KR20220092995A - 콘덴서 - Google Patents

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KR20220092995A
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카츠요시 야마구치
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교세라 가부시키가이샤
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Abstract

유전체층과 내부 전극층이 교대로 복수층 적층된 콘덴서 본체를 구비하고 있고, 유전체층은 티탄산바륨의 결정 입자와, 희토류 원소 및 규소를 포함하고, 결정 입자는 제 1 결정 입자와 제 2 결정 입자를 포함하고, 결정 입자에 있어서의 표층의 부분을 쉘부라고 하고, 상기 쉘부가 둘러싸는 내측의 부분을 코어부라고 했을 때에, 제 1 결정 입자는 희토류 원소의 농도가 코어부보다 쉘부에서 높은 분포를 갖고 있으며, 제 2 결정 입자는 코어부 및 쉘부에 있어서의 규소의 농도의 비가 제 1 결정 입자의 코어부 및 쉘부에 있어서의 희토류 원소의 농도의 비보다 작은 분포를 갖고 있다.

Description

콘덴서
본 개시는 콘덴서에 관한 것이다.
종래 기술의 일례는 특허문헌 1에 기재되어 있다.
일본 특허 공개 2011-132056호 공보
본 개시의 콘덴서는 유전체층과 내부 전극층이 교대로 복수층 적층된 콘덴서 본체를 구비하고 있고, 상기 유전체층은 티탄산바륨을 주성분으로 하는 결정 입자와, 희토류 원소 및 규소를 포함하고, 상기 결정 입자는 제 1 결정 입자와 제 2 결정 입자를 포함하고, 상기 결정 입자에 있어서의 표층의 부분을 쉘부라고 하고, 상기 쉘부가 둘러싸는 내측의 부분을 코어부라고 했을 때에, 상기 제 1 결정 입자는 상기 희토류 원소의 농도가 상기 코어부보다 상기 쉘부에서 높은 분포를 갖고 있고, 상기 제 2 결정 입자는 상기 코어부 및 상기 쉘부에 있어서의 상기 규소의 농도의 비가 상기 제 1 결정 입자의 상기 코어부 및 상기 쉘부에 있어서의 상기 희토류 원소의 농도의 비보다 작은 분포를 갖고 있도록 구성된다.
본 개시의 목적, 특색, 및 이점은 하기 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
도 1은 실시형태의 일례로서 나타내는 콘덴서의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 ii-ii선 단면도이다.
도 3은 도 2에 있어서의 P1부의 확대도이다.
도 4는 도 3에 있어서의 P2부의 확대도이다.
도 5는 실시형태의 다른 형태의 콘덴서를 구성하는 유전체층을 부분적으로 나타내는 단면 모식도이다.
본 개시의 콘덴서의 기초가 되는 구성의 적층형의 콘덴서(이하, 콘덴서라고 표기한다)는 소형화 및 고용량화를 위해, 유전체층 및 내부 전극층의 박층화가 진전되고 있다.
종래부터, 콘덴서를 구성하는 유전체층에는 티탄산바륨을 주성분으로 하는 유전체 재료가 사용되고 있다. 이 경우, 유전체층 중에는 티탄산바륨 이외에 정전용량의 온도 특성을 조정하기 위한 성분 또는 유전체층의 내환원성을 높이기 위한 성분이 포함된다. 본 개시의 콘덴서의 기초가 되는 구성의 콘덴서에서는 유전체층 중에 티탄산바륨 이외의 성분이 이상, 입계상으로서 포함되어 있다. 이 때문에, 이들 이상, 입계상이 유전체층 중에 존재하고 있는 분만큼 비유전율 또는 정전용량이 낮아져 있었다. 그래서, 본 출원인은 비유전율이 낮은 이상, 입계상의 성분을 티탄산바륨의 결정 입자 중에 도입함으로써 유전체층의 고유전율화를 도모할 수 없는지 시험해 보았다.
이하, 실시형태의 콘덴서에 대해서, 도 1∼도 5를 기초로 설명한다. 또한, 본 개시는 이하에 기술하는 특정의 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 본 개시는 첨부의 특허청구의 범위에 의해 정의되는 총괄적인 개시의 개념의 정신 또는 범위를 따른 것이면, 각종 형태를 포함하는 것으로 된다.
실시형태의 일례로서 나타내는 콘덴서는 도 1에 나타내는 바와 같이, 콘덴서 본체(1)와, 그 끝면에 형성된 외부 전극(3)을 갖는다. 콘덴서 본체(1)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 유전체층(5)과 내부 전극층(7)을 갖는다. 유전체층(5)과 내부 전극층(7)은 교대로 복수층 적층되어 있다. 도 2에서는, 유전체층(5)과 내부 전극층(7)의 적층수를 수층으로 간략한 형상으로 그리고 있지만, 유전체층(5) 및 내부 전극층(7)의 적층수는 실제로는 수백층에도 이르는 것으로 되어 있다. 외부 전극(3)은 내부 전극층(7)에 전기적으로 접속되어 있다. 유전체층(5)은 도 3에 나타내는 바와 같이, 결정 입자(9)의 소결체이다. 결정 입자(9)의 주성분은 티탄산바륨이다. 유전체층(5)은 티탄산바륨을 주성분으로 하는 결정 입자(9)가 주체가 되어서 형성된 소결체이다. 주성분이란 유전체층(5) 중에 차지하는 질량의 비율이 70질량% 이상인 경우의 것을 말한다. 주체란 유전체층(5) 중에 차지하는 체적 비율이 70질량% 이상인 경우의 것을 말한다. 티탄산바륨을 주성분으로 하는 결정 입자(9)가 주체가 되어 있는 구성을, 이하 티탄산바륨의 결정 입자(9)라고 표현하는 경우가 있다. 다른 성분은, 통상 티탄산바륨의 결정 입자(9)와는 다른 결정 입자로서 티탄산바륨의 결정 입자(9) 사이에 이상(11) 또는 입계상(13)으로서 존재하고 있다. 여기서, 이상이란 X선 회절 등의 분석에 의해 결정으로서 확인되는 것이다. 입계상이란 결정 입자(9)의 주위를 둘러싸도록 해서 존재하는 부분의 것이다. 이 경우, 입계상은 이면간 입계 및 삼중점 입계로 형성되는 부분의 것이다. 입계상은 비정질상을 포함하는 경우가 많다.
실시형태의 콘덴서를 구성하는 유전체층(5)은 티탄산바륨의 결정 입자(9)와, 적어도 희토류 원소(RE) 및 규소(Si)를 포함한다. 희토류 원소(RE)란 주기표 중의 란타나이드에 속하는 원소의 것이다. 여기서는, 특히 바람직한 희토류 원소(RE)로서, 디스프로슘(Dy), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 홀뮴(Ho) 및 에르븀(Er) 외에, 이트륨(Y)을 예시한다. 희토류 원소(RE)는 유전체층(5)의 내환원성을 높이고, 또한 절연성을 높이기 위한 성분으로서 사용된다. 규소는 주로 결정 입자(9)의 소결 조제로서 사용된다. 이들 성분 중, 유전체층(5)의 고유전율화에 기여하는 것은 주로 티탄산바륨의 결정 입자(9)이다. 티탄산바륨 이외의 성분에 의해 형성되는 상은 비유전율이 모두 티탄산바륨의 결정 입자(9)보다 2자릿수 내지 3자릿수 정도 낮은 경우가 많다. 여기서, 결정 입자(9)의 소결체에 의해 형성되는 유전체층(5)의 유전 특성에 대해서 설명한다. 콘덴서를 구성하는 유전체층(5)의 비유전율은 각각 고유의 비유전율을 나타내는 복수의 결정 입자(9), 이상(11) 및 입계상(13)의 체적 혼합비에 의해 결정된다. 체적 혼합비에 의해 결정되는 비유전율의 것을, 여기서는 합성 유전율이라고 한다. 이 경우, 티탄산바륨의 결정 입자(9)의 체적 비율이 높을수록 합성 유전율은 높아진다. 환언하면, 티탄산바륨의 결정 입자(9)보다 비유전율이 낮은 이상(11) 및 입계상(13)의 체적 비율이 증가하면, 유전체층(5)의 전체의 비유전율(합성 유전율)은 낮아진다.
유전체층(5)을 구성하는 결정 입자(9) 중에는 코어·쉘 구조를 이루고 있는 것이 다수 포함된다. 결정 입자(9)의 코어·쉘 구조는 결정 입자(9) 중에 포함되는 희토류 원소(RE)의 농도 분포에 의해 결정된다. 여기서는, 우선 결정 입자(9)를 코어·쉘 구조를 갖는 결정 입자(9)와, 코어·쉘 구조를 갖지 않는 결정 입자(9)로 나눈다. 다른 표현을 사용하면, 유전체층(5)은 제 1 결정 입자(9A) 및 제 2 결정 입자(9B)를 포함하는 것이 된다. 여기서, 제 1 결정 입자(9A)는 코어·쉘 구조를 갖는 결정 입자(9)이다. 제 1 결정 입자(9A)는 희토류 원소(RE)의 농도가 코어부(9b)보다 쉘부(9a)에서 높은 분포를 갖고 있다. 제 1 결정 입자(9A)는 희토류 원소(RE)의 농도 분포의 점으로부터 보았을 때에, 코어·쉘 구조를 갖는 결정 입자(9)이다.
제 2 결정 입자(9B)는 규소가 결정 입자(9)의 표층부인 쉘부(9a)뿐만 아니라, 내부인 코어부(9b)에까지 고농도로 분포되어 있는 결정 입자(9)이다. 환언하면, 제 2 결정 입자(9B)는 쉘부(9a) 및 코어부(9b)에 있어서의 규소의 농도의 비가 제 1 결정 입자(9A)에 있어서의 쉘부(9a) 및 코어부(9b)에 있어서의 희토류 원소(RE)의 농도의 비보다 작은 분포로 되어 있다.
유전체층(5)에서는 이것에 포함되는 규소의 대부분이 티탄산바륨의 결정 입자(9) 내에 고용되어 있다. 이 때문에, 종래의 유전체층(5)과 비교해서, 유전체층(5) 내에 있어서 규소에 기인하는 이상(11) 또는 입계상(13)의 체적 비율이 낮아져 있다. 이것에 의해, 유전체층(5)의 합성 유전율이 높아져서, 콘덴서의 정전용량을 높일 수 있다. 또한, 실시형태의 콘덴서에서는 고온에 있어서의 절연 저항을 높일 수 있다. 이 경우, 고온이라고 하는 것은, 예를 들면 100℃ 이상이다. 구체적으로는, 125℃에 있어서의 절연 저항이 된다.
제 1 결정 입자(9A)는 쉘부(9a)에 포함되는 희토류 원소(RE)의 농도를 Csr, 코어부(9b)에 포함되는 희토류 원소(RE)의 농도를 Ccr이라고 했을 때에 Csr/Ccr비가 2 이상 20 이하이다. 제 2 결정 입자(9B)는 쉘부(9a)에 포함되는 규소의 농도를 Css, 코어부(9b)에 포함되는 규소의 농도를 Ccs라고 했을 때에, Css/Ccc비가 1 이상 1.5 이하이다. 이 경우, 실시형태의 콘덴서를 구성하는 유전체층(5)에서는 제 2 결정 입자(9B)가 유전체층(5) 중에 개수비로 80% 이상, 특히 90% 이상 포함되어 있는 것이 좋다.
도 5는 실시형태의 다른 형태의 콘덴서를 구성하는 유전체층을 부분적으로 나타내는 단면 모식도이다. 도 5에 나타낸 유전체층(5)은 결정 입자(9) 중에 규소와 함께 희토류 원소를 포함하는 결정 입자(9)를 갖는다. 즉, 도 5에 나타낸 유전체층(5) 중에는 규소의 농도 분포로 보았을 때에는 코어·쉘 구조를 갖지 않는 구조이지만, 희토류 원소(RE)의 농도 분포를 보았을 때에 코어·쉘 구조의 결정 입자(제 3 결정 입자(9C))가 포함된다.
즉, 제 3 결정 입자(9C)는 제 2 결정 입자(9B)에 대해서, 희토류 원소(RE)의 농도 분포를 평가했을 때에, 희토류 원소(RE)의 농도가 코어부(9b)보다 쉘부(9a)에서 높아져 있는 상태를 갖고 있다. 이 경우, 제 2 결정 입자(9B)는 상술한 규소의 농도 분포만을 갖고, 희토류 원소(RE)에 대해서 코어·쉘 구조가 되어 있지 않는 결정 입자(9)가 된다. 이 경우, 제 3 결정 입자(9C)가 유전체층(5) 중에 개수비로 80% 이상 포함되어 있어도 좋다.
또한, 실시형태의 콘덴서에서는 콘덴서 본체(1)가 제 2 결정 입자(9B) 및 제 3 결정 입자(9C) 중 적어도 일방을 포함하는 유전체층(5)을 전층에 갖는 것이 좋다. 여기서, 전층이란 콘덴서 중에서 정전용량의 발현에 기여하는 모든 유전체층(5)의 것이다. 환언하면, 전층이란 콘덴서 본체(1)로부터 커버층을 제외한 부분의 것이다. 이 경우, 콘덴서 본체(1) 중에서 정전용량의 발현에 기여하는 모든 유전체층(5)은 어느 층도 제 1 결정 입자(9A)를 포함하고 있는 것이 좋다.
이어서, 유전체층(5) 중의 상기한 구조를 관찰, 평가하는 방법에 대해서 설명한다. 콘덴서 본체(1)에 있어서, 유전체층(5)과 내부 전극층(7)을 적층한 상태 또는 결정 입자(9)의 충전도 등은 디지털 마이크로스코프 또는 전자 현미경을 사용한 관찰, 촬영에 의해 평가한다. 유전체층(5)을 구성하는 결정 입자(9)의 화합물의 동정은 X선 회절 및 투과형 전자 현미경에 의한 전자선 회절을 사용한다. 유전체층(5)을 구성하는 결정 입자(9)에 있어서의 원소의 측정에서는 투과형 전자 현미경에 부설의 분석기(에너지 분산형)를 이용하여 특성 X선을 측정한다. 결정 입자(9)의 쉘부(9a) 및 코어부(9b)에 포함되는 원소의 농도도 투과형 전자 현미경에 부설의 분석기를 사용한다. 이 경우, 쉘부(9a) 및 코어부(9b)에 포함되는 희토류 원소, 규소에 의해 각각 발생하는 특성 X선의 강도(카운트)를 각각 Csr, Ccr, Css, Ccs로서 구한다. 이어서, 코어부(9b)에 있어서의 희토류 원소의 특성 X선의 강도(Ccr)에 대한 쉘부(9a)에 있어서의 희토류 원소의 특성 X선의 강도(Csr)의 비(Csr/Ccr)를 계산에 의해 구한다. 코어부(9b)에 있어서의 규소의 특성 X선의 강도(Ccs)에 대한 쉘부(9a)에 있어서의 규소의 특성 X선의 강도(Css)의 비(Css/Ccs)를 계산에 의해 구한다. 이렇게 해서 구한 원소의 강도(Csr/Ccr, Css/Ccs)로부터 제 1 결정 입자(9A), 제 2 결정 입자(9B), 제 3 결정 입자(9C)를 특정하고, 각각의 개수를 구한다. 이 경우, 분석하는 결정 입자(9)로서는 최대 지름이 0.1㎛ 이상인 것을 대상으로 한다. 결정 입자(9)의 최대 지름이 0.1㎛보다 작은 경우에는, 결정 입자(9)에 포함되는 희토류 원소의 농도 분포의 상태가 알기 어려워진다. 이 때문에, 결정 입자(9)가 코어·쉘 구조인 것의 평가가 곤란하게 되기 때문이다. 결정 입자(9)에 있어서, 쉘부(9a)와 코어부(9b)의 경계는, 예를 들면 희토류 원소(RE)의 농도 분포를 측정했을 때에, 코어부(9b)에 있어서의 특성 X선의 강도에 대한 쉘부(9a)에 있어서의 특성 X선의 강도가 크게 변화되어 있는 영역으로 한다. 이러한 경계는 결정 구조가 정방정으로부터 의사 입방정으로 변화되어 있다. 이러한 분석은 유전체층(5)의 특정의 단면을 이용하여 행한다. 그 단면은 결정 입자(9)가 연결한 영역을 대상으로 한다. 이 경우, 결정 입자(9)의 개수는 10개 이상 100개 이내이다. 분석은 콘덴서 본체(1)를 구성하는 유전체층(5)의 적층 방향의 중앙부에 있어서의 1∼10층을 대상으로 행하지만, 필요한 경우에는 콘덴서 본체(1)를 구성하는 유전체층(5)의 전층을 분석하는 경우도 있다. 이 경우도, 분석하는 장소는 유전체층(5)의 폭방향의 중앙부가 좋다.
실시형태의 콘덴서를 구성하는 유전체층(5)은 상기한 성분 이외에, 마그네슘(Mg) 및 망간(Mn)을 포함하고 있어도 좋다. 마그네슘(Mg)은 콘덴서의 정전용량의 온도 특성을 조정하는데 사용한다. 망간(Mn)은 유전체층(5)의 내환원성을 높이는데도 사용한다. 이 밖에, 필요에 따라 유전체층(5)에 산화규소에 다른 원소가 포함되는 유리 분말 등의 소결 조제 등을 더 포함해도 좋다.
이어서, 실시형태의 콘덴서의 제조 방법에 대해서 설명한다. 실시형태의 콘덴서에 있어서, 유전체층(5)을 형성하기 위한 세라믹 그린 시트에, 이하에 나타내는 가소 분말을 사용하는 것 이외에는, 콘덴서의 관용적인 제조 방법에 의해 제작할 수 있다. 이 경우, 가소 분말은 티탄산바륨 분말과 규소의 성분(산화규소를 포함하는 분말)을 혼합한 후, 가소함으로써 조제한다. 원료 분말로서, 이러한 가소 분말을 사용하면, 티탄산바륨 분말의 내부에까지 규소가 고용되기 쉬워진다. 또한, 규소가 결정 입자(9)의 내부에까지 고용된 결정 입자(9)의 개수 비율을 변화시킬 때에는 티탄산바륨 분말에 대한 산화규소를 포함하는 분말의 첨가량을 변경하도록 한다.
실시예
이하, 콘덴서를 구체적으로 제작해서 특성 평가를 행했다. 우선, 유전체 분말을 조제하기 위한 원료 분말로서, 티탄산바륨(BaTiO3) 분말, 탄산마그네슘(Mg2CO 3) 분말, 산화디스프로슘(Dy2O3) 분말, 탄산망간(MnCO3) 분말 및 소결 조제가 되는 분말(SiO2=55, BaO=20, CaO=15, Li2O3=10(몰%))을 준비했다. 이 경우, 티탄산바륨 분말에는 평균 입자지름이 0.25㎛의 티탄산바륨 분말을 사용했다. 유전체 분말은 티탄산바륨 분말 100몰에 대하여, 산화마그네슘(MgO) 분말을 MgO 환산으로 0.8몰, 산화디스프로슘(Dy2O3) 분말을 0.8몰, 탄산망간(MnCO3) 분말을 MnO 환산으로 0.3몰 첨가하고, 또한 소결 조제가 되는 분말(SiO2-BaO-CaO계의 유리 분말)을 티탄산바륨 분말 100질량부에 대하여 1질량부 첨가한 조성으로 했다. 여기서는, 티탄산바륨 분말에 대하여, 본래의 유리 성분의 첨가량에 대하여 소정의 비율(0.3∼0.5)만 소결 조제가 되는 분말을 미리 추가하고, 대기 중, 800℃, 2시간의 가소를 행하여, 가소 분말을 조제했다.
이어서, 이 가소 분말에 나머지의 첨가 성분을 첨가하고, 이것에 유기 비히클을 혼합해서 슬러리를 조제했다. 나머지의 첨가 성분이란 산화마그네슘(MgO) 분말, 산화디스프로슘(Dy2O3) 분말, 탄산망간(MnCO3) 분말 및 소결 조제가 되는 분말의 것이다.
이어서, 조제한 슬러리를 이용하여 닥터 블레이드법에 의해, 평균 두께가 5㎛인 세라믹 그린 시트를 제작했다. 유기 비히클에 포함시키는 수지로서는 부티랄계 수지를 사용했다. 부티랄계 수지의 첨가량은 유전체 분말 100질량부에 대하여 10질량부로 했다. 용매에는 에틸알코올과 톨루엔을 1:1로 혼합한 용매를 사용했다. 가소 분말을 사용하지 않는 방법에 의해 제작한 세라믹 그린 시트도 마찬가지의 두께로 제작했다. 내부 전극 패턴을 형성하기 위한 도체 페이스트로서는 니켈 분말을 포함하는 도체 페이스트를 사용했다.
이어서, 제작한 세라믹 그린 시트에 도체 페이스트를 인쇄해서 패턴 시트를 제작했다. 여기서, 가소 분말을 이용하여 제작한 세라믹 그린 시트에 의해 제작한 패턴 시트를 제 1 시트라고 한다. 가소 분말을 사용하지 않는 방법으로 제작한 세라믹 그린 시트에 의해 제작한 패턴 시트를 제 2 시트라고 한다.
이어서, 제작한 제 1 시트 및 제 2 시트를 조합시켜서 10층 적층해서 코어 적층체를 제작했다. 이어서, 코어 적층체의 상면측 및 하면측에 커버층으로서 세라믹 그린 시트를 각각 겹쳐서 모체 적층체를 제작했다. 커버층에는 가소 분말을 사용하지 않는 방법에 의해 제작한 세라믹 그린 시트를 사용했다. 이후, 모체 적층체를 절단해서 콘덴서 본체의 성형체를 제작했다.
이어서, 콘덴서 본체의 성형체를 소성해서 콘덴서 본체를 제작했다. 본 소성은 수소-질소 중, 승온 속도를 900℃/h로 해서 최고 온도를 1190℃로 설정한 조건에서 소성했다. 이 소성에는 저항 가열 방식의 소성로를 사용했다. 계속해서, 콘덴서 본체에 대하여 재산화 처리를 행했다. 재산화 처리의 조건은 질소 분위기 중, 최고 온도를 1000℃로 설정하고, 유지 시간을 5시간으로 했다. 콘덴서 본체의 사이즈는 1mm×0.5mm×0.5mm였다. 유전체층의 평균 두께는 3㎛였다. 내부 전극층의 평균 두께는 1㎛였다. 적층수는 10층으로 했다. 제작한 콘덴서의 정전용량의 설계값은 10nF로 설정했다.
이어서, 콘덴서 본체를 배럴 연마한 후, 콘덴서 본체의 양단부에 외부 전극 페이스트를 도포하고, 800℃의 온도에서 베이킹을 행해서 외부 전극을 형성했다. 외부 전극 페이스트는 Cu 분말 및 유리를 첨가한 것을 사용했다. 그 후, 전해 배럴기를 이용하여, 이 외부 전극의 표면에 순서대로 Ni 도금 및 Sn 도금을 형성해서 콘덴서를 얻었다.
이어서, 제작한 콘덴서에 대해서 이하의 평가를 행했다. 우선, 얻어진 콘덴서 중 수개를 선택하고, 유발을 이용하여 분쇄하고, X선 회절용의 시료를 제작했다. 이어서, 제작한 시료의 X선 회절을 행하고, 유전체층을 구성하는 주성분을 특정했다.
이어서, 유전체층을 구성하고 있는 결정 입자에 대한 분석을 행했다. 이 분석에는 콘덴서의 시료를 이하와 같이 가공한 것을 사용했다. 우선, 콘덴서의 단면을 연마하고, 도 2에 나타내는 바와 같은 단면을 노출시킨 시료를 제작했다. 이어서, 단면을 노출시킨 시료에 대하여 FIB(집속 이온빔: Focused ion Beam) 가공을 행하고, 투과형 전자 현미경의 관찰용의 시료를 제작했다.
이어서, 얻어진 시료에 대하여 분석기를 구비한 투과형 전자 현미경을 사용함으로써 이하의 해석 및 평가를 행했다. 우선, 투과형 전자 현미경의 관찰에 의해 얻어진 사진으로부터, 도 3에 나타낸 바와 같은 유전체층이 1층 들어갈 정도의 단면을 선택했다. 단위 면적이라고 한 영역은 유전체층의 1층의 W 단면이다. W 단면이란 콘덴서에 있어서 외부 전극이 형성된 콘덴서 본체의 끝면에 평행한 방향의 단면의 것이다. 선택한 유전체층은 콘덴서 본체의 단면에 있어서의 적층 방향의 중앙부의 1층이다. 또한, 분석하는 부위로서는 그 선택한 유전체층의 폭 방향의 중앙의 부분으로 했다. 분석은 3㎛×3㎛의 면적에 존재하는 결정 입자에 대해서 행했다. 이것을 3개소 실시했다.
이어서, 선택한 1층의 유전체층 내에 존재하는 결정 입자에 포함되는 성분의 동정을 행했다. 분석의 결과, 모상은 티탄산바륨을 주체로 하는 것이었다. 제작한 콘덴서 중 가소 분말을 이용하여 제작한 콘덴서는 어느 시료라도 유전체층 중에 제 1 결정 입자 및 제 2 결정 입자가 포함되는 것으로 되어 있었다. 또한, 제작한 콘덴서의 유전체층 중에는 제 3 결정 입자로 확인되는 결정 입자도 포함되어 있었다. 특정의 결정 입자에 대하여, 희토류 원소(RE)의 농도 분포를 평가했을 때에, 코어·쉘 구조를 갖는 것으로 되어 있었다. 제 1 결정 입자로 동정된 결정 입자는 코어부에 있어서의 희토류 원소(RE)의 농도(Ccr)에 대한 쉘부에 있어서의 희토류 원소(RE)의 농도(Csr)의 비(Csr/Ccr)는 어느 결정 입자나 7∼8의 범위였다. 같은 결정 입자에 있어서의 규소의 농도 분포는 규소가 결정 입자의 내부에까지 고농도로 포함되어 있는 상태였다. 제 2 결정 입자로 동정된 결정 입자는 코어부에 있어서의 규소의 농도(Ccs)에 대한 쉘부에 있어서의 규소의 농도(Css)의 비(Css/Ccs)는 어느 결정 입자도 1.5였다.
이어서, 유전 특성에 대해서는 직류 전압을 인가하지 않는 조건에 있어서 정전용량을 측정했다. 직류 전압을 인가하지 않는 조건은 교류 전압 1.0V, 주파수 1kHz이다. 시료수는 30개로 하여 평균값을 구했다. 측정한 시료의 정전용량을 표 1에 나타냈다. 고온에서의 절연 저항도 측정했다. 온도는 125℃로 설정했다. 고온에서의 절연 저항은 제작한 시료(콘덴서)를 항온조에 둔 상태에서 직류 전압(100V)을 1분간 인가한 상태에서의 값으로 했다. 시료수는 20개로 하고, 평균값을 구했다. 가소 분말을 사용하지 않는 방법에 의해 제작한 세라믹 그린 시트를 전층에 적용한 시료를 제작하고, 마찬가지의 평가를 행했다. 가소 분말을 사용하지 않는 방법에 의해 제작한 세라믹 그린 시트를 전층에 적용한 시료의 유전체층을 구성하는 결정 입자는 모두 희토류 원소(RE)의 농도 분포로부터는 코어·쉘 구조를 갖는 것으로 되어 있었지만, 규소가 결정 입자의 내부에까지 고용된 상태의 결정 입자는 확인되지 않았다. 이때, 측정 오차 정도의 신호 레벨의 결정 입자는 제외하도록 했다.
Figure pct00001
표 1의 결과로부터 명확하게 나타내는 바와 같이, 유전체층 중에 제 2 결정 입자를 포함시킨 시료(시료 No．2∼4)는 유전체층 중에 제 2 결정 입자가 포함되지 않았던 시료(시료 No．1)와 비교해서 정전용량이 높았다. 또한, 고온에 있어서의 절연 저항도 높았다. 각 시료의 유전체층에 대한 X선 회절 및 투과형 전자 현미경에 의한 관찰의 결과로부터, 시료 No．2∼4는 시료 No．1과 비교해서 이상 및 입계상의 비율이 적은 것을 확인했다. 유전체층 중에 제 2 결정 입자를 포함시킨 시료(시료 No．2∼4) 중에서, 유전체층 중에 포함되는 제 2 결정 입자의 개수비가 80%인 시료(시료 No．3, 4)는 유전체층 중에 포함되는 제 2 결정 입자의 개수비가 50%인 시료(시료 No．2)와 비교해서 정전용량이 높고, 또한 고온에 있어서의 절연 저항도 높았다. 또한, 콘덴서 본체의 전층에 제 1 시트(가소 분말을 이용하여 제작한 세라믹 그린 시트)를 적용한 시료(시료 No．4)는 제 1 시트의 층수를 반분의 층수로 한 시료(시료 No．3)보다 정전용량 및 고온에 있어서의 절연 저항이 높았다.
본 개시는 다음의 실시형태가 가능하다.
본 개시의 콘덴서는 유전체층과 내부 전극층이 교대로 복수층 적층된 콘덴서 본체를 구비하고 있으며, 상기 유전체층은 티탄산바륨을 주성분으로 하는 결정 입자와, 희토류 원소 및 규소를 포함하고, 상기 결정 입자는 제 1 결정 입자와 제 2 결정 입자를 포함하고, 상기 결정 입자에 있어서의 표층의 부분을 쉘부로 하고, 상기 쉘부가 둘러싸는 내측의 부분을 코어부라고 했을 때에, 상기 제 1 결정 입자는 상기 희토류 원소의 농도가 상기 코어부보다 상기 쉘부에서 높은 분포를 갖고 있으며, 상기 제 2 결정 입자는 상기 코어부 및 상기 쉘부에 있어서의 상기 규소의 농도의 비가 상기 제 1 결정 입자의 상기 코어부 및 상기 쉘부에 있어서의 상기 희토류 원소의 농도의 비보다 작은 분포를 갖고 있도록 구성된다.
이상, 본 개시의 실시형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 또한 본 개시는 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서, 각종 변경, 개량 등이 가능하다. 상기 각 실시형태를 각각 구성하는 전부 또는 일부를 적절히 모순되지 않는 범위에서 조합가능한 것은 말할 것도 없다.
1: 콘덴서 본체 3: 외부 전극
5: 유전체층 7: 내부 전극층
9: 결정 입자 9A: 제 1 결정 입자
9B: 제 2 결정 입자 9a: 쉘부
9b: 코어부 11: 이상
13: 입계상

Claims (4)

  1. 유전체층과 내부 전극층이 교대로 복수층 적층된 콘덴서 본체를 구비하고 있고,
    상기 유전체층은 티탄산바륨을 주성분으로 하는 결정 입자와, 희토류 원소 및 규소를 포함하고,
    상기 결정 입자는 제 1 결정 입자와 제 2 결정 입자를 포함하고,
    상기 결정 입자에 있어서의 표층의 부분을 쉘부라고 하고, 상기 쉘부가 둘러싸는 내측의 부분을 코어부라고 했을 때에,
    상기 제 1 결정 입자는 상기 희토류 원소의 농도가 상기 코어부보다 상기 쉘부에서 높은 분포를 갖고 있으며,
    상기 제 2 결정 입자는 상기 코어부 및 상기 쉘부에 있어서의 상기 규소의 농도의 비가 상기 제 1 결정 입자의 상기 코어부 및 상기 쉘부에 있어서의 상기 희토류 원소의 농도의 비보다 작은 분포를 갖고 있는 콘덴서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 결정 입자가 상기 유전체층 중에 개수비로 80% 이상 포함되는 콘덴서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 결정 입자는 상기 희토류 원소를 포함하고, 상기 희토류 원소의 농도가 상기 코어부보다 상기 쉘부에서 높은 콘덴서.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콘덴서 본체는 상기 제 2 결정 입자를 포함하는 상기 유전체층을 전층에 갖는 콘덴서.
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