JP6766510B2 - Dielectric composition and electronic components - Google Patents
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Description
本発明は、特に、たとえば車載用のような高温環境下で使用されるのに適した誘電体組成物及びその誘電体組成物を誘電体層として用いた電子部品に関する。 The present invention particularly relates to a dielectric composition suitable for use in a high temperature environment such as for automobiles and an electronic component using the dielectric composition as a dielectric layer.
積層セラミックコンデンサは、その信頼性の高さやコストの安さから多くの電子機器に搭載されている。具体的な電子機器としては、携帯電話等の情報端末、家電、自動車電装品が挙げられる。この中でも車載用として使用される積層セラミックコンデンサは、家電や情報端末等に使用されている積層セラミックコンデンサに比べて、より高温域までの保証が求められており、その機能を維持するため高い絶縁性が必要となる。 Multilayer ceramic capacitors are installed in many electronic devices due to their high reliability and low cost. Specific examples of electronic devices include information terminals such as mobile phones, home appliances, and automobile electrical components. Of these, multilayer ceramic capacitors used for in-vehicle use are required to be guaranteed up to higher temperatures than multilayer ceramic capacitors used in home appliances and information terminals, and are highly insulated to maintain their functions. Sex is needed.
更に、150℃以上の高温域で使用が考えられているSiCまたはGaN等パワー半導体を用いたインバータ回路に搭載されるサージ電圧除去用の積層セラミックコンデンサは、室温から最低でも200℃までの広範囲の温度において高い絶縁性が要求されている。 Furthermore, multilayer ceramic capacitors for removing surge voltage mounted in inverter circuits using power semiconductors such as SiC or GaN, which are considered to be used in the high temperature range of 150 ° C or higher, have a wide range from room temperature to at least 200 ° C. High insulation is required at temperature.
特許文献1には、十分な誘電率を示しつつ、かつ、175℃程度の高温においても、安定した静電容量温度特性と高い抵抗率ρが得られる誘電体セラミック組成物である化学式(1−a)(K1−xNax)(Sr1−y−zBayCaz)2Nb5O15−a(Ba1−bCab)TiO3で表されるタングステンブロンズ構造系化合物とペロブスカイト構造系化合物との混晶系を主成分として含み、且つ、上記主成分100mol部に対して0.1〜40mol部の副成分を含有する誘電体セラミック組成物を用いた積層セラミックコンデンサに関する技術が開示されている。 Patent Document 1 describes the chemical formula (1-), which is a dielectric ceramic composition that exhibits a sufficient dielectric constant and can obtain stable capacitance temperature characteristics and high resistivity ρ even at a high temperature of about 175 ° C. a) (K 1-x Na x) (Sr 1-y-z Ba y Ca z) 2 Nb 5 O 15 -a (Ba 1-b Ca b) a tungsten bronze structure compound represented by TiO 3 with perovskite A technique relating to a multilayer ceramic capacitor using a dielectric ceramic composition containing a mixed crystal system with a structural compound as a main component and containing 0.1 to 40 mol of sub-components with respect to 100 mol of the main component. It is disclosed.
また、特許文献2には、化学式(K1−xNax)Sr2Nb5O15(ただし、0≦x<0.2)で表されるタングステンブロンズ型複合酸化物を主成分として含む誘電体セラミック組成物において、0.05〜20mol部の希土類元素と、0.05〜40mol部のMn、V、Li等とを、副成分として含むことで、室温の抵抗率が高い誘電体セラミック組成物ついての技術が開示してある。
Further,
特許文献3には、化学式[(Ba1−x−yCaxSry)O]m・(Ti1−zZrz)O2を主成分に、副成分としてP2O5を0.005〜0.5重量%(mol%に換算すると0.5mol%程度)含有することで、高温負荷試験時のNiイオンのマイグレーションを防止するバリアー層として作用し、高温負荷寿命を向上させる技術が開示されている。
しかしながら、前記特許文献1は、高温域(175℃)において良好な絶縁性を有しているが、比抵抗の変化率について言及されていない。前記特許文献2も、種々の副成分を含有することで、室温の絶縁性は良好であるが、高温域、例えば、200℃における比抵抗については言及されていない。また、前記特許文献3は、ペロブスカイト型のチタン酸バリウム系の材料にP2O5を含有することで、高い高温負荷寿命を有しているが、室温または200℃における比抵抗や、その変化率については検討されていない。
However, although Patent Document 1 has good insulating properties in a high temperature region (175 ° C.), the rate of change in resistivity is not mentioned.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、車載用及びSiCやGaN系の半導体を用いたパワーデバイス用に対応した200℃の高温雰囲気下において、比抵抗が高く、室温から200℃における比抵抗の変化率が小さい誘電体組成物と、それを用いた電子部品を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and has a high resistivity under a high temperature atmosphere of 200 ° C., which is suitable for in-vehicle use and for power devices using SiC or GaN-based semiconductors, and has a resistivity of 200 to 200 from room temperature. It is an object of the present invention to provide a dielectric composition having a small rate of change in resistivity at ° C. and an electronic component using the same.
上記目的を達成するため、本発明の誘電体組成物は、化学式(K1−xNax)Sr2Nb5O15(但し、0≦x≦0.40)で表されるタングステンブロンズ型複合酸化物を主成分とする誘電体組成物において、第一の副成分としてMgO、BaO、B2O3、SiO2、P2O5を含み、前記副成分の総含有量が主成分100molに対して、2.5molから20.0molであることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the dielectric composition of the present invention is a tungsten bronze type composite represented by the chemical formula (K 1-x Na x ) Sr 2 Nb 5 O 15 (where 0 ≦ x ≦ 0.40). in the dielectric composition composed mainly of oxides, as the first subcomponent MgO, BaO, B 2 O 3 , comprises SiO 2, P 2 O 5, wherein the total content of the auxiliary component composed mainly 100mol On the other hand, it is characterized in that it is 2.5 mol to 20.0 mol.
誘電体組成物が上記の特徴を有することで、室温から200℃の広範囲で使用されるのに適した良好な絶縁性を有する誘電体組成物を提供することが可能となる。なお、前記良好な絶縁性とは、200℃において高い比抵抗を示すと共に、室温から200℃の広範囲において、比抵抗の変化率が小さいことを意味している。 Having the above characteristics of the dielectric composition makes it possible to provide a dielectric composition having good insulating properties suitable for use in a wide range from room temperature to 200 ° C. The good insulating property means that the specific resistance is high at 200 ° C. and the rate of change of the specific resistance is small in a wide range from room temperature to 200 ° C.
さらに、前記誘電体組成物より成る誘電体層を使用することにより、−55℃の低温領域から150℃程度の領域での使用が求められる車載用途や、さらにより高温の200℃程度の領域まで求められているSiCやGaN系の半導体を用いたパワーデバイス用のスナバコンデンサや、自動車のエンジンルーム内のノイズ除去に用いるコンデンサ等を提供することができる。 Further, by using the dielectric layer made of the dielectric composition, it can be used in an in-vehicle application where it is required to be used in a low temperature region of −55 ° C. to a region of about 150 ° C., or even a higher temperature region of about 200 ° C. It is possible to provide a snubber capacitor for a power device using a required SiC or GaN-based semiconductor, a capacitor used for removing noise in an automobile engine room, and the like.
本発明は、車載用及びSiCやGaN系の半導体を用いたパワーデバイス用に対応した200℃の高温雰囲気下において、比抵抗が高く、室温から200℃における比抵抗の変化率が小さい誘電体組成物と、それを用いた電子部品を提供することが出来る。 The present invention has a dielectric composition having a high specific resistance and a small change rate of the specific resistance from room temperature to 200 ° C. in a high temperature atmosphere of 200 ° C., which is suitable for in-vehicle use and power devices using SiC or GaN-based semiconductors. It is possible to provide an object and an electronic component using the object.
まず、本発明の誘電体組成物の主要な用途である、積層セラミックコンデンサについて説明する。図1は、一般的な積層セラミックコンデンサの断面図を示したものである。 First, a multilayer ceramic capacitor, which is a main application of the dielectric composition of the present invention, will be described. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a general multilayer ceramic capacitor.
積層セラミックコンデンサ1は誘電体層2と内部電極層3とが交互に積層された構成のコンデンサ素子本体10を有する。このコンデンサ素子本体10の両端部には、コンデンサ素子本体10の内部で交互に配置された内部電極層3と各々導通する一対の外部電極4が形成してある。コンデンサ素子本体10の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、その寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよい。
The multilayer ceramic capacitor 1 has a capacitor element
内部電極層3は、各端面がコンデンサ素子本体10の対向する2端部の表面に交互に露出するように積層してある。一対の外部電極4は、コンデンサ素子本体10の両端部に形成され、交互に配置された内部電極層3の露出端面に接続されて、コンデンサ回路を構成する。
The
誘電体層2の厚さは、特に限定されないが、一層あたり100μm以下であることが好ましく、より好ましくは30μm以下である。厚さの下限は、特に限定されないが、たとえば0.5μm程度である。本発明の誘電体組成物によれば、層間厚みを0.5μm〜30μmとした場合であっても、良好な絶縁性を有する積層セラミックコンデンサ1を形成することが出来る。
The thickness of the
誘電体層2の積層数は、特に限定されないが、20以上であることが好ましく、より好ましくは50以上である。
The number of layers of the
内部電極層3に含有される導電材は特に限定されないが、Ni、Ni合金、CuまたはCu系合金が好ましい。なお、Ni、Ni系合金、CuまたはCu系合金中には、P等の各種微量成分が0.1質量%程度以下含まれていてもよい。また、内部電極層3は、市販の電極用ペーストを使用して形成してもよい。内部電極層3の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよい。
The conductive material contained in the
より好ましくは、内部電極層3に含有される導電材は、誘電体層2の構成材料が耐還元性を有するため、NiまたはNi系合金である。このNiまたはNi系合金を主成分とし、これにAl、Si、Li、Cr、Feから選択された1種類以上の副成分を含有していることが更に好ましい。
More preferably, the conductive material contained in the
前記内部電極層3の主成分であるNiまたはNi系合金にAl、Si、Li、Cr、Feから選択された1種類以上の副成分を含有させることで、Niが大気中の酸素と反応しNiOになる前に、上記副成分と酸素が反応し、Niの表面に副成分の酸化膜を形成する。これにより、外気中の酸素が前記副成分の酸化膜を通過しないとNiと反応できなくなるため、Niが酸化され難くなる。これにより、200℃の高温下で連続使用しても、Niを主成分とする内部電極層の酸化による連続性、導電性の劣化が起り難くなる。
By incorporating one or more sub-components selected from Al, Si, Li, Cr, and Fe into the Ni or Ni-based alloy that is the main component of the
外部電極4に含有される導電材は特に限定されないが、本発明では安価なNi、Cu及び耐熱性の高いAu、Ag、Pdや、これらの合金を用いることができる。外部電極4の厚さは用途等に応じて適宜決定されればよいが、通常、10〜50μm程度であることが好ましい。 The conductive material contained in the external electrode 4 is not particularly limited, but in the present invention, inexpensive Ni, Cu, highly heat-resistant Au, Ag, Pd, and alloys thereof can be used. The thickness of the external electrode 4 may be appropriately determined depending on the application and the like, but is usually preferably about 10 to 50 μm.
次に、本実施形態に係る誘電体組成物について詳細に説明する。 Next, the dielectric composition according to this embodiment will be described in detail.
本実施形態に係る誘電体組成物は、化学式(K1−xNax)Sr2Nb5O15(但し、0≦x≦0.40)で表されるタングステンブロンズ型複合酸化物を主成分とする誘電体組成物において、第一の副成分としてMgO、BaO、B2O3、SiO2、P2O5を含み、前記副成分の総含有量が主成分100molに対して、2.5molから20.0molであることを特徴とする。 The dielectric composition according to the present embodiment contains a tungsten bronze type composite oxide represented by the chemical formula (K 1-x Na x ) Sr 2 Nb 5 O 15 (where 0 ≦ x ≦ 0.40) as a main component. In the dielectric composition to be described, MgO, BaO, B 2 O 3 , SiO 2 , P 2 O 5 are contained as the first sub-components, and the total content of the sub-components is 100 mol as the main component. It is characterized by being 5 mol to 20.0 mol.
誘電体組成物が上記の特徴を有することで、室温から200℃の広範囲で使用されるのに適した良好な絶縁性を有する誘電体組成物を提供することが可能となる。このような効果が得られた要因について以下に示す。 Having the above characteristics of the dielectric composition makes it possible to provide a dielectric composition having good insulating properties suitable for use in a wide range from room temperature to 200 ° C. The factors that obtained such an effect are shown below.
発明者等は、化学式(K1−xNax)Sr2Nb5O15(但し、0≦x≦0.40)で表されるタングステンブロンズ型複合酸化物を主成分とする誘電体組成物に、MgO、BaO、B2O3、SiO2、P2O5からなる第一の副成分を所定量含有させることにより、室温から200℃程度の高温域まで、比抵抗の低下の主原因と考えられる多数キャリアである電子の増加及びその移動を抑制する作用が得られることを見出した。その結果、これまで実現困難であった室温から200℃程度の広い温度範囲で高い絶縁性を維持することが可能となったと考えている。
The inventors have described a dielectric composition containing a tungsten bronze-type composite oxide represented by the chemical formula (K 1-x Na x ) Sr 2 Nb 5 O 15 (however, 0 ≦ x ≦ 0.40) as a main component. to, MgO, BaO, B 2 O 3,
前記化学式中の(K1−xNax)Sr2Nb5O15のKは、Naにより置換される。その置換量xは0≦x≦0.40である。前記置換量xが0.40を超えてしまうと、本実施形態に係る誘電体組成物の特徴であるMgO、BaO、B2O3、SiO2、P2O5からなる第一の副成分を含有しても、比抵抗の低下の主原因と考えられる多数キャリアである電子の増加及びその移動を抑制する作用が得られず、その結果、200℃における比抵抗が低下し、室温から200℃における比抵抗の変化率が悪化してしまう。 K of (K 1-x Na x ) Sr 2 Nb 5 O 15 in the chemical formula is replaced with Na. The substitution amount x is 0 ≦ x ≦ 0.40. If the substitution amount x exceeds the 0.40, MgO is characteristic of the dielectric composition according to the present embodiment, BaO, B 2 O 3, a first auxiliary component composed of SiO 2, P 2 O 5 However, the effect of suppressing the increase and movement of electrons, which are a large number of carriers, which is considered to be the main cause of the decrease in specific resistance, cannot be obtained, and as a result, the specific resistance at 200 ° C. decreases, and the specific resistance at 200 ° C. The rate of change in resistivity at ° C deteriorates.
また、第一の副成分としてMgO、BaO、B2O3、SiO2、P2O5を含み、前記第一の副成分の総含有量が、主成分100molに対して、2.5molから20.0molである。これにより、比抵抗の低下の主原因と考えられる多数キャリアである電子の増加及びその移動を抑制する作用が得られ、結果として、良好な絶縁性が得られる。前記総含有量が2.5mol未満の場合や、20.0molを超える場合は、多数キャリアである電子の増加または電子の移動を抑制できず、200℃における比抵抗が低くなってしまう。従って、比抵抗の変化率が悪化する。また、副成分として上記の5種の酸化物以外の組合せでは、多数キャリアである電子の増加を効果的に抑制できず、室温の比抵抗が低くなる。 Further, MgO, BaO, B 2 O 3 , SiO 2 , P 2 O 5 are contained as the first sub-component, and the total content of the first sub-component is from 2.5 mol with respect to 100 mol of the main component. It is 20.0 mol. As a result, an action of suppressing the increase of electrons, which are a large number of carriers, which is considered to be the main cause of the decrease in resistivity, and the movement thereof can be obtained, and as a result, good insulating properties can be obtained. When the total content is less than 2.5 mol or more than 20.0 mol, the increase of electrons which are a large number of carriers or the movement of electrons cannot be suppressed, and the specific resistance at 200 ° C. becomes low. Therefore, the rate of change in resistivity deteriorates. Further, in the combination other than the above-mentioned five kinds of oxides as subcomponents, the increase of electrons which are a large number of carriers cannot be effectively suppressed, and the specific resistance at room temperature becomes low.
本発明の望ましい態様としては、前記第一の副成分をaMgO−bBaO−cB2O3−dSiO2−eP2O5と表した場合、前記a、b、c、d、eの関係がa+b+c+d+e=1.00、0.50≦a≦0.75、0.02≦b≦0.15、0.05≦c≦0.25、0.05≦d≦0.25、0.02≦e≦0.15であることが好ましい。上記の範囲とすることで、多数キャリアである電子の増加及び移動を抑制する作用を高めることが出来る。このため、200℃の比抵抗をより高く、更に室温から200℃における比抵抗の変化率をより小さくすることが可能となる。 In a desirable embodiment of the present invention, when the first subcomponent is represented as aMgO-bBaO-cB 2 O 3- dSiO 2- eP 2 O 5 , the relationship between a, b, c, d and e is a + b + c + d + e. = 1.00, 0.50 ≦ a ≦ 0.75, 0.02 ≦ b ≦ 0.15, 0.05 ≦ c ≦ 0.25, 0.05 ≦ d ≦ 0.25, 0.02 ≦ e It is preferably ≦ 0.15. Within the above range, the effect of suppressing the increase and movement of electrons, which are a large number of carriers, can be enhanced. Therefore, it is possible to increase the specific resistance at 200 ° C. and further reduce the rate of change of the specific resistance from room temperature to 200 ° C.
また、本発明の望ましい態様としては、更に、第二の副成分として、La2O3、SnO2、Y2O3、Sb2O3、Ta2O5、Nb2O5から選択される少なくとも一種以上を、前記主成分100molに対して、0.5mol〜5.0mol含有することが好ましい。これにより、良好な絶縁性と共に、200℃における直流耐電圧も向上させることが可能となる。 Further, as a desirable aspect of the present invention, the second subcomponent is further selected from La 2 O 3 , SnO 2 , Y 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , and Nb 2 O 5. It is preferable to contain at least one or more of 0.5 mol to 5.0 mol with respect to 100 mol of the main component. As a result, it is possible to improve the withstand voltage of DC at 200 ° C. as well as good insulation.
また、前記誘電体組成物は、MgO及びP2O5を含む二次相を含有し、前記誘電体組成物の断面の総面積を100%とした場合、前記二次相が占める面積が、2.0%〜15.0%であることが好ましい。前記MgO及びP2O5を含む二次相とは、3MgO・P2O5系または(MgO・BaO)−P2O5系のリン酸結晶構造を有している。また、誘電体組成物中の前記二次相は、MgOとP2O5の含有率が90mol%以上の粒子形態や、粒界、粒界三重点に存在している偏析相等の形態として存在していることが好ましい。その結果、前記二次相を所定量含むことで、室温から250℃までのより広い温度範囲においても、比抵抗の変化率を小さく維持することが可能となる。 Further, the dielectric composition contains a secondary phase containing MgO and P 2 O 5, the case where the total area of the cross section of the dielectric composition was 100%, the area occupied the secondary phase, It is preferably 2.0% to 15.0%. Wherein A MgO and secondary phase containing P 2 O 5, and has a 3MgO · P 2 O 5 system, or (MgO · BaO) -P 2 O 5 based phosphate crystal structure. Also, the secondary phase in the dielectric composition, the presence content and particle morphology than 90 mol% of MgO and P 2 O 5, the grain boundary, in the form of such segregation phase existing in the grain boundary triple point It is preferable to do so. As a result, by including the secondary phase in a predetermined amount, it is possible to keep the rate of change of the resistivity small even in a wider temperature range from room temperature to 250 ° C.
上記の面積割合は、本実施形態の一例である積層セラミックコンデンサ試料の場合、FIB(集束イオンビーム:Focused Ion Beam)を用いてマイクロサンプリングを行い、誘電体層のTEM試料を作製し、走査透過電子顕微鏡を用いSTEM−EDS(Scanning Transmission Electron Microscopy―Energy Dispersive X−ray Spectrometry)マッピングを行うことで、求められる。マッピングの視野は7μm×7μmで、各試料に対し10視野以上のマッピングを行うことが好ましい。また、研磨した誘電体層断面に対し、EPMA(Elctron Probe Micro Analyzer)により元素マッピングを行う事でも面積割合を求めることも出来る。その際のマッピングの視野は10μm×10μmで、各試料に対し5視野以上のマッピングを行い、得られた元素マップより面積割合を算出しても良い。 In the case of the multilayer ceramic capacitor sample which is an example of the present embodiment, the above area ratio is microsampled using FIB (Focused Ion Beam) to prepare a TEM sample of a dielectric layer, and scanning transmission is performed. It is obtained by performing STEM-EDS (Scanning Transmission Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectrometri) mapping using an electron microscope. The field of view for mapping is 7 μm × 7 μm, and it is preferable to map 10 or more fields of view for each sample. It is also possible to obtain the area ratio by performing element mapping on the cross section of the polished dielectric layer by EPMA (Electron Probe Micro Analyzer). The field of view of the mapping at that time is 10 μm × 10 μm, and each sample may be mapped with 5 or more fields of view, and the area ratio may be calculated from the obtained element map.
このように、本実施形態に係る誘電体組成物は、高温領域において良好な特性を示すため、SiCやGaN系のパワーデバイスの使用温度域(−55℃〜200℃または250℃)において好適に用いることができる。また、自動車のエンジンルームなど、過酷な環境下において、ノイズ除去用などの電子部品として好適に用いられることが出来る。 As described above, since the dielectric composition according to the present embodiment exhibits good characteristics in a high temperature region, it is suitable in the operating temperature range (-55 ° C. to 200 ° C. or 250 ° C.) of a SiC or GaN-based power device. Can be used. Further, it can be suitably used as an electronic component for noise removal in a harsh environment such as an engine room of an automobile.
なお、前記化学式中の(K1−xNax)Sr2Nb5O15は、各Kサイト、Srサイト、Nbサイト、Oサイトのmol比は基本的に1:2:5:15であるが、タングステンブロンズ構造を保持できる限りは、多少増減しても構わない。 In the (K 1-x N x ) Sr 2 Nb 5 O 15 in the chemical formula, the mol ratio of each K site, Sr site, Nb site, and O site is basically 1: 2: 5: 15. However, it may be increased or decreased slightly as long as the tungsten bronze structure can be maintained.
また、本実施形態に係る誘電体組成物は、本発明の効果である良好な絶縁性を大きく劣化させるものでなければ、微少な不純物や第三の副成分を含んでいてもかまわない。例えば、Mn、V、Cr等である。よって、主成分の含有量は特に限定されるものではないが、たとえば前記主成分を含有する誘電体組成物全体に対して70mol%以上、98mol%未満である。 Further, the dielectric composition according to the present embodiment may contain minute impurities and a third subcomponent as long as it does not significantly deteriorate the good insulating property which is the effect of the present invention. For example, Mn, V, Cr and the like. Therefore, the content of the main component is not particularly limited, but is, for example, 70 mol% or more and less than 98 mol% with respect to the entire dielectric composition containing the main component.
次に、本実施形態に係る誘電体組成物の製造方法について説明する。誘電体組成物の製造方法については、公知の方法が採用されても良い。例えば、酸化物粉末や炭酸化物等の出発原料を混合し、得られた混合粉末を熱処理合成する固相法等を採用しても良い。 Next, a method for producing the dielectric composition according to the present embodiment will be described. As a method for producing the dielectric composition, a known method may be adopted. For example, a solid phase method in which a starting material such as an oxide powder or a carbonic acid oxide is mixed and the obtained mixed powder is heat-treated and synthesized may be adopted.
主成分である(K1−xNax)Sr2Nb5O15は、出発原料として平均粒子径が1.0μm以下のK2CO3、Na2CO3、SrCO3、Nb2O5粉末を準備する。所定の割合に秤量した後、ボールミル等を用いて所定の時間、湿式混合を行う。混合粉を乾燥後、大気中において1000℃以下の熱処理を行い、(K1−xNax)Sr2Nb5O15の仮焼き粉末を得る。 The main component (K 1-x Na x ) Sr 2 Nb 5 O 15 is a starting material of K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , SrCO 3 , Nb 2 O 5 powder with an average particle size of 1.0 μm or less. Prepare. After weighing to a predetermined ratio, wet mixing is performed for a predetermined time using a ball mill or the like. After the mixed powder is dried, it is heat-treated at 1000 ° C. or lower in the air to obtain a calcined powder of (K 1-x Na x ) Sr 2 Nb 5 O 15 .
第一の副成分は、出発原料として平均粒子径が1.0μm以下のMgO、SiO2、BaCO3、B2O3、P2O5粉末を準備する。また、必要に応じて第二の副成分の出発原料であるLa2O3、SnO2、Y2O3、Sb2O3、Ta2O5、Nb2O5粉末を準備する。これらを所定の割合に秤量した後、ボールミル等を用いて所定の時間、湿式混合を行う。その後、混合粉を乾燥させた後、大気中において、700℃〜800℃にて1〜5時間熱処理を行い、副成分の仮焼き粉末を準備する。なお、熱処理を行わず、前記乾燥した混合粉末を使用しても良い。 As the first auxiliary component, MgO, SiO 2 , BaCO 3 , B 2 O 3 , and P 2 O 5 powders having an average particle diameter of 1.0 μm or less are prepared as starting materials. In addition, if necessary, La 2 O 3 , SnO 2 , Y 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , and Nb 2 O 5 powders, which are starting materials for the second subcomponent, are prepared. After weighing these in a predetermined ratio, wet mixing is performed for a predetermined time using a ball mill or the like. Then, after the mixed powder is dried, it is heat-treated at 700 ° C. to 800 ° C. for 1 to 5 hours in the air to prepare a calcined powder as a sub-component. The dried mixed powder may be used without heat treatment.
その後、得られた(K1−xNax)Sr2Nb5O15の仮焼き粉末と、副成分の仮焼き粉末または、副成分の混合粉末とを混合・解砕し、平均粒子径が0.5μm〜2.0μmである混合粉末を作製する。 Then, the obtained (K 1-x Na x ) Sr 2 Nb 5 O 15 calcined powder and the sub-component tempered powder or the sub-component mixed powder were mixed and crushed to obtain an average particle size. A mixed powder having a diameter of 0.5 μm to 2.0 μm is prepared.
次に、図1示す積層セラミックコンデンサの製造方法の一例を説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the multilayer ceramic capacitor shown in FIG. 1 will be described.
本実施形態の積層セラミックコンデンサ1は、従来の積層セラミックコンデンサと同様に、ペーストを用いた通常の印刷法やシート法によりグリーンチップを作製し、これを焼成した後、外部電極を塗布して焼成することにより製造される。以下、製造方法について具体的に説明する。 In the multilayer ceramic capacitor 1 of the present embodiment, like the conventional multilayer ceramic capacitor, a green chip is produced by a normal printing method or a sheet method using a paste, and after firing, an external electrode is applied and fired. Manufactured by Hereinafter, the manufacturing method will be specifically described.
上記で得られた混合粉末を塗料化して、誘電体層用ペーストを調製する。誘電体層用ペーストは、誘電体混合粉末と有機ビヒクルとを混練した有機系の塗料であってもよく、水系の塗料であってもよい。 The mixed powder obtained above is made into a paint to prepare a paste for a dielectric layer. The paste for the dielectric layer may be an organic paint obtained by kneading a mixed dielectric powder and an organic vehicle, or may be a water-based paint.
有機ビヒクルとは、バインダを有機溶剤中に溶解したものである。有機ビヒクルに用いるバインダは特に限定されず、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等の通常の各種バインダから適宜選択すればよい。用いる有機溶剤も特に限定されず、印刷法やシート法など、利用する方法に応じて、テルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン等の各種有機溶剤から適宜選択すればよい。 An organic vehicle is a binder dissolved in an organic solvent. The binder used for the organic vehicle is not particularly limited, and may be appropriately selected from various ordinary binders such as ethyl cellulose and polyvinyl butyral. The organic solvent used is not particularly limited, and various organic solvents such as terpineol, butyl carbitol, and acetone may be appropriately selected depending on the method to be used such as a printing method and a sheet method.
また、誘電体層用ペーストを水系の塗料とする場合には、水溶性のバインダや分散剤などを水に溶解させた水系ビヒクルと、誘電体原料とを混練すればよい。水系ビヒクルに用いる水溶性バインダは特に限定されず、たとえば、ポリビニルアルコール、セルロース、水溶性アクリル樹脂などを用いればよい。 When the paste for the dielectric layer is used as a water-based paint, a water-based vehicle in which a water-soluble binder or a dispersant is dissolved in water may be kneaded with the dielectric material. The water-soluble binder used in the water-based vehicle is not particularly limited, and for example, polyvinyl alcohol, cellulose, a water-soluble acrylic resin, or the like may be used.
内部電極層用ペーストは、上記した各種導電性金属や合金からなる導電材、あるいは焼成後に上記した導電材となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネート等と、上記した有機ビヒクルとを混練して調製する。 The paste for the internal electrode layer is obtained by kneading the above-mentioned conductive material made of various conductive metals and alloys, or the above-mentioned various oxides, organometallic compounds, resinates and the like which become the above-mentioned conductive material after firing, and the above-mentioned organic vehicle. Prepare.
外部電極用ペーストは、上記した内部電極層用ペーストと同様にして調製すればよい。 The paste for the external electrode may be prepared in the same manner as the paste for the internal electrode layer described above.
上記した各ペースト中の有機ビヒクルの含有量に特に制限はなく、通常の含有量、例えば、バインダは1質量%〜5質量%程度、溶剤は10質量%〜50質量%程度とすれば良い。また、各ペースト中には、必要に応じて各種分散剤、可塑剤、誘電体、絶縁体等から選択される添加物が含有されていてもよい。これらの総含有量は、10質量%以下とすることが好ましい。 The content of the organic vehicle in each of the above-mentioned pastes is not particularly limited, and may be a normal content, for example, about 1% by mass to 5% by mass for the binder and about 10% by mass to 50% by mass for the solvent. Further, each paste may contain an additive selected from various dispersants, plasticizers, dielectrics, insulators and the like, if necessary. The total content of these is preferably 10% by mass or less.
印刷法を用いる場合、誘電体層用ペーストおよび内部電極層用ペーストを、PET等の基板上に印刷、積層し、所定形状に切断した後、基板から剥離してグリーンチップとする。 When the printing method is used, the paste for the dielectric layer and the paste for the internal electrode layer are printed and laminated on a substrate such as PET, cut into a predetermined shape, and then peeled from the substrate to obtain a green chip.
また、シート法を用いる場合、誘電体層用ペーストを用いてグリーンシートを形成し、この上に内部電極層用ペーストを印刷した後、これらを積層してグリーンチップとする。 When the sheet method is used, a green sheet is formed by using the paste for the dielectric layer, the paste for the internal electrode layer is printed on the green sheet, and then these are laminated to form a green chip.
焼成前に、グリーンチップに脱バインダ処理を施す。脱バインダ条件としては、昇温速度を好ましくは5℃/時間〜300℃/時間、保持温度を好ましくは180℃〜500℃、温度保持時間を好ましくは0.5時間〜24時間とする。また、焼成雰囲気は、空気もしくは還元雰囲気とする。また、上記した脱バインダ処理において、N2ガスや混合ガス等を加湿するには、たとえばウェッター等を使用すればよい。この場合、水温は5℃〜75℃程度が好ましい。 Before firing, the green chips are debindered. As the binder removal conditions, the heating rate is preferably 5 ° C./hour to 300 ° C./hour, the holding temperature is preferably 180 ° C. to 500 ° C., and the temperature holding time is preferably 0.5 hour to 24 hours. The firing atmosphere is air or a reducing atmosphere. Further, in the above binder removal processing, to wet the N 2 gas and mixed gas, etc., for example, it may be used to wetter like. In this case, the water temperature is preferably about 5 ° C to 75 ° C.
また、焼成時の保持温度は、好ましくは1000℃〜1400℃、より好ましくは1100℃〜1350℃である。保持温度が上記範囲未満であると緻密化が不十分となり、前記範囲を超えると、内部電極層の異常焼結による電極の途切れや、内部電極層構成材料の拡散による静電容量の温度に対する変化率が大きく成り易い。また、前記範囲を超えると結晶粒子が粗大化して、絶縁性を低下させてしまう恐れがある。 The holding temperature during firing is preferably 1000 ° C. to 1400 ° C., more preferably 1100 ° C. to 1350 ° C. If the holding temperature is less than the above range, densification becomes insufficient, and if it exceeds the above range, the electrode is interrupted due to abnormal sintering of the internal electrode layer, and the capacitance changes with respect to the temperature due to diffusion of the internal electrode layer constituent material. The rate tends to be large. On the other hand, if it exceeds the above range, the crystal particles may become coarse and the insulating property may be deteriorated.
また、昇温速度を好ましくは、200℃/時間〜5000℃/時間、より好ましくは1000℃/時間〜5000℃/時間とする。また、焼結後の粒度分布を0.5μm〜5.0μmの範囲内に制御するために、結晶粒子同士の体積拡散を抑制するため、温度保持時間を好ましくは0.5時間〜2.0時間、より好ましくは0.5時間〜1.0時間、冷却速度を好ましくは100℃/時間〜500℃/時間、より好ましくは200℃/時間〜300℃/時間とする。 The rate of temperature rise is preferably 200 ° C./hour to 5000 ° C./hour, and more preferably 1000 ° C./hour to 5000 ° C./hour. Further, in order to control the particle size distribution after sintering within the range of 0.5 μm to 5.0 μm and to suppress the volume diffusion between the crystal particles, the temperature holding time is preferably 0.5 hours to 2.0 hours. The time is more preferably 0.5 hours to 1.0 hours, and the cooling rate is preferably 100 ° C./hour to 500 ° C./hour, more preferably 200 ° C./hour to 300 ° C./hour.
また、焼成する雰囲気としては、加湿したN2とH2との混合ガスを用い、酸素分圧10−2〜10−9Paで焼成することが好ましい。より好ましくは、酸素分圧10−2〜10−5Paであることがより好ましい。酸素分圧が高い雰囲気で焼成を行うことで、二次相を析出し易くなる効果が得られる。しかし、酸素分圧が高い状態での焼成を実施するとNiからなる内部電極層の場合、Niが酸化してしまい、電極としての導電性が低下してしまう。この場合は、本実施形態のより好ましい形態であるNiを主成分とする導電材に対し、Al、Si、Li、Cr、Feから選択された1種類以上の副成分を含有させることで、Niの耐酸化性が向上し、酸素分圧が高い雰囲気においても、内部電極層として導電性を確保することが可能となる。 Further, as an atmosphere for firing, it is preferable to use a mixed gas of humidified N 2 and H 2 and fire at an oxygen partial pressure of 10-2 to 10-9 Pa. More preferably, the oxygen partial pressure is 10-2 to 10-5 Pa. By firing in an atmosphere with a high oxygen partial pressure, the effect of facilitating the precipitation of the secondary phase can be obtained. However, when firing is performed in a state where the oxygen partial pressure is high, in the case of the internal electrode layer made of Ni, Ni is oxidized and the conductivity as an electrode is lowered. In this case, Ni is contained in the conductive material containing Ni as a main component, which is a more preferable embodiment of the present embodiment, with one or more subcomponents selected from Al, Si, Li, Cr, and Fe. The oxidation resistance of silicon is improved, and it is possible to secure conductivity as an internal electrode layer even in an atmosphere having a high oxygen partial pressure.
焼成後、得られたコンデンサ素子本体に対し、必要に応じてアニール処理を行う。アニール処理条件は、公知の条件とすればよく、たとえば、アニール処理時の酸素分圧を焼成時の酸素分圧よりも高い酸素分圧とし、保持温度を1000℃以下とすることが好ましい。 After firing, the obtained capacitor element main body is annealed as necessary. The annealing treatment conditions may be known conditions. For example, the oxygen partial pressure during the annealing treatment is preferably higher than the oxygen partial pressure during firing, and the holding temperature is preferably 1000 ° C. or lower.
また、上記には脱バインダ処理、焼成およびアニール処理を独立して行う製造方法を記載しているが、連続して行なってもよい。 Further, although the manufacturing method in which the binder removal treatment, the firing and the annealing treatment are independently performed is described above, the binder removal treatment, the firing and the annealing treatment may be continuously performed.
上記のようにして得られたコンデンサ素子本体に、例えばバレル研磨やサンドブラストなどにより端面研磨を施し、外部電極用ペーストを塗布して焼成し、外部電極4を形成する。そして、必要に応じ、外部電極4表面に、めっき等により被覆層を形成する。 The capacitor element body obtained as described above is subjected to end face polishing by, for example, barrel polishing or sandblasting, and an external electrode paste is applied and fired to form an external electrode 4. Then, if necessary, a coating layer is formed on the surface of the external electrode 4 by plating or the like.
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。なお、以降、表中において※印を付した試料は、本実施形態の範囲外であることを意味している。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples. Hereinafter, the samples marked with * in the table mean that they are outside the scope of this embodiment.
実施例1
まず、主成分である(K1−xNax)Sr2Nb5O15は、出発原料として平均粒径1.0μm以下のK2CO3、Na2CO3、SrCO3、Nb2O5粉末を準備し、表1の各試料番号に記載のmol比を満足するように秤量した。その後、分散媒としてのエタノールを用いでボールミルにより17時間湿式混合した。その後、得られた混合物を乾燥して混合原料粉末を得た。その後、大気中で保持温度950℃、保持時間24時間の条件で熱処理を行い、主成分の仮焼き粉末を得た。
Example 1
First, the main component (K 1-x Na x ) Sr 2 Nb 5 O 15 is K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , SrCO 3 , Nb 2 O 5 having an average particle size of 1.0 μm or less as a starting material. The powder was prepared and weighed so as to satisfy the mol ratio shown in each sample number in Table 1. Then, ethanol as a dispersion medium was used for wet mixing with a ball mill for 17 hours. Then, the obtained mixture was dried to obtain a mixed raw material powder. Then, heat treatment was carried out in the air under the conditions of a holding temperature of 950 ° C. and a holding time of 24 hours to obtain a calcined powder as a main component.
次に、第一の副成分及び第二の副成分は、出発原料として平均粒子径が1.0μm以下のMgO、SiO2、BaCO3、B2O3、P2O5、La2O3、SnO2、Y2O3、Sb2O3、Ta2O5、Nb2O5粉末を準備し、表1の各試料番号に記載の割合となるように秤量した。その後、分散媒としてエタノールを用いてボールミルにより17時間湿式混合した。その後、混合粉を80℃で24時間乾燥後、大気中において、750℃〜900℃にて3時間熱処理を行い、副成分の仮焼き粉末を準備した。その後、準備した(K1−xNax)Sr2Nb5O15の仮焼き粉末100molに対し、表1の各試料番号に記載の配合比となるように副成分の仮焼き粉末を秤量し、(K1−xNax)Sr2Nb5O15の仮焼き粉末と副成分の仮焼き粉末とをボールミルにて24時間混合・粉砕し、平均粒子径が0.5μm〜2.0μmの混合仮焼き粉末を作製した。 Next, the first subcomponent and the second subcomponent are MgO, SiO 2 , BaCO 3 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , La 2 O 3 having an average particle diameter of 1.0 μm or less as starting materials. , SnO 2 , Y 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , and Nb 2 O 5 powders were prepared and weighed so as to have the ratio shown in each sample number in Table 1. Then, ethanol was used as a dispersion medium and wet-mixed by a ball mill for 17 hours. Then, the mixed powder was dried at 80 ° C. for 24 hours, and then heat-treated in the air at 750 ° C. to 900 ° C. for 3 hours to prepare a calcined powder as an auxiliary component. Then, with respect to 100 mol of the prepared (K 1-x Na x ) Sr 2 Nb 5 O 15 calcined powder, the calcined powder of the subcomponent was weighed so as to have the blending ratio shown in each sample number in Table 1. , (K 1-x Na x ) Sr 2 Nb 5 O 15 calcined powder and subcomponent calcined powder were mixed and pulverized in a ball mill for 24 hours, and the average particle size was 0.5 μm to 2.0 μm. A mixed calcined powder was prepared.
上記で得られた混合仮焼き粉末1000gに対して、トルエン+エタノール溶液、可塑剤及び分散剤を90:6:4で混合した溶剤を700g入れ、通常の良く知られている分散方法であるバスケットミルを用いて2時間分散させ、誘電体層用ペーストを作製した。なお、これらのペーストの粘性はいずれも約200cpsに調整した。 To 1000 g of the mixed calcined powder obtained above, 700 g of a solvent obtained by mixing a toluene + ethanol solution, a plasticizer and a dispersant at a ratio of 90: 6: 4 is added to a basket, which is a usual well-known dispersion method. The mixture was dispersed for 2 hours using a mill to prepare a paste for a dielectric layer. The viscosity of each of these pastes was adjusted to about 200 cps.
内部電極層の原料として、平均粒径が0.2μmのNiと0.1μm以下のAl、Siの酸化物を準備し、副成分であるAl、Siの総量がNiに対して5質量%となるように秤量した。その後、1200℃以上の加湿したN2とH2との混合ガス中で熱処理し、ボールミル等を用いて解砕することで、平均粒径0.20μmの原料粉末を準備した。 Ni having an average particle size of 0.2 μm and oxides of Al and Si having an average particle size of 0.1 μm or less were prepared as raw materials for the internal electrode layer, and the total amount of Al and Si as subcomponents was 5% by mass with respect to Ni. Weighed so that Then, the raw material powder having an average particle size of 0.20 μm was prepared by heat-treating in a mixed gas of N 2 and H 2 humidified at 1200 ° C. or higher and crushing the mixture using a ball mill or the like.
前記原料粉末100質量%と、有機ビヒクル(エチルセルロース樹脂8質量%をブチルカルビトール92質量%に溶解したもの)30質量%、及びブチルカルビトール8質量%とを、3本ロールにより混練、ペースト化し、内部電極層用ペーストを得た。 100% by mass of the raw material powder, 30% by mass of an organic vehicle (8% by mass of ethyl cellulose resin dissolved in 92% by mass of butyl carbitol), and 8% by mass of butyl carbitol are kneaded and pasted by three rolls. , A paste for the internal electrode layer was obtained.
そして、作製した誘電体層用ペーストを用いて、PETフィルム上に、乾燥後の厚みが12μmとなるようにグリーンシートを形成した。次いで、この上に内部電極層用ペーストを用いて、内部電極層を所定パターンで印刷した後、PETフィルムからシートを剥離し、内部電極層を有するグリーンシートを作製した。次いで、内部電極層を有するグリーンシートを複数枚積層し、加圧接着することによりグリーン積層体とし、このグリーン積層体を所定サイズに切断することにより、グリーンチップを得た。 Then, using the prepared paste for the dielectric layer, a green sheet was formed on the PET film so that the thickness after drying was 12 μm. Next, the internal electrode layer was printed in a predetermined pattern using the paste for the internal electrode layer, and then the sheet was peeled off from the PET film to prepare a green sheet having the internal electrode layer. Next, a plurality of green sheets having an internal electrode layer were laminated and pressure-bonded to form a green laminate, and the green laminate was cut to a predetermined size to obtain a green chip.
次いで、得られたグリーンチップについて、脱バインダ処理、焼成及びアニール処理を行うことで積層セラミック焼結体を得た。なお、脱バインダ処理、焼成及びアニール処理の条件は、以下の通りである。また、それぞれの雰囲気ガスの加湿にはウェッターを用いた。 Next, the obtained green chips were subjected to a binder removal treatment, a firing treatment, and an annealing treatment to obtain a laminated ceramic sintered body. The conditions for the binder removal treatment, firing and annealing treatment are as follows. In addition, a wetter was used to humidify each atmospheric gas.
(脱バインダ処理)
昇温速度:100℃/時間
保持温度:400℃
温度保持時間:8.0時間
雰囲気ガス:加湿したN2とH2との混合ガス
(焼成)
昇温速度:1000℃/時間
保持温度:1100℃〜1300℃
温度保持時間:1.0時間
冷却速度:200℃/時間
雰囲気ガス:加湿したN2とH2との混合ガス
酸素分圧:10−6〜10−9Pa
(アニール処理)
保持温度:1000℃
温度保持時間:2.0時間
昇温、降温速度:200℃/時間
雰囲気ガス:加湿したN2ガス
(Binder removal processing)
Temperature rise rate: 100 ° C / hour Holding temperature: 400 ° C
Temperature holding time: 8.0 hours Atmospheric gas: Mixed gas of humidified N 2 and H 2 (firing)
Temperature rise rate: 1000 ° C / hour Holding temperature: 1100 ° C to 1300 ° C
Temperature holding time: 1.0 hour Cooling rate: 200 ° C./hour Atmospheric gas: Mixed gas of humidified N 2 and H 2 Oxygen partial pressure: 10-6 to 10-9 Pa
(Annealing process)
Holding temperature: 1000 ° C
Temperature holding time: 2.0 hours temperature rise, temperature decrease rate: 200 ° C / hour Atmospheric gas: Humidified N 2 gas
得られた各積層セラミック焼結体についてICP発光分光分析法を用いて、各試料の組成分析を行った結果、表1に記載されている誘電体組成物とほぼ同等な値であることを確認した。 As a result of analyzing the composition of each sample using the ICP emission spectroscopic analysis method for each of the obtained laminated ceramic sintered bodies, it was confirmed that the values were almost the same as those of the dielectric compositions shown in Table 1. did.
得られた積層セラミック焼結体の端面をサンドブラストにて研磨した後、外部電極としてIn−Ga共晶合金を塗布し、図1に示す積層セラミックコンデンサと同形状の試料No.1から試料No.59の積層セラミックコンデンサ試料を得た。得られた積層セラミックコンデンサ試料のサイズは、いずれも3.2mm×1.6mm×1.2mmであり、誘電体層の厚み10μm、内部電極層の厚み2μm、内部電極層に挟まれた誘電体層の数は50層であった。 After polishing the end face of the obtained multilayer ceramic sintered body by sandblasting, an In—Ga eutectic alloy was applied as an external electrode, and the sample No. having the same shape as the multilayer ceramic capacitor shown in FIG. 1 was applied. Sample No. 1 to sample No. 59 multilayer ceramic capacitor samples were obtained. The sizes of the obtained multilayer ceramic capacitor samples are all 3.2 mm × 1.6 mm × 1.2 mm, the thickness of the dielectric layer is 10 μm, the thickness of the internal electrode layer is 2 μm, and the dielectric sandwiched between the internal electrode layers. The number of layers was 50.
得られた試料No.1から試料No.59の積層セラミックコンデンサ試料について、室温の比抵抗、200℃の比抵抗及びその際の比抵抗の変化率、200℃の直流耐電圧を下記に示す方法により測定、評価し、表2に示した。 The obtained sample No. Sample No. 1 to sample No. For 59 multilayer ceramic capacitor samples, the specific resistance at room temperature, the specific resistance at 200 ° C. and the rate of change of the specific resistance at that time, and the DC withstand voltage at 200 ° C. were measured and evaluated by the methods shown below, and are shown in Table 2. ..
[室温及び200℃の比抵抗測定方法]
積層セラミックコンデンサ試料に対し、室温(20℃)、200℃において、デジタル抵抗メータ(ADVANTEST社製R8340)にて、測定電圧50V(電界強度5V/μm)、測定時間60秒の条件で絶縁抵抗を測定した。積層セラミックコンデンサ試料の電極面積および誘電体厚みから比抵抗の値を算出した。比抵抗は高いほうが好ましく、室温においては5.00×1010Ωm以上でかつ、200℃においては1.00×109Ωm以上を良好であると判断した。なお、表2には比抵抗を対数表示しており、5.00×1010を対数表示すると10.7、1.00×109Ωmを対数表示すると9.0となる。
[Method for measuring resistivity at room temperature and 200 ° C]
Insulation resistance was applied to a multilayer ceramic capacitor sample at room temperature (20 ° C) and 200 ° C with a digital resistance meter (R8340 manufactured by ADVANTEST) under the conditions of a measurement voltage of 50 V (electric field strength 5 V / μm) and a measurement time of 60 seconds. It was measured. The value of resistivity was calculated from the electrode area and the dielectric thickness of the multilayer ceramic capacitor sample. It is preferable that the specific resistance is high, and it is judged that 5.00 × 10 10 Ωm or more at room temperature and 1.00 × 10 9 Ωm or more at 200 ° C. are good. In Table 2, the specific resistance is logarithmically displayed. When 5.00 × 10 10 is logarithmically displayed, it is 10.7, and when 1.00 × 10 9 Ωm is logarithmically displayed, it is 9.0.
[比抵抗の変化率算出方法]
比抵抗の変化率は、室温の比抵抗Log(ρ(RT))に対し200℃の比抵抗Log(ρ(200℃))の変化率を下記に示す式(1)を用いて算出した。
変化率(%)=
[Log(ρ(200℃))−Log(ρ(RT))]/Log(ρ(RT))×100・・(1)
比抵抗の変化率は、変化率は小さいほど好ましく、−20%以下、より好ましくは−15%以下であることを良好と判断した。
[Method of calculating the rate of change of resistivity]
The rate of change of the specific resistance was calculated by using the formula (1) shown below for the rate of change of the specific resistance Log (ρ (200 ° C) ) at 200 ° C. with respect to the specific resistance Log (ρ (RT) ) at room temperature.
Rate of change (%) =
[Log (ρ (200 ° C.) )-Log (ρ (RT) )] / Log (ρ (RT) ) × 100 ... (1)
The smaller the rate of change in the specific resistance, the more preferable it was, and it was judged that it was good that the rate of change was -20% or less, more preferably -15% or less.
[直流耐電圧測定方法]
積層セラミックコンデンサ試料に対し、200℃において、100V/sec昇圧速度で直流電圧を印加し、漏れ電流が10mAを超えたところを直流耐電圧とした。直流耐電圧は、50V/μm以上あることが好ましく、100V/μm以上あることを良好と判断した。
[DC withstand voltage measurement method]
A DC voltage was applied to the monolithic ceramic capacitor sample at a boost rate of 100 V / sec at 200 ° C., and a DC withstand voltage was defined when the leakage current exceeded 10 mA. The withstand voltage of DC is preferably 50 V / μm or more, and 100 V / μm or more is judged to be good.
表2に示す結果によれば、試料No.1〜試料No.59のうち、本実施形態の範囲内にある積層セラミックコンデンサ試料は、比抵抗の低下の主原因と考えられる多数キャリアである電子の増加及びその移動を抑制する作用が得られるため、室温の比抵抗のLog(ρ(RT))が10.7以上で、200℃の比抵抗のLog(ρ(200℃))が9.0以上と高く、かつ、比抵抗の変化率が−20%以下と小さいという良好な絶縁性を有していることが確認できた。 According to the results shown in Table 2, the sample No. 1-Sample No. Of the 59, the monolithic ceramic capacitor sample within the range of the present embodiment has an effect of suppressing the increase and movement of electrons, which are a large number of carriers, which are considered to be the main cause of the decrease in resistivity, and therefore the ratio at room temperature. The Log (ρ (RT) ) of the resistance is 10.7 or more, the Log (ρ (200 ° C) ) of the specific resistance at 200 ° C is as high as 9.0 or more, and the rate of change of the specific resistance is -20% or less. It was confirmed that it had a good insulating property of being small.
これに対し、試料No.5、試料No.10、試料No.15は、化学式(K1−xNax)Sr2Nb5O15のxが0.40を超え、本実施形態の範囲外のため、比抵抗の低下の主原因と考えられる多数キャリアである電子の増加及びその移動を抑制する作用が得られ難く、室温の比抵抗のLog(ρ(RT))が10.7未満で、200℃の比抵抗のLog(ρ(200℃))が9.0未満と低く、かつ、比抵抗の変化率が−20%を超えてしまうことが確認できた。 On the other hand, sample No. 5. Sample No. 10. Sample No. Reference numeral 15 is a large number of carriers considered to be the main cause of the decrease in resistivity because x of the chemical formula (K 1-x Na x ) Sr 2 Nb 5 O 15 exceeds 0.40 and is outside the range of this embodiment. It is difficult to obtain the effect of suppressing the increase of electrons and their movement, and the Log (ρ (RT) ) of the specific resistance at room temperature is less than 10.7, and the Log (ρ (200 ° C) ) of the specific resistance at 200 ° C is 9. It was confirmed that it was as low as less than .0 and the rate of change of resistivity exceeded -20%.
また、試料No.11〜試料No.15は、第一の副成分の含有量が本実施形態の範囲外のため、比抵抗の低下の主原因と考えられる多数キャリアである電子の増加及びその移動を抑制する作用が得られ難く、室温の比抵抗のLog(ρ(RT))が10.7未満で、200℃の比抵抗のLog(ρ(200℃))が9.0未満と低く、かつ、比抵抗の変化率が−20%を超えてしまうことが確認できた。 In addition, sample No. 11-Sample No. In No. 15, since the content of the first subcomponent is outside the range of the present embodiment, it is difficult to obtain the effect of suppressing the increase and movement of electrons, which are a large number of carriers, which are considered to be the main cause of the decrease in resistivity. The Log (ρ (RT) ) of the specific resistance at room temperature is less than 10.7, the Log (ρ (200 ° C) ) of the specific resistance at 200 ° C is as low as less than 9.0, and the rate of change of the specific resistance is-. It was confirmed that it exceeded 20%.
また、第一の副成分であるMgO、BaO、B2O3、SiO2、P2O5の内、どれか一つでも含まない本実施形態の範囲外である試料No.16〜試料No.20も、室温の比抵抗のLog(ρ(RT))が10.7未満で、200℃の比抵抗のLog(ρ(200℃))が9.0未満と低く、かつ、比抵抗の変化率が−20%を超えてしまうことが確認できた。 Further, MgO is the first subcomponent, BaO, of B 2 O 3, SiO 2, P 2 O 5, which is outside the scope of this embodiment that does not include even one any sample No. 16-Sample No. In No. 20, the Log (ρ (RT) ) of the specific resistance at room temperature is less than 10.7, the Log (ρ (200 ° C) ) of the specific resistance at 200 ° C is as low as less than 9.0, and the change in the specific resistance It was confirmed that the rate exceeded -20%.
第一の副成分をaMgO−bBaO−cB2O3−dSiO2−eP2O5で表した場合、前記a、b、c、d、eの関係が、本実施形態の範囲であるa+b+c+d+e=1.00、0.50≦a≦0.75、0.02≦b≦0.15、0.05≦c≦0.25、0.05≦d≦0.25、0.02≦e≦0.15を満足している試料No.22〜試料No.24、試料No.27〜試料No.30、試料No.33〜試料No.35、試料No.38〜試料No.40、試料No.43〜試料No.46、試料No.48〜試料No.59は、多数キャリアである電子の増加及び移動を抑制する作用をより高めることが可能であったため、室温の比抵抗のLog(ρ(RT))が11.5以上で、200℃の比抵抗のLog(ρ(200℃))が10.0以上と高く、かつ、比抵抗の変化率が−15%以下とより高い絶縁性を実現することが可能であることを確認できた。 When the first sub-component is represented by aMgO-bBaO-cB 2 O 3- dSiO 2- eP 2 O 5 , the relationship of a, b, c, d, e is the range of the present embodiment a + b + c + d + e = 1.00, 0.50 ≦ a ≦ 0.75, 0.02 ≦ b ≦ 0.15, 0.05 ≦ c ≦ 0.25, 0.05 ≦ d ≦ 0.25, 0.02 ≦ e ≦ Sample No. that satisfies 0.15. 22-Sample No. 24, Sample No. 27-Sample No. 30, sample No. 33-Sample No. 35, Sample No. 38-Sample No. 40, Sample No. 43-Sample No. 46, Sample No. 48-Sample No. Since 59 was able to further enhance the effect of suppressing the increase and movement of electrons, which are a large number of carriers, the Log (ρ (RT) ) of the specific resistance at room temperature was 11.5 or more, and the specific resistance at 200 ° C. It was confirmed that it is possible to realize a higher insulating property with a high Log (ρ (200 ° C.) ) of 10.0 or more and a rate of change of specific resistance of -15% or less.
更に、La2O3、SnO2、Y2O3、Sb2O3、Ta2O5、Nb2O5から選択される少なくとも一種以上の第二の副成分を0.5mol〜5.0mol含有している試料No.49〜試料No.59は、室温の比抵抗のLog(ρ(RT))が11.5以上で、200℃の比抵抗のLog(ρ(200℃))が10.0以上と高く、かつ、比抵抗の変化率が−15%以下という良好な絶縁性に加え、200℃の直流耐電圧が100V/μm以上となることが確認できた。このように、第二の副成分を所定量含有させることにより、良好な絶縁性だけでなく、高い直流耐電圧という新たな物性も向上させることが可能であった。 Further, 0.5 mol to 5.0 mol of at least one or more second subcomponents selected from La 2 O 3 , SnO 2 , Y 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , and Nb 2 O 5 Contains sample No. 49-Sample No. In No. 59, the Log (ρ (RT) ) of the specific resistance at room temperature is 11.5 or more, the Log (ρ (200 ° C) ) of the specific resistance at 200 ° C is as high as 10.0 or more, and the change in the specific resistance In addition to good insulation with a resistivity of -15% or less, it was confirmed that the DC withstand voltage at 200 ° C. was 100 V / μm or more. As described above, by containing a predetermined amount of the second sub-component, it was possible to improve not only good insulating properties but also new physical properties such as high DC withstand voltage.
実施例2
次に、誘電体組成物中にMgO及びP2O5を含む二次相を含有する場合についての具体的な実施例を挙げ、説明する。
Example 2
Then, by way of specific examples of the case containing the secondary phase containing MgO and P 2 O 5 in the dielectric composition, it is described.
まず、実施例1で作製した試料No.49〜試料No.59のグリーンチップを準備した。準備したグリーンチップについて、以下に示す脱バインダ処理、焼成及びアニール処理を行うことで、二次相を含有している積層セラミック焼結体を作製した。
なお、実施例1の条件とは、焼成条件の酸素分圧とアニール処理条件が異なっている。
First, the sample No. prepared in Example 1. 49-Sample No. We prepared 59 green chips. The prepared green chips were subjected to the following debinder treatment, firing and annealing treatment to prepare a laminated ceramic sintered body containing a secondary phase.
The oxygen partial pressure and the annealing treatment conditions of the firing conditions are different from the conditions of Example 1.
(脱バインダ処理)
昇温速度:100℃/時間
保持温度:400℃
温度保持時間:8.0時間
雰囲気ガス:加湿したN2とH2との混合ガス
(焼成)
昇温速度:1000℃/時間
保持温度:1100℃〜1300℃
温度保持時間:1.0時間
冷却速度:200℃/時間
雰囲気ガス:加湿したN2とH2との混合ガス
酸素分圧:10−3〜10−5Pa
(アニール処理)
保持温度:800℃〜850℃
温度保持時間:5.0時間
昇温、降温速度:200℃/時間
雰囲気ガス:加湿したN2ガス
(Binder removal processing)
Temperature rise rate: 100 ° C / hour Holding temperature: 400 ° C
Temperature holding time: 8.0 hours Atmospheric gas: Mixed gas of humidified N 2 and H 2 (firing)
Temperature rise rate: 1000 ° C / hour Holding temperature: 1100 ° C to 1300 ° C
Temperature holding time: 1.0 hour Cooling rate: 200 ° C./hour Atmospheric gas: Mixed gas of humidified N 2 and H 2 Oxygen partial pressure: 10 -3 to 10-5 Pa
(Annealing process)
Holding temperature: 800 ° C to 850 ° C
Temperature holding time: 5.0 hours Temperature rise, temperature decrease rate: 200 ° C / hour Atmospheric gas: Humidified N 2 gas
得られた各積層セラミック焼結体についてICP発光分光分析法を用いて、各試料の組成分析を行った結果、表3に記載されている誘電体組成物とほぼ同等な値であることを確認した。 As a result of analyzing the composition of each sample using the ICP emission spectroscopic analysis method for each of the obtained laminated ceramic sintered bodies, it was confirmed that the values were almost the same as those of the dielectric compositions shown in Table 3. did.
得られた積層セラミック焼成体は、実施例1と同様に研磨、外部電極を付け、同形状の試料No.60から試料No.70の積層セラミックコンデンサ試料を得た。 The obtained laminated ceramic fired body was polished in the same manner as in Example 1, attached with an external electrode, and sample No. of the same shape. From 60, sample No. 70 multilayer ceramic capacitor samples were obtained.
得られた試料No.60から試料No.70の積層セラミックコンデンサ試料について、室温、200℃、250℃の比抵抗及びその際の比抵抗の変化率、200℃の直流耐電圧、画像解析による二次相の面積割合を下記に示す方法により測定、評価し、表4に示した。 The obtained sample No. From 60, sample No. For 70 multilayer ceramic capacitor samples, the specific resistance at room temperature, 200 ° C, 250 ° C and the rate of change of the specific resistance at that time, the DC withstand voltage at 200 ° C, and the area ratio of the secondary phase by image analysis are measured by the methods shown below. It was measured and evaluated and shown in Table 4.
[室温、200℃及び250℃の比抵抗測定方法]
積層セラミックコンデンサ試料に対し、室温(20℃)、200℃、250℃において、デジタル抵抗メータ(ADVANTEST社製R8340)にて、測定電圧10V(電界強度5V/μm)、測定時間60秒の条件で絶縁抵抗を測定した。積層セラミックコンデンサ試料の電極面積および誘電体厚みから比抵抗の値を算出した。比抵抗は高いほうが好ましく、室温においては5.00×1010Ωm以上でかつ、200℃、250℃においては1.00×109Ωm以上を良好であると判断した。なお、表4には比抵抗を対数表示しており、5.00×1010を対数表示すると10.7、1.00×109Ωmを対数表示すると9.0となる。
[Method for measuring resistivity at room temperature, 200 ° C and 250 ° C]
With respect to the multilayer ceramic capacitor sample, at room temperature (20 ° C), 200 ° C, 250 ° C, with a digital resistance meter (R8340 manufactured by ADVANTEST), the measurement voltage is 10 V (electric field strength 5 V / μm), and the measurement time is 60 seconds. The insulation resistance was measured. The value of resistivity was calculated from the electrode area and the dielectric thickness of the multilayer ceramic capacitor sample. It is preferable that the specific resistance is high, and it is judged that 5.00 × 10 10 Ωm or more at room temperature and 1.00 × 10 9 Ωm or more at 200 ° C. and 250 ° C. are good. In Table 4, the specific resistance is logarithmically displayed. When 5.00 × 10 10 is logarithmically displayed, it is 10.7, and when 1.00 × 10 9 Ωm is logarithmically displayed, it is 9.0.
[比抵抗の変化率算出方法]
比抵抗の変化率は、室温の比抵抗Log(ρ(RT))に対し200℃または、250℃の比抵抗Log(ρ(200℃または250℃))の変化率を下記に示す式(2)を用いて算出した。
変化率(%)=
[Log(ρ(200℃または250℃))−Log(ρ(RT))]/Log(ρ(RT))×100・・(2)
比抵抗の変化率は、変化率は小さいほど好ましく、−20%以下、より好ましくは−15%以下であることを良好と判断した。
[Method of calculating the rate of change of resistivity]
The rate of change of the specific resistance is the rate of change of the specific resistance Log (ρ (200 ° C or 250 ° C) ) at 200 ° C. or 250 ° C. with respect to the specific resistance Log (ρ (RT) ) at room temperature. ) Was used.
Rate of change (%) =
[Log (ρ (200 ° C. or 250 ° C.) )-Log (ρ (RT) )] / Log (ρ (RT) ) × 100 ... (2)
The smaller the rate of change in the specific resistance, the more preferable it was, and it was judged that it was good that the rate of change was -20% or less, more preferably -15% or less.
[直流耐電圧測定方法]
積層セラミックコンデンサ試料に対し、200℃において、100V/sec昇圧速度で直流電圧を印加し、漏れ電流が10mAを超えたところを直流耐電圧とした。直流耐電圧は、50V/μm以上あることが好ましく、100V/μm以上あることを良好と判断した。
[DC withstand voltage measurement method]
A DC voltage was applied to the monolithic ceramic capacitor sample at a boost rate of 100 V / sec at 200 ° C., and a DC withstand voltage was defined when the leakage current exceeded 10 mA. The withstand voltage of DC is preferably 50 V / μm or more, and 100 V / μm or more is judged to be good.
[画像解析による二次相の面積割合]
焼成して得られた積層セラミックコンデンサ試料に対して、FIB(集束イオンビーム:Focused Ion Beam)を用いてマイクロサンプリングを行い、誘電体層のTEM試料を作製した。このTEM試料に対しJEOL製の走査透過電子顕微鏡であるJEM2200FSを用いSTEM−EDS(Scanning Transmission Electron Microscopy―Energy Dispersive X−ray Spectrometry)マッピング行った。マッピングの視野は、7μm×7μmとし、各試料に対し10視野以上マッピングを行った。これらの方法で得られた元素マップを用いて、3MgO・P2O5系のリン酸結晶の主成分元素であるMg、Pと、(MgO・BaO)−P2O5系のリン酸結晶の主成分元素であるMg、Ba、P及の面積を特定し、各10視野以上の結果の平均面積を用いて、それぞれの面積割合を算出し、二次相全体の占める面積を算出した。本実施形態では、室温から250℃までのより広い温度範囲での比抵抗の変化率を小さくするため、二次相が占める面積が2.0%〜15.0%であることを良好と判断した。
[Area ratio of secondary phase by image analysis]
The multilayer ceramic capacitor sample obtained by firing was microsampled using a FIB (Focused Ion Beam) to prepare a TEM sample of a dielectric layer. STEM-EDS (Scanning Transmission Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectrometery) mapping was performed on this TEM sample using JEM2200FS, which is a scanning transmission electron microscope manufactured by JEOL. The field of view for mapping was 7 μm × 7 μm, and 10 or more fields of view were mapped for each sample. Using elemental map obtained by these methods, and Mg, P is a major element of 3MgO · P 2 O 5 based phosphate crystals, (MgO · BaO) -P 2 O 5 based phosphate crystals The areas of Mg, Ba, and P, which are the main component elements of the above, were specified, and the area ratio of each was calculated using the average area of the results of each of 10 or more visual fields, and the area occupied by the entire secondary phase was calculated. In the present embodiment, in order to reduce the rate of change of resistivity in a wider temperature range from room temperature to 250 ° C., it is judged that the area occupied by the secondary phase is 2.0% to 15.0%. did.
表4によれば、二次相の存在し、かつ、その面積割合が2.0%〜15%にある試料は、室温の比抵抗に対する250℃の比抵抗の変化率が−20%以下と、より広い温度範囲でも良好な絶縁性を維持することが可能であることが確認できた。 According to Table 4, in the sample in which the secondary phase is present and the area ratio thereof is 2.0% to 15%, the rate of change of the resistivity at 250 ° C. with respect to the resistivity at room temperature is -20% or less. It was confirmed that it is possible to maintain good insulation even in a wider temperature range.
今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものであることが意図される。 It should be considered that the embodiments and examples disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is not shown in the above embodiments and examples, but is indicated by the claims and is intended to include all modifications and modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
室温から200℃または250℃までの広い温度範囲において良好な絶縁性を有する為、車載用としてエンジンルームに近接する環境下や、さらに、SiCやGaN系の半導体を用いたパワーデバイス近傍に搭載される電子部品としての用途にも適用できる。 Since it has good insulation in a wide temperature range from room temperature to 200 ° C or 250 ° C, it is mounted in an environment close to an engine room for in-vehicle use, and in the vicinity of a power device using SiC or GaN-based semiconductors. It can also be applied to applications as electronic components.
1 積層セラミックコンデンサ
2 誘電体層
3 内部電極層
4 外部電極
10 コンデンサ素子本体
1 Multilayer
Claims (5)
a+b+c+d+e=1.00
0.50≦a≦0.75
0.02≦b≦0.15
0.05≦c≦0.25
0.05≦d≦0.25
0.02≦e≦0.15
であること特徴とする請求項1に記載の誘電体組成物。 When the first sub-component is represented by aMgO-bBaO-cB 2 O 3- dSiO 2- eP 2 O 5 , the relationship between a, b, c, d and e is a + b + c + d + e = 1.00.
0.50 ≤ a ≤ 0.75
0.02 ≤ b ≤ 0.15
0.05 ≤ c ≤ 0.25
0.05 ≤ d ≤ 0.25
0.02 ≤ e ≤ 0.15
The dielectric composition according to claim 1, wherein the dielectric composition is characterized by the above.
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