JPH01202807A - 小型大容量積層セラミックコンデンサ - Google Patents
小型大容量積層セラミックコンデンサInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、電子材料分野で使用される積層セラミックコ
ンデンサに関するものであり、さらに詳しくは、誘電体
セラミックと金属導体を層状にして互いに密着して積層
することにより、小型大容量を実現する積層セラミック
コンデンサに関するものである。
ンデンサに関するものであり、さらに詳しくは、誘電体
セラミックと金属導体を層状にして互いに密着して積層
することにより、小型大容量を実現する積層セラミック
コンデンサに関するものである。
(従来の技術)
積層セラミックコンデンサは、そのサイズが例えば3.
2■X 2.5 (W)1111と非常に小さいにもか
かわらず、1μFにも達する極めて大きな静電容量を有
しており、小型大容量という優れた特徴を持っている。
2■X 2.5 (W)1111と非常に小さいにもか
かわらず、1μFにも達する極めて大きな静電容量を有
しており、小型大容量という優れた特徴を持っている。
本発明では、大きさを表す記号として、L、W。
T等を日本電子機械工業会規格: RC−3402に準
じて使用する。
じて使用する。
このような小型大容量の積層セラミックコンデンサは、
よシ小型高密度化する電子機器のニーズとも合致し、広
く使用されると共に、より小型大容量化の傾向を強めら
る。
よシ小型高密度化する電子機器のニーズとも合致し、広
く使用されると共に、より小型大容量化の傾向を強めら
る。
積層セラミックコンデンサは、第1図に示すように、誘
電体セラミック材料と金属導体を層状に積みかさね、金
属導体の層を一層ごとに対極する電極層1となし、誘電
体セラミック材料の層を誘電体層2となし、この誘電体
層−層に一個のコンデンサ機能を待たせ、これを積み重
ねることにより、小型ながら大容量を持つような構造を
有している。なお、第1図において、3は有効積層部分
である。
電体セラミック材料と金属導体を層状に積みかさね、金
属導体の層を一層ごとに対極する電極層1となし、誘電
体セラミック材料の層を誘電体層2となし、この誘電体
層−層に一個のコンデンサ機能を待たせ、これを積み重
ねることにより、小型ながら大容量を持つような構造を
有している。なお、第1図において、3は有効積層部分
である。
本発明では、積層セラミックコンデンサの小型・大容量
性を表わす目安として、有効積層部分の1立方ミリメー
トル酒たりの靜電容ii’iv効静電容量として定義す
る。本発明で有効積層部分とは。
性を表わす目安として、有効積層部分の1立方ミリメー
トル酒たりの靜電容ii’iv効静電容量として定義す
る。本発明で有効積層部分とは。
誘電体層と電極層が交互に積層され、かつ、電極層が一
層おきに電位差を生じ、静電容量を有効に引き出す構造
となっている部分を言う。有効積層部分と称する目的は
、積層セラミックコンデンサ内部において、電極の存在
しない誘電体層のみの部分や、電極層と訪′屯体層が交
互に積み重なっていても、電極が全て等電位となり静電
容量を引き出すことができない部分等があシ、これらの
部分は、実質的にコンデンサとして有効に働がないため
、これらの部分と区別するためである。
層おきに電位差を生じ、静電容量を有効に引き出す構造
となっている部分を言う。有効積層部分と称する目的は
、積層セラミックコンデンサ内部において、電極の存在
しない誘電体層のみの部分や、電極層と訪′屯体層が交
互に積み重なっていても、電極が全て等電位となり静電
容量を引き出すことができない部分等があシ、これらの
部分は、実質的にコンデンサとして有効に働がないため
、これらの部分と区別するためである。
従来一般に製造されている積層セラミックコンデンサの
有効静電容量は1通常0.2μF/lnm”であり、最
近では0.9μF/lriといった比較的高容量のもの
も製造されはじめている。
有効静電容量は1通常0.2μF/lnm”であり、最
近では0.9μF/lriといった比較的高容量のもの
も製造されはじめている。
(発明が解決しようとする課題)
積層セラミックコンデンサは、このように小型で大容量
という優れた特徴を持っている。しかし。
という優れた特徴を持っている。しかし。
電子機器のより小型経量化へのニーズはめざましく、将
来、今よりさらに小型で容量の大きい積層セラミックコ
ンデンサが要求されることは確実である。この場合、積
層セラミックコンデンサの小型大容量という特性を、こ
の要求に応じて延ばすために、有効静電容量をさらに増
加させなければならないが、現実には従来技術では、ど
こまでも有効静電容iを増やしていくことは不可能であ
る。
来、今よりさらに小型で容量の大きい積層セラミックコ
ンデンサが要求されることは確実である。この場合、積
層セラミックコンデンサの小型大容量という特性を、こ
の要求に応じて延ばすために、有効静電容量をさらに増
加させなければならないが、現実には従来技術では、ど
こまでも有効静電容iを増やしていくことは不可能であ
る。
積層セラミックコンデンサにおいて有効静電容量を大き
くするためには、誘電体層の誘′亀率を大きくするか、
または誘電体層を薄くするかの二つの手段しかない。
くするためには、誘電体層の誘′亀率を大きくするか、
または誘電体層を薄くするかの二つの手段しかない。
このうち、誘電体層の誘電率は、誘電体層の誘電体セラ
ミック材料に依存するもので、現在、誘電体層の誘電体
セラミック材料は、チタン酸バリウムを主成分とする誘
電体セラミック材料もしくViPb(Mg’Nb:)O
,、Pb(Mg4 w4)o8.Pb(FejWj)O
s 。
ミック材料に依存するもので、現在、誘電体層の誘電体
セラミック材料は、チタン酸バリウムを主成分とする誘
電体セラミック材料もしくViPb(Mg’Nb:)O
,、Pb(Mg4 w4)o8.Pb(FejWj)O
s 。
p b CF ex N b i ) os 等の複合
ペロブスカイトを主成分とする誘電体セラミック材料が
主であり、これら誘電体セラミック材料の誘電率は大体
決まっており、配合組成や焼結方法の最適化部1通常、
誘電率同上のために行われる手法を用いたとしても、今
後、誘電率が大きく向上することは期待できない。
ペロブスカイトを主成分とする誘電体セラミック材料が
主であり、これら誘電体セラミック材料の誘電率は大体
決まっており、配合組成や焼結方法の最適化部1通常、
誘電率同上のために行われる手法を用いたとしても、今
後、誘電率が大きく向上することは期待できない。
有効静電容量を向上させるための最も有効な方法は、特
電体層の厚さを薄くすることである。
電体層の厚さを薄くすることである。
ところが、従来の方法にしたがえば、第2図に示すよう
に、誘電体層を薄くするにつれて積層セラミックコンデ
ンサの耐電圧は低下する。
に、誘電体層を薄くするにつれて積層セラミックコンデ
ンサの耐電圧は低下する。
積層セラミックコンデンサの耐°電圧は1日本電子機械
工業会規格:RC−5402では、定格電圧の2.5倍
の電圧をかけて破壊しなければ合格とされるが1品質保
証を行うためには、製造者側の内部基準として、さらに
厳しい耐電圧が必要である。品質保証を行うために必要
とされる耐電圧は。
工業会規格:RC−5402では、定格電圧の2.5倍
の電圧をかけて破壊しなければ合格とされるが1品質保
証を行うためには、製造者側の内部基準として、さらに
厳しい耐電圧が必要である。品質保証を行うために必要
とされる耐電圧は。
積層セラミックコンデンサが便用される機器や成子回路
の糧類にもよるが1通常、電子回路には瞬間的に高電圧
がかかる場合があり、さらに、高温負荷試験や耐湿負荷
試験等の寿命試験で、初期故障や偶発故障の発生がない
高い信頼性を確保しなければならないことからも、定格
電圧の少なくとも20倍以上あることが好ましく、さら
に好ましくは、定格電圧の50倍以上である。
の糧類にもよるが1通常、電子回路には瞬間的に高電圧
がかかる場合があり、さらに、高温負荷試験や耐湿負荷
試験等の寿命試験で、初期故障や偶発故障の発生がない
高い信頼性を確保しなければならないことからも、定格
電圧の少なくとも20倍以上あることが好ましく、さら
に好ましくは、定格電圧の50倍以上である。
積層セラミックコンデンサの定格電圧は1通常。
1.6V以上であるから、電圧値で云えば、少なくとも
約300v以上の耐電圧が必要である。逆に。
約300v以上の耐電圧が必要である。逆に。
積層セラミックコンデンサの耐電圧が300v以上あれ
ば、積層セラミックコンデンサの定格電圧16V以上を
保証できる。耐電圧300v以上を確保するためには、
誘電体層の厚さをどこまでも薄くすることはできず、第
2図からすると、その場合の誘電体層の厚みは、最低で
も10μm以上なければならない。それ以上誘電体層の
厚さを薄くすると、定格電圧を下げざるを得ない。
ば、積層セラミックコンデンサの定格電圧16V以上を
保証できる。耐電圧300v以上を確保するためには、
誘電体層の厚さをどこまでも薄くすることはできず、第
2図からすると、その場合の誘電体層の厚みは、最低で
も10μm以上なければならない。それ以上誘電体層の
厚さを薄くすると、定格電圧を下げざるを得ない。
また、さらにより高い安全性を確保するためには、たと
え耐電圧が300v以上あっても、その耐電圧値が30
0vよりわずかに高い程度であれば、定格電圧は6Vと
するのが好ましい。
え耐電圧が300v以上あっても、その耐電圧値が30
0vよりわずかに高い程度であれば、定格電圧は6Vと
するのが好ましい。
また、電極層の厚さも薄くすることが望ましいが1通常
は3μm前後であり、技術的に1μmが限界で、これ以
上薄くすることは困難である。
は3μm前後であり、技術的に1μmが限界で、これ以
上薄くすることは困難である。
すなわち、従来技術によれば、積層セラミックコンデン
サのマイクロフアラド毎豆方ミリメートル単位で表示し
た有効静電容量は、誘電体層の誘電率をマイクロファラ
ド毎メートル単位で表示した値の7倍程度が限界である
。
サのマイクロフアラド毎豆方ミリメートル単位で表示し
た有効静電容量は、誘電体層の誘電率をマイクロファラ
ド毎メートル単位で表示した値の7倍程度が限界である
。
このため、従来の技術では、将来の大容量化の要求には
全く対応できない。
全く対応できない。
本発明は、このような従来の限界を破り、将来の大容量
化の要求に充分対応できるような積層セラミックコンデ
ンサを提供するものである。
化の要求に充分対応できるような積層セラミックコンデ
ンサを提供するものである。
(課題を解決するための手段)
本発明者らは、誘電体層と電極層を交互に密着して積層
した構造を有する積層セラミックコンデンサにおいて、
有効静電容量をいかにして増加させるべきかについて鋭
意検討を重ねた結果、特定のチタン酸バリウム粉末1例
えば1本発明者らが特開昭60−81023で開示した
微細で均一粒径で、かつ、実質的に球形状のチタン酸バ
リウム粉末を主成分にして製造した誘電体セラミック材
料は、驚くべきことに、耐電圧が従来の誘電体セラミッ
ク材料に比べて極めて高く、したがって。
した構造を有する積層セラミックコンデンサにおいて、
有効静電容量をいかにして増加させるべきかについて鋭
意検討を重ねた結果、特定のチタン酸バリウム粉末1例
えば1本発明者らが特開昭60−81023で開示した
微細で均一粒径で、かつ、実質的に球形状のチタン酸バ
リウム粉末を主成分にして製造した誘電体セラミック材
料は、驚くべきことに、耐電圧が従来の誘電体セラミッ
ク材料に比べて極めて高く、したがって。
この誘電体セラミック材料を使って積層セラミックコン
デンサを炸裂すれば、誘電体層の厚さを薄くすることが
でき、その積層セラミックコンデンサにおける有効積層
部分の1立方ミリメートル当たりの静電容量、すなわち
1本発明で定義するところの有効静電容量を飛躍的に大
きくできることを発見し、本発明をなすに至った。
デンサを炸裂すれば、誘電体層の厚さを薄くすることが
でき、その積層セラミックコンデンサにおける有効積層
部分の1立方ミリメートル当たりの静電容量、すなわち
1本発明で定義するところの有効静電容量を飛躍的に大
きくできることを発見し、本発明をなすに至った。
なお1.上記特開昭60−81023で開始したチタン
酸バリウム粉末は、平均粒径が0.07へ0.5μ、比
表面積が2〜15 m”/ t 、粉末X線回折像のピ
ークの半値巾から計算される結晶子径がa、a S5以
上0.5μ以下で、その形状が球形状であることを特徴
とするチタン酸バリウム粉末である。
酸バリウム粉末は、平均粒径が0.07へ0.5μ、比
表面積が2〜15 m”/ t 、粉末X線回折像のピ
ークの半値巾から計算される結晶子径がa、a S5以
上0.5μ以下で、その形状が球形状であることを特徴
とするチタン酸バリウム粉末である。
すなわち1本発明は、誘電体層と電極層を交互に密着し
て積層した構造を有する積層セラミックコンデンサにお
いて、有効積層部分の一立方メートル当たりのマイクロ
フアラド単位で表示した静電容量が、誘電体層の誘電率
をマイクロフアラド毎メートル単位で表示した値の8倍
以上であることを特徴とする積層セラミックコンデンサ
を提供するものである。
て積層した構造を有する積層セラミックコンデンサにお
いて、有効積層部分の一立方メートル当たりのマイクロ
フアラド単位で表示した静電容量が、誘電体層の誘電率
をマイクロフアラド毎メートル単位で表示した値の8倍
以上であることを特徴とする積層セラミックコンデンサ
を提供するものである。
本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法の一例を
以下に記す。
以下に記す。
原料のチタン酸バリウム粉末と若干の無機質添加剤と有
機バインダー、有機溶媒、および若干の有機質添加剤等
を混合してスリップを作る。
機バインダー、有機溶媒、および若干の有機質添加剤等
を混合してスリップを作る。
原料のチタン酸バリウム粉末には1例えば1本発明者ら
が先に特開昭60−81023で開示した、微細で均一
粒径で、かつ、実質的に球形状のチタン酸バリウム粉末
を使用することができる。
が先に特開昭60−81023で開示した、微細で均一
粒径で、かつ、実質的に球形状のチタン酸バリウム粉末
を使用することができる。
若干の無機質添加剤は、所望の誘′4tIp!f性を出
すために添加されるもので、例えば、錫酸バリウム。
すために添加されるもので、例えば、錫酸バリウム。
錫酸マグネシウム、錫酸カルシウム、錫酸鉛、ジルコン
酸カルシウム、ジルコン酸マ/:+’yfyム。
酸カルシウム、ジルコン酸マ/:+’yfyム。
ジルコン酸リチウム、ジルコン酸鉛、ジルコン酸バリウ
ム、チタン酸鉛、チタン酸マグネシウム。
ム、チタン酸鉛、チタン酸マグネシウム。
チタン酸ストロンチウム、チタン酸リチウム、ニオブ酸
リチウム、ニオブ酸マンガン、ニオブ酸ストロンチウム
、タンタル酸リチウム、アンチモン酸ストロンチウム、
アンチモン酸鉛、酸化鋼、酸化リチウム、酸化鉄、酸化
ニオブ、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化ランタン、酸
化ガドリニウム。
リチウム、ニオブ酸マンガン、ニオブ酸ストロンチウム
、タンタル酸リチウム、アンチモン酸ストロンチウム、
アンチモン酸鉛、酸化鋼、酸化リチウム、酸化鉄、酸化
ニオブ、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化ランタン、酸
化ガドリニウム。
lkチタン、酸化マグネシウム、酸化セリウム。
酸化′ガリウム、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コ
バルト、酸化シリコン、@化ホウソ、酸化アルミニウム
、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化
ビスマス、酸化サマリウム、酸化ディスプロシウム、酸
化鉛、酸化イツトリウム。
バルト、酸化シリコン、@化ホウソ、酸化アルミニウム
、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化
ビスマス、酸化サマリウム、酸化ディスプロシウム、酸
化鉛、酸化イツトリウム。
酸化ネオジウム、酸化ツリウム、酸化インジウム。
酸化ホルミウム、酸化ユーロピウム、酸化ランタン等が
考えられるが、特に限定するものではない。
考えられるが、特に限定するものではない。
有機バインダーとしては、アクリル酸系ポリマー、メタ
クリル酸系ポリマー、スチレン系ポリマー、マたはセル
ロースアセテート、ニトロセルロース、エチルセルロー
ス等のセルロース系ホリマー、あるいはポリビニルブチ
ラール、ポリビニルアルコール、塩化ビニル等のビニル
系ポリマー等が用いられる。
クリル酸系ポリマー、スチレン系ポリマー、マたはセル
ロースアセテート、ニトロセルロース、エチルセルロー
ス等のセルロース系ホリマー、あるいはポリビニルブチ
ラール、ポリビニルアルコール、塩化ビニル等のビニル
系ポリマー等が用いられる。
有機溶媒には1例えば、エチルアルコール、プロピルア
ルコール、ブチルアルコール等のアルコール系溶媒、ト
ルエン、キシレン等の芳香族系溶媒、酢酸メチル、酢酸
エチル、酢酸イソブチル等のエステル系溶媒、アセトン
、ジアセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、
ナフサ、ヘキサン等の炭化水素系溶媒、メチロセロソル
ブ、エチルセロンルフ、ブチルセロソルブ等のセロンル
ブ溶媒、あるいはメチレンクロライド、エチレンクロラ
イド、クロロホルム等の塩素化炭化水素系溶媒等がある
。
ルコール、ブチルアルコール等のアルコール系溶媒、ト
ルエン、キシレン等の芳香族系溶媒、酢酸メチル、酢酸
エチル、酢酸イソブチル等のエステル系溶媒、アセトン
、ジアセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、
ナフサ、ヘキサン等の炭化水素系溶媒、メチロセロソル
ブ、エチルセロンルフ、ブチルセロソルブ等のセロンル
ブ溶媒、あるいはメチレンクロライド、エチレンクロラ
イド、クロロホルム等の塩素化炭化水素系溶媒等がある
。
若干の有機質添加剤は、解こう剤、湿潤剤、可塑剤等で
あり、通常、このような目的で使用されるものであれば
特に限定はしない。例えば、解こう剤には、脂肪酸、天
然魚油1合成界面活性剤、ベンゼンスルフォン酸、オレ
イン酸メチル、オクタジエン等がある。また、湿潤剤に
は、アルキルアリルポリエーテル、ポリエチレングリコ
ールのエチルエーテル、エチルフェニルグリコール、ホ
リオキシエチレンエステル、モノオレイン酸グリセリン
、トリオレイン酸グリセリン、アルコール類等がある。
あり、通常、このような目的で使用されるものであれば
特に限定はしない。例えば、解こう剤には、脂肪酸、天
然魚油1合成界面活性剤、ベンゼンスルフォン酸、オレ
イン酸メチル、オクタジエン等がある。また、湿潤剤に
は、アルキルアリルポリエーテル、ポリエチレングリコ
ールのエチルエーテル、エチルフェニルグリコール、ホ
リオキシエチレンエステル、モノオレイン酸グリセリン
、トリオレイン酸グリセリン、アルコール類等がある。
可塑剤には、ブチルベンジルフタレート、ジブチルフタ
レート、ジメチルフタレート等の7タル酸エステル類、
ホI)エチレングリコールo誘導体、 トリクレゾー
ルフォスフェート、脂肪酸エステル、燐酸エステル等が
使われる。
レート、ジメチルフタレート等の7タル酸エステル類、
ホI)エチレングリコールo誘導体、 トリクレゾー
ルフォスフェート、脂肪酸エステル、燐酸エステル等が
使われる。
また、混合の方法は、ボールミル、振動ミル。
サンドミル、攪拌等1通常用いられる方法で充分である
。
。
得られ元スリップは、ドクターブレード法、押し出し成
形法、ロールコーティング法等で製膜してセラミックシ
ートにする。
形法、ロールコーティング法等で製膜してセラミックシ
ートにする。
セラミックシートの厚さは1作ろうとする積層セラミッ
クコンデンサの誘電体層の厚さに応じて決めればよいが
1本発明の場合、セラミックシートの厚さハク0μm以
下である。
クコンデンサの誘電体層の厚さに応じて決めればよいが
1本発明の場合、セラミックシートの厚さハク0μm以
下である。
このセラミックシート上に、銀、銀−パラジウム、六ラ
ジウム等の電極ペーストを、所望の成極パターンに応じ
て印刷して、必要な層数だけ積み重ね、さらに、この積
み重ねた上下にセラミックシートを保護層にするために
、必要な枚数だけ重ね合わせ、熱プレスをかけfl:、
i、、印刷した電極ノ(ターンに応じて切断して、グリ
ーンチップを得る。
ジウム等の電極ペーストを、所望の成極パターンに応じ
て印刷して、必要な層数だけ積み重ね、さらに、この積
み重ねた上下にセラミックシートを保護層にするために
、必要な枚数だけ重ね合わせ、熱プレスをかけfl:、
i、、印刷した電極ノ(ターンに応じて切断して、グリ
ーンチップを得る。
本発明で′電極ペーストは、特に限定するものではない
が1本発明の焼結条件を考慮すれば、銀−)くラジウム
(組成比95:5〜65:35)が好ましい。本発明で
プレスの方法は、−軸プレス、静水圧プレス等、一般に
知られたプレスの方法であれば充分である。
が1本発明の焼結条件を考慮すれば、銀−)くラジウム
(組成比95:5〜65:35)が好ましい。本発明で
プレスの方法は、−軸プレス、静水圧プレス等、一般に
知られたプレスの方法であれば充分である。
このグ1)−メチレンを空気中、5oaC以下で加熱し
て、有機バインダー、有機溶媒、その他若干の有機質添
加剤等を焼き飛ばした後、高温で焼結する。
て、有機バインダー、有機溶媒、その他若干の有機質添
加剤等を焼き飛ばした後、高温で焼結する。
本発明で焼結する温度は900〜1150Cであるが、
特に限定するものではない。
特に限定するものではない。
最後に外部電極を焼き付けて、積層セラミックコンデン
サを完成する。
サを完成する。
本発明の積1mセラミックコンデンサのマイクロフアラ
ド毎立方ミリメートル単位で表示した有効静電容量は、
誘電体層の誘電率をマイクロファラド毎メートル単位で
表示した値の8倍以上であり。
ド毎立方ミリメートル単位で表示した有効静電容量は、
誘電体層の誘電率をマイクロファラド毎メートル単位で
表示した値の8倍以上であり。
好ましくは10倍以上である。すなわち、誘電体層の比
誘電率が例えば17000であれば、誘電率をマイクロ
ファラド毎メートルで表示した値は0.15μF/mで
あるから、有効静電容量は1.2μF/關1以上であり
、好ましくは1.5μF/關8以上である。
誘電率が例えば17000であれば、誘電率をマイクロ
ファラド毎メートルで表示した値は0.15μF/mで
あるから、有効静電容量は1.2μF/關1以上であり
、好ましくは1.5μF/關8以上である。
本発明で8倍以上とするのは、8倍より小さければ従来
技術で到達できる範囲であり、将来のより大容量化の要
求に対応できないからである。さらに10倍以上であれ
ば、その対応力は飛躍的に向上する。
技術で到達できる範囲であり、将来のより大容量化の要
求に対応できないからである。さらに10倍以上であれ
ば、その対応力は飛躍的に向上する。
本発明の積層セラミックコンデンサにおいて。
有効静電容量を大きくできるのは、第3図に示すように
1本発明の積層セラミックコンデンサでは。
1本発明の積層セラミックコンデンサでは。
誘電体層を薄くしても、耐電圧は従来の積層セラミック
コンデンサよシ極めて高く、シたがって。
コンデンサよシ極めて高く、シたがって。
誘電体層の厚さを薄くできることによる。このように耐
電圧が従来の積層セラミックコンデンサの耐電圧より極
めて高くなることは、従来技術からは予測することが不
可能な驚くべき事実であり、何故そのようなことが起こ
るのかはよく分からないが、おそらく本発明の積層セラ
ミックコンデンサは、原料粉末に特開昭60−8102
!Sで開示した微細で均一粒径で、かつ、実質的に球形
状のチタン酸バリウム粉末を使用しているため、これを
焼結してできた本発明の積層セラミックコンデンサの誘
電体層の誘電体セラミック材料も、これを構成する粒子
は微細であり、このため粒界の数が他のセラミック材料
に比べて極めて多く、この粒界が電位障壁となって耐電
圧が向上するものと考えられる。
電圧が従来の積層セラミックコンデンサの耐電圧より極
めて高くなることは、従来技術からは予測することが不
可能な驚くべき事実であり、何故そのようなことが起こ
るのかはよく分からないが、おそらく本発明の積層セラ
ミックコンデンサは、原料粉末に特開昭60−8102
!Sで開示した微細で均一粒径で、かつ、実質的に球形
状のチタン酸バリウム粉末を使用しているため、これを
焼結してできた本発明の積層セラミックコンデンサの誘
電体層の誘電体セラミック材料も、これを構成する粒子
は微細であり、このため粒界の数が他のセラミック材料
に比べて極めて多く、この粒界が電位障壁となって耐電
圧が向上するものと考えられる。
本発明の積層セラミックコンデンサのマイクロフアラド
毎豆方ミリメートル単位で表示した有効静電容量は、誘
電体層の誘電率をマイクロフアラド毎メートル単位で表
示した値の125倍以下である。本発明で125倍以下
である理由は、125倍より大きければ、耐電圧が30
0v以下に低下し、実用的でなくなるからである。すな
わち、有効静電容量を大きくするためには、誘電体層を
さらに薄くしなければならないが、誘電体層を2μm以
下にすると、第3図に示すように、耐電圧が300v以
下になシ、定格電圧16V以上で使用する場合、信頼性
に問題が出る恐れが生じる。
毎豆方ミリメートル単位で表示した有効静電容量は、誘
電体層の誘電率をマイクロフアラド毎メートル単位で表
示した値の125倍以下である。本発明で125倍以下
である理由は、125倍より大きければ、耐電圧が30
0v以下に低下し、実用的でなくなるからである。すな
わち、有効静電容量を大きくするためには、誘電体層を
さらに薄くしなければならないが、誘電体層を2μm以
下にすると、第3図に示すように、耐電圧が300v以
下になシ、定格電圧16V以上で使用する場合、信頼性
に問題が出る恐れが生じる。
本発明で有効静電容量は、積層セラミックコンデンサの
静電容量と有効積層部分の体積を実測し。
静電容量と有効積層部分の体積を実測し。
静電容量を有効積層部分の体積で除して求めればよい。
本発明で誘電体層の誘電体セラミック材料を構成する粒
子の平均粒径は、添加する若干の無機質添加剤にもよる
が、最大の場合でも7μm以下1通常は5μm以下と非
常に小さい。最も小さい場合は、平均粒径0.2μmの
−ものまで得ることが可能であるが、7μm以下であれ
ば1本発明の目的を達成することができる。
子の平均粒径は、添加する若干の無機質添加剤にもよる
が、最大の場合でも7μm以下1通常は5μm以下と非
常に小さい。最も小さい場合は、平均粒径0.2μmの
−ものまで得ることが可能であるが、7μm以下であれ
ば1本発明の目的を達成することができる。
本発明で焼結体の平均粒径は、走査型電子顕微鏡観察に
より得られる。すなわち、焼結体の表面の電子顕微鏡写
真を撮り、この写真上に任意の直線を引き、この直線の
長さをり、直線を横ぎる粒界の個数をnとした時、直線
の分割長さLを次式により求め。
より得られる。すなわち、焼結体の表面の電子顕微鏡写
真を撮り、この写真上に任意の直線を引き、この直線の
長さをり、直線を横ぎる粒界の個数をnとした時、直線
の分割長さLを次式により求め。
さらに1次式によシ直線の分割長さの平均tを求め。
さらに、このtを1.5倍して平均粒径dを求める。
d−t、s x t
ただし1mはtの総測定点数である。
上記計算において、nは5以上が望ましく、1枚の写真
の中でnが5以上になるような適当な倍率で写真を撮る
のが好ましい、Lの測定点数は、1枚の写真につき1〜
5.mは50以上が好ましい。
の中でnが5以上になるような適当な倍率で写真を撮る
のが好ましい、Lの測定点数は、1枚の写真につき1〜
5.mは50以上が好ましい。
(発明の効果)
不発明の積層セラミックコンデンサは、マイクロフアラ
ド毎立方ミリメートルで表示した有効静電容量が、誘電
体層の誘電率をマイクロ77ラド毎メ−トル単位で表示
し7’C値の8倍以上と極めて高く。
ド毎立方ミリメートルで表示した有効静電容量が、誘電
体層の誘電率をマイクロ77ラド毎メ−トル単位で表示
し7’C値の8倍以上と極めて高く。
例えば1日本電子機械工業会規格: Re−3402で
定める3、2 X 1.6 X 1.25511品で、
該規格の表15の数列を規格値を示す数値として使用し
た時。
定める3、2 X 1.6 X 1.25511品で、
該規格の表15の数列を規格値を示す数値として使用し
た時。
誘電体層の誘電率が17000であれば、最高で静電容
量の規格値82μFまで製造可能である。
量の規格値82μFまで製造可能である。
現在、規格5.2 X 1.6 X 1.25n品では
、静電容量の規格値1μFが限界であるから1本発明の
積層セラミックコンデンサは、従来品に比べて極めて大
きな静電容量を有していることがわかる。
、静電容量の規格値1μFが限界であるから1本発明の
積層セラミックコンデンサは、従来品に比べて極めて大
きな静電容量を有していることがわかる。
このため、従来、信頼性の低い電界コンデンサしなかっ
たため、これを使用せざるをえなかった電子回路にも、
信頼性が高い積層セラミックコンデンサを使用できるよ
うになり、電子回路の信頼性が飛開的に高まつ次。
たため、これを使用せざるをえなかった電子回路にも、
信頼性が高い積層セラミックコンデンサを使用できるよ
うになり、電子回路の信頼性が飛開的に高まつ次。
本発明の積層セラミックコンデンサを、電源回路、高周
波回路等に電界コンデンサに替えて使用すれば、極めて
有効である。
波回路等に電界コンデンサに替えて使用すれば、極めて
有効である。
(実施例)
実施例1
平均粒径0.2μmのチタン酸バリウム粉末100重量
部とポリメチルメタクリレート 13.5重量部、メチ
ルエチルケトン33重量部、トリクロロエタン80重量
部、天然魚油0.3重量部1合電界面活性剤0.8重量
部、ブチルアルコール1.5 fat部、ブチルベンジ
ルフタレート1重量部を、ボールミルで48時間混合し
、スリップを得た。
部とポリメチルメタクリレート 13.5重量部、メチ
ルエチルケトン33重量部、トリクロロエタン80重量
部、天然魚油0.3重量部1合電界面活性剤0.8重量
部、ブチルアルコール1.5 fat部、ブチルベンジ
ルフタレート1重量部を、ボールミルで48時間混合し
、スリップを得た。
このスリップをドクターブレード法で製膜し、厚さ13
μmのセラミックシートにした。このセラミックシート
を12.50BX 140%に切断し、Ag−Pd (
組成比7:3)電極を印刷し、この上にさらにセラミッ
クシートを置いて、再びAg−Pd電極を印刷する操作
を繰り返して、最終的に90層まで積み上げた。これの
上下各々に誘電体シート20枚tab付け、85 c、
200 ky/cl/Iチー軸プレスしfc後、電極
パターンに応じてカットし、グリーンチップを得九。
μmのセラミックシートにした。このセラミックシート
を12.50BX 140%に切断し、Ag−Pd (
組成比7:3)電極を印刷し、この上にさらにセラミッ
クシートを置いて、再びAg−Pd電極を印刷する操作
を繰り返して、最終的に90層まで積み上げた。これの
上下各々に誘電体シート20枚tab付け、85 c、
200 ky/cl/Iチー軸プレスしfc後、電極
パターンに応じてカットし、グリーンチップを得九。
このグリーンチップを真空中で350Cで1゜分間保持
して、ポリメチルメタクリレート、天然魚油1合成界面
活性剤、ブチルベンジルフタレート等の有機含有物を除
去した。その後、これを空気中、1100Cで3時間焼
結して焼結体を得た。
して、ポリメチルメタクリレート、天然魚油1合成界面
活性剤、ブチルベンジルフタレート等の有機含有物を除
去した。その後、これを空気中、1100Cで3時間焼
結して焼結体を得た。
この焼結体にAg−Pd外部tWを焼き付け、積層セラ
ミックコンデンサを完成した。
ミックコンデンサを完成した。
この積層セラミックコンデンサの大きさハ5.2(L)
XL(S (W) X t、31 (T)0で、静電容
量は6゜1μFと非常に大きかった。
XL(S (W) X t、31 (T)0で、静電容
量は6゜1μFと非常に大きかった。
この積層セラミックコンデンサの有効静電容量を測定し
たところ1.91μF/11−であり、極めて大きいも
のであつ友。
たところ1.91μF/11−であり、極めて大きいも
のであつ友。
また、先のセラミックシートを、電極を印刷せずに50
枚積み重ねて、850.200kp/c!IIで−軸プ
レスした後、70wmφに切断し1本発明の積層セラミ
ックコンデンサの製造条件に合わせて。
枚積み重ねて、850.200kp/c!IIで−軸プ
レスした後、70wmφに切断し1本発明の積層セラミ
ックコンデンサの製造条件に合わせて。
真空中、j50Cで加熱後、1100Cで焼結して誘電
体セラミック材料を得た。JIS C2141(19
78)にしたがって、この誘電体セラミック材料の両面
に電極を焼き付けて、その誘電率を測定したところ、0
.15μF/mであった。
体セラミック材料を得た。JIS C2141(19
78)にしたがって、この誘電体セラミック材料の両面
に電極を焼き付けて、その誘電率を測定したところ、0
.15μF/mであった。
すなわち、このセラミックシートを使って製造した積層
セラミックコンデンサの誘電体層の誘電率n、O−15
μF/mであることが推定された。
セラミックコンデンサの誘電体層の誘電率n、O−15
μF/mであることが推定された。
さらに、これを確認するために、ここで製造した積層セ
ラミックコンデンサの誘電体層および電極層の淳さと、
積層数およびその静電容量を測定し、計算によって誘電
体層の誘電率を求めたところ、やはり0.15μF/m
であった。
ラミックコンデンサの誘電体層および電極層の淳さと、
積層数およびその静電容量を測定し、計算によって誘電
体層の誘電率を求めたところ、やはり0.15μF/m
であった。
したがって、ここで製造した積層セラミックコンデンサ
のマイクロファラド毎立方ミリメートル単位で表示した
有効静電容量は、誘電体層の誘電率をマイクロファラド
毎メートル単位で表示した値の12.7倍であることが
分かった。
のマイクロファラド毎立方ミリメートル単位で表示した
有効静電容量は、誘電体層の誘電率をマイクロファラド
毎メートル単位で表示した値の12.7倍であることが
分かった。
さらに、耐゛電圧を測定したところ、470Vであり、
実用上極めて優れたものであった。
実用上極めて優れたものであった。
この積層セラミックコンデンサ100個について、12
5C,45Vの条件で高温負荷試験を行ったところ、初
期故障および偶発故障ゐ発生は全く見られなかつ友。
5C,45Vの条件で高温負荷試験を行ったところ、初
期故障および偶発故障ゐ発生は全く見られなかつ友。
さらに、この積層セラミックコンデンサを切断し、その
断面を研磨した後、塩酸でエツチングし。
断面を研磨した後、塩酸でエツチングし。
走査型電子顕微鏡で誘電体層を観察し、誘電体セラミッ
クの平均粒径を測定したところ、平均粒径は3.3μm
と非常に小さいものであることが分かった。
クの平均粒径を測定したところ、平均粒径は3.3μm
と非常に小さいものであることが分かった。
実施例2
実m例1のスリップを使って、ロールコーティング法で
製膜し、厚さ8.5μmのセラミックシートを得た。
製膜し、厚さ8.5μmのセラミックシートを得た。
このセラミックシートにAg−Pd (組成比7:3)
電極を所望の電極パターンに印刷し、この印刷し之セラ
ミックシートを15X15GBの大きさに切断して、1
25枚積み重ねた。さらに、この積み重ねたセラミック
シートの上下に、印刷をしていないセラミックシートを
各々28枚ずつ重ね合わせた。これを80 C,200
kg/cdで静水圧プレス機でプレスした後、′iL極
パターンに応じてカットシ、グリーンチップを得た。
電極を所望の電極パターンに印刷し、この印刷し之セラ
ミックシートを15X15GBの大きさに切断して、1
25枚積み重ねた。さらに、この積み重ねたセラミック
シートの上下に、印刷をしていないセラミックシートを
各々28枚ずつ重ね合わせた。これを80 C,200
kg/cdで静水圧プレス機でプレスした後、′iL極
パターンに応じてカットシ、グリーンチップを得た。
このグリーンチップを真空中、3ooCで加熱して、有
機含有物を除去した後、空気中、1100Cで2時間焼
結した。これに外部電極を焼き付けて、積層セラミック
コンデンサを得た。
機含有物を除去した後、空気中、1100Cで2時間焼
結した。これに外部電極を焼き付けて、積層セラミック
コンデンサを得た。
この積層セラミックコンデンサは、その大きさが3.2
(L) x 2.5 (W) x t、36 (T)
rimで、静電容量は20μFと極めて大きいもので
あった。
(L) x 2.5 (W) x t、36 (T)
rimで、静電容量は20μFと極めて大きいもので
あった。
さらに、この積層セラミックコンデンサの有効静電容量
を求めたところ、3.4μF/Im”であった。
を求めたところ、3.4μF/Im”であった。
iた、誘電体層の誘電率は、実施例1と同様0.15μ
F/mであるから、この積層セラミックコンデンサの有
効静電容量は、誘電体層の誘電率をマイクロファラド毎
メートル単位で表示した値の22.7倍であった。
F/mであるから、この積層セラミックコンデンサの有
効静電容量は、誘電体層の誘電率をマイクロファラド毎
メートル単位で表示した値の22.7倍であった。
さらに、耐電圧を測定したところ、410Vと非常に高
いものであった。
いものであった。
この積層セラミックコンデンサ100個についても、実
施例1と同じ条件で高温負荷試験を行ったところ、寿命
期に達する直前で1個に偶発故障が発生し友。
施例1と同じ条件で高温負荷試験を行ったところ、寿命
期に達する直前で1個に偶発故障が発生し友。
実施例1と同様に誘電体taの誘電体セラミックの平均
粒径を測定し罠ところ、3.1μmであつ次。
粒径を測定し罠ところ、3.1μmであつ次。
実施例3
実施例1のスリップをドクターブレード法で製膜し、厚
さ5μmのセラミックシートを作製した。
さ5μmのセラミックシートを作製した。
このセラミックシートにAg−Pd (組成比7:3)
電極を所望の電極パターンに印刷し、この印刷したセラ
ミックシートを15X1501の大きさに切断して、1
45枚積み重ねた。さらに、この積み重ねたセラミック
シートの上下に、印刷をしていないセラミックシートを
各々50枚ずつ重ね合わせた。これを70 C,200
kg/cdで静水圧プレス機でプレスした後、電極パタ
ーンに応じてカットし、グリーンチップを得た。
電極を所望の電極パターンに印刷し、この印刷したセラ
ミックシートを15X1501の大きさに切断して、1
45枚積み重ねた。さらに、この積み重ねたセラミック
シートの上下に、印刷をしていないセラミックシートを
各々50枚ずつ重ね合わせた。これを70 C,200
kg/cdで静水圧プレス機でプレスした後、電極パタ
ーンに応じてカットし、グリーンチップを得た。
このグリーンチップを真空中、280Cで加熱して有機
含有物を除去した後、空気中、1090’Cで3時間焼
結した。これに外部電極を焼き付けて積層セラミックコ
ンデンサを得た。
含有物を除去した後、空気中、1090’Cで3時間焼
結した。これに外部電極を焼き付けて積層セラミックコ
ンデンサを得た。
この積層セラミックコンデンサの大きさは2.0(L)
x 1.2 (W) x 1,16 (T) tax
で、静電容量は9゜3μFで、有効静電容量は?、1μ
F/IIm”であった。
x 1.2 (W) x 1,16 (T) tax
で、静電容量は9゜3μFで、有効静電容量は?、1μ
F/IIm”であった。
この有効静電容量は、誘電体層の誘電率をマイクロファ
ラド毎メートル単位で表示した値の66.7倍に相当す
る。さらに、耐電圧は330vであり、実用上全く問題
はない。
ラド毎メートル単位で表示した値の66.7倍に相当す
る。さらに、耐電圧は330vであり、実用上全く問題
はない。
さらに、100個の積層セラミックコンデンサについて
、実施例1および2と同じ条件で高温負荷試験を行った
ところ、6個に偶発故障が見られた。
、実施例1および2と同じ条件で高温負荷試験を行った
ところ、6個に偶発故障が見られた。
そこで、18V、125Cの条件で高温負荷試験を行っ
たところ、今度は全く初期故障および偶発故障の発生は
見られなかった。
たところ、今度は全く初期故障および偶発故障の発生は
見られなかった。
誘電体層の誘電体セラミックの粒径を測定したところ、
!μmであった。
!μmであった。
比較例1
市販の12 (L) x 1.6 (W)ramと小型
で、しかも静電容量が1μFと市販品の中では最も容量
の大きい積層セラミックコンデンサの有効静電容量を測
定したところ、0.87μF/Imであり、本発明の積
層セラミックコンデンサよりかなり低い値であった。
で、しかも静電容量が1μFと市販品の中では最も容量
の大きい積層セラミックコンデンサの有効静電容量を測
定したところ、0.87μF/Imであり、本発明の積
層セラミックコンデンサよりかなり低い値であった。
ま友、耐電圧は約280vで、測定誤差を考慮すると、
許容し得るほとんど限界の値であつ友。
許容し得るほとんど限界の値であつ友。
実施例1〜5同様、誘電体セラミックの平均粒径を測定
したところ、11μmとかなり大きなものであることが
分かった。
したところ、11μmとかなり大きなものであることが
分かった。
第1図は、積層セラミックコンデンサの構造を示す説明
図、第2図は、従来の積層セラミックコンデンサの誘電
体層厚さと耐電圧の関係を示すグラフ、第3図は1本発
明と比較従来品の誘電体層厚さと耐電圧の関係を示すグ
ラフである。 第1図 誘電体層厚さ (μm) 第2図 誘電体M厚さ (μrn) 第3図
図、第2図は、従来の積層セラミックコンデンサの誘電
体層厚さと耐電圧の関係を示すグラフ、第3図は1本発
明と比較従来品の誘電体層厚さと耐電圧の関係を示すグ
ラフである。 第1図 誘電体層厚さ (μm) 第2図 誘電体M厚さ (μrn) 第3図
Claims (5)
- (1)誘電体層と電極層を交互に密着して積層した構造
を有する積層セラミックコンデンサにおいて、有効積層
部分の一立方ミリメートル当たりのマイクロフアラド単
位で表示した静電容量が、誘電体層の誘電率をマイクロ
フアラド毎メートル単位で表示した値の8倍以上である
ことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 - (2)誘電体層がチタン酸バリウムを主成分とするセラ
ミックである請求項1記載の積層セラミックコンデンサ
。 - (3)有効積層部分の一立方ミリメートル当たりの静電
容量が1.5μF以上である請求項1記載の積層セラミ
ックコンデンサ。 - (4)誘電体層と電極層を交互に密着して積層した構造
を有する積層セラミックコンデンサの定格電圧値が6V
以上である請求項1記載の積層セラミックコンデンサ。 - (5)誘電体層と電極層を交互に密着して積層した構造
を有する積層セラミックコンデンサの定格電圧値が16
V以上である請求項1記載の積層セラミックコンデンサ
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2649288A JPH01202807A (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 小型大容量積層セラミックコンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2649288A JPH01202807A (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 小型大容量積層セラミックコンデンサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01202807A true JPH01202807A (ja) | 1989-08-15 |
Family
ID=12194996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2649288A Pending JPH01202807A (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 小型大容量積層セラミックコンデンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01202807A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013039045A1 (ja) * | 2011-09-12 | 2013-03-21 | 株式会社村田製作所 | 積層セラミックコンデンサ |
-
1988
- 1988-02-09 JP JP2649288A patent/JPH01202807A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013039045A1 (ja) * | 2011-09-12 | 2013-03-21 | 株式会社村田製作所 | 積層セラミックコンデンサ |
US9691549B2 (en) | 2011-09-12 | 2017-06-27 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Laminated ceramic capacitor having rare-earth element in crystal grains of dielectric ceramic layers |
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