JP2020203822A - 誘電体磁器組成物及びこれを含む積層セラミックキャパシタ - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性を向上させることができる誘電体磁器組成物及びこれを含む積層セラミックキャパシタを提供することである。【解決手段】本発明の一実施形態は、ＢａＴｉＯ３系母材主成分及び副成分を含み、上記副成分は、第１副成分として、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）を含み、上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．６９９モル％未満である誘電体磁器組成物及びこれを含む積層セラミックキャパシタを提供する。【選択図】図３
Description
本発明は、信頼性を向上させることができる誘電体磁器組成物及びこれを含む積層セラミックキャパシタに関するものである。
一般に、キャパシタ、インダクタ、圧電体素子、バリスタ又はサーミスタなどのセラミック材料を用いる電子部品は、セラミック材料からなるセラミック本体と、本体内部に形成された内部電極と、上記内部電極と接続されるように、セラミック本体の表面に配置された外部電極と、を備える。
最近では、電子製品の小型化及び多機能化に伴い、チップ部品も小型化及び高機能化しつつあるため、積層セラミックキャパシタに対してもサイズが小さく、容量が大きい高容量製品が求められている。
積層セラミックキャパシタの小型化及び高容量化をともに達成する方法としては、内部の誘電体層及び電極層の厚さを薄くして、多くの数を積層する方法が挙げられる。また、現在の誘電体層の厚さは０．６μｍ程度のレベルであって、引き続き薄いレベルへの開発が進められている。
このような状況では、誘電体層の信頼性の確保が誘電材料の主な問題として台頭しており、併せて誘電体の絶縁抵抗劣化不良が増加し、品質及び歩留まり管理の難しさがある点が重要な問題となっている。
かかる問題を解決するためには、積層セラミックキャパシタの構造的な側面だけでなく、特に誘電体組成の側面でも高信頼性を確保することができる新たな方法が必要な実情である。
現在のレベルで、信頼性レベルを一段高めることができる誘電体組成が確保されれば、さらに薄層化された積層セラミックキャパシタを製作することができる。
本発明は、信頼性を向上させることができる誘電体磁器組成物及びこれを含む積層セラミックキャパシタに関するものである。
本発明の一実施形態は、ＢａＴｉＯ３系母材主成分及び副成分を含み、上記副成分は、第１副成分として、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）を含み、上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．６９９モル％未満である誘電体磁器組成物を提供する。
本発明の他の実施形態は、誘電体層を有し、上記誘電体層を間に挟んで互いに対向するように配置される第１内部電極及び第２内部電極を含むセラミック本体と、上記セラミック本体の外側に配置され、且つ第１内部電極と電気的に連結される第１外部電極、及び上記第２内部電極と電気的に連結される第２外部電極と、を含み、上記誘電体層は誘電体磁器組成物を含む誘電体グレインを含み、上記誘電体磁器組成物は、ＢａＴｉＯ３系母材主成分及び副成分を含み、上記副成分は、第１副成分として、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）を含み、上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．６９９モル％未満である積層セラミックキャパシタを提供する。
本発明の一実施形態によると、セラミック本体内の誘電体層が含む誘電体磁器組成物が、副成分として新規な希土類元素であるネオジム（Ｎｄ）を含み、且つその含有量を制御することにより、高誘電率を確保することができるとともに、絶縁抵抗向上などの信頼性の改善が可能である。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（又は強調表示や簡略化表示）がされることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。
図１は本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタを示す概略的な斜視図であり、図２は図１のＩ−Ｉ'線に沿った断面図である。
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタ１００は、誘電体層１１１を有し、上記誘電体層１１１を間に挟んで互いに対向するように配置される第１内部電極１２１及び第２内部電極１２２を含むセラミック本体１１０と、上記セラミック本体１１０の外側に配置され、且つ第１内部電極１２１と電気的に連結される第１外部電極１３１、及び上記第２内部電極１２２と電気的に連結される第２外部電極１３２と、を含む。
本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタ１００において、「長さ方向」とは図１の「Ｌ」方向、「幅方向」とは「Ｗ」方向、及び「厚さ方向」とは「Ｔ」方向と定義する。ここで、「厚さ方向」は、誘電体層を積み上げる方向、すなわち、「積層方向」と同一の概念で用いることができる。
上記セラミック本体１１０の形状に特に制限はないが、図面に示すように、六面体形状であることができる。
上記セラミック本体１１０の内部に形成された複数の内部電極１２１、１２２は、上記セラミック本体の一面、又は上記一面と向かい合う他面に一端が露出する。
上記内部電極１２１、１２２は、互いに異なる極性を有する第１内部電極１２１及び第２内部電極１２２を一対にすることができる。
第１内部電極１２１の一端はセラミック本体の一面に露出し、第２内部電極１２２の一端は上記一面と向かい合う他面に露出することができる。
上記セラミック本体１１０の一面及び上記一面と向かい合う他面には、第１及び第２外部電極１３１、１３２が形成されて上記内部電極と電気的に連結されることができる。
上記第１及び第２内部電極１２１、１２２を形成する材料は特に制限されず、上記第１及び第２内部電極１２１、１２２は、例えば、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び銅（Ｃｕ）のうち一つ以上の物質を含む導電性ペーストを用いて形成することができる。
上記第１及び第２外部電極１３１、１３２は、静電容量を形成するために、上記第１及び第２内部電極１２１、１２２と電気的に連結されることができ、上記第２外部電極１３２は、上記第１外部電極１３１とは異なる電位に連結されることができる。
上記第１及び第２外部電極１３１、１３２に含有される導電性材料は、特に限定されないが、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、又はこれらの合金を用いることができる。
上記第１及び第２外部電極１３１、１３２の厚さは、用途などに応じて、適宜決定することができ、特に制限されないが、例えば、１０〜５０μｍであってもよい。
本発明の一実施形態によると、上記誘電体層１１１を形成する原料は、十分な静電容量を得ることができる限り特に制限されず、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）粉末であってもよい。
上記誘電体層１１１を形成する材料は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などの粉末に、本発明の目的に応じて、様々な添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤、分散剤などが添加されることができる。
上記誘電体層１１１は、焼結された状態であって、隣接する誘電体層同士の境界は確認できないほど一体化していることができる。
上記誘電体層１１１上に第１及び第２内部電極１２１、１２２が形成されることができ、内部電極１２１、１２２は、焼結によって一誘電体層を間に挟んで上記セラミック本体の内部に形成されることができる。
誘電体層１１１の厚さは、キャパシタの容量設計に応じて任意に変更することができる。本発明の一実施例において、焼成後の誘電体層の厚さは、好ましくは１層当たり０．４μｍ以下であってもよい。
また、焼成後の上記第１及び第２内部電極１２１、１２２の厚さは、好ましくは１層当たり０．４μｍ以下であってもよい。
本発明の一実施形態によると、上記誘電体層１１１は、誘電体磁器組成物を含む誘電体グレインを含み、上記誘電体磁器組成物は、ＢａＴｉＯ３系母材主成分及び副成分を含み、上記副成分は、第１副成分として、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）を含み、上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．６９９モル％未満であることを特徴とする。
最近、超小型の大容量積層セラミックキャパシタの開発のために、添加剤が固溶されたＢａＴｉＯ３系母材主成分において同一のグレインサイズの形成時に磁壁移動度（Ｄｏｍａｉｎ Ｗａｌｌ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ）を向上させ、高誘電率の実現が可能な誘電体組成物の組成開発が必要な実情である。
このために、ドナー型（Ｄｏｎｏｒ−ｔｙｐｅ）のドーパント（Ｄｏｐａｎｔ）組成を適用すると、格子内のピニングソース（Ｐｉｎｎｉｎｇ Ｓｏｕｒｃｅ）の濃度が下がり、磁壁間の移動が容易になるという研究結果がある。
このために、公知の様々なドナー型（Ｄｏｎｏｒ−ｔｙｐｅ）のドーパント（Ｄｏｐａｎｔ）のうちＢａ、及びイオンサイズが最も類似の添加剤を適用することにより、格子ミスマッチングを最小限に抑え、高誘電特性を実現できる誘電体組成を開発しようとした。
また、一般に、ドナー型（Ｄｏｎｏｒ−ｔｙｐｅ）の添加剤は、その含有量が増加する場合、絶縁抵抗（Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、ＩＲ）が低下し、耐還元性の確保が難しくなるという問題があるため、適切な含有量比を選定しようとした。
従来の誘電率の向上及び積層セラミックキャパシタの信頼性の向上に影響を与えるもののうち、最も一般的に用いられるドナー型（Ｄｏｎｏｒ−ｔｙｐｅ）のドーパント（Ｄｏｐａｎｔ）としてジスプロシウム（Ｄｙ）が挙げられ、このドナー型（Ｄｏｎｏｒ−ｔｙｐｅ）ドーパント（Ｄｏｐａｎｔ）とアクセプタ型（Ａｃｃｅｐｔｏｒ ｔｙｐｅ）ドーパント（Ｄｏｐａｎｔ）の含有量を適切に調節することで、要求される誘電特性及び信頼性を実現することができる。
本発明では、誘電体組成内の欠陥を、化学的に酸素空孔の生成を抑制するか、その濃度を下げることができる＋３価以上の原子価を有する希土類元素としてネオジム（Ｎｄ）を含む誘電体組成物を発明した。
ネオジム（Ｎｄ）元素の場合、主成分であるＢａ元素、及びドナー型（Ｄｏｎｏｒ−ｔｙｐｅ）のドーパント（Ｄｏｐａｎｔ）であるジスプロシウム（Ｄｙ）元素の中間程度のイオン半径を有するため、Ｂａ元素の位置に効果的に置換されて固溶されることができる。
本発明の一実施形態では、安定的な誘電特性を示すジスプロシウム（Ｄｙ）元素及びネオジム（Ｎｄ）元素を適用し、高誘電率及び優れた信頼性を確保することができる最適な含有量比を選定した。
本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物は、ＢａＴｉＯ３系母材主成分及び副成分を含み、上記副成分は、第１副成分として、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）を含み、上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．６９９モル％未満であることを特徴とする。
上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．６９９モル％未満になるように調節することにより、高誘電率を確保することができ、絶縁抵抗の向上などという信頼性の改善が可能である。
特に、本発明の一実施形態によると、上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３ｍｏｌ％≦Ｎｄ≦０．４６６ｍｏｌ％を満たすことができる。
上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３ｍｏｌ％≦Ｎｄ≦０．４６６ｍｏｌ％を満たす場合、高誘電特性を得ることができるとともに、絶縁抵抗の向上などという信頼性の改善効果に優れる。
本発明の一実施形態によると、セラミック本体内の誘電体層が含む誘電体磁器組成物において、副成分として希土類元素であるジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）を含み、且つジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）の含有量を制御することにより、より高い誘電特性を確保するとともに、絶縁抵抗の向上などという信頼性の改善が可能である。
上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３ｍｏｌ％未満の場合、ジスプロシウム（Ｄｙ）だけを含む従来に比べて誘電率の増加効果が大きくない。
また、上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．４６６ｍｏｌ％を超えると、半導体化による絶縁抵抗の低下が発生する可能性がある。
本発明の一実施形態によると、上記ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）の総含有量は、母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して１．０モル％以下であることができる。
一般に、希土類総含有量が増加するほど信頼性の観点では有利であるが、Ｔｃが常温に移動するにつれて温度特性が大きく低下するため、上記ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して１．０モル％以下になるように調節することが好ましい。
上記ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して１．０モル％を超えると、容量温度係数（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ、ＴＣＣ）などの温度特性が低下する可能性がある。
本発明の一実施形態によると、上記第１副成分はランタン（Ｌａ）を含む酸化物または炭酸塩をさらに含み、上記ランタン（Ｌａ）は、上記誘電体グレインのうち結晶粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に配置されることができる。
一方、ジスプロシウム（Ｄｙ）よりもイオン半径の大きい希土類元素、例えば、ランタン（Ｌａ）を用いる場合、Ｂａサイトをより効果的に置換することができるため、酸素空孔の欠陥濃度の減少にはより効果的である。
したがって、信頼性を向上させるために、酸素空孔欠陥の濃度を最小限に抑えるとともに、絶縁抵抗を確保するために、第１副成分として、ランタン（Ｌａ）をさらに含むことができる。
但し、ランタン（Ｌａ）の含有量が多すぎる場合には、過度な半導体化により絶縁抵抗が急激に下落するという問題があるため、その含有量は、母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３モル％以上０．６９９モル％以下含まれることが好ましい。
本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタ１００は、上述のように、超小型の大容量製品において、上記誘電体層１１１の厚さは０．４μｍ以下であり、上記第１及び第２内部電極１２１、１２２の厚さは０．４μｍ以下であることを特徴とするが、必ずしもこれに制限されるものではない。
また、上記積層セラミックキャパシタ１００のサイズは、１００５（長さ×幅、１．０ｍｍ×０．５ｍｍ）以下であることができる。
すなわち、本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタ１００は、超小型の大容量品であるため、誘電体層１１１ならびに第１及び第２内部電極１２１、１２２の厚さは、従来製品に比べて薄い薄膜で構成され、このように薄膜の誘電体層及び内部電極が適用された製品の場合には、絶縁抵抗などの信頼性向上のための研究は非常に重要なイシューである。
すなわち、従来の積層セラミックキャパシタの場合には、本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタが含む誘電体層及び内部電極よりは比較的厚い厚さを有するため、誘電体磁器組成物の組成が従来と同一の場合であっても、信頼性が大きく問題とされていなかった。
しかし、本発明の一実施形態のように、薄膜の誘電体層及び内部電極が適用される製品においては、積層セラミックキャパシタの信頼性が重要であり、そのため、誘電体磁器組成物の組成を調節する必要がある。
すなわち、本発明の一実施形態では、第１副成分として、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）を含み、上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．６９９モル％未満になるように調節し、特に上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３ｍｏｌ％≦Ｎｄ≦０．４６６ｍｏｌ％を満たすように調整することにより、誘電体層１１１の厚さが０．４μｍ以下の薄膜の場合にも、絶縁抵抗の向上などという信頼性を改善することができる。
但し、上記薄膜とは、誘電体層１１１ならびに第１及び第２内部電極１２１、１２２の厚さが０．４μｍ以下であることを意味するものではなく、従来の製品よりも薄い厚さの誘電体層及び内部電極を含む概念として理解するとよい。
以下、本発明の一実施形態による誘電体磁器組成物の各成分をより具体的に説明する。
ａ）母材主成分
本発明の一実施形態による誘電体磁器組成物はＢａＴｉＯ３で示される母材主成分を含むことができる。
本発明の一実施形態による誘電体磁器組成物はＢａＴｉＯ３で示される母材主成分を含むことができる。
本発明の一実施形態によると、上記母材主成分は、ＢａＴｉＯ３、（Ｂａ１−ｘＣａｘ）（Ｔｉ１−ｙＣａｙ）Ｏ３（ここで、ｘは０≦ｘ≦０．３、ｙは０≦ｙ≦０．１）、（Ｂａ１−ｘＣａｘ）（Ｔｉ１−ｙＺｒｙ）Ｏ３（ここで、ｘは０≦ｘ≦０．３、ｙは０≦ｙ≦０．５）、及びＢａ（Ｔｉ１−ｙＺｒｙ）Ｏ３（ここで、０＜ｙ≦０．５）からなる群より選択される一つ以上を含むが、必ずしもこれに制限されるものではない。
本発明の一実施形態による誘電体磁器組成物は、常温誘電率が２０００以上であることができる。
上記母材主成分は、特に制限されないが、主成分粉末の平均粒径が４０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であってもよい。
ｂ）第１副成分
本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物は、第１副成分元素として、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）を必ず含み、これに加えて、上記母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３モル％以上０．６９９モル％以下のランタン（Ｌａ）酸化物または炭酸塩をさらに含むことができる。
本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物は、第１副成分元素として、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）を必ず含み、これに加えて、上記母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３モル％以上０．６９９モル％以下のランタン（Ｌａ）酸化物または炭酸塩をさらに含むことができる。
上記第１副成分は、本発明の一実施形態において、誘電体磁器組成物が適用された積層セラミックキャパシタの信頼性の低下を防ぐ役割を果たす。
上記ランタン（Ｌａ）の含有量が０．２３３モル％未満である場合には、誘電率の向上効果がなく、０．６９９モル％を超えると、絶縁抵抗が低下するか、または誘電損失（Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ、Ｄｆ）の低下の問題が発生する可能性がある。
本発明の一実施形態によると、第１副成分として、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）を含み、上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．６９９モル％未満になるように調節し、特に上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３ｍｏｌ％≦Ｎｄ≦０．４６６ｍｏｌ％を満たすように調整することにより、誘電体層１１１の厚さが０．４μｍ以下の薄膜の場合にも、絶縁抵抗の向上などという信頼性の改善が可能である。
上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３ｍｏｌ％未満の場合には、ジスプロシウム（Ｄｙ）だけを含む従来に比べて誘電率の増加効果が大きくない。
上記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．４６６ｍｏｌ％を超えると、半導体化による絶縁抵抗の低下が発生する可能性がある。
ｃ）第２副成分
本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物は、第２副成分として、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＺｎのうち少なくとも一つを含む酸化物或いは炭酸塩を含むことができる。
本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物は、第２副成分として、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＺｎのうち少なくとも一つを含む酸化物或いは炭酸塩を含むことができる。
上記第２副成分として、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＺｎのうち少なくとも一つを含む酸化物或いは炭酸塩は、上記母材主成分１００モルに対して０．１〜２．０モルの含有量で含まれることができる。
上記第２副成分は、誘電体磁器組成物が適用された積層セラミックキャパシタの焼成温度の低下及び高温耐電圧特性を向上させる役割を果たす。
上記第２副成分の含有量、及び後述する第３から第６副成分の含有量は、母材粉末１００モルに対して含まれる量のことであって、特に各副成分が含む金属イオンのモルと定義することができる。
上記第２副成分の含有量が０．１モル未満の場合には、焼成温度が高くなって高温耐電圧特性がやや低下することがある。
また、上記第２副成分の含有量が２．０モル以上の場合には、高温耐電圧特性及び常温比抵抗が低下することがある。
特に、本発明の一実施形態による誘電体磁器組成物は、母材主成分１００モルに対して０．１〜２．０モルの含有量を有する第２副成分を含むことができる。これにより、低温焼成が可能であり、高い高温耐電圧特性を得ることができる。
ｄ）第３副成分
本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物は、原子価固定アクセプタ元素（ｆｉｘｅｄ−ｖａｌｅｎｃｅ ａｃｃｅｐｔｏｒ）元素のＭｇを含む酸化物又は炭酸塩である第３副成分を含むことができる。
本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物は、原子価固定アクセプタ元素（ｆｉｘｅｄ−ｖａｌｅｎｃｅ ａｃｃｅｐｔｏｒ）元素のＭｇを含む酸化物又は炭酸塩である第３副成分を含むことができる。
上記原子価固定アクセプタ元素（ｆｉｘｅｄ−ｖａｌｅｎｃｅ ａｃｃｅｐｔｏｒ）元素のＭｇは、上記母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モルに対して、第３副成分を０．００１〜０．５モル含むことができる。
上記第３副成分は、原子価固定アクセプタ元素及びこれを含む化合物であって、アクセプタ（Ａｃｃｅｐｔｏｒ）として作用し、電子の濃度を減らす役割を果たすことができる。上記第３副成分である上記原子価固定アクセプタ元素（ｆｉｘｅｄ−ｖａｌｅｎｃｅ ａｃｃｅｐｔｏｒ）元素のＭｇを上記母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モルに対して０．００１〜０．５モル添加することにより、ｎ−ｔｙｐｅ化による信頼性の改善効果を最大限にすることができる。
上記第３副成分の含有量が上記母材主成分のうちチタン１００モルに対して０．５モルを超えると、誘電率が低くなるという問題があるため好ましくない。
但し、本発明の一実施形態によると、上記第３副成分を、ｎ−ｔｙｐｅ化による信頼性の改善効果を最大限にするためにチタン（Ｔｉ）１００モルに対して０．５モルを添加することが好ましいが、必ずしもこれに制限されるものではなく、０．５モル以下又は０．５モルを少量超えて添加してもよい。
ｅ）第４副成分
本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物は、第４副成分として、Ｓｉ及びＡｌのうち少なくとも一つ以上を含む酸化物、またはＳｉを含むガラス（Ｇｌａｓｓ）化合物を含むことができる。
本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物は、第４副成分として、Ｓｉ及びＡｌのうち少なくとも一つ以上を含む酸化物、またはＳｉを含むガラス（Ｇｌａｓｓ）化合物を含むことができる。
上記誘電体磁器組成物は、上記母材主成分１００モルに対して、Ｓｉ及びＡｌのうち少なくとも一つを含む酸化物、またはＳｉを含むガラス（Ｇｌａｓｓ）化合物である第４副成分を０．０〜４．０モルさらに含むことができる。
上記第４副成分の含有量は、ガラス、酸化物、または炭酸塩のような添加形態を区別せず、第４副成分に含まれたＳｉ及びＡｌのうち少なくとも一つ以上の元素の含有量を基準にすることができる。
上記第４副成分は、誘電体磁器組成物が適用された積層セラミックキャパシタの焼成温度を低下させ、高温耐電圧特性を向上させる役割を果たす。
上記第４副成分の含有量が、上記母材主成分１００モルに対して、４．０モルを超えると、焼結性及び緻密度を低下させ、２次相生成などの問題があるため好ましくない。
特に、本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物が４．０モル以下の含有量でＡｌを含むことにより、粒成長を均一に制御することができ、耐電圧特性及び信頼性の向上に効果があり、ＤＣ−ｂｉａｓ特性も改善することができる。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、これは発明の具体的な理解を助けるためのものであり、本発明の範囲が実施例により限定されるものではない。
（実施例）
本発明の実施例は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）粉末を含む誘電体原料粉末に、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｌａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎなどの添加剤、バインダー及びエタノールなどの有機溶媒を添加し、湿式混合して誘電体スラリーを設けた後、上記誘電体スラリーをキャリアフィルム上に塗布及び乾燥してセラミックグリーンシートを設けることで誘電体層を形成することができる。
本発明の実施例は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）粉末を含む誘電体原料粉末に、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｌａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎなどの添加剤、バインダー及びエタノールなどの有機溶媒を添加し、湿式混合して誘電体スラリーを設けた後、上記誘電体スラリーをキャリアフィルム上に塗布及び乾燥してセラミックグリーンシートを設けることで誘電体層を形成することができる。
この際、チタン酸バリウムに対して、すべての元素の添加剤のサイズが４０％以下となるように単分散して投入した。
特に、添加される希土類元素のうちジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モルに対して１．０モル以下となるように含ませた。
上記実施例のうち、実施例１は、ジスプロシウム（Ｄｙ）０．６９９モル％及びネオジム（Ｎｄ）０．２３３モル％を添加し、実施例２は、ジスプロシウム（Ｄｙ）０．４６６モル％及びネオジム（Ｎｄ）０．４６６モル％を添加して製作したものである。
上記セラミックグリーンシートは、セラミック粉末、バインダー、溶剤を混合してスラリーを製造し、上記スラリーをドクターブレード法で数μｍの厚さを有するシート（ｓｈｅｅｔ）状に製作することができる。
次に、ニッケル粒子平均サイズが０．１〜０．２μｍであり、ニッケル粉末を４０〜５０重量部含む内部電極用の導電性ペーストを設けることができる。
上記グリーンシート上に上記内部電極用の導電性ペーストをスクリーン印刷工法で塗布して内部電極を形成し、内部電極パターンが配置されたグリーンシートを積層して積層体を形成した後、上記積層体を圧着及び切断した。
次に、切断された積層体を加熱してバインダーを除去した後、高温の還元雰囲気で焼成してセラミック本体を形成した。
上記焼成過程では、還元雰囲気（０．１％ Ｈ２／９９．９％ Ｎ２、Ｈ２Ｏ／Ｈ２／Ｎ２雰囲気）で１１００〜１２００℃の温度で２時間焼成した後、１０００℃の窒素（Ｎ２）雰囲気下で３時間酸化して熱処理した。
次に、焼成されたセラミック本体に対して、銅（Ｃｕ）ペーストでターミネーション工程及び電極焼成を経て外部電極を完成した。
また、セラミック本体１１０の内部の誘電体層１１１ならびに第１及び第２内部電極１２１、１２２は、焼成後の厚さが０．４μｍ以下となるように製作した。
（比較例１）
比較例１は、従来の場合であって、母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対してジスプロシウム（Ｄｙ）を０．９３２モル％添加したものであり、その他の制作過程は上述した実施例の場合と同様である。
比較例１は、従来の場合であって、母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対してジスプロシウム（Ｄｙ）を０．９３２モル％添加したものであり、その他の制作過程は上述した実施例の場合と同様である。
（比較例２）
比較例２の場合には、ジスプロシウム（Ｄｙ）０．２３３モル％及びネオジム（Ｎｄ）０．６９９モル％添加したものであり、その他の制作過程は上述した実施例の場合と同様である。
比較例２の場合には、ジスプロシウム（Ｄｙ）０．２３３モル％及びネオジム（Ｎｄ）０．６９９モル％添加したものであり、その他の制作過程は上述した実施例の場合と同様である。
（比較例３）
比較例３の場合には、母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対してネオジム（Ｎｄ）を０．９３２モル％添加したものであり、その他の制作過程は上述した実施例の場合と同様である。
比較例３の場合には、母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対してネオジム（Ｎｄ）を０．９３２モル％添加したものであり、その他の制作過程は上述した実施例の場合と同様である。
上記のように完成されたプロトタイプの積層セラミックキャパシタ（Ｐｒｏｔｏ−ｔｙｐｅ ＭＬＣＣ）試料の実施例１及び２、比較例１から３に対して、誘電率、誘電損失（Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ、ＤＦ）、及び絶縁抵抗（Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、ＩＲ）テストをして、その結果を評価した。
上記テストは、３つの条件でそれぞれ行い、各条件は１１４０℃（平均１１３５℃）、１１６０℃（平均１１５７℃）、及び１１８０℃（平均１１７２℃）である。
下記表１は、実験例（実施例１、２及び比較例１、２、３）によるプロトタイプの積層セラミックキャパシタ（Ｐｒｏｔｏ−ｔｙｐｅ ＭＬＣＣ）チップの誘電率、誘電損失（Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ、ＤＦ）、及び絶縁抵抗（Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、ＩＲ）を示す。
上記表１を参照すると、ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．６９９モル％以上である比較例２及び比較例３の場合には、誘電損失（Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ、ＤＦ）及び絶縁抵抗（Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、ＩＲ）の低下の問題があることが分かる。
これに対し、本発明の実施例１及び２は、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して１．０モル％以下であり、ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３ｍｏｌ％≦Ｎｄ≦０．４６６ｍｏｌ％を満たす場合であって、高誘電率を確保することができ、絶縁抵抗の向上などという信頼性の改善が可能であることが分かる。
図３は本発明の実施例及び比較例によるＩ−Ｖカーブ（Ｃｕｒｖｅ）の結果を示すグラフである。
図３を参照すると、ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３ｍｏｌ％≦Ｎｄ≦０．４６６ｍｏｌ％を満たす実施例１及び２が、従来のジスプロシウム（Ｄｙ）だけを添加した比較例１と同様の程度に安定した誘電特性の実現が可能であることが確認できる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
１１０ セラミック本体
１１１ 誘電体層
１２１、１２２ 第１及び第２内部電極
１３１、１３２ 第１及び第２外部電極
１１１ 誘電体層
１２１、１２２ 第１及び第２内部電極
１３１、１３２ 第１及び第２外部電極
Claims (16)
- ＢａＴｉＯ３系母材主成分及び副成分を含み、前記副成分は、第１副成分として、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）を含み、
前記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．６９９モル％未満である、誘電体磁器組成物。 - 前記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３ｍｏｌ％≦Ｎｄ≦０．４６６ｍｏｌ％を満たす、請求項１に記載の誘電体磁器組成物。
- 前記ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）の総含有量は母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して１．０モル％以下である、請求項１または２に記載の誘電体磁器組成物。
- 前記第１副成分は、Ｌａを含む酸化物または炭酸塩をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の誘電体磁器組成物。
- 前記誘電体磁器組成物は、前記母材主成分の１００モルに対して、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＺｎのうち少なくとも一つを含む酸化物または炭酸塩である第２副成分を０．１〜２．０モル含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の誘電体磁器組成物。
- 前記誘電体磁器組成物は、前記母材主成分のチタン（Ｔｉ）１００モルに対して、原子価固定アクセプタ元素（ｆｉｘｅｄ−ｖａｌｅｎｃｅ ａｃｃｅｐｔｏｒ）元素のＭｇを含む酸化物または炭酸塩である第３副成分を０．００１〜０．５モルを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の誘電体磁器組成物。
- 前記誘電体磁器組成物は、前記母材主成分の１００モルに対して、Ｓｉ及びＡｌの少なくとも一つを含む酸化物、またはＳｉを含むガラス（Ｇｌａｓｓ）化合物である第４副成分を０．００１〜４．０モル含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の誘電体磁器組成物。
- 誘電体層を有し、前記誘電体層を間に挟んで互いに対向するように配置される第１内部電極及び第２内部電極を含むセラミック本体と、
前記セラミック本体の外側に配置され、且つ前記第１内部電極と電気的に連結される第１外部電極、及び前記第２内部電極と電気的に連結される第２外部電極と、を含み、
前記誘電体層は、誘電体磁器組成物を含む誘電体グレインを含み、
前記誘電体磁器組成物は、ＢａＴｉＯ３系母材主成分及び副成分を含み、前記副成分は、第１副成分として、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）を含み、
前記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．６９９モル％未満である、積層セラミックキャパシタ。 - 前記ネオジム（Ｎｄ）の含有量が母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して０．２３３ｍｏｌ％≦Ｎｄ≦０．４６６ｍｏｌ％を満たす、請求項８に記載の積層セラミックキャパシタ。
- 前記ジスプロシウム（Ｄｙ）及びネオジム（Ｎｄ）の総含有量は母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モル％に対して１．０モル％以下である、請求項８または９に記載の積層セラミックキャパシタ。
- 前記第１副成分は、Ｌａを含む酸化物または炭酸塩をさらに含み、前記Ｌａは、前記誘電体グレインの結晶粒界に配置される、請求項８から１０のいずれか一項に記載の積層セラミックキャパシタ。
- 前記誘電体磁器組成物は、前記母材主成分の１００モルに対して、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＺｎのうち少なくとも一つを含む酸化物または炭酸塩である第２副成分を０．１〜２．０モル含む、請求項８から１１のいずれか一項に記載の積層セラミックキャパシタ。
- 前記誘電体磁器組成物は、前記母材主成分のうちチタン（Ｔｉ）１００モルに対して、原子価固定アクセプタ元素（ｆｉｘｅｄ−ｖａｌｅｎｃｅ ａｃｃｅｐｔｏｒ）元素のＭｇを含む酸化物または炭酸塩である第３副成分を０．００１〜０．５モル含む、請求項８から１２のいずれか一項に記載の積層セラミックキャパシタ。
- 前記誘電体磁器組成物は、前記母材主成分の１００モルに対して、Ｓｉ及びＡｌのうち少なくとも一つを含む酸化物、またはＳｉを含むガラス（Ｇｌａｓｓ）化合物である第４副成分を０．００１〜４．０モル含む、請求項８から１３のいずれか一項に記載の積層セラミックキャパシタ。
- 前記誘電体層の厚さは０．４μｍ以下である、請求項８から１４のいずれか一項に記載の積層セラミックキャパシタ。
- 前記積層セラミックキャパシタのサイズは１００５（長さ×幅、１．０ｍｍ×０．５ｍｍ）以下である、請求項８から１５のいずれか一項に記載の積層セラミックキャパシタ。
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