JP3634951B2 - Dielectric porcelain - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘電体磁器に関するものであり、特に、内部電極に卑金属材料、例えばＮｉ等を用いることができる積層型磁器コンデンサの誘電体磁器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、積層型磁器コンデンサは、所定の誘電体磁器組成物からなるグリーンシートに導電ペーストを印刷し、該導電ペーストを印刷した複数枚のグリーンシートを積層し、グリーンシートと内部電極とを一体焼成し、形成されている。
【０００３】
そして、従来、卑金属を内部電極として用いることができる非還元性誘電体磁器組成物として、例えば、特公昭５７−４２５８８号公報に開示されるようなものが知られている。この公報に開示される誘電体磁器組成物は、組成式［（Ｂａ_{１−ｘ−ｙ} Ｃａ_ｘ Ｓｒ_ｙ ）Ｏ］_ｍ ＴｉＯ_２ で表されるものである。
【０００４】
しかしながら、この特公昭５７−４２５８８号に開示された誘電体磁器組成物では、焼成時に発生する誘電体材料の還元反応を抑えることができるものの、焼成温度が１３００℃を越えてしまい、積層型磁器コンデンサの内部電極にＮｉを用いた場合、Ｎｉ粒子が凝集反応を示し、安定した電極形成が困難であった。また、同時にＮｉ粒子が誘電体磁器に拡散反応を示し、絶縁抵抗値を劣化させるという問題点があった。そこで、近年、低温焼成が可能な誘電体磁器組成物として、特公平６−１４４９６号および特開平４−３６７５５９号公報に開示されるようなものが知られている。
【０００５】
特公平６−１４４９６号には、｛（Ｂａ_１−ｘ Ｃａ_ｘ ） Ｏ｝_ｍ （ Ｔｉ_{１−ｙ−ｚ} Ｚｒ_ｙ Ｒ_ｚ ） Ｏ_{２−ｚ／２} （ＲはＹ等の希土類元素）で表される基本成分と、ＳｉＯ_２ 、Ｌｉ_２ ＯおよびＭＯ（ＭＯはＢａＯ等）からなる添加成分との混合物を焼成してなるものが開示されている。この公報には、基本成分を１２００℃で仮焼し、添加成分を１０００℃で仮焼し、基本成分と添加成分の仮焼粉末を混合し、この混合粉末でスラリーを形成し、所定形状に成形し、１１５０℃で焼成することにより焼結体が得られている。
【０００６】
また、特開平４−３６７５５９号公報には、（Ｂａ_１−ｘ Ｃａ_ｘ ） _ｍ （ Ｔｉ_１−ｙ Ｚｒ_ｙ ） _ｎ Ｏ_３ ＋ａＭ_１ ＋ｂＭ_２ ＋ｃＭ_３ （Ｍ_１ はＭｎ等の化合物、Ｍ_２ はＳｉの化合物、Ｍ_３ はＹの化合物）で表されている誘電体磁器組成物が開示されている。この公報には、ＢａＣＯ_３ 、ＣａＣＯ_３ 、ＴｉＯ_２ 、ＺｒＯ_２ 、ＳｉＯ_２ 、Ｙ_２ Ｏ_３ 等の粉末を混合し、この粉末を１０５０〜１２４０℃で仮焼し、この仮焼粉末を用いて成形体を作製し、８００〜１１００℃で焼成することにより焼結体が得られている。
【０００７】
これらの誘電体磁器組成物では、還元性雰囲気で焼成しても磁器が還元されず、焼成温度を１１５０℃以下とすることができ、低温焼成が可能である。
【０００８】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、上記した誘電体磁器は、高温高電圧中における信頼性が低いという問題があった。即ち、近年においては小型高容量化が要求されているが、このために積層型磁器コンデンサにおける誘電体層を薄層化すると絶縁抵抗の低下等により信頼性不良が多発するという問題があった。
【０００９】
本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は還元雰囲気にて１２５０℃以下で焼成でき、しかも比誘電率、誘電損失、絶縁抵抗値等の基本的な特性にも優れるとともに、高温高電圧中における信頼性を向上し、長寿命とすることができる誘電体磁器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記問題点について鋭意検討した結果、特公平６−１４４９６号および特開平４−３６７５５９号公報のように、添加される希土類元素を結晶相中に固溶させるのではなく、粒界に存在させることにより、積層型磁器コンデンサの誘電体層を薄層化した場合において、高温高電圧中における信頼性を向上できることを知見した。また、誘電体層を薄層化した場合、ガラス成分中にＢａＯ、ＣａＯを含有させることによりガラス成分を更に非晶質化させ高温高電圧中における信頼性を向上できることを知見し本発明に至った。
【００１１】
即ち、本発明の誘電体磁器は、組成式｛（Ｂａ _１−ｘ Ｃａ _ｘ ) ｍ ( Ｔｉ _１−ｙ Ｚｒ _ｙ ) ｝Ｏ _３ （但し、０．０１≦ｘ≦０．１０、０．１５≦ｙ≦０．２５、０．９８≦ｍ≦１．０１）で表される主成分粉末に対して、ＳｉＯ _２ 、Ｙ _２ Ｏ _３ 、ＢａＣＯ _３ 、及びＣａＣＯ _３ 粉末を混合し、溶融し、粉砕して得られたガラス成分粉末を混合し、焼成して得られたものであり、組成式｛（Ｂａ_１−ｘＣａ_ｘ) ｍ(Ｔｉ_１−ｙＺｒ_ｙ)｝Ｏ_３（但し、０．０１≦ｘ≦０．１０、０．１５≦ｙ≦０．２５、０．９８≦ｍ≦１．０１）で表される結晶粒子と、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＣａＯを含有する粒界相とからなるとともに、Yがガラスとして存在することを特徴とする。
【００１２】
ここで、誘電体磁器は、組成式｛（Ｂａ_１−ｘ Ｃａ_ｘ ） _ｍ （ Ｔｉ_１−ｙ Ｚｒ_ｙ ） ｝Ｏ_３ （但し、０．０１≦ｘ≦０．１０、０．１５≦ｙ≦０．２５、０．９８≦ｍ≦１．０１）で表される主成分と、該主成分１００重量部に対して、Ｙ_２ Ｏ_３ 、ＳｉＯ_２ 、ＢａＯ、ＣａＯと、Ｌｉ_２ ＯまたはＢ_２ Ｏ_３ からなるガラス成分を０．２〜３．０重量部含有するとともに、該ガラス成分が、Ｙ_２ Ｏ_３ 、ＳｉＯ_２ 、ＢａＯ、ＣａＯと、Ｌｉ_２ ＯまたはＢ_２ Ｏ_３ の５成分組成において、Ｙ_２ Ｏ_３ が５〜３０モル％、ＳｉＯ_２ が２０〜５０モル％、ＢａＯ、ＣａＯがそれぞれ５〜２０モル％、Ｌｉ_２ ＯまたはＢ_２ Ｏ_３ が１０〜４０モル％からなることが望ましい。また、主成分１００重量部に対して、さらにＭｎＯ_２ を０．１〜０．３重量部含有することが望ましい。
【００１３】
【作用】
本発明の誘電体磁器では、積層磁器コンデンサの内部電極に卑金属、例えばＮｉやＮｉを主成分とする合金等を用いても、低温で焼成処理されることからＮｉ粒子が凝集反応を示したり、Ｎｉ粒子が誘電体中に拡散反応を示したりすることがなく、誘電率、誘電損失、絶縁抵抗値等の基本的な特性に優れた積層磁器コンデンサを作製することができる。
【００１４】
そして、上記したように、特公平６−１４４９６号では、｛（Ｂａ_１−ｘ Ｃａ_ｘ ） Ｏ｝_ｍ （ Ｔｉ_{１−ｙ−ｚ} Ｚｒ_ｙ Ｒ_ｚ ） Ｏ_{２−ｚ／２} （ＲはＹ等の希土類元素）からなる基本成分を１２００℃で仮焼し、ＳｉＯ_２ 、Ｌｉ_２ ＯおよびＭＯ（ＭＯはＢａＯ等）からなる添加成分を１０００℃で仮焼し、基本成分と添加成分の仮焼粉末を混合し、この混合粉末でスラリーを形成し、所定形状に成形し、１１５０℃で焼成することにより焼結体を作製しており、基本成分を１２００℃の高温で仮焼しているため、Ｙが主結晶中に固溶していると考えられ、誘電特性は良好であるものの、薄層コンデンサを作製した場合の高温負荷試験での信頼性不良が発生し易い。
【００１５】
また、特開平４−３６７５５９号公報でも同様に、ＢａＣＯ_３ 、ＣａＣＯ_３ 、ＴｉＯ_２ 、ＺｒＯ_２ 、ＳｉＯ_２ 、Ｙ_２ Ｏ_３ 等の粉末を混合し、この粉末を１０５０〜１２４０℃で仮焼しており、主結晶原料と同時に高温で仮焼しているため、Ｙが主結晶中に固溶していると考えられ、上記したように信頼性不良が発生し易い。
【００１６】
本発明者等は、誘電特性を向上するために添加するＹを、主結晶相の粒界に主にガラスとして存在せしめることにより、誘電特性を向上できるとともに、薄層化した場合の高温負荷試験での信頼性不良を低減することができ、長寿命とできることを知見し、本発明に至った。さらに、ＢａＯ、ＣａＯが粒界にガラスとして存在することにより、粒界に存在するガラス成分の非晶質化を促進し、高温負荷試験での信頼性をさらに向上できるのである。
【００１７】
本発明では、Ｙを粒界に存在せしめるため、例えば、ＳｉＯ_２ 、Ｌｉ_２ ＣＯ_３ 、Ｙ_２ Ｏ_３ 、及びＢａＣＯ_３ 、ＣａＣＯ_３ 粉末を混合し、これを１２００〜１４００℃で溶融し、この溶融物を冷水中に投入してガラスカレットを作製し、このガラスカレットを粉砕してガラス成分として用いた。このようなガラス成分と主成分とを混合し、１２５０℃以下の温度で焼成して誘電体磁器を作製すると、Ｙが粒界に主にガラスとして存在する誘電体磁器が得られる。本発明では、このようにＹが主に粒界に存在することにより、薄層化した場合においても高温高電圧中における信頼性が向上し、長寿命化を図れるのである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の誘電体磁器は、組成式｛（Ｂａ_１−ｘ Ｃａ_ｘ ） _ｍ （ Ｔｉ_１−ｙ Ｚｒ_ｙ ） ｝Ｏ_３ （但し、０．０１≦ｘ≦０．１０、０．１５≦ｙ≦０．２５、０．９８≦ｍ≦１．０１）で表される結晶粒子と、少なくともＹ_２ Ｏ_３ 、ＳｉＯ_２ 、ＢａＯ、ＣａＯを含有する粒界相とからなるものである。
【００１９】
ここで、結晶粒子は、組成式｛（Ｂａ_１−ｘ Ｃａ_ｘ ） _ｍ （ Ｔｉ_１−ｙ Ｚｒ_ｙ ） ｝Ｏ_３ （但し、０．０１≦ｘ≦０．１０、０．１５≦ｙ≦０．２５、０．９８≦ｍ≦１．０１）と表されるものである。
【００２０】
この組成式において、ｘはＣａ原子数を表すが、このＣａは主に温度特性を平坦化するディプレッサーとして作用するとともに、絶縁抵抗値を向上させる元素として作用するものである。ｘが０．０１未満になると絶縁抵抗値が１×１０^９ Ωを下回ることになり、また、ｘが０．１０を越えると比誘電率が８０００を下回り、いずれの場合でも積層磁器コンデンサとしての基本特性を満足することができない。従って、ｘの値は、０．０１≦ｘ≦０．１０、特には０．０３≦ｘ≦０．０８の範囲が望ましい。
【００２１】
前記組成式において、ｙはＺｒの原子数を表すが、このＺｒは主にキュリー点を低温側に移動させるシフターとして作用するものである。ｙが０．１５未満となると誘電損失が５．０％を越えてしまい、また、ｙが０．２５を越えると比誘電率が８０００を下回り、いずれの場合でも積層磁器コンデンサとしての基本特性を満足することができない。従って、ｙの値は０．１５≦ｙ≦０．２５、特には０．１７５≦ｙ≦０．２２５の範囲が望ましい。
【００２２】
前記組成式において、ｍが０．９８未満になると絶縁抵抗値が１×１０^９ Ω未満となってしまい、また、ｍが１．０１を越えると焼結性が低下し、緻密な焼結体が得られない。従って、ｍは０．９８≦ｍ≦１．０１の範囲が望ましい。
【００２３】
そして、本発明の誘電体磁器は、上記組成式で表される結晶粒子と、Ｙ_２ Ｏ_３ 、ＳｉＯ_２ 、ＢａＯ、ＣａＯを含有する粒界相とからなるものである。従来の誘電体磁器と異なる点は、Ｙ_２ Ｏ_３ が粒界に存在する点にある。このように、Ｙ_２ Ｏ_３ が粒界に存在することにより、主結晶相の誘電特性を劣化させることなく、薄層化した場合の信頼性不良を低減することができ、長寿命とできるのである。
【００２４】
本発明の誘電体磁器の組成は、上記した組成式｛（Ｂａ_１−ｘ Ｃａ_ｘ ） _ｍ （ Ｔｉ_１−ｙ Ｚｒ_ｙ ） ｝Ｏ_３ （但し、０．０１≦ｘ≦０．１０、０．１５≦ｙ≦０．２５、０．９８≦ｍ≦１．０１）で表される主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＳｉＯ_２ 、Ｙ_２ Ｏ_３ 、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｌｉ_２ ＯまたはＢ_２ Ｏ_３ からなるガラス成分を０．２〜３．０重量部含有するとともに、ガラス成分が、ＳｉＯ_２ 、Ｙ_２ Ｏ_３ 、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｌｉ_２ ＯまたはＢ_２ Ｏ_３ の５成分組成において、Ｙ_２ Ｏ_３ が５〜３０モル％、ＳｉＯ_２ が２０〜５０モル％、ＢａＯ、ＣａＯがそれぞれ５〜２０モル％、Ｌｉ_２ ＯまたはＢ_２ Ｏ_３ が１０〜４０モル％からなるものである。
【００２５】
ここで、主成分１００重量部に対して、ＳｉＯ_２ 、Ｙ_２ Ｏ_３ 、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｌｉ_２ ＯまたはＢ_２ Ｏ_３ を含むガラス成分を０．２〜３．０重量部添加しているのは、ガラス成分が０．２重量部未満となると焼結性が低下し、緻密な焼結体が得られない。また、３．０重量部を越えると絶縁抵抗値が１×１０^９ Ωを下回ることになり、積層磁器コンデンサとしての用いた場合に基本特性を満足することができない。ガラス成分は０．２〜３．０重量部、特に０．５〜２重量部が望ましい。
【００２６】
このガラス成分は、ＳｉＯ_２ 、Ｙ_２ Ｏ_３ 、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｌｉ_２ ＯまたはＢ_２ Ｏ_３ の５成分組成において、ＳｉＯ_２ が２０〜５０モル％、Ｌｉ_２ ＯまたはＢ_２ Ｏ_３ が１０〜４０モル％、Ｙ_２ Ｏ_３ が５〜３０モル％、ＢａＯ、ＣａＯがそれぞれ５〜２０モル％からなるものである。ＳｉＯ_２ 、Ｙ_２ Ｏ_３ 、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｌｉ_２ ＯまたはＢ_２ Ｏ_３ の量が、上記範囲を外れると電気特性、焼結性、信頼性が低下してしまう。特に、ＢａＯ、ＣａＯをそれぞれ５〜２０モル％含有することにより、高温負荷試験での寿命をさらに大きく向上でき、信頼性を向上できる。
【００２７】
更に、主成分１００重量部に対して、ＭｎＯ_２ を０．１〜０．３重量部含有することが望ましい。これは、Ｍｎは焼結性、絶縁抵抗値を向上させる作用があり、０．１重量部未満では焼結性向上効果が小さく、また、０．３重量部を越えると比誘電率が低下し、積層磁器コンデンサとしての基本特性を満足することができないからである。
【００２８】
本発明の誘電体磁器は以下のようにして作製される。先ず、主成分粉末として、組成式｛（Ｂａ_１−ｘ Ｃａ_ｘ ） _ｍ （ Ｔｉ_１−ｙ Ｚｒ_ｙ ） ｝Ｏ_３ （但し、０．０１≦ｘ≦０．１０、０．１５≦ｙ≦０．２５、０．９８≦ｍ≦１．０１）で表される固溶体粉末を作製する。この固溶体粉末は、固相法または湿式合成法のどちらの製法を用いても同様の特性が得られる。
【００２９】
また、ガラス成分粉末を、例えば、ＳｉＯ_２ 、Ｙ_２ Ｏ_３ 、ＢａＣＯ_３ 、ＣａＣＯ_３ 、Ｌｉ_２ ＣＯ_３ またはＢ_２ Ｏ_３ 粉末を上記した組成となるように混合し、これを１２００〜１４００℃で溶融し、この溶融物を冷水中に投入してガラスカレットを作製し、このガラスカレットを粉砕して作製する。
【００３０】
そして、ガラス成分粉末を、主成分粉末１００重量部に対して０．２〜３．０重量部添加して混合し、窒素雰囲気、または還元雰囲気中において１０５０〜１２５０℃の温度で０．５〜５時間焼成することにより、本発明の誘電体磁器が得られる。このように、主成分粉末とは別に、Ｙ_２ Ｏ_３ 、ＳｉＯ_２ 、ＢａＣＯ_３ 、ＣａＣＯ_３ をガラス成分として添加せしめることにより、Ｙ_２ Ｏ_３ 、ＳｉＯ_２ 、ＢａＯ、ＣａＯがガラスとして粒界に存在することになり、薄層化した場合においても信頼性が向上し、長寿命化を図れるのである。
【００３１】
尚、ＳｉＯ_２、ＢａＯ、ＣａＯはガラスとして粒界に存在する。また、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２は粒界に結晶相として析出する場合もあるが、ガラスとして存在することが重要である。ＭｎＯ_２は粒界に存在する。
【００３２】
本発明の誘電体磁器を用いた積層型磁器コンデンサは、誘電体磁器からなる誘電体層、及び内部電極とが交互に積層してなるコンデンサ本体と、このコンデンサ本体の両端部に形成された第１の端子電極、および第２の端子電極とから構成されている。
【００３３】
内部電極は、隣接する内部電極が交互に前記対向する端面に導出し、第１の端子電極、又は第２の端子電極に接続されて構成されている。この内部電極は、例えば、卑金属のＮｉを主成分とした材料からなる。
【００３４】
このような積層型磁器コンデンサは、上記した主成分粉末とガラス成分粉末とを所定量添加し、さらに所望によりＭｎＯ_２ 粉末を添加し、ボールミルで湿式粉砕して有機ビヒクルを加え、均質混合を行い、ドクタブレード法によりテープ成形を行う。その後、テープを所定の大きさに裁断し、グリーンシートとする。
【００３５】
次に、Ｎｉ粉末、有機ビヒクルとを均質混合した導電性ペーストをスクリーン印刷で、上記グリーンシート上に内部電極となる導体膜を形成する。
【００３６】
このように、内部電極となる導体膜が形成されたグリーンシートを内部電極導出方向を考慮して、積層し、圧着して一体化する。
【００３７】
そして、グリーンシート積層体を切断し、個々に切断した未焼成のグリーンチップを還元性雰囲気で１０５０〜１２５０℃で焼成し、外部電極用のペーストとして、Ｃｕペーストを塗布し、窒素雰囲気中で８００〜９００℃で焼き付け、外部電極を形成する。
【００３８】
上述の積層型磁器コンデンサは、内部電極にＮｉ等の卑金属材料を用いた場合、特に焼成温度が１２５０℃以下であり、Ｎｉ粒子の凝集反応を抑え、しかも緻密な焼結体が得られ、Ｎｉ粒子が誘電体磁器中に拡散することを抑え、Ｎｉ内部電極を安定に形成できるとともに、積層型磁器コンデンサの電気的な特性を満足し、さらに高温負荷試験においても信頼性を向上することができる。
【００３９】
【実施例】
出発原料として、ＢａＣＯ_３ 、ＣａＣＯ_３ 、ＴｉＯ_２ 、ＺｒＯ_２ 粉末を、表１に示す組成となるように秤量し、ＺｒＯ_２ ボールを用いたボールミルで湿式処理し、乾燥後、大気中で１２００℃で２時間仮焼処理し、更に湿式粉砕、乾燥し、主成分粉末を作製した。
【００４０】
次にガラス成分としてＹ_２ Ｏ_３ 、ＳｉＯ_２ 、ＢａＣＯ_３ 、ＣａＣＯ_３ 、Ｌｉ_２ ＣＯ_３ またはＢ_２ Ｏ_３ を表１のガラス組成となるように所定量秤量し、１時間乾式混合した。その後、白金ルツボに混合粉をいれ、大気中で１３００℃で溶融させ、冷水に流し出し、ガラスカレットとした。このカレットにイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を加え、上記ボールミルで湿式粉砕し、乾燥し、ガラス成分粉末を作製した。
【００４１】
その後、表１に示すように、ガラス成分粉末を主成分粉末１００重量部に対して表１に示す量だけ添加し、ＭｎＯ_２ 粉末を表１に示す量だけ添加し、上記ボールミルで湿式粉砕して有機ビヒクルを加え、ドクターブレード法によって１５μｍの厚みになるようテープ成型を行い、その後、テープを所定大きさに裁断し、グリーンシートを作製した。
【００４２】
内部電極を形成する導電性ペーストを、Ｎｉ粉末と有機ビヒクルとを均質混合して作製し、この導電性ペーストをスクリーン印刷で上記グリーンシート上に塗布する。
【００４３】
導電性ペーストが塗布されたグリーンシートを１１枚を積層し、この積層体の上下に導電性ペーストが塗布されていない上記グリーンシートをそれぞれ１０枚ずつ積層し、圧着して一体化してグリーンシート積層体を作製した後、これを切断し、個々に切断した未焼成のグリーンチップを還元性雰囲気で表２に示す温度で２時間焼成した。この後大気中において８００℃で１時間酸化処理をした。
【００４４】
この後、外部電極用のペーストとして、Ｃｕ粉末と有機ビヒクルを均質混合して作製し、このペーストを塗布し、窒素雰囲気中で９００℃で焼き付け、外部電極を形成し、積層型磁器コンデンサを作製した。
【００４５】
作製された積層型磁器コンデンサは、誘電体層の厚みが１０μｍ、有効誘電体層は１０層、内部電極の有効電極面積は３．０ｍｍ^２ であった。
【００４６】
この積層型磁器コンデンサの特性を、基準温度２５℃でデジタルＬＣＲメータ（ＹＨＰ製４２７４Ａ）にて周波数１ＫＨｚ、測定電圧１．０Ｖｒｍｓの信号を入力し、静電容量、誘電損失ｔａｎδを測定した。誘電体磁器の比誘電率εｒは積層型磁器コンデンサの誘電体磁器の試料寸法と静電容量を考慮して算出した。
【００４７】
尚、絶縁抵抗値は、積層型磁器コンデンサに１６Ｖの直流電圧を１分間印可し、その値とした。
【００４８】
評価として、比誘電率εｒは小型で高容量の積層型磁器コンデンサを作成するために重要な特性であり、８０００を越えるものを良好とした。誘電損失ｔａｎδは誘電体グリーンシートの薄膜化を実現し、小型で高容量の積層型磁器コンデンサを作成するために重要な特性であり、５．０％以下を良好とした。絶縁抵抗値は１×１０^９ Ω以上を良好した。また、これらの特性値は１０個の積層型磁器コンデンサの平均値とした。
【００４９】
また、積層型磁器コンデンサの高温負荷寿命を、１５０℃で６４Ｖの直流電圧の印加状態に保持することにより測定した。この高温負荷寿命は、３００個の積層型磁器コンデンサについて行い、最初にショートしたコンデンサの、印加開始からショートに至るまでの時間を測定することにより評価した。高温負荷寿命は、誘電体層を薄層化する際に特に重要となるものであり、印加開始からショートに至るまでの時間が１００時間以上を良品とした。これらの結果を表２に記載した。
【００５０】
【表１】

【００５１】
【表２】

【００５２】
本発明の試料について、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて組織を５万倍で観察したところ、結晶粒子と粒界相とからなり、結晶粒子と粒界相について元素分析を行ったところ、結晶粒子にはＢａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒを検出し、粒界にはＹ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｂａ、Ｃａを検出した。
【００５３】
試料番号１〜６で、基本成分中のｍ値の範囲の作用が理解できる。試料番号１のようにｍが０．９７の場合、絶縁抵抗値が１×１０^９ 未満となってしまう。また、試料番号６のようにｍが１．０２の場合には１２５０℃で焼成しても緻密な焼結体が得られない。このことから、ｍの値は、０．９８≦ｍ≦１．０１の範囲となる。
【００５４】
次に試料番号７〜１２で複合酸化物のｘ値の範囲の作用が理解できる。試料番号７に示すようにｘが０の場合、絶縁抵抗値が１×１０^９ 未満となってしまう。
【００５５】
また、試料番号１２のようにｘの値が０．１を越えると、比誘電率が７４００と８０００を下回ってしまう。このことから、ｘの値は、０．０１≦ｘ≦０．１０となる。
【００５６】
次に試料番号１３〜１８で複合酸化物のｙ値の範囲の作用が理解できる。試料番号１３に示すようにｙが０．１２５の場合、誘電損失が７．１％となってしまう。また、試料番号１８のようにｙが０．２７５の場合、比誘電率が５６００と８０００を下回ってしまう。このことから、ｙの値は、０．１５≦ｙ≦０．２５の範囲となる。
【００５７】
次に試料番号２１〜２４でガラス成分の添加量の範囲の作用が理解できる。添加量が０．２〜３．０重量部に制御することにより、緻密な焼結体が得られ、その他の特性も安定するものとなる。ガラス成分を構成するＳｉＯ_２ 、Ｌｉ_２ ＯまたはＢ_２ Ｏ_３ 、Ｙ_２ Ｏ_３ 、及びＢａＯ、ＣａＯのモル％について試料番号２５〜３６でその作用が理解できる。
【００５８】
以上のように、１２５０℃以下で焼成可能で、比誘電率が８０００以上、誘電損失が５．０％以下、絶縁抵抗値が１×１０^９ 以上の特性の誘電体磁器組成物とするためには、上述のように、基本成分のｘ、ｙ、ｍ、ガラス成分のＳｉＯ_２ 、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｌｉ_２ ＯまたはＢ_２ Ｏ_３ 、Ｙ_２ Ｏ_３ のモル％、そのガラス成分の重量部、更にＭｎＯ_２ の重量部を厳密に制御して達成されることになる。
【００５９】
そして、本発明の試料では、１５０℃で６４Ｖの直流電圧の印加状態に保持する高温負荷寿命において、最初にショートしたコンデンサの、印加開始からショートに至るまでの時間が１００時間以上と優れた特性を示した。
【００６０】
尚、本願発明者等は、特公平６−１４４９６号公報に開示された誘電体磁器を用いた積層磁器コンデンサを作製した。即ち、｛（Ｂａ_０．９５Ｃａ_０．０５） Ｏ｝_{１．００５}（Ｔｉ_{０．８００} Ｚｒ_{０．１９６} Ｙ_{０．００４}）Ｏで表される仮焼粉末からなる主成分粉末を作製し、ＳｉＯ_２ ６０モル％、Ｌｉ_２ Ｏ ２０モル％およびＢａＯ ２０モル％を混合し仮焼した添加成分粉末を作製し、これらを主成分粉末１００重量部に対して０．５重量部の割合で添加混合し、上記実施例と同様にして積層磁器コンデンサを作製した。尚、焼成温度は１１５０℃１時間とした。誘電体層の比誘電率は１３０００であり、誘電損失は３．２％であり、絶縁抵抗は１．２×１０^１０Ωであり優れた誘電特性を有していたが、高温負荷試験において、最初にショートしたコンデンサのショートに至までの時間は５時間であり、信頼性に欠けることが判った。
【００６１】
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて組織を５万倍で観察したところ、結晶粒子と粒界相とからなり、結晶粒子と粒界相について元素分析を行ったところ、Ｙが結晶粒子中に存在していた。
【００６２】
また、特開平４−３６７５５９号公報に開示された誘電体磁器を用いた積層磁器コンデンサを作製した。組成式が、（Ｂａ_０．９５Ｃａ_０．０５）_{１．００５} （Ｔｉ_０．８０Ｚｒ_{０．２００}）Ｏ_３ ＋０．２重量％ＭｎＯ_２ ＋０．３重量％ＳｉＯ_２ ＋０．２重量％Ｙ_２ Ｏ_３ となるように、ＢａＣＯ_３ 、ＣａＣＯ_３ 、ＴｉＯ_２ 、ＺｒＯ_２ 、ＳｉＯ_２ 、Ｙ_２ Ｏ_３ 等の粉末を混合し、この粉末を１２００℃で仮焼し、この仮焼粉末を用いて、上記実施例と同様にして積層磁器コンデンサを作製した。尚、焼成温度は１１００℃２時間とした。誘電体層の比誘電率は１２０００であり、誘電損失は２．５％であり、絶縁抵抗は１．４×１０^１０Ωであり優れた誘電特性を有していたが、高温負荷試験において、最初にショートしたコンデンサのショートに至までの時間は４時間であり、信頼性に欠けることが判った。
【００６３】
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて組織を５万倍で観察したところ、結晶粒子と粒界相とからなり、結晶粒子と粒界相について元素分析を行ったところ、Ｙが結晶粒子中に存在していた。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の誘電体磁器によれば、還元性雰囲気で１０５０〜１２５０℃で焼成しても、高い比誘電率、高い絶縁抵抗値、誘電損失の小さい磁器が得られるため、内部電極にＮｉ等の卑金属を用いることができ、これによって低コストの積層磁器コンデンサが達成されることになる。そして、積層磁器コンデンサの誘電体層を薄層化した場合において、高温負荷試験における信頼性不良を低減することができ、長寿命とできる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dielectric ceramic, and more particularly to a dielectric ceramic of a multilayer ceramic capacitor in which a base metal material such as Ni can be used for an internal electrode.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, multilayer ceramic capacitors have a conductive paste printed on a green sheet made of a predetermined dielectric ceramic composition, a plurality of green sheets printed with the conductive paste are stacked, and the green sheet and internal electrodes are integrally fired. And formed.
[0003]
Conventionally, as a non-reducing dielectric ceramic composition in which a base metal can be used as an internal electrode, for example, one disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-42588 is known. The dielectric ceramic composition disclosed in this publication, is represented by the composition formula _{[(Ba 1-x-y} Ca x Sr y) O] m TiO 2.
[0004]
However, the dielectric ceramic composition disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-42588 can suppress the reduction reaction of the dielectric material generated during firing, but the firing temperature exceeds 1300 ° C. When Ni was used for the internal electrode of the capacitor, Ni particles exhibited an agglomeration reaction, and it was difficult to form a stable electrode. At the same time, there is a problem in that Ni particles exhibit a diffusion reaction in the dielectric ceramic and deteriorate the insulation resistance value. Therefore, in recent years, dielectric ceramic compositions that can be fired at a low temperature are known as disclosed in JP-B-6-14496 and JP-A-4-367559.
[0005]
In Japanese Patent Publication No. 6-14496, {(Ba _1−x Ca _x ) O} _m (Ti _1−yz Zr _y R _z ) O _{2−z / 2} (R is a rare earth element such as Y) Is obtained by firing a mixture of an additive component composed of SiO ₂ , Li ₂ O and MO (MO is BaO or the like). In this publication, the basic component is calcined at 1200 ° C., the additive component is calcined at 1000 ° C., the basic component and the calcined powder of the additive component are mixed, a slurry is formed with this mixed powder, and a predetermined shape is formed. The sintered compact is obtained by shaping | molding and baking at 1150 degreeC.
[0006]
JP-A-4-367559 discloses (Ba _1-x Ca _x ) _m (Ti _1-y Zr _y ) _n O ₃ + aM ₁ + bM ₂ + cM ₃ (M ₁ is a compound such as Mn, M ₂ is A dielectric ceramic composition represented by a compound of Si and M ₃ is a compound of Y is disclosed. In this publication, powders such as BaCO ₃ , CaCO ₃ , TiO ₂ , ZrO ₂ , SiO ₂ , Y ₂ O ₃ are mixed, and the powder is calcined at 1050 to 1240 ° C., and the calcined powder is used. A sintered body is obtained by producing a molded body and firing it at 800 to 1100 ° C.
[0007]
In these dielectric ceramic compositions, even when fired in a reducing atmosphere, the ceramic is not reduced, the firing temperature can be 1150 ° C. or lower, and low temperature firing is possible.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned dielectric ceramic has a problem of low reliability in high temperature and high voltage. That is, in recent years, there has been a demand for small size and high capacity. For this reason, when the dielectric layer in the multilayer ceramic capacitor is thinned, there is a problem that reliability defects frequently occur due to a decrease in insulation resistance.
[0009]
The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and its purpose is that it can be fired at 1250 ° C. or lower in a reducing atmosphere, and also has basic characteristics such as relative permittivity, dielectric loss, and insulation resistance. An object of the present invention is to provide a dielectric ceramic that is excellent in reliability, improved in reliability at high temperatures and high voltages, and has a long life.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors did not dissolve the added rare earth element in the crystal phase as disclosed in JP-B-6-14496 and JP-A-4-367559, It has been found that, when the dielectric layer of the multilayer ceramic capacitor is thinned, the reliability at high temperature and high voltage can be improved by being present at the grain boundary. In addition, when the dielectric layer is thinned, it has been found that the glass component can be further amorphized by containing BaO and CaO in the glass component, thereby improving the reliability at high temperature and high voltage, leading to the present invention. It was.
[0011]
That is, the dielectric ceramic according to the present invention has a composition formula {(Ba _1−x Ca _x ) m ( Ti _1−y Zr _y ) } O ₃ (where 0.01 ≦ x ≦ 0.10, 0.15 ≦ The main component powder represented by y ≦ 0.25, 0.98 ≦ m ≦ 1.01) is mixed with SiO ₂ , Y ₂ O ₃ , BaCO ₃ , and CaCO ₃ powder, melted, and pulverized The glass component powder obtained in this manner was mixed and fired, and the compositional formula {(Ba _1−x Ca _x ) m (Ti _1−y Zr _y )} O ₃ (however, 0. 01 ≦ x ≦ 0.10, 0.15 ≦ y ≦ 0.25, 0.98 ≦ m ≦ 1.01), Y ₂ O ₃ , SiO ₂ , BaO and CaO It consists of a grain boundary phase, and Y is present as glass.
[0012]
Here, the dielectric ceramic has a composition formula {(Ba _1-x Ca _x ) _m (Ti _1-y Zr _y )} O ₃ (where 0.01 ≦ x ≦ 0.10, 0.15 ≦ y ≦ 0.25, 0.98 ≦ m ≦ 1.01) and 100 parts by weight of the main component, Y ₂ O ₃ , SiO ₂ , BaO, CaO and Li ₂ O or B a glass component consisting of ₂ O ₃ with containing 0.2 to 3.0 parts by weight, the glass _component, 5 components of Y ₂ O _3, SiO 2, BaO, and CaO, Li ₂ O, or _B 2 _{O 3} in _composition, Y 2 _{O 3} 5 to 30 mol%, SiO ₂ 20 to 50 mol%, BaO, CaO 5 to 20 mol%, respectively, Li ₂ O, or _B 2 _{O 3} is comprised of 10 to 40 mol% It is desirable. Further, it is desirable to further contain 0.1 to 0.3 parts by weight of MnO ₂ with respect to 100 parts by weight of the main component.
[0013]
[Action]
In the dielectric ceramic of the present invention, even if a base metal such as Ni or an alloy containing Ni as a main component is used as the internal electrode of the multilayer ceramic capacitor, Ni particles exhibit an agglomeration reaction because they are fired at a low temperature, A multilayer ceramic capacitor excellent in basic characteristics such as dielectric constant, dielectric loss, and insulation resistance can be produced without causing Ni particles to exhibit a diffusion reaction in the dielectric.
[0014]
As described above, in Kokoku No. _{6-14496, {(Ba 1-x} Ca x) O} m (Ti 1-y-z Zr y R z) O 2-z / 2 (R is Y or the like The basic component composed of rare earth elements) is calcined at 1200 ° C., the additive component composed of SiO ₂ , Li ₂ O and MO (MO is BaO, etc.) is calcined at 1000 ° C., and the basic component and the additive component are calcined. A powder is mixed, a slurry is formed with this mixed powder, formed into a predetermined shape, and sintered at 1150 ° C. to produce a sintered body, and the basic components are calcined at a high temperature of 1200 ° C. , Y is considered to be dissolved in the main crystal and the dielectric characteristics are good, but a reliability failure is likely to occur in a high-temperature load test when a thin-layer capacitor is manufactured.
[0015]
Similarly, in JP-A-4-367559, powders such as BaCO ₃ , CaCO ₃ , TiO ₂ , ZrO ₂ , SiO ₂ , Y ₂ O ₃ are mixed and calcined at 1050 to 1240 ° C. Since Y is preliminarily calcined at the same time as the main crystal raw material at a high temperature, it is considered that Y is dissolved in the main crystal.
[0016]
The present inventors can improve the dielectric characteristics by adding Y added to improve the dielectric characteristics mainly as glass at the grain boundary of the main crystal phase, and at the same time, the high temperature load test when thinned It has been found that reliability failures can be reduced and a long life can be achieved, and the present invention has been achieved. Furthermore, the presence of BaO and CaO as glass at the grain boundary promotes the amorphization of the glass component present at the grain boundary, and can further improve the reliability in the high-temperature load test.
[0017]
In the present invention, in order to make Y exist at the grain boundary, for example, SiO ₂ , Li ₂ CO ₃ , Y ₂ O ₃ , BaCO ₃ , and CaCO ₃ powder are mixed and melted at 1200 to 1400 ° C. The melt was poured into cold water to produce a glass cullet, and the glass cullet was crushed and used as a glass component. When such a glass component and the main component are mixed and fired at a temperature of 1250 ° C. or lower to produce a dielectric ceramic, a dielectric ceramic in which Y exists mainly as glass at the grain boundary is obtained. In the present invention, since Y is mainly present at the grain boundaries, the reliability in high temperature and high voltage is improved even when the layer is thinned, and the life can be extended.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The dielectric ceramic of the present invention has a compositional formula {(Ba _1-x Ca _x ) _m (Ti _1-y Zr _y )} O ₃ (where 0.01 ≦ x ≦ 0.10, 0.15 ≦ y ≦ 0.25, 0.98 ≦ m ≦ 1.01) and a grain boundary phase containing at least Y ₂ O ₃ , SiO ₂ , BaO, and CaO.
[0019]
Here, the crystal grains have a compositional formula {(Ba _1-x Ca _x ) _m (Ti _1-y Zr _y )} O ₃ (where 0.01 ≦ x ≦ 0.10, 0.15 ≦ y ≦ 0). .25, 0.98 ≦ m ≦ 1.01).
[0020]
In this composition formula, x represents the number of Ca atoms. This Ca functions mainly as a depressor for flattening the temperature characteristics and also as an element for improving the insulation resistance value. If x is less than 0.01, the insulation resistance value will be less than 1 × 10 ⁹ Ω, and if x exceeds 0.10, the relative dielectric constant will be less than 8000. The basic characteristics cannot be satisfied. Therefore, the value of x is preferably in the range of 0.01 ≦ x ≦ 0.10, particularly 0.03 ≦ x ≦ 0.08.
[0021]
In the composition formula, y represents the number of atoms of Zr, and this Zr mainly functions as a shifter that moves the Curie point to the low temperature side. When y is less than 0.15, the dielectric loss exceeds 5.0%, and when y exceeds 0.25, the relative dielectric constant is less than 8000. In any case, the basic characteristics as a multilayer ceramic capacitor are obtained. I can't be satisfied. Therefore, the value of y is preferably in the range of 0.15 ≦ y ≦ 0.25, particularly 0.175 ≦ y ≦ 0.225.
[0022]
In the composition formula, when m is less than 0.98, the insulation resistance value is less than 1 × 10 ⁹ Ω, and when m exceeds 1.01, the sinterability is lowered, and the sintered body is dense. Cannot be obtained. Therefore, m is preferably in the range of 0.98 ≦ m ≦ 1.01.
[0023]
Then, the dielectric ceramic of the present invention are those consisting of crystalline particles represented by the above composition _{formula, Y 2 O 3, SiO 2} , BaO, and a grain boundary phase containing CaO. The difference from the conventional dielectric ceramic is that Y ₂ O ₃ exists at the grain boundary. Thus, since Y ₂ O ₃ is present at the grain boundary, it is possible to reduce the reliability failure when the layer is thinned without deteriorating the dielectric properties of the main crystal phase, and to achieve a long life. is there.
[0024]
The composition of the dielectric ceramic of the present invention is the composition formula {(Ba _1−x Ca _x ) _m (Ti _1−y Zr _y )} O ₃ (where 0.01 ≦ x ≦ 0.10, 0. 15 ≦ y ≦ 0.25, 0.98 ≦ m ≦ 1.01) and 100 parts by weight of the main component, SiO ₂ , Y ₂ O ₃ , BaO, CaO, Li ₂ While containing 0.2 to 3.0 parts by weight of a glass component composed of O or B ₂ O ₃ , the glass component is 5 of SiO ₂ , Y ₂ O ₃ , BaO, CaO, Li ₂ O or B ₂ O ₃ . In the component composition, Y ₂ O ₃ is 5 to 30 mol%, SiO ₂ is 20 to 50 mol%, BaO and CaO are each 5 to 20 mol%, and Li ₂ O or B ₂ O ₃ is 10 to 40 mol%. It will be.
[0025]
Here, 0.2 to 3.0 parts by weight of a glass component containing SiO ₂ , Y ₂ O ₃ , BaO, CaO, Li ₂ O or B ₂ O ₃ is added to 100 parts by weight of the main component. If the glass component is less than 0.2 parts by weight, the sinterability is lowered and a dense sintered body cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 3.0 parts by weight, the insulation resistance value will be less than 1 × 10 ⁹ Ω, and the basic characteristics cannot be satisfied when used as a laminated ceramic capacitor. The glass component is preferably 0.2 to 3.0 parts by weight, particularly 0.5 to 2 parts by weight.
[0026]
This glass component has a five-component composition of SiO ₂ , Y ₂ O ₃ , BaO, CaO, Li ₂ O or B ₂ O ₃ , and SiO ₂ is 20 to 50 mol%, and Li ₂ O or B ₂ O ₃ is 10 40 _mol%, Y 2 _{O 3} 5 to 30 mol%, in which BaO, CaO consists 5 to 20 mol%, respectively. If the amount of SiO ₂ , Y ₂ O ₃ , BaO, CaO, Li ₂ O, or B ₂ O ₃ is out of the above range, the electrical characteristics, sinterability, and reliability are deteriorated. In particular, by containing 5 to 20 mol% of BaO and CaO, the life in the high temperature load test can be further improved and the reliability can be improved.
[0027]
Furthermore, it is desirable to contain 0.1 to 0.3 part by weight of MnO ₂ with respect to 100 parts by weight of the main component. This is because Mn has the effect of improving the sinterability and the insulation resistance value. If it is less than 0.1 part by weight, the effect of improving the sinterability is small, and if it exceeds 0.3 part by weight, the relative dielectric constant decreases. This is because the basic characteristics as a multilayer ceramic capacitor cannot be satisfied.
[0028]
The dielectric ceramic of the present invention is manufactured as follows. First, as the main component powder, the compositional formula {(Ba _1-x Ca _x ) _m (Ti _1-y Zr _y )} O ₃ (where 0.01 ≦ x ≦ 0.10, 0.15 ≦ y ≦ 0) .25, 0.98 ≦ m ≦ 1.01). This solid solution powder has the same characteristics regardless of whether the solid phase method or the wet synthesis method is used.
[0029]
Further, the glass component powder, for _example, a _{SiO 2, Y 2 O 3,} BaCO 3, CaCO 3, Li 2 CO 3 or _B 2 _{O 3} powder were mixed so as to have the composition described above, which 1200 to 1400 ° C. The glass cullet is prepared by melting the glass melt and pouring the melt into cold water.
[0030]
Then, 0.2 to 3.0 parts by weight of the glass component powder is added to and mixed with 100 parts by weight of the main component powder, and 0.5 to 0.5 at a temperature of 1050 to 1250 ° C. in a nitrogen atmosphere or a reducing atmosphere. By firing for 5 hours, the dielectric ceramic of the present invention is obtained. In this way, Y ₂ O ₃ , SiO ₂ , BaCO ₃ , and CaCO ₃ are added as glass components separately from the main component powder, so that Y ₂ O ₃ , SiO ₂ , BaO, and CaO become glass as grain boundaries. Therefore, even when the thickness is reduced, the reliability is improved and the life can be extended.
[0031]
Incidentally, SiO _2, BaO, CaO is present in the grain boundaries as a glass. Y ₂ O ₃ and SiO ₂ may precipitate as crystal phases at the grain boundaries, but it is important that they exist as glass. MnO ₂ exists at the grain boundary.
[0032]
The multilayer ceramic capacitor using the dielectric ceramic according to the present invention includes a capacitor main body in which dielectric layers made of dielectric ceramic and internal electrodes are alternately stacked, and second capacitors formed at both ends of the capacitor main body. 1 terminal electrode and a second terminal electrode.
[0033]
The internal electrodes are configured such that adjacent internal electrodes are alternately led out to the opposing end surfaces and connected to the first terminal electrode or the second terminal electrode. This internal electrode is made of, for example, a material mainly containing base metal Ni.
[0034]
In such a multilayer ceramic capacitor, a predetermined amount of the above-mentioned main component powder and glass component powder is added, and further MnO ₂ powder is added as desired, wet pulverized with a ball mill, an organic vehicle is added, and homogeneous mixing is performed. The tape is formed by the doctor blade method. Thereafter, the tape is cut into a predetermined size to obtain a green sheet.
[0035]
Next, a conductive film that serves as an internal electrode is formed on the green sheet by screen printing a conductive paste in which Ni powder and an organic vehicle are homogeneously mixed.
[0036]
In this way, the green sheets on which the conductor films to be the internal electrodes are formed are stacked in consideration of the direction in which the internal electrodes are led out, and are integrated by pressure bonding.
[0037]
Then, the green sheet laminate is cut, and the individually cut unfired green chips are fired at 1050 to 1250 ° C. in a reducing atmosphere, and a Cu paste is applied as a paste for an external electrode, and 800 in a nitrogen atmosphere. Bake at ˜900 ° C. to form external electrodes.
[0038]
In the multilayer ceramic capacitor described above, when a base metal material such as Ni is used for the internal electrode, the firing temperature is particularly 1250 ° C. or lower, and the Ni particles can be prevented from aggregating and a dense sintered body can be obtained. Suppresses the diffusion of particles into the dielectric ceramic, can stably form the Ni internal electrode, satisfies the electrical characteristics of the multilayer ceramic capacitor, and can improve the reliability even in the high temperature load test. .
[0039]
【Example】
As starting materials, BaCO ₃ , CaCO ₃ , TiO ₂ , and ZrO ₂ powder were weighed so as to have the composition shown in Table 1, wet-treated with a ball mill using ZrO ₂ balls, dried, and 1200 ° C. in the atmosphere. And calcination treatment for 2 hours, followed by wet pulverization and drying to prepare a main component powder.
[0040]
Next, a predetermined amount of Y ₂ O ₃ , SiO ₂ , BaCO ₃ , CaCO ₃ , Li ₂ CO ₃ or B ₂ O ₃ as a glass component was weighed so as to have the glass composition shown in Table 1, and dry-mixed for 1 hour. Thereafter, the mixed powder was put into a platinum crucible, melted at 1300 ° C. in the atmosphere, poured into cold water, and made into glass cullet. Isopropyl alcohol (IPA) was added to the cullet, wet pulverized with the above ball mill, and dried to produce a glass component powder.
[0041]
Thereafter, as shown in Table 1, the glass component powder is added in an amount shown in Table 1 with respect to 100 parts by weight of the main component powder, MnO ₂ powder is added in the amount shown in Table 1, and wet pulverized by the ball mill. Then, an organic vehicle was added and tape molding was performed to a thickness of 15 μm by the doctor blade method, and then the tape was cut into a predetermined size to produce a green sheet.
[0042]
A conductive paste for forming the internal electrode is prepared by uniformly mixing Ni powder and an organic vehicle, and this conductive paste is applied on the green sheet by screen printing.
[0043]
11 sheets of green sheets coated with conductive paste are stacked, and 10 sheets of green sheets without coated conductive paste are stacked on the top and bottom of the stacked body, respectively, and bonded together by pressure bonding. After the body was produced, it was cut, and the individually fired green chips were fired at a temperature shown in Table 2 for 2 hours in a reducing atmosphere. Thereafter, oxidation treatment was performed in the atmosphere at 800 ° C. for 1 hour.
[0044]
Thereafter, Cu powder and an organic vehicle are prepared by mixing homogeneously as a paste for an external electrode, and this paste is applied and baked at 900 ° C. in a nitrogen atmosphere to form an external electrode, thereby producing a multilayer ceramic capacitor. did.
[0045]
The produced multilayer ceramic capacitor had a dielectric layer thickness of 10 μm, an effective dielectric layer of 10 layers, and an effective electrode area of internal electrodes of 3.0 mm ² .
[0046]
With respect to the characteristics of this multilayer ceramic capacitor, a signal with a frequency of 1 KHz and a measurement voltage of 1.0 Vrms was input with a digital LCR meter (YHP 4274A) at a reference temperature of 25 ° C., and capacitance and dielectric loss tan δ were measured. The relative dielectric constant εr of the dielectric ceramic was calculated in consideration of the sample size and capacitance of the dielectric ceramic of the multilayer ceramic capacitor.
[0047]
The insulation resistance value was obtained by applying a DC voltage of 16 V to the laminated ceramic capacitor for 1 minute.
[0048]
As an evaluation, the relative dielectric constant εr is an important characteristic for producing a small-sized and high-capacity multilayer ceramic capacitor, and a dielectric constant exceeding 8000 was considered good. The dielectric loss tan δ is an important characteristic for realizing a thin film of a dielectric green sheet and for producing a small-sized and high-capacity multilayer ceramic capacitor, and a good value is 5.0% or less. The insulation resistance value was 1 × 10 ⁹ Ω or better. These characteristic values were average values of 10 multilayer ceramic capacitors.
[0049]
Further, the high temperature load life of the multilayer ceramic capacitor was measured by maintaining a DC voltage application state of 64 V at 150 ° C. This high-temperature load life was evaluated by measuring 300 laminated ceramic capacitors and measuring the time from the start of application to the short-circuit of the first short-circuited capacitor. The high temperature load life is particularly important when the dielectric layer is thinned, and the time from the start of application to short-circuiting is determined to be 100 hours or more. These results are shown in Table 2.
[0050]
[Table 1]

[0051]
[Table 2]

[0052]
When the structure of the sample of the present invention was observed with a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 50,000, it was composed of crystal particles and a grain boundary phase, and elemental analysis was performed on the crystal particles and the grain boundary phase. Ba, Ca, Ti, and Zr were detected, and Y, Mn, Si, Ba, and Ca were detected at the grain boundaries.
[0053]
Sample Nos. 1 to 6 can understand the effect of the m value range in the basic component. When m is 0.97 as in sample number 1, the insulation resistance value is less than 1 × 10 ⁹ . Further, when m is 1.02 as in Sample No. 6, a dense sintered body cannot be obtained even if fired at 1250 ° C. From this, the value of m is in the range of 0.98 ≦ m ≦ 1.01.
[0054]
Next, the sample number 7-12 can understand the effect | action of the range of x value of complex oxide. When x is 0 as shown in sample number 7, the insulation resistance value is less than 1 × 10 ⁹ .
[0055]
Further, when the value of x exceeds 0.1 as in sample number 12, the relative dielectric constant falls below 7400 and 8000. From this, the value of x is 0.01 ≦ x ≦ 0.10.
[0056]
Next, the sample number 13-18 can understand the effect | action of the range of y value of complex oxide. As shown in Sample No. 13, when y is 0.125, the dielectric loss is 7.1%. Further, when y is 0.275 as in the sample number 18, the relative dielectric constant falls below 5600 and 8000. From this, the value of y is in the range of 0.15 ≦ y ≦ 0.25.
[0057]
Next, in Sample Nos. 21 to 24, the effect of the glass component addition amount can be understood. By controlling the addition amount to 0.2 to 3.0 parts by weight, a dense sintered body can be obtained and other characteristics can be stabilized. _{SiO 2,} Li 2 O, or _B 2 _O 3 constituting the glass _component, Y 2 _{O 3,} and BaO, its action in sample numbers 25 to 36 for the mole% of CaO can understand.
[0058]
As described above, in order to obtain a dielectric ceramic composition that can be fired at 1250 ° C. or less, has a dielectric constant of 8000 or more, a dielectric loss of 5.0% or less, and an insulation resistance value of 1 × 10 ⁹ or more. As mentioned above, x, y, m of the basic component, SiO _{2 of} the glass component, BaO, CaO, Li ₂ O or B ₂ O ₃ , mol% of Y ₂ O ₃ , parts by weight of the glass component, Further, this is achieved by strictly controlling the weight part of MnO ₂ .
[0059]
In the sample of the present invention, in the high-temperature load life maintained at a DC voltage application of 64 V at 150 ° C., the capacitor that was short-circuited first has an excellent characteristic of 100 hours or more from the start of application to the short-circuit. showed that.
[0060]
The inventors of the present application produced a multilayer ceramic capacitor using a dielectric ceramic disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-14496. That is, a main component powder made of a calcined powder represented by {(Ba _0.95 Ca _0.05 ) O} _1.005 (Ti _0.800 Zr _0.196 Y _0.004 ) O is prepared, and SiO ₂ 60 mol%, Li ₂ O 20 mol% and BaO 20 mol% were mixed and calcined to prepare additive component powder, and these were added and mixed at a ratio of 0.5 part by weight to 100 parts by weight of the main component powder Then, a laminated ceramic capacitor was produced in the same manner as in the above example. The firing temperature was 1150 ° C. for 1 hour. The relative permittivity of the dielectric layer was 13000, the dielectric loss was 3.2%, the insulation resistance was 1.2 × 10 ¹⁰ Ω and had excellent dielectric properties. The time until the first shorted capacitor was shorted was 5 hours, which proved to be unreliable.
[0061]
When the structure was observed with a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 50,000 times, it was composed of crystal grains and grain boundary phases. When elemental analysis was performed on the crystal grains and grain boundary phases, Y was present in the crystal grains. It was.
[0062]
Also, a laminated ceramic capacitor using a dielectric ceramic disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-367559 was produced. The composition formula is (Ba _0.95 Ca _0.05 ) _1.005 (Ti _0.80 Zr _0.200 ) O ₃ +0.2 wt% MnO ₂ +0.3 wt% SiO ₂ +0.2 wt% Y ₂ as the O _3, mixed _{BaCO 3, CaCO 3, TiO 2} , powder such as _{ZrO 2, SiO 2, Y 2} O 3, and calcined powder at 1200 ° C., with the calcined powder A laminated ceramic capacitor was manufactured in the same manner as in the above example. The firing temperature was 1100 ° C. for 2 hours. The relative dielectric constant of the dielectric layer was 12000, the dielectric loss was 2.5%, and the insulation resistance was 1.4 × 10 ¹⁰ Ω and had excellent dielectric properties. The time until the first short-circuited capacitor was short was 4 hours, which proved to be unreliable.
[0063]
When the structure was observed with a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 50,000 times, it was composed of crystal grains and grain boundary phases. When elemental analysis was performed on the crystal grains and grain boundary phases, Y was present in the crystal grains. It was.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the dielectric ceramic of the present invention, a ceramic having a high relative dielectric constant, a high insulation resistance value, and a low dielectric loss can be obtained even when fired at 1050 to 1250 ° C. in a reducing atmosphere. A base metal such as Ni can be used for the electrode, thereby achieving a low-cost multilayer ceramic capacitor. And when the dielectric layer of the multilayer ceramic capacitor is thinned, the reliability failure in the high temperature load test can be reduced and the life can be extended.

Claims (3)

組成式｛（Ｂａ _１−ｘ Ｃａ _ｘ ) ｍ ( Ｔｉ _１−ｙ Ｚｒ _ｙ ) ｝Ｏ _３ （但し、０．０１≦ｘ≦０．１０、０．１５≦ｙ≦０．２５、０．９８≦ｍ≦１．０１）で表される主成分粉末に対して、ＳｉＯ _２ 、Ｙ _２ Ｏ _３ 、ＢａＣＯ _３ 、及びＣａＣＯ _３ 粉末を混合し、溶融し、粉砕して得られたガラス成分粉末を混合し、焼成して得られたものであり、組成式｛（Ｂａ_１−ｘＣａ_ｘ) ｍ(Ｔｉ_１−ｙＺｒ_ｙ)｝Ｏ_３（但し、０．０１≦ｘ≦０．１０、０．１５≦ｙ≦０．２５、０．９８≦ｍ≦１．０１）で表される結晶粒子と、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＣａＯを含有する粒界相とからなるとともに、Yがガラスとして存在することを特徴とする誘電体磁器。 Compositional formula {(Ba _1-x Ca _x ) m ( Ti _1-y Zr _y ) } O ₃ (where 0.01 ≦ x ≦ 0.10, 0.15 ≦ y ≦ 0.25, 0.98 ≦ Mixing glass component powder obtained by mixing, melting, and crushing SiO ₂ , Y ₂ O ₃ , BaCO ₃ , and CaCO ₃ powder to the main component powder represented by m ≦ 1.01) And obtained by firing, and the composition formula {(Ba _1-x Ca _x ) m (Ti _1-y Zr _y )} O ₃ (where 0.01 ≦ x ≦ 0.10, 0. 15 ≦ y ≦ 0.25, 0.98 ≦ m ≦ 1.01) and a grain boundary phase containing Y ₂ O ₃ , SiO ₂ , BaO and CaO, and Y is Dielectric porcelain that exists as glass. 組成式｛（Ｂａ_１−ｘＣａ_ｘ) ｍ(Ｔｉ_１−ｙＺｒ_ｙ)｝Ｏ_３（但し、０．０１≦ｘ≦０．１０、０．１５≦ｙ≦０．２５、０．９８≦ｍ≦１．０１）で表される主成分と、該主成分１００重量部に対して、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＢａＯ、ＣａＯと、Ｌｉ_２ＯまたはＢ_２Ｏ_３からなるガラス成分を０．２〜３．０重量部含有するとともに、該ガラス成分が、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＢａＯ、ＣａＯと、Ｌｉ_２ＯまたはＢ_２Ｏ_３の５成分組成において、Ｙ_２Ｏ_３が５〜３０モル％、ＳｉＯ_２が２０〜５０モル％、ＢａＯ、ＣａＯがそれぞれ５〜２０モル％、Ｌｉ_２ＯまたはＢ_２Ｏ_３が１０〜４０モル％からなることを特徴とする請求項１記載の誘電体磁器。Compositional formula {(Ba _1-x Ca _x ) m (Ti _1-y Zr _y )} O ₃ (where 0.01 ≦ x ≦ 0.10, 0.15 ≦ y ≦ 0.25, 0.98 ≦ m ≦ 1.01) and a glass component composed of Y ₂ O ₃ , SiO ₂ , BaO, CaO and Li ₂ O or B ₂ O _{3 with} respect to 100 parts by weight of the main component. together contain 0.2 to 3.0 parts by weight, the glass _component, Y ₂ O _3, SiO 2, BaO, and CaO, in the 5 composition of Li ₂ O, or _B 2 _{O 3,} is Y 2 _{O 3} 5-30 mol%, claim 1 SiO ₂ 20 to 50 mol%, BaO, CaO 5 to 20 mol%, respectively, of Li ₂ O, or _B 2 _{O 3} is characterized in that it consists of 10 to 40 mol% The dielectric ceramic described. 主成分粉末１００重量部に対して、さらにＭｎＯ_２を０．１〜０．３重量部含有することを特徴とする請求項１または２記載の誘電体磁器。The dielectric ceramic according to claim 1 or 2, further comprising 0.1 to 0.3 parts by weight of MnO ₂ with respect to 100 parts by weight of the main component powder.