JP4884101B2 - Multilayer ceramic capacitor - Google Patents
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Description
本発明は、積層セラミックコンデンサに関し、特に、チタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子によって形成される誘電体層と内部電極層と備えた小型高容量の積層セラミックコンデンサに関する。
The present invention relates to a multilayer ceramic con den Sa, particularly, it relates to a multilayer ceramic con den Sa small high capacitance with the dielectric layers and internal electrode layers formed by crystal grains mainly composed of barium titanate.
近年、積層セラミックコンデンサは小型化および高容量化の要求に対して、誘電体層の薄層化が行われており、誘電体層を構成するチタン酸バリウムなどの結晶粒子は微粒化が図られている。 In recent years, multilayer ceramic capacitors have been made thinner dielectric layers in response to demands for smaller size and higher capacity, and crystal grains such as barium titanate constituting the dielectric layers have been made finer. ing.
また、内部電極層の卑金属化により、還元雰囲気での焼成が必要なことから、誘電体層となる誘電体磁器の主成分であるチタン酸バリウムは、希土類元素、マグネシウムおよびマンガンなどの添加物が加えられ、耐還元性を高めたものとなっている。 In addition, since the internal electrode layer needs to be fired in a reducing atmosphere due to the formation of a base metal, barium titanate, which is the main component of the dielectric porcelain serving as the dielectric layer, contains additives such as rare earth elements, magnesium and manganese. In addition, the reduction resistance is improved.
上記のような添加物を含むチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子は、内部が強誘電性を示すドメイン分域を残した正方晶の割合の多いコア部となり、一方、コア部の周囲は添加物が固溶することにより結晶構造が正方晶から立方晶へと変化したシェル部となり、コアシェル構造が形成されている(例えば、特許文献1参照)。 Crystal grains mainly composed of barium titanate containing the above-mentioned additive have a core portion with a large proportion of tetragonal crystals leaving a domain domain showing ferroelectricity, while the periphery of the core portion is When the additive is dissolved, a shell portion in which the crystal structure is changed from a tetragonal crystal to a cubic crystal is formed, and a core-shell structure is formed (for example, see Patent Document 1).
そしてこのようなコアシェル構造を有する微粒のチタン酸バリウムを主成分とする誘電体磁器を薄層化した誘電体層とし、小型高容量の積層セラミックコンデンサが作られている。
しかしながら、チタン酸バリウムを主成分とする誘電体粉末から得られた結晶粒子にはサイズ効果があることから結晶粒子径が小さくなると比誘電率が低下するという問題があり、一方、結晶粒子径が大きくなると所定厚みの誘電体層中に形成される粒界数が減少することから絶縁性が低下する。このため薄層化した誘電体層において高誘電率かつ高絶縁性を確保することが困難になってきている。 However, there is a problem that the relative permittivity decreases when the crystal particle size is reduced because the crystal particles obtained from the dielectric powder mainly composed of barium titanate have a size effect. When it is increased, the number of grain boundaries formed in the dielectric layer having a predetermined thickness is reduced, so that the insulating property is lowered. For this reason, it has become difficult to ensure a high dielectric constant and high insulation in a thin dielectric layer.
従って、本発明は、結晶粒子径を小さくしても高誘電率かつ高絶縁性の得られる誘電体層を具備する積層セラミックコンデンサを提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention aims at providing a multilayer ceramic con den support having a high dielectric constant by reducing the crystal grain size and highly insulating the dielectric layer obtained.
本発明の積層セラミックコンデンサは、チタン酸バリウムを主成分とし、マグネシウム、マンガンおよび希土類元素が酸化物として固溶した複数の結晶粒子により形成された誘電体層と内部電極層とが交互に積層されている積層セラミックコンデンサであって、前記結晶粒子は粒界からの深さ20nmにおける前記マグネシウム、マンガンおよび希土類元素の合計の固溶量がBa、Ti、マグネシウム、マンガン、希土類元素の全量に対して0.05〜0.15原子%である第1結晶粒子と、粒界からの深さ20nmにおける前記マグネシウム、マンガンおよび希土類元素の合計の固溶量がBa、Ti、マグネシウム、マンガン、希土類元素の全量に対して0.2〜0.4原子%である第2結晶粒子とを有し、前記第1結晶粒子の平均粒径が前記第2結晶粒子の平均粒径よりも小さいことを特徴とするものであり、上記積層セラミックコンデンサでは、前記第1結晶粒子の平均粒径が0.271〜0.316μmの範囲であり、かつ第2結晶粒子の平均粒径が0.33〜0.39μmの範囲であることが望ましい。
The multilayer ceramic capacitor of the present invention is composed of alternately laminated dielectric layers and internal electrode layers formed of a plurality of crystal particles containing barium titanate as a main component and magnesium, manganese and rare earth elements dissolved as oxides. In the multilayer ceramic capacitor, the crystal particles have a total solid solution amount of magnesium, manganese and rare earth elements at a depth of 20 nm from the grain boundary with respect to the total amount of Ba, Ti, magnesium, manganese and rare earth elements. The total solid solution amount of the first crystal grains of 0.05 to 0.15 atomic% and the magnesium, manganese, and rare earth elements at a depth of 20 nm from the grain boundary is Ba, Ti, magnesium, manganese, rare earth elements. and a second crystal grains is 0.2 to 0.4 atomic% of the total amount, the average particle diameter of the first crystal grains And characterized in a serial smaller this than the average grain size of the second crystal grains, in the multilayer ceramic capacitor, the average particle diameter of the first crystal grains is in the range of 0.271~0.316Myuemu, The average grain size of the second crystal particles is preferably in the range of 0.33 to 0.39 μm.
本発明の積層セラミックコンデンサは、マグネシウム、マンガンおよび希土類元素の酸化物の固溶量が上記した範囲で異なる結晶粒子が混在するように誘電体層を形成したものである。上記酸化物の固溶量の多い結晶粒子は粒成長により高い比誘電率を得ることができ、一方、同酸化物の固溶量の少ない結晶粒子はサイズ効果のために結晶粒子径は小さいが高い絶縁性を得ることができる。 The multilayer ceramic capacitor of the present invention is such that a dielectric layer is formed so that different crystal grains are mixed within the above-mentioned ranges of solid solution amounts of oxides of magnesium, manganese and rare earth elements. Crystal grains having a large solid solution amount of the oxide can obtain a high relative dielectric constant by grain growth, whereas crystal particles having a small solid solution amount of the oxide have a small crystal particle diameter due to the size effect. High insulation can be obtained.
この場合、上記酸化物の固溶量の多い結晶粒子の粒子間に同酸化物の固溶量の少ない結晶粒子を混在させることにより、所定厚みの誘電体層中において高誘電率かつ高絶縁性を確保できる。 In this case, a high dielectric constant and a high insulating property can be obtained in a dielectric layer having a predetermined thickness by mixing crystal particles having a small solid solution amount of the oxide between the crystal particles having a large solid solution amount of the oxide. Can be secured.
図1は、本発明の積層セラミックコンデンサを示す断面模式図である。本発明の積層セラミックコンデンサはコンデンサ本体1の端部に外部電極2が設けられている。この外部電極2は、例えば、CuもしくはCuとNiの合金ペーストを焼き付けて形成されている。コンデンサ本体1は誘電体層3と内部電極層4とが交互に積層され構成されている。この誘電体層3の厚みは1.5μm以下、特に1.2μm以下であることが望ましい。誘電体層3の厚みが1.5μm以下であると誘電体層3の薄層化により積層セラミックコンデンサの静電容量が高められるという利点がある。なお、誘電体層3の厚みは0.5μm以上であることが望ましい。誘電体層5の厚みが0.5μm以上であると、誘電体層5において高い絶縁性の得られる所望の厚みを確保できるという利点がある。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a multilayer ceramic capacitor of the present invention. The multilayer ceramic capacitor of the present invention is provided with an
内部電極層4は高積層化しても製造コストを抑制できるという点でNiやCuなどの卑金属が望ましく、特に、本発明の積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層3との同時焼成を図るという点でNiがより望ましい。この内部電極層4の厚みは平均で1μm以下が好ましい。
The
図2は、本発明の積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層の微構造を示す模式図である。誘電体層3を形成する誘電体磁器は、元素として、少なくともチタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分とする結晶粒子5と粒界6とから構成されており、また、結晶粒子5は第1結晶粒子5Aと第2結晶粒子5Bによって構成されている。結晶粒子5の平均粒径は0.5μm以下、特に0.4μm以下であることが望ましい。結晶粒子5の平均粒径が0.5μm以下であると積層セラミックコンデンサにおいて誘電体層3を薄層化したときに高い絶縁性を得ることができるという利点がある。なお、本発明の誘電体層3を構成する結晶粒子5の平均粒径は0.1μm以上であることが望ましい。結晶粒子5の平均粒径が0.1μm以上であると結晶粒子5の結晶性を高められることに起因して高誘電率化を図ることができるという利点がある。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a microstructure of a dielectric layer constituting the multilayer ceramic capacitor of the present invention. The dielectric ceramic forming the
図3は、本発明の積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層3におけるコア、シェル比の異なる結晶粒子5A、5Bの模式図である。また、図4は、本発明に係る第1結晶粒子5Aおよび第2結晶粒子5Bにおける添加物の粒界から粒内への固溶量の変化を示した模式図である。図4において示した破線と5A、5Bの曲線の交わる点がシェル部5bの厚みである。
FIG. 3 is a schematic diagram of
つまり、本発明の積層セラミックコンデンサにおける誘電体層3を構成する結晶粒子5は、その内部に正方晶を示すコア部5aと、コア部5aの周囲に立方晶を示すシェル部5bとから構成される。また、このシェル部5bには添加物であるマグネシウム(Mg)、マンガン(Mn)および希土類元素(Y、Dy、Ho、TbおよびYbから選ばれる少なくとも1種)の酸化物が固溶している。
That is, the
本発明の積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層3は上記マグネシウム、マンガンおよび希土類元素(Y、Dy、Ho、TbおよびYbから選ばれる少なくとも1種)の酸化物の固溶量の合計が異なる第1結晶粒子5Aおよび第2結晶粒子5Bの2種の結晶粒子から構成されていることを特徴とするものであり、図4に示すようにこれら第1結晶粒子5Aおよび第2結晶粒子5Bは添加物であるマグネシウム、マンガンおよび希土類元素(Y、Dy、Ho、TbおよびYbから選ばれる少なくとも1種)の酸化物の固溶量が結晶粒子5の粒界から内部にかけて変化しているものである。
The
そして、本発明では粒界からの深さ20nmにおける上記マグネシウム、マンガンおよび希土類元素の合計の固溶量がBa、Ti、マグネシウム、マンガン、希土類元素の全量に対して0.05〜0.15原子%である第1の結晶粒子5Aと、0.2〜0.4原子%である第2の結晶粒子5Bとから構成されることが重要であり、特に、第1結晶粒子5Aにおける上記マグネシウム、マンガンおよび希土類元素の合計の固溶量が0.1〜0.15原子%の範囲であり、かつ第2の結晶粒子5Bにおける上記マグネシウム、マンガンおよび希土類元素の合計の固溶量が0.22〜0.38原子%の範囲であることがさらに望ましい。また、第1結晶粒子5Aの平均粒径が0.271〜0.316μmであり、かつ第2結晶粒子5Bの平均粒径が0.331〜0.39μmの範囲であることが望ましい。
In the present invention, the total solid solution amount of the magnesium, manganese, and rare earth element at a depth of 20 nm from the grain boundary is 0.05 to 0.15 atom relative to the total amount of Ba, Ti, magnesium, manganese, and rare earth element. %
第1の結晶粒子5Aおよび第2の結晶粒子5Bが上記固溶量および平均粒径の範囲を満足する場合には比誘電率を3610以上、かつ絶縁抵抗を1×109Ω以上に高められるという利点がある。
When the
これに対して、誘電体層3を構成する結晶粒子5が上記本発明のように上記酸化物の固溶量が2つの範囲に分かれた固溶量を有してなく、ほぼ1つの固溶量を示す結晶粒子5からしか構成されない場合、例えば、絶縁抵抗が1×108Ω以上であっても比誘電率が3000以下であるか、または、比誘電率が3960以上であっても絶縁抵抗が1×107Ω以下となる。
On the other hand, the
本発明の積層セラミックコンデンサにおける誘電体層3を構成する結晶粒子5はマグネシウム、マンガン、および希土類元素などの成分によってコアシェル構造を構成するものであり、チタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子5の耐還元性を高めることができるという利点がある。なお、コアシェル構造をとる結晶粒子5では、上記マグネシウム、マンガン、および希土類元素などの成分は結晶粒子5の表面側のシェル部5b側に主として偏在し、コア部5aはシェル部5bよりも上記成分の含有量が少ないものであることが望ましい。コア部5aにマグネシウム、マンガン、および希土類元素などの成分の含有量が少ないとコア部11aを構成するペロブスカイト型構造を有するチタン酸バリウムの正方晶の割合を高められるという利点がある。この場合、結晶粒子5の正方晶性を示す指標として格子定数比c/aが1.005以上であることが望ましい。
The
また、各種添加物は主成分であるチタン酸バリウム100モル部に対してマグネシウムがMgO換算で0.5〜1.2モル部、マンガンがMnO換算で0.04〜0.4モル部および希土類元素がRE2O3換算で0.2〜3モル部の範囲であることが望ましい。本発明における誘電体層3を構成する誘電体磁器の組成が上記の範囲であると、上述のように耐還元性を有し高誘電率かつ高絶縁性を達成できるという利点がある。ここで、本発明における希土類元素としては、Tb、Dy、Ho、YbおよびYのうち少なくとも1種が好ましく、特に誘電体磁器の比誘電率を高めるという点でYがより好ましい。
Moreover, various additives are 0.5 to 1.2 mol parts in terms of MgO, 0.04 to 0.4 mol parts in terms of MnO, and 0.04 to 0.4 mol parts in terms of MnO with respect to 100 mol parts of barium titanate as the main component. It is desirable that the element is in the range of 0.2 to 3 mole parts in terms of RE 2 O 3 . When the composition of the dielectric ceramic constituting the
なお、誘電体層3中のコア部5aおよびシェル部5bの体積比はEDS(エネルギー分散分析)装置を付設した透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて測定することができる。
In addition, the volume ratio of the
また、上述したように本発明の誘電体層3は、BaTiO3100モル部に対して、SiをSiO2換算で0.6モル部以上2モル部以下含有していることが好ましい。Siの含有量がSiO2換算で0.6モル部以上であると誘電体磁器の焼結助剤としての効果が高まり焼成後の密度を高められるという利点がある。Siの含有量がSiO2換算で2モル部以下であると結晶粒子5中への添加物の固溶量が減りチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子5の正方晶の割合を維持でき、これにより誘電体層3の比誘電率を高められるという利点がある。
In addition, as described above, the
次に、本発明の積層セラミックコンデンサの製法について説明する。本発明の積層セラミックコンデンサの製法では、先ず、素原料としてBaTiO3粉末において、Ba/Ti比が1より大きいチタン酸バリウムを主成分とする第1の誘電体粉末と、Ba/Ti比が1以下のチタン酸バリウムを主成分とする第2の誘電体粉末とを混合して用いる。第1の誘電体粉末および第2の誘電体粉末のBa/Ti比は上述のコア部5aおよびシェル部5bの体積比を満足するため、それぞれ1.005〜1.02および0.98〜1が望ましい。Ba/Ti比が1より大きいチタン酸バリウムを主成分とする第1の誘電体粉末は粒成長しにくく添加物が固溶しにくい。逆に、Ba/Ti比が1以下のチタン酸バリウムを主成分とする第2の誘電体粉末は粒成長しやすく添加物が固溶しやすい。そのため、同時焼成において2種類のコア部/シェル部の体積比を有する結晶粒子を形成することが可能となる。Ba/Ti比が1以下のものはマグネシウム、マンガンおよび希土類元素などの添加物の固溶とともに粒成長もしやすいため、粒成長抑制の点から第1の誘電体粉末:第2の誘電体粉末の混合比はモル比で6:4〜8:2が望ましい。
Next, a method for producing the multilayer ceramic capacitor of the present invention will be described. In the production method of the multilayer ceramic capacitor of the present invention, first, in a BaTiO 3 powder as a raw material, a first dielectric powder mainly composed of barium titanate having a Ba / Ti ratio greater than 1, and a Ba / Ti ratio of 1 The following second dielectric powder mainly composed of barium titanate is mixed and used. Since the Ba / Ti ratio of the first dielectric powder and the second dielectric powder satisfies the volume ratio of the
用いるBaTiO3粉末の平均粒径は第1の誘電体粉末および第2の誘電体粉末いずれも0.05μm以上0.2μm以下が好ましい。BaTiO3粉末の平均粒径が0.05μm以上であると結晶性の高いBaTiO3粉末を用いることとなり焼成後に得られる誘電体磁器の比誘電率を高められるという利点がある。一方、BaTiO3粉末の平均粒径が0.2μm以下であると、誘電体層の薄層化において粒界を増やすことができ高絶縁性にできるという利点がある。
The average particle diameter of the BaTiO 3 powder used is preferably 0.05 μm or more and 0.2 μm or less for both the first dielectric powder and the second dielectric powder . If the average particle size of the BaTiO 3 powder is 0.05 μm or more, the BaTiO 3 powder having high crystallinity is used, and there is an advantage that the dielectric constant of the dielectric ceramic obtained after firing can be increased. On the other hand, when the average particle diameter of the BaTiO 3 powder is 0.2 μm or less, there is an advantage that the grain boundary can be increased in the thinning of the dielectric layer and high insulation can be achieved.
次に、上述した第1の誘電体粉末および第2の誘電体粉末を混合したBaTiO 3 粉末に添加物と焼結助剤等を加えて、ボールミルを用いて混合し、この混合粉末にポリビニル
ブチラールなどの有機バインダおよびトルエンなどの溶剤を添加してスラリを調製する。
Next, an additive and a sintering aid are added to the BaTiO 3 powder in which the first dielectric powder and the second dielectric powder described above are mixed, and they are mixed using a ball mill, and polyvinyl butyral is added to the mixed powder. A slurry is prepared by adding an organic binder such as toluene and a solvent such as toluene.
次に、このスラリをドクターブレードによりシート状に成形しグリーンシートを形成する。グリーンシートの厚みは0.4μm以上3μm以下が好ましい。グリーンシートの厚みが0.4μm以上であるとピンホールなどの欠陥を低減できることから絶縁性に優れた誘電体層を形成できるという利点がある。グリーンシートの厚みが3μm以下であると誘電体層3の薄層化により高容量化できるという利点がある。
Next, this slurry is formed into a sheet shape by a doctor blade to form a green sheet. The thickness of the green sheet is preferably 0.4 μm or more and 3 μm or less. When the thickness of the green sheet is 0.4 μm or more, defects such as pinholes can be reduced, so that there is an advantage that a dielectric layer having excellent insulation can be formed. If the thickness of the green sheet is 3 μm or less, there is an advantage that the capacity can be increased by thinning the
次に、このグリーンシートの表面に導体ペーストを印刷し、次いで導体ペーストが内部電極パターンとして印刷されたグリーンシートを複数積層して母体の積層体を作製する。内部電極パターンの厚みはグリーンシート上における段差を解消するとともに焼結後においても過度の収縮による有効面積の減少を抑制するという理由から0.3μm以上1.5μm以下とすることが好ましい。次に、この母体の積層体を格子状に切断し、端面に内部電極パターンが露出したコンデンサ本体成形体を作製する。次に、コンデンサ本体成形体を焼成してコンデンサ本体1を作製し、この端面に外部電極ペーストを塗布し焼き付けした後に本発明の積層セラミックコンデンサが得られる。
Next, a conductor paste is printed on the surface of the green sheet, and then a plurality of green sheets on which the conductor paste is printed as an internal electrode pattern are stacked to produce a base laminate. The thickness of the internal electrode pattern is preferably set to reduce 1.5μm hereinafter more 0.3μm because of suppressing the effective area due to excessive shrinkage after sintering while eliminating a level difference on the green sheet. Next, the matrix laminate is cut into a lattice shape to produce a capacitor body molded body with the internal electrode pattern exposed on the end face. Next, the capacitor body molded body is fired to prepare the capacitor body 1 , and the end face is coated with an external electrode paste and baked to obtain the multilayer ceramic capacitor of the present invention.
本発明の積層セラミックコンデンサを以下のように作製した。まず、予め合成した平均粒径0.2μmのBaTiO3粉末を100モル部、添加物粉末としてMgOを1.0モル部、MnOを炭酸マンガンを用いて0.3モル部、Y2O3を1.0モル部をそれぞれ秤量した。 The multilayer ceramic capacitor of the present invention was produced as follows. First, 100 mol parts of BaTiO 3 powder with an average particle diameter of 0.2 μm synthesized in advance, 1.0 mol part of MgO as additive powder, 0.3 mol part of MnO using manganese carbonate, and Y 2 O 3 were added. Each 1.0 mole part was weighed.
試料1〜5については、表1に示すように、従来の工法どおりにBa/Ti比が1種であるBaTiO3粉末と前記添加物とSiO 2 粉末とを十分に混合し、有機バインダを加えてスラリを調整した。SiO 2 粉末量はチタン酸バリウム粉末に添加物粉末を加えた混合粉末中のチタン酸バリウム粉末100モル部に対して1モル部とした。希土類元素を2種用いる場合は添加量を0.5モル部づつ加えた(試料No.18)。
For Samples 1-5, as shown in Table 1, the BaTiO 3 powder with one Ba / Ti ratio, the additive, and the SiO 2 powder were mixed thoroughly as in the conventional method, and an organic binder was added. Adjusted the slurry. The amount of SiO 2 powder was 1 mol part with respect to 100 mol parts of barium titanate powder in the mixed powder obtained by adding the additive powder to the barium titanate powder. When two rare earth elements were used, the addition amount was added in 0.5 mol parts (Sample No. 18).
一方、本発明の試料6〜18については、表2に示すようにBa/Ti比が大きい粉末と小さい粉末とを7:3の割合で混合し、さらに前記添加物とSiO 2 粉末とを加えて十分に混合し、有機バインダを加えてスラリを調整した。この場合もSiO 2 粉末量はチタン酸バリウム粉末に添加物粉末を加えた混合粉末中のチタン酸バリウム粉末100モル部に対して1モル部とした。
On the other hand, for
次に、このスラリを用いてドクターブレードにより厚み1.5μmのグリーンシートを作製した。次に、このグリーンシート上に、Ni金属を含む導体ペーストをスクリーン印刷して内部電極パターンを形成した。次に、内部電極パターンを形成したグリーンシートを330枚積層し、その上下面に、内部電極パターンを形成していない誘電体グリーンシートをそれぞれ20枚積層しプレス機を用いて一体化し母体の積層体を得た。その後、母体の積層体を格子状に切断してコンデンサ本体成形体を作製した。 Next, a green sheet having a thickness of 1.5 μm was produced by using this slurry with a doctor blade. Next, a conductive paste containing Ni metal was screen printed on the green sheet to form an internal electrode pattern. Next, 330 green sheets on which internal electrode patterns are formed are stacked, and 20 dielectric green sheets on which internal electrode patterns are not formed are stacked on the top and bottom surfaces of the green sheets and integrated using a press machine. Got the body. Thereafter, the base laminate was cut into a lattice shape to produce a capacitor body molded body.
次に、このコンデンサ本体成形体を、大気中500℃にて脱バインダ処理を行い、1250℃で2時間還元焼成し、大気雰囲気中800℃で4時間再酸化処理をし、コンデンサ本体を作製した。コンデンサ本体の寸法は1.6mm×0.8mm×0.8mmであり。
誘電体層の厚みは1.2μmであった。静電容量に寄与する面積は1.09mm2であった。
Next, the molded body of the capacitor body was treated to remove the binder at 500 ° C. in the atmosphere, reduced and fired at 1250 ° C. for 2 hours, and reoxidized at 800 ° C. for 4 hours in the air atmosphere to produce a capacitor body. . Dimensions of the capacitor Body is an 1.6mm × 0.8mm × 0.8mm.
The thickness of the dielectric layer was 1.2 μm. The area contributing to the capacitance was 1.09 mm 2 .
次に、焼成したコンデンサ本体をバレル研磨した後、その両端部に外部電極ペーストを塗布し、850℃で焼き付けを行い、外部電極を形成した。その後、電解バレル機を用いて、この外部電極の表面に、順にNiおよびSnメッキを行い、積層セラミックコンデンサを作製した。 Next, the fired capacitor body was barrel-polished, and then an external electrode paste was applied to both ends thereof and baked at 850 ° C. to form external electrodes. Then, using an electrolytic barrel machine, Ni and Sn plating were sequentially performed on the surface of the external electrode to produce a multilayer ceramic capacitor.
作製した積層セラミックコンデンサであるこれらの試料をLCRメーター4284Aを用いて周波数1.0kHz、入力信号レベル1.0Vにて静電容量を測定し、内部電極の面積と誘電体厚みから比誘電率を算出した。試料数は各10個とした。また、絶縁抵抗(IR)についてはDC10V、室温下で測定した。 The capacitances of these samples, which are the multilayer ceramic capacitors, were measured using an LCR meter 4284A at a frequency of 1.0 kHz and an input signal level of 1.0 V, and the relative dielectric constant was calculated from the area of the internal electrode and the dielectric thickness. Calculated. The number of samples was 10 each. Moreover, about insulation resistance (IR), it measured DC10V and room temperature.
結晶粒子の平均粒径は得られた積層セラミックコンデンサの破断面を研磨した後、走査型電子顕微鏡を用いて内部組織の写真を撮り、次いで、その写真に映し出されている結晶粒子の輪郭を画像処理し、各粒子を円と見立ててその直径を求め平均化して求めた。 After polishing the fracture surface of the obtained multilayer ceramic capacitor, the average grain size of the crystal grains is taken by taking a picture of the internal structure using a scanning electron microscope and then imaging the outline of the crystal grains shown in the photograph Each particle was treated as a circle, and its diameter was obtained and averaged.
粒界から20nmでの添加物固溶量の測定には、元素分析機器(EDS)を付設した透過電子顕微鏡装置(TEM)を用いた。積層セラミックコンデンサを断面カットし、薄片化したものをFIB加工して、透過電子顕微鏡において誘電体層を構成する結晶粒子全体が明確に見えるものを測定用の結晶粒子として選択した。そのようなチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子50個について粒界から中心部に向けて約20nmの位置でEDS装置により元素分析を行った。EDSは、Ba、Ti、マグネシウム、マンガン、希土類元素の各成分を測定してその全量に対してマグネシウム、マンガン、希土類元素の合計量を固溶量とした。
表1、2の結果から明らかなように、従来の工法どおりにBa/Ti比が1種であるBaTiO3粉末を用いた場合の例として、Ba/Ti比を1より大きいものだけ用いた試料No.1〜3では、粒界から20nmの位置における固溶量が0.06〜0.16原子%と少なく平均粒径が0.311〜0.371μmとなり、比誘電率が2330〜2914、絶縁抵抗が1×108〜3×109Ωであった。 As is apparent from the results of Tables 1 and 2, as an example of using BaTiO 3 powder having a Ba / Ti ratio of one kind as in the conventional method, a sample using only a Ba / Ti ratio greater than 1 No. 1 to 3, the solid solution amount at a position 20 nm from the grain boundary is as small as 0.06 to 0.16 atomic%, the average particle size is 0.311 to 0.371 μm, the relative dielectric constant is 2330 to 2914, and the insulation resistance Was 1 × 10 8 to 3 × 10 9 Ω.
一方、Ba/Ti比が1以下のチタン酸バリウムだけ用いた試料No.4、5では、粒界から20nmの位置における固溶量が0.32〜0.36原子%と多くなり、平均粒径が0.426〜1.23μmと大きくなり、比誘電率が3960〜5630であったが、絶縁抵抗が1×107以下であった。 On the other hand, sample No. using only barium titanate having a Ba / Ti ratio of 1 or less. 4 and 5, the solid solution amount at a position 20 nm from the grain boundary increases as 0.32 to 0.36 atomic%, the average particle diameter increases as 0.426 to 1.23 μm, and the relative dielectric constant is 3960 to Although it was 5630, the insulation resistance was 1 × 10 7 or less.
これに対して、Ba/Ti比が1より大きいチタン酸バリウムとBa/Ti比が1以下のチタン酸バリウムとを用いた試料No.7〜18では、粒界から20nmの位置における固溶量が0.06〜0.17原子%の範囲であり、平均粒径が0.21〜0.32μmの第1結晶粒子と、粒界から20nmの位置における固溶量が0.13〜0.41原子%の範囲であり、平均粒径が0.22〜0.4μmの範囲の第2結晶粒子とが混在するものとなり、比誘電率が2930以上かつ絶縁抵抗が8×108Ω以上であり、高誘電率かつ高絶縁性が得られた。 In contrast, Sample No. of Ba / Ti ratio is greater than 1 barium titanate and Ba / Ti ratio was used and 1 less barium titanate 7 to 18, the amount of solid solution at a position 20 nm from the grain boundary is in the range of 0.06 to 0.17 atomic%, the first crystal grain having an average grain size of 0.21 to 0.32 μm, and the grain boundary To 20 nm, the solid solution amount is in the range of 0.13 to 0.41 atomic%, and the second crystal particles having an average particle diameter in the range of 0.22 to 0.4 μm coexist. The dielectric constant was 2930 or higher and the insulation resistance was 8 × 10 8 Ω or higher, and a high dielectric constant and high insulation were obtained.
特に、第1結晶粒子における上記酸化物の固溶量が0.1〜0.15原子%の範囲であるとともに平均粒径が0.271〜0.316μmであり、かつ第2結晶粒子における上記酸化物の固溶量が0.24〜0.38原子%の範囲であるとともに平均粒径が0.33〜0.39μmの範囲を満足する場合には比誘電率を3610以上、かつ絶縁抵抗が1×109Ω以上であった。 In particular, the solid solution amount of the oxide in the first crystal particles is in the range of 0.1 to 0.15 atomic%, the average particle size is 0.271 to 0.316 μm, and the above in the second crystal particles. In the case where the solid solution amount of the oxide is in the range of 0.24 to 0.38 atomic% and the average particle size satisfies the range of 0.33 to 0.39 μm, the relative dielectric constant is 3610 or more and the insulation resistance Was 1 × 10 9 Ω or more.
1 コンデンサ本体
3 誘電体層
5 結晶粒子
5a コア部
5b シェル部
5A 第1結晶粒子
5B 第2結晶粒子
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