JP4511323B2 - Multilayer ceramic capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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本発明は、積層セラミックコンデンサおよびその製法に関し、特に、誘電体層がCa成分濃度の異なるチタン酸バリウム結晶粒子により構成される、小型高容量かつ高信頼性を有する積層セラミックコンデンサおよびその製法に関する。 The present invention relates to a multilayer ceramic capacitor and a method for producing the same, and more particularly to a small-sized, high-capacity and highly reliable multilayer ceramic capacitor in which a dielectric layer is composed of barium titanate crystal particles having different Ca component concentrations and a method for producing the same.
近年、携帯電話などモバイル機器の普及やパソコンなどの主要部品である半導体素子の高速、高周波化に伴い、このような電子機器に搭載される積層セラミックコンデンサは、小型、高容量化の要求がますます高まっている。 In recent years, with the spread of mobile devices such as mobile phones and the high speed and high frequency of semiconductor elements, which are the main components of personal computers, multilayer ceramic capacitors mounted on such electronic devices are required to be smaller and have higher capacities. Increasingly.
そのため積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層は薄層化と高積層化が図られているが、例えば、特許文献1では、誘電体磁器を構成する誘電体粉末について、Aサイトの一部がCaで置換されたチタン酸バリウム粉末(BCT粉末)と、置換Caを含有していないチタン酸バリウム粉末(BT粉末)とを混合して用い、焼成後の誘電体層において、前記チタン酸バリウム結晶粒子の微粒化と比誘電率の向上とともにDCバイアス特性を向上させている。
Therefore, the dielectric layer constituting the multilayer ceramic capacitor has been made thin and highly laminated. For example, in
ところで、上記特許文献1に記載された誘電体磁器を構成するチタン酸バリウム結晶粒子のうちBCT結晶粒子は、比誘電率の温度特性を制御する上で必要不可欠であるMg、希土類元素等の添加成分と混合し、焼成すると、BCT粉末に含まれるCaの拡散にともなって、粒成長が起こり易く、焼成での厳しい条件制御が必要であり、特に、サブミクロン以下の粒径を有する原料を用いた場合には、著しい粒成長を起こしてしまい微粒子のチタン酸バリウム結晶粒子からなる焼結体を作製する事は容易ではないことが知られている。
By the way, among the barium titanate crystal particles constituting the dielectric ceramic described in
そのため、上記特許文献1では、焼成時におけるBCT結晶粒子の粒成長を抑制するために、Mgと希土類元素の酸化物を被覆したBT粉末と、BCT粉末とを混合する際に、さらにMnCO3、MgOおよび希土類酸化物を添加することにより、焼成後にBT型結晶粒子の表面にほぼ均一に高絶縁性の複合酸化物からなる被覆層を形成するとともに、BCT結晶粒子に対するMg、希土類元素の過剰な固溶や粒成長を抑制している。
上記特許文献1に記載された製法によれば、焼成温度を高度に制御できる小型の実験用焼成炉を用いる焼成条件を採用する場合には、上記したMgと希土類元素の酸化物を被覆したBT粉末と、BCT粉末とを混合する際に、さらにMnCO3、MgOおよび希土類酸化物を添加するという手法を用いても所望の比誘電率や温度特性ならびに高温負荷試験を満足できる試料を形成できる。
According to the manufacturing method described in
しかしながら、ひとたび積層セラミックコンデンサの量産製造に用いるようなトンネル型の大型焼成炉に対する焼成温度の管理レベルにおいては、焼成炉内における焼成時の最高温度のバラツキが大きく、このためBCT結晶粒子の粒成長のばらつきが発生しやすく、比誘電率や温度特性ならびに高温負荷試験特性を満足しない範囲のものが多く発生し、量産での歩留まりが低下するという問題があった。 However, at the control level of the firing temperature for a large tunnel-type firing furnace used for mass production of multilayer ceramic capacitors, there is a large variation in the maximum temperature during firing in the firing furnace, and thus grain growth of BCT crystal grains. There is a problem in that the variation in the number of particles is likely to occur, and there are many cases where the relative permittivity, temperature characteristics, and high temperature load test characteristics are not satisfied, and the yield in mass production decreases.
従って本発明は、主結晶粒子として、BCT結晶粒子とBT結晶粒子とから構成される誘電体磁器を誘電体層として用いてもBCT結晶粒子の粒成長を抑制し、トンネル型の大型焼成炉を用いる量産製造においても比誘電率や温度特性ならびに高温負荷試験特性を向上できる積層セラミックコンデンサおよびその製法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention suppresses the grain growth of BCT crystal particles even when a dielectric ceramic composed of BCT crystal particles and BT crystal particles is used as a dielectric layer as the main crystal particles, and a large tunnel-type firing furnace is provided. An object of the present invention is to provide a multilayer ceramic capacitor capable of improving the relative dielectric constant, temperature characteristics and high temperature load test characteristics even in mass production to be used, and a method for producing the same.
本発明の積層セラミックコンデンサは、誘電体層と内部電極層とを交互に積層してなるコンデンサ本体を具備する積層セラミックコンデンサにおいて、前記誘電体層が、Ca成分濃度が0.2原子%以下のチタン酸バリウム結晶粒子(BT結晶粒子)と、Ca成分濃度が0.4原子%以上のチタン酸バリウム結晶粒子(BCT結晶粒子)とからなり、前記BT結晶粒子および前記BCT結晶粒子がMg、希土類元素(RE)およびMnを含有するとともに、バリウムとCaとの合計量をAモルとし、チタンをBモルとしたときに、モル比で、1.003≦A/B≦1.007の関係を満足するとともに、前記BCT結晶粒子に含まれるMg、希土類元素(RE)およびMnの合計の含有量が、質量で前記BT結晶粒子に含まれるMg、希土類元素(RE)およびMnの合計の含有量よりも多い誘電体磁器からなることを特徴とする。 Multilayer ceramic capacitor of the present invention, in the multilayer ceramic capacitor comprising a capacitor body formed by alternately laminating dielectrics layers and internal electrode layers, the dielectric layer is, Ca component concentration than 0.2 atomic% and barium titanate crystal grains (BT crystal grains) of, Ca component concentration is from 0.4 atomic% or more of barium titanate crystal grains (BCT crystal grains), the BT crystal grain and the BCT crystal grains is Mg, as well as rare earth element (RE) and Mn, the total amount of Ba potassium and Ca is a moles, when the titanium B mol, in molar ratio, 1.003 ≦ a / B ≦ 1.00 7 with satisfying the relationship, the Mg contained in the BCT crystal grains, the total content of the rare earth element (RE) and Mn, included in the BT crystal grains by mass Mg, rare Characterized by comprising the high dielectric ceramic than the content of the sum of s elements (RE) and Mn.
上記積層セラミックコンデンサでは、前記BT結晶粒子および前記BCT結晶粒子を構成するバリウム、チタンおよびCaの酸化物としての合計量を100質量部としたときに
、MgをMgO換算で0.04〜0.14質量部、希土類元素(RE)をRE 2 O 3 換算で
0.2〜0.9質量部、MnをMnO換算で0.04〜0.15質量部含有することが望ましい。また、積層セラミックコンデンサを、温度250℃、電圧3Vの高温負荷雰囲気に晒したときに、その前後における交流インピーダンス測定での前記誘電体層中の粒界の抵抗減少率が0.7%/min.以下であることが望ましい。
In the multilayer ceramic capacitor, barium constituting the BT crystal grain and the BCT crystal grains, the total amount of the oxides of titanium and Ca is 100 mass parts
, Mg in terms of MgO is 0 . 04 to 0.14 parts by weight, the rare earth element and (RE) 0.2 to 0.9 parts by weight in
本発明の積層セラミックコンデンサの製法は、上記の積層セラミックコンデンサの製法であって、Aサイトの一部がCaで置換されたペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末(BCT粉末)およびCaを含有していないペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末(BT粉末)のそれぞれに、前記BCT粉末に含まれるMg、希土類元素(RE)およびMnの合計の含有量が、質量で前記BT粉末に含まれるMg、希土類元素(RE)およびMnの合計の含有量よりも多くなるようにMg、希土類元素(RE)およびMnを被覆してなり、Mg、希土類元素(RE)およびMnが、MgO換算、RE 2 O 3 換算およびMnO換算による合計で0.5〜1.5質量部含まれる混合粉末に、前記BCT粉末および前記BT粉末の合計100質量部に対して、アルミナの含有量が0.1質量%以下のガラスを1〜1.4質量部および炭酸バリウムを0.01〜1質量部添加した誘電体粉末と有機樹脂とを含有するグリーンシートと内部電極パターンとを交互に積層して構成されたコンデンサ本体成形体を作製し、該コンデンサ本体成形体を焼成することを特徴とする。 The manufacturing method of the multilayer ceramic capacitor of the present invention is the manufacturing method of the above-mentioned multilayer ceramic capacitor, and is a perovskite-type barium titanate powder (BCT powder) in which a part of the A site is replaced with Ca and a perovskite containing no Ca. In each type of barium titanate powder (BT powder), the total content of Mg, rare earth element (RE) and Mn contained in the BCT powder is Mg, rare earth element (RE) contained in the BT powder by mass. Mg, rare earth element (RE) and Mn are coated so as to be larger than the total content of Mg and Mn, and Mg, rare earth element (RE) and Mn are converted to MgO, converted to RE 2 O 3 and converted to MnO. To a mixed powder contained in a total of 0.5 to 1.5 parts by mass, to a total of 100 parts by mass of the BCT powder and the BT powder. To a green sheet containing alumina dielectric powder and an organic resin content was a 1 to 1.4 parts by weight and barium carbonate 0.1 weight% or less of the glass were added 0.01 parts by weight of to prepare a capacitor body forming body configured and internal electrode patterns are alternately laminated, characterized by a Turkey to firing the capacitor green body.
本発明の積層セラミックコンデンサによれば、積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層をBCT結晶粒子およびBT結晶粒子とからなるものとし、それらの結晶粒子が、Mg、希土類元素およびMnを含有するとともに、バリウムのAサイトおよびチタンのBサイトの比が、モル比で、1.003≦A/B≦1.007の関係を満足するものを用いることにより、BCT結晶粒子の粒成長のばらつきを小さくでき、比誘電率や温度特性ならびに高温負荷試験特性を向上できる。また、誘電体層をこのような構成とすることにより、焼成炉内における焼成時の最高温度のバラツキが大きいトンネル型の大型焼成炉を用いた積層セラミックコンデンサの量産製造においても、上記比誘電率や温度特性ならびに高温負荷試験特性などが安定し歩留まりを高めることができる。 According to the multilayer ceramic capacitor of the present invention, the dielectric layer constituting the multilayer ceramic capacitor is composed of BCT crystal particles and BT crystal particles, and these crystal particles contain Mg, rare earth elements and Mn, the ratio of the a site and titanium B sites of barium in a molar ratio, by using a satisfies a relationship of 1.003 ≦ a / B ≦ 1.00 7 , reduce variations in grain growth of BCT crystal grains It is possible to improve the dielectric constant, temperature characteristics and high temperature load test characteristics. In addition, the above dielectric constant can be used in the mass production of a multilayer ceramic capacitor using a tunnel-type large firing furnace that has a large variation in the maximum temperature during firing in the firing furnace. And temperature characteristics and high-temperature load test characteristics are stabilized, and the yield can be increased.
また、本発明の積層セラミックコンデンサの製法によれば、Aサイトの一部がCaで置換されたペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末(BCT粉末)およびCaを含有していないペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末(BT粉末)に、前記BCT粉末に含まれるMg、希土類元素(RE)およびMnの合計の含有量が、質量で前記BT粉末に含まれるMg、希土類元素(RE)およびMnの合計の含有量よりも多くなるようにMg、希土類元素(RE)およびMnを被覆してなり、Mg、希土類元素(RE)およびMnが、MgO換算、RE 2 O 3 換算およびMnO換算による合計で0.5〜1.5質量部含まれる混合粉末に、前記BCT粉末および前記BT粉末の合計100質量部に対して、アルミナの含有量が0.1質量%以下のガラスを1〜1.4質量部および炭酸バリウムを0.01〜1質量部添加した誘電体粉末と有機樹脂とを含有するグリーンシートと内部電極パターンとを交互に積層して構成されたコンデンサ本体成形体を作製し、該コンデンサ本体成形体を焼成することにより、積層セラミックコンデンサの量産製造において、焼成炉内における焼成時の最高温度のバラツキが大きいトンネル型の大型焼成炉を用いても、BCT結晶粒子およびBT結晶粒子とを主結晶粒子とする誘電体層の比誘電率や温度特性、ならびに高温負荷試験特性などが安定し、歩留まりの高い積層セラミックコンデンサを容易に得ることができる。 Further , according to the method for producing a multilayer ceramic capacitor of the present invention, a perovskite-type barium titanate powder (BCT powder) in which a part of the A site is substituted with Ca and a perovskite-type barium titanate powder (BT) containing no Ca The total content of Mg, rare earth element (RE) and Mn contained in the BCT powder is greater than the total content of Mg, rare earth element (RE) and Mn contained in the BT powder by mass. Mg, rare earth element (RE) and Mn are coated so as to increase, and Mg, rare earth element (RE) and Mn are 0.5 to 1. in total in terms of MgO, RE 2 O 3 and MnO. The mixed powder contained in 5 parts by mass has an alumina content of 0.1% by mass or less with respect to 100 parts by mass in total of the BCT powder and the BT powder. Capacitor body constituted by alternately laminating green sheets and internal electrode patterns containing dielectric powder and organic resin added with 1 to 1.4 parts by weight of glass and 0.01 to 1 part by weight of barium carbonate By producing a molded body and firing the capacitor body molded body, even in the mass production of multilayer ceramic capacitors, even if a large tunnel-type firing furnace with a large variation in the maximum temperature during firing in the firing furnace is used, the BCT the dielectric constant and temperature characteristic of the dielectric layer to the crystal grain and the BT crystal grain and the main crystal grains, and are stable high temperature load test characteristic as well, a high yield laminated ceramic capacitor easily can obtain Rukoto .
(構造)
本発明の積層セラミックコンデンサについて、図1の概略断面図をもとに詳細に説明する。図1は、本発明の積層セラミックコンデンサを示す概略断面図である。引出しの拡大図は誘電体層を構成する主結晶粒子と粒界層を示す模式図である。本発明の積層セラミックコンデンサは、コンデンサ本体1の両端部に外部電極3が形成されている。この外部電極3は、例えば、CuもしくはCuとNiの合金ペーストを焼き付けて形成されている。
(Construction)
The multilayer ceramic capacitor of the present invention will be described in detail based on the schematic sectional view of FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a multilayer ceramic capacitor of the present invention. The enlarged drawing of the drawer is a schematic diagram showing the main crystal grains and the grain boundary layer constituting the dielectric layer. In the multilayer ceramic capacitor of the present invention,
コンデンサ本体1は誘電体層5と内部電極層7とが交互に積層され構成されている。誘電体層5は、結晶粒子9と粒界層11により構成されている。その厚みは3μm以下、特に、2.5μm以下であることが積層セラミックコンデンサを小型高容量化する上で好ましく、さらに本発明で、静電容量のばらつきおよび容量温度特性の安定化のために、誘電体層5の厚みばらつきが10%以内であることがより望ましい。
The
内部電極層7は、高積層化しても製造コストを抑制できるという点で、ニッケル(Ni)や銅(Cu)などの卑金属が望ましく、特に、本発明にかかる誘電体層5との同時焼成が図れるという点でニッケル(Ni)がより望ましい。
The
本発明にかかる誘電体層5を構成する結晶粒子9は、Ca成分濃度の異なるペロブスカイト型チタン酸バリウム結晶粒子である。即ち、Aサイトの一部がCaで置換されたペロブスカイト型チタン酸バリウム結晶粒子(BCT結晶粒子)9aと置換Caを含有していないペロブスカイト型チタン酸バリウム結晶粒子(BT結晶粒子)9bとからなる。つまり本発明にかかる結晶粒子9は、BCT結晶粒子9aとBT結晶粒子9bとを含有するものであり、上述のように、このような2種の結晶粒子が共存していることにより優れた特性を示す。そして、本発明にかかるペロブスカイト型チタン酸バリウム結晶粒子のうちBT結晶粒子9bはCa成分濃度が0.2原子%以下のチタン酸バリウム結晶粒子であり、一方、BCT結晶粒子9aはCa成分濃度が0.4原子%以上、特に、BCT結晶粒子9aの高い比誘電率をもつ強誘電体としての機能を維持するという点で、Ca成分濃度は0.5〜2.5原子%のチタン酸バリウム結晶粒子であることが望ましい。
The crystal particles 9 constituting the
本発明にかかる結晶粒子9の平均粒径は、誘電体層5の薄層化による高容量化と高絶縁性を達成するという点で0.4μm以下、d90で0.7μm以下が好ましい。d90とは、粒度分布における質量での90%積算累積値である。一方、BCT結晶粒子9aおよびBT結晶粒子9bの粒径の下限値としては誘電体層5の比誘電率を高め、かつ比誘電率の温度依存性を抑制するという理由から、0.15μm以上が好ましい。
The average grain size of the crystal grains 9 according to the present invention is preferably 0.4 μm or less and d90 is 0.7 μm or less in terms of achieving high capacity and high insulation by thinning the
ここで結晶粒子9を構成するひとつの結晶粒子であるBCT結晶粒子9aは、上記のようにAサイトの一部がCaで置換されたペロブスカイト型チタン酸バリウムであり、理想的には、(Ba1−xCax)TiO3で表される。本発明において、上記BCT結晶粒子9aにおけるAサイト中のCa置換量は、X=0.01〜0.2、特にX=0.02〜0.07であることが好ましい。Ca置換量がこの範囲内であれば、室温付近の相転移点が十分低温側にシフトし、BT結晶粒子9bとの共存構造により、コンデンサとして使用する温度範囲において優れた温度特性およびDCバイアス特性を確保できるからである。
Here, the
一方、BT結晶粒子9bは、置換Caを含有していないペロブスカイト型チタン酸バリウムであり、理想的にはBaTiO3で表される。なお本発明においてBT結晶粒子9bとは分析値としてのCa濃度が0.2原子%以下であるものとする。
On the other hand, the
本発明では、誘電体層5の結晶粒子9を構成するBCT結晶粒子9aとBT結晶粒子9bとは、上記Ca濃度を規定したときの指標に基づく評価において、誘電体層5の断面もしくは表面の結晶組織におけるそれぞれの結晶粒子の面積比で、BCT結晶粒子9aの割合をABCT、BT結晶粒子9bの割合をABTとしたときに、ABT/ABCT=0.1〜3の関係を有する組織的な割合で共存していることが望ましく、特に、比誘電率、温度特性およびDCバイアス特性をさらに向上させるという点でABT/ABCT=0.3〜2が好ましい。
In the present invention, the
また、BCT結晶粒子9aおよびBT結晶粒子9bは、いずれも、Mg、希土類元素およびMnを含有することを特徴とし、それらBCT結晶粒子9aおよびBT結晶粒子9b
に含まれるMg、希土類元素およびMnを含有量は、BT結晶粒子およびBCT結晶粒子を構成するバリウム、チタンおよびCaの酸化物としての合計量を100質量部としたときに、MgがMgO換算で0.04〜0.14質量部、希土類元素(RE)がRE 2 O 3 換算で0.2〜0.9質量部、MnがMnO換算で0.04〜0.15質量部であれば、静電容量の温度特性を安定化し、かつ高温負荷試験での信頼性を向上できる。
Also, B
The content of Mg, rare earth elements and Mn contained in Mg is 100 parts by mass when the total amount of oxides of barium, titanium and Ca constituting the BT crystal particles and BCT crystal particles is Mg in terms of MgO. If 0.04 to 0.14 parts by mass, the rare earth element (RE) is 0.2 to 0.9 parts by mass in terms of RE 2 O 3 , and Mn is 0.04 to 0.15 parts by mass in terms of MnO , It can stabilize the temperature characteristics of capacitance and improve the reliability in high-temperature load tests.
さらには、静電容量の温度特性の安定化および高温負荷試験での信頼性の向上という点で、BCT結晶粒子9aに含まれるMg、希土類元素およびMnの合計の含有量がBT結晶粒子9bに含まれるMg、希土類元素およびMnの合計の含有量よりも多いことが重要である。これらMg、希土類元素およびMnは焼結助剤に由来するものであることから、これらの元素はBCT結晶粒子9aおよびBT結晶粒子9b中に固溶するが、一部、粒界層11に存在し、特に非晶質として存在しやすい。つまり、本発明にかかる誘電体層5において、Mg、希土類元素は、BT結晶粒子9bおよびBCT結晶粒子9aをコアシェル構造とする成分であり、一方、Mnは還元雰囲気における焼成によって生成するBT結晶粒子9b、BCT結晶粒子9a中の酸素欠陥を補償し、絶縁性および高温負荷寿命を高めることができる。
Furthermore, in terms of improving the reliability of stabilization and high-temperature load test of the temperature characteristic of the capacitance, Mg contained in the
また本発明にかかる誘電体層5では、結晶粒子9に含まれる希土類元素は粒子表面である粒界層11を最高濃度として結晶粒子9の表面から粒子内部にかけて濃度勾配を有するとともに、0.05原子%/nm以上であることが望ましい。つまり、希土類元素の濃度勾配がこのような条件であれば、比誘電率および高温負荷寿命の向上とともに容量温度特性としてもX7R規格を満足できる。ここで本発明における希土類元素としては、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Y、Er、Tm、Yb、Lu、Scのうち少なくとも1種が好ましい。
Further, in the
また、本発明にかかる誘電体層5では、誘電体層5の比誘電率を高く維持でき、かつ加速試験における耐性を高めるという理由から、磁器中に含まれるアルミナの不純物量が1質量%以下であることが望ましい。
Further, in the
上記のように本発明の誘電体磁器においては、BCT結晶粒子9aとBT結晶粒子9bとが共存していることを特徴とするものである。このような共存系において、BCT結晶粒子9a及びBT型結晶粒子9bは、粒子中心よりも粒子表面側に焼結助剤に由来する、特に、Mg及び希土類元素が偏在したコアシェル型構造を形成し、その結果、高誘電率となり、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有している。
As described above, the dielectric ceramic according to the present invention is characterized in that the
一般に、BT結晶粒子9b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が、逐次相転移の前駆現象である原子の揺らぎに起因した高比誘電率の為、DCバイアスの印加による比誘電率の減少が大きい。一方、BT結晶粒子に見られる3つの逐次相転移点の内、最も高温(125℃程度)にある相転移温度は、Aサイトの一部がCaで置換されても殆ど変わることがないが、室温近傍とそれよりさらに低温の構造相転移点は、置換Ca量の増大に比例して低温にシフトする。即ち、BT結晶粒子9bが高誘電率を示す大きな要因は、室温近傍とさらに低温の構造相転移の前駆現象である原子の揺らぎの増大である為、Aサイトの一部がCaで置換されたBCT結晶粒子9aでは、室温近傍及びさらに低温での転移点が低温側にシフトしており、比誘電率は減少するものの、DCバイアス特性は大きく向上する。即ち、本発明の誘電体磁器では、高比誘電率を示し、温度特性に優れたBT結晶粒子9bと、DCバイアス特性に優れたBCT結晶粒子9aとの共存構造を実現する事により、BT結晶粒子9bに比べDCバイアス特性に優れ、また、BCT結晶粒子9aに比べ高誘電率であり、且つ誘電特性の温度依存性、DCバイアス依存性が小さいという特性を示すものとなる。
In general, the
加えて本発明では、結晶粒子9を構成するチタン酸バリウムにおける、バリウムおよびCaのAサイト、およびチタンのBサイトのモル比が、1.003≦A/B≦1.007の関係を満足することが重要であり、さらには、結晶粒子9の構成結晶粒子の主要なひとつであるBCT結晶粒子中のAサイト(バリウム)とBサイト(チタン)とのモル比A/Bが1.003以上であることが望ましい。従来のBCT結晶粒子9aでは、Mgおよび希土類元素と混合すると、Caの拡散に伴って粒成長が起こりやすいとされていたのを、本発明ではチタン酸バリウム・カルシウム(BCT結晶粒子)のA/B比を上記のように規定することにより、BCT結晶粒子9aの粒成長を抑制できる。
In addition the present invention is, in barium titanate constituting the crystal grain 9, the molar ratio of the A site and titanium B site, barium and Ca, satisfy the relation: 1.003 ≦ A / B ≦ 1.00 7 Furthermore, the molar ratio A / B between the A site (barium) and the B site (titanium) in the BCT crystal particle, which is one of the main constituent crystal particles of the crystal particle 9, is 1.003. The above is desirable. In the conventional
これに対して、BCT結晶粒子9aがMg、希土類元素およびMnを含まない場合またはA/B比が1.002以下の場合にはBCT結晶粒子9aの粒成長が起こりやすく、絶縁性が低下し、高温負荷での不良が発生しやすくなる。
On the other hand, when the
図2は、本発明にかかる交流インピーダンス測定を用いた誘電体層中の粒界の抵抗の評価手法を示す模式図である。図2において、20aは試料である積層セラミックコンデンサを装着して温度制御を行う恒温槽、20bは試料に直流電圧を印加するHALT測定装置、20cは交流電源を有するインピーダンス測定装置である。図3は、本発明の交流インピーダンス測定を用いた誘電体層中の粒界の抵抗評価結果の代表例である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing an evaluation method of the resistance of the grain boundary in the dielectric layer using the AC impedance measurement according to the present invention. In FIG. 2, 20a is a thermostatic chamber for controlling the temperature by mounting a multilayer ceramic capacitor as a sample, 20b is a HALT measuring device for applying a DC voltage to the sample, and 20c is an impedance measuring device having an AC power source. FIG. 3 is a representative example of the resistance evaluation result of the grain boundary in the dielectric layer using the AC impedance measurement of the present invention.
本発明では、積層セラミックコンデンサを、温度250℃、電圧3Vの高温負荷雰囲気中に放置する。そして、前記条件の高温負荷雰囲気に放置する前と後において同じ条件にて交流インピーダンス測定での前記誘電体層中の粒界層の抵抗減少率を測定する。図3は、本発明にかかる積層セラミックコンデンサにおける結晶粒子9のコア(中心部)、シェル(外周部)、粒界層および内部電極7と誘電体層5との界面におけるインピーダンス変化のグラフ(コールコールプロットである。この評価では誘電体層5を図の等価回路のように、コア(中心部)、シェル(外周部)、粒界層11および内部電極7と誘電体層5との界面の4つの成分に区別する。グラフの横軸はインピーダンス信号の実部、縦軸は虚部を示す。インピーダンスの変化を示すグラフは、加速寿命試験(HALT)前と後の違い、およびシミュレーションによるフィッティングである。本発明では、特に、粒界層11における抵抗変化に着目するものであり、その実部の変化率が0.7%/min.以下であることが望ましい。
In the present invention, a multilayer ceramic capacitor, temperature 250 ° C., allowed to stand in a high temperature load atmosphere at voltage 3V. Then, the resistance reduction rate of the grain boundary layer in the dielectric layer in the AC impedance measurement is measured under the same conditions before and after being left in the high temperature load atmosphere under the above conditions. FIG. 3 is a graph showing the impedance change at the interface between the core (center part), shell (outer peripheral part), grain boundary layer, and
この評価は、例えば、加速寿命試験(HALT)前後の図3のコールコールプロットを専用ソフトによって、上記4つの成分に分けて求めることができる。 This evaluation can be obtained, for example, by dividing the Cole-Cole plot of FIG. 3 before and after the accelerated life test (HALT) into the above four components by using dedicated software.
ここで、高温負荷雰囲気処理前後での誘電体層5中のイオンの拡散や電子の移動が大きくなり粒界層11の抵抗減少率を顕著に見ることができるという点で、温度としてはキュリー温度の1.5倍、電圧としては定格電圧の2/5V以上が好ましい。
Here, the temperature is reduced to a Curie temperature in that the diffusion of ions and the movement of electrons in the
(製法)
次に、本発明に係る積層セラミックコンデンサの製法について詳細に説明する。図4は、本発明の積層セラミックコンデンサの製法を示す工程図である。
(Manufacturing method)
Next, the manufacturing method of the multilayer ceramic capacitor according to the present invention will be described in detail. FIG. 4 is a process diagram showing a method for producing the multilayer ceramic capacitor of the present invention.
本発明の積層セラミックコンデンサの製法は、BCT粉末およびBT粉末の誘電体粉末に、予め、Mg、希土類元素、Mnの酸化物粉末を被覆した誘電体粉末を用いる。即ち、本発明の積層セラミックコンデンサの製法は、Aサイトの一部がCaで置換されたペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末(BCT粉末)およびCaを含有していないペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末(BT粉末)のそれぞれに、前記BCT粉末に含まれるMg、希土類元素(RE)およびMnの合計の含有量が、質量で前記BT粉末に含まれるMg、希土類元素(RE)およびMnの合計の含有量よりも多くなるようにMg、希土類元素(RE)およびMnを被覆してなり、Mg、希土類元素(RE)およびMnが、MgO換算、RE 2 O 3 換算およびMnO換算による合計で0.5〜1.5質量部含まれる混合粉末に、前記BCT粉末および前記BT粉末の合計100質量部に対して、アルミナの含有量が0.1質量%以下のガラスを1〜1.4質量部および炭酸バリウムを0.01〜1質量部添加した誘電体粉末と有機樹脂とを含有するグリーンシートと内部電極パターンとを交互に積層して構成されたコンデンサ本体成形体を焼成することを特徴とする。この場合、Mg、希土類元素およびMnの酸化物を添加する場合に比較して、Mg、希土類元素およびMnの酸化物は少なく、特に、Mgおよび希土類元素量を減らすことができる。このためBT粉末およびBCT粉末の比誘電率の低下を抑制でき、このことから用いるBT粉末およびBCT粉末についてより微粒なものを用いることができる。なお、BTおよびBCT粉末へのMg、希土類元素およびMnの酸化物に被覆は、BT粉末およびBCT粉末に所定量のMg、希土類元素およびMnの酸化物を混合し、メカノケミカル的な方法により被覆できる。そして、本発明では、BCTおよびBT粉末に個々にMg、希土類元素およびMnを被覆できることからその被覆量を変化させることができる。本発明では、BCT粉末に含まれるMg、希土類元素およびMnの合計の含有量が、BT粉末に含まれるMg、希土類元素およびMnの合計の含有量よりも高いことが望ましい。BCT粉末に含まれるMg、希土類元素およびMnの合計の含有量をBT粉末に含まれるMg、希土類元素およびMnの合計の含有量よりも高くすることにより、焼成時により粒成長しやすいBCT粉末の粒成長を効果的に抑制できる。それとともにBCT粉末からのCaの拡散を抑制できる。 The manufacturing method of the multilayer ceramic capacitor of the present invention uses dielectric powder obtained by previously coating dielectric powder of BCT powder and BT powder with oxide powder of Mg, rare earth elements, and Mn. That is, the manufacturing method of the multilayer ceramic capacitor of the present invention includes a perovskite-type barium titanate powder (BCT powder) in which a part of the A site is substituted with Ca, and a perovskite-type barium titanate powder (BT powder) containing no Ca. The total content of Mg, rare earth element (RE) and Mn contained in the BCT powder is greater than the total content of Mg, rare earth element (RE) and Mn contained in the BT powder by mass. Mg, rare earth element (RE) and Mn are coated so as to increase, and Mg, rare earth element (RE) and Mn are 0.5 to 1. in total in terms of MgO, RE 2 O 3 and MnO. The mixed powder contained in 5 parts by mass has an alumina content of 0.1% by mass or less with respect to a total of 100 parts by mass of the BCT powder and the BT powder. Capacitor configured green sheets of glass containing a 1 to 1.4 parts by weight and the dielectric powder and an organic resin and the barium carbonate was added 0.01 parts by mass and the internal electrode patterns are stacked alternately and wherein the benzalkonium be fired green body. In this case, compared with the case where oxides of Mg, rare earth elements and Mn are added, there are few oxides of Mg, rare earth elements and Mn, and in particular, the amount of Mg and rare earth elements can be reduced. For this reason, the fall of the dielectric constant of BT powder and BCT powder can be suppressed, and a more fine thing can be used about BT powder and BCT powder to be used from this. BT and BCT powder are coated with Mg, rare earth element and Mn oxide by mixing a predetermined amount of Mg, rare earth element and Mn oxide into BT powder and BCT powder and then coated by mechanochemical method. it can. And in this invention, since BCT and BT powder can be coat | covered with Mg, rare earth elements, and Mn individually, the coating amount can be changed. In the present invention, it is desirable that the total content of Mg, rare earth element and Mn contained in the BCT powder is higher than the total content of Mg, rare earth element and Mn contained in the BT powder. By making the total content of Mg, rare earth elements and Mn contained in the BCT powder higher than the total content of Mg, rare earth elements and Mn contained in the BT powder, Grain growth can be effectively suppressed. At the same time, the diffusion of Ca from the BCT powder can be suppressed.
図4は、本発明の積層セラミックコンデンサの製法を示す工程図である。 FIG. 4 is a process diagram showing a method for producing the multilayer ceramic capacitor of the present invention.
(a)工程:本発明の製法では、まず、以下に示す原料粉末をポリビニルブチラール樹脂などの有機樹脂や、トルエンおよびアルコールなどの溶媒とともにボールミルなどを用いて混合してセラミックスラリを調製し、次いで、上記セラミックスラリをドクターブレード法やダイコータ法などのシート成形法を用いてセラミックグリーンシート21を形成する。セラミックグリーンシート21の厚みは、誘電体層の高容量化のための薄層化、高絶縁性を維持するという点で1〜4μmが好ましい。
Step (a): In the production method of the present invention, first, a ceramic slurry is prepared by mixing the following raw material powder with an organic resin such as polyvinyl butyral resin and a solvent such as toluene and alcohol using a ball mill or the like, The ceramic
本発明の製法に用いられるAサイトの一部がCaで置換されたペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末(BCT粉末)および置換Caを含有していないペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末(BT粉末)である誘電体粉末は、それぞれ(Ba1−xCax)TiO3およびBaTiO3で表される原料粉末である。ここで上記BCT粉末におけるAサイト中のCa置換量は、X=0.01〜0.2、特にX=0.03〜0.1であることが好ましい。また、BCT粉末は、その構成成分であるAサイト(バリウム)とBサイト(チタン)との原子比A/Bが1.003以上であることが望ましい。これらBT粉末およびBCT粉末は、Ba成分、Ca成分およびTi成分を含む化合物を所定の組成になるように混合して合成される。これらの誘電体粉末は、固相法、液相法(蓚酸塩を介して生成する方法を含む)、水熱合成法などから選ばれる合成法により得られたものである。このうち得られる誘電体粉末の粒度分布が狭く、結晶性が高いという理由から水熱合成法により得られた誘電体粉末が望ましい。 Dielectric which is a perovskite type barium titanate powder (BCT powder) in which a part of A site used in the production method of the present invention is substituted with Ca and a perovskite type barium titanate powder (BT powder) which does not contain substituted Ca The powder is a raw material powder represented by (Ba 1-x Ca x ) TiO 3 and BaTiO 3 , respectively. Here, the Ca substitution amount in the A site in the BCT powder is preferably X = 0.01 to 0.2, particularly preferably X = 0.03 to 0.1. Further, it is desirable that the BCT powder has an atomic ratio A / B of A site (barium) and B site (titanium), which are constituent components, of 1.003 or more. These BT powder and BCT powder are synthesized by mixing a compound containing a Ba component, a Ca component and a Ti component so as to have a predetermined composition. These dielectric powders are obtained by a synthesis method selected from a solid phase method, a liquid phase method (including a method of generating via oxalate), a hydrothermal synthesis method, and the like. Among these, the dielectric powder obtained by the hydrothermal synthesis method is desirable because the particle size distribution of the obtained dielectric powder is narrow and the crystallinity is high.
本発明にかかる誘電体粉末であるチタン酸バリウム粉末(BT粉末)およびチタン酸バリウム・カルシウム粉末(BCT粉末)の粒度分布は、誘電体層5の薄層化を容易にし、かつ誘電体粉末の比誘電率を高めるという点で0.15〜0.4μmであることが望ましい。
The particle size distribution of the barium titanate powder (BT powder) and barium calcium titanate powder (BCT powder), which are dielectric powders according to the present invention, facilitates thinning of the
また、このように比誘電率の高い誘電体粉末として、その結晶性は、X線回折を用いて評価したときに、例えば、正方晶を示す指数(001)PAAのピークと、立方晶を示す指数(100)PBBのピークとの比がPAA/PBBが1.1以上であることが望ましい。 Further, as a dielectric powder having such a high relative dielectric constant, its crystallinity is evaluated by, for example, an index (001) PAA peak indicating a tetragonal crystal and a cubic crystal when evaluated using X-ray diffraction. it is desirable the ratio of the peak of the index (100) P BB indicating is P AA / P BB is 1.1 or more.
本発明の積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層5を形構成する場合、上記BCT粉末とBT粉末との混合比は、焼成後に得られる磁器において、特に、比誘電率、温度特性およびDCバイアス特性をさらに向上させるという点で、BCT粉末量をWBCT、BT粉末量をWBT、としたときに、WBCT/WBT比が0.95〜1.05の範囲であることが望ましい。
If you form constituting the
また、誘電体粉末に添加するMgは、BCT粉末とBT粉末との混合粉末100質量部に対して、MgO換算で0.04〜0.14質量部、希土類元素(RE)は、BCT粉末とBT粉末との混合粉末100質量部に対して、RE2O3換算で0.2〜0.9質量部、およびMnは、BCT粉末とBT粉末との混合粉末100質量部に対して、MnO換算で0.04〜0.15質量部であることが好ましい。
Moreover, Mg is added to the dielectric powder, to the mixed Goko powder of 100 parts by mass of the BCT powder and the BT powder, 0.04 to 0.14 parts by weight in terms of MgO, rare earth element (RE) is BCT against mixing Goko powder of 100 parts by mass of the powder and the BT powder, 0.2 to 0.9 parts by mass in
上記誘電体粉末に添加するガラス粉末は、構成成分として、Li2O、SiO2、BaOおよびCaOにより構成される。ガラス粉末の添加量はBCT粉末とBT粉末の混合物である誘電体粉末100質量部に対して、0.7〜2質量部であることが磁器の焼結性を高めるという点で好ましい。その組成は、Li2O=5〜15モル%、SiO2=40〜60モル%、BaO=10〜30モル%、およびCaO=10〜30モル%望ましく、また、本発明にかかるガラス粉末では、特に、アルミナの含有量が1質量%以下であることが重要であり、特に、0.1質量%以下が好ましい。 The glass powder added to the dielectric powder is composed of Li 2 O, SiO 2 , BaO and CaO as constituent components. The addition amount of the glass powder is preferably 0.7 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the dielectric powder, which is a mixture of the BCT powder and the BT powder, from the viewpoint of enhancing the sinterability of the porcelain. The composition is desirably Li 2 O = 5 to 15 mol%, SiO 2 = 40 to 60 mol%, BaO = 10 to 30 mol%, and CaO = 10 to 30 mol%. In the glass powder according to the present invention, In particular, it is important that the content of alumina is 1% by mass or less, and particularly 0.1% by mass or less is preferable.
炭酸バリウム粉末は、BCT粉末とBT粉末の混合物である誘電体粉末100質量部に対して、0.01〜1質量部であることが粒成長を抑制するという理由から好ましい。 The barium carbonate powder is preferably 0.01 to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the dielectric powder, which is a mixture of the BCT powder and the BT powder, for the purpose of suppressing grain growth.
(b)工程:次に、上記得られたセラミックグリーンシート21の主面上に矩形状の内部電極パターン23を印刷して形成する。内部電極パターン23となる導体ペーストは、Ni、Cuもしくはこれらの合金粉末を主成分金属とし、これに共材としてのセラミック粉末を混合し、有機バインダ、溶剤および分散剤を添加して調製する。金属粉末としては、上記誘電体粉末との同時焼成を可能にし、低コストという点でNiが好ましい。セラミック粉末としてはCa濃度の低いBT粉末が好ましいが、導体ペーストにセラミックス粉末を含有させることで、本発明にかかる内部電極層7は、電極層を貫通して上下の誘電体層5を接続するように柱状のセラミックスが形成される。これにより誘電体層5と内部電極層7間の剥離を防止できる。ここで用いるセラミック粉末は、焼成時の柱状のセラミックスの異常粒成長を抑制でき、機械的強度を高くできる。また、内部電極層に形成される柱状のセラミックスの異常粒成長を抑制することによっても積層セラミックコンデンサの容量温度依存性を小さくできる。内部電極パターン23の厚みは積層セラミックコンデンサの小型化および内部電極パターン23による段差を低減するという理由から1μm以下が好ましい。
(B) Step: Next, a rectangular
なお、本発明によれば、セラミックグリーンシート21上の内部電極パターン23による段差解消のために、内部電極パターン23の周囲にセラミックパターン25を内部電極パターン23と実質的に同一厚みで形成することが好ましい。セラミックパターン25を構成するセラミック成分は、同時焼成での焼成収縮を同じにするという点で前記誘電体粉末を用いることが好ましい。
According to the present invention, the
(c)工程:次に、内部電極パターン23が形成されたセラミックグリーンシート21を所望枚数重ねて、その上下に内部電極パターン23を形成していないセラミックグリーンシート21を複数枚、上下層が同じ枚数になるように重ねて、仮積層体を形成する。仮積層体中における内部電極パターン23は、長寸方向に半パターンずつずらしてある。このような積層工法により、切断後の積層体の端面に内部電極パターン23が交互に露出されるように形成できる。
Step (c): Next, a desired number of ceramic
本発明においては、上記したように、セラミックグリーンシート21の主面に内部電極パターン23を予め形成しておいて積層する工法のほかに、セラミックグリーンシート21を一旦下層側の機材に密着させたあとに、内部電極パターン23を印刷し、乾燥させた後に、その印刷乾燥された内部電極パターン23上に、内部電極パターン23を印刷していないセラミックグリーンシート21を重ねて、仮密着させ、このようなセラミックグリーンシート21の密着と内部電極パターン23の印刷を逐次行う工法によっても形成できる。
In the present invention, as described above, in addition to the method of forming the
次に、仮積層体を上記仮積層時の温度圧力よりも高温、高圧の条件にてプレスを行い、セラミックグリーンシート21と内部電極パターン23とが強固に密着された積層体29を形成できる。
Next, the temporary laminated body is pressed under conditions of higher temperature and higher pressure than the temperature pressure during the temporary lamination to form a
次に、積層体29を、切断線hに沿って、即ち、積層体中に形成されたセラミックパターン29の略中央を、内部電極パターン25の長寸方向に対して垂直方向(図4の(c1)、および図4の(c2))に、内部電極パターン23の長寸方向に平行に切断して、内部電極パターン23の端部が露出するようにコンデンサ本体成形体が形成される。一方、内部電極パターン23の最も幅の広い部分においては、サイドマージン部側にはこの内部電極パターンは露出されていない状態で形成される。
Next, the
次に、このコンデンサ本体成形体を、所定の雰囲気下、温度条件で焼成してコンデンサ本体が形成され、場合によっては、このコンデンサ本体の稜線部分の面取りを行うとともに、コンデンサ本体の対向する端面から露出する内部電極層を露出させるためにバレル研磨を施しても良い。本発明の製法において、脱脂は500℃までの温度範囲で、昇温速度が5〜20℃/h、焼成温度は最高温度が1130〜1230℃の範囲、脱脂から最高温度までの昇温速度が200〜500℃/h、最高温度での保持時間が0.5〜4時間、最高温度から1000℃までの降温速度が200〜500℃/h、雰囲気が水素―窒素、焼成後の熱処理(再酸化処理)最高温度が900〜1100℃、雰囲気が窒素であることが好ましい。 Next, this capacitor body molded body is fired under a predetermined atmosphere at a temperature condition to form a capacitor body. In some cases, the capacitor body is chamfered at the ridge line portion, and from the opposite end surface of the capacitor body. Barrel polishing may be performed to expose the exposed internal electrode layer. In the production method of the present invention, degreasing is in the temperature range up to 500 ° C., the heating rate is 5 to 20 ° C./h, the firing temperature is in the range of 1130 to 1230 ° C., and the heating rate from degreasing to the maximum temperature is 200 to 500 ° C./h, holding time at the maximum temperature of 0.5 to 4 hours, rate of cooling from the maximum temperature to 1000 ° C. is 200 to 500 ° C./h, atmosphere is hydrogen-nitrogen, heat treatment after firing (re- Oxidation treatment) It is preferable that the maximum temperature is 900 to 1100 ° C. and the atmosphere is nitrogen.
次に、このコンデンサ本体1の対向する端部に、外部電極ペーストを塗布して焼付けを行い外部電極1が形成される。また、この外部電極3の表面には実装性を高めるためにメッキ膜が形成される。
Next, an external electrode paste is applied to the opposite ends of the
上記述べた本発明にかかるBCT結晶粒子9aおよびBT結晶粒子9bは、一般に、いずれも焼結時に原子拡散による粒成長を起こしやすく、微小粒径の緻密な焼結体を得にくいものである。特に、用いる原料粒子サイズがサブミクロンより小さい場合、粒子体積に対し、表面積が大きな割合を占め、表面エネルギーが大きいことによって、エネルギー的に不安定な状態になってしまう。このため、焼成に際して、原子拡散による粒成長を生じ、表面積が小さくなって表面エネルギーの低下による安定化が生じる。従って、粒成長が起こりやすく、微小サイズの粒子からなる緻密焼結体は得にくいものとなっている。
The
具体的には、0.2μmより小さい微小粒子サイズのBT結晶粒子9bおよびBCT結晶粒子9aの焼結体は、容易に固溶・粒成長を生じ、粒子間の原子の移動を抑制するものを粒子間に導入しなければ1μmを越える大きな粒子サイズからなる焼結体が形成されてしまい、サブミクロン以下の微小粒子サイズからなる緻密な焼結体を得るのは困難である。そのため、本発明では、微小結晶原料とともに、チタン酸バリウム・カルシウム結晶粒子中のAサイト(バリウム)とBサイト(チタン)とのモル比A/Bを1.003以上とし、かつMgとYの様な希土類元素を添加剤として導入し、さらに焼成条件を調整することにより、原料結晶粒子のサイズを反映した微小粒子焼結体を得ることができる。チタン酸バリウムあるいはチタン酸バリウム・カルシウムにおいてAサイト側の元素比を高くすると、バリウムまたはバリウム・カルシウムが粒子表面に多く存在することにより、これらバリウムおよびその他の添加物は、粒子表面に拡散し液相を形成することにより、焼結を促進するとともに、粒界近傍及び粒界に存在して母相であるBT、BCT結晶粒子間におけるBa、Ca、Ti原子の移動を抑制し粒成長を抑制する。この結果、結晶粒子表面に、バリウムのほかにMg及び希土類元素が拡散固溶した結晶相が形成されることになる。これにより、Mgおよび希土類元素が粒子表面に偏在したコアシェル構造が形成される。尚、このようなコアシェル構造の形成は、これらの結晶粒子を透過型電子顕微鏡で観察することにより確認することができる。
Specifically, the sintered body of the
積層セラミックコンデンサを以下のようにして作製した。用いる原料粉末の種類、平均粒径、添加量、焼成温度を表1に示した。ここで用いるBT粉末およびBCT粉末におけるA/Bサイト比は1.003のものを用いた。但し、試料No.9、10に用いたBTおよびBCT粉末のA/B比は1.001とした。BT粉末およびBCT粉末の粒径は主体が0.2〜0.4μmのものを用いた。ガラス粉末の組成はSiO2=50、BaO=20、CaO=20、Li2O=10(モル%)とした。 A multilayer ceramic capacitor was produced as follows. Table 1 shows the type of raw material powder used, the average particle size, the amount added, and the firing temperature. The BT powder and BCT powder used here had an A / B site ratio of 1.003. However, sample No. The A / B ratio of the BT and BCT powders used for 9 and 10 was 1.001. The particle size of BT powder and BCT powder was mainly 0.2 to 0.4 μm. The composition of the glass powder was SiO 2 = 50, BaO = 20, CaO = 20, and Li 2 O = 10 (mol%).
次に、BT粉末およびBCT粉末を直径5mmのジルコニアボールを用いて、溶媒としてトルエンとアルコールとの混合溶媒を添加し湿式混合した。次に、湿式混合した粉末にポリビニルブチラール樹脂およびトルエンとアルコールの混合溶媒を添加し、同じく直径5mmのジルコニアボールを用いて湿式混合しセラミックスラリを調製し、ドクターブレード法により厚み3μmのセラミックグリーンシートを作製した。 Next, BT powder and BCT powder were wet mixed by adding a mixed solvent of toluene and alcohol as a solvent using zirconia balls having a diameter of 5 mm. Next, a polyvinyl butyral resin and a mixed solvent of toluene and alcohol are added to the wet-mixed powder, and wet-mixed using a zirconia ball having a diameter of 5 mm to prepare a ceramic slurry, and a ceramic green sheet having a thickness of 3 μm by the doctor blade method. Was made.
次に、このセラミックグリーンシートの上面にNiを主成分とする矩形状の内部電極パターンを複数形成した。内部電極パターンに用いた導体ペーストは、Ni粉末は平均粒径0.3μmのものを、共材としてグリーンシートに用いたBT粉末をNi粉末100質量部に対して30質量部添加した。 Next, a plurality of rectangular internal electrode patterns mainly composed of Ni were formed on the upper surface of the ceramic green sheet. The conductor paste used for the internal electrode pattern was Ni powder having an average particle size of 0.3 μm, and 30 parts by mass of BT powder used for a green sheet as a co-material with respect to 100 parts by mass of Ni powder.
次に、内部電極パターンを印刷したセラミックグリーンシートを360枚積層し、その上下面に内部電極パターンを印刷していないセラミックグリーンシートをそれぞれ20枚積層し、プレス機を用いて温度60℃、圧力107Pa、時間10分の条件で一括積層し、所定の寸法に切断した。
Next, 360 ceramic green sheets on which internal electrode patterns were printed were laminated, and 20 ceramic green sheets on which the internal electrode patterns were not printed were laminated on the upper and lower surfaces, respectively, using a press machine at a temperature of 60 ° C. and pressure The layers were laminated together under the conditions of 10 7 Pa and
次に、積層成形体を10℃/hの昇温速度で大気中で300℃/hにて脱バインダ処理を行い、500℃からの昇温速度が300℃/hの昇温速度で、水素―窒素中、1150〜1200℃で2時間焼成し、続いて300℃/hの降温速度で1000℃まで冷却し、窒素雰囲気中1000℃で4時間再酸化処理をし、300℃/hの降温速度で冷却し、コンデンサ本体を作製した。このコンデンサ本体の大きさは2×1×1mm3、誘電体層の厚みは2μmであった。 Next, the laminated molded body was subjected to binder removal treatment at 300 ° C./h in the atmosphere at a heating rate of 10 ° C./h, and the temperature rising rate from 500 ° C. was 300 ° C./h. -Firing in nitrogen at 1150-1200 ° C for 2 hours, followed by cooling to 1000 ° C at a rate of temperature decrease of 300 ° C / h, reoxidation treatment at 1000 ° C for 4 hours in a nitrogen atmosphere, and temperature decrease of 300 ° C / h The capacitor body was manufactured by cooling at a speed. The size of the capacitor body was 2 × 1 × 1 mm 3 and the thickness of the dielectric layer was 2 μm.
次に、焼成したコンデンサ本体をバレル研磨した後、コンデンサ本体の両端部にCu粉末とガラスを含んだ外部電極ペーストを塗布し、850℃で焼き付けを行い外部電極を形成した。その後、電解バレル機を用いて、この外部電極の表面に、順にNiメッキ及びSnメッキを行い、積層セラミックコンデンサを作製した。 Next, the fired capacitor body was barrel-polished, and then an external electrode paste containing Cu powder and glass was applied to both ends of the capacitor body and baked at 850 ° C. to form external electrodes. Thereafter, using an electrolytic barrel machine, Ni plating and Sn plating were sequentially performed on the surface of the external electrode to produce a multilayer ceramic capacitor.
作製した積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層は、断面の結晶組織におけるそれぞれの結晶粒子の面積比で、BCT結晶粒子の割合をABCT、BT結晶粒子の割合をABTとしたときに、ABT/ABCT=0.8〜1.2であった。また、チタン酸バリウム結晶粒子に含まれる希土類元素(イットリウム)は粒子表面である粒界層を最高濃度として結晶粒子表面から粒子内部にかけて0.05原子%/nm以上の濃度勾配を有していた。 Dielectric layer constituting a multilayer ceramic capacitor was manufactured work is the area ratio of each crystal grains in the cross section of the crystal structure, the ratio of the BCT crystal grains A BCT, the proportion of BT crystal grains when the A BT, ABT / ABCT = 0.8 to 1.2. In addition, the rare earth element (yttrium) contained in the barium titanate crystal particles had a concentration gradient of 0.05 atomic% / nm or more from the crystal particle surface to the inside of the particle with the grain boundary layer on the particle surface being the highest concentration. .
次に、これらの積層セラミックコンデンサについて以下の評価を行った。 Next, the following evaluation was performed on these multilayer ceramic capacitors.
静電容量および比誘電率ならびに比誘電率の温度特性は、周波数1.0kHz、測定電圧0.5Vrmsの測定条件で行った。比誘電率は、静電容量と内部電極層の有効面積、誘電体層の厚みから算出した。 The temperature characteristics of the capacitance, relative permittivity, and relative permittivity were measured under the measurement conditions of a frequency of 1.0 kHz and a measurement voltage of 0.5 Vrms. The relative dielectric constant was calculated from the capacitance, the effective area of the internal electrode layer, and the thickness of the dielectric layer.
高温負荷試験は、温度125℃、電圧9.45V、1000時間までの評価(MTTF)を行った。試料数は30個とした。 In the high-temperature load test, evaluation (MTTF) was performed at a temperature of 125 ° C., a voltage of 9.45 V, and up to 1000 hours. The number of samples was 30.
また、誘電体層を構成するBT結晶粒子とBCT結晶粒子の平均粒径は走査型電子顕微鏡(SEM)により求めた。研磨面をエッチングし、電子顕微鏡写真内の結晶粒子を任意に20個選択し、インターセプト法により各結晶粒子の最大径を求め、それらの平均値とD90(小径から大径にかけての90%累積値)を求めた。 The average particle size of B T crystal grains and BC T crystal grains constituting the dielectric layer was determined by a scanning electron microscope (SEM). The polished surface is etched, 20 crystal particles in the electron micrograph are arbitrarily selected, the maximum diameter of each crystal particle is obtained by the intercept method, and the average value thereof and D90 (90% cumulative value from small to large diameter) )
Ca濃度については透過電子顕微鏡およびEDSを用いて中心部近傍の任意の場所を分析した。その際、Ca濃度が0.4原子%よりも高いもの(小数点2位四捨五入)に関してCa濃度の高い誘電体粒子とした。この分析は主結晶粒子100〜150個について行った。 Regarding the Ca concentration, an arbitrary place near the center was analyzed using a transmission electron microscope and EDS. At that time, dielectric particles having a high Ca concentration were used for those having a Ca concentration higher than 0.4 atomic% (rounded to the second decimal place). This analysis was performed on 100 to 150 main crystal particles.
粒界相の評価としては、上記交流インピーダンス法を用いて別途測定した。この場合の高温負荷条件としては、温度250℃、積層セラミックコンデンサの外部電極に印加する電圧は3Vとした。測定時の電圧は0.1V、周波数は10mHz〜10kHzの間、その処理前後における交流インピーダンスを試料数30個について評価した。 As the evaluation of the grain boundary phase, it was separately measured using the AC impedance method. The high-temperature load conditions in this case, the temperature 250 ° C., the voltage applied to the external electrodes of the product layer ceramic capacitor was 3V. The voltage during measurement was 0.1 V, the frequency was 10 mHz to 10 kHz, and the AC impedance before and after the treatment was evaluated for 30 samples.
比較例として、BT粉末およびBCT粉末などの混合粉末中に炭酸バリウムを加えなかったもの、BT粉末のみにMg、Y、Mnを被覆し、BCT粉末には被覆しなかったもの、いずれもA/Bサイト比を1.001としたものを上記と同じ製法により作製した。結果を表1〜4に示す。 As a comparative example, a mixture powder such as BT powder and BCT powder in which no barium carbonate was added, only BT powder was coated with Mg, Y, Mn, and BCT powder was not coated. the B-sites ratio which was 1.001 was prepared by the same method as above. The results are shown in Tables 1-4.
表1〜4の結果から明らかなように、BT粉末およびBCT粉末にMg、Y、Mnを含み、かつBaとTiのA/Bサイト比が1.003以上である本発明にかかる試料1〜8および11〜13では、焼成温度が1150〜1200℃において焼成したもの全ての温度領域において、比誘電率が3080以上、温度特性が125℃において−17%以内の範囲であり、絶縁破壊電圧(BDV)が107V以上、高温負荷試験(125℃、9.45v)での耐久時間が510時間以上、交流インピーダンス法による抵抗変化率が−1.07%以下であった。
As is apparent from the results of Tables 1 to 4,
BT粉末およびBCT粉末に対して、ともにMg、Y、Mnを所定量だけ被覆し、かつBaとTiのA/Bサイト比が1.003以上である誘電体粉末を用い、Mg、希土類元素およびMnの被覆量を規定した試料No.2〜4、6〜8、12、13では、焼成温度が1150〜1200℃において焼成したもの全ての温度領域において、比誘電率が3080以上、温度特性が125℃において−15%以下の範囲であり、絶縁破壊電圧(BDV)が107V以上であり、高温負荷試験(125℃、9.45V、1000時間)においても不良が無く、交流インピーダンス法による抵抗変化率が−1%以下であった。 Both BT powder and BCT powder are coated with a predetermined amount of Mg, Y, Mn, and a dielectric powder having an A / B site ratio of Ba and Ti of 1.003 or more is used. Sample No. defining the coating amount of Mn. In 2 to 4, 6 to 8, 12, and 13, in all temperature regions fired at a firing temperature of 1150 to 1200 ° C., the relative dielectric constant is 3080 or more, and the temperature characteristics are in a range of −15% or less at 125 ° C. In addition, the dielectric breakdown voltage (BDV) was 107 V or higher, no defect was found even in the high temperature load test (125 ° C., 9.45 V, 1000 hours), and the resistance change rate by the AC impedance method was −1% or lower.
一方、BT粉末およびBCT粉末のA/Bサイト比が1.001以下のものに対して、炭酸バリウムを加えなかった試料No.9、およびBT粉末のみにMg、Y、Mnを被覆してBCT粉末には被覆しなかった試料No.10では、焼成温度が1150〜1200℃において焼成した温度領域において、1170℃での特性は上記本発明の試料と同じ程度の比誘電率を示したが、1170℃より高い温度の1185℃以上の温度、もしくは1150℃の温度で焼成した試料について静電容量の温度特性が大きく、交流インピーダンス法による抵抗変化率が最高で−1.08%以下であった。 On the other hand, with respect to the BT powder and the BCT powder having an A / B site ratio of 1.001 or less, sample No. 1 in which barium carbonate was not added was used. 9 and sample No. 1 in which only BT powder was coated with Mg, Y, Mn but not BCT powder. 10, in the temperature range where the firing temperature was 1150 to 1200 ° C., the characteristics at 1170 ° C. showed the same dielectric constant as that of the sample of the present invention, but the temperature was higher than 1170 ° C. at 1185 ° C. or higher. A sample calcined at a temperature of 1150 ° C. had a large capacitance temperature characteristic, and the maximum resistance change rate by the AC impedance method was −1.08% or less.
1 コンデンサ本体
3 外部電極
5 誘電体層
7 内部電極層
9 結晶粒子
9a BCT結晶粒子
9b BT結晶粒子
21 セラミックグリーンシート
23 内部電極パターン
25 セラミックパターン
29 積層体
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