JP6398349B2 - 積層型セラミック電子部品 - Google Patents
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Description
携帯電話、スマートフォンを代表とする携帯機器は、使用時の落下による衝撃を受ける可能性が高いため、高い機械強度が要求される。さらに、炎天下の車内、氷点下の野外等の過酷な環境においても耐えられるように、高い熱衝撃性も要求されている。
特許文献2は、Fe2O3又はガラスを主成分とした外層部の熱膨張率が内層部と比べて大きい事により、外層部分に残留応力が内在し、引っ張り応力に対する強度は保持されるものの、耐熱衝撃性を満足していない。
上記範囲を満足することで、十分な機械的強度を付与する事ができ、且つ強度バラツキを小さくする事が出来る。
上記範囲を満足することで、耐熱衝撃性をより高める事が出来る。
本発明の積層型セラミック電子部品の一実施形態として、図1に積層セラミックコンデンサの断面模式図を示す。図1に示すように、本発明の一実施形態に係る積層型セラミック電子部品(積層セラミックコンデンサ)1は、誘電体層2aおよび内部電極層3が交互に積層された構成の素体10を有する。最外に位置する内部電極を挟み込むように外層部2bがある。
さらに、外層部2bには、Ba−Si−Ti−O系結晶相を主成分とした連続膜5を形成してある。尚、連続膜5は素体10の外表面に露出させる必要性はなく、必要に応じて外表面に保護層を被覆させても良い。
内部電極層3は、一対の内部電極層が交互に素体10の両端面4からそれぞれ露出するように形成されている。交互に積層される一方の内部電極層3は、素体10の一方の端面4を覆うように形成してある端子電極6の内側に対して電気的に接続してある。また、交互に積層される他方の内部電極層3は、素体10の他方の端面4の外側に形成してある端子電極6の内側に対して電気的に接続してある。
素体10の形状は、特に制限されず、目的および用途に応じて適宜選択されるが、形状は通常、直方体とされる。寸法についても、制限はなく、目的および用途に応じて適宜選択され、通常、縦(0.4〜3.2mm)×横(0.2〜2.5mm)×高さ(0.2〜1.9mm)程度である。
希土類元素は、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群から選ばれる少なくとも1つであり、Y、Dy、GdおよびHoからなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。
上記範囲の厚みで構成すると、Ba−Si−Ti−O系結晶相の連続膜を設ける事による機械的強度向上の寄与が大きくなる。
なお、Ba2TiSi2O8(フレスノイト)を主相として体積分率70%以上を構成する事で、途切れの少ない連続膜を形成する事が可能になるほか、外層部と連続膜の熱膨張挙動の違いによる応力負荷を抑える事が出来るので、耐熱衝撃性が向上する。
また、上記結晶にはBaの一部がCa、およびSrから選ばれる少なくとも1つの元素によって置換されていてもよい。
また、上記結晶にはTiの一部がZr、Al,およびHfから選ばれる少なくとも1つの元素によって置換されていてもよい。
また、上記結晶にはSiの一部がGeによって置換されていてもよい。
上記範囲にする事で、外部環境温度が変化する時に電子部品に加わる応力が、連続膜に集中する事を抑制する事ができるので、耐熱衝撃性がより優れたものになる。
又、外部電極6には、それぞれ熱硬化性樹脂と導電性粒子とを主成分とする導電性樹脂からなる樹脂電極層を設けても良い。
<積層セラミックコンデンサの製造方法>
そして、誘電体層用ペーストを印刷法等によりグリーンシート形状とし、そのグリーンシート上に内部電極層用ペーストを印刷して内部電極パターン層を形成する。このようにして得られた内部電極パターン層印刷済みのグリーンシートを複数積層してグリーンチップを得る。
保持温度は、好ましくは1100〜1350℃であり、その保持時間は、好ましくは0.05〜1時間である。
又、上記焼結工程は、例えば、ホットプレス法、HIP処理等を採用して行うこともできる。
本実施例では、(Ba0.96Ca0.04)(Ti0.85Zr0.15)O3+MgO(0.1質量部)+MnO(0.3質量部)+Y2O3(0.4質量部)+SiO2(0.3質量部)+V2O5(0.05質量部)の組成の誘電体層を有する積層型セラミック電子部品を製造した。
まず、粒径0.1〜1μmのBaTiO3、CaTiO3、BaZrO3、MgCO3、MnCO3、Y2O3、SiO2の材料粉末を、ボールミルにより16時湿式混合し、乾燥することに
よって誘電粉末を用意した。
昇温速度:50℃/時間
保持温度:250℃
保持時間:8時間
降温速度:200℃/時間
雰囲気:空気中
昇降温速度:1000°C/時間
保持温度:1200℃
保持時間:0.1時間
雰囲気:2.0×10−5Pa
昇降温速度:200℃/時間
保持温度:1000℃
保持時間:2時間
雰囲気:3.0×10−2Pa
なお、焼成および再酸化の雰囲気は、H2と加湿したN2との混合雰囲気とした。
連続膜形成工程を、焼成工程と同時に実施する他は、実施例1と同様に作製した。
尚、得られたコンデンサの連続膜の結晶構造を、X線回折(XRD)測定したところ、Ba2TiSi2O8の他にCa2TiSi2O8の存在を確認できた。
連続膜形成工程において、BaTiSiO5からなる板状体を用いる他は、実施例2と同様に作製した。尚、得られたコンデンサの連続膜の結晶構造を、X線回折(XRD)測定したところ、Ba2TiSi2O8の他にBaTiSiO5の存在を確認できた。
連続膜形成工程において、BaTiSiO5からなる板状体を用いる他は、実施例1と同様に作製した。尚、得られたコンデンサの連続膜の結晶構造を、X線回折(XRD)測定したところ、BaTiSiO5である事が確認できた。
連続膜形成工程において、SiO2からなる板状体を用い、アニール工程の保持温度を850℃とする他は、実施例1と同様に作製した。
尚、得られたコンデンサの連続膜の結晶構造を、X線回折(XRD)測定したところ、BaTiSi2O7およびBaTiSi3O9である事が確認できた。
アニール工程後に、SiO2ターゲットを用いて、スパッタリング法にて連続膜形成工程を行なった他は実施例1と同様に作製した。
アニール工程後に、外層部表面にB−Si−Zn−Alからなるガラス粉末を付着させ、700℃の温度で1時間保持する事で、連続膜形成工程を行なった他は、実施例1と同様に作製した。
連続膜形成を行なわずに、実施例1と同様に作製した。
三点曲げ強度を測定した。測定条件は、支点間距離L=0.5mm、荷重速度=1mm/secとし、破壊時の荷重Pと次式から、積層型セラミックコンデンサの抗折強度Fを算出した。
F=(3×P×L)/(2×w×t2)
ただし、w:積層型セラミックコンデンサの幅、t:積層型セラミックコンデンサの厚みである。積層型セラミックコンデンサ100個について抗折強度Fを測定し、その平均値を求めた。
積層型セラミックコンデンサに対して、下記(i)工程〜(iv)工程からなる1つの熱処理サイクルを施した。1つの熱処理サイクルは、(i)基板及び検査用チップ型電子部品TCを、素体1の温度が−55℃となる温度条件のもとで30分保持する工程、(ii)上記保持時間の10%の時間(3分)以内に素体1の温度を125℃まで昇温する工程、(iii)素体1の温度が125℃となる温度条件のもとで30分保持する工程、(iv)上記保持時間の10%の時間(3分)以内に素体1の温度を−55℃まで降温する工程とからなる。
一つの熱処理サイクルを1500回繰り返した際の故障率も同様に求めた。結果を表1に示す。
さらに、連続膜がBa2TiSi2O8を主相とする場合は、耐熱衝撃性がより良好である事が分かる。
実施例1と同様にして、外層部の厚み、及び連続膜の厚みのみを調整した。
連続膜の厚みは、実施例1記載のアニール工程及び連続膜形成工程の保持温度を、950℃〜1050℃、保持時間を、1〜30時間の範囲から調整し、所望の厚みを得た。
外層部及び連続膜の厚み、及び外層部厚みに対する連続膜厚みの割合は表2に記した。
2a 誘電体層
2b 外層部
3 内部電極層
4 素体端面
5 連続膜
6 端子電極
10 素体
Claims (4)
- ABO 3 (但し、Aは少なくともBaを含み、Bは、少なくともTiを含むペロブスカイト型結晶を表す。)を主成分とする誘電体層と内部電極層とが、交互に積層された内層部と、該内層部を挟む一対の外層部とを備える積層体であり、
前記外層部に、Ba−Si−Ti−O系結晶相を含む連続膜を備え、
前記Ba−Si−Ti−O系結晶相は、フレスノイト結晶相を主相に含むことを特徴とする、積層型セラミック電子部品。 - 前記連続膜が、覆われずに露出している部分の面積比率が10%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の積層型セラミック電子部品。
- 前記連続膜の厚さは、0.2〜4.0μmであることを特徴とする、請求項1または請求項2記載の積層型セラミック電子部品。
- 前記外層部に対する前記連続膜の厚さは、1〜20%であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層型セラミック電子部品。
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