KR101435398B1 - 적층 세라믹 콘덴서 - Google Patents

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신스케 타케오카
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다이요 유덴 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 1030℃ 이하의 저온에서의 소성이 가능하고, 또한 박층화한 경우에서도 높은 유전율과 양호한 수명 특성과, 또한 X7R을 만족시키는 온도 특성을 겸비하는 적층 세라믹 콘덴서를 제공하는 데 있다.
내부 전극에 개재된 유전체 세라믹층의 두께를 d로 하였을 때, BaTiO3를 주성분으로 하는 주상 입자의 입자 지름 분포가, D20
Figure 112013017486970-pct00159
D50×0.7, D50
Figure 112013017486970-pct00160
d/4, D95
Figure 112013017486970-pct00161
d/2, CV값(D20∼D95의 표준 편차/D50)<40%가 될 수 있는 구조를 취한다. 또한 유전체 세라믹층 중에 적어도 Re(Re는 Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb 및 Y 중 적어도 하나 이상을 포함한다), Ba, Ti로 구성되는 2차상 입자가 존재하고, 임의의 5μm×5μm의 유전체층 단면 영역에서 0.10μm 이상의 입자 지름을 가지는 상기 2차상이 평균 5개 이상이 되고, 주상 입자의 D80 이상의 입자 지름을 가지는 상기 2차상이 평균 2개 미만이 되는 구조를 취한다.

Description

적층 세라믹 콘덴서{LAMINATED CERAMIC CAPACITOR}
본 발명은 티탄산바륨을 주성분으로 하는 유전체층으로 이루어지는 적층 세라믹 콘덴서, 특히 저온에서의 소성(燒成)에서도 X7R의 온도 특성을 만족시키고, 또한 박층화(薄層化)를 진행한 경우에서도 뛰어난 수명을 갖도록 개량된 구조를 가지는 적층 세라믹 콘덴서에 관한 것이다.
최근 소형의 대용량 콘덴서 소자(素子)로서 유전체 자기(磁器) 조성물과 내부 전극의 동시 소성에 의해 제작된 적층 세라믹 콘덴서가 개발되고 있다. 그리고 종래형의 유전체 자기 조성물은 소성 온도가 1,150℃∼1,400℃로 높기 때문에 내부 전극과의 동시 소성을 수행하기 위한 전극 재료로서 고온에 견디는 니켈(Ni) 또는 니켈 합금이 주류였다. 하지만 니켈은 레어메탈 중 하나이며, 레어메탈 수요의 확대가 예상되는 가운데 최근의 레어메탈 가격 고등(高騰)을 맞아 그 대체 기술이 주목 받고 있으며, 니켈(이하, 「Ni」라고도 표기한다)을 이용한 내부 전극으로부터 구리(이하, 「Cu」라고도 표기한다) 등의 모재 금속[地金]이 저렴한 금속을 이용한 내부 전극으로의 치환 수요가 높아지고 있다.
하지만 내부 전극으로서 구리를 사용하는 경우에는 구리의 융점은 1,085℃로 니켈보다도 융점이 낮기 때문에 1,030℃, 바람직하게는 1,000℃ 이하로 소성할 필요가 있고, 종래보다도 저온으로 소성해도 충분한 특성을 발휘하는 적층 세라믹 콘덴서용의 유전체 재료가 필요하다는 문제가 있다.
본 발명자들은 이상과 같은 사정을 감안하여 환원 분위기 하에서 1,030℃, 바람직하게는 1,000℃ 이하에서의 소결(燒結)이 가능하고, 유전체 세라믹스층의 재료에 납(Pb)이나 비스머스(Bi)를 함유하지 않고, 유전율이 2,000 이상이고, 유전율의 온도 특성이 X7R 특성이고, 종래의 Ni 내전(內電) 적층 세라믹 콘덴서와 동등한 레벨의 고온 가속 수명 특성을 가지는 적층 세라믹 콘덴서를 얻기 위해 검토한 결과, BaTiO3계 화합물을 주성분으로 하는 유전체 자기 조성물에서 Ba/Ti비나, 부성분이 있는 희토류(希土類)의 조성비 및 MnO의 조성비의 조건을 발견하였다. 그리고 복수의 유전체 세라믹층; 상기 유전체 세라믹층 사이에 대향해서 형성되고 교호적으로 다른 단면(端面)으로 인출(引出)되도록 형성된 내부 전극; 및 상기 유전체 세라믹층의 양 단면에 형성되고 상기 내부 전극의 각각에 전기적으로 접속된 외부 전극;을 포함하는 적층 세라믹 콘덴서에서, 상기 유전체 세라믹층이 ABO3+aRe2O3+bMnO(단, ABO3는 BaTiO3를 주체로 하는 페로브스카이트계 유전체, Re2O3은 La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 및 Y로부터 선택되는 1종 이상의 금속산화물, a, b는 ABO3100mol에 대한 mol수를 나타낸다)로 표기하였을 때, 1.000
Figure 112013017486970-pct00001
A/B
Figure 112013017486970-pct00002
1.035의 범위이며, 0.05
Figure 112013017486970-pct00003
a
Figure 112013017486970-pct00004
0.75의 범위이며, 0.25
Figure 112013017486970-pct00005
b
Figure 112013017486970-pct00006
2.0의 범위인 주성분 및 B, Li 및 Si 중의 일종 이상을 포함하고 각각 B2O3, Li2O, SiO2로 환산하였을 때의 합계가 0.16∼1.6질량부인 부성분으로 구성된 소결체이며, 상기 내부 전극은 Cu 또는 Cu 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서를 제안하였다(특허문헌 1).
또한 본 발명자들은 내부 전극이 Cu 또는 Cu 합금으로 구성된 적층 세라믹 콘덴서에서 유전체 세라믹스를 단면(斷面)에서 보았을 때의 지름의 평균값이 400nm 이하의 그레인과 입계(粒界)로 구성된, BaTiO3를 주체로 하는 페로브스카이트형 유전체 재료의 소결체로 하는 것에 의해 온도 특성이 X7R 특성 또는 X8R 특성의 것이 얻어진다는 것도 제안하고 있고(특허문헌 2), 실시예에서는 소결체의 출발 원료로서 MnO에 첨가제인 희토류의 산화물 및 소결 조제로서의 B2O3, Li2O, SiO2를 혼합한 것을 이용하고 있다.
또한 본 발명자들은 BaTiO3로 이루어지는 주성분 및 Re, Mn, V, Mo, Cu, B, Li, Ca, Sr로 이루어지는 부성분으로 이루어지는 유전체 자기 조성물에서, Re, Mn, B, Li의 함유량에 더해 V 및 Mo의 토탈 함유량이 Cu를 주성분으로 하는 내부 전극을 이용한 적층 세라믹 콘덴서의 수명 특성에 영향을 준다는 것을 발견하여, 상기 유전체 자기 조성을 BaTiO3+aRe2O3+bMnO+cV2O5+dMoO3+eCuO +fB2O3+gLi2O+xSrO+yCaO(단, Re는 Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb 및 Y로부터 선택되는 1종 이상, a∼h는 BaTiO3로 이루어지는 주성분 100mol에 대한 mol수를 나타낸다)로 표기하고 상기 유전체 자기 조성물에 포함되는 (Ba+Sr+Ca)/Ti의 mol비를 m으로 하였을 때, 0.10
Figure 112013017486970-pct00007
a
Figure 112013017486970-pct00008
0.50, 0.20
Figure 112013017486970-pct00009
b
Figure 112013017486970-pct00010
0.80, 0
Figure 112013017486970-pct00011
c
Figure 112013017486970-pct00012
0.12, 0
Figure 112013017486970-pct00013
d
Figure 112013017486970-pct00014
0.07, 0.04
Figure 112013017486970-pct00015
c+d
Figure 112013017486970-pct00016
0.12, 0
Figure 112013017486970-pct00017
e
Figure 112013017486970-pct00018
1.00, 0.50
Figure 112013017486970-pct00019
f
Figure 112013017486970-pct00020
2.00, 0.6
Figure 112013017486970-pct00021
[100(m-1)+2g]/2f
Figure 112013017486970-pct00022
1.3, 0.5
Figure 112013017486970-pct00023
100(m-1)/2g
Figure 112013017486970-pct00024
5.1, 0
Figure 112013017486970-pct00025
x
Figure 112013017486970-pct00026
1.5, 0
Figure 112013017486970-pct00027
y
Figure 112013017486970-pct00028
1.5인 것을 특징으로 하는 유전체 자기 조성물을 제안하고 있다(특허문헌 3).
한편, 적층 세라믹 콘덴서에서는 소형화 또한 대용량화로의 요구를 만족시키는 유효한 수단 중 하나로서 적층 세라믹 콘덴서를 구성하는 유도체 세라믹스층의 박층화를 도모하는 것이 검토되어, 박층화하였을 때의 신뢰성 설계에 관하여 갖가지 제안이 이루어지고 있다. 예컨대 특허문헌 4에서는 분쇄한 원료분(粉)과 분쇄하지 않은 원료분을 적당한 비율로 혼합하는 것에 의해 유전체층 내의 결정 입자 지름 분포가 층 두께의 1/4보다도 작은 측과, 이보다도 큰 측에 각각 하나씩 피크가 나타날 수 있는 구조로 하고, 이에 의해 1μm 미만의 박층화에서도 높은 유전율과 높은 전기 절연성의 양립을 가능하게 한다. 또한 상기 특허문헌 5에는 박층화가 가능하고 또한 높은 수명 특성을 얻기 위한 구조로서 일층 당의 입자수를 적게 제한하여 Mn이나 V를 입계 전체에 확산하기 쉽게 하는 방법을 취한다. 또한 특허문헌 6에서는 Li계 화합물을 소결 조제로서 함유하여 유전체 세라믹의 그레인 지름의 평균값 Rg[μm]을 0.06<Rg<0.17, 그 표준 편차 σg[μm]를 σg<0.75로 하는 것에 의해, 1μm 미만의 박층화와 양호한 수명 특성을 동시에 실현하고, 또한 특허문헌 7에서는 신뢰성 저하의 원인이 되는 2차상(相)의 발생을 제한하기 위해서 2차상과 마찬가지의 조성에 의한 화합물을 미리 유전체 재료 중에 혼입하고 나서 소성하여 불필요한 2차상의 발생을 억제하는 방법을 취하고 있다. 이 방법에 의해 2차상의 크기를 유전체 두께의 1/3 이하로 제한하고 있다. 또한 특허문헌 8에는 M4R6O(SiO4) 6형 결정상(M은 알칼리 토류 금속으로부터 선택되는 적어도 1종)을 BaTiO3로 이루어지는 주상(主相) 입자의 이면(二面) 간(間) 입계층 및 3중점에 석출(析出)시켜, 박층화한 경우에서의 정전 용량의 온도 특성, 절연 파괴 전압 및 고온 부하 수명을 향상시킨다. 또한 특허문헌 9에서는 잉여적인 Ba나 Si 등의 알칼리 토류 금속이 비결정성 물질로서 3중점에 석출하고, 이것이 신뢰성을 저하시키고 있다. 그래서 3중점의 80% 이상의 단면적을 8nm 이하로 억제하고, 대신에 Ba, Ti 및 Si를 포함하는 결정성 산화물 입자를 유전체 세라믹층 중에 석출시키는 구조를 취하는 것에 의해 박층화한 경우에서도 높은 신뢰성을 실현하고 있다.
1. 일본 특개 2008-42150호 공보 2. 일본 특개 2008-72072호 공보 3. 일본 특원 2010-235413 4. 일본 특개 2010-199260호 공보 5. 일본 특개 2010-40798호 공보 6. 일본 특개 2010-52964호 공보 7. 일본 특개 2001-6966호 공보 8. 일본 특개 2004-107200호 공보 9. 일본 특개 2004-262717호 공보
본 발명자들이 내부 전극으로서 구리를 사용하는 적층 세라믹 콘덴서에 대해서 검토를 거듭한 결과, 이미 제안되고 있는 상기 특허문헌 1∼3에서는 수μ 이상의 두꺼운 부분에서 검토하고, 유전체 세라믹층이 2μm 이하, 바람직하게는 1μm 이하로 얇아진 경우의 신뢰성의 확보라는 점에서 아직 검토의 여지가 있다는 것이 판명되었다. 한편, 상기 특허문헌 4∼9 등에 기재된 종래의 박층화하였을 때의 신뢰성 설계에서는 전술과 같은 저온에서의 소성은 의도되지 않아 충분하지 않다는 것도 판명되었다.
즉 상기 특허문헌 4, 5에서는 내부 전극에 Ni를 이용하고 있어 소성 온도가 1,150℃로 높아 Cu를 내부 전극으로서 이용하기에는 소성 온도가 높다. 또한 특허문헌 6에서는 1,025℃로 저온으로 소성하는 것도 가능하지만, 저온으로 소결시키기 위한 성분으로서는 Si 및 Li밖에 함유하지 않는다. 이와 같은 계열에서는 소성 과정에서 Li가 휘발하기 쉽고 안정된 특성을 얻는 것이 어렵다. 또한 특허문헌 7도 소성 온도가 1,200℃ 이상으로 높아 Cu를 내부 전극으로는 할 수 없다. 또한 특허문헌 8에 기재된 조성에서는 소성 온도가 1,200℃ 이상으로 높아 Cu를 내부 전극으로는 할 수 없다. 또한 특허문헌 9에서는 저온에서의 소성은 의도하지 않아 실제로 기재의 조성만으로는 1,030℃ 이하로의 소성을 할 수 없다.
본 발명은 이와 같은 현상을 감안하여 이루어진 것이며, 1,030℃ 이하의 저온에서의 소성이 가능하고, 또한 박층화한 경우에서도 높은 유전율과 양호한 수명 특성과 또한 X7R을 만족시키는 온도 특성을 겸비하는 적층 세라믹 콘덴서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 더욱 검토를 거듭한 결과, BaTiO3를 주성분으로 하는 주상 입자, 적어도 Re(Re는 Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb 및 Y의 적어도 하나 이상을 포함한다), Ba, Ti를 포함하는 2차상 입자 및 적어도 B(붕소) 또는 Li(리튬) 중 어느 일방(一方) 또는 양방(兩方)을 포함한 입계상(粒界相)으로 이루어지는 유전체 세라믹에 의해 구성되는 것으로 층 두께가 2μm 이하의 유전체 세라믹층이 복수 적층되어 이루어지는 실질적으로 직방체(直方體) 형상의 세라믹 적층체; 상기 유전체 세라믹스를 개재하여 대향하고 또한 교호적으로 다른 단면으로 인출되도록 형성된 Cu 또는 Cu 합금에 의해 이루어지는 내부 전극; 및 상기 세라믹 적층체의 양 단면에 형성되고 상기 단면에 인출된 상기 내부 전극의 각각에 전기적으로 접속된 외부 전극;을 포함하는 적층 세라믹 콘덴서에서 주상 입자의 입자 지름의 분포를 특정하는 것에 의해, B나 Li를 이용하여 저온으로 소결시켜도 고유전율과 고수명의 양립을 도모하는 것이 가능해진다는 것을 발견하였다. 또한 비교적 큰 것인 희토류를 포함하는 2차상 입자를 존재시키는 것에 의해 주상 입자의 소결을 촉진시키는 것과 함께, 2차상으로부터 서서히 희토류가 입계상에 확산하는 것에 의해 소결성과 신뢰성의 양립을 달성할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한 주상 입자의 성분인 BaTiO3로부터 Ba의 일부가 입계상에 확산하는 것에 의해 저온에서의 치밀한 상태를 형성할 수 있지만, 확산하는 Ba가 지나치게 많으면 결정성이 저하하여 결손을 만들어 신뢰성을 저하시키는 원인이 된다는 것도 발견하였다.
본 발명은 이와 같은 지견(知見)에 기초하여 검토를 거듭한 결과, 완성에 이른 것이며, 이하의 발명을 제공한다.
[1] BaTiO3를 주성분으로 하는 주상 입자, 적어도 Re(Re는 Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb 및 Y 중 적어도 하나 이상을 포함한다), Ba, Ti를 포함하는 2차상 입자 및 적어도 B(붕소) 또는 Li(리튬) 중 어느 일방 또는 양방을 포함한 입계상으로 이루어지는 유전체 세라믹에 의해 구성되는 유전체 세라믹층이 복수 적층되어 이루어지는 실질적으로 직방체 형상의 세라믹 적층체; 상기 유전체 세라믹스층을 개재하여 대향하고 또한 교호적으로 다른 단면으로 인출되도록 형성된 Cu 또는 Cu 합금에 의해 이루어지는 내부 전극; 및 상기 세라믹 적층체의 양 단면에 형성되고 상기 단면에 인출된 상기 내부 전극의 각각에 전기적으로 접속된 외부 전극;을 포함하는 적층 세라믹 콘덴서로서, 상기 내부 전극에 개재된 상기 유전체 세라믹층의 층 두께를 t로 하고, 상기 유전체 세라믹층 중에서의 상기 주상 입자의 입자 지름을 측정하여 얻어진 누적 개수 분포(이하, 입자 지름 분포라고 부른다)의 누계 20%, 누계 50% 및 누계 95%에서의 입자 지름을 각각 D20, D50, D95로 하였을 때, D20
Figure 112013017955128-pct00029
D50×70%, D50
Figure 112013017955128-pct00030
t/4, D95
Figure 112013017955128-pct00031
t/2, CV값(D20∼D95 사이의 표준 편차/D50)<40%가 되는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
[2] 상기 유전체 세라믹층의 임의의 5μm×5μm의 영역 중에 입자 지름이 0.1μm 이상인 상기 2차상 입자가 평균 5개 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 적층 세라믹 콘덴서.
[3] 상기 5μm×5μm의 영역에서 주상 입자의 누적 개수 분포의 누계 80%(D80)보다도 큰 입자 지름을 가지는 2차상 입자의 수가 평균 2개 미만인 것을 특징으로 하는 [2]에 기재된 적층 세라믹 콘덴서.
[4] 상기 입계상의 Ba/Ti비를 상기 주상 입자의 입자 내의 Ba/Ti비로 나눈 값이 1.2 이하인 것을 특징으로 하는 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 적층 세라믹 콘덴서.
[5] 상기 유전체 세라믹이 BaTiO3로 이루어지는 주성분과, Re, Mn, V, Mo, Cu, B, Li, Ca, Sr로 이루어지는 부성분으로 이루어지는 유전체 자기 조성물로 이루어지고, 상기 유전체 자기 조성물을 BaTiO3+aRe2O3+bMnO+cV2O5+dMoO3+eCuO+fB2O3 +gLi2O+xSrO+yCaO[단, Re는 Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb 및 Y로부터 선택되는 1종 이상, a∼g, x 및 y는 BaTiO3로 이루어지는 주성분 100mol에 대한 mol수를 나타낸다)로 표기하고, 상기 유전체 자기 조성물에 포함되는 (Ba+Sr+Ca)/Ti의 mol비를 m으로 하였을 때, 0.10
Figure 112013017486970-pct00032
a
Figure 112013017486970-pct00033
0.50, 0.20
Figure 112013017486970-pct00034
b
Figure 112013017486970-pct00035
0.80, 0
Figure 112013017486970-pct00036
c
Figure 112013017486970-pct00037
0.12, 0
Figure 112013017486970-pct00038
d
Figure 112013017486970-pct00039
0.07, 0.04
Figure 112013017486970-pct00040
c+d
Figure 112013017486970-pct00041
0.12, 0
Figure 112013017486970-pct00042
e
Figure 112013017486970-pct00043
1.00, 0.50
Figure 112013017486970-pct00044
f
Figure 112013017486970-pct00045
2.00, 0.6
Figure 112013017486970-pct00046
[100(m-1)+2g]/2f
Figure 112013017486970-pct00047
1.3, 0.5
Figure 112013017486970-pct00048
100(m-1)/2g
Figure 112013017486970-pct00049
5.1, 0
Figure 112013017486970-pct00050
x
Figure 112013017486970-pct00051
1.5, 0
Figure 112013017486970-pct00052
y
Figure 112013017486970-pct00053
1.5인 것을 특징으로 하는 [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 적층 세라믹 콘덴서.
[6] 상기 유전체 자기 조성물에 불순물로서 포함되는 Si는 BaTiO3로 이루어지는 주성분을 100mol로 하였을 때에 SiO2환산으로 1.0mol 이하인 것을 특징으로 하는 [5]에 기재된 적층 세라믹 콘덴서.
[7] 상기 유전체 자기 조성물은 소결 온도가 1,030℃ 이하로 치밀화시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 [5] 또는 [6]에 기재된 적층 세라믹 콘덴서.
[8] 상기 유전체 세라믹층의 층 두께가 2μm 이하인 것을 특징으로 하는 [1]∼[7] 중 어느 하나에 기재된 적층 세라믹 콘덴서.
본 발명에 의하면, 1,030℃ 이하의 온도로 소성하고 또한 유전체 세라믹층의 층 두께를 2μm 이하로 박층화한 경우에서도, 1,800 이상의 높은 유전율과 X7R 특성을 만족시키는 온도 특성에 더해 온도 150℃에서 전계 강도 20kV/mm에 상당하는 고온 부하 하에서도 100시간을 상회(上回)할 수 있는 높은 수명 특성을 만족시키는 양호한 수명 특성을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 실시 형태를 도시하는 모식도.
도 2는 유전체 세라믹층에서의 주상 입자의 입자 지름의 누적 개수 분포를 도시하는 도면.
도 3은 유전체 세라믹층을 STEM에 의해 측정한 희토류 원소 맵을 도시하는 도면.
도 4는 유전체 세라믹층의 EELS에 의한 분석 영역을 도해적으로 도시한 단면도.
본 발명에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 의한 적층 세라믹 콘덴서(1)는 도 1에 도시하는 바와 같이 복수의 유전체 세라믹층(3) 및 상기 유전체 세라믹층 사이에 형성된 내부 전극(4)으로 구성되는 세라믹 적층체(2)를 구비한다. 세라믹 적층체(2)의 양 단면 상에는 내부 전극과 전기적으로 접속하도록 외부 전극(5)이 형성되고, 그 상에는 필요에 따라 제1 도금층(6), 제2 도금층(7)이 형성된다. 인접하는 내부 전극(4)에 개재된 유전체 세라믹층(3)의 두께는 2μm 미만이다.
상기 유전체 세라믹층(3)을 구성하는 유전체 세라믹은 BaTiO3로 이루어지는 주성분과, Re, Mn, V, Mo, Cu, B, Li, Ca, Sr로 이루어지는 부성분으로 이루어지는 유전체 자기 조성물로 이루어지고, 상기 유전체 자기 조성을 BaTiO3+aRe2O3+bMnO+cV2O5+dMoO3+eCuO+fB2O3+gLi2O+xSrO+yCaO(단, Re는 Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb 및 Y로부터 선택되는 1종 이상, a∼g, x 및 y는 BaTiO3로 이루어지는 주성분 100mol에 대한 mol수를 나타내고, m은 유전체 자기 조성물에 포함되는 (Ba+Sr+Ca)/Ti의 mol비를 나타낸다)로 표기하였을 때, 0.10
Figure 112013017486970-pct00054
a
Figure 112013017486970-pct00055
0.50, 0.20
Figure 112013017486970-pct00056
b
Figure 112013017486970-pct00057
0.80, 0
Figure 112013017486970-pct00058
c
Figure 112013017486970-pct00059
0.12, 0
Figure 112013017486970-pct00060
d
Figure 112013017486970-pct00061
0.07, 0.04
Figure 112013017486970-pct00062
c+d
Figure 112013017486970-pct00063
0.12, 0
Figure 112013017486970-pct00064
e
Figure 112013017486970-pct00065
1.00, 0.50
Figure 112013017486970-pct00066
f
Figure 112013017486970-pct00067
2.00, 0.6
Figure 112013017486970-pct00068
[100(m-1)+2g]/2f
Figure 112013017486970-pct00069
1.3, 0.5
Figure 112013017486970-pct00070
100(m-1)/2g
Figure 112013017486970-pct00071
5.1, 0
Figure 112013017486970-pct00072
x
Figure 112013017486970-pct00073
1.5, 0
Figure 112013017486970-pct00074
y
Figure 112013017486970-pct00075
1.5이다.
여기서 Re2O3의 양, 즉 a가 작은 경우, 특히 0.10 미만의 경우에는 현저하게 수명이 저하하는 한편, 지나치게 커지면 소결성이 저하하고, 특히 0.50보다도 큰경우에는 1,030℃ 이하로의 소결이 곤란해진다. 따라서 0.10
Figure 112013017486970-pct00076
a
Figure 112013017486970-pct00077
0.50의 범위가 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.20
Figure 112013017486970-pct00078
a
Figure 112013017486970-pct00079
0.35이며, 높은 수명 특성과 1,000℃ 이하의 치밀화를 가능하게 한다.
또한 MnO의 양, 즉 b가 작은 경우, 수명이 저하하는 한편, 과잉이 되면 소결성이 저하하고, 특히 0.80보다도 커지면 1,030℃ 이하에서의 소결이 곤란해진다. 따라서 0.20
Figure 112013017486970-pct00080
b
Figure 112013017486970-pct00081
0.80의 범위가 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.20
Figure 112013017486970-pct00082
b
Figure 112013017486970-pct00083
0.60이며, 높은 수명 특성과 1,000℃ 이하의 치밀화를 가능하게 한다.
V 또는 Mo 중 적어도 일방이 부성분으로서 포함되지 않으면 수명 특성이 저하하기 때문에 c+d
Figure 112013017486970-pct00084
0.04가 요구되는 한편, V 및 Mo의 토탈 함유량이 과잉이 되어도 또 수명 특성의 저하가 발견되었다. 따라서 0.04
Figure 112013017486970-pct00085
c+d
Figure 112013017486970-pct00086
0.12의 범위가 바람직하다. 또한 V 및 Mo의 각각의 첨가량이 0.12 및 0.07을 초과해도 또 수명 특성의 저하가 발견되었기 때문에 0
Figure 112013017486970-pct00087
c
Figure 112013017486970-pct00088
0.12 및 0
Figure 112013017486970-pct00089
d
Figure 112013017486970-pct00090
0.07의 범위가 바람직하다. 또한 특히 0
Figure 112013017486970-pct00091
c
Figure 112013017486970-pct00092
0.10의 범위로 한 경우에서 한층 더 좋은 수명 특성을 나타낸다.
내부 전극에 Cu를 이용한 경우, 내부 전극으로부터 유전체층으로 Cu가 확산하는 것으로 알려져 있다. 그렇기 때문에 Cu를 첨가하지 않아도 유전체층에는 Cu가 함유된다고 생각되고, Cu를 포함하는 것에 의해 수명 특성이 개선된다. 이 때 CuO를 첨가하지 않은 경우, 내부 전극으로부터 유전체층으로의 Cu의 확산은 평형 상태에 달해 안정화할 것으로 생각된다. 하지만 Cu를 외부로부터 첨가하여 과잉의 Cu가 존재한 경우, 반대로 수명이 저하하는 경향이 발견되었다. 그렇기 때문에 0
Figure 112013017486970-pct00093
e
Figure 112013017486970-pct00094
1.00이 바람직하다. 또한 Cu는 원료로서 원료 공정에서 첨가하지 않아도 소성 공정에서 Cu 내부 전극으로 유전체층에 Cu를 확산시키는 것에 의해서도 유전체층에 함유시키는 것이 가능하다.
B2O3의 함유량, 즉 f가 0.50 미만이라면 소결성이 저하하여 1,030℃ 이하에서의 소결이 곤란해지는 한편, 2.00보다도 커지면 수명이 저하하기 때문에 0.50
Figure 112013017486970-pct00095
f
Figure 112013017486970-pct00096
2.00의 범위가 바람직하다. 또한 보다 저온으로 소성시키기 위해서 보다 바람직하게는 0.65
Figure 112013017486970-pct00097
f
Figure 112013017486970-pct00098
1.5의 범위가 요구되고, 높은 수명 특성과 1,000℃ 이하의 치밀화를 가능하게 한다.
또한 Li2O의 양, 즉 g에 대해서는 [100(m-1)+2g]/2f가 0.6 미만이 되면 수명이 저하하고, 반대로 1.3보다도 커지면 소결성이 저하하여 1,030℃ 이하에서의 치밀화가 곤란해진다. 따라서 0.6
Figure 112013017486970-pct00099
[100(m-1)+2g]/2f
Figure 112013017486970-pct00100
1.3의 범위가 바람직하다. 또한 m
Figure 112013017486970-pct00101
1의 경우, 수명 특성이 저하하기 때문에 m>1인 것이 요구된다. 단, m의 값은 BaTiO3계 화합물의 합성 시에 의해 일의적으로 결정되지 않고, m의 값을 조정하기 위해서, 원료 공정에서 Ba나 Sr, Ca의 산화물이나 탄화물을 첨가해도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 100(m-1)/2g가 0.50 미만의 경우, 수명 특성이 저하하는 한편, 5.1보다도 커지면 소결성이 저하하여 1,030℃ 이하에서의 소결이 곤란해진다.
따라서 0.50
Figure 112013017486970-pct00102
100(m-1)/2h
Figure 112013017486970-pct00103
5.1의 범위가 바람직하다. 또한 Sr이나 Ca는 Ba와 마찬가지로 m의 조정 원소로서 사용할 수 있다. 본 발명에서는 0
Figure 112013017486970-pct00104
x
Figure 112013017486970-pct00105
1.5, 0
Figure 112013017486970-pct00106
y
Figure 112013017486970-pct00107
1.5의 범위에서 m의 조정에 효과가 있다는 것을 확인하였다. 또한 첨가한 Sr이나 Ca는 소성 과정에서 주성분인 BaTiO3계 화합물에 고용(固溶)하기 때문에 Sr이나 Ca를 주성분으로서 첨가한 (Ba1-x-ySrvCaw)TiO3를 이용해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
Si는 저온 소결화를 위해서는 포함되지 않는 것이 바람직하지만, 예컨대 분산 공정 등의 제조 공정 상에서 함유될 가능성이 높다. 그렇기 때문에 의도적으로 SiO2를 첨가하여 Si 함유량에 대한 계열의 안정성을 확인한 결과, SiO2 환산으로 1.0mol% 이하라면 특성 상에 큰 영향을 주지 않는다는 것을 확인하였다. 한편, 1.0mol%보다도 많이 포함되면 소결성의 저하가 현저해지기 때문의 SiO2의 불순물 함유량은 BaTiO3로 이루어지는 주성분을 100mol로 하였을 때에 SiO2 환산으로 1.0mol 이하다.
이와 같이 유전체층(2)에 이용되는 유전체 자기 조성물을 설계하는 것에 의해, 조성물 중에 환경이나 인체에 유해한 납이나 비스머스 등을 함유하지 않아도 1,030℃ 이하, 바람직하게는 1,000℃ 이하의 저온 소결이 가능하고, Cu를 주성분으로 하는 도전성이 뛰어난 금속과의 공소결(共燒結)이 가능하고, 고유전율 또한 X7R 특성이나 X5R 특성을 만족시키는 유전특성을 나타내는 것과 함께, 중성이나 환원 분위기 하에서 소성해도 절연 저항이 높고 또한 고온 부하 등의 수명 특성이 뛰어난 유전체 자기 조성물 및 적층 세라믹 콘덴서를 제안할 수 있다.
본 발명의 유전체 세라믹을 제작하기 위해서 BaTiO3계 화합물로 이루어지는 주성분 원료에 부성분 원료로서 적어도 Re(여기서 Re는 Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb 및 Y로부터 선택되는 1종 이상), Mn, B, Si 및 Li와, 또한 V, Mo 중 1종 이상과, 또는 Cu나 Ba, Sr, Ca를 산화물이나 유리, 그 외의 화합물 등의 형태로 포함하는 세라믹 원료를 더 준비한다. 본 발명의 유전체 세라믹층(3)의 주성분인 BaTiO3 분말의 평균 입자 지름은 0.10μm 이상이고 또한 0.30μm 이하다.
내부 전극(4)은 Cu 또는 Cu 합금으로 구성된다. Cu 합금으로서는 Cu-Ni 합금, Cu-Ag 합금 등을 예로 들 수 있다. 이 내부 전극(4)은 도전 페이스트를 스크린 인쇄 등의 방법으로 세라믹 그린시트에 인쇄하는 것에 의해 형성된다. 도전 페이스트에는 Cu 또는 Cu 합금의 금속 재료 외에 유전체 세라믹층(3)의 소성 수축과의 수축 차이를 경감하기 위해서 유전체 세라믹층(3)을 구성하는 세라믹 재료와 거의 동일한 세라믹 재료가 포함된다.
상기 도전 페이스트가 인쇄된 세라믹 그린시트를 적층하는 것에 의해, 생(生) 세라믹 적층체가 얻어진다. 이 성형체를 내부 전극(4)이 용융되지 않는 1,030℃ 이하의 온도로, 또한 내부 전극(4)의 산화를 막기 위해서 질소 분위기, 또는 이에 3.0% 미만의 농도의 수소 가스를 혼합한 환원성 분위기 하에서 소성하는 것에 의해, 소결된 세라믹 적층체(2)가 얻어진다. 또한 환원성 분위기에서 소성한 경우, 강온 공정에서 질소 등의 분위기 중에서 700℃ 정도의 온도로의 열처리를 수행할 필요가 있다.
본 발명에서 소결된 유전체 세라믹층(3)은 BaTiO3를 주상 입자로서 포함한다. 주상 입자는 내부 전극(4)에 개재된 유전체 세라믹층의 층 두께를 t로 하였을 때, 도 2에서 도시되는 바와 같은 입자 지름 분포를 나타낸다. 도 2는 유전체 세라믹층 중에서의 상기 주상 입자에 대하여 그 입자 지름 분포를 도시하며, 종축(縱軸)에 누계를 도시하고, 횡축(橫軸)에 입자 지름을 도시한다.
본 발명에서는 상기 입자 지름 분포에서 누계 20%, 누계 50% 및 누계 95%에서의 입자 지름이 각각 D20, D50, D95로 하였을 때, D20
Figure 112013017486970-pct00108
D50×70%, D50
Figure 112013017486970-pct00109
t/4, D95
Figure 112013017486970-pct00110
t/2, CV값(D20∼D95 사이의 표준 편차/D50)<40%가 되는 것을 특징으로 하고, 보다 바람직하게는 100nm
Figure 112013017486970-pct00111
D50
Figure 112013017486970-pct00112
t/4이다. 즉 D20이 D50의 70% 이하의 값을 가지고, D50이 t/4 이하의 값을 가지고, D95가 t/2 이하의 값을 가지도록 분포되고, 또한 CV값(D20∼D95 사이의 표준 편차/D50)이 40% 미만이 되는 것을 말한다.
본 발명의 유전체 세라믹은 고저항의 입계상을 설계하는 것에 의해 신뢰성을 확보하고, D50>t/4가 된 경우, 내부 전극 사이의 입계수(粒界數)가 감소하는 것에 의한 수명의 저하는 피할 수 없다. 단, D50이 100nm 미만이 되면 유전율이 극단적인 저하를 초래하기 때문에 유전율 확보의 측면으로부터 D50이 100nm 이상인 것이 요구된다. 또한 D95가 t/2 이상인 경우, 조대(粗大)한 입자의 수가 많아지기 때문에 2개의 전극 사이에 개재된 유전체층에서 국소적으로 전극 계면이 적은 개소(箇所)가 생기고, 그곳을 기점으로 수명이 열화된다. 또한 본 발명에서는 평균 입자 지름보다도 충분히 작은 미소 입자가 다른 입자와 함께 존재하는 것에 의해, 유전율의 저하를 억제하면서 입계수를 획득하여 신뢰성의 향상을 도모한다. 하지만 어중간하게 작은 입자가 존재한 경우, 유전체층의 외관 유전율을 저하시키게 되어 바람직하지 못하다. 하지만 B나 Li를 이용하여 저온으로 소결시킨 경우, D20을 D50×70% 미만으로 극단적으로 작게 하는 것에 의해 반대로 유전율의 저하를 억제할 수 있다. 즉, D20까지의 범위에서 미소한 입자가 존재하는 것이 중요하다. 또한 D20∼D95의 범위에서의 CV값이 40 미만과 같이 작게 입자 지름이 갖추어지는 것에 의해 고유전율과 고수명의 양립을 도모한다. CV값이 40% 이상이 되면, 입자 지름의 편차에 의해 수명의 저하가 일어난다.
또한 본 발명에서 소결된 유전체 세라믹층(3)은 적어도 Re(Re는 Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb 및 Y 중 적어도 하나 이상을 포함한다), Ba 및 Ti에 의해 구성되는 2차상 입자를 포함한다. 상기 2차상 입자의 존재량은 유전체 세라믹층(3)의 임의의 5μm×5μm의 영역에서 0.1μm 이상의 입자 지름인 것이 평균 5개 이상 있는 것을 특징으로 한다. 또한 주상 입자의 D80보다도 큰 입자 지름을 가지는 것이 평균 2개 미만 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 B-Li-Ba와 함께 희토류가 입계상에 존재하는 것에 의해 입계상의 절연성을 향상시켜 신뢰성을 확보한다고 생각한다. 하지만 소결 초기의 과정에서 B-Li 중에 희토류가 고용(固溶)하면 주상 입자의 소결성을 방해한다. 그렇기 때문에 비교적 사이즈가 큰 희토류를 2차상으로서 존재시키는 것에 의해 주상 입자의 소결을 촉진시키는 것과 함께, 2차상으로부터 서서히 희토류가 입계상에 확산하는 것에 의해 소결성과 신뢰성의 양립을 도모한다.
2차상의 입자 사이즈가 0.1μm보다도 작은 경우, 희토류의 입계로의 확산이 빨라지기 때문에 소결성이 악화된다. 반대로 주상 입자의 D80보다도 큰 2차상이 다수 존재하면 확산 속도가 늦어지기 때문에 입계에 충분한 희토류가 분포되지 않아 신뢰성이 저하한다.
또한 본 발명에서는 상기 주상 입자에서 EELS 분석(전자 에너지-손실 분석법을 이용한 분석)에 의해 얻어진 입계상 및 입자 내의 Ba/Ti비에서 입계상의 Ba/Ti비를 입자 내의 Ba/Ti비로 나눈 값이 1.2 미만인 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는 주성분인 BaTiO3로부터 Ba의 일부가 입계상에 확산되는 것에 의해, 저온으로 네킹(necking)하여 치밀한 상태를 형성한다. 하지만 주상 입자로부터 Ba가 많이 입계상으로 확산되면 주상 입자의 계면의 결정성이 저하하여 결손을 만드는 것에 의해 신뢰성을 저하시킬 것으로 생각된다. 그렇기 때문에 입계상의 Ba/Ti비를 입자 내의 Ba/Ti비로 나눈 값이 1.2를 초과하지 않도록 설계할 필요가 있다.
외부 전극(5)은 Cu, Ni, Ag, Cu-Ni 합금, Cu-Ag 합금으로 구성되고, 소성 완료된 세라믹 적층체(2)에 도전 페이스트를 도포하여 소부(燒付)하거나, 또는 미소성의 세라믹 적층체(2)에 도전 페이스트를 도포하여 유전체 세라믹층(3)의 소성과 동시에 소부시키는 것에 의해 형성된다. 외부 전극(5) 상에는 전해 도금 등에 의해 도금층(6, 7)이 형성된다. 제1 도금층(6)은 외부 전극(5)을 보호하는 역할을 가지고 Ni, Cu 등으로 구성된다. 제2 도금층(7)은 납땜 유성(濡性)을 좋게 하는 역할을 가지고 Sn 또는 Sn 합금 등으로 구성된다.
[실시예]
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이와 같은 실시예에 의해 한정되지 않는다.
《유전체 세라믹 원료의 제작》
주성분의 출발 원료로서 표 1에 나타내는 평균 입자 지름과 비표면적(比表面積)을 가지는 BaTiO3 분말을 준비하였다. 부성분으로서 BaCO3, Re2O3, MnO, MoO3, V2O5, B2O3 및 Li2O의 각 분말을 준비하였다. 우선 유전체 자기 조성물 중의 Ba/Ti비를 m으로 표기하였을 때, 표 1에 기재된 값이 되도록 BaCO3를 측량하였다. 계속해서 조성식을 100BaTiO3+aRe2O3+bMnO+cV2O5+dMoO3+eCuO+fB2O3+gLi2O(단, Re는 Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb 및 Y로부터 선택되는 1종 이상, a∼g는 BaTiO3로 이루어지는 주성분 100mol에 대한 mol수를 나타낸다)로 표기하였을 때, 0.10
Figure 112013017486970-pct00113
a
Figure 112013017486970-pct00114
0.50, 0.20
Figure 112013017486970-pct00115
b
Figure 112013017486970-pct00116
0.80, 0
Figure 112013017486970-pct00117
c
Figure 112013017486970-pct00118
0.12, 0
Figure 112013017486970-pct00119
d
Figure 112013017486970-pct00120
0.07, 0.04
Figure 112013017486970-pct00121
c+d
Figure 112013017486970-pct00122
0.12, 0
Figure 112013017486970-pct00123
e
Figure 112013017486970-pct00124
1.00, 0.50
Figure 112013017486970-pct00125
f
Figure 112013017486970-pct00126
2.00, 0.6
Figure 112013017486970-pct00127
[100(m-1)+2g]/2f
Figure 112013017486970-pct00128
1.3, 0.5
Figure 112013017486970-pct00129
100(m-1)/2g
Figure 112013017486970-pct00130
5.1을 만족시키는 범위 내에서 표 1에 기재된 값이 되도록 나머지 분말을 측량하였다.
Figure 112013017486970-pct00131
다음으로 상기와 같이 측량된 BaTiO3, BaCO3, Gd2O3, MnCO3, MoO3, V2O5, B2O3, Li2O의 각 분말을 혼합한 후, 에틸알코올을 매체로 하여서 볼 밀에 의한 습식 혼련(混鍊)을 수행하였다. 또한 교반(攪拌)에 요한 시간은 샘플마다 표 2에 도시하는 바와 같이 조절하였다.
Figure 112013017486970-pct00132
《적층 세라믹 콘덴서의 제작》
상기 분쇄 처리물에 폴리비닐부틸알계 바인더를 첨가하고 볼 밀에 의해 습식 혼합하여 세라믹 슬러리를 제작하였다. 이 세라믹 슬러리를 다이 코팅법에 의해 시트 형상으로 성형하여 세라믹 그린시트를 얻었다. 다음으로 그린시트 상에 Cu를 함유하는 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하여 내부 전극이 되어야 할 도전성 페이스트막을 제작하였다. 또한 도전성 페이스트막이 형성된 세라믹 그린시트를 도전 페이스트막이 인출되는 측이 서로 다르게 이루어지도록 적층하여 콘덴서 본체가 되어야 할 원시[生] 적층체를 얻었다.
원시 적층체를 N2 분위기 중에서 300℃의 온도까지 가열하여 탈(脫)바인더 처리를 수행하였다. 탈바인더 처리 후의 적층체를 N2, H2O 및 표 2에 나타내는 수소 농도로 이루어지는 환원성 분위기 중에서 표 2에 나타내는 온도로 각 샘플을 2시간 소성하였다. 또한 그 강온 공정의 도중 단계에서 N2 분위기에서의 700℃로의 어닐링 처리를 수행하고 원시 적층체를 소결시켜 이루어지는 콘덴서 본체를 얻었다. 다음으로 얻어진 콘덴서 본체의 양 단부에 Cu와 유리 분말을 포함한 외부 전극 페이스트를 도포하고 900℃로 소부를 수행하여 외부 전극을 형성하였다.
이와 같이 하여 얻은 적층 세라믹 콘덴서의 외형 치수는 폭 0.5mm, 길이 1.0mm, 높이 0.5mm이었다. 또한 내부 전극에 개재된 유전체의 적층수는 80층이며, 1층당의 평균층 두께t는 표 3에 나타내는 바와 같은 값이었다.
《세라믹 구조의 분석》
주상 입자의 입자 지름 분포를 조사하기 위해서 콘덴서 시료의 연마면에 대하여, FE-SEM 관찰을 수행하여 1,000개 이상의 결정 입자에 대해서 최대 지름과 최소 지름을 구하고 이들의 중간값을 입자 지름으로 하였다. 이와 같이 하여 얻어진 입자 지름으로부터 주상 입자에 관해서 입자 지름의 누적 개수 분포를 작성하여 D20(누계 20%에서의 입자 지름), D50(누계 50%에서의 입자 지름), D95(누계 95%에서의 입자 지름) 및 CV값(D20∼D95 사이의 표준 편차/D50)을 산출하였다.
또한 2차상 입자의 분포를 조사하기 위해서 STEM을 이용하여 내부 전극층에 개재된 유전체 세라믹층에 대해서 희토류 원소의 매핑을 도 3에 도시하는 바와 같은 5μm×5μm의 영역에 대해 수행하였다. 또한 5μm×5μm의 영역은 적층 세라믹 콘덴서를 내부 전극과 평행으로 연마하여 내부 전극 사이의 유전체층을 노출시키고 그 노출면 상에서 샘플링하였다. 상기 매핑의 결과, 희토류 원소가 입자 내에 균일하게 분포되는 개소를 2차상으로 하고, 같은 개소에 해당하는 TEM상으로부터 상기 주상 입자의 입자 지름을 구한 것과 마찬가지의 수단에 의해 그 입자 지름을 계측하였다. 그리고 상기 영역 내에 존재하는 0.1μm 이상의 지름을 가지는 2차상 입자의 개수를 계상(計上)하였다. 또한 그 중에서 주상 입자의 D80 이상의 지름을 가지는 2차상 입자의 개수를 계상하였다. 또한 각 샘플에 관해서 임의의 30개소를 촬영한 사진을 사용하여 평균값을 구하였다.
주상 입자 내와 입계상에서의 Ba/Ti비를 비교하기 위해서, 우선 도 4에 도시하는 바와 같은 임의의 인접하는 2개의 주상 입자(9)를 선택하고, 각각의 중심점(10)을 이은 직선 상[분석 영역(11)]에서의 Ba와 Ti의 농도를 EELS 분석(전자 에너지 손실 분광법을 이용한 분석법)에 의해 측정하였다. 계속해서 상기 분석 영역(11)에서의 입계상(12) 상에 위치하는 분석 영역(13)에서 Ba/Ti비의 평균값을 산출하고, 이를 입계층의 Ba/Ti비로 하였다. 또한 상기 분석 영역(11)으로부터 상기 분석 영역(13)을 제외한 영역에서 Ba/Ti비의 평균값을 산출하고, 이를 주상 입자 내의 Ba/Ti비로 하였다. 그리고 상기 입계상의 Ba/Ti비를 상기 주상 입자 내의 Ba/Ti비로 나눈 값을 구하였다. 각 샘플에 관해서 임의의 100개소에서 계측을 수행하여 평균값을 구하였다. 상기 결과를 표 3에 나타낸다.
《전기 특성의 평가》
얻어진 각 시료에 따른 적층 세라믹 콘덴서에 관해서 유전율, 온도 특성, 가속 수명을 구하였다. 유전율에 대해서는 온도 25℃, 1kHz 및 1Vrms의 조건 하에서 측정한 정전 용량에 의해 산출하고, 1,800 이상을 양품(良品)으로 하였다. 온도 특성에 대해서는 1kHz, 1Vrms의 조건으로 측정하여 25℃에서의 정전 용량을 기준으로 한 -55∼125℃의 범위에서의 온도 용량 변화율의 최대값을 산출하였다. 이 범위에서의 변화율이 ±15% 이내인 것, 즉 EIA 규격의 X7R 특성을 만족시키는 것을 양품으로 하였다. 가속 수명은 온도 150℃ 하에서 전계 강도로 20kV/mm에 상당하는 전압을 인가하는 고온 부하 시험을 실시하여 절연 저항이 10^5Ω을 하회(下回)한 시점을 고장으로 간주하고, 고장 시간이 100시간을 상회한 것을 양품으로 하였다. 상기 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure 112013017486970-pct00133
《실험 결과》
샘플5, 11, 15, 17, 21, 22, 24에서는 주상 입자의 입자 지름 분포가 본 발명의 조건을 적어도 1개 이상 만족시키지 않기 때문에 고장 시간이 100시간 미만으로 짧다. 샘플6, 12에서는 0.1μm 이상의 입자 지름을 가지는 2차상 입자의 개수가 본 발명의 조건보다도 적기 때문에 희토류 원소의 주상으로의 고용이 진행하여 고장 시간이 100시간 미만으로 짧다. 샘플23에서는 주상 입자의 D80보다도 입자 지름이 큰 2차상 입자의 개수가 본 발명의 범위를 초과하기 때문에 신뢰성이 악화되어 고장 시간이 100시간 미만으로 짧다. 샘플10에서는 주상 입자의 입계에서의 Ba/Ti가 입자 내에서의 Ba/Ti의 1.2배 이상이고 본 발명의 범위를 만족시키지 않기 때문에 고장 시간이 100시간 미만으로 짧다. 또한 표 1∼표 3에서 이와 같은 샘플에는 *표시를 첨부하여 본 발명의 실시예 외라는 것을 나타낸다.
상기 이외의 본 발명의 범위를 만족시키는 샘플 전체에서 1,800 이상의 높은 유전율과, X7R 특성을 만족시키는 온도 특성에 더해, 온도 150℃로 전계 강도 20kV/mm에 상당하는 고온 부하 하에서도 100시간을 상회할 수 있는 높은 수명 특성을 만족시키는 결과를 얻을 수 있었다.
1: 적층 세라믹 콘덴서 2: 세라믹 적층체
3: 유전체 세라믹층 4: 내부 전극
5: 외부 전극 6: 외부 전극 제1 도금층
7: 외부 전극 제2 도금층 8: 희토류 원소가 편석한 2차상
9: 인접하는 2개의 주상 입자 10: 주상 입자의 중심점
11: EELS의 분석 영역 12: 입계상
13: 입계상 상에 위치하는 EELS 분석 영역

Claims (14)

  1. BaTiO3를 주성분으로 하는 주상(主相) 입자, 적어도 Re(Re는 Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb 및 Y 중 적어도 하나 이상을 포함한다), Ba, Ti를 포함하는 2차상 입자 및 적어도 B(붕소) 또는 Li(리튬) 중 어느 일방(一方) 또는 양방(兩方)을 포함한 입계상(粒界相)으로 이루어지는 유전체 세라믹에 의해 구성되는 유전체 세라믹층이 복수 적층되어 이루어지는 실질적으로 직방체(直方體) 형상의 세라믹 적층체; 및
    상기 유전체 세라믹스층을 개재하여 대향하고 또한 교호적으로 다른 단면(端面)으로 인출(引出)되도록 형성된 Cu 또는 Cu 합금에 의해 이루어지는 내부 전극; 및
    상기 세라믹 적층체의 양 단면에 형성되고 상기 단면에 인출된 상기 내부 전극의 각각에 전기적으로 접속된 외부 전극;
    을 포함하는 적층 세라믹 콘덴서로서,
    상기 내부 전극에 개재된 상기 유전체 세라믹층의 층 두께를 t로 하고, 상기 유전체 세라믹층 중에서의 상기 주상 입자의 입자 지름을 측정하여 얻어진 누적 개수 분포의 누계 20%, 누계 50% 및 누계 95%에서의 입자 지름을 각각 D20, D50, D95로 하였을 때, D20
    Figure 112014042635739-pct00134
    D50×70%, D50
    Figure 112014042635739-pct00135
    t/4, D95
    Figure 112014042635739-pct00136
    t/2, CV값(D20 내지 D95 사이의 표준 편차/D50)<40%가 되고,
    상기 유전체 세라믹이 BaTiO3로 이루어지는 주성분 및 Re, Mn, V, Mo, Cu, B, Li, Ca, Sr로 이루어지는 부성분으로 이루어지는 유전체 자기 조성물로 이루어지고, 상기 유전체 자기 조성물을 BaTiO3+aRe2O3+bMnO+cV2O5+dMoO3+eCuO+fB2O3+gLi2O+xSrO+yCaO(단, Re는 Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb 및 Y로부터 선택되는 1종 이상, a∼g, x 및 y는 BaTiO3로 이루어지는 주성분 100mol에 대한 mol수를 나타낸다)로 표기하고, 상기 유전체 자기 조성물에 포함되는 (Ba+Sr+Ca)/Ti의 mol비를 m으로 하였을 때, 0.10
    Figure 112014042635739-pct00166
    a
    Figure 112014042635739-pct00167
    0.50, 0.20
    Figure 112014042635739-pct00168
    b
    Figure 112014042635739-pct00169
    0.80, 0
    Figure 112014042635739-pct00170
    c
    Figure 112014042635739-pct00171
    0.12, 0
    Figure 112014042635739-pct00172
    d
    Figure 112014042635739-pct00173
    0.07, 0.04
    Figure 112014042635739-pct00174
    c+d
    Figure 112014042635739-pct00175
    0.12, 0
    Figure 112014042635739-pct00176
    e
    Figure 112014042635739-pct00177
    1.00, 0.50
    Figure 112014042635739-pct00178
    f
    Figure 112014042635739-pct00179
    2.00, 0.6
    Figure 112014042635739-pct00180
    [100(m-1)+2g]/2f
    Figure 112014042635739-pct00181
    1.3, 0.5
    Figure 112014042635739-pct00182
    100(m-1)/2g
    Figure 112014042635739-pct00183
    5.1, 0
    Figure 112014042635739-pct00184
    x
    Figure 112014042635739-pct00185
    1.5, 0
    Figure 112014042635739-pct00186
    y
    Figure 112014042635739-pct00187
    1.5인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유전체 세라믹층의 임의의 5μm×5μm의 영역 중에 입자 지름이 0.1μm 이상인 상기 2차상 입자가 평균 5개 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 5μm×5μm의 영역에서 상기 주상 입자의 누적 개수 분포의 누계 80%(D80)보다도 큰 입자 지름을 가지는 상기 2차상 입자의 수가 평균 2개 미만인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 입계상의 Ba/Ti비를 상기 주상 입자의 입자 내의 Ba/Ti비로 나눈 값이 1.2 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  5. 제2항에 있어서, 상기 입계상의 Ba/Ti비를 상기 주상 입자의 입자 내의 Ba/Ti비로 나눈 값이 1.2 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  6. 제3항에 있어서, 상기 입계상의 Ba/Ti비를 상기 주상 입자의 입자 내의 Ba/Ti비로 나눈 값이 1.2 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유전체 세라믹층의 층 두께가 2μm 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 유전체 자기 조성물에 불순물로서 포함되는 Si는 BaTiO3로 이루어지는 주성분을 100mol로 하였을 때에 SiO2 환산으로 1.0mol 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  10. 제1항에 있어서, 상기 유전체 자기 조성물은 소결 온도가 1,030℃ 이하에서 치밀화시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  11. 제1항에 있어서, 상기 유전체 세라믹층의 층 두께가 2μm 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  12. 제9항에 있어서, 상기 유전체 자기 조성물은 소결 온도가 1,030℃ 이하에서 치밀화시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  13. 제9항에 있어서, 상기 유전체 세라믹층의 층 두께가 2μm 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  14. 제10항에 있어서, 상기 유전체 세라믹층의 층 두께가 2μm 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
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