JP4182007B2 - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents
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Description
内部電極層と、2μm未満の厚みを持つ層間誘電体層と、外側誘電体層とを有する積層セラミックコンデンサであって、
前記層間誘電体層及び外側誘電体層は、複数の誘電体粒子を含み、
前記層間誘電体層に含まれる誘電体粒子の平均粒径をD50aとし、前記外側誘電体層に含まれ、最外に配置された内部電極層から厚み方向に5μm以上離れた位置に存在する誘電体粒子の平均粒径をD50bとしたときの該D50aとD50bとの比(D50a/D50b)をy1とし、
前記層間誘電体層の厚みをxとしたときに、
前記y1とxが、
y1≦−0.75x+2.275、かつy1≧−0.75x+1.675の関係を満足する、ことを特徴とする積層セラミックコンデンサが提供される。
内部電極層と、2μm未満の厚みを持つ層間誘電体層と、外側誘電体層とを有する積層セラミックコンデンサであって、
前記層間誘電体層は、複数の誘電体粒子を含み、
前記層間誘電体層に含まれる誘電体粒子の平均粒径をD50aとしたときの、該D50aの2.25倍以上の粒径を持つ誘電体粒子(粗粒)が前記誘電体粒子中に存在する比率をy2とし、
前記層間誘電体層の厚みをxとしたときに、
前記y2とxが、
y2≦−25x+37.5、かつy2≧−2.75x+4.125の関係を満足する、ことを特徴とする積層セラミックコンデンサが提供される。
前記層間誘電体層及び外側誘電体層は、複数の誘電体粒子を含み、
前記層間誘電体層に含まれる誘電体粒子の平均粒径をD50aとし、前記外側誘電体層に含まれ、最外に配置された内部電極層から厚み方向に5μm以上離れた位置に存在する誘電体粒子の平均粒径をD50bとしたときの該D50aとD50bとの比(D50a/D50b)をy1とし、
前記D50aの2.25倍以上の粒径を持つ誘電体粒子(粗粒)が前記層間誘電体層に含まれる誘電体粒子中に存在する比率をy2とし、
前記層間誘電体層の厚みをxとしたときに、
前記y1とxが、
y1≦−0.75x+2.275、かつy1≧−0.75x+1.675の関係を満足し、かつ
前記y2とxが、
y2≦−25x+37.5、かつy2≧−2.75x+4.125の関係を満足する、ことを特徴とする積層セラミックコンデンサが提供される。
内部電極層と、2μm未満の厚みを持つ層間誘電体層と、外側誘電体層とを有する積層セラミックコンデンサであって、
前記層間誘電体層及び外側誘電体層は、複数の誘電体粒子を含み、
前記層間誘電体層に含まれる誘電体粒子の平均粒径をD50aとし、前記層間誘電体層を形成するために用いる主成分原料の平均粒径をD50cとしたときの該D50aとD50cとの比(D50a/D50c)をy3とし、
前記層間誘電体層の厚みをxとしたときに、
前記y3とxが、
y3≦−0.95x+2.865、かつy3≧−0.95x+2.115の関係を満足する、ことを特徴とする積層セラミックコンデンサが提供される。
主成分原料と副成分原料を含む誘電体原料を含む誘電体層用ペーストと、添加用誘電体原料を含む内部電極層用ペーストとを用いて形成された積層体を焼成する工程を有し、
前記添加用誘電体原料が、少なくとも添加用主成分原料を含み、
該添加用主成分原料が、前記誘電体層用ペースト中の誘電体原料に含まれる主成分原料と実質的に同じ組成系であり、かつ4.000を超え4.057未満の格子定数を持つことを特徴とする積層セラミックコンデンサの製造方法である。
前記添加用誘電体原料が、少なくとも添加用主成分原料を含み、
該添加用主成分原料が、前記誘電体層用ペースト中の誘電体原料に含まれる主成分原料と実質的に同じ組成系であり、かつ25〜250のOH基放出量を持つことを特徴とする積層セラミックコンデンサの製造方法である。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサ1は、層間誘電体層2と内部電極層3とが交互に積層された構成のコンデンサ素子本体10を有する。このコンデンサ素子本体10の両側端部には、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。内部電極層3は、各側端面がコンデンサ素子本体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。一対の外部電極4は、コンデンサ素子本体10の両端部に形成され、交互に配置された内部電極層3の露出端面に接続されて、コンデンサ回路を構成する。
層間誘電体層2および外側誘電体層20の組成は、本発明では特に限定されないが、たとえば以下の誘電体磁器組成物で構成される。
本実施形態の誘電体磁器組成物は、たとえばチタン酸バリウムを主成分として有する誘電体磁器組成物である。
誘電体磁器組成物中に主成分と共に含まれる副成分としては、Mn,Cr,Si,Ca,Ba,Mg,V,W,Ta,Nb,R(RはY、希土類の1種以上)及びSiの酸化物及び焼成により酸化物になる化合物を一種類以上含有するものが例示される。副成分を添加することにより、還元雰囲気焼成においてもコンデンサとしての特性を得ることができる。なお、不純物として、C,F,Li,Na,K,P,S,Clなどの微量成分が0.1重量%以下程度、含有されてもよい。ただし、本発明では、層間誘電体層2及び外側誘電体層20の組成は、上記に限定されるものではない。
「D50a」とは、コンデンサ素子本体10を誘電体層2,20及び内部電極層3の積層方向に切断し、図2に示す断面において誘電体粒子2aの200個以上の平均面積を測定し、円相当径として直径を算出し1.5倍した値である。
「D50b」とは、図2に示す断面において誘電体粒子20aの200個以上の平均面積を測定し、円相当径として直径を算出し1.5倍した値である。
ここでのD50aは、内部電極層3の間に挟まれた層間誘電体層2(静電容量に寄与する部分)における誘電体粒子2aの平均粒径を意味する。
D50bは、内部電極層3の間に挟まれていない外側誘電体層20(静電容量に寄与しない部分)における誘電体粒子20aの平均粒径を意味する。
図1に示す内部電極層3は、実質的に電極として作用する卑金属の導電材で構成される。導電材として用いる卑金属としては、NiまたはNi合金が好ましい。Ni合金としては、Mn、Cr、Co、Al、Ru、Rh、Ta、Re、Os、Ir、Pt及びWなどから選ばれる1種以上とNiとの合金が好ましく、合金中のNi含有量は95重量%以上であることが好ましい。なお、NiまたはNi合金中には、P、C、Nb、Fe、Cl、B、Li、Na、K、F、S等の各種微量成分が0.1重量%以下程度含まれていてもよい。
図1に示す外部電極4としては、通常Ni,Pd,Ag,Au,Cu,Pt,Rh,Ru,Ir等の少なくとも1種又はそれらの合金を用いることができる。通常は、Cu,Cu合金、Ni又はNi合金等や、Ag,Ag−Pd合金、In−Ga合金等が使用される。外部電極4の厚さは用途に応じて適時決定されればよいが、通常10〜200μm程度であることが好ましい。
次に、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ1の製造方法の一例を説明する。
誘電体層用ペースト
誘電体層用ペーストは、誘電体原料と有機ビヒクルとを混練して調製する。
本実施形態では、内部電極層用ペーストは、導電材と、添加用誘電体原料と、有機ビヒクルとを混練して調製する。
該T1の保持時間は、好ましくは0.5〜24時間、より好ましくは2〜20時間である。降温速度は、好ましくは5〜300℃/時間、より好ましくは10〜100℃/時間である。脱バインダの処理雰囲気は、好ましくは空気もしくは還元雰囲気である。還元雰囲気における雰囲気ガスとしては、たとえばN2 とH2 との混合ガスを加湿して用いることが好ましい。処理雰囲気中の酸素分圧は、好ましくは10−45 〜105 Paである。酸素分圧が低すぎると脱バインダ効果が低下し、高すぎると内部電極層が酸化する傾向にある。
誘電体層用ペーストの作製
まず、誘電体原料と、バインダーとしてのPVB(ポリビニルブチラール)樹脂と、可塑剤としてのDOP(フタル酸ジオクチル)と、溶媒としてのエタノールを準備した。誘電体原料は、主成分原料としての平均粒径D50cが0.2μmのBaTiO3 を複数準備し、各BaTiO3 に対して、副成分原料としての、MnCO3 :0.2モル%、MgO:0.5モル%、V2 O5 :0.3モル%、Y2 O3 :2モル%、CaCO3 :3モル%、BaCO3 :3モル%、SiO2 :3モル%を、ボールミルで16時間湿式混合し、乾燥して製造した。
導電材としての平均粒径が0.4μmのNi粒子と、添加用誘電体原料と、バインダーとしてのエチルセルロース樹脂と、溶媒としてのターピネオールとを準備した。
得られた誘電体層用ペースト及び内部電極層用ペーストを用い、以下のようにして、図1に示す積層セラミックチップコンデンサ1を製造した。
D50b(外側誘電体層20に含まれる誘電体粒子20aの平均粒径)については、外側誘電体層20に含まれ、最外に配置された内部電極層3aから厚み方向に5μm離れた位置に存在する誘電体粒子20aを、D50aと同様の方法で測定して求めた。
D50c(層間誘電体層2を形成するために用いる主成分原料の平均粒径)については、SEMにて粒を観察し、粒面積を円面積に換算して求めた。
これに対し、y1が0.85〜1.45、y2が1.1〜10、y3が1.07〜1.82の試料9〜12,12−1では、TCバイアス特性、温度特性、εのいずれもが良好であることが確認された。y1が同じ場合は、y2の値が小さいほど、TCバイアス特性が向上する。
層間誘電体層2の厚みを1.9μm、1.7μm、1.5μm、0.9μmと変化させた以外は、実施例1と同様にしてコンデンサ試料を作製し、同様の評価を行った。その結果、同様の結果が得られた。
層間誘電体層2の厚みを2.0μm、2.2μmと変化させた以外は、実施例1と同様にしてコンデンサ試料を作製し、同様の評価を行った。
その結果、層間誘電体層2の厚みが2μm以上の場合は、添加用誘電体原料の影響が小さいため、誘電体層の粒成長がほとんど見られず、内部電極層中のセラミック粒子(添加用誘電体原料)による、層間誘電体層2の誘電体粒子の平均粒径にはほとんど差が認められなかった。
10… コンデンサ素子本体
2… 層間誘電体層
2a… 誘電体粒子
2c… 粒界相
20… 外側誘電体層
20a… 誘電体粒子
3,3a… 内部電極層
4… 外部電極
Claims (4)
- 内部電極層と、2μm未満の厚みを持つ層間誘電体層と、外側誘電体層とを有する積層セラミックコンデンサであって、
前記内部電極層は、NiまたはNi合金から構成され、
前記層間誘電体層および外側誘電体層は、主成分としてチタン酸バリウムを含有し、チタン酸バリウムをBaTiO 3 に換算したときに、前記BaTiO 3 100モルに対して、副成分として、
酸化マグネシウムを、MgO換算で、0.1〜3モル、
酸化イットリウムを、Y 2 O 3 換算で、0モル超5モル以下、
酸化バリウム及び酸化カルシウムから選択される少なくとも1種を、BaO及びCaO換算で、BaO+CaO:0.5〜12モル、
酸化ケイ素を、SiO 2 換算で、0.5〜12モル、
酸化マンガンを、MnO換算で、0モル超0.5モル以下、
酸化バナジウム及び酸化モリブデンから選択される少なくとも1種を、V 2 O 5 及びMoO 3 換算で、V 2 O 5 :0〜0.3モル、MoO 3 :0〜0.3モル、V 2 O 5 +MoO 3 :0モル超、含有し、
前記層間誘電体層及び外側誘電体層は、複数の誘電体粒子を含み、
前記層間誘電体層に含まれる誘電体粒子の平均粒径をD50aとし、前記外側誘電体層に含まれ、最外に配置された内部電極層から厚み方向に5μm以上離れた位置に存在する誘電体粒子の平均粒径をD50bとしたときの該D50aとD50bとの比(D50a/D50b)をy1とし、
前記層間誘電体層の厚みをxとしたときに、
前記y1とxが、
y1≦−0.75x+2.275、かつy1≧−0.75x+1.675の関係を満足する、ことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 - 内部電極層と、2μm未満の厚みを持つ層間誘電体層と、外側誘電体層とを有する積層セラミックコンデンサであって、
前記内部電極層は、NiまたはNi合金から構成され、
前記層間誘電体層および外側誘電体層は、主成分としてチタン酸バリウムを含有し、チタン酸バリウムをBaTiO 3 に換算したときに、前記BaTiO 3 100モルに対して、副成分として、
酸化マグネシウムを、MgO換算で、0.1〜3モル、
酸化イットリウムを、Y 2 O 3 換算で、0モル超5モル以下、
酸化バリウム及び酸化カルシウムから選択される少なくとも1種を、BaO及びCaO換算で、BaO+CaO:0.5〜12モル、
酸化ケイ素を、SiO 2 換算で、0.5〜12モル、
酸化マンガンを、MnO換算で、0モル超0.5モル以下、
酸化バナジウム及び酸化モリブデンから選択される少なくとも1種を、V 2 O 5 及びMoO 3 換算で、V 2 O 5 :0〜0.3モル、MoO 3 :0〜0.3モル、V 2 O 5 +MoO 3 :0モル超、含有し、
前記層間誘電体層は、複数の誘電体粒子を含み、
前記層間誘電体層に含まれる誘電体粒子の平均粒径をD50aとしたときの、該D50aの2.25倍以上の粒径を持つ誘電体粒子(粗粒)が前記誘電体粒子中に存在する比率をy2とし、
前記層間誘電体層の厚みをxとしたときに、
前記y2とxが、
y2≦−25x+37.5、かつy2≧−2.75x+4.125の関係を満足する、ことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 - 内部電極層と、2μm未満の厚みを持つ層間誘電体層と、外側誘電体層とを有する積層セラミックコンデンサであって、
前記内部電極層は、NiまたはNi合金から構成され、
前記層間誘電体層および外側誘電体層は、主成分としてチタン酸バリウムを含有し、チタン酸バリウムをBaTiO 3 に換算したときに、前記BaTiO 3 100モルに対して、副成分として、
酸化マグネシウムを、MgO換算で、0.1〜3モル、
酸化イットリウムを、Y 2 O 3 換算で、0モル超5モル以下、
酸化バリウム及び酸化カルシウムから選択される少なくとも1種を、BaO及びCaO換算で、BaO+CaO:0.5〜12モル、
酸化ケイ素を、SiO 2 換算で、0.5〜12モル、
酸化マンガンを、MnO換算で、0モル超0.5モル以下、
酸化バナジウム及び酸化モリブデンから選択される少なくとも1種を、V 2 O 5 及びMoO 3 換算で、V 2 O 5 :0〜0.3モル、MoO 3 :0〜0.3モル、V 2 O 5 +MoO 3 :0モル超、含有し、
前記層間誘電体層及び外側誘電体層は、複数の誘電体粒子を含み、
前記層間誘電体層に含まれる誘電体粒子の平均粒径をD50aとし、前記外側誘電体層に含まれ、最外に配置された内部電極層から厚み方向に5μm以上離れた位置に存在する誘電体粒子の平均粒径をD50bとしたときの該D50aとD50bとの比(D50a/D50b)をy1とし、
前記D50aの2.25倍以上の粒径を持つ誘電体粒子(粗粒)が前記層間誘電体層に含まれる誘電体粒子中に存在する比率をy2とし、
前記層間誘電体層の厚みをxとしたときに、
前記y1とxが、
y1≦−0.75x+2.275、かつy1≧−0.75x+1.675の関係を満足し、かつ
前記y2とxが、
y2≦−25x+37.5、かつy2≧−2.75x+4.125の関係を満足する、ことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 - 前記層間誘電体層を形成するために用いる主成分原料の平均粒径をD50cとしたときの前記D50aとD50cとの比(D50a/D50c)をy3とし、
前記層間誘電体層の厚みをxとしたときに、
前記y3とxが、
y3≦−0.95x+2.865、かつy3≧−0.95x+2.115の関係を満足する、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。
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