JP4687680B2 - 誘電体磁器組成物の製造方法および電子部品の製造方法 - Google Patents
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- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
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- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
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- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
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- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
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- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
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- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
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- C04B2235/6584—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures at an oxygen percentage below that of air
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- C04B2235/663—Oxidative annealing
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- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
- C04B2235/785—Submicron sized grains, i.e. from 0,1 to 1 micron
Description
一般式ABO3(ただし、式中、Aは、Ba、Ca、SrおよびMgから選択される1種以上の元素であり、Bは、Ti、ZrおよびHfから選択される1種以上の元素である。)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する誘電体酸化物を含む主成分を、少なくとも有する誘電体磁器組成物を製造する方法であって、
前記ABO3で表される誘電体酸化物を含む主成分原料を準備する工程と、
M4R6O(SiO4)6で表される複合酸化物(ただし、Mは、CaおよびSrから選択される少なくとも1種であり、Rは、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選択される少なくとも1種である。)を含む副成分原料を準備する工程と、
前記主成分原料および副成分原料を混合して、誘電体磁器組成物原料を得る工程と、
前記誘電体磁器組成物原料を焼成する工程と、を有する誘電体磁器組成物の製造方法が提供される。
誘電体層を有する電子部品を製造する方法であって、
一般式ABO3(ただし、式中、Aは、Ba、Ca、SrおよびMgから選択される1種以上の元素であり、Bは、Ti、ZrおよびHfから選択される1種以上の元素である。)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する誘電体酸化物を含む主成分原料を準備する工程と、
M4R6O(SiO4)6で表される複合酸化物(ただし、Mは、CaおよびSrから選択される少なくとも1種であり、Rは、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選択される少なくとも1種である。)を含む副成分原料を準備する工程と、
前記主成分原料および副成分原料を混合して、誘電体磁器組成物原料を得る工程と、
前記誘電体磁器組成物原料、有機バインダ、および溶剤を混合し、誘電体ペーストを得る工程と、
前記誘電体ペーストを用いて、セラミックグリーンシートを得る工程と、
前記セラミックグリーンシートを複数積層して、グリーンチップを得る工程と、
前記グリーンチップを焼成する工程と、を有する電子部品の製造方法が提供される。
好ましくは、Rが、Y、Ho、Dy、Gd、YbおよびTbから選択される少なくとも1種であり、より好ましくは、Y、Ho、Dyから選択される少なくとも1種である。
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(A)は本発明の実施例に係る誘電体粒子のY2O3の分布状態を示すグラフ、図2(B)は本発明の実施例に係る誘電体粒子のSiO2の分布状態を示すグラフである。
本発明の製造方法により製造される誘電体磁器組成物は、一般式ABO3 (ただし、式中、Aは、Ba、Ca、SrおよびMgから選択される1種以上の元素であり、Bは、Ti、ZrおよびHfから選択される1種以上の元素である。)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する誘電体酸化物を含む主成分と、
副成分として、M4R6O(SiO4)6で表される複合酸化物(ただし、Mは、CaおよびSrから選択される少なくとも1種であり、Rは、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選択される少なくとも1種である。)と、を含有する。
すなわち、Rの酸化物(Rは、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選択される少なくとも1種である。)の含有量が、R元素換算で、好ましくは0.02〜5モルであり、より好ましくは0.1〜2モルである。
Caの酸化物の含有量が、Ca元素換算で、好ましくは0.05〜5モルであり、より好ましくは0.07〜2モルである。
Crの酸化物の含有量が、Cr2O3換算で、好ましくは0.01〜1.0モルであり、より好ましくは0.05〜0.5モルである。
Vの酸化物の含有量が、V2O5換算で、好ましくは0.001〜0.2モルであり、より好ましくは0.01〜0.1モルである。
Cuの酸化物の含有量が、CuO換算で、好ましくは0.01〜1.0モルであり、より好ましくは0.05〜0.5モルである。
Coの酸化物の含有量が、CoO換算で、好ましくは0.01〜1.0モルであり、より好ましくは0.05〜0.5モルである。
このようなSi含有化合物としては、たとえば、酸化物であるSiO2の他、複合酸化物であるBaSiO3、CaSiO3、(Ba,Ca)SiO3などが挙げられる。ただし、これらの含有量は、誘電体磁器組成物に含有されるSi含有化合物のSi元素換算での含有量を100重量%とした場合に、誘電体磁器組成物に含有されるSi含有化合物のうち、Si元素換算でのM4R6O(SiO4)6で表される複合酸化物の割合が、好ましくは50〜100重量%の範囲、特に70〜100重量%の範囲となるように添加することが好ましい。誘電体磁器組成物に含有されるSi含有化合物中における、M4R6O(SiO4)6の割合が低すぎると、すなわち、M4R6O(SiO4)6以外のSi含有化合物の割合が高すぎると、破壊電圧および寿命特性の向上効果が得られなくなる傾向にある。
誘電体ペーストは、誘電体磁器組成物原料と有機ビヒクルとを混練した有機系の塗料であってもよく、水系の塗料であってもよい。
脱バインダ処理、焼成およびアニールは、連続して行なっても、独立に行なってもよい。
このようにして製造された本発明の積層セラミックコンデンサは、ハンダ付等によりプリント基板上などに実装され、各種電子機器等に使用される。
まず、出発原料として、主成分原料であるBaTiO3粉末(平均粒子径:0.2μm)、副成分原料であるCa4Y6O(SiO4)6、Y2O3、MgO、Cr2O3、V2O5、およびBaOを準備した。Ca4Y6O(SiO4)6としては、CaO、Y2O3、およびSiO2をボールミルにて、所定比率で混合し、1100℃、2時間で仮焼したものを使用した。
Ca4Y6O(SiO4)6:0.60モル(Si元素換算)
Y2O3:0.60モル(Y元素換算)
MgO:1.50モル
Cr2O3:0.20モル
V2O5:0.07モル
BaO:0.36モル
なお、Ca4Y6O(SiO4)6の比率は、Si元素換算での比率であり、Y元素換算では0.60モル、Ca元素換算では0.40モルとなる。また、Y2O3の比率は、Y元素換算の比率であり、酸化物であるY2O3換算では、0.30モルとなる。一方、MgO、Cr2O3、V2O5、およびBaOの比率は、各酸化物換算である。
脱バインダ処理は、昇温速度:30℃/時間、保持温度:275℃、保持時間:8時間、雰囲気:空気中、で行った。
焼成は、昇温速度:200℃/時間、保持温度:1180〜1210℃、保持時間:2時間、酸素分圧:5×10−12Pa、雰囲気:H2−N2−H2Oガス、で行った。
アニールは、昇温速度:200℃/時間、保持温度:900〜1100℃、
保持時間:2時間、酸素分圧:1×10−6Pa、雰囲気:加湿したN2ガス、で行った。
なお、焼成および再酸化処理の際の雰囲気ガスの加湿には、水温を35℃としたウェッターを用いた。
コンデンサ試料を研磨し、エッチングを施した後、走査型電子顕微鏡(SEM)にて研磨面の観察を行い、コード法によって、誘電体粒子の形状を球と仮定して、誘電体粒子の平均結晶粒径を測定した。結果を表2に示す。
コンデンサの試料に対し、基準温度25℃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の条件下で、静電容量を測定した。そして、得られた静電容量から、比誘電率(単位なし)を算出した。結果を表2に示す。
コンデンサの試料に対し、基準温度25℃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の条件下で、誘電損失tanδを測定した。結果を表2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5V/μmの直流電圧を、コンデンサ試料に1分間印加した後の絶縁抵抗IRを測定した。CR積は、上記にて測定した静電容量C(単位はμF)と、絶縁抵抗IR(単位はMΩ)との積を求めることにより測定した。結果を表2に示す。
コンデンサ試料に対し、昇圧スピード50V/secで電圧を印加し、検出電流200mA時の電圧値を破壊電圧VB(単位はV)とした。結果を表2に示す。
コンデンサ試料に対し、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の条件下で、静電容量を測定し、基準温度を25℃としたとき、−55〜85℃の温度範囲内で、温度に対する静電容量変化率(ΔC/C)を測定することにより、容量温度特性TCを評価した。本実施例においては、−55〜85℃の温度範囲内で±15%以内(EIA規格のX5R特性)を満足するものを良好とした。結果を表2に示す。
コンデンサ試料に対し、160℃にて、25V/μmの電界下で直流電圧の印加状態に保持し、寿命時間を測定することにより、寿命特性を評価した。本実施例においては、印加開始から絶縁抵抗が一桁落ちるまでの時間を寿命と定義した。この寿命試験は、50個のコンデンササンプルについて行い、50個のコンデンササンプルの測定結果から、MTTF(ワイブル解析のμ値)を求めることにより、寿命特性を評価した。本実施例では、MTTF(ワイブル解析のμ値)が20時間以上を良好とした。
Ca4Y6O(SiO4)6のSi元素換算での添加量、およびSiO2、Y2O3、CaOの添加量(それぞれ、Si元素換算、Y元素換算、Ca元素換算)を、表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に各評価を行った(表1,2中の試料番号2〜7)。得られた結果を、表2に示す。
また、Ca4Y6O(SiO4)6の含有割合は、誘電体層を構成するSi含有化合物の、Si元素換算での含有量を100重量%とした場合における、含有割合である。たとえば、試料番号2においては、Ca4Y6O(SiO4)6のSi元素換算での含有量は0.54モルであり、SiO2のSi元素換算での含有量は0.06モルであるため、Si含有化合物のSi元素換算での合計の含有量が0.60モルとなる。そして、Ca4Y6O(SiO4)6のSi元素換算での含有割合は、90重量%となる〔(0.54÷0.60)×100重量%〕。以下、表2〜10においても同様。
表2に示すように、予め反応させ複合酸化物の形態としたCa4Y6O(SiO4)6を用いることにより、比誘電率、誘電損失、CR積および容量温度特性を良好に保ちながら、破壊電圧および寿命特性の向上が可能となる。さらには、寿命特性のばらつきを示すm値を高くでき、高い信頼性を有するコンデンサ試料が得られることが確認できる。また、試料番号2〜6の結果より、Ca4Y6O(SiO4)6と、SiO2とを、所定の割合で併用した場合にも同様の効果が得られることが確認できる。
Ca4Y6O(SiO4)6およびY2O3の代わりに、それぞれ、Ca4Ho6O(SiO4)6、Ho2O3を使用した以外は、実施例1の試料番号1と同様に、コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に各評価を行った。結果を表3に示す。
Y2O3の代わりに、Ho2O3を使用した以外は、実施例2の試料番号7と同様に、コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に各評価を行った。結果を表3に示す。
Ca4Y6O(SiO4)6およびY2O3の代わりに、それぞれ、Ca4Dy6O(SiO4)6、Dy2O3を使用した以外は、実施例1の試料番号1と同様に、コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に各評価を行った。結果を表4に示す。
Y2O3の代わりに、Dy2O3を使用した以外は、実施例2の試料番号7と同様に、コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に各評価を行った。結果を表4に示す。
表3,4より、Ca4Y6O(SiO4)6の代わりに、それぞれCa4Ho6O(SiO4)6、Ca4Dy6O(SiO4)6を使用した場合にも同様の結果が得られることが確認できる。
Ca4Y6O(SiO4)6の代わりに、それぞれBaSiO3(試料番号31)、CaSiO3(試料番号32)、(Ba0.5Ca0.5)SiO3(試料番号33)、Y2SiO5(試料番号34)を使用した以外は(いずれも、Si元素換算で0.6モル)、実施例1の試料番号1と同様に、コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に各評価を行った。結果を表5に示す。なお、実施例7の各試料においては、誘電体層中における、Y含有化合物のY元素換算での含有量が、実施例1の試料番号1と同様となるように、Y2O3の添加量を適宜調整した。
表5より、Ca4Y6O(SiO4)6の代わりに、それぞれ、BaSiO3、CaSiO3、(Ba0.5Ca0.5)SiO3、およびY2SiO5を使用した場合には、破壊電圧および寿命特性の向上効果が得られない結果となった。また、試料番号34においては、寿命特性は向上しているものの、寿命特性のばらつきを示すm値が低くなる結果となり、信頼性に劣る結果となった。
各副成分の添加量を表6に示すように変更した以外は、実施例1,2と同様にして、コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に各評価を行った(表6,7中の試料番号41〜47)。得られた結果を、表7に示す。
表6,7より、誘電体層を構成する誘電体磁器組成物組成を変更した場合にも、同様の結果が得られることが確認できる。
Ca4Y6O(SiO4)6およびY2O3の代わりに、それぞれ、Ca4Ho6O(SiO4)6、Ho2O3を使用した以外は、実施例8の試料番号41と同様に、コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に各評価を行った。結果を表8に示す。
Y2O3の代わりに、Ho2O3を使用した以外は、実施例8の試料番号47と同様に、コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に各評価を行った。結果を表8に示す。
Ca4Y6O(SiO4)6およびY2O3の代わりに、それぞれ、Ca4Dy6O(SiO4)6、Dy2O3を使用した以外は、実施例8の試料番号41と同様に、コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に各評価を行った。結果を表9に示す。
Y2O3の代わりに、Dy2O3を使用した以外は、実施例8の試料番号47と同様に、コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に各評価を行った。結果を表9に示す。
表8,9より、誘電体層を構成する誘電体磁器組成物組成を変更した場合においても、同様の結果が得られることが確認できる。
Ca4Y6O(SiO4)6の代わりに、それぞれBaSiO3(試料番号71)、CaSiO3(試料番号72)、(Ba0.5Ca0.5)SiO3(試料番号73)、Y2SiO5(試料番号74)を使用した以外は(いずれも、Si元素換算で0.18モル)、実施例8の試料番号41と同様に、コンデンサ試料を作製し、実施例1と同様に各評価を行った。結果を表10に示す。なお、実施例13の各試料においては、誘電体層中における、Y含有化合物のY元素換算での含有量が、実施例8の試料番号41と同様となるように、Y2O3の添加量を適宜調整した。
表10より、Ca4Y6O(SiO4)6の代わりに、それぞれ、BaSiO3、CaSiO3、(Ba0.5Ca0.5)SiO3、およびY2SiO5を使用した場合には、誘電体層を構成する誘電体磁器組成物組成を変更した場合においても、同様に、破壊電圧および寿命特性の向上効果が得られないことが確認できる。
実施例1で作製した試料番号1について、以下の方法により、誘電体粒子中におけるY2O3、SiO2の分布状態を測定した。
すなわち、まず、コンデンサ試料を、誘電体層2と垂直な方向で切断した。そして、この切断面について、透過型電子顕微鏡(TEM)により、粒界から粒内に向かって、Y2O3、SiO2の含有割合を測定した。得られた結果を図2(A)、図2(B)に示す。なお、図2(A)は、誘電体粒子中におけるY2O3の分布状態を示すグラフであり、図2(B)は、誘電体粒子中におけるSiO2の分布状態を示すグラフである。図2(A)、図2(B)より、本発明の実施例においては、誘電体粒子の表面付近にY2O3およびSiO2が拡散した拡散相が形成されていることが確認できる。そして、この拡散相が形成されることにより、破壊電圧および寿命特性の向上が可能となり、さらには、寿命特性のばらつきを示すm値を高くでき、これにより高い信頼性を有するコンデンサ試料が得られると考えられる。
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 (5)
- 一般式ABO3(ただし、式中、Aは、Ba、Ca、SrおよびMgから選択される1種以上の元素であり、Bは、Ti、ZrおよびHfから選択される1種以上の元素である。)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する誘電体酸化物を含む主成分を、少なくとも有する誘電体磁器組成物を製造する方法であって、
前記ABO3で表される誘電体酸化物を含む主成分原料を準備する工程と、
M4R6O(SiO4)6で表される複合酸化物(ただし、Mは、CaおよびSrから選択される少なくとも1種であり、Rは、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選択される少なくとも1種である。)を準備する工程と、
前記主成分原料および前記M4R6O(SiO4)6を含む副成分原料を混合して、誘電体磁器組成物原料を得る工程と、
前記誘電体磁器組成物原料を焼成する工程と、を有し、
前記誘電体磁器組成物原料に含有されるSi含有化合物のSi元素換算での含有量を100重量%とした場合に、前記誘電体磁器組成物原料に含有されるSi含有化合物のうち、50〜100重量%が、前記M4R6O(SiO4)6の形態で、前記誘電体磁器組成物原料に添加されており、
前記M 4 R 6 O(SiO 4 ) 6 の含有量は、主成分100モルに対して、Si元素換算で、0.1〜10モルである誘電体磁器組成物の製造方法。 - 前記M4R6O(SiO4)6で表される複合酸化物において、Mが、Caであり、Rが、Y、Ho、Dy、Gd、YbおよびTbから選択される少なくとも1種である請求項1に記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
- 前記ABO3で表される誘電体酸化物が、チタン酸バリウムである請求項1または2に記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
- 前記副成分原料が、Mgの酸化物およびBaの酸化物をさらに含むものである請求項1〜3のいずれかに記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
- 誘電体層を有する電子部品を製造する方法であって、
一般式ABO3(ただし、式中、Aは、Ba、Ca、SrおよびMgから選択される1種以上の元素であり、Bは、Ti、ZrおよびHfから選択される1種以上の元素である。)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する誘電体酸化物を含む主成分原料を準備する工程と、
M4R6O(SiO4)6で表される複合酸化物(ただし、Mは、CaおよびSrから選択される少なくとも1種であり、Rは、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選択される少なくとも1種である。)を含む副成分原料を準備する工程と、
前記主成分原料および副成分原料を混合して、誘電体磁器組成物原料を得る工程と、
前記誘電体磁器組成物原料、有機バインダ、および溶剤を混合し、誘電体ペーストを得る工程と、
前記誘電体ペーストを用いて、セラミックグリーンシートを得る工程と、
前記セラミックグリーンシートを複数積層して、グリーンチップを得る工程と、
前記グリーンチップを焼成する工程と、を有し、
前記誘電体磁器組成物原料に含有されるSi含有化合物のSi元素換算での含有量を100重量%とした場合に、前記誘電体磁器組成物原料に含有されるSi含有化合物のうち、50〜100重量%が、前記M 4 R 6 O(SiO 4 ) 6 の形態で、前記誘電体磁器組成物原料に添加されており、
前記M 4 R 6 O(SiO 4 ) 6 の含有量は、主成分100モルに対して、Si元素換算で、0.1〜10モルである電子部品の製造方法。
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