JP4354224B2

JP4354224B2 - 誘電体磁器および積層型電子部品

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Publication number: JP4354224B2
Application number: JP2003188098A
Authority: JP
Inventors: 耕世神垣
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP2005022890A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体磁器および積層型電子部品に関するものであり、より詳細には、例えば誘電体層に印加される直流電圧が２Ｖ／μｍ以上であるような高電圧用の積層セラミックコンデンサ等の形成に特に有用な誘電体磁器、及び該磁器を用いて形成された積層型電子部品に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、電子機器の小型化、高性能化に伴い、積層セラミックコンデンサの小型化、大容量化の要求が高まってきている。このような要求に応えるために、積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣ）においては、誘電体層を薄層化することにより静電容量を高めると共に、誘電体層の積層数を増やすことにより、小型・高容量化を図っている。
誘電体層の形成に使用される誘電体材料には、小型・高容量化の為に、高い比誘電率が要求されることはもちろんのこと、誘電損失が小さく、誘電特性の温度に対する依存性（以下、温度依存性ということがある。）や誘電特性の直流電圧に対する依存性（以下、ＤＣバイアス依存性ということがある。）が小さい等の種々の特性が要求される。
また、誘電体層の薄層化に伴い、積層セラミックコンデンサに印加する電界の増大による信頼性低下を抑制する為に、粒子径のより小さい誘電体材料が使用されるようになってきた。
【０００３】
また、近年の環境保護、環境安全に対する要求から鉛を含有しない電子部品が求められ、電子部品を構成する磁器材料において鉛を含有しない材料が要求されている。
従来、積層セラミックコンデンサを構成する誘電体材料としては、ペロブスカイト型（ＡＢＯ_３型）酸化物であるチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）（例えば特許文献１参照）や、チタン酸ジルコン酸バリウム（ＢａＴｉＺｒＯ_３）、もしくは鉛元素を含有するマグネシウム酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３）や、ＳｒＴｉＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３材料等が知られている。
現在、小型・高容量で温度特性に優れた積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣ）用の誘電体材料としては、チタン酸バリウム（ＢＴ）系材料が主流であり、大きな比誘電率を示すサブミクロンオーダーの粒径のＢＴ焼結体が使用されている。また、ＢＴ系材料の中でも、ジルコニア等が添加され、添加成分の元素が固溶し、焼結粒子表面に偏在する（粒子中心部よりも表面部分に多く存在する）コアシェル構造を有するものは、添加物による粒成長抑制効果とコアシェル構造により、誘電特性の温度依存性が改善され、温度特性の良好な誘電体磁器として知られており、ＭＬＣ用の誘電体材料として注目されている（例えば特許文献２参照）。
ところで、上述した公知のＢＴ系材料には、ＤＣバイアス依存性が高く、直流電圧印加による比誘電率の減少が大きいという欠点がある。即ち、小型化の為に誘電体層の薄層化を推し進めると、誘電体層に印加される電界が増大する為、このようなＢＴ系材料で形成された誘電体層から成るコンデンサでは、静電容量の減少が大きく、実効的静電容量が小さくなるという問題があった。
【０００４】
また、ＢＴ焼結粒子の粒径をサブミクロンオーダーよりさらに小さくしていくと、ＤＣバイアス依存性を改善できるが、この場合には、比誘電率も減少してしまう為、小型で高容量、かつＤＣバイアス特性（誘電特性の直流電圧に対する依存性の少ない性質）を同時に満足する事はできなかった。
大きな比誘電率を示し、ＤＣバイアス依存性を小さくする為に、マグネシウム酸ニオブ酸鉛（ＰＭＮ）等の緩和型強誘電体を用いる事が有効である事が知られている。
これらの公知緩和型強誘電体は、常誘電相−強誘電相相転移に現れる比誘電率のピークが非常にブロードでかつ大きい。ＢＴ等の通常の誘電体において見られる相転移によるマクロな自発分極の発現が見られず、局所的な分極が温度低下に伴い発展していく為、ＢＴ等に見られるソフトモードの発現を伴う相転移に起因した分極率の増大による大きな誘電率と、大きなＤＣバイアス依存性を示さない。かわりに、局所的化学組成不均一性に起因した局所分極域の相互作用に起因した高誘電率を示し、かつ急峻な相転移を示さない為に比誘電率のＤＣバイアス印加による低下率も通常の強誘電体に比べ小さくなる。
緩和型強誘電体であるＰＭＮは、１００００を越す非常に大きな比誘電率を示し、ＢＴ等の通常の強誘電体に比べると、同じ比誘電率で比較すると、ＰＭＮはＤＣバイアス依存性は小さく、また、粒子サイズを１μｍより小さくしていくと、比誘電率はピークのみが低下し、温度変化率、ＤＣ電圧印加時の比誘電率の低下率も小さくなり、ＤＣバイアス依存性がさらに小さな、かつ高誘電率な特性を実現できる。
【０００５】
しかしながら、ＰＭＮは鉛を含有する為、近年環境保護の上で重要視されている非鉛化に対応しない問題がある。また、１００００を越す非常に大きな比誘電率を示す一方で、比誘電率のピークが使用温度範囲近傍において単一でまた温度変化率が非常に大きく、またＤＣバイアス印加時の比誘電率ピークの減少率も該ピークの低温側、特に明確な自発分極が現れた温度領域では大きい問題があった。
非鉛化を実現する上で、ＰＭＮに類似の散漫な比誘電率の温度特性（誘電特性の温度に対する依存性の少ない性質）を示すチタン酸ジルコン酸バリウム（ＢＴＺ）が有望であると考えられる。
【０００６】
しかしながら、ＢＴＺは、ＰＭＮと同様比誘電率のピークが使用温度範囲近傍において単一でまた温度変化率が非常に大きく、またＤＣバイアス印加時の比誘電率ピークの減少率も該ピークの低温側、特に明確な自発分極が現れる低温度領域では大きい問題があった。解決手段として、Ｚｒ濃度の異なる２種類以上のＢＴＺの共存構造を実現することが有効であると考えられる（例えば特許文献３参照）。
しかしながら、Ｚｒ濃度が異なり比誘電率ピーク温度の異なるＢＴＺのコンポジットを用いた場合、（ｉ）Ｚｒ濃度の低い、高温側に比誘電率ピーク温度を示すＢＴＺにおいて、明確な自発分極の発現に起因して室温近傍のＤＣバイアス依存性が、比誘電率ピークの高温側のＤＣバイアス依存性に比べ大きい。また、（ii）Ｚｒ濃度が高い、室温より低温側に比誘電率ピークを示すＢＴＺにおいて、比誘電率の温度依存性が比誘電率ピーク前後で非常に非対称で、高温側の比誘電率が小さくなる為、室温以上でのコンポジットの比誘電率が小さくなってしまうのと、氷点下でのＤＣバイアス依存性が大きくなってしまう問題があった。
以上の様に、Ｚｒ濃度の高い、低温側で比誘電率のピークを示すＢＴＺの特性が、ＢＴＺコンポジットの比誘電率に制限を与え、ＤＣバイアス依存性においても制限を与えていた。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２４１０７５号公報
【特許文献２】
特開２００２−２２６２６３号公報
【特許文献３】
特開２００２−２７４９３７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、ＢＴＺコンポジットの優れた特性をさらに向上する為に、サブミクロンオーダーの粒子サイズであって、０℃〜２０℃の領域に比誘電率のピークを示すＢＴＺを、そのＡサイトの一部をＣaで置換したＢＣＴＺ型の非鉛リラクサ材料とすることにより、より高比誘電率で、ＤＣバイアス依存性に優れた誘電体磁器およびそれを用いた積層型電子部品を提供する事を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、Aサイトの一部がＣaで置換され、Ｂサイトの一部がＺｒで置換された少なくとも２種類のペロブスカイト型チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子（ＢＣＴＺ型結晶粒子）を含有する焼結体であって、そのうちの１種のＢＣＴＺ型結晶粒子（１）[（Ｂａ_１−ｘＣa_ｘ）_m（Ｔｉ_１−ｙＺｒ_ｙ）Ｏ_３]のｘ、ｙ、ｍがそれぞれ０．１５≦ｘ≦０．２５、０．１５≦ｙ≦０．２０、１．０００＜mであり、
また、他のＢＣＴＺ型結晶粒子（２）[（Ｂａ_１−ｚＣa_ｚ）_ｎ（Ｔｉ_１−ｓＺｒ_ｓ）Ｏ_３]のｚ、ｓ、ｎがそれぞれ０≦ｚ≦０．０８、０．０１≦ｓ≦０．１０、１．０００＜ｎであり、
かつ前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）及びＢＣＴＺ型結晶粒子（２）のいずれもが０．１５乃至０．７μｍの平均粒径を有することを特徴とする誘電体磁器が提供される。
【００１０】
本発明においては更に
（ｉ）前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）及びＢＣＴＺ型結晶粒子（２）を焼結体中に９２質量％以上含有していること、
（ii）前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）及びＢＣＴＺ型結晶粒子（２）に更にＭｇ、Mn、及び希土類元素を含有させた焼結体であって、前記Ｍｇ、Mn、及び希土類元素の少なくとも一部は前記２種類のＢＣＴＺ型結晶粒子中にそれぞれ粒子中心部よりも粒子表面側に偏在するように固溶して、前記２種類のＢＣＴＺ型結晶粒子がコアシェル型構造を有していること、
（iii）前記希土類元素が、Ｙ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＥｒおよびＹｂから成る群より選択された少なくとも１種であること、
（iv）Ｍｇ、Ｍｎ、及び希土類元素の少なくとも一つ以上の元素が前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）及びＢＣＴＺ型結晶粒子（２）中に固溶してコアシェル型構造を形成し、かつＭｇ、Ｍｎ、及び希土類元素の少なくとも一つ以上の元素の酸化物及び／又は複合酸化物が前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）及びＢＣＴＺ型結晶粒子（２）の粒界に存在していること、
（ｖ）前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）とＢＣＴＺ型結晶粒子（２）とを[ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）／ＢＣＴＺ型結晶粒子（２）]モル比で０．６６乃至１．５の割合で含有していること、
（vi）Ｍｇが酸化物換算で０．０５乃至０．５質量％、且つ希土類元素が酸化物換算で０．１乃至１．７質量％の割合で前記焼結体中に含有していること、
（vii）Ｍｎが前記焼結体中にＭｎＣＯ_３換算で０．０５ないし０．４質量％含有していること、
（viii）前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）およびＢＣＴＺ型結晶粒子（２）間の粒界に、Ｍｎ、Ｃａ、Ｍｇ、及びＢａの内少なくとも１つ以上の元素と、希土類元素、並びにＳｉを含有する、層厚が１ｎｍ以下のアモルファス層を含むこと
が望ましい。
【００１１】
本発明によれば更に、誘電体層と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電子部品であって、前記誘電体層が、前記誘電体磁器から形成されていることを特徴とする積層型電子部品が提供される。
この場合、前記内部電極が、ＮｉもしくはＮｉ合金などの卑金属を含有する積層型電子部品であることが望ましい。
【００１２】
本発明の誘電体磁器においては、比誘電率ピーク温度の異なる2種類以上のＢＣＴＺ型結晶粒子が共存し低温側の比誘電率ピークに寄与するＢＣＴＺ型結晶粒子が、緩和型強誘電体であることが重要な特徴である。
更にこのような共存系において、２種類以上のＢＣＴＺ型結晶粒子は、粒子中心よりも粒子表面側に焼結助剤としての機能も有するＭｇ、Ｍｎ、及び希土類元素が偏在したコアシェル型構造を形成するのが望ましく、これにより高誘電率で、比誘電率の温度依存性やＤＣバイアス依存性が極めて小さいという特性を発現できることになる。
【００１３】
一般に、ＢＣＴＺのベースとなるＢＴＺ型結晶は、逐次相転移に伴う原子の揺らぎに起因して４０００を越す大きな比誘電率を示すＢＴのＢサイト元素Ｔｉの一部をＺｒにより置換したものであり、ＢＴＺとすることにより逐次相転移の転移点が一点に集約され、常誘電相―強誘電相相転移温度が低下するとともに、比誘電率が増大する。
また、ＢＴＺの粒子サイズが小さくなると、比誘電率ピークが小さくなり、温度依存性が平坦化するとともに、誘電的基底状態に近づく為、ＤＣバイアス依存性は小さくなり、薄層化に対応した誘電特性を示す。
コンデンサは一般に回路に並列に接続され、電圧負荷下で使用されるが、誘電体層の薄層化が進むと、負荷電界が大きくなる。積層セラミックコンデンサは誘電体として高誘電率な強誘電体を用いるがＤＣバイアス依存性が大きい。即ち、直流電圧印加による比誘電率の減少が大きく、電圧負荷下での実行容量が小さくなる。このため、ＤＣバイアス依存性の小さい材料が薄層化に必要である。
【００１４】
一方、ＢＴＺのＢサイトのＺｒ置換濃度を変える事により、比誘電率のピークを示す温度を変える事ができる為、２種類以上のＺｒ濃度の異なるＢＴＺ結晶の共存する複合材料を形成することにより、高誘電率で温度特性、及び比較的ＤＣバイアス特性に優れた薄層対応誘電体材料を実現できる。
ＢＣＴＺ型結晶粒子はＢａＴｉＯ_３のＢａサイトをイオン半径の小さいＣａで、前述した通りＴｉサイトをイオン半径の大きいＺｒで置換したものであり、Ｃａ量が小さいＢＣＴＺ型結晶粒子はＢＴＺと同様な誘電特性を示す事が知られている。ＣａとＺｒ置換量を１５モル％以上としたＢＣＴＺ型結晶粒子においては緩和型強誘電体の特性を示す。これは、イオン半径の小さいＣａとイオン半径の大きいＺｒをＢａＴｉＯ_３の格子に強制的に入れる為に、局所的な歪がＰＭＮに見られるような局所分極マイクロドメインを発生させる為ではないかと考えられる。
この様に、イオン半径の小さいＣａとイオン半径の大きいＺｒをＢａＴｉＯ_３の格子に強制的に入れたＢＣＴＺ型結晶粒子をコンポジットの構成粒子のひとつとして用いる事により、優れた誘電特性を示す誘電体磁器の実現が可能となった。
【００１５】
本発明において、ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）[（Ｂａ_１−ｘＣa_ｘ）_m（Ｔｉ_１−ｙＺｒ_ｙ）Ｏ_３]のｘ、ｙ、ｍは、それぞれ０．１５≦ｘ≦０．２５、０．１５≦ｙ≦０．２０、１．０００＜m、好ましくは０．１８≦ｘ≦０．２２、０．１８≦ｙ≦０．２０、１．０００＜m である。
リラクサ特性を発現するためには、０．１５≦ｘ、０．１５≦ｙとする必要がある。ｘ＜０．１５、又はｙ＜０．１５の場合リラクサ特性は発現せず、比誘電率のピーク比は大きいが、平坦な温度特性と優れたＤＣバイアス特性を実現できない。また、ｘ＞０．２５もしくはｙ＞０．２０の場合、リラクサ特性の発現による平坦な温度特性と優れたＤＣバイアス特性を示すが、比誘電率の低下が大きくなり、また最大の比誘電率を示す温度は低下する。更に、前記領域では、Ｃａ及びＺｒの完全固溶が困難となり、ＣａＴｉＯ_３の生成により比誘電率の低下を生じる。
ｍは還元焼成における半導体化を抑制するために、ｍ＞１．０００とする必要がある。
【００１６】
また、ＢＣＴＺ型結晶粒子（２）[（Ｂａ_１−ｚＣa_ｚ）_ｎ（Ｔｉ_１−ｓＺｒ_ｓ）Ｏ_３]のｚ、ｓ、ｎは、それぞれ０≦ｚ≦０．０８、０．０１≦ｓ≦０．１０、１．０００＜ｎ、好ましくは０．０１≦ｚ≦０．０５、０．０１≦ｓ≦０．１０、１．０００＜ｎである。
本発明においては、ｚは、上記０≦ｚ≦０．０８である。
ｚ＞０．０３の場合、比誘電率の低下を生じるためｚ≦０．０３が好ましい。また、Ｃａを含まないｚ＝０の場合、耐還元性において、Ｃａを含有するＢＣＴＺより劣るが、ＢＣＴＺとの複合構造を形成するため、ＢＣＴＺにより酸素空孔等のキャリアーの移動を制限し、高い高温負荷寿命を実現できる。
本発明においては、ｓは、上記０．０１≦ｓ≦０．１０である。
比誘電率のピーク温度が０℃乃至室温にあるＢＣＴＺ型結晶粒子（１）との共存構造により平坦な温度特性を実現する為に前記範囲のＺｒ濃度が必要である。比誘電率のピーク温度はＺｒ量でほぼ決定される。ｓ＞０．１０の場合、誘電率ピークの低下が大きく、またｓ＜０．０１ではＢＴの逐次相転移を大きく反映する為に平坦な温度特性を実現できない。
また、ｎは還元焼成における半導体化を抑制するために、ｎ＞１．０００とする必要がある。
【００１７】
また、結晶粒子サイズを微小化することは、ＤＣバイアス特性を向上させる上で有利であり、また、温度依存性を平坦化する上で重要である。
また、積層電子部品の薄層化に対応する為、誘電体粒子の粒子サイズは少なくとも１μｍ以下でなければならない。このため、ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）およびＢＣＴＺ型結晶粒子（２）がサブミクロンオーダーの平均粒径０．１５乃至０．７μｍ、好ましくは０．３乃至０．５μｍで共存していることが重要な特徴である。
本発明の誘電体磁器は、前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）およびＢＣＴＺ型結晶粒子（２）を好ましくは９２質量％以上、特に好ましくは９５質量％以上含有している。
誘電体磁器中の前記２種類のＢＣＴＺ型結晶粒子の含有量が前記９２質量％以上で、高い比誘電率を維持することができる。
また、本発明の誘電体磁器は、前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）とＢＣＴＺ型結晶粒子（２）とをＢＣＴＺ型結晶粒子（１）／ＢＣＴＺ型結晶粒子（２）（モル比）で０．６６乃至１．５の割合で含有していることが望ましい。
Ｚｒによる置換割合が異なるＢＣＴＺ型結晶においては同一粒子サイズであれば、比誘電率はほぼ同程度であり、粒子サイズと含有比率の選択により目的とする温度特性を得ることが可能となる。従って、本発明においては前記した置換の範囲内であれば、粒子サイズとの組み合わせで、平坦な温度依存性が実現可能となる。
【００１８】
本発明で使用する希土類元素としては、Ｙ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＥｒおよびＹｂから成る群より選択された少なくとも１種であることが好ましい。
本発明の誘電体磁器は、Ｍｇが酸化物換算で０．０５乃至０．５質量％、且つ希土類元素が酸化物換算で０．１乃至１．７質量％の割合で前記焼結体中に含有していることが望ましい。
Ｍｇ含有量を酸化物換算で前記０．０５質量％以上とすることにより粒成長を抑制して所望の微構造及び特性を実現し、一方、前記０．５質量％以下とすることにより比誘電率の低下を抑制するという効果を得ることができる。
希土類元素の含有量を酸化物換算で前記０．１質量％以上とすることにより粒成長を抑制して所望の微構造を実現し、更に電荷のバランスのくずれと高温負荷寿命の短縮化を抑制し、一方、前記１．７質量％以下とすることにより比誘電率の低下と、更に絶縁抵抗の低下を抑制するという効果を得ることができる。
Ｍｎの含有量も前記焼結体中にＭｎＣＯ_３換算で０．０５ないし０．４質量％含有していることが望ましい。Ｍｎの含有量がＭｎＣＯ_３換算で前記０．０５質量％以上の場合に粒成長を抑制して所望の微構造及び特性を実現し、一方、前記０．４質量％以下の場合に比誘電率の低下を抑制するという効果を得ることができる。
Ｍｇ、Ｍｎ、及び希土類元素の少なくとも一つ以上の元素が前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）及びＢＣＴＺ型結晶粒子（２）中に固溶してコアシェル型構造を形成し、かつＭｇ、Ｍｎ、及び希土類元素の少なくとも一つ以上の元素の酸化物及び／又は複合酸化物が前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）及びＢＣＴＺ型結晶粒子（２）の粒界に存在していることが望ましい。粒界に酸化物及び／又は複合酸化物として存在することにより、絶縁抵抗の低下を抑制することができる。
【００１９】
本発明の誘電体磁器は、前記ＢＣＴＺ型結晶粒子間の粒界が、Ｍｎ、Ｃａ、Ｍｇ、及びＢａの内少なくとも１つ以上の元素と、希土類元素、並びにＳｉを含有する、層厚が１ｎｍ以下のサイズのアモルファス層を含むことが望ましい。
粒界は比誘電率が本発明の結晶粒子に比べ１桁以上小さい為、１ｎｍを越える粒界は比誘電率の大きな低下を生じるので、大きな比誘電率を得る為に１ｎｍ以下の層厚であることが望ましい。また、Ｍｎ、Ｃａ、Ｍｇ、及びＢａのうち少なくとも１つ以上の元素と希土類元素並びにＳｉを含有するアモルファス層を粒界に形成することで、焼結により生じた粒子に作用する応力を緩和し、応力による比誘電率の低下を抑制できる。
【００２０】
かくして本発明の誘電体磁器は、サブミクロンオーダーの平均粒径（０．１５乃至０．７μｍ）で２種類以上のＢＣＴＺ型結晶粒子が共存した各結晶粒子は、高誘電率を有し、しかも、誘電特性の温度依存性やＤＣバイアス依存性も極めて小さいという極めて優れた特性を有し、更に２種類以上のＢＣＴＺ型結晶粒子が粒子表面にＭｇ、Ｍｎ及び希土類元素が偏在したコアシェル型構造である場合にはこの特性が一層顕著になる。
また、上述した誘電体磁器により形成された誘電体層と金属からなる内部電極層とを交互に積層してなる本発明の積層型電子部品は、誘電体磁器が上記特性を有していることから、誘電体層の薄層化により、積層数を増やすことなく、静電容量の大容量化を図ることができ、積層コンデンサとして極めて有用である。また、上記誘電体磁器の結晶粒径が小さいため、該誘電体磁器により形成される誘電体層の薄層化も極めて容易であり、さらなる静電容量の向上、さらなる小型化が実現できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の誘電体磁器を製造するには、例えばゾルゲル法、蓚酸法、水熱合成法により生成された、所定の組成を有するＢＣＴＺ粉末を用いる。これらＢＣＴＺ粉末は、Ｍｇ、Ｍｎ、及び希土類元素が固溶していないものである。
また、焼成によって僅かであるが平均粒径の変動を生じることがあるため、前述したサブミクロンオーダーの平均粒径を有するＢＣＴＺ型結晶粒子を析出させるために用いるＢＣＴＺ粉末の平均粒径は０．１〜１μｍの範囲にあるのがよい。
上記のＺｒ濃度およびＣａ濃度の異なる2種類以上のＢＣＴＺ粉末の混合粉末に、所定量のＭｇ及び希土類元素の酸化物あるいは炭酸塩、更に必要により、Ｍｎの炭酸塩やガラス等の任意成分を加えて回転ミルなどで１０〜３０時間湿式混合し、乾燥する。次いで、ポリビニルアルコール等の有機バインダや有機溶媒を所定量添加して成形用スラリーを調製する。
【００２２】
このスラリーを、引き上げ法、ドクターブレード法、リバースロールコータ法、グラビアコータ法、スクリーン印刷法、グラビア印刷等の周知の成形法を用いて所定形状に成形し、成形体を、大気中、真空中または窒素中で脱脂した後、大気中または還元雰囲気中で、１１５０〜１３００℃、特に１２００〜１３００℃の焼成温度で１〜１０時間焼成することにより、本発明の誘電体磁器を得ることができる。
かくして得られる本発明の誘電体磁器は、高誘電率を有し、しかも、誘電特性の温度依存性やＤＣバイアス依存性も極めて小さいという極めて優れた特性を有している。例えば、２０℃での比誘電率εr（２０℃）が３０００以上、特に３５００以上であり、温度変化率ＴＣＣは、±１０％以内（−２５℃〜８５℃）であり、比誘電率のＤＣバイアス依存性Δε／εは、２Ｖ／μｍの電界印加時に−２０％以内である。
【００２３】
（積層型電子部品）
上記のような特性を有する本発明の誘電体磁器は、例えば誘電体層に印加される直流電圧が２Ｖ／μｍ以上であるような高電圧用の積層セラミックコンデンサとして有効に適用される。
この積層型電子部品は、上述した誘電体磁器から形成された誘電体層と、金属からなる内部電極層とを交互に積層して構成され、通常、この積層体の側面には、内部電極層と電気的に接続された外部電極が設けられており、この外部電極を通じて静電容量が取り出されるようになっている。また、内部電極層を形成する金属としては、卑金属、特に安価という点からＮｉが好適に使用される。
かかる積層型電子部品は、先に述べた誘電体磁器の製造方法に準拠して製造される。
【００２４】
即ち、先に述べた方法にしたがって、本発明の誘電体磁器を製造するための成形用スラリーを調製し、前記成形法により、誘電体層を形成するセラミックグリーンシート（誘電体シート）を成形する。この誘電体シートの厚みは、電子部品の小型、大容量化という見地から、１〜１０μｍ、特に１〜５μｍであることが望ましい。
次に、この誘電体シートの表面に、Ｎｉ等の卑金属を含有する導電性ペーストを、スクリーン印刷法、グラビア印刷、オフセット印刷法等の周知の印刷方法により塗布し内部電極パターンを形成する。内部電極パターンの厚みは、コンデンサの小型、高信頼性化という点から２μｍ以下、特に１μｍ以下であることが望ましい。
このようにして表面に内部電極パターンが塗布された誘電体シートを複数枚積層圧着し、この積層成形体を、大気中２５０〜３００℃、または酸素分圧０．１〜１Ｐａの低酸素雰囲気中５００〜８００℃で脱脂した後、大気中もしくは非酸化性雰囲気で１１５０〜１３００℃で２〜３時間焼成する。非酸化性雰囲気で焼成する場合、さらに所望により、酸素分圧が０．１〜１０^−４Ｐａ程度の低酸素分圧下、９００〜１１００℃で５〜１５時間再酸化処理を施すことにより、還元された誘電体層が酸化され、良好な絶縁特性を有する誘電体層と内部電極層とが交互に積層された積層体が得られる。
【００２５】
最後に、得られた積層焼結体に対し、各端面にＣｕペーストを塗布して焼き付け、Ｎｉ／Ｓｎメッキを施し、内部電極と電気的に接続された外部電極を形成して積層セラミックコンデンサが得られる。
このような積層セラミックコンデンサからなる積層型電子部品では、高誘電率で、優れたＤＣバイアス特性を有する本発明の誘電体磁器により形成された誘電層を備えているため、印加直流電圧が２Ｖ／μｍ以上であるような高電圧用に極めて有用であり、また、高容量化・小型化をさらに推し進めることができる。更に、平均粒径の小さい誘電体磁器を用いていることにより、誘電体層厚みを容易に薄層化することができ、静電容量の向上、小型化が可能になる。
また、Ｎｉ等の卑金属を導体として用いることにより、安価な積層セラミックコンデンサが得られる。
【００２６】
【実施例】
実施例１
水熱合成法および固相法により得られたＢＣＴＺ粉末（ＢＣＴＺ−１、及びＢＣＴＺ−２）を準備した。
表１に示す組成および平均粒径を有するＢＣＴＺ粉末を、表１に示す割合で混合し、更にＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｎＣＯ_３、ＢａＣＯ_３を表１に記載する量だけ添加した。更にＳｉ、Ｌｉ、Ｂａ及びＣａを含有するガラスフィラーを、全量に対し１．２質量％に相当する量添加し、イソプロパノール（ＩＰＡ）を溶媒として３ｍｍφのＺｒＯ_２ボールを用いて回転ミルで１２時間湿式混合した。
得られたスラリーを乾燥した後、該乾燥物に対し有機バインダーを約２質量％に相当する量添加して造粒し、これを厚さ約１ｍｍ、直径１６ｍｍに成形した。この成形体を脱脂した後、大気中にて１２３０℃で２時間焼成し、誘電体磁器（試料Ｎｏ．１〜２０）を得た。
尚、表１、２中の試料Ｎｏに＊印を付したものは本発明の範囲外の実験条件およびそれによって得られた結果である。
【００２７】
（１）ＢＣＴＺ結晶粒子（焼結体中）の平均粒径の測定
この焼結体の断面を、マイクロオージェ電子分光法により観察し、Ｚｒ元素の多い粒子と少ない粒子を、それぞれＢＣＴＺ−１及びＢＣＴＺ−２と同定し、インターセプト法により、ＢＣＴＺ結晶粒子の平均粒径を求めた。
（２）比誘電率の温度変化率ＴＣＣの測定
さらに、上記誘電体磁器を厚さ４００μｍに研磨加工し、試料上下面にＩｎ−Ｇａを塗布して電極を形成した。
電気特性は、ＬＣＲメータを用いて−２５℃〜８５℃の温度範囲で、ＡＣ１Ｖ、測定周波数：１ｋＨｚの条件で静電容量を測定し、比誘電率を算出した。比誘電率の温度変化率ＴＣＣを、２０℃を基準温度として下記式より求めた。
ＴＣＣ（％）＝｛ε（Ｔ）−ε（２０℃）｝×１００／ε（２０℃）
（３）比誘電率εとＤＣバイアス依存性△ε／εの測定
また、分極−電界ヒステレシス特性測定装置を用いて、ＤＣオフセット電圧（８００Ｖ）を３０秒印加後、ＤＣオフセット電圧を印加したままで、微小電圧（１００Ｖ，１００Ｈｚ）によるヒステレシス曲線を測定し、その傾きからＤＣバイアス印加時の比誘電率ε（８００Ｖ）を算出し、下記式：
△ε／ε＝｛ε（８００Ｖ）−ε（０Ｖ）｝×１００／ε（０Ｖ）
により、２０℃での比誘電率のＤＣバイアス依存性△ε／εを求めた。
上記結果を表２に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
表２から、ＢＣＴＺの粒径が１μｍである試料Ｎｏ．８は誘電率は約４３５０と大きいが、ＴＣＣは−１５％と大きく、ＤＣバイアス依存性も−２６％と大きい。また、一方のＢＣＴＺの粒径が１μｍである試料Ｎｏ．１９、２０でもＴＣＣはそれぞれ−１２％、１３％と大きかった。
また、２種類のＢＣＴＺのＺｒ濃度が近い試料Ｎｏ．１６においては、２つのＢＣＴＺの誘電率ピークの重なりが大きい為、誘電率の値は大きいが、温度特性が悪く、また、ＤＣバイアス依存性も−２８％と悪い。
また、ペロブスカイトＡＢＯ_３構造であるＢＣＴＺ型結晶粒子の（Ａサイト／Ｂサイト）比、ｍ＝０．９９８と１より小さい試料Ｎｏ．１３は、添加物固溶と粒成長が進み、比誘電率が３０００未満、温度特性ＴＣＣが−１６％と−１０％を超えてしまう。
一方、２種類のＢＣＴＺの共存構造の実現した本発明の試料では、比誘電率３０００以上、特には３５００以上、比誘電率の変化率も±１０％以内であり、かつＤＣバイアス依存性も−２０％以内と優れている。
【００３１】
また、本発明の試料では、マイクロオージェ電子分光法及び透過型電子顕微鏡により誘電体磁器の粒子の結晶構造、組成を分析したところ、ＺｒおよびＣａ濃度の異なる２種類のＢＣＴＺ結晶粒子が存在しており、ＢＣＴＺ結晶粒子内において、中心部と周辺部において組成の相違が確認でき、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒは均一に存在し、周辺部においてはＭｇと、Ｙが検出されたが、中心部においては検出されず、いわゆるコアシェル構造を呈していた。また、粒界相は、層厚が１ｎｍ以下のアモルファス層であり、蛍光Ｘ線分析より、Ｙ、Ｓｉ、Ｃａが検出された。
【００３２】
実施例２（ＭＬＣＣ）
まず、実験例１と同様にして、Ｃａ、Ｚｒ濃度の異なるＢＣＴＺ粉末、ＭｇＯ、ＭｎＣＯ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＢａＣＯ_３を表１に示す割合で混合し、更に、ブチラール樹脂およびトルエンを加えてセラミックスラリーを調製した。このスラリーを、ドクターブレード法によりＰＥＴフィルム上に塗布し、乾燥機内で６０℃で１５秒間乾燥後、これを剥離して厚み９μｍのセラミックグリーンシートを形成し、これを１０枚積層して端面セラミックグリーンシート層を形成した。そして、これらの端面セラミックグリーンシート層を、９０℃で３０分の条件で乾燥させた。
この端面セラミックグリーンシート層を台板上に配置し、プレス機により圧着して台板上にはりつけた。
【００３３】
一方、ＰＥＴフィルム上に、上記と同一のセラミックスラリーをドクターブレード法により塗布し、６０℃で１５秒間乾燥後、厚み５．５μｍのセラミックグリーンシートを多数作製した。
次に、平均粒径０．２μｍのＮｉ粉末の合量４５質量％に対して、エチルセルロース５．５質量％とオクチルアルコール９４．５質量％からなるビヒクル５５質量％を３本ロールで混練して内部電極ペーストを作製した。
この後、得られたセラミックグリーンシートの一方の表面に、スクリーン印刷装置を用いて、上記した内部電極ペーストを内部電極パターン状に印刷し、グリーンシート上に長辺と短辺を有する長方形状の内部電極パターンを複数形成し、乾燥後、剥離した。
この後、端面セラミックグリーンシート層の上に、内部電極パターンが形成されたグリーンシートを３００枚積層し、この後、端面セラミックグリーンシートを積層し、コンデンサ本体成形体を作製した。
【００３４】
次に、コンデンサ本体成形体を金型上に載置し、積層方向からプレス機の加圧板により圧力を段階的に増加して圧着し、この後さらにコンデンサ本体成形体の上部にゴム型を配置し、静水圧成形した。
この後、このコンデンサ本体成形体を所定のチップ形状にカットし、大気中３００℃または０．１Ｐａの酸素／窒素雰囲気中５００℃に加熱し、脱バインダーを行った。さらに、１０^−７Ｐａの酸素／窒素雰囲気中、１２００〜１２５０℃で２時間焼成し、さらに、１０^−２Ｐａの酸素／窒素雰囲気中にて１０００℃で再酸化処理を行い、電子部品本体を得た。焼成後、電子部品本体の端面にＣｕペーストを９００℃で焼き付け、さらにＮｉ／Ｓｎメッキを施し、内部電極と接続する外部端子を形成した。
このようにして得られた積層セラミックコンデンサの内部電極間に介在する誘電体層（試料Ｎｏ．２１、２２）の厚みは４μｍであった。また誘電体層の有効積層数は３００層であった。
表２に測定結果を示す。
尚、ＤＣバイアス依存性△ε／εは、下記式より求め、その他の特性は実験例１と同様にして求めた。
｛ε（８Ｖ）−ε（０Ｖ）｝×１００／ε（０Ｖ）
表２の結果から、比誘電率は３５００以上を示し、温度変化率、ＤＣバイアスとも優れた特性を示した。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の誘電体磁器では、比誘電率が３０００以上で、比誘電率の温度特性が±１０％以内で、かつ２Ｖ／μｍのＤＣバイアス印加による比誘電率の変化率が２０％以内の特性を有し、それにより高電圧が印加されても静電容量の低下率が小さい小型・高容量の積層セラミックコンデンサを実現することが可能となる。

Claims

Ａサイトの一部がＣaで置換され、Ｂサイトの一部がＺｒで置換された少なくとも２種類のペロブスカイト型チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子（ＢＣＴＺ型結晶粒子）を含有する焼結体であって、そのうちの１種のＢＣＴＺ型結晶粒子（１）[（Ｂａ_１−ｘＣa_ｘ）_m（Ｔｉ_１−ｙＺｒ_ｙ）Ｏ_３]のｘ、ｙ、ｍがそれぞれ０．１５≦ｘ≦０．２５、０．１５≦ｙ≦０．２０、１．０００＜mであり、
また、他のＢＣＴＺ型結晶粒子（２）[（Ｂａ_１−ｚＣa_ｚ）_ｎ（Ｔｉ_１−ｓＺｒ_ｓ）Ｏ_３]のｚ、ｓ、ｎがそれぞれ０≦ｚ≦０．０８、０．０１≦ｓ≦０．１０、１．０００＜ｎであり、
かつ前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）及びＢＣＴＺ型結晶粒子（２）のいずれもが０．１５乃至０．７μｍの平均粒径を有することを特徴とする誘電体磁器。
前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）及びＢＣＴＺ型結晶粒子（２）を焼結体中に９２質量％以上含有している請求項１に記載の誘電体磁器。
前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）及びＢＣＴＺ型結晶粒子（２）に更にＭｇ、Ｍn、及び希土類元素を含有させた焼結体であって、前記Ｍｇ、Ｍn、及び希土類元素の少なくとも一部は前記２種類のＢＣＴＺ型結晶粒子中にそれぞれ粒子中心部よりも粒子表面側に偏在するように固溶して、前記２種類のＢＣＴＺ型結晶粒子がコアシェル型構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の誘電体磁器。
前記希土類元素が、Ｙ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＥｒおよびＹｂから成る群より選択された少なくとも１種である請求項１に記載の誘電体磁器。
Ｍｇ、Ｍｎ、及び希土類元素の少なくとも一つ以上の元素が前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）及びＢＣＴＺ型結晶粒子（２）中に固溶してコアシェル型構造を形成し、かつＭｇ、Ｍｎ、及び希土類元素の少なくとも一つ以上の元素の酸化物及び／又は複合酸化物が前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）及びＢＣＴＺ型結晶粒子（２）の粒界に存在していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の誘電体磁器。
前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）とＢＣＴＺ型結晶粒子（２）とを[ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）／ＢＣＴＺ型結晶粒子（２）]モル比で０．６６乃至１．５の割合で含有している請求項１に記載の誘電体磁器。
Ｍｇが酸化物換算で、０．０５乃至０．５質量％、且つ希土類元素が酸化物換算で０．１乃至１．７質量％の割合で前記焼結体中に含有している請求項３に記載の誘電体磁器。
Ｍｎが前記焼結体中にＭｎＣＯ_３換算で０．０５乃至０．４質量％含有している請求項３に記載の誘電体磁器。
前記ＢＣＴＺ型結晶粒子（１）およびＢＣＴＺ型結晶粒子（２）間の粒界に、Ｍｎ、Ｃａ、Ｍｇ、及びＢａの内少なくとも１つ以上の元素と、希土類元素、並びにＳｉを含有する、層厚が１ｎｍ以下のアモルファス層を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の誘電体磁器。
誘電体層と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電子部品であって、該誘電体層が、請求項１乃至９のいずれかに記載の誘電体磁器から形成されていることを特徴とする積層型電子部品。
前記内部電極が、Ｎｉ又はＮｉ合金などの卑金属を含有することを特徴とする請求項１０に記載の積層型電子部品。