JP4753859B2 - Multilayer ceramic capacitor - Google Patents

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本発明は、積層セラミックコンデンサに関し、特に、誘電体層がカルシウム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、小型高容量の積層セラミックコンデンサに関する。   The present invention relates to a multilayer ceramic capacitor, and more particularly to a small and high capacity multilayer ceramic capacitor in which a dielectric layer is composed of barium titanate crystal particles having different calcium concentrations.

従来より、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おり、そのため誘電体層および内部電極層は薄層化と高積層化が図られている。   Conventionally, with the widespread use of mobile devices such as mobile phones and the high speed and high frequency of semiconductor devices, which are the main components of personal computers, multilayer ceramic capacitors mounted on such electronic devices have been required to be small and have high capacity. For this reason, the dielectric layer and the internal electrode layer have been made thinner and highly laminated.

このような小型、高容量の積層セラミックコンデンサに適用される誘電体材料として、チタン酸バリウムを主成分とする誘電体材料を改良して比誘電率とともに絶縁性を向上させた新規な誘電体材料が開発されている(例えば、特許文献1、2参照。)。   As a dielectric material applied to such a small and high-capacity multilayer ceramic capacitor, a new dielectric material with improved dielectric constant and insulation properties by improving the dielectric material mainly composed of barium titanate Have been developed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特許文献1に開示された積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層はカルシウム濃度が0.2原子%以下のチタン酸バリウム結晶粒子(以下、BT結晶粒子とする。)とカルシウム濃度が0.4原子%以上のチタン酸バリウムカルシウム結晶粒子(以下、BCT結晶粒子とする。)とから形成されたものである。   The dielectric layer constituting the multilayer ceramic capacitor disclosed in Patent Document 1 has a barium titanate crystal particle (hereinafter referred to as BT crystal particle) having a calcium concentration of 0.2 atomic% or less and a calcium concentration of 0.4 atom. % Or more barium calcium titanate crystal particles (hereinafter referred to as BCT crystal particles).

また、特許文献2に開示された積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層は、カルシウム濃度が0.2原子%以下のチタン酸バリウム結晶粒子とカルシウム濃度が0.4原子%以上であり、かつチタン酸バリウムのチタンサイトの一部をジルコニウムにより置換したチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子とから形成されたものである。   Further, the dielectric layer constituting the multilayer ceramic capacitor disclosed in Patent Document 2 has a calcium concentration of barium titanate crystal particles having a concentration of 0.2 atomic% or less, a calcium concentration of 0.4 atomic% or more, and titanium. It is formed from barium calcium zirconate titanate crystal particles in which a part of the titanium site of barium oxide is substituted with zirconium.

上記特許文献1、2に開示された積層セラミックコンデンサは、いずれも誘電体層を構成する結晶粒子を複合化したことにより、誘電体層の比誘電率や、その温度特性、ならびに高温負荷試験での寿命を向上できるとされている。
特開2006−156450号公報 特開2006−179773号公報
The multilayer ceramic capacitors disclosed in the above Patent Documents 1 and 2 are obtained by combining the crystal particles constituting the dielectric layer, so that the dielectric constant of the dielectric layer, its temperature characteristics, and the high temperature load test It is said that it can improve the service life.
JP 2006-156450 A JP 2006-179773 A

しかしながら、上記特許文献1および2に開示された複合粒子から構成される誘電体層を用いた積層セラミックコンデンサは、高温負荷寿命の評価において高温放置の時間と共に絶縁抵抗が次第に低下するという問題があった。   However, the multilayer ceramic capacitor using the dielectric layer composed of the composite particles disclosed in Patent Documents 1 and 2 has a problem that the insulation resistance gradually decreases with the high temperature standing time in the evaluation of the high temperature load life. It was.

さらには、上記の積層セラミックコンデンサを製造する場合、約1200℃の温度で還元雰囲気中にて本焼成した直後の外部電極を形成する前のコンデンサ本体は、誘電体層が還元され実用的な絶縁抵抗を有しないものであった。   Furthermore, when manufacturing the above-mentioned multilayer ceramic capacitor, the capacitor body before forming the external electrode immediately after the main firing in a reducing atmosphere at a temperature of about 1200 ° C. has a dielectric layer reduced and is practically insulated. It did not have resistance.

そのため、本焼成後のコンデンサ本体は、通常、本焼成の条件よりも低温かつ高い酸素濃度の雰囲気中にて再酸化処理を施す必要があった。   Therefore, the capacitor body after the main firing usually needs to be reoxidized in an atmosphere at a lower temperature and higher oxygen concentration than the conditions for the main firing.

この再酸化処理は焼成工程と同じ程度の手間と時間および経費がかかることから製造コスト高の原因になっていた。   This re-oxidation treatment requires the same amount of labor, time, and expense as the firing step, which has caused high manufacturing costs.

従って本発明は、チタン酸バリウム結晶粒子とチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子とから構成される誘電体磁器を誘電体層とする積層セラミックコンデンサについて、高温負荷試験における時間変化に伴う絶縁抵抗の低下を抑制でき、還元処理を行っても絶縁性の高い積層セラミックコンデンサを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention relates to a multilayer ceramic capacitor having a dielectric ceramic layer composed of barium titanate crystal particles and barium calcium zirconate titanate crystal particles as a dielectric layer. An object of the present invention is to provide a monolithic ceramic capacitor having a high insulating property even when reduction treatment is performed.

本発明の積層セラミックコンデンサは、カルシウム濃度が0.2原子%以下のチタン酸バリウム結晶粒子およびカルシウム濃度が0.4原子%以上であり、かつジルコニウムが固溶したチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子により構成される誘電体層と、内部電極層とが交互に積層されている積層セラミックコンデンサにおいて、前記チタン酸バリウム結晶粒子および前記チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子がマグネシウム、希土類元素およびバナジウムを含有するとともに、前記チタン酸バリウム結晶粒子の表面のマグネシウムおよび希土類元素のそれぞれの含有量に対する前記チタン酸バリウム結晶粒子の中央部に含まれるマグネシウムおよび希土類元素のそれぞれの含有量の比が前記チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子の表面のマグネシウムおよび希土類元素のそれぞれの含有量に対する前記チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子の中央部に含まれるマグネシウムおよび希土類元素のそれぞれの含有量の比よりも大きいことを特徴とする。   The multilayer ceramic capacitor of the present invention includes a barium titanate crystal particle having a calcium concentration of 0.2 atomic% or less, and a barium calcium zirconate titanate crystal particle having a calcium concentration of 0.4 atomic% or more and having a solid solution of zirconium. In the multilayer ceramic capacitor in which the dielectric layers constituted by and the internal electrode layers are alternately laminated, the barium titanate crystal particles and the barium calcium zirconate titanate crystal particles contain magnesium, rare earth elements and vanadium. In addition, the ratio of the contents of magnesium and rare earth elements contained in the central portion of the barium titanate crystal particles to the contents of magnesium and rare earth elements on the surface of the barium titanate crystal particles is the zircon titanate. Barium acid The ratio of the contents of magnesium and rare earth elements contained in the central portion of the barium calcium zirconate titanate crystal particles to the contents of magnesium and rare earth elements on the surface of the ruthenium crystal particles is larger. .

また上記積層セラミックコンデンサでは、前記チタン酸バリウム結晶粒子の平均粒径が前記チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子の平均粒径よりも大きいこと、前記誘電体層は前記チタン酸バリウム結晶粒子および前記チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子に含まれるバリウムおよびチタンの酸化物をチタン酸バリウムとして表したときの含有量100モル部に対して、前記バナジウムの含有量が酸化物換算で0.1〜0.4モル部であることが望ましい。   In the multilayer ceramic capacitor, an average particle size of the barium titanate crystal particles is larger than an average particle size of the barium calcium zirconate titanate crystal particles, and the dielectric layer includes the barium titanate crystal particles and the titanium The content of vanadium is 0.1 to 0. 0 in terms of oxide with respect to 100 mol parts of barium and titanium oxides contained in barium calcium zirconate crystal particles as barium titanate. It is desirable to be 4 mole parts.

本発明によれば、積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層をチタン酸バリウム結晶粒子およびチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子とからなるものとし、それらの結晶粒子にバナジウムを含有させて、これらチタン酸バリウム結晶粒子およびチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子に、それぞれ含まれるマグネシウムおよび希土類元素の含有量の比を特定の比にしたことにより、チタン酸バリウム結晶粒子はコアシェル構造の崩れた立方晶性の高いものにできる。   According to the present invention, the dielectric layer constituting the multilayer ceramic capacitor is composed of barium titanate crystal particles and barium calcium zirconate titanate crystal particles, and vanadium is contained in these crystal particles, By making the ratio of magnesium and rare earth elements contained in the barium crystal particles and barium calcium zirconate titanate crystal particles a specific ratio, the barium titanate crystal particles have cubic crystal structures with a collapsed core-shell structure. Can be expensive.

そのため、立方晶性の高いチタン酸バリウム結晶粒子がチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子間に共存した状態となることから、チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子の粒成長が抑制されて、チタン酸バリウム結晶粒子とチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子により構成される誘電体層は本焼成後においても高い絶縁性を有するとともに、高温負荷試験における時間変化に伴う絶縁抵抗の低下の少ない積層セラミックコンデンサを得ることができる。   For this reason, since the barium titanate crystal particles having high cubic crystallinity coexist between the barium calcium zirconate titanate crystal particles, grain growth of the barium calcium zirconate titanate crystal particles is suppressed, and barium titanate is suppressed. The dielectric layer composed of crystal particles and barium calcium zirconate titanate crystal particles has high insulation properties even after the main firing, and obtains a multilayer ceramic capacitor with little decrease in insulation resistance with time change in high temperature load test be able to.

図1(a)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。(b)は誘電体層を構成する主結晶粒子と粒界相を示す拡大模式図である。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。   Fig.1 (a) is a schematic sectional drawing which shows the multilayer ceramic capacitor of this invention. (B) is an enlarged schematic view showing the main crystal grains and the grain boundary phase constituting the dielectric layer. In the multilayer ceramic capacitor of the present invention, external electrodes 3 are formed at both ends of the capacitor body 1. The external electrode 3 is formed, for example, by baking Cu or an alloy paste of Cu and Ni.

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と粒界相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、さらには、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の厚みは0.4μm以上であることがより望ましい。   The capacitor body 1 is configured by alternately laminating dielectric layers 5 and internal electrode layers 7. The dielectric layer 5 is composed of crystal grains 9 and a grain boundary phase 11. The thickness is preferably 3 μm or less, particularly 2.5 μm or less in order to reduce the size and capacity of the multilayer ceramic capacitor. Furthermore, in order to stabilize the capacitance variation and capacitance temperature characteristics, The thickness of the layer 5 is more preferably 0.4 μm or more.

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 internal electrode layer 7 is preferably a base metal such as nickel (Ni) or copper (Cu) in that the manufacturing cost can be suppressed even if the internal electrode layer 7 is highly laminated. In particular, simultaneous firing with the dielectric layer 5 according to the present invention is possible. Nickel (Ni) is more preferable in that it can be achieved.

本発明の積層セラミックコンデンサにおける誘電体層5を構成する結晶粒子9は、少なくともカルシウム濃度の異なるペロブスカイト型結晶構造を有するチタン酸バリウム系結晶粒子である。   The crystal particles 9 constituting the dielectric layer 5 in the multilayer ceramic capacitor of the present invention are barium titanate-based crystal particles having a perovskite crystal structure having different calcium concentrations.

即ち、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におけるチタン酸バリウム系結晶粒子はAサイトの一部がカルシウム(以下、Caという。)で置換され、かつBサイトであるチタンサイトがジルコニウム(以下、Zrという。)で置換されたペロブスカイト型結晶構造を有するチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子(以下、BCTZ結晶粒子という。)9aと、Caを含有していないペロブスカイト型結晶構造を有するチタン酸バリウム結晶粒子(以下、BT結晶粒子という。)9bとから構成されている。   That is, the barium titanate-based crystal particles in the dielectric layer 5 constituting the multilayer ceramic capacitor of the present invention have a part of the A site replaced with calcium (hereinafter referred to as Ca), and the titanium site that is the B site is zirconium. Barium calcium zirconate titanate crystal particles (hereinafter referred to as BCTZ crystal particles) 9a having a perovskite crystal structure substituted with (hereinafter referred to as Zr) and titanium having a perovskite crystal structure containing no Ca Barium acid crystal particles (hereinafter referred to as BT crystal particles) 9b.

つまり、本発明における結晶粒子9は、BCTZ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することにより優れた誘電特性を示す。   That is, the crystal particle 9 in the present invention contains the BCTZ crystal particle 9a and the BT crystal particle 9b, and as described above, excellent dielectric properties can be obtained by the coexistence of these two types of crystal particles. Show.

そして、本発明における結晶粒子9のうちBT結晶粒子9bは理想的にはBaTiOで表される。なお、本発明において、CaおよびZrを含有していないBT結晶粒子9bとは、分析値として、Ca、Zr濃度がいずれも0.2原子%以下であるものであるが、BCTZ結晶粒子9a中に含まれるCaおよびZr成分がわずかにBT結晶粒子9b中に拡散するものも含まれる。 Of the crystal particles 9 in the present invention, the BT crystal particle 9b is ideally represented by BaTiO 3 . In the present invention, the BT crystal particles 9b that do not contain Ca and Zr have analytical values of both Ca and Zr concentrations of 0.2 atomic% or less, but in the BCTZ crystal particles 9a. In which Ca and Zr components contained in are slightly diffused in the BT crystal particles 9b.

一方、BCTZ結晶粒子9aはCa濃度が0.4原子%以上、特に、このBCTZ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濃度は0.5〜2.5原子%であることが望ましい。   On the other hand, the BCTZ crystal particle 9a has a Ca concentration of 0.4 atomic% or more, and in particular, the Ca concentration is 0.5 in that the BCTZ crystal particle 9a maintains the function as a ferroelectric having a high relative dielectric constant. Desirably, it is ˜2.5 atomic%.

また、BCTZ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、一方、Bサイトの一部がZr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−xCa(Ti1−yZr)Oで表される。 Further, the BCTZ crystal particle 9a is a perovskite barium titanate in which a part of the A site is substituted with Ca and a part of the B site is substituted with Zr as described above. represented by Ba 1-x Ca x) m (Ti 1-y Zr y) O 3.

本発明において、上記BCTZ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であること、y=0.15〜0.25であることが好ましい。   In the present invention, the amount of Ca substitution in the A site in the BCTZ crystal particle 9a is preferably x = 0.01 to 0.2, and y = 0.15 to 0.25.

AサイトにおけるCaの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、積層セラミックコンデンサとして使用する温度範囲において優れた静電容量の温度特性を示すからである。また、BサイトにおけるZrの置換量がこの範囲内であれば、誘電損失を小さくし比誘電率を高める効果がある。   If the substitution amount of Ca at the A site is within this range, the phase transition point near room temperature is shifted to a sufficiently low temperature side, and the coexistence structure with the BT crystal particles 9b is excellent in the temperature range used as a multilayer ceramic capacitor. This is because the temperature characteristic of the capacitance is shown. Further, if the amount of Zr substitution at the B site is within this range, the dielectric loss is reduced and the relative permittivity is increased.

本発明では、誘電体層5の結晶粒子9を構成するBCTZ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、BCTZ結晶粒子9aの割合をABCTZ、BT結晶粒子9bの割合をABTとしたときに、ABT/ABCTZ=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い。 In the present invention, the BCTZ crystal particles 9a and the BT crystal particles 9b constituting the crystal particles 9 of the dielectric layer 5 are obtained by evaluating the cross section or surface of the dielectric layer 5 in the evaluation based on the index when the Ca concentration is defined. When the ratio of the BCTZ crystal particles 9a is A BCTZ and the ratio of the BT crystal particles 9b is A BT in the area ratio of each crystal particle in the crystal structure, the relationship of A BT / A BCTZ = 0.1-3 is established. It is desirable to coexist in a systematic proportion.

また、本発明における結晶粒子9(BCTZ結晶粒子9aおよびBT結晶粒子9b)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0.45μm以下が好ましい。一方、BCZ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、0.1μm以上が好ましい。   Further, the average particle diameter of the crystal particles 9 (BCTZ crystal particles 9a and BT crystal particles 9b) in the present invention is 0.45 μm in that high capacity and high insulation are achieved by making the dielectric layer 5 thin. The following is preferred. On the other hand, the lower limit of the particle size of the BCZ crystal particle 9a and the BT crystal particle 9b is 0.1 μm or more because the dielectric constant of the dielectric layer 5 is increased and the temperature dependence of the dielectric constant is suppressed. preferable.

また、BCTZ結晶粒子9aおよびBT結晶粒子9bは、いずれもMgおよび希土類元素を含有することを特徴とし、さらには、誘電体層5の耐還元性を高めるという理由からマンガン(以下、Mnとする。)を含むものである。   BCTZ crystal particles 9a and BT crystal particles 9b both contain Mg and a rare earth element. Further, manganese (hereinafter referred to as Mn) is used for the purpose of improving the reduction resistance of dielectric layer 5. .).

誘電体層5に含まれるMg、希土類元素およびMnの含有量は、結晶粒子(BCT結晶粒子9aおよびチタン酸バリウム結晶粒子9b)に含まれるBaとTiのそれぞれの酸化物をチタン酸バリウムとしたときのモル量100モル部に対して、MgがMgOとして0.5〜1モル部、希土類元素がREとして0.5〜1モル部、MnがMnOとして0.1〜0.3モル部であれば、静電容量の温度特性を安定化し、かつ絶縁抵抗が高まり、さらには高温負荷試験での絶縁抵抗の低下を抑制できるという利点がある。 The contents of Mg, rare earth element and Mn contained in the dielectric layer 5 are such that each oxide of Ba and Ti contained in the crystal particles (BCT crystal particles 9a and barium titanate crystal particles 9b) is barium titanate. relative to the molar amount of 100 molar parts of the case, 0.5 to 1 molar parts Mg is as MgO, 0.5 to 1 mole unit as the rare earth element RE 2 O 3, Mn is as MnO 0.1 to 0.3 If it is a molar part, there is an advantage that the temperature characteristic of the capacitance is stabilized, the insulation resistance is increased, and further, the decrease of the insulation resistance in the high temperature load test can be suppressed.

また本発明では、結晶粒子9中にバナジウムを含有させて、BT結晶粒子9bの表面のMgおよび希土類元素のそれぞれの含有量に対するBT結晶粒子9bの中央部に含まれるMgおよび希土類元素のそれぞれの含有量の比がBCTZ結晶粒子9aの表面のMgおよび希土類元素のそれぞれの含有量に対するBCTZ結晶粒子9aの中央部に含まれるMgおよび希土類元素のそれぞれの含有量の比よりも大きいことが重要である。   Further, in the present invention, vanadium is contained in the crystal particle 9, and each of Mg and rare earth element contained in the central portion of the BT crystal particle 9 b with respect to the respective contents of Mg and rare earth element on the surface of the BT crystal particle 9 b. It is important that the ratio of the contents is larger than the ratio of the contents of Mg and rare earth elements contained in the central portion of the BCTZ crystal particles 9a to the contents of Mg and rare earth elements on the surface of the BCTZ crystal particles 9a. is there.

これに対して、誘電体層中にバナジウムを含有せず、BT結晶粒子9bの表面のMgおよび希土類元素のそれぞれの含有量に対するBT結晶粒子9bの中央部に含まれるMgおよび希土類元素のそれぞれの含有量の比がBCTZ結晶粒子9aの表面のMgおよび希土類元素のそれぞれの含有量に対するBCTZ結晶粒子9aの中央部に含まれるMgおよび希土類元素のそれぞれの含有量の比と同等かもしくは、その比が小さい場合には、チタン酸バリウム結晶粒子はコアシェル構造が維持されるため正方晶性が高くなり、BT結晶粒子9bおよびBCTZ結晶粒子9aがともにコアシェル構造を維持した状態のままである。このため積層セラミックコンデンサは本焼成後の絶縁抵抗が低いものとなる。尚、BT結晶粒子9bおよびBCTZ結晶粒子9aの中央部とは実施例に基づくとこれらの結晶粒子の表面から60nm以上深い領域である。   In contrast, the dielectric layer does not contain vanadium, and each of Mg and rare earth elements contained in the central portion of BT crystal particles 9b with respect to the respective contents of Mg and rare earth elements on the surface of BT crystal particles 9b. The ratio of the contents is equal to the ratio of the respective contents of Mg and rare earth elements contained in the central portion of BCTZ crystal particles 9a to the respective contents of Mg and rare earth elements on the surface of BCTZ crystal particles 9a, or the ratio Is small, the barium titanate crystal particles maintain the core-shell structure, so that the tetragonal nature becomes high, and both the BT crystal particles 9b and the BCTZ crystal particles 9a remain in the state of maintaining the core-shell structure. For this reason, the multilayer ceramic capacitor has a low insulation resistance after the main firing. Note that the central part of the BT crystal particles 9b and the BCTZ crystal particles 9a is a region deeper than the surface of these crystal particles by 60 nm or more based on the embodiment.

図2(a)は、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におけるBT結晶粒子中のMgおよびYの濃度分布を示すグラフ、(b)は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におけるBCTZ結晶粒子中のMgおよびYの濃度分布を示すグラフである。この例は後述する実施例における試料No.5について評価したものである。結晶粒子9中のMgおよび希土類元素の濃度は透過電子顕微鏡およびそれに付設の分析装置(EPMA)により分析する。この場合、選択した結晶粒子9の表面から内部にかけて5nm間隔でEDXによる元素分析を行い濃度分布を求めることで各結晶粒子中におけるMgおよび希土類元素のそれぞれの濃度を求めることができる。図2のグラフでは粒界からの距離として0nmが結晶粒子の表面であり、グラフの一方の端のプロット点が結晶粒子の中心部である。   FIG. 2A is a graph showing the concentration distribution of Mg and Y in the BT crystal particles in the dielectric layer constituting the multilayer ceramic capacitor of the present invention, and FIG. 2B is the dielectric constituting the multilayer ceramic capacitor of the present invention. It is a graph which shows density | concentration distribution of Mg and Y in the BCTZ crystal grain in a layer. In this example, sample No. 5 was evaluated. The concentrations of Mg and rare earth elements in the crystal particles 9 are analyzed by a transmission electron microscope and an analyzer (EPMA) attached thereto. In this case, each concentration of Mg and rare earth elements in each crystal particle can be determined by performing elemental analysis by EDX at intervals of 5 nm from the surface to the inside of the selected crystal particle 9 to obtain a concentration distribution. In the graph of FIG. 2, 0 nm as the distance from the grain boundary is the surface of the crystal grain, and the plot point at one end of the graph is the center of the crystal grain.

図2から明らかなように、本発明の積層セラミックコンデンサにおける誘電体層5を構成するBT結晶粒子9bはBCTZ結晶粒子9aに比較して、結晶粒子9の表面から中心部にかけてMgおよびYの濃度変化が緩やかである。一方、BCTZ結晶粒子9aは結晶粒子の表面から中心部におけるMgおよびYの濃度変化が大きい。このことからBT結晶粒子9bではBCTZ結晶粒子9bに比較してMgおよびYがBT結晶粒子9bの内部まで固溶しているためBT結晶粒子9bにおけるコアシェル構造が崩れた状態となっている。   As is apparent from FIG. 2, the BT crystal particles 9b constituting the dielectric layer 5 in the multilayer ceramic capacitor of the present invention have Mg and Y concentrations from the surface of the crystal particles 9 to the center as compared with the BCTZ crystal particles 9a. Change is gradual. On the other hand, the BCTZ crystal particle 9a has a large concentration change of Mg and Y from the surface of the crystal particle to the center. Therefore, in the BT crystal particle 9b, Mg and Y are dissolved in the BT crystal particle 9b as compared with the BCTZ crystal particle 9b, so that the core-shell structure in the BT crystal particle 9b is broken.

つまり、BCTZ結晶粒子9aは、上述のように結晶粒子9の表面から中心部におけるMgおよびYの濃度変化が大きく、結晶粒子9の内部におけるMgおよびYの濃度が低いことからコアシェル構造の状態が保たれている。   That is, as described above, the BCTZ crystal particle 9a has a large change in the concentration of Mg and Y from the surface of the crystal particle 9 to the center, and the concentration of Mg and Y in the crystal particle 9 is low. It is kept.

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。   Here, the rare earth element in the present invention is preferably at least one of La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er, Tm, Yb, Lu, and Sc.

これに対して、BT結晶粒子9bに含まれるMgおよび希土類元素のいずれかの濃度がBCTZ結晶粒子9aに含まれるMgおよび希土類元素のいずれかの濃度よりも低い場合にはBT結晶粒子9bをコアシェル構造の崩れた立方晶性の高いものとすることが困難となり高絶縁性は図れない。   On the other hand, when the concentration of either Mg or rare earth element contained in the BT crystal particle 9b is lower than the concentration of either Mg or rare earth element contained in the BCTZ crystal particle 9a, the BT crystal particle 9b is changed to the core shell. It becomes difficult to achieve a cubic structure with a broken structure, and high insulation cannot be achieved.

加えて本発明では、BT結晶粒子9bの平均粒径がBCTZ結晶粒子9aの平均粒径よりも大きいことが望ましい。立方晶性の高いBT結晶粒子9bの平均粒径がBCTZ結晶粒子9aの平均粒径よりも大きいことにより誘電体層5の絶縁性をさらに高めることができる。   In addition, in the present invention, it is desirable that the average particle size of the BT crystal particles 9b is larger than the average particle size of the BCTZ crystal particles 9a. The insulating property of the dielectric layer 5 can be further enhanced by the fact that the average particle size of the highly cubic BT crystal particles 9b is larger than the average particle size of the BCTZ crystal particles 9a.

また本発明では、誘電体層5を構成するBT結晶粒子9bおよびBCTZ結晶粒子9aから構成される複合粒子に含まれるバリウム(Ba)とチタン(Ti)の酸化物をチタン酸バリウムとして表したときの含有量100モル部に対して、バナジウムの含有量が酸化物換算で0.1〜0.4モル部であることが望ましい。バナジウムを酸化物として含有することにより、還元処理を行う本焼成後におけるコンデンサ本体の絶縁性をさらに高められるという利点がある。   In the present invention, when the oxide of barium (Ba) and titanium (Ti) contained in the composite particles composed of the BT crystal particles 9b and the BCTZ crystal particles 9a constituting the dielectric layer 5 is represented as barium titanate. It is desirable that the content of vanadium is 0.1 to 0.4 mol part in terms of oxide with respect to 100 mol part of the content. By containing vanadium as an oxide, there is an advantage that the insulating property of the capacitor body after the main firing in which the reduction treatment is performed can be further enhanced.

次に、本発明におけ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3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。   Next, the manufacturing method of the multilayer ceramic capacitor in this invention is demonstrated in detail. FIG. 3 is a process diagram showing a method for producing the multilayer ceramic capacitor of the present invention.

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を基材22上に形成する。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。   First, the following raw material powder is mixed with an organic resin such as polyvinyl butyral resin and a solvent such as toluene and alcohol using a ball mill to prepare a ceramic slurry, and then the ceramic slurry is doctor blade or die coater method. The ceramic green sheet 21 is formed on the base material 22 using a sheet forming method such as. The thickness of the ceramic green sheet 21 is preferably 1 to 4 μm from the viewpoint of thinning the dielectric layer for increasing the capacity and maintaining high insulation.

ここでは、Aサイトの一部がCaで置換され、かつBサイトの一部がZrで置換されたペロブスカイト型結晶構造を有するチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム粉末(以下、BCTZ粉末という。)とCaを含有していないチタン酸バリウム粉末(以下、BT粉末という。)を用いる。これらの誘電体粉末はそれぞれ(Ba1−xCa)(Ti1−yZr)OおよびBaTiOで表される。 Here, barium calcium zirconate titanate powder (hereinafter referred to as BCTZ powder) having a perovskite crystal structure in which part of the A site is substituted with Ca and part of the B site is substituted with Zr and Ca are used. Barium titanate powder (hereinafter referred to as BT powder) that is not contained is used. These dielectric powder is represented by the respective (Ba 1-x Ca) m (Ti 1-y Zr y) O 3 and BaTiO 3.

ここで、上記BCTZ粉末におけるAサイト中のCa置換量は、x=0.01〜0.2であること、y=0.15〜0.25であることが好ましい。   Here, the amount of Ca substitution in the A site in the BCTZ powder is preferably x = 0.01 to 0.2, and y = 0.15 to 0.25.

また、BCTZ粉末は、その構成成分であるAサイト(Ba、Ca)とBサイト(Ti、Zr)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BCTZ粉末は、Ba成分、Ca成分、Ti成分、Zr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。   The BCTZ powder preferably has an atomic ratio A / B of A site (Ba, Ca) and B site (Ti, Zr), which is a constituent component, of 1.003 or more. These BT powder and BCTZ powder are synthesized by mixing a compound containing a Ba component, a Ca component, a Ti component, and a Zr 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.

これらBT粉末およびBCTZ粉末の平均粒径は、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 average particle size of these BT powder and BCTZ powder is preferably 0.15 to 0.4 μm from the viewpoint of facilitating the thinning of the dielectric layer 5 and increasing the relative dielectric constant of the dielectric powder.

一方、BT粉末はA/Bが1.002以下であることが望ましい。BT粉末のA/B比が1.002以下であると、Mgや希土類元素などの添加剤の固溶を高められるという利点がある。   On the other hand, the BT powder desirably has an A / B of 1.002 or less. When the A / B ratio of the BT powder is 1.002 or less, there is an advantage that the solid solution of additives such as Mg and rare earth elements can be enhanced.

上記誘電体粉末に添加するMgは、BCTZ粉末とBT粉末の混合物である誘電体粉末100モル部に対して、酸化物換算で0.4〜1モル部、希土類元素は上記誘電体粉末100モル部に対して酸化物換算で0.5〜1モル部、およびMnは上記誘電体粉末100モル部に対して酸化物換算で0.1〜0.3モル部であることが好ましい。   Mg added to the dielectric powder is 0.4 to 1 mol part in terms of oxide with respect to 100 mol part of the dielectric powder which is a mixture of BCTZ powder and BT powder, and the rare earth element is 100 mol of the dielectric powder. It is preferable that 0.5 to 1 mol part in terms of oxide with respect to part, and Mn is 0.1 to 0.3 mol part in terms of oxide with respect to 100 mol part of the dielectric powder.

また、上記誘電体粉末に添加する焼結助剤は、構成成分として、LiO、SiO、BaOおよびCaOにより構成されるガラス粉末が望ましい。 The sintering aid added to the dielectric powder is preferably a glass powder composed of Li 2 O, SiO 2 , BaO and CaO as constituent components.

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。   Next, a rectangular internal electrode pattern 23 is printed and formed on the main surface of the obtained ceramic green sheet 21. The conductor paste used as the internal electrode pattern 23 is prepared by mixing Ni, Cu or an alloy powder thereof as a main component metal, mixing ceramic powder as a co-material with this, and adding an organic binder, a solvent and a dispersant. As the metal powder, Ni is preferable because it enables simultaneous firing with the dielectric powder and is low in cost.

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、本発明の積層セラミックコンデンサを構成する内部電極層7は、この内部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。   As the ceramic powder, a BT powder having a low Ca concentration is preferable. However, by including the ceramic powder in the conductor paste, the internal electrode layer 7 constituting the multilayer ceramic capacitor of the present invention penetrates through the internal electrode layer and has upper and lower sides. Columnar ceramics are formed so as to connect the dielectric layers 5. Thereby, peeling between the dielectric layer 5 and the internal electrode layer 7 can be prevented.

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7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。   The ceramic powder used here can suppress abnormal grain growth of columnar ceramics during firing, and can increase mechanical strength. Further, by suppressing the abnormal grain growth of the columnar ceramics formed in the internal electrode layer 7, the capacitance temperature dependency of the multilayer ceramic capacitor can be reduced. The thickness of the internal electrode pattern 23 is preferably 1 μm or less because the multilayer ceramic capacitor is miniaturized and the steps due to the internal electrode pattern 23 are reduced.

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 ceramic pattern 25 is formed around the internal electrode pattern 23 with substantially the same thickness as the internal electrode pattern 23 in order to eliminate the step due to the internal electrode pattern 23 on the ceramic green sheet 21. Is preferred. As the ceramic component constituting the ceramic pattern 25, it is preferable to use the dielectric powder in terms of making the firing shrinkage in the simultaneous firing the same.

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。   Next, a desired number of ceramic green sheets 21 on which the internal electrode patterns 23 are formed are stacked, so that a plurality of ceramic green sheets 21 on which the internal electrode patterns 23 are not formed and the upper and lower layers have the same number. Overlay to form a temporary laminate. The internal electrode pattern 23 in the temporary laminate is shifted by a half pattern in the longitudinal direction. By such a laminating method, the internal electrode patterns 23 can be alternately exposed on the end faces of the cut laminate.

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 internal electrode pattern 23 in advance on the main surface of the ceramic green sheet 21 and laminating it, the ceramic green sheet 21 is once brought into close contact with the lower layer side equipment. After the internal electrode pattern 23 is printed and dried, the ceramic green sheet 21 on which the internal electrode pattern 23 is not printed is overlaid and temporarily adhered onto the printed and dried internal electrode pattern 23. It can also be formed by a method in which the adhesion of the ceramic green sheet 21 and the printing of the internal electrode pattern 23 are sequentially performed.

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 laminated body 29 in which the ceramic green sheet 21 and the internal electrode pattern 23 are firmly adhered.

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 laminated body 29 is cut along the cutting line h, that is, approximately at the center of the ceramic pattern 29 formed in the laminated body in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the internal electrode pattern 25 ((( c1) and (c2) of FIG. 4 are cut parallel to the longitudinal direction of the internal electrode pattern 23, and the capacitor body molded body is formed so that the end of the internal electrode pattern 23 is exposed. On the other hand, in the widest portion of the internal electrode pattern 23, the internal electrode pattern is formed in an unexposed state on the side margin portion side.

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1100〜1250℃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 1100 to 1250 ° 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 capacitor body 1 and baked to form the external electrode 1. A plating film is formed on the surface of the external electrode 3 in order to improve mountability.

まず、原料粉末として、BT粉末、BCTZ粉末((Ba0.95Ca0.05(Ti0.8Zr0.2)O m=1)、MgO、Y、MnCOおよびVを準備し、これらの各種粉末を表1に示す割合で混合した。これらの原料粉末は純度が99.9%のものを用いた。なお、BT粉末およびBCTZ粉末の平均粒径は、表1の試料No.1〜22についてはいずれも100nmとした。また、試料No.23についてはBT粉末の平均粒径が100nm、BCTZ粉末の平均粒径が150nmのものを用いた。BT粉末のBa/Ti比は1.001とした。焼結助剤はSiO=55、BaO=20、CaO=15、LiO=10(モル%)組成のガラス粉末を用いた。ガラス粉末の添加量はチタン酸バリウム粉末およびBCT粉末100質量部に対して1質量部とした。 First, as raw material powders, BT powder, BCTZ powder ((Ba 0.95 Ca 0.05 ) m (Ti 0.8 Zr 0.2 ) O 3 m = 1), MgO, Y 2 O 3 , MnCO 3 and V 2 O 5 was prepared, and these various powders were mixed in the proportions shown in Table 1. These raw material powders having a purity of 99.9% were used. Note that the average particle sizes of the BT powder and the BCTZ powder are shown in Sample No. About 1-22, all were 100 nm. Sample No. For No. 23, those having an average particle size of BT powder of 100 nm and an average particle size of BCTZ powder of 150 nm were used. The Ba / Ti ratio of the BT powder was 1.001. As the sintering aid, glass powder having a composition of SiO 2 = 55, BaO = 20, CaO = 15, and Li 2 O = 10 (mol%) was used. The addition amount of the glass powder was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the barium titanate powder and the BCT powder.

次に、これらの原料粉末を直径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。   Next, these raw material powders were wet mixed by adding a mixed solvent of toluene and alcohol as a solvent using zirconia balls having a diameter of 5 mm.

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, 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チタン酸バリウム粉末を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 barium titanate powder used as a co-material for the green sheet was added 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10Pa、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 time 10 minutes, and cut into predetermined dimensions.

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(本焼成)してコンデンサ本体を作製した。この場合、試料No.11〜13および18については1150℃とし、他は1200℃とした。   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. -A capacitor body was produced by firing (main firing) at 1150 to 1200 ° C for 2 hours in nitrogen. In this case, sample no. About 11-13 and 18, it was set to 1150 degreeC and others set to 1200 degreeC.

また、試料は、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0.95×0.48×0.48mm、誘電体層の厚みは2μmであった。 The sample was then cooled to 1000 ° C. at a rate of 300 ° C./h, reoxidized at 1000 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere, and cooled at a rate of 300 ° C./h to produce a capacitor body. did. The size of the capacitor body was 0.95 × 0.48 × 0.48 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.

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。静電容量は周波数1.0kHz、測定電圧1Vrmsの測定条件で行った。絶縁抵抗は焼成後のコンデンサ本体に外部電極を形成したもの、再酸化処理後に外部電極を形成したものについて評価した。   Next, the following evaluation was performed on these multilayer ceramic capacitors. The capacitance was measured under the measurement conditions of a frequency of 1.0 kHz and a measurement voltage of 1 Vrms. The insulation resistance was evaluated for the capacitor body after firing with the external electrode formed thereon and with the external electrode formed after the re-oxidation treatment.

高温負荷試験は温度140℃、電圧30V、100時間放置後の絶縁抵抗を測定して評価した。これらはすべて試料数は30個とした。   The high temperature load test was evaluated by measuring the insulation resistance after leaving at a temperature of 140 ° C., a voltage of 30 V, and 100 hours. All of these were 30 samples.

また、誘電体層を構成するBT結晶粒子とBCTZ型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、それらの平均値を求めた。   The average particle size of the BT crystal particles and BCTZ type crystal particles constituting the dielectric layer was determined by a scanning electron microscope (SEM). The polished surface was etched, 20 crystal particles in the electron micrograph were arbitrarily selected, the maximum diameter of each crystal particle was determined by the intercept method, and the average value thereof was determined.

Ca濃度については透過電子顕微鏡および分析装置(EPMA)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)をCa濃度の高い結晶粒子とした。この分析は結晶粒子100〜150個について行った。実施例に用いた試料では用いた原料粉末の状態が維持されていた。   Regarding the Ca concentration, an arbitrary place in the vicinity of the central portion was analyzed using a transmission electron microscope and an analyzer (EPMA). At that time, the one having a Ca concentration higher than 0.4 atomic% (rounded to the second decimal place) was defined as a crystal particle having a high Ca concentration. This analysis was performed on 100 to 150 crystal particles. In the sample used in the examples, the state of the raw material powder used was maintained.

結晶粒子中のMgおよび希土類元素の濃度は透過電子顕微鏡およびそれに付設の分析装置(EPMA)により分析した。この場合、選択した結晶粒子の表面から内部にかけて5nm間隔でEDXによる元素分析を行い濃度分布を求めることで各結晶粒子中におけるMgおよび希土類元素の濃度を求めた。結晶粒子の表面と中心部の濃度比を求めた。結晶粒子の中心部はアスペクト比が1.3以下の結晶粒子を選択し、そのような結晶粒子について縦横2方向からの交点付近とした。結果を表1に示す。

Figure 0004753859
The concentrations of Mg and rare earth elements in the crystal particles were analyzed with a transmission electron microscope and an analyzer (EPMA) attached thereto. In this case, the concentration of Mg and rare earth elements in each crystal particle was determined by performing elemental analysis by EDX at intervals of 5 nm from the surface to the inside of the selected crystal particle to determine the concentration distribution. The concentration ratio between the surface and the center of the crystal grain was determined. A crystal grain having an aspect ratio of 1.3 or less was selected as the center part of the crystal grain, and such a crystal grain was set in the vicinity of an intersection from two longitudinal and lateral directions. The results are shown in Table 1.
Figure 0004753859

表1の結果から明らかなように、誘電体層がBT結晶粒子とBCTZ結晶粒子とから構成され、BT結晶粒子の表面のMgおよび希土類元素のそれぞれの含有量に対するBT結晶粒子の中央部に含まれるMgおよび希土類元素のそれぞれの含有量の比がBCTZ結晶粒子の表面のMgおよび希土類元素のそれぞれの含有量に対するBCTZ結晶粒子の中央部に含まれるMgおよび希土類元素のそれぞれの含有量の比よりも多く含有する試料では、本焼成後においても絶縁抵抗が10Ω以上となり、また、高温負荷試験100時間後の絶縁抵抗も8×10Ω以上となり高絶縁性を示した。 As is clear from the results in Table 1, the dielectric layer is composed of BT crystal particles and BCTZ crystal particles, and is included in the central portion of the BT crystal particles with respect to the respective contents of Mg and rare earth elements on the surface of the BT crystal particles. The ratio of the respective contents of Mg and rare earth elements is from the ratio of the respective contents of Mg and rare earth elements contained in the central portion of the BCTZ crystal particles to the respective contents of Mg and rare earth elements on the surface of the BCTZ crystal particles In the sample containing a large amount, the insulation resistance was 10 7 Ω or more even after the main firing, and the insulation resistance after 100 hours of the high temperature load test was 8 × 10 5 Ω or more, indicating high insulation.

複合粒子中のBTの含有量を100モル部としたときにバナジウムを酸化物換算で0.1〜0.4モル部含有する試料No.3〜7では、高温負荷試験100時間後の絶縁抵抗が1×10Ω以上であった。 Sample No. containing 0.1 to 0.4 mol part of vanadium in terms of oxide when the content of BT in the composite particle was 100 mol part. 3 to 7, the insulation resistance after 100 hours of the high temperature load test was 1 × 10 7 Ω or more.

これに対して、誘電体層がBT結晶粒子とBCTZ結晶粒子とから構成されていない試料(試料No.9、10)およびVを添加していない試料No.1では本焼成後の絶縁抵抗が測定不能であった。 In contrast, samples (samples No. 9 and 10) in which the dielectric layer is not composed of BT crystal particles and BCTZ crystal particles and sample Nos. To which V 2 O 5 is not added. In No. 1, the insulation resistance after the main firing was not measurable.

(a)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。(b)は誘電体層を構成する主結晶粒子と粒界相を示す拡大模式図である。(A) is a schematic sectional drawing which shows the multilayer ceramic capacitor of this invention. (B) is an enlarged schematic view showing the main crystal grains and the grain boundary phase constituting the dielectric layer. (a)は、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におけるBT結晶粒子中のMgおよびYの濃度分布を示すグラフ、(b)は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におけるBCTZ結晶粒子中のMgおよびYの濃度分布を示すグラフである。(A) is a graph showing the concentration distribution of Mg and Y in the BT crystal particles in the dielectric layer constituting the multilayer ceramic capacitor of the present invention, and (b) is in the dielectric layer constituting the multilayer ceramic capacitor of the present invention. It is a graph which shows concentration distribution of Mg and Y in BCTZ crystal grain. 本発明における積層セラミックコンデンサの製法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the multilayer ceramic capacitor in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitor body 3 External electrode 5 Dielectric layer 7 Internal electrode layer 9 Crystal particle 9a BCT crystal particle 9b BT crystal particle 21 Ceramic green sheet 23 Internal electrode pattern 25 Ceramic pattern 29 Laminate

Claims (3)

カルシウム濃度が0.2原子%以下のチタン酸バリウム結晶粒子およびカルシウム濃度が0.4原子%以上であり、かつジルコニウムが固溶したチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子により構成される誘電体層と、内部電極層とが交互に積層されている積層セラミックコンデンサにおいて、前記チタン酸バリウム結晶粒子および前記チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子がマグネシウム、希土類元素およびバナジウムを含有するとともに、前記チタン酸バリウム結晶粒子の表面のマグネシウムおよび希土類元素のそれぞれの含有量に対する前記チタン酸バリウム結晶粒子の中央部に含まれるマグネシウムおよび希土類元素のそれぞれの含有量の比が、前記チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子の表面のマグネシウムおよび希土類元素のそれぞれの含有量に対する前記チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子の中央部に含まれるマグネシウムおよび希土類元素のそれぞれの含有量の比よりも大きいことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 A dielectric layer composed of barium titanate crystal particles having a calcium concentration of 0.2 atomic% or less and a barium calcium zirconate titanate crystal particle having a calcium concentration of 0.4 atomic% or more and in which zirconium is solid-solved; In the multilayer ceramic capacitor in which internal electrode layers are alternately laminated, the barium titanate crystal particles and the barium calcium zirconate titanate crystal particles contain magnesium, rare earth elements and vanadium, and the barium titanate crystals The ratio of the content of magnesium and rare earth elements contained in the central portion of the barium titanate crystal particles to the content of magnesium and rare earth elements on the surface of the particles is the surface of the barium calcium zirconate titanate crystal particles Magnesium Beam and each of the respective contents of a multilayer ceramic capacitor being greater than the ratio of magnesium and rare earth elements contained in the central portion of the zirconate titanate, barium calcium crystal grains with respect to the content of the rare earth element. 前記チタン酸バリウム結晶粒子の平均粒径が前記チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子の平均粒径よりも大きい請求項1に記載の積層セラミックコンデンサ。 The multilayer ceramic capacitor according to claim 1, wherein an average particle diameter of the barium titanate crystal particles is larger than an average particle diameter of the barium calcium zirconate titanate crystal particles. 前記誘電体層は前記チタン酸バリウム結晶粒子および前記チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子に含まれるバリウムおよびチタンの酸化物をチタン酸バリウムとして表したときの含有量100モル部に対して、前記バナジウムの含有量が酸化物換算で0.1〜0.4モル部である請求項1または2に記載の積層セラミックコンデンサ。

The dielectric layer is composed of the vanadium with respect to a content of 100 mol parts when the barium and titanium oxides contained in the barium titanate crystal particles and the barium calcium zirconate titanate crystal particles are expressed as barium titanate. The multilayer ceramic capacitor according to claim 1, wherein the content of is 0.1 to 0.4 mol part in terms of oxide.

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