JP2021177512A - 誘電体、電子部品、および積層セラミックコンデンサ - 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積層チップ10と、積層チップ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、積層チップ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、積層チップ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。
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、BaTiO3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。誘電体層11を構成するセラミックの合成方法としては、従来種々の方法が知られており、例えば固相法、ゾル−ゲル法、水熱法等が知られている。本実施形態においては、これらのいずれも採用することができる。
金属材料、共材、および有機バインダを混合することで、金属導電ペーストを作製する。内部電極層12を薄層化する観点から、金属材料として、粒径の小さいものを用いる。本実施形態においては、金属材料には、平均粒径が120nm以下の金属(例えば、Niなど)を用いる。また、金属導電ペーストには、共材としてセラミック粒子を添加しておく。セラミック粒子の主成分セラミックは、特に限定するものではないが、誘電体層11の主成分セラミックと同じであることが好ましい。したがって、共材は、チタン酸バリウムなどである。
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。図4(a)で例示するように、得られたスラリを使用して、例えばダイコータ法やドクターブレード法により、基材上に例えば厚み0.8μm以下の帯状の誘電体グリーンシート41を塗工して乾燥させる。図4(a)では基材を省略してある。
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。
その後、焼成工程より酸素分圧を高くした還元雰囲気中で焼成工程の最高温度よりも300℃低い温度(例えば880℃)で20分間保持したのちに冷却し、焼結体を得る。
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。
(めっき処理工程)
その後、めっき処理により、外部電極20a,20bの下地層に、Cu,Ni,Sn等の金属コーティングを行う。それにより、積層セラミックコンデンサ100を得ることができる。
BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Dyの酸化物をDy2O3に換算して2.00mol%、Mgの酸化物をMgOに換算して0.10mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.075mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.50mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。
実施例2では、実施例1と比較して、焼成温度を20℃高い温度に変更した。その他の条件は、実施例1と同様とした。実施例2では、仮焼粉の平均粒径が97nmであり、結晶粒子14の平均結晶粒子径は467nmであった。
実施例3では、実施例1と比較して、用意するBaTiO3を平均粒径が20nm大きいものへ変更した。その他の条件は、実施例1と同様とした。実施例3では、仮焼粉の平均粒径が122nmであり、結晶粒子14の平均結晶粒子径は263nmであった。
実施例4では、実施例3と比較して、焼成温度を20℃高い温度に変更した。その他の条件は、実施例3と同様とした。実施例2では、仮焼粉の平均粒径が122nmであり、結晶粒子14の平均結晶粒子径は315nmであった。
実施例5では、実施例4と比較して、焼成温度を20℃高い温度に変更した。その他の条件は、実施例1と同様とした。実施例5では、仮焼粉の平均粒径が122nmであり、結晶粒子14の平均結晶粒子径は417nmであった。
実施例6では、実施例1と比較して、用意するBaTiO3を平均粒径が120nm大きいものへ変更した。その他の条件は、実施例2と同様とした。実施例6では、仮焼粉の平均粒径が218nmであり、結晶粒子14の平均結晶粒子径は316nmであった。
比較例1では、実施例6と比較して、880℃、20分間の温度保持工程をおこなわず、焼成工程の最高温度から冷却を行なった。その他の条件は、実施例1と同様とした。比較例1では、仮焼粉の平均粒径が218nmであり、結晶粒子14の平均結晶粒子径は254nmであった。
比較例2では、実施例1と比較して、880℃、20分間の温度保持工程をおこなわず、焼成工程の最高温度から冷却を行なった。また、実施例1と比較して、用意するBaTiO3を平均粒径が220nm大きいものへ変更した。その他の条件は、実施例2と同様とした。比較例2では、仮焼粉の平均粒径が321nmであり、結晶粒子14の平均結晶粒子径は343nmであった。
比較例3では、比較例2と比較して、焼成温度を20℃高い温度へ変更した。その他の条件は、比較例2と同様とした。比較例3では、仮焼粉の平均粒径が321nmであり、結晶粒子14の平均結晶粒子径は387nmであった。
次に、実施例1〜6および比較例1〜3について、寿命測定試験を行なった。150℃、−240Vの加速条件で、寿命が800min以上となった場合に合格「○」と判定し、寿命が800minを下回った場合に、不合格「×」と判定した。
次に、実施例1〜6および比較例1〜3について、温度変化率を測定した。25℃の容量を基準としたとき、125℃における容量変化率を測定した。容量変化率が−33%以上であれば、合格と判定した。
実施例7では、Dy以外の希土類元素を添加した。実施例7では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して1.75mol%、Mgの酸化物をMgOに換算して0.15mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.50mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。実施例7では、仮焼粉の平均粒径が115nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は317nmであった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例8では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して2.00mol%、Mgの酸化物をMgOに換算して0.15mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.50mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。実施例8では、仮焼粉の平均粒径が115nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は422nmであった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例9では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して2.50mol%、Mnの酸化物をMnO2に換算して0.15mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.50mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。実施例9では、仮焼粉の平均粒径が115nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は342nmであった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例10では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して2.50mol%、Zrの酸化物をZrO2に換算して0.15mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.50mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。実施例10では、仮焼粉の平均粒径が115nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は252nmであった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例11では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して2.50mol%、Mgの酸化物をMgOに換算して0.15mol%、Crの酸化物をCr2O3に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.50mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。実施例11では、仮焼粉の平均粒径が115nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は316nmであった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例12では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Yの酸化物をY2O3に換算して1.75mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して1.75mol%、Mgの酸化物をMgOに換算して0.15mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.50mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。実施例12では、仮焼粉の平均粒径が127nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は328nmであった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例13では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Yの酸化物をY2O3に換算して1.00mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して1.75mol%、Mgの酸化物をMgOに換算して0.15mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.50mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。実施例13では、仮焼粉の平均粒径が127nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は387nmであった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例14では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して2.50mol%、Mnの酸化物をMnO2に換算して0.50mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.20mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。実施例14では、仮焼粉の平均粒径が115nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は284nmであった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例15では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して2.50mol%、Mnの酸化物をMnO2に換算して1.50mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.00mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。実施例15では、仮焼粉の平均粒径が115nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は237nmであった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例16では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して2.50mol%、Mgの酸化物をMgOに換算して2.00mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.20mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。実施例16では、仮焼粉の平均粒径が115nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は251nmであった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
比較例4では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して3.50mol%、Mnの酸化物をMnO2に換算して0.15mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.70mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。比較例4では、実施例1と比較して、880℃、20分間の温度保持工程をおこなわず、焼成工程の最高温度から冷却を行なった。その他の条件は、実施例1と同様とした。比較例4では、仮焼粉の平均粒径が253nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は302nmであった。
比較例5では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して2.50mol%、Zrの酸化物をZrO2に換算して0.10mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.90mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。比較例5では、実施例1と比較して、880℃、20分間の温度保持工程をおこなわず、焼成工程の最高温度から冷却を行なった。その他の条件は、実施例1と同様とした。比較例5では、仮焼粉の平均粒径が253nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は284nmであった。
比較例6では、BaおよびTiの酸化物をBaTiO3に換算して100mol%、Yの酸化物をY2O3に換算して1.75mol%、Hoの酸化物をHo2O3に換算して1.75mol%、Mgの酸化物をMgOに換算して0.075mol%、Vの酸化物をV2O5に換算して0.05mol%、Siの酸化物をSiO2に換算して1.80mol%の組成割合となるよう秤量し、ボールミルで15時間〜24時間、湿式混合粉砕して混合物を得た。比較例6では、実施例1と比較して、880℃、20分間の温度保持工程をおこなわず、焼成工程の最高温度から冷却を行なった。その他の条件は、実施例1と同様とした。比較例6では、仮焼粉の平均粒径が252nmであり、焼結体の平均結晶粒子径は279nmであった。
次に、実施例7〜16および比較例4〜6について、寿命測定試験を行なった。150℃、−240Vの加速条件で、寿命が800min以上となった場合に合格「○」と判定し、寿命が800minを下回った場合に、不合格「×」と判定した。
次に、実施例7〜16および比較例4〜6について、温度変化率を測定した。25℃の容量を基準としたとき、125℃における容量変化率を測定した。容量変化率が−33%以上であれば、合格と判定した。
11 誘電体層
12 内部電極層
13 カバー層
14 結晶粒子
20a,20b 外部電極
30 コアシェル粒子
31 コア部
32 シェル部
33 対応粒界
100 積層セラミックコンデンサ
Claims (15)
- 双晶構造を有するコアシェル粒子を含み、
前記コアシェル粒子における双晶の対応粒界は、前記コアシェル粒子の粒界からシェル部を通り、コア部を通り、前記コア部を挟んで反対側の前記シェル部を通って前記コアシェル粒子の粒界まで延びていることを特徴とする誘電体。 - 前記誘電体に含まれる結晶粒子に対する前記コアシェル粒子が占める個数の割合は、2%以上、20%以下であることを特徴とする請求項1に記載の誘電体。
- 前記コアシェル粒子は、BaおよびTiの酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の誘電体。
- 前記コアシェル粒子は、希土類元素の酸化物を含み、Mg、V、Mn、ZrおよびCrの酸化物の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の誘電体。
- 前記誘電体の主成分セラミックを100mol%とした場合に、希土類Re(Reは希土類元素の少なくとも1種)の酸化物がRe2O3の酸化物に換算して1.75mol%〜3.50mol%含まれ、Mg、V、Mn、ZrおよびCrの酸化物がMgO、MnO2、ZrO2、V2O5およびCr2O3に換算して合計で0.02mol%〜2.05mol%含まれることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の誘電体。
- Siの酸化物が含まれることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の誘電体。
- 前記誘電体の主成分セラミックを100mol%とした場合に、Siの酸化物はSiO2に換算して0.25mol%〜2.50mol%含まれることを特徴とする請求項6に記載の誘電体。
- 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の誘電体を含むことを特徴とする電子部品。
- 双晶構造を有するコアシェル粒子を含む複数の誘電体層と、複数の内部電極層とが積層された積層構造を有し、
前記コアシェル粒子における双晶の対応粒界は、前記コアシェル粒子の粒界からシェル部を通り、コア部を通り、前記コア部を挟んで反対側の前記シェル部を通って前記コアシェル粒子の粒界まで延びていることを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 - 前記誘電体層に含まれる結晶粒子に対する前記コアシェル粒子が占める個数の割合は、2%以上、20%以下であることを特徴とする請求項9に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記コアシェル粒子は、BaおよびTiの酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記コアシェル粒子は、希土類元素の酸化物を含み、Mg、V、Mn、ZrおよびCrの酸化物の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記誘電体層の主成分セラミックを100mol%とした場合に、希土類Re(Reは希土類元素の少なくとも1種)の酸化物がRe2O3の酸化物に換算して1.75mol%〜3.50mol%含まれ、Mg、V、Mn、ZrおよびCrの酸化物がMgO、MnO、ZrO2、V2O5およびCr2O3に換算して合計で0.02mol%〜2.05mol%含まれることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の積層セラミックコンデンサ。
- Siの酸化物が含まれることを特徴とする請求項9から請求項13のいずれか一項に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記誘電体層の主成分セラミックを100mol%とした場合に、Siの酸化物はSiO2に換算して0.25mol%〜2.50mol%含まれることを特徴とする請求項14に記載の積層セラミックコンデンサ。
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