WO2014097678A1 - 積層セラミックコンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

積層セラミックコンデンサおよびその製造方法 Download PDF

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中西 徹
岡松 俊宏
明大 鶴
和田 博之
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a multilayer ceramic capacitor using a dielectric ceramic and a method for manufacturing the same.
  • the multilayer ceramic capacitor has a high relative dielectric constant while maintaining good temperature characteristics and high reliability.
  • Patent Document 1 has a high relative dielectric constant ( ⁇ > 3500) and good temperature characteristics (within ⁇ 15% in a temperature range of ⁇ 25 to 85 ° C. and ⁇ 55 A multilayer ceramic capacitor that has been maintained within ⁇ 22% within a temperature range of ⁇ 105 ° C. has been proposed.
  • This multilayer ceramic capacitor has BaTiO 3 as a main component, and with respect to 100 mol of the main component, 0.50 to 2.50 mol of MgO and 0 to MnO as subcomponents in terms of each oxide or composite oxide.
  • R 2 O 3 (where R is a rare earth element other than Gd) is 0.40 to 1.50 mol, and Gd 2 O 3 is 0.03 to 0.10 mol (provided that 0 .10 mol), BaZrO 3 is 0.20 to 0.70 mol, and an oxide of an element selected from the group consisting of V, Ta, Mo, Nb, and W is 0.02 to 0.15 mol.
  • a dielectric ceramic composition is used.
  • the multilayer ceramic capacitor of Patent Document 1 has a problem that it cannot have a relative dielectric constant exceeding 4500.
  • the relative dielectric constant is larger than 4500, good temperature characteristics (within ⁇ 15% in the temperature range of ⁇ 25 to 85 ° C.) cannot be secured, and the reliability is also unsatisfactory. Because it will be something.
  • an object of the present invention is to provide a multilayer ceramic capacitor capable of having a high dielectric constant exceeding 4500 while maintaining good temperature characteristics and high reliability, and a method for manufacturing the same.
  • the present invention A laminate composed of a plurality of dielectric ceramic layers and a plurality of internal electrodes arranged at the interface between the plurality of dielectric ceramic layers; An external electrode formed on the outer surface of the laminate and electrically connected to the internal electrode; A monolithic ceramic capacitor comprising:
  • the laminate is A perovskite-type compound containing Ba and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb and Dy, and a group consisting of Y, Si, Mn, Mg and Zr Optionally containing an element selected from When the total content of Ti is 100 mole parts, (A)
  • the content a (mole part) of at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb and Dy is 0.2 ⁇ a ⁇ 0.8.
  • the present invention also provides: A laminate composed of a plurality of dielectric ceramic layers and a plurality of internal electrodes arranged at the interface between the plurality of dielectric ceramic layers; An external electrode formed on the outer surface of the laminate and electrically connected to the internal electrode; A monolithic ceramic capacitor comprising:
  • the laminate is A perovskite-type compound containing Ba and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb and Dy, and a group consisting of Y, Si, Mn, Mg and Zr Optionally containing an element selected from When the laminate is dissolved to form a solution, when the total content of Ti is 100 mol parts, (A) The content a (mole part) of at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb and Dy is 0.2 ⁇ a ⁇ 0.8.
  • the present invention also provides: A laminate composed of a plurality of dielectric ceramic layers and a plurality of internal electrodes arranged at the interface between the plurality of dielectric ceramic layers; An external electrode formed on the outer surface of the laminate and electrically connected to the internal electrode; A monolithic ceramic capacitor comprising: Dielectric ceramic layer A perovskite-type compound containing Ba and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb and Dy, and a group consisting of Y, Si, Mn, Mg and Zr Optionally containing an element selected from When the total content of Ti is 100 mole parts, (A) The content a (mole part) of at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb and Dy is 0.2 ⁇ a ⁇ 0.8.
  • the multilayer ceramic capacitor can obtain high reliability while maintaining a high relative dielectric constant ⁇ and good temperature characteristics. It is done.
  • each of the plurality of dielectric ceramic layers has crystal particles and the average particle size of the crystal particles is 0.5 ⁇ m or less.
  • the particle diameter of the crystal particles of the dielectric ceramic layer is small, the surface area of the crystal particles is increased, and the capacitance change rate (DC bias characteristics) when a DC voltage is applied is further improved.
  • the dielectric constant ⁇ of the dielectric ceramic layer exceeds 5500.
  • a multilayer ceramic capacitor having a high relative dielectric constant ⁇ can be obtained.
  • the internal electrode is mainly composed of Ni or Ni alloy. As a result, a low-cost multilayer ceramic capacitor can be obtained.
  • the present invention also provides: Adding a compound containing at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb and Dy to a powder containing a perovskite type compound containing Ba and Ti, a compound containing Y, a compound containing Si, A step of preparing a ceramic slurry by optionally adding a compound selected from the group consisting of a compound containing Mn, a compound containing Mg and a compound containing Zr, and mixing and slurrying; Forming a ceramic slurry into a sheet to obtain a ceramic green sheet; Forming a green laminate in which a ceramic green sheet and a conductive pattern to be an internal electrode after firing are stacked; and Firing the unfired laminate and obtaining a laminate having a structure in which internal electrodes are disposed at the interfaces between the plurality of laminated dielectric ceramic layers, and In the ceramic slurry, when the total content of Ti is 100 mol parts, (A) The content a (mole part) of at least one element selected
  • the present invention also provides: Adding a compound containing at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb and Dy to a powder containing a perovskite type compound containing Ba and Ti, a compound containing Y, a compound containing Si, Preparing a ceramic slurry by slurrying a mixture obtained by optionally adding a compound selected from the group consisting of a compound containing Mn, a compound containing Mg and a compound containing Zr; Forming a ceramic slurry into a sheet to obtain a ceramic green sheet; Forming a green laminate in which a ceramic green sheet and a conductive pattern to be an internal electrode after firing are stacked; and Firing the unfired laminate and obtaining a laminate having a structure in which internal electrodes are disposed at the interfaces between the plurality of laminated dielectric ceramic layers, and In the mixture, when the total content of Ti is 100 mol parts, (A) The content a (mole part) of at least one element selected from the group consist
  • a multilayer ceramic capacitor having a high relative dielectric constant ⁇ , good temperature characteristics and high reliability is manufactured with good mass productivity.
  • Gd, Tb, and Dy which are additive elements as subcomponents
  • a group consisting of Y, Si, Mn, Mg, and Zr A multilayer ceramic capacitor having a high relative dielectric constant ⁇ and good temperature characteristics and high reliability can be obtained by adding an element selected from the above in a predetermined composition condition.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing an embodiment of a multilayer ceramic capacitor according to the present invention.
  • FIG. 2 is an AA sectional view (LT sectional view) of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a BB cross-sectional view (WT cross-sectional view) of FIG. 1.
  • 1 is a flowchart showing an embodiment of a method for manufacturing a multilayer ceramic capacitor according to the present invention.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing a multilayer ceramic capacitor 1.
  • the multilayer ceramic capacitor 1 includes a multilayer body 10 and external electrodes 20 and 22 formed on the left and right end faces of the multilayer body 10.
  • the multilayer body 10 includes a plurality of dielectric ceramic layers 6 and a plurality of internal electrodes 2 and 4 disposed at the interfaces between the plurality of dielectric ceramic layers 6. That is, the laminate 10 has a structure in which a plurality of dielectric ceramic layers 6 and a plurality of internal electrodes 2 and 4 are alternately laminated in the thickness direction (T direction).
  • the internal electrode 2 and the internal electrode 4 are opposed to each other through the dielectric ceramic layer 6 in the thickness direction. Capacitance is formed at a portion where the internal electrode 2 and the internal electrode 4 face each other with the dielectric ceramic layer 6 therebetween.
  • the internal electrodes 2 and 4 are made of Ag, Cu, Ni, Pd, or an alloy of these metals. In particular, when the internal electrodes 2 and 4 are made of Ni or Ni alloy, the cost of the multilayer ceramic capacitor 1 can be reduced.
  • the left end portion of the internal electrode 2 is drawn out to the left end surface of the laminate 10 and is electrically connected to the external electrode 20.
  • the right end portion of the internal electrode 4 is drawn out to the right end surface of the multilayer body 10 and is electrically connected to the external electrode 22.
  • the dielectric ceramic layer 6 (laminated body 10) includes at least one rare earth element selected from the group consisting of perovskite type compounds containing Ba and Ti as main components and Gd, Tb and Dy as subcomponents. And an element selected from the group consisting of Y, Si, Mn, Mg, and Zr, which are subcomponents, is optionally contained. Furthermore, the dielectric ceramic layer 6 may contain an element selected from the group consisting of Ho, La, Sm, Eu, Er, Tm, and Yb as a subcomponent. However, the elements Ho, La, Sm, Eu, Er, Tm, and Yb are not necessarily required.
  • (A) The content a (mole part) of at least one rare earth element selected from the group consisting of Gd, Tb and Dy is 0.2 ⁇ a ⁇ 0.8.
  • (A) Y content b (mole part) is 0.0 ⁇ b ⁇ 0.5.
  • (C) Si content c (molar part) is 0.0 ⁇ c ⁇ 2.5.
  • (D) Mn content d (mol part) is 0.0 ⁇ d ⁇ 0.25.
  • (E) Mg content e (mole part) is 0.0 ⁇ e ⁇ 1.2.
  • (F) Zr content f (mol part) is 0.0 ⁇ f ⁇ 0.5
  • the molar ratio m of Ba content / (Zr content + Ti content) is 0.99 ⁇ m ⁇ 1.01. It is.
  • the dielectric ceramic layers 6 each have crystal particles, and the average particle size of the crystal particles is 0.5 ⁇ m or less. Therefore, since the particle diameter of the crystal particles is small, the surface area of the crystal particles is increased, the DC bias characteristics are further improved, and the numerical value of the DC bias characteristics can be made larger than ⁇ 70%. In other words, the reduction rate of the DC bias characteristic can be made smaller than 70%.
  • the multilayer ceramic capacitor 1 having the above configuration includes at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb and Dy, which are additive elements of subcomponents, and Y, Si, Mn, Mg and Zr.
  • a high dielectric constant ⁇ (> 5500) and good temperature characteristics can be obtained by adding an element selected from the group consisting of the above-described composition conditions (a) to (g). Then, by adding 0.2 ⁇ a ⁇ 0.8, the content a (mole part) of at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb, and Dy is obtained. High reliability can be obtained while maintaining a high relative dielectric constant ⁇ and good temperature characteristics.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing the multilayer ceramic capacitor 1.
  • step S1 high-purity BaCO 3 and TiO 2 powders are prepared as starting materials for the main component barium titanate, and a predetermined amount is weighed and prepared.
  • this blended powder is wet-mixed by a ball mill and uniformly dispersed, and then subjected to a drying treatment to obtain an adjusted powder.
  • the obtained adjusted powder is calcined at a temperature of 1000 to 1200 ° C. to obtain a main component powder having an average particle size of 0.3 to 0.5 ⁇ m.
  • the main component powder is a powder containing a perovskite type compound containing Ba and Ti.
  • step S2 Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Y 2 O 3 , Ho 2 O 3 , La 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3 are used as subcomponents.
  • Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , SiO 2 , MnCO 3 , MgCO 3 and ZrO 2 are prepared.
  • Ho 2 O 3 , La 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , and Yb 2 O 3 are not necessarily required.
  • the content e (mole part) of Mg contained in the MgCO 3 compound powder is 0.0 ⁇ e ⁇ 1.2.
  • the content f (mole part) of Zr contained in the ZrO 2 compound powder is 0.0 ⁇ f ⁇ 0.5.
  • step S3 the weighed subcomponent compound powder is mixed with the main component powder to obtain a mixed powder (mixture). That is, at least one compound powder selected from the group consisting of a main component powder of barium titanate and Gd 2 O 3 compound powder, Tb 2 O 3 compound powder, and Dy 2 O 3 compound powder as subcomponents. together but is added, Y 2 O 3 compound powder, SiO 2 compound powder, MnCO 3 compound powder, the compound powder selected from the group consisting of a MgCO 3 compound powder and ZrO 2 compound powder are mixed is added.
  • a mixed powder that is, at least one compound powder selected from the group consisting of a main component powder of barium titanate and Gd 2 O 3 compound powder, Tb 2 O 3 compound powder, and Dy 2 O 3 compound powder as subcomponents. together but is added, Y 2 O 3 compound powder, SiO 2 compound powder, MnCO 3 compound powder, the compound powder selected from the group consisting of a MgCO 3 compound powder and ZrO 2 compound powder are mixed is
  • this mixed powder is wet-mixed by a ball mill and uniformly dispersed, and then subjected to a drying process to obtain a ceramic raw material powder.
  • a ball mill when a YSZ ball is used as a medium (mixing aid), Zr and Y contained in the YSZ ball may be mixed into the weighed ceramic raw material powder.
  • the mixing ratio of the ceramic raw material powder including the amount of Zr and Y contained in the YSZ ball, is adjusted so as to satisfy the composition conditions (A) to (G).
  • step S4 after adding a polyvinyl butyral binder, a plasticizer, and an organic solvent (ethanol) to the ceramic raw material powder, these are wet mixed by a ball mill to produce a ceramic slurry.
  • step S5 the ceramic slurry is formed into a sheet shape by a lip method to form a rectangular ceramic green sheet.
  • step S6 a conductive paste containing Ni or Ni alloy is screen-printed on the ceramic green sheet to form a conductive paste film (conductor pattern) to be the internal electrodes 2 and 4.
  • step S7 a plurality of ceramic green sheets on which the conductive paste film is formed should be stacked so that the drawing directions of the end portions of the conductive paste film are alternated to become the main body of the multilayer ceramic capacitor 1.
  • An unfired laminate 10 is formed.
  • step S8 the unfired laminate 10 is heated in a N 2 atmosphere at a temperature of 350 ° C. for 3 hours, and the binder is burned. Thereafter, the unfired laminate 10 is heated for 2 hours at a temperature of 1150 to 1250 ° C. in a reducing atmosphere composed of H 2 —N 2 —H 2 O gas having an oxygen partial pressure of 10 ⁇ 9 to 10 ⁇ 12 MPa.
  • the laminated body 10 is fired and sintered.
  • the ceramic green sheet and the conductive paste film are fired simultaneously, the ceramic green sheet becomes the dielectric ceramic layer 6, and the conductive paste film becomes the internal electrodes 2 and 4.
  • step S9 a Cu paste containing glass frit is applied to both end faces of the sintered laminate 10. Thereafter, the sintered laminate 10 is baked with Cu paste at a temperature of 800 ° C. in an N 2 atmosphere, and external electrodes 20 and 22 electrically connected to the internal electrodes 2 and 4 are formed.
  • the multilayer ceramic capacitor 1 having a high relative dielectric constant ⁇ , good temperature characteristics and high reliability is manufactured with high mass productivity.
  • the outer dimensions of the obtained multilayer ceramic capacitor 1 are 2.0 mm in length, 1.2 mm in width, and 1.0 mm in thickness.
  • the thickness of the dielectric ceramic layer 6 interposed between the internal electrode 2 and the internal electrode 4 is 2.0 ⁇ m.
  • the number of effective dielectric ceramic layers is 100, and the counter electrode area of one dielectric ceramic layer 6 is 1.7 mm 2 .
  • Examples and Comparative Examples Each of the multilayer ceramic capacitors 1 of Examples and Comparative Examples was produced by the manufacturing method of the above-described embodiment, and the characteristics were evaluated. At that time, high-purity BaCO 3 and TiO 2 powders were prepared as starting materials for the main component powder of barium titanate, and a predetermined amount was weighed and prepared.
  • Addition amount, addition amount of SiO 2 compound powder, addition amount of MnCO 3 compound powder, addition amount of MgCO 3 compound powder and addition amount of ZrO 2 compound powder are the total content of Ti contained in the main component barium titanate Is 100 mol part, the content of Gd, Tb, Dy, Y, Ho, La, Sm, Eu, Er, Tm, Yb, Si, Mn, Mg and Zr, and the Ba / (Ti + Zr) molar ratio was adjusted to have the compositions shown in Tables 1, 2 and 3. After these subcomponents were weighed, they were formulated into a main component powder of barium titanate.
  • the laminated body (ceramic sintered body) 10 after the external electrodes 20 and 22 are removed is dissolved with an acid, and ICP emission spectroscopic analysis is performed. It was. As a result, it was confirmed that the laminate 10 had substantially the same composition as the compositions shown in Tables 1, 2 and 3 except for Ni of the internal electrodes 2 and 4.
  • the multilayer ceramic capacitor 1 was polished to a position approximately half of the width direction, and after polishing, the LT polished surface was processed by ion milling to eliminate internal electrode sagging due to polishing. Thereafter, the LT polished surface was observed using an optical microscope.
  • the LT polished surface was observed using an optical microscope.
  • the distance of the region where the internal electrode 2 (4) is laminated is t, the vicinity of the lower part (near t / 5), the vicinity of the center (t / 2) and the upper part (4t / 5), the lengths of the portions sandwiched between the opposed internal electrodes 2 and 4 in the three randomly extracted dielectric ceramic layers 6 in the respective regions.
  • the length in the direction (L direction) was measured, and the average value b was calculated.
  • the counter electrode area was calculated as a ⁇ b.
  • the number of evaluation samples was 3, and the average of the three evaluation samples was used as the value of the counter electrode area.
  • each multilayer ceramic capacitor 1 is held in such a posture that the width direction is vertical, the periphery of the multilayer ceramic capacitor 1 is hardened with resin, and the LT surface of the multilayer ceramic capacitor 1 is exposed from the resin. To be fixed. Thereafter, each multilayer ceramic capacitor 1 was polished by using a polishing machine so that the LT polished surface at a position approximately half the width direction was exposed. After polishing, the LT polished surface was processed by ion milling to eliminate the sagging of the internal electrodes 2 and 4 due to polishing.
  • the dielectric ceramic on the orthogonal line L The thickness of the layer 6 was measured for five layers in each region, and the average value was taken as the element thickness.
  • the temperature change rate of the capacitance was measured for five multilayer ceramic capacitors 1.
  • the electrostatic capacity was measured in the temperature range of ⁇ 55 ° C. to + 85 ° C. under the condition that the AC electric field was 0.25 V / ⁇ m and the measurement frequency was 1 kHz while changing the temperature.
  • the temperature change rate ⁇ C TC of the capacitance is calculated by the following formula using the capacitance value C TC having the maximum absolute value of change based on the capacitance value C 25 at 25 ° C. It was.
  • the average value of ⁇ C TC obtained for five samples was used as the value of the temperature change rate ⁇ C TC of the capacitance.
  • ⁇ C TC is preferably within ⁇ 15%.
  • ⁇ C TC ((C TC -C 25 ) / C 25 )
  • the multilayer ceramic capacitor 1 was measured for insulation resistance (IR) under the conditions of a temperature of room temperature and a DC electric field strength of 8 V / ⁇ m.
  • IR insulation resistance
  • the number of evaluation samples is 100.
  • the multilayer ceramic capacitor 1 was measured for insulation resistance (IR) under the conditions of a temperature of room temperature and a DC electric field strength of 8 V / ⁇ m.
  • IR insulation resistance
  • the number of evaluation samples is 100.
  • the capacitance of the multilayer ceramic capacitor 1 was measured under conditions where the temperature was 25 ° C., the AC electric field was 0.25 V / ⁇ m, the measurement frequency was 1 kHz, and no DC electric field was applied. Thereafter, the capacitance of the multilayer ceramic capacitor 1 was measured under the conditions of a temperature of 25 ° C., an AC electric field of 0.25 V / ⁇ m, a measurement frequency of 1 kHz, and a DC electric field of 2.5 V / ⁇ m.
  • the capacitance change rate (DC bias characteristics) when a DC voltage was applied was calculated based on the capacitance when no DC voltage was applied. It is preferable that the DC bias characteristics have a small reduction rate.
  • the number of evaluation samples was 3, and the average value of the three evaluation samples was used as the value of the DC bias characteristic.
  • the Gd content of the Gd 2 O 3 compound contained in the ceramic raw material powder is 0.9 mole part, the Tb content of the Tb 2 O 3 compound and Dy 2
  • the temperature change rate ⁇ C TC of the capacitance is ⁇ 15.6%, which is found to exceed the range of ⁇ 15%.
  • Example 1-32 in Table 1 is compared with Example 1-10 in terms of Gd content (molar part), Tb content (molar part), Dy content (molar part), and Y
  • the content (mole part) is the same, 0.1 mol part of Ho 2 O 3 compound is contained as a subcomponent.
  • the effect of the present invention is not changed, and a high relative dielectric constant ⁇ exceeding 5500 provides high reliability and good temperature characteristics.
  • the ceramic raw material powder contains La 2 O 3 compound La, Sm 2 O 3 compound Sm, and Eu 2 O 3 compound Eu as subcomponents. Even if the Er 2 O 3 compound Er, the Tm 2 O 3 compound Tm, and the Yb 2 O 3 compound Yb each contain 0.1 mol parts, the dielectric constant is high and the reliability is high. Temperature characteristics can be obtained.
  • the molar ratio of Ba content of ceramic raw material powder / (Zr content of ceramic raw material powder + Ti content of ceramic raw material powder) was 1.015.
  • the capacitance temperature change rate ⁇ C TC is ⁇ 15.9%, which is found to exceed the range of ⁇ 15%.
  • Example 1-68 of Table 2 As shown in Example 1-68 of Table 2, when the average grain size of the crystal grains of the dielectric ceramic layer 6 is 0.561 ⁇ m, it has a high relative dielectric constant ⁇ , high reliability, and good temperature characteristics. However, the capacitance temperature change rate ⁇ C TC is ⁇ 14.9%, close to the limit value in the range of ⁇ 15%, and it is recognized that the decrease rate of the DC bias characteristic is as large as 74.6%. .
  • the temperature change of the capacitance The rate ⁇ C TC is improved to ⁇ 14.2%, and the reduction rate of the DC bias characteristic is improved to less than 70%. That is, as the crystal grain diameter (grain diameter) decreases, the relative permittivity ⁇ and the capacitance temperature change rate ⁇ C TC improve, and the rate of decrease in DC bias characteristics decreases.
  • this invention is not limited to the said embodiment, In the range of the summary, it deform
  • the thickness, the number of layers, the counter electrode area, and the external dimensions of the dielectric ceramic layers of the multilayer ceramic capacitor are not limited thereto.

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Abstract

 良好な温度特性等を維持しながら、高い比誘電率を有しうる積層セラミックコンデンサおよびその製造方法を提供する。 積層セラミックコンデンサの積層体は、BaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物と、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素とを含有し、かつ、Y、Si、Mn、MgおよびZrからなる群の中から選択される元素を任意で含有し、Tiの合計含有量を100モル部としたとき、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量aが0.2≦a≦0.8、Yの含有量bが0.0≦b≦0.5、Siの含有量cが0.0≦c≦2.5、Mnの含有量dが、0.0≦d≦0.25、Mgの含有量eが0.0≦e≦1.2、Zrの含有量fが0.0≦f≦0.5、Baの含有量/(Zrの含有量+Tiの含有量)のモル比mが0.99≦m≦1.01である。

Description

積層セラミックコンデンサおよびその製造方法
 本発明は、誘電体セラミックを用いた積層セラミックコンデンサおよびその製造方法に関する。
 近年、積層セラミックコンデンサのコストダウン化、小型化および大容量化が、強く要求されている。そのため、積層セラミックコンデンサの特性として、良好な温度特性や高信頼性を維持しつつ、高い比誘電率を有することが望まれている。
 そこで、この対策として、特許文献1には、高い比誘電率(ε>3500)を有し、かつ、良好な温度特性(-25~85℃の温度範囲で±15%以内、かつ、-55~105℃の温度範囲で±22%以内)を維持した積層セラミックコンデンサが提案されている。この積層セラミックコンデンサは、主成分としてBaTiO3を有し、主成分100モルに対し、副成分として、各酸化物または複合酸化物換算で、MgOが0.50~2.50モル、MnOが0.05~0.35モル、R23(ただし、RはGd以外の希土類元素)が0.40~1.50モル、Gd23が0.03~0.10モル(ただし、0.10モルは除く)、BaZrO3が0.20~0.70モル、および、V、Ta、Mo、Nb、Wからなる群から選ばれる元素の酸化物が0.02~0.15モルを含む誘電体磁器組成物を使用している。
特開2009-84112号公報
 しかしながら、特許文献1の積層セラミックコンデンサは、4500を越える比誘電率を有することができないという問題があった。特許文献1に記載の誘電体磁器組成物において、比誘電率を4500より大きくすると、良好な温度特性(-25~85℃の温度範囲で±15%以内)が確保できなくなり、信頼性も不満足なものになるからである。
 それゆえに、本発明の目的は、良好な温度特性や高信頼性を維持しながら、4500を越える高い比誘電率を有することができる積層セラミックコンデンサおよびその製造方法を提供することである。
 本発明は、
 複数の誘電体セラミック層と、複数の誘電体セラミック層同士の界面に配設された複数の内部電極とで構成された積層体と、
 積層体の外表面に形成され、内部電極に電気的に接続された外部電極と、
 を備えた積層セラミックコンデンサであって、
 積層体が、
 BaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物と、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素とを含有し、かつ、Y、Si、Mn、MgおよびZrからなる群の中から選択される元素を任意で含有し、
 Tiの合計含有量を100モル部としたとき、
 (ア)Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
 (イ)Yの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
 (ウ)Siの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
 (エ)Mnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
 (オ)Mgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
 (カ)Zrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
 (キ)Baの含有量/(Zrの含有量+Tiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
 であること、を特徴とする、積層セラミックコンデンサである。
 また、本発明は、
 複数の誘電体セラミック層と、複数の誘電体セラミック層同士の界面に配設された複数の内部電極とで構成された積層体と、
 積層体の外表面に形成され、内部電極に電気的に接続された外部電極と、
 を備えた積層セラミックコンデンサであって、
 積層体が、
 BaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物と、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素とを含有し、かつ、Y、Si、Mn、MgおよびZrからなる群の中から選択される元素を任意で含有し、
 前記積層体を溶解処理して溶液とした場合において、Tiの合計含有量を100モル部としたとき、
 (ア)Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
 (イ)Yの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
 (ウ)Siの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
 (エ)Mnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
 (オ)Mgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
 (カ)Zrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
 (キ)Baの含有量/(Zrの含有量+Tiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
 であること、を特徴とする、積層セラミックコンデンサである。
 また、本発明は、
 複数の誘電体セラミック層と、複数の誘電体セラミック層同士の界面に配設された複数の内部電極とで構成された積層体と、
 積層体の外表面に形成され、内部電極に電気的に接続された外部電極と、
 を備えた積層セラミックコンデンサであって、
 誘電体セラミック層が、
 BaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物と、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素とを含有し、かつ、Y、Si、Mn、MgおよびZrからなる群の中から選択される元素を任意で含有し、
 Tiの合計含有量を100モル部としたとき、
 (ア)Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
 (イ)Yの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
 (ウ)Siの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
 (エ)Mnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
 (オ)Mgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
 (カ)Zrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
 (キ)Baの含有量/(Zrの含有量+Tiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
 であること、を特徴とする、積層セラミックコンデンサである。
 本発明では、主成分としてのBaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物に、副成分として、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素と、Y、Si、Mn、MgおよびZrからなる群の中から選択される元素とを、所定の組成条件で添加することによって、積層セラミックコンデンサは、高い比誘電率εおよび良好な温度特性を維持しながら、高信頼性が得られる。
 また、本発明の積層セラミックコンデンサは、複数の誘電体セラミック層のそれぞれが結晶粒子を有するとともに、結晶粒子の平均粒径が0.5μm以下であることが好ましい。
 本発明では、誘電体セラミック層の結晶粒子の粒子径が小さいため、結晶粒子の表面積が増え、直流電圧を印加したときの静電容量変化率(DCバイアス特性)がより一層良くなる。
 また、本発明の積層セラミックコンデンサは、誘電体セラミック層の比誘電率εが5500を超えていることが好ましい。これによって、高い比誘電率εの積層セラミックコンデンサが得られる。
 また、本発明の積層セラミックコンデンサは、内部電極がNiもしくはNi合金を主成分とすることが好ましい。これによって、低コストの積層セラミックコンデンサが得られる。
 また、本発明は、
 BaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物を含む粉末に、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素を含む化合物を添加すると共に、Yを含む化合物、Siを含む化合物、Mnを含む化合物、Mgを含む化合物およびZrを含む化合物からなる群の中から選択される化合物を任意で添加して混合し、スラリー化することによってセラミックスラリーを調製する工程と、
 セラミックスラリーをシート状に成形して、セラミックグリーンシートを得る工程と、
 セラミックグリーンシートと、焼成後に内部電極となる導体パターンとが積み重ねられた未焼成の積層体を形成する工程と、
 未焼成の積層体を焼成して、積層された複数の誘電体セラミック層同士の界面に内部電極が配設された構造を有する積層体を得る工程と、を備え、
 セラミックスラリーにおいて、Tiの合計含有量を100モル部としたとき、
 (ア)Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
 (イ)Yの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
 (ウ)Siの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
 (エ)Mnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
 (オ)Mgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
 (カ)Zrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
 (キ)Baの含有量/(Zrの含有量+Tiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
 であること、
 を特徴とする、積層セラミックコンデンサの製造方法である。
 また、本発明は、
 BaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物を含む粉末に、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素を含む化合物を添加すると共に、Yを含む化合物、Siを含む化合物、Mnを含む化合物、Mgを含む化合物およびZrを含む化合物からなる群の中から選択される化合物を任意で添加して混合した混合物を、スラリー化することによってセラミックスラリーを調製する工程と、
 セラミックスラリーをシート状に成形して、セラミックグリーンシートを得る工程と、
 セラミックグリーンシートと、焼成後に内部電極となる導体パターンとが積み重ねられた未焼成の積層体を形成する工程と、
 未焼成の積層体を焼成して、積層された複数の誘電体セラミック層同士の界面に内部電極が配設された構造を有する積層体を得る工程と、を備え、
 混合物において、Tiの合計含有量を100モル部としたとき、
 (ア)Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
 (イ)Yの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
 (ウ)Siの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
 (エ)Mnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
 (オ)Mgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
 (カ)Zrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
 (キ)Baの含有量/(Zrの含有量+Tiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
 であること、
 を特徴とする、積層セラミックコンデンサの製造方法である。
 本発明では、高い比誘電率εで、良好な温度特性および高信頼性を有した積層セラミックコンデンサが、量産性良く製造される。
 本発明によれば、副成分としての添加元素である、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素と、Y、Si、Mn、MgおよびZrからなる群の中から選択される元素とを、所定の組成条件で添加することによって、高い比誘電率εで良好な温度特性および高信頼性を有している積層セラミックコンデンサが得られる。
 この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
本発明に係る積層セラミックコンデンサの一実施の形態を示す外観斜視図である。 図1のA-A断面図(LT断面図)である。 図1のB-B断面図(WT断面図)である。 本発明に係る積層セラミックコンデンサの製造方法の一実施の形態を示すフローチャートである。
 本発明に係る積層セラミックコンデンサおよびその製造方法の一実施の形態を説明する。
 1.積層セラミックコンデンサ
 図1は積層セラミックコンデンサ1を示す外観斜視図である。積層セラミックコンデンサ1は、積層体10と、積層体10の左右の端面に形成された外部電極20,22とを備えている。
 図2は図1のA-A断面図(LT断面図)であり、図3の図1のB-B断面図(WT断面図)である。積層体10は、複数の誘電体セラミック層6と、複数の誘電体セラミック層6同士の界面に配設された複数の内部電極2,4とで構成されている。すなわち、積層体10は、複数の誘電体セラミック層6と複数の内部電極2,4とが、厚み方向(T方向)において交互に積層された構造を有している。
 内部電極2と内部電極4とは、厚み方向において、誘電体セラミック層6を介して対向している。この内部電極2と内部電極4とが、誘電体セラミック層6を介して対向している部分に静電容量が形成されている。
 内部電極2,4は、Ag、Cu、Ni、Pd、または、これら金属の合金などからなる。特に、内部電極2,4が、NiもしくはNi合金からなる場合、積層セラミックコンデンサ1の低コスト化が可能となる。
 内部電極2の左側端部は、積層体10の左側端面に引き出されて外部電極20に電気的に接続されている。内部電極4の右側端部は、積層体10の右側端面に引き出されて外部電極22に電気的に接続されている。
 誘電体セラミック層6(積層体10)は、主成分であるBaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物と、副成分であるGd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の希土類元素とを含有し、かつ、副成分であるY、Si、Mn、MgおよびZrからなる群の中から選択される元素を任意で含有している。さらに、誘電体セラミック層6には、副成分として、Ho、La、Sm、Eu、Er、Tm、Ybからなる群の中から選択される元素を含有していてもよい。ただし、Ho、La、Sm、Eu、Er、Tm、Ybの各元素は、必ずしも必要なものではない。
 そして、Tiの合計含有量を100モル部としたとき、
 (ア)Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の希土類元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
 (イ)Yの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
 (ウ)Siの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
 (エ)Mnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
 (オ)Mgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
 (カ)Zrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
 (キ)Baの含有量/(Zrの含有量+Tiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
 である。
 また、誘電体セラミック層6は、それぞれが結晶粒子を有するとともに、結晶粒子の平均粒径は0.5μm以下である。従って、結晶粒子の粒子径が小さいため、結晶粒子の表面積が増加してDCバイアス特性が一層良くなり、DCバイアス特性の数値を-70%より大きくすることができる。言い換えると、DCバイアス特性の低下率を70%より小さくすることができる。
 以上の構成からなる積層セラミックコンデンサ1は、副成分の添加元素である、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素と、Y、Si、Mn、MgおよびZrからなる群の中から選択される元素とを、前述の(ア)~(キ)の組成条件で添加することによって、高誘電率ε(>5500)および良好な温度特性を得ることができる。そして、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量a(モル部)を、0.2≦a≦0.8添加することによって、積層セラミックコンデンサ1は、高い比誘電率εおよび良好な温度特性を維持しながら、高信頼性を得ることができる。
 2.積層セラミックコンデンサの製造方法
 次に、前述の積層セラミックコンデンサ1の製造方法を説明する。図4は、積層セラミックコンデンサ1の製造方法を示すフローチャートである。
 工程S1で、主成分のチタン酸バリウムの出発原料として、高純度のBaCO3およびTiO2の各粉末が準備され、所定量秤量され、調合される。次に、この調合粉末が、ボールミルで湿式混合されて均一に分散された後、乾燥処理が施されて調整粉末が得られる。得られた調整粉末は、1000~1200℃の温度で仮焼され、平均粒径が0.3~0.5μmである主成分粉末とされる。この主成分粉末は、BaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物を含む粉末である。
 次に、工程S2で、副成分として、Gd23、Tb23、Dy23、Y23、Ho23、La23、Sm23、Eu23、Er23、Tm23、Yb23、SiO2、MnCO3、MgCO3およびZrO2の各化合物粉末が準備される。ただし、Ho23、La23、Sm23、Eu23、Er23、Tm23、Yb23の各化合物粉末は、必ずしも必要なものではない。これらの化合物粉末は、主成分粉末に含まれるTiの合計含有量を100モル部としたとき、各成分の含有量が、下記の(ア)~(キ)の組成条件に示す量となるように秤量される(具体的な秤量例が、後出の表1および表2に示されている)。
 (ア)Gd23化合物粉末に含まれるGd、Tb23化合物粉末に含まれるTbおよびDy23化合物粉末に含まれるDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
 (イ)Y23化合物粉末に含まれるYの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
 (ウ)SiO2化合物粉末に含まれるSiの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
 (エ)MnCO3化合物粉末に含まれるMnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
 (オ)MgCO3化合物粉末に含まれるMgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
 (カ)ZrO2化合物粉末に含まれるZrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
 (キ)主成分粉末に含まれるBaの含有量/(ZrO2化合物粉末に含まれるZrの含有量+主成分粉末に含まれるTiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
 次に、工程S3で、秤量された副成分の化合物粉末が、主成分粉末と調合されることにより混合粉末(混合物)とされる。すなわち、チタン酸バリウムの主成分粉末に、副成分として、Gd23化合物粉末、Tb23化合物粉末およびDy23化合物粉末からなる群の中から選択される少なくとも1種の化合物粉末が添加されると共に、Y23化合物粉末、SiO2化合物粉末、MnCO3化合物粉末、MgCO3化合物粉末およびZrO2化合物粉末などからなる群の中から選択される化合物粉末が添加されて混合される。
 次に、この混合粉末は、ボールミルによって湿式混合されて均一に分散された後、乾燥処理が施されてセラミック原料粉末とされる。このボールミルによる湿式混合の過程において、YSZボールがメディア(混合補助具)として使用された場合、YSZボールに含まれているZrやYが、秤量したセラミック原料粉末に混入することがある。その場合には、YSZボールに含まれているZrやYの混入量も含めて、セラミック原料粉末の配合割合が上記(ア)~(キ)の組成条件を満たすように調整される。
 次に、工程S4で、セラミック原料粉末に、ポリビニルブチラール系バインダ、可塑剤および有機溶剤(エタノール)が加えられた後、これらはボールミルによって湿式混合され、セラミックスラリーが作製される。
 次に、工程S5で、セラミックスラリーは、リップ方式によりシート状に成形され、矩形のセラミックグリーンシートとされる。
 次に、工程S6で、セラミックグリーンシート上に、NiもしくはNi合金を含有する導電性ペーストがスクリーン印刷され、内部電極2,4となるべき導電性ペースト膜(導体パターン)が形成される。
 次に、工程S7で、導電性ペースト膜が形成されたセラミックグリーンシートは、導電性ペースト膜の端部の引き出し方向が互い違いになるように複数枚積層され、積層セラミックコンデンサ1の本体となるべき未焼成の積層体10が形成される。
 次に、工程S8で、未焼成の積層体10は、N2雰囲気中において、350℃の温度で3時間加熱され、バインダが燃焼させられる。その後、未焼成の積層体10は、酸素分圧が10-9~10-12MPaのH2-N2-H2Oガスからなる還元性雰囲気中において、1150~1250℃の温度で2時間焼成され、焼結した積層体10とされる。セラミックグリーンシートと導電性ペースト膜とは同時焼成され、セラミックグリーンシートは誘電体セラミック層6となり、導電性ペースト膜は内部電極2,4となる。
 次に、工程S9で、焼結した積層体10の両端面に、ガラスフリットを含有するCuペーストが塗布される。その後、焼結した積層体10は、N2雰囲気中において、800℃の温度でCuペーストが焼き付けられ、内部電極2,4に電気的に接続された外部電極20,22が形成される。
 こうして、高い比誘電率εで、良好な温度特性および高信頼性を有した積層セラミックコンデンサ1が、量産性良く製造される。得られた積層セラミックコンデンサ1の外形寸法は、長さが2.0mm、幅が1.2mm、厚さが1.0mmである。内部電極2と内部電極4との間に介在する誘電体セラミック層6の厚みは2.0μmである。また、有効誘電体セラミック層の数は100層であり、1つの誘電体セラミック層6の対向電極面積は1.7mm2である。
 1.実施例および比較例
 実施例および比較例の各積層セラミックコンデンサ1が、前記実施の形態の製造方法によって作製され、特性評価が行われた。その際、主成分粉末のチタン酸バリウムの出発原料として、高純度のBaCO3およびTiO2の各粉末が準備され、所定量秤量され、調合された。副成分のGd23化合物粉末の添加量、Tb23化合物粉末の添加量、Dy23化合物粉末の添加量、Y23化合物粉末の添加量、その他希土類元素の化合物粉末の添加量、SiO2化合物粉末の添加量、MnCO3化合物粉末の添加量、MgCO3化合物粉末の添加量およびZrO2化合物粉末の添加量は、主成分のチタン酸バリウムに含まれるTiの合計含有量を100モル部としたとき、Gd、Tb、Dy、Y、Ho、La、Sm、Eu、Er、Tm、Yb、Si、Mn、MgおよびZrの含有量と、Ba/(Ti+Zr)モル比とが、表1、表2および表3に示す組成になるように調整された。これら副成分が秤量された後、チタン酸バリウムの主成分粉末に調合された。
 (セラミックスラリーの組成の確認)
 作製工程中、作製した各セラミックスラリー中のセラミック原料粉末が酸により溶解され、ICP発光分光分析が行われた。その結果、セラミックスラリーは、表1、表2および表3に示した組成と略同じ組成を有していることが確認された。なお、ICP発光分光分析の検出下限は0.01mol%であり、検出下限以下のものは0とした。
 (積層体の組成の確認)
 また、作製した実施例および比較例の各積層セラミックコンデンサ1において、外部電極20,22が除去された後の積層体(セラミック焼結体)10が酸により溶解され、ICP発光分光分析が行われた。その結果、積層体10は、内部電極2,4のNiを除いて、表1、表2および表3に示した組成と略同じ組成を有していることが確認された。
 2.実施例および比較例における特性評価および評価方法
 実施例および比較例の各積層セラミックコンデンサ1に対して、以下の特性評価が行なわれた。
 (結晶粒子径(グレイン径)の評価)
 (i)観察用試料の作製
 積層セラミックコンデンサ1は、長さ方向(L方向)の略1/2の位置におけるWT断面が露出するように破断された。次に、積層セラミックコンデンサ1は熱処理され、結晶粒子間の境界(粒界)が明確にされた。熱処理の温度は、結晶粒子が成長しない温度で、かつ、粒界が明確になる温度とし、この実施例では、1000℃で処理した。
 (ii)結晶粒子径(グレイン径)の評価方法
 積層セラミックコンデンサ1のWT断面の、幅方向(W方向)および厚さ方向(T方向)のそれぞれ略1/2の位置(図3の符号Rで表示した位置)が、走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して、30000倍の倍率で観察された。そして、得られたSEM写真から無作為に200個の結晶粒子が抽出され、画像解析によって各結晶粒子の粒界の内側部分の面積から円相当径が算出されて、これを各結晶粒子の結晶粒子径とした。評価サンプル数は5個である。結晶粒子径の代表値は、D50径で算出した(データ数:200個の結晶粒子×評価サンプル数5個=1000データ)。
 (比誘電率εの評価)
 (i)静電容量の測定
 100個の積層セラミックコンデンサ1を150℃で1時間熱処理後、室温に24時間放置した。その後、それぞれの積層セラミックコンデンサの静電容量が、自動ブリッジ式測定機を使用して、温度が25℃、交流電界が0.25V/μm、および、測定周波数が1kHzの条件で測定された。
 (ii)内部電極の被覆率の測定
 積層セラミックコンデンサ1の厚さ方向の略1/2の位置の内部電極2(4)と誘電体セラミック層6との界面が引き剥がされた。次に、露出した内部電極2(4)の中央位置(幅方向(W方向)の略1/2かつ長さ方向(L方向)の略1/2の位置)付近の5000μm2の範囲が、光学顕微鏡を使用して、1000倍の倍率で観察された。そして、得られた画像の画像解析から、内部電極2(4)の金属が占める面積の割合が求められた。評価サンプル数は5個である。5個の評価サンプルの内部電極2(4)の金属が占める面積の割合の平均が、内部電極2(4)の被覆率(%)とされた。
 (iii)対向する内部電極の面積の測定
 積層セラミックコンデンサ1が、長さ方向の略1/2の位置まで研磨され、研磨終了後、研磨による内部電極のダレをなくすために、イオンミリングによってWT研磨面が加工された。その後、WT研磨面が光学顕微鏡を使用して観察された。図3に示すように、積層セラミックコンデンサ1の厚さ方向において、内部電極2(4)が積層されている領域の寸法をtとしたとき、0~(t/5)が下部領域と設定され、(2t/5)~(3t/5)が中央領域と設定され、(4t/5)~tが上部領域と設定される。そして、下部領域、中央領域および上部領域の各領域の中央付近の無作為に抽出された3つの内部電極2(4)について、幅方向の長さが測定され、その平均値aが算出された。
 また、積層セラミックコンデンサ1が、幅方向の略1/2の位置まで研磨され、研磨終了後、研磨による内部電極のダレをなくすために、イオンミリングによってLT研磨面が加工された。その後、LT研磨面が光学顕微鏡を使用して観察された。図2に示すように、積層セラミックコンデンサ1の厚さ方向において、内部電極2(4)が積層されている領域の寸法をtとしたとき、下部付近(t/5付近)、中央付近(t/2付近)、および、上部付近(4t/5)の、それぞれの領域の無作為に抽出された3つの誘電体セラミック層6について、対向する内部電極2,4に挟まれた部分の長さ方向(L方向)の長さが測定され、その平均値bが算出された。
 そして、対向電極面積はa×bとして計算された。評価サンプル数は3個であり、対向電極面積の値には、3個の評価サンプルの平均が用いられた。
 (iv)素子厚の測定
 各積層セラミックコンデンサ1は、幅方向が垂直になるような姿勢で保持され、積層セラミックコンデンサ1の周囲が樹脂で固められ、積層セラミックコンデンサ1のLT面が樹脂から露出するように固定された。その後、各積層セラミックコンデンサ1は、研磨機を使用して、幅方向の略1/2の位置におけるLT研磨面が露出するように研磨された。研磨終了後、研磨による内部電極2,4のダレをなくすために、イオンミリングによってLT研磨面が加工された。
 LT研磨面の長さ方向の略1/2の位置において、内部電極2,4に対して直交する直交線Lが設定された(図2参照)。次に、下部領域(0~(t/5))、中央領域((2t/5)~(3t/5))および上部領域((4t/5)~t)の各領域の中央付近が、走査型電子顕微鏡を使用して、5000倍の倍率で観察された。得られた画像において、最外の誘電体セラミック層6、および、内部電極2,4の欠損によって2層以上の誘電体セラミックス層6が繋がっている部分を除き、直交線L上の誘電体セラミックス層6の厚みが、それぞれの領域において5層測定され、その平均値が素子厚とされた。
 (v)比誘電率の算出
 比誘電率(補正ε)は、カバレッジを考慮して、下記の式により計算された。
 比誘電率=静電容量(F)の平均値×(素子厚(μm)×10-6)÷(対向電極面積(mm2)×10-6)÷(電極被覆率(%)÷100)÷真空中の誘電率(F/m)÷有効誘電体セラミック層数
 ここで、真空中の誘電率は8.854×10-12F/mとし、有効誘電体セラミック層数は100とした。
 (静電容量の温度変化率の測定)
 静電容量の温度変化率は、5個の積層セラミックコンデンサ1に対して測定された。静電容量は、-55℃から+85℃の温度範囲で、温度を変化させながら交流電界が0.25V/μmで、測定周波数が1kHzの条件で測定された。静電容量の温度変化率ΔCTCは、25℃の静電容量値C25を基準にして、変化の絶対値が最大となった静電容量値CTCを用いて、下記の式により計算された。静電容量の温度変化率ΔCTCの値には、5個のサンプルで得られたΔCTCの平均値が用いられた。ΔCTCは、±15%以内であることが好ましい。
 ΔCTC=((CTC-C25)/C25
 (負荷試験による寿命特性の測定)
 (i)高温負荷試験による寿命特性の測定
 積層セラミックコンデンサ1を150℃で1時間熱処理後、室温に24時間放置した。それぞれの積層セラミックコンデンサの静電容量(C)が、自動ブリッジ式測定機を使用して、温度が25℃、交流電界が0.25V/μm、および、測定周波数が1kHzの条件で測定された。その後、各積層セラミックコンデンサ1は、温度が85℃の条件で、12V/μmの直流電界が1000時間印加された。その後、積層セラミックコンデンサ1は、温度が室温で、直流電界強度が8V/μmの条件で、絶縁抵抗(IR)が測定された。そして、静電容量(C)と絶縁抵抗(IR)との積であるCR積が50ΩF以下の場合が、故障と判定された。評価サンプル数は100個である。
 (ii)耐湿負荷試験による寿命特性の測定
 積層セラミックコンデンサ1を150℃で1時間熱処理後、室温に24時間放置した。それぞれの積層セラミックコンデンサの静電容量(C)が、自動ブリッジ式測定機を使用して、温度が25℃、交流電界が0.25V/μm、および、測定周波数が1kHzの条件で測定された。その後、各積層セラミックコンデンサ1は、温度が85℃で、湿度が85%RHの条件で、8V/μmの直流電界強度が1000時間印加された。その後、積層セラミックコンデンサ1は、温度が室温で、直流電界強度が8V/μmの条件で、絶縁抵抗(IR)が測定された。そして、静電容量(C)と絶縁抵抗(IR)との積であるCR積が50ΩF以下の場合が、故障と判定された。評価サンプル数は100個である。
 (直流電圧を印加したときの静電容量変化率の測定)
 先ず、積層セラミックコンデンサ1の静電容量が、温度が25℃、交流電界が0.25V/μm、測定周波数が1kHz、および、直流電界を印加しない条件で測定された。その後、積層セラミックコンデンサ1の静電容量が、温度が25℃、交流電界が0.25V/μm、測定周波数が1kHz、および、直流電界が2.5V/μmの条件で測定された。直流電圧を印加したときの静電容量変化率(DCバイアス特性)は、直流電圧を印加しない場合の静電容量を基準として計算された。DCバイアス特性は、低下率が小さいほうが好ましい。評価サンプル数は3個であり、DCバイアス特性の値には、3個の評価サンプルの平均値が用いられた。
 3.実施例および比較例における特性評価結果
 表1および表2は実施例における特性評価の結果を示し、表3は比較例における特性評価の結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 (元素Gd、TbおよびDyの条件)
 表3の比較例1-1のように、セラミック原料粉末に含まれるGd23化合物のGdの含有量が0.1モル部で、かつ、Tb23化合物のTbの含有量およびDy23化合物のDyの含有量が0モル部の場合は、高温負荷試験の故障数が30個で、耐湿負荷試験の故障数が24個であり、故障数が極めて多いことが認められる。
 また、比較例1-2のように、セラミック原料粉末に含まれるGd23化合物のGdの含有量が0.9モル部で、かつ、Tb23化合物のTbの含有量およびDy23化合物のDyの含有量が0モル部の場合は、静電容量の温度変化率ΔCTCが-15.6%であり、±15%の範囲を超えることが認められる。
 (その他希土類元素の添加)
 さらに、表1の実施例1-32は、実施例1-10と比較すると、Gdの含有量(モル部)、Tbの含有量(モル部)、Dyの含有量(モル部)およびYの含有量(モル部)などは同じであるけれども、副成分として、Ho23化合物のHoが0.1モル部含有されている。しかし、本発明の効果は変わらず、5500を超える高い比誘電率εで、高信頼性かつ良好な温度特性が得られる。同様に、実施例1-33~実施例1-38のように、セラミック原料粉末が、副成分として、La23化合物のLa、Sm23化合物のSm、Eu23化合物のEu、Er23化合物のEr、Tm23化合物のTm、Yb23化合物のYbが、それぞれ0.1モル部含有されていても、高い比誘電率εで、高信頼性かつ良好な温度特性が得られる。
 (元素Yの条件)
 表3の比較例1-3のように、セラミック原料粉末に含まれるY23化合物のYの含有量が0.8モル部の場合は、静電容量の温度変化率ΔCTCが-15.9%であり、±15%の範囲を超えることが認められる。
 (元素Siの条件)
 表3の比較例1-4のように、セラミック原料粉末に含まれるSiO2化合物のSiの含有量が3.0モル部の場合は、比誘電率(補正ε)が5500未満と低過ぎることが認められる。
 (元素Mnの条件)
 表3の比較例1-5のように、セラミック原料粉末に含まれるMnCO3化合物のMnの含有量が0.4モル部の場合は、比誘電率(補正ε)が5500未満と低過ぎることが認められる。
 (元素Mgの条件)
 表3の比較例1-6のように、セラミック原料粉末に含まれるMgCO3化合物のMgの含有量が1.5モル部の場合は、高温負荷試験の故障数が3個で、耐湿負荷試験の故障数が4個であり、故障数が多いことが認められる。
 (元素Zrの条件)
 表3の比較例1-7のように、セラミック原料粉末に含まれるZrO2化合物のZrの含有量が0.6モル部の場合は、静電容量の温度変化率ΔCTCが-15.4%であり、±15%の範囲を超えることが認められる。
 (モル比の条件)
 表3の比較例1-8のように、セラミック原料粉末に含まれるBaの含有量/(セラミック原料粉末に含まれるZrの含有量+セラミック原料粉末に含まれるTiの含有量)のモル比が0.985の場合は、高温負荷試験の故障数が5個で、耐湿負荷試験の故障数が6個であり、故障数が多いことが認められる。
 また、表3の比較例1-9のように、セラミック原料粉末のBaの含有量/(セラミック原料粉末のZrの含有量+セラミック原料粉末のTiの含有量)のモル比が1.015の場合は、静電容量の温度変化率ΔCTCが-15.9%であり、±15%の範囲を超えることが認められる。
 これに対して、表1および表2の実施例1-1~実施例1-70のように、セラミック原料粉末のTiの合計含有量を100モル部としたとき、
 (ア)セラミック原料粉末に含まれるGd23化合物のGd、Tb23化合物のTbおよびDy23化合物のDyの中から選択される少なくとも一種の元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
 (イ)セラミック原料粉末に含まれるY23化合物のYの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
 (ウ)セラミック原料粉末に含まれるSiO2化合物のSiの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
 (エ)セラミック原料粉末に含まれるMnCO3化合物のMnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
 (オ)セラミック原料粉末に含まれるMgCO3化合物のMgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
 (カ)セラミック原料粉末に含まれるZrO2化合物のZrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
 (キ)セラミック原料粉末のBaの含有量/(セラミック原料粉末のZrの含有量+セラミック原料粉末のTiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
の条件を満足する場合は、高温負荷試験および耐湿負荷試験の故障数が0個で、静電容量の温度変化率ΔCTCが±15%以内である。さらに、比誘電率(補正ε)は5500を超え、DCバイアス特性の数値は-70%より大きい(言い換えると、DCバイアス特性の低下率は70%より小さい)。従って、高い比誘電率εで、高信頼性かつ良好な温度特性が得られることが認められる。
 さらに、表2の実施例1-64~実施例1-67では、モル比mが増加するに従って、静電容量の温度変化率ΔCTCは悪化するけれども、DCバイアス特性および比誘電率εは略変化しない傾向が認められる。
 (結晶粒子径の条件)
 表2の実施例1-68のように、誘電体セラミック層6の結晶粒子の平均粒径が0.561μmの場合は、高い比誘電率εで、高信頼性かつ良好な温度特性を有しているけれども、静電容量の温度変化率ΔCTCが-14.9%であり、±15%の範囲の限界値に近く、DCバイアス特性の低下率が74.6%と大きいことが認められる。
 これに対して、表2の実施例1-69および実施例1-70のように、誘電体セラミック層6の結晶粒子の平均粒径が0.5μm以下の場合は、静電容量の温度変化率ΔCTCが-14.2%に改善されると共に、DCバイアス特性の低下率が70%未満に改善される。すなわち、結晶粒子径(グレイン径)が小さくなるに従って、比誘電率εおよび静電容量の温度変化率ΔCTCは良くなり、DCバイアス特性の低下率は小さくなる。
 なお、この発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。例えば、積層セラミックコンデンサの誘電体セラミック層の厚み、層数、対向電極面積および外形寸法は、これに限定されるものではない。
  1 積層セラミックコンデンサ
  2,4 内部電極
  6 誘電体セラミック層
  10 積層体
  20,22 外部電極

Claims (8)

  1.  複数の誘電体セラミック層と、前記複数の誘電体セラミック層同士の界面に配設された複数の内部電極とで構成された積層体と、
     前記積層体の外表面に形成され、前記内部電極に電気的に接続された外部電極と、
     を備えた積層セラミックコンデンサであって、
     前記積層体が、
     BaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物と、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素とを含有し、かつ、Y、Si、Mn、MgおよびZrからなる群の中から選択される元素を任意で含有し、
     Tiの合計含有量を100モル部としたとき、
     (ア)Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
     (イ)Yの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
     (ウ)Siの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
     (エ)Mnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
     (オ)Mgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
     (カ)Zrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
     (キ)Baの含有量/(Zrの含有量+Tiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
     であること、を特徴とする、積層セラミックコンデンサ。
  2.  複数の誘電体セラミック層と、前記複数の誘電体セラミック層同士の界面に配設された複数の内部電極とで構成された積層体と、
     前記積層体の外表面に形成され、前記内部電極に電気的に接続された外部電極と、
     を備えた積層セラミックコンデンサであって、
     前記積層体が、
     BaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物と、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素とを含有し、かつ、Y、Si、Mn、MgおよびZrからなる群の中から選択される元素を任意で含有し、
     前記積層体を溶解処理して溶液とした場合において、Tiの合計含有量を100モル部としたとき、
     (ア)Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
     (イ)Yの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
     (ウ)Siの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
     (エ)Mnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
     (オ)Mgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
     (カ)Zrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
     (キ)Baの含有量/(Zrの含有量+Tiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
     であること、を特徴とする、積層セラミックコンデンサ。
  3.  複数の誘電体セラミック層と、前記複数の誘電体セラミック層同士の界面に配設された複数の内部電極とで構成された積層体と、
     前記積層体の外表面に形成され、前記内部電極に電気的に接続された外部電極と、
     を備えた積層セラミックコンデンサであって、
     前記誘電体セラミック層が、
     BaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物と、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素とを含有し、かつ、Y、Si、Mn、MgおよびZrからなる群の中から選択される元素を任意で含有し、
     Tiの合計含有量を100モル部としたとき、
     (ア)Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
     (イ)Yの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
     (ウ)Siの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
     (エ)Mnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
     (オ)Mgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
     (カ)Zrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
     (キ)Baの含有量/(Zrの含有量+Tiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
     であること、を特徴とする、積層セラミックコンデンサ。
  4.  複数の前記誘電体セラミック層のそれぞれが結晶粒子を有するとともに、前記結晶粒子の平均粒径が0.5μm以下であること、を特徴とする、請求項1~請求項3のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。
  5.  前記誘電体セラミック層の比誘電率εが5500を超えていること、を特徴とする、請求項1~請求項4のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。
  6.  前記内部電極がNiもしくはNi合金を主成分とすること、を特徴とする、請求項1~請求項5のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。
  7.  BaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物を含む粉末に、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素を含む化合物を添加すると共に、Yを含む化合物、Siを含む化合物、Mnを含む化合物、Mgを含む化合物およびZrを含む化合物からなる群の中から選択される化合物を任意で添加して混合し、スラリー化することによってセラミックスラリーを調製する工程と、
     前記セラミックスラリーをシート状に成形して、セラミックグリーンシートを得る工程と、
     前記セラミックグリーンシートと、焼成後に内部電極となる導体パターンとが積み重ねられた未焼成の積層体を形成する工程と、
     前記未焼成の積層体を焼成して、積層された複数の誘電体セラミック層同士の界面に内部電極が配設された構造を有する積層体を得る工程と、を備え、
     前記セラミックスラリーにおいて、Tiの合計含有量を100モル部としたとき、
     (ア)Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
     (イ)Yの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
     (ウ)Siの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
     (エ)Mnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
     (オ)Mgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
     (カ)Zrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
     (キ)Baの含有量/(Zrの含有量+Tiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
     であること、
     を特徴とする、積層セラミックコンデンサの製造方法。
  8.  BaおよびTiを含むペロブスカイト型化合物を含む粉末に、Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素を含む化合物を添加すると共に、Yを含む化合物、Siを含む化合物、Mnを含む化合物、Mgを含む化合物およびZrを含む化合物からなる群の中から選択される化合物を任意で添加して混合した混合物を、スラリー化することによってセラミックスラリーを調製する工程と、
     前記セラミックスラリーをシート状に成形して、セラミックグリーンシートを得る工程と、
     前記セラミックグリーンシートと、焼成後に内部電極となる導体パターンとが積み重ねられた未焼成の積層体を形成する工程と、
     前記未焼成の積層体を焼成して、積層された複数の誘電体セラミック層同士の界面に内部電極が配設された構造を有する積層体を得る工程と、を備え、
     前記混合物において、Tiの合計含有量を100モル部としたとき、
     (ア)Gd、TbおよびDyからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素の含有量a(モル部)が、0.2≦a≦0.8
     (イ)Yの含有量b(モル部)が、0.0≦b≦0.5
     (ウ)Siの含有量c(モル部)が、0.0≦c≦2.5
     (エ)Mnの含有量d(モル部)が、0.0≦d≦0.25
     (オ)Mgの含有量e(モル部)が、0.0≦e≦1.2
     (カ)Zrの含有量f(モル部)が、0.0≦f≦0.5
     (キ)Baの含有量/(Zrの含有量+Tiの含有量)のモル比mが、0.99≦m≦1.01
     であること、
     を特徴とする、積層セラミックコンデンサの製造方法。
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