JP6034136B2 - Capacitor - Google Patents

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Description

本発明は、チタン酸バリウムの結晶粒子を主結晶粒子とする誘電体磁器を誘電体層として用いるコンデンサに関する。   The present invention relates to a capacitor using a dielectric ceramic whose main crystal particles are barium titanate crystal particles as a dielectric layer.

近年、高輝度の青色の発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)が開発されたことにより高視認性を達成可能なフルカラーのLED表示装置とともに、LEDを発光源とする照明機器の開発が急速に進みつつある。   In recent years, with the development of high-luminance blue light-emitting diodes (LEDs), the development of lighting equipment that uses LEDs as light sources has rapidly progressed along with full-color LED display devices that can achieve high visibility. It's getting on.

このようなLEDを用いた電子機器では、AC−DCコンバータを用いて商用電源からLEDを駆動するための直流電圧を生成させる方式が採用されているが、AC−DCコンバータは、商用電源(100V)の交流電圧から所望の直流の出力電圧を生成してLEDを駆動する回路であり、このような回路に用いられる整流回路には制御回路素子としての電界効果型トランジスタ(MOSFET)とともにコンデンサが搭載されている(例えば、特許文献1を参照)。   In such an electronic device using an LED, a method of generating a DC voltage for driving the LED from a commercial power source using an AC-DC converter is adopted. However, the AC-DC converter uses a commercial power source (100V). ) Is a circuit that drives a LED by generating a desired DC output voltage from the AC voltage, and a rectifier circuit used in such a circuit is equipped with a capacitor together with a field effect transistor (MOSFET) as a control circuit element (For example, refer to Patent Document 1).

ところが、このようなLEDを用いた電子機器では、印加される電圧が高いことに加え、発光時の発熱による温度変化が大きいことから、コンデンサとして、電圧が印加された際にも高い静電容量(以下、比誘電率として表す。)を維持できるものが求められている。   However, in an electronic device using such an LED, since the applied voltage is high and the temperature change due to heat generation during light emission is large, the capacitance is high even when a voltage is applied as a capacitor. (Hereinafter, expressed as a relative dielectric constant) that can be maintained is required.

特開2011−35112号公報JP 2011-35112 A

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高温において、電圧が印加された際にも高い静電容量を維持できるコンデンサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a capacitor capable of maintaining a high capacitance even when a voltage is applied at a high temperature.

本発明のコンデンサは、チタン酸バリウムを主成分とする第1結晶粒子とジルコン酸ストロンチウムの第2結晶粒子とを含み、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウムおよびガドリニウムの群から選ばれる少なくとも1種の希土類元素(RE)を含有する誘電体磁器からなる誘電体層を備えており、前記第1結晶粒子は、粒界から20nmの深さの位置における、前記希土類元素(RE)の濃度が0.3〜0.9原子%である第1結晶群の結晶粒子と、該第1結晶群の結晶粒子よりも前記希土類元素(RE)の濃度が低く、該濃度が0〜0.5原子%である第2結晶群の結晶粒子とを有してなるとともに前記第1結晶群の結晶粒子と前記第2結晶群の結晶粒子との間の前記希土類元素(RE)の濃度が0.1〜0.7原子%であり、前記第2結晶群の結晶粒子は前記第1結晶群の結晶粒子よりも平均粒径が小さいことを特徴とする。
The capacitor of the present invention includes first crystal particles mainly composed of barium titanate and second crystal particles of strontium zirconate, and at least one rare earth selected from the group of terbium, dysprosium, holmium, erbium, and gadolinium. A dielectric layer made of a dielectric ceramic containing an element (RE), wherein the first crystal particle has a rare earth element (RE) concentration of 0.3 at a depth of 20 nm from the grain boundary; The concentration of the rare earth element (RE) is lower than the crystal particles of the first crystal group, which is ~ 0.9 atomic% , and the crystal grains of the first crystal group, and the concentration is 0 to 0.5 atomic% together comprising a crystalline particles of the second crystal group, the density difference of the rare earth element (RE) between the first crystal group of crystal grains and the second crystal group of crystal grains 0.1 0.7 atom , And the crystal grains of the second crystal group, wherein the average particle diameter is smaller than the crystal grains of the first crystal group.

本発明によれば、高温において、電圧が印加された際にも高い静電容量を維持できるコンデンサを得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a capacitor capable of maintaining a high capacitance even when a voltage is applied at a high temperature.

(a)は、本発明のコンデンサの一例を示す概略断面図であり、(b)は、図1のコンデンサを構成する誘電体層の拡大図であり、結晶粒子および粒界相を示す模式図である。(A) is a schematic sectional drawing which shows an example of the capacitor | condenser of this invention, (b) is an enlarged view of the dielectric material layer which comprises the capacitor | condenser of FIG. 1, and is the schematic diagram which shows a crystal grain and a grain boundary phase It is. (a)は、第1の結晶群を構成する結晶粒子とその内部の希土類元素(RE)の濃度勾配を表す模式図であり、(b)は、第2の結晶群を構成する結晶粒子とその内部の希土類元素(RE)の濃度勾配を表す模式図である。(A) is a schematic diagram showing the concentration gradient of the crystal grains constituting the first crystal group and the rare earth element (RE) therein, and (b) is the crystal grains constituting the second crystal group. It is a schematic diagram showing the concentration gradient of the rare earth element (RE) inside.

本実施形態のコンデンサについて、図1の概略断面図をもとに詳細に説明する。図1(a)は、本発明のコンデンサの一例を示す概略断面図であり、(b)は、図1のコンデンサを構成する誘電体層の拡大図であり、結晶粒子および粒界相を示す模式図である。図2(a)は、第1の結晶群を構成する結晶粒子とその内部の希土類元素(RE)の濃度勾配を表す模式図であり、(b)は、第2の結晶群を構成する結晶粒子とその内部の希土類元素(RE)の濃度勾配を表す模式図である。   The capacitor of this embodiment will be described in detail based on the schematic cross-sectional view of FIG. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing an example of the capacitor of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of a dielectric layer constituting the capacitor of FIG. 1, showing crystal grains and grain boundary phases. It is a schematic diagram. FIG. 2A is a schematic diagram showing the concentration gradient of the crystal grains constituting the first crystal group and the rare earth element (RE) therein, and FIG. 2B is the crystal constituting the second crystal group. It is a schematic diagram showing the density | concentration gradient of particle | grains and the rare earth element (RE) inside it.

本実施形態のコンデンサは、コンデンサ本体1の両端部に外部電極3が形成されている。外部電極3は、例えば、CuもしくはCuとNiの合金ペーストを焼き付けて形成されている。   In the capacitor of this embodiment, external electrodes 3 are formed at both ends of the capacitor body 1. The external electrode 3 is formed, for example, by baking Cu or an alloy paste of Cu and Ni.

コンデンサ本体1は、誘電体磁器からなる誘電体層5と内部電極層7とが交互に積層され構成されている。図1では誘電体層5と内部電極層7との積層状態を単純化して示しているが、本発明のコンデンサは誘電体層5と内部電極層7とが数百層にも及ぶ積層体となっている。   The capacitor body 1 is configured by alternately laminating dielectric layers 5 made of dielectric ceramics and internal electrode layers 7. In FIG. 1, the laminated state of the dielectric layer 5 and the internal electrode layer 7 is shown in a simplified manner. However, the capacitor of the present invention includes a laminated body having several hundreds of dielectric layers 5 and internal electrode layers 7. It has become.

誘電体磁器からなる誘電体層5は、結晶粒子9と粒界相11とから構成されており、その平均厚みは5μm以下、特に、3μm以下が望ましく、これにより積層セラミックコンデンサを小型、高容量化することが可能となる。なお、静電容量のばらつきの低減および容量温度特性の安定化並びに高温負荷寿命の向上という点で、誘電体層5の平均厚みは1μm以上であることが望ましい。   The dielectric layer 5 made of a dielectric ceramic is composed of crystal grains 9 and a grain boundary phase 11, and the average thickness is preferably 5 μm or less, particularly 3 μm or less. Can be realized. The average thickness of the dielectric layer 5 is preferably 1 μm or more from the viewpoint of reducing variation in capacitance, stabilizing capacitance-temperature characteristics, and improving high-temperature load life.

内部電極層7は、高積層化しても製造コストを抑制できるという点で、ニッケル(Ni)や銅(Cu)などの卑金属が望ましく、特に、本実施形態のコンデンサを構成する誘電体層5との同時焼成が図れるという点でニッケル(Ni)がより望ましい。   The internal electrode layer 7 is preferably a base metal such as nickel (Ni) or copper (Cu) in that the manufacturing cost can be suppressed even when the number of layers is increased, and in particular, the dielectric layer 5 constituting the capacitor of the present embodiment Of these, nickel (Ni) is more desirable in that it can be fired simultaneously.

本実施形態のコンデンサの誘電体層5を構成する誘電体磁器は、チタン酸バリウムを主成分とする第1結晶粒子9Aとジルコン酸ストロンチウムの第2結晶粒子9Bとを含み、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウムおよびガドリニウムの群から選ばれる少なくとも1種の希土類元素(RE)を含有する。この誘電体磁器では、チタン酸バリウムを主成分とする第1結晶粒子9Aが主結晶粒子となっている。この場合、主結晶粒子とは、X線回折によって得られたX線回折パターンの主ピークの回折強度が最も大きいものをいう。   The dielectric ceramic constituting the dielectric layer 5 of the capacitor of this embodiment includes first crystal particles 9A mainly composed of barium titanate and second crystal particles 9B of strontium zirconate, and includes terbium, dysprosium, and holmium. , At least one rare earth element (RE) selected from the group of erbium and gadolinium. In this dielectric ceramic, the first crystal particles 9A mainly composed of barium titanate are main crystal particles. In this case, the main crystal particle means a particle having the highest diffraction intensity of the main peak of the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction.

また、この第1結晶粒子9Aは、粒界から20nmの深さの位置における、希土類元素(RE)の濃度が0.1原子%以上の差を有する少なくとも2種類の結晶粒子により構成されている。   Further, the first crystal particle 9A is composed of at least two types of crystal particles having a difference of a rare earth element (RE) concentration of 0.1 atomic% or more at a position 20 nm deep from the grain boundary. .

これによりコンデンサが高温に晒されかつ直流電圧が印加される状態となっても静電容量の低下の小さいコンデンサを得ることができる。例えば、室温(25℃)において直流電圧を印加しない条件で測定された静電容量を基準にしたときに、125℃において、約25Vの直流電圧が印加されたときの静電容量の変化率(以下、高温DCバイアス特性という。)を64%以内にできる。なお、以下では、特性について説明する場合に、静電容量の代わりに比誘電率を用いる場合がある。   Thereby, even if the capacitor is exposed to a high temperature and a DC voltage is applied, a capacitor with a small decrease in capacitance can be obtained. For example, when the capacitance measured under the condition that a DC voltage is not applied at room temperature (25 ° C.) is used as a reference, the rate of change in capacitance when a DC voltage of about 25 V is applied at 125 ° C. ( Hereinafter, it is referred to as high temperature DC bias characteristics) within 64%. In the following description, when describing the characteristics, the relative permittivity may be used instead of the capacitance.

本実施形態における誘電体磁器は、上述のように、チタン酸バリウムを主成分とする第
1結晶粒子9Aとジルコン酸ストロンチウムの第2結晶粒子9Bとが共存した構成となっているが、ジルコン酸ストロンチウムを主成分とする結晶粒子(第2結晶粒子9B)を、チタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子(第1結晶粒子9A)群の粒界に共存させると、第1結晶粒子9A単独の場合に比較して、室温(25℃)よりも高い温度域(静電容量の温度特性の上限温度(例えば、85〜150℃))における絶縁抵抗を高めることができる。
As described above, the dielectric ceramic according to the present embodiment has a configuration in which the first crystal particles 9A mainly composed of barium titanate and the second crystal particles 9B of strontium zirconate coexist. When the crystal particles (second crystal particles 9B) containing strontium as a main component coexist at the grain boundaries of the group of crystal particles (first crystal particles 9A) containing barium titanate as a main component, the first crystal particles 9A alone In comparison with the case, the insulation resistance in a temperature range higher than room temperature (25 ° C.) (the upper limit temperature of the temperature characteristic of the capacitance (for example, 85 to 150 ° C.)) can be increased.

これに加えて、この誘電体磁器は、チタン酸バリウムを主成分とする第1結晶粒子9Aおよびジルコン酸ストロンチウムの第2結晶粒子9Bのうち、チタン酸バリウムを主成分とする第1結晶粒子9Aの方を、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウムおよびガドリニウムの群から選ばれる1種の希土類元素(RE)の濃度の異なる2種類の結晶粒子(ここでは符号を9a、9bとする)により構成されるものとしている。これにより高温であることに加えて、誘電体磁器に高い電圧を印加した条件においても静電容量の低下の小さい誘電体磁器を得ることができる。以下、高温において電圧を印加したときの誘電特性を高温DCバイアス特性という場合がある。   In addition, this dielectric ceramic is composed of first crystal particles 9A mainly composed of barium titanate among first crystal particles 9A mainly composed of barium titanate and second crystal particles 9B composed of strontium zirconate. Is composed of two kinds of crystal particles (here, the symbols are 9a and 9b) having different concentrations of one kind of rare earth element (RE) selected from the group of terbium, dysprosium, holmium, erbium and gadolinium It is supposed to be. Thereby, in addition to the high temperature, a dielectric ceramic with a small decrease in capacitance can be obtained even under a condition where a high voltage is applied to the dielectric ceramic. Hereinafter, the dielectric characteristics when a voltage is applied at a high temperature may be referred to as a high-temperature DC bias characteristic.

これは第1結晶粒子9Aを構成する希土類元素の濃度の異なる結晶粒子のうち、希土類元素の濃度の高い方の結晶粒子(ここでは、第1結晶群の結晶粒子9a)が、その内部の深いところまで希土類元素(RE)を含むものとなっており、このため結晶粒子の全体にわたって酸素空孔などの欠陥が少なく、これにより電圧を印加した際のキャリアの移動量が少なくなるからである。
This of concentrations of different crystal grains of the rare earth elements composing the first crystal grains 9A, higher crystal particles (in this case, the crystal grains 9a of the first binding Akiragun) concentration of the rare earth element, its internal This is because it contains rare earth elements (RE) deeply, and therefore there are few defects such as oxygen vacancies throughout the crystal grains, thereby reducing the amount of carrier movement when a voltage is applied. .

なお、第2結晶群の結晶粒子9bは、結晶粒子中に含まれる希土類元素(RE)の濃度が低いことから、結晶粒子9bの中心部は添加成分の少ない正方晶系の結晶相が支配的であり、このため高い比誘電率を維持することができる。
The crystal grain 9b of the second binding Akiragun, since the concentration of the rare earth element contained in the crystal grains (RE) is low, center crystal phase control of small additive components tetragonal crystal grains 9b Therefore, a high dielectric constant can be maintained.

ただし結晶粒子9bは、これだけでは直流電圧を印加したときの比誘電率の変化率を小さくすることは困難であるが、元々、結晶粒子9aの方が比誘電率の電圧依存性が小さくできる性質を有していることから、高い比誘電率を示す結晶粒子9bに結晶粒子9aが隣接したときにも結晶粒子9aの特性が反映されると考えられる。   However, it is difficult to reduce the rate of change of the dielectric constant when a DC voltage is applied to the crystal particle 9b alone, but the crystal particle 9a originally has the property that the voltage dependence of the dielectric constant can be reduced. Therefore, it is considered that the characteristics of the crystal particle 9a are reflected even when the crystal particle 9a is adjacent to the crystal particle 9b having a high relative dielectric constant.

このため、誘電体磁器中に、第1結晶群の結晶粒子9aよりも希土類元素(RE)の濃度の低い結晶粒子(ここでは、第2結晶群の結晶粒子9b)を有していても、第1結晶群の結晶粒子9aを有している分だけ電圧を印加した際の静電容量を高く維持することができる。
Therefore, in the dielectric ceramic, (here, the crystal grains 9b of the second binding Akiragun) concentration low crystal grains of the rare earth element than the crystal grains 9a of the first binding Akiragun (RE) have a also, it is possible to maintain a high capacitance at the time of the amount corresponding voltage having a crystal grain 9a of the first binding Akiragun applied.

これに対し、誘電体磁器を構成する結晶粒子9中に含まれる希土類元素(RE)の濃度に差が無く、粒界から20nmの深さの位置における、希土類元素(RE)の濃度について、0.1原子%以上の差を見出せないような結晶粒子群により構成されている場合には、室温(25℃)において直流電圧を印加しない条件で測定された静電容量を基準としたときに、125℃において、約25Vの直流電圧が印加されたときの静電容量の変化率が65%よりも大きくなってしまう。   On the other hand, there is no difference in the concentration of the rare earth element (RE) contained in the crystal grains 9 constituting the dielectric ceramic, and the concentration of the rare earth element (RE) at a depth of 20 nm from the grain boundary is 0. When it is composed of a group of crystal grains that cannot find a difference of 1 atomic% or more, when the capacitance measured under the condition that a DC voltage is not applied at room temperature (25 ° C.) is used as a reference, At 125 ° C., the rate of change in capacitance when a DC voltage of about 25 V is applied is greater than 65%.

なお、この誘電体磁器は、含ませる希土類元素(RE)として、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウムおよびガドリニウムを選択しているが、これらの希土類元素(RE)は、周期表にある希土類元素(RE)の中でもチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子9に固溶しやすいからである。   In this dielectric ceramic, terbium, dysprosium, holmium, erbium and gadolinium are selected as the rare earth elements (RE) to be included, but these rare earth elements (RE) are rare earth elements (RE) in the periodic table. This is because it is easy to dissolve in the crystal particles 9 mainly composed of barium titanate.

また、この誘電体磁器では、ジルコン酸ストロンチウムの第2結晶粒子9Bがハフニウム(Hf)を含んでいることが望ましい。ジルコン酸ストロンチウムにハフニウム(Hf
)を含ませると、ジルコン酸ストロンチウムの融点が上昇する。これによりチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子(第1結晶粒子9A)とジルコン酸ストロンチウムの第2結晶粒子9Bとの反応を抑制でき、これにより第1結晶粒子9Aとジルコン酸ストロンチウムの第2結晶粒子9Bとの混晶組織を形成することができる。
In this dielectric ceramic, it is desirable that the second crystal particles 9B of strontium zirconate contain hafnium (Hf). Hafnium (Hf) to strontium zirconate
) Increases the melting point of strontium zirconate. As a result, the reaction between the crystal particles (first crystal particles 9A) mainly composed of barium titanate and the second crystal particles 9B of strontium zirconate can be suppressed, whereby the second crystal particles 9A and the second strontium zirconate of the second crystal particles. A mixed crystal structure with the crystal grains 9B can be formed.

なお、ジルコン酸ストロンチウムの結晶粒子9B中のハフニウムは、走査型電子顕微鏡または透過電子顕微鏡を用いた組織観察において、EPMA(Electron Probe Micro Analysis)を用いて元素分析を行い。この場合、ハフニウム(Hf)の特性X線の強度が、
映し出されている画面のノイズレベル(ノイズレベルを画面上で平均化した値)の1.5倍以上である場合をいい、ハフニウム(Hf)の特性X線の強度が、ノイズレベルの1.5倍よりも小さい場合には、ジルコン酸ストロンチウムの結晶粒子9Bにハフニウム(Hf)は含まれないものとする。また、このような分析は、組織観察を行うための分析試料である誘電体磁器中から任意に10個のジルコン酸ストロンチウムの結晶粒子9Bを選択し、7個以上のジルコン酸ストロンチウムの結晶粒子9Bにおいてハフニウム(Hf)が含まれている場合とする。
The hafnium in the strontium zirconate crystal particles 9B was subjected to elemental analysis using EPMA (Electron Probe Micro Analysis) in the structure observation using a scanning electron microscope or a transmission electron microscope. In this case, the characteristic X-ray intensity of hafnium (Hf) is
This refers to a case where the noise level of the projected screen is 1.5 times or more of the noise level (value obtained by averaging the noise level on the screen), and the hafnium (Hf) characteristic X-ray intensity is 1.5 times the noise level. If it is smaller than twice, hafnium (Hf) is not contained in the crystal particles 9B of strontium zirconate. Further, in such an analysis, ten strontium zirconate crystal particles 9B are arbitrarily selected from dielectric ceramics, which are analysis samples for tissue observation, and seven or more strontium zirconate crystal particles 9B are selected. , In which hafnium (Hf) is included.

次に、この誘電体磁器に、バナジウム、マグネシウム、マンガンおよびイットリウムを含ませ、これらの各元素の含有量を、チタン酸バリウムを構成するチタン100モルに対して、バナジウムをV換算で0.05〜0.20モル、イットリウムをY換算で0.5〜2.0モル、マグネシウムをMgO換算で1.0〜3.0モル、マンガンをMnO換算で0.22〜0.50モルおよび希土類元素(RE)をRE換算で0.65〜2.80モルとし、また、希土類元素(RE)の濃度の異なる結晶粒子9を、粒界から20nmの深さの範囲における、希土類元素(RE)の濃度が0.02〜0.42原子%である第1結晶群の結晶粒子9aと、希土類元素(RE)の濃度が0.45〜0.70原子%である第2結晶群の結晶粒子9bとを有するものとし、これらの結晶粒子9a、9bのうち、第1結晶群の結晶粒子9aの平均粒径を0.20.5μm、第2結晶群の結晶粒子9bの平均粒径を0.10.18μmとし、第1結晶群の結晶粒子9aおよび第2結晶群の結晶粒子9bの構成比率を、誘電体磁器の研磨面の単位面積当たりに見られる、結晶粒子9aの面積をa、結晶粒子9bの面積をbとしたときの割合で、a/(a+b)を0.4〜0.7とし、さらに、X線回折チャートにおいて、チタン酸バリウムの面指数(110)の回折強度に対するジルコン酸ストロンチウムの面指数(121,002)の回折強度が0.7〜28.0%であるものとする。
Next, vanadium, magnesium, manganese, and yttrium are included in this dielectric ceramic, and the content of each element is determined in terms of V 2 O 5 with respect to 100 moles of titanium constituting barium titanate. 0.05-0.20 mol, yttrium 0.5-2.0 mol in terms of Y 2 O 3 , magnesium 1.0-3.0 mol in terms of MgO, and manganese 0.22-0 in terms of MnO .50 moles and rare earth elements (RE) in the range of 0.65 to 2.80 moles in terms of RE 2 O 3 , and crystal grains 9 having different rare earth element (RE) concentrations are 20 nm deep from the grain boundaries. In the range, the concentration of the rare earth element (RE) is 0.02 to 0.42 atomic%, the first crystal group of crystal particles 9a, and the rare earth element (RE) concentration is 0.45 to 0.70 atomic%. A second crystal Of shall have a crystal grain 9b, these crystal grains 9a, among 9b, average particle diameter 0.2 ~ 0.5 [mu] m of the crystal grains 9a of the first binding Akiragun, crystals of the second binding Akiragun the average particle diameter of the particles 9b and 0.1 ~ 0.18 [mu] m, the crystal grain 9a and the component ratio of the crystal grains 9b of the second binding Akiragun first binding Akiragun unit area of the polishing surface of the dielectric ceramic The ratio of the crystal particle 9a as seen at the center is a, and the area of the crystal particle 9b is b, and a / (a + b) is 0.4 to 0.7. Further, in the X-ray diffraction chart, It is assumed that the diffraction intensity of the surface index (121,002) of strontium zirconate with respect to the diffraction intensity of the surface index (110) of barium titanate is 0.7 to 28.0%.

誘電体磁器を上記の構成になるようにしたときには、高温DCバイアス特性に加えて、比誘電率が高く、誘電損失および比誘電率の温度変化率が小さく、かつ高温負荷寿命の信頼性に優れたコンデンサを得ることができる。例えば、室温(25℃)における比誘電率が1708以上、誘電損失が1.7%以下であり、−55〜125℃の温度範囲において室温(25℃)を基準としたときの比誘電率の変化率(以下、比誘電率の温度特性という。)が±13.7%(−55〜125℃の間では125℃における比誘電率の変化率がもっとも大きくなることから、以下、125℃における変化率を示す。)以内を満足するとともに、25℃において、直流電圧を負荷しない状態(無負荷状態)で測定した比誘電率に対して、125℃において直流電圧を印加した状態で測定した比誘電率の変化率を−43.9%以内(NPO(±0%)に近づく方向)にでき、さらには、170℃、170Vの直流電圧を印加の条件で評価される高温負荷寿命を30時間以上にすることができる。以下、高温負荷寿命と記す場合には上記の条件にて評価した高温負荷寿命のことである。   When the dielectric ceramic is configured as described above, in addition to the high temperature DC bias characteristics, the dielectric constant is high, the dielectric loss and the temperature change rate of the dielectric constant are small, and the reliability of the high temperature load life is excellent. Can be obtained. For example, the relative dielectric constant at room temperature (25 ° C.) is 1708 or more, the dielectric loss is 1.7% or less, and the relative dielectric constant when the room temperature (25 ° C.) is the reference in the temperature range of −55 to 125 ° C. The rate of change (hereinafter referred to as the temperature characteristic of the dielectric constant) is ± 13.7% (the rate of change of the dielectric constant at 125 ° C. is the largest between −55 and 125 ° C. The ratio measured with a DC voltage applied at 125 ° C. relative to the relative dielectric constant measured with no DC voltage loaded (no load) at 25 ° C. The rate of change of dielectric constant can be within -43.9% (in the direction approaching NPO (± 0%)), and the high-temperature load life evaluated under the condition of applying a DC voltage of 170 ° C. and 170V for 30 hours. To do more Can do. Hereinafter, the term “high temperature load life” refers to the high temperature load life evaluated under the above conditions.

誘電体磁器中に希土類元素(RE)の他に、マグネシウム、マンガンおよびイットリウムをそれぞれ所定量含有させた場合には、第1結晶粒子9A、第2結晶粒子9Bの表面付近にこれらの元素が固溶し、希土類元素等の成分が固溶しやすい第1結晶粒子9Aの一部をコアシェル構造を有する結晶粒子とすることが可能になる。これにより比誘電率の向上
とともに、誘電損失を小さくでき、かつ比誘電率の温度変化率の小さい誘電体磁器にすることができる。コアシェル構造は、X線回折パターンにおいて、例えば、200面の回折ピークと002面の回折ピークとの間に立方晶系に起因する回折ピーク(指数は、200、020、002が重なった状態)が現れたものであり、この立方晶系の回折ピークは正方晶系に起因する200面の回折ピークおよび002面の回折ピークと同程度の回折強度を有している。
When a predetermined amount of magnesium, manganese, and yttrium in addition to rare earth elements (RE) are contained in the dielectric ceramic, these elements are solidified near the surfaces of the first crystal particles 9A and the second crystal particles 9B. A part of the first crystal particles 9A that dissolve and easily dissolve components such as rare earth elements can be made into crystal particles having a core-shell structure. As a result, the dielectric constant can be improved, the dielectric loss can be reduced, and a dielectric ceramic having a low relative dielectric constant temperature change rate can be obtained. In the core-shell structure, in the X-ray diffraction pattern, for example, a diffraction peak (index is an overlap of 200, 020, 002) due to a cubic system between a diffraction peak of 200 planes and a diffraction peak of 002 planes. The cubic diffraction peak has a diffraction intensity comparable to that of the 200-plane diffraction peak and the 002-plane diffraction peak due to the tetragonal system.

また、この誘電体磁器の第1結晶粒子9Aを構成する結晶粒子9a、9bは、図2(a)(b)に示すように、それぞれ異なる希土類元素(RE)の濃度勾配を有し、第1結晶群の結晶粒子9aが0.03原子%/nm以下、第2結晶群の結晶粒子9bが0.05〜0.20原子%/nmであるのが良い。
Further, the crystal grains 9a and 9b constituting the first crystal grains 9A of the dielectric ceramic have different rare earth element (RE) concentration gradients as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), respectively. crystal grains 9a of 1 binding Akiragun 0.03 atomic% / nm or less, the crystal grain 9b of the second binding Akiragun is the good 0.05 to 0.20 atomic% / nm.

また、本実施形態の誘電体磁器では、希土類元素の濃度の高い結晶粒子9aの平均粒径を希土類元素の濃度の低い結晶粒子9aの平均粒径よりも大きくしているために、結晶粒子中の希土類元素の含有量を高くしても高誘電率化を図ることが可能となる。   In the dielectric ceramic according to the present embodiment, the average particle diameter of the crystal particles 9a having a high concentration of rare earth elements is larger than the average particle diameter of the crystal particles 9a having a low concentration of rare earth elements. Even if the rare earth element content is increased, the dielectric constant can be increased.

その結果、本実施形態のコンデンサは、室温(25℃)における比誘電率が1708以上でありながら、誘電損失が1.7%以下と小さく、また、高温DCバイアス特性が−43.9%以内となり、高温負荷寿命の信頼性に優れたものにできる。   As a result, the capacitor of this embodiment has a dielectric constant of not more than 1.7% and a high temperature DC bias characteristic within −43.9%, while the dielectric constant at room temperature (25 ° C.) is 1708 or more. Thus, the reliability of the high temperature load life can be improved.

この誘電体磁器において、希土類元素(RE)とは別に含有させているイットリウム(Y)は、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウムおよびガドリニウム等の元素に比べてチタン酸バリウムに対して固溶し難い元素である。このためイットリウムを主としてチタン酸バリウムを主成分とする第1結晶粒子9Aの表面付近に固溶させることができ、こうして誘電体磁器の比誘電率、誘電損失、無負荷状態および高温負荷状態での比誘電率の温度変化率、ならびに高温負荷寿命の信頼性を制御することができる。この場合、イットリウムの濃度勾配は希土類元素の含有量の異なる結晶粒子9a、9bともに0.05〜0.20原子%/nmであることが望ましい。   In this dielectric porcelain, yttrium (Y) contained separately from the rare earth element (RE) is an element that is less soluble in barium titanate than elements such as terbium, dysprosium, holmium, erbium, and gadolinium. It is. For this reason, yttrium can be dissolved in the vicinity of the surface of the first crystal particle 9A mainly composed of barium titanate, and thus the dielectric constant, dielectric loss, no-load state and high-temperature load state of the dielectric ceramics. It is possible to control the temperature change rate of the dielectric constant and the reliability of the high temperature load life. In this case, the concentration gradient of yttrium is desirably 0.05 to 0.20 atomic% / nm for both the crystal particles 9a and 9b having different rare earth element contents.

ここで、第1結晶粒子9A(結晶粒子9a、9b)中の希土類元素(RE)の濃度および濃度分布については、誘電体磁器の断面を研磨した後、透過型電子顕微鏡に付設のモニターに映し出された画像上で結晶粒子が約30個入る円を描き、円内および円周にかかった結晶粒子を選択し、元素分析機器を付設した透過型電子顕微鏡を用いて元素分析を行う。このとき選択する結晶粒子は、その輪郭から画像処理にて各粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、求めた結晶粒子の直径がおおよそ0.08〜0.60範囲にある結晶粒子9とする。分析を行うときの電子線のスポットサイズは0.5〜2nmとし、分析する箇所は結晶粒子の粒界から20nm(±1nm)の深さの位置とする。   Here, the concentration and concentration distribution of the rare earth element (RE) in the first crystal particles 9A (crystal particles 9a and 9b) are reflected on the monitor attached to the transmission electron microscope after polishing the cross section of the dielectric ceramic. On the obtained image, a circle containing about 30 crystal particles is drawn, and the crystal particles in and around the circle are selected, and elemental analysis is performed using a transmission electron microscope provided with an elemental analysis instrument. The crystal particles to be selected at this time are obtained by calculating the area of each particle by image processing from the outline, and calculating the diameter when replaced with a circle having the same area, and the calculated crystal particle diameter is approximately 0.08 to 0. The crystal grain 9 is in the 60 range. The spot size of the electron beam at the time of analysis is 0.5 to 2 nm, and the location to be analyzed is a position 20 nm (± 1 nm) deep from the grain boundary of the crystal grains.

結晶粒子の粒界から20nmの深さの位置における希土類元素(RE)の濃度を求めるときは、結晶粒子の粒界から18〜22nmの範囲のほぼ中心部に電子線を当てて、得られたX線の出力から結晶粒子に含まれる主要な元素の量を100原子%として求め、この中から希土類元素(RE)の割合を求める。ここで主要な元素としては、例えば、バリウム(Ba)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、マグネシウム(Mg)、マンガン(Mn)および希土類元素(RE)が挙げられる。この後、各結晶粒子についてそれぞれ希土類元素(RE)の濃度を求めることにより第1の結晶群の結晶粒子9aと第2の結晶群の結晶粒子9bとを決定する。   When the concentration of the rare earth element (RE) at a position 20 nm deep from the grain boundary of the crystal grain was obtained, it was obtained by irradiating an electron beam almost at the center in the range of 18 to 22 nm from the grain boundary of the crystal grain. The amount of main elements contained in crystal grains is determined from the output of X-rays as 100 atomic%, and the ratio of rare earth elements (RE) is determined from this amount. Here, examples of main elements include barium (Ba), titanium (Ti), vanadium (V), magnesium (Mg), manganese (Mn), and rare earth elements (RE). Thereafter, the crystal particle 9a of the first crystal group and the crystal particle 9b of the second crystal group are determined by determining the concentration of the rare earth element (RE) for each crystal particle.

次に、希土類元素(RE)の濃度勾配を求めるときは、粒界付近から中央部の中心の位置までの範囲で、その中心へ向けて引いた直線上のほぼ等間隔に位置する点とし、粒界付
近と、粒界からおおよそ20nmおよび200nmの深さ(図2(a)(b)にdと記す)において分析した値から求める。この場合、結晶粒子の粒界(0〜1nm)における希土類元素(RE)の濃度からそれぞれ深さ19〜21nmおよび195〜205nmにおける希土類元素(RE)の濃度を引いた値(希土類元素の濃度)を、その分析した範囲(例えば、20nm−0nm=20nm、200nm−0nm=200nm)の距離で除して濃度勾配を求める。
Next, when determining the concentration gradient of the rare earth element (RE), the points are located at substantially equal intervals on a straight line drawn toward the center in the range from the vicinity of the grain boundary to the center position of the central part, and near the grain boundary is obtained from the values analyzed in approximately 20nm and 200nm in depth from the grain boundary (referred to as d G in FIG. 2 (a) (b)) . In this case, the value obtained by subtracting the rare earth element (RE) concentration at a depth of 19 to 21 nm and 195 to 205 nm from the concentration of the rare earth element (RE) at the grain boundary (0 to 1 nm) of the crystal grain (concentration of the rare earth element). Is divided by the distance of the analyzed range (for example, 20 nm-0 nm = 20 nm, 200 nm-0 nm = 200 nm) to obtain a concentration gradient.

本実施形態のコンデンサを構成する誘電体磁器は、上述のように、第1結晶粒子9Aとして、第1結晶群を構成する結晶粒子9aと第2結晶群を構成する結晶粒子9bとを有するものであるが、その割合としては、単位面積当たりに見られる、第1結晶群を構成する結晶粒子9aの面積をa、第2結晶群を構成する結晶粒子9bの面積をbとしたときに、a/(a+b)が0.4〜0.7であり、また、第1結晶群を構成する結晶粒子9aおよ
び第2結晶群を構成する結晶粒子9bの平均粒径はそれぞれ0.2〜0.5μmおよび0.10〜0.18μmであることが望ましいものである。
Dielectric ceramic constituting the capacitor of the present embodiment, as described above, as the first crystal grains 9A, and a crystal grain 9b that constitute the crystal grains 9a and the second binding Akiragun constituting the first binding Akiragun but those having, as its proportion, seen in per unit area, and a the area of the crystal grains 9a constituting the first binding Akiragun, the area of crystal grains 9b constituting the second binding Akiragun b when, a / (a + b) is 0.4 to 0.7, the average grain size of crystal grains 9b constituting the crystal grains 9a and the second binding Akiragun constituting the first binding Akiragun is It is desirable that they are 0.2 to 0.5 μm and 0.10 to 0.18 μm, respectively.

また、第2結晶粒子9Bは常誘電性であることから、強誘電性である第1結晶粒子9Aが持つ高誘電率等の利点を抑えてしまわないという理由から第1結晶粒子9Aよりも小さいことが望ましく、そのサイズとしては0.1〜0.2μmであることが好ましい。   In addition, since the second crystal particle 9B is paraelectric, it is smaller than the first crystal particle 9A because the advantages such as the high dielectric constant of the first crystal particle 9A having ferroelectricity cannot be suppressed. Desirably, the size is preferably 0.1 to 0.2 μm.

なお、チタン酸バリウムの(110)面の回折強度と、ジルコン酸ストロンチウムの(121)面および(002)面からなる回折強度の比の測定は、Cukαの管球を備えたX線回折装置を用いて、角度2θ=25〜35°の範囲で測定し、ピーク強度の比から求める。   The ratio of the diffraction intensity of the (110) plane of barium titanate and the diffraction intensity of the (121) plane and the (002) plane of strontium zirconate was measured using an X-ray diffractometer equipped with a Cukα tube. The angle is measured in the range of 2θ = 25 to 35 ° and obtained from the ratio of peak intensities.

また、第1結晶粒子9Aおよび第2結晶粒子9Bのそれぞれの平均粒径は、誘電体磁器の断面を研磨(イオンミリング)した研磨面について、透過電子顕微鏡にて映し出されている画像をコンピュータに取り込んで、その画像上に存在する結晶粒子の輪郭を画像処理し、各粒子の面積を求めて、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、算出した結晶粒子30個の平均値より求める。なお、第1結晶粒子9Aについて、希土類元素の濃度の異なる各結晶粒子9a、9bの平均粒径を求めるときには、先に結晶粒子中から希土類元素(RE)の濃度を求めた結果に基づいて結晶粒子9aと結晶粒子9bとを区別し、それぞれ平均値を求めて結晶粒子9a、9bの平均粒径を求める。   In addition, the average particle diameter of each of the first crystal particles 9A and the second crystal particles 9B is obtained by using an image projected by a transmission electron microscope on a polished surface obtained by polishing (ion milling) a cross section of the dielectric ceramic. The image is processed by processing the outline of the crystal particles present on the image, the area of each particle is obtained, the diameter when replaced with a circle having the same area is calculated, and the average value of the calculated 30 crystal particles is calculated. Ask more. When the average particle size of the crystal particles 9a and 9b having different rare earth element concentrations is determined for the first crystal particles 9A, the crystal based on the result of previously determining the rare earth element (RE) concentration from the crystal particles. The particles 9a and the crystal particles 9b are distinguished from each other, and an average value is obtained to obtain the average particle size of the crystal particles 9a and 9b.

また、第1結晶群を構成する結晶粒子9aおよび第2結晶群を構成する結晶粒子9bの合計の面積に対する第1の結晶群を構成する結晶粒子9aの面積割合は、上記平均粒径を求める際に用いたデータを使って算出する。
The area ratio of the crystal grains 9a constituting the first crystal group to the total area of crystal grains 9b constituting the crystal grains 9a and the second binding Akiragun constituting the first binding Akiragun, said average particle size Calculate using the data used to determine

本実施形態のコンデンサでは、誘電体磁器の組成が、チタン酸バリウムを構成するチタン100モルに対して、マンガンの含有量がMnO換算で0.30〜0.50モルであると、25℃に対して125℃における無負荷(電圧0V)状態での比誘電率の変化率を−13.5%以内にすることができる。   In the capacitor of this embodiment, the composition of the dielectric ceramic is 25 ° C. when the manganese content is 0.30 to 0.50 mol in terms of MnO with respect to 100 mol of titanium constituting barium titanate. On the other hand, the change rate of the relative dielectric constant in the no-load state (voltage 0 V) at 125 ° C. can be made within −13.5%.

また、本実施形態のコンデンサの場合、誘電体磁器中に含まれる希土類元素(RE)をガドリニウム(Gd)にすると、他の希土類元素(RE)を用いたときに比べて、無負荷状態および高温負荷状態での比誘電率の温度変化率を小さくできるとともに、室温(25℃)における比誘電率および高温負荷寿命を向上させることができる。   Further, in the case of the capacitor according to the present embodiment, when the rare earth element (RE) contained in the dielectric ceramic is gadolinium (Gd), compared with the case where other rare earth elements (RE) are used, the no-load state and the high temperature are increased. While the temperature change rate of the relative permittivity in the loaded state can be reduced, the relative permittivity and the high temperature load life at room temperature (25 ° C.) can be improved.

また、本実施形態のコンデンサでは、所望の誘電特性を維持できる範囲であれば、前記した成分以外に他の成分を含んでいてもよく、例えば、焼結性を高めるための助剤としてガラス成分や他の添加成分を誘電体磁器中に0.5〜2質量%の割合で含有させることが
可能である。
Further, in the capacitor according to the present embodiment, other components may be included in addition to the above-described components as long as desired dielectric characteristics can be maintained. For example, a glass component as an auxiliary agent for enhancing sinterability. And other additive components can be contained in the dielectric ceramic in a proportion of 0.5 to 2% by mass.

次に、本実施形態のコンデンサを製造する方法について説明するが、以下に記載する製造方法は一例であり、この方法のみに限定されるものではない。まず、原料粉末として、チタン酸バリウム粉末(純度が99質量%以上、以下、BT粉末という。)およびジルコン酸ストロンチウム粉末(以下、SZ粉末という。)を準備する。この場合、SZ粉末中にはハフニウム(Hf)をZrサイトの置換量として0.1〜10モル%含有しているものを用いることが望ましい。また、添加剤として、Tb粉末、Dy粉末、Ho粉末、Er粉末およびGd粉末の群から選ばれる少なくとも1種とを準備する。 Next, a method for manufacturing the capacitor of the present embodiment will be described. However, the manufacturing method described below is an example, and the method is not limited to this method. First, barium titanate powder (purity 99% by mass or more, hereinafter referred to as BT powder) and strontium zirconate powder (hereinafter referred to as SZ powder) are prepared as raw material powders. In this case, it is desirable to use the SZ powder containing hafnium (Hf) in an amount of 0.1 to 10 mol% as the substitution amount of Zr sites. Further, as additives, Tb 4 O 7 powder, Dy 2 O 3 powder, Ho 2 O 3 powder, to prepare at least one selected from Er 2 O 3 powder and Gd 2 O 3 powder group.

原料粉末の平均粒径はいずれも0.10〜0.35μm、特に0.15〜0.30μmであることが望ましい。添加剤であるTb粉末、Dy粉末、Ho粉末、Er粉末およびGd粉末についても、平均粒径は原料粉末と同等、もしくはそれ以下のものを用いることが好ましい。 The average particle diameter of the raw material powder is preferably 0.10 to 0.35 μm, particularly 0.15 to 0.30 μm. The additive Tb 4 O 7 powder, Dy 2 O 3 powder, Ho 2 O 3 powder, Er 2 O 3 powder and Gd 2 O 3 powder also have an average particle size equal to or less than that of the raw material powder. Is preferably used.

また、誘電特性をより高めるという理由から、場合によっては、添加剤として、V粉末、MgO粉末、MnCO粉末およびY粉末を準備する。この場合も平均粒径は原料粉末と同等もしくはそれ以下であるのが良い。 In addition, for the reason of further improving the dielectric characteristics, V 2 O 5 powder, MgO powder, MnCO 3 powder and Y 2 O 3 powder are prepared as additives in some cases. Also in this case, the average particle diameter is preferably equal to or less than that of the raw material powder.

次いで、これらの原料粉末を用いてスラリーを調製するが、本実施形態のコンデンサを製造する場合には、誘電体磁器を形成するために用いる原料粉末の全量のうち、焼成後に第2の結晶群の結晶粒子9aを形成する比率に相当する分量を予め小分けし、小分けした原料粉末に、添加する希土類元素(RE)の酸化物粉末のうち、こちらも小分けした原料粉末の比率に相当するモル比の希土類元素(RE)を添加し、コーティング処理を行う。コーティング処理はそれぞれ所定量の原料粉末と希土類元素(RE)の酸化物粉末とを混合した後、450〜800℃の温度での仮焼による。   Next, a slurry is prepared using these raw material powders. When the capacitor of the present embodiment is manufactured, the second crystal group after firing out of the total amount of the raw material powders used for forming the dielectric ceramic. The amount corresponding to the ratio of forming the crystal particles 9a is previously subdivided and the molar ratio corresponding to the ratio of the subdivided raw material powder among the rare earth element (RE) oxide powder added to the subdivided raw material powder. The rare earth element (RE) is added and coating is performed. The coating process is performed by calcining at a temperature of 450 to 800 ° C. after mixing a predetermined amount of raw material powder and rare earth element (RE) oxide powder.

次に、希土類元素(RE)の酸化物粉末をコーティング処理したBT粉末(以下、被覆粉末という。)と、希土類元素(RE)の酸化物粉末をコーティング処理していない残りのBT粉末と、残りの希土類元素(RE)の酸化物粉末と、SZ粉末とを混合して誘電体粉末を調製する。このとき、さらに、V粉末、MgO粉末、MnCO粉末およびY粉末等の添加剤粉末をそれぞれ所定量添加してもよい。 Next, a BT powder coated with a rare earth element (RE) oxide powder (hereinafter referred to as a coating powder), a remaining BT powder not coated with a rare earth element (RE) oxide powder, A rare earth element (RE) oxide powder and an SZ powder are mixed to prepare a dielectric powder. At this time, additive powders such as V 2 O 5 powder, MgO powder, MnCO 3 powder, and Y 2 O 3 powder may be added in predetermined amounts.

次に、上記のように配合して調製した誘電体粉末に専用の有機ビヒクルを加えてセラミックスラリを調製し、次いで、ドクターブレード法やダイコータ法などのシート成形法を用いてセラミックグリーンシートを形成する。この場合、セラミックグリーンシートの厚みは誘電体層5の高容量化のための薄層化、高絶縁性を維持するという点で1〜6μmが好ましい。   Next, a ceramic slurry is prepared by adding a special organic vehicle to the dielectric powder prepared as described above, and then a ceramic green sheet is formed using a sheet forming method such as a doctor blade method or a die coater method. To do. In this case, the thickness of the ceramic green sheet is preferably 1 to 6 μm from the viewpoint of reducing the thickness of the dielectric layer 5 to increase the capacity and maintaining high insulation.

次に、得られたセラミックグリーンシートの主面上に矩形状の内部電極パターンを印刷して形成する。内部電極パターンとなる導体ペーストはNi、Cuもしくはこれらの合金粉末が好適である。   Next, a rectangular internal electrode pattern is printed and formed on the main surface of the obtained ceramic green sheet. Ni, Cu, or an alloy powder thereof is suitable for the conductor paste that forms the internal electrode pattern.

次に、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを所望枚数重ねて、その上下に内部電極パターンを形成していないセラミックグリーンシートを複数枚、上下層が同じ枚数になるように重ねてシート積層体を形成する。この場合、シート積層体中における内部電極パターンは、長手方向に半パターンずつずらしてある。   Next, stack the desired number of ceramic green sheets with internal electrode patterns, and stack multiple ceramic green sheets without internal electrode patterns on the top and bottom so that the upper and lower layers are the same number. Form the body. In this case, the internal electrode pattern in the sheet laminate is shifted by a half pattern in the longitudinal direction.

次に、シート積層体を格子状に切断して、内部電極パターンの端部が露出するようにコ
ンデンサ本体成形体を形成する。このような積層工法により、切断後のコンデンサ本体成形体の端面に内部電極パターンが交互に露出されるように形成できる。
Next, the sheet laminate is cut into a lattice shape to form a capacitor body molded body so that the end of the internal electrode pattern is exposed. By such a laminating method, the internal electrode pattern can be formed so as to be alternately exposed on the end surface of the cut capacitor body molded body.

次に、コンデンサ本体成形体を脱脂した後焼成する。焼成温度は、本実施形態におけるBCT粉末および被覆粉末への添加剤の固溶と結晶粒子の粒成長を抑制するという理由から1200〜1300℃が好ましい。   Next, the capacitor body molded body is degreased and fired. The firing temperature is preferably 1200 to 1300 ° C. because the solid solution of the additive in the BCT powder and the coating powder and the grain growth of the crystal particles are suppressed in this embodiment.

また、焼成後に、再度、弱還元雰囲気にて熱処理を行う。この熱処理は還元雰囲気中での焼成において還元された誘電体磁器を再酸化し、焼成時に還元されて低下した絶縁抵抗を回復するために行うものである。その温度は結晶粒子9の粒成長を抑えつつ再酸化量を高めるという理由から900〜1100℃が好ましい。こうして高温負荷状態においても比誘電率の温度変化率の小さい誘電体磁器を得ることができる。   Moreover, after baking, it heat-processes in a weak reducing atmosphere again. This heat treatment is performed to reoxidize the dielectric ceramic reduced in firing in a reducing atmosphere and recover the insulation resistance reduced and reduced during firing. The temperature is preferably 900 to 1100 ° C. for the purpose of increasing the amount of reoxidation while suppressing the grain growth of the crystal grains 9. In this way, a dielectric ceramic having a small relative dielectric constant temperature change rate can be obtained even in a high temperature load state.

次に、このコンデンサ本体1の対向する端部に、外部電極ペーストを塗布して焼付けを行い外部電極3を形成する。また、この外部電極3の表面には実装性を高めるためにメッキ膜を形成しても構わない。   Next, an external electrode paste is applied to the opposing ends of the capacitor body 1 and baked to form the external electrodes 3. Further, a plating film may be formed on the surface of the external electrode 3 in order to improve mountability.

以下、実施例を挙げて本発明のコンデンサを詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although an example is given and a capacitor of the present invention is explained in detail, the present invention is not limited to the following examples.

まず、原料粉末として、BT粉末およびSZ粉末(Hfの含有量はZrサイトに0.5モル%置換されたもの)を準備した。また、添加剤として、V粉末と、MgO粉末と、MnCO粉末と、Y粉末と、Tb粉末、Dy粉末、Ho粉末、Er粉末およびGd粉末の群から選ばれる少なくとも1種の希土類元素(RE)の酸化物粉末(以下、希土類元素の酸化物粉末という。)とを準備した。次いで、これらの各種粉末を以下の手順で混合して、誘電体粉末の組成が最終的に表1および表2に示す割合になるよう調製した。これらの原料粉末は純度が99.9質量%のものを用いた。BT粉末およびSZ粉末は平均粒径がいずれも0.2μmのものを用いた。V粉末、MgO粉末、MnCO粉末、Y粉末、希土類元素の酸化物粉末は平均粒径が約0.1μmのものを用いた。BT粉末のBa/Ti比およびSZ粉末のSr/Zr比はいずれも1とした。 First, as raw material powders, BT powder and SZ powder (Hf content was substituted by 0.5 mol% for Zr sites) were prepared. Further, as additives, V 2 O 5 powder, MgO powder, MnCO 3 powder, Y 2 O 3 powder, Tb 4 O 7 powder, Dy 2 O 3 powder, Ho 2 O 3 powder, Er 2 O 3 powders and at least one rare earth element (RE) oxide powder selected from the group of Gd 2 O 3 powder (hereinafter referred to as rare earth element oxide powder) were prepared. Next, these various powders were mixed by the following procedure to prepare the dielectric powder so that the composition finally had the ratios shown in Tables 1 and 2. These raw material powders having a purity of 99.9% by mass were used. Both BT powder and SZ powder used had an average particle size of 0.2 μm. V 2 O 5 powder, MgO powder, MnCO 3 powder, Y 2 O 3 powder, and rare earth element oxide powder having an average particle diameter of about 0.1 μm were used. The Ba / Ti ratio of the BT powder and the Sr / Zr ratio of the SZ powder were both 1.

原料粉末に希土類元素の酸化物粉末をコーティング処理して付着させた粉末(以下、被覆粉末という。)を調製する場合には、用いるBT粉末および希土類元素の酸化物粉末の全量のうち、誘電体磁器中に形成する第1の結晶群の結晶粒子の割合に応じた原料粉末の分量と、この小分けした原料粉末の比率に対応する割合の希土類元素の酸化物粉末をそれぞれ秤量し、これらの粉末をボールミルを用いて混合した後、セラミックス製の容器に入れ、500℃、1時間の熱処理を行った。こうして被覆粉末を調製した。   In the case of preparing a powder (hereinafter referred to as a coating powder) in which a raw material powder is coated with a rare earth element oxide powder, the dielectric material is used out of the total amount of the BT powder and the rare earth element oxide powder to be used. The amount of the raw material powder corresponding to the proportion of the crystal particles of the first crystal group formed in the porcelain and the proportion of the rare earth element oxide powder corresponding to the proportion of the subdivided raw material powder are respectively weighed, and these powders Were mixed using a ball mill, and then placed in a ceramic container and subjected to heat treatment at 500 ° C. for 1 hour. A coated powder was thus prepared.

次に、被覆粉末に、残りの原料粉末と、残りの希土類元素の酸化物粉末と、場合によっては、V粉末と、MgO粉末と、MnCO粉末と、Y粉末とを添加して誘電体粉末を調製した。この場合、被覆粉末と希土類元素(RE)の酸化物を被覆していない原料粉末との混合比は、被覆粉末が第1の結晶群の結晶粒子に対応し、また、BT粉末が第2の結晶群の結晶粒子に対応するように、表3および表4のa/(a+b)比になるようにした。 Next, the remaining raw material powder, the remaining rare earth element oxide powder, and optionally the V 2 O 5 powder, the MgO powder, the MnCO 3 powder, and the Y 2 O 3 powder are added to the coating powder. A dielectric powder was prepared by addition. In this case, the mixing ratio between the coating powder and the raw material powder not coated with the rare earth element (RE) oxide is such that the coating powder corresponds to the crystal particles of the first crystal group, and the BT powder has the second ratio. The a / (a + b) ratios in Tables 3 and 4 were set so as to correspond to the crystal grains of the crystal group.

焼結助剤はSiO=55、BaO=20、CaO=15、LiO=10(モル%)組成のガラス粉末を用いた。ガラス粉末の添加量はBCT粉末100質量部に対して1質量部とした。 As the sintering aid, glass powder having a composition of SiO 2 = 55, BaO = 20, CaO = 15, and Li 2 O = 10 (mol%) was used. The addition amount of the glass powder was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the BCT powder.

次に、これらの原料粉末を直径5mmのジルコニアボールを用いて、溶媒としてトルエンとアルコールとの混合溶媒を添加し湿式混合した。湿式混合した粉末にポリビニルブチラール樹脂およびトルエンとアルコールの混合溶媒を添加し、同じく直径5mmのジルコニアボールを用いて湿式混合しセラミックスラリを調製し、ドクターブレード法により厚み2μmのセラミックグリーンシートを作製した。   Next, these raw material powders were wet mixed by adding a mixed solvent of toluene and alcohol as a solvent using zirconia balls having a diameter of 5 mm. A polyvinyl butyral resin and a mixed solvent of toluene and alcohol were added to the wet-mixed powder, and wet-mixed using a zirconia ball having a diameter of 5 mm to prepare a ceramic slurry. A ceramic green sheet having a thickness of 2 μm was prepared by a doctor blade method. .

このセラミックグリーンシートの上面にNiを主成分とする矩形状の内部電極パターンを複数形成した。内部電極パターンに用いた導体ペーストは、Ni粉末は平均粒径0.3μmのものを、共材としてグリーンシートに用いたBCT粉末をNi粉末100質量部に対して30質量部添加した。   A plurality of rectangular internal electrode patterns mainly containing Ni were formed on the upper surface of the ceramic green sheet. The conductor paste used for the internal electrode pattern was Ni powder having an average particle size of 0.3 μm, and 30 parts by mass of BCT powder used for a green sheet as a co-material with respect to 100 parts by mass of Ni powder.

次に、内部電極パターンを印刷したセラミックグリーンシートを300枚積層し、その上下面に内部電極パターンを印刷していないセラミックグリーンシートをそれぞれ20枚積層し、プレス機を用いて温度60℃、圧力10Pa、時間10分の条件で一括積層し、所定の寸法に切断して積層成形体を形成した。 Next, 300 ceramic green sheets on which internal electrode patterns were printed were laminated, and 20 ceramic green sheets on which the internal electrode patterns were not printed were laminated on the upper and lower surfaces, respectively, using a press machine at a temperature of 60 ° C. and pressure Lamination was performed under the conditions of 10 7 Pa and time 10 minutes, and cut into predetermined dimensions to form a laminated molded body.

得られた積層成形体を10℃/hの昇温速度で大気中で300℃にて脱バインダ処理を行い、同じ昇温速度で加熱した後、500℃からの昇温速度を300℃/hとし、水素−窒素中、1250℃で2時間焼成し、次いで、300℃/hの降温速度で1000℃まで冷却した後、窒素雰囲気中1000℃で4時間の加熱処理(再酸化処理)を施し、300℃/hの降温速度で冷却してコンデンサ本体を作製した。このコンデンサ本体のサイズは積層セラミックコンデンサの型式で3216型に適合するサイズとした。誘電体層の平均厚みは3.6μm、内部電極層の1層の有効面積は3.54mmであった。ここで、有効面積とは、コンデンサ本体の異なる方向の端面に露出するように形成される内部電極層同士が重なる面積のことである。 The obtained laminated molded body was subjected to binder removal treatment at 300 ° C. in the atmosphere at a temperature rising rate of 10 ° C./h, heated at the same temperature rising rate, and then heated from 500 ° C. to 300 ° C./h. Then, after baking at 1250 ° C. for 2 hours in hydrogen-nitrogen, and then cooling to 1000 ° C. at a temperature drop rate of 300 ° C./h, heat treatment (reoxidation treatment) is performed at 1000 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. The capacitor body was manufactured by cooling at a temperature decrease rate of 300 ° C./h. The size of the capacitor body is a size of a multilayer ceramic capacitor that is compatible with the 3216 type. The average thickness of the dielectric layer was 3.6 μm, and the effective area of one internal electrode layer was 3.54 mm 2 . Here, the effective area is an area where internal electrode layers formed so as to be exposed at end faces in different directions of the capacitor body overlap.

なお、試料No.19〜26および試料No.76〜83は、0.05〜0.60μmの範囲で平均粒径の異なるBT粉末と被覆粉末とを混合して調製したものである。また、試料No.36および試料No.88については、希土類元素の酸化物粉末の全量を後添加(コーティング処理に用いたもの無し)して調製したものである。試料No.37および試料No.89は、全量の希土類元素の酸化物粉末と全量の原料粉末とを混合して被覆粉末を調製し、これにV粉末と、MgO粉末と、MnCO粉末と、Y粉末と、焼結助剤とを添加したものである。試料No.38および試料No.90は、平均粒径が0.1μmの原料粉末を用いて調製した被覆粉末と、平均粒径が0.45μmの原料粉末とを混合して調製したものである。試料No.39および試料No.91は、被覆粉末を調製する原料粉末として平均粒径が0.2μmの用い、後添加する原料粉末(表1、表2において第1の結晶群の結晶粒子に対応する結晶粒子)として平均粒径が50nmのものを用いたものである。試料No.40、41、46〜48は、本焼成する際の500℃から最高温度までの昇温速度を変更したものであり、試料No.40は1000℃/h、試料No.41は1500℃/h、試料No.46は1300℃/h、試料No.47は150℃/hおよび試料No.48は1900℃/hである。 Sample No. 19-26 and sample no. Nos. 76 to 83 are prepared by mixing BT powder and coating powder having different average particle diameters in the range of 0.05 to 0.60 μm. Sample No. 36 and sample no. No. 88 was prepared by post-adding the total amount of rare earth oxide powder (no coating used). Sample No. 37 and Sample No. 89 is a coating powder prepared by mixing the total amount of rare earth element oxide powder and the total amount of raw material powder, to which V 2 O 5 powder, MgO powder, MnCO 3 powder, and Y 2 O 3 powder are prepared. And a sintering aid. Sample No. 38 and Sample No. No. 90 is prepared by mixing a coating powder prepared using a raw material powder having an average particle size of 0.1 μm and a raw material powder having an average particle size of 0.45 μm. Sample No. 39 and sample no. 91 is an average particle diameter as a raw material powder for preparing a coating powder having an average particle diameter of 0.2 μm, and a post-added raw material powder (a crystal particle corresponding to the crystal particles of the first crystal group in Tables 1 and 2). The one with a diameter of 50 nm is used. Sample No. Nos. 40, 41, and 46 to 48 are obtained by changing the heating rate from 500 ° C. to the maximum temperature during the main firing. 40 is 1000 ° C./h, sample no. 41 is 1500 ° C./h. 46 is 1300 ° C./h. 47 is 150 ° C./h and sample no. 48 is 1900 ° C./h.

また、試料No.92、93、98〜100も本焼成する際の500℃から最高温度までの昇温速度を変更したものであり、試料No.92は1000℃/h、試料No.93は1500℃/h、試料No.98は1300℃/h、試料No.99は150℃/hおよび試料No.100は1900℃/hである。   Sample No. Nos. 92, 93 and 98 to 100 are also obtained by changing the heating rate from 500 ° C. to the maximum temperature during the main firing. 92 is 1000 ° C./h. 93 is 1500 ° C./h. 98 is 1300 ° C./h. 99 is 150 ° C./h and sample no. 100 is 1900 ° C./h.

試料No.49、101は、被覆粉末となる原料粉末として平均粒径が50nmの原料粉末を用いたものである。   Sample No. Nos. 49 and 101 are raw material powders having an average particle size of 50 nm as raw material powders to be coated powders.

試料No.50〜53は、被覆粉末を調製する際の仮焼温度を変更したものであり、試料No.50は450℃、試料No.51は650℃、試料No.52は300℃および試料No.53は950℃である。   Sample No. Nos. 50 to 53 are obtained by changing the calcining temperature when preparing the coating powder. 50 is 450 ° C., sample no. 51 is 650 ° C., sample No. 52 is 300 ° C. and sample no. 53 is 950 degreeC.

試料No.102〜105も被覆粉末を調製する際の仮焼温度を変更したものであり、試料No.102は450℃、試料No.103は650℃、試料No.104は300℃および試料No.105は950℃である。   Sample No. Nos. 102 to 105 are obtained by changing the calcining temperature when preparing the coating powder. 102 is 450 ° C., sample no. 103 is 650 ° C., sample no. 104 is 300 ° C. and sample no. 105 is 950 degreeC.

次に、焼成したコンデンサ本体をバレル研磨した後、コンデンサ本体の両端部にCu粉末とガラスを含んだ外部電極ペーストを塗布し、850℃で焼き付けを行い外部電極を形成した。その後、電解バレル機を用いて、この外部電極の表面に、順にNiメッキ及びSnメッキを行い、積層型のコンデンサを作製した。
<評価>
得られた積層セラミックコンデンサについて以下の評価を行った。ここで、比誘電率、誘電損失、静電容量の温度特性の評価はいずれも試料数10個とし、その平均値を求めた。
(1)比誘電率
静電容量を温度25℃、周波数1.0kHz、測定電圧1Vrmsの測定条件で測定し、得られた静電容量から誘電体層の厚み、内部電極層の全層の有効面積の和および真空の誘電率をもとに換算して求めた。
(2)誘電損失
静電容量と同条件で測定した。
(3)比誘電率の温度特性
静電容量を温度125℃で測定して25℃のときの静電容量に対する変化率を求めた。また、25Vの直流電圧を印加して、125℃での静電容量を測定し、無負荷(DC=0V)状態で25℃のときの静電容量に対する変化率を求めた(以下、高温負荷状態での比誘電率の温度変化率という。)。
(4)高温負荷試験
温度170℃において、印加電圧170Vの条件で行った。高温負荷試験での試料数は各試料30個とし、故障確率が50%に達したときの時間である平均故障時間を調べた。(5)結晶粒子中の希土類元素(RE)の濃度、濃度勾配および結晶粒子比(a/(a+b))ならびに結晶粒子の平均粒径の測定
結晶粒子中の希土類元素(RE)の濃度については、誘電体磁器の断面を研磨した後、透過型電子顕微鏡に付設のモニターに映し出された画像上で結晶粒子が約30個入る円を描き、円内および円周にかかった結晶粒子を選択し、元素分析機器を付設した透過型電子顕微鏡を用いて元素分析を行った。なお、本実施例では、結晶粒子が約30個入る円を単位面積とした。このとき選択する結晶粒子は、その輪郭から画像処理にて各粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、求めた結晶粒子の直径がおおよそ0.08〜0.60範囲にある結晶粒子とした。分析を行うときの電子線のスポットサイズは0.5〜2nmとし、分析する箇所は、結晶粒子の粒界から20nm(±1nm)の深さの位置とした。具体的に結晶粒子中の希土類元素(RE)の濃度を求めるときには、結晶粒子の粒界から18〜22nmの範囲の位置に電子線を当てて、得られたX線の出力から結晶粒子に含まれる主要な元素(バリウム(Ba)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、マグネシウム(Mg)、マンガン(Mn)および希土類元素(RE))の量を100原子%として求め、この中から希土類元素(RE)の割合を求めた。
Next, the fired capacitor body was barrel-polished, and then an external electrode paste containing Cu powder and glass was applied to both ends of the capacitor body and baked at 850 ° C. to form external electrodes. Thereafter, using an electrolytic barrel machine, Ni plating and Sn plating were sequentially performed on the surface of the external electrode to produce a multilayer capacitor.
<Evaluation>
The obtained multilayer ceramic capacitor was evaluated as follows. Here, the evaluation of the temperature characteristics of the relative permittivity, dielectric loss, and capacitance was all 10 samples, and the average value was obtained.
(1) Relative permittivity The capacitance is measured under the measurement conditions of a temperature of 25 ° C., a frequency of 1.0 kHz, and a measurement voltage of 1 Vrms. From the obtained capacitance, the thickness of the dielectric layer and the effectiveness of all layers of the internal electrode layer are measured. It was calculated based on the sum of areas and the dielectric constant of vacuum.
(2) Dielectric loss It measured on the same conditions as an electrostatic capacitance.
(3) Temperature characteristics of relative permittivity The capacitance was measured at a temperature of 125 ° C., and the rate of change relative to the capacitance at 25 ° C. was determined. In addition, by applying a DC voltage of 25 V, the capacitance at 125 ° C. was measured, and the rate of change with respect to the capacitance at 25 ° C. in a no-load (DC = 0 V) state was obtained (hereinafter referred to as high temperature load). This is called the temperature change rate of the relative permittivity in the state.
(4) High-temperature load test The test was performed at a temperature of 170 ° C. under an applied voltage of 170V. The number of samples in the high-temperature load test was 30 samples, and the average failure time, which was the time when the failure probability reached 50%, was examined. (5) Measurement of rare earth element (RE) concentration, concentration gradient and crystal particle ratio (a / (a + b)) in crystal particles and average particle diameter of crystal particles About the concentration of rare earth element (RE) in crystal particles After polishing the cross section of the dielectric porcelain, draw a circle containing about 30 crystal particles on the image projected on the monitor attached to the transmission electron microscope, and select the crystal particles that fall within and around the circle. Elemental analysis was performed using a transmission electron microscope equipped with elemental analysis equipment. In this embodiment, a unit area is a circle containing about 30 crystal grains. The crystal particles to be selected at this time are obtained by calculating the area of each particle by image processing from the outline, and calculating the diameter when replaced with a circle having the same area, and the calculated crystal particle diameter is approximately 0.08 to 0. Crystal grains in the range of .60. The spot size of the electron beam at the time of analysis was 0.5 to 2 nm, and the location to be analyzed was a position 20 nm (± 1 nm) deep from the grain boundary of the crystal grains. Specifically, when the concentration of the rare earth element (RE) in the crystal grain is obtained, an electron beam is applied to a position in the range of 18 to 22 nm from the grain boundary of the crystal grain, and the obtained X-ray output includes the crystal grain. The amount of major elements (barium (Ba), titanium (Ti), vanadium (V), magnesium (Mg), manganese (Mn) and rare earth element (RE)) is determined as 100 atomic%, The ratio of (RE) was determined.

次に、希土類元素(RE)の濃度勾配を求めるときは、分析する箇所は結晶粒子の粒界付近から中央部の中心の位置までの範囲で、その中心へ向けて引いた直線上のほぼ等間隔に位置する点とし、粒界付近と、粒界からおおよそ20nmおよび200nmの深さにお
いて分析した値から求めた。この場合、結晶粒子の粒界(0〜1nm)における希土類元素(RE)の濃度からそれぞれ深さ19〜21nmおよび195〜205nmにおける希土類元素(RE)の濃度を引いた値(希土類元素の濃度)を、その分析した範囲(例えば、20nm−0nm=20nm、200nm−0nm=200nm)の距離で除して濃度勾配を求めた。この後、各結晶粒子についてそれぞれ希土類元素(RE)の濃度勾配を求めることにより第1の結晶群の結晶粒子9aと第2の結晶群の結晶粒子9bとを決定した。この分析を各試料5箇所行って平均値を求めた。
Next, when determining the concentration gradient of the rare earth element (RE), the location to be analyzed is in the range from the vicinity of the grain boundary of the crystal grains to the center position of the central portion, and is almost equal on the straight line drawn toward the center. The points were located at intervals, and were determined from values analyzed in the vicinity of the grain boundary and at a depth of approximately 20 nm and 200 nm from the grain boundary. In this case, the value obtained by subtracting the rare earth element (RE) concentration at a depth of 19 to 21 nm and 195 to 205 nm from the concentration of the rare earth element (RE) at the grain boundary (0 to 1 nm) of the crystal grain (concentration of the rare earth element). Was divided by the distance of the analyzed range (for example, 20 nm-0 nm = 20 nm, 200 nm-0 nm = 200 nm) to obtain a concentration gradient. Thereafter, the crystal grain 9a of the first crystal group and the crystal grain 9b of the second crystal group were determined by determining the concentration gradient of the rare earth element (RE) for each crystal particle. This analysis was performed at five locations for each sample to determine the average value.

このような分析において、測定した結晶粒子の個数のうち90%の割合において希土類元素(RE)の濃度差が0.1原子%以上ある場合を、希土類元素(RE)の濃度が0.1原子%以上ある結晶粒子により構成されているものとした。   In such an analysis, when the concentration difference of rare earth element (RE) is 0.1 atomic% or more in 90% of the number of measured crystal particles, the concentration of rare earth element (RE) is 0.1 atom. % Of crystal grains.

第1結晶粒子および第2結晶粒子のそれぞれの平均粒径は、誘電体磁器の断面を研磨(イオンミリング)した研磨面について、透過電子顕微鏡にて映し出されている画像をコンピュータに取り込んで、その画像上に存在する結晶粒子の輪郭を画像処理し、各粒子の面積を求めて、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、算出した結晶粒子30個の平均値より求めた。なお、第1結晶粒子について、希土類元素の濃度の異なる各結晶粒子の平均粒径を求めるときには、先に結晶粒子中から希土類元素(RE)の濃度を求めた結果に基づいて希土類元素の濃度の異なる結晶粒子を区別し、それぞれ平均値を求めて希土類元素の濃度の異なる結晶粒子(9a、9b)の平均粒径を求めた。   The average particle size of each of the first crystal particles and the second crystal particles is calculated by taking an image projected by a transmission electron microscope on a polished surface obtained by polishing (ion milling) a cross section of a dielectric ceramic, The contours of the crystal grains present on the image were subjected to image processing, the area of each particle was determined, the diameter when replaced with a circle having the same area was calculated, and the average value of 30 calculated crystal grains was determined. For the first crystal particles, when determining the average particle diameter of each crystal particle having a different concentration of rare earth element, the concentration of the rare earth element is determined based on the result of previously determining the concentration of rare earth element (RE) from the crystal particle. Different crystal grains were distinguished, and an average value was obtained for each of the crystal grains (9a, 9b) having different rare earth element concentrations.

誘電体磁器において、第1結晶群を構成する結晶粒子および第2結晶群を構成する結晶粒子の合計の面積に対する第1結晶群を構成する結晶粒子の面積割合、a/(a+b)(但し、aは第1結晶群を構成する結晶粒子9aの面積を示し、bは第2結晶群を構成する結晶粒子9bの面積を示す)は、上記約30個について結晶粒子9a、9bの平均粒径を求めたデータから算出した。作製した試料のa/(a+b)比はいずれも原料粉末および被覆粉末の混合比に相当するものであった。
In the dielectric ceramic, the area ratio of crystal grains constituting the first binding Akiragun to the total area of crystal grains constituting the crystal particles and the second binding Akiragun constituting the first binding Akiragun, a / (a + b) (where, a denotes the area of the crystal grains 9a constituting the first binding Akiragun, b indicates the area of the crystal grain 9b that constitute the second binding Akiragun), said about 30 the crystal grains 9a, It calculated from the data which calculated | required the average particle diameter of 9b. The a / (a + b) ratio of the prepared sample was equivalent to the mixing ratio of the raw material powder and the coating powder.

表1〜6の結果から明らかなように、試料No.1〜35、38〜87、90〜110では、室温(25℃)において直流電圧を印加しない条件で測定された静電容量を基準としたときに、125℃において、約25Vの直流電圧が印加されたときの静電容量の変化
率が62%以内であった。
As is apparent from the results of Tables 1 to 6, sample No. 1 to 35, 38 to 87, 90 to 110, a DC voltage of about 25 V is applied at 125 ° C. with reference to the capacitance measured under conditions where no DC voltage is applied at room temperature (25 ° C.). The change rate of the electrostatic capacity was 62% or less.

また、試料No.1〜3、6、7、10、13、14、17、19、20、23、24、27、28、31〜35、40、43〜47、50、51、55〜60、63、64、67、70、71、74、76、77、80、81、84、85、92、95〜99、102、103および107〜110では、誘電体磁器の室温(25℃)における比誘電率が1708以上、誘電損失が1.7%以下であり、比誘電率の温度特性が−13.7%以下を満足するとともに、25℃において直流電圧を負荷しない状態(無負荷状態)で測定した比誘電率に対して、125℃において誘電体層に25Vの直流電圧を印加した状態で測定した比誘電率の変化率を−43.9%以内(NPO(±0%)に近づく方向)にでき、さらに、170℃、170Vの直流電圧を印加の条件で評価される高温負荷寿命が30時間以上であった。
Sample No. 1-3, 6, 7, 10, 13, 14, 17, 19, 20, 23, 24, 27, 28, 31-35, 40, 43-47, 50, 51, 55-60, 63, 64, 67, 70, 71, 74, 76, 77, 80, 81, 84, 85, 92 , 95 to 99 , 102 , 103 and 107 to 110, the dielectric constant of the dielectric ceramic at room temperature (25 ° C.) is 1708. As described above, the dielectric loss is 1.7% or less, the temperature characteristic of the dielectric constant is −13.7% or less, and the relative dielectric constant is measured in a state where no DC voltage is loaded at 25 ° C. (no load state). The rate of change of relative permittivity measured with a DC voltage of 25 V applied to the dielectric layer at 125 ° C. can be made within −43.9% (in a direction approaching NPO (± 0%)) In addition, a DC voltage of 170 ° C and 170V was applied. The high temperature load life evaluated under the conditions was 30 hours or more.

この中で、誘電体磁器中に含まれるマンガンの含有量がMnO換算で0.30〜0.50モルとした試料No.1〜3、6、7、10、13、14、17、19、20、23、24、27、28、31〜35、40、43〜47、50、51、55〜60、63、64、67、70、71、74、76、77、80、81、84、85、92、95〜99、102、103および107〜110では、125℃において誘電体層に直流電圧を印加しない状態で測定した比誘電率の変化率が−13.5%以内であった。
Among them, the sample No. 1 in which the content of manganese contained in the dielectric ceramic was 0.30 to 0.50 mol in terms of MnO. 1-3, 6, 7, 10, 13, 14, 17, 19, 20, 23, 24, 27, 28, 31-35, 40, 43-47, 50, 51, 55-60, 63, 64, 67, 70, 71, 74, 76, 77, 80, 81, 84, 85, 92 , 95 to 99 , 102 , 103 and 107 to 110, measured at 125 ° C. with no DC voltage applied to the dielectric layer The relative dielectric constant change rate was within -13.5%.

また、誘電体磁器中に含まれる希土類元素(RE)をガドリニウム(Gd)とした試料(試料No.34、59、60、63、64、67、70、71、74、76、77、80、81、84、85、92、95〜99、102、103および107〜110)は、他の希土類元素(Tb、Dy、Ho、Er、Yb)を用いた同じ組成の試料(試料No.1〜3、6、7、10、13、14、17、19、20、23、24、27、28、31〜33、35、40、43〜47、50、51、55〜58)に比較して、それぞれ無負荷状態および高温負荷状態での比誘電率の温度変化率が小さく、かつ室温(25℃)における比誘電率および高温負荷寿命が高かった。 In addition, samples (sample Nos. 34, 59, 60, 63, 64, 67, 70, 71, 74, 76, 77, 80, in which the rare earth element (RE) contained in the dielectric ceramic is gadolinium (Gd) are used. 81, 84, 85, 92 , 95 to 99 , 102 , 103 and 107 to 110) are samples (sample Nos. 1 to 1) having the same composition using other rare earth elements (Tb, Dy, Ho, Er, Yb). 3 , 6 , 7 , 10 , 13 , 14 , 17 , 19 , 20 , 23 , 24 , 27 , 28 , 31-33 , 35 , 40 , 43-47 , 50 , 51 , 55-58) The temperature change rate of the relative permittivity in the no-load state and the high-temperature load state was small, and the relative permittivity and the high-temperature load life at room temperature (25 ° C.) were high.

これに対し、試料No.36、37、88および89では、25℃において直流電圧を負荷しない状態(無負荷状態)で測定した比誘電率に対して、125℃において誘電体層に25Vの直流電圧を印加した状態で測定した比誘電率の変化率が65%以上(−64%より−側に大きい)であった。   In contrast, sample no. In 36, 37, 88 and 89, the measurement was performed with a DC voltage of 25 V applied to the dielectric layer at 125 ° C. with respect to the relative dielectric constant measured with no DC voltage loaded at 25 ° C. (no load state). The change rate of the relative dielectric constant was 65% or more (larger to the-side than -64%).

1・・・・コンデンサ本体
3・・・・外部電極
5・・・・誘電体層
7・・・・内部電極層
11・・・粒界相
9・・・・結晶粒子
9a・・・第1の結晶群を構成する結晶粒子
9b・・・第2の結晶群を構成する結晶粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...... Capacitor body 3 ... External electrode 5 ... Dielectric layer 7 ... Internal electrode layer 11 ... Grain boundary phase 9 ... Crystal grain 9a ... 1st The crystal particles 9b constituting the crystal group of the crystal grains constituting the second crystal group

Claims (4)

チタン酸バリウムを主成分とする第1結晶粒子とジルコン酸ストロンチウムの第2結晶粒子とを含み、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウムおよびガドリニウムの群から選ばれる少なくとも1種の希土類元素(RE)を含有する誘電体磁器からなる誘電体層を備えており、前記第1結晶粒子は、粒界から20nmの深さの位置における、前記希土類元素(RE)の濃度が0.3〜0.9原子%である第1結晶群の結晶粒子と、該第1結晶群の結晶粒子よりも前記希土類元素(RE)の濃度が低く、該濃度が0〜0.5原子%である第2結晶群の結晶粒子とを有してなるとともに前記第1結晶群の結晶粒子と前記第2結晶群の結晶粒子との間の前記希土類元素(RE)の濃度が0.1〜0.7原子%であり、前記第2結晶群の結晶粒子は前記第1結晶群の結晶粒子よりも平均粒径が小さいことを特徴とするコンデンサ。 Containing at least one rare earth element (RE) selected from the group of terbium, dysprosium, holmium, erbium and gadolinium, comprising first crystal particles mainly composed of barium titanate and second crystal particles of strontium zirconate The first crystal grains have a rare earth element (RE) concentration of 0.3 to 0.9 atomic% at a depth of 20 nm from the grain boundary. Crystal grains of the first crystal group, and crystals of the second crystal group having a concentration of the rare earth element (RE) lower than that of the crystal grains of the first crystal group and the concentration of 0 to 0.5 atomic% together comprising and a particle, with the density difference of the rare earth element (RE) is 0.1 to 0.7 atomic% between the said first crystal group of crystal grains second crystal group of crystal grains Yes, the second crystal Capacitor of the crystal grains, wherein the average particle diameter is smaller than the crystal grains of the first crystal group. 前記誘電体磁器が、バナジウムと、マグネシウムと、マンガンと、イットリウムとを含み、前記チタン酸バリウムを構成するチタン100モルに対して、
前記バナジウムがV換算で0.05〜0.20モル、
前記イットリウムがY換算で0.5〜2.0モル、
前記マグネシウムがMgO換算で1.0〜3.0モル、
前記マンガンがMnO換算で0.22〜0.50モル、
前記希土類元素(RE)がRE換算で0.65〜2.80モルであり、
前記第2結晶群の結晶粒子、粒界から20nmの深さの位置における、前記希土類元素(RE)の濃度が0.02〜0.42原子%、
前記第1結晶群の結晶粒子の、粒界から20nmの深さの位置における、前記希土類元素(RE)の濃度が0.45〜0.70原子%であ
前記第1結晶群を構成する結晶粒子の平均粒径が0.20.5μm、前記第2結晶群を構成する結晶粒子の平均粒径が0.10.18μmであるとともに、
前記誘電体磁器の研磨面の単位面積当たりに見られる、前記第1結晶群を構成する結晶粒子の面積をa、前記第2結晶群を構成する結晶粒子の面積をbとしたときに、a/(a+b)が0.4〜0.7であり、
X線回折チャートにおいて、チタン酸バリウムの面指数(110)の回折強度に対する前記ジルコン酸ストロンチウムの面指数(121,002)の回折強度が0.7〜28.0%であることを特徴とする請求項1に記載のコンデンサ。
The dielectric ceramic contains vanadium, magnesium, manganese, and yttrium, and 100 moles of titanium constituting the barium titanate,
The vanadium is 0.05 to 0.20 mol in terms of V 2 O 5 ,
The yttrium is 0.5 to 2.0 mol in terms of Y 2 O 3 ,
The magnesium is 1.0 to 3.0 mol in terms of MgO,
The manganese is 0.22 to 0.50 mol in terms of MnO,
The rare earth element (RE) is 0.65 to 2.80 mol in terms of RE 2 O 3 ,
The concentration of the rare earth element (RE) at a position 20 nm deep from the grain boundary of the crystal grains of the second crystal group is 0.02 to 0.42 atomic %,
Said first crystal group of crystal grains, at the position of depth 20nm from the grain boundary, Ri concentration 0.45 to 0.70 atomic% der of the rare earth element (RE),
Average particle diameter of 0.2 ~ 0.5 [mu] m of the crystal grains forming the first sintered Akiragun, an average particle diameter of 0.1 ~ 0.18 [mu] m of the crystal grains forming the second sintered Akiragun As well as
Found per unit area of the polishing surface of the dielectric ceramic, the surface area of the crystal grains forming the first sintered Akiragun a, the area of the crystal grains forming the second binding Akiragun when the b , A / (a + b) is 0.4 to 0.7,
In the X-ray diffraction chart, the diffraction intensity of the surface index (121,002) of the strontium zirconate with respect to the diffraction intensity of the surface index (110) of barium titanate is 0.7 to 28.0%. The capacitor according to claim 1.
前記マンガンがMnO換算で0.30〜0.50モルであることを特徴とする請求項2
に記載のコンデンサ。
The manganese is 0.30 to 0.50 mol in terms of MnO.
Capacitor described in.
前記希土類元素(RE)が前記ガドリニウムであることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれかに記載のコンデンサ。   The capacitor according to any one of claims 1 to 3, wherein the rare earth element (RE) is the gadolinium.
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