JP2021155316A - 誘電体組成物および電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]化学式Ba2LaZr2(Nb1−xTax)3O15+σで表され、xが、0.35≦x≦0.65である関係を満足するタングステンブロンズ型複合酸化物を主成分として含む誘電体組成物であって、
誘電体組成物は、主成分から構成される結晶粒子を主相として有し、
結晶粒子の少なくとも一部は、ニオブの含有率が異なる第1領域と第2領域とを有する結晶粒子であり、
第1領域におけるニオブの含有率をC1Nb(at.%)とし、第2領域におけるニオブの含有率をC2Nb(at.%)としたとき、C1NbおよびC2Nbが、1.2≦C1Nb/C2Nb≦2.0である関係を満足し、
誘電体組成物は、主相とは異なる組成を有する2次相を有しており、
2次相は、A元素、B元素およびC元素を含む複合酸化物から構成されており、
A元素は、セリウムを除く希土類元素から選ばれる少なくとも1種であり、
B元素は、シリコン、ゲルマニウムおよびセリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、
C元素は、タングステンおよびモリブデンからなる群から選ばれる少なくとも1種である誘電体組成物である。
第2領域におけるタンタルの含有率をC2Ta(at.%)としたとき、C2NbおよびC2Taが、0.39≦C1Nb/C2Nb≦1.02である関係を満足する[1]または[2]に記載の誘電体組成物である。
1.積層セラミックコンデンサ
1.1.積層セラミックコンデンサの全体構成
1.2.誘電体層
1.3.内部電極層
1.4.外部電極
2.誘電体組成物
2.1.複合酸化物
2.2.主相
2.3.2次相
3.積層セラミックコンデンサの製造方法
4.本実施形態のまとめ
5.変形例
(1.1.積層セラミックコンデンサの全体構成)
本実施形態に係る電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサ1が図1に示される。積層セラミックコンデンサ1は、誘電体層2と、内部電極層3と、が交互に積層された構成の素子本体10を有する。この素子本体10の両端部には、素子本体10の内部で交互に配置された内部電極層3と各々導通する一対の外部電極4が形成してある。素子本体10の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、素子本体10の寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよい。
誘電体層2は、後述する本実施形態に係る誘電体組成物から構成されている。その結果、誘電体層2を有する積層セラミックコンデンサは、高温度域においても、高い電界強度下で高い比抵抗を示し、かつ高い絶縁破壊電圧を示すことができる。
本実施形態では、内部電極層3は、各端面が素子本体10の対向する2端部の表面に交互に露出するように積層してある。
外部電極4に含有される導電材は特に限定されない。たとえばNi、Cu、Ag、Pd、Pt、Auあるいはこれらの合金、導電性樹脂など公知の導電材を用いればよい。外部電極4の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよい。
本実施形態に係る誘電体組成物は、タングステンブロンズ型結晶構造を有する複合酸化物を主成分として含有している。具体的には、複合酸化物は、本実施形態に係る誘電体組成物100mol中に、50molよりも多く含有され、75mol以上含まれることが好ましい。
当該複合酸化物は、化学式Ba2LaZr2(Nb1−xTax)3O15+σで表される。ニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)は、タングステンブロンズ型結晶構造のBサイトを占める5価の元素である。ニオブおよびタンタルは所定の割合でBサイトを占めており、Bサイトに存在するニオブおよびタンタルの総数を1としたとき、タンタルが占める割合がxである。
本実施形態に係る誘電体組成物は、多結晶体であり、上記の複合酸化物から構成される多数の結晶粒子が粒界を介して結合している。したがって、上記の複合酸化物から構成される結晶粒子が、本実施形態に係る誘電体組成物の主相を構成する。
本実施形態では、誘電体組成物は、主相以外に、主相と異なる組成を有する2次相を有している。本実施形態では、2次相は、A元素、B元素およびC元素を含む複合酸化物から構成されている。
次に、図1に示す積層セラミックコンデンサ1の製造方法の一例について以下に説明する。
本実施形態では、タングステンブロンズ型結晶構造を有する複合酸化物を主相として有する誘電体組成物において、複合酸化物に含まれるニオブおよびタンタルの組成比を上述した範囲内とし、かつ同一結晶粒子内において、ニオブの濃度がニオブの組成比と同じまたは高い領域(第1領域)と低い領域(第2領域)とを有する結晶粒子を形成している。さらに、上述した特定の価数を有する元素を含む複合酸化物から構成される2次相を、主相を構成する結晶粒子間に形成している。
上述した実施形態では、本実施形態に係る電子部品が積層セラミックコンデンサである場合について説明したが、本実施形態に係る電子部品は、積層セラミックコンデンサに限定されず、上述した誘電体組成物を有する電子部品であれば何でもよい。
まず、主成分の出発原料として平均粒径1.0μm以下のBaCO3、La(OH)3、ZrO2、Nb2O5およびTa2O5の各粉末を準備した。BaCO3とNb2O5とをバリウムおよびニオブのモル比で5:4となるように秤量して混合した。混合した粉末を、700℃、4h、大気中の条件で熱処理を行い、化学式Ba5Nb4O15で表される複合酸化物を得た。
昇温速度:100℃/時間
保持温度:400℃
温度保持時間:8.0時間
雰囲気ガス:加湿したN2とH2との混合ガス
昇温速度:18000℃/時間
焼成温度:1250℃〜1400℃
温度保持時間:0.2時間
冷却速度:100℃/時間
雰囲気ガス:加湿したN2とH2との混合ガス
酸素分圧:10−5〜10−9Pa
保持温度:800℃〜1000℃
温度保持時間:2.0時間
昇温、降温速度:200℃/時間
雰囲気ガス:加湿したN2ガス
積層セラミックコンデンサ試料に対し、250℃において、デジタルLCRメータ(YHP社製4284A)にて、周波数1kHz、入力信号レベル(測定電圧)1Vrmsの信号を入力し、静電容量を測定した。そして、比誘電率(単位なし)を、誘電体層の厚みと、有効電極面積と、測定の結果得られた静電容量とに基づき算出した。比誘電率は高い方が好ましい。本実施例では、比誘電率が200以上である試料を良好であると判断した。結果を表3および4に示す。
積層セラミックコンデンサ試料に対し、250℃において、デジタル抵抗メータ(ADVANTEST社製R8340)にて、測定電圧280V(電界強度40V/μm)、測定時間60秒の条件で絶縁抵抗を測定した。得られた絶縁抵抗の測定値、積層セラミックコンデンサ試料の電極面積および誘電体層の厚みから比抵抗を算出した。比抵抗は高いほうが好ましい。本実施例では、測定電圧280V(電界強度40V/μm)において、1.00×1010Ωcm以上である試料を良好であると判断した。結果を表3および4に示す。
積層セラミックコンデンサ試料を、250℃のオイルバス中に載置し、昇圧速度100V/secの条件で直流電圧を印加し、漏れ電流が10mAを超えた時点での電圧値を耐電圧とした。得られた耐電圧を誘電体層の厚みで割ることにより、単位厚みあたりの耐電圧(絶縁破壊電圧)を算出した。絶縁破壊電圧は高いほうが好ましい。本実施例では、絶縁破壊電圧が250V/μm以上である試料を良好であると判断した。絶縁破壊電圧が280V/μm以上である試料がより好ましい。結果を表3および4に示す。
250℃において、積層セラミックコンデンサ試料の誘電体層に対し電界強度40V/μmが印加されるように直流電圧を印加しながら、絶縁抵抗の経時変化を測定した。直流電圧を印加直後の絶縁抵抗値から1桁低下するまでの時間を故障時間とした。故障時間のワイブル解析から50%の平均故障時間(MTTF)を算出した。各試料番号において、200個の試料について平均故障時間を測定し、その平均値を高温負荷寿命とした。高温負荷寿命は長いほど好ましい。本実施例では、高温負荷寿命が10時間以上である試料を良好と判断した。高温負荷寿命が13時間以上である試料がより好ましく、16時間以上である試料がさらに好ましい。結果を表3および4に示す。
焼成後の誘電体組成物が表5、7および9に示す組成を有するように、準備した出発原料を秤量した以外は、実験1と同じ方法により、コンデンサ試料を作製した。また、作製したコンデンサ試料に対して、実験1と同じ方法により、250℃における特性を評価した。結果を表6、8および10に示す。
10… 素子本体
2… 誘電体層
3… 内部電極層
4… 外部電極
Claims (6)
- 化学式Ba2LaZr2(Nb1−xTax)3O15+σで表され、xが、0.35≦x≦0.65である関係を満足するタングステンブロンズ型複合酸化物を主成分として含む誘電体組成物であって、
前記誘電体組成物は、前記主成分から構成される結晶粒子を主相として有し、
前記結晶粒子の少なくとも一部は、ニオブの含有率が異なる第1領域と第2領域とを有する結晶粒子であり、
前記第1領域におけるニオブの含有率をC1Nb(at.%)とし、前記第2領域におけるニオブの含有率をC2Nb(at.%)としたとき、C1NbおよびC2Nbが、1.2≦C1Nb/C2Nb≦2.0である関係を満足し、
前記誘電体組成物は、前記主相とは異なる組成を有する2次相を有しており、
前記2次相は、A元素、B元素およびC元素を含む複合酸化物から構成されており、
前記A元素は、セリウムを除く希土類元素から選ばれる少なくとも1種であり、
前記B元素は、シリコン、ゲルマニウムおよびセリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、
前記C元素は、タングステンおよびモリブデンからなる群から選ばれる少なくとも1種である誘電体組成物。 - 前記誘電体組成物に含まれる結晶粒子の全個数に対する、前記第1領域および前記第2領域を有する結晶粒子の個数割合をαとしたとき、αが、15%≦α≦40%である関係を満足する請求項1に記載の誘電体組成物。
- 前記第1領域におけるタンタルの含有率をC1Ta(at.%)としたとき、C1NbおよびC1Taが、0.98≦C1Nb/C1Ta≦2.57である関係を満足し、
前記第2領域におけるタンタルの含有率をC2Ta(at.%)としたとき、C2NbおよびC2Taが、0.39≦C1Nb/C2Nb≦1.02である関係を満足する請求項1または2に記載の誘電体組成物。 - 前記複合酸化物において、前記A元素の含有率をA2O3換算でCA(mol%)とし、前記B元素の含有率をBO2換算でCB(mol%)とし、前記C元素の含有率をCO3換算でCC(mol%)としたとき、CA、CBおよびCCが、15≦CA≦20、60≦CB≦80、5≦CC≦20、CA+CB+CC=100である関係を満足する請求項1から3のいずれかに記載の誘電体組成物。
- 前記誘電体組成物の断面において、前記2次相が占める面積割合が2%以上10%以下である請求項1から4のいずれかに記載の誘電体組成物。
- 請求項1から5のいずれかに記載の誘電体組成物を含む誘電体層と、電極と、を備える電子部品。
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