JP3391268B2 - 誘電体セラミックおよびその製造方法、ならびに、積層セラミック電子部品およびその製造方法 - Google Patents
誘電体セラミックおよびその製造方法、ならびに、積層セラミック電子部品およびその製造方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、たとえばニッケ
ルまたはニッケル合金のような卑金属からなる内部導体
を有する積層セラミックコンデンサのような積層セラミ
ック電子部品において有利に用いられる誘電体セラミッ
クおよびその製造方法、ならびに、この誘電体セラミッ
クを用いて構成された積層セラミック電子部品およびそ
の製造方法に関するものである。
ルまたはニッケル合金のような卑金属からなる内部導体
を有する積層セラミックコンデンサのような積層セラミ
ック電子部品において有利に用いられる誘電体セラミッ
クおよびその製造方法、ならびに、この誘電体セラミッ
クを用いて構成された積層セラミック電子部品およびそ
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】積層セラミック電子部品の小型化および
低コスト化が進んでいる。その一手段として、これまで
も、セラミック層の薄層化および内部導体の卑金属化が
進められている。たとえば、 積層セラミック電子部品の
1つである積層セラミックコンデンサにおいては、誘電
体セラミック層の厚みは3μm 近くまで薄層化が進行
し、また、内部導体すなわち内部電極のための材料とし
ても、Cu、Niなどの卑金属が使用されるようになっ
ている。
低コスト化が進んでいる。その一手段として、これまで
も、セラミック層の薄層化および内部導体の卑金属化が
進められている。たとえば、 積層セラミック電子部品の
1つである積層セラミックコンデンサにおいては、誘電
体セラミック層の厚みは3μm 近くまで薄層化が進行
し、また、内部導体すなわち内部電極のための材料とし
ても、Cu、Niなどの卑金属が使用されるようになっ
ている。
【0003】ところが、このようにセラミック層が薄層
化してくると、セラミック層にかかる電界が高くなり、
電界による誘電率の変化が大きい誘電体をセラミック層
として使用することには問題がある。また、セラミック
層の厚み方向でのセラミック粒子数が少なくなり、信頼
性にも問題が生じてくる。
化してくると、セラミック層にかかる電界が高くなり、
電界による誘電率の変化が大きい誘電体をセラミック層
として使用することには問題がある。また、セラミック
層の厚み方向でのセラミック粒子数が少なくなり、信頼
性にも問題が生じてくる。
【0004】このような状況に対応するため、セラミッ
ク粒子径を小さくすることによって、誘電体セラミック
層の厚み方向でのセラミック粒子数を増やし、それによ
って、信頼性を高めることを可能としたセラミック材料
が、たとえば、特開平9−241074号公報および特
開平9−241075号公報において提案されている。
このようにセラミック粒子径を制御することで、誘電率
の電界による変化あるいは温度による変化を小さくする
ことが可能になる。
ク粒子径を小さくすることによって、誘電体セラミック
層の厚み方向でのセラミック粒子数を増やし、それによ
って、信頼性を高めることを可能としたセラミック材料
が、たとえば、特開平9−241074号公報および特
開平9−241075号公報において提案されている。
このようにセラミック粒子径を制御することで、誘電率
の電界による変化あるいは温度による変化を小さくする
ことが可能になる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術では、誘電体セラミック層の厚みが1μm程
度あるいはそれよりも薄くなると、強誘電性を示すチタ
ン酸バリウム系材料を誘電体セラミック層の材料として
用いる場合、誘電体セラミック層にかかる電界強度の影
響が大きく現れ、電界強度による誘電率の低下が大きく
なる。したがって、これを用いて構成した積層セラミッ
ク電子部品の定格電圧を下げる必要がある。このため、
上述した従来技術に頼る限り、積層セラミック電子部品
において、1μm以下のような薄層化を図ることは、困
難または不可能である。
た従来技術では、誘電体セラミック層の厚みが1μm程
度あるいはそれよりも薄くなると、強誘電性を示すチタ
ン酸バリウム系材料を誘電体セラミック層の材料として
用いる場合、誘電体セラミック層にかかる電界強度の影
響が大きく現れ、電界強度による誘電率の低下が大きく
なる。したがって、これを用いて構成した積層セラミッ
ク電子部品の定格電圧を下げる必要がある。このため、
上述した従来技術に頼る限り、積層セラミック電子部品
において、1μm以下のような薄層化を図ることは、困
難または不可能である。
【0006】そこで、この発明の目的は、1μm程度あ
るいはそれよりも薄いセラミック層を備える積層セラミ
ック電子部品において有利に用いられ得る、誘電体セラ
ミックおよびその製造方法、ならびに、このような誘電
体セラミックを用いて構成された積層セラミック電子部
品およびその製造方法を提供しようとすることである。
るいはそれよりも薄いセラミック層を備える積層セラミ
ック電子部品において有利に用いられ得る、誘電体セラ
ミックおよびその製造方法、ならびに、このような誘電
体セラミックを用いて構成された積層セラミック電子部
品およびその製造方法を提供しようとすることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る誘電体セ
ラミックは、ペロブスカイト構造のc軸/a軸比が1.
000以上1.003未満であり、結晶格子中のOH基
量が2.0wt%以下(0wt%は含まず。)の、湿式合成
法で合成しかつ熱処理して得られたチタン酸バリウム系
粉末を焼成して得られたものである。
ラミックは、ペロブスカイト構造のc軸/a軸比が1.
000以上1.003未満であり、結晶格子中のOH基
量が2.0wt%以下(0wt%は含まず。)の、湿式合成
法で合成しかつ熱処理して得られたチタン酸バリウム系
粉末を焼成して得られたものである。
【0008】また、この発明に係る誘電体セラミックの
製造方法は、上述したペロブスカイト構造のc軸/a軸
比が1.000以上1.003未満であり、結晶格子中
のOH基量が2.0wt%以下(0wt%は含まず。)の、
湿式合成法で合成しかつ熱処理して得られたチタン酸バ
リウム系粉末を用意する工程と、このチタン酸バリウム
系粉末を焼成する工程とを備えている。
製造方法は、上述したペロブスカイト構造のc軸/a軸
比が1.000以上1.003未満であり、結晶格子中
のOH基量が2.0wt%以下(0wt%は含まず。)の、
湿式合成法で合成しかつ熱処理して得られたチタン酸バ
リウム系粉末を用意する工程と、このチタン酸バリウム
系粉末を焼成する工程とを備えている。
【0009】なお、上述のOH基量は、試料を熱重量分
析し、150℃以上の温度での減量値に基づいて求めた
ものである。
析し、150℃以上の温度での減量値に基づいて求めた
ものである。
【0010】好ましくは、上述のチタン酸バリウム系粉
末は、最大粒子径が0.3μm以下、平均粒子径が0.
05〜0.15μmとされる。
末は、最大粒子径が0.3μm以下、平均粒子径が0.
05〜0.15μmとされる。
【0011】また、好ましくは、上述のチタン酸バリウ
ム系粉末は、1つの粉体粒子において、結晶性の低い部
分と結晶性の高い部分とからなり、結晶性の低い部分の
直径が粉体粒径の0.5以上とされる。図2に示すチタ
ン酸バリウム系粉末の透過型電子顕微鏡写真および図3
に示すその説明図に見られるように、ここで言う結晶性
の低い部分21とは、空隙22などの格子欠陥を多く含
む領域のことであり、他方、結晶性の高い部分23と
は、このような欠陥を含まない領域のことである。
ム系粉末は、1つの粉体粒子において、結晶性の低い部
分と結晶性の高い部分とからなり、結晶性の低い部分の
直径が粉体粒径の0.5以上とされる。図2に示すチタ
ン酸バリウム系粉末の透過型電子顕微鏡写真および図3
に示すその説明図に見られるように、ここで言う結晶性
の低い部分21とは、空隙22などの格子欠陥を多く含
む領域のことであり、他方、結晶性の高い部分23と
は、このような欠陥を含まない領域のことである。
【0012】また、好ましくは、(焼成後の誘電体セラ
ミックの平均粒径)/(用意されるチタン酸バリウム系
粉末の平均粒径)の比をRとしたとき、Rは0.90〜
1.2の範囲内にあるように選ばれる。
ミックの平均粒径)/(用意されるチタン酸バリウム系
粉末の平均粒径)の比をRとしたとき、Rは0.90〜
1.2の範囲内にあるように選ばれる。
【0013】この発明に係る誘電体セラミックの複数の
粒子は、個々の粒子内で組成および結晶系が異なるコア
シェル構造を示している場合も、個々の粒子内で一様な
組成および結晶系を示している場合もある。
粒子は、個々の粒子内で組成および結晶系が異なるコア
シェル構造を示している場合も、個々の粒子内で一様な
組成および結晶系を示している場合もある。
【0014】ここで言う結晶系とは、ペロブスカイト結
晶の晶系のことであり、ペロブスカイト構造におけるc
軸/a軸比が1の立方晶であるか、c軸/a軸比が1以
上の正方晶であるかのことである。
晶の晶系のことであり、ペロブスカイト構造におけるc
軸/a軸比が1の立方晶であるか、c軸/a軸比が1以
上の正方晶であるかのことである。
【0015】この発明は、また、複数の積層された誘電
体セラミック層と、これら誘電体セラミック層間の特定
の界面に沿って形成された内部導体とを含む、積層体を
備える、積層セラミック電子部品およびその製造方法に
も向けられる。
体セラミック層と、これら誘電体セラミック層間の特定
の界面に沿って形成された内部導体とを含む、積層体を
備える、積層セラミック電子部品およびその製造方法に
も向けられる。
【0016】より詳細には、積層セラミック電子部品に
備える誘電体セラミック層が、ペロブスカイト構造のc
軸/a軸比が1.000以上1.003未満であり、結
晶格子中のOH基量が2.0wt%以下(0wt%は含ま
ず。)の、湿式合成法で合成しかつ熱処理して得られた
チタン酸バリウム系粉末を焼成して得られた、誘電体セ
ラミックから構成される。
備える誘電体セラミック層が、ペロブスカイト構造のc
軸/a軸比が1.000以上1.003未満であり、結
晶格子中のOH基量が2.0wt%以下(0wt%は含ま
ず。)の、湿式合成法で合成しかつ熱処理して得られた
チタン酸バリウム系粉末を焼成して得られた、誘電体セ
ラミックから構成される。
【0017】上述した積層セラミック電子部品におい
て、内部導体は、好ましくは、ニッケルまたはニッケル
合金のような卑金属を含む。
て、内部導体は、好ましくは、ニッケルまたはニッケル
合金のような卑金属を含む。
【0018】また、積層セラミック電子部品は、積層体
の端面上の互いに異なる位置に設けられる複数の外部電
極をさらに備えていてもよく、この場合には、複数の内
部導体は、いずれかの外部電極に電気的に接続されるよ
うに、それぞれの端縁を端面に露出させた状態でそれぞ
れ形成されている。このような構成は、典型的には、積
層セラミックコンデンサにおいて適用される。
の端面上の互いに異なる位置に設けられる複数の外部電
極をさらに備えていてもよく、この場合には、複数の内
部導体は、いずれかの外部電極に電気的に接続されるよ
うに、それぞれの端縁を端面に露出させた状態でそれぞ
れ形成されている。このような構成は、典型的には、積
層セラミックコンデンサにおいて適用される。
【0019】
【発明の実施の形態】この発明において用いられるチタ
ン酸バリウム系粉末は、一般式:(Ba1-xXx )
m (Ti1-y Yy )O3 で示される組成を有している。
より特定的な組成については、特に限定されるものでは
ない。たとえば、Xとしては、Caおよび希土類元素の
単体あるいはそれらの2種以上を含むものでもよい。ま
た、Yとしては、Zr、Mnなどの単体あるいはそれら
の2種以上を含むものでもよい。また、mは、チタン酸
バリウム系粉末の組成にもよるが、一般的に、1.00
0〜1.035の範囲であることが、非還元性の誘電体
セラミックを得るには好ましい。
ン酸バリウム系粉末は、一般式:(Ba1-xXx )
m (Ti1-y Yy )O3 で示される組成を有している。
より特定的な組成については、特に限定されるものでは
ない。たとえば、Xとしては、Caおよび希土類元素の
単体あるいはそれらの2種以上を含むものでもよい。ま
た、Yとしては、Zr、Mnなどの単体あるいはそれら
の2種以上を含むものでもよい。また、mは、チタン酸
バリウム系粉末の組成にもよるが、一般的に、1.00
0〜1.035の範囲であることが、非還元性の誘電体
セラミックを得るには好ましい。
【0020】チタン酸バリウム系粉末は、ペロブスカイ
ト構造のc軸/a軸比が1.000以上1.003未満
であり、結晶格子中のOH基量が2.0wt%以下(0wt
%は含まず。)であり、かつ、最大粒子径が0.3μm
以下であって、平均粒子径が0.05〜0.15μmで
あるものが有利に用いられる。このようなチタン酸バリ
ウム系粉末は、水熱合成法、加水分解法、あるいはゾル
ゲル法などの湿式合成法で得られたチタン酸バリウム系
粉末を熱処理して得られたものである。
ト構造のc軸/a軸比が1.000以上1.003未満
であり、結晶格子中のOH基量が2.0wt%以下(0wt
%は含まず。)であり、かつ、最大粒子径が0.3μm
以下であって、平均粒子径が0.05〜0.15μmで
あるものが有利に用いられる。このようなチタン酸バリ
ウム系粉末は、水熱合成法、加水分解法、あるいはゾル
ゲル法などの湿式合成法で得られたチタン酸バリウム系
粉末を熱処理して得られたものである。
【0021】上述した熱処理においては、c軸/a軸比
が1.000以上1.003未満といった値になるよう
に、あまり粒成長させない熱処理条件が設定される。た
とえば、空気中で熱処理されたり、窒素気流中あるいは
H2 O気流中で熱処理温度と時間とを調整することによ
って、熱処理される。
が1.000以上1.003未満といった値になるよう
に、あまり粒成長させない熱処理条件が設定される。た
とえば、空気中で熱処理されたり、窒素気流中あるいは
H2 O気流中で熱処理温度と時間とを調整することによ
って、熱処理される。
【0022】また、上述した熱処理後において、図2お
よび図3に示す、チタン酸バリウム系粉末は、1つの粉
体粒子において、結晶性の低い部分21の直径比、すな
わち、粉体粒径に対する結晶性の低い部分21の直径
が、0.5以上となるように設定される。このような直
径比は、たとえば、熱処理時の昇温速度を5℃/分以上
にすることなどによって得ることができる。
よび図3に示す、チタン酸バリウム系粉末は、1つの粉
体粒子において、結晶性の低い部分21の直径比、すな
わち、粉体粒径に対する結晶性の低い部分21の直径
が、0.5以上となるように設定される。このような直
径比は、たとえば、熱処理時の昇温速度を5℃/分以上
にすることなどによって得ることができる。
【0023】このように用意されたチタン酸バリウム系
粉末の平均粒径と焼成後の誘電体セラミックの平均粒径
との関係、すなわち、(焼成後の誘電体セラミックの平
均粒径)/(用意されたチタン酸バリウム系粉末の平均
粒径)の比をRとしたとき、このRは、0.90〜1.
2の範囲内にあることが好ましい。言い換えると、セラ
ミック焼結時に顕著な粒成長が生じないようにすること
が好ましく、そのため、チタン酸バリウム系粉末には、
たとえばMnおよび/またはMg成分あるいはSiを主
成分とする焼結助材などが添加される。これらの添加物
は、一般的には、酸化物粉末あるいは炭酸化物粉末の形
態でチタン酸バリウム系粉末に混合する方法によって添
加される。あるいは、これら添加物成分を含む溶液をチ
タン酸バリウム系粉末の表面に付与し、熱処理するなど
の方法も可能である。
粉末の平均粒径と焼成後の誘電体セラミックの平均粒径
との関係、すなわち、(焼成後の誘電体セラミックの平
均粒径)/(用意されたチタン酸バリウム系粉末の平均
粒径)の比をRとしたとき、このRは、0.90〜1.
2の範囲内にあることが好ましい。言い換えると、セラ
ミック焼結時に顕著な粒成長が生じないようにすること
が好ましく、そのため、チタン酸バリウム系粉末には、
たとえばMnおよび/またはMg成分あるいはSiを主
成分とする焼結助材などが添加される。これらの添加物
は、一般的には、酸化物粉末あるいは炭酸化物粉末の形
態でチタン酸バリウム系粉末に混合する方法によって添
加される。あるいは、これら添加物成分を含む溶液をチ
タン酸バリウム系粉末の表面に付与し、熱処理するなど
の方法も可能である。
【0024】このようなチタン酸バリウム系粉末を焼成
することによって誘電体セラミックが得られるが、この
誘電体セラミックは、積層セラミック電子部品、たとえ
ば、図1に示すような積層セラミックコンデンサ1にお
いて用いられる。
することによって誘電体セラミックが得られるが、この
誘電体セラミックは、積層セラミック電子部品、たとえ
ば、図1に示すような積層セラミックコンデンサ1にお
いて用いられる。
【0025】図1を参照して、積層セラミックコンデン
サ1は、複数の積層された誘電体セラミック層2を有す
る積層体3と、この積層体3の第1および第2の端面4
および5上にそれぞれ設けられる第1および第2の外部
電極6および7とを備える。積層セラミックコンデンサ
1は、全体として直方体形状のチップタイプの電子部品
を構成する。
サ1は、複数の積層された誘電体セラミック層2を有す
る積層体3と、この積層体3の第1および第2の端面4
および5上にそれぞれ設けられる第1および第2の外部
電極6および7とを備える。積層セラミックコンデンサ
1は、全体として直方体形状のチップタイプの電子部品
を構成する。
【0026】積層体3の内部には、内部導体としての第
1の内部電極8と第2の内部電極9とが交互に配置され
る。第1の内部電極8は、第1の外部電極6に電気的に
接続されるように、各端縁を第1の端面4に露出させた
状態で誘電体セラミック層2間の特定の複数の界面に沿
ってそれぞれ形成され、第2の内部電極9は、第2の外
部電極7に電気的に接続されるように、各端縁を第2の
端面5に露出させた状態で誘電体セラミック層2間の特
定の複数の界面に沿ってそれぞれ形成される。
1の内部電極8と第2の内部電極9とが交互に配置され
る。第1の内部電極8は、第1の外部電極6に電気的に
接続されるように、各端縁を第1の端面4に露出させた
状態で誘電体セラミック層2間の特定の複数の界面に沿
ってそれぞれ形成され、第2の内部電極9は、第2の外
部電極7に電気的に接続されるように、各端縁を第2の
端面5に露出させた状態で誘電体セラミック層2間の特
定の複数の界面に沿ってそれぞれ形成される。
【0027】このような積層セラミックコンデンサ1に
おいて、その積層体3に備える誘電体セラミック層2
が、前述したような誘電体セラミックから構成される。
おいて、その積層体3に備える誘電体セラミック層2
が、前述したような誘電体セラミックから構成される。
【0028】この積層セラミックコンデンサ1を製造す
るため、出発原料として、チタン酸バリウムなどの主成
分と特性および焼結性改質などを目的とした添加材とが
用意され、これらは、所定量秤量し湿式混合して混合粉
とされる。
るため、出発原料として、チタン酸バリウムなどの主成
分と特性および焼結性改質などを目的とした添加材とが
用意され、これらは、所定量秤量し湿式混合して混合粉
とされる。
【0029】次いで、上述の混合粉に有機バインダおよ
び溶媒を添加することによって、スラリーが調製され、
このスラリーを用いて、誘電体セラミック層2となるセ
ラミックグリーンシートが作製される。
び溶媒を添加することによって、スラリーが調製され、
このスラリーを用いて、誘電体セラミック層2となるセ
ラミックグリーンシートが作製される。
【0030】次いで、特定のセラミックグリーンシート
上に、内部電極8および9となるべき導電性ペースト膜
が形成される。この導電性ペースト膜は、たとえば、ニ
ッケル、銅などの卑金属またはその合金を含み、スクリ
ーン印刷法、蒸着法、めっき法などによって形成され
る。
上に、内部電極8および9となるべき導電性ペースト膜
が形成される。この導電性ペースト膜は、たとえば、ニ
ッケル、銅などの卑金属またはその合金を含み、スクリ
ーン印刷法、蒸着法、めっき法などによって形成され
る。
【0031】次いで、上述のように導電性ペースト膜を
形成したセラミックグリーンシートを含む複数のセラミ
ックグリーンシートが積層され、プレスされた後、必要
に応じてカットされる。このようにして、複数のセラミ
ックグリーンシート、およびセラミックグリーンシート
間の特定の界面に沿ってそれぞれ形成された複数の内部
電極8および9を積層したものであって、内部電極8お
よび9の各端縁を端面4または5に露出させている、生
の状態の積層体3が作製される。
形成したセラミックグリーンシートを含む複数のセラミ
ックグリーンシートが積層され、プレスされた後、必要
に応じてカットされる。このようにして、複数のセラミ
ックグリーンシート、およびセラミックグリーンシート
間の特定の界面に沿ってそれぞれ形成された複数の内部
電極8および9を積層したものであって、内部電極8お
よび9の各端縁を端面4または5に露出させている、生
の状態の積層体3が作製される。
【0032】次いで、この積層体3は還元性雰囲気下で
焼成され、チタン酸バリウム系粉末は誘電体セラミック
とされる。このとき、前述した粒径比Rは、0.90≦
R≦1.2の範囲内にあるように制御される。
焼成され、チタン酸バリウム系粉末は誘電体セラミック
とされる。このとき、前述した粒径比Rは、0.90≦
R≦1.2の範囲内にあるように制御される。
【0033】次いで、焼成された積層体3における第1
および第2の内部電極8および9の露出した各端縁にそ
れぞれ電気的に接続されるように、積層体3の第1およ
び第2の端面4および5上に、それぞれ、第1および第
2の外部電極6および7が形成される。
および第2の内部電極8および9の露出した各端縁にそ
れぞれ電気的に接続されるように、積層体3の第1およ
び第2の端面4および5上に、それぞれ、第1および第
2の外部電極6および7が形成される。
【0034】外部電極6および7の材料組成は、特に限
定されるものではない。具体的には、内部電極8および
9と同じ材料を使用することができる。また、たとえ
ば、Ag、Pd、Ag−Pd、Cu、Cu合金などの種
々の導電性金属粉末の焼結層、または、上記導電性金属
粉末とB2 O3 −Li2 O−SiO2 −BaO系、B2
O3 −SiO2 −BaO系、Li2 O−SiO2 −Ba
O系、B2 O3 −SiO 2 −ZnO系などの種々のガラ
スフリットとを配合した焼結層によって構成されること
ができる。このような外部電極6および7の材料組成
は、積層セラミックコンデンサ1の用途、使用場所など
を考慮して適宜選択される。
定されるものではない。具体的には、内部電極8および
9と同じ材料を使用することができる。また、たとえ
ば、Ag、Pd、Ag−Pd、Cu、Cu合金などの種
々の導電性金属粉末の焼結層、または、上記導電性金属
粉末とB2 O3 −Li2 O−SiO2 −BaO系、B2
O3 −SiO2 −BaO系、Li2 O−SiO2 −Ba
O系、B2 O3 −SiO 2 −ZnO系などの種々のガラ
スフリットとを配合した焼結層によって構成されること
ができる。このような外部電極6および7の材料組成
は、積層セラミックコンデンサ1の用途、使用場所など
を考慮して適宜選択される。
【0035】なお、外部電極6および7は、前述のよう
に、その材料となる金属粉末ペーストを焼成後の積層体
3上に塗布して焼き付けることによって形成されてもよ
いが、焼成前の積層体3上に塗布して、積層体3の焼成
と同時に焼き付けることによって形成されるようにして
もよい。
に、その材料となる金属粉末ペーストを焼成後の積層体
3上に塗布して焼き付けることによって形成されてもよ
いが、焼成前の積層体3上に塗布して、積層体3の焼成
と同時に焼き付けることによって形成されるようにして
もよい。
【0036】その後、必要に応じて、外部電極6および
7は、Ni、Cu、Ni−Cu合金等からなるめっき層
10および11によってそれぞれ被覆される。また、さ
らに、これらめっき層10および11上に、半田、錫等
からなる第2のめっき層12および13が形成されても
よい。
7は、Ni、Cu、Ni−Cu合金等からなるめっき層
10および11によってそれぞれ被覆される。また、さ
らに、これらめっき層10および11上に、半田、錫等
からなる第2のめっき層12および13が形成されても
よい。
【0037】次に、この発明をより具体的な実施例に基
づき説明する。なお、言うまでもないが、この発明の範
囲内における実施可能な形態は、このような実施例のみ
に限定されるものではない。
づき説明する。なお、言うまでもないが、この発明の範
囲内における実施可能な形態は、このような実施例のみ
に限定されるものではない。
【0038】
【実施例】この実施例において作製しようとする積層セ
ラミックコンデンサは、図1に示すような構造の積層セ
ラミックコンデンサ1である。
ラミックコンデンサは、図1に示すような構造の積層セ
ラミックコンデンサ1である。
【0039】まず、以下の表1に示すような組成を有す
るチタン酸バリウム系原料を加水分解法で調製した。な
お、カルシウム含有量が10 mol%と多いチタン酸バリ
ウム系原料については、加水分解法によって作製したチ
タン酸バリウムと水熱合成法によって作製したチタン酸
カルシウム原料とを混合して調製した(表1のHおよび
I参照)。得られた原料粉末は、粒子径が50〜70n
mであり、ペロブスカイト構造の格子中に多くのOH基
を含む立方晶を示す粉末であった。これを、空気雰囲気
下において種々の熱処理条件で熱処理することによっ
て、表1に示すように、種々の「c/a」(c軸/a軸
比)、「平均粒径」、「最大粒径」、「OH基量」、お
よび「直径比」を有するチタン酸バリウム系粉末A〜N
を得た。これら熱処理によって生成した粉末の凝集は、
熱処理後において、解砕した。
るチタン酸バリウム系原料を加水分解法で調製した。な
お、カルシウム含有量が10 mol%と多いチタン酸バリ
ウム系原料については、加水分解法によって作製したチ
タン酸バリウムと水熱合成法によって作製したチタン酸
カルシウム原料とを混合して調製した(表1のHおよび
I参照)。得られた原料粉末は、粒子径が50〜70n
mであり、ペロブスカイト構造の格子中に多くのOH基
を含む立方晶を示す粉末であった。これを、空気雰囲気
下において種々の熱処理条件で熱処理することによっ
て、表1に示すように、種々の「c/a」(c軸/a軸
比)、「平均粒径」、「最大粒径」、「OH基量」、お
よび「直径比」を有するチタン酸バリウム系粉末A〜N
を得た。これら熱処理によって生成した粉末の凝集は、
熱処理後において、解砕した。
【0040】
【表1】
なお、表1に示す「c/a」は、チタン酸バリウム系粉
末のX線回折を行なうことによって求めた。すなわち、
X線回折を行ない、その結果をリートベルト解析してX
線プロファイルのフィッティングを行なうことによって
精密化して格子定数を求めた。また、「平均粒径」およ
び「最大粒径」は、チタン酸バリウム系粉末を走査型電
子顕微鏡で観察することによって求めた。また、「OH
基量」は、チタン酸バリウム系粉末の熱重量分析を行な
い、150℃以上の温度での減量値から求めた。
末のX線回折を行なうことによって求めた。すなわち、
X線回折を行ない、その結果をリートベルト解析してX
線プロファイルのフィッティングを行なうことによって
精密化して格子定数を求めた。また、「平均粒径」およ
び「最大粒径」は、チタン酸バリウム系粉末を走査型電
子顕微鏡で観察することによって求めた。また、「OH
基量」は、チタン酸バリウム系粉末の熱重量分析を行な
い、150℃以上の温度での減量値から求めた。
【0041】また、表1に示す「直径比」は、結晶性の
低い部分の粉末直径に対する直径比であり、粉末を薄膜
状にカット加工し、透過型電子顕微鏡で観察することに
よって求めた。なお、粉末を薄膜状にカット加工した場
合、粉末のカットする場所によって、粉末粒子径および
粉末内に存在する結晶性の低い部分の直径が異なる。特
に、結晶性の低い部分は、粉末粒子の中心に存在すると
は限らないので、薄膜状の試料を得るためのカットの場
所によって、その大きさが異なって観察されてしまう。
したがって、ここでは、走査型電子顕微鏡で確認された
粒子径に近い粒子径を持った粒子を選びながら、そのよ
うな粒子について観察を行なうとともに、この観察を1
0個以上の粒子について行なうことにより、直径比の平
均を求めるようにした。
低い部分の粉末直径に対する直径比であり、粉末を薄膜
状にカット加工し、透過型電子顕微鏡で観察することに
よって求めた。なお、粉末を薄膜状にカット加工した場
合、粉末のカットする場所によって、粉末粒子径および
粉末内に存在する結晶性の低い部分の直径が異なる。特
に、結晶性の低い部分は、粉末粒子の中心に存在すると
は限らないので、薄膜状の試料を得るためのカットの場
所によって、その大きさが異なって観察されてしまう。
したがって、ここでは、走査型電子顕微鏡で確認された
粒子径に近い粒子径を持った粒子を選びながら、そのよ
うな粒子について観察を行なうとともに、この観察を1
0個以上の粒子について行なうことにより、直径比の平
均を求めるようにした。
【0042】表1に示す「BaTiO3 系粉末の種類」
において、A〜Fは、原料組成の(Ba1-x Cax )m
TiO3 における「x」が「0.00」であるのでCa
を含有せず、他方、G〜Jは、「x」が「0.05」ま
たは「0.10」であるのでCaを含有している。
において、A〜Fは、原料組成の(Ba1-x Cax )m
TiO3 における「x」が「0.00」であるのでCa
を含有せず、他方、G〜Jは、「x」が「0.05」ま
たは「0.10」であるのでCaを含有している。
【0043】また、表1に示したチタン酸バリウム系粉
末に添加されるべき添加物を、以下の表2または表3に
示すように、用意した。より詳細には、表2に示す試料
1〜10に対しては、上述した種類A〜Fのいずれかで
あるBaTiO3 に添加されるべき添加物として、Re
(Reは、Gd、Dy、HoおよびErのいずれか)、
MgおよびMn、ならびにSiを主成分とする焼結助剤
が用意された。他方、表3に示す試料11〜19に対し
ては、上述した種類G〜Jのいずれかである(Ba1-x
Cax )TiO3 に添加されるべき添加物として、Mg
およびMn、ならびに(Si,Ti)−Baを主成分と
する焼結助剤が用意された。
末に添加されるべき添加物を、以下の表2または表3に
示すように、用意した。より詳細には、表2に示す試料
1〜10に対しては、上述した種類A〜Fのいずれかで
あるBaTiO3 に添加されるべき添加物として、Re
(Reは、Gd、Dy、HoおよびErのいずれか)、
MgおよびMn、ならびにSiを主成分とする焼結助剤
が用意された。他方、表3に示す試料11〜19に対し
ては、上述した種類G〜Jのいずれかである(Ba1-x
Cax )TiO3 に添加されるべき添加物として、Mg
およびMn、ならびに(Si,Ti)−Baを主成分と
する焼結助剤が用意された。
【0044】
【表2】
【0045】
【表3】
表2および表3に示した各添加物は、それぞれ、有機溶
媒に可溶なアルコキシド化合物として、有機溶剤中に分
散させたチタン酸バリウム系粉末に添加した。より詳細
には、試料1〜10においては、表2に示すような「B
aTiO3
媒に可溶なアルコキシド化合物として、有機溶剤中に分
散させたチタン酸バリウム系粉末に添加した。より詳細
には、試料1〜10においては、表2に示すような「B
aTiO3
【0046】+αRe+βMg+γMn」におけるモル
部「α」、「β」および「γ」、ならびに「Si焼結助
剤」のモル部となるように、各添加物をチタン酸バリウ
ム系粉末に添加した。他方、試料11〜19において
は、表3に示すような「(Ba 1-x Cax )TiO3 +
βMg+γMn」におけるモル部「β」および「γ」、
ならびに「(Si,Ti)−Ba焼結助剤」のモル部と
なるように、各添加物をチタン酸バリウム系粉末に添加
した。
部「α」、「β」および「γ」、ならびに「Si焼結助
剤」のモル部となるように、各添加物をチタン酸バリウ
ム系粉末に添加した。他方、試料11〜19において
は、表3に示すような「(Ba 1-x Cax )TiO3 +
βMg+γMn」におけるモル部「β」および「γ」、
ならびに「(Si,Ti)−Ba焼結助剤」のモル部と
なるように、各添加物をチタン酸バリウム系粉末に添加
した。
【0047】なお、上述した各添加物を有機溶媒に可溶
な状態とするため、アルコキシドとする他、アセチルア
セトネートまたは金属石鹸のような化合物としてもよ
い。
な状態とするため、アルコキシドとする他、アセチルア
セトネートまたは金属石鹸のような化合物としてもよ
い。
【0048】得られたスラリーは、有機溶剤を蒸発乾燥
し、さらに熱処理をすることで有機成分を除去した。
し、さらに熱処理をすることで有機成分を除去した。
【0049】次に、上述のように各添加物が添加された
チタン酸バリウム系粉末の各試料にポリビニルブチラー
ル系バインダおよびエタノール等の有機溶剤を加えて、
ボールミルにより湿式混合し、セラミックスラリーを調
製した。このセラミックスラリーをドクターブレード法
によりシート成形し、厚み1.0μmの矩形のグリーン
シートを得た。次に、このセラミックグリーンシート上
に、Niを主体とする導電性ペーストを印刷し、内部電
極を構成するための導電性ペースト膜を形成した。
チタン酸バリウム系粉末の各試料にポリビニルブチラー
ル系バインダおよびエタノール等の有機溶剤を加えて、
ボールミルにより湿式混合し、セラミックスラリーを調
製した。このセラミックスラリーをドクターブレード法
によりシート成形し、厚み1.0μmの矩形のグリーン
シートを得た。次に、このセラミックグリーンシート上
に、Niを主体とする導電性ペーストを印刷し、内部電
極を構成するための導電性ペースト膜を形成した。
【0050】次いで、セラミックグリーンシートを、上
述の導電性ペースト膜の引き出されている側が互い違い
となるように複数枚積層し、積層体を得た。この積層体
を、N2 雰囲気中にて350℃の温度に加熱し、バイン
ダを燃焼させた後、酸素分圧10-9〜10-12 MPaの
H2 −N2 −H2 Oガスからなる還元性雰囲気中におい
て表4に示す温度で2時間焼成した。
述の導電性ペースト膜の引き出されている側が互い違い
となるように複数枚積層し、積層体を得た。この積層体
を、N2 雰囲気中にて350℃の温度に加熱し、バイン
ダを燃焼させた後、酸素分圧10-9〜10-12 MPaの
H2 −N2 −H2 Oガスからなる還元性雰囲気中におい
て表4に示す温度で2時間焼成した。
【0051】焼成後の積層体の両端面にB2 O3 −Li
2 O−SiO2 −BaO系のガラスフリットを含有する
銀ペーストを塗布し、N2 雰囲気中において600℃の
温度で焼き付け、内部電極と電気的に接続された外部電
極を形成した。
2 O−SiO2 −BaO系のガラスフリットを含有する
銀ペーストを塗布し、N2 雰囲気中において600℃の
温度で焼き付け、内部電極と電気的に接続された外部電
極を形成した。
【0052】このようにして得られた積層セラミックコ
ンデンサの外形寸法は、幅が5.0mm、長さが5.7m
m、厚さが2.4mmであり、内部電極間に介在する誘電
体セラミック層の厚みは0.6μmであった。また、有
効誘電体セラミック層の総数は5であり、1層当たりの
対向電極の面積は16.3×10-6m2 であった。
ンデンサの外形寸法は、幅が5.0mm、長さが5.7m
m、厚さが2.4mmであり、内部電極間に介在する誘電
体セラミック層の厚みは0.6μmであった。また、有
効誘電体セラミック層の総数は5であり、1層当たりの
対向電極の面積は16.3×10-6m2 であった。
【0053】これら得られた試料について電気的特性を
測定した。
測定した。
【0054】静電容量(C)および誘電損失(tan
δ)は自動ブリッジ式測定器を用い、JIS規格510
2に従って測定し、得られた静電容量から誘電率(ε)
を算出した。
δ)は自動ブリッジ式測定器を用い、JIS規格510
2に従って測定し、得られた静電容量から誘電率(ε)
を算出した。
【0055】また、絶縁抵抗(R)を測定するために、
絶縁抵抗計を用い、6Vの直流電圧を2分間印加して2
5℃での絶縁抵抗(R)を求め、比抵抗を算出した。
絶縁抵抗計を用い、6Vの直流電圧を2分間印加して2
5℃での絶縁抵抗(R)を求め、比抵抗を算出した。
【0056】温度変化に対する静電容量の変化率につい
ては、20℃での静電容量を基準とした−25℃〜+8
5℃の範囲での変化率(ΔC/C20)と、25℃での静
電容量を基準とした−55℃〜+125℃の範囲での変
化率(ΔC/C25)とを示した。
ては、20℃での静電容量を基準とした−25℃〜+8
5℃の範囲での変化率(ΔC/C20)と、25℃での静
電容量を基準とした−55℃〜+125℃の範囲での変
化率(ΔC/C25)とを示した。
【0057】また、高温負荷試験として、温度150℃
にて直流電圧を6V印加して、その絶縁抵抗の経時変化
を測定した。なお、高温負荷試験は、各試料の絶縁抵抗
値(R)が105 Ω以下になったときを故障とし、平均
寿命時間を評価した。
にて直流電圧を6V印加して、その絶縁抵抗の経時変化
を測定した。なお、高温負荷試験は、各試料の絶縁抵抗
値(R)が105 Ω以下になったときを故障とし、平均
寿命時間を評価した。
【0058】さらに、絶縁破壊電圧は、昇圧速度100
V/秒でDC電圧をそれぞれ印加し、破壊電圧を測定し
た。
V/秒でDC電圧をそれぞれ印加し、破壊電圧を測定し
た。
【0059】また、得られた積層セラミックコンデンサ
に含まれる誘電体セラミックの平均粒径を、積層体の断
面研磨面を化学エッチングし、走査型電子顕微鏡で観察
することによって求め、この結果および前述した表1に
示す出発原料の平均粒径から、(誘電体セラミックの平
均粒径)/(出発原料の粉末の平均粒径)の粒径比Rを
求めた。
に含まれる誘電体セラミックの平均粒径を、積層体の断
面研磨面を化学エッチングし、走査型電子顕微鏡で観察
することによって求め、この結果および前述した表1に
示す出発原料の平均粒径から、(誘電体セラミックの平
均粒径)/(出発原料の粉末の平均粒径)の粒径比Rを
求めた。
【0060】以上の各結果が、表4に示されている。
【0061】
【表4】
この発明に係る誘電体セラミックは、ペロブスカイト構
造のc軸/a軸比が1.000以上1.003未満であ
り、結晶格子中のOH基量が2.0wt%以下のチタン酸
バリウム系粉末を焼成して得られたものであり、好まし
くは、原料としてのチタン酸バリウム系粉末は、最大粒
子径が0.3μm以下、平均粒子径が0.05〜0.1
5μmであり、また、好ましくは、上述のチタン酸バリ
ウム系粉末は、1つの粉体粒子において、結晶性の低い
部分と結晶性の高い部分とからなり、結晶性の低い部分
の直径が粉体粒径の0.5以上であり、また、(誘電体
セラミックの平均粒径)/(チタン酸バリウム系粉末の
平均粒径)の比Rは、0.90〜1.2の範囲内にあっ
て、セラミック焼結時に顕著な粒成長が生じていないこ
とを特徴としている。
造のc軸/a軸比が1.000以上1.003未満であ
り、結晶格子中のOH基量が2.0wt%以下のチタン酸
バリウム系粉末を焼成して得られたものであり、好まし
くは、原料としてのチタン酸バリウム系粉末は、最大粒
子径が0.3μm以下、平均粒子径が0.05〜0.1
5μmであり、また、好ましくは、上述のチタン酸バリ
ウム系粉末は、1つの粉体粒子において、結晶性の低い
部分と結晶性の高い部分とからなり、結晶性の低い部分
の直径が粉体粒径の0.5以上であり、また、(誘電体
セラミックの平均粒径)/(チタン酸バリウム系粉末の
平均粒径)の比Rは、0.90〜1.2の範囲内にあっ
て、セラミック焼結時に顕著な粒成長が生じていないこ
とを特徴としている。
【0062】表4において試料番号に*を付したもの、
および表1において種類記号に*を付したものは、この
発明あるいは上述の好ましい範囲から外れたものであ
る。
および表1において種類記号に*を付したものは、この
発明あるいは上述の好ましい範囲から外れたものであ
る。
【0063】まず、表1に示す原料粉末A〜Fのいずれ
かを用いて得られた、表4に示す試料1〜10に関し
て、焼成後のセラミックを透過型電子顕微鏡で分析した
ところ、セラミック粒子の粒界近傍には、Reとしての
Gd、Dy、HoまたはErのような希土類元素が拡散
してシェル部を形成し、セラミック粒子の中心部には、
このような希土類元素が拡散していないコア部を形成し
ていること、すなわち個々の粒子内で組成および結晶系
が異なるコアシェル構造を示していることが確認され
た。
かを用いて得られた、表4に示す試料1〜10に関し
て、焼成後のセラミックを透過型電子顕微鏡で分析した
ところ、セラミック粒子の粒界近傍には、Reとしての
Gd、Dy、HoまたはErのような希土類元素が拡散
してシェル部を形成し、セラミック粒子の中心部には、
このような希土類元素が拡散していないコア部を形成し
ていること、すなわち個々の粒子内で組成および結晶系
が異なるコアシェル構造を示していることが確認され
た。
【0064】表1に示す原料粉末Aのように、OH基量
が2.0wt%を超えたものを用いた場合、表4の試料1
からわかるように、添加成分の反応性が良すぎるため、
焼結したセラミックの粒子径が大きくなり、誘電率の温
度特性が大きく、また、平均寿命時間が短く、好ましく
ない。
が2.0wt%を超えたものを用いた場合、表4の試料1
からわかるように、添加成分の反応性が良すぎるため、
焼結したセラミックの粒子径が大きくなり、誘電率の温
度特性が大きく、また、平均寿命時間が短く、好ましく
ない。
【0065】表1に示す原料粉末Eのように、最大粒径
が0.3μmを超えたものを用いた場合、表4の試料9
からわかるように、平均寿命時間が短くなることがあ
り、また、この実施例のように誘電体セラミック層の厚
みを1μm以下と薄層にした場合には、信頼性が悪くな
ることがある。
が0.3μmを超えたものを用いた場合、表4の試料9
からわかるように、平均寿命時間が短くなることがあ
り、また、この実施例のように誘電体セラミック層の厚
みを1μm以下と薄層にした場合には、信頼性が悪くな
ることがある。
【0066】表1に示す原料粉末Fのように、平均粒径
が0.15μmを超え、かつ最大粒径が0.3μmを超
えたものを用いた場合には、表4の試料10からわかる
ように、誘電体セラミック層が薄層であるときの信頼性
が悪く、また、3kV/mmでの静電容量の変化が大き
くなることがある。
が0.15μmを超え、かつ最大粒径が0.3μmを超
えたものを用いた場合には、表4の試料10からわかる
ように、誘電体セラミック層が薄層であるときの信頼性
が悪く、また、3kV/mmでの静電容量の変化が大き
くなることがある。
【0067】なお、表1に示す原料粉末Bのように、原
料粉末のc軸/a軸比が1.000以上1.003未
満、OH基量が2.0wt%以下、最大粒子径が0.3μ
m以下、および平均粒径が0.05〜0.15μmの各
範囲内にあっても、表4の試料2からわかるように、粒
径比Rが1.2を超える場合には、誘電率の温度変化が
大きく、また、信頼性も低くなることがある。
料粉末のc軸/a軸比が1.000以上1.003未
満、OH基量が2.0wt%以下、最大粒子径が0.3μ
m以下、および平均粒径が0.05〜0.15μmの各
範囲内にあっても、表4の試料2からわかるように、粒
径比Rが1.2を超える場合には、誘電率の温度変化が
大きく、また、信頼性も低くなることがある。
【0068】また、同様に表1に示す原料粉末Bを用い
た場合において、表4の試料6からわかるように、調合
時の粉砕を進めて焼結体の粒径が原料の粒径に比べて小
さくなるようにして、粒径比Rを0.90未満とした場
合には、誘電率は低く、静電容量の温度特性も悪くなる
ことがある。
た場合において、表4の試料6からわかるように、調合
時の粉砕を進めて焼結体の粒径が原料の粒径に比べて小
さくなるようにして、粒径比Rを0.90未満とした場
合には、誘電率は低く、静電容量の温度特性も悪くなる
ことがある。
【0069】これらに対して、表4の試料3、4、5、
7および8では、誘電体セラミック層の厚みが0.6μ
mと薄いにも関わらず、 温度に対する静電容量の変化率
が−25℃〜+85℃の範囲でJIS規格に規定するB
特性を満足し、−55℃〜+125℃での範囲内でEI
A規格に規定するX7R特性を満足する。さらに、高温
負荷試験での故障に至る時間は60時間以上と長く、ま
た、1200℃以下の温度で焼成可能である。また、直
流電圧印加時の静電容量変化も5%以下と小さく、高い
定格電圧を確保できる。
7および8では、誘電体セラミック層の厚みが0.6μ
mと薄いにも関わらず、 温度に対する静電容量の変化率
が−25℃〜+85℃の範囲でJIS規格に規定するB
特性を満足し、−55℃〜+125℃での範囲内でEI
A規格に規定するX7R特性を満足する。さらに、高温
負荷試験での故障に至る時間は60時間以上と長く、ま
た、1200℃以下の温度で焼成可能である。また、直
流電圧印加時の静電容量変化も5%以下と小さく、高い
定格電圧を確保できる。
【0070】次に、表1に示す原料粉末G〜Jのいずれ
かを用いて得られた、表4に示す試料11〜19に関し
て、焼成後のセラミックを透過型電子顕微鏡で分析した
ところ、試料1〜17のような個々のセラミック粒子内
での組成および結晶系の不均一が認められず、一様な組
成および結晶系を示していることが確認された。
かを用いて得られた、表4に示す試料11〜19に関し
て、焼成後のセラミックを透過型電子顕微鏡で分析した
ところ、試料1〜17のような個々のセラミック粒子内
での組成および結晶系の不均一が認められず、一様な組
成および結晶系を示していることが確認された。
【0071】表1に示す原料粉末GおよびHは、原料粉
末のc軸/a軸比が1.000以上1.003未満、O
H基量が2.0wt%以下、最大粒子径が0.3μm以
下、および平均粒径が0.05〜0.15μmの各範囲
内にあるものであるが、これら原料粉末GおよびHのい
ずれかを用いた表4の試料11および13からわかるよ
うに、焼結体での粒子径が大きくなり、粒径比Rが1.
2を超える場合には、信頼性が低く、また、3kV/m
mでの静電容量の変化も大きくなることがある。
末のc軸/a軸比が1.000以上1.003未満、O
H基量が2.0wt%以下、最大粒子径が0.3μm以
下、および平均粒径が0.05〜0.15μmの各範囲
内にあるものであるが、これら原料粉末GおよびHのい
ずれかを用いた表4の試料11および13からわかるよ
うに、焼結体での粒子径が大きくなり、粒径比Rが1.
2を超える場合には、信頼性が低く、また、3kV/m
mでの静電容量の変化も大きくなることがある。
【0072】また、同様に表1に示す原料粉末Hを用い
た場合において、表4の試料16からわかるように、調
合時の粉砕を進めて焼結体の粒径が原料の粒径に比べて
小さくなるようにして、粒径比Rを0.90未満とした
場合には、静電容量の温度変化が大きく、また、比誘電
率も小さくなることがある。
た場合において、表4の試料16からわかるように、調
合時の粉砕を進めて焼結体の粒径が原料の粒径に比べて
小さくなるようにして、粒径比Rを0.90未満とした
場合には、静電容量の温度変化が大きく、また、比誘電
率も小さくなることがある。
【0073】表1に示す原料粉末Iのように、平均粒径
が0.15μmを超え、かつ最大粒径が0.3μmを超
えたものを用いた場合には、表4の試料17からわかる
ように、粒径比Rが0.90〜1.2の範囲内にあって
も、信頼性は低くなることがある。
が0.15μmを超え、かつ最大粒径が0.3μmを超
えたものを用いた場合には、表4の試料17からわかる
ように、粒径比Rが0.90〜1.2の範囲内にあって
も、信頼性は低くなることがある。
【0074】また、同様に表1に示す原料粉末Iを用い
た場合において、表4の試料18からわかるように、調
合時の粉砕を進めて焼結体の粒径が原料の粒径に比べて
小さくなるようにして、粒径比Rを0.90未満とした
場合には、静電容量の温度変化が大きく、また、比誘電
率も小さくなることがある。
た場合において、表4の試料18からわかるように、調
合時の粉砕を進めて焼結体の粒径が原料の粒径に比べて
小さくなるようにして、粒径比Rを0.90未満とした
場合には、静電容量の温度変化が大きく、また、比誘電
率も小さくなることがある。
【0075】また、チタン酸バリウム系粉末の1つの粉
体粒子において、結晶性の低い部分の直径比が粉体粒径
の0.5以上である、表1に示す原料粉末Jを用いた場
合、結晶性の高い部分が多いことにより、表4の試料1
9からわかるように、誘電性が強くなり、3kV/mm
での静電容量の変化が大きくなることがある。
体粒子において、結晶性の低い部分の直径比が粉体粒径
の0.5以上である、表1に示す原料粉末Jを用いた場
合、結晶性の高い部分が多いことにより、表4の試料1
9からわかるように、誘電性が強くなり、3kV/mm
での静電容量の変化が大きくなることがある。
【0076】これらに対して、表4の試料12、14お
よび15では、誘電体セラミック層の厚みが0.6μm
と薄いにも関わらず、 温度に対する静電容量の変化率が
−25℃〜+85℃の範囲でJIS規格に規定するB特
性を満足し、−55℃〜+125℃での範囲内でEIA
規格に規定するX7R特性を満足する。さらに、高温負
荷試験での故障に至る時間は60時間以上と長く、ま
た、1200℃以下の温度で焼成可能である。また、直
流電圧印加時の静電容量変化も5%以下と小さく、高い
定格電圧を確保できる。
よび15では、誘電体セラミック層の厚みが0.6μm
と薄いにも関わらず、 温度に対する静電容量の変化率が
−25℃〜+85℃の範囲でJIS規格に規定するB特
性を満足し、−55℃〜+125℃での範囲内でEIA
規格に規定するX7R特性を満足する。さらに、高温負
荷試験での故障に至る時間は60時間以上と長く、ま
た、1200℃以下の温度で焼成可能である。また、直
流電圧印加時の静電容量変化も5%以下と小さく、高い
定格電圧を確保できる。
【0077】このように、誘電体セラミックの複数の粒
子が個々の粒子内で一様な組成および結晶系を示すも
の、すなわちコアシェル構造でないものであっても、焼
結時の粒成長を制御することにより、たとえば試料1
2、14および15のように、誘電率の温度特性が優
れ、かつ信頼性も高い誘電体セラミックを得ることがで
きる。
子が個々の粒子内で一様な組成および結晶系を示すも
の、すなわちコアシェル構造でないものであっても、焼
結時の粒成長を制御することにより、たとえば試料1
2、14および15のように、誘電率の温度特性が優
れ、かつ信頼性も高い誘電体セラミックを得ることがで
きる。
【0078】なお、上記実施例は、積層セラミック電子
部品が積層セラミックコンデンサである場合についての
ものであったが、製造方法がほとんど同じである多層セ
ラミック基板などの他の積層セラミック電子部品の場合
においても、同様の結果が得られることが確認されてい
る。
部品が積層セラミックコンデンサである場合についての
ものであったが、製造方法がほとんど同じである多層セ
ラミック基板などの他の積層セラミック電子部品の場合
においても、同様の結果が得られることが確認されてい
る。
【0079】
【発明の効果】この発明に係る誘電体セラミックによれ
ば、湿式合成法で合成しかつ熱処理して得られた原料と
なるチタン酸バリウム系粉末において、ペロブスカイト
構造のc軸/a軸比および結晶格子中のOH基量、より
好ましくは、さらに、最大粒子径、平均粒子径、結晶性
に基づく粉体粒子の構造、および焼成時の粒子成長を制
御することにより、チタン酸バリウム系材料の強誘電性
が抑制され、高い電界強度下で使用しても、誘電率の温
度特性が良く、また、静電容量の変化率が小さい、信頼
性の高い誘電体材料とすることができる。
ば、湿式合成法で合成しかつ熱処理して得られた原料と
なるチタン酸バリウム系粉末において、ペロブスカイト
構造のc軸/a軸比および結晶格子中のOH基量、より
好ましくは、さらに、最大粒子径、平均粒子径、結晶性
に基づく粉体粒子の構造、および焼成時の粒子成長を制
御することにより、チタン酸バリウム系材料の強誘電性
が抑制され、高い電界強度下で使用しても、誘電率の温
度特性が良く、また、静電容量の変化率が小さい、信頼
性の高い誘電体材料とすることができる。
【0080】したがって、この誘電体セラミックを用い
ると、誘電率の温度特性が良く、また、静電容量の変化
率が小さく、信頼性が高い、高性能の積層セラミック電
子部品を得ることができる。特に、積層セラミックコン
デンサのように、複数の誘電体セラミック層と複数の内
部電極とを積層した構造の積層体を備える積層セラミッ
ク電子部品に適用されたときには、セラミック層の厚み
が1μm以下といった薄層の場合においても、誘電率の
温度特性を安定させることができるので、積層セラミッ
ク電子部品の小型化および薄型化に有利である。
ると、誘電率の温度特性が良く、また、静電容量の変化
率が小さく、信頼性が高い、高性能の積層セラミック電
子部品を得ることができる。特に、積層セラミックコン
デンサのように、複数の誘電体セラミック層と複数の内
部電極とを積層した構造の積層体を備える積層セラミッ
ク電子部品に適用されたときには、セラミック層の厚み
が1μm以下といった薄層の場合においても、誘電率の
温度特性を安定させることができるので、積層セラミッ
ク電子部品の小型化および薄型化に有利である。
【0081】また、この誘電体セラミックは、これを得
るため、還元性雰囲気中で焼成されても、還元されない
ので、この誘電体セラミックを用いて、この発明に係る
積層セラミック電子部品を構成すると、内部導体材料と
して卑金属であるニッケルおよびニッケル合金を用いる
ことができるようになり、積層セラミックコンデンサの
ような積層セラミック電子部品のコストダウンを図るこ
とができる。
るため、還元性雰囲気中で焼成されても、還元されない
ので、この誘電体セラミックを用いて、この発明に係る
積層セラミック電子部品を構成すると、内部導体材料と
して卑金属であるニッケルおよびニッケル合金を用いる
ことができるようになり、積層セラミックコンデンサの
ような積層セラミック電子部品のコストダウンを図るこ
とができる。
【0082】この発明に係る誘電体セラミックによれ
ば、コアシェル構造であるか否かに関わりなく、誘電率
の温度特性および信頼性を良好なものとすることができ
る。したがって、コアシェル構造に頼らない場合には、
温度特性や信頼性が添加成分の拡散状態に影響されない
ため、焼成条件による特性の変動を少なくすることがで
きる。
ば、コアシェル構造であるか否かに関わりなく、誘電率
の温度特性および信頼性を良好なものとすることができ
る。したがって、コアシェル構造に頼らない場合には、
温度特性や信頼性が添加成分の拡散状態に影響されない
ため、焼成条件による特性の変動を少なくすることがで
きる。
【図1】この発明の一実施形態による積層セラミックコ
ンデンサ1を示す断面図である。
ンデンサ1を示す断面図である。
【図2】この発明に係る誘電体セラミックを得るために
用意されるチタン酸バリウム系粉末を撮影した透過型電
子顕微鏡写真である。
用意されるチタン酸バリウム系粉末を撮影した透過型電
子顕微鏡写真である。
【図3】図2に示した電子顕微鏡写真の説明図である。
1 積層セラミックコンデンサ
2 誘電体セラミック層
3 積層体
4 第1の端面
5 第2の端面
6 第1の外部電極
7 第2の外部電極
8 第1の内部電極(内部導体)
9 第2の内部電極(内部導体)
21 結晶性の低い部分
23 結晶性の高い部分
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 浜地 幸生
京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株
式会社村田製作所内
(56)参考文献 特開 平4−349168(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01G 4/12
Claims (30)
- 【請求項1】 ペロブスカイト構造のc軸/a軸比が
1.000以上1.003未満であり、結晶格子中のO
H基量が2.0wt%以下(0wt%は含まず。)の、湿式
合成法で合成しかつ熱処理して得られたチタン酸バリウ
ム系粉末を焼成して得られた、誘電体セラミック。 - 【請求項2】 前記チタン酸バリウム系粉末は、最大粒
子径が0.3μm以下、平均粒子径が0.05〜0.1
5μmである、請求項1に記載の誘電体セラミック。 - 【請求項3】 前記チタン酸バリウム系粉末は、1つの
粉体粒子において、結晶性の低い部分と結晶性の高い部
分とからなり、前記結晶性の低い部分の直径が粉体粒径
の0.5以上である、請求項1または2に記載の誘電体
セラミック。 - 【請求項4】 (当該誘電体セラミックの平均粒径)/
(前記チタン酸バリウム系粉末の平均粒径)の比をRと
したとき、Rは0.90〜1.2の範囲内にある、請求
項1ないし3のいずれかに記載の誘電体セラミック。 - 【請求項5】 当該誘電体セラミックの複数の粒子は、
個々の粒子内で組成および結晶系が異なるコアシェル構
造を示している、請求項1ないし4のいずれかに記載の
誘電体セラミック。 - 【請求項6】 当該誘電体セラミックの複数の粒子は、
個々の粒子内で一様な組成および結晶系を示している、
請求項1ないし4のいずれかに記載の誘電体セラミッ
ク。 - 【請求項7】 ペロブスカイト構造のc軸/a軸比が
1.000以上1.003未満であり、結晶格子中のO
H基量が2.0wt%以下(0wt%は含まず。)の、湿式
合成法で合成しかつ熱処理して得られたチタン酸バリウ
ム系粉末を用意する工程と、 前記チタン酸バリウム系粉末を焼成する工程とを備え
る、誘電体セラミックの製造方法。 - 【請求項8】 前記チタン酸バリウム系粉末を用意する
工程において、最大粒子径が0.3μm以下、平均粒子
径が0.05〜0.15μmであるチタン酸バリウム系
粉末が用意される、請求項7に記載の誘電体セラミック
の製造方法。 - 【請求項9】 前記チタン酸バリウム系粉末を用意する
工程において、1つの粉体粒子において、結晶性の低い
部分と結晶性の高い部分とからなり、前記結晶性の低い
部分の直径が粉体粒径の0.5以上である、チタン酸バ
リウム系粉末が用意される、請求項7または8に記載の
誘電体セラミックの製造方法。 - 【請求項10】 (焼成後の前記誘電体セラミックの平
均粒径)/(用意される前記チタン酸バリウム系粉末の
平均粒径)の比をRとしたとき、前記焼成する工程にお
いて、Rは0.90〜1.2の範囲内にあるように制御
される、請求項7ないし9のいずれかに記載の誘電体セ
ラミックの製造方法。 - 【請求項11】 焼成後の前記誘電体セラミックの複数
の粒子は、個々の粒子内で組成および結晶系が異なるコ
アシェル構造を示すようにされる、請求項7ないし10
のいずれかに記載の誘電体セラミックの製造方法。 - 【請求項12】 焼成後の前記誘電体セラミックの複数
の粒子は、個々の粒子内で一様な組成および結晶系を示
すようにされる、請求項7ないし10のいずれかに記載
の誘電体セラミックの製造方法。 - 【請求項13】 複数の積層された誘電体セラミック層
と、前記誘電体セラミック層間の特定の界面に沿って形
成された内部導体とを含む、積層体を備える、積層セラ
ミック電子部品であって、 前記誘電体セラミック層が、ペロブスカイト構造のc軸
/a軸比が1.000以上1.003未満であり、結晶
格子中のOH基量が2.0wt%以下(0wt%は含ま
ず。)の、湿式合成法で合成しかつ熱処理して得られた
チタン酸バリウム系粉末を焼成して得られた、誘電体セ
ラミックからなる、積層セラミック電子部品。 - 【請求項14】 前記チタン酸バリウム系粉末は、最大
粒子径が0.3μm以下、平均粒子径が0.05〜0.
15μmである、請求項13に記載の積層セラミック電
子部品。 - 【請求項15】 前記チタン酸バリウム系粉末は、1つ
の粉体粒子において、結晶性の低い部分と結晶性の高い
部分とからなり、前記結晶性の低い部分の直径が粉体粒
径の0.5以上である、請求項13または14に記載の
誘電体セラミック。 - 【請求項16】 (前記誘電体セラミックの平均粒径)
/(前記チタン酸バリウム系粉末の平均粒径)の比をR
としたとき、Rは0.90〜1.2の範囲内にある、請
求項13ないし15のいずれかに記載の積層セラミック
電子部品。 - 【請求項17】 前記誘電体セラミックの複数の粒子
は、個々の粒子内で組成および結晶系が異なるコアシェ
ル構造を示している、請求項13ないし16のいずれか
に記載の積層セラミック電子部品。 - 【請求項18】 前記誘電体セラミックの複数の粒子
は、個々の粒子内で一様な組成および結晶系を示してい
る、請求項13ないし16のいずれかに記載の積層セラ
ミック電子部品。 - 【請求項19】 前記内部導体は、卑金属を含む、請求
項13ないし18のいずれかに記載の積層セラミック電
子部品。 - 【請求項20】 前記内部導体は、ニッケルまたはニッ
ケル合金を含む、請求項19に記載の積層セラミック電
子部品。 - 【請求項21】 前記積層体の端面上の互いに異なる位
置に設けられる複数の外部電極をさらに備え、複数の前
記内部導体は、いずれかの前記外部電極に電気的に接続
されるように、それぞれの端縁を前記端面に露出させた
状態でそれぞれ形成されている、請求項13ないし20
のいずれかに記載の積層セラミック電子部品。 - 【請求項22】 ペロブスカイト構造のc軸/a軸比が
1.000以上1.003未満であり、結晶格子中のO
H基量が2.0wt%以下(0wt%は含まず。)の、湿式
合成法で合成しかつ熱処理して得られたチタン酸バリウ
ム系粉末を用意する工程と、 前記チタン酸バリウム系粉末を含む複数のセラミックグ
リーンシートと、前記セラミックグリーンシート間の特
定の界面に沿って形成された内部導体とを積層した、積
層体を作製する工程と、 前記チタン酸バリウム系粉末を焼結させて誘電体セラミ
ックとするように、前記積層体を焼成する工程とを備え
る、積層セラミック電子部品の製造方法。 - 【請求項23】 前記チタン酸バリウム系粉末を用意す
る工程において、最大粒子径が0.3μm以下、平均粒
子径が0.05〜0.15μmであるチタン酸バリウム
系粉末が用意される、請求項22に記載の積層セラミッ
ク電子部品の製造方法。 - 【請求項24】 前記チタン酸バリウム系粉末を用意す
る工程において、1つの粉体粒子において、結晶性の低
い部分と結晶性の高い部分とからなり、前記結晶性の低
い部分の直径が粉体粒径の0.5以上である、チタン酸
バリウム系粉末が用意される、請求項22または23に
記載の積層セラミック電子部品の製造方法。 - 【請求項25】 (焼成後の前記誘電体セラミックの平
均粒径)/(用意される前記チタン酸バリウム系粉末の
平均粒径)の比をRとしたとき、前記焼成する工程にお
いて、Rは0.90〜1.2の範囲内にあるように制御
される、請求項22ないし24のいずれかに記載の積層
セラミック電子部品の製造方法。 - 【請求項26】 焼成後の前記誘電体セラミックの複数
の粒子は、個々の粒子内で組成および結晶系が異なるコ
アシェル構造を示すようにされる、請求項22ないし2
5のいずれかに記載の積層セラミック電子部品の製造方
法。 - 【請求項27】 焼成後の前記誘電体セラミックの複数
の粒子は、個々の粒子内で一様な組成および結晶系を示
すようにされる、請求項22ないし25のいずれかに記
載の積層セラミック電子部品の製造方法。 - 【請求項28】 前記内部導体は、卑金属を含む、請求
項22ないし27のいずれかに記載の積層セラミック電
子部品の製造方法。 - 【請求項29】 前記内部導体は、ニッケルまたはニッ
ケル合金を含む、請求項28に記載の積層セラミック電
子部品の製造方法。 - 【請求項30】 前記積層体を作製する工程は、それぞ
れの端縁を前記積層体の端面に露出させた状態で、複数
の前記内部導体を前記セラミックグリーンシート間の特
定の界面に沿ってそれぞれ形成する工程を備え、さら
に、各前記内部導体の露出した前記端縁にそれぞれ電気
的に接続されるように前記積層体の前記端面上に複数の
外部電極を形成する工程を備える、請求項22ないし2
9のいずれかに記載の積層セラミック電子部品の製造方
法。
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