JP7169069B2 - Multilayer ceramic capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、積層セラミックコンデンサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a multilayer ceramic capacitor and its manufacturing method.
近年、スマートフォンや携帯電話などの電子機器の小型化に伴い、搭載される電子部品の小型化が急速に進んでいる。例えば、積層セラミックコンデンサにおいては、所定の特性を確保しつつ、チップサイズを小さくするために、誘電体層及び内部電極層の薄層化が求められている。 In recent years, along with the miniaturization of electronic devices such as smart phones and mobile phones, the miniaturization of electronic components mounted therein has progressed rapidly. For example, in multilayer ceramic capacitors, there is a demand for thinner dielectric layers and internal electrode layers in order to reduce the chip size while ensuring predetermined characteristics.
しかしながら、内部電極層の金属と誘電体層のセラミックとの焼結温度が異なることで、焼結後の内部電極層の連続率が低下する課題がある。内部電極層を薄層化するとさらなる連続率の低下が懸念される。そこで、収縮遅延効果をもたらすために、内部電極層にセラミックの共材を添加することが知られている(例えば、特許文献1参照)。 However, there is a problem that the sintering temperature of the metal of the internal electrode layers and the ceramic of the dielectric layers are different, and the continuity rate of the internal electrode layers after sintering is lowered. If the thickness of the internal electrode layer is reduced, there is concern that the continuity rate will further decrease. Therefore, it is known to add a ceramic co-material to the internal electrode layers in order to provide a shrinkage retarding effect (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、共材は、焼結過程で誘電体層に拡散する傾向にあるため、内部電極層の連続率低下を十分に抑制することは困難である。 However, since the common material tends to diffuse into the dielectric layers during the sintering process, it is difficult to sufficiently suppress the decrease in continuity of the internal electrode layers.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、内部電極層の連続率低下を抑制することができる積層セラミックコンデンサおよびその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a multilayer ceramic capacitor capable of suppressing a decrease in the continuity of internal electrode layers, and a method of manufacturing the same.
本発明に係る積層セラミックコンデンサは、セラミックを主成分とする誘電体層と、金属を主成分とする内部電極層と、が交互に積層された積層構造を備え、前記内部電極層の厚みは、0.3μm以下であり、前記内部電極層に、セラミックを主成分とする粒子が存在し、前記誘電体層と前記内部電極層との積層方向における前記内部電極層の断面において、前記粒子が存在する面積比率が10%以上であり、前記内部電極層において前記粒子が存在する前記面積比率が10%以上となる領域において、隣接するいずれの誘電体層とも接触する金属結晶粒子が少なくとも2個存在し、前記2個の金属結晶粒子が前記内部電極層の延伸方向に接触して並んでおり、前記2個の金属結晶粒子によって、隣接する誘電体層間にわたって延びる結晶粒界が形成され、前記粒子が前記結晶粒界に配置されており、前記粒子は、前記内部電極層の厚み方向において、上下5%ずつの領域には存在しないことを特徴とする。 A multilayer ceramic capacitor according to the present invention has a laminated structure in which dielectric layers containing ceramic as a main component and internal electrode layers containing a metal as a main component are alternately laminated, and the thickness of the internal electrode layer is 0.3 μm or less, particles containing ceramic as a main component are present in the internal electrode layers, and the particles are present in the cross section of the internal electrode layers in the lamination direction of the dielectric layers and the internal electrode layers. At least two metal crystal grains are present in contact with any adjacent dielectric layer in the area ratio of 10% or more where the particles are present in the internal electrode layers. and the two metal crystal grains are arranged in contact with each other in the extending direction of the internal electrode layer, and the two metal crystal grains form a crystal grain boundary extending between the adjacent dielectric layers, and are arranged at the crystal grain boundary, and the grains are not present in each of the upper and lower 5% regions in the thickness direction of the internal electrode layer.
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記内部電極層の主成分金属をニッケルとしてもよい。 In the laminated ceramic capacitor described above, the main component metal of the internal electrode layers may be nickel.
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記粒子の主成分セラミックをチタン酸バリウムとしてもよい。 In the above laminated ceramic capacitor, the main component ceramic of the particles may be barium titanate.
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記誘電体層の主成分セラミックをチタン酸バリウムとしてもよい。 In the above laminated ceramic capacitor, the dielectric layers may be made of barium titanate as a main component ceramic.
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記面積比率は、内部電極層の断面のSEM画像を用いて任意に選択した10層の内部電極層の全体の面積と、前記10層の内部電極層中の前記粒子の全体の面積とから、求めてもよい。 In the above laminated ceramic capacitor, the area ratio is defined by the total area of ten internal electrode layers arbitrarily selected using a cross-sectional SEM image of the internal electrode layers, and the total area of the particles in the ten internal electrode layers. It can also be obtained from the total area.
本発明に係る積層セラミックコンデンサの製造方法は、セラミック粉末を含むグリーンシート上に、平均粒径が100nm以下で粒度分布の標準偏差が15以下の金属粉末を主成分とし、平均粒径が10nm以下で粒度分布の標準偏差が5以下のセラミック粉末を共材として含む金属導電ペーストのパターンを配置する第1工程と、前記第1工程によって得られた積層単位を複数積層して得られたセラミック積層体を焼成することで、前記金属粉末の焼結によって内部電極層を形成し、前記グリーンシートのセラミック粉末の焼結によって誘電体層を形成する第2工程と、を含み、前記内部電極層の厚みは、0.3μm以下であり、前記内部電極層と前記誘電体層との積層方向における前記内部電極層の断面において、セラミックを主成分とする粒子が存在する面積比率が10%以上であり、前記内部電極層において前記粒子が存在する前記面積比率が10%以上となる領域において、隣接するいずれの誘電体層とも接触する金属結晶粒子が少なくとも2個存在し、前記2個の金属結晶粒子が前記内部電極層の延伸方向に接触して並んでおり、前記2個の金属結晶粒子によって、隣接する誘電体層間にわたって延びる結晶粒界が形成され、前記粒子が前記結晶粒界に配置されるように前記第2工程を行い、前記粒子は、前記内部電極層の厚み方向において、上下5%ずつの領域には存在しないことを特徴とする。 In the method for manufacturing a multilayer ceramic capacitor according to the present invention, a metal powder having an average particle diameter of 100 nm or less and a standard deviation of the particle size distribution of 15 or less is placed as a main component on a green sheet containing ceramic powder, and the average particle diameter is 10 nm or less. A first step of arranging a pattern of a metal conductive paste containing a ceramic powder having a standard deviation of particle size distribution of 5 or less as a common material, and a ceramic laminate obtained by laminating a plurality of lamination units obtained in the first step. a second step of sintering the body to form internal electrode layers by sintering the metal powder, and forming dielectric layers by sintering the ceramic powder of the green sheets; The thickness is 0.3 μm or less, and the area ratio of particles containing ceramic as a main component is 10% or more in the cross section of the internal electrode layer in the stacking direction of the internal electrode layer and the dielectric layer. wherein at least two metal crystal grains are present in contact with any adjacent dielectric layer in the area ratio of 10% or more where the grains are present in the internal electrode layers, and the two metal crystal grains are are arranged in contact with each other in the extending direction of the internal electrode layers, the two metal crystal particles form a crystal grain boundary extending between the adjacent dielectric layers, and the particles are arranged in the crystal grain boundary. The second step is performed as described above, and the particles are not present in the upper and lower 5% regions in the thickness direction of the internal electrode layer.
上記積層セラミックコンデンサの製造方法において、前記第2工程において、室温から最高温度までの平均昇温速度を30℃/分以上80℃/分以下としてもよい。 In the method for manufacturing a laminated ceramic capacitor described above, in the second step, the average temperature increase rate from room temperature to the maximum temperature may be 30° C./min or more and 80° C./min or less.
上記積層セラミックコンデンサの製造方法において、前記金属粉末は、ニッケルを主成分としてもよい。 In the above method for manufacturing a multilayer ceramic capacitor, the metal powder may contain nickel as a main component.
上記積層セラミックコンデンサの製造方法において、前記共材は、チタン酸バリウムを主成分としてもよい。 In the above method for manufacturing a multilayer ceramic capacitor, the common material may contain barium titanate as a main component.
上記積層セラミックコンデンサの製造方法において、前記グリーンシートのセラミック粉末は、チタン酸バリウムを主成分としてもよい。 In the above method for manufacturing a multilayer ceramic capacitor, the ceramic powder of the green sheets may contain barium titanate as a main component.
上記積層セラミックコンデンサの製造方法において、前記面積比率は、内部電極層の断面のSEM画像を用いて任意に選択した10層の内部電極層の全体の面積と、前記10層の内部電極層中の前記粒子の全体の面積とから、求めてもよい。 In the above method for manufacturing a laminated ceramic capacitor, the area ratio is defined as the total area of the ten internal electrode layers arbitrarily selected using a cross-sectional SEM image of the internal electrode layers, and the total area of the ten internal electrode layers. It may be determined from the total area of the particles.
本発明によれば、内部電極層の連続率低下を抑制することができる積層セラミックコンデンサおよびその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laminated ceramic capacitor which can suppress the continuity rate fall of an internal electrode layer, and its manufacturing method can be provided.
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100の部分断面斜視図である。図1で例示するように、積層セラミックコンデンサ100は、直方体形状を有する積層チップ10と、積層チップ10のいずれかの対向する2端面に設けられた外部電極20a,20bとを備える。なお、積層チップ10の当該2端面以外の4面のうち、積層方向の上面および下面以外の2面を側面と称する。外部電極20a,20bは、積層チップ10の積層方向の上面、下面および2側面に延在している。ただし、外部電極20a,20bは、互いに離間している。
(embodiment)
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view of a laminated
積層チップ10は、誘電体として機能するセラミック材料を主成分とする誘電体層11と、卑金属材料等の金属材料を主成分とする内部電極層12とが、交互に積層された構成を有する。各内部電極層12の端縁は、積層チップ10の外部電極20aが設けられた端面と、外部電極20bが設けられた端面とに、交互に露出している。それにより、各内部電極層12は、外部電極20aと外部電極20bとに、交互に導通している。その結果、積層セラミックコンデンサ100は、複数の誘電体層11が内部電極層12を介して積層された構成を有する。また、誘電体層11と内部電極層12との積層体において、積層方向の最外層には内部電極層12が配置され、当該積層体の上面および下面は、カバー層13によって覆われている。カバー層13は、セラミック材料を主成分とする。例えば、カバー層13の材料は、誘電体層11とセラミック材料の主成分が同じである。
The laminated
積層セラミックコンデンサ100のサイズは、例えば、長さ0.2mm、幅0.125mm、高さ0.125mmであり、または長さ0.4mm、幅0.2mm、高さ0.2mm、または長さ0.6mm、幅0.3mm、高さ0.3mmであり、または長さ1.0mm、幅0.5mm、高さ0.5mmであり、または長さ3.2mm、幅1.6mm、高さ1.6mmであり、または長さ4.5mm、幅3.2mm、高さ2.5mmであるが、これらのサイズに限定されるものではない。
The size of the multilayer
内部電極層12は、Ni(ニッケル),Cu(銅),Sn(スズ)等の卑金属を主成分とする。内部電極層12として、Pt(白金),Pd(パラジウム),Ag(銀),Au(金)などの貴金属やこれらを含む合金を主成分として用いてもよい。内部電極層12の厚さは、例えば、0.5μm以下であり、0.3μm以下とすることが好ましい。誘電体層11は、例えば、一般式ABO3で表されるペロブスカイト構造を有するセラミック材料を主成分とする。なお、当該ペロブスカイト構造は、化学量論組成から外れたABO3-αを含む。例えば、当該セラミック材料として、BaTiO3(チタン酸バリウム),CaZrO3(ジルコン酸カルシウム),CaTiO3(チタン酸カルシウム),SrTiO3(チタン酸ストロンチウム),ペロブスカイト構造を形成するBa1-x-yCaxSryTi1-zZrzO3(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1)等を用いることができる。
The
積層セラミックコンデンサ100の小型大容量化のために、誘電体層11および内部電極層12の薄層化が求められている。しかしながら、内部電極層12を薄層化しようとすると、高連続率を維持することが困難となる。これは、以下の理由による。内部電極層12を金属粉末の焼成によって得る場合、焼結が進むと表面エネルギーを最小にしようとするために球状化する。誘電体層11の主成分セラミックよりも内部電極層12の金属成分の焼結が進みやすいため、誘電体層11の主成分セラミックが焼結するまで温度を上げると、内部電極層12の金属成分は過焼結となり、球状化しようとする。この場合、切れるキッカケ(欠陥)があれば、当該欠陥を基点に内部電極層12が切れ、連続率が低下する。誘電体層11および内部電極層12の薄層化が進むと、連続率はさらに低下するおそれがある。
In order to reduce the size and increase the capacity of the multilayer
そこで、セラミックを主成分とする共材を内部電極層12に添加することで、内部電極層12の収縮を遅延させることが考えられる。しかしながら、焼結過程における拡散によって共材が誘電体層11側に吐き出されると、連続率低下を抑制することが困難である。また、共材が誘電体層11に吸収されることで誘電体層11中の材料のA/B比(ペロブスカイトのAサイトとBサイトの比率)や組成のズレ、誘電率εが設計値と異なる値となり、狙った容量値が得られないおそれがある。
Therefore, it is conceivable to delay the shrinkage of the internal electrode layers 12 by adding a common material containing ceramic as a main component to the internal electrode layers 12 . However, if the common material is discharged to the
図2は、連続率を表す図である。図2で例示するように、ある内部電極層12における長さL0の観察領域において、その金属部分の長さL1,L2,・・・,Lnを測定して合計し、金属部分の割合であるΣLn/L0をその層の連続率と定義することができる。
FIG. 2 is a diagram showing the continuity rate. As exemplified in FIG. 2, in an observation region of length L0 in a certain
そこで、本実施形態においては、内部電極層12の結晶粒径を小さくする。図3(a)は、結晶粒径が大きい場合の内部電極層12を例示する図である。図3(b)は、結晶粒径が小さい場合の内部電極層12を例示する図である。図3(a)および図3(b)で例示するように、結晶粒14が小さくなると、内部電極層12に共材が残存しやすくなる。例えば、結晶粒14が小さくなるにつれて結晶粒界16の数が多くなり、当該結晶粒界16に共材が残存することで、内部電極層12全体におけるセラミックを主成分とする粒子15が多く存在すると考えられる。具体的には、誘電体層11と内部電極層12との積層方向における内部電極層12の断面において、粒子15が存在する面積比率を10%以上とする。例えば、当該断面は、誘電体層11と内部電極層12との積層方向と、外部電極20aと外部電極20bとの対向方向とがなす平面での断面である。この構成では、共材の残存量が多くなる。それにより、焼結時における内部電極層12の金属成分の過焼結が抑制され、内部電極層12の切れが抑制される。その結果、内部電極層12の連続率低下を抑制することができる。また、誘電体層11への共材の拡散が抑制され、誘電体層11中の材料のA/B比や組成のズレ、誘電率εの低下が抑制され、所望の誘電特性を確保することができる。その結果、バイアス特性の悪化が抑制され、高容量が得られる。なお、上記面積比率は、12%以上とすることが好ましく、14%以上とすることがより好ましい。なお、上記の面積比率は、内部電極層12の断面のSEM画像などを用いて、例えば任意に選択した10層の内部電極層12の全体の面積と、当該10層の内部電極層12中のセラミックを主成分とする粒子15の全体の面積とから求めることができる。製造誤差などに起因して、異なる2層の内部電極層12で当該面積比率にバラツキが生じるおそれはあるが、任意に選択した10層の内部電極層12を用いて当該面積比率を算出することで、バラツキを抑えることができる。このような面積は、画像解析ソフトを用いて算出してもよい。
Therefore, in the present embodiment, the crystal grain size of the internal electrode layers 12 is reduced. FIG. 3A is a diagram illustrating the
なお、共材が誘電体層11に拡散せずに内部電極層12に十分に残存する場合、内部電極層12内で共材が集まるようになる。より具体的には、内部電極層12の中央部付近の共材が周囲の共材を集めて粒成長していくと考えられる。その結果、内部電極層12の厚み方向の中央部分に残存するようになる。この場合、内部電極層12の厚み方向において、上下5%ずつに粒子15が存在しなくなる。したがって、内部電極層12の厚み方向において、上下5%ずつの領域に粒子15が存在しないことが好ましい。
When the common material does not diffuse into the
続いて、積層セラミックコンデンサ100の製造方法について説明する。図4は、積層セラミックコンデンサ100の製造方法のフローを例示する図である。
Next, a method for manufacturing the laminated
(原料粉末作製工程)
まず、図4で例示するように、誘電体層11を形成するための誘電体材料を用意する。誘電体層11に含まれるAサイト元素およびBサイト元素は、通常はABO3の粒子の焼結体の形で誘電体層11に含まれる。例えば、BaTiO3は、ペロブスカイト構造を有する正方晶化合物であって、高い誘電率を示す。このBaTiO3は、一般的に、二酸化チタンなどのチタン原料と炭酸バリウムなどのバリウム原料とを反応させてチタン酸バリウムを合成することで得ることができる。誘電体層11を構成するセラミックの合成方法としては、従来種々の方法が知られており、例えば固相法、ゾル-ゲル法、水熱法等が知られている。本実施形態においては、これらのいずれも採用することができる。
(Raw material powder preparation process)
First, as illustrated in FIG. 4, a dielectric material for forming the
得られたセラミック粉末に、目的に応じて所定の添加化合物を添加する。添加化合物としては、Mn(マンガン),V(バナジウム),Cr(クロム),希土類元素(Y(イットリウム),Dy(ジスプロシウム),Tm(ツリウム),Ho(ホロミウム),Tb(テルピウム),Yb(イッテルビウム),Sm(サマリウム),Eu(ユウロビウム),Gd(ガドリニウム),およびEr(エルビウム))の酸化物、並びに、Co(コバルト),Ni(ニッケル),Li(リチウム),B(ホウ素),Na(ナトリウム),K(カリウム)およびSi(シリコン)の酸化物もしくはガラスが挙げられる。 A predetermined additive compound is added to the obtained ceramic powder according to the purpose. Additive compounds include Mn (manganese), V (vanadium), Cr (chromium), rare earth elements (Y (yttrium), Dy (dysprosium), Tm (thulium), Ho (holmium), Tb (terpium), Yb ( ytterbium), Sm (samarium), Eu (eurobium), Gd (gadolinium), and Er (erbium)) oxides, as well as Co (cobalt), Ni (nickel), Li (lithium), B (boron), Na (sodium), K (potassium) and Si (silicon) oxides or glasses are included.
本実施形態においては、好ましくは、まず誘電体層11を構成するセラミックの粒子に添加化合物を含む化合物を混合して820~1150℃で仮焼を行う。続いて、得られたセラミック粒子を添加化合物とともに湿式混合し、乾燥および粉砕してセラミック粉末を調製する。例えば、セラミック粉末の平均粒径は、誘電体層11の薄層化の観点から、好ましくは50~300nmである。例えば、上記のようにして得られたセラミック粉末について、必要に応じて粉砕処理して粒径を調節し、あるいは分級処理と組み合わせることで粒径を整えてもよい。
In this embodiment, preferably, a compound containing an additive compound is first mixed with ceramic particles forming the
(積層工程)
次に、得られた誘電体材料に、ポリビニルブチラール(PVB)樹脂等のバインダと、エタノール、トルエン等の有機溶剤と、フタル酸ジオクチル(DOP)等の可塑剤とを加えて湿式混合する。得られたスラリーを使用して、例えばダイコータ法やドクターブレード法により、基材上に例えば厚み0.8μm以下の帯状の誘電体グリーンシートを塗工して乾燥させる。
(Lamination process)
Next, a binder such as polyvinyl butyral (PVB) resin, an organic solvent such as ethanol or toluene, and a plasticizer such as dioctyl phthalate (DOP) are added to the obtained dielectric material and wet-mixed. Using the obtained slurry, for example, a strip-shaped dielectric green sheet having a thickness of 0.8 μm or less is coated on a base material by, for example, a die coater method or a doctor blade method, and dried.
次に、誘電体グリーンシートの表面に、有機バインダを含む内部電極形成用の金属導電ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷等により印刷することで、極性の異なる一対の外部電極に交互に引き出される内部電極層パターンを配置する。金属導電ペーストの金属材料には、例えば、平均粒径が100nm以下のものを用いる。また、粒径の標準偏差は、15以下とする。これにより、シャープな粒度分布が得られる。平均粒径は、100nm以下であることが好ましく、70nm以下であることがより好ましい。粒径の標準偏差は、15以下であることが好ましく、12以下であることがより好ましい。また、累積粒度分布の傾きは、8以上であることが好ましい。なお、累積粒度分布の傾きは、累積粒度分布を対数プロットしD20とD80間の傾き(=1/(logD80-logD20)と定義することができる。 Next, by printing a metal conductive paste for forming internal electrodes containing an organic binder on the surface of the dielectric green sheet by screen printing, gravure printing, etc., the internal electrodes are alternately led out to a pair of external electrodes having different polarities. Lay out the layer pattern. For the metal material of the metal conductive paste, for example, one having an average particle size of 100 nm or less is used. Also, the standard deviation of the particle size is 15 or less. This gives a sharp particle size distribution. The average particle size is preferably 100 nm or less, more preferably 70 nm or less. The standard deviation of the particle size is preferably 15 or less, more preferably 12 or less. Also, the slope of the cumulative particle size distribution is preferably 8 or more. The slope of the cumulative particle size distribution can be defined as the slope between D20 and D80 (=1/(logD80-logD20) by logarithmically plotting the cumulative particle size distribution.
また、金属導電ペーストには、共材としてセラミック粒子を添加する。セラミック粒子の主成分セラミックは、特に限定するものではないが、誘電体層11の主成分セラミックと同じであることが好ましい。例えば、チタン酸バリウムを均一に分散させてもよい。共材には、例えば平均粒径が10nm以下のものを用いる。また、粒径の標準偏差は、5以下とする。これにより、シャープな粒度分布が得られる。平均粒径は、15nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましい。粒径の標準偏差は、5以下であることが好ましく、3以下であることがより好ましい。また、累積粒度分布の傾きは、7以上であることが好ましい。なお、累積粒度分布の傾きは、累積粒度分布を対数プロットしD20とD80間の傾き(=1/(logD80-logD20)と定義することができる。
In addition, ceramic particles are added to the metal conductive paste as a common material. Although the main component ceramic of the ceramic particles is not particularly limited, it is preferably the same as the main component ceramic of the
その後、内部電極層パターンが印刷された誘電体グリーンシートを所定の大きさに打ち抜いて、打ち抜かれた誘電体グリーンシートを、基材を剥離した状態で、内部電極層12と誘電体層11とが互い違いになるように、かつ内部電極層12が誘電体層11の長さ方向両端面に端縁が交互に露出して極性の異なる一対の外部電極20a,20bに交互に引き出されるように、所定層数(例えば100~500層)だけ積層する。積層した誘電体グリーンシートの上下にカバー層13となるカバーシートを圧着させ、所定チップ寸法(例えば1.0mm×0.5mm)にカットし、その後に外部電極20a,20bの下地層となる金属導電ペーストを、カットした積層体の両端面にディップ法等で塗布して乾燥させる。これにより、積層セラミックコンデンサ100の成型体が得られる。
After that, the dielectric green sheet on which the internal electrode layer pattern is printed is punched into a predetermined size, and the punched dielectric green sheet is separated into the
(焼成工程)
このようにして得られた成型体を、250~500℃のN2雰囲気中で脱バインダ処理した後に、酸素分圧10-5~10-8atmの還元雰囲気中で1100~1300℃で10分~2時間焼成することで、各化合物が焼結して粒成長する。このようにして、積層セラミックコンデンサ100が得られる。なお、焼成条件を調整することで、内部電極層12に残存する共材の残存量を調整することができる。具体的には、焼成工程において昇温速度を大きくすることで、共材が金属導電ペーストから吐き出される前に主成分金属が焼結するため、共材が内部電極層12に残存しやすくなる。例えば、内部電極層12における共材の残存量を多くする観点から、焼成工程において室温から最高温度までの平均昇温速度は、30℃/分以上とすることが好ましく、45℃/分以上とすることがより好ましい。なお、平均昇温速度が大きすぎると、成型体に残留する有機成分の排出が十分に行われず、焼成工程中にクラックが発生するなどの不具合が生じるおそれがある。あるいは、成型体の焼結に内外差が発生することで緻密化が不十分となり、静電容量が低下するなどの不具合が生じるおそれがある。そこで、平均昇温速度を、80℃/分以下とすることが好ましく、65℃/分以下とすることがより好ましい。
(Baking process)
The molded body thus obtained is subjected to binder removal treatment in an N 2 atmosphere at 250 to 500° C., and then in a reducing atmosphere with an oxygen partial pressure of 10 −5 to 10 −8 atm at 1100 to 1300° C. for 10 minutes. By firing for ~2 hours, each compound is sintered and grains grow. Thus, the laminated
(再酸化処理工程)
その後、N2ガス雰囲気中で600℃~1000℃で再酸化処理を行ってもよい。
(めっき処理工程)
その後、めっき処理により、外部電極20a,20bの下地層に、Cu,Ni,Sn等の金属コーティングを行う。
(Reoxidation treatment step)
After that, reoxidation treatment may be performed at 600° C. to 1000° C. in an N 2 gas atmosphere.
(Plating process)
After that, metal coating such as Cu, Ni, and Sn is applied to the underlying layers of the
本実施形態に係る積層セラミックコンデンサの製造方法によれば、内部電極層12を構成する主成分金属および共材として粒度分布のシャープな小径材料を用いることで、高分散な金属導電ペーストが作製される。また、部分的に大きい材料が混入することが抑制される。このような金属導電ペーストを用いることで、焼結過程において誘電体層11への共材の拡散が抑制され、共材が内部電極層12内に残存するようになる。具体的には、誘電体層11と内部電極層12との積層方向における内部電極層12の断面において、セラミックを主成分とする粒子15が存在する面積比率を10%以上とする。
According to the method for manufacturing a laminated ceramic capacitor according to the present embodiment, a highly dispersed metal conductive paste is produced by using a small-diameter material with a sharp particle size distribution as the main component metal and co-material constituting the internal electrode layers 12. be. In addition, it is possible to suppress the mixing of partially large materials. By using such a metal conductive paste, diffusion of the common material into the
内部電極層12内に共材が残存すると、焼結時における内部電極層12の金属成分の過焼結が抑制され、内部電極層12の切れが抑制される。その結果、内部電極層12の連続率低下を抑制することができる。また、誘電体層11への共材の拡散が抑制され、誘電体層11の誘電率εの低下が抑制され、所望の誘電特性を確保することができる。なお、上記面積比率は、12%以上とすることが好ましく、14%以上とすることがより好ましい。また、内部電極層12の厚み方向において、上下5%ずつの領域にセラミックを主成分とする粒子15が存在しないことが好ましい。
When the common material remains in the internal electrode layers 12, oversintering of the metal components of the internal electrode layers 12 during sintering is suppressed, and breakage of the internal electrode layers 12 is suppressed. As a result, a decrease in the continuity rate of the internal electrode layers 12 can be suppressed. Moreover, the diffusion of the common material into the
以下、実施形態に係る積層セラミックコンデンサを作製し、特性について調べた。 Hereinafter, multilayer ceramic capacitors according to the embodiments were produced and their characteristics were examined.
(実施例1~5)
平均粒径が100nm(比表面積10m2/g)のチタン酸バリウム粉末に必要な添加物を添加し、ボールミルで十分に湿式混合粉砕して誘電体材料を得た。誘電体材料に有機バインダおよび溶剤を加えてドクターブレード法にて誘電体グリーンシートを作製した。誘電体グリーンシートの塗工厚みを0.8μmとし、有機バインダとしてポリビニルブチラール(PVB)等を用い、溶剤としてエタノール、トルエン酸等を加えた。その他、可塑剤などを加えた。
(Examples 1 to 5)
Necessary additives were added to barium titanate powder having an average particle size of 100 nm (specific surface area of 10 m 2 /g), and the mixture was thoroughly wet-mixed and pulverized in a ball mill to obtain a dielectric material. A dielectric green sheet was prepared by adding an organic binder and a solvent to a dielectric material and using a doctor blade method. The coating thickness of the dielectric green sheet was 0.8 μm, polyvinyl butyral (PVB) or the like was used as the organic binder, and ethanol, toluic acid, or the like was added as the solvent. In addition, a plasticizer and the like were added.
次に、内部電極層12の主成分金属(Ni)の粉末を(Ni固形分で50wt%)と、共材(チタン酸バリウム)を10部と、バインダ(エチルセルロース)を5部と、溶剤と、必要に応じてその他助剤とを含んでいる内部電極形成用導電ペーストを遊星ボールミルで作製した。表1に示すように、主成分金属の粉末には、平均粒径が70nm(比表面積10m2/g)、粒径の標準偏差が12、累積粒度分布の傾きが8のものを用いた。共材には、平均粒径が8.6nm(比表面積110m2/g)、粒径の標準偏差が2.7、累積粒度分布の傾きが7のものを用いた。
誘電体シートに内部電極形成用導電ペーストをスクリーン印刷した。内部電極形成用導電ペーストを印刷したシートを250枚重ね、その上下にカバーシートをそれぞれ積層した。その後、熱圧着によりセラミック積層体を得て、所定の形状に切断した。 A conductive paste for forming internal electrodes was screen-printed on the dielectric sheet. 250 sheets on which the conductive paste for forming internal electrodes was printed were stacked, and cover sheets were laminated on the upper and lower sides thereof. After that, a ceramic laminate was obtained by thermocompression bonding and cut into a predetermined shape.
得られたセラミック積層体をN2雰囲気中で脱バインダした後に、セラミック積層体の両端面から各側面にかけて、Niを主成分とする金属フィラー、共材、バインダ、溶剤などを含む金属ペーストを塗布し、乾燥させた。その後、還元雰囲気中で1100℃~1300℃で10分~2時間、金属ペーストをセラミック積層体と同時に焼成して焼結体を得た。室温から最高温度までの平均昇温速度は、実施例1では30℃/分とし、実施例2では45℃/分とし、実施例3では55℃/分とし、実施例4では65℃/分とし、実施例5では80℃/分とした。 After removing the binder from the obtained ceramic laminate in an N2 atmosphere, a metal paste containing a metal filler containing Ni as a main component, a common material, a binder, a solvent, etc. is applied from both end surfaces to each side surface of the ceramic laminate. and dried. After that, the metal paste was sintered simultaneously with the ceramic laminate at 1100° C. to 1300° C. for 10 minutes to 2 hours in a reducing atmosphere to obtain a sintered body. The average heating rate from room temperature to the maximum temperature was 30°C/min in Example 1, 45°C/min in Example 2, 55°C/min in Example 3, and 65°C/min in Example 4. and 80° C./min in Example 5.
得られた焼結体の形状寸法は、長さ0.6mm、幅0.3mm、高さ0.3mmであった。焼結体をN2雰囲気下800℃の条件で再酸化処理を行った後、メッキ処理して下地層の表面にCuめっき層、Niめっき層およびSnめっき層を形成し、積層セラミックコンデンサ100を得た。
The shape and dimensions of the obtained sintered body were 0.6 mm long, 0.3 mm wide and 0.3 mm high. After re-oxidizing the sintered body under N2 atmosphere at 800° C., plating is performed to form a Cu-plated layer, a Ni-plated layer and an Sn-plated layer on the surface of the base layer, and the multilayer
(比較例1~3)
比較例1~3においては、表1に示すように、内部電極形成用導電ペーストの主成分金属(Ni)の粉末に、平均粒径が120nm、粒径の標準偏差が33、累積粒度分布の傾きが6のものを用いた。共材には、平均粒径が29nm、粒径の標準偏差が8.7、累積粒度分布の傾きが5のものを用いた。室温から最高温度までの平均昇温速度は、比較例1では45℃/分とし、比較例2では55℃/分とし、比較例3では65℃/分とした。その他の条件は、実施例と同様とした。
(Comparative Examples 1 to 3)
In Comparative Examples 1 to 3, as shown in Table 1, the powder of the main component metal (Ni) of the conductive paste for forming the internal electrodes had an average particle size of 120 nm, a standard deviation of the particle size of 33, and a cumulative particle size distribution of A slope of 6 was used. The common material used had an average grain size of 29 nm, a grain size standard deviation of 8.7, and a cumulative grain size distribution slope of 5. The average heating rate from room temperature to the maximum temperature was 45° C./min in Comparative Example 1, 55° C./min in Comparative Example 2, and 65° C./min in Comparative Example 3. Other conditions were the same as in the example.
図5(a)は、実施例1~5および比較例1~3における内部電極形成用導電ペーストの主成分金属の粒度分布を示す図である。図5(a)に示すように、実施例1~5においては、平均粒径が小さく、粒度分布がシャープな金属粉末を用いていることがわかる。また、比較例1~3においては、平均粒径が大きく、粒度分布がブロードな金属粉末を用いていることがわかる。図5(b)は、実施例1~5および比較例1~3における内部電極形成用導電ペーストの共材の粒度分布を示す図である。図5(b)に示すように、実施例1~5においては、平均粒径が小さく、粒度分布がシャープな共材を用いていることがわかる。また、比較例1~3においては、平均粒径が大きく、粒度分布がブロードな共材を用いていることがわかる。 FIG. 5(a) is a view showing the particle size distribution of the main component metals of the conductive pastes for forming internal electrodes in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3. FIG. As shown in FIG. 5(a), in Examples 1 to 5, metal powders having a small average particle size and a sharp particle size distribution are used. Moreover, in Comparative Examples 1 to 3, metal powders having a large average particle size and a broad particle size distribution are used. FIG. 5(b) is a diagram showing the particle size distribution of the common material of the conductive pastes for forming internal electrodes in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3. FIG. As shown in FIG. 5(b), in Examples 1 to 5, co-materials having a small average particle size and a sharp particle size distribution are used. In addition, in Comparative Examples 1 to 3, it can be seen that a common material having a large average particle size and a broad particle size distribution is used.
(分析)
図6(a)および図6(b)は、幅方向中央部での、誘電体層11と内部電極層12との積層方向における断面のSEM(走査型電子顕微鏡)写真を描いた図である。図6(a)は実施例3のSEM写真であり、図6(b)は比較例2のSEM写真である。図6(a)および図6(b)の結果から、誘電体層11と内部電極層12との積層方向における内部電極層12の断面において、セラミックを主成分とする粒子15が存在する面積比率を計測した。具体的には、SEM画像から粒子15の個数をカウントし、それぞれの粒子径を計測し、内部電極層12の総面積(粒子15を含む)に対する粒子15の面積を算出することで、面積比率を算出した。SEM写真の視野は12.6μm×8.35μmとした。図6(c)および図7に示すように、実施例1では面積比率が12.0であり、実施例2では14.5であり、実施例3では16.2であり、実施例4では17.3であり、実施例5では18.0であった。比較例1では7.0であり、比較例2では8.7であり、比較例3では9.0であった。
(analysis)
FIGS. 6(a) and 6(b) are SEM (scanning electron microscope) photographs of cross sections in the stacking direction of the
また、得られたSEM写真を用いて、図2で説明した連続率を測定した。実施例1~5においては連続率が100%となった。比較例1~3では連続率が94~96%となった。連続率については、数枚のSEM写真に写っている全内部電極層の連続率を測定することで平均値を求めた。 Moreover, the continuous rate explained in FIG. 2 was measured using the obtained SEM photograph. In Examples 1 to 5, the continuity rate was 100%. In Comparative Examples 1-3, the continuous rate was 94-96%. As for the continuity rate, an average value was obtained by measuring the continuity rate of all the internal electrode layers shown in several SEM photographs.
次に、実施例1~5及び比較例1~3に係る積層セラミックコンデンサのサンプルについて誘電率の評価を行った。具体的には、静電容量をヒューレットパッカード社のLCRメータ4284Aを用いて測定した。この測定値と、サンプルとなる積層コンデンサの内部電極の交差面積、誘電体セラミック層厚み、および積層枚数から、見かけ誘電率を計算した。サンプル数は100個とした。 Next, the dielectric constants of the multilayer ceramic capacitor samples according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated. Specifically, the capacitance was measured using a Hewlett-Packard LCR meter 4284A. The apparent dielectric constant was calculated from this measured value, the intersecting area of the internal electrodes of the sample multilayer capacitor, the dielectric ceramic layer thickness, and the number of laminated layers. The number of samples was 100.
実施例1~5および比較例1~3についてそれぞれ100個のサンプルに対し、誘電率の評価を行った。図8は、誘電率の評価結果を示すグラフである。図8の縦軸は、各サンプルの誘電率を示している。なお、図8では、実施例3に係るサンプルの誘電率の平均を100%として規格化した誘電率を示している。 100 samples of each of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated for dielectric constant. FIG. 8 is a graph showing evaluation results of permittivity. The vertical axis in FIG. 8 indicates the dielectric constant of each sample. It should be noted that FIG. 8 shows the dielectric constant normalized by setting the average dielectric constant of the samples according to Example 3 to 100%.
図8の結果から、実施例1~5においては、比較例1~3に対して同じ昇温速度での誘電率が20%以上向上したことがわかる。これは、内部電極形成用の金属導電ペーストの金属材料として粒度分布のシャープな小径材料を用いたことで焼結過程において共材が内部電極層12内に残存して誘電体層11への拡散が抑制され、誘電体層11中の材料のA/B比や組成のズレなどが抑制されたからであると考えられる。
From the results of FIG. 8, it can be seen that in Examples 1 to 5, the permittivity at the same heating rate was improved by 20% or more as compared to Comparative Examples 1 to 3. This is because a small-diameter material with a sharp particle size distribution is used as the metal material of the metal conductive paste for forming the internal electrodes, so that the common material remains in the internal electrode layers 12 during the sintering process and diffuses into the dielectric layers 11. is suppressed, and the A/B ratio and composition deviation of the material in the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention described in the scope of claims. Change is possible.
10 積層チップ
11 誘電体層
12 内部電極層
13 カバー層
20a,20b 外部電極
100 積層セラミックコンデンサ
REFERENCE SIGNS
Claims (11)
前記内部電極層の厚みは、0.3μm以下であり、
前記内部電極層に、セラミックを主成分とする粒子
が存在し、
前記誘電体層と前記内部電極層との積層方向における前記内部電極層の断面において、前記粒子が存在する面積比率が10%以上であり、
前記内部電極層において前記粒子が存在する前記面積比率が10%以上となる領域において、隣接するいずれの誘電体層とも接触する金属結晶粒子が少なくとも2個存在し、前記2個の金属結晶粒子が前記内部電極層の延伸方向に接触して並んでおり、前記2個の金属結晶粒子によって、隣接する誘電体層間にわたって延びる結晶粒界が形成され、前記粒子が前記結晶粒界に配置されており、
前記粒子は、前記内部電極層の厚み方向において、上下5%ずつの領域には存在しないことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 A laminated structure in which dielectric layers mainly composed of ceramic and internal electrode layers mainly composed of metal are alternately laminated,
The thickness of the internal electrode layer is 0.3 μm or less,
Particles containing ceramic as a main component are present in the internal electrode layers,
In the cross section of the internal electrode layer in the stacking direction of the dielectric layer and the internal electrode layer, the area ratio of the particles is 10% or more,
In the area ratio of 10% or more where the particles are present in the internal electrode layers, there are at least two metal crystal grains that are in contact with any adjacent dielectric layer, and the two metal crystal grains are in contact with each other. The two metal crystal particles are arranged in contact with each other in the extending direction of the internal electrode layers, and the two metal crystal particles form a crystal grain boundary extending between the adjacent dielectric layers, and the particles are arranged at the crystal grain boundary. ,
A multilayer ceramic capacitor, wherein the particles are not present in 5% of the upper and lower regions in the thickness direction of the internal electrode layers.
前記第1工程によって得られた積層単位を複数積層して得られたセラミック積層体を焼成することで、前記金属粉末の焼結によって内部電極層を形成し、前記グリーンシートのセラミック粉末の焼結によって誘電体層を形成する第2工程と、を含み、
前記内部電極層の厚みは、0.3μm以下であり、
前記内部電極層と前記誘電体層との積層方向における前記内部電極層の断面において、セラミックを主成分とする粒子が存在する面積比率が10%以上であり、
前記内部電極層において前記粒子が存在する前記面積比率が10%以上となる領域において、隣接するいずれの誘電体層とも接触する金属結晶粒子が少なくとも2個存在し、前記2個の金属結晶粒子が前記内部電極層の延伸方向に接触して並んでおり、前記2個の金属結晶粒子によって、隣接する誘電体層間にわたって延びる結晶粒界が形成され、前記粒子が前記結晶粒界に配置されるように前記第2工程を行い、
前記粒子は、前記内部電極層の厚み方向において、上下5%ずつの領域には存在しないことを特徴とする積層セラミックコンデンサの製造方法。 Ceramic powder having an average particle size of 10 nm or less and a standard deviation of particle size distribution of 5 or less, which is mainly composed of metal powder having an average particle size of 100 nm or less and a standard deviation of particle size distribution of 5 or less, is placed on a green sheet containing ceramic powder. A first step of arranging a pattern of a metal conductive paste containing as a common material;
By sintering the ceramic laminate obtained by laminating a plurality of lamination units obtained in the first step, the metal powder is sintered to form internal electrode layers, and the ceramic powder of the green sheet is sintered. a second step of forming a dielectric layer by
The thickness of the internal electrode layer is 0.3 μm or less,
In the cross section of the internal electrode layer in the stacking direction of the internal electrode layer and the dielectric layer, the area ratio of particles containing ceramic as a main component is 10% or more,
In the area ratio of 10% or more where the particles are present in the internal electrode layers, there are at least two metal crystal grains that are in contact with any adjacent dielectric layer, and the two metal crystal grains are in contact with each other. The two metal crystal particles are arranged in contact with each other in the extending direction of the internal electrode layers, and the two metal crystal particles form a crystal grain boundary extending between the adjacent dielectric layers, and the particles are arranged at the crystal grain boundary. performing the second step on
A method of manufacturing a laminated ceramic capacitor, wherein the particles are not present in 5% of the upper and lower regions in the thickness direction of the internal electrode layers.
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