JP2018139261A - Capacitor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitor with high effective capacity.SOLUTION: A capacitor comprises: a capacitor body 1 in which a plurality of dielectric layers 5 and a plurality of internal electrode layers 7 are alternately laminated; and an external electrode 3 provided on an edge face from which the internal electrode layers 7 of the capacitor body 1 are exposed. The dielectric layers 5 are each formed by dielectric ceramic made of crystal grains 9 having barium titanate as its main constituent and containing vanadium. The crystal grains 9 each have the maximum concentration of the vanadium in the depth ranging from 1 to 20 nm from a surface 9a of each of the crystal grains 9. Also, the concentration of vanadium in the depth range deeper than 20 nm from the surface 9a is 0.05 atom% or lower.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、コンデンサに関する。   The present disclosure relates to capacitors.

従来より、誘電体層と内部電極層とを交互に複数層積み重ねた後、一体的に焼成して作製された積層型のコンデンサが知られている(例えば、特許文献1を参照)。コンデンサは、近年の携帯電話に代表される小型の電子機器への対応から、さらなる小型化および高容量化が要求されてきている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a multilayer capacitor is known that is manufactured by alternately stacking a plurality of dielectric layers and internal electrode layers and then firing them integrally (see, for example, Patent Document 1). Capacitors are required to be further reduced in size and capacity in order to cope with small electronic devices typified by mobile phones in recent years.

特開2011−129841号公報JP 2011-129841 A

誘電体層および内部電極層の積層数が、例えば数百層にも及ぶコンデンサにおいては、誘電体層を構成する結晶粒子が微粒であることから所望の誘電特性を得るのが困難になってきている。とりわけ、コンデンサに電圧を印加したときの静電容量(以下、実効容量という。)を高くできないという問題がある。   In a capacitor in which the number of laminated dielectric layers and internal electrode layers is several hundred, for example, it is difficult to obtain desired dielectric characteristics because the crystal grains constituting the dielectric layer are fine particles. Yes. In particular, there is a problem that the electrostatic capacity (hereinafter referred to as effective capacity) when a voltage is applied to the capacitor cannot be increased.

従って、本開示は、実効容量の高いコンデンサを提供することを目的とする。   Therefore, this indication aims at providing a capacitor with high effective capacity.

本開示のコンデンサは、誘電体層と内部電極層とが交互に複数積層されたコンデンサ本体と、該コンデンサ本体の前記内部電極層が露出した端面に設けられている外部電極とを備えているコンデンサであって、前記誘電体層が、チタン酸バリウムを主成分とし、バナジウムを含む結晶粒子によって構成された誘電体磁器からなり、前記結晶粒子は、該結晶粒子の表面から1nm以上20nm以内の深さの範囲に前記バナジウムの濃度の最大値を有するとともに、前記表面からの深さが20nmより深い範囲における前記バナジウムの濃度が0.05原子%以下であるものである。   A capacitor according to the present disclosure includes a capacitor main body in which a plurality of dielectric layers and internal electrode layers are alternately laminated, and an external electrode provided on an end surface of the capacitor main body where the internal electrode layer is exposed. The dielectric layer is made of a dielectric ceramic composed of crystal particles containing barium titanate as a main component and containing vanadium, and the crystal particles have a depth of not less than 1 nm and not more than 20 nm from the surface of the crystal particles. In this range, the vanadium concentration has a maximum value, and the vanadium concentration in a range where the depth from the surface is deeper than 20 nm is 0.05 atomic% or less.

本開示によれば、実効容量の高いコンデンサを得ることができる。   According to the present disclosure, a capacitor having a high effective capacity can be obtained.

(a)は、本実施形態のコンデンサの一例を示す斜視図であり、(b)は、(a)のA−A線断面図である。(A) is a perspective view which shows an example of the capacitor | condenser of this embodiment, (b) is the sectional view on the AA line of (a). (a)は誘電体磁器の断面の一部を撮影した透過電子顕微鏡写真であり、(b)は、(a)の写真内に矢印で示した範囲における元素の分析データである。(A) is the transmission electron microscope photograph which image | photographed a part of cross section of a dielectric material ceramic, (b) is the analytical data of the element in the range shown by the arrow in the photograph of (a). (a)は誘電体磁器の断面の走査型電子顕微鏡写真であり、(b)は(a)の断面における結晶粒子の粒度分布データである。(A) is a scanning electron micrograph of the cross section of the dielectric ceramic, and (b) is the particle size distribution data of the crystal particles in the cross section of (a).

本実施形態のコンデンサは、コンデンサ本体1の対向する両端部に外部電極3を有する構成である。コンデンサ本体1は、誘電体層5と内部電極層7とが交互に複数層に亘って積層された構成を成している。コンデンサ本体1の形状は直方体状を成すものである。誘電体層5は平面視したときの形状が矩形状である。誘電体層5の主面内に配置された内部
電極層7は誘電体層5と同様に矩形状を成している。内部電極層7は積層方向に交互に外部電極3側に延出されて外部電極3に接続されている。図1(b)に示したコンデンサ本体1は誘電体層5および内部電極層7の積層数を少なく図示しているが、本実施形態はこれに限らず積層数が数百層にも及ぶ構成まで含まれることは言うまでもない。
The capacitor of the present embodiment has a configuration in which external electrodes 3 are provided at opposite ends of the capacitor body 1. The capacitor body 1 has a configuration in which dielectric layers 5 and internal electrode layers 7 are alternately stacked over a plurality of layers. The shape of the capacitor body 1 is a rectangular parallelepiped shape. The dielectric layer 5 has a rectangular shape when viewed from above. The internal electrode layer 7 disposed in the main surface of the dielectric layer 5 has a rectangular shape like the dielectric layer 5. The internal electrode layers 7 are alternately extended to the external electrode 3 side in the stacking direction and connected to the external electrode 3. The capacitor body 1 shown in FIG. 1B shows a small number of laminated dielectric layers 5 and internal electrode layers 7, but the present embodiment is not limited to this, and the number of laminated layers reaches several hundred. It goes without saying that it is included.

誘電体層5は結晶粒子9が粒界11を介して焼結した誘電体磁器である。結晶粒子9はチタン酸バリウムを主成分とし、これにバナジウムを含んだものである。この場合、チタン酸バリウムを主成分とするとは、誘電体磁器の元素分析を行ったときにチタンの酸化物(TiO換算)とバリウムの酸化物(BaO換算)との合計量の割合が60質量%以上であるものを言う。また、結晶粒子9がバナジウムを含む状態は、任意に選択した結晶粒子(個数は10〜30個)9に対して電子線を当てる分析を行ったときに、バナジウムを示すX線が検出されるものを言う。本実施形態における誘電体磁器は、バナジウムが検出される結晶粒子9が個数割合で90%以上含まれるものとなる。 The dielectric layer 5 is a dielectric ceramic in which crystal grains 9 are sintered via grain boundaries 11. The crystal particles 9 are mainly composed of barium titanate and contain vanadium. In this case, when barium titanate is the main component, the ratio of the total amount of titanium oxide (in terms of TiO 2 ) and barium oxide (in terms of BaO) when the elemental analysis of the dielectric ceramic is performed is 60. The thing which is the mass% or more is said. The state in which the crystal particles 9 contain vanadium is detected when X-rays indicating vanadium are detected when an analysis is performed by applying an electron beam to arbitrarily selected crystal particles (the number is 10 to 30). Say things. The dielectric ceramic according to the present embodiment includes 90% or more of crystal particles 9 in which vanadium is detected.

ここで、結晶粒子9は、図2(a)(b)に示しているように、その表面9aから1nm以上20nm以内の深さの範囲にバナジウムの濃度が最大となる分布を有する。また、表面9aからの深さが20nmより深い範囲においては、バナジウムの濃度は0.05原子%以下である。   Here, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the crystal particles 9 have a distribution in which the concentration of vanadium is maximized in a depth range from 1 nm to 20 nm from the surface 9a. In the range where the depth from the surface 9a is deeper than 20 nm, the concentration of vanadium is 0.05 atomic% or less.

誘電体層5を構成する結晶粒子9が、このようなバナジウムの濃度分布を示すものであると、コンデンサに電圧が印加された条件での静電容量の低下を抑えることができる。この場合の印加電圧(直流電圧)は、誘電体層5の単位厚み(1μm)当たり15〜20V/μmである。つまり、本実施形態のコンデンサによれば高い実効容量を得ることができる。   When the crystal grains 9 constituting the dielectric layer 5 exhibit such vanadium concentration distribution, it is possible to suppress a decrease in capacitance under the condition that a voltage is applied to the capacitor. The applied voltage (DC voltage) in this case is 15 to 20 V / μm per unit thickness (1 μm) of the dielectric layer 5. That is, according to the capacitor of this embodiment, a high effective capacity can be obtained.

また、本実施形態のコンデンサは、バナジウムに限らず希土類元素などの他の元素を含んでいても良い。結晶粒子9に希土類元素が含まれる場合には、希土類元素の濃度は結晶粒子9の全領域において、0.3原子%以上0.7原子%以下、特に、0.4原子%以上0.6原子%以下であるのが良い。   In addition, the capacitor of the present embodiment is not limited to vanadium, and may include other elements such as rare earth elements. When the crystal particle 9 contains a rare earth element, the concentration of the rare earth element is 0.3 atom% or more and 0.7 atom% or less, particularly 0.4 atom% or more and 0.6 atom% in the entire region of the crystal particle 9. It should be less than atomic percent.

結晶粒子9がバナジウムと希土類元素とを上記のような濃度分布の状態で含む場合には、室温よりも高い温度(例えば、85℃)においても高い実効容量を示すコンデンサを得ることが可能になる。これは拡散しやすいバナジウムが結晶粒子9の表面9a付近に局在していることから、結晶粒子9内に強誘電性の部分が多く残っているためである。また、希土類元素が全体に亘って高い濃度で分布していることから、結晶粒子9内に含まれる酸素空孔などの欠陥が全体に亘って少なくなっているためである。   When the crystal grains 9 contain vanadium and a rare earth element in a state of concentration distribution as described above, it is possible to obtain a capacitor having a high effective capacity even at a temperature higher than room temperature (for example, 85 ° C.). . This is because vanadium which is easily diffused is localized in the vicinity of the surface 9 a of the crystal particle 9, so that many ferroelectric portions remain in the crystal particle 9. Moreover, since rare earth elements are distributed at a high concentration throughout, defects such as oxygen vacancies contained in the crystal grains 9 are reduced throughout.

さらに、結晶粒子9には、バナジウムおよび希土類元素以外の他の元素(例えば、マグネシウムおよびマンガン)が含まれても良いが、これらマグネシウムおよびマンガンの濃度は結晶粒子9の全領域において0.05原子%以下であるのが良い。   Further, the crystal particles 9 may contain elements other than vanadium and rare earth elements (for example, magnesium and manganese). The concentration of these magnesium and manganese is 0.05 atom in the entire region of the crystal particles 9. % Or less is good.

ここで、結晶粒子9中に含まれるバナジウムおよびその他の元素の濃度は、元素分析機器を付設した、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて測定する。測定に用いる試料は誘電体層5の断面を鏡面研磨したもの、あるいは必要に応じてさらにイオンミリングによる研磨を施したものを用いる。このとき電子線のスポットサイズは2〜5nmとする。また、分析する箇所は、例えば、図2(a)に示しているように、結晶粒子9の表面9aから中心へ向けて引いた矢印上の4〜5点とする。こうして求めた各測定点から検出されるバナジウムの濃度を図2(b)のようにプロットする。このような分析を5〜10個ほどの結晶粒子9について行い、結晶粒子9中におけるバナジウムの濃度変化を求める。図2(b)に示したバナジウムの濃度のプロットは、分析した結晶粒子の表面9aか
らほぼ中央までの範囲で濃度を測定したものである。
Here, the concentrations of vanadium and other elements contained in the crystal particles 9 are measured using a scanning electron microscope or a transmission electron microscope provided with an elemental analysis instrument. The sample used for the measurement is a mirror-polished cross section of the dielectric layer 5 or, if necessary, further polished by ion milling. At this time, the spot size of the electron beam is set to 2 to 5 nm. Moreover, the locations to be analyzed are, for example, 4 to 5 points on the arrow drawn from the surface 9a of the crystal particle 9 toward the center, as shown in FIG. The vanadium concentration detected from each measurement point thus obtained is plotted as shown in FIG. Such an analysis is performed on about 5 to 10 crystal grains 9, and the change in vanadium concentration in the crystal grains 9 is obtained. The vanadium concentration plot shown in FIG. 2 (b) is obtained by measuring the concentration in the range from the surface 9a of the analyzed crystal particle to almost the center.

また、本実施形態のコンデンサについては、誘電体層5内に粒径の大きい結晶粒子9が存在して広い粒度分布を有する方が良い。誘電体層5中に粒径の大きい結晶粒子9が含まれていると、さらに実効容量の高いコンデンサを得ることができる。   In the capacitor according to the present embodiment, it is preferable that the crystal layer 9 having a large particle size exists in the dielectric layer 5 and has a wide particle size distribution. When the dielectric layer 5 contains crystal grains 9 having a large particle size, a capacitor having a higher effective capacity can be obtained.

図3(a)に誘電体磁器の断面の走査型電子顕微鏡写真を示す。図3(b)に図3(a)の断面における結晶粒子の粒度分布データを示す。図3(a)は、粒界11成分を溶解して除去した結晶組織である。   FIG. 3A shows a scanning electron micrograph of a cross section of the dielectric ceramic. FIG. 3B shows the particle size distribution data of the crystal particles in the cross section of FIG. FIG. 3A shows a crystal structure in which the grain boundary 11 component is dissolved and removed.

誘電体磁器が、例えば、図3(b)に示すような粒度分布を有しているものが良い。図3(b)に示す粒度分布は、最大頻度を示す粒径のピーク(図3(b)におけるピーク1)に対して、粒径の大きい範囲に2つ以上のピーク(図3(b)におけるピーク2およびピーク3)を有する状態である。この場合、最大頻度を示すピーク(ピーク1)以外に存在する2つ以上のピークは、最大頻度を示すピークの裾野から顕著な頻度がわかる程度に突出していれば、粒度分布のグラフは山形の形状だけではなく、図3(b)の270〜320nmの範囲のピーク2のようにショルダの形状であっても良い。   For example, it is preferable that the dielectric ceramic has a particle size distribution as shown in FIG. The particle size distribution shown in FIG. 3 (b) has two or more peaks (FIG. 3 (b)) in a large particle size range with respect to the particle size peak showing the maximum frequency (peak 1 in FIG. 3 (b)). It has a state having peaks 2 and 3). In this case, if two or more peaks other than the peak indicating the maximum frequency (Peak 1) are so prominent that the remarkable frequency can be seen from the base of the peak indicating the maximum frequency, the particle size distribution graph has a mountain shape. Not only the shape, but also a shoulder shape such as peak 2 in the range of 270 to 320 nm in FIG.

このような粒度分布を有するコンデンサを製造する場合の誘電体粉末には、主成分となるチタン酸バリウム粉末として、粒度分布が正規分布を示すようなチタン酸バリウム粉末を用いる。なお、粒度分布の中に複数のピークが存在する誘電体磁器を形成する場合には、粒度分布が正規分布を成し、平均粒径の異なるチタン酸バリウム粉末を混合して調製する。   In the case of manufacturing a capacitor having such a particle size distribution, a barium titanate powder whose particle size distribution shows a normal distribution is used as the main component of the barium titanate powder. In the case of forming a dielectric ceramic having a plurality of peaks in the particle size distribution, it is prepared by mixing barium titanate powders having a normal particle size distribution and different average particle sizes.

バナジウムの原料としては、バナジウムを含む化合物がゾル状に調製された有機金属化合物を用いるのが良い。また、焼成条件としては、後述するように、昇温速度の高い条件を採用するのが良い。   As a raw material of vanadium, it is preferable to use an organometallic compound in which a compound containing vanadium is prepared in a sol form. As firing conditions, as described later, it is preferable to adopt conditions with a high temperature increase rate.

本実施形態のコンデンサは、バナジウムを含む化合物として、ゾル状に調製された有機金属化合物を用い、また、焼成条件として昇温速度の高い条件を採用することにより、バナジウムが結晶粒子9の表面9a近傍に止められた結晶粒子9を形成することができる。   The capacitor according to the present embodiment uses an organometallic compound prepared in a sol form as a compound containing vanadium, and adopts a condition with a high rate of temperature rise as a firing condition, so that vanadium is on the surface 9a of the crystal particle 9. Crystal grains 9 stopped in the vicinity can be formed.

このような結晶粒子9を実現できる誘電体磁器の組成としては、静電容量の温度特性を安定化できるという点から、チタン酸バリウム100モルに対するバナジウムの含有量はV換算で0.02〜0.10モルが良い。また、他の添加成分については、希土類元素(RE)はRE換算で0.5〜1.5モル、マグネシウムはMgO換算で0.5〜1.5モル、マンガンはMnO換算で0.1〜0.3モルが好適な範囲となる。 As a composition of the dielectric ceramic capable of realizing such crystal grains 9, the content of vanadium with respect to 100 moles of barium titanate is set to be 0.2 in terms of V 2 O 5 from the viewpoint that the temperature characteristic of capacitance can be stabilized. 02-0.10 mol is good. As for other additive components, the rare earth element (RE) is 0.5 to 1.5 mol in terms of RE 2 O 3 , magnesium is 0.5 to 1.5 mol in terms of MgO, and manganese is 0 in terms of MnO. .1 to 0.3 mol is a suitable range.

本実施形態のコンデンサでは、実効容量を高めるという点から、添加したマグネシウムおよびマンガンは、そのほとんどがチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子9の粒界11に止まり、結晶粒子9の内部に固溶する割合が少ない方が良い。   In the capacitor of this embodiment, from the standpoint of increasing the effective capacity, most of the added magnesium and manganese stays at the grain boundaries 11 of the crystal grains 9 mainly composed of barium titanate, and solidifies inside the crystal grains 9. It is better to have a lower proportion of dissolution.

希土類元素(RE)としては、イットリウム、ジスプロシウム、ホルミウム,テルビウムおよびイッテルビウムから選ばれる少なくとも1種が良い。   The rare earth element (RE) is preferably at least one selected from yttrium, dysprosium, holmium, terbium and ytterbium.

また、結晶粒子9の平均粒径としては0.1〜0.8μmであるのが良い。さらに、誘電体層5の平均厚みは0.3〜2μmであるのが良い。この場合、内部電極層7も同様の平均厚みであるのが良い。内部電極層7の材料としては、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)が好適なものとなる。   The average particle size of the crystal particles 9 is preferably 0.1 to 0.8 μm. Furthermore, the average thickness of the dielectric layer 5 is preferably 0.3 to 2 μm. In this case, the internal electrode layer 7 may have the same average thickness. The material of the internal electrode layer 7 is preferably nickel (Ni) in that the manufacturing cost can be suppressed even when the number of layers is increased, and simultaneous firing with the dielectric layer 5 can be achieved.

以下、本実施形態のコンデンサを具体的に作製して誘電特性の評価を行った。まず、原料粉末として、純度が99.9質量%であり、粒度分布の範囲が0.05〜0.2μm、平均粒径(D50)が0.1μm、Ba/Tiのモル比が1.005のチタン酸バリウム粉末(表1におけるBT1粉末)を準備した。また、平均粒径の異なるチタン酸バリウム粉末として、Ba/Tiのモル比が同じで、粒度分布の範囲が0.1〜0.5μm、平均粒径(D50)が0.2μmのチタン酸バリウム粉末(表1におけるBT2粉末)および粒度分布の範囲が0.3〜0.9μm、平均粒径(D50)が0.45μmのチタン酸バリウム粉末(表1におけるBT3粉末)を準備した。   Hereinafter, the capacitor of this embodiment was specifically manufactured and dielectric characteristics were evaluated. First, the raw material powder has a purity of 99.9% by mass, a particle size distribution range of 0.05 to 0.2 μm, an average particle size (D50) of 0.1 μm, and a Ba / Ti molar ratio of 1.005. Barium titanate powder (BT1 powder in Table 1) was prepared. Further, as barium titanate powders having different average particle diameters, barium titanate having the same Ba / Ti molar ratio, a particle size distribution range of 0.1 to 0.5 μm, and an average particle diameter (D50) of 0.2 μm. A powder (BT2 powder in Table 1) and a barium titanate powder (BT3 powder in Table 1) having a particle size distribution range of 0.3 to 0.9 μm and an average particle diameter (D50) of 0.45 μm were prepared.

これらの原料粉末に以下の成分を添加して誘電体粉末を調製した。誘電体粉末の組成は、チタン酸バリウム粉末100モルに対して、Vを含む有機金属化合物をV換算で0.05モル、MgO粉末を1モル、希土類元素(Dy)の酸化物粉末を0.85モル、MnCO粉末を0.2モルとし、さらに焼結助剤(SiO=55,BaO=20,CaO=15,LiO=10(モル%)のガラス粉末)をチタン酸バリウム粉末100質量部に対して1質量部添加したものとした。以下、試料No.1〜4は、バナジウムの原料としてゾル状の有機金属化合物を使用して作製したコンデンサである。試料No.5はバナジウムの原料としてV粉末を使用して作製したコンデンサである。 Dielectric powders were prepared by adding the following components to these raw material powders. The composition of the dielectric powder is 0.05 mole of an organometallic compound containing V in terms of V 2 O 5 , 1 mole of MgO powder, and rare earth element (Dy 2 O 3 ) with respect to 100 moles of barium titanate powder. Oxide powder is 0.85 mol, MnCO 3 powder is 0.2 mol, and glass powder of sintering aid (SiO 2 = 55, BaO = 20, CaO = 15, Li 2 O = 10 (mol%)). 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of barium titanate powder. Hereinafter, sample No. 1-4 are capacitors produced using a sol-shaped organometallic compound as a raw material for vanadium. Sample No. Reference numeral 5 denotes a capacitor manufactured using V 2 O 5 powder as a raw material for vanadium.

次に、得られた誘電体粉末を、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1.7μmのセラミックグリーンシートを作製した。   Next, the obtained dielectric powder is put into a mixed solvent of polyvinyl butyral resin, toluene and alcohol, and wet-mixed using a zirconia ball having a diameter of 1 mm to prepare a ceramic slurry. A 1.7 μm ceramic green sheet was prepared.

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20質量部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 20 parts by mass of 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420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, 420 ceramic green sheets printed with internal electrode patterns were stacked, 20 ceramic green sheets not printed with internal electrode patterns were stacked on each of the upper and lower surfaces, and a temperature of 60 ° C. and pressure was applied using a press. 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、コンデンサ本体となる生の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800〜1000℃/hとし、最高温度を1200℃に設定して焼成を行い、コンデンサ本体1を作製した。この焼成にはローラーハースキルンを用いた。   Next, after the raw molded body to be the capacitor body is treated to remove the binder in the air, firing is performed in hydrogen-nitrogen at a heating rate of 800 to 1000 ° C./h and a maximum temperature of 1200 ° C. A capacitor body 1 was produced. A roller hearth kiln was used for this baking.

作製したコンデンサ本体について、続いて、最高温度を1000℃に設定し、保持時間を5時間として、窒素雰囲気中にて再酸化処理を行った。このコンデンサ本体のサイズは、1.6mm×1.0mm×0.8mm、誘電体層の厚みは1.3μm、内部電極層の厚みは約1μm、内部電極層の1層の有効面積は1mm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。作製したコンデンサの静電容量の設計値は10μFに設定した。 Subsequently, the manufactured capacitor body was re-oxidized in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 1000 ° C. and a holding time of 5 hours. The size of the capacitor body is 1.6 mm × 1.0 mm × 0.8 mm, the thickness of the dielectric layer is 1.3 μm, the thickness of the internal electrode layer is about 1 μm, and the effective area of one layer of the internal electrode layer is 1 mm 2. Met. 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. The design value of the capacitance of the produced capacitor was set to 10 μF.

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、コンデンサを得た。
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 obtain a capacitor.

次に、これらのコンデンサについて以下の評価を行った。静電容量はLCRメータ(ヒューレットパッカード社製)を用いて、周波数を1.0kHz、AC電圧を1.0V/μmとし、直流電圧を印加しない条件(0V/μm)および15V/μmの直流電圧を印加した条件にて測定した。測定温度は室温(25℃)および85℃とした。また、コンデンサの絶縁抵抗を同じく85℃の温度条件で測定した。静電容量および絶縁抵抗の各測定の試料数はそれぞれ30個とした。   Next, these capacitors were evaluated as follows. The capacitance is LCR meter (manufactured by Hewlett-Packard Company), the frequency is 1.0 kHz, the AC voltage is 1.0 V / μm, no DC voltage is applied (0 V / μm), and the DC voltage is 15 V / μm. It measured on the conditions which applied. The measurement temperature was room temperature (25 ° C.) and 85 ° C. Also, the insulation resistance of the capacitor was measured under the same temperature condition of 85 ° C. The number of samples for each measurement of capacitance and insulation resistance was 30 pieces.

高温負荷寿命試験は温度170℃、30Vの条件で行った。高温負荷試験での寿命は絶縁抵抗が10Ω以下になった時点とした。高温負荷寿命試験の試料数は300個とした。 The high temperature load life test was conducted under conditions of a temperature of 170 ° C. and 30V. The life in the high temperature load test was set to the time when the insulation resistance became 10 6 Ω or less. The number of samples for the high temperature load life test was 300.

結晶粒子の平均粒径は、誘電体層の断面を走査型電子顕微鏡を用いて撮影した写真から結晶粒子の輪郭を画像処理し、各粒子の面積を求め、同じ面積を持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。   The average particle size of the crystal particles is obtained by processing the contours of the crystal particles from a photograph of the cross section of the dielectric layer taken using a scanning electron microscope, obtaining the area of each particle, and replacing it with a circle having the same area. The diameter was calculated from the average value.

結晶粒子の粒度分布は、図3(b)に示したように、平均粒径を求めたデータから粒径を60nm毎に分割したデータにプロットし直して求めた。   As shown in FIG. 3B, the particle size distribution of the crystal particles was obtained by re-plotting the data obtained by dividing the average particle size into data obtained by dividing the particle size every 60 nm.

結晶粒子中に含まれるバナジウムなどの元素の濃度分布は、分析器を付設した透過型電子顕微鏡を用いて求めた。分析用試料は以下のように作製した。まず、作製したコンデンサの試料を所定のサイズに切断し、最後にイオンミリング加工を施すことによって誘電体磁器の断面(研磨面)を露出させた試料を作製した。次に、作製した試料の断面に存在する個々の結晶粒子に対して元素分析を行った。このとき電子線のスポットサイズは装置の性能から2〜3nmとした。分析する箇所は各結晶粒子の粒界から中心へ向けて引いた直線上のうち粒界から4〜6点とした。次に、各測定点から検出されるバナジウムの濃度を求め、図2(b)のようにプロットした。こうした分析を各試料について3箇所の分析を行い、濃度変化の平均値を算出して求めた。他の元素の濃度分布についても同様の方法で求めた。   The concentration distribution of elements such as vanadium contained in the crystal particles was determined using a transmission electron microscope equipped with an analyzer. The sample for analysis was produced as follows. First, a capacitor sample was cut into a predetermined size, and finally ion milling was performed to prepare a sample in which the cross section (polished surface) of the dielectric ceramic was exposed. Next, elemental analysis was performed on individual crystal particles present in the cross section of the prepared sample. At this time, the spot size of the electron beam was set to 2 to 3 nm from the performance of the apparatus. The locations to be analyzed were 4 to 6 points from the grain boundary on a straight line drawn from the grain boundary toward the center of each crystal grain. Next, the concentration of vanadium detected from each measurement point was determined and plotted as shown in FIG. Such analysis was performed by analyzing three locations for each sample, and calculating an average value of concentration change. The concentration distribution of other elements was also obtained by the same method.

表1に誘電体粉末の調製組成および各元素の濃度分布の結果を示した。表2にはコンデンサの誘電特性を示した。   Table 1 shows the preparation composition of the dielectric powder and the results of the concentration distribution of each element. Table 2 shows the dielectric characteristics of the capacitor.

試料No.1〜4は、結晶粒子中のバナジウムの濃度変化が結晶粒子の表面から1nm以上20nm以内の深さの範囲内で最大値を示す一方、表面からの深さが20nmより深い範囲におけるバナジウムの濃度が0.05原子%以下であった。   Sample No. 1-4, the vanadium concentration change in the crystal grain shows the maximum value within the range of the depth of 1 nm to 20 nm from the surface of the crystal grain, while the vanadium concentration in the range where the depth from the surface is deeper than 20 nm. Was 0.05 atomic% or less.

これに対し、試料No.5は、バナジウムの濃度変化が結晶粒子の表面から1nm以上20nm以内の深さの範囲内で最大値を示すものであったが、表面からの深さが20nmより深い範囲におけるバナジウムの濃度が0.1原子%であった。   In contrast, sample no. No. 5 shows a maximum change in vanadium concentration within a depth range of 1 nm or more and 20 nm or less from the surface of the crystal grain, but the vanadium concentration in the range where the depth from the surface is deeper than 20 nm is 0. It was 1 atomic%.

希土類元素の濃度は試料No.1〜4のいずれにおいても結晶粒子の全領域において0.5原子%であった。試料No.5の希土類元素の濃度は0.3原子%であった。   The concentration of the rare earth element is the sample no. In any of 1-4, it was 0.5 atomic% in the whole area | region of the crystal grain. Sample No. The rare earth element 5 concentration was 0.3 atomic%.

試料No.1と試料No.2とは結晶粒子の粒度分布が異なるものである。試料No.1は結晶粒子の粒度分布が単一ピークを示す誘電体磁器を誘電体層とするコンデンサである。試料No.2は粒径30〜700nmの範囲内に3つのピーク(図3(b)のピーク1〜3)を有する粒度分布の誘電体磁器を誘電体層とするコンデンサである。   Sample No. 1 and sample no. 2 is different from the crystal grain size distribution. Sample No. Reference numeral 1 denotes a capacitor having a dielectric layer that is a dielectric ceramic whose crystal particle size distribution has a single peak. Sample No. Reference numeral 2 denotes a capacitor having a dielectric layer made of a dielectric ceramic having a particle size distribution having three peaks (peaks 1 to 3 in FIG. 3B) within a particle size range of 30 to 700 nm.

昇温速度を変化させた試料(試料No.3:900℃/h、試料No.4:800℃/h)は、昇温速度を1000℃/hとして作製した試料No.2に比較して、結晶粒子の表面からの距離50nmの位置におけるマグネシウムおよびマンガンの濃度が高くなっていた。   Samples with different heating rates (sample No. 3: 900 ° C./h, sample No. 4: 800 ° C./h) were prepared with sample No. 3 manufactured at a heating rate of 1000 ° C./h. Compared with 2, the concentration of magnesium and manganese at a position of a distance of 50 nm from the surface of the crystal grain was higher.

表2に示した誘電特性については、試料No.1〜4は試料No.5に比較して、室温(25℃)下、直流電圧を印加しない条件での静電容量および室温(25℃)および高温(85℃)における実効容量が高かった。この場合、試料No.1〜4は、試料No.5に比較して、室温(25℃)下、直流電圧を印加しない条件で測定した静電容量を基準にした実効容量の変化率(表2における(B−A)/A(%)、(C−A)/A(%))も小さかった。さらに、試料No.1〜4は試料No.5に比較して、高温での絶縁抵抗も高く、また、高温負荷寿命についても故障数が少なかった。   For the dielectric properties shown in Table 2, sample no. 1-4 are sample numbers. Compared to 5, the electrostatic capacity under the condition that no DC voltage was applied at room temperature (25 ° C.) and the effective capacity at room temperature (25 ° C.) and high temperature (85 ° C.) were higher. In this case, sample no. 1-4 are sample no. 5, the change rate of the effective capacitance based on the electrostatic capacitance measured at room temperature (25 ° C.) without applying a DC voltage ((B−A) / A (%) in Table 2, ( C−A) / A (%)) was also small. Furthermore, sample no. 1-4 are sample numbers. Compared to 5, the insulation resistance at high temperature was high, and the number of failures was small for the high temperature load life.

また、結晶粒子の粒度分布を変化させた試料No.1と試料No.2との間では、試料No.2の方が、試料No.1に比較して、静電容量、実効容量およびその変化率、高温での絶縁抵抗ならびに高温負荷寿命のいずれについても優れたものとなっていた。   In addition, the sample No. 1 in which the particle size distribution of the crystal particles was changed. 1 and sample no. 2, sample no. 2 is the sample No. 2. Compared to 1, the electrostatic capacity, effective capacity and rate of change thereof, insulation resistance at high temperature, and high temperature load life were all excellent.

試料No.2〜4の中で、昇温速度を1000℃/hとした試料No.2は、昇温速度を800〜900℃/hと遅くした試料(試料No.3、4)に比較して、静電容量および実効容量が高い値を示した。   Sample No. 2 to 4, sample No. 1 with a heating rate of 1000 ° C./h was used. No. 2 showed higher values of capacitance and effective capacity than the samples (sample Nos. 3 and 4) in which the heating rate was slowed to 800 to 900 ° C./h.

1 コンデンサ本体
3 外部電極
5 誘電体層
7 内部電極層
9 結晶粒子
9a (結晶粒子の)表面
11 粒界
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitor body 3 External electrode 5 Dielectric layer 7 Internal electrode layer 9 Crystal grain 9a (crystal grain) surface 11 Grain boundary

Claims (4)

誘電体層と内部電極層とが交互に複数積層されたコンデンサ本体と、該コンデンサ本体の前記内部電極層が露出した端面に設けられている外部電極とを備えているコンデンサであって、前記誘電体層が、チタン酸バリウムを主成分とし、バナジウムを含む結晶粒子によって構成された誘電体磁器からなり、前記結晶粒子は、該結晶粒子の表面から1nm以上20nm以内の深さの範囲に前記バナジウムの濃度の最大値を有するとともに、前記表面からの深さが20nmより深い範囲における前記バナジウムの濃度が0.05原子%以下である、コンデンサ。   A capacitor comprising a capacitor body in which a plurality of dielectric layers and internal electrode layers are alternately laminated, and an external electrode provided on an end surface of the capacitor body where the internal electrode layer is exposed, The body layer is made of a dielectric ceramic composed of crystal particles containing barium titanate as a main component and containing vanadium, and the crystal particles are in the range of 1 nm to 20 nm in depth from the surface of the crystal particles. And a vanadium concentration in a range where the depth from the surface is deeper than 20 nm is 0.05 atomic% or less. 前記結晶粒子が希土類元素を含み、該希土類元素の濃度は、前記結晶粒子の全領域において0.3原子%以上0.7原子%以下である、請求項1に記載のコンデンサ。   2. The capacitor according to claim 1, wherein the crystal particles include a rare earth element, and the concentration of the rare earth element is 0.3 atomic percent or more and 0.7 atomic percent or less in the entire region of the crystal particles. 前記結晶粒子がさらにマグネシウムおよびマンガンを含み、該マグネシウムおよびマンガンの濃度が前記結晶粒子の全領域において0.05原子%以下である、請求項2に記載のコンデンサ。   The capacitor according to claim 2, wherein the crystal particles further include magnesium and manganese, and the concentration of magnesium and manganese is 0.05 atomic% or less in the entire region of the crystal particles. 前記誘電体層を構成する前記結晶粒子の粒度分布は、粒径30〜700nmの範囲内に少なくとも3つのピークを有する、請求項1乃至3のうちいずれかに記載のコンデンサ。   The capacitor according to any one of claims 1 to 3, wherein a particle size distribution of the crystal particles constituting the dielectric layer has at least three peaks in a particle size range of 30 to 700 nm.
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