JP2010232258A - Laminated ceramic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子により構成される誘電体磁器を誘電体層として用いた積層セラミックコンデンサに関する。 The present invention relates to a multilayer ceramic capacitor using a dielectric ceramic composed of crystal particles mainly composed of barium titanate as a dielectric layer.
近年、電子回路の高密度化に伴う電子部品の小型化に対する要求は高く、積層セラミックコンデンサの小型化、大容量化が急速に進んでいる。それに伴い積層セラミックコンデンサにおける1層あたりの誘電体層の薄層化が進み、薄層化してもコンデンサとしての信頼性を維持できる誘電体磁器が求められている。特に、高い定格電圧で使用される中耐圧用コンデンサの小型化、大容量化には、誘電体磁器に対して非常に高い信頼性が要求される。 In recent years, there has been a high demand for downsizing of electronic components accompanying the increase in the density of electronic circuits, and the downsizing and increase in capacity of multilayer ceramic capacitors are rapidly progressing. Accordingly, the dielectric layer per layer in the multilayer ceramic capacitor has been made thinner, and there is a demand for a dielectric ceramic that can maintain the reliability as a capacitor even when the thickness is reduced. In particular, very high reliability is required for dielectric ceramics in order to reduce the size and increase the capacity of a medium voltage capacitor used at a high rated voltage.
従来、内部電極層を構成する材料として卑金属を用いることができ、しかも比誘電率の温度変化がEIA規格のX7R特性(−55〜125℃、ΔC=±15%以内)を満足する技術として、本出願人は特許文献1に開示されている積層セラミックコンデンサを提案した。
Conventionally, a base metal can be used as a material constituting the internal electrode layer, and the temperature change of the dielectric constant satisfies the EIA standard X7R characteristics (−55 to 125 ° C., ΔC = ± 15% or less), The present applicant has proposed a multilayer ceramic capacitor disclosed in
この技術は誘電体磁器をチタン酸バリウムを主体とする結晶粒子によって形成し、これにマグネシウム、希土類元素およびマンガンなどを含有させることにより、比誘電率を向上させ、かつ絶縁抵抗(IR)の高温負荷試験での寿命特性を改善しようとしたものであった。しかし、急速に小型化、大容量化が進むなか、さらなる信頼性の向上が求められている。 In this technology, dielectric porcelain is formed of crystal particles mainly composed of barium titanate, and contains magnesium, rare earth elements, manganese, etc., thereby improving the dielectric constant and high insulation resistance (IR). It was intended to improve the life characteristics in the load test. However, as miniaturization and capacity increase rapidly, further improvement in reliability is required.
また、積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層用の誘電体磁器として上記特許文献1と同様にEIA規格のX7R特性を満足させかつ絶縁抵抗の高温負荷試験での寿命特性の向上を図ろうとする誘電体磁器として、特許文献2、3に開示されるようなものが知られている。
In addition, as a dielectric ceramic for a dielectric layer constituting a multilayer ceramic capacitor, a dielectric intended to satisfy the X7R characteristic of the EIA standard and improve the life characteristic in a high-temperature load test of insulation resistance as in the above-mentioned
特許文献2に開示された積層セラミックコンデンサは、誘電体磁器の主成分であるチタン酸バリウムにマグネシウム、希土類元素およびバナジウムなどを含有させることにより絶縁破壊電圧や絶縁抵抗の高温負荷試験での寿命特性の改善を図ったものである。 The multilayer ceramic capacitor disclosed in Patent Document 2 has a life characteristic in a high-temperature load test of dielectric breakdown voltage and insulation resistance by containing magnesium, rare earth elements, vanadium, etc. in barium titanate which is a main component of dielectric ceramic. This is an improvement.
また、特許文献3に開示された積層セラミックコンデンサは、誘電体磁器の主成分であるチタン酸バリウムに固溶させるバナジウムの価数を4価に近い範囲になるように調整することで、結晶粒子中に存在する電子の移動を抑制しつつ、チタン酸バリウムへのバナジウムの過剰な拡散やバナジウム化合物の析出を抑え、結晶粒子中にバナジウムの適度な濃度勾配を有するシェル相を持ったコアシェル構造を形成することにより高温負荷試験での寿命特性の向上を図ったものである。 In addition, the multilayer ceramic capacitor disclosed in Patent Document 3 adjusts the valence of vanadium to be dissolved in barium titanate, which is the main component of the dielectric ceramic, so that it is in a range close to tetravalent. The core-shell structure has a shell phase with an appropriate concentration gradient of vanadium in the crystal grains, suppressing excessive diffusion of vanadium to barium titanate and precipitation of vanadium compounds while suppressing the movement of electrons present in the interior. It is intended to improve the life characteristics in the high temperature load test.
しかしながら、特許文献1〜3に開示された積層セラミックコンデンサは、上述のように高誘電率で比誘電率の温度変化がEIA規格のX7R特性(−55〜125℃、比誘電率の変化率が±15%以内)を満足するものの、誘電体層を薄層化(2μm以下)した場合にDCバイアス特性(直流電圧を印加したときの静電容量の変化)の低下が大きく、また高温負荷試験での寿命特性を満足させることが困難であった。
However, the multilayer ceramic capacitors disclosed in
従って、本発明は、高誘電率かつ比誘電率の温度変化がEIA規格のX7R特性を満足し、DCバイアス特性が小さくかつ高温負荷試験での寿命特性に優れる積層セラミックコンデンサを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a multilayer ceramic capacitor having a high dielectric constant and a change in temperature of a relative dielectric constant that satisfies the X7R characteristic of EIA standard, a small DC bias characteristic, and an excellent life characteristic in a high temperature load test. And
本発明の積層セラミックコンデンサは、誘電体層と内部電極層とを交互に積層したコンデンサ本体と、該コンデンサ本体の端面に設けられ、前記内部電極層に接続された外部電極とを有する積層セラミックコンデンサであって、前記誘電体層は、チタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子により構成され、カルシウムと、バナジウムと、イットリウム,ジスプロシウム,ホルミウムおよびエルビウムから選ばれる1種の希土類元素(RE)とを含む誘電体磁器からなり、該誘電体磁器が、チタン酸バリウムを構成するチタン100モルに対して、バナジウムをV2O5換算で0.05〜0.30モル、イットリウム,ジスプロシウム,ホルミウムおよびエルビウムから選ばれる1種の希土類元素(RE)をRE2O3換算で0.5〜1.5モル含有するとともに、前記結晶粒子はカルシウムの濃度が0.4原子%以上であり、かつ該結晶粒子の中心部を占める内核と、該内核を取り囲む外殻とを有し、前記内核におけるバリウムおよびカルシウムとチタンとのモル比(Ba+Ca)/Tiが0.90〜0.95であり、前記外殻におけるバリウムおよびカルシウムとチタンとのモル比(Ba+Ca)/Tiが1.10〜1.20であるとともに、平均粒径が0.18〜0.25μmであることを特徴とする。 The multilayer ceramic capacitor of the present invention includes a capacitor body in which dielectric layers and internal electrode layers are alternately stacked, and a multilayer ceramic capacitor provided on an end surface of the capacitor body and connected to the internal electrode layer. The dielectric layer is composed of crystal grains mainly composed of barium titanate, and contains calcium, vanadium, and one kind of rare earth element (RE) selected from yttrium, dysprosium, holmium, and erbium. a dielectric ceramic containing, dielectric ceramic is, with respect to the titanium 100 mole constituting barium titanate, 0.05-0.30 moles of vanadium in terms of V 2 O 5, yttrium, dysprosium, holmium and erbium 0.5-1 one rare earth element selected from the (RE) in terms of RE 2 O 3. The crystal grains have a calcium concentration of 0.4 atomic% or more and have an inner core that occupies the center of the crystal grains and an outer shell that surrounds the inner core, and barium in the inner core and The molar ratio of calcium to titanium (Ba + Ca) / Ti is 0.90 to 0.95, and the molar ratio of barium and calcium to titanium (Ba + Ca) / Ti in the outer shell is 1.10 to 1.20. In addition, the average particle size is 0.18 to 0.25 μm.
本発明の積層セラミックコンデンサは、誘電体層を構成する結晶粒子がチタン酸バリウムを主成分とし、カルシウムを含有するものであり、その結晶粒子の内核と外殻とで、バリウムおよびカルシウムとチタンとのモル比(Ba+Ca)/Tiが異なる。具体的には、内核のバリウムおよびカルシウムとチタンとのモル比(Ba+Ca)/Tiが0.90〜0.95と1より小さく、外殻のバリウムおよびカルシウムとチタンとのモル比(Ba+Ca)/Tiは1.10〜1.20と1より大きい。 In the multilayer ceramic capacitor of the present invention, the crystal particles constituting the dielectric layer are mainly composed of barium titanate and contain calcium, and the inner core and outer shell of the crystal particles are composed of barium, calcium and titanium. The molar ratio of (Ba + Ca) / Ti is different. Specifically, the molar ratio of the inner core barium and calcium to titanium (Ba + Ca) / Ti is less than 0.90 to 0.95, and the outer shell barium and calcium to titanium molar ratio (Ba + Ca) / Ti is 1.10 to 1.20, which is larger than 1.
そのためモル比(Ba+Ca)/Tiが1より大きい結晶粒子の外殻はモル比(Ba+Ca)/Tiが1より小さい内核に比較して添加成分であるバナジウムや希土類元素(RE)の固溶量が多くなっている。そのため結晶粒子の絶縁性が高まり、比誘電率の温度特性を安定化できるとともに、DCバイアス特性および高温負荷試験での寿命特性を向上できる。 Therefore, the outer shells of crystal grains having a molar ratio (Ba + Ca) / Ti larger than 1 have solid solution amounts of vanadium and rare earth elements (RE) as additive components compared to the inner core whose molar ratio (Ba + Ca) / Ti is smaller than 1. It is increasing. Therefore, the insulating properties of the crystal grains are enhanced, the temperature characteristics of the relative permittivity can be stabilized, and the DC bias characteristics and the life characteristics in the high temperature load test can be improved.
一方、結晶粒子の内核はモル比(Ba+Ca)/Tiが1より小さい値であることから、この内核には添加元素が固溶し難い。そのためチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子がカルシウムを含有していても本来の強誘電性を発現でき高誘電率化を図ることができる。 On the other hand, since the molar ratio (Ba + Ca) / Ti is less than 1 in the inner core of the crystal grains, the added element is difficult to dissolve in the inner core. Therefore, even if the crystal particles containing barium titanate as a main component contain calcium, the original ferroelectricity can be expressed and the dielectric constant can be increased.
このように本発明では、結晶粒子の内核とその周囲の外殻とで異なる機能を持たせるように、モル比(Ba+Ca)/Tiを異なるものとしたことにより、高誘電率でありかつ比誘電率の温度変化がEIA規格のX7R特性を満足し、またDCバイアス特性が小さくかつ高温負荷試験での寿命特性に優れた積層セラミックコンデンサを得ることができる。 As described above, in the present invention, the molar ratio (Ba + Ca) / Ti is made different so that the inner core of the crystal grain and the outer shell around the crystal grain have different functions, thereby providing a high dielectric constant and a relative dielectric constant. Therefore, it is possible to obtain a multilayer ceramic capacitor that satisfies the X7R characteristic of the EIA standard with a temperature change in the rate, has a small DC bias characteristic, and has an excellent life characteristic in a high temperature load test.
また、前記誘電体磁器は、前記チタン酸バリウムを構成するチタン100モルに対して、前記バナジウムをV2O5換算で0.05〜0.15モル、前記希土類元素(RE)をRE2O3換算で0.5〜1.0モル含有することが望ましい。 The dielectric porcelain may include 0.05 to 0.15 moles of vanadium in terms of V 2 O 5 and 100 parts of the rare earth element (RE) RE 2 O with respect to 100 moles of titanium constituting the barium titanate. it is desirable to 0.5 to 1.0 moles contained in 3 terms.
この場合、室温(25℃)における誘電体磁器の比誘電率をさらに高めることができる。 In this case, the dielectric constant of the dielectric ceramic at room temperature (25 ° C.) can be further increased.
さらに、前記誘電体磁器は、前記チタン酸バリウムに対して実質的に前記バナジウムおよび希土類元素(RE)のみ含有することが望ましい。 Furthermore, it is desirable that the dielectric ceramic contains substantially only the vanadium and rare earth element (RE) with respect to the barium titanate.
この場合、誘電体磁器の誘電損失を低減することができる。 In this case, the dielectric loss of the dielectric ceramic can be reduced.
本発明によれば、高誘電率かつ比誘電率の温度変化がEIA規格のX7R特性を満足し、DCバイアス特性が小さくかつ高温負荷試験での寿命特性が高い積層セラミックコンデンサを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a multilayer ceramic capacitor having a high dielectric constant and a change in temperature of relative dielectric constant satisfying the X7R characteristic of the EIA standard, a small DC bias characteristic and a high life characteristic in a high temperature load test.
本発明の積層セラミックコンデンサについて説明する。図1は、本発明の積層セラミックコンデンサの一例を示す概略断面図であり、図2は、図1の積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層の拡大図であり結晶粒子および粒界相を示す模式図である。 The multilayer ceramic capacitor of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the multilayer ceramic capacitor of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a dielectric layer constituting the multilayer ceramic capacitor of FIG. 1 and schematically showing crystal grains and grain boundary phases. FIG.
本発明の積層セラミックコンデンサは、誘電体磁器からなる誘電体層5と内部電極層7とが交互に積層されたコンデンサ本体1の両端部に外部電極3が形成されており、外部電極3は内部電極層7と電気的に接続されている。外部電極3は例えばCuもしくはCuとNiの合金ペーストを焼き付けて形成されている。
In the multilayer ceramic capacitor of the present invention, external electrodes 3 are formed at both ends of a
図1では誘電体層5と内部電極層7との積層状態を単純化して示しているが、本発明の積層セラミックコンデンサは誘電体層5と内部電極層7とが数百層にも及ぶ積層体となっている。
In FIG. 1, the laminated state of the
誘電体層5を形成している誘電体磁器は、結晶粒子9と粒界相11とから構成されており、その厚みは薄層の場合、2μm以下とされている。誘電体層5の厚みをこの範囲にすると、積層セラミックコンデンサを小型、高容量化することが可能になるとともに、比誘電率の温度特性を安定化させることが可能になり、さらには高温負荷試験での寿命特性を高めることができる。
The dielectric porcelain forming the
内部電極層7は、高積層化しても製造コストを抑制できるという点で、ニッケル(Ni)や銅(Cu)などの卑金属が望ましく、特に、本発明における誘電体層5との同時焼成が図れるという点でニッケル(Ni)がより望ましい。
The
本発明の積層セラミックコンデンサにおける誘電体層5を構成する誘電体磁器は、チタン酸バリウムを主成分とし、これにカルシウムが0.4原子%以上の濃度で固溶した結晶粒子9により構成され、さらにバナジウムと、イットリウム,ジスプロシウム,ホルミウムおよびエルビウムから選ばれる1種の希土類元素(RE)とを含む焼結体からなる。
The dielectric ceramic constituting the
この誘電体磁器は、主成分であるチタン酸バリウムの構成成分であるチタン100モルに対して、バナジウムをV2O5換算で0.05〜0.30モル、イットリウム,ジスプロシウム,ホルミウムおよびエルビウムから選ばれる1種の希土類元素(RE)をRE2O3換算で0.5〜1.5モル含有するものである。 This dielectric porcelain is composed of 0.05 to 0.30 mol of vanadium in terms of V 2 O 5 , yttrium, dysprosium, holmium and erbium with respect to 100 mol of titanium which is a constituent component of barium titanate which is a main component. One selected rare earth element (RE) is contained in an amount of 0.5 to 1.5 mol in terms of RE 2 O 3 .
また本発明の積層セラミックコンデンサにおける誘電体層5を構成する結晶粒子9は、当該結晶粒子9の中心部を占める内核と、この内核を取り囲む外殻とを有し、前記内核におけるバリウムおよびカルシウムとチタンとのモル比(Ba+Ca)/Tiが0.90〜0.95であり、また外殻におけるバリウムおよびカルシウムとチタンとのモル比(Ba+Ca)/Tiが1.10〜1.20であるとともに、平均粒径が0.18〜0.25μmである。なお、以降において、単に、モル比(Ba+Ca)/Tiと記載した場合には、バリウムおよびカルシウムとチタンとのモル比を表すものとする。
The
これにより、室温(25℃)における比誘電率が3000以上であり、比誘電率の温度変化がEIA規格のX7R特性を満足するとともに、DCバイアス特性(室温において直流電圧を印加しないときの静電容量に対する8Vの直流電圧を印加したときの静電容量)が40%以上であり、かつ高温負荷試験(温度:170℃,30V)での寿命特性が80時間以上を示すものとなる。 As a result, the relative dielectric constant at room temperature (25 ° C.) is 3000 or more, the temperature change of the relative dielectric constant satisfies the X7R characteristic of the EIA standard, and the DC bias characteristic (electrostatic potential when no DC voltage is applied at room temperature) The electrostatic capacity when applying a DC voltage of 8V to the capacity is 40% or more, and the life characteristics in the high temperature load test (temperature: 170 ° C., 30V) are 80 hours or more.
本発明の積層セラミックコンデンサにおける誘電体層5を構成する誘電体磁器は、チタン酸バリウムを主成分とし、これにカルシウムが0.4原子%以上の濃度で固溶した結晶粒子9により構成されており、その誘電体磁器の組成はチタン酸バリウムを構成するチタン100モルに対して、バナジウムをV2O5換算で0.05〜0.30モル、イットリウム,ジスプロシウム,ホルミウムおよびエルビウムから選ばれる1種の希土類元素(RE)をRE2O3換算で0.5〜1.5モル含む。
The dielectric ceramic constituting the
すなわち、チタン酸バリウムを構成するチタン100モルに対するバナジウムの含有量がV2O5換算で0.05モルよりも少ない場合、またはチタン酸バリウムを構成するチタン100モルに対するイットリウム、ジスプロシウム、ホルミウムおよびエルビウムから選ばれる1種の希土類元素(RE)がRE2O3換算で0.5モルよりも少ない場合には、比誘電率の温度特性がX7R特性を満足しないものとなる。 That is, when the content of vanadium with respect to 100 mol of titanium constituting barium titanate is less than 0.05 mol in terms of V 2 O 5 , or yttrium, dysprosium, holmium and erbium with respect to 100 mol of titanium constituting barium titanate When the rare earth element (RE) selected from is less than 0.5 mol in terms of RE 2 O 3 , the temperature characteristics of the relative dielectric constant do not satisfy the X7R characteristics.
チタン酸バリウムを構成するチタン100モルに対するバナジウムの含有料がV2O5換算で0.30モルよりも多い場合、またはチタン酸バリウムを構成するチタン100モルに対するイットリウム、ジスプロシウム、ホルミウムおよびエルビウムから選ばれる1種の希土類元素(RE)がRE2O3換算で1.5モルよりも多い場合には、室温(25℃)における誘電体磁器の比誘電率が3000よりも低くなる。 When the content of vanadium with respect to 100 mol of titanium constituting barium titanate is more than 0.30 mol in terms of V 2 O 5 , or selected from yttrium, dysprosium, holmium and erbium with respect to 100 mol of titanium constituting barium titanate When one kind of rare earth element (RE) is more than 1.5 mol in terms of RE 2 O 3 , the dielectric constant of the dielectric ceramic at room temperature (25 ° C.) is lower than 3000.
ところで、希土類元素(RE)の中でイットリウム,ジスプロシウム,ホルミウムおよびエルビウムは、カルシウムを含むチタン酸バリウムに固溶したときに異相が生成し難く、高い絶縁性が得られるため好適に用いることができ、その中でも誘電体磁器の比誘電率を高められるという理由からイットリウムがより好ましい。 By the way, among rare earth elements (RE), yttrium, dysprosium, holmium, and erbium can be suitably used because they do not easily generate a heterogeneous phase when dissolved in barium titanate containing calcium and high insulation is obtained. Among them, yttrium is more preferable because the relative dielectric constant of the dielectric ceramic can be increased.
また、この誘電体磁器は、上述のように、バナジウムを含有するものであるが、バナジウムを含む誘電体磁器においては、結晶粒子9内に酸素空孔が存在する場合、結晶粒子9中に固溶したバナジウムの一部は価数が3価として存在するため、酸素空孔と3価のバナジウムとで欠陥対を生成し、その結果として酸素空孔の粒内での移動が制限され信頼性が向上する。さらに本発明の積層セラミックコンデンサは、誘電体磁器がチタン酸バリウムにカルシウムが固溶した結晶粒子により構成されたものである。カルシウムが結晶粒子9内に存在すると、そのカルシウムがバリウムサイトに固溶することによって、格子定数が小さくなり、これに伴い(3価の)バナジウムと酸素空孔の結合距離も短くなるために、欠陥対の結合がより強固なものになる。よってチタン酸バリウムにカルシウムを固溶させた結晶粒子9にさらにバナジウムを含有させると、従来のチタン酸バリウムを主成分とする誘電体磁器に比較して高温負荷試験での寿命特性がさらに向上する。
In addition, as described above, this dielectric ceramic contains vanadium. However, in the dielectric ceramic containing vanadium, when oxygen vacancies exist in the
結晶粒子9中に含まれるカルシウムの濃度は、カルシウムが不純物として存在しないか、またはカルシウムを含む他の化合物を形成し難いという理由から0.4原子%〜2原子%であることが好ましい。
The concentration of calcium contained in the
結晶粒子9中のカルシウムの濃度については、積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層5の断面を研磨した研磨面に存在する結晶粒子9に対して、元素分析機器を付設した透過電子顕微鏡を用いて元素分析を行う。このとき電子線のスポットサイズは約5nmとし、分析する箇所は結晶粒子9の粒界付近から中心へ向けて引いた直線上のうち粒界からほぼ等間隔に4〜5点とし、各測定点から検出されるBa,Ti,Ca,VおよびRE(希土類元素)の全量を100%としたときのカルシウムの濃度として求める。
Regarding the concentration of calcium in the
また、本発明では、誘電体磁器は、チタン酸バリウムを構成するチタン100モルに対して、バナジウムをV2O5換算で0.05〜0.15モル、希土類元素(RE)をRE2O3換算で0.5〜1.0モル含有することが望ましい。これにより室温(25℃)における誘電体磁器の比誘電率をさらに高めることができる。 In the present invention, the dielectric porcelain is composed of 0.05 to 0.15 mol of vanadium in terms of V 2 O 5 and RE 2 O of rare earth element (RE) with respect to 100 mol of titanium constituting barium titanate. It is desirable to contain 0.5 to 1.0 mol in terms of 3 . Thereby, the dielectric constant of the dielectric ceramic at room temperature (25 ° C.) can be further increased.
さらに本発明では、誘電体磁器は、チタン酸バリウムに対して実質的にバナジウムおよび希土類元素(RE)のみ含有することが望ましい。この場合には誘電体磁器の誘電損失をさらに低減することができる。 Furthermore, in the present invention, it is desirable that the dielectric ceramic contains substantially vanadium and rare earth elements (RE) with respect to barium titanate. In this case, the dielectric loss of the dielectric ceramic can be further reduced.
図3は、本発明の積層セラミックコンデンサにおける誘電体層5を構成する結晶粒子9の内部構造と、結晶粒子9の内核および外殻におけるバリウムおよびカルシウムとチタンとのモル比(Ba+Ca)/Tiの変化を示す模式図である。
FIG. 3 shows the internal structure of the
本発明の積層セラミックコンデンサにおける誘電体層5を構成する結晶粒子9は、上述のように、結晶粒子9の中心部を占める内核9aと、この内核9aを取り囲む外殻9bとからなり、内核9aにおけるモル比(Ba+Ca)/Tiが0.90〜0.95であり、外殻9bにおけるモル比(Ba+Ca)/Tiが1.10〜1.20である。
As described above, the
本発明の積層セラミックコンデンサは上述のように誘電体層5を構成する結晶粒子9が内核9aと外殻9bとで異なるモル比(Ba+Ca)/Tiを有している。この場合モル比(Ba+Ca)/Tiが1より大きい結晶粒子9の外殻9bはモル比(Ba+Ca)/Tiが1より小さい内核9aに比較して添加成分であるバナジウムや希土類元素(RE)の固溶量が多くなっている。そのため結晶粒子9の絶縁性が高まり、比誘電率の温度特性を安定化できるとともに、DCバイアス特性および高温負荷試験での寿命特性を向上できる。
In the multilayer ceramic capacitor of the present invention, as described above, the
一方、結晶粒子9の内核9aはモル比(Ba+Ca)/Tiが1より小さい値であることから、この内核9aには添加元素が固溶し難い。そのためチタン酸バリウムにカルシウムが固溶していてもチタン酸バリウムが本来有する特性に近い強誘電性を発現でき高誘電率化を図ることができる。
On the other hand, the
本発明における結晶粒子9は内核9aと外殻9bとで添加成分の固溶量が異なる構造を有するものであり、従来から知られているコアシェル構造とは結晶粒子9の内部におけるモル比(Ba+Ca)/Tiの変化が異なっている。
The
ここで、特許文献1〜3に記載された従来の積層セラミックコンデンサにおける誘電体層を構成する誘電体磁器は、当該誘電体磁器を構成する結晶粒子のモル比(Ba+Ca)/Tiが結晶粒子9内においていずれも1に近い値でありしかも一様なものとなっている。このような積層セラミックコンデンサは、後述の実施例からも明らかなように、本発明における結晶粒子9を有する積層セラミックコンデンサに比較して誘電体層5の厚みが同じである場合に室温(25℃)における比誘電率が低く、また場合によっては高温負荷試験での寿命特性が短いものとなる。
Here, in the dielectric ceramic constituting the dielectric layer in the conventional multilayer ceramic capacitor described in
これに対して、本発明の積層セラミックコンデンサは、図3に示すように、誘電体磁器を構成する結晶粒子9が内核9aと外殻9bとでモル比(Ba+Ca)/Tiの異なる構造を有するようにし、結晶粒子9の中心部とその周囲とで異なる機能を持たせるように形成したことにより、高誘電率でありかつ比誘電率の温度変化が小さく、またDCバイアス特性が小さくかつ高温負荷試験での寿命特性に優れた積層セラミックコンデンサを得ることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the multilayer ceramic capacitor of the present invention has a structure in which the
ただし、結晶粒子9の内核9aのモル比(Ba+Ca)/Tiが0.90より低い場合には誘電体磁器の室温(25℃)における比誘電率が3000よりも低下するとともに比誘電率の変化率がX7R特性を満足しなくなる。一方、内核9aのモル比(Ba,Ca)/Tiが0.95より高い場合には誘電体磁器の室温(25℃)における比誘電率が3000よりも低くなり、比誘電率の変化率がX7R特性を満足しないか、高温負荷試験での寿命特性が80時間よりも短くなるか、あるいは誘電損失が大きくなる。
However, when the molar ratio (Ba + Ca) / Ti of the
外殻9bのモル比(Ba+Ca)/Tiが1.10より低い場合にはいずれも誘電体磁器の室温(25℃)における比誘電率が3000よりも低くなるとともに高温負荷試験での寿命特性が80時間よりも短くなる。一方、外殻9bのモル比(Ba+Ca)/Tiが1.20より高い場合にはDCバイアス特性が40%よりも低下し、さらに誘電損失が大きくなる。
When the molar ratio (Ba + Ca) / Ti of the
ここで、結晶粒子9中のモル比(Ba+Ca)/Tiについては以下のようにして求める。まず、分析する試料となる積層セラミックコンデンサを研磨もしくは切断して薄板状の試料を作製する。次に、この薄板状の試料をイオンミリングにより加工して透過電子顕微鏡観察用の試料を作製する。この分析には元素分析機器を付設した透過型電子顕微鏡を用いる。このとき電子線のスポットサイズは約5nmとし、図3に矢印で示すように結晶粒子9の粒界から中心部にかけて20〜50nmの間隔で分析を行いモル比(Ba+Ca)/Tiが1より大きい領域と1より小さい領域とに分けて、それぞれ平均値を求めて結晶粒子9における内核9aおよび外殻9bのモル比(Ba+Ca)/Tiを求める。ここで結晶粒子9の内核9aは上記のようにして求めたモル比(Ba+Ca)/Tiが1より小さい領域であり、モル比(Ba+Ca)/Tiが1より大きい領域を外殻9bとする。
Here, the molar ratio (Ba + Ca) / Ti in the
選択する結晶粒子9はその結晶粒子9の最大径と最小径との比(アスペクト比)が1.3以下であり、平均粒径の±60%の範囲にある結晶粒子9とする。なお平均粒径の±60%の範囲にある結晶粒子9とはその結晶粒子9の輪郭から画像処理により面積を求め、その面積と同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径が平均粒径の±60%の範囲にあるものである。このようなモル比(Ba+Ca)/Tiを求める分析を5個以上の結晶粒子9について行い、それらの平均値よりモル比(Ba+Ca)/Tiを求める。
The
また、結晶粒子9の平均粒径は0.18〜0.25μmであることが重要である。結晶粒子9の平均粒径を上記の範囲とすることにより、誘電体磁器の室温(25℃)における比誘電率、比誘電率の温度特性、DCバイアス特性および高温負荷寿命を上述した値にすることができる。
Further, it is important that the average particle size of the
すなわち、結晶粒子9の平均粒径が0.18μmよりも小さい場合には誘電体磁器の室温(25℃)における比誘電率が3000よりも低いものとなり、結晶粒子9の平均粒径が0.25μmよりも大きいとDCバイアス特性が低下し、また場合によっては高温負荷試験での寿命が80時間よりも短くなるからである。
That is, when the average particle size of the
ここで、結晶粒子9の平均粒径は、焼成後の積層セラミックコンデンサである試料の破断面を研磨した後、走査型電子顕微鏡を用いて誘電体磁器の内部組織の写真を撮り、その写真上で結晶粒子9が20〜30個入る円を描き、円内および円周にかかった結晶粒子9を選択し、各結晶粒子9の輪郭を画像処理して、各粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出しその平均値より求める。
Here, the average grain size of the
また、本発明の誘電体磁器は焼結性を高めるための助剤としてガラス成分や他の添加成分を誘電体磁器中に0.5〜2質量%の割合で含有させても良い。なお、本発明の積層セラミックコンデンサにおける誘電体層5を構成する誘電体磁器は、上述した添加成分、不可避不純物および焼結性を高めるための助剤を除きチタン酸バリウムカルシウムが主成分となっている。
Further, the dielectric ceramic of the present invention may contain a glass component or other additive component in the dielectric ceramic in an amount of 0.5 to 2% by mass as an auxiliary for enhancing the sinterability. The dielectric ceramic constituting the
次に、本発明の積層セラミックコンデンサを製造する方法について説明する。まず、チタン酸バリウムにカルシウムが固溶した粉末(以下、BCT粉末という。組成:Ba1−xCaTiO3(x=0.03〜0.1))と、添加成分として、V2O5粉末と、Y2O3粉末、Dy2O3粉末、Ho2O3粉末およびEr2O3粉末のうち少なくとも1種の希土類元素(RE)の酸化物粉末とを準備する。用いるBCT粉末はそのBCT粉末の中心部を占める内核9aにおけるモル比(Ba+Ca)/Tiが1より小さく、かつ外殻9bのモル比(Ba+Ca)/Tiが1より大きい値を有するものである。
Next, a method for producing the multilayer ceramic capacitor of the present invention will be described. First, powder in which calcium is dissolved in barium titanate (hereinafter referred to as BCT powder, composition: Ba 1-x CaTiO 3 (x = 0.03 to 0.1)), and V 2 O 5 powder as an additive component If, Y 2 O 3 powder, Dy 2 O 3 powder, to prepare an oxide powder of Ho 2 O 3 powder and Er 2 O 3 of at least one rare earth element of powder (RE). The BCT powder to be used has a molar ratio (Ba + Ca) / Ti in the
粉末の中心部を占める内核9aにおけるモル比(Ba+Ca)/Tiが1より小さく、かつ外殻9bのモル比(Ba+Ca)/Tiが1より大きい値を有するBCT粉末は、モル比(Ba+Ca)/Tiが1以下で平均粒径が約100nmのBCT粉末を用意し、このBCT粉末に対して、モル比(Ba+Ca)/Tiが1より大きく、平均粒径が約30nmのBCT粉末を質量比で30〜70質量%となるように混合した後、約700〜800℃で仮焼して調製することにより得られる。
The BCT powder in which the molar ratio (Ba + Ca) / Ti in the
BCT粉末中におけるバリウムおよびカルシウムと、チタンとのモル比の測定は元素分析器を付設した透過電子顕微鏡を用いて行う。分析する際は、BCT粉末を透過電子顕微鏡用のカーボンメッシュ上に分散させ、BCT粉末の平均粒径の±30%の範囲にあるBCT粉末を約10個抽出する。観察においては電子線のスポットサイズは5nmとし、結晶粒子9の場合と同様、BCT粉末の粒界から中心部にかけて同様の分析を行う。
The molar ratio of barium, calcium and titanium in the BCT powder is measured using a transmission electron microscope equipped with an elemental analyzer. In the analysis, the BCT powder is dispersed on a carbon mesh for a transmission electron microscope, and about 10 BCT powders in the range of ± 30% of the average particle diameter of the BCT powder are extracted. In the observation, the spot size of the electron beam is 5 nm, and the same analysis is performed from the grain boundary to the center of the BCT powder as in the case of the
BCT粉末の平均粒径は0.11〜0.17μmが好ましい。BCT粉末の平均粒径が0.11μm以上であると、焼結時の粒成長を抑制できるために比誘電率の向上とともに誘電損失の低下が図れるという利点があり、BCT粉末の平均粒径が0.17μm以下であると、バナジウムおよび希土類元素などの添加剤を結晶粒子9の内部にまで固溶させることが容易となる。
The average particle size of the BCT powder is preferably 0.11 to 0.17 μm. If the average particle size of the BCT powder is 0.11 μm or more, the grain growth during sintering can be suppressed, so that there is an advantage that the dielectric loss can be improved and the dielectric loss can be reduced. When it is 0.17 μm or less, it becomes easy to solidify additives such as vanadium and rare earth elements into the
添加剤であるV2O5粉末ならびにY2O3粉末、Dy2O3粉末、Ho2O3粉末およびEr2O3粉末のうち少なくとも1種の希土類元素(RE)の酸化物粉末についても平均粒径はBCT粉末と同等、もしくはそれ以下のものを用いることが好ましい。 V 2 O 5 powder and Y 2 O 3 powder as an additive, Dy 2 O 3 powder, also oxide powder Ho 2 O 3 powder and Er 2 O 3 of at least one rare earth element of powder (RE) It is preferable to use an average particle size equal to or less than that of the BCT powder.
次いで、これらの原料粉末を、BCT粉末を構成するチタン100モルに対してV2O5粉末を0.05〜0.3モル、Y2O3粉末、Dy2O3粉末、Ho2O3粉末およびEr2O3粉末から選ばれる希土類元素(RE)をRE2O3換算で0.5〜1.5モルの割合で配合し、さらには必要に応じて所望の誘電特性を維持できる範囲で焼結助剤としてガラス粉末を添加して素原料粉末を得る。ガラス粉末の添加量は、主な原料粉末であるBCT粉末の合計量を100質量部としたときに0.5〜2質量部が良い。 Subsequently, 0.05 to 0.3 mol of V 2 O 5 powder, Y 2 O 3 powder, Dy 2 O 3 powder, and Ho 2 O 3 are used for these raw material powders with respect to 100 mol of titanium constituting the BCT powder. Range in which rare earth element (RE) selected from powder and Er 2 O 3 powder is blended at a ratio of 0.5 to 1.5 mol in terms of RE 2 O 3 , and further, desired dielectric characteristics can be maintained as required Then, glass powder is added as a sintering aid to obtain raw material powder. The addition amount of the glass powder is preferably 0.5 to 2 parts by mass when the total amount of BCT powder as the main raw material powder is 100 parts by mass.
次に、上記の素原料粉末に専用の有機ビヒクルを加えてセラミックスラリを調製し、次いで、セラミックスラリをドクターブレード法またはダイコータ法などのシート成形法を用いてセラミックグリーンシートを形成する。この場合、セラミックグリーンシートの厚みは誘電体層の高容量化のための薄層化、高絶縁性を維持するという点で1.2〜4μmが好ましい。 Next, a ceramic slurry is prepared by adding a dedicated organic vehicle to the raw material powder, and then a ceramic green sheet is formed from the ceramic slurry using a sheet forming method such as a doctor blade method or a die coater method. In this case, the thickness of the ceramic green sheet is preferably 1.2 to 4 μm from the viewpoint of reducing the thickness of the dielectric layer for increasing the capacity and maintaining high insulation.
次に、得られたセラミックグリーンシートの主面上に矩形状の内部電極パターンを印刷して形成する。内部電極パターンとなる導体ペーストはNi、Cuもしくはこれらの合金粉末が好適である。 Next, a rectangular internal electrode pattern is printed and formed on the main surface of the obtained ceramic green sheet. Ni, Cu, or an alloy powder thereof is suitable for the conductor paste that forms the internal electrode pattern.
次に、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを所望枚数重ねて、その上下に内部電極パターンを形成していないセラミックグリーンシートを複数枚、上下層が同じ枚数になるように重ねてシート積層体を形成する。この場合、シート積層体中における内部電極パターンは、長寸方向に半パターンずつずらしてある。 Next, stack the desired number of ceramic green sheets with internal electrode patterns, and stack multiple ceramic green sheets without internal electrode patterns on the top and bottom so that the upper and lower layers are the same number. Form the body. In this case, the internal electrode pattern in the sheet laminate is shifted by a half pattern in the longitudinal direction.
次に、シート積層体を格子状に切断して、内部電極パターンの端部が露出するようにコンデンサ本体成形体を形成する。このような積層工法により、切断後のコンデンサ本体成形体の端面に内部電極パターンが交互に露出されるように形成できる。 Next, the sheet laminate is cut into a lattice shape to form a capacitor body molded body so that the end of the internal electrode pattern is exposed. By such a laminating method, the internal electrode pattern can be formed so as to be alternately exposed on the end surface of the cut capacitor body molded body.
次に、コンデンサ本体成形体を脱脂した後、還元雰囲気中にて焼成する。焼成温度は本発明において用いるBCT粉末への添加剤の固溶と結晶粒子9の粒成長を制御するという理由から1050〜1150℃が好ましい。
Next, the capacitor body compact is degreased and then fired in a reducing atmosphere. The firing temperature is preferably 1050 to 1150 ° C. for the purpose of controlling the solid solution of the additive in the BCT powder used in the present invention and the grain growth of the
また、焼成後に、コンデンサ本体1を再度、弱還元雰囲気にて熱処理(再酸化処理)を行う場合がある。この熱処理を行うのは、焼成後の5×106Ω程度であった積層セラミックコンデンサの絶縁抵抗を107Ω以上にまで絶縁抵抗を高めることができるからである。その温度は結晶粒子9の粒成長を抑えつつ再酸化量を高めるという理由から900〜1100℃が好ましい。こうして誘電体磁器が高絶縁性化した積層セラミックコンデンサを作製することができる。
In addition, after firing, the
次に、このコンデンサ本体1の対向する端部に、外部電極ペーストを塗布して焼付けを行い外部電極3を形成する。また、この外部電極3の表面には実装性を高めるためにメッキ膜を形成しても構わない。
Next, an external electrode paste is applied to the opposing ends of the
まず、原料粉末として、内核および外殻でモル比(Ba+Ca)/Tiの異なるBCT粉末と、Y2O3粉末、Dy2O3粉末、Ho2O3粉末、Er2O3粉末、V2O5粉末およびMnCO3粉末とを準備し、これらの各種粉末を表1に示す割合で混合した。Y2O3粉末、Dy2O3粉末、Ho2O3粉末、Er2O3粉末、V2O5粉末およびMnCO3粉末の添加量はBCT粉末100モルに対する割合である。なお、MnCO3は焼成後にMnOに変化することを想定した割合とした。これらの原料粉末は純度が99.9%のものを用いた。なお、BCT粉末の平均粒径は0.14μmのものを用いた。またY2O3粉末、Dy2O3粉末、Ho2O3粉末、Er2O3粉末、V2O5粉末およびMnCO3粉末は平均粒径が0.1μmのものを用いた。焼結助剤はSiO2=55、BaO=20、CaO=15、Li2O=10(モル%)組成のガラス粉末を用いた。ガラス粉末の添加量はBCT粉末の合計量100質量部に対して1質量部とした。 First, as a raw material powder, a BCT powder having a different molar ratio (Ba + Ca) / Ti in the inner core and outer shell, Y 2 O 3 powder, Dy 2 O 3 powder, Ho 2 O 3 powder, Er 2 O 3 powder, V 2 O 5 powder and MnCO 3 powder were prepared, and these various powders were mixed in the proportions shown in Table 1. The addition amounts of Y 2 O 3 powder, Dy 2 O 3 powder, Ho 2 O 3 powder, Er 2 O 3 powder, V 2 O 5 powder and MnCO 3 powder are in proportion to 100 mol of BCT powder. Incidentally, MnCO 3 was the ratio that is intended to be changed to MnO after firing. These raw material powders having a purity of 99.9% were used. The average particle size of the BCT powder was 0.14 μm. In addition, Y 2 O 3 powder, Dy 2 O 3 powder, Ho 2 O 3 powder, Er 2 O 3 powder, V 2 O 5 powder and MnCO 3 powder having an average particle diameter of 0.1 μm were used. As the sintering aid, glass powder having a composition of SiO 2 = 55, BaO = 20, CaO = 15, and Li 2 O = 10 (mol%) was used. The addition amount of the glass powder was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of BCT powder.
次に、これらの原料粉末にポリビニルアルコールとイオン交換水とを添加して直径5mmのジルコニアボールを用いて湿式混合した。 Next, polyvinyl alcohol and ion-exchanged water were added to these raw material powders and wet mixed using zirconia balls having a diameter of 5 mm.
次に、湿式混合した粉末を、ポリビニルブチラール樹脂を溶解させたトルエンおよびアルコールの混合溶媒中に投入し、直径5mmのジルコニアボールを用いて湿式混合しセラミックスラリを調製し、ドクターブレード法により厚み2.0μmおよび2.5μmのセラミックグリーンシートを作製した。 Next, the wet-mixed powder is put into a mixed solvent of toluene and alcohol in which polyvinyl butyral resin is dissolved, wet-mixed using a zirconia ball having a diameter of 5 mm, and a ceramic slurry is prepared. Ceramic green sheets of 0.0 μm and 2.5 μm were prepared.
次に、これらのセラミックグリーンシートの上面にNiを主成分とする矩形状の内部電極パターンを複数形成した。内部電極パターンを形成するための導体ペーストは、平均粒径が0.3μmのNi粉末100質量部に対してBCT粉末を15質量部添加したものを用いた。 Next, a plurality of rectangular internal electrode patterns mainly composed of Ni were formed on the upper surfaces of these ceramic green sheets. The conductor paste for forming the internal electrode pattern was obtained by adding 15 parts by mass of BCT powder to 100 parts by mass of Ni powder having an average particle size of 0.3 μm.
次に、内部電極パターンを印刷したセラミックグリーンシートを200枚積層し、その上下面に内部電極パターンを印刷していないセラミックグリーンシートをそれぞれ20〜40枚積層し、プレス機を用いて温度60℃、圧力107Pa、時間10分の条件で密着させて厚み2.0μmのセラミックグリーンシートを用いたシート積層体と厚み2.5μmのセラミックグリーンシートを用いたシート積層体とを作製し、しかる後、各シート積層体を、所定の寸法に切断してコンデンサ本体成形体を形成した。 Next, 200 ceramic green sheets on which internal electrode patterns were printed were laminated, 20 to 40 ceramic green sheets on which the internal electrode patterns were not printed were laminated on the upper and lower surfaces, respectively, and a temperature of 60 ° C. was used using a press. Then, a sheet laminate using a ceramic green sheet having a thickness of 2.0 μm and a sheet laminate using a ceramic green sheet having a thickness of 2.5 μm are prepared by closely adhering them under conditions of a pressure of 10 7 Pa and a time of 10 minutes. Thereafter, each sheet laminate was cut into a predetermined size to form a capacitor body molded body.
次に、コンデンサ本体成形体を大気中で脱バインダ処理した後、水素−窒素中、1110〜1130℃で2時間焼成してコンデンサ本体を作製した(試料No.24については1110℃、試料No.25については1130℃、それ以外の試料は1120℃)。また、試料は、続いて、窒素雰囲気中1000℃で4時間の再酸化処理を施した。このコンデンサ本体の大きさは0.95mm×0.48mm×0.48mm、誘電体層の厚みは1.5μmまたは2μm、内部電極層の1層の有効面積は0.3mm2であった。なお、有効面積とは、コンデンサ本体の異なる端面にそれぞれ露出するように積層方向に交互に形成された内部電極層同士の重なる部分の面積のことである。 Next, the molded body of the capacitor body was treated to remove the binder in the air and then fired in hydrogen-nitrogen at 1110 to 1130 ° C. for 2 hours to prepare a capacitor body (for sample No. 24, 1110 ° C., sample No. 1). 25 is 1130 ° C, and other samples are 1120 ° C). Further, the sample was subsequently subjected to a reoxidation treatment at 1000 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. The size of the capacitor body was 0.95 mm × 0.48 mm × 0.48 mm, the thickness of the dielectric layer was 1.5 μm or 2 μm, and the effective area of one internal electrode layer was 0.3 mm 2 . The effective area is the area of the overlapping portion of the internal electrode layers that are alternately formed in the stacking direction so as to be exposed at different end faces of the capacitor body.
次に、焼成したコンデンサ本体をバレル研磨した後、コンデンサ本体の両端部にCu粉末とガラスを含んだ外部電極ペーストを塗布し、850℃で焼き付けを行い外部電極を形成した。その後、電解バレル機を用いて、この外部電極の表面に、順にNiメッキ及びSnメッキを行い、積層セラミックコンデンサを作製した。 Next, the fired capacitor body was barrel-polished, and then an external electrode paste containing Cu powder and glass was applied to both ends of the capacitor body and baked at 850 ° C. to form external electrodes. Thereafter, using an electrolytic barrel machine, Ni plating and Sn plating were sequentially performed on the surface of the external electrode to produce a multilayer ceramic capacitor.
次に、これらの積層セラミックコンデンサについて以下の評価を行った。評価はいずれも試料数10個とし、その平均値から求めた。比誘電率および誘電損失は静電容量を温度25℃、周波数1.0kHz、測定電圧を1Vrmsとして測定し、誘電体層の厚みと内部電極層の有効面積から求めた。また、比誘電率の温度特性は静電容量を温度−55〜150℃の範囲で測定し、この温度範囲において25℃に対して比誘電率の変化率が最大になる値を求めた。 Next, the following evaluation was performed on these multilayer ceramic capacitors. In all cases, the number of samples was 10, and the average value was obtained. The relative dielectric constant and dielectric loss were determined from the thickness of the dielectric layer and the effective area of the internal electrode layer, measured at a capacitance of 25 ° C., a frequency of 1.0 kHz, and a measurement voltage of 1 Vrms. In addition, the temperature characteristic of the relative dielectric constant was obtained by measuring the electrostatic capacitance in a temperature range of −55 to 150 ° C., and obtaining a value at which the change rate of the relative dielectric constant was maximum with respect to 25 ° C. in this temperature range.
高温負荷試験は温度170℃、印加電圧30Vの条件で行った。高温負荷試験での寿命特性は試料数を各試料20個とし、積層セラミックコンデンサの絶縁抵抗が106Ωを下回ったときの時間として求めた。 The high temperature load test was conducted under conditions of a temperature of 170 ° C. and an applied voltage of 30V. The life characteristics in the high temperature load test were determined as the time when the number of samples was 20 for each sample and the insulation resistance of the multilayer ceramic capacitor was less than 10 6 Ω.
DCバイアス特性は8Vの直流電圧を印加して測定した静電容量を直流電圧を印加しない条件で測定した静電容量で除して求めた。このときの試料数は各試料について10個とした。 The DC bias characteristic was obtained by dividing the capacitance measured by applying a DC voltage of 8V by the capacitance measured under the condition that no DC voltage was applied. The number of samples at this time was 10 for each sample.
誘電体層を構成する結晶粒子の平均粒径は焼成後のコンデンサ本体である試料の破断面を研磨した後、走査型電子顕微鏡を用いて内部組織の写真を撮り、その写真上で結晶粒子が20〜30個入る円を描き、円内および円周にかかった結晶粒子を選択し、各結晶粒子の輪郭を画像処理して、各粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、その平均値より求めた。 The average grain size of the crystal particles constituting the dielectric layer is determined by polishing the fracture surface of the sample that is the capacitor body after firing, and then taking a picture of the internal structure using a scanning electron microscope. When drawing 20 to 30 circles, selecting crystal grains in and around the circle, processing the image of the outline of each crystal particle, finding the area of each particle, and replacing it with a circle with the same area The diameter was calculated from the average value.
結晶粒子中のモル比(Ba+Ca)/Tiについては、まず、分析する試料となる積層セラミックコンデンサを研磨もしくは切断して薄板状の試料を作製した。次に、この薄板状の試料をイオンミリングにより加工して透過電子顕微鏡観察用の試料を作製した。この分析には元素分析機器を付設した透過型電子顕微鏡を用いた。このとき電子線のスポットサイズは約5nmとし、図3に示すように結晶粒子の粒界から中心部にかけて20〜50nmの間隔で分析を行い、モル比(Ba+Ca)/Tiが1より大きい領域と1より小さい領域とに分けて、それぞれ平均値を求めて結晶粒子における内核および外殻のモル比(Ba+Ca)/Tiを求めた。選択する結晶粒子はその結晶粒子の最大径と最小径との比(アスペクト比)が1.3以下であり、平均粒径の±60%の範囲にある結晶粒子9とした。なお平均粒径の±60%の範囲にある結晶粒子9とはその結晶粒子の輪郭から画像処理により面積を求め、その面積と同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径が平均粒径の±60%の範囲にあるものとした。このようなモル比(Ba+Ca)/Tiを求める分析を5個の結晶粒子9について行い、これらの平均値よりモル比(Ba+Ca)/Tiを求めた。
Regarding the molar ratio (Ba + Ca) / Ti in the crystal particles, first, a laminated ceramic capacitor serving as a sample to be analyzed was polished or cut to prepare a thin plate sample. Next, this thin plate-like sample was processed by ion milling to prepare a sample for observation with a transmission electron microscope. For this analysis, a transmission electron microscope equipped with an elemental analysis instrument was used. At this time, the spot size of the electron beam is about 5 nm, and analysis is performed at an interval of 20 to 50 nm from the grain boundary to the center of the crystal grain as shown in FIG. 3, and the molar ratio (Ba + Ca) / Ti is larger than 1. It was divided into regions smaller than 1, and the average value was obtained for each to obtain the molar ratio (Ba + Ca) / Ti of the inner core and outer shell in the crystal grains. The crystal grains to be selected were
また、得られた焼結体である試料の組成分析はICP(Inductively Coupled Plasma)分析もしくは原子吸光分析により行った。この場合、得られた積層セラミックコンデンサを硼酸と炭酸ナトリウムと混合し溶融させたものを塩酸に溶解させて、まず、原子吸光分析により誘電体磁器に含まれる元素の定性分析を行い、次いで、特定した各元素について標準液を希釈したものを標準試料として、ICP発光分光分析にかけて定量化した。また、各元素の価数を周期表に示される価数として酸素量を求めた。なお、作製した誘電体磁器の組成は調合組成と同じであることを上記組成分析より確認した。表1に焼成後の組成と焼成温度および特性の結果を示した。 Moreover, the composition analysis of the sample which is the obtained sintered body was performed by ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis or atomic absorption analysis. In this case, the obtained multilayer ceramic capacitor mixed with boric acid and sodium carbonate and dissolved is dissolved in hydrochloric acid. First, qualitative analysis of the elements contained in the dielectric ceramic is performed by atomic absorption spectrometry, and then specified. The diluted standard solution for each element was used as a standard sample and quantified by ICP emission spectroscopic analysis. Further, the amount of oxygen was determined using the valence of each element as the valence shown in the periodic table. In addition, it confirmed from the said composition analysis that the composition of the produced dielectric ceramic was the same as a preparation composition. Table 1 shows the composition, the firing temperature, and the characteristics after firing.
表1の結果から明らかなように、本発明の試料No.2〜6,9,10,12〜15,21,22および27〜29では、室温(25℃)における比誘電率が3080以上、室温(25℃)を基準にしたときの−55〜125℃の温度範囲における比誘電率の最大の変化率が±10%以内を示し、またDCバイアス特性も8V印加において40%以上を満たし、さらに高温負荷試験での寿命特性も170℃、30Vの条件下で80時間以上を満足するものを得ることができた。 As is clear from the results in Table 1, sample No. 2 to 6, 9, 10, 12 to 15, 21, 22, and 27 to 29, the relative dielectric constant at room temperature (25 ° C.) is 3080 or more, and −55 to 125 ° C. based on room temperature (25 ° C.). The maximum change rate of the relative permittivity in the temperature range is within ± 10%, the DC bias characteristics satisfy 40% or more when 8V is applied, and the life characteristics in the high temperature load test are 170 ° C and 30V. Can satisfy the requirements of 80 hours or more.
また、誘電体層を構成する誘電体磁器の組成を、カルシウムを含むチタン酸バリウムを構成するチタン100モルに対して、バナジウムをV2O5換算で0.05〜0.15モル、希土類元素(RE)をRE2O3換算で0.5〜1モル含有するようにした試料No.2〜4,9,12〜15,21,22および27〜29では室温(25℃)における比誘電率が3340以上であった。 Further, the composition of the dielectric ceramic constituting the dielectric layer is 0.05 to 0.15 mole of vanadium in terms of V 2 O 5 with respect to 100 moles of titanium constituting the barium titanate containing calcium. samples (RE) was such that 0.5 to 1 mole contained in terms of RE 2 O 3 No. 2 to 4, 9, 12 to 15, 21, 22, and 27 to 29 had a relative dielectric constant of 3340 or more at room temperature (25 ° C.).
さらに、誘電体磁器として実質的にバナジウムおよび希土類元素(RE)のみを含有するものとした試料No.2〜6,9,10,12〜15,21,22,27および28では誘電損失が15.5%以下であった。 Further, as a dielectric porcelain, sample No. 1 containing substantially only vanadium and rare earth elements (RE). In 2-6, 9, 10, 12-15, 21, 22, 27, and 28, the dielectric loss was 15.5% or less.
これに対して、本発明の範囲外の試料(試料No.1,7,8,11,16〜20および23〜26)では、室温(25℃)における比誘電率が3000以上、室温(25℃)を基準にしたときの−55〜125℃の温度範囲における比誘電率の最大の変化率が±15%以内、DCバイアス特性が8V印加において40%以上、および高温負荷試験での寿命特性が170℃、30Vの条件下で80時間以上のいずれかの特性を満足しないものであった。 On the other hand, in samples (sample Nos. 1, 7, 8, 11, 16-20 and 23-26) outside the scope of the present invention, the relative dielectric constant at room temperature (25 ° C.) is 3000 or more and room temperature (25 The maximum change rate of the relative permittivity in the temperature range of −55 to 125 ° C. is within ± 15%, the DC bias characteristics are 40% or more when 8V is applied, and the life characteristics in the high temperature load test. However, it did not satisfy any of the characteristics over 80 hours under the conditions of 170 ° C. and 30V.
1 コンデンサ本体
3 外部電極
5 誘電体層
7 内部電極層
9 結晶粒子
9a 内核
9b 外殻
11 粒界相
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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