JP7215459B2 - Multilayer electronic component - Google Patents
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この開示は、積層型電子部品に関する。 This disclosure relates to laminated electronic components.
近年、積層セラミックコンデンサなどの積層型電子部品は、車載機器など高い信頼性が要求される電子機器への適用が進められている。積層型電子部品の信頼性は、例えば、高温負荷試験において所定の値まで絶縁抵抗が低下するのに要する時間の長さ(以後、単に寿命と呼称することがある)で評価することができる。 In recent years, multilayer electronic components such as multilayer ceramic capacitors have been applied to electronic devices such as in-vehicle devices that require high reliability. The reliability of multilayer electronic components can be evaluated, for example, by the length of time required for insulation resistance to decrease to a predetermined value in a high temperature load test (hereinafter sometimes simply referred to as life).
積層型電子部品の一例として、特開2017-228590号公報(特許文献1)に記載された積層セラミックコンデンサが挙げられる。特許文献1に記載されている積層セラミックコンデンサは、セラミック材料とニッケル(Ni)とを含む誘電体層と、Niを含む内部電極層とを備えている。
As an example of a multilayer electronic component, there is a multilayer ceramic capacitor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-228590 (Patent Document 1). A multilayer ceramic capacitor described in
高温負荷試験のように積層セラミックコンデンサの誘電体層に高電界が印加された場合の絶縁抵抗は、誘電体層を構成する結晶粒の粒界により支配される傾向がある。特許文献1には、内部電極層から拡散し、粒界に不均一に存在していたNiを結晶粒内に取り込むことにより、絶縁抵抗のばらつきを抑える技術が開示されている。
Insulation resistance when a high electric field is applied to dielectric layers of a multilayer ceramic capacitor as in a high temperature load test tends to be governed by grain boundaries of crystal grains forming the dielectric layers.
特許文献1には、粒界に不均一に存在していたNiを結晶粒内に取り込み、かつ結晶粒内に保持するための構造については何ら言及されていない。この開示の目的は、高い信頼性を有することができる積層型電子部品を提供することである。
この開示に従う積層型電子部品は、積層された複数の誘電体層と複数の内部電極層とを含む積層体を備える。複数の誘電体層は、複数の結晶粒を有する。複数の結晶粒の少なくとも一部は、結晶粒内にトラップ部を有する。トラップ部を有する結晶粒は、Ni、Cu、Pt、Sn、PdおよびAgからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む。該元素は、トラップ部に偏在している。 A multilayer electronic component according to this disclosure comprises a laminate including a plurality of laminated dielectric layers and a plurality of internal electrode layers. The multiple dielectric layers have multiple crystal grains. At least some of the plurality of crystal grains have trap portions within the crystal grains. The crystal grains having trap portions contain at least one element selected from the group consisting of Ni, Cu, Pt, Sn, Pd and Ag. The element is unevenly distributed in the trap portion.
この開示に従う積層型電子部品は、高い信頼性を有することができる。 A multilayer electronic component according to this disclosure can have high reliability.
この開示の特徴とするところを、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す積層型電子部品の実施形態では、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さないことがある。 Features of this disclosure will be described with reference to the drawings. In the embodiments of the laminated electronic component described below, the same or common parts are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof may not be repeated.
この開示に従う積層型電子部品の一実施形態である積層セラミックコンデンサについて、図1から図7を用いて説明する。 A multilayer ceramic capacitor, which is one embodiment of a multilayer electronic component according to this disclosure, will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG.
<積層セラミックコンデンサの構造>
図1は、積層セラミックコンデンサ100の断面図である。積層セラミックコンデンサ100は、積層体10を備えている。積層体10は、積層方向に相対する第1の主面および第2の主面と、積層方向に直交する幅方向に相対する第1の側面および第2の側面と、積層方向および幅方向に直交する長さ方向に相対する第1の端面13aおよび第2の端面13bとを有する。
<Structure of Multilayer Ceramic Capacitor>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a multilayer
積層体10は、積層された複数の誘電体層11と複数の内部電極層12とを含む。複数の誘電体層11は、外層部と内層部とを有する。外層部は、積層体10の第1の主面と第1の主面に最も近い内部電極層12との間、および第2の主面と第2の主面に最も近い内部電極層12との間に配置されている。内層部は、それら2つの外層部に挟まれた領域に配置されている。
The
複数の誘電体層11は誘電体で構成される層である。複数の誘電体層11は、それぞれ、Ba、Ti、Ca、SrおよびZnからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含むことが好ましい。複数の誘電体層11は、それぞれ、例えばBaを含んで構成されるペロブスカイト型化合物を含む複数の結晶粒を有する。上記のペロブスカイト型化合物としては、例えばBaTiO3を基本的な構造とするペロブスカイト型化合物が挙げられる。
The plurality of
複数の内部電極層12は、第1の内部電極層12aと第2の内部電極層12bとを有する。第1の内部電極層12aは、誘電体層11を介して第2の内部電極層12bと互いに対向している対向電極部と、対向電極部から積層体10の第1の端面13aまでの引き出し電極部とを備えている。第2の内部電極層12bは、誘電体層11を介して第1の内部電極層12aと互いに対向している対向電極部と、対向電極部から積層体10の第2の端面13bまでの引き出し電極部とを備えている。
The plurality of
第1の内部電極層12aと第2の内部電極層12bとが誘電体層11を介して互いに対向することにより、1つのコンデンサが形成される。積層セラミックコンデンサ100は、複数個のコンデンサが後述する第1の外部電極14aおよび第2の外部電極14bを介して並列接続されたものと言える。
A capacitor is formed by the first
内部電極層12は、導電性材料を含む。内部電極層12を構成する導電性材料としては、Ni、Cu、Pt、Sn、PdおよびAgなどから選ばれる少なくとも一種の金属または当該金属を含む合金が挙げられる。内部電極層12は、後述するように共材と呼ばれる誘電体粒子をさらに含んでいてもよい。共材は、積層体10の焼成時において、内部電極層12の焼結収縮特性を誘電体層11の焼結収縮特性に近づけるために添加されるものであり、その効果が発現されるものである限り、その材質は特に制限されない。
The
積層セラミックコンデンサ100は、第1の外部電極14aと第2の外部電極14bとをさらに備えている。第1の外部電極14aは、第1の内部電極層12aと電気的に接続されるように積層体10の第1の端面13aに形成されている。第1の外部電極14aは、第1の端面13aから第1の主面および第2の主面ならびに第1の側面および第2の側面に延びている。第2の外部電極14bは、第2の内部電極層12bと電気的に接続されるように積層体10の第2の端面13bに形成されている。第2の外部電極14bは、第2の端面13bから第1の主面および第2の主面ならびに第1の側面および第2の側面に延びている。
The multilayer
第1の外部電極14aおよび第2の外部電極14bは、例えば、下地電極層と下地電極層上に配置されためっき層とを有する。下地電極層は、例えば、焼結体層、導電性樹脂層および金属薄膜層から選ばれる少なくとも1つを含む。
The first
焼結体層は、ガラス粉末および金属粉末を含むペーストが焼き付けられたものであり、ガラス部と金属部とを含む。ガラス部を構成するガラスとしては、B2O3-SiO2-BaO系のガラスなどが挙げられる。金属部を構成する金属としては、Ni、CuおよびAgなどから選ばれる少なくとも一種または当該金属を含む合金が挙げられる。焼結体層は、異なる成分で複数層形成されていてもよい。また、焼結体層は、後述する製造方法において、積層体10と同時焼成されてもよく、積層体10が焼成された後に焼き付けられてもよい。
The sintered body layer is obtained by baking a paste containing glass powder and metal powder, and includes a glass portion and a metal portion. Examples of the glass forming the glass portion include B 2 O 3 —SiO 2 —BaO-based glass. Examples of the metal forming the metal portion include at least one selected from Ni, Cu, Ag, and the like, or an alloy containing the metal. The sintered body layer may be formed in multiple layers with different components. In addition, the sintered body layer may be fired simultaneously with the
導電性樹脂層は、例えば金属微粒子のような導電性粒子と樹脂部とを含む。金属微粒子を構成する金属としては、Ni、CuおよびAgなどから選ばれる少なくとも一種または当該金属を含む合金が挙げられる。樹脂部を構成する樹脂としては、エポキシ系の熱硬化性樹脂などが挙げられる。導電性樹脂層は、異なる成分で複数層形成されていてもよい。 The conductive resin layer includes conductive particles such as fine metal particles and a resin portion. Examples of the metal that constitutes the fine metal particles include at least one selected from Ni, Cu, Ag, and the like, or alloys containing such metals. Examples of the resin forming the resin portion include epoxy-based thermosetting resins. The conductive resin layer may be formed in multiple layers with different components.
金属薄膜層は、例えば、スパッタリングまたは蒸着などの薄膜形成法により形成され、金属微粒子が堆積された厚さ1μm以下の層である。金属薄膜層を構成する金属としては、Ni、Cu、AgおよびAuなどから選ばれる少なくとも一種または当該金属を含む合金が挙げられる。金属薄膜層は、異なる成分で複数層形成されていてもよい。 The metal thin film layer is formed by a thin film forming method such as sputtering or vapor deposition, and is a layer with a thickness of 1 μm or less on which fine metal particles are deposited. Examples of the metal forming the metal thin film layer include at least one selected from Ni, Cu, Ag, Au, and the like, or an alloy containing the metal. The metal thin film layer may be formed in multiple layers with different components.
めっき層を構成する金属としては、Ni、Cu、Ag、AuおよびSnなどから選ばれる少なくとも一種または当該金属を含む合金が挙げられる。めっき層は、異なる成分で複数層形成されていてもよい。めっき層は、好ましくは、Niめっき層およびSnめっき層の2層からなる。Niめっき層は、積層型電子部品を実装する際に、下地電極層がはんだによって侵食されることを防止することができる。Snめっき層は、Snを含むはんだとの濡れ性がよく、積層型電子部品を実装する際に、実装性を向上させることができる。 Examples of the metal forming the plating layer include at least one selected from Ni, Cu, Ag, Au, Sn, and the like, or an alloy containing the metal. The plating layer may be formed in multiple layers with different components. The plating layer preferably consists of two layers, a Ni plating layer and a Sn plating layer. The Ni plating layer can prevent the base electrode layer from being eroded by solder when the multilayer electronic component is mounted. The Sn-plated layer has good wettability with solder containing Sn, and can improve mountability when mounting the multilayer electronic component.
なお、第1の外部電極14aおよび第2の外部電極14bは、それぞれ、積層体10上に直接設けられ、前述の対応する内部電極層と直接接続されるめっき層であってもよい。めっき層は、第1めっき層と、第1めっき層上に設けられた第2めっき層とを含むことが好ましい。
The first
第1めっき層および第2めっき層を構成する金属としては、Cu、Ni、Sn、Au、Ag、PdおよびZnなどから選ばれる少なくとも一種または当該金属を含む合金が挙げられる。例えば、内部電極層12を構成する金属としてNiを用いた場合、第1めっき層としては、Niと接合性のよいCuを用いることが好ましい。内部電極層12を構成する金属としてSnなどを用いた場合、第1めっき層を構成する金属としてはんだバリア性能を有する金属を用いることが好ましい。また、第2めっき層を構成する金属としてはんだ濡れ性のよいを有するNiを用いることが好ましい。 Examples of metals constituting the first plating layer and the second plating layer include at least one selected from Cu, Ni, Sn, Au, Ag, Pd, Zn, and the like, or alloys containing such metals. For example, when Ni is used as the metal forming the internal electrode layers 12, it is preferable to use Cu, which has good bonding properties with Ni, as the first plating layer. When Sn or the like is used as the metal forming the internal electrode layers 12, it is preferable to use a metal having solder barrier properties as the metal forming the first plating layer. Moreover, it is preferable to use Ni, which has good solder wettability, as the metal forming the second plating layer.
<誘電体層の微細構造>
この開示に係る積層セラミックコンデンサ100の誘電体層11が含む結晶粒の微細構造を調べるため、HRTEM観察およびHRTEMに付属のEDXによる元素マッピングを行なった。この調査において、誘電体層11には、BaTiO3をペロブスカイト型化合物の基本的な構造とし、種々の添加物が加えられた誘電体材料を用いた。
<Microstructure of Dielectric Layer>
In order to examine the fine structure of the crystal grains included in the
HRTEM観察およびEDXマッピングのための試料作製について、図2を用いて説明する。図2は、積層セラミックコンデンサ100の誘電体層11内の結晶粒の微細構造を調べるために準備した試料を説明するための断面図である。
Sample preparation for HRTEM observation and EDX mapping will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a sample prepared for investigating the fine structure of crystal grains in
後述する製造方法により、積層セラミックコンデンサ100の積層体10を得た。この調査において用いられた積層体10内の誘電体層11は、BaTiO3を基本的な構造とするペロブスカイト型化合物を含む。また、内部電極層12は、Niを含む。
A
上記の積層体10を、積層体10の幅方向の中央部が残るように、第1の側面側および第2の側面側から研磨して研磨体を得た。図2に示されるように、長さ方向の中央部近傍において内部電極層12と直交するような仮想線OLを想定した。そして、仮想線OLに沿って研磨体の静電容量の取得に係る誘電体層11と第1の内部電極層12aと第2の内部電極層12bとが積層された領域を積層方向に3等分し、上部領域、中央領域および下部領域の3つの領域に分けた。図2において、上部領域、中央領域および下部領域を破線で示している。
A polished body was obtained by polishing the laminate 10 from the first side and the second side so that the central portion in the width direction of the laminate 10 remained. As shown in FIG. 2, a virtual line OL was assumed to intersect perpendicularly with the internal electrode layers 12 in the vicinity of the central portion in the length direction. Then, along the imaginary line OL, a region where the
研磨体から上部領域、中央領域および下部領域を切り出し、薄膜化して、各領域からそれぞれ3つの薄膜試料を得た。3つの薄膜試料は、それぞれ、誘電体層11を含む。以上のようにして得られた積層体10の上部領域、中央領域および下部領域の3つの薄膜試料について、HRTEM観察およびHRTEMに付属しているEDXによる元素マッピングを行なった。
An upper region, a central region and a lower region were cut out from the polishing body and thinned to obtain three thin film samples from each region. The three thin film samples each include
HRTEM観察およびEDXによる元素マッピング結果を図3ないし図5に示す。図3は、図2の中央領域における誘電体層のHRTEMの観察画像である。図4は、図3に示された領域におけるEDXによるNiのマッピング画像である。図5は、図3に破線部で示された領域を拡大した、HRTEM観察画像である。なお、HRTEM観察画像およびEDXによる元素マッピング画像の倍率は、20個以上の結晶粒が一視野に収まらなくてもよい。また、HRTEM観察およびEDXによる元素マッピングは、複数の視野で撮像された画像に基づいてもよい。この場合、各画像は、1μm以下×1μm以下の範囲の領域を有することができる。 The results of HRTEM observation and elemental mapping by EDX are shown in FIGS. FIG. 3 is an HRTEM observation image of the dielectric layer in the central region of FIG. FIG. 4 is an EDX mapping image of Ni in the region shown in FIG. FIG. 5 is an HRTEM observation image in which the area indicated by the dashed line in FIG. 3 is enlarged. Note that the magnification of the HRTEM observation image and the EDX elemental mapping image does not need to be such that 20 or more crystal grains fit in one field of view. Also, HRTEM observation and EDX elemental mapping may be based on images captured in multiple fields of view. In this case, each image may have an area in the range of 1 μm or less by 1 μm or less.
HRTEM観察画像およびEDXのマッピング画像は、上部領域および下部領域と中央領域とで有意な差が見られなかった。したがって、以下で説明する中央領域から得られた結果を、この開示に係る積層セラミックコンデンサ100の誘電体層11が含む結晶粒の微細構造と見なす。
HRTEM observation images and EDX mapping images showed no significant difference between the upper and lower regions and the central region. Therefore, the results obtained from the central region described below are regarded as the microstructure of the crystal grains included in the
誘電体層11は、約1.5μmの厚みを有しており、画像解析による等価円直径の平均値として求めた結晶粒の平均粒径は、約0.13μmである。なお、結晶粒Gの粒界GBは、HRTEM観察画像から目視により決定した。
The
図3に示されるように、複数の結晶粒Gの一部は、結晶粒G内に複数の線状部を有している。図4を見ると、複数の線状部を有している結晶粒G内には、Niが含まれており、これらの線状部にNiが偏在していることが分かる。このNiは、内部電極層12に含まれるNiが拡散してきたものと推察される。すなわち、これらの線状部は、内部電極層12から拡散したNiをトラップして、結晶粒G内に取り込むように機能している。したがって、これらの線状部は、結晶粒G内におけるトラップ部TPということができる。なお、この線状のトラップ部は長手方向の長さが20nm以上のものをいう。
As shown in FIG. 3, some of the multiple crystal grains G have multiple linear portions within the crystal grain G. As shown in FIG. As can be seen from FIG. 4, Ni is contained in the crystal grains G having a plurality of linear portions, and Ni is unevenly distributed in these linear portions. It is presumed that this Ni is diffused from the Ni contained in the internal electrode layers 12 . That is, these linear portions function to trap Ni diffused from the
また、図5に示されるように、トラップ部TPの左右で格子像に変化はなく、トラップ部TPが異なる2つの結晶粒Gの粒界GBではないことが確認された。すなわち、トラップ部TPは、結晶粒G内における結晶性が変化した部位であり、そこで電子線が回折しているため、HRTEM観察画像で線状部として見えている。この結晶性が変化した部位は、格子像に見える線と平行であることも確認された。この格子像に見える線は、結晶面の1つを表すことから、この結晶性が変化した部位は、結晶粒G内のこの結晶面に平行な面欠陥を含んでいると推察される。 Further, as shown in FIG. 5, there is no change in the lattice images on the left and right sides of the trap portion TP, confirming that the trap portion TP is not the grain boundary GB between two different crystal grains G. That is, the trap part TP is a part where the crystallinity has changed in the crystal grain G, and since the electron beam is diffracted there, it appears as a linear part in the HRTEM observation image. It was also confirmed that the site where the crystallinity changed was parallel to the lines seen in the lattice image. Since the line visible in this lattice image represents one of the crystal planes, it is presumed that the portion where the crystallinity has changed contains a planar defect parallel to this crystal plane within the crystal grain G.
この結晶粒G内の面欠陥は、図3に示されるように、複数存在している。ここで、複数の面欠陥のそれぞれと交差する仮想的な平面を考える。この調査においては、仮想的な平面は、HRTEMの観察面(図3として表されている面)とすることができる。この仮想的な平面と複数の面欠陥との交差線は、互いに平行である。すなわち、HRTEMの観察面において、複数の面欠陥は互いに平行な線状部として見えている。 As shown in FIG. 3, a plurality of plane defects exist within the crystal grain G. As shown in FIG. Now, consider a virtual plane that intersects with each of a plurality of planar defects. In this investigation, the virtual plane can be the viewing plane of the HRTEM (the plane represented as FIG. 3). The lines of intersection between this virtual plane and the plurality of plane defects are parallel to each other. That is, on the HRTEM observation plane, a plurality of surface defects appear as linear portions parallel to each other.
これらの複数の面欠陥は、互いに平行であることから、ある規則性をもって生成している。すなわち、これらの複数の面欠陥は、上記の結晶面において存在するためのエネルギーが低く、安定して存在しやすい面欠陥であると推察される。面欠陥は、近接して対となることでさらに安定して存在することができる。このことは、図3では1本の線状に見える面欠陥であっても、図5では2本の近接した面欠陥として確認されることからも理解できる。 Since these multiple surface defects are parallel to each other, they are generated with a certain regularity. That is, it is presumed that these multiple planar defects are planar defects that have a low energy for existing on the above-mentioned crystal plane and tend to exist stably. Planar defects can exist more stably by being paired close to each other. This can also be understood from the fact that even a plane defect that looks like a single line in FIG. 3 is confirmed as two adjacent plane defects in FIG.
このトラップ部TPの構造について、さらに調査した結果を図6に示す。図6は、図5の破線で示された分析領域、すなわちトラップ部TP周辺における、EDXによるNiおよびBaの線分析結果である。図6の線分析の結果からも、トラップ部TPにNiが偏在していることが分かる。また、トラップ部TPでは、トラップ部TP以外の箇所と比べてBaの量が少なくなっていることが分かる。 FIG. 6 shows the result of further research on the structure of this trap part TP. FIG. 6 shows line analysis results of Ni and Ba by EDX in the analysis region indicated by the dashed line in FIG. 5, that is, around the trap portion TP. It can be seen from the line analysis results in FIG. 6 that Ni is unevenly distributed in the trap portion TP. Also, it can be seen that the amount of Ba is smaller in the trap portion TP than in the portions other than the trap portion TP.
ここで、BaTiO3の結晶構造の模式図を図7に示す。上記のように、トラップ部TPとその他の箇所とではBa量に違いが見られる。すなわち、トラップ部TPは、結晶粒Gを構成するBaTiO3を基本的な構造とするペロブスカイト型化合物においてBa2+により構成される面が欠損したものと推察される。 Here, a schematic diagram of the crystal structure of BaTiO 3 is shown in FIG. As described above, there is a difference in the amount of Ba between the trap portion TP and the other portions. That is, the trap part TP is presumed to be a defect in the plane composed of Ba 2+ in the perovskite compound having a basic structure of BaTiO 3 composing the crystal grain G.
そして、図7に示されるように、BaTiO3においてBa2+により構成される面は(111)面であることから、トラップ部TPは、(111)面の面欠陥であると推察される。 As shown in FIG. 7, since the plane formed by Ba 2+ in BaTiO 3 is the (111) plane, the trap part TP is presumed to be a plane defect of the (111) plane.
前述したように、積層セラミックコンデンサの誘電体層に高電界が印加された場合の絶縁抵抗は、誘電体層を構成する結晶粒の粒界により支配される傾向がある。この開示に係る積層セラミックコンデンサ100では、内部電極層12から拡散したNiをトラップ部TPにより結晶粒G内に取り込むことにより、絶縁抵抗のばらつきを抑えることができる。延いては、誘電体層11に高電界が印加される高温負荷試験における寿命等を向上させ、高い信頼性を得ることができる。
As described above, the insulation resistance when a high electric field is applied to the dielectric layers of a multilayer ceramic capacitor tends to be governed by grain boundaries of crystal grains forming the dielectric layers. In the multilayer
積層セラミックコンデンサ100の信頼性の観点から、トラップ部TPを有する結晶粒Gは、該結晶粒G内に複数のトラップ部TPを有することが好ましい。また、誘電体層11は、トラップ部TPを有する結晶粒Gをより多く含むほど好ましく、また、複数のトラップ部TPを有する結晶粒Gをより多く含むほど好ましい。
From the viewpoint of reliability of the multilayer
なお、今回の調査からは、積層セラミックコンデンサ100におけるトラップ部TPは、(111)面の面欠陥と推察されたが、(111)面の面欠陥はトラップ部TPの構造の一例であり、これに限られない。また、トラップされた元素についても、Niを対象として説明したが、Niは内部電極層を構成する元素の一例であり、これに限られない。トラップ部TPに偏在する元素の他の例としては、Cu、Pt、Sn、Pd、Agなどが挙げられる。トラップ部TPに偏在する元素は、Ni、Cu、Pt、Sn、PdおよびAgからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含むことが好ましい。この開示に係るトラップ部TPは、例えば、内部電極層から拡散した元素をトラップすることのできる構造を有する。
From this investigation, it was inferred that the trap part TP in the multilayer
トラップ部TPに偏在する元素は、内部電極層を構成する元素と同じ種類の元素であってもよいが、内部電極層から拡散した元素である必要は必ずしもない。後述するように、Ni、Cu、Pt、Sn、PdおよびAgからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む誘電体原料粉末を用いることによって、この開示に係るトラップ部TPを有する積層セラミックコンデンサを得ることもできる。 The element unevenly distributed in the trap part TP may be the same kind of element as the element forming the internal electrode layer, but it is not necessarily the element diffused from the internal electrode layer. As will be described later, by using a dielectric raw material powder containing at least one element selected from the group consisting of Ni, Cu, Pt, Sn, Pd and Ag, a multilayer ceramic capacitor having a trap portion TP according to this disclosure can be obtained. You can also get
<積層セラミックコンデンサの製造方法>
次に、この開示に従う積層型電子部品の実施形態を示す積層セラミックコンデンサ100の製造方法について、製造工程順に説明する。積層セラミックコンデンサ100の製造方法は、以下の各工程を備える。
<Manufacturing method of multilayer ceramic capacitor>
Next, a method for manufacturing a multilayer
この積層セラミックコンデンサ100の製造方法は、誘電体原料粉末を用いて、複数のセラミックグリーンシートを得る工程を備える。なお、「グリーン」という文言は、「焼結前」を表す表現であり、以後もその意味で用いられる。誘電体原料粉末は、例えば、BaTiO3粉末の表面に種々の添加物が付与された粉末である。セラミックグリーンシート中には、誘電体原料粉末以外に、バインダー成分が含まれている。バインダー成分については、特に限定されない。
The manufacturing method of this laminated
上記の誘電体原料粉末は、例えばBaTiO3粉末の表面に添加物の有機化合物を付与し、仮焼して有機成分を燃焼させることにより、添加物が酸化物の状態でBaTiO3粉末の表面に付与された状態となるようにして作製することができる。ただし、これに限らず、誘電体原料粉末は、有機化合物を含む状態でもよいし、または酸化物と有機化合物とを含む状態でもよい。また、誘電体原料粉末において上記BaTiO3粉末は、BaTiO3固溶体粉末であってもよい。 The above-mentioned dielectric raw material powder is obtained by, for example, adding an organic compound as an additive to the surface of the BaTiO3 powder and calcining it to burn the organic component, so that the additive is in the form of an oxide on the surface of the BaTiO3 powder. It can be produced so as to be in a given state. However, the present invention is not limited to this, and the dielectric raw material powder may contain an organic compound, or may contain an oxide and an organic compound. In the dielectric raw material powder, the BaTiO 3 powder may be a BaTiO 3 solid solution powder.
一実施形態において、積層セラミックコンデンサ100の製造方法は、誘電体原料粉末を用いて複数のセラミックグリーンシートを得る工程を備え、該誘電体原料粉末は、Ni、Cu、Pt、Sn、PdおよびAgからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む誘電体原料粉末である。このような誘電体原料粉末を用いることにより、Ni、Cu、Pt、Sn、PdおよびAgからなる群より選択される少なくとも一つの元素を、誘電体層を構成する結晶粒のトラップ部に偏在させることができる。Ni、Cu、Pt、Sn、PdおよびAgからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む誘電体原料粉末の形成に用いることができるBaTiO3粉末の一例は、下記の方法によって製造することができるNiを含有するBaTiO3粉末である。
In one embodiment, the manufacturing method of the multilayer
まず、BaTiO3粉末上にNiをプラズマ処理により覆い、Niで被覆されたBaTiO3粉末を形成する。Niで被覆されたBaTiO3を溶液中に分散し、金属アルコキシドの形態のBa及びTiを添加し、加水分解することで、被覆されたNiをさらにBaTiO3で覆う構造となる。このような構造のBaTiO3を用いることにより、誘電体層を構成する結晶粒内に線状部としてNiがトラップされた積層セラミックコンデンサを得ることができる。 First, Ni is coated on BaTiO 3 powder by plasma treatment to form Ni-coated BaTiO 3 powder. BaTiO 3 coated with Ni is dispersed in a solution, Ba and Ti in the form of metal alkoxides are added, and hydrolyzed to form a structure in which the coated Ni is further covered with BaTiO 3 . By using BaTiO 3 having such a structure, it is possible to obtain a laminated ceramic capacitor in which Ni is trapped as linear portions in the crystal grains constituting the dielectric layers.
BaTiO3粉末は、例えば、BaCO3粉末とTiO2粉末との混合物を仮焼することによって得ることができる。あるいは、既に蓚酸法または水熱合成法など既知の方法により作成されているBaTiO3粉末が用いられてもよい。なお上述のように、誘電体層を形成する材料はBaTiO3に限定されるものではなく、例えば、Ca、TiまたはZrを基調とした材料を用いてもよい。 BaTiO3 powder can be obtained , for example , by calcining a mixture of BaCO3 powder and TiO2 powder. Alternatively, BaTiO 3 powder that has already been produced by a known method such as the oxalic acid method or the hydrothermal synthesis method may be used. As described above, the material for forming the dielectric layer is not limited to BaTiO 3 , and for example, a material based on Ca, Ti or Zr may be used.
この積層セラミックコンデンサ100の製造方法は、セラミックグリーンシートに、内部電極層パターンを印刷する工程を備える。内部電極層用ペーストは、例えば、Ni粉末と、BaTiO3粉末の表面に種々の添加物が付与された粉末(共材)と、バインダー成分とを含む。なお、内部電極層において、共材は必須ではない。バインダー成分については、特に限定されない。ここで、セラミックグリーンシートに、内部電極層パターンを印刷する工程は、焼結前誘電体層に、内部電極層用ペーストを用いて、焼結前内部電極層を形成する工程に相当する。
The manufacturing method of this laminated
上記の共材は、例えばBaTiO3粉末の表面に添加物の有機化合物を付与し、仮焼して有機成分を燃焼させることにより、添加物が酸化物の状態でBaTiO3粉末の表面に付与された状態となるようにして作製することができる。ただし、これに限らず、共材は、有機化合物を含む状態でもよいし、または酸化物と有機化合物とを含む状態でもよい。また、共材において上記BaTiO3粉末は、BaTiO3固溶体粉末であってもよい。共材は、誘電体原料粉末と同じものであっても、異なるものであってもよい。
The above common material is applied to the surface of the BaTiO 3 powder, for example, by applying an organic compound as an additive to the surface of the
この積層セラミックコンデンサ100の製造方法は、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートを積層し、グリーン積層体を得る工程を備える。
The manufacturing method of this laminated
この積層セラミックコンデンサ100の製造方法は、グリーン積層体を焼結させ、積層された複数の誘電体層と、複数の内部電極層とを含む積層体を得る工程を備える。
The manufacturing method of this laminated
以下、実施例および比較例を示してこの開示に係る発明をさらに具体的に説明するが、この開示に係る発明はこれらの例によって限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, the invention according to this disclosure will be described more specifically by showing examples and comparative examples, but the invention according to this disclosure is not limited by these examples.
<比較例1>
以下の手順で積層セラミックコンデンサを作製した。まず、誘電体シートおよび内部電極用の導電性ペーストを準備した。誘電体シートおよび内部電極用の導電性ペーストは、有機バインダーおよび溶剤を含む。誘電体シートは、誘電体原料粉末を用いて作製した。誘電体原料粉末は、BaTiO3粉末を含む。
<Comparative Example 1>
A multilayer ceramic capacitor was produced by the following procedure. First, dielectric sheets and conductive paste for internal electrodes were prepared. Conductive pastes for dielectric sheets and internal electrodes contain organic binders and solvents. A dielectric sheet was produced using a dielectric raw material powder. The dielectric raw material powder includes BaTiO3 powder.
誘電体シート上に、所定のパターンで内部電極用の導電性ペーストを印刷することによって内部電極パターンを形成した。内部電極パターンが印刷されていない外層用の誘電体シートを所定枚数積層し、その上に内部電極パターンが印刷された誘電体シートを順次積層し、その上に外層用の誘電体シートを所定枚数積層し、積層シートを作製した。積層シートを静水圧プレスにより積層方向にプレスして積層ブロックを作製した。積層ブロックを所定のサイズにカットし、積層チップを切り出した。このとき、バレル研磨により積層チップの角部および稜線部に丸みをつけた。積層チップを焼結して積層体を作製した。焼結温度は、誘電体や内部電極の材料にもよるが、900~1300℃であることが好ましい。本比較例でも焼結温度はこの範囲内とした。積層チップの両端面に外部電極用の導電性ペーストを塗布し、焼き付けることによって外部電極の焼き付け層を形成した。焼き付け温度は、700~900℃であることが好ましい。本比較例でも焼き付け温度はこの範囲内とした。焼き付け層の表面にめっきを施した。 An internal electrode pattern was formed by printing a conductive paste for internal electrodes in a predetermined pattern on the dielectric sheet. A predetermined number of dielectric sheets for outer layers on which internal electrode patterns are not printed are laminated, and dielectric sheets on which internal electrode patterns are printed are successively laminated thereon, and a predetermined number of dielectric sheets for outer layers are laminated thereon. It laminated|stacked and produced the lamination sheet. A laminated block was produced by pressing the laminated sheet in the lamination direction by an isostatic press. The laminated block was cut into a predetermined size, and laminated chips were cut out. At this time, the corners and ridges of the laminated chips were rounded by barrel polishing. A laminated body was produced by sintering the laminated chips. The sintering temperature is preferably 900 to 1300° C., although it depends on the materials of the dielectric and internal electrodes. The sintering temperature was set within this range also in this comparative example. A conductive paste for external electrodes was applied to both end surfaces of the laminated chip and baked to form a baked layer for the external electrodes. The baking temperature is preferably 700-900°C. Also in this comparative example, the baking temperature was set within this range. Plating was applied to the surface of the baking layer.
<実施例1>
(1)誘電体原料粉末1の調製
BaTiO3粉末および金属Niを同時にプラズマによって蒸発させた後、冷却することによってNiで被覆されたBaTiO3粉末を形成した。投入するNi量を調整することによって被覆するNiの厚みを2nmとした。このNiで被覆されたBaTiO3粉末を用いたこと以外は比較例1と同様にして誘電体原料粉末1を調製した。
<Example 1>
(1) Preparation of Dielectric Raw Material Powder 1 A BaTiO 3 powder and metallic Ni were simultaneously vaporized by plasma and then cooled to form a Ni-coated BaTiO 3 powder. The thickness of Ni to be coated was set to 2 nm by adjusting the amount of Ni to be introduced. A
TEMにて10粒子分の断面を確認し、その平均厚みを、被覆するNiの厚みとした。
(2)積層セラミックコンデンサの作製
上記(1)で調製した誘電体原料粉末1を用いたこと以外は比較例1と同様にして積層セラミックコンデンサを作製した。
The cross section of 10 particles was confirmed with a TEM, and the average thickness was taken as the thickness of the Ni coating.
(2) Fabrication of Multilayer Ceramic Capacitor A multilayer ceramic capacitor was fabricated in the same manner as in Comparative Example 1 except that the dielectric
<実施例2>
(1)誘電体原料粉末2の調製
被覆するNiの厚みを5nmとしたこと以外は実施例1と同様にして誘電体原料粉末2を調製した。
<Example 2>
(1) Preparation of Dielectric
(2)積層セラミックコンデンサの作製
上記(1)で調製した誘電体原料粉末2を用いたこと以外は比較例1と同様にして積層セラミックコンデンサを作製した。
(2) Production of laminated ceramic capacitor A laminated ceramic capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the dielectric
<実施例3>
(1)誘電体原料粉末3の調製
被覆するNiの厚みを9nmとしたこと以外は実施例1と同様にして誘電体原料粉末3を調製した。
<Example 3>
(1) Preparation of Dielectric
(2)積層セラミックコンデンサの作製
上記(1)で調製した誘電体原料粉末3を用いたこと以外は比較例1と同様にして積層セラミックコンデンサを作製した。
(2) Production of laminated ceramic capacitor A laminated ceramic capacitor was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the
[測定・評価]
(1)誘電体層の微細構造の測定
上述の手順で積層セラミックコンデンサから試料を作製し、中央領域について、HRTEM観察およびHRTEMに付属のEDXによる元素マッピングを行なった。HRTEM観察画像およびEDXによる元素マッピング画像の倍率は、20個の結晶粒が一視野に収まるようにした。
[Measurement/Evaluation]
(1) Measurement of Microstructure of Dielectric Layer A sample was prepared from the multilayer ceramic capacitor by the above-described procedure, and the central region was subjected to HRTEM observation and elemental mapping by EDX attached to HRTEM. The magnification of the HRTEM observation image and the EDX elemental mapping image was adjusted so that 20 crystal grains could fit in one field of view.
視野内の20個の結晶粒のうち、Niからなるトラップ部を有する結晶粒の数を表1に示す。また、視野内の20個の結晶粒のうち、Niからなるトラップ部を2個以上有する結晶粒の数を表1に示す。 Table 1 shows the number of crystal grains having Ni trap portions among the 20 crystal grains within the field of view. Table 1 shows the number of crystal grains having two or more Ni trap portions among the 20 crystal grains within the field of view.
(2)信頼性の評価
高温負荷試験に基づく下記2つの指標により、積層セラミックコンデンサの信頼性を評価した。
(2) Evaluation of Reliability The reliability of the multilayer ceramic capacitor was evaluated by the following two indexes based on the high temperature load test.
(2-1)高温負荷加速試験での平均故障時間(HALT寿命)
150℃で積層セラミックコンデンサに12Vを印加する高温負荷加速試験(HALT)での平均故障時間(MTTF)を測定した。結果を表1に示す。IRが104以下となったときを故障と判定した。
(2-1) Mean time to failure (HALT life) in high temperature load acceleration test
The mean time to failure (MTTF) was measured in a high temperature accelerated load test (HALT) in which 12 V was applied to the multilayer ceramic capacitor at 150°C. Table 1 shows the results. Failure was determined when the IR was 10 4 or less.
(2-2)高温負荷試験での2000時間後の故障発生個数
85℃で積層セラミックコンデンサに6Vを印加する通常の高温負荷試験での2000時間後の故障発生個数(72個あたり)を測定した。結果を表1に示す。IRが104以下となったときを故障と判定した。
(2-2) Number of failures after 2000 hours in high temperature load test The number of failures (per 72 pieces) after 2000 hours in a normal high temperature load test in which 6 V is applied to the multilayer ceramic capacitor at 85°C was measured. . Table 1 shows the results. Failure was determined when the IR was 10 4 or less.
比較例1では、誘電体層の結晶粒がトラップ部を有していないため、HALT寿命が短く、高温負荷試験での2000時間後の故障発生個数も多い。 In Comparative Example 1, since the crystal grains of the dielectric layer do not have trap portions, the HALT life is short and the number of failures after 2000 hours in the high temperature load test is large.
これに対して実施例1~3では、誘電体層の結晶粒が、Niが偏在しているトラップ部を有しているため、積層セラミックコンデンサの信頼性が高い。積層セラミックコンデンサの信頼性の観点から、トラップ部を有する結晶粒は、該結晶粒内に複数のトラップ部を有することが好ましい。また、積層セラミックコンデンサの信頼性の観点から、積層セラミックコンデンサの誘電体層は、トラップ部を有する結晶粒をより多く含むほど好ましく、また、複数のトラップ部を有する結晶粒をより多く含むほど好ましい。 On the other hand, in Examples 1 to 3, the crystal grains of the dielectric layers have trap portions where Ni is unevenly distributed, so that the reliability of the multilayer ceramic capacitors is high. From the viewpoint of reliability of the multilayer ceramic capacitor, it is preferable that the crystal grain having the trap portion has a plurality of trap portions within the crystal grain. Further, from the viewpoint of reliability of the laminated ceramic capacitor, the dielectric layer of the laminated ceramic capacitor preferably contains more crystal grains having trap portions, and more preferably contains more crystal grains having a plurality of trap portions. .
この明細書に開示された実施形態は、例示的なものであって、この開示に係る発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。すなわち、この開示に係る発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、上記の範囲内において、種々の応用、変形を加えることができる。 The embodiments disclosed in this specification are exemplary, and the invention according to this disclosure is not limited to the above-described embodiments. That is, the scope of the invention according to this disclosure is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of equivalence to the scope of claims. Moreover, various applications and modifications can be made within the above range.
例えば、積層体を構成する誘電体層および内部電極層の層数、誘電体層および内部電極層の材質などに関し、この発明の範囲内において種々の応用、変形を加えることができる。また、積層型電子部品として積層セラミックコンデンサを例示したが、この開示に係る発明はそれに限らず、多層基板の内部に形成されたコンデンサ要素などにも適用することができる。 For example, various applications and modifications can be made within the scope of the present invention regarding the number of dielectric layers and internal electrode layers constituting the laminate, the materials of the dielectric layers and internal electrode layers, and the like. In addition, although a multilayer ceramic capacitor has been exemplified as a multilayer electronic component, the invention according to this disclosure is not limited to that, and can be applied to a capacitor element or the like formed inside a multilayer substrate.
100 積層セラミックコンデンサ、10 積層体、11 誘電体層、12 内部電極層、12a 第1の内部電極層、12b 第2の内部電極層、13a 第1の端面、13b 第2の端面、14a 第1の外部電極、14b 第2の外部電極、OL 仮想線、G 結晶粒、GB 粒界、TP トラップ部。
Claims (7)
前記複数の誘電体層は、複数の結晶粒を有し、
前記複数の結晶粒の少なくとも一部は、結晶粒内にトラップ部を有し、
前記トラップ部を有する結晶粒は、Ni、Cu、Pt、Sn、PdおよびAgからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含み、
前記元素は、前記トラップ部に偏在している、積層型電子部品。 a laminate including a plurality of laminated dielectric layers and a plurality of internal electrode layers;
The plurality of dielectric layers have a plurality of crystal grains,
At least some of the plurality of crystal grains have a trap portion within the crystal grain,
The crystal grains having the trap portion contain at least one element selected from the group consisting of Ni, Cu, Pt, Sn, Pd and Ag,
A multilayer electronic component, wherein the element is unevenly distributed in the trap portion.
前記複数の面欠陥のそれぞれと交差する仮想的な平面において、前記複数の面欠陥と前記仮想的な平面との交差線は、互いに平行である、請求項6に記載の積層型電子部品。 There are a plurality of planar defects in the crystal grains,
7. The laminated electronic component according to claim 6, wherein in a virtual plane that intersects with each of said plurality of planar defects, lines of intersection between said plurality of planar defects and said virtual plane are parallel to each other.
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