JP2019129232A - セラミックコンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100の部分断面斜視図である。図1で例示するように、積層セラミックコンデンサ100は、略直方体形状を有するセラミック本体10と、セラミック本体10のいずれかの対向する2端面に設けられた外部電極20a,20bとを備える。なお、セラミック本体10の当該2端面以外の4面のうち、積層方向の上面および下面以外の2面を側面と称する。外部電極20a,20bは、セラミック本体10の積層方向の上面、下面および2側面に延在している。ただし、外部電極20a,20bは、互いに離間している。
まず、誘電体層11を形成するための誘電体材料を用意する。誘電体層11に含まれるAサイト元素およびBサイト元素は、通常はABO3の粒子の焼結体の形で誘電体層11に含まれる。例えば、チタン酸バリウムは、ペロブスカイト構造を有する正方晶化合物であって、高い誘電率を示す。このBaTiO3は、一般的に、二酸化チタンなどのチタン原料と炭酸バリウムなどのバリウム原料とを反応させてチタン酸バリウムを合成することで得ることができる。なお、当該チタン酸バリウムのペロブスカイト構造を表す一般式AmBO3において、mが0.995≦m≦1.010の値をとるように、チタン原料とバリウム原料とを反応させる。誘電体層11を構成するセラミックの合成方法としては、従来から種々の方法が知られており、例えば固相合成法、ゾル−ゲル合成法、水熱合成法等が知られている。
次に、得られた誘電体材料に、ポリビニルブチラール(PVB)樹脂等のバインダと、エタノール、トルエン等の有機溶剤と、可塑剤とを加えて湿式混合する。得られたスラリーを使用して、例えばダイコータ法やドクターブレード法により、例えば厚み10μm〜40μmのグリーンシートを成型する。または、薄いグリーンシートを複数枚積層することで、所望の厚みのグリーンシートを成型することもできる。
このようにして得られた成型体を、250〜500℃のN2雰囲気中で脱バインダ処理した後に、酸素分圧10−5〜10−8atmの還元雰囲気中で1100〜1300℃で10分〜2時間焼成することで、各化合物が焼結して粒成長する。このようにして、積層セラミックコンデンサ100が得られる。
その後、N2ガス雰囲気中で600℃〜1000℃で再酸化処理を行ってもよい。
次に、得られた焼結体の内部電極層パターンが露出する2端面に、外部電極20a,20bの形成用の導電ペーストを塗布する。当該導電ペーストには、Cuなどを用いることができる。窒素雰囲気中で、上記焼結体を得るための焼成温度よりも低い温度(例えば、800℃〜900℃程度の温度)で焼成する。それにより、外部電極20a,20bが焼き付けられる。その後、めっき処理により、Cu,Ni,Sn等の金属コーティングを行ってもよい。
実施例1では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して1molずつ添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して1.8mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.15mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して2mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して2mol添加し、Si/Vを13.3とした。
実施例2では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてGdおよびYをRe2O3/2に換算して2molおよび1mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して3mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.15mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して1.5mol添加し、第5副成分としてBaをBaCO3に換算して2mol添加し、Si/Vを10.0とした。
実施例3では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてTbおよびYをRe2O3/2に換算して2molおよび1mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して3mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.15mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して1.5mol添加し、第5副成分としてBaをBaCO3に換算して2mol添加し、Si/Vを10.0とした。
実施例4では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびYをRe2O3/2に換算して2molおよび1mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して2mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.2mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して2mol添加し、第5副成分としてCaをCaCO3に換算して2mol添加し、Si/Vを10.0とした。
実施例5では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてHoおよびYをRe2O3/2に換算して2molおよび1mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して2mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.2mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して2mol添加し、第5副成分としてCaをCaCO3に換算して2mol添加し、Si/Vを10.0とした。
実施例6では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して2molおよび1mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して2mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.12mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して1.5mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して1mol添加し、Si/Vを12.5とした。
実施例7では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyをRe2O3/2に換算して3mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して2.5mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.15mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して2mol添加し、第5副成分としてBaおよびSrをMCO3に換算して1molずつ添加し、Si/Vを13.3とした。
実施例8では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてHoをRe2O3/2に換算して3mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して2.5mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.15mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して2mol添加し、第5副成分としてBaおよびCaをMCO3に換算して1molずつ添加し、Si/Vを13.3とした。
実施例9では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてYをRe2O3/2に換算して3mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して2.5mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.15mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して2mol添加し、第5副成分としてSrおよびCaをMCO3に換算して1molずつ添加し、Si/Vを13.3とした。
実施例10では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてGd,DyおよびYをRe2O3/2に換算して1molずつ添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して2mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.25mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して1.5mol添加し、第5副成分としてBaをBaCO3に換算して1.5mol添加し、Si/Vを6.0とした。
比較例1では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して4molおよび2mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して2.2mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.15mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して2mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して1.5mol添加し、Si/Vを13.3とした。
比較例2では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyをRe2O3/2に換算して1.8mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して2.2mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.13mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して2mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して1mol添加し、Si/Vを15.4とした。
比較例3では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して2molずつ添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して0.8mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.15mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して2mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して1mol添加し、Si/Vを13.3とした。
比較例4では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して2molずつ添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して3.5mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.15mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して2mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して1.5mol添加し、Si/Vを13.3とした。
比較例5では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して2molずつ添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して2mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.04mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して0.75mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して1.5mol添加し、Si/Vを18.8とした。
比較例6では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して2molずつ添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して2mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.27mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して0.75mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して1mol添加し、Si/Vを2.8とした。
比較例7では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して2molおよび1mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して1mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.1mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して0.4mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して1mol添加し、Si/Vを4.0とした。
比較例8では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して2molおよび1mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して1.5mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.2mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して5.5mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して1mol添加し、Si/Vを27.5とした。
比較例9では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して2molおよび1mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して1.5mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.12mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して1.5mol添加し、第5副成分を添加せず、Si/Vを12.5とした。
比較例10では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して2molおよび1mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して1.5mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.12mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して1.5mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して6mol添加し、Si/Vを12.5とした。
比較例11では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して2molおよび1mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して1.5mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.1mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して3.5mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して4mol添加し、Si/Vを35.0とした。
比較例12では、チタン酸バリウムを100molとした場合に、第1副成分としてDyおよびHoをRe2O3/2に換算して2molおよび1mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して1.5mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.15mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して5mol添加し、第5副成分としてSrをSrCO3に換算して5mol添加し、Si/Vを33.3とした。
実施例1〜10および比較例1〜12で得られた各積層セラミックコンデンサ100について、各測定試験を行った。
150℃で1時間の熱戻し処理を行い、24時間後に積層セラミックコンデンサ100の容量およびTanδをLCRメータで測定した。測定条件は、120Hz−0.5Vrmsとした。容量Cから、下記式(1)に従って、有効交差面積S、積層数n、誘電体層11の厚みt、真空誘電率ε0を使って、誘電体層11の比誘電率εrを求めた。なお、有効交差面積とは、異なる外部電極に接続された隣接する内部電極層12同士が対向する容量領域において隣接する内部電極層12同士が対向する面積の合計値である。
εr=(C×t)/(ε0×S×n) (1)
無負荷容量C0とDC200V印加時の容量C200Vから、下記式(2)に従って容量変化率を測定した。得られた容量変化率が−50%を下回った場合にNGと判定した。
容量変化率=(C200V−C0)/C0×100 (2)
125℃にて、DC450Vを60秒印加し、絶縁抵抗値を絶縁抵抗計で測定した。絶縁の判断基準は1MΩとし、1MΩを下回った場合にNGと判定した。
実施例1〜10および比較例1〜12のそれぞれの100個のサンプルについて、4.3mmの隙間ゲージを通過させた。1個でも隙間ゲージを通過できないサンプルがあった場合に、NGと判定した。
実施例1〜10および比較例1〜12のそれぞれについて100個のサンプルに対し、125℃でDC540Vを1000時間印加し続けた。試験後、無負荷で150℃かつ1時間の熱戻し処理行い、24時間後に、容量、Tanδ、絶縁抵抗(DC450Vを60秒印加した場合の値)、および外観を確認した。容量が初期値±10%以内、Tanδが初期値±1%以下、絶縁抵抗劣化が試験前に比べ1桁以内であり、外観上のクラック等異常がない場合は信頼性OKと判断した(1個でも異常があればNGと判定)。
11 誘電体層
12 内部電極層
13 カバー層
20a,20b 外部電極
100 積層セラミックコンデンサ
Claims (3)
- 誘電体層と内部電極層とが交互に積層された積層体を備え、
前記誘電体層は、BaおよびTiを含み一般式AmBO3(0.995≦m≦1.010)で表されるペロブスカイト構造を有するセラミックを主成分とし、当該セラミックを100molとした場合に、第1副成分としてY,Gd,Tb,Dy,Hoの少なくともいずれか1つの希土類元素(Re)をRe2O3/2に換算して2.0mol〜5.0mol含み、第2副成分としてMgをMgOに換算して1.0mol〜3.0mol含み、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.05mol〜0.25mol含み、第4副成分としてSiをSiO2に換算して0.5mol〜5.0mol含み、第5副成分としてBa,Sr,Caの少なくとも1つのアルカリ土類金属元素MをMCO3に換算して0.1mol〜5.0mol含み、
前記第3副成分に対する前記第4副成分の比Si/Vが30以下であることを特徴とするセラミックコンデンサ。 - 前記積層体は、直交する少なくとも2つの辺がいずれも10mm以上の直方体状であることを特徴とする請求項1記載のセラミックコンデンサ。
- BaおよびTiを含み一般式AmBO3(0.995≦m≦1.010)で表されるペロブスカイト構造を有するセラミックの粉末に対し、当該セラミックを100molとした場合に、第1副成分としてY,Gd,Tb,Dy,Hoの少なくともいずれか1つの希土類元素(Re)をRe2O3/2に換算して2.0mol〜5.0mol添加し、第2副成分としてMgをMgOに換算して1.0mol〜3.0mol添加し、第3副成分としてVをV2O5/2に換算して0.05mol〜0.25mol添加し、第4副成分としてSiをSiO2に換算して0.5mol〜5.0mol添加し、第5副成分としてBa,Sr,Caの少なくとも1つのアルカリ土類金属元素MをMCO3に換算して0.1mol〜5.0mol添加し、前記第3副成分に対する前記第4副成分の比Si/Vを30以下とし、得られた材料を用いてグリーンシートを作製する工程と、
前記グリーンシート上に、内部電極形成用の金属導電ペーストを配置する工程と、
前記金属導電ペーストが配置された前記グリーンシートを焼成する工程と、を含むことを特徴とするセラミックコンデンサの製造方法。
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