JP2018041918A - Capacitor - Google Patents
Capacitor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018041918A JP2018041918A JP2016176885A JP2016176885A JP2018041918A JP 2018041918 A JP2018041918 A JP 2018041918A JP 2016176885 A JP2016176885 A JP 2016176885A JP 2016176885 A JP2016176885 A JP 2016176885A JP 2018041918 A JP2018041918 A JP 2018041918A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid electrolyte
- layer
- internal electrode
- layers
- capacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電荷を蓄えたり放出したりするキャパシタ(コンデンサ)に関し、特にリチウムイオン伝導性を有する固体電解質を用いたキャパシタに関する。 The present invention relates to a capacitor (capacitor) that stores and discharges electric charge, and more particularly to a capacitor using a solid electrolyte having lithium ion conductivity.
従来、例えば、固体電解質の表面に一対の電極を設けた固体キャパシタが知られている(下記特許文献1〜3参照)。
例えば特許文献1には、電極間に固体電解質を用いた電気2重層キャパシタについて、基本的な構造や特性が開示されている。
Conventionally, for example, solid capacitors having a pair of electrodes provided on the surface of a solid electrolyte are known (see Patent Documents 1 to 3 below).
For example, Patent Document 1 discloses a basic structure and characteristics of an electric double layer capacitor using a solid electrolyte between electrodes.
特許文献2には、固体電解質の薄層化により、従来の電解液を利用した電気2重層キャパシタと比較して、静電容量が向上した固体イオンキャパシタが得られることが開示されている。 Patent Document 2 discloses that a solid ion capacitor having an improved capacitance can be obtained by thinning a solid electrolyte as compared with a conventional electric double layer capacitor using an electrolytic solution.
特許文献3には、Liイオン伝導性化合物を含む誘電体層の膜厚を薄くする事により、周波数特性に優れたコンデンサが得られることが開示されている。
しかしながら、上述した従来技術では、下記のような問題があり、その改善が望まれている。
具体的には、本発明者等の研究により、固体電解質と内部電極とを交互に積層したタイプの固体キャパシタでは、例えば交流1kHz以下の低い周波数帯(即ち低周波数領域)において、誘電損失が大きくなることが明らかになった。
However, the above-described prior art has the following problems, and improvements are desired.
Specifically, as a result of research by the present inventors, a solid capacitor of a type in which solid electrolytes and internal electrodes are alternately laminated has a large dielectric loss, for example, in a low frequency band of 1 kHz or less (that is, a low frequency region). It became clear that
この理由としては、周波数が低いと、内部電極の最外面について、インピーダンスに寄与する割合が増えることが原因として考えられる。
詳しくは、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質を用いた固体キャパシタでは、最も外側(厚み方向の外側)に位置する内部電極においては、1kHz以下の低周波数領域になると、内部電極の外側にもリチウムイオンが移動してくると考えられる。そのため、低周波数領域では、リチウムイオンの移動に伴う損失(電気エネルギーの損失)が増大し、誘電損失が増加すると推察される。
The reason for this is considered to be that when the frequency is low, the ratio of contribution to impedance increases on the outermost surface of the internal electrode.
Specifically, in a solid capacitor using a solid electrolyte having lithium ion conductivity, in the internal electrode located on the outermost side (outside in the thickness direction), when the low frequency region is 1 kHz or less, lithium is also present outside the internal electrode. It is thought that ions move. For this reason, in the low frequency region, it is presumed that loss (loss of electric energy) accompanying the movement of lithium ions increases and dielectric loss increases.
その結果、例えば交流1kHz以下の低周波領域で前記固体キャパシタを使用する場合に、十分な性能が得られない等の制約が出る恐れがある。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低周波数領域における誘電損失を低減できるキャパシタを提供することにある。
As a result, for example, when the solid capacitor is used in a low frequency region of 1 kHz or less in alternating current, there is a risk that sufficient performance may not be obtained.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a capacitor capable of reducing dielectric loss in a low frequency region.
(1)本発明の第1局面は、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質を主成分とする複数の固体電解質層が積層されてなる一対の主面を有する基体と、前記基体の内部において、前記固体電解質層を介して対向するように配置された複数の内部電極層と、を備えるキャパシタに関するものである。 (1) According to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate having a pair of main surfaces formed by laminating a plurality of solid electrolyte layers mainly composed of a solid electrolyte having lithium ion conductivity; The present invention relates to a capacitor including a plurality of internal electrode layers arranged to face each other with a solid electrolyte layer interposed therebetween.
このキャパシタでは、複数の内部電極層のうち1対又は複数対の内部電極層について、1又は複数の固体電解質層を介して互いが対向する対向面に、金属と固体電解質とを含む混合層が配置され、複数の内部電極層のうち最も一対の主面寄りに配置された内部電極層における対向面と反対側の表面(即ち外面側の表面)に、固体電解質層が直接接触している。 In this capacitor, a mixed layer containing a metal and a solid electrolyte is disposed on opposing surfaces of one or more pairs of internal electrode layers that are opposed to each other via one or more solid electrolyte layers. The solid electrolyte layer is in direct contact with the surface opposite to the facing surface (that is, the surface on the outer surface side) of the internal electrode layers arranged and disposed closest to the pair of main surfaces among the plurality of internal electrode layers.
本第1局面では、内部電極層のうち固体電解質層を介して互いが対向する対向面に、金属と固体電解質とを含む混合層が配置されているとともに、最も一対の主面寄りに配置された内部電極層の外面側の表面には、混合層が形成されていない。 In the first aspect, the mixed layer containing the metal and the solid electrolyte is disposed on the opposing surfaces of the internal electrode layers facing each other via the solid electrolyte layer, and is disposed closest to the pair of main surfaces. The mixed layer is not formed on the outer surface of the internal electrode layer.
つまり、内部電極層の内側に、金属を含む混合層が配置され、それによって、内部電極層の内側における電極面積が広くなっている。従って、相対的に内部電極層の最外面の影響が少なくなったことにより、低周波領域における誘電損失が低減すると考えられる。 That is, the mixed layer containing a metal is disposed inside the internal electrode layer, thereby increasing the electrode area inside the internal electrode layer. Therefore, it is considered that the dielectric loss in the low frequency region is reduced by relatively reducing the influence of the outermost surface of the internal electrode layer.
また、本第1局面では、金属と固体電解質の混合層を内部電極層間に形成することによって、内部電極層の1層当たりの電極界面の面積が大きくなるので、高容量化が図れるという利点がある。 In addition, in the first aspect, by forming a mixed layer of metal and solid electrolyte between the internal electrode layers, the area of the electrode interface per layer of the internal electrode layer is increased, so that the capacity can be increased. is there.
(2)本発明の第2局面では、一対の混合層の間に、複数の固体電解質層が配置されるとともに、隣り合う固体電解質層の間に内部電極層が配置されている。
本第2局面は、好ましいキャパシタの構成を例示したものである。
(2) In the second aspect of the present invention, a plurality of solid electrolyte layers are disposed between a pair of mixed layers, and an internal electrode layer is disposed between adjacent solid electrolyte layers.
The second aspect exemplifies a preferable capacitor configuration.
(3)本発明の第3局面では、混合層中における金属の含有量が、30体積%以上である。
本第3局面では、金属の含有量が、上述した範囲であるので、低周波領域において、キャパシタの誘電損失を大きく低減できるという効果がある。
(3) In 3rd aspect of this invention, content of the metal in a mixed layer is 30 volume% or more.
In the third aspect, since the metal content is in the above-described range, there is an effect that the dielectric loss of the capacitor can be greatly reduced in the low frequency region.
(4)本発明の第4局面では、固体電解質は、Li7La3Zr2O12である。
本第4局面は、固体電解質の好ましい例を示している。
具体的には、Li7La3Zr2O12(LLZ)は、例えばNi電極と同時に還元焼成を行うことができ、イオン伝導度が高いという利点がある。
(4) In the fourth aspect of the present invention, the solid electrolyte is Li 7 La 3 Zr 2 O 12 .
The fourth aspect shows a preferable example of the solid electrolyte.
Specifically, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) has an advantage that it can be fired at the same time as, for example, a Ni electrode and has high ionic conductivity.
<以下、本発明の各構成について説明する>
・「固体電解質層」とは、固体電解質としての特性、即ち、外部から加えられた電場によってイオン(ここではリチウムイオン)を移動させることができる特性(イオン伝導性)を有する層である。
<Hereinafter, each configuration of the present invention will be described>
The “solid electrolyte layer” is a layer having characteristics as a solid electrolyte, that is, a characteristic (ion conductivity) in which ions (here, lithium ions) can be moved by an electric field applied from the outside.
・「主成分」とは、該当する成分が最も多い成分(例えば50体積%以上)であることを示している。
・「一対の主面」とは、基体の厚み方向の端部に形成された一方の表面及び他方の表面を示している。
“The main component” indicates that the corresponding component is the most abundant component (for example, 50% by volume or more).
-"A pair of main surface" has shown one surface and the other surface formed in the edge part of the thickness direction of a base | substrate.
・「金属」は、導電性を有する単体の金属だけでなく、導電性を有する合金も含むものである。つまり、混合層内において、内部電極と電気的に接続させて電極面積を増加させるものであればよい。 "Metal" includes not only a single metal having conductivity but also an alloy having conductivity. That is, any electrode that increases the electrode area by being electrically connected to the internal electrode in the mixed layer may be used.
この金属としては、例えば、Au、Pt、Pd、Ag、Ni、Cuが挙げられる。 Examples of the metal include Au, Pt, Pd, Ag, Ni, and Cu.
[1.第1実施形態]
[1−1.キャパシタの構成]
まず、本第1実施形態のキャパシタの構成について説明する。
[1. First Embodiment]
[1-1. Capacitor configuration]
First, the configuration of the capacitor according to the first embodiment will be described.
なお、以下の説明では、図の上下左右の各方向を利用して説明を行うが、各方向は、各部の相対的な位置関係を簡潔に説明するために規定した方向にすぎず、実際にキャパシタがどのような方向に向けられるかは任意である。例えば、以下の記載で方向を示す「上、下、左、右」とは、図2における「上、下、左、右」の各方向と同じである。 In the following description, explanations will be made using each of the upper, lower, left and right directions in the figure. The direction in which the capacitor is oriented is arbitrary. For example, “up, down, left, right” indicating directions in the following description is the same as the “up, down, left, right” directions in FIG.
図1に示すように、本第1実施形態のキャパシタ1は、直方体形状の積層セラミックチップコンデンサである。
具体的には、図2に模式的に示すように、キャパシタ1は、その積層方向(図2の上下方向:Z方向)の中央部分に、1層の固体電解質層(即ち中央固体電解質層)3が配置されている。
As shown in FIG. 1, the capacitor 1 of the first embodiment is a cuboid monolithic ceramic chip capacitor.
Specifically, as schematically shown in FIG. 2, the capacitor 1 has a single solid electrolyte layer (that is, a central solid electrolyte layer) in the central portion in the stacking direction (vertical direction in FIG. 2: Z direction). 3 is arranged.
また、中央固体電解質層3の一方の主面3a、即ち前記積層方向の一方の側(図2の上側:以下上側と称する)の表面には、混合層(即ち第1混合層)7が配置されている。
更に、第1混合層7の上側の表面には、内部電極層(即ち第1内部電極層)9が配置されている。
A mixed layer (that is, a first mixed layer) 7 is disposed on one main surface 3a of the central
Furthermore, an internal electrode layer (that is, a first internal electrode layer) 9 is disposed on the upper surface of the first mixed
しかも、第1内部電極層9の上側の表面及び中央固体電解質層3の上側の露出表面(即ち第1内部電極層9で覆われていない部分)には、他の固体電解質層(即ち第1外側固体電解質層)11が配置されている。
In addition, another solid electrolyte layer (i.e., the first internal electrode layer 9) is formed on the upper surface of the first
一方、中央固体電解質層3の他方の主面3b、即ち前記積層方向の他方の側(図2の下側:以下下側と称する)の表面には、前記第1混合層7と同様な他の混合層(即ち第2混合層)15が配置されている。
On the other hand, on the other
更に、第2混合層15の下側の表面には、第1内部電極層9と同様な他の内部電極層(即ち第2内部電極層)17が配置されている。
しかも、第2内部電極層17の下側の表面及び中央固体電解質層3の下側の露出表面(即ち第2内部電極層17で覆われていない部分)には、前記第1外側固体電解質層11と同様な他の固体電解質層(即ち第2外側固体電解質層)19が配置されている。
Furthermore, another internal electrode layer (that is, second internal electrode layer) 17 similar to the first
In addition, the first outer solid electrolyte layer is formed on the lower surface of the second
そして、これらの各層3、7、9、11、15、17、19が積層されることにより、直方体形状の基体21が構成されている。なお、基板21は、図2上方に一方の主面21aを備えるとともに、図2の下方に他方の主面21bを備えている。
The
また、キャパシタ1の左右方向(図2の左右方向:X方向)の両側、即ち基体21の左右方向の両側を覆うように、それぞれ外部電極23が全面にわたり形成されている。つまり、図2の左側には、第1外部電極23aが形成されるとともに、図2の右側には、第2外部電極23bが形成されている。
In addition,
以下、各構成について更に詳しく説明する。
なお、以下では、積層方向において、中央固体電解質層3が配置されている側(即ち内部側)を中央側とし、中央側から見て図2の上方及び下方を外面側と称する。
Hereinafter, each configuration will be described in more detail.
In the following, in the stacking direction, the side where the central
中央固体電解質層3は、例えばLi7La3Zr2O12(以下LLZと記すこともある)からなる固体電解質層である。この中央固体電解質層3の厚みは、例えば1〜30μmの範囲の例えば10μmである。
The central
図3(a)に示すように、前記第1内部電極層9は、例えばニッケル(Ni)からなる矩形状の導電層である。
この第1内部電極層9は、第1外部電極23aに接続されるとともに、第2外部電極23b側に延びて、中央固体電解質層3の上面の大部分(例えば表面積の70%)を覆っている。但し、第1内部電極層9は、第2外部電極23bとは接続されておらず、第1内部電極層9と基体21の外周との間には隙間25があり、この隙間25にて中央固体電解質層3と第1外側固体電解質層11とが接合して一体化している。
As shown in FIG. 3A, the first
The first
また、第1内部電極層9の中央側の表面全体を覆うように、第1内部電極層9と同様な形状(矩形状)の混合層(第1混合層)7が形成されている。
この第1混合層7とは、例えばニッケル等の金属とLLZの固体電解質とからなる混合層である。なお、第1混合層7には、金属が20〜50体積%の範囲内の例えば30体積%含有されている。
A mixed layer (first mixed layer) 7 having the same shape (rectangular shape) as the first
The first
同様に、図3(b)に示すように、前記第2内部電極層17は、例えばニッケルからなる矩形状の導電層である。
この第2内部電極層17は、第2外部電極23bに接続されるとともに、第1外部電極23a側に延びて、中央固体電解質層3の下面の大部分(例えば表面積の70%)を覆っている。但し、第2内部電極層17は、第1外部電極23aとは接続されておらず、第2内部電極層17と基体21の外周との間には隙間27があり、この隙間27にて中央固体電解質層3と第1外側固体電解質層19とが接合して一体化している。
Similarly, as shown in FIG. 3B, the second
The second
また、第2内部電極層9の中央側の表面全体を覆うように、第2内部電極層9と同様な形状(矩形状)の混合層(第2混合層)15が形成されている。
この第2混合層15は、第1混合層7と同様に、例えばニッケル等の金属とLLZの固体電解質とからなる混合層である。つまり、第2混合層15には、金属が20〜50体積%の範囲内の例えば30体積%含有されている。
A mixed layer (second mixed layer) 15 having the same shape (rectangular shape) as that of the second
Similar to the first
図2に戻り、前記第1外側固体電解質層11は、第1内部電極層9及び中央固体電解質層3の上面の露出部分の全面を覆うように形成されている。
この第1外側固体電解質層11は、中央固体電解質層3と同様な固体電解質の材料、即ちLLZからなる。なお、第1外側固体電解質層11の厚みは、例えば140μmである。
Returning to FIG. 2, the first outer
The first outer
同様に、前記第2外側固体電解質層19は、第2内部電極層17及び中央固体電解質層3の下面の露出部分の全面を覆うように形成されている。
この第2外側固体電解質層19は、中央固体電解質層3と同様な固体電解質の材料、即ちLLZからなる。なお、第2外側固体電解質層19の厚みは、例えば140μmである。
[1−2.キャパシタの製造方法]
次に、本第1実施形態のキャパシタ1の製造方法について説明する。
Similarly, the second outer
The second outer
[1-2. Capacitor manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the capacitor 1 according to the first embodiment will be described.
なお、ここでは、複数のキャパシタ1を一括して作製するために、平板形状の母材を用いる場合を例に挙げて説明するが、これに限るものではない。例えば単独にキャパシタ1を作製してもよい。 Here, a case where a flat base material is used in order to manufacture a plurality of capacitors 1 collectively will be described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the capacitor 1 may be manufactured independently.
<仮焼粉末作製工程>
まず、固体電解質体であるLi7La3Zr2O12(LLZ)を製造するために、LLZのモル比となる様に、出発原料として、炭酸リチウム、水酸化ランタン、酸化ジルコニウムを、所定量秤量し、混合して混合材料を作製した。
<Calcined powder production process>
First, in order to produce Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) which is a solid electrolyte body, a predetermined amount of lithium carbonate, lanthanum hydroxide, and zirconium oxide are used as starting materials so as to have a molar ratio of LLZ. Weighed and mixed to make a mixed material.
その混合材料を、エチルアルコールと共に、ナイロンポットとジルコニア球石を用いて混合した。その混合物を乾燥した後に、アルミナ製のルツボで、大気雰囲気中で、1100℃にて10時間保持して仮焼を行い、LLZの仮焼粉末を作製した。 The mixed material was mixed with ethyl alcohol using a nylon pot and zirconia cobblestone. After the mixture was dried, it was calcined by holding it at 1100 ° C. for 10 hours in an air atmosphere with an alumina crucible to prepare a LLZ calcined powder.
<粉砕粉末作製工程>
次に、LLZの仮焼粉末を、メチルエチルケトンと共に、ナイロンポットとジルコニア球石を用いて、36時間粉砕を行い、乾燥して、LLZの粉砕粉末を作製した。
<Crushed powder preparation process>
Next, the calcined powder of LLZ was pulverized for 36 hours using a nylon pot and zirconia spherulite together with methyl ethyl ketone and dried to prepare a pulverized powder of LLZ.
<スラリー作製工程>
次に、LLZの粉砕粉末と、バインダ(ブチラール樹脂)と、可塑剤(フタル酸ジオクチル)とを、メチルエチルケトン/トルエン混合溶剤と共に混合して、LLZのスラリーを作製した。
<Slurry production process>
Next, pulverized powder of LLZ, a binder (butyral resin), and a plasticizer (dioctyl phthalate) were mixed with a methyl ethyl ketone / toluene mixed solvent to prepare a slurry of LLZ.
<シート作製工程>
次に、LLZのスラリーを、ドクターブレード法で、片面にシリコン(Si)処理されたポリエチレンテレフタレート(PET)製のキャリアフィルムに塗布して、厚さ約15μmのシート(即ち初期シート)を作製した。
<Sheet preparation process>
Next, the slurry of LLZ was applied to a carrier film made of polyethylene terephthalate (PET) treated with silicon (Si) on one side by a doctor blade method to produce a sheet (ie, initial sheet) having a thickness of about 15 μm. .
<内部電極層・混合層印刷工程>
次に、この初期シートを、所定のサイズ(例えば所定寸法の矩形状)に打ち抜いて、後に積層するシート(以下このシートを単にシートと記す)とした。
<Internal electrode layer / mixed layer printing process>
Next, the initial sheet was punched into a predetermined size (for example, a rectangular shape having a predetermined dimension), and a sheet to be laminated later (hereinafter, this sheet is simply referred to as a sheet) was obtained.
次に、図4(a)に1つのキャパシタ1に対応する部分を示すように、あるシート31の一方の表面に、Ni電極の材料を用いたスクリーン印刷によって、例えば第1内部電極層9となる第1電極パターン33を形成した。なお、Ni電極の材料は、周知のように、Ni粉末にバインダと溶剤を加えてペースト状にしたものである。
Next, as shown in FIG. 4A, a portion corresponding to one capacitor 1 is formed on one surface of a
次に、第1電極パターン33の表面全体を覆うように、混合層の材料を用いたスクリーン印刷によって、例えば第1混合層7となる第1混合パターン35を形成した。
この混合層の材料は、Ni粉末とLLZの仮焼成粉末とを混合し、周知のバインダ(例えばエチルセルロース)と溶剤(例えばターピネオール)とを加えてペースト状にしたものである。なお、Ni粉末とLLZの仮焼成粉末との割合は、例えばNi粉末30体積%、LLZの仮焼成粉末70体積%である。
Next, the 1st
The material of the mixed layer is a paste obtained by mixing Ni powder and LLZ calcined powder and adding a well-known binder (for example, ethyl cellulose) and a solvent (for example, terpineol). The ratios of Ni powder and LLZ calcined powder are, for example, 30% by volume of Ni powder and 70% by volume of LLZ calcined powder.
同様に、図4(b)に示すように、他のシート37の一方の表面に、上述したNi電極の材料を用いたスクリーン印刷によって、例えば第2内部電極層17となる第2電極パターン39を形成した。
Similarly, as shown in FIG. 4B, the
次に、第2電極パターン39の表面全体を覆うように、上述した混合層の材料を用いたスクリーン印刷によって、例えば第2混合層15となる第2混合パターン41を形成した。
Next, the 2nd
なお、多数のキャパシタ1を一括して作製するために、各シート31、37上には、各電極パターン33、39及び各混合パターン35、41をそれぞれ多数形成した。
<積層体作製工程>
次に、図4(c)に示すように、例えば第1電極パターン33及び第1混合パターン35が印刷されたシート31と、中央固体電解質層3となる前記打ち抜いただけのシート43とを、シート面同士で貼り合せて積層した。つまり、シート31上の第1電極パターン33及び第1混合パターン35を覆うように、シート43を積層して積層部材45を作製した。
In order to manufacture a large number of capacitors 1 at a time, a large number of
<Laminated body production process>
Next, as shown in FIG. 4C, for example, the
次に、図4(d)に示すように、第2電極パターン39及び第2混合パターン41が形成された前記他のシート37と積層部材45とを、シート面同士で貼り合せて積層した。つまり、他のシート37の第2混合パターン41側と積層部材45の他のシート43とが面するようにして積層した。
Next, as shown in FIG. 4D, the
その後、図示しないが、貼り合わされた一方のシート31の露出側の表面のPET製のキャリアフィルムを剥がした後、打抜いただけのシート43を所定枚数(例えば13枚)順次積層した。同様に、貼り合わされた他方のシート37の露出側の表面のPET製のキャリアフィルムを剥がした後、打抜いただけのシート43を所定枚数(例えば13枚)順次積層した。
Thereafter, although not shown, the PET carrier film on the exposed surface of one of the bonded
このようにして、焼成後に図1に示す構造(積層構造)となるように、LLZの積層体を作製した。
そして、作製した積層体(母材)を、WIP(Warm Isostatic Press)により80℃に加熱しながら、196MPaにて1000秒保持して高圧プレスをした。
In this way, a LLZ laminate was fabricated so that the structure (laminated structure) shown in FIG. 1 was obtained after firing.
And the produced laminated body (base material) was hold | maintained at 196 MPa for 1000 second, heating at 80 degreeC with WIP (Warm Isostatic Press), and performed the high pressure press.
その後、高圧プレスした積層体に対して、CO2レーザ加工機を用いて、製品形状に沿ってブレーク加工をして、ブレーク溝に沿って破断し個片化した。
次に、個片化した部材(素子)に対して、第1、第2内部電極層9、17が露出している各側面に、それぞれ第1、第2外部電極23a、23bとなるNi電極の材料を塗布した。
Thereafter, the laminated body subjected to high-pressure pressing was subjected to break processing along the product shape using a CO 2 laser processing machine, and was broken along the break grooves into individual pieces.
Next, Ni electrodes that become the first and second
<焼成工程>
次に、各側面にNi電極の材料を塗布した焼成前の素子を、大気雰囲気で300℃に加熱して、脱バインダ処理をした。その後、水素−窒素混合雰囲気下で、最高温度1200℃にて2時間保持して焼成して、上述した寸法の平板形状のキャパシタ1を作製した。
[1−3.キャパシタの評価]
次に、キャパシタの性能を確認するための評価(実験例)について説明する。
<Baking process>
Next, the element before baking which apply | coated the material of Ni electrode to each side surface was heated at 300 degreeC by air | atmosphere atmosphere, and the binder removal process was carried out. Thereafter, it was fired in a hydrogen-nitrogen mixed atmosphere at a maximum temperature of 1200 ° C. for 2 hours to produce a flat plate-shaped capacitor 1 having the dimensions described above.
[1-3. Capacitor evaluation]
Next, evaluation (experimental example) for confirming the performance of the capacitor will be described.
まず、上述した製造方法によって、下記のように、本発明の範囲の試料(実施例1、2)を作製した。また、これとは別に、本発明の範囲外の試料(比較例1、2)を作製した。なお、下記に記載した構成以外は、前記第1実施形態と同様である。 First, samples (Examples 1 and 2) within the scope of the present invention were produced by the manufacturing method described above as follows. Separately, samples outside the scope of the present invention (Comparative Examples 1 and 2) were produced. In addition, except the structure described below, it is the same as that of the said 1st Embodiment.
実施例1:図5(a)に示すように、第1、第2内部電極層9、17の内側(中央側)に、厚み7.5μm、金属(Ni)含有率が30体積%の第1、第2混合層7、15を配置し、中央固体電解質層3の厚みを10μmとした。
Example 1: As shown in FIG. 5 (a), the inner side (center side) of the first and second
実施例2:図5(b)に示すように、第1、第2内部電極層9、17の内側(中央側)に、厚み15μm、金属(Ni)含有率が30体積%の第1、第2混合層7、15を配置し、中央固体電解質層3の厚みを10μmとした。
Example 2: As shown in FIG. 5 (b), on the inner side (center side) of the first and second
比較例1:図5(c)に示すように、第1、第2内部電極層9、17の内側(中央側)には混合層7、15を配置せず、中央固体電解質層3の厚みを10μmとした。
比較例2:図5(d)に示すように、第1、第2内部電極層9、17の両側に、それぞれ、厚み7.5μm、金属(Ni)含有率が30体積%%の混合層51を配置し、中央固体電解質層3の厚みを10μmとした。
Comparative Example 1: As shown in FIG. 5 (c), the
Comparative Example 2: As shown in FIG. 5 (d), on both sides of the first and second
そして、各試料(実施例1、2、比較例1、2)について、Agilent製4294Aを用いて、測定電圧0.1V、測定周波数40Hz〜110MHzにて、交流インピーダンス測定等を行った。 And about each sample (Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 and 2), AC impedance measurement etc. were performed using Agilent 4294A at measurement voltage 0.1V and measurement frequency 40Hz-110MHz.
その後、Solartron製1255Bと1287を用いて、測定電圧0.1V、測定周波数10mHz〜1MHzにて交流インピーダンス測定を行うことにより、周波数10mHz〜110MHzにおけるインピーダンスの周波数特性のデータを得た。 Thereafter, AC impedance measurement was performed using Solartron 1255B and 1287 at a measurement voltage of 0.1 V and a measurement frequency of 10 mHz to 1 MHz, thereby obtaining impedance frequency characteristic data at a frequency of 10 mHz to 110 MHz.
そして、各試料の測定周波数10Hzにおけるtanδと電気容量[μF]を求めた。
また、インピーダンス測定後、走査型電子顕微鏡(SEM)によるSEM観察等を行った。詳しくは、焼結体断面(即ちキャパシタを厚み方向に沿って破断した断面)に対して、クロスセクションポリシャ(CP)加工もしくはそれに準ずる鏡面研磨加工を行った。そして、その研磨面に対して、SEMの500倍の拡大視野にて、元素分析マッピングもしくは反射電子像撮影を行い、固体電解質とNiの境界が区別できる画像を取得した。
Then, tan δ and electric capacity [μF] of each sample at a measurement frequency of 10 Hz were obtained.
Further, after the impedance measurement, SEM observation with a scanning electron microscope (SEM) was performed. Specifically, cross section polisher (CP) processing or mirror polishing processing equivalent thereto was performed on a cross section of the sintered body (that is, a cross section in which the capacitor was broken along the thickness direction). Then, element analysis mapping or backscattered electron imaging was performed on the polished surface in an enlarged field of view of 500 times that of SEM, and an image capable of distinguishing the boundary between the solid electrolyte and Ni was obtained.
その後、前記画像の画像解析を行い、混合層におけるNiとLLZの面積を求めたところ、Niは全体の30体積%であり、混合層の金属含有量を30体積%であることがわかった。 Then, when the image analysis of the said image was performed and the area of Ni and LLZ in a mixed layer was calculated | required, it turned out that Ni is 30 volume% of the whole and the metal content of a mixed layer is 30 volume%.
これらの結果を、下記表1に記す。なお、表1では、各試料の測定周波数10Hzにおける、tanδ(即ち比較例1に対するtanδの割合(%))と電気容量(即ち比較例1に対する電気容量の割合(%))を示している。ここで、tanδとは、誘電損失のことを表しており、特定の周波数におけるインピーダンスの(実数部)/(虚数部)の絶対値である。 These results are shown in Table 1 below. Table 1 shows tan δ (that is, the ratio (%) of tan δ relative to Comparative Example 1) and electric capacity (that is, the ratio (%) of electric capacity relative to Comparative Example 1) at a measurement frequency of 10 Hz for each sample. Here, tan δ represents dielectric loss, and is an absolute value of (real part) / (imaginary part) of impedance at a specific frequency.
ここで、表1の「低損失化」ついては、○が「比較例1に対するtanδが100%未満」を示し、×が「比較例1に対するtanδが100%以上」を示す。また、表1の「高容量化」ついては、○が「比較例1に対する電気容量が100%より高いこと」を示し、×が「比較例1に対する電気容量が100%以下」を示す。 Here, for “reduction in loss” in Table 1, ◯ indicates that “tan δ relative to Comparative Example 1 is less than 100%”, and × indicates that “tan δ relative to Comparative Example 1 is 100% or more”. In Table 1, “High capacity” indicates that “the electric capacity for Comparative Example 1 is higher than 100%” and “×” indicates that “the electric capacity for Comparative Example 1 is 100% or less”.
[1−4.効果]
次に、本第1実施形態のキャパシタ1の効果について説明する。
[1-4. effect]
Next, the effect of the capacitor 1 of the first embodiment will be described.
本第1実施形態のキャパシタ1は、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質(ここではLLZ)からなる3層の固体電解質層3、11、19が積層されてなる一対の主面21a、21bを有する基体21と、基体21の内部において、固体電解質層3、11、19を介して対向するように配置された一対の内部電極層9、17とを備えている。
The capacitor 1 of the first embodiment has a pair of
このキャパシタ1では、一対の内部電極層9、17のうち中央固体電解質層3を介して互いが対向する対向面に、金属と固体電解質とを含む混合層7、15が配置されている。また、最も一対の主面21a、21b寄りに配置された第1、第2内部電極層9、17における対向面と反対側の表面(即ち外面側の表面)に、それぞれ第1、第2外側固体電解質層11、19が直接接触している。
In this capacitor 1,
つまり、一対の内部電極層9、17の内側(中央側)に接触してそれぞれ混合層7、15が配置されているとともに、一対の内部電極層9、17の外面側の表面には、混合層が形成されていない。
That is, the
言い換えると、各内部電極層9、17の内側に、それぞれ金属を含む混合層7、15が配置され、それによって、各内部電極層9、17の内側における電極面積が広くなっている。従って、相対的に内部電極層9、17の外面の影響が少なくなったことにより、低周波領域における誘電損失が低減したと考えられる。
In other words, the
また、本第1実施形態では、金属と固体電解質の混合層7、15を内部電極層9、17間に形成することによって、内部電極層9、17の1層当たりの電極界面の面積が大きくなるので、高容量化が図れるという利点がある。
Further, in the first embodiment, by forming the
つまり、本第1実施形態では、金属と固体電解質の混合層7、15を内部電極層9、17間に形成することによって、内部電極層9、17の1層当たりの電極界面の面積が大きくなり、高容量化が図れるとともに、前記混合層7、15を内部電極層9、17の最外層には形成しないことによって、交流における誘電損失を低くすることができるという顕著な効果を奏する。
[1−5.特許請求の範囲との対応関係]
本第1実施形態の、キャパシタ1、 固体電解質層3、11、19、主面21a、21b、内部電極層9、17、混合層7、15、基体21は、それぞれ、本発明の、キャパシタ、固体電解質層、主面、内部電極層、混合層、基体の一例に相当する。
[2.第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡略化する。
That is, in the first embodiment, by forming the
[1-5. Correspondence with Claims]
The capacitor 1, the
[2. Second Embodiment]
Next, the second embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted or simplified.
図6(a)に示すように、第2実施形態のキャパシタ61は、第1実施形態と同様な固体電解質体からなる複数(5層)の固体電解質層63が積層されている。
また、各固体電解質層63の間には、前記第1実施形態と同様な内部電極層65が配置されている。なお、この内部電極層65は、第1実施形態と同様に、積層順に交互に第1外部電極67a又は第2外部電極67bに接続されている。
As shown in FIG. 6A, the
In addition, an
さらに、図6(a)の上方より2層目の固体電解質層63の厚み方向の両側には、それぞれ、第1実施形態と同様な混合層69が形成されている。なお、各混合層69は隣接する各内部電極層65の内側面(即ち間の固体電解質層63側)を覆うように形成されている。
Further,
同様に、図6(a)の上方より3層目の固体電解質層63の厚み方向の両側には、それぞれ、第1実施形態と同様な混合層69が形成されている。なお、各混合層69は隣接する各内部電極層65の内側面(即ち間の固体電解質層63側)を覆うように形成されている。
Similarly,
同様に、図6(a)の下方より2層目の固体電解質層63の厚み方向の両側には、それぞれ、第1実施形態と同様な混合層69が形成されている。なお、各混合層69は隣接する各内部電極層65の内側面(即ち間の固体電解質層63側)を覆うように形成されている。
Similarly,
本第2実施形態は、第1実施形態とほぼ同様な効果を奏する。
なお、複数の両側に混合層を備えた固体電解質層の数や積層方向における配置は、第2実施形態の構成に限定されるものではない。
[3.第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡略化する。
The second embodiment has substantially the same effect as the first embodiment.
In addition, the number of the solid electrolyte layers provided with the mixed layers on both sides and the arrangement in the stacking direction are not limited to the configuration of the second embodiment.
[3. Third Embodiment]
Next, the third embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted or simplified.
図6(b)に示すように、第3実施形態のキャパシタ71は、第1実施形態と同様な固体電解質体からなる複数(5層)の固体電解質層73が積層されている。
また、各固体電解質層73の間には、前記第1実施形態と同様な内部電極層75が配置されている。なお、この内部電極層75は、第1実施形態と同様に、積層順に交互に第1外部電極77a又は第2外部電極77bに接続されている。
As shown in FIG. 6B, the
Further, an
さらに、図6(b)の上方より2層目の固体電解質層73の上面には、第1実施形態と同様な混合層79が形成されている。なお、この混合層79の上面に内部電極層75が配置されている。
Further, a
同様に、図6(b)の下方より2層目の固体電解質層73の下面には、第1実施形態と同様な混合層79が形成されている。なお、この混合層79の下面に内部電極層75が配置されている。
Similarly, a
つまり、本第3実施形態では、一対の混合層79の間に、複数の固体電解質層73が配置されるとともに、隣り合う固体電解質層73の間に内部電極層75が配置されている。
本第3実施形態は、第1実施形態とほぼ同様な効果を奏する。
[4.他の実施形態]
本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
That is, in the third embodiment, a plurality of solid electrolyte layers 73 are disposed between the pair of
The third embodiment has substantially the same effect as the first embodiment.
[4. Other Embodiments]
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the present invention.
(1)例えば、固体電解質としては、Li7La3Zr2O12(LLZ)を用いることができるが、他のリチウムイオン伝導体を用いることができる。
例えば、Li1+xAlxGe2−x(PO4)3、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)、LixZryNbz(PO4)3(LZNP)、Li1.2Zr1.9Ca0.1(PO4)3(LZCP)、Li7−xLa3Zr2−xNbxO12(LLZN)、Li7−xLa3Zr2−xTaxO12(LLZT)、Li3xLa2/3−xTi1/3−xO3(LLT)、Li6BaLa2Ta2O12(LBLT)、Li3BO3、Li3PO4−xNx(LiPON)、LiS−P2S5(LPS)、Li10GeP2S12(LGPS)などのリチウムイオン伝導体を採用できる。
(1) For example, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) can be used as the solid electrolyte, but other lithium ion conductors can be used.
For example, Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4) 3, Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4) 3 (LATP), Li x Zr y Nb z (PO 4) 3 (LZNP ), Li 1.2 Zr 1.9 Ca 0.1 (PO 4 ) 3 (LZCP), Li 7-x La 3 Zr 2-x Nb x O 12 (LLZN), Li 7-x La 3 Zr 2− x Ta x O 12 (LLZT) , Li 3x La 2 / 3x Ti 1 / 3x O 3 (LLT), Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 (LBLT),
(2)また、固体電解質層としては、上述したリチウムイオン伝導性を有する固体電解質のみからなるものが好ましいが、固体電解質層に固体電解質以外の材料を、50体積%未満の範囲で含むものも採用できる。 (2) The solid electrolyte layer is preferably composed only of the above-described solid electrolyte having lithium ion conductivity. However, the solid electrolyte layer may contain a material other than the solid electrolyte in a range of less than 50% by volume. Can be adopted.
なお、固体電解質層に含まれる固体電解質以外の材料としては、例えばチタン酸バリウム(BT)などの電気絶縁性(即ち電子伝導性及びイオン伝導性に関する電気絶縁性)を有する材料を採用できる。電気絶縁性を有する材料としては、例えば、チタン酸ストロンチウム、アルミナ、ジルコニア、シリカなどの金属酸化物や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ABS、アクリル、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂などが挙げられる。 In addition, as materials other than the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer, for example, a material having electrical insulation (that is, electrical insulation related to electron conductivity and ion conductivity) such as barium titanate (BT) can be employed. Examples of the material having electrical insulation include metal oxides such as strontium titanate, alumina, zirconia, and silica, and resins such as polyethylene, polypropylene, ABS, acrylic, epoxy, and polyimide.
更に、固体電解質体に含まれる固体電解質以外の材料には、固体電解質を構成する元素の酸化物も採用できる。固体電解質を構成する元素の酸化物材料としては、例えば、AlPO4、TiO2、LaTiO3などが挙げられる。 Furthermore, oxides of elements constituting the solid electrolyte can be employed as materials other than the solid electrolyte contained in the solid electrolyte body. Examples of the oxide material of the element constituting the solid electrolyte include AlPO 4 , TiO 2 , LaTiO 3 and the like.
(3)固体電解質体層を形成する方法としては、上述した固体電解質の材料を含むスラリー等を用いてグリーンシートを作製し、そのグリーンシートを所定の条件で焼成して固体電解質体層(従って積層体)とする方法など、周知の各種の方法を採用できる。 (3) As a method of forming the solid electrolyte layer, a green sheet is prepared using the slurry containing the solid electrolyte material described above, and the green sheet is fired under a predetermined condition to thereby obtain a solid electrolyte layer (accordingly, Various known methods such as a method of forming a laminate can be employed.
(4)混合層に用いられる金属としては、単体や合金が挙げられる。例えば、Ni以外に、Au、Pt、Pd、Ag、Cuなどが挙げられる。
(5)内部電極層の材料としては、Au、Pt、Pd、Ag、Ni、Cu等、周知の各種の導電材料を採用できる。この内部電極層を形成する方法としては、前記導電材料を含むスラリーやペーストを用いたスクリーン印刷法等、周知の各種の方法を採用できる。例えば薄膜法、塗布法、溶射法、スパッタ法、メッキ法等を採用できる。なお、外部電極についても、内部電極層と同様な材料、同様な形成方法を採用できる。
(4) The metal used for the mixed layer may be a simple substance or an alloy. For example, in addition to Ni, Au, Pt, Pd, Ag, Cu and the like can be mentioned.
(5) As the material of the internal electrode layer, various known conductive materials such as Au, Pt, Pd, Ag, Ni, Cu, etc. can be adopted. As a method of forming the internal electrode layer, various known methods such as a screen printing method using a slurry or paste containing the conductive material can be employed. For example, a thin film method, a coating method, a thermal spraying method, a sputtering method, a plating method, or the like can be adopted. For the external electrode, the same material and the same formation method as the internal electrode layer can be adopted.
(6)前記各実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。 (6) The configurations of the above embodiments can be combined as appropriate.
1、61、71…キャパシタ
3、11、19、63、73…固体電解質層
3a、3b、21a、21b…主面
9、17、65、75…内部電極層
7、15、69、79…混合層
21…基体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記複数の内部電極層のうち1対又は複数対の内部電極層について、1又は複数の前記固体電解質層を介して互いが対向する対向面に、金属と前記固体電解質とを含む混合層が配置され、
前記複数の内部電極層のうち最も前記一対の主面寄りに配置された前記内部電極層における前記対向面と反対側の表面に、前記固体電解質層が直接接触している、キャパシタ。 A substrate having a pair of main surfaces formed by laminating a plurality of solid electrolyte layers mainly composed of a solid electrolyte having lithium ion conductivity, and disposed inside the substrate so as to face each other through the solid electrolyte layer A plurality of internal electrode layers, and a capacitor comprising:
A mixed layer containing a metal and the solid electrolyte is disposed on opposing surfaces of the internal electrode layers of the plurality of internal electrode layers facing each other via the one or more solid electrolyte layers. And
The capacitor, wherein the solid electrolyte layer is in direct contact with a surface opposite to the facing surface in the internal electrode layer disposed closest to the pair of main surfaces among the plurality of internal electrode layers.
The capacitor according to claim 1, wherein the solid electrolyte is Li 7 La 3 Zr 2 O 12 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016176885A JP2018041918A (en) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | Capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016176885A JP2018041918A (en) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | Capacitor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018041918A true JP2018041918A (en) | 2018-03-15 |
Family
ID=61626532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016176885A Pending JP2018041918A (en) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | Capacitor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018041918A (en) |
-
2016
- 2016-09-09 JP JP2016176885A patent/JP2018041918A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6955363B2 (en) | Multilayer ceramic capacitors and their manufacturing methods | |
CN108573811B (en) | Multilayer ceramic capacitor and method for manufacturing same | |
CN107799306A (en) | Laminated ceramic capacitor and its manufacture method | |
CN103229260B (en) | Laminated ceramic electronic components and manufacture method thereof | |
JP6900157B2 (en) | Multilayer ceramic capacitors | |
KR101790127B1 (en) | Laminated ceramic capacitor and laminated ceramic capacitor production method | |
WO2011071144A1 (en) | Lamination type ceramic electronic part | |
WO2007074731A1 (en) | Multilayer ceramic capacitor | |
JP4859593B2 (en) | Multilayer ceramic capacitor and manufacturing method thereof | |
JP7221718B2 (en) | Multilayer ceramic capacitor and manufacturing method thereof | |
TWI754016B (en) | Multilayer Ceramic Capacitors | |
JP7241472B2 (en) | Multilayer ceramic capacitor and manufacturing method thereof | |
CN106910630A (en) | Laminated electronic component | |
CN102543436B (en) | Multilayer ceramic condenser and method of manufacturing same | |
JP2017147398A (en) | Capacitor | |
CN106158367A (en) | The manufacture method of ceramic capacitor component | |
JP2017204560A (en) | Multilayer ceramic capacitor and method for manufacturing the same | |
JP2018041917A (en) | Capacitor | |
JP5773726B2 (en) | Multilayer ceramic capacitor | |
JP2019079977A (en) | Multilayer ceramic capacitor and manufacturing method of multilayer ceramic capacitor | |
JP2019114583A (en) | Multilayer ceramic capacitor | |
CN103377827B (en) | Laminated ceramic electronic component | |
JP2017050346A (en) | Multilayer ceramic capacitor and method for manufacturing the same | |
JP2017147397A (en) | Capacitor | |
JP2017073469A (en) | Capacitor |