JP3287980B2 - 積層型コンデンサ - Google Patents
積層型コンデンサInfo
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Description
を主成分とし、マンガンを含有する誘電体磁器層と、ニ
ッケル等の卑金属からなる内部電極を有する積層型コン
デンサに関するものである。
品を得るにあたっては、内部電極を構成する電極材料と
誘電体セラミックスとを一体焼成して得られた焼結体が
用いられている。ところで積層コンデンサを製作する場
合、従来のBaTiO3 を主成分とする誘電体材料で
は、1300〜1500℃で焼成するため、内部電極材
料としては、このような温度で溶融しないPt,Pd等
の貴金属が使用されていた。
るという問題があり、高容量化を図るために内部電極数
を増加させた場合にはコストが著しく高くなる。そこ
で、安価なニッケル等の卑金属を内部電極材料として用
いることが試みられている。
内部電極を用いた場合には、内部電極材料が酸化しやす
いため還元雰囲気中で焼成しなければならず、そのよう
な雰囲気下で焼成すると、セラミックスが還元され絶縁
性を失ってしまうという問題があった。このような問題
を解決するものとして、例えばBaTiO3 にMgOや
MnOを添加したり(特開昭57−71866号公報参
照)、さらにこの系にCaZrO3 を添加したり(特開
昭62−157603号公報参照)することが提案され
ていた。
ような従来の組成を用いた積層型コンデンサでは、高
温,高電圧の環境で用いられる場合には製品寿命が短い
という問題があった。その原因は、高温,高電圧の環境
においては、誘電体磁器自体の電気伝導性が高くなって
誘電体としての機能を果たさなくなり、即ち、高温,高
電圧環境においては誘電体としての寿命が短くなり、そ
の実用化に際して障害となっていた。特に、高容量化の
ために誘電体層を薄層化する傾向にあるが、従来のグリ
ーンシートを用いた方法では薄層化に限界があった。ま
た、誘電体層が薄くなる程、高温,高電圧環境において
は電気伝導性が高くなり易いという問題があった。
層型コンデンサでは、高温と低温が交互に生じるような
環境で使用される場合、内部電極層と誘電体層との接合
強度が低下して境界部分にクラック等が生じ易くなり、
熱衝撃性が低いという問題があった。
0μmと薄い場合でも、高温,高電圧の環境下における
寿命を向上することができるとともに、熱衝撃性を向上
することができる積層型コンデンサを提供することを目
的とする。
点に関して鋭意検討した結果、BaTiO3 100モル
部に対してマンガンを0.04〜0.5モル部含有する
厚み3〜10μmの誘電体磁器層と、卑金属からなる内
部電極層とを交互に積層してなり、誘電体磁器層の熱処
理前後の重量変化から求められる酸素空孔補償量ΔVo
が0.005〜0.5モル%である場合には、誘電体層
が薄層であっても高温,高電圧の環境下における寿命を
向上することができるとともに、熱衝撃性を向上するこ
とができることを見い出し、本発明に至った。
ン酸バリウムを主成分とし、このチタン酸バリウム10
0モル部に対してマンガンを0.04〜0.5モル部含
有する厚み3〜10μmの誘電体磁器層と、卑金属から
なる内部電極層とを交互に積層してなる積層型コンデン
サであって、前記誘電体磁器層の熱処理前後の重量変化
から求められる酸素空孔補償量ΔVo が0.005〜
0.5モル%のものである。
が雰囲気によって変化することが、製品寿命を長くする
ために必要であるが、還元焼成後に熱処理を行ったとし
ても、酸素空孔濃度の変化がなければ製品寿命は変化し
ない。本願発明では、熱処理を行うことと、マンガン添
加量を制御すること、および誘電磁器層用スリップを用
いて3〜10μmの誘電体磁器層を作製することによ
り、酸素空孔濃度を変化させ、酸素空孔補償量ΔVo を
0.005〜0.5モル%とすることができるのであ
る。
濃度の変化によって決まることから、電子濃度が添加物
の価数変化によって補償されるならば寿命を長くするこ
とができる。添加物の価数変化は、同時に酸素空孔濃度
を変化させることから、酸素空孔濃度の変化する磁器は
添加物が価数変化することを示しており、寿命を長くす
る傾向に一致する。即ち、酸素空孔補償量の大きい組成
及びプロセスは、高温、高電圧の環境下における製品寿
命を長くすることができる。
内部電極層と誘電体層との接合強度が向上し、高温と低
温が交互に生じるような環境での使用でも、熱衝撃性が
向上し、内部電極層と誘電体層との境界部分にクラック
等が生じることがない。
の誘電体磁器層は、チタン酸バリウム(BaTiO3 )
を主成分とするもので、例えば、BaTiO3 100モ
ル部に対して、MgOを0.2〜2.0モル部、Y2 O
3 を0.5〜1.5モル部、MnCO3 を0.04〜
0.5モル部からなる成分100重量部に対して、Si
O2 20〜70モル%、Li2 O0〜50モル%、Ba
O0〜40モル%、CaO0〜40モル%からなるガラ
ス成分を0〜3重量部添加して構成される。この場合
に、不純物としてZrO2 ,Al2 O3 ,Fe2 O3 が
混入する場合がある。
ためには、BaTiO3 100モル部に対して、MgO
を0.5〜1.5モル部、Y2 O3 を0.75〜1.2
5ル部、MnCO3 を0.1〜0.3モル部からなる成
分100重量部に対して、SiO2 40〜60モル%、
Li2 O10〜25モル%、BaO15〜40モル%、
CaO0〜25モル%からなるガラス成分を1〜2重量
部添加して構成される。
のは、厚みを薄くし、高容量下を図るためである。厚み
が3μmよりも薄い場合には、ドクターブレード法によ
る成形が困難となり、10μmよりも厚い場合には、静
電容量が低くなるからである。誘電体磁器層の厚みは耐
電圧という点から5〜10μmが望ましい。
して0.04〜0.5モル部含有させたのは、マンガン
添加により酸素空孔補償量ΔVo を増加することができ
るからであり、マンガンが0.04モル部よりも少ない
場合には必要なΔVo が得られなくなり、マンガンが
0.5モル部よりも多い場合には、エージング特性が悪
化し、高温,高電圧の環境下における寿命が短くなるか
らである。マンガンは0.1〜0.3モル部含有するこ
とが高温,高電圧の環境下における寿命の確保という点
から望ましい。
らなるものである。
に対する酸素空孔濃度変化のうち、特に、添加物の価数
変化に基づく変化分を示すものであり、この量が大きい
ほど、高温,高電圧の環境下における寿命が長くなる。
酸素空孔補償量ΔVo は、例えば温度1000℃、酸素
分圧10-4Paの雰囲気中での熱処理前後の重量変化か
ら求められる。
5モル%としたのは、この範囲内であれば高温,高電圧
下での寿命を十分に長くできるからである。即ち、酸素
空孔補償量ΔVo が0.005モル%よりも少ない場合
や、0.5モル%よりも多い場合には、高温,高電圧下
での寿命が短くなるからである。酸素空孔補償量ΔVo
は寿命のバラツキを抑制するという点から0.01〜
0.3モル%含有することが望ましい。
ば、上記したような組成からなる誘電体磁器層用スリッ
プを作製するとともに、上記したような組成からなる内
部電極層用スリップを作製する。
ドクターブレード法により複数回塗布し、厚みが5〜1
3μmの厚みの誘電体成形膜を形成し、この誘電体成形
膜の表面に電極層用スリップをスクリーン印刷して所定
形状の電極膜を形成する。この工程を所望の容量が得ら
れるまで繰り返す。この積層体を酸素分圧が3×10-5
〜3×10-3Paの非還元性雰囲気において1200〜
1300℃で1〜5時間一体焼成し、この後、誘電体磁
器中の酸素空孔補償量が増加する条件、即ち、酸素分圧
が1×10-2〜2 ×104 Paの雰囲気中において80
0〜1100℃で1〜5時間熱処理し、本発明の積層型
コンデンサを得る。
末を用い、混合後1150℃にて固相反応させBaTi
O3 を合成し、粒径0.5μmに微粉砕した。次にBa
TiO3 ,MgO,Y2 O3 ,MnCO3 を、表1の組
成となるように調合し、さらに、この組成物100重量
部に対して、SiO2 50モル%、Li2 O20モル
%、BaO20モル%、CaO10モル%からなるガラ
ス成分を1.5重量部添加し、ZrO2 ボールにより混
合し、バインダー,可塑剤を加え、誘電体磁器層用スリ
ップを得た。また、Niとテルピネオールを添加し、A
l2 O3 ボールにより混合し、バインダー、可塑剤を加
え、電極層用スリップを得た。
ドクターブレード法により塗布し、この誘電体成形膜の
上面に、Niを主成分とする電極層用スリップをクシ型
構造となるようにスクリーン印刷し、誘電体成形膜と電
極膜の成形工程を50回繰り返し、誘電体成形膜を50
層有する積層成形体を作製した。この積層成形体を熱圧
着後、酸素分圧が3×10-4Paの非還元性雰囲気にお
いて1250℃で2時間焼成した後、表1のような熱処
理を行った。
に対して、誘電体層厚みを測定するとともに、熱衝撃特
性,容量,誘電体磁器中の酸素空孔補償量ΔVo を測定
し、さらに、信頼性試験を行った。
た。熱衝撃特性は室温に保持した200個の試料を34
0℃の半田槽中に浸漬し、表面にクラックが生じた個数
で判断した。容量はLCRメータで測定し、誘電体一層
当たりの容量に換算した。
o は、上記表1の組成の誘電体磁器層用スリップをドク
ターブレード法により複数回塗布し、打ち抜き法により
直径20mm厚み1mmの誘電体成形体を作製し、上記
のような焼成条件で焼成した後、誘電体磁器の重量を測
定し、表1のような熱処理を行った後の誘電体磁器の重
量を測定し、熱処理前の重量に対する熱処理後の重量減
少分を酸素空孔量の変化によるものとみなし、酸素空孔
補償量を算出した。
コンデンサの両端面にスパッタ法により金電極を形成
し、これを300℃の測定炉中で1000Vの電圧を印
加し、ショート故障に至るまでの時間を測定した。これ
らの結果を表2に示す。
では、高温,高電圧の環境下における寿命(信頼性)を
向上することができるとともに、熱衝撃性を向上するこ
とができる。
磁器層の厚みが1〜10μmと薄い場合でも、高温,高
電圧の環境下における寿命を向上することができるとと
もに、熱衝撃性を向上することができる。
Claims (1)
- 【請求項1】チタン酸バリウムを主成分とし、このチタ
ン酸バリウム100モル部に対してマンガンを0.04
〜0.5モル部含有する厚み3〜10μmの誘電体磁器
層と、卑金属からなる内部電極層とを交互に積層してな
る積層型コンデンサであって、前記誘電体磁器層の熱処
理前後の重量変化から求められる酸素空孔補償量ΔVo
が0.005〜0.5モル%であることを特徴とする積
層型コンデンサ。
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- 1995-07-31 JP JP19521495A patent/JP3287980B2/ja not_active Expired - Fee Related
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