JP4863597B2 - Dielectric ceramic, manufacturing method thereof, and multilayer ceramic electronic component - Google Patents

Dielectric ceramic, manufacturing method thereof, and multilayer ceramic electronic component Download PDF

Info

Publication number
JP4863597B2
JP4863597B2 JP2002209487A JP2002209487A JP4863597B2 JP 4863597 B2 JP4863597 B2 JP 4863597B2 JP 2002209487 A JP2002209487 A JP 2002209487A JP 2002209487 A JP2002209487 A JP 2002209487A JP 4863597 B2 JP4863597 B2 JP 4863597B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dielectric ceramic
rare earth
earth element
crystal
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2002209487A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004055727A (en
Inventor
俊宏 岡松
友幸 中村
宏泰 小中
晴信 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2002209487A priority Critical patent/JP4863597B2/en
Publication of JP2004055727A publication Critical patent/JP2004055727A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4863597B2 publication Critical patent/JP4863597B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘電体セラミックおよびその製造方法ならびに積層セラミック電子部品に関するもので、特に、積層セラミックコンデンサのような積層セラミック電子部品における誘電体セラミック層の薄層化を有利に図り得るようにするための改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この発明にとって興味ある積層セラミック電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサは、以下のようにして製造されるのが一般的である。
【0003】
まず、その表面に、所望のパターンをもって内部電極となる導電材料を付与した、誘電体セラミック原料を含むセラミックグリーンシートが用意される。誘電体セラミックとしては、たとえば、BaTiO3 を主成分とするものが用いられる。
【0004】
次に、上述した導電材料を付与したセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートが積層され、熱圧着され、それによって一体化された生の積層体が作製される。
【0005】
次に、この生の積層体は焼成され、それによって、焼結後の積層体が得られる。この積層体の内部には、上述した導電材料をもって構成された内部電極が形成されている。
【0006】
次いで、積層体の外表面上に、内部電極の特定のものに電気的に接続されるように、外部電極が形成される。外部電極は、たとえば、導電性金属粉末およびガラスフリットを含む導電性ペーストを積層体の外表面上に付与し、焼き付けることによって形成される。
【0007】
このようにして、積層コンデンサが完成される。
【0008】
上述した内部電極のための導電材料として、近年、積層セラミックコンデンサの製造コストをできるだけ低くするため、たとえばニッケルまたは銅のような比較的安価な卑金属を用いることが多くなってきている。しかしながら、卑金属をもって内部電極を形成した積層セラミックコンデンサを製造しようとする場合、焼成時における卑金属の酸化を防止するため、中性または還元性雰囲気中での焼成を適用しなければならず、そのため、積層セラミックコンデンサにおいて用いられる誘電体セラミックは、耐還元性を有していなければならない。
【0009】
上述のような耐還元性を有する誘電体セラミックとして、たとえば、特開平5−9066号公報、特開平5−9067号公報または特開平5−9068号公報においては、BaTiO3 −希土類酸化物−Co2 3 系の組成が提案されている。
【0010】
また、特開平9−270366号公報では、高温負荷寿命の長い誘電体セラミックが提案されている。また、特開平6−5460号公報または特開平10−330160号公報では、耐電圧性の高い誘電体セラミックが提案されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
近年のエレクトロニクス技術の発展に伴い、電子部品の小型化が急速に進行し、積層セラミックコンデンサについても、小型化かつ大容量化の傾向が顕著になってきている。
【0012】
したがって、内部電極に使用する卑金属が酸化されない焼成雰囲気においても、誘電率が高く、直流電圧下での誘電率の経時変化が小さく、誘電体セラミック層が薄層化されても、電気絶縁性が高く、それゆえ信頼性に優れた誘電体セラミックを望む要求が強くなってきている。しかしながら、前述したような従来の誘電体セラミックは、必ずしも、この要求を十分に満足し得るものではない。
【0013】
たとえば、特開平5−9066号公報、特開平5−9067号公報または特開平5−9068号公報に記載された誘電体セラミックは、高い電気絶縁性を示すものの、誘電体セラミック層を薄層化したとき、具体的には、5μm以下、特に3μm以下というように薄層化したときの信頼性に関しては、必ずしも、市場の要求を十分満たし得るものではない。
【0014】
また、特開平6−5460号公報に記載される誘電体セラミックは、希土類元素が結晶粒子内部の全領域に固溶していないため、誘電体セラミック層が薄層化されるに従って、信頼性が低下するという問題がある。
【0015】
同様に、特開平9−270366号公報に記載される誘電体セラミックも、ほとんどの希土類元素が粒界に存在するため、誘電体セラミック層が薄層化されるに従って、信頼性が低下するという問題がある。
【0016】
また、特開平10−330160号公報に記載される誘電体セラミックは、予めABO3 粒子内にアクセプタ成分であるMn、Co、Cr、Ni、Feなどを含有させるため、耐還元性が十分向上しかつ絶縁抵抗が高くなり、絶縁破壊電圧が高くなるものの、直流電圧下での静電容量の経時変化が大きいという問題がある。
【0017】
以上のようなことから、積層セラミックコンデンサの小型化かつ大容量化に対応するために、誘電体セラミック層を薄層化した場合、定格電圧を薄層化する前と同じであると、誘電体セラミック層の1層あたりに印加される電界強度が大きくなるため、絶縁抵抗が低くなってしまうことなどの点で、信頼性が著しく低下してしまう。そのため、従来の誘電体セラミックを用いる場合には、誘電体セラミック層を薄層化するにあたって、定格電圧を下げる必要がある。
【0018】
そこで、誘電体セラミック層を薄層化しながらも、定格電圧を下げる必要がなく、また、高い電界強度下での絶縁抵抗が高く、信頼性に優れた、積層セラミックコンデンサの実現が望まれるところである。
【0019】
また、積層セラミックコンデンサは、通常、直流電圧を印加した状態で使用されるため、静電容量が経時的に変化することが知られている。しかしながら、積層セラミックコンデンサの小型化かつ大容量化に伴う誘電体セラミック層の薄層化の結果、誘電体セラミック層の1層あたりの直流電界強度が高くなり、静電容量の経時変化がより大きくなるという問題がある。
【0020】
そこで、直流電圧が印加された状態での静電容量の経時変化が小さい、積層セラミックコンデンサが望まれるところである。
【0021】
以上、積層セラミックコンデンサについて説明したが、同様の問題または要望は、誘電体セラミックを用いる他の積層セラミック電子部品にも当てはまる。
【0022】
したがって、この発明の目的は、これを用いて積層セラミックコンデンサ等を構成したとき、直流電圧印加下での静電容量の経時変化が小さく、絶縁抵抗と静電容量との積(CR積)が高く、高温かつ高電圧下における絶縁抵抗の加速寿命が長く、それゆえ、薄層化しても信頼性に優れた、誘電体セラミックおよびその製造方法を提供しようとすることである。
【0023】
この発明の他の目的は、上述のような誘電体セラミックを用いて構成される、積層セラミックコンデンサのような積層セラミック電子部品を提供しようとすることである。
【0024】
【課題を解決するための手段】
この発明は、一般式ABO3 (Aは、Ba、CaおよびSrのうちのBaを含む少なくとも1種であり、Bは、Ti、ZrおよびHfのうちのTiを含む少なくとも1種である。)で表わされる主成分と、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuおよびYのうちの少なくとも1種の希土類元素を含む添加成分とを含む組成を有する、誘電体セラミックにまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。
【0025】
すなわち、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型X線分光法を用い、電子線のプローブの径を2nmとして、当該誘電体セラミックの結晶粒子の断面研磨面上での希土類元素の濃度を分析した際、希土類元素の濃度分布に関して、次のような条件を満たすようにされる。
まず、結晶粒子の外周を略8等分した任意の点と結晶粒子の中心とを結んだ8本の半直線の各々上であって、結晶粒子の表面近傍の領域内に位置する8点での希土類元素の平均濃度をCsAVEする。
また、結晶粒子の外周を略4等分した任意の点をまず決め、これを分析点B1、B2、B3およびB4とし、次に、分析点B1〜B4と結晶粒子の中心とを結んだ4本の線分を決め、各線分の中点を求め、これら中点を、分析点B5、B6、B7およびB8とし、次に、分析点B5〜B8と結晶粒子の中心との中点を求め、これら中点を分析点B9、B10、B11およびB12とし、さらに、結晶粒子の中心を分析点B13とした場合において、結晶粒子内の上記分析点B1〜B13の13点における希土類元素の濃度をCi(n)とし、結晶粒子の中心部の上記分析点B5〜B13の9点における希土類元素の濃度をCc(n)する。
そして、希土類元素の濃度分布に関して、
Ci(n)/CsAVE≧1/50の条件を満足する結晶粒子数が、全結晶粒子数の70%を超え、かつ
Cc(n)/CsAVE<1の条件を満足する結晶粒子数が、全結晶粒子数の70%を超えることを特徴としている。
【0026】
この発明に係る誘電体セラミックは、さらに、Ni、Co、Fe、Cr、Mn、Si、Mg、V、B(ホウ素)、CaおよびAlのうちの少なくとも1種の元素を含んでいてもよい。
【0027】
この発明は、また、上述したような誘電体セラミックを製造するための方法にも向けられる。
【0028】
この発明に係る誘電体セラミックの製造方法は、一般式ABO3 で表わされる主成分を構成するAを含む化合物とBを含む化合物と、希土類元素を含む化合物の一部とを混合し、反応させ、粉砕することによって、第1の反応物粉末を得る工程と、第1の反応物粉末と希土類元素を含む化合物の残部とを混合し、反応させ、粉砕することによって、第2の反応物粉末を得る工程と、第2の反応物粉末を焼成する工程とを備えることを特徴としている。
【0029】
この発明に係る誘電体セラミックが、前述したように、さらに、Ni、Co、Fe、Cr、Mn、Si、Mg、V、B(ホウ素)、CaおよびAlのうちの少なくとも1種の元素を含んでいる場合には、一般式ABO3 で表わされる主成分を構成するAを含む化合物とBを含む化合物と、希土類元素を含む化合物の一部とを混合し、反応させ、粉砕することによって、第1の反応物粉末を得る工程と、第1の反応物粉末と希土類元素を含む化合物の残部とを混合し、反応させ、粉砕することによって、第2の反応物粉末を得る工程と、第2の反応物粉末とNi、Co、Fe、Cr、Mn、Si、Mg、V、B(ホウ素)、CaおよびAlのうちの少なくとも1種の元素を含む化合物粉末とを含む混合粉末を焼成する工程とを備えることを特徴としている。
【0030】
この発明は、また、複数の積層された誘電体セラミック層と、複数の誘電体セラミック層間の特定の界面に沿って形成された内部電極とを含む、積層体を備える、積層セラミック電子部品にも向けられる。この発明に係る積層セラミック電子部品は、誘電体セラミック層が前述したようなこの発明に係る誘電体セラミックからなることを特徴としている。
【0031】
この発明は、特に、積層セラミックコンデンサに対して有利に適用される。この場合、この発明に係る積層セラミック電子部品は、積層体の外表面上に形成される第1および第2の外部電極をさらに備え、この積層体の積層方向に互いに重なり合った状態で複数の内部電極が形成され、これら複数の内部電極は、第1の外部電極に電気的に接続されるものと第2の外部電極に電気的に接続されるものとが交互に積層方向に配置される。
【0032】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の一実施形態による積層セラミックコンデンサ21を図解的に示す断面図である。
【0033】
積層セラミックコンデンサ21は、積層体22を備えている。積層体22は、積層される複数の誘電体セラミック層23と、複数の誘電体セラミック層23の間の特定の複数の界面に沿ってそれぞれ形成される複数の内部電極24および25とをもって構成される。内部電極24および25は、積層体22の外表面にまで到達するように形成されるが、積層体22の一方の端面26にまで引き出される内部電極24と他方の端面27にまで引き出される内部電極25とが、積層体22の内部において交互に配置されている。
【0034】
積層体22の外表面上であって、端面26および27上には、外部電極28および29がそれぞれ形成されている。また、外部電極28および29上には、ニッケル、銅などからなる第1のめっき層30および31がそれぞれ形成され、さらにその上には、半田、錫などからなる第2のめっき層32および33がそれぞれ形成されている。
【0035】
このようにして、積層セラミックコンデンサ21において、複数の内部電極24および25は、積層体22の積層方向に互いに重なり合った状態で形成され、それによって、隣り合う内部電極24および25間で静電容量を形成する。また、内部電極24と外部電極28とが電気的に接続されるとともに、内部電極25と外部電極29とが電気的に接続され、それによって、これら外部電極28および29を介して、上述の静電容量が取り出される。
【0036】
このような積層セラミックコンデンサ21において、誘電体セラミック層23は、一般式ABO3 (Aは、Ba、CaおよびSrのうちのBaを含む少なくとも1種であり、Bは、Ti、ZrおよびHfのうちのTiを含む少なくとも1種である。)で表わされる主成分と、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuおよびYのうちの少なくとも1種の希土類元素を含む添加成分とを含む組成を有する、誘電体セラミックから構成される。
【0037】
この誘電体セラミックは、また、結晶粒子の表面近傍での希土類元素の平均濃度をCsAVEとし、結晶粒子内の任意の点における希土類元素の濃度をCi(n)とし、結晶粒子の中心部の任意の点における希土類元素の濃度をCc(n)としたとき、希土類元素の濃度分布に関して、Ci(n)/CsAVE≧1/50の条件を満足する結晶粒子数が、全結晶粒子数の70%を超え、かつCc(n)/CsAVE<1の条件を満足する結晶粒子数が、全結晶粒子数の70%を超えることを特徴としている。
上述した結晶粒子の表面近傍での希土類元素の平均濃度Cs AVE 、結晶粒子内の任意の点における希土類元素の濃度Ci (n) 、および結晶粒子の中心部の任意の点における希土類元素の濃度Cc (n) は、より具体的には、次のようにして求められるものである。
まず、前提として、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型X線分光法を用い、電子線のプローブの径を2nmとして、当該誘電体セラミックの結晶粒子の断面研磨面上での希土類元素の濃度が分析される。
上記Cs AVE は、結晶粒子の外周を略8等分した任意の点と結晶粒子の中心とを結んだ8本の半直線の各々上であって、結晶粒子の表面近傍の領域内に位置する8点での希土類元素の平均濃度である。
また、上記Ci (n) は、結晶粒子の外周を略4等分した任意の点をまず決め、これを分析点B1、B2、B3およびB4とし、次に、分析点B1〜B4と結晶粒子の中心とを結んだ4本の線分を決め、各線分の中点を求め、これら中点を、分析点B5、B6、B7およびB8とし、次に、分析点B5〜B8と結晶粒子の中心との中点を求め、これら中点を分析点B9、B10、B11およびB12とし、さらに、結晶粒子の中心を分析点B13とした場合において、結晶粒子内の上記分析点B1〜B13の13点における希土類元素の各濃度である。
また、Cc (n) は、結晶粒子の中心部の上記分析点B5〜B13の9点における希土類元素の各濃度である。
【0038】
上述の希土類元素の濃度分布に関する条件のうち、Ci(n) /CsAVE ≧1/50の条件は、簡単に言えば、希土類元素が結晶粒子の内部にまで全域にわたって十分に分布していることを意味している。これに対して、希土類元素が結晶粒子の内部にまで全域にわたって分布していない場合、高温かつ高電圧下における絶縁抵抗の加速寿命が短くなり、誘電体セラミック層23が薄層化した場合の信頼性が低下する。
【0039】
また、Cc(n) /CsAVE <1の条件は、簡単に言えば、結晶粒子の表面近傍での希土類元素の濃度が、結晶粒子の中心部での希土類元素の濃度に比べて高いことを意味している。これに対して、結晶粒子の表面近傍での希土類元素の濃度が、結晶粒子の中心部での希土類元素の濃度に比べて低くなる場合、直流電圧印加下での静電容量の経時変化が大きくなってしまう。
【0040】
また、Ci(n)/CsAVE≧1/50の条件を満足する結晶粒子数が全結晶粒子数の70%を超え、かつCc(n)/CsAVE<1の条件を満足する結晶粒子数が全結晶粒子数の70%を超えることが上述した効果を発揮させるために必要であるが、直流電圧下での経時変化をより小さくするためには、上述の条件を満足する結晶粒子数が全結晶粒子数の90%以上であることが望ましい。この条件を満たす場合には、誘電体セラミック層23は、その厚みを1μm前後にまで薄層化できることが確認されている。
【0041】
この明細書において、「結晶粒子の表面近傍」とは、誘電体セラミックの断面において、結晶学的に結晶粒子間に明らかな層が観察された場合、これを粒界とすると、粒界と結晶粒子との界面から結晶粒子の中心方向に2nm内側に入った結晶粒子内の領域を指す。また、誘電体セラミックの断面において、結晶学的に結晶粒子間に粒界相や二次相等が観察されず、結晶粒子同士が接合されている場合には、接合点および接合線から結晶粒子の中心方向に2nm内側に入った結晶粒子内の領域を指す。
【0042】
また、この明細書において、「結晶粒子の中心部」とは、誘電体セラミックの断面において、結晶粒子の中心から結晶粒子の外周を結んだ線分の中点の集合で囲まれる領域を指す。
【0043】
この発明において、結晶粒子の表面近傍での希土類元素の平均濃度CsAVE 、結晶粒子内の任意の点における希土類元素の濃度Ci(n) および結晶粒子の中心部の任意の点における希土類元素の濃度Cc(n) は、たとえば、次のようにして求められる。
【0044】
すなわち、ある結晶粒子において、その結晶粒子内の種々の分析点における希土類元素の濃度を、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型X線分光法(EDX)によって、電子線として2nmのプローブを用いながら測定する。
【0045】
この場合において、結晶粒子の表面近傍の任意の8点以上を分析点として、各分析点における希土類元素の濃度を測定し、その平均値を求めたものがCsAVE である。
【0046】
また、結晶粒子の中心を含む結晶粒子内部の任意の9点以上を分析点として、各分析点における希土類元素の濃度を測定したものがCi(n) (nは9以上)である。
【0047】
また、結晶粒子の中心部の任意の9点以上を分析点として、各分析点における希土類元素の濃度を測定したものがCc(n) (nは9以上)である。
【0048】
結晶粒子の表面近傍には、上述した希土類元素のほかに、M(Mは、Ni、Co、Fe、CrおよびMnのうちの少なくとも1種)、Si、主成分の構成元素であるA(Aは、Ba、CaおよびSrのうちのBaを含む少なくとも1種)もしくはB(Bは、Ti、ZrおよびHfのうちのTiを含む少なくとも1種)、または、Mg、V、B(この「B」はホウ素)、Ca、Alなどが存在していてもよく、これら希土類元素以外の元素の存在は、誘電体セラミックの特性を実質的に低下させることはない。
【0049】
誘電体セラミックを得るために用いられる主成分であるABO3 粉末の平均粒径は、特に限定されるものではないが、誘電体セラミック層23の薄層化に対応するには、2μm以下であることが望ましく、0.05〜0.7μmであることがより望ましい。このような粒径のABO3 粉末を原料粉末として用いた場合、誘電体セラミック層23は、問題なく、その厚みを1μm前後にまで薄層化することができる。
【0050】
次に、この積層セラミックコンデンサ21の製造方法について説明する。
【0051】
まず、誘電体セラミック層23を構成する誘電体セラミックの原料粉末が用意される。この原料粉末は、以下のようにして作製されることが好ましい。
【0052】
まず、炭酸塩等のAを含む化合物(Aは、Ba、CaおよびSrのうちのBaを含む少なくとも1種)と酸化物等のBを含む化合物(Bは、Ti、ZrおよびHfのうちのTiを含む少なくとも1種)と酸化物等の希土類元素(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuおよびYのうちの少なくとも1種)を含む化合物とを用意する。
【0053】
次に、Aを含む化合物とBを含む化合物と希土類元素を含む化合物の一部とを、各々所望量をもって混合し、大気中において仮焼する等で反応させ、粉砕することによって、第1の反応物粉末を得る。
【0054】
次に、第1の反応物粉末と希土類元素を含む化合物の残部とを、各々所望量をもって混合し、大気中において仮焼する等で反応させ、粉砕することによって、第2の反応物粉末を得る。この第2の反応物粉末が、誘電体セラミックの原料粉末として用いられる。
【0055】
なお、前述したように、Ni、Co、Fe、Cr、Mn、Si、Mg、V、B(この「B」はホウ素)、Ca、Alなどの少なくとも1種が添加される場合には、これらの元素を含む酸化物などの化合物粉末が第2の反応物粉末と混合され、この混合粉末が、誘電体セラミックの原料粉末として用いられる。
【0056】
上述のようにして原料粉末を作製すれば、この原料粉末を含む成形体を焼成して得られた焼結体としての誘電体セラミック層23に含まれる結晶粒子の内部全体にわたって、希土類元素を固溶させることが容易であり、また、結晶粒子の中心部に比べて、結晶粒子の表面近傍での希土類元素の濃度を高くすることが容易であり、したがって、前述したような希土類元素の濃度分布を得ることが容易である。
【0057】
なお、第1の反応物および第2の反応物を得る方法は、上述した混合粉体を仮焼する方法以外に、水熱合成法、共沈法、アルカリ加水分解法等の湿式法を用いることができる。
【0058】
また、誘電体セラミックの原料粉末を得るための出発材料の形態としては、上述した酸化物や炭酸塩以外に、硝酸塩、水酸化物、有機酸塩、アルコキシド、キレート化合物等を、合成反応の形態に応じて適宜用いることができる。
【0059】
他方、誘電体セラミックの原料粉末を作製するため、上述した方法に代えて、従来の一般的な原料粉末製造方法である、一般式ABO3 で表わされる主成分を構成するAを含む化合物とBを含む化合物と、希土類元素酸化物と、MO(Mは、Ni、CoおよびMnの少なくとも1種)と、SiO2 とのすべてを混合して、一度に反応させる方法を用いた場合には、得られた誘電体セラミックの結晶粒子の表面近傍での希土類元素の濃度を、結晶粒子の中心部での希土類元素の濃度に比べて高くすることが困難であることが確認されている。
【0060】
また、予め合成されたABO3 に、希土類元素酸化物と、MO(Mは、Ni、CoおよびMnの少なくとも1種)と、SiO2 とのすべてを混合して、一度に反応させる方法を用いた場合には、得られた誘電体セラミックの結晶粒子の内部全域に希土類元素が固溶している状態を得ることが困難であることが確認されている。
【0061】
また、予め合成されたABO3 に、MO(Mは、Mg、Ca、SrおよびZnの少なくとも1種)と、R2 3 (Rは、Sc、Y、Gd、Dy、Ho、Er、Yb、Tb、TmおよびLuの少なくとも1種の希土類元素)と、BaCO3 および/またはTiO2 とのすべてを混合して、一度に熱処理する方法を用いた場合にも、得られた誘電体セラミックの結晶粒子の内部全域に希土類元素が固溶している状態を得ることが困難であることが確認されている。
【0062】
また、Baを含む化合物と、Tiを含む化合物と、M(Mは、Mn、V、Cr、Co、Ni、Fe、Nb、Mo、TaおよびWのうちの少なくとも1種)を含む化合物とからなる原料粉末を仮焼して得られる、Ba(Ti1-x x )O3 (ただし、x<1)で示すことができる主成分に対して、Mgを含む化合物、MnO、Dy2 3 、Li2 O、SiO2 、BaOおよびB2 3 から選ばれた少なくとも1種を含む添加成分を混合する方法を用いた場合にも、得られた誘電体セラミックの結晶粒子の内部全域に希土類元素としてのDyが固溶している状態を得ることが困難であることが確認されている。
【0063】
また、Si、希土類元素およびアルカリ土類元素をそれぞれ含有する各粉末を混合し、仮焼し、粉砕して得られた粉末と、ABO3 粉末と、MnO、Li2 OおよびSiO2 から選ばれた少なくとも1種を含む添加成分とを混合する方法を用いた場合にも、得られた誘電体セラミックの結晶粒子の内部全域に希土類元素が固溶している状態を得ることが困難であることが確認されている。
【0064】
次に、前述のようにして得られた誘電体セラミックのための原料粉末に、有機バインダおよび溶剤を添加し、混合することによって、スラリーが作製され、このスラリーを用いて、誘電体セラミック層23となるセラミックグリーンシートが成形される。
【0065】
次いで、特定のセラミックグリーンシート上に、内部電極24または25となるべき導電性ペースト膜がたとえばスクリーン印刷によって形成される。この導電性ペースト膜は、ニッケル、ニッケル合金、銅または銅合金のような卑金属を導電成分として含んでいる。なお、内部電極24および25は、スクリーン印刷法のような印刷法によるほか、たとえば、蒸着法、めっき法などによって形成されてもよい。
【0066】
次いで、上述のように導電性ペースト膜を形成した複数のセラミックグリーンシートが積層されるとともに、これらセラミックグリーンシートを挟むように、導電性ペースト膜が形成されないセラミックグリーンシートが積層され、圧着された後、必要に応じてカットされることによって、積層体22となるべき生の積層体が得られる。この生の積層体において、導電性ペースト膜は、その端縁をいずれかの端面に露出させている。
【0067】
次いで、生の積層体は、還元性雰囲気中において焼成される。これによって、図1に示すような焼結後の積層体22が得られ、積層体22において、前述のセラミックグリーンシートが誘電体セラミック層23を構成し、導電性ペースト膜が内部電極24または25を構成する。
【0068】
次いで、内部電極24および25の露出した各端縁にそれぞれ電気的に接続されるように、積層体22の端面26および27上に、それぞれ、外部電極28および29が形成される。
【0069】
外部電極28および29の材料としては、内部電極24および25と同じ材料を用いることができるが、銀、パラジウム、銀−パラジウム合金なども使用可能であり、また、これらの金属粉末に、B2 3 −SiO2 −BaO系ガラス、B2 3 −Li2 O−SiO2 −BaO系ガラスなどからなるガラスフリットを添加したものも使用可能である。積層セラミックコンデンサ21の用途、使用場所などを考慮に入れて適当な材料が選択される。
【0070】
また、外部電極28および29は、通常、上述のような導電性金属の粉末を含むペーストを、焼成後の積層体22の外表面上に塗布し、焼き付けることによって形成されるが、焼成前の生の積層体の外表面上に塗布し、積層体22を得るための焼成と同時に焼き付けることによって形成されてもよい。
【0071】
その後、外部電極28および29上に、ニッケル、銅などのめっきを施し、第1のめっき層30および31を形成する。そして、この第1のめっき層30および31上に、半田、錫などのめっきを施し、第2のめっき層32および33を形成する。なお、外部電極28および29上に、このようなめっき層30〜33のような導体層を形成することは、積層セラミックコンデンサ21の用途によっては省略されることもある。
【0072】
以上のようにして、積層セラミックコンデンサ21が完成される。
【0073】
なお、誘電体セラミックの原料粉末の作製や、その他の積層セラミックコンデンサ21の製造工程のいずれかの段階において、Al、Zr、Fe、Hf、Na、N等が不純物として混入する可能性があるが、これら不純物の混入は、積層セラミックコンデンサ21の電気的特性上、問題となることはない。
【0074】
また、積層セラミックコンデンサ21の製造工程のいずれかの段階において、内部電極24および25にFe等が不純物として混入する可能性もあるが、この不純物の混入についても、電気的特性上、問題となることはない。
【0075】
このようにして得られた積層セラミックコンデンサ21に備える誘電体セラミック層23を構成する誘電体セラミックにおいて、前述したように、希土類元素の濃度分布に関して、Ci(n) /CsAVE ≧1/50、およびCc(n) /CsAVE <1の条件を満足する結晶粒子数が、全結晶粒子数の70%を超えている。したがって、直流電圧印加下での静電容量の経時変化が小さく、絶縁抵抗と静電容量との積(CR積)が高く、高温かつ高電圧下における絶縁抵抗の加速寿命が長く、それゆえ、誘電体セラミック層23を薄層化しても、積層セラミックコンデンサ21の信頼性を優れたものとすることができる。
【0076】
なお、上述のことから、誘電体セラミックに含まれる希土類元素の濃度分布が、誘電体セラミックの電気的特性に大きく影響することがわかる。したがって、この発明を別の観点からとらえると、希土類元素の濃度分布に基づいて、誘電体セラミックの評価方法を提供することができる。この評価方法は、積層セラミックコンデンサのような積層セラミック電子部品において用いる誘電体セラミックをたとえば設計するにあたって、前述したような特性を与え得る誘電体セラミックの特定を容易かつ能率的に行なうことを可能にする。
【0077】
次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。
【0078】
【実験例】
1.誘電体セラミックの原料粉末の作製
作製された各試料に係る誘電体セラミックの原料粉末の組成が表1に示されている。
【0079】
【表1】

Figure 0004863597
【0080】
表1において、各成分の係数はモル比を示している。
【0081】
(実施例1)
第1反応物を一般式ABO3 で表わしたときのAを含む化合物として、BaCO3 を用意し、Bを含む化合物として、TiO2 を用意し、希土類元素を含む化合物として、Dy2 3 を用意した。また、第1添加成分として、Dy2 3 を用意し、第2添加成分として、NiO、SiO2 およびMnOを用意した。
【0082】
次に、BaCO3 、TiO2 およびDy2 3 を、表1の「第1反応物」の欄に示した組成比となるように秤量し、これらをボールミルにより湿式混合した後、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、第1反応物粉末を得た。
【0083】
次に、第1添加成分としてのDy2 3 を、表1に示す組成比となるように秤量し、これを第1反応物粉末に加え、これらをボールミルにより湿式混合した後、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、第2反応物粉末を得た。
【0084】
次に、第2添加成分としてのNiO、SiO2 およびMnOの各粉末を、表1に示す組成比となるように秤量し、これらを第2反応物粉末に配合して、実施例1に係る誘電体セラミックの原料粉末を得た。
【0085】
(実施例2)
第1反応物をABO3 で表わしたときのAを含む化合物として、BaCO3 、SrCO3 およびCaCO3 を用意し、Bを含む化合物として、TiO2 を用意し、希土類元素として、Gd2 3 を用意した。また、第1添加成分として、Ho2 3 を用意し、第2添加成分として、SiO2 を用意した。
【0086】
次に、BaCO3 、SrCO3 、CaCO3 、TiO2 およびGd2 3 を、表1の「第1反応物」の欄に示した組成比となるように秤量し、これらをボールミルにより湿式混合した後、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、第1反応物粉末を得た。
【0087】
次に、第1添加成分としてのHo2 3 を、表1に示す組成比となるように秤量し、これを第1反応物粉末に加え、これらをボールミルにより湿式混合した後、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、第2反応物粉末を得た。
【0088】
次に、第2添加成分としてのSiO2 の粉末を、表1に示す組成比となるように秤量し、これを第2反応物粉末に配合して、実施例2に係る誘電体セラミックの原料粉末を得た。
【0089】
(実施例3)
第1反応物を一般式ABO3 で表わしたときのAを含む化合物として、BaCO3 およびCaCO3 を用意し、Bを含む化合物として、TiO2 およびZrO2 を用意し、希土類元素を含む化合物として、Dy2 3 を用意した。また、第1添加成分として、Ho2 3 を用意し、第2添加成分として、CoO、MgO、SiO2 およびMnOを用意した。
【0090】
次に、BaCO3 、CaCO3 、TiO2 、ZrO2 およびDy2 3 を、表1の「第1反応物」の欄に示した組成比となるように秤量し、これらをボールミルにより湿式混合した後、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、第1反応物粉末を得た。
【0091】
次に、第1添加成分としてのHo2 3 を、表1に示す組成比となるように秤量し、これを第1反応物粉末に加え、これらをボールミルにより湿式混合した後、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、第2反応物粉末を得た。
【0092】
次に、第2添加成分としてのCoO、MgO、SiO2 およびMnOの各粉末を、表1に示す組成比となるように秤量し、これを第2反応物粉末に配合して、実施例3に係る誘電体セラミックの原料粉末を得た。
【0093】
(実施例4)
第1反応物を一般式ABO3 で表わしたときのAを含む化合物として、BaCO3 およびCaCO3 を用意し、Bを含む化合物として、TiO2 、ZrO2 およびHfO2 を用意し、希土類元素として、Nd2 3 を用意した。また、第1添加成分として、Y2 3 を用意し、第2添加成分として、Cr2 3 、B2 3 、MnO、SiO2 およびCaCO3 を用意した。
【0094】
次に、BaCO3 、CaCO3 、TiO2 、ZrO2 、HfO2 およびNd2 3 を、表1の「第1反応物」の欄に示した組成比となるように秤量し、これらをボールミルにより湿式混合した後、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、第1反応物粉末を得た。
【0095】
次に、第1添加成分としてのY2 3 を、表1に示す組成比となるように秤量し、これを第1反応物粉末に加え、これらをボールミルにより湿式混合した後、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、第2反応物粉末を得た。
【0096】
次に、第2添加成分としてのCr2 3 、B2 3 、MnO、SiO2 およびCaCO3 の各粉末を、表1に示す組成比となるように秤量し、これらを第2反応物粉末に配合して、実施例4に係る誘電体セラミックの原料粉末を得た。
【0097】
(実施例5)
第1反応物を一般式ABO3 で表わしたときのAを含む化合物として、BaCO3 を用意し、Bを含む化合物として、TiO2 を用意し、希土類元素を含む化合物として、Ho2 3 およびNd2 3 を用意した。また、第1添加成分として、Yb2 3 を用意し、第2添加成分として、SiO2 およびMnOを用意した。
【0098】
次に、BaCO3 、TiO2 、Ho2 3 およびNd2 3 を、表1の「第1反応物」の欄に示した組成比となるように秤量し、これらをボールミルにより湿式混合した後、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、第1反応物粉末を得た。
【0099】
次に、第1添加成分としてのYb2 3 を、表1に示す組成比となるように秤量し、これを第1反応物粉末に加え、これらをボールミルにより湿式混合した後、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、第2反応物粉末を得た。
【0100】
次に、第2添加成分としてのSiO2 およびMnOの各粉末を、表1に示す組成比となるように秤量し、これらを第2反応物粉末に配合して、実施例5に係る誘電体セラミックの原料粉末を得た。
【0101】
(実施例6)
第1反応物を一般式ABO3 で表わしたときのAを含む化合物として、BaCO3 およびCaCO3 を用意し、Bを含む化合物として、TiO2 およびZrO2 を用意し、希土類元素を含む化合物として、CeO2 を用意した。また、第1添加成分として、Dy2 3 を用意した。
【0102】
次に、BaCO3 、CaCO3 、TiO2 、ZrO2 およびCeO2 を、表1の「第1反応物」の欄に示した組成比となるように秤量し、これらをボールミルにより湿式混合した後、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、第1反応物粉末を得た。
【0103】
次に、第1添加成分としてのDy2 3 を、表1に示す組成比となるように秤量し、これを第1反応物粉末に加え、これらをボールミルにより湿式混合した後、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、第2反応物粉末を得た。そして、この第2反応物粉末を、実施例6に係る誘電体セラミック原料粉末とした。
【0104】
(比較例1)
実施例1と同じ組成になるように、BaCO3 、TiO2 、Dy2 3 、NiO、SiO2 およびMnOを、表1に示す組成比をもって一度に混合し、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、比較例1に係る誘電体セラミックの原料粉末を得た。
【0105】
(比較例2)
BaTiO3 、SrCO3 、CaCO3 、TiO2 、Ho2 3 、Gd2 3 およびSiO2 を、表1に示す組成比をもって一度に混合し、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、比較例2に係る誘電体セラミックの原料粉末を得た。
【0106】
(比較例3)
ABO3 として予め合成した(Ba0.95Ca0.04)(Ti0.70Zr0.30Mn0.002 )O3 (仮焼物A)に、添加成分として、Ho2 3 、Dy2 3 、CoO、MgOおよびSiO2 を、表1に示す組成比をもって加えて混合し、1000℃の温度で2時間仮焼し(仮焼物B)、粉砕することによって、比較例3に係る誘電体セラミックの原料粉末を得た。
【0107】
(比較例4)
ABO3 として予め合成した(Ba0.90Ca0.10)(Ti0.91Zr0.08Hf0.01)O3 (仮焼物C)を用意した。また、CaCO3 、Y2 3 、SiO2 およびNd2 3 を、表1に示す組成比をもって混合し、1000℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することによって、仮焼物Dの粉末を得た。次に、表1に示す組成比をもって、仮焼物Dの粉末に、仮焼物Cの粉末を混合し、さらに、添加成分としてのCr2 3 、B2 3 およびMnOを混合し、比較例4に係る誘電体セラミックの原料粉末を得た。
【0108】
2.積層セラミックコンデンサの作製
次に、上述の実施例1〜6および比較例1〜4の各々に係る原料粉末に、ポリビニルブチラール系バインダおよびエタノール等の有機溶剤を加え、ボールミルを用いた湿式混合を実施することによって、セラミックスラリーを作製した。
【0109】
次に、セラミックスラリーを、ドクターブレード法によって、焼成後の誘電体セラミック層の厚みが2.5μmになるような厚みをもってシート状に成形し、矩形のセラミックグリーンシートを得た。
【0110】
次に、セラミックグリーンシート上に、ニッケルを主体とする導電性ペーストをスクリーン印刷し、内部電極となるべき導電性ペースト膜を形成した。
【0111】
次いで、導電性ペースト膜が引き出されている側が互い違いとなるように、導電性ペースト膜が形成されたセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートを積層し、生の積層体を得た。
【0112】
次に、生の積層体を、窒素雰囲気中において350℃の温度に加熱し、バインダを燃焼させた後、酸素分圧10-9〜10-12 MPaのH2 −N2 −H2 Oガスからなる還元性雰囲気中において、後掲の表2に示す焼成温度にて2時間焼成し、焼結した積層体を得た。
【0113】
次いで、積層体の両端面上に、B2 3 −Li2 O−SiO2 −BaO系のガラスフリットを含有するとともに銀を導電成分とする導電性ペーストを塗布し、窒素雰囲気中において600℃の温度で焼き付け、内部電極と電気的に接続された外部電極を形成した。
【0114】
このようにして得られた積層セラミックコンデンサの外形寸法は、幅1.6mm、長さ3.2mmおよび厚さ1.2mmであり、内部電極間に介在する誘電体セラミック層の厚みは、2.5μmであった。また、有効誘電体セラミック層の層数は100であり、1層あたりの対向電極面積は2.1mm2 であった。
【0115】
3.電気的特性の測定
このようにして得られた実施例1〜4および比較例1〜5に係る積層セラミックコンデンサの各種電気的特性を測定した。
【0116】
まず、各積層セラミックコンデンサの室温での誘電率εおよび絶縁抵抗を測定した。この場合、誘電率εは、温度25℃、1kHz、および1Vrms の条件下で測定した。また、6kV/mmの電界強度の下で絶縁抵抗を測定するため、15Vの直流電圧を2分間印加して、+25℃において絶縁抵抗を測定し、静電容量(C)と絶縁抵抗(R)との積、すなわちCR積を求めた。
【0117】
また、高温負荷寿命試験を実施した。高温負荷寿命試験は、36個の試料について、温度175℃において、電界強度が16kV/mmになるように40Vの電圧を印加して、その絶縁抵抗の経時変化を求めようとしたものである。なお、高温負荷寿命として、各試料の絶縁抵抗値が200kΩ以下になったときの時間を寿命時間として、その平均寿命時間を求めた。
【0118】
また、直流電圧印加下での静電容量の経時変化を求めた。静電容量の経時変化は、温度125℃、1kHz、1Vrms 、および直流電圧4V印加の条件下で、60時間後の容量変化を測定し、直流電圧印加直後の125℃での静電容量を基準として容量変化率すなわちDC負荷経時変化率を求めた。
【0119】
以上の誘電率ε、CR積、高温負荷寿命およびDC負荷経時変化率が、表2に示されている。
【0120】
【表2】
Figure 0004863597
【0121】
4.希土類元素の濃度分布の調査
実施例1〜6および比較例1〜4の各々に係る積層セラミックコンデンサを薄片状に研磨し、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型X線分光法(EDX)により、誘電体セラミック層を構成する誘電体セラミックの結晶粒子の内部の希土類元素の濃度を分析した。具体的な測定は、任意の広さの視野に観察された主成分の結晶粒子について、次のように実施した。
【0122】
図2は、この分析方法を説明するためのものである。図2には、ある結晶粒子15が図示されている。
【0123】
結晶粒子15の表面近傍の希土類元素の濃度を分析する場合は、結晶粒子15の外周を略8等分した任意の点と結晶粒子15の中心とを結んだ8本の半直線の各々上であって、結晶粒子15の表面近傍の領域内に位置する点を、分析点Aとした。このとき、結晶粒子15の外周を略8等分した任意の点を求めるため、必要であれば、結晶粒子15の外周長を適用な近似を用いて計算し、これを略8等分するようにしてもよい。
【0124】
結晶粒子15内の任意の点における希土類元素の濃度および結晶粒子15の中心部の任意の点における希土類元素の濃度を分析する場合は、結晶粒子15の外周を略4等分した任意の点をまず決め、これを分析点B1、B2、B3およびB4とした。この場合においても、必要であれば、結晶粒子15の外周長を適当な近似を用いて計算し、これを略4等分することによって、分析点B1〜B4を決めるようにしてもよい。また、分析点B1〜B4と結晶粒子15の中心とを結んだ4本の線分を決め、各線分の中点を求め、これら中点を、分析点B5、B6、B7およびB8とした。さらに、分析点B5〜B8と結晶粒子15の中心との中点を求め、これら中点を分析点B9、B10、B11およびB12とした。さらに、結晶粒子15の中心を分析点B13とした。
【0125】
結晶粒子15内の任意の点における希土類元素の濃度を分析するため、上述のように決定された分析点B1〜B13を用い、結晶粒子15の中心部の任意の点における希土類元素の濃度を分析するため、分析点B5〜B13を用いた。
【0126】
なお、上述したいずれの濃度分析においても、20個以上の結晶粒子15について実施した。また、分析での電子線として、2nmのプローブを用いた。
【0127】
表3には、上述した濃度分析によって得られた結果の一部が示されている。すなわち、表3には、実施例1における3個の結晶粒子(パターンA、BおよびC)ならびに比較例1における1つの結晶粒子(パターンD)および比較例3における1つの結晶粒子(パターンE)の各々についての分析点Aでの平均濃度ならびに分析点B1〜B13の各々での濃度が示されている。これら濃度は、ABO3 におけるBサイト成分100モルに対する希土類元素のモル数を単位として示されている。
【0128】
【表3】
Figure 0004863597
【0129】
表3に示すように、実施例1では、パターンA、BおよびCのいずれにおいても、分析点Aでの平均濃度すなわちCsAVE と、分析点B1〜B13での濃度すなわちCi(n) と、分析点B5〜B13での濃度すなわちCc(n) との間で、Ci(n) /CsAVE ≧1/50、およびCc(n) /CsAVE <1の条件を満足している。
【0130】
他方、比較例1のパターンDでは、Ci(n) /CsAVE >1/50の条件を満足するが、Cc(n) /CsAVE <1の条件は満足していない。
【0131】
また、比較例3のパターンEでは、Cc(n) /CsAVE <1の条件を満足するが、Ci(n) /CsAVE ≧1/50の条件を満足していない。
【0132】
表4には、表3に一例を示すような分析結果を得た後、実施例1〜6および比較例1〜4の各々について、Ci(n) /CsAVE ≧1/50の条件を満足する結晶粒子数の全結晶粒子数に対する割合[%]およびCc(n) /CsAVE <1の条件を満足する結晶粒子数の全結晶粒子数に対する割合[%]を求めた結果が示されている。
【0133】
【表4】
Figure 0004863597
【0134】
表4からわかるように、実施例1〜6によれば、いずれも、Ci(n) /CsAVE ≧1/50である結晶粒子の割合が70%を超え、また、Cc(n) /CsAVE <1である結晶粒子の割合も70%を超えている。
【0135】
これらに対して、比較例1および2では、Ci(n) /CsAVE ≧1/50である結晶粒子の割合は70%を超えているが、Cc(n) /CsAVE <1である結晶粒子の割合は70%以下となっている。
【0136】
また、比較例3および4では、Cc(n) /CsAVE <1である結晶粒子の割合は70%を超えているが、Ci(n) /CsAVE ≧1/50である結晶粒子の割合は70%以下である。
【0137】
5.総合評価
前掲の表2において、誘電体セラミックの組成が互いに同じである実施例1と比較例1とを比較すると、誘電率、CR積および高温負荷寿命については、実質的に有意の差を示さないが、DC負荷経時変化率については、実施例1では−1.2%となり、比較例1の−10.2%に比べて、大幅に改善された特性が得られている。
【0138】
また、実施例2〜6については、比較例2に対して、DC負荷経時変化率が大幅に改善され、比較例3および4に比較して、高温負荷寿命およびDC負荷経時変化率が大幅に改善されていることがわかる。
【0139】
以上の表2に示した結果と表4に示した結果とを併せて考察すれば、Ci(n)/CsAVE≧1/50の条件を満足する結晶粒子数が、全結晶粒子数の70%を超え、かつCc(n)/CsAVE<1の条件を満足する結晶粒子数が、全結晶粒子数の70%を超える、実施例1〜6によれば、DC負荷経時変化率が小さく、CR積が高く、高温負荷寿命が長く、それゆえ、誘電体セラミック層の薄層化が進んでも、信頼性に優れた積層セラミックコンデンサが得られることがわかる。
【0140】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る誘電体セラミックによれば、一般式ABO3(Aは、Ba、CaおよびSrのうちのBaを含む少なくとも1種であり、Bは、Ti、ZrおよびHfのうちのTiを含む少なくとも1種である。)で表わされる主成分と、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuおよびYのうちの少なくとも1種の希土類元素を含む添加成分とを含む組成を有するものにおいて、結晶粒子の表面近傍での希土類元素の平均濃度をCsAVEとし、結晶粒子内の任意の点における希土類元素の濃度をCi(n)とし、結晶粒子の中心部の任意の点における希土類元素の濃度をCc(n)としたとき、希土類元素の濃度分布に関して、Ci(n)/CsAVE≧1/50の条件を満足する結晶粒子数が、全結晶粒子数の70%を超え、かつCc(n)/CsAVE<1の条件を満足する結晶粒子数が、全結晶粒子数の70%を超えるので、これを用いて積層セラミックコンデンサのような積層セラミック電子部品を構成したとき、直流電圧印加下での静電容量の経時変化が小さく、絶縁抵抗と静電容量との積(CR積)が高く、高温かつ高電圧下における絶縁抵抗の加速寿命を長くすることができる。
【0141】
そのため、この誘電体セラミックをもって積層セラミック電子部品の誘電体セラミック層を構成すれば、誘電体セラミック層の薄層化に対しても、優れた信頼性を維持し得る積層セラミック電子部品を得ることができる。
【0142】
したがって、積層セラミックコンデンサに適用すれば、誘電体セラミック層の薄層化によって、積層セラミックコンデンサの小型化かつ大容量化が可能となり、また、誘電体セラミック層を薄層化しても、積層セラミックコンデンサの定格電圧を下げる必要がない。その結果、たとえば、誘電体セラミック層の厚みを1μm程度にまで薄層化することが問題なく行なうことができる。
【0143】
この発明に係る誘電体セラミックの製造方法によれば、一般式ABO3 で表わされる主成分を構成するAを含む化合物とBを含む化合物と、希土類元素を含む化合物の一部とを混合し、反応させ、粉砕することによって、第1の反応物粉末を得る工程と、第1の反応物粉末と希土類元素を含む化合物の残部とを混合し、反応させ、粉砕することによって、第2の反応物粉末を得る工程と、第2の反応物粉末を焼成する工程とを備えているので、これら構成元素をすべて混合して一度に反応させる方法を採用する場合に比べて、前述したような希土類元素の濃度分布をより容易に得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態による積層セラミックコンデンサ21を図解的に示す断面図である。
【図2】ある結晶粒子15における希土類元素の濃度分布の分析において採用される分析点の例を図解的に示す、結晶粒子15の拡大図である。
【符号の説明】
A,B1〜B13 分析点
15 結晶粒子
21 積層セラミックコンデンサ
22 積層体
23 誘電体セラミック層
24,25 内部電極
28,29 外部電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dielectric ceramic, a method of manufacturing the same, and a multilayer ceramic electronic component, and more particularly, to make it possible to advantageously reduce the thickness of a dielectric ceramic layer in a multilayer ceramic electronic component such as a multilayer ceramic capacitor. It is about improvement.
[0002]
[Prior art]
A multilayer ceramic capacitor as an example of a multilayer ceramic electronic component of interest to the present invention is generally manufactured as follows.
[0003]
First, a ceramic green sheet containing a dielectric ceramic raw material, which is provided with a conductive material serving as an internal electrode with a desired pattern on its surface, is prepared. Examples of the dielectric ceramic include BaTiO.ThreeIs used as a main component.
[0004]
Next, a plurality of ceramic green sheets including the ceramic green sheet provided with the conductive material described above are laminated and thermocompression bonded, thereby producing an integrated raw laminate.
[0005]
The raw laminate is then fired, thereby obtaining a sintered laminate. An internal electrode made of the above-described conductive material is formed inside the laminate.
[0006]
Next, external electrodes are formed on the outer surface of the laminate so as to be electrically connected to specific ones of the internal electrodes. The external electrode is formed, for example, by applying and baking a conductive paste containing conductive metal powder and glass frit on the outer surface of the laminate.
[0007]
In this way, the multilayer capacitor is completed.
[0008]
In recent years, a relatively inexpensive base metal such as nickel or copper has been increasingly used as the conductive material for the internal electrode described above in order to reduce the manufacturing cost of the multilayer ceramic capacitor as much as possible. However, when trying to manufacture a multilayer ceramic capacitor in which an internal electrode is formed with a base metal, firing in a neutral or reducing atmosphere must be applied to prevent oxidation of the base metal during firing. The dielectric ceramic used in the multilayer ceramic capacitor must have resistance to reduction.
[0009]
As the dielectric ceramic having reduction resistance as described above, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-9066, Japanese Patent Laid-Open No. 5-9067 or Japanese Patent Laid-Open No. 5-9068, BaTiOThree-Rare earth oxide-Co2OThreeSystem compositions have been proposed.
[0010]
JP-A-9-270366 proposes a dielectric ceramic having a long high-temperature load life. JP-A-6-5460 or JP-A-10-330160 proposes a dielectric ceramic having a high withstand voltage.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
With the recent development of electronics technology, electronic components have rapidly been downsized, and the trend toward miniaturization and increase in capacity of multilayer ceramic capacitors has become prominent.
[0012]
Therefore, even in a firing atmosphere in which the base metal used for the internal electrode is not oxidized, the dielectric constant is high, the change of the dielectric constant under DC voltage is small, and even if the dielectric ceramic layer is thinned, the electric insulation is There is an increasing demand for high and therefore reliable dielectric ceramics. However, the conventional dielectric ceramic as described above cannot always satisfy this requirement sufficiently.
[0013]
For example, the dielectric ceramic described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-9066, Japanese Patent Laid-Open No. 5-9067 or Japanese Patent Laid-Open No. 5-9068 shows high electrical insulation, but the dielectric ceramic layer is made thin. Then, specifically, regarding the reliability when the layer thickness is reduced to 5 μm or less, particularly 3 μm or less, it is not always possible to sufficiently satisfy the market requirements.
[0014]
In addition, the dielectric ceramic described in JP-A-6-5460 has a reliability as the dielectric ceramic layer is thinned because the rare earth element is not dissolved in the entire region inside the crystal grains. There is a problem of lowering.
[0015]
Similarly, the dielectric ceramic described in JP-A-9-270366 also has a problem that reliability decreases as the dielectric ceramic layer is thinned because most rare earth elements are present at grain boundaries. There is.
[0016]
In addition, the dielectric ceramic described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-330160 is previously ABO.ThreeSince the acceptor components such as Mn, Co, Cr, Ni, and Fe are contained in the particles, the reduction resistance is sufficiently improved, the insulation resistance is increased, and the dielectric breakdown voltage is increased. There is a problem that the change in capacitance with time is large.
[0017]
As described above, when the dielectric ceramic layer is thinned in order to cope with the downsizing and large capacity of the multilayer ceramic capacitor, if the rated voltage is the same as that before thinning the dielectric ceramic layer, Since the electric field strength applied per layer of the ceramic layer is increased, the reliability is remarkably lowered in that the insulation resistance is lowered. Therefore, when a conventional dielectric ceramic is used, it is necessary to lower the rated voltage when the dielectric ceramic layer is thinned.
[0018]
Therefore, it is not necessary to lower the rated voltage while thinning the dielectric ceramic layer, and it is desirable to realize a multilayer ceramic capacitor that has high insulation resistance under high electric field strength and excellent reliability. .
[0019]
In addition, since the multilayer ceramic capacitor is usually used in a state where a DC voltage is applied, it is known that the capacitance changes with time. However, as a result of thinning of the dielectric ceramic layer accompanying the downsizing and increase in capacity of the multilayer ceramic capacitor, the DC electric field strength per layer of the dielectric ceramic layer is increased, and the change in capacitance with time is greater. There is a problem of becoming.
[0020]
In view of this, a multilayer ceramic capacitor is desired in which the change with time in the capacitance with a DC voltage applied is small.
[0021]
Although the multilayer ceramic capacitor has been described above, the same problem or demand applies to other multilayer ceramic electronic components using dielectric ceramics.
[0022]
Therefore, the object of the present invention is that when a multilayer ceramic capacitor or the like is configured using this, the change with time of the capacitance under the application of a DC voltage is small, and the product of the insulation resistance and the capacitance (CR product) is small. An object of the present invention is to provide a dielectric ceramic and a method for producing the same, which are high, have a long accelerated lifetime of insulation resistance under high temperature and high voltage, and thus are excellent in reliability even if the layer is thinned.
[0023]
Another object of the present invention is to provide a multilayer ceramic electronic component such as a multilayer ceramic capacitor constituted by using the dielectric ceramic as described above.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
This invention relates to the general formula ABOThree(A is at least one containing Ba of Ba, Ca and Sr, and B is at least one containing Ti of Ti, Zr and Hf), and La Di, having a composition comprising an additive component containing at least one rare earth element of Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and Y It is first directed to ceramics, and is characterized by having the following configuration in order to solve the technical problems described above.
[0025]
  That is,Using the energy dispersive X-ray spectroscopy attached to the transmission electron microscope, the diameter of the probe of the electron beam was set to 2 nm, and the rare earth element concentration on the cross-sectional polished surface of the dielectric ceramic crystal particles was analyzed. The following conditions are satisfied with respect to the concentration distribution of the rare earth element.
  First, 8 points on each of eight half lines connecting an arbitrary point obtained by dividing the outer periphery of the crystal grain into approximately eight parts and the center of the crystal grain, and in a region near the surface of the crystal grain.The average concentration of rare earth elements at CsAVEWhenTo do.
  In addition, an arbitrary point obtained by dividing the outer periphery of the crystal grain into approximately four equal parts is first determined, and these are set as analysis points B1, B2, B3, and B4. The line segment of the book is determined, the midpoint of each line segment is obtained, these midpoints are set as analysis points B5, B6, B7 and B8, and then the midpoint between the analysis points B5 to B8 and the center of the crystal grain is obtained In the case where these midpoints are analysis points B9, B10, B11 and B12, and the center of the crystal particles is the analysis point B13,In crystal grains13 points from the above analysis points B1 to B13Of rare earth elements ineachConcentration is Ci(n)And the center of the crystal grain9 of the above analysis points B5 to B13Of rare earth elements in terms ofeachConcentration to Cc(n)WhenTo do.
  AndRegarding the concentration distribution of rare earth elements,
  Ci(n)/ CsAVEThe number of crystal grains satisfying the condition of ≧ 1/50 exceeds 70% of the total number of crystal grains, and
  Cc(n)/ CsAVEThe number of crystal grains satisfying the condition <1 exceeds 70% of the total number of crystal grains.
[0026]
The dielectric ceramic according to the present invention may further contain at least one element selected from Ni, Co, Fe, Cr, Mn, Si, Mg, V, B (boron), Ca, and Al.
[0027]
The invention is also directed to a method for producing a dielectric ceramic as described above.
[0028]
The method for manufacturing a dielectric ceramic according to the present invention has a general formula ABO.ThreeA step of obtaining a first reactant powder by mixing, reacting and pulverizing a compound containing A and a compound containing B constituting a main component represented by the formula B and a part of a compound containing a rare earth element; Mixing the first reactant powder and the remainder of the compound containing the rare earth element, reacting, and pulverizing to obtain a second reactant powder, and firing the second reactant powder; It is characterized by having.
[0029]
As described above, the dielectric ceramic according to the present invention further contains at least one element of Ni, Co, Fe, Cr, Mn, Si, Mg, V, B (boron), Ca, and Al. The general formula ABOThreeA step of obtaining a first reactant powder by mixing, reacting and pulverizing a compound containing A and a compound containing B constituting a main component represented by the formula B and a part of a compound containing a rare earth element; , Mixing the first reactant powder and the rest of the compound containing the rare earth element, reacting, and pulverizing to obtain the second reactant powder, the second reactant powder and Ni, Co, And a step of firing a mixed powder containing a compound powder containing at least one element of Fe, Cr, Mn, Si, Mg, V, B (boron), Ca, and Al.
[0030]
The present invention also relates to a multilayer ceramic electronic component comprising a multilayer body including a plurality of multilayer dielectric ceramic layers and internal electrodes formed along a specific interface between the dielectric ceramic layers. Directed. The multilayer ceramic electronic component according to the present invention is characterized in that the dielectric ceramic layer is made of the dielectric ceramic according to the present invention as described above.
[0031]
The present invention is particularly advantageously applied to a multilayer ceramic capacitor. In this case, the multilayer ceramic electronic component according to the present invention further includes first and second external electrodes formed on the outer surface of the multilayer body, and a plurality of internal electrodes are stacked in the stacking direction of the multilayer body. An electrode is formed, and the plurality of internal electrodes are alternately connected in the stacking direction to those electrically connected to the first external electrode and those electrically connected to the second external electrode.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a multilayer ceramic capacitor 21 according to an embodiment of the present invention.
[0033]
The multilayer ceramic capacitor 21 includes a multilayer body 22. The multilayer body 22 includes a plurality of dielectric ceramic layers 23 to be laminated, and a plurality of internal electrodes 24 and 25 formed along a plurality of specific interfaces between the plurality of dielectric ceramic layers 23, respectively. The The internal electrodes 24 and 25 are formed so as to reach the outer surface of the multilayer body 22, but the internal electrode 24 is extended to one end face 26 of the multilayer body 22 and the internal electrode is extended to the other end face 27. 25 are alternately arranged in the laminated body 22.
[0034]
External electrodes 28 and 29 are formed on the outer surface of the laminate 22 and on the end faces 26 and 27, respectively. Further, first plating layers 30 and 31 made of nickel, copper or the like are formed on the external electrodes 28 and 29, respectively, and further, second plating layers 32 and 33 made of solder, tin or the like are further formed thereon. Are formed respectively.
[0035]
In this way, in the multilayer ceramic capacitor 21, the plurality of internal electrodes 24 and 25 are formed so as to overlap each other in the stacking direction of the multilayer body 22, and thereby the capacitance between the adjacent internal electrodes 24 and 25. Form. In addition, the internal electrode 24 and the external electrode 28 are electrically connected, and the internal electrode 25 and the external electrode 29 are electrically connected, whereby the above-described static electrode 28 and 29 are connected. The electric capacity is taken out.
[0036]
In such a multilayer ceramic capacitor 21, the dielectric ceramic layer 23 has a general formula ABO.Three(A is at least one containing Ba of Ba, Ca and Sr, and B is at least one containing Ti of Ti, Zr and Hf), and La Di, having a composition comprising an additive component containing at least one rare earth element of Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and Y Composed of ceramic.
[0037]
  This dielectric ceramic also determines the average concentration of rare earth elements near the surface of the crystal grains as Cs.AVEAnd the concentration of the rare earth element at an arbitrary point in the crystal grain is Ci(n)And the concentration of the rare earth element at an arbitrary point in the center of the crystal grain is Cc.(n)In terms of the concentration distribution of rare earth elements, Ci(n)/ CsAVEThe number of crystal grains satisfying the condition of ≧ 1/50 exceeds 70% of the total number of crystal grains, and Cc(n)/ CsAVEThe number of crystal grains satisfying the condition <1 exceeds 70% of the total number of crystal grains.
  Rare earth element average concentration Cs in the vicinity of the surface of the crystal grains described above AVE , The concentration Ci of the rare earth element at an arbitrary point in the crystal grain (n) , And the concentration Cc of the rare earth element at an arbitrary point in the center of the crystal grain (n) More specifically, it is obtained as follows.
  First, as a premise, the energy dispersive X-ray spectroscopy attached to the transmission electron microscope is used, the probe diameter of the electron beam is set to 2 nm, and the concentration of the rare earth element on the cross-sectional polished surface of the dielectric ceramic crystal particles Is analyzed.
  Cs above AVE Are 8 points on each of the eight half-lines connecting an arbitrary point obtained by dividing the outer periphery of the crystal grain into approximately eight parts and the center of the crystal grain, and located in a region near the surface of the crystal grain. The average concentration of rare earth elements.
  In addition, Ci (n) First, an arbitrary point obtained by dividing the outer periphery of the crystal grain into approximately four equal parts is determined, and these are set as analysis points B1, B2, B3, and B4, and then the analysis points B1 to B4 are connected to the center of the crystal grain 4. The line segment of the book is determined, the midpoint of each line segment is obtained, these midpoints are set as analysis points B5, B6, B7 and B8, and then the midpoint between the analysis points B5 to B8 and the center of the crystal grain is obtained. In the case where these midpoints are analysis points B9, B10, B11 and B12, and the center of the crystal particles is analysis point B13, each concentration of the rare earth elements at the 13 analysis points B1 to B13 in the crystal particles It is.
  Cc (n) Is the concentration of each rare earth element at 9 points of the analysis points B5 to B13 in the center of the crystal grain.
[0038]
Of the above-mentioned conditions regarding the rare earth element concentration distribution, Ci(n)/ CsAVEThe condition of ≧ 1/50 simply means that the rare earth element is sufficiently distributed over the entire area up to the inside of the crystal grains. On the other hand, when the rare earth element is not distributed throughout the crystal grains, the accelerated lifetime of the insulation resistance at high temperature and high voltage is shortened, and the reliability when the dielectric ceramic layer 23 is thinned. Sex is reduced.
[0039]
Cc(n)/ CsAVEThe condition <1 simply means that the concentration of the rare earth element in the vicinity of the surface of the crystal grain is higher than the concentration of the rare earth element in the center of the crystal grain. On the other hand, when the concentration of the rare earth element near the surface of the crystal grain is lower than the concentration of the rare earth element at the center of the crystal grain, the change with time in the capacitance under the application of a DC voltage is large. turn into.
[0040]
  Ci(n)/ CsAVE≧ 1/50The number of crystal grains satisfying the above condition exceeds 70% of the total number of crystal grains, andCc(n)/ CsAVE<The number of crystal grains satisfying the condition of 1 exceeds 70% of the total number of crystal grains, in order to exhibit the above-described effect. In order to reduce the change with time under a direct current voltage, It is desirable that the number of crystal grains satisfying the above conditions is 90% or more of the total number of crystal grains. When this condition is satisfied, it has been confirmed that the thickness of the dielectric ceramic layer 23 can be reduced to about 1 μm.
[0041]
In this specification, “near the surface of a crystal grain” means that when a clear layer is observed between crystal grains crystallographically in a cross section of a dielectric ceramic, It refers to the region in the crystal grain that is 2 nm inside from the interface with the grain toward the center of the crystal grain. In addition, in the cross section of the dielectric ceramic, no crystal grain boundary phase or secondary phase is observed crystallographically, and when the crystal particles are bonded to each other, It refers to the region within the crystal grain that is 2 nm inside in the central direction.
[0042]
Further, in this specification, the “center portion of the crystal grain” refers to a region surrounded by a set of midpoints of line segments connecting the crystal grain center to the outer periphery of the crystal grain in the dielectric ceramic cross section.
[0043]
In this invention, the average concentration Cs of rare earth elements in the vicinity of the surface of the crystal grainsAVE, The concentration Ci of the rare earth element at an arbitrary point in the crystal grain(n)And the concentration Cc of the rare earth element at an arbitrary point in the center of the crystal grain(n)Is obtained, for example, as follows.
[0044]
That is, in a certain crystal particle, the concentration of rare earth elements at various analysis points in the crystal particle is determined by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) attached to a transmission electron microscope, and a 2 nm probe is used as an electron beam. Measure while.
[0045]
In this case, the concentration of rare earth elements at each analysis point was measured using any 8 or more points near the surface of the crystal grain as analysis points, and the average value was obtained as Cs.AVEIt is.
[0046]
Further, the measurement of the concentration of the rare earth element at each analysis point using any nine or more points inside the crystal particle including the center of the crystal particle as the analysis point is Ci.(n)(N is 9 or more).
[0047]
In addition, the measurement of the concentration of rare earth elements at each analysis point with any nine or more points at the center of the crystal grain as the analysis point is Cc.(n)(N is 9 or more).
[0048]
In addition to the rare earth element described above, M (M is at least one of Ni, Co, Fe, Cr, and Mn), Si, and A (which is a constituent element of the main component) are present near the surface of the crystal grains. Is at least one of Ba, Ca and Sr containing Ba) or B (B is at least one of Ti, Zr and Hf containing Ti), or Mg, V, B (this “B "" May be boron), Ca, Al, etc., and the presence of elements other than these rare earth elements does not substantially degrade the properties of the dielectric ceramic.
[0049]
ABO, the main component used to obtain dielectric ceramicsThreeThe average particle diameter of the powder is not particularly limited, but is preferably 2 μm or less and preferably 0.05 to 0.7 μm in order to cope with the thinning of the dielectric ceramic layer 23. More desirable. ABO with such particle sizeThreeWhen the powder is used as the raw material powder, the dielectric ceramic layer 23 can be thinned to a thickness of about 1 μm without any problem.
[0050]
Next, a method for manufacturing the multilayer ceramic capacitor 21 will be described.
[0051]
First, a raw material powder for a dielectric ceramic constituting the dielectric ceramic layer 23 is prepared. This raw material powder is preferably produced as follows.
[0052]
First, a compound containing A such as carbonate (A is at least one of Ba containing Ba, Ca and Sr) and a compound containing B such as an oxide (B is Ti, Zr and Hf At least one of Ti and at least one of rare earth elements such as oxide (La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and Y) And a compound containing
[0053]
Next, the compound containing A, the compound containing B, and a part of the compound containing the rare earth element are mixed in a desired amount, reacted by calcination in the air, etc., and pulverized. A reactant powder is obtained.
[0054]
Next, the first reactant powder and the remainder of the compound containing the rare earth element are mixed together in desired amounts, reacted by calcination in the atmosphere, etc., and pulverized, whereby the second reactant powder is obtained. obtain. This second reactant powder is used as a raw material powder for the dielectric ceramic.
[0055]
As described above, when at least one of Ni, Co, Fe, Cr, Mn, Si, Mg, V, B (where “B” is boron), Ca, Al, etc. is added, these are added. A compound powder such as an oxide containing these elements is mixed with the second reactant powder, and this mixed powder is used as a raw material powder for the dielectric ceramic.
[0056]
When the raw material powder is produced as described above, the rare earth element is solidified over the entire inside of the crystal particles included in the dielectric ceramic layer 23 as a sintered body obtained by firing the compact including the raw material powder. It is easy to dissolve, and it is easy to increase the concentration of the rare earth element near the surface of the crystal grain as compared with the center part of the crystal grain. Therefore, the concentration distribution of the rare earth element as described above Is easy to get.
[0057]
In addition, the method for obtaining the first reactant and the second reactant uses a wet method such as a hydrothermal synthesis method, a coprecipitation method, or an alkali hydrolysis method in addition to the method of calcining the mixed powder described above. be able to.
[0058]
In addition to the oxides and carbonates described above, the starting material for obtaining the dielectric ceramic raw material powder includes nitrate, hydroxide, organic acid salt, alkoxide, chelate compound, etc. Can be used as appropriate.
[0059]
On the other hand, instead of the above-described method for producing a dielectric ceramic raw material powder, a general formula ABO, which is a conventional general raw material powder manufacturing method,ThreeA compound containing A and a compound containing B, a rare earth element oxide, MO (M is at least one of Ni, Co and Mn), and SiO2When the method of mixing all of the above and reacting at once is used, the concentration of the rare earth element in the vicinity of the surface of the crystal grain of the obtained dielectric ceramic is determined by the concentration of the rare earth element at the center of the crystal grain. It has been confirmed that it is difficult to increase the concentration compared to the concentration.
[0060]
Also, pre-synthesized ABOThreeIn addition, rare earth element oxide, MO (M is at least one of Ni, Co and Mn), SiO2It is difficult to obtain a state in which a rare earth element is in solid solution throughout the entire interior of crystal grains of the obtained dielectric ceramic. Has been confirmed.
[0061]
Also, pre-synthesized ABOThreeMO (M is at least one of Mg, Ca, Sr and Zn) and R2OThree(R is at least one rare earth element of Sc, Y, Gd, Dy, Ho, Er, Yb, Tb, Tm, and Lu), and BaCOThreeAnd / or TiO2It is difficult to obtain a state in which a rare earth element is dissolved in the entire region of the obtained dielectric ceramic crystal particles even when using a method in which all of the above are mixed and heat-treated at once. Has been confirmed.
[0062]
Also, a compound containing Ba, a compound containing Ti, and a compound containing M (M is at least one of Mn, V, Cr, Co, Ni, Fe, Nb, Mo, Ta, and W). Ba (Ti1-xMx) OThree(However, with respect to the main component that can be represented by x <1), a compound containing Mg, MnO, Dy2OThree, Li2O, SiO2, BaO and B2OThreeEven when a method of mixing an additive component containing at least one selected from the above is used, a state in which Dy as a rare earth element is dissolved in the entire region of the obtained dielectric ceramic crystal particles is obtained. Has been confirmed to be difficult.
[0063]
Also, each powder containing Si, rare earth elements and alkaline earth elements is mixed, calcined and pulverized, and ABOThreePowder, MnO, Li2O and SiO2It is difficult to obtain a state in which a rare earth element is in solid solution throughout the entire interior of crystal grains of the obtained dielectric ceramic even when using a method of mixing an additive component containing at least one selected from It has been confirmed that.
[0064]
Next, an organic binder and a solvent are added to and mixed with the raw material powder for the dielectric ceramic obtained as described above, and a slurry is produced. Using this slurry, the dielectric ceramic layer 23 is prepared. A ceramic green sheet is formed.
[0065]
Next, a conductive paste film to be the internal electrode 24 or 25 is formed on the specific ceramic green sheet by, for example, screen printing. This conductive paste film contains a base metal such as nickel, nickel alloy, copper or copper alloy as a conductive component. The internal electrodes 24 and 25 may be formed by, for example, a vapor deposition method, a plating method, or the like, in addition to a printing method such as a screen printing method.
[0066]
Next, a plurality of ceramic green sheets on which the conductive paste film was formed as described above were laminated, and a ceramic green sheet on which no conductive paste film was formed was laminated so as to sandwich these ceramic green sheets, and then pressed. Then, the raw laminated body which should become the laminated body 22 is obtained by cutting as needed. In this raw laminate, the conductive paste film has its edge exposed at any end face.
[0067]
The raw laminate is then fired in a reducing atmosphere. As a result, a sintered laminate 22 as shown in FIG. 1 is obtained. In the laminate 22, the ceramic green sheet described above forms the dielectric ceramic layer 23, and the conductive paste film is the internal electrode 24 or 25. Configure.
[0068]
Next, external electrodes 28 and 29 are formed on the end faces 26 and 27 of the multilayer body 22 so as to be electrically connected to the exposed edges of the internal electrodes 24 and 25, respectively.
[0069]
As the material of the external electrodes 28 and 29, the same material as that of the internal electrodes 24 and 25 can be used, but silver, palladium, a silver-palladium alloy, etc. can also be used.2OThree-SiO2-BaO glass, B2OThree-Li2O-SiO2What added glass frit which consists of -BaO type | system | group glass etc. can also be used. An appropriate material is selected in consideration of the use and place of use of the multilayer ceramic capacitor 21.
[0070]
The external electrodes 28 and 29 are usually formed by applying and baking a paste containing conductive metal powder as described above on the outer surface of the fired laminate 22. You may form by apply | coating on the outer surface of a raw laminated body, and baking simultaneously with the baking for obtaining the laminated body 22. FIG.
[0071]
Thereafter, nickel, copper, or the like is plated on the external electrodes 28 and 29 to form first plating layers 30 and 31. Then, the second plating layers 32 and 33 are formed on the first plating layers 30 and 31 by plating with solder, tin or the like. It should be noted that the formation of conductor layers such as plating layers 30 to 33 on the external electrodes 28 and 29 may be omitted depending on the use of the multilayer ceramic capacitor 21.
[0072]
As described above, the multilayer ceramic capacitor 21 is completed.
[0073]
It should be noted that Al, Zr, Fe, Hf, Na, N, or the like may be mixed as impurities in any stage of the production of the dielectric ceramic raw material powder or the other manufacturing process of the multilayer ceramic capacitor 21. The mixing of these impurities does not cause a problem in the electrical characteristics of the multilayer ceramic capacitor 21.
[0074]
Further, there is a possibility that Fe or the like may be mixed as impurities into the internal electrodes 24 and 25 at any stage of the manufacturing process of the multilayer ceramic capacitor 21, but this mixing of impurities also becomes a problem in terms of electrical characteristics. There is nothing.
[0075]
In the dielectric ceramic constituting the dielectric ceramic layer 23 provided in the multilayer ceramic capacitor 21 obtained in this way, as described above, with respect to the concentration distribution of the rare earth element, Ci(n)/ CsAVE≧ 1/50, and Cc(n)/ CsAVEThe number of crystal grains satisfying the condition <1 exceeds 70% of the total number of crystal grains. Therefore, the change in capacitance with time under application of DC voltage is small, the product of insulation resistance and capacitance (CR product) is high, and the accelerated life of insulation resistance at high temperature and high voltage is long. Even if the dielectric ceramic layer 23 is thinned, the reliability of the multilayer ceramic capacitor 21 can be improved.
[0076]
From the above, it can be seen that the concentration distribution of rare earth elements contained in the dielectric ceramic greatly affects the electrical characteristics of the dielectric ceramic. Therefore, from another viewpoint, the present invention can provide a dielectric ceramic evaluation method based on the rare earth element concentration distribution. This evaluation method makes it possible to easily and efficiently identify a dielectric ceramic that can provide the above-described characteristics when designing a dielectric ceramic used in a multilayer ceramic electronic component such as a multilayer ceramic capacitor. To do.
[0077]
Next, experimental examples carried out to confirm the effects of the present invention will be described.
[0078]
[Experimental example]
1. Production of raw material powder for dielectric ceramic
Table 1 shows the composition of the dielectric ceramic raw material powder according to each of the produced samples.
[0079]
[Table 1]
Figure 0004863597
[0080]
In Table 1, the coefficient of each component indicates a molar ratio.
[0081]
Example 1
The first reactant is represented by the general formula ABOThreeAs a compound containing A when represented byThreeAs a compound containing B, TiO2As a compound containing rare earth elements, Dy2OThreePrepared. As the first additive component, Dy2OThreeAs the second additive component, NiO, SiO2And MnO were prepared.
[0082]
Next, BaCOThreeTiO2And Dy2OThreeAre weighed so as to have the composition ratio shown in the column of “first reactant” in Table 1, these are wet mixed by a ball mill, calcined at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized. A first reactant powder was obtained.
[0083]
Next, Dy as the first additive component2OThreeAre weighed to the composition ratio shown in Table 1, added to the first reactant powder, wet-mixed with a ball mill, calcined at 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized. A second reactant powder was obtained.
[0084]
Next, NiO, SiO as the second additive component2And each powder of MnO was weighed so as to have the composition ratio shown in Table 1, and these were blended with the second reactant powder to obtain a dielectric ceramic raw material powder according to Example 1.
[0085]
(Example 2)
First reactant is ABOThreeAs a compound containing A when represented byThree, SrCOThreeAnd CaCOThreeAs a compound containing B, TiO2As a rare earth element, Gd2OThreePrepared. As the first additive component, Ho2OThreeAs a second additive component, SiO2Prepared.
[0086]
Next, BaCOThree, SrCOThree, CaCOThreeTiO2And Gd2OThreeAre weighed so as to have the composition ratio shown in the column of “first reactant” in Table 1, these are wet mixed by a ball mill, calcined at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized. A first reactant powder was obtained.
[0087]
Next, Ho as the first additive component2OThreeAre weighed to the composition ratio shown in Table 1, added to the first reactant powder, wet-mixed with a ball mill, calcined at 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized. A second reactant powder was obtained.
[0088]
Next, SiO as the second additive component2The powder was weighed so as to have the composition ratio shown in Table 1, and blended with the second reactant powder to obtain a dielectric ceramic raw material powder according to Example 2.
[0089]
(Example 3)
The first reactant is represented by the general formula ABOThreeAs a compound containing A when represented byThreeAnd CaCOThreeAs a compound containing B, TiO2And ZrO2As a compound containing rare earth elements, Dy2OThreePrepared. As the first additive component, Ho2OThreeAs the second additive component, CoO, MgO, SiO2And MnO were prepared.
[0090]
Next, BaCOThree, CaCOThreeTiO2, ZrO2And Dy2OThreeAre weighed so as to have the composition ratio shown in the column of “first reactant” in Table 1, these are wet mixed by a ball mill, calcined at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized. A first reactant powder was obtained.
[0091]
Next, Ho as the first additive component2OThreeAre weighed to the composition ratio shown in Table 1, added to the first reactant powder, wet-mixed with a ball mill, calcined at 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized. A second reactant powder was obtained.
[0092]
Next, CoO, MgO, SiO as the second additive component2And each powder of MnO was weighed so that it might become the composition ratio shown in Table 1, this was mix | blended with the 2nd reactant powder, and the raw material powder of the dielectric ceramic which concerns on Example 3 was obtained.
[0093]
Example 4
The first reactant is represented by the general formula ABOThreeAs a compound containing A when represented byThreeAnd CaCOThreeAs a compound containing B, TiO2, ZrO2And HfO2Nd as a rare earth element2OThreePrepared. As the first additive component, Y2OThreeAs a second additive component, Cr2OThree, B2OThree, MnO, SiO2And CaCOThreePrepared.
[0094]
Next, BaCOThree, CaCOThreeTiO2, ZrO2, HfO2And Nd2OThreeAre weighed so as to have the composition ratio shown in the column of “first reactant” in Table 1, these are wet mixed by a ball mill, calcined at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized. A first reactant powder was obtained.
[0095]
Next, Y as the first additive component2OThreeAre weighed to the composition ratio shown in Table 1, added to the first reactant powder, wet-mixed with a ball mill, calcined at 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized. A second reactant powder was obtained.
[0096]
Next, Cr as the second additive component2OThree, B2OThree, MnO, SiO2And CaCOThreeEach of these powders was weighed so as to have the composition ratio shown in Table 1, and these were blended with the second reactant powder to obtain a dielectric ceramic raw material powder according to Example 4.
[0097]
(Example 5)
The first reactant is represented by the general formula ABOThreeAs a compound containing A when represented byThreeAs a compound containing B, TiO2As a compound containing rare earth elements, Ho2OThreeAnd Nd2OThreePrepared. As the first additive component, Yb2OThreeAs a second additive component, SiO2And MnO were prepared.
[0098]
Next, BaCOThreeTiO2, Ho2OThreeAnd Nd2OThreeAre weighed so as to have the composition ratio shown in the column of “first reactant” in Table 1, these are wet mixed by a ball mill, calcined at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized. A first reactant powder was obtained.
[0099]
Next, Yb as the first additive component2OThreeAre weighed to the composition ratio shown in Table 1, added to the first reactant powder, wet-mixed with a ball mill, calcined at 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized. A second reactant powder was obtained.
[0100]
Next, SiO as the second additive component2And each powder of MnO was weighed so as to have the composition ratio shown in Table 1, and these were blended with the second reactant powder to obtain a dielectric ceramic raw material powder according to Example 5.
[0101]
(Example 6)
The first reactant is represented by the general formula ABOThreeAs a compound containing A when represented byThreeAnd CaCOThreeAs a compound containing B, TiO2And ZrO2As a compound containing a rare earth element, CeO2Prepared. As the first additive component, Dy2OThreePrepared.
[0102]
Next, BaCOThree, CaCOThreeTiO2, ZrO2And CeO2Are weighed so as to have the composition ratio shown in the column of “first reactant” in Table 1, these are wet mixed by a ball mill, calcined at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized. A first reactant powder was obtained.
[0103]
Next, Dy as the first additive component2OThreeAre weighed to the composition ratio shown in Table 1, added to the first reactant powder, wet-mixed with a ball mill, calcined at 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized. A second reactant powder was obtained. The second reactant powder was used as a dielectric ceramic raw material powder according to Example 6.
[0104]
(Comparative Example 1)
To obtain the same composition as in Example 1, BaCOThreeTiO2, Dy2OThree, NiO, SiO2And the raw material powder of the dielectric ceramic which concerns on the comparative example 1 was obtained by mixing MnO with the composition ratio shown in Table 1 at once, calcining for 2 hours at the temperature of 1000 degreeC, and grind | pulverizing.
[0105]
(Comparative Example 2)
BaTiOThree, SrCOThree, CaCOThreeTiO2, Ho2OThree, Gd2OThreeAnd SiO2Were mixed at once with the composition ratio shown in Table 1, calcined at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized to obtain a dielectric ceramic raw material powder according to Comparative Example 2.
[0106]
(Comparative Example 3)
ABOThreeAs previously synthesized (Ba0.95Ca0.04) (Ti0.70Zr0.30Mn0.002) OThree(Calcined product A), Ho as an additive component2OThree, Dy2OThree, CoO, MgO and SiO2Were added at a composition ratio shown in Table 1, mixed, calcined at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours (calcined product B), and pulverized to obtain a dielectric ceramic raw material powder according to Comparative Example 3.
[0107]
(Comparative Example 4)
ABOThreeAs previously synthesized (Ba0.90Ca0.10) (Ti0.91Zr0.08Hf0.01) OThree(Calcined product C) was prepared. CaCOThree, Y2OThree, SiO2And Nd2OThreeWere mixed at a composition ratio shown in Table 1, calcined at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours, and pulverized to obtain a calcined product D powder. Next, with the composition ratio shown in Table 1, the powder of the calcined product C is mixed with the powder of the calcined product D, and Cr is added as an additional component.2OThree, B2OThreeAnd the raw material powder of the dielectric ceramic which concerns on the comparative example 4 was obtained by mixing MnO.
[0108]
2. Fabrication of multilayer ceramic capacitors
Next, by adding an organic solvent such as a polyvinyl butyral binder and ethanol to the raw material powders according to each of the above-described Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, and performing wet mixing using a ball mill, ceramics A rally was made.
[0109]
Next, the ceramic slurry was formed into a sheet shape with a thickness such that the thickness of the dielectric ceramic layer after firing was 2.5 μm by a doctor blade method to obtain a rectangular ceramic green sheet.
[0110]
Next, a conductive paste mainly composed of nickel was screen-printed on the ceramic green sheet to form a conductive paste film to be an internal electrode.
[0111]
Next, a plurality of ceramic green sheets including the ceramic green sheet on which the conductive paste film was formed were laminated so that the side from which the conductive paste film was drawn was staggered to obtain a raw laminate.
[0112]
Next, the raw laminate is heated to a temperature of 350 ° C. in a nitrogen atmosphere to burn the binder, and then an oxygen partial pressure of 10-9-10-12MPa H2-N2-H2In a reducing atmosphere composed of O gas, firing was performed for 2 hours at a firing temperature shown in Table 2 to obtain a sintered laminate.
[0113]
Next, on both end faces of the laminate, B2OThree-Li2O-SiO2A conductive paste containing a BaO glass frit and silver as a conductive component was applied and baked at a temperature of 600 ° C. in a nitrogen atmosphere to form an external electrode electrically connected to the internal electrode.
[0114]
The outer dimensions of the multilayer ceramic capacitor thus obtained are 1.6 mm in width, 3.2 mm in length and 1.2 mm in thickness, and the thickness of the dielectric ceramic layer interposed between the internal electrodes is 2. It was 5 μm. The number of effective dielectric ceramic layers is 100, and the counter electrode area per layer is 2.1 mm.2Met.
[0115]
3. Measurement of electrical characteristics
Various electrical characteristics of the multilayer ceramic capacitors according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 thus obtained were measured.
[0116]
First, the dielectric constant ε and insulation resistance of each multilayer ceramic capacitor at room temperature were measured. In this case, the dielectric constant ε is a temperature of 25 ° C., 1 kHz, and 1 V.rmsThe measurement was performed under the following conditions. In addition, in order to measure the insulation resistance under an electric field strength of 6 kV / mm, a DC voltage of 15 V was applied for 2 minutes, the insulation resistance was measured at + 25 ° C., and capacitance (C) and insulation resistance (R) Product, that is, the CR product.
[0117]
In addition, a high temperature load life test was conducted. In the high temperature load life test, a voltage of 40 V was applied to 36 samples so that the electric field strength was 16 kV / mm at a temperature of 175 ° C., and the change over time of the insulation resistance was obtained. In addition, as the high temperature load life, the average life time was obtained by taking the time when the insulation resistance value of each sample was 200 kΩ or less as the life time.
[0118]
Moreover, the time-dependent change of the electrostatic capacitance under DC voltage application was calculated | required. Capacitance change with time is 125 ℃, 1kHz, 1VrmsThe capacity change after 60 hours was measured under the condition of applying a DC voltage of 4 V, and the capacity change rate, that is, the DC load change rate with time, was determined based on the electrostatic capacity at 125 ° C. immediately after the DC voltage application.
[0119]
Table 2 shows the dielectric constant ε, CR product, high temperature load life, and DC load change rate with time.
[0120]
[Table 2]
Figure 0004863597
[0121]
4). Investigation of rare earth element concentration distribution
A multilayer ceramic capacitor according to each of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 is polished into a thin piece, and a dielectric ceramic layer is formed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) attached to a transmission electron microscope The concentration of rare earth elements inside the dielectric ceramic crystal grains was analyzed. The specific measurement was performed as follows for the main component crystal particles observed in a field of view of an arbitrary width.
[0122]
FIG. 2 is for explaining this analysis method. FIG. 2 shows a certain crystal particle 15.
[0123]
When analyzing the concentration of the rare earth element in the vicinity of the surface of the crystal particle 15, on each of the eight half lines connecting an arbitrary point obtained by dividing the outer periphery of the crystal particle 15 into approximately eight equal parts and the center of the crystal particle 15. A point located in the region near the surface of the crystal particle 15 was designated as an analysis point A. At this time, in order to obtain an arbitrary point obtained by dividing the outer periphery of the crystal particle 15 into approximately eight equal parts, if necessary, the outer periphery length of the crystal particle 15 is calculated using an appropriate approximation, and is divided into approximately eight equal parts. It may be.
[0124]
When analyzing the concentration of the rare earth element at an arbitrary point in the crystal particle 15 and the concentration of the rare earth element at an arbitrary point in the central portion of the crystal particle 15, an arbitrary point obtained by dividing the outer periphery of the crystal particle 15 into approximately four equal parts is calculated. First, the analysis points B1, B2, B3 and B4 were determined. Also in this case, if necessary, the analysis points B1 to B4 may be determined by calculating the outer peripheral length of the crystal particle 15 using an appropriate approximation and dividing it into approximately four equal parts. In addition, four line segments connecting the analysis points B1 to B4 and the center of the crystal particle 15 were determined, the midpoints of the respective line segments were obtained, and these midpoints were set as analysis points B5, B6, B7, and B8. Further, midpoints between the analysis points B5 to B8 and the center of the crystal particle 15 were obtained, and these midpoints were set as analysis points B9, B10, B11, and B12. Furthermore, the center of the crystal particle 15 was set as the analysis point B13.
[0125]
In order to analyze the concentration of the rare earth element at an arbitrary point in the crystal particle 15, the analysis points B1 to B13 determined as described above are used to analyze the concentration of the rare earth element at an arbitrary point in the center of the crystal particle 15. Therefore, analysis points B5 to B13 were used.
[0126]
In any concentration analysis described above, 20 or more crystal particles 15 were performed. A 2 nm probe was used as an electron beam in the analysis.
[0127]
Table 3 shows a part of the results obtained by the concentration analysis described above. That is, Table 3 shows three crystal particles in Example 1 (patterns A, B and C), one crystal particle in Comparative Example 1 (pattern D), and one crystal particle in Comparative Example 3 (pattern E). The average concentration at analysis point A and the concentration at each of analysis points B1 to B13 are shown. These concentrations are ABOThreeThe number of moles of rare earth elements relative to 100 moles of the B site component is shown as a unit.
[0128]
[Table 3]
Figure 0004863597
[0129]
As shown in Table 3, in Example 1, in any of the patterns A, B, and C, the average concentration at the analysis point A, that is, CsAVEAnd concentrations at analysis points B1 to B13, that is, Ci(n)And the concentration at analysis points B5 to B13, that is, Cc(n)Ci(n)/ CsAVE≧ 1/50, and Cc(n)/ CsAVEThe condition <1 is satisfied.
[0130]
On the other hand, in the pattern D of Comparative Example 1, Ci(n)/ CsAVESatisfies the condition> 1/50, but Cc(n)/ CsAVEThe condition <1 is not satisfied.
[0131]
In the pattern E of Comparative Example 3, Cc(n)/ CsAVE<1 is satisfied, but Ci(n)/ CsAVEThe condition of ≧ 1/50 is not satisfied.
[0132]
In Table 4, after obtaining the analysis results as shown in Table 3, for each of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, Ci(n)/ CsAVEThe ratio [%] of the number of crystal grains satisfying the condition of ≧ 1/50 to the total number of crystal grains [%] and Cc(n)/ CsAVEThe result of calculating the ratio [%] of the number of crystal grains satisfying the condition <1 to the total number of crystal grains is shown.
[0133]
[Table 4]
Figure 0004863597
[0134]
As can be seen from Table 4, according to Examples 1 to 6, all were Ci.(n)/ CsAVEThe proportion of crystal grains with ≧ 1/50 exceeds 70%, and Cc(n)/ CsAVEThe ratio of <1 crystal grains is also over 70%.
[0135]
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, Ci(n)/ CsAVEThe proportion of crystal grains with ≧ 1/50 exceeds 70%, but Cc(n)/ CsAVEThe ratio of the crystal grains <1 is 70% or less.
[0136]
In Comparative Examples 3 and 4, Cc(n)/ CsAVEThe proportion of crystal grains <1 exceeds 70%, but Ci(n)/ CsAVEThe ratio of crystal grains satisfying ≧ 1/50 is 70% or less.
[0137]
5. Comprehensive evaluation
In Table 2 above, when Example 1 and Comparative Example 1 in which the compositions of the dielectric ceramics are the same are compared, the dielectric constant, the CR product and the high temperature load life are not substantially different. The rate of change with time of DC load was −1.2% in Example 1, which was significantly improved compared to −10.2% in Comparative Example 1.
[0138]
Moreover, about Examples 2-6, DC load time-dependent change rate was significantly improved with respect to Comparative Example 2, and compared with Comparative Examples 3 and 4, high temperature load life and DC load time-dependent change rate were greatly improved. You can see that it has improved.
[0139]
  When considering the results shown in Table 2 and the results shown in Table 4 together, Ci(n)/ CsAVE≧ 1/50The number of crystal grains satisfying the above condition exceeds 70% of the total number of crystal grains, andCc(n)/ CsAVEAccording to Examples 1 to 6, the number of crystal grains satisfying the condition of <1 exceeds 70% of the total number of crystal grains, the rate of change with time of DC load is small, the CR product is high, the high temperature load life is long, Therefore, it can be seen that a multilayer ceramic capacitor having excellent reliability can be obtained even if the dielectric ceramic layer is made thinner.
[0140]
【The invention's effect】
  As described above, according to the dielectric ceramic according to the present invention, the general formula ABOThree(A is at least one containing Ba of Ba, Ca and Sr, and B is at least one containing Ti of Ti, Zr and Hf), and La , Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and an additive component containing at least one rare earth element of Y, The average concentration of rare earth elements in the vicinity of the surface of the crystal grains is expressed as CsAVEAnd the concentration of the rare earth element at an arbitrary point in the crystal grain is Ci(n)And the concentration of the rare earth element at an arbitrary point in the center of the crystal grain is Cc.(n)In terms of the concentration distribution of rare earth elements, Ci(n)/ CsAVE≧ 1/50The number of crystal grains satisfying the above condition exceeds 70% of the total number of crystal grains, andCc(n)/ CsAVE<The number of crystal grains satisfying the condition of 1 exceeds 70% of the total number of crystal grains. When a multilayer ceramic electronic component such as a multilayer ceramic capacitor is configured using this, electrostatic capacitance under a DC voltage is applied. The change with time of capacitance is small, the product of insulation resistance and capacitance (CR product) is high, and the accelerated life of insulation resistance at high temperature and high voltage can be extended.
[0141]
Therefore, if the dielectric ceramic layer of the multilayer ceramic electronic component is configured with this dielectric ceramic, it is possible to obtain a multilayer ceramic electronic component that can maintain excellent reliability even when the dielectric ceramic layer is thinned. it can.
[0142]
Therefore, when applied to a multilayer ceramic capacitor, it is possible to reduce the size and increase the capacity of the multilayer ceramic capacitor by thinning the dielectric ceramic layer, and even if the dielectric ceramic layer is thinned, the multilayer ceramic capacitor There is no need to reduce the rated voltage. As a result, for example, the thickness of the dielectric ceramic layer can be reduced to about 1 μm without any problem.
[0143]
According to the dielectric ceramic manufacturing method of the present invention, the general formula ABOThreeA step of obtaining a first reactant powder by mixing, reacting and pulverizing a compound containing A and a compound containing B constituting the main component represented by Mixing the first reactant powder and the remainder of the compound containing the rare earth element, reacting, and pulverizing to obtain a second reactant powder, and firing the second reactant powder; Therefore, it is possible to obtain the concentration distribution of the rare earth element as described above more easily than in the case of employing a method in which all of these constituent elements are mixed and reacted at once.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a multilayer ceramic capacitor 21 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the crystal particle 15 schematically showing an example of analysis points employed in the analysis of the concentration distribution of the rare earth element in a certain crystal particle 15;
[Explanation of symbols]
A, B1-B13 Analysis point
15 crystal grains
21 Multilayer ceramic capacitors
22 Laminate
23 Dielectric ceramic layer
24, 25 Internal electrode
28, 29 External electrode

Claims (6)

一般式ABO3(Aは、Ba、CaおよびSrのうちのBaを含む少なくとも1種であり、Bは、Ti、ZrおよびHfのうちのTiを含む少なくとも1種である。)で表わされる主成分と、
La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuおよびYのうちの少なくとも1種の希土類元素を含む添加成分と
を含む組成を有し、かつ
透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型X線分光法を用い、電子線のプローブの径を2nmとして、当該誘電体セラミックの結晶粒子の断面研磨面上での希土類元素の濃度を分析した際、
結晶粒子の外周を略8等分した任意の点と結晶粒子の中心とを結んだ8本の半直線の各々上であって、結晶粒子の表面近傍の領域内に位置する8点での希土類元素の平均濃度をCsAVEとし、
結晶粒子の外周を略4等分した任意の点をまず決め、これを分析点B1、B2、B3およびB4とし、次に、分析点B1〜B4と結晶粒子の中心とを結んだ4本の線分を決め、各線分の中点を求め、これら中点を、分析点B5、B6、B7およびB8とし、次に、分析点B5〜B8と結晶粒子の中心との中点を求め、これら中点を分析点B9、B10、B11およびB12とし、さらに、結晶粒子の中心を分析点B13とした場合において、
結晶粒子内の前記分析点B1〜B13の13点における希土類元素の濃度をCi(n)とし、
結晶粒子の中心部の前記分析点B5〜B13の9点における希土類元素の濃度をCc(n)としたとき、
希土類元素の濃度分布に関して、
Ci(n)/CsAVE≧1/50の条件を満足する結晶粒子数が、全結晶粒子数の70%を超え、かつ
Cc(n)/CsAVE<1の条件を満足する結晶粒子数が、全結晶粒子数の70%を超える、
誘電体セラミック。
It is represented mainly by the general formula ABO 3 (A is at least one containing Ba of Ba, Ca and Sr, and B is at least one containing Ti of Ti, Zr and Hf). Ingredients,
La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and an additive component containing at least one rare earth element selected from Y, And
Using the energy dispersive X-ray spectroscopy attached to the transmission electron microscope, the diameter of the probe of the electron beam was set to 2 nm, and the rare earth element concentration on the cross-sectional polished surface of the dielectric ceramic crystal particles was analyzed.
Rare earths at eight points on each of eight half lines connecting an arbitrary point obtained by dividing the outer periphery of the crystal particle into approximately eight equal parts and the center of the crystal particle, and in a region near the surface of the crystal particle Let Cs AVE be the average concentration of elements,
First, an arbitrary point obtained by dividing the outer periphery of the crystal grain into approximately four equal parts is determined, and this is set as analysis points B1, B2, B3, and B4. Next, four points connecting the analysis points B1 to B4 and the center of the crystal grain are connected. Decide the line segment, find the midpoint of each line segment, set these midpoints as analysis points B5, B6, B7 and B8, then find the midpoint between the analysis points B5 to B8 and the center of the crystal grain, In the case where the midpoint is the analysis points B9, B10, B11 and B12, and the center of the crystal particle is the analysis point B13,
Each concentration of the rare earth element at 13 points of the analysis points B1 to B13 in the crystal particle is Ci (n) ,
When each concentration of the rare earth element at 9 points of the analysis points B5 to B13 at the center of the crystal grain is Cc (n) ,
Regarding the concentration distribution of rare earth elements,
The number of crystal grains satisfying the condition of Ci (n) / Cs AVE ≧ 1/50 exceeds 70% of the total number of crystal grains, and the number of crystal grains satisfying the condition of Cc (n) / Cs AVE <1 More than 70% of the total number of crystal grains,
Dielectric ceramic.
さらに、Ni、Co、Fe、Cr、Mn、Si、Mg、V、B(ホウ素)、CaおよびAlのうちの少なくとも1種の元素を含む、請求項1に記載の誘電体セラミック。The dielectric ceramic according to claim 1, further comprising at least one element selected from Ni, Co, Fe, Cr, Mn, Si, Mg, V, B (boron), Ca, and Al. 請求項1に記載の誘電体セラミックを製造するための方法であって、
一般式ABO3 で表わされる主成分を構成するAを含む化合物とBを含む化合物と、希土類元素を含む化合物の一部とを混合し、反応させ、粉砕することによって、第1の反応物粉末を得る工程と、
前記第1の反応物粉末と希土類元素を含む化合物の残部とを混合し、反応させ、粉砕することによって、第2の反応物粉末を得る工程と、
前記第2の反応物粉末を焼成する工程と
を備える、誘電体セラミックの製造方法。
A method for producing a dielectric ceramic according to claim 1, comprising:
The first reactant powder is obtained by mixing, reacting and pulverizing the compound containing A and the compound containing B constituting the main component represented by the general formula ABO 3 and a part of the compound containing the rare earth element. Obtaining
Mixing the first reactant powder and the remainder of the compound containing the rare earth element, reacting, and grinding to obtain a second reactant powder;
And a step of firing the second reactant powder.
請求項2に記載の誘電体セラミックを製造するための方法であって、
一般式ABO3 で表わされる主成分を構成するAを含む化合物とBを含む化合物と、希土類元素を含む化合物の一部とを混合し、反応させ、粉砕することによって、第1の反応物粉末を得る工程と、
前記第1の反応物粉末と希土類元素を含む化合物の残部とを混合し、反応させ、粉砕することによって、第2の反応物粉末を得る工程と、
前記第2の反応物粉末とNi、Co、Fe、Cr、Mn、Si、Mg、V、B(ホウ素)、CaおよびAlのうちの少なくとも1種の元素を含む化合物粉末とを含む混合粉末を焼成する工程と
を備える、誘電体セラミックの製造方法。
A method for manufacturing a dielectric ceramic according to claim 2, comprising:
The first reactant powder is obtained by mixing, reacting and pulverizing the compound containing A and the compound containing B constituting the main component represented by the general formula ABO 3 and a part of the compound containing the rare earth element. Obtaining
Mixing the first reactant powder and the remainder of the compound containing the rare earth element, reacting, and grinding to obtain a second reactant powder;
A mixed powder comprising the second reactant powder and a compound powder containing at least one element selected from Ni, Co, Fe, Cr, Mn, Si, Mg, V, B (boron), Ca and Al. A method for producing a dielectric ceramic, comprising the step of firing.
複数の積層された誘電体セラミック層と、複数の前記誘電体セラミック層間の特定の界面に沿って形成された内部電極とを含む、積層体を備える、積層セラミック電子部品であって、
前記誘電体セラミック層が、請求項1または2に記載の誘電体セラミックからなる、積層セラミック電子部品。
A multilayer ceramic electronic component comprising a laminate, comprising a plurality of laminated dielectric ceramic layers and an internal electrode formed along a specific interface between the plurality of dielectric ceramic layers,
A multilayer ceramic electronic component, wherein the dielectric ceramic layer is made of the dielectric ceramic according to claim 1.
前記積層体の外表面上に形成される第1および第2の外部電極をさらに備え、前記積層体の積層方向に互いに重なり合った状態で複数の前記内部電極が形成され、前記複数の内部電極は、前記第1の外部電極に電気的に接続されるものと前記第2の外部電極に電気的に接続されるものとが交互に積層方向に配置され、それによって、積層セラミックコンデンサを構成している、請求項5に記載の積層セラミック電子部品。The apparatus further includes first and second external electrodes formed on an outer surface of the multilayer body, and the plurality of internal electrodes are formed in a state of overlapping each other in the stacking direction of the multilayer body. The one electrically connected to the first external electrode and the one electrically connected to the second external electrode are alternately arranged in the stacking direction, thereby forming a multilayer ceramic capacitor. The multilayer ceramic electronic component according to claim 5.
JP2002209487A 2002-07-18 2002-07-18 Dielectric ceramic, manufacturing method thereof, and multilayer ceramic electronic component Expired - Lifetime JP4863597B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002209487A JP4863597B2 (en) 2002-07-18 2002-07-18 Dielectric ceramic, manufacturing method thereof, and multilayer ceramic electronic component

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002209487A JP4863597B2 (en) 2002-07-18 2002-07-18 Dielectric ceramic, manufacturing method thereof, and multilayer ceramic electronic component

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004055727A JP2004055727A (en) 2004-02-19
JP4863597B2 true JP4863597B2 (en) 2012-01-25

Family

ID=31933319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002209487A Expired - Lifetime JP4863597B2 (en) 2002-07-18 2002-07-18 Dielectric ceramic, manufacturing method thereof, and multilayer ceramic electronic component

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4863597B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006035535A1 (en) * 2004-09-28 2006-04-06 Murata Manufacturing Co., Ltd Dielectric ceramic, process for producing the same, and laminated ceramic capacitor
JP4691977B2 (en) * 2004-12-13 2011-06-01 Tdk株式会社 Method for manufacturing dielectric composition
JP4691978B2 (en) * 2004-12-13 2011-06-01 Tdk株式会社 Method for manufacturing dielectric composition
JP4937522B2 (en) 2005-04-04 2012-05-23 Tdk株式会社 Electronic component, dielectric ceramic composition and method for producing the same
JP5246185B2 (en) 2010-03-11 2013-07-24 株式会社村田製作所 Dielectric ceramic and multilayer ceramic capacitor
CN108352251B (en) * 2015-10-28 2020-06-02 京瓷株式会社 Capacitor with a capacitor element

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004055727A (en) 2004-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3705141B2 (en) Dielectric ceramic, manufacturing method and evaluation method thereof, and multilayer ceramic electronic component
JP4392821B2 (en) Dielectric ceramic, manufacturing method thereof, and multilayer ceramic capacitor
JP4110978B2 (en) Dielectric ceramic, manufacturing method thereof, and multilayer ceramic capacitor
JP4111006B2 (en) Dielectric ceramic, manufacturing method thereof, and multilayer ceramic capacitor
JP4626892B2 (en) Dielectric ceramic and multilayer ceramic capacitor
JP4491794B2 (en) Dielectric ceramic and multilayer ceramic capacitor
KR101000771B1 (en) Multilayer ceramic capacitor
JP3918372B2 (en) Dielectric ceramic composition and multilayer ceramic capacitor
TWI399766B (en) Multilayer ceramic capacitor and production method of the same
JP5158071B2 (en) Dielectric ceramic composition and multilayer ceramic capacitor
JP4434142B2 (en) Dielectric ceramic, manufacturing method thereof, and multilayer ceramic capacitor
JP5224147B2 (en) Dielectric ceramic and multilayer ceramic capacitor
JP4100173B2 (en) Dielectric ceramic and multilayer ceramic capacitors
EP1496030B1 (en) Nonreducing dielectric ceramic, its production method, and multilayer ceramic capacitor
JP2002164247A (en) Dielectric ceramic composition and layered ceramic capacitor
JP4552419B2 (en) Dielectric ceramic and multilayer ceramic capacitors
JP4697582B2 (en) Dielectric ceramic, dielectric ceramic manufacturing method, and multilayer ceramic capacitor
JP4457630B2 (en) Dielectric ceramic and multilayer ceramic capacitors
JP5240199B2 (en) Dielectric ceramic and multilayer ceramic capacitor
JP3882054B2 (en) Multilayer ceramic capacitor
JP5229685B2 (en) Dielectric ceramic and multilayer ceramic capacitor
JP5164356B2 (en) Multilayer ceramic capacitor and manufacturing method thereof
JP4863597B2 (en) Dielectric ceramic, manufacturing method thereof, and multilayer ceramic electronic component
JP3994719B2 (en) Multilayer ceramic electronic components
JP2006036606A (en) Dielectric ceramic, method for manufacturing dielectric ceramic, and laminated ceramic capacitor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080215

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080226

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080325

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081209

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090116

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090210

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111108

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141118

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4863597

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

EXPY Cancellation because of completion of term