JP2017028254A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】積層セラミックコンデンサ10は、積層された複数の誘電体層14と複数の内部電極層16とを有する直方体状の積層体12を備え、誘電体層14はBa、Sr、Zr、Ti、Hfを含み、Caを任意で含むペロブスカイト型構造からなり、さらにVを含み、Srのモル数/(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数)が0.6から0.95であり、Zrのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.9から0.98であり、誘電体層14の厚みは1μm以下であり、誘電体層14を構成する誘電体粒子の平均粒径は0.8μm以下である。
【選択図】図2
Description
積層体は、積層された複数の誘電体層と複数の内部電極層とを有し、さらに、積層方向に相対する第1の主面および第2の主面と、積層方向に直交する幅方向に相対する第1の側面および第2の側面と、積層方向および幅方向に直交する長さ方向に相対する第1の端面および第2の端面とを有し、
第1の端面を覆い、第1の端面から延伸して第1の主面、第2の主面、第1の側面および第2の側面を覆って配置された第1の外部電極と、
第2の端面を覆い、第2の端面から延伸して第1の主面、第2の主面、第1の側面および第2の側面を覆って配置された第2の外部電極とを備え、
誘電体層は
Ba、Sr、Zr、Ti、Hfを含み、Caを任意で含むペロブスカイト型構造からなり、さらにVを含み、
Srのモル数/(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数)が0.6から0.95であり、
Zrのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.9から0.98であり、
誘電体層の厚みは1μm以下であり、
誘電体層を構成する誘電体粒子の平均粒径は0.8μm以下であることを特徴とする、積層セラミックコデンサである。
また、この発明にかかる積層セラミックコンデンサは、直方体状の積層体を備え、
積層体は、積層された複数の誘電体層と複数の内部電極層とを有し、さらに、積層方向に相対する第1の主面および第2の主面と、積層方向に直交する幅方向に相対する第1の側面および第2の側面と、積層方向および幅方向に直交する長さ方向に相対する第1の端面および第2の端面とを有し、
第1の端面を覆い、第1の端面から延伸して第1の主面、第2の主面、第1の側面および第2の側面を覆って配置された第1の外部電極と、
第2の端面を覆い、第2の端面から延伸して第1の主面、第2の主面、第1の側面および第2の側面を覆って配置された第2の外部電極とを備え、
誘電体層は、前記積層体を溶剤により溶解した場合、
Ba、Sr、Zr、Ti、Hfを含み、Caを任意で含むペロブスカイト型構造からなり、さらにVを含み、
Srのモル数/(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数)が0.6から0.95であり、
Zrのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.9から0.98であり、
誘電体層の厚みは1μm以下であり、
誘電体層を構成する誘電体粒子の平均粒径は0.8μm以下であることを特徴とする、積層セラミックコデンサである。
この発明にかかる積層セラミックコンデンサにおいて、積層体の長さ方向の寸法が0.25mm以下であり、積層方向の寸法が0.125mm以下であり、幅方向の寸法が0.125mm以下であることが好ましい。
また、この発明にかかる積層セラミックコンデンサにおいて、誘電体粒子の平均粒径は、0.6μm以下であり、誘電体層はさらにSi、Mnを含み、Siのモル数/Mnのモル数は、0.8以上1.0以下であることが好ましい。
また、この発明にかかる積層セラミックコンデンサにおいて、(誘電体粒子径の標準偏差/誘電体粒子の平均粒子径)×100で表されるCV値が47%以下であることが好ましい。
この発明にかかる積層セラミックコンデンサにおいて、
誘電体層は、
SiとMnとを含み、
さらに、Reで表されるLa、Ce、PrまたはNdの少なくとも1種以上を含み、
(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数+Reのモル数)/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が1.00以上1.03以下であり、
Baのモル数/(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数)が0.05以上0.40以下であり、
Caのモル数/(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数)が0.00以上0.35以下であり、
Tiのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.02以上0.10以下であり、
Siのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.1以上4.0以下であり、
Mnのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.1以上4.0以下であり、
Vのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.01以上0.3以下であり、
Reのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.0以上3.0以下であることが好ましい。
また、この発明に係る積層セラミックコンデンサにおいて、誘電体層には、Alが含まれていないことが好ましい。
また、この発明にかかる誘電体セラミック材料の原料粉末を混合したスラリーは、
上述のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサを作製するための原料スラリーであって、
原料スラリーは、Ba、Ca、Sr、Zr、Ti、Hfを含む原料粉末の凝集粒径(D50)は150nm以下であることを特徴とする、原料スラリーである。
また、上記原料粉末を合成したペロブスカイト型構造は、
上述のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサを作製するためのペロブスカイト型構造であって、Vをさらに含み、
ペロブスカイト型構造を含む第1主成分粉末は、粉末X線回折による(202)回折ピークの積分幅が0.28°以下となることを特徴とする、ペロブスカイト型構造である。
第1の内部電極層16aの一端側には、積層体12の第1の端面12eに引き出された引出電極部18aを有する。第2の内部電極層16bの一端側には、積層体12の第2の端面12fに引き出された引出電極部18bを有する。具体的には、第1の内部電極層16aの一端側の引出電極部18aは、積層体12の第1の端面12eに露出している。また、第2の内部電極層16bの一端側の引出電極部18bは、積層体12の第2の端面12fに露出している。
ここで、積層体12の端部のLギャップ20cの長さは、20μm以上、40μm以下であることが好ましい。また、積層体12の側部のWギャップ20bの長さは、15μm以上、20μm以下であることが好ましい。
(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数+Reのモル数)/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が1.00以上1.03以下であり、
Baのモル数/(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数)が0.05以上0.40以下であり、
Caのモル数/(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数)が0.00以上0.35以下であり、
Tiのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.02以上0.10以下であり、
Siのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.1以上4.0以下であり、
Mnのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.1以上4.0以下であり、
Vのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.01以上0.3以下であり、
Reのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.0以上3.0以下である。
また、誘電体粒子径は、0.8μm以下であり、0.6μm以下であれば、さらに誘電体層14を薄層化することができる。ここで、Siのモル数/Mnのモル数は、0.8以上1.0以下であることが好ましい。また、誘電体層14には、Alが含まれていないことが好ましい。また、誘電体粒子は、0.34μm以上である。
積層体12の第1の端面12e側には、第1の外部電極22aが形成される。第1の外部電極22aは、積層体12の第1の端面12eを覆い、第1の端面12eから延伸して第1の主面12a、第2の主面12b、第1の側面12cおよび第2の側面12dの一部分を覆うように形成される。この場合、第1の外部電極22aは、第1の内部電極層16aの引出電極部18aと電気的に接続される。
積層体12の第2の端面12f側には、第2の外部電極22bが形成される。第2の外部電極22bは、積層体12の第2の端面12fを覆い、第2の端面12fから延伸して第1の主面12a、第2の主面12b、第1の側面12cおよび第2の側面12dの一部分を覆うように形成される。この場合、第2の外部電極22bは、第2の内部電極層16bの引出電極部18bと電気的に接続される。
焼付け層は、Siを含むガラスと、金属としてのCuとを含む。焼付け層は、ガラスおよび金属を含む導電性ペーストを積層体12に塗布して焼き付けたものであり、誘電体層14および内部電極層16を焼成した後に焼き付けたものである。焼付け層のうちの最も厚い部分の厚みは、5μm以上25μm以下であることが好ましい。
めっき層26aおよび26bは、複数層によって形成されてもよい。好ましくは、焼付け層上に形成されたNiめっき層と、Niめっき層上に形成されたSnめっき層の2層構造である。Niめっき層は、下地電極層24aおよび24bが積層セラミック電子部品を実装する際のはんだによって侵食されることを防止するために用いられ、Snめっき層は、積層セラミック電子部品を実装する際のはんだの濡れ性を向上させて、容易に実装することができるようにするために用いられる。
めっき層一層あたりの厚みは、1μm以上8μm以下であることが好ましい。
まず、積層セラミックコンデンサ10について、外部電極22を含むLT断面が露出するように研磨される。なお、研磨による外部電極22の金属垂れが生じないように、金属垂れを除去しておくことが好ましい。そして、下地電極層24aおよび24bの断面が、走査イオン電子顕微鏡(SIM)にて撮像される。
誘電体シート上には、たとえば、スクリーン印刷やグラビア印刷などにより、所定のパターンで内部電極用の導電性ペーストが印刷され、それにより内部電極パターンが形成される。
さらに、内部電極パターンが形成されていない外層用の誘電体シートが所定枚数積層され、その上に内部電極が形成された誘電体シートが順次積層され、その上に外層用の誘電体シートが所定枚数積層されて、積層シートが作製される。
次に、積層ブロックが所定のサイズにカットされ、積層チップが切り出される。このとき、バレル研磨などにより、積層チップの角部および稜線部に丸みがつけられてもよい。
さらに、積層チップを焼成することにより、積層体12が作製される。
外部電極用の導電性ペーストには、Cu粉が含まれており、このCu粉は液相還元法により形成されている。そして、Cu粉の大きさは、2μm以下の粒径である。
外部電極用の導電性ペーストの焼結速度は遅いほうがよい。そのために、導電性ペースト内のCu粉の周囲またはCu粉の内側に、酸化物が点在していることが好ましい。このような酸化物としては、Zr、Al、Ti、Siの酸化物であり、特に、Zr、Alの酸化物が好ましい。
さらに、必要に応じて、外部電極用の導電性ペーストの焼付け層の表面に、めっきが施される。
したがって、積層セラミックコンデンサ10の寸法が制限されても、誘電体層14を薄くすることができるとともに、誘電体層14の絶縁性を良好にすることができるため、積層体12内の内部電極層16の数を多くすることができる。したがって、制限された寸法の中で、大きい静電容量を得ることができるとともに、信頼性の高い積層セラミックコンデンサ10を得ることができる。
ここで、誘電体層に含まれるSiとMnについて、Siのモル数/Mnのモル数の値が0.8以上1.0以下であることにより、Si、MnおよびCaから構成される偏析相を三重点に形成でき、粒界部分の低抵抗成分が排出されることで高抵抗化できる。
また、(誘電体粒子径の標準偏差/誘電体粒子の平均粒子径)×100で表されるCV値が47%以下であることにより、誘電体層14に含まれる粒界面積が増加し、高耐圧化できる。
上述のような製造方法を用いて、積層セラミックコンデンサを作製した。ここで、誘電体層の主成分を構成する各素材および添加物素材は、表1および表2に示す仕込み値となるように秤量した。なお、表中において、※印を付したものは本発明の範囲外のものである。そして、得られた原料粉末をICP分析したところ、表1および表2に示した調合組成とほぼ同一であることが確認された。
また、原料粉末、バインダ、有機溶剤を混合することにより得られた誘電体スラリーについて、誘電体スラリーの粉末X線回折による(202)回折ピークの積分幅が0.28°以下となることを確認した。
誘電体スラリーをシート成形し、これをカットする際に、縦×横×厚み=15cm×15cm×4μmまたは15cm×15cm×2μmの矩形のセラミックグリーンシートとした。
また、内部電極用の導電性ペーストとして、金属粉末としてのNi粉末100重量部と、有機ビヒクルとしてのエチルセルロースを7重量部と、溶剤としてテルピネオールを含むものを用いた。
また、積層チップを焼成する際に、大気中において、250℃の温度に加熱してバインダを燃焼させた後、昇温速度3.33〜200℃/min、最高温度1200〜1300℃、酸素分圧logPO2=−9.0〜−11.0MPaで焼成し、セラミック焼結体を得た。なお、得られた焼結体をICP分析したところ、表1および表2に示した調合組成とほとんど同一であることが確認された。
なお、得られた積層体のXRD構造解析を行ったところ、主成分がチタン酸バリウム系のペロブスカイト型構造を有することが明らかとなった。
・初期ショート率
試料数n=100の積層セラミックコンデンサで測定した。ここで、初期の絶縁抵抗の対数値logIRが6以下となるチップをショートチップとしてカウントした。その結果を表3および表4に示す。
・加速耐湿負荷試験(PCBT)
温度120℃、湿度100%RH、圧力202.65kPa、印加電圧50Vの条件に試料数n=100の積層セラミックコンデンサを置き、250時間経過後に、積層セラミックコンデンサの絶縁抵抗の対数値logIRを測定し、logIRの値が6以下となった積層セラミックコンデンサの数をカウントした。その結果を表3および表4に示す。
・高温負荷寿命
温度150℃で印加電圧75V、温度150℃で印加電圧100V、温度150℃で印加電圧125Vの条件に試料数n=100の積層セラミックコンデンサを置き、250時間経過後に、積層セラミックコンデンサの絶縁抵抗の対数値logIRを測定し、logIRの値が6以下となった積層セラミックコンデンサの数をカウントした。その結果を表2および表3に示す。なお、印加電圧75Vは積層セラミックコンデンサに与えられる電界強度75kV/mmに相当し、印加電圧100Vは積層セラミックコンデンサに与えられる電界強度100kV/mmに相当し、印加電圧125Vは積層セラミックコンデンサに与えられる電界強度125kV/mmに相当する。
12 積層体
12a 第1の主面
12b 第2の主面
12c 第1の側面
12d 第2の側面
12e 第1の端面
12f 第2の端面
14 誘電体層
14a 外層部
14b 内層部
16 内部電極層
16a 第1の内部電極層
16b 第2の内部電極層
18a、18b 引出電極部
20a 対向電極部
20b Wギャップ
20c Lギャップ
22 外部電極
22a 第1の外部電極
22b 第2の外部電極
24a、24b 下地電極層
26a、26b めっき層
Claims (9)
- 直方体状の積層体を備え、
前記積層体は、積層された複数の誘電体層と複数の内部電極層とを有し、さらに、積層方向に相対する第1の主面および第2の主面と、前記積層方向に直交する幅方向に相対する第1の側面および第2の側面と、前記積層方向および前記幅方向に直交する長さ方向に相対する第1の端面および第2の端面とを有し、
前記第1の端面を覆い、前記第1の端面から延伸して前記第1の主面、前記第2の主面、前記第1の側面および前記第2の側面を覆って配置された第1の外部電極と、
前記第2の端面を覆い、前記第2の端面から延伸して前記第1の主面、前記第2の主面、前記第1の側面および前記第2の側面を覆って配置された第2の外部電極とを備え、
前記誘電体層は
Ba、Sr、Zr、Ti、Hfを含み、Caを任意で含むペロブスカイト型構造からなり、さらにVを含み、
Srのモル数/(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数)が0.6から0.95であり、
Zrのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.9から0.98であり、
前記誘電体層の厚みは1μm以下であり、
前記誘電体層を構成する誘電体粒子の平均粒径は0.8μm以下であることを特徴とする、積層セラミックコデンサ。 - 直方体状の積層体を備え、
前記積層体は、積層された複数の誘電体層と複数の内部電極層とを有し、さらに、積層方向に相対する第1の主面および第2の主面と、前記積層方向に直交する幅方向に相対する第1の側面および第2の側面と、前記積層方向および前記幅方向に直交する長さ方向に相対する第1の端面および第2の端面とを有し、
前記第1の端面を覆い、前記第1の端面から延伸して前記第1の主面、前記第2の主面、前記第1の側面および前記第2の側面を覆って配置された第1の外部電極と、
前記第2の端面を覆い、前記第2の端面から延伸して前記第1の主面、前記第2の主面、前記第1の側面および前記第2の側面を覆って配置された第2の外部電極とを備え、
前記誘電体層は、前記積層体を溶剤により溶解した場合、
Ba、Sr、Zr、Ti、Hfを含み、Caを任意で含むペロブスカイト型構造からなり、さらにVを含み、
Srのモル数/(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数)が0.6から0.95であり、
Zrのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.9から0.98であり、
前記誘電体層の厚みは1μm以下であり、
前記誘電体層を構成する誘電体粒子の平均粒径は0.8μm以下であることを特徴とする、積層セラミックコデンサ。 - 前記積層体の前記長さ方向の寸法が0.25mm以下であり、前記積層方向の寸法が0.125mm以下であり、前記幅方向の寸法が0.125mm以下であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記誘電体粒子の平均粒径は、0.6μm以下であり、
前記誘電体層はさらにSi、Mnを含み、
前記Siのモル数/前記Mnのモル数は、0.8以上1.0以下であることを特徴とする、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。 - (前記誘電体粒子径の標準偏差/前記誘電体粒子の平均粒子径)×100で表されるCV値が47%以下であることを特徴とする、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記誘電体層は、
SiとMnとを含み、
さらに、Reで表されるLa、Ce、PrまたはNdの少なくとも1種以上を含み、
(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数+Reのモル数)/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が1.00以上1.03以下であり、
Baのモル数/(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数)が0.05以上0.40以下であり、
Caのモル数/(Baのモル数+Caのモル数+Srのモル数)が0.00以上0.35以下であり、
Tiのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.02以上0.10以下であり、
Siのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.1以上4.0以下であり、
Mnのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.1以上4.0以下であり、
Vのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.01以上0.3以下であり、
Reのモル数/(Zrのモル数+Tiのモル数+Hfのモル数)が0.0以上3.0以下であることを特徴とする、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。 - 前記誘電体層には、Alが含まれていないことを特徴とする、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。
- 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサを作製するための誘電体セラミック材料の原料粉末を混合したスラリーであって、
前記誘電体スラリーは、Ba、Ca、Zr、Ti、Hf、Vを含む原料粉末の凝集粒径(D50)は150nm以下であることを特徴とする、誘電体セラミック材料の原料粉末を混合したスラリー。 - 請求項8の原料粉末を混合したペロブスカイト型構造であって、前記ペロブスカイト型化合物を含む第1主成分粉末は、粉末X線回折による(202)回折ピークの積分幅が0.28°以下となることを特徴とする、ペロブスカイト型構造。
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