JP7269736B2 - Ceramic electronic component and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、セラミック電子部品およびその製造方法に関する。 The present invention relates to ceramic electronic components and methods of manufacturing the same.
積層セラミックコンデンサなどのセラミック電子部品では、誘電体層の薄層化および多層化に伴い、内部電極層の比率が増大している。内部電極層の主成分であるニッケル(Ni)は、誘電体層の主相であるチタン酸バリウム(BaTiO3)と反応してBaTiO3の焼結を促進させるため、焼成時にはNiが誘電体層に拡散し、誘電体層の焼結が促進される。 In ceramic electronic components such as laminated ceramic capacitors, the proportion of internal electrode layers is increasing as dielectric layers become thinner and more multilayered. Nickel (Ni), which is the main component of the internal electrode layer, reacts with barium titanate (BaTiO 3 ), which is the main phase of the dielectric layer, to promote sintering of BaTiO 3 . and promotes sintering of the dielectric layer.
その結果、焼結の内外差(焼結速度の内外差)が問題となり得る。具体的には、Ni内部電極が高密度に積層された容量発生部(アクティブ領域)とその保護領域(カバーおよびサイドマージン)との焼結速度に差が現れ、アクティブ領域の焼結性が十分でも保護領域(とくにNi内部電極から離れた表面付近)の焼結が不足する。保護領域の焼結が不十分であると、外部から水分が侵入するなどの不具合が発生するため、通常は保護領域が十分焼結するまで焼き込む。このとき、アクティブ領域は必然的に過焼結となり、セラミック電子部品の寿命が低下するおそれがある。 As a result, the internal/external difference in sintering (the internal/external difference in sintering speed) can become a problem. Specifically, there is a difference in the sintering speed between the capacitance generating portion (active region) in which the Ni internal electrodes are densely stacked and the protection region (cover and side margins), and the sinterability of the active region is sufficiently high. However, the sintering of the protected area (especially near the surface away from the Ni internal electrode) is insufficient. If the protective region is insufficiently sintered, problems such as moisture intrusion from the outside will occur, so normally the protective region is baked until it is sufficiently sintered. At this time, the active region is inevitably oversintered, which may reduce the life of the ceramic electronic component.
この問題を解消するため、保護領域に焼結助剤としてガラス成分を添加する対策が行われる(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、一般に、焼結助剤の誘電率は低いため、焼結助剤がアクティブ領域に拡散するとセラミック電子部品の容量低下をもたらす、あるいは、低融点の液相となって表面に析出して染みとなる等のデメリットがある。 In order to solve this problem, a countermeasure is taken to add a glass component as a sintering aid to the protected region (see, for example, Patent Document 1). However, since the dielectric constant of the sintering aid is generally low, the diffusion of the sintering aid into the active region will result in a decrease in the capacity of the ceramic electronic component, or it will become a liquid phase with a low melting point and precipitate on the surface and stain. There are disadvantages such as
一方で、保護領域へNiOを添加することが有効であることが知られている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, it is known that adding NiO to the protected region is effective (see Patent Document 2, for example).
保護領域にNiOを添加することで、上記焼結助剤としてガラス成分を添加する対策のようなアクティブ領域への添加元素の拡散による容量低下は起こらないと考えられる。しかしながら、Ni内部電極を備えるセラミック電子部品では、Niの酸化を防ぐために還元雰囲気で焼成される。したがって、表面に露出したNiOが還元されて表面にメタルNiの析出物が残ることがある。この析出したNiは、外部端子の電解メッキ工程においてメッキ液と反応し、メッキ延びや、表面の外観不良(斑点)を引き起こすおそれがある。また、表面に導電性の析出物が存在すると、高電圧用のセラミック電子部品などでは表面放電のリークパスが形成され得る。 It is considered that the addition of NiO to the protective region does not cause a decrease in capacity due to the diffusion of the additive element into the active region, unlike the countermeasure of adding a glass component as a sintering aid. However, ceramic electronic components with Ni internal electrodes are fired in a reducing atmosphere in order to prevent Ni from oxidizing. Therefore, the NiO exposed on the surface may be reduced to leave a deposit of metallic Ni on the surface. This precipitated Ni reacts with the plating solution in the electrolytic plating process of the external terminals, and may cause plating extension and poor surface appearance (spots). In addition, when conductive deposits are present on the surface, a leak path for surface discharge may be formed in high-voltage ceramic electronic components and the like.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、Niの表出を抑制しつつ焼結の内外差を抑制することができるセラミック電子部品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 ceramic electronic component and a method of manufacturing the same that can suppress the difference in sintering between inside and outside while suppressing the exposure of Ni.
本発明に係るセラミック電子部品は、セラミックを主成分とする誘電体層と、内部電極層と、が交互に積層され、略直方体形状を有し、積層された複数の前記内部電極層が交互に対向する2端面に露出するように形成された積層構造を備え、前記積層構造の積層方向の上面および下面の少なくとも一方に設けられ、前記誘電体層と主成分が同じカバー層と、前記積層構造において積層された複数の前記内部電極層が前記2端面以外の2側面に延びた端部を覆うように設けられたサイドマージンとで構成される保護領域は、Ni固溶BaTiO3を主成分とし、前記保護領域のNi固溶BaTiO 3 の結晶粒において、BaTiO 3 に対するNi置換固溶量の平均値は、0.1atm%以上、9.0atm%以下であることを特徴とする。 A ceramic electronic component according to the present invention has a substantially rectangular parallelepiped shape in which dielectric layers containing ceramic as a main component and internal electrode layers are alternately laminated, and the plurality of laminated internal electrode layers are alternately laminated. a cover layer having the same main component as that of the dielectric layer; The protection region composed of the side margins provided so as to cover the ends extending to the two side surfaces other than the two end surfaces of the plurality of internal electrode layers laminated in the above is mainly composed of BaTiO 3 dissolved in Ni solid solution. In addition, in the crystal grains of Ni solid solution BaTiO 3 in the protection region, the average value of the Ni substitution solid solution amount with respect to BaTiO 3 is 0.1 atm % or more and 9.0 atm % or less.
上記セラミック電子部品の前記保護領域の外側表面のNi固溶BaTiO3の結晶粒において、BaTiO3に対するNi置換固溶量の平均値は、0.1atm%以上としてもよい。 In the crystal grains of Ni-solid-solution BaTiO 3 on the outer surface of the protective region of the ceramic electronic component, the average value of the Ni-substitution solid-solution amount with respect to BaTiO 3 may be 0.1 atm % or more.
上記セラミック電子部品の前記保護領域の外側表面において、半数以上のBaTiO3結晶粒が、Ni置換固溶量が0.1atm%以上のNi固溶BaTiO3としてもよい。 More than half of the BaTiO 3 crystal grains on the outer surface of the protective region of the ceramic electronic component may be Ni solid-solution BaTiO 3 having a Ni-substitution solid-solution amount of 0.1 atm % or more.
上記セラミック電子部品の前記保護領域におけるBaTiO3の平均結晶粒径は、150nm以上500nm以下としてもよい。 An average crystal grain size of BaTiO 3 in the protection region of the ceramic electronic component may be 150 nm or more and 500 nm or less.
上記セラミック電子部品において、前記カバー層は、15μm以上の厚みを有していてもよい。 In the above ceramic electronic component, the cover layer may have a thickness of 15 μm or more.
上記セラミック電子部品の前記サイドマージンにおいて、前記内部電極層から前記2側面までの厚みは、15μm以上としてもよい。上記セラミック電子部品において、前記2端面のうち異なる端面に露出する内部電極層同士が対向する領域における前記誘電体層は、Niが固溶していないチタン酸バリウムを主成分としてもよい。 In the side margin of the ceramic electronic component, the thickness from the internal electrode layer to the two side surfaces may be 15 μm or more. In the above ceramic electronic component, the dielectric layer in the region where the internal electrode layers exposed on different end faces of the two end faces face each other may contain barium titanate in which Ni is not solid-dissolved as a main component.
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、BaTiO3粒子を主成分セラミックとするシートと金属導電ペーストのパターンとが、前記金属導電ペーストが対向する2端面に露出するように交互に積層された積層部分と、前記積層部分の積層方向の上面および下面に配置されたカバーシートと、前記積層部分の側面に配置されたサイドマージン領域と、を含むセラミック積層体を準備する工程と、前記セラミック積層体を焼成する工程と、を含み、前記カバーシートと前記サイドマージン領域とで構成される周囲領域において、Ni固溶BaTiO3を主成分セラミックとし、前記Ni固溶BaTiO 3 において、BaTiO 3 に対するNi置換固溶量の平均値は、0.1atm%以上、9.0atm%以下であることを特徴とする。 In the method for manufacturing a ceramic electronic component according to the present invention, a sheet containing BaTiO 3 particles as a main component ceramic and a pattern of a metal conductive paste are alternately laminated so that the metal conductive paste is exposed on two opposing end faces. preparing a ceramic laminate including a laminate portion, cover sheets arranged on upper and lower surfaces of the laminate portion in the lamination direction, and side margin regions arranged on side surfaces of the laminate portion; sintering the body, wherein Ni - solid-solution BaTiO 3 is the main component ceramic in the peripheral region composed of the cover sheet and the side margin region, and the Ni-solution BaTiO 3 is The average value of the Ni substitution solid solution amount is 0.1 atomic % or more and 9.0 atomic % or less .
上記セラミック電子部品の製造方法において、BaTiO3粒子を主成分セラミックとするグリーンシート上に、金属導電ペーストの第1パターンを配置し、前記グリーンシート上において前記金属導電ペーストの周辺領域に、Ni固溶BaTiO3を主成分セラミックとする第2パターンを配置し、得られた積層単位を複数積層することで、前記積層部分および前記サイドマージン領域を形成してもよい。 In the method for manufacturing a ceramic electronic component, the first pattern of the metallic conductive paste is placed on the green sheet containing BaTiO 3 particles as the main component ceramic, and the Ni solid paste is applied to the peripheral area of the metallic conductive paste on the green sheet. The lamination portion and the side margin regions may be formed by arranging a second pattern containing molten BaTiO 3 as a main component ceramic and laminating a plurality of lamination units thus obtained.
上記セラミック電子部品の製造方法において、前記積層部分の前記側面に、Ni固溶BaTiO3を主成分セラミックとするシートを貼り付けることで、前記サイドマージン領域を形成してもよい。上記セラミック電子部品の製造方法において、前記BaTiO 3 粒子を主成分セラミックとするシートにおける前記BaTiO 3 粒子は、がNiを固溶していないBaTiO 3 粒子であってもよい。 In the method for manufacturing a ceramic electronic component, the side margin regions may be formed by attaching a sheet containing BaTiO 3 as a main component ceramic to the side surface of the laminated portion. In the method for manufacturing a ceramic electronic component, the BaTiO 3 particles in the sheet containing the BaTiO 3 particles as a main component ceramic may be BaTiO 3 particles in which Ni is not dissolved .
本発明によれば、Niの表出を抑制しつつ焼結の内外差を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the internal/external difference in sintering while suppressing the exposure of Ni.
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)
まず、積層セラミックコンデンサの概要について説明する。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2は、図1のA-A線断面図である。図3は、図1のB-B線断面図である。図1~図3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)
First, an outline of the multilayer ceramic capacitor will be described. 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含む誘電体層11と、卑金属材料を含む内部電極層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。
A laminated
積層セラミックコンデンサ100のサイズは、例えば、長さ0.25mm、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)を主成分とする。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。本実施形態では、当該セラミック材料として、BaTiO3(チタン酸バリウム)を用いる。
The
図2で例示するように、外部電極20aに接続された内部電極層12と外部電極20bに接続された内部電極層12とが対向する領域は、積層セラミックコンデンサ100において電気容量を生じる領域である。そこで、当該領域を、アクティブ領域14と称する。すなわち、アクティブ領域14は、異なる外部電極に接続された2つの隣接する内部電極層12が対向する領域である。
As illustrated in FIG. 2, the area where the
外部電極20aに接続された内部電極層12同士が、外部電極20bに接続された内部電極層12を介さずに対向する領域を、エンドマージン15と称する。また、外部電極20bに接続された内部電極層12同士が、外部電極20aに接続された内部電極層12を介さずに対向する領域も、エンドマージン15である。すなわち、エンドマージン15は、同じ外部電極に接続された内部電極層12が異なる外部電極に接続された内部電極層12を介さずに対向する領域である。エンドマージン15は、容量を生じない領域である。
A region in which the internal electrode layers 12 connected to the
図3で例示するように、積層チップ10において、積層チップ10の2側面から内部電極層12に至るまでの領域をサイドマージン16と称する。すなわち、サイドマージン16は、上記積層構造において積層された複数の内部電極層12が2側面側に延びた端部を覆うように設けられた領域である。カバー層13およびサイドマージン16によって構成される領域を、保護領域50と称する。
As exemplified in FIG. 3 , in the
図4(a)は、サイドマージン16の断面の拡大図である。サイドマージン16は、誘電体層11と逆パターン層17とが、アクティブ領域14における誘電体層11と内部電極層12との積層方向において交互に積層された構造を有する。アクティブ領域14の各誘電体層11とサイドマージン16の各誘電体層11とは、互いに連続する層である。この構成によれば、アクティブ領域14とサイドマージン16との段差が抑制される。
FIG. 4A is an enlarged cross-sectional view of the
図4(b)は、エンドマージン15の断面の拡大図である。サイドマージン16との比較において、エンドマージン15では、積層される複数の内部電極層12のうち、1つおきにエンドマージン15の端面まで内部電極層12が延在する。また、内部電極層12がエンドマージン15の端面まで延在する層では、逆パターン層17が積層されていない。アクティブ領域14の各誘電体層11とエンドマージン15の各誘電体層11とは、互いに連続する層である。この構成によれば、アクティブ領域14とエンドマージン15との段差が抑制される。
FIG. 4(b) is an enlarged cross-sectional view of the
本実施形態では、保護領域50の主成分として、結晶格子中にNiが置換固溶したBaTiO3(以下、Ni固溶BaTiO3と称する)を用いる。下記の表1に示すように、4価のTi(Ti4+)のイオン半径と、2価または3価のNi(Ni2+またはNi3+)のイオン半径とは、近いため、BaTiO3ペロブスカイトのBサイト(Tiサイト)の一部がNiによって置換される。このように、BaTiO3ペロブスカイトのBサイトの一部がNiによって置換された状態が、BaTiO3の結晶格子にNiが置換固溶された状態である。なお、表1の出典は、「R.D.Shannon,Acta Crystallogr.,A32,751(1976)」である。
BaTiO3の結晶格子に置換固溶したNiは、安定しているため、還元焼成によってもメタルとして分離しない。したがって、Niのメタルとしての表出が抑制される。一方で、Niが置換固溶したBaTiO3は焼結が促進される。その結果、Niの表出を抑制しつつ、保護領域50の焼結とアクティブ領域14の焼結との差(内外差)を抑制することができる。以上のことから、アクティブ領域14が過焼結とならず、積層セラミックコンデンサ100の寿命低下が抑制される。それにより、高容量かつ高信頼性の積層セラミックコンデンサ100が実現される。
Since the Ni substituted and dissolved in the crystal lattice of BaTiO 3 is stable, it is not separated as a metal even by reduction firing. Therefore, exposure of Ni as a metal is suppressed. On the other hand, sintering of BaTiO 3 in which Ni is substituted and solid-dissolved is promoted. As a result, the difference between the sintering of the
また、焼結助剤を保護領域50に添加しなくてもよいため、当該焼結助剤がアクティブ領域14に拡散することが抑制される。または、焼結助剤の添加量を少なくすることができるため、当該焼結助剤がアクティブ領域14に拡散することが抑制される。それにより、アクティブ領域14の誘電率低下が抑制される。
In addition, since the sintering aid does not have to be added to the
なお、保護領域50における主成分がNi固溶BaTiO3であることは、保護領域50の一部においてNiが固溶していないBaTiO3の濃度が高くなっている箇所が存在してもよいことを意味する。例えば、サイドマージン16においては、カバー層13と比較して、Niが固溶していないBaTiO3の濃度が高くなっていてもよい。このように、保護領域50を全体として考えた場合に、主成分がNi固溶BaTiO3であればよい。
Note that the main component in the
寿命低下抑制の観点から、保護領域50の外側表面における焼結不足が抑制されていることが好ましい。したがって、保護領域50の外側表面のNi固溶BaTiO3において、Niの置換固溶量に下限を設けることが好ましい。具体的には、保護領域50の外側表面のNi固溶BaTiO3の各結晶粒において、BaTiO3に対するNi置換固溶量の平均値は、0.1atm%以上であることが好ましく、1.0atm%以上であることがより好ましく、2.0atm%以上であることがさらに好ましい。なお、Ni置換固溶量とは、Tiを100atm%とした場合のNi量のことである。
From the viewpoint of suppressing a decrease in service life, it is preferable that insufficient sintering on the outer surface of the
なお、保護領域50の外側表面における全てのBaTiO3結晶粒にNiが固溶していなくてもよい。例えば、保護領域50の外側表面において、半数以上のBaTiO3結晶粒が、Ni置換固溶量が0.1atm%以上のNi固溶BaTiO3であることが好ましく、7割以上のBaTiO3結晶粒が、Ni置換固溶量が0.1atm%以上のNi固溶BaTiO3であることがより好ましく、9割以上のBaTiO3結晶粒が、Ni置換固溶量が0.1atm%以上のNi固溶BaTiO3であることがさらに好ましい。
It is to be noted that Ni does not have to dissolve in all the BaTiO 3 crystal grains on the outer surface of the
保護領域50の各Ni固溶BaTiO3結晶粒において、BaTiO3に対するNiの置換固溶量が少なすぎると、焼結内外差を十分に抑制されないおそれがある。そこで、Ni固溶BaTiO3結晶粒におけるNiの置換固溶量に下限を設けることが好ましい。具体的には、保護領域50のNi固溶BaTiO3の各結晶粒において、BaTiO3に対するNi置換固溶量の平均値は、0.1atm%以上であることが好ましく、1.0atm%以上であることがより好ましく、2.0atm%以上であることがさらに好ましい。
In each Ni-solid-solution BaTiO 3 crystal grain of the
一方、保護領域50の各Ni固溶BaTiO3結晶粒において、BaTiO3に対するNiの置換固溶量が多すぎると、NiOの残留、二次相の生成、粒子形状の悪化、粒度分布の悪化などに起因して緻密化がかえって遅くなるおそれがある。そこで、Ni固溶BaTiO3結晶粒におけるNiの置換固溶量に上限を設けることが好ましい。具体的には、保護領域50のNi固溶BaTiO3の各結晶粒において、BaTiO3に対するNi置換固溶量の平均値は、9.0atm%以下であることが好ましく、6.0atm%以下であることがより好ましく、4.0atm%以下であることがさらに好ましい。
On the other hand, in each Ni-solid-solution BaTiO 3 crystal grain in the
また、保護領域50における結晶粒径が小さ過ぎたり大き過ぎたりすると、焼結後に保護領域50内部に空隙が取り残され、保護領域50の密度が低くなるおそれがある。そこで、保護領域50におけるBaTiO3の結晶粒径に下限および上限を設けることが好ましい。具体的には、保護領域50におけるBaTiO3の平均結晶粒径は、150nm以上500nm以下であることが好ましい。
Moreover, if the crystal grain size in the
また、本実施形態は、カバー層13が厚くて保護領域50の焼結とアクティブ領域14の焼結との差(内外差)が大きくなり得る場合に特に大きい効果が得られる。例えば、カバー層13が、15μm以上の厚みを有する場合に、特に大きい効果が得られる。同様に、本実施形態は、サイドマージン16が厚くて保護領域50の焼結とアクティブ領域14の焼結との差(内外差)が大きくなり得る場合に特に大きい効果が得られる。例えば、サイドマージン16において、内部電極層12から2側面までの厚みが、15μm以上である場合に、特に大きい効果が得られる。
In addition, the present embodiment provides a particularly large effect when 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5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)
図5で例示するように、まず、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の主成分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)
As illustrated in FIG. 5, first, 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、Mg(マグネシウム),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),Sm(サマリウム),Eu(ユウロピウム),Gd(ガドリニウム),Tb(テルビウム),Dy(ジスプロシウム),Ho(ホロミウム),Er(エルビウム),Tm(ツリウム)およびYb(イッテルビウム))の酸化物、並びに、Co(コバルト),Ni,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 Mg (magnesium), Mn (manganese), V (vanadium), Cr (chromium), rare earth elements (Y (yttrium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb ( terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium) and Yb (ytterbium)) oxides, as well as Co (cobalt), Ni, Li (lithium), B (boron) , Na (sodium), K (potassium) and Si (silicon) oxides or glasses.
次に、エンドマージン15およびサイドマージン16を形成するための逆パターン材料を用意する。逆パターン材料として、Ni固溶BaTiO3粉を作製する。例えば、Ni固溶BaTiO3粉は、BaCO3粉とTiO2粉とNiO粉とを湿式混合して乾燥させたものを、約850℃~1000℃で2時間焼成する固相合成法によって作製することができる。4価のTi(Ti4+)のイオン半径と、2価または3価のNi(Ni2+またはNi3+)のイオン半径とが近いため、BaTiO3ペロブスカイトのTiサイトの一部に対してNiが置換した「Ni固溶BaTiO3」となる。こうして作製した合成後の粉は凝集しているので乾式あるいは湿式の粉砕処理を行い所望の粒度分布となるように二次凝集を粉砕する。こうして作製したNi固溶BaTiO3は、この時点では粉の中心部までNi濃度が均一ではなく、粒子表面付近にNiが高濃度に存在する構造となっていてもよく、後述する焼成工程で中心部までNiを均一に拡散させ、隣接する粒子と結合して粒成長を伴いながら内部Ni濃度が均一な粒子とすればよい。
Next, a reverse pattern material for forming the
得られたNi固溶BaTiO3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、Mg,Mn,V,Cr,希土類元素(Y,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,TmおよびYb)の酸化物、並びに、Co,Ni,Li,B,Na,KおよびSiの酸化物もしくはガラスが挙げられる。 Predetermined additive compounds are added to the obtained Ni solid solution BaTiO 3 powder according to the purpose. Additive compounds include oxides of Mg, Mn, V, Cr, rare earth elements (Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm and Yb), Co, Ni, Li, B, Examples include Na, K and Si oxides or glasses.
次に、カバー層13を形成するためのカバー材料を用意する。カバー材料として、Ni固溶BaTiO3粉を作製する。Ni固溶BaTiO3粉は、逆パターン材料と同様の手順により作製することができる。
Next, a cover material for forming the
得られたNi固溶BaTiO3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、Mg,Mn,V,Cr,希土類元素(Y,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,TmおよびYb)の酸化物、並びに、Co,Ni,Li,B,Na,KおよびSiの酸化物もしくはガラスが挙げられる。 Predetermined additive compounds are added to the obtained Ni solid solution BaTiO 3 powder according to the purpose. Additive compounds include oxides of Mg, Mn, V, Cr, rare earth elements (Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm and Yb), Co, Ni, Li, B, Examples include Na, K and Si oxides or glasses.
(積層工程)
次に、BaTiO3粒子を主成分セラミックとするシートと金属導電ペーストのパターンとが、当該金属導電ペーストが対向する2端面に露出するように交互に積層された積層部分と、当該積層部分の積層方向の上面および下面に配置されたカバーシートと、当該積層部分の側面に配置されたサイドマージン領域と、を含むセラミック積層体を準備する。当該セラミック積層体において、カバーシートとサイドマージン領域とで構成される周囲領域において、Ni固溶BaTiO3を主成分セラミックとする。
(Lamination process)
Next, a laminated portion in which a sheet containing BaTiO 3 particles as a main component ceramic and a pattern of a metallic conductive paste are alternately laminated so that the metallic conductive paste is exposed on the two end faces facing each other, and a lamination of the laminated portion A ceramic laminate is provided that includes cover sheets located on the top and bottom surfaces of the laminate and side margin regions located on the sides of the laminate. In the ceramic laminate, Ni solid-solution BaTiO 3 is used as the main component ceramic in the peripheral region composed of the cover sheet and the side margin regions.
具体的には、まず、原料粉末作製工程で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、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51を塗工して乾燥させる。
Specifically, first, a binder such as polyvinyl butyral (PVB) resin, an organic solvent such as ethanol or toluene, and a plasticizer are added to the dielectric material obtained in the raw material powder preparation step, and wet-mixed. Using the obtained slurry, a strip-shaped dielectric
次に、図6で例示するように、誘電体グリーンシート51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、内部電極層用の第1パターン52を配置する。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。
Next, as exemplified in FIG. 6, a metal conductive paste for forming internal electrodes containing an organic binder is printed on the surface of the dielectric
次に、原料粉末作製工程で得られた逆パターン材料に、エチルセルロース系等のバインダと、ターピネオール系等の有機溶剤とを加え、ロールミルにて混練して逆パターン層用の逆パターンペーストを得る。図6で例示するように、誘電体グリーンシート51上において、第1パターン52が印刷されていない周辺領域に逆パターンペーストを印刷することで第2パターン53を配置し、第1パターン52との段差を埋める。
Next, a binder such as ethyl cellulose and an organic solvent such as terpineol are added to the reverse pattern material obtained in the raw material powder preparation step, and kneaded in a roll mill to obtain a reverse pattern paste for the reverse pattern layer. As exemplified in FIG. 6, on the dielectric
その後、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の長さ方向の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、誘電体グリーンシート51、第1パターン52および第2パターン53を積層していく。例えば、誘電体グリーンシート51の積層数を100~500層とする。
After that, the internal electrode layers 12 are alternately exposed on both end faces in the length direction of the
次に、原料粉末作製工程で得られたカバー材料に、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、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10μm以下の帯状のカバーシート54を塗工して乾燥させる。積層された誘電体グリーンシート51の上下にカバーシート54を所定数(例えば2~10層)だけ積層して熱圧着させ、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となる金属導電ペーストを、カットした積層体の両側面にディップ法等で塗布して乾燥させる。これにより、セラミック積層体が得られる。なお、所定数のカバーシート54を積層して圧着してから、積層された誘電体グリーンシート51の上下に貼り付けてもよい。
Next, a binder such as polyvinyl butyral (PVB) resin, an organic solvent such as ethanol or toluene, and a plasticizer are added to the cover material obtained in the raw material powder preparation step, and wet-mixed. Using the obtained slurry, a strip-shaped
図6の手法では、誘電体グリーンシート51のうち第1パターン52に対応する部分と、第1パターン52とが積層された領域が、BaTiO3粒子を主成分セラミックとするシートと金属導電ペーストのパターンとが交互に積層された積層部分に相当する。誘電体グリーンシート51のうち第1パターン52よりも外側にはみ出した部分と、第2パターン53とが積層された領域が、積層部分の側面に配置されたサイドマージン領域に相当する。
In the method of FIG. 6, the portion corresponding to the
サイドマージン領域は、上記積層部分の側面に貼り付けまたは塗布してもよい。具体的には、図7で例示するように、誘電体グリーンシート51と、当該誘電体グリーンシート51と同じ幅の第1パターン52とを交互に積層することで、積層部分を得る。次に、積層部分の側面に、逆パターンペーストで形成したシートを貼り付ける、または逆パターンペーストを塗布することで得られる第2パターン53で、サイドマージン領域を形成してもよい。
The side margin regions may be attached or applied to the side surfaces of the laminated portion. Specifically, as illustrated in FIG. 7, dielectric
(焼成工程)
このようにして得られたセラミック積層体を、N2雰囲気で脱バインダ処理した後に外部電極20a,20bの下地となるNiペーストをディップ法で塗布し、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。このようにして、積層セラミックコンデンサ100が得られる。
(Baking process)
After removing the binder from the ceramic laminate thus obtained in an N 2 atmosphere, a Ni paste that serves as a base for the
(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。
(Reoxidation treatment step)
After that, reoxidation treatment may be performed at 600° C. to 1000° C. in an N 2 gas atmosphere.
(めっき処理工程)
その後、めっき処理により、外部電極20a,20bに、Cu,Ni,Sn等の金属コーティングを行ってもよい。
(Plating process)
After that, metal coating such as Cu, Ni, and Sn may be applied to the
本実施形態によれば、BaTiO3の結晶格子に置換固溶したNiは、安定しているため、還元焼成によってもメタルとして分離しない。したがって、Niのメタルとしての表出が抑制される。一方で、Niが置換固溶したBaTiO3は焼結が促進される。その結果、Niの表出を抑制しつつ、保護領域50の焼結とアクティブ領域14の焼結との差(内外差)を抑制することができる。以上のことから、アクティブ領域14が過焼結とならず、積層セラミックコンデンサ100の寿命低下が抑制される。それにより、高容量かつ高信頼性の積層セラミックコンデンサ100が実現される。
According to the present embodiment, the Ni dissolved in the crystal lattice of BaTiO 3 by substitution is stable and does not separate as a metal even by reduction firing. Therefore, exposure of Ni as a metal is suppressed. On the other hand, sintering of BaTiO 3 in which Ni is substituted and solid-dissolved is promoted. As a result, the difference between the sintering of the
また、焼結助剤を保護領域50に添加しなくてもよいため、当該焼結助剤がアクティブ領域14に拡散することが抑制される。または、焼結助剤の添加量を少なくすることができるため、当該焼結助剤がアクティブ領域14に拡散することが抑制される。それにより、アクティブ領域14の誘電率低下が抑制される。
In addition, since the sintering aid does not have to be added to the
なお、カバーシートとサイドマージン領域とで構成される周囲領域の全体における主成分がNi固溶BaTiO3であることは、周囲領域の一部においてNiが固溶していないBaTiO3の濃度が高くなっている箇所が存在してもよいことを意味する。例えば、サイドマージン領域においては、カバーシートと比較して、Niが固溶していないBaTiO3の濃度が高くなっていてもよい。このように、周囲領域を全体として捉えた場合に、主成分がNi固溶BaTiO3であればよい。 The reason why the main component in the entire peripheral region composed of the cover sheet and the side margin regions is BaTiO 3 in Ni solid solution is that the concentration of BaTiO 3 in which Ni does not dissolve in solid solution is high in a part of the peripheral region. It means that there can be a place where it is. For example, in the side margin region, the concentration of BaTiO 3 in which Ni is not solid-dissolved may be higher than that in the cover sheet. In this way, when the surrounding area is considered as a whole, the main component should be BaTiO3 in solid solution with Ni.
なお、Ni固溶BaTiO3を用いるのではなくNiO粒子とBaTiO3粒子とを混合しておき、焼成工程においてBaTiO3にNiを固溶させる手法も考えられる。しかしながら、この場合、BaTiO3粒子の一部にしかNiが固溶せず、NiO粒子の付近だけ緻密化が進行するため、「焼けムラ」が生じるおそれがある。これに対して、本実施形態では、Ni固溶BaTiO3を用いることから、焼けムラを抑制することができる。 Instead of using BaTiO 3 dissolved in Ni, NiO particles and BaTiO 3 particles may be mixed, and Ni may be dissolved in BaTiO 3 in the firing process. However, in this case, Ni is solid-dissolved only in part of the BaTiO 3 particles, and densification proceeds only in the vicinity of the NiO particles, which may cause "uneven burning". On the other hand, in the present embodiment, BaTiO 3 in solid solution with Ni is used, so that uneven burning can be suppressed.
カバーシートとサイドマージン領域とで構成される周囲領域の各Ni固溶BaTiO3粒子おいて、BaTiO3に対するNiの置換固溶量が少なすぎると、焼結内外差を十分に抑制されないおそれがある。そこで、各Ni固溶BaTiO3粒子におけるNiの置換固溶量に下限を設けることが好ましい。具体的には、周囲領域の各Ni固溶BaTiO3粒子において、BaTiO3に対するNi置換固溶量の平均値は、0.1atm%以上であることが好ましく、1.0atm%以上であることがより好ましく、2.0atm%以上であることがさらに好ましい。なお、Ni置換固溶量とは、Tiを100atm%とした場合のNi量のことである。 In each Ni solid-solution BaTiO 3 particle in the peripheral region composed of the cover sheet and the side margin region, if the amount of Ni substitution solid solution with respect to BaTiO 3 is too small, there is a possibility that the difference between inside and outside of sintering may not be sufficiently suppressed. . Therefore, it is preferable to set a lower limit for the amount of Ni substitution solid solution in each Ni solid solution BaTiO 3 particle. Specifically, in each Ni solid-solution BaTiO 3 particle in the surrounding region, the average value of the Ni-substitution solid-solution amount with respect to BaTiO 3 is preferably 0.1 atm% or more, and more preferably 1.0 atm% or more. More preferably, it is 2.0 atm % or more. Incidentally, the Ni-substitution solid-solution amount is the amount of Ni when Ti is 100 atm %.
一方、Ni固溶BaTiO3を作製する過程で、NiOの混合量が多いと、BaNiO3が合成されるおそれがある。または、NiOが残ったり、二次相をつくってしまう等の問題となる。過剰なNi添加はNi固溶BaTiO3粒子表面形状が角張り粒度分布も著しく悪化し、誘電体グリーンシート形成に不具合を生じるため好ましくない。これは、4価Ni固溶体が形成するとBaTiO3の結晶系がTetragonalからHexagonalに変わってしまうことが影響している可能性がある(詳細なメカニズムは未解明である)。そこで、Niの固溶量に上限を設けることが好ましい。具体的には、各Ni固溶BaTiO3粒子におけるNi置換固溶量の平均値はTiに対して9.0atm%以下であることが好ましく、6.0atm%以下であることがより好ましく、4.0atm%以下であることがさらに好ましい。 On the other hand, if a large amount of NiO is mixed in the process of producing BaTiO 3 in solid solution with Ni, BaNiO 3 may be synthesized. Otherwise, problems such as NiO remaining or the formation of a secondary phase may occur. Excessive addition of Ni is not preferable because the surface shape of Ni-dissolved BaTiO 3 particles is angular and the particle size distribution is remarkably deteriorated, causing problems in forming a dielectric green sheet. This may be due to the fact that the crystal system of BaTiO 3 changes from Tetragonal to Hexagonal when a tetravalent Ni solid solution is formed (detailed mechanism is unknown). Therefore, it is preferable to set an upper limit for the amount of Ni in solid solution. Specifically, the average value of the Ni substitution solid solution amount in each Ni solid solution BaTiO3 particle is preferably 9.0 atm% or less, more preferably 6.0 atm% or less, relative to Ti. 0 atm % or less is more preferable.
なお、上記各実施形態においては、セラミック電子部品の一例として積層セラミックコンデンサについて説明したが、それに限られない。例えば、バリスタやサーミスタなどの、他の電子部品を用いてもよい。 In addition, in each of the above-described embodiments, a laminated ceramic capacitor has been described as an example of a ceramic electronic component, but the present invention is not limited to this. For example, other electronic components such as varistors and thermistors may be used.
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
14 アクティブ領域
15 エンドマージン
16 サイドマージン
17 逆パターン層
20a,20b 外部電極
50 保護領域
51 誘電体グリーンシート
52 第1パターン
53 第2パターン
100 積層セラミックコンデンサ
10
Claims (11)
前記積層構造の積層方向の上面および下面の少なくとも一方に設けられ、前記誘電体層と主成分が同じカバー層と、前記積層構造において積層された複数の前記内部電極層が前記2端面以外の2側面に延びた端部を覆うように設けられたサイドマージンとで構成される保護領域は、Ni固溶BaTiO3を主成分とし、
前記保護領域のNi固溶BaTiO 3 の結晶粒において、BaTiO 3 に対するNi置換固溶量の平均値は、0.1atm%以上、9.0atm%以下であることを特徴とするセラミック電子部品。 Dielectric layers containing ceramic as a main component and internal electrode layers are alternately laminated to have a substantially rectangular parallelepiped shape, and the multiple internal electrode layers are alternately exposed on two opposite end surfaces. With formed laminated structure,
A cover layer provided on at least one of the upper surface and the lower surface in the lamination direction of the laminated structure and having the same main component as that of the dielectric layer, The protective region composed of a side margin provided to cover the end extending to the side is mainly composed of Ni solid solution BaTiO 3 ,
A ceramic electronic component according to claim 1 , wherein, in the crystal grains of BaTiO 3 in Ni solid solution in the protection region , an average value of Ni substitution solid solution amount with respect to BaTiO 3 is 0.1 atomic % or more and 9.0 atomic % or less.
前記セラミック積層体を焼成する工程と、を含み、
前記カバーシートと前記サイドマージン領域とで構成される周囲領域において、Ni固溶BaTiO3を主成分セラミックとし、前記Ni固溶BaTiO 3 において、BaTiO 3 に対するNi置換固溶量の平均値は、0.1atm%以上、9.0atm%以下であることを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。 A laminated portion in which a sheet containing BaTiO 3 particles as a main component ceramic and a pattern of a metallic conductive paste are alternately laminated so that the metallic conductive paste is exposed on two opposing end faces, and an upper surface of the laminated portion in the lamination direction. and a cover sheet disposed on the lower surface, and side margin regions disposed on the side surfaces of the laminate portion;
and firing the ceramic laminate,
In the peripheral region composed of the cover sheet and the side margin region, Ni solid solution BaTiO 3 is the main component ceramic, and in the Ni solid solution BaTiO 3 , the average value of the Ni substitution solid solution amount with respect to BaTiO 3 is A method for producing a ceramic electronic component, wherein the content is 0.1 atm % or more and 9.0 atm % or less .
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