nm from the surface of crystal grains. Can be obtained.

次に、このコンデンサ本体1の対向する端部に、外部電極ペーストを塗布して焼付けを行い外部電極3を形成する。また、場合によっては、この外部電極3の表面に実装性を高めるためにメッキ膜を形成する。こうして本発明の積層セラミックコンデンサが得られる。   Next, an external electrode paste is applied to the opposing ends of the capacitor body 1 and baked to form the external electrodes 3. In some cases, a plating film is formed on the surface of the external electrode 3 in order to improve mountability. Thus, the multilayer ceramic capacitor of the present invention is obtained.

まず、原料粉末として、表1に示すBa/Ti比を有する平均粒径が0.3μmのチタン酸バリウム粉末を準備した。表1において、内部の欄に記したBa/Ti比はICP分析の結果ほぼチタン酸バリウム全体のBa/Ti比に相当するものにもなっていた。表面のBa/Ti比を内部よりも低くした試料No.3〜6の粉末は水中に浸して表面のBaを
溶解させて調製した。
First, barium titanate powder having a Ba / Ti ratio shown in Table 1 and having an average particle size of 0.3 μm was prepared as a raw material powder. In Table 1, the Ba / Ti ratio indicated in the inner column was equivalent to the Ba / Ti ratio of the entire barium titanate as a result of ICP analysis. The powders of Sample Nos. 3 to 6 having a Ba / Ti ratio on the surface lower than the inside were prepared by immersing them in water to dissolve the surface Ba.

チタン酸バリウム粉末の表面および内部の各領域におけるBa/Ti比は元素分析器(EDS)を付設した透過電子顕微鏡を用いて、チタン酸バリウム粉末をそのまま試料台に載せて元素分析を行って求めた。このときチタン酸バリウム粉末の表面は表面から30nmの位置とし、一方、内部は粉末のほぼ中心の位置とした。この測定は各試料の粉末について5個測定し平均値を求めた。   The Ba / Ti ratio in the surface and internal regions of the barium titanate powder is obtained by performing elemental analysis by placing the barium titanate powder directly on the sample stage using a transmission electron microscope equipped with an element analyzer (EDS). It was. At this time, the surface of the barium titanate powder was positioned at a position of 30 nm from the surface, while the inside was positioned at substantially the center of the powder. In this measurement, five powders of each sample were measured to obtain an average value.

次に、表1に示したチタン酸バリウム粉末に対し、Y粉末、MgO粉末、MnCO粉末およびSiO−BaO−CaO−LiO系ガラス粉末を添加して誘電体粉末を調製した。 Next, Y 2 O 3 powder, MgO powder, MnCO 3 powder and SiO 2 —BaO—CaO—Li 2 O glass powder are added to the barium titanate powder shown in Table 1 to prepare a dielectric powder. did.

各助剤成分の添加量は、それぞれ、チタン酸バリウム粉末100モルに対して、Y粉末が0.5モル、MgO粉末が0.5モル、MnCO粉末が0.1モルとした。ガラス粉末はY粉末、MgO粉末およびMnCO粉末を含むチタン酸バリウム粉末100質量部に対し2質量部とした。 The amount of each auxiliary component added was 0.5 mol of Y 2 O 3 powder, 0.5 mol of MgO powder, and 0.1 mol of MnCO 3 powder with respect to 100 mol of barium titanate powder, respectively. . The glass powder was 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of barium titanate powder containing Y 2 O 3 powder, MgO powder and MnCO 3 powder.

次に、得られた混合粉末を、ポリビニルブチラール樹脂と、トルエンおよびアルコールの混合溶媒中に投入し、直径1mmのジルコニアボールを用いて湿式混合してセラミックスラリを調製し、ドクターブレード法により厚み1.5μmのセラミックグリーンシートを作製した。   Next, the obtained mixed powder was put into a mixed solvent of polyvinyl butyral resin and toluene and alcohol, and wet-mixed using a zirconia ball having a diameter of 1 mm to prepare a ceramic slurry. A 5 μm ceramic green sheet was produced.

次に、このセラミックグリーンシートの上面にNiを主成分とする導体ペーストを矩形状の内部電極パターンとなるように複数形成した。内部電極パターンを形成するための導体ペーストは、平均粒径が0.3μmのNi粉末100質量部に対してチタン酸バリウム粉末を添加したものを用いた。   Next, a plurality of conductive pastes containing Ni as a main component were formed on the upper surface of the ceramic green sheet so as to form a rectangular internal electrode pattern. The conductor paste for forming the internal electrode pattern was obtained by adding barium titanate powder to 100 parts by mass of Ni powder having an average particle size of 0.3 μm.

次に、内部電極パターンを印刷したセラミックグリーンシートを200枚積層し、その上下面に内部電極パターンを印刷していないセラミックグリーンシートをそれぞれ20枚積層し、プレス機を用いて温度60℃、圧力10Pa、時間10分の条件で密着させて積層体を作製し、しかる後、この積層体を、所定の寸法に切断してコンデンサ本体成形体を形成した。 Next, 200 ceramic green sheets on which internal electrode patterns were printed were laminated, and 20 ceramic green sheets on which the internal electrode patterns were not printed were laminated on the upper and lower surfaces, respectively, using a press machine at a temperature of 60 ° C. and pressure A laminated body was prepared by closely adhering under conditions of 10 7 Pa and time 10 minutes, and then the laminated body was cut into a predetermined size to form a capacitor body molded body.

次に、コンデンサ本体成形体を大気中で脱バインダ処理した後、水素−窒素中、昇温速度を2000℃/hとし、1150℃の温度で焼成してコンデンサ本体を作製した。この
焼成では、ローラーハースキルンを用いて行った。
Next, the capacitor body molded body was treated to remove the binder in the atmosphere, and then fired at a temperature of 1150 ° C. at a temperature rise rate of 2000 ° C./h in hydrogen-nitrogen to produce a capacitor body. This firing was performed using a roller hearth kiln.

作製したコンデンサ本体について、続いて、窒素雰囲気中1000℃で4時間再酸化処理を行った。このコンデンサ本体のサイズは2.05×1.28×1.28mm、誘電体層の厚みは1.0μm、内部電極層の1層の有効面積は1.78mmであった。ここで、有効面積とは、コンデンサ本体の異なる端面にそれぞれ露出するように積層方向に交互に形成された内部電極層同士の重なる部分の面積のことである。 Subsequently, the manufactured capacitor body was re-oxidized at 1000 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. The size of the capacitor body was 2.05 × 1.28 × 1.28 mm 3 , the thickness of the dielectric layer was 1.0 μm, and the effective area of one internal electrode layer was 1.78 mm 2 . Here, the effective area is an area of overlapping portions of the internal electrode layers formed alternately in the stacking direction so as to be exposed at different end faces of the capacitor body.

次に、コンデンサ本体をバレル研磨した後、コンデンサ本体の両端部にCu粉末とガラスとを含んだ外部電極ペーストを塗布し、850℃で焼き付けを行って外部電極を形成した。その後、電解バレル機を用いて、この外部電極の表面に、順にNiメッキ及びSnメッキを行い、積層セラミックコンデンサを作製した。   Next, after barrel-polishing the capacitor body, an external electrode paste containing Cu powder and glass was applied to both ends of the capacitor body and baked at 850 ° C. to form external electrodes. Thereafter, using an electrolytic barrel machine, Ni plating and Sn plating were sequentially performed on the surface of the external electrode to produce a multilayer ceramic capacitor.

得られた積層セラミックコンデンサについて以下の評価を行った。   The obtained multilayer ceramic capacitor was evaluated as follows.

比誘電率は、静電容量を温度25℃、周波数1.0kHz、測定電圧1Vrmsの測定条件で測定し、得られた静電容量から誘電体層の厚み、内部電極層の全層の有効面積の和および真空の誘電率をもとに換算して求めた。試料数は20個とし、その平均値を求めた。   The relative dielectric constant is measured under the measurement conditions of a capacitance of 25 ° C., a frequency of 1.0 kHz, and a measurement voltage of 1 Vrms. From the obtained capacitance, the thickness of the dielectric layer, the effective area of all the internal electrode layers And converted based on the dielectric constant of vacuum. The number of samples was 20, and the average value was obtained.

誘電体磁器の絶縁性は高温負荷寿命により評価した。高温負荷寿命は、温度170℃において、印加電圧20Vの条件で行った。高温負荷試験での試料数は各試料30個とし、故障確率が50%に達したときの時間である平均故障時間を調べた。   The insulation properties of dielectric ceramics were evaluated by the high temperature load life. The high temperature load life was performed under the condition of an applied voltage of 20 V at a temperature of 170 ° C. The number of samples in the high-temperature load test was 30 samples, and the average failure time, which was the time when the failure probability reached 50%, was examined.

結晶粒子中の希土類元素(RE)の濃度変化およびBa/Ti比、ならびに結晶粒子の平均粒径を以下のようにして求めた。   The change in the concentration of rare earth elements (RE) in the crystal grains, the Ba / Ti ratio, and the average grain size of the crystal grains were determined as follows.

結晶粒子中に含まれる希土類元素の濃度は元素分析器(EDS)を付設した透過電子顕微鏡を用いて求めた。この場合、分析する試料は誘電体磁器を研磨し、その研磨した磁器表面において、結晶粒子を抽出した。抽出した各結晶粒子は、その輪郭から画像処理にて各粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、各結晶粒子が後述する測定方法によって求まる平均粒径の±30%の範囲にある結晶粒子とし、この範囲にある結晶粒子とした。元素分析を行う際の電子線のスポットサイズは約2nmとした。分析は結晶粒子の粒界(結晶粒子の表面に相当)から中心部に向けて5〜40nmほどの間隔で行った。この場合、結晶粒子の粒界(表面)付近は希土類元素の濃度勾配が大きいことから間隔を狭くし、中心部付近は希土類元素の濃度勾配が小さいことから間隔を広くした。ここで、結晶粒子の中心部は当該結晶粒子の断面の内接円の中心から当該内接円の半径の1/3の長さとする円で囲まれる範囲とし、結晶粒子の内接円は、透過電子顕微鏡にて映し出されている画像をコンピュータの画面上で内接円を描き、その画面上の画像から結晶粒子の中心部を決定した。この作業を3個の結晶粒子に対して行い、その平均値を求めた。   The concentration of the rare earth element contained in the crystal particles was determined using a transmission electron microscope equipped with an element analyzer (EDS). In this case, the sample to be analyzed was polished dielectric ceramic, and crystal particles were extracted on the polished ceramic surface. For each extracted crystal particle, the area of each particle is obtained by image processing from its contour, the diameter when replaced with a circle having the same area is calculated, and each crystal particle has an average particle size determined by a measurement method described later. The crystal grains were in the range of ± 30%, and the crystal grains were in this range. The spot size of the electron beam at the time of elemental analysis was about 2 nm. The analysis was performed at intervals of about 5 to 40 nm from the grain boundaries of the crystal grains (corresponding to the surface of the crystal grains) toward the center. In this case, the gap was narrowed near the grain boundary (surface) of the crystal grains because the rare earth element concentration gradient was large, and the gap was widened near the center because the rare earth element concentration gradient was small. Here, the center part of the crystal particle is a range surrounded by a circle having a length of 1/3 of the radius of the inscribed circle from the center of the inscribed circle of the cross section of the crystal particle, and the inscribed circle of the crystal particle is An inscribed circle was drawn on the computer screen for the image projected by the transmission electron microscope, and the center of the crystal grain was determined from the image on the screen. This operation was performed on three crystal grains, and the average value was obtained.

また、結晶粒子の表面付近(シェル部)および内部(コア部)の各領域のBa/Ti(モル)比を求める際にも透過電子顕微鏡に付設の元素分析器(EDS)を用いた。この場合、表面付近(シェル部)および内部(コア部)の各領域についてそれぞれ3箇所の分析値から求めた。   Also, an element analyzer (EDS) attached to the transmission electron microscope was used to determine the Ba / Ti (molar) ratio in the vicinity of the surface (shell portion) and inside (core portion) of the crystal particles. In this case, it calculated | required from the analysis value of three places, respectively about each area | region of the surface vicinity (shell part) and the inside (core part).

結晶粒子の平均粒径は、まず、誘電体磁器の破断面を研磨し、走査型電子顕微鏡を用いて内部組織の写真を撮り、その写真上で結晶粒子が30ほど個入る円を描き、円内および円周にかかった結晶粒子を選択した。次に、各結晶粒子の輪郭を画像処理して、各結晶粒
子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、その平均値より求めた。測定した試料の結晶粒子の平均粒径は、試料No.1が0.30μm、試料No.2が0.34μm、試料No.3〜6が0.32μmであった。
The average grain size of the crystal grains is determined by first polishing the fracture surface of the dielectric ceramic, taking a picture of the internal structure using a scanning electron microscope, and drawing a circle containing about 30 crystal grains on the photograph. Crystal grains were selected that were in and around the circumference. Next, the outline of each crystal particle was image-processed, the area of each crystal particle was calculated | required, the diameter when it replaced with the circle | round | yen which has the same area was calculated, and it calculated | required from the average value. The average particle size of the measured crystal grains of the sample is the sample No. 1 is 0.30 μm, sample no. 2 is 0.34 μm, sample no. 3-6 was 0.32 micrometer.

また、誘電体磁器の組成は、誘電体磁器を酸に溶解させた溶液をICP(Inductively Coupled Plasma)分析および原子吸光分析を用いて求めた。この場合、各元素の価数を周期表に示される価数として酸素量を求めた。得られた組成は調合組成に一致するものであった。結果を表1に示した。     Further, the composition of the dielectric ceramic was determined by using a solution in which the dielectric ceramic was dissolved in an acid, using ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis and atomic absorption analysis. In this case, the amount of oxygen was determined using the valence of each element as the valence shown in the periodic table. The composition obtained was consistent with the formulation composition. The results are shown in Table 1.

Figure 2014084267
Figure 2014084267

表1の結果から明らかなように、試料No.3〜6では、室温(25℃)における比誘電率が3520以上でありながら、高温負荷寿命が13時間以上であった。これら試料(No.3〜6)は、希土類元素の濃度が、いずれも結晶粒子の表面を最大とし、表面からの深さが15nmまでの領域において0.2〜1.0原子%、表面からの深さが20〜50nmの領域において0.2原子%以上であり、かつ表面から100nmよりも深い領域において0.1原子%以下であった。また、これらの試料は、結晶粒子の表面からの深さが50nmまでの領域におけるBa/Ti比が結晶粒子の表面からの深さが100nmよりも深い領域におけるBa/Ti比よりも0.05以上低いものとなっていた。また、これらの試料では表面からの深さが20〜50nmの領域において、イットリウムの濃度を20nmの間隔で測定したときに、濃度差が0.01原子%以下であった。   As is clear from the results in Table 1, sample No. 3 to 6, the high temperature load life was 13 hours or more while the relative dielectric constant at room temperature (25 ° C.) was 3520 or more. In these samples (Nos. 3 to 6), the concentration of the rare earth element is 0.2 to 1.0 atomic% in the region where the surface of the crystal particle is the maximum and the depth from the surface is up to 15 nm. The depth was 0.2 atomic% or more in a region of 20 to 50 nm and 0.1 atomic% or less in a region deeper than 100 nm from the surface. In addition, these samples have a Ba / Ti ratio in the region where the depth from the surface of the crystal particles is up to 50 nm, which is 0.05 than the Ba / Ti ratio in a region where the depth from the surface of the crystal particles is deeper than 100 nm. It was lower than that. Moreover, in these samples, when the concentration of yttrium was measured at intervals of 20 nm in a region having a depth of 20 to 50 nm from the surface, the concentration difference was 0.01 atomic% or less.

一方、試料No.1、2は、チタン酸バリウム粉末を水中に浸すことなく作製した試料であるが、これらの試料の誘電体磁器を構成する結晶粒子は、表面からの深さが15nmまでの領域の希土類元素の濃度が0.2〜1.0原子%、表面からの深さが20〜50nmの領域の希土類元素の濃度が0.15原子%以下および結晶粒子の表面から100nmよりも深い領域の希土類元素の濃度が0.05原子%であり、図1のグラフBに示すように、結晶粒子の表面から内部にかけて希土類元素の濃度が次第に減少する傾向を示すものであった。これらの試料は、室温(25℃)における比誘電率は3540以上であったが、高温負荷寿命が8時間以下であった。   On the other hand, Sample No. 1 and 2 are samples prepared without immersing barium titanate powder in water. The crystal grains constituting the dielectric ceramic of these samples are rare earth elements in a region having a depth of up to 15 nm from the surface. The concentration of the rare earth element in the region where the concentration is 0.2 to 1.0 atomic%, the depth from the surface is 20 to 50 nm is 0.15 atomic% or less, and the rare earth element in the region deeper than 100 nm from the surface of the crystal grain. The concentration was 0.05 atomic%, and as shown in graph B of FIG. 1, the concentration of rare earth elements gradually decreased from the surface to the inside of the crystal particles. These samples had a relative dielectric constant of 3540 or more at room temperature (25 ° C.), but had a high temperature load life of 8 hours or less.

1 コンデンサ本体
3 外部電極
5 誘電体層
7 内部電極層
1 Capacitor body 3 External electrode 5 Dielectric layer 7 Internal electrode layer

Claims (3)

チタン酸バリウムを主成分とし、少なくとも希土類元素を含有する複数の結晶粒子により構成されてなる誘電体磁器であって、前記希土類元素は、前記結晶粒子の表面における濃度を最大とし、前記結晶粒子の表面からの深さが15nmまでの領域において0.2〜1.0原子%、前記表面からの深さが20〜50nmの領域において0.2原子%以上、前記表面から100nmよりも深い領域において0.1原子%以下であることを特徴とする誘電体磁器。   A dielectric ceramic composed of a plurality of crystal particles containing barium titanate as a main component and containing at least a rare earth element, wherein the rare earth element has a maximum concentration on the surface of the crystal particle, In a region having a depth of up to 15 nm from the surface, 0.2 to 1.0 atomic%, in a region having a depth of 20 to 50 nm from the surface, 0.2 atomic% or more, and in a region deeper than 100 nm from the surface Dielectric porcelain characterized by being 0.1 atomic% or less. 前記チタン酸バリウムを構成する元素BaおよびTiのモル比をBa/Ti比として表したときに、前記結晶粒子の表面からの深さが50nmまでの領域におけるBa/Ti比が、前記結晶粒子の表面からの深さが100nmよりも深い領域におけるBa/Ti比よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の誘電体磁器。   When the molar ratio of the elements Ba and Ti constituting the barium titanate is expressed as a Ba / Ti ratio, the Ba / Ti ratio in the region up to 50 nm in depth from the surface of the crystal particles is The dielectric ceramic according to claim 1, wherein a depth from the surface is smaller than a Ba / Ti ratio in a region deeper than 100 nm. 請求項1または2に記載の誘電体磁器からなる誘電体層と内部電極層とが交互に積層されていることを特徴とする積層セラミックコンデンサ。   3. A multilayer ceramic capacitor, wherein dielectric layers comprising the dielectric ceramic according to claim 1 and internal electrode layers are alternately stacked.
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