JP4556924B2 - 誘電体磁器組成物および電子部品 - Google Patents
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Description
主成分が組成式
{Ba(1−x)Cax}A{Ti(1−y)Zry}BO3
(ただし、A,B,x,yが、0.995≦A/B≦1.020、0≦x≦0.25、0≦y≦0.3)
で表され、副成分として、NaおよびHfを含有する誘電体磁器組成物であって、
前記誘電体磁器組成物中に含まれるNaおよびHfの比率が、モル比で、0.7≦Na/Hf≦3.0であり、かつNaおよびHfの合計モル数が、前記主成分100モルに対して、0.050〜0.680モルであり、
副成分として、Mnの酸化物と、Mgの酸化物と、Siの酸化物と、VおよびWの少なくとも1種の酸化物と、希土類元素の酸化物とを、さらに含有し、
前記主成分100モルに対する各酸化物の比率が、
Mnの酸化物:MnO換算で0.03〜1.7モル、
Mgの酸化物:MgO換算で0〜0.7モル(ただし、0は含まない)、
Siの酸化物:SiO 2 換算で0〜1.0モル(ただし、0は含まない)
VおよびWの酸化物:V 2 O 5 およびWO 3 換算で0.001〜0.7モル、
希土類元素の酸化物:酸化物換算で0.05〜0.6モルであることを特徴とする。
図1は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの断面図、
図2は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの製造工程を示すフローチャートである。
本発明の誘電体磁器組成物は、{Ba(1−x)Cax}A{Ti(1−y)Zry}BO3で表される組成の誘電体酸化物を含む主成分と、副成分としてNaとHfとを含有している。この際、酸素(O)量は、上記式の化学量論組成から若干偏倚してもよい。
図2に示すように、主成分の原料と副成分の原料とを、ボールミル等により湿式混合を行いスラリーとする。このスラリーを脱水処理し、さらに乾燥させる。その後、必要に応じて、仮焼成を行い、誘電体磁器組成物粉末を得る。上記の脱水処理時に、スラリーから水とともにNaが分離される。この処理条件を変更することにより、誘電体磁器組成物中に含まれることとなるNaの量を制御することができる。また、Na/Hf比を調整するために、必要に応じて、NaおよびHfを別途添加してもよい。
実施例1
MnO:0.5モル、
MgO:0.5モル、
SiO2:0.8モル、
V2O5:0.1モル、
WO3:0.1モル、
Y2O3:0.6モル
誘電体粒子の平均粒径の測定方法としては、まず、得られたコンデンサ試料を内部電極に垂直な面で切断し、その切断面を研磨した。そして、その研磨面にケミカルエッチングを施し、その後、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察を行い、コード法により誘電体粒子の形状を球と仮定して算出した。結果を表1に示す。
コンデンサ試料に対し、基準温度20℃において、デジタルLCRメータ(YHP社製4274A)にて、周波数1kHz,入力信号レベル(測定電圧)1Vrms/μmの条件下で、静電容量Cを測定した。そして、得られた静電容量、積層セラミックコンデンサの誘電体厚みおよび内部電極同士の重なり面積から、比誘電率(単位なし)の最大値およびキュリー点を算出した。比誘電率の最大値は大きいほど好ましく、特に13000以上であることが好ましい。結果を表1に示す。
コンデンサ試料に対し、絶縁抵抗計(アドバンテスト社製R8340A)を用いて、20℃においてDC20Vを、コンデンサ試料に60秒間印加した後の絶縁抵抗IRを測定した。絶縁抵抗は大きいほど好ましく、特に1.0×1011Ω以上であることが好ましい。結果を表1に示す。なお、表1中、絶縁抵抗(IR)の数値において、「mE+n」は「m×10+n」を意味する。
コンデンサ試料に対し、直流電圧を昇温速度100V/sec.で印加し、100mAの漏洩電流を検知するか、または素子の破壊時の電圧(破壊電圧、単位はV/μm)を測定した。本実施例では、破壊電圧は、10個のコンデンササンプルを用いて測定した値の平均値として算出した。破壊電圧は大きいほど好ましく、特に90V/μm以上であることが好ましい。結果を表1に示す。
コンデンサ試料に対し、200℃にて20V/μmの電界下で加速試験を行い、絶縁抵抗IRが108Ω以下になるまでの時間(単位はhr)を算出した。IR加速寿命は、長いほど好ましく、特に7hr以上であることが好ましい。結果を表1に示す。
表1に示すように、Na/Hf比を本発明の範囲内とした場合(試料3〜6a)には、比誘電率の最大値を良好に維持しつつ、IR、破壊電圧、IR寿命が良好となっていることが確認できる。したがって、Na/Hf比が本発明の範囲内であれば、誘電体磁器組成物に含まれるNaの量を変化させても、良好な特性を実現できる。
一方、Na/Hf比が本発明の範囲外の場合(試料1、2、7〜10)には、比誘電率の最大値が若干低くなり、IR寿命が急激に悪化する傾向にあることが確認できる。
誘電体磁器組成物に含まれるNaのモル%を、主成分100モル%に対して、0.08モル%とし、Hfのモル%を表2に示す値として、Na/Hf比を変化させた以外は、実施例1と同様にして、各コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様の特性評価を行った。結果を表2に示す。
表2より、Na/Hf比を本発明の範囲内とし、実施例1とは異なり、誘電体磁器組成物に含まれるHfの量を変化させても、実施例1と同様の傾向を示すことが確認できる。
主成分100モル%に対し、誘電体磁器組成物に含まれるNaおよびHfのモル%を、表3に示す量とし、Na/Hf比を変化させた以外は、実施例1と同様にして、各コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に特性評価を行った。結果を表3に示す。
表3に示す試料のうち、Na/Hf比が本発明の範囲内であり、さらに、NaおよびHfの合計モル数が、本発明の範囲内となっている場合(試料4、14、21〜26)には、特性が良好となっていることが確認できる。
一方、Na/Hf比は本発明の範囲内であるが、NaおよびHfの合計モル数が本発明の範囲外となっている場合(試料27〜29)には、若干特性が悪化している。上記の結果より、Na/Hf比を本発明の範囲内とし、かつ、NaおよびHfの合計モル数を本発明の範囲内とすることで、比誘電率の最大値を良好に維持しつつ、IR寿命等の特性をより向上させることができる。
主成分の原料として、組成式{Ba(1−x)Cax}A{Ti(1−y)Zry}BO3の式中のxが0、yが0.16、A/Bが1.016である原料を用いた。すなわち、主成分の原料にはCaが含有されていないこととなる。また、主成分100モル%に対し、誘電体磁器組成物中に含まれるNaのモル%を、表4に示す量とし、Hfのモル%を0.03モル%として、Na/Hf比を変化させた。上記のようにした以外は、実施例1と同様にして、各コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様の特性評価を行った。結果を表4に示す。
表4より、Na/Hf比を本発明の範囲内とした場合には、比誘電率の最大値を良好に維持しつつ、IR、破壊電圧、IR寿命が良好となっていることが確認できる。したがって、主成分にCaが含有されていない場合であっても、Na/Hf比が本発明の範囲内であれば、誘電体磁器組成物に含まれるNaの量を変化させても、良好な特性を実現できる。また、Na/Hf比が、本発明の範囲外である場合には、特に、IR寿命が悪化する傾向にあることが確認できる。
Naのモル%を0.08モル%とし、Hfのモル%を表5に示す値として、Na/Hf比を変化させた以外は、実施例4と同様にして、各コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様の特性評価を行った。結果を表5に示す。
表5より、Na/Hf比を本発明の範囲内とし、実施例4とは異なり、誘電体磁器組成物に含まれるHfの量を変化させても、実施例4と同様の傾向を示すことが確認できる。
主成分100モル%に対し、誘電体磁器組成物に含まれるNaおよびHfのモル%を表6に示す量とし、Na/Hf比を変化させた以外は、実施例4と同様にして、各コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に特性評価を行った。結果を表6に示す。
表6に示す試料のうち、Na/Hf比が本発明の範囲内であり、さらに、NaおよびHfの合計モル数が、本発明の範囲内となっている場合(試料33、43、51〜55)には、特性が良好となっていることが確認できる。
一方、Na/Hf比は本発明の範囲内であるが、NaおよびHfの合計モル数が本発明の範囲外となっている場合(試料56、57)には、若干特性が悪化している。上記の結果より、主成分にCaが含まれていない場合であっても、Na/Hf比を本発明の範囲内とし、かつ、NaおよびHfの合計モル数を本発明の範囲内とすることで、比誘電率の最大値を良好に維持しつつ、IR寿命等の特性をより向上させることができる。
10… コンデンサ素子本体
2… 誘電体層
3… 内部電極層
4… 外部電極
Claims (3)
- 主成分が組成式
{Ba(1−x)Cax}A{Ti(1−y)Zry}BO3
(ただし、A,B,x,yが、0.995≦A/B≦1.020、0≦x≦0.25、0≦y≦0.3)
で表され、副成分として、NaおよびHfを含有する誘電体磁器組成物であって、
前記誘電体磁器組成物中に含まれるNaおよびHfの比率が、モル比で、0.7≦Na/Hf≦3.0であり、かつNaおよびHfの合計モル数が、前記主成分100モルに対して、0.050〜0.680モルであり、
副成分として、Mnの酸化物と、Mgの酸化物と、Siの酸化物と、VおよびWの少なくとも1種の酸化物と、希土類元素の酸化物とを、さらに含有し、
前記主成分100モルに対する各酸化物の比率が、
Mnの酸化物:MnO換算で0.03〜1.7モル、
Mgの酸化物:MgO換算で0〜0.7モル(ただし、0は含まない)、
Siの酸化物:SiO 2 換算で0〜1.0モル(ただし、0は含まない)
VおよびWの酸化物:V 2 O 5 およびWO 3 換算で0.001〜0.7モル、
希土類元素の酸化物:酸化物換算で0.05〜0.6モルであることを特徴とする誘電体磁器組成物。 - 請求項1に記載の誘電体磁器組成物で構成してある誘電体層を有す電子部品。
- 請求項1に記載の誘電体磁器組成物で構成してある誘電体層と、内部電極層とが交互に積層してあるコンデンサ素子本体を有する積層セラミックコンデンサ。
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