JP7491838B2 - Dielectric composition, dielectric element and electronic component - Google Patents
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Description
本発明は、誘電体組成物、当該誘電体組成物を備える誘電体素子、および、当該誘電体組成物から構成される誘電体層と電極とを備える電子部品に関する。 The present invention relates to a dielectric composition, a dielectric element comprising the dielectric composition, and an electronic component comprising a dielectric layer and an electrode made of the dielectric composition.
電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサは、その信頼性の高さやコストの安さから多くの電子機器に搭載されている。 Multilayer ceramic capacitors, one example of electronic components, are used in many electronic devices due to their high reliability and low cost.
具体的な電子機器としては、携帯電話等の情報端末、家電、自動車電装品が挙げられる。この中でも車載用として使用される積層セラミックコンデンサは、家電や情報端末等に使用されている積層セラミックコンデンサに比べて、より高温域までの動作保証が求められている。 Specific examples of electronic devices include information terminals such as mobile phones, home appliances, and automotive electrical equipment. Among these, multilayer ceramic capacitors used in vehicles are required to be able to operate at higher temperatures than multilayer ceramic capacitors used in home appliances and information terminals.
特許文献1は、(Ba1-x-y,Cax,Sry)(Ti1-a,Gea)O3で表わされるペロブスカイト化合物を主成分として含み、かつ、主成分1mol部に対して、Si化合物をSi換算で0<Si≦0.20mol部含有する誘電体セラミックを開示している。また、特許文献1には、当該誘電体セラミックの125℃で60V印加時の絶縁抵抗の経時変化から求められる高温負荷寿命が良好であると記載されている。 Patent Document 1 discloses a dielectric ceramic containing a perovskite compound represented by (Ba1 -x-y , Cax , Sry ) (Ti1 -a , Gea ) O3 as a main component and containing a Si compound in an amount of 0 < Si ≦ 0.20 mol parts in terms of Si per 1 mol part of the main component. Patent Document 1 also describes that the dielectric ceramic has a good high temperature load life determined from the change over time in insulation resistance when 60 V is applied at 125°C.
特許文献2は、化学式(A6-xBxCx+2D8-xO30、0≦x≦5)で表され、AがBa等、BがY等、CがTi等、DがNb等である主成分と、第1副成分としてのGeの酸化物を主成分100モルに対して2.50モル以上20.0モル以下含む誘電体組成物を開示している。また、特許文献2には、225℃における比抵抗および250℃で40V/μm印加時の絶縁抵抗の経時変化から求められる高温負荷寿命が良好であると記載されている。 Patent Document 2 discloses a dielectric composition containing a main component represented by the chemical formula (A6 - xBxCx +2D8 - xO30 , 0≦x≦5), where A is Ba or the like, B is Y or the like, C is Ti or the like, and D is Nb or the like, and an oxide of Ge as a first minor component in an amount of 2.50 mol to 20.0 mol per 100 mol of the main component. Patent Document 2 also discloses that the high-temperature loaded life calculated from the change over time in the resistivity at 225°C and the insulation resistance when 40 V/μm is applied at 250°C is good.
しかしながら、特許文献1に記載の誘電体セラミックの高温負荷寿命は125℃において評価されており、たとえば150℃以上の高温度域における比抵抗については評価されていない。さらに、特許文献1に記載の誘電体セラミックの比誘電率は評価されていない。 However, the high-temperature load life of the dielectric ceramic described in Patent Document 1 is evaluated at 125°C, and the resistivity in high temperature ranges, for example, above 150°C, is not evaluated. Furthermore, the dielectric constant of the dielectric ceramic described in Patent Document 1 is not evaluated.
また、特許文献2に記載の誘電体組成物は比誘電率が不十分であった。 In addition, the dielectric composition described in Patent Document 2 had an insufficient relative dielectric constant.
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、比誘電率が高く、高温度域において高い比抵抗を示す誘電体組成物と、その誘電体組成物から構成される誘電体層と電極とを備える電子部品を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of these circumstances, and aims to provide a dielectric composition that has a high relative dielectric constant and exhibits high resistivity in a high temperature range, and an electronic component that includes a dielectric layer and electrodes made of the dielectric composition.
上記目的を達成するため、本発明の態様は以下の通りである。
[1]化学式A6-xBx(GeyC1-y)x+2D8-xO30+σで表され、タングステンブロンズ型結晶構造を有する複合酸化物を主成分として含む誘電体組成物であって、
Aは、Ba、CaおよびSrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素、
Bは、Y、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素、
Cは、ZrおよびTiからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素、
Dは、NbおよびTaからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、
xおよびyが、0≦x≦3、0.001≦y≦0.04である関係を満足する誘電体組成物である。
In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that:
[1] A dielectric composition containing, as a main component, a complex oxide having a tungsten bronze type crystal structure and represented by the chemical formula A6-xBx ( GeyC1 -y ) x+ 2D8- xO30+σ ,
A is at least one element selected from the group consisting of Ba, Ca and Sr;
B is at least one element selected from the group consisting of Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu;
C is at least one element selected from the group consisting of Zr and Ti;
D is at least one element selected from the group consisting of Nb and Ta;
The dielectric composition is one in which x and y satisfy the relationships 0≦x≦3 and 0.001≦y≦0.04.
[2]誘電体組成物は、複合酸化物を含む誘電体粒子と、誘電体粒子間に存在する粒界と、を有し、
誘電体粒子におけるGeの平均濃度をC1質量%とし、粒界におけるGeの平均濃度をC2質量%としたときに、C1およびC2が、C1/C2>10である関係を満足する[1]に記載の誘電体組成物である。
[2] The dielectric composition has dielectric particles containing a composite oxide and grain boundaries present between the dielectric particles,
The dielectric composition according to [1], wherein when an average concentration of Ge in the dielectric particles is C1 mass % and an average concentration of Ge in the grain boundaries is C2 mass %, C1 and C2 satisfy the relationship C1/C2>10.
[3][1]または[2]に記載の誘電体組成物を備える誘電体素子である。 [3] A dielectric element comprising the dielectric composition described in [1] or [2].
[4][1]または[2]に記載の誘電体組成物を含む誘電体層と、電極と、を備える電子部品である。 [4] An electronic component comprising a dielectric layer containing the dielectric composition described in [1] or [2] and an electrode.
本発明によれば、比誘電率が高く、高温度域において高い比抵抗を示す誘電体組成物と、その誘電体組成物から構成される誘電体層と電極とを備える電子部品を提供することができる。 The present invention provides a dielectric composition that has a high dielectric constant and exhibits high resistivity at high temperatures, and an electronic component that includes a dielectric layer and electrodes made of the dielectric composition.
以下、本発明を、具体的な実施形態に基づき、以下の順序で詳細に説明する。
1.積層セラミックコンデンサ
1.1.積層セラミックコンデンサの全体構成
1.2.誘電体層
1.3.内部電極層
1.4.外部電極
2.誘電体組成物
2.1.複合酸化物
3.積層セラミックコンデンサの製造方法
4.本実施形態のまとめ
5.変形例
The present invention will now be described in detail based on specific embodiments in the following order.
1. Multilayer ceramic capacitor 1.1. Overall configuration of multilayer ceramic capacitor 1.2. Dielectric layer 1.3. Internal electrode layer 1.4. External electrode 2. Dielectric composition 2.1. Complex oxide 3. Manufacturing method of multilayer ceramic capacitor 4. Summary of this embodiment 5. Modifications
(1.積層セラミックコンデンサ)
(1.1.積層セラミックコンデンサの全体構成)
本実施形態に係る電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサ1が図1に示される。積層セラミックコンデンサ1は、誘電体層2と、内部電極層3と、が交互に積層された構成の素子本体10を有する。この素子本体10の両端部には、素子本体10の内部で交互に配置された内部電極層3と各々導通する一対の外部電極4が形成してある。素子本体10の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、素子本体10の寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよい。
(1. Multilayer ceramic capacitors)
(1.1. Overall configuration of multilayer ceramic capacitor)
A multilayer ceramic capacitor 1 as an example of an electronic component according to this embodiment is shown in Fig. 1. The multilayer ceramic capacitor 1 has an element body 10 in which dielectric layers 2 and internal electrode layers 3 are alternately laminated. A pair of external electrodes 4 are formed on both ends of the element body 10, and are electrically connected to the internal electrode layers 3 arranged alternately inside the element body 10. There is no particular restriction on the shape of the element body 10, but it is usually a rectangular parallelepiped. There is also no particular restriction on the dimensions of the element body 10, and the dimensions may be appropriate depending on the application.
(1.2.誘電体層)
誘電体層2は、後述する本実施形態に係る誘電体組成物から構成されている。その結果、誘電体層2を有する積層セラミックコンデンサは、比誘電率が高く、高温度域においても高い比抵抗を示すことができる。
(1.2. Dielectric Layer)
The dielectric layers 2 are made of a dielectric composition according to the present embodiment, which will be described later. As a result, a multilayer ceramic capacitor having the dielectric layers 2 has a high relative dielectric constant and can exhibit high resistivity even in a high temperature range.
誘電体層2の1層あたりの厚み(層間厚み)は特に限定されず、所望の特性や用途等に応じて任意に設定することができる。通常は、層間厚みは100μm以下であることが好ましく、より好ましくは30μm以下である。本実施形態では、層間厚みの下限は、特に制限されないが、たとえば0.5μm程度である。また、誘電体層2の積層数は特に限定されないが、本実施形態では、たとえば20以上であることが好ましく、50以上であることがより好ましい。 The thickness of each layer of the dielectric layer 2 (interlayer thickness) is not particularly limited, and can be set arbitrarily according to the desired characteristics, applications, etc. Usually, the interlayer thickness is preferably 100 μm or less, and more preferably 30 μm or less. In this embodiment, the lower limit of the interlayer thickness is not particularly limited, but is, for example, about 0.5 μm. In addition, the number of layers of the dielectric layer 2 is not particularly limited, but in this embodiment, it is preferably, for example, 20 or more, and more preferably 50 or more.
(1.3.内部電極層)
本実施形態では、内部電極層3は、各端面が素子本体10の対向する2端部の表面に交互に露出するように積層してある。
(1.3. Internal electrode layer)
In this embodiment, the internal electrode layers 3 are laminated so that their end faces are alternately exposed on the surfaces of two opposing ends of the element body 10 .
内部電極層3に含有される導電材としては特に限定されない。本実施形態では、Ni、Ni系合金、CuまたはCu系合金が好ましい。より好ましくは、NiまたはNi系合金である。さらに好ましくは、内部電極層3の主成分をNiまたはNi系合金とし、副成分としてAl、Si、Li、CrおよびFeから選択される1種以上を含有する導電材である。なお、内部電極層3の主成分とは、内部電極層3全体に対して85質量%以上含有される成分を指す。 The conductive material contained in the internal electrode layer 3 is not particularly limited. In this embodiment, Ni, a Ni-based alloy, Cu or a Cu-based alloy is preferable. More preferably, it is Ni or a Ni-based alloy. Even more preferably, the main component of the internal electrode layer 3 is Ni or a Ni-based alloy, and the conductive material contains one or more types selected from Al, Si, Li, Cr and Fe as a secondary component. The main component of the internal electrode layer 3 refers to a component contained in an amount of 85 mass% or more of the entire internal electrode layer 3.
内部電極層3が、主成分としてNiまたはNi系合金を含有し、副成分としてAl、Si、Li、CrおよびFeから選択される1種以上を含有することで、内部電極層3に含まれるNiが酸化されにくくなる。そして、250℃程度の高温下で積層セラミックコンデンサ1を連続使用しても内部電極層3の酸化による内部電極層3の連続性および導電性の劣化が起こりにくくなる。 The internal electrode layer 3 contains Ni or a Ni-based alloy as a main component and one or more selected from Al, Si, Li, Cr, and Fe as a secondary component, so that the Ni contained in the internal electrode layer 3 is less likely to oxidize. Even if the multilayer ceramic capacitor 1 is continuously used at a high temperature of about 250°C, the continuity and conductivity of the internal electrode layer 3 are less likely to deteriorate due to oxidation of the internal electrode layer 3.
内部電極層3が副成分としてAl、Si、Li、CrおよびFeから選択される1種以上を含有することで、内部電極層3に含まれるNiが酸化されにくくなる理由は下記の通りである。内部電極層3がAl、Si、Li、CrおよびFeから選択される1種以上を含有する場合には、Niが大気中の酸素と反応しNiOになる前に、上記副成分と酸素とが反応し、内部電極3に含まれるNiの表面に上記副成分の酸化膜を形成する。これにより、大気中の酸素は酸化膜を通過しないとNiと反応できなくなるため、Niが酸化され難くなる。 The reason why the Ni contained in the internal electrode layer 3 is less likely to be oxidized when the internal electrode layer 3 contains one or more types selected from Al, Si, Li, Cr, and Fe as minor components is as follows. When the internal electrode layer 3 contains one or more types selected from Al, Si, Li, Cr, and Fe, the minor components react with oxygen before the Ni reacts with oxygen in the air to become NiO, forming an oxide film of the minor components on the surface of the Ni contained in the internal electrode 3. As a result, oxygen in the air cannot react with Ni without passing through the oxide film, making the Ni less likely to be oxidized.
なお、内部電極層3には、P等の各種微量成分が0.1質量%程度以下含まれていてもよい。また、内部電極層3は、市販の電極用ペーストを使用して形成してもよい。内部電極層3の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよい。 The internal electrode layer 3 may contain various trace components such as P at about 0.1 mass % or less. The internal electrode layer 3 may be formed using a commercially available electrode paste. The thickness of the internal electrode layer 3 may be appropriately determined depending on the application, etc.
(1.4.外部電極)
外部電極4に含有される導電材は特に限定されない。たとえばNi、Cu、Ag、Pd、Pt、Auあるいはこれらの合金、導電性樹脂など公知の導電材を用いればよい。外部電極4の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよい。
(1.4. External electrodes)
There is no particular limitation on the conductive material contained in the external electrodes 4. For example, known conductive materials such as Ni, Cu, Ag, Pd, Pt, Au, alloys of these, conductive resins, etc. may be used. The thickness of the external electrodes 4 may be appropriately determined depending on the application, etc.
(2.誘電体組成物)
本実施形態に係る誘電体組成物は、タングステンブロンズ型結晶構造を有する複合酸化物を主成分として含有している。具体的には、複合酸化物は、本実施形態に係る誘電体組成物100mol%中に、50mol%よりも多く含有され、75mol%以上含まれることが好ましい。
2. Dielectric Composition
The dielectric composition according to the present embodiment contains a complex oxide having a tungsten bronze type crystal structure as a main component. Specifically, the complex oxide is contained in an amount of more than 50 mol %, and preferably 75 mol % or more, per 100 mol % of the dielectric composition according to the present embodiment.
(2.1.複合酸化物)
当該複合酸化物は、化学式A6-xBx(GeyC1-y)x+2D8-xO30+σで表される。化学式において、「A」元素と、「B」元素と、Ge(ゲルマニウム)および「C」元素と、「D」元素と、は、イオン価数を基準として分けられている。具体的には、「A」元素は2価の元素であり、「B」元素は3価の元素であり、Geおよび「C」元素は4価の元素であり、「D」元素は5価の元素である。
(2.1. Composite oxides)
The composite oxide is represented by the chemical formula A6 -xBx ( GeyC1-y ) x+ 2D8- xO30 +σ . In the chemical formula, the "A" element, the "B" element, Ge ( germanium ), the "C" element, and the "D" element are divided based on the ionic valence. Specifically, the "A" element is a divalent element, the "B" element is a trivalent element, Ge and the "C" elements are tetravalent elements, and the "D" element is a pentavalent element.
本実施形態では、「A」元素は、Ba(バリウム)、Ca(カルシウム)およびSr(ストロンチウム)からなる群から選ばれる少なくとも1つの元素である。「A」元素は、Baを少なくとも含むことが好ましく、Baであることがより好ましい。 In this embodiment, the "A" element is at least one element selected from the group consisting of Ba (barium), Ca (calcium), and Sr (strontium). The "A" element preferably contains at least Ba, and is more preferably Ba.
また、「B」元素は、Y(イットリウム)、La(ランタン)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、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(ホルミウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Yb(イッテルビウム)およびLu(ルテチウム)からなる群から選ばれる少なくとも1つの元素である。「B」元素は、Laを少なくとも含むことが好ましく、Laであることがより好ましい。 The "B" element is at least one element selected from the group consisting of Y (yttrium), La (lanthanum), Pr (praseodymium), Nd (neodymium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Yb (ytterbium) and Lu (lutetium). The "B" element preferably includes at least La, and is more preferably La.
また、「C」元素は、Zr(ジルコニウム)およびTi(チタン)からなる群から選ばれる少なくとも1つの元素である。「C」元素は、Zrを少なくとも含むことが好ましく、ZrおよびTiを含むことがより好ましい。 The "C" element is at least one element selected from the group consisting of Zr (zirconium) and Ti (titanium). The "C" element preferably includes at least Zr, and more preferably includes Zr and Ti.
また、「D」元素は、Nb(ニオブ)およびTa(タンタル)からなる群から選ばれる少なくとも1つの元素である。比誘電率の観点からは、Nbを含むことが好ましく、比抵抗の観点からは、Taを含むことが好ましい。 The "D" element is at least one element selected from the group consisting of Nb (niobium) and Ta (tantalum). From the viewpoint of dielectric constant, it is preferable to include Nb, and from the viewpoint of resistivity, it is preferable to include Ta.
化学式において、「x」は「B」元素の原子数の構成比を示している。本実施形態では、「x」は0≦x≦3である関係を満足する。すなわち、上記の複合酸化物は「B」元素を含んでいなくてもよい。「x」が上記の範囲内である場合、複合酸化物の結晶構造がタングステンブロンズ型結晶構造になりやすい傾向にある。 In the chemical formula, "x" indicates the composition ratio of the number of atoms of the "B" element. In this embodiment, "x" satisfies the relationship 0≦x≦3. In other words, the above complex oxide does not need to contain the "B" element. When "x" is within the above range, the crystal structure of the complex oxide tends to be a tungsten bronze type crystal structure.
また、「A」元素の構成比(6-x)、Geと「C」元素との合計構成比(x+2)、および、「D」元素の構成比(8-x)は、通常、「x」の値に対応している。しかしながら、複合酸化物がタングステンブロンズ型結晶構造を有している限りにおいて、これらの構成比は、「x」の値に対して一義的に対応しなくてもよい。すなわち、「B」元素の原子数の構成比(x)に対して、「A」元素の構成比は「6-x+α」と表すことができ、Geと「C」元素との合計構成比は「x+2+β」と表すことができ、「D」元素の構成比は「8-x+γ」と表すことができる。本実施形態では、「α」、「β」および「γ」は、独立して、-0.10<α<0.10、-0.10<β<0.10、-0.10<γ<0.10である関係を満足する。 The composition ratio of the "A" element (6-x), the total composition ratio of Ge and the "C" element (x+2), and the composition ratio of the "D" element (8-x) usually correspond to the value of "x". However, as long as the composite oxide has a tungsten bronze type crystal structure, these composition ratios do not necessarily correspond uniquely to the value of "x". That is, with respect to the composition ratio (x) of the number of atoms of the "B" element, the composition ratio of the "A" element can be expressed as "6-x+α", the total composition ratio of Ge and the "C" element can be expressed as "x+2+β", and the composition ratio of the "D" element can be expressed as "8-x+γ". In this embodiment, "α", "β", and "γ" independently satisfy the relationships of -0.10<α<0.10, -0.10<β<0.10, and -0.10<γ<0.10.
化学式において、「y」は、4価の元素の原子数の合計を1としたとき、Geの構成比を示している。本実施形態では、「y」は0.001≦y≦0.04である関係を満足する。「y」は0.005以上であることが好ましく、0.015以上であることがより好ましい。一方、「y」は0.03以下であることが好ましく、0.025以下であることがより好ましい。「y」が上記の範囲内である場合、誘電体組成物の比誘電率および高温度域(たとえば、175℃)における比抵抗が良好になる傾向にある。 In the chemical formula, "y" indicates the composition ratio of Ge when the total number of atoms of tetravalent elements is 1. In this embodiment, "y" satisfies the relationship 0.001≦y≦0.04. "y" is preferably 0.005 or more, and more preferably 0.015 or more. On the other hand, "y" is preferably 0.03 or less, and more preferably 0.025 or less. When "y" is within the above range, the dielectric constant and resistivity at high temperatures (for example, 175°C) of the dielectric composition tend to be good.
タングステンブロンズ型結晶構造において、Bサイトを占める元素に酸素が6配位して形成される酸素八面体が互いの頂点を共有した3次元ネットワークを形成している。さらに、酸素八面体の間隙にAサイトを占める元素が位置している。Aサイトは、配位数の違いにより、A1サイトとA2サイトとに分けられる。また、Bサイトも、酸素八面体の位置関係により、B1サイトとB2サイトとに分けられる。 In the tungsten bronze crystal structure, oxygen octahedra formed by six-coordination of oxygen to elements occupying the B site form a three-dimensional network that shares their vertices. Furthermore, elements occupying the A site are located in the gaps between the oxygen octahedra. The A site is divided into A1 site and A2 site depending on the difference in coordination number. The B site is also divided into B1 site and B2 site depending on the relative positions of the oxygen octahedra.
上記の複合酸化物を構成する「A」元素、「B」元素、Ge、「C」元素および「D」元素が占めるサイトは、複合酸化物がタングステンブロンズ型結晶構造を有している限り、特に制限されない。しかしながら、価数およびイオン半径等を考慮すると、通常、「A」元素および「B」元素は、Aサイトを占める傾向にあり、Ge、「C」元素および「D」元素は、Bサイトを占める傾向にある。特に、「A」元素はA1サイトを占める傾向にあり、「B」元素はA2サイトを占める傾向にあり、Geおよび「C」元素はB1サイトを占める傾向にあり、「D」元素はB2サイトを占める傾向にある。 The sites occupied by the "A" element, "B" element, Ge, "C" element, and "D" element constituting the above composite oxide are not particularly limited, so long as the composite oxide has a tungsten bronze type crystal structure. However, taking into consideration the valence and ionic radius, etc., the "A" element and the "B" element usually tend to occupy the A site, and Ge, the "C" element, and the "D" element tend to occupy the B site. In particular, the "A" element tends to occupy the A1 site, the "B" element tends to occupy the A2 site, Ge and the "C" element tend to occupy the B1 site, and the "D" element tends to occupy the B2 site.
Geの構成比(y)が上記の範囲内である場合、すなわち、Geが「C」元素を置換する割合が上記の範囲内である場合、「C」元素の酸素八面体の歪みが大きくなり、自発分極が大きくなると考えられる。その結果、誘電体組成物の比誘電率が向上する傾向にある。 When the composition ratio (y) of Ge is within the above range, i.e., when the ratio of Ge substituting for the "C" element is within the above range, it is believed that the distortion of the oxygen octahedron of the "C" element becomes large, and the spontaneous polarization becomes large. As a result, the relative dielectric constant of the dielectric composition tends to improve.
特に、「C」元素として、ZrおよびTiが含まれている場合、Geは、Zrを置換しやすい傾向にある。GeはZrよりもイオン半径が小さいため、GeがZrを置換すると、Tiの酸素八面体が占める体積が大きくなり、自発分極がより大きくなりやすい。したがって、誘電体組成物の比誘電率がさらに向上する傾向にある。 In particular, when Zr and Ti are included as "C" elements, Ge tends to easily substitute for Zr. Since Ge has a smaller ionic radius than Zr, when Ge substitutes for Zr, the volume occupied by the oxygen octahedrons of Ti increases, and spontaneous polarization tends to become larger. Therefore, the relative dielectric constant of the dielectric composition tends to be further improved.
また、Geが誘電体組成物に含まれていると、誘電体組成物において酸素欠陥の移動が抑制される傾向にある。その結果、高温度域における誘電体組成物の比抵抗が向上する。 In addition, when Ge is contained in the dielectric composition, the migration of oxygen defects in the dielectric composition tends to be suppressed. As a result, the resistivity of the dielectric composition at high temperatures is improved.
本実施形態に係る誘電体組成物は多結晶体であり、上記の複合酸化物から構成される多数の誘電体粒子と、誘電体粒子間に存在する粒界と、を有している。換言すれば、タングステンブロンズ型結晶構造を有する誘電体粒子が粒界を介して結合している。 The dielectric composition according to this embodiment is a polycrystalline body, and has a large number of dielectric particles composed of the above-mentioned composite oxide, and grain boundaries that exist between the dielectric particles. In other words, the dielectric particles having a tungsten bronze type crystal structure are bonded via grain boundaries.
上述したように、Geが「C」元素を置換することにより、比誘電率および比抵抗が良好な誘電体組成物が得られる。したがって、本実施形態では、Geは、粒界よりもタングステンブロンズ型結晶構造を有する誘電体粒子中に存在することが好ましい。具体的には、誘電体粒子におけるGeの平均濃度をC1質量%とし、粒界におけるGeの平均濃度をC2質量%としたときに、C1およびC2が、C1/C2>10である関係を満足することが好ましい。 As described above, by substituting Ge for the "C" element, a dielectric composition with good relative permittivity and resistivity can be obtained. Therefore, in this embodiment, it is preferable that Ge is present in the dielectric particles having a tungsten bronze type crystal structure rather than in the grain boundaries. Specifically, when the average concentration of Ge in the dielectric particles is C1 mass % and the average concentration of Ge in the grain boundaries is C2 mass %, it is preferable that C1 and C2 satisfy the relationship C1/C2>10.
このような関係が満足されれば、誘電体粒子中のGe量が粒界中のGe量よりも多くなるため、Geがタングステンブロンズ型結晶構造のB1サイトに存在する確率が高くなる。その結果、上述した効果が得られやすい。C1/C2は20以上であることがより好ましく、35以上であることがさらに好ましい。 If this relationship is satisfied, the amount of Ge in the dielectric particles will be greater than the amount of Ge in the grain boundaries, increasing the probability that Ge will be present in the B1 site of the tungsten bronze crystal structure. As a result, the above-mentioned effects are more likely to be obtained. It is more preferable that C1/C2 is 20 or more, and even more preferable that it is 35 or more.
誘電体組成物において、誘電体粒子におけるC1と、粒界におけるC2とを測定する方法としては、本実施形態では以下のような方法が例示される。 In the present embodiment, the following method is exemplified as a method for measuring C1 in the dielectric particles and C2 in the grain boundaries in a dielectric composition.
まず、誘電体組成物の任意の断面において、走査型透過電子顕微鏡(STEM)を用いて、誘電体粒子と誘電体粒子間の粒界とを特定する。観察倍率は、試料である誘電体組成物の状態に応じて、誘電体粒子および粒界を明確に特定できるように決定すればよい。また、誘電体粒子および粒界を特定する方法としては、たとえば、誘電体粒子と粒界とのコントラストの差を用いて特定する方法が例示される。 First, a scanning transmission electron microscope (STEM) is used to identify the dielectric particles and the grain boundaries between the dielectric particles in any cross section of the dielectric composition. The observation magnification may be determined according to the state of the dielectric composition sample so that the dielectric particles and the grain boundaries can be clearly identified. In addition, an example of a method for identifying the dielectric particles and the grain boundaries is a method for identifying them using the difference in contrast between the dielectric particles and the grain boundaries.
次に、誘電体粒子と粒界とを含む領域において、2つの誘電体粒子と、その間に存在する粒界とを通る線分を設定する。線分の長さは、誘電体粒子中のGe濃度と、粒界中のGe濃度とを明確に区別して測定可能な長さであれば特に制限されない。その線分に対して、STEMに付属のエネルギー分散型X線分光装置(EDS)を用いて十分密な間隔で点分析を行う。本実施形態では、たとえば、設定した線分上において1~2nmの間隔で数十点以上点分析を行うことが好ましい。 Next, in a region including dielectric particles and grain boundaries, a line segment is set that passes through two dielectric particles and the grain boundary that exists between them. The length of the line segment is not particularly limited as long as it is a length that allows the Ge concentration in the dielectric particles and the Ge concentration in the grain boundaries to be clearly distinguished and measured. Point analysis is performed on the line segment at sufficiently close intervals using an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) attached to the STEM. In this embodiment, it is preferable to perform point analysis at several tens of points at intervals of 1 to 2 nm on the set line segment, for example.
得られた点分析結果から、誘電体粒子に対応する線分上におけるGe濃度の平均値を算出し、粒界に対応する線分上におけるGe濃度の平均値を算出する。このような点分析を3~15回行い、それらの平均値を、誘電体粒子におけるGeの平均濃度(C1)と、粒界におけるGeの平均濃度(C2)とする。得られたC1およびC2から、C1/C2が算出される。 From the obtained point analysis results, the average value of the Ge concentration on the line segments corresponding to the dielectric particles is calculated, and the average value of the Ge concentration on the line segments corresponding to the grain boundaries is calculated. This point analysis is performed 3 to 15 times, and the average values are taken as the average Ge concentration in the dielectric particles (C1) and the average Ge concentration in the grain boundaries (C2). C1/C2 is calculated from the obtained C1 and C2.
(3.積層セラミックコンデンサの製造方法)
次に、図1に示す積層セラミックコンデンサ1の製造方法の一例について以下に説明する。
(3. Manufacturing Method of Multilayer Ceramic Capacitor)
Next, an example of a method for manufacturing the multilayer ceramic capacitor 1 shown in FIG. 1 will be described below.
本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ1は、従来の積層セラミックコンデンサと同様の公知の方法で製造することができる。公知の方法としては、たとえば、誘電体組成物の原料を含むペーストを用いてグリーンチップを作製し、これを焼成して積層セラミックコンデンサを製造する方法が例示される。以下、製造方法について具体的に説明する。 The multilayer ceramic capacitor 1 according to this embodiment can be manufactured by a known method similar to that used for conventional multilayer ceramic capacitors. One known method is, for example, a method in which a green chip is made using a paste containing the raw materials of a dielectric composition, and then the green chip is fired to manufacture a multilayer ceramic capacitor. The manufacturing method is described in detail below.
まず、誘電体組成物の出発原料を準備する。本実施形態では、当該出発原料は粉末であることが好ましい。誘電体組成物の出発原料として、主成分の仮焼き粉末を準備する。 First, the starting material for the dielectric composition is prepared. In this embodiment, the starting material is preferably a powder. As the starting material for the dielectric composition, a calcined powder of the main component is prepared.
主成分の仮焼き粉末の出発原料としては、主成分である上述した複合酸化物に含まれる各金属の酸化物、または、焼成により当該複合酸化物を構成する成分となる各種化合物を用いることができる。各種化合物としては、たとえば炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金属化合物等が例示される。 As the starting material for the calcined powder of the main component, the oxides of the metals contained in the above-mentioned composite oxide, which is the main component, or various compounds that become components of the composite oxide upon firing can be used. Examples of various compounds include carbonates, oxalates, nitrates, hydroxides, and organometallic compounds.
たとえば、「A」元素の炭酸塩粉末、「B」元素の水酸化物粉末または酸化物粉末、Geおよび「C」元素の酸化物粉末、「D」元素の酸化物粉末を準備する。なお、各粉末の平均粒子径は、焼成後の複合酸化物を構成する誘電体粒子の粒子径が、たとえば、200~300nm程度となるように調整すればよい。 For example, prepare a carbonate powder of element "A", a hydroxide or oxide powder of element "B", an oxide powder of Ge and element "C", and an oxide powder of element "D". The average particle size of each powder can be adjusted so that the particle size of the dielectric particles that make up the composite oxide after firing is, for example, about 200 to 300 nm.
本実施形態では、Geの酸化物粉末としては、Geと、「A」元素、「B」元素、「C」元素および「D」元素から選ばれる少なくとも1つの元素と、の複合酸化物粉末であることが好ましい。代表的なGeの単一酸化物であるGeO2は融点がグリーンチップの焼成温度よりも低いので、GeO2がグリーンチップの焼成時に液相化し、粒界に析出しやすいからである。すなわち、Geが誘電体粒子に固溶しにくくなる。 In this embodiment, the oxide powder of Ge is preferably a composite oxide powder of Ge and at least one element selected from the group consisting of the "A" element, the "B" element, the "C" element, and the "D" element. This is because GeO2 , a typical single oxide of Ge, has a melting point lower than the firing temperature of the green chip, and GeO2 becomes liquid during firing of the green chip and is likely to precipitate at the grain boundary. In other words, Ge is less likely to form a solid solution in the dielectric particles.
Geと「A」元素等との複合酸化物としては、BaGeO4、La2Ge3O9、La2Ge2O7、9Nb2O5・GeO2等が例示される。 Examples of composite oxides of Ge and an " A " element include BaGeO4 , La2Ge3O9 , La2Ge2O7 , and 9Nb2O5.GeO2 .
続いて、準備した出発原料を上述した組成となるように秤量した後、ボールミル等を用いて所定の時間、湿式混合を行う。混合粉を乾燥後、大気中において熱処理を行い、主成分である複合酸化物の仮焼き粉末を得る。本実施形態では、熱処理温度は1050~1200℃の範囲であることが好ましい。このような温度範囲で熱処理することにより、Geの酸化物粉末がGeO2である場合であっても、熱処理において他の主成分元素と反応しやすくなる。したがって、熱処理後の複合酸化物の前駆体として、Geと他の主成分元素とが反応した前駆体が得られやすい。このような前駆体を含むグリーンチップを焼成しても、Geは粒界に析出しにくく、誘電体粒子に固溶しやすい。また、Geの酸化物粉末が、上述したGeと「A」元素等との複合酸化物である場合、上記の温度範囲で熱処理すると、Geが誘電体粒子により固溶しやすいため好ましい。 Next, the prepared starting materials are weighed to have the above-mentioned composition, and then wet-mixed for a predetermined time using a ball mill or the like. After drying the mixed powder, heat treatment is performed in the air to obtain a calcined powder of the composite oxide, which is the main component. In this embodiment, the heat treatment temperature is preferably in the range of 1050 to 1200 ° C. By performing heat treatment in such a temperature range, even if the Ge oxide powder is GeO 2 , it is easy to react with other main component elements in the heat treatment. Therefore, as a precursor of the composite oxide after heat treatment, a precursor in which Ge reacts with other main component elements is easily obtained. Even if a green chip containing such a precursor is fired, Ge is unlikely to precipitate at grain boundaries and is easily dissolved in dielectric particles. In addition, when the Ge oxide powder is a composite oxide of the above-mentioned Ge and the "A" element, etc., heat treatment in the above temperature range is preferable because Ge is easily dissolved in the dielectric particles.
その後、得られた主成分の仮焼き粉末を解砕し、誘電体組成物の原料粉末を得る。誘電体組成物の原料粉末の平均粒子径は、たとえば、0.5μm~2.0μmである。 The calcined powder of the main component is then crushed to obtain the raw powder of the dielectric composition. The average particle size of the raw powder of the dielectric composition is, for example, 0.5 μm to 2.0 μm.
続いて、グリーンチップを作製するためのペーストを調製する。得られた誘電体組成物原料粉末と、バインダと、溶剤と、を混練し塗料化して誘電体層用ペーストを調製する。バインダおよび溶剤は、公知のものを用いればよい。また、誘電体層用ペーストは、必要に応じて、可塑剤等の添加物を含んでもよい。 Next, a paste for producing the green chip is prepared. The obtained dielectric composition raw material powder is kneaded with a binder and a solvent to form a paint, and a paste for the dielectric layer is prepared. The binder and the solvent may be publicly known. The paste for the dielectric layer may also contain additives such as a plasticizer, if necessary.
内部電極層用ペーストは、上述した導電材の原料と、バインダと、溶剤と、を混練して得られる。バインダおよび溶剤は、公知のものを用いればよい。内部電極層用ペーストは、必要に応じて、共材や可塑剤等の添加物を含んでもよい。 The internal electrode layer paste is obtained by kneading the above-mentioned conductive material raw material, a binder, and a solvent. The binder and the solvent may be publicly known. The internal electrode layer paste may contain additives such as co-materials and plasticizers as necessary.
外部電極用ペーストは、内部電極層用ペーストと同様にして調製することができる。 The paste for the external electrodes can be prepared in the same manner as the paste for the internal electrode layers.
上記した各ペースト中のバインダおよび溶剤の含有量は特に制限はされず、通常の含有量であればよい。たとえば、バインダは1質量%~5質量%程度、溶剤は10質量%~50質量%程度であればよい。また、各ペースト中には、必要に応じて各種分散剤、可塑剤、誘電体材料、絶縁体材料等から選択される添加物が含有されていてもよい。これらの総含有量は10質量%以下とすることが好ましい。 The binder and solvent contents in each of the above pastes are not particularly limited and may be normal contents. For example, the binder may be about 1% to 5% by mass, and the solvent may be about 10% to 50% by mass. In addition, each paste may contain additives selected from various dispersants, plasticizers, dielectric materials, insulating materials, etc., as necessary. The total content of these is preferably 10% by mass or less.
分散剤としては、たとえば、界面活性剤型分散剤、高分子型分散剤を用いることができる。可塑剤としては、たとえば、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチルを用いることができる。誘電体材料としては、たとえば、BaTiO3系、CaZrO3系を用いることができる。絶縁体材料としては、たとえば、Al2O3、SiO2を用いることができる。 The dispersant may be, for example, a surfactant-type dispersant or a polymer-type dispersant. The plasticizer may be, for example, dioctyl phthalate or dibutyl phthalate. The dielectric material may be, for example, BaTiO3 or CaZrO3 . The insulating material may be, for example , Al2O3 or SiO2 .
得られた各ペーストを用いて、グリーンシートおよび内部電極パターンを形成し、これらを積層してグリーンチップを得る。 The resulting pastes are used to form green sheets and internal electrode patterns, which are then stacked to obtain green chips.
焼成前に、グリーンチップに脱バインダ処理を施す。脱バインダ条件としては、昇温速度を好ましくは5℃/時間~300℃/時間、保持温度を好ましくは180℃~500℃、温度保持時間を好ましくは0.5時間~24時間とする。また、雰囲気は、空気もしくは還元雰囲気とする。また、上記した脱バインダ処理において、脱バインダ処理の雰囲気は加湿してもよい。加湿する方法は任意である。たとえばウェッター等を使用すればよい。この場合、水温は5℃~75℃程度が好ましい。 Before firing, the green chip is subjected to a binder removal process. The binder removal conditions are a temperature rise rate of preferably 5°C/hour to 300°C/hour, a holding temperature of preferably 180°C to 500°C, and a temperature holding time of preferably 0.5 hours to 24 hours. The atmosphere is air or a reducing atmosphere. In the binder removal process described above, the atmosphere may be humidified. Any method for humidification may be used. For example, a wetter or the like may be used. In this case, the water temperature is preferably about 5°C to 75°C.
脱バインダ処理後、グリーンチップの焼成を行い、素子本体を得る。焼成条件としては、以下のような条件が例示される。焼成温度は、好ましくは1100℃~1400℃である。焼成温度が低すぎると、素子本体の緻密化が不十分となる。焼成温度が高すぎると、内部電極層の異常焼結による電極の途切れ、および、内部電極層を構成する材料の拡散による容量変化率の悪化が生じやすくなる。さらに、主成分から構成される粒子が粗大化して、高温負荷寿命を低下させてしまうおそれがある。 After the binder removal process, the green chip is fired to obtain the element body. Examples of firing conditions include the following. The firing temperature is preferably 1100°C to 1400°C. If the firing temperature is too low, the element body will not be sufficiently densified. If the firing temperature is too high, abnormal sintering of the internal electrode layer will cause the electrodes to break, and the material that makes up the internal electrode layer will diffuse, making it more likely that the rate of capacitance change will deteriorate. Furthermore, particles made up of the main component will become coarse, which may shorten the high-temperature load life.
また、昇温速度は好ましくは200℃/時間~5000℃/時間である。また、焼成時の温度保持時間、および、焼成後の冷却速度は任意である。焼成後の主成分から構成される誘電体粒子の粒度分布を0.5μm~5.0μmの範囲内に制御し、誘電体粒子同士の体積拡散を抑制するために、温度保持時間は好ましくは0.1時間~1.0時間であり、冷却速度は好ましくは100℃/時間~500℃/時間である。 The heating rate is preferably 200°C/hour to 5000°C/hour. The temperature holding time during firing and the cooling rate after firing are optional. In order to control the particle size distribution of the dielectric particles composed of the main component after firing to within the range of 0.5 μm to 5.0 μm and to suppress volume diffusion between the dielectric particles, the temperature holding time is preferably 0.1 hour to 1.0 hour, and the cooling rate is preferably 100°C/hour to 500°C/hour.
また、焼成雰囲気としては、加湿したN2とH2との混合ガスを用い、酸素分圧が10-2~10-6Paであることが好ましい。内部電極層がNiを含む場合、酸素分圧が高い状態で焼成を行うと、Niが酸化してしまい、導電性が低下してしまう場合がある。しかしながら、Niを主成分とする導電材に対し、Al、Si、Li、Cr、Feから選択された1種類以上の内部電極用副成分を含有させることで、Niの耐酸化性が向上し、酸素分圧が高い雰囲気で焼成する場合でも、内部電極層の導電性を確保することが容易となる。 In addition, the firing atmosphere is preferably a mixture of humidified N2 and H2 gas, with an oxygen partial pressure of 10-2 to 10-6 Pa. When the internal electrode layer contains Ni, firing under high oxygen partial pressure conditions may result in Ni being oxidized and the electrical conductivity may be reduced. However, by adding one or more types of internal electrode subcomponents selected from Al, Si, Li, Cr, and Fe to a conductive material mainly composed of Ni, the oxidation resistance of Ni is improved, and it is easy to ensure the electrical conductivity of the internal electrode layer even when firing in an atmosphere with a high oxygen partial pressure.
焼成後、得られた素子本体に対し、必要に応じてアニール処理を行う。アニール処理条件は、公知の条件とすればよく、たとえば、アニール処理時の酸素分圧を焼成時の酸素分圧よりも高い酸素分圧とし、保持温度を1000℃以下とすることが好ましい。 After firing, the obtained element body is annealed as necessary. The annealing conditions may be known conditions, and for example, it is preferable that the oxygen partial pressure during the annealing is higher than the oxygen partial pressure during firing, and that the holding temperature is 1000°C or less.
また、上記の脱バインダ処理、焼成およびアニール処理は、独立して行ってもよく、連続して行ってもよい。 The above-mentioned binder removal process, firing and annealing processes may be carried out independently or consecutively.
上記のようにして得られた素子本体の誘電体層を構成する誘電体組成物は、上述した誘電体組成物である。この素子本体に端面研磨を施し、外部電極用ペーストを塗布して焼き付けし、外部電極4を形成する。そして、必要に応じて、外部電極4の表面に、めっき等により被覆層を形成する。 The dielectric composition constituting the dielectric layer of the element body obtained as described above is the dielectric composition described above. The end faces of this element body are polished, and an external electrode paste is applied and baked to form the external electrode 4. Then, if necessary, a coating layer is formed on the surface of the external electrode 4 by plating or the like.
このようにして、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサが製造される。 In this manner, the multilayer ceramic capacitor according to this embodiment is manufactured.
(4.本実施形態のまとめ)
本実施形態では、タングステンブロンズ型結晶構造を有する複合酸化物を主成分として有する誘電体組成物において、Geを上述した範囲内で複合酸化物中に含有させている。このようにすることにより、誘電体粒子内において、酸素欠陥の移動が阻害される。すなわち、酸素欠陥と共に生じる電子の移動も阻害される。したがって、高温度域における誘電体組成物の比抵抗が向上する。
(4. Summary of the present embodiment)
In this embodiment, in a dielectric composition having a complex oxide having a tungsten bronze type crystal structure as a main component, Ge is contained in the complex oxide within the above-mentioned range. By doing so, the movement of oxygen defects is inhibited in the dielectric particles. That is, the movement of electrons that occurs together with the oxygen defects is also inhibited. Therefore, the resistivity of the dielectric composition in the high temperature range is improved.
また、誘電体組成物において、Geが複合酸化物のB1サイトに固溶している場合、「C」元素の酸素八面体の体積が大きくなるため、自発分極が大きくなり、比誘電率が向上する。 In addition, when Ge is dissolved in the B1 site of the complex oxide in the dielectric composition, the volume of the oxygen octahedron of the "C" element increases, resulting in increased spontaneous polarization and an improved dielectric constant.
さらに、誘電体組成物中のGeの平均濃度C1と粒界中のGeの平均濃度C2とが上述した関係を満足することにより、GeがB1サイトに固溶する確率が高くなるので、比誘電率がさらに向上する。 Furthermore, when the average Ge concentration C1 in the dielectric composition and the average Ge concentration C2 in the grain boundaries satisfy the above-mentioned relationship, the probability that Ge will dissolve in the B1 site increases, further improving the relative dielectric constant.
(5.変形例)
上述した実施形態では、本実施形態に係る電子部品が積層セラミックコンデンサである場合について説明したが、本実施形態に係る電子部品は、積層セラミックコンデンサに限定されず、上述した誘電体組成物を有する誘電体層と、電極と、を備える電子部品であれば何でもよい。また、上述した誘電体組成物を備える誘電体素子であってもよい。
(5. Modifications)
In the above embodiment, the electronic component according to the present embodiment is a multilayer ceramic capacitor, but the electronic component according to the present embodiment is not limited to a multilayer ceramic capacitor and may be any electronic component that includes a dielectric layer having the above-mentioned dielectric composition and an electrode. It may also be a dielectric element that includes the above-mentioned dielectric composition.
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の態様で改変してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments and may be modified in various ways within the scope of the present invention.
以下、実施例および比較例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below using examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実験1)
まず、主成分の出発原料として、下記に示す平均粒径1.0μm以下の各粉末を準備した。「A」元素の原料としては、炭酸塩の粉末を用い、「B」元素の原料としては、水酸化物あるいは酸化物の粉末を用い、Ge、「C」元素および「D」元素の原料としては、酸化物の粉末を用いた。
(Experiment 1)
First, the following powders with an average particle size of 1.0 μm or less were prepared as starting materials for the main components. Carbonate powder was used as the raw material for the "A" element, hydroxide or oxide powder was used as the raw material for the "B" element, and oxide powder was used as the raw materials for Ge, "C" element, and "D" element.
なお、試料No.1~51に関して、Geの酸化物粉末として、GeO2を用いた。また、試料No.52、53および55に関して、Geの酸化物粉末として、BaGeO4を用いた。また、試料No.54に関して、Geの酸化物粉末として、La2Ge3O9を用いた。また、試料No.56および57に関して、Geの酸化物粉末として、9NbO5・GeO2を用いた。 For samples No. 1 to 51, GeO2 was used as the Ge oxide powder. For samples No. 52, 53, and 55, BaGeO4 was used as the Ge oxide powder. For sample No. 54, La2Ge3O9 was used as the Ge oxide powder. For samples No. 56 and 57, 9NbO5.GeO2 was used as the Ge oxide powder.
最終的に得られる誘電体組成物に含まれる複合酸化物における各元素の構成比が表1および2に示す比になるように、これらの原料を秤量して混合し、分散媒としてエタノールを用いてボールミルにより24時間湿式混合した。その後、得られた混合物を乾燥して混合原料粉末を得た。なお、試料No.50および51に関して、Geの酸化物粉末(GeO2)以外の原料を混合して、混合原料粉末を得た。 These raw materials were weighed and mixed so that the composition ratio of each element in the composite oxide contained in the final dielectric composition was the ratio shown in Tables 1 and 2, and wet-mixed in a ball mill for 24 hours using ethanol as a dispersion medium. The resulting mixture was then dried to obtain a mixed raw material powder. For samples No. 50 and 51, raw materials other than the Ge oxide powder (GeO 2 ) were mixed to obtain a mixed raw material powder.
その後、大気中で保持温度1200℃、保持時間2時間の条件で熱処理を行い、主成分の仮焼き粉末を得た。 Then, heat treatment was performed in air at a holding temperature of 1200°C for 2 hours to obtain the calcined powder of the main component.
上記の方法で得られた主成分の仮焼き粉末を解砕し、誘電体組成物原料粉末を得た。なお、試料No.50および51に関して、得られた主成分の仮焼き粉末の解砕後に、秤量したGeの酸化物粉末(GeO2)を混合して、誘電体組成物原料粉末を得た。 The calcined powder of the main component obtained by the above method was crushed to obtain a dielectric composition raw material powder. Note that, for samples No. 50 and 51, after crushing the calcined powder of the main component obtained, a weighed amount of Ge oxide powder (GeO 2 ) was mixed to obtain a dielectric composition raw material powder.
次に、誘電体組成物原料粉末1000gに対して、トルエン+エタノール溶液(トルエン:エタノール=50:50(重量比))、可塑剤(フタル酸ジオクチル(DOP)(ジェイ・プラス製))および分散剤(マリアリムAKM-0531(日油製))を90:6:4(重量比)で混合した溶剤を700g添加し、混合物を得た。次に、得られた混合物を、バスケットミルを用いて2時間分散させ、誘電体層用ペーストを作製した。なお、全ての試料において、誘電体層用ペーストの粘性が約200cpsになるように調整した。具体的には、トルエン+エタノール溶液を微量添加することで粘度の調整を行った。 Next, 700 g of a solvent made by mixing a toluene + ethanol solution (toluene:ethanol = 50:50 (weight ratio)), a plasticizer (dioctyl phthalate (DOP) (manufactured by J-Plus)) and a dispersant (Marialim AKM-0531 (manufactured by NOF Corp.)) in a ratio of 90:6:4 (weight ratio) was added to 1000 g of the dielectric composition raw material powder to obtain a mixture. Next, the obtained mixture was dispersed for 2 hours using a basket mill to prepare a dielectric layer paste. Note that the viscosity of the dielectric layer paste was adjusted to approximately 200 cps for all samples. Specifically, the viscosity was adjusted by adding a small amount of a toluene + ethanol solution.
内部電極層の原料として、平均粒径が0.2μmのNi粉末、平均粒径が0.1μm以下のAlの酸化物粉末、および、平均粒径が0.1μm以下のSiの酸化物粉末を準備した。AlおよびSiの合計がNiに対して5質量%となるように、これらの粉末を秤量し、混合した。その後、加湿したN2とH2との混合ガス中において1200℃以上で熱処理した。熱処理後の粉末をボールミル等により解砕することで、平均粒径0.20μmの内部電極層の原料粉末を準備した。 As raw materials for the internal electrode layer, Ni powder with an average particle size of 0.2 μm, Al oxide powder with an average particle size of 0.1 μm or less, and Si oxide powder with an average particle size of 0.1 μm or less were prepared. These powders were weighed and mixed so that the total of Al and Si was 5 mass% relative to Ni. Then, the powder was heat-treated at 1200 ° C or more in a mixed gas of humidified N 2 and H 2. The powder after the heat treatment was crushed by a ball mill or the like to prepare raw material powder for the internal electrode layer with an average particle size of 0.20 μm.
準備した内部電極層の原料粉末100質量%、有機ビヒクル(エチルセルロース樹脂8質量%をブチルカルビトール92質量%に溶解したもの)30質量%、およびブチルカルビトール8質量%を、3本ロールにより混練、ペースト化し、内部電極層用ペーストを得た。 100% by mass of the raw material powder for the internal electrode layer, 30% by mass of an organic vehicle (8% by mass of ethyl cellulose resin dissolved in 92% by mass of butyl carbitol), and 8% by mass of butyl carbitol were kneaded and made into a paste using a three-roll mill to obtain a paste for the internal electrode layer.
そして、作製した誘電体層用ペーストをPETフィルム上に塗布してグリーンシートを形成した。この際に、乾燥後のグリーンシートの厚みが10μmとなるようにした。次いで、内部電極層用ペーストを用いて、所定パターンの内部電極層をグリーンシート上に印刷した。その後、PETフィルムからグリーンシートを剥離することで、内部電極層が所定パターンで印刷されたグリーンシートを作製した。次いで、内部電極層が所定パターンで印刷されたグリーンシートを複数枚積層し、加圧接着することによりグリーン積層体とした。さらに、グリーン積層体を所定の形状に切断することにより、グリーンチップを得た。 The prepared dielectric layer paste was then applied onto a PET film to form a green sheet. At this time, the thickness of the green sheet after drying was set to 10 μm. Next, a predetermined pattern of internal electrode layers was printed onto the green sheet using the internal electrode layer paste. The green sheet was then peeled off from the PET film to produce a green sheet on which the internal electrode layers were printed in the predetermined pattern. Next, multiple green sheets on which the internal electrode layers were printed in the predetermined pattern were stacked and pressure-bonded to form a green laminate. Furthermore, the green laminate was cut into a predetermined shape to obtain a green chip.
次いで、得られたグリーンチップについて、脱バインダ処理、焼成およびアニール処理を行うことで積層セラミック焼成体(素子本体)を得た。脱バインダ処理、焼成およびアニールの条件は以下に示す通りである。また、脱バインダ処理、焼成およびアニール処理において、雰囲気ガスの加湿にはウェッターを用いた。 Then, the obtained green chip was subjected to a binder removal process, firing and annealing process to obtain a multilayer ceramic fired body (element body). The conditions for the binder removal process, firing and annealing are as shown below. In addition, a wetter was used to humidify the atmospheric gas during the binder removal process, firing and annealing processes.
(脱バインダ処理)
昇温速度:100℃/時間
保持温度:400℃
温度保持時間:8.0時間
雰囲気ガス:加湿したN2とH2との混合ガス
(Debinding process)
Heating rate: 100°C/hour Holding temperature: 400°C
Temperature retention time: 8.0 hours Atmospheric gas: mixed gas of humidified N2 and H2
(焼成)
昇温速度:500℃/時間
焼成温度:1200℃~1350℃
温度保持時間:0.5時間
冷却速度:100℃/時間
雰囲気ガス:加湿したN2とH2との混合ガス
酸素分圧:10-5~10-9Pa
(Firing)
Heating rate: 500°C/hour Firing temperature: 1200°C to 1350°C
Temperature retention time: 0.5 hours Cooling rate: 100°C/hour Atmosphere gas: mixed gas of humidified N2 and H2 Oxygen partial pressure: 10-5 to 10-9 Pa
(アニール処理)
保持温度:800℃~1000℃
温度保持時間:2.0時間
昇温、降温速度:200℃/時間
雰囲気ガス:加湿したN2ガス
(Annealing treatment)
Holding temperature: 800°C to 1000°C
Temperature retention time: 2.0 hours Temperature increase and decrease rate: 200°C/hour Atmospheric gas: humidified N2 gas
得られた各積層セラミック焼成体の誘電体層(誘電体組成物)についてICP発光分光分析法を用いて組成分析を行った結果、分析後の組成は、表1および2に記載されている組成と同組成であることが確認できた。また、誘電体組成物に対してX線回折測定を行った結果、得られたX線回析パターンより、試料No.21の誘電体組成物はタングステンブロンズ型結晶構造を有しておらず、試料No.21以外の誘電体組成物はタングステンブロンズ型結晶構造を有していることが確認できた。 The dielectric layers (dielectric compositions) of each of the obtained fired laminated ceramic bodies were subjected to composition analysis using ICP emission spectroscopy, and it was confirmed that the compositions after analysis were the same as those shown in Tables 1 and 2. In addition, X-ray diffraction measurements were performed on the dielectric compositions, and it was confirmed from the obtained X-ray diffraction pattern that the dielectric composition of sample No. 21 did not have a tungsten bronze type crystal structure, and the dielectric compositions other than sample No. 21 had a tungsten bronze type crystal structure.
得られた積層セラミック焼成体の端面をサンドブラストにて研磨した後、外部電極としてIn-Ga共晶合金を塗布し、図1に示す積層セラミックコンデンサと同形状の各積層セラミックコンデンサ試料を得た。得られた積層セラミックコンデンサ試料のサイズは、いずれも3.2mm×1.6mm×1.2mmであり、誘電体層の厚み7μm、内部電極層の厚み2μm、内部電極層に挟まれた誘電体層の数は50層とした。 The end faces of the obtained fired laminated ceramic body were polished by sandblasting, and then an In-Ga eutectic alloy was applied as an external electrode to obtain each laminated ceramic capacitor sample having the same shape as the laminated ceramic capacitor shown in Figure 1. The size of each of the obtained laminated ceramic capacitor samples was 3.2 mm x 1.6 mm x 1.2 mm, with a dielectric layer thickness of 7 μm, an internal electrode layer thickness of 2 μm, and 50 dielectric layers sandwiched between the internal electrode layers.
得られた各積層セラミックコンデンサ試料の積層方向に沿った誘電体層(誘電体組成物)の断面を研磨し、走査型透過電子顕微鏡(STEM)を用いて、研磨断面を倍率10万倍で観察し、主成分の複合酸化物から構成される誘電体粒子と、粒界と、を特定した。 A cross section of the dielectric layer (dielectric composition) along the lamination direction of each of the obtained multilayer ceramic capacitor samples was polished, and the polished cross section was observed at a magnification of 100,000 times using a scanning transmission electron microscope (STEM) to identify the dielectric particles composed of the main component composite oxide and the grain boundaries.
次に、2つの誘電体粒子と、その間に存在する粒界と、を含む長さ50~100nmの直線を設定し、当該直線上をSTEMに付属のエネルギー分散型X線分光装置(EDS)を用いて、1~2nm間隔で点分析を行い、Ge濃度を測定した。 Next, a straight line 50 to 100 nm long was set that included the two dielectric particles and the grain boundary between them, and point analysis was performed at 1 to 2 nm intervals along the straight line using an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) attached to the STEM to measure the Ge concentration.
この測定を10回行い、誘電体粒子におけるGe濃度の平均値をC1、粒界におけるGe濃度の平均値をC2とした。得られたC1およびC2から、C1/C2を算出した。結果を表1および2に示す。 This measurement was performed 10 times, and the average Ge concentration in the dielectric particles was taken as C1, and the average Ge concentration in the grain boundaries was taken as C2. C1/C2 was calculated from the obtained C1 and C2. The results are shown in Tables 1 and 2.
また、図2に、試料No.38について行った点分析結果を示す。図2は、2つの誘電体粒子21,22と、その間に存在する粒界25と、を含む長さ50nmの直線L上におけるGeの濃度変化をグラフとして示している。 Figure 2 shows the results of the point analysis performed on sample No. 38. Figure 2 shows a graph of the change in Ge concentration on a straight line L with a length of 50 nm that includes two dielectric particles 21, 22 and the grain boundary 25 that exists between them.
得られた積層セラミックコンデンサ試料について、比誘電率および比抵抗を下記に示す方法により測定した。 The dielectric constant and resistivity of the obtained multilayer ceramic capacitor samples were measured using the methods described below.
(比誘電率)
積層セラミックコンデンサ試料に対し、25℃において、デジタルLCRメータ(YHP社製4284A)にて、周波数1kHz、入力信号レベル(測定電圧)1Vrmsの信号を入力し、静電容量を測定した。そして、比誘電率(単位なし)を、誘電体層の厚みと、有効電極面積と、測定の結果得られた静電容量とに基づき算出した。比誘電率は高い方が好ましい。本実施例では、比誘電率が400以上である試料を良好であると判断し、500以上である試料をより好ましいと判断した。結果を表1および2に示す。
(Dielectric constant)
A signal with a frequency of 1 kHz and an input signal level (measurement voltage) of 1 Vrms was input to the multilayer ceramic capacitor sample at 25° C. using a digital LCR meter (4284A manufactured by YHP Corporation) to measure the capacitance. The dielectric constant (unitless) was calculated based on the thickness of the dielectric layer, the effective electrode area, and the capacitance obtained as a result of the measurement. A higher dielectric constant is preferable. In this example, samples with a dielectric constant of 400 or more were judged to be good, and samples with a dielectric constant of 500 or more were judged to be more preferable. The results are shown in Tables 1 and 2.
(比抵抗)
積層セラミックコンデンサ試料に対し、175℃において、デジタル抵抗メータ(ADVANTEST社製R8340)にて、測定電圧200V、測定時間60秒の条件で絶縁抵抗を測定した。得られた絶縁抵抗の測定値、積層セラミックコンデンサ試料の電極面積および誘電体層の厚みから比抵抗を算出した。比抵抗は高いほうが好ましい。本実施例では、5.0×1012Ωcm以上である試料を良好であると判断した。結果を表1および2に示す。
(resistivity)
The insulation resistance of the multilayer ceramic capacitor samples was measured at 175° C. using a digital resistance meter (R8340 manufactured by ADVANTEST) at a measurement voltage of 200 V and a measurement time of 60 seconds. The specific resistance was calculated from the measured insulation resistance value, the electrode area of the multilayer ceramic capacitor sample, and the thickness of the dielectric layer. A higher specific resistance is preferable. In this example, samples with a specific resistance of 5.0×10 12 Ωcm or more were judged to be good. The results are shown in Tables 1 and 2.
図2より、誘電体粒子中ではGe濃度が高く、粒界におけるGe濃度が非常に低くなっていることが確認できた。すなわち、Geは粒界にはほとんど存在せず、誘電体粒子中に存在していることが確認できた。 Figure 2 confirms that the Ge concentration is high in the dielectric particles and very low at the grain boundaries. In other words, it was confirmed that Ge is hardly present at the grain boundaries, but is present in the dielectric particles.
また、表1および2より、複合酸化物がタングステンブロンズ型結晶構造を有し、Geの構成比が上述した範囲内である場合に、比誘電率が高く、175℃における比抵抗が高い積層セラミックコンデンサが得られることが確認できた。 Furthermore, from Tables 1 and 2, it was confirmed that when the composite oxide has a tungsten bronze type crystal structure and the composition ratio of Ge is within the above-mentioned range, a multilayer ceramic capacitor having a high relative dielectric constant and a high specific resistance at 175°C can be obtained.
これに対し、複合酸化物がタングステンブロンズ型結晶構造を有していない場合、Geの構成比が上述した範囲外である場合、および、Geと「C」元素の合計構成比が上述した範囲外である場合には、比誘電率および比抵抗の少なくとも1つが低いことが確認できた。 In contrast, it was confirmed that at least one of the dielectric constant and resistivity was low when the composite oxide did not have a tungsten bronze crystal structure, when the Ge composition ratio was outside the above-mentioned range, and when the total composition ratio of Ge and the "C" element was outside the above-mentioned range.
また、誘電体組成物に含まれるGeのうち、誘電体粒子内に存在しているGe量が、粒界に存在しているGe量よりも多く、C1/C2が上述した範囲内である場合には、比誘電率がさらに向上することが確認できた。また、Geの酸化物として、複合酸化物を用いた場合には、比誘電率および比抵抗が向上することが確認できた。 It was also confirmed that, among the Ge contained in the dielectric composition, the amount of Ge present within the dielectric particles is greater than the amount of Ge present at the grain boundaries, and C1/C2 is within the above-mentioned range, the relative dielectric constant is further improved. It was also confirmed that, when a composite oxide is used as the Ge oxide, the relative dielectric constant and resistivity are improved.
本実施形態に係る誘電体組成物は、高い比誘電率と、高温度域において高い比抵抗を示すことができる。したがって、175℃程度の高温領域での使用が求められる車載用途の電子部品に好適に用いることができる。 The dielectric composition according to this embodiment can exhibit a high relative dielectric constant and a high resistivity at high temperatures. Therefore, it can be suitably used for electronic components for automotive applications that require use at high temperatures of about 175°C.
1… 積層セラミックコンデンサ
10… 素子本体
2… 誘電体層
3… 内部電極層
4… 外部電極
Reference Signs List 1... Multilayer ceramic capacitor 10... Element body 2... Dielectric layer 3... Internal electrode layer 4... External electrode
Claims (4)
Aは、Ba、CaおよびSrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素、
Bは、Y、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素、
Cは、ZrおよびTiからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素、
Dは、NbおよびTaからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、
xおよびyが、0≦x≦3、0.001≦y≦0.04である関係を満足する誘電体組成物。 A dielectric composition containing, as a main component, a complex oxide having a tungsten bronze type crystal structure and represented by a chemical formula A6-xBx ( GeyC1 -y ) x+ 2D8- xO30 +σ ,
A is at least one element selected from the group consisting of Ba, Ca and Sr;
B is at least one element selected from the group consisting of Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu;
C is at least one element selected from the group consisting of Zr and Ti;
D is at least one element selected from the group consisting of Nb and Ta;
A dielectric composition, wherein x and y satisfy the relationships: 0≦x≦3, 0.001≦y≦0.04.
前記誘電体粒子におけるGeの平均濃度をC1質量%とし、前記粒界におけるGeの平均濃度をC2質量%としたときに、C1およびC2が、C1/C2>10である関係を満足する請求項1に記載の誘電体組成物。 The dielectric composition has dielectric particles containing the composite oxide and grain boundaries present between the dielectric particles,
2. The dielectric composition according to claim 1, wherein when an average concentration of Ge in the dielectric particles is C1 mass % and an average concentration of Ge in the grain boundaries is C2 mass %, C1 and C2 satisfy a relationship of C1/C2>10.
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