JP2011176186A - Multilayer 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って構成され、薄層化が可能な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 that is made of crystal grains mainly composed of barium titanate and can be thinned.
従来より、積層セラミックコンデンサの誘電体材料には、比誘電率が高いという理由によりチタン酸バリウムが用いられており、また、積層セラミックコンデンサの内部電極層には、安価な卑金属(Niなど)が用いられている。チタン酸バリウムを主成分とする誘電体層と内部電極層とを同時に焼成する場合、Niを酸化させないために酸素分圧を低くする(例えば、1300℃で0.03Pa以下)必要がある。この場合、誘電体層が還元され絶縁性が低下し、実用的な特性が得られなくなるという問題がある。 Conventionally, barium titanate has been used as a dielectric material for multilayer ceramic capacitors because of its high relative dielectric constant, and inexpensive base metals (such as Ni) have been used for the internal electrode layers of multilayer ceramic capacitors. It is used. When the dielectric layer mainly composed of barium titanate and the internal electrode layer are fired at the same time, it is necessary to reduce the oxygen partial pressure (for example, 0.03 Pa or less at 1300 ° C.) in order not to oxidize Ni. In this case, there is a problem that the dielectric layer is reduced and the insulating property is lowered, so that practical characteristics cannot be obtained.
そこで、EIA規格のX5R特性(またはJIS規格B特性)の場合、誘電体材料として、例えばチタン酸バリウムを主成分とし、これに希土類元素の酸化物や、Mn,V,Cr,Mo,Fe,Ni,Cu,Co等のアクセプタ型、ドナー型元素の化合物を添加した、耐還元性の誘電体磁器組成物が使用されている。チタン酸バリウムに、このような複数の添加成分を固溶させた誘電体の結晶粒子(例えばBaTiO3)は、結晶構造が正方晶系のコア部(通常は純粋なBaTiO3)と、コア部を取り囲み添加成分が固溶したシェル部とから構成されている(例えば、特許文献1を参照)。ここで、EIA規格のX5R特性とは−55〜85℃の温度範囲において、25℃を基準にしたときの静電容量の変化率が±15%以内を示すものであり、JIS規格B特性とは、−25〜85℃の温度範囲において、20℃を基準にしたときの静電容量の変化率が±10%以内を示すものをいう。 Therefore, in the case of the X5R characteristic (or JIS standard B characteristic) of the EIA standard, as a dielectric material, for example, barium titanate is a main component, and oxides of rare earth elements, Mn, V, Cr, Mo, Fe, Reduction-resistant dielectric ceramic compositions to which acceptor-type and donor-type element compounds such as Ni, Cu, and Co are added are used. A dielectric crystal particle (for example, BaTiO 3 ) in which a plurality of additive components are solid-dissolved in barium titanate has a tetragonal core part (usually pure BaTiO 3 ) and a core part. And a shell portion in which the added component is dissolved (see, for example, Patent Document 1). Here, the X5R characteristic of the EIA standard indicates that the rate of change of the electrostatic capacity is within ± 15% with respect to 25 ° C. in the temperature range of −55 to 85 ° C. Means that the rate of change in capacitance is within ± 10% when 20 ° C. is used as a reference in the temperature range of −25 to 85 ° C.
さらに、近年においては、電子回路の小型化、高密度化の流れに伴ない、積層セラミックコンデンサについても、EIA規格のX5R特性を満足しつつ、小型大容量化が求められており、小型大容量化のために誘電体層の積層数の更なる増加とともに薄層化が進んでいる。 Furthermore, in recent years, with the trend toward smaller and higher density electronic circuits, multilayer ceramic capacitors are also required to be smaller and larger in capacity while satisfying the X5R characteristics of the EIA standard. In order to reduce the number of dielectric layers, the number of dielectric layers is increasing and the thickness is being reduced.
しかし、誘電体層を薄層化させると、1層あたりの電界強度が大きくなり、積層セラミックコンデンサは直流電圧を印加した際に静電容量が低下するという問題があった(DCバイアス特性)。ここで、DCバイアス特性とは、積層セラミックコンデンサに直流電圧を印加しないときの静電容量をC0、直流電圧を印加したときの静電容量をC1としたときに、((C1−C0)/C0)×100(%))で表される特性のことである。 However, when the dielectric layer is thinned, the electric field strength per layer increases, and the multilayer ceramic capacitor has a problem that the capacitance decreases when a DC voltage is applied (DC bias characteristics). Here, the DC bias characteristic is ((C 1 − −) when C 0 is the capacitance when no DC voltage is applied to the multilayer ceramic capacitor, and C 1 is the capacitance when a DC voltage is applied. C 0 ) / C 0 ) × 100 (%)).
このため、積層セラミックコンデンサは、交流電圧とともに直流電圧を印加したときの実効的な静電容量が重視されてきており、これまでに積層セラミックコンデンサのDCバイアス特性を高めるための改良が長年に亘って行われてきている(例えば、特許文献2〜5)。 For this reason, in the multilayer ceramic capacitor, the effective capacitance when a DC voltage is applied together with an AC voltage has been emphasized, and improvements for improving the DC bias characteristics of the multilayer ceramic capacitor have been made for many years. (For example, Patent Documents 2 to 5).
ところが、積層セラミックコンデンサのこのような誘電体層の薄層化に伴う課題は、上述のような1層あたりの電界強度の増加に伴うDCバイアス特性の低下だけにとどまらず、積層セラミックコンデンサに直流電圧を継続して印加した場合に、静電容量が次第に低下していくという問題をも生じさせている(DCエージング特性)。ここで、DCエージング特性とは、積層セラミックコンデンサに一定の直流電圧を継続して印加したときの時間に対する静電容量の変化(低下)率のことである。 However, the problems associated with the thinning of the dielectric layer of the multilayer ceramic capacitor are not limited to the above-described deterioration of the DC bias characteristics accompanying the increase of the electric field strength per layer, but the multilayer ceramic capacitor is also subject to direct current. When voltage is continuously applied, there is also a problem that the capacitance gradually decreases (DC aging characteristics). Here, the DC aging characteristic is a rate of change (decrease) in capacitance with time when a constant DC voltage is continuously applied to the multilayer ceramic capacitor.
従って、本発明は、高誘電率であり、EIA規格のX5R特性を満足しつつ、DCバイアス特性およびDCエージング特性に優れた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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a multilayer ceramic capacitor having a high dielectric constant and excellent in DC bias characteristics and DC aging characteristics while satisfying the X5R characteristics of the EIA standard.
本発明の積層セラミックコンデンサは、複数の誘電体層とニッケルを導体材料とする複数の内部電極層とが交互に積層されたコンデンサ本体と、該コンデンサ本体の前記内部電極層が露出した端面に設けら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、前記誘電体層が、チタン酸バリウムを主成分とし、カルシウムと、マグネシウムと、イットリウム,ジスプロシウム,ホルミウム,テルビウムおよびイッテルビウムから選ばれる少なくとも一種の希土類元素(RE)とを有し、バリウムとカルシウムとの合計量100モルに対し、前記マグネシウムをMgO換算で0.5〜1.2モル、前記希土類元素(RE)をRE2O3換算で0.5〜1.0モル含有するとともに、主結晶粒子が、前記チタン酸バリウムを主成分とし、前記カルシウムと、前記マグネシウムと、前記希土類元素(RE)とを固溶したコアシェル構造で、カルシウムの濃度が0.3原子%より少ない第1の結晶粒子およびカルシウムの濃度が0.3原子%以上である第2の結晶粒子からなり、該結晶粒子は、平均粒径が0.15〜0.4μmであり、コア部の結晶構造が正方晶系であるとともに、前記コア部を取り囲むシェル部の結晶構造が立方晶系であり、かつX線回折情報を基に算出した前記シェル部の平均厚みが5〜15nmであり、誘電体磁器の研磨面に見られる前記第1の結晶粒子の面積をS1、前記第2の結晶粒子の面積をS2としたときに、S2/(S1+S2)が0.4〜0.8である誘電体磁器からなることを特徴とする。 The multilayer ceramic capacitor of the present invention is provided on a capacitor body in which a plurality of dielectric layers and a plurality of internal electrode layers made of nickel as a conductive material are alternately stacked, and on the end face of the capacitor body where the internal electrode layers are exposed. A multilayer ceramic capacitor having a plurality of external electrodes, wherein the dielectric layer is composed mainly of barium titanate, calcium, magnesium, and at least one rare earth selected from yttrium, dysprosium, holmium, terbium and ytterbium. Element (RE), and the total amount of barium and calcium is 100 mol, the magnesium is 0.5 to 1.2 mol in terms of MgO, and the rare earth element (RE) is 0 in terms of RE 2 O 3. 0.5 to 1.0 mol, and the main crystal particles are mainly composed of the barium titanate. A core-shell structure in which the calcium, the magnesium, and the rare earth element (RE) are solid-solved, the first crystal particles having a calcium concentration of less than 0.3 atomic%, and the calcium concentration of 0.3 atomic% or more The crystal grains have an average particle size of 0.15 to 0.4 μm, the core portion has a tetragonal crystal structure, and a shell portion surrounding the core portion. The crystal structure is cubic and the average thickness of the shell portion calculated based on the X-ray diffraction information is 5 to 15 nm, and the area of the first crystal particle seen on the polished surface of the dielectric ceramic is S1 is characterized in that it is composed of a dielectric ceramic having S2 / (S1 + S2) of 0.4 to 0.8, where S2 is the area of the second crystal grain.
上記積層セラミックコンデンサでは、前記誘電体磁器が、バナジウムを含まないものであることが望ましい。 In the multilayer ceramic capacitor, it is desirable that the dielectric ceramic does not contain vanadium.
上記積層セラミックコンデンサでは、前記誘電体磁器が、マンガンを含まないものであることが望ましい。 In the multilayer ceramic capacitor, it is desirable that the dielectric ceramic does not contain manganese.
本発明によれば、高誘電率であり、EIA規格のX5R特性を満足しつつ、DCバイアス特性およびDCエージング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。 According to the present invention, it is possible to obtain a multilayer ceramic capacitor having a high dielectric constant and excellent DC bias characteristics and DC aging characteristics while satisfying the X5R characteristics of the EIA standard.
本発明の積層セラミックコンデンサについて、図1の概略断面図をもとに詳細に説明する。図1(a)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、(b)は、内部の拡大図である。図2は、本発明の積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層である誘電体磁器におけるチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子の内部構造を示す断面模式図である。 The multilayer ceramic capacitor of the present invention will be described in detail based on the schematic sectional view of FIG. FIG. 1A is a schematic sectional view showing an example of the multilayer ceramic capacitor of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of the inside. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of crystal grains mainly composed of barium titanate in a dielectric ceramic that is a dielectric layer constituting the multilayer ceramic capacitor of the present invention.
この実施形態の積層セラミックコンデンサは、コンデンサ本体1の両端部に外部電極3が形成されている。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 this embodiment,
コンデンサ本体1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構成されている。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、この実施形態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。
The
誘電体磁器からなる誘電体層5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3μm以下、特に、2μm以下が望ましく、これにより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となる。なお、誘電体層5の厚みが0.5μm以上であると静電容量の温度特性を安定化させることが可能になる。
The dielectric layer 5 made of dielectric porcelain is composed of
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ともに、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)が好適である。
The
この実施形態の積層セラミックコンデンサは、誘電体層5を構成する誘電体磁器が、チタン酸バリウムを主成分とし、カルシウムと、マグネシウムと、イットリウム,ジスプロシウム,ホルミウム,テルビウムおよびイッテルビウムから選ばれる少なくとも一種の希土類元素(RE)とを有している。 In the multilayer ceramic capacitor of this embodiment, the dielectric ceramic constituting the dielectric layer 5 is mainly composed of barium titanate, and at least one selected from calcium, magnesium, yttrium, dysprosium, holmium, terbium and ytterbium. Rare earth element (RE).
また、この誘電体磁器は、バリウムおよびカルシウムの合計量100モルに対して、マグネシウムを0.5〜1.2モルと、イットリウム,ジスプロシウム、ホルミウム,テルビウムおよびイッテルビウムから選ばれる少なくとも1種の希土類元素を0.5〜1.0モルとを含有する。 Further, this dielectric porcelain is composed of 0.5 to 1.2 mol of magnesium with respect to 100 mol of barium and calcium in total, and at least one rare earth element selected from yttrium, dysprosium, holmium, terbium and ytterbium. In an amount of 0.5 to 1.0 mol.
さらに、この誘電体磁器を構成する主結晶粒子としての結晶粒子9は、その平均粒径が0.15〜0.4μmである。
Further, the
また、この誘電体磁器を構成する結晶粒子9は、カルシウムの濃度の低い第1の結晶粒子9Aと、この第1の結晶粒子9Aよりもカルシウムの濃度の高い第2の結晶粒子9Bとから構成されるものであり、第1の結晶粒子9Aはカルシウムの濃度が0.3原子%よりも低いチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子であり、第2の結晶粒子9Bはカルシウムの濃度が0.3原子%以上のチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子であり、誘電体磁器の研磨面に見られる前記第1の結晶粒子の面積をS1、前記第2の結晶粒子の面積をS2としたときに、S2/(S1+S2)が0.4〜0.8である。
The
また、この誘電体磁器を構成する第1の結晶粒子9Aおよび第2の結晶粒子9Bは、ともに正方晶系の結晶構造を有するコア部9aと、コア部9aを取り囲みマグネシウムおよび希土類元素(RE)の添加成分が固溶し、結晶構造が立方晶系のシェル部9bとからなり、X線回折情報を基に算出したシェル部9bの平均厚みが5〜15nmである。
Further, the
積層セラミックコンデンサを構成する誘電体磁器が、上記組成を有し、第1の結晶粒子9Aおよび第2の結晶粒子9Bを特定の割合で含み、これらの第1の結晶粒子9Aおよび第2の結晶粒子9Bの結晶構造が正方晶系のコア部9aと立方晶系のシェル部9bとからなるコアシェル構造であり、シェル部9bの平均厚みtが特定の範囲であると、積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層5の室温における比誘電率が3650以上であるとともに、静電容量の温度特性がEIA規格のX5R特性(−55〜+85℃の温度範囲において、25℃を基準にしたときの静電容量の変化率が±15%以内を示すもの)を満足するとともに、DCバイアス特性(積層セラミックコンデンサに直流電圧を印加しないときの静電容量に対して、直流電圧を印加したときの静電容量の変化率)が−55%以内であり、かつDCエージング特性(積層セラミックコンデンサに一定の直流電圧を継続して印加したときの時間に対する静電容量の変化率)が−20%以内という優れた誘電特性を有する積層セラミックコンデンサとすることができる。なお、第2の結晶粒子9は、カルシウムが結晶粒子の全体にほぼ均一に分布して固溶した状態にある。また、第1の結晶粒子1Aはカルシウムの濃度がゼロのものを含む。
A dielectric ceramic that constitutes the multilayer ceramic capacitor has the above-described composition and includes the
ここで、DCバイアス特性が−55%より大きくなる、およびDCエージング特性が−20%より大きくなるとは、静電容量の変化がマイナス側に大きくなることを意味する。 Here, the DC bias characteristic larger than −55% and the DC aging characteristic larger than −20% mean that the change in capacitance becomes larger on the negative side.
すなわち、この実施形態の積層セラミックコンデンサにおける誘電体層5となる誘電体磁器に含まれる各元素の含有量は、バリウムおよびカルシウムの合計量100モルに対するマグネシウムの含有量がMgO換算で0.5モルより少ないと、結晶粒子9中にシェル部が形成されず、コアシェル構造を有しないものとなり、このため静電容量の温度特性が大きくなりEIA規格のX5R特性を満足しなくなるとともに、DCバイアス特性が−55%より大きくなり、さらにDCエージング特性も−20%より大きくなる。
That is, the content of each element contained in the dielectric ceramic serving as the dielectric layer 5 in the multilayer ceramic capacitor of this embodiment is such that the magnesium content is 0.5 mol in terms of MgO with respect to 100 mol of the total amount of barium and calcium. If less, no shell part is formed in the
一方、バリウムおよびカルシウムの合計量100モルに対するマグネシウムの含有量がMgO換算で、1.2モルより多いと、室温における比誘電率が3650より低下するとともに、DCエージング特性が−20%より大きくなる。 On the other hand, when the content of magnesium with respect to 100 mol of the total amount of barium and calcium is more than 1.2 mol in terms of MgO, the relative dielectric constant at room temperature decreases from 3650 and the DC aging characteristic becomes larger than −20%. .
次に、バリウムおよびカルシウムの合計量100モルに対する希土類元素(RE)の含有量がRE2O3換算で、0.5モルより少ないと、この場合も結晶粒子9中にシェル部が形成されず、コアシェル構造を有しないものとなり、静電容量の温度特性がEIA規格のX5R特性を満足しなくなるとともに、DCバイアス特性が−55%より大きくなり、またDCエージング特性も−20%より大きくなる。
Next, when the content of the rare earth element (RE) with respect to 100 mol of the total amount of barium and calcium is less than 0.5 mol in terms of RE 2 O 3 , the shell portion is not formed in the
一方、バリウムおよびカルシウムの合計量100モルに対する希土類元素(RE)の含有量がRE2O3換算で、1.0モルより多いと、シェル部9bの厚みが15nmよりも厚くなり、室温における比誘電率が3650より低下するとともに、DCエージング特性が−20%より大きくなる。
On the other hand, when the content of the rare earth element (RE) with respect to 100 mol of the total amount of barium and calcium is more than 1.0 mol in terms of RE 2 O 3 , the thickness of the
この実施形態の積層セラミックコンデンサは、マグネシウムおよび希土類元素(RE)とともに、バナジウムをバリウムとカルシウムとの合計量100モルに対してV2O5換算で0.1モル以下の範囲で含んでいてもよいが、好ましくはバナジウムを含まないものであることが望ましい。誘電体磁器がバナジウムを含まないものであると、結晶粒子9におけるシェル部9bの厚みが8nm以下に薄くなり、誘電体層5の室温における比誘電率を3800以上に高めることができるとともに、DCエージング特性を−12.28%以下にすることができる。
The multilayer ceramic capacitor of this embodiment may contain vanadium together with magnesium and rare earth elements (RE) in a range of 0.1 mol or less in terms of V 2 O 5 with respect to 100 mol of the total amount of barium and calcium. Although it is good, it is preferable that it does not contain vanadium. When the dielectric porcelain does not contain vanadium, the thickness of the
また、この実施形態の積層セラミックコンデンサは、誘電体層5となる誘電体磁器がマ
グネシウム、希土類元素(RE)とともに、マンガンをバリウムおよびカルシウムの合計量100モルに対してMnO換算で0.2モル以下の範囲で含んでいてもよいが、好ましくはマンガンを含まないものであることが望ましい。本実施形態の積層セラミックコンデンサでは、誘電体磁器がマンガンを含有していない場合には、シェル部9bの厚みtが5.5〜6.8nmとなり、これによりDCエージング特性を−9.34%以下にすることができる。
Further, in the multilayer ceramic capacitor of this embodiment, the dielectric ceramic serving as the dielectric layer 5 is 0.2 mol in terms of MnO with respect to 100 mol of the total amount of barium and calcium together with magnesium and rare earth elements (RE). Although it may be contained in the following range, it is preferable that it does not contain manganese. In the multilayer ceramic capacitor of the present embodiment, when the dielectric ceramic does not contain manganese, the thickness t of the
また、この実施形態の積層セラミックコンデンサは、コアシェル構造を持つ結晶粒子9のシェル部9bの平均厚みが5〜15nmであることが重要であり、シェル部9bの平均厚みが5nmよりも薄い場合には、室温における比誘電率は3650以上であるものの、静電容量の温度変化率が±15%より大きくなりEIA規格のX5R特性を満足しないものとなる。一方、シェル部9bの平均厚みが15nmより厚くなると、DCエージング特性が−20%を超えてしまう。
In the multilayer ceramic capacitor of this embodiment, it is important that the average thickness of the
また、この実施形態の積層セラミックコンデンサは、誘電体層5である誘電体磁器を構成する結晶粒子9の平均粒径が0.15〜0.4μmであることが重要である。結晶粒子9の平均粒径が0.15μmよりも小さいと、室温における比誘電率が3650より低くなり、この場合、結晶粒子9の平均粒径が小さく、添加元素の拡散によりシェル部9bの平均厚みが15nmよりも厚くなってしまう場合には、DCエージング特性が−20%を超えてしまう。一方、結晶粒子9の平均粒径が0.4μmよりも大きいと、DCバイアス特性が−55%よりも大きくなってしまう。
In the multilayer ceramic capacitor of this embodiment, it is important that the average particle size of the
また、この実施形態の積層セラミックコンデンサは、誘電体磁器の研磨面に見られる第1の結晶粒子9Aの面積をS1、第2の結晶粒子9Bの面積をS2としたときに、S2/(S1+S2)が0.4〜0.8である。この場合、S2/(S1+S2)が0.4よりも小さいかまたはS2/(S1+S2)が0.8よりも大きい場合には、室温における比誘電率が3650よりも低くなる。
Further, in the multilayer ceramic capacitor of this embodiment, when the area of the
また、この実施形態の積層セラミックコンデンサは、所望の誘電特性を維持できる範囲であれば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4質量%以下の割合で含有させてもよい。 In addition, the multilayer ceramic capacitor of this embodiment has a glass component and other additive components in an amount of 4% by mass or less in the dielectric ceramic as an aid for improving the sinterability as long as desired dielectric characteristics can be maintained. You may make it contain in a ratio.
ここで、結晶粒子中のカルシウム濃度(以下、Ca濃度ということもある)については、エネルギー分散型分析器(EDS)を付設した透過電子顕微鏡装置を用いて測定する。この場合、研磨した誘電体磁器の断面に映し出された結晶粒子に対して、EDSを用いて、結晶粒子の中心部近傍の任意の場所を分析し、結晶粒子から検出される主成分の元素(Ba,Ti,Ca)と添加剤の各元素(V,Mg,Mn,RE)の全量を100%として、その中に含まれるCaの含有量を求める。そして、Ca濃度が0.3原子%より低い第1の結晶粒子9AとCa濃度が0.3原子%以上の第2の結晶粒子9Bとに分類する。Ca濃度が0.3原子%より低い第1の結晶粒子1AとCa濃度が0.3原子%以上の第2の結晶粒子1Bとの割合は透過電子顕微鏡写真に映し出された結晶粒子の断面の面積比率から求める。この場合、撮影した透過電子顕微鏡の写真の面積において、第1の結晶粒子9Aの面積をS1とし、第2の結晶粒子9Bの面積をS2とし、S2/(S1+S2)比から求める。なお、評価する結晶粒子9の数は100個ほどとする。また、結晶粒子の中心部近傍とは、誘電体磁器を断面研磨した試料の研磨表面に見られる結晶粒子の粒界から直径の1/3の深さより内側の領域のことである。
Here, the calcium concentration in the crystal particles (hereinafter sometimes referred to as Ca concentration) is measured using a transmission electron microscope apparatus provided with an energy dispersive analyzer (EDS). In this case, with respect to the crystal particles projected on the cross section of the polished dielectric porcelain, an arbitrary location in the vicinity of the center portion of the crystal particles is analyzed using EDS, and the main component element detected from the crystal particles ( The total content of Ba, Ti, Ca) and each additive element (V, Mg, Mn, RE) is taken as 100%, and the content of Ca contained therein is determined. And it classify | categorizes into the
また、本発明において、結晶粒子9のシェル部9bの平均厚みtを測定する方法は、特開2006−137647号公報に示されているX線回折法を用いた評価方法に基づいて、以下の式より求めることができる。
Further, in the present invention, a method for measuring the average thickness t of the
対象とする結晶粒子9の結晶構造は、測定したX線回折パターンにおいて、選択したX線回折パターンが純粋な正方晶(h k l)または立方晶(h' k' l')の反射に
比較してブロードになっており、ピーク位置の同定から正方晶(h k l)および立方晶(h' k' l')の反射が含まれているものとする。この場合、対象とする回折デー
タは、正方晶(h k l)および立方晶(h' k' l')の反射とする。そして、回
折ピークから、ピーク強度(=積分強度)、ピークトップの2θ位置、半値幅、ピークの形状関数等のパラメータを得る。
The crystal structure of the
次に、回折ピークから求められる立方晶(h' k' l')のピーク半値幅の値(B)
を、数2式に代入して、真の半値幅(β)を求め、次に、この真の半値幅(β)と回折データから得られたブラッグ角(θ)の値を数1式に代入してシェル部の厚み(dobs)を求め、これをシェル部の平均厚みtとする。その際、必要に応じて、ピーク分離を行う。この場合、ピーク分離の条件は、バックグラウンド関数:0次多項式、放射光:Kα1、プロファイル関数:the psedo-Voigt関数、半値幅:すべての反射に対し異なる半値幅
、プロファイルの対象性:対象、およびデータ分解能:シャープ(最小半値幅:約0.1°)とする。なお、ピーク分離には市販ソフトを用いることができ、ピーク分離のためのツールは特に限定されるものではない。
Next, the peak half-value width (B) of the cubic crystal (h ′ k ′ l ′) obtained from the diffraction peak
Is substituted into equation (2) to determine the true half-value width (β), and then the true half-value width (β) and the Bragg angle (θ) obtained from the diffraction data are expressed in equation (1). The thickness (d obs ) of the shell portion is determined by substitution, and this is set as the average thickness t of the shell portion. At that time, peak separation is performed as necessary. In this case, the conditions for peak separation are as follows: background function: 0th order polynomial, synchrotron radiation: Kα1, profile function: the psedo-Voigt function, half width: different half width for all reflections, object of profile: object, Data resolution: Sharp (minimum half-value width: about 0.1 °). Commercially available software can be used for peak separation, and the tools for peak separation are not particularly limited.
また、結晶粒子9(第1の結晶粒子9Aおよび第2の結晶粒子9B)の平均粒径は、以下の手順で測定する。まず、焼成後のコンデンサ本体1である試料の破断面を研磨する。この後、研磨した試料を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9が50〜100個入る円を描き、円内および円周にかかった結晶粒子9を選択する。次いで、各結晶粒子9の輪郭を画像処理して、各結晶粒子9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。
Moreover, the average particle diameter of the crystal particle 9 (the
また、誘電体磁器の組成は、積層セラミックコンデンサを酸に溶解させた溶液をICP
(Inductively Coupled Plasma)分析および原子吸光分析を用いて求められる。この場合、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る。
In addition, the composition of the dielectric ceramic is such that a solution obtained by dissolving a multilayer ceramic capacitor in an acid is ICP.
It is determined using (Inductively Coupled Plasma) analysis and atomic absorption analysis. In this case, the amount of oxygen is determined using the valence of each element as the valence shown in the periodic table.
次に、この実施形態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。 Next, a method for manufacturing the multilayer ceramic capacitor of this embodiment will be described.
まず、誘電体粉末をポリビニルブチラール樹脂などの有機樹脂やトルエンおよびアルコールなどの溶媒とともにボールミルなどを用い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やダイコータ法などのシート成形法を用いて基材上にセラミックグリーンシートを形成する。セラミックグリーンシートの厚みは誘電体層5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1〜5μmが好ましい。 First, a ceramic slurry is prepared by using a ball mill or the like together with a dielectric powder, an organic resin such as polyvinyl butyral resin, and a solvent such as toluene and alcohol. A ceramic green sheet is formed on the substrate. The thickness of the ceramic green sheet is preferably 1 to 5 μm from the viewpoint of reducing the thickness of the dielectric layer 5 to increase the capacity and maintaining high insulation.
この実施形態の積層セラミックコンデンサの製法で用いる主成分となる粉末としては、カルシウムを含有しないチタン酸バリウム粉末(Ba/Tiのモル比が1.001〜1.009、以下、BT粉末という)とカルシウムを固溶させたチタン酸バリウム粉末(以下、BCT粉末という)を用いる。BCT粉末は(Ba1−xCax)TiO3(X=0.01〜0.2)で表され、Ba+Ca/Tiのモル比が1.001〜1.009であるものを用いるのがよい。また、BT粉末およびBCT粉末の平均粒径は0.06〜0.2μmであることが望ましい。これにより誘電体層5の薄層化を容易にし、BT粉末とBCT粉末との混合粉末から、後述する焼成条件により高誘電率であり、EIA規格のX5R特性を満足しつつ、DCバイアス特性およびDCエージング特性に適した結晶粒子9とすることが可能になる。
As the main powder used in the method of manufacturing the multilayer ceramic capacitor of this embodiment, barium titanate powder (Ba / Ti molar ratio is 1.001 to 1.009, hereinafter referred to as BT powder) not containing calcium Barium titanate powder (hereinafter referred to as BCT powder) in which calcium is dissolved is used. The BCT powder represented by (Ba 1-x Ca x ) TiO 3 (X = 0.01 to 0.2) and having a Ba + Ca / Ti molar ratio of 1.001 to 1.009 is preferably used. . The average particle size of the BT powder and the BCT powder is preferably 0.06 to 0.2 μm. This facilitates the thinning of the dielectric layer 5, and from the mixed powder of BT powder and BCT powder, has a high dielectric constant under the firing conditions described later, satisfies the X5R characteristics of the EIA standard,
この実施形態の積層セラミックコンデンサを製造する際に用いる誘電体粉末は、上記したBT粉末およびBCT粉末の混合粉末を主成分とし、これに、マグネシウム、希土類元素および焼結助剤の全成分を所定量被覆したものを用いる。 The dielectric powder used in manufacturing the multilayer ceramic capacitor of this embodiment is mainly composed of the above-mentioned mixed powder of BT powder and BCT powder, and contains all the components of magnesium, rare earth elements and sintering aid. Use quantitatively coated one.
この場合、用いる誘電体粉末は以下のようにして調製する。まず、純度が99.9%以上、Ba/Tiのモル比が1.001〜1.009であり、平均粒径が0.1〜0.2μmであるBT粉末と純度が99.9%以上、(Ba+Ca)/Tiのモル比が1.001〜1.009であり、平均粒径が0.1〜0.2μmであるBCT粉末との混合粉末の懸濁液に、pH調整剤としてアンモニア水を用いて、pHを6〜8の範囲とし、これに、リチウム水溶液、シリカゾル、炭酸バリウム水溶液、水酸化マグネシウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液およびイットリウム,ジスプロシウム、ホルミウム,テルビウムおよびイッテルビウムから選ばれる少なくとも1種の希土類元素の水溶液を、この順に、添加し混合してセラミックスラリを調製する。なお、これらの原料試薬の純度は、得られる誘電体磁器への不純物の混入を抑制し、高い誘電特性を得るという理由からいずれも99.5%以上であるのがよい。 In this case, the dielectric powder to be used is prepared as follows. First, BT powder having a purity of 99.9% or more, a Ba / Ti molar ratio of 1.001 to 1.009, and an average particle size of 0.1 to 0.2 μm, and a purity of 99.9% or more , (Ba + Ca) / Ti molar ratio is from 1.001 to 1.009, and a mixed powder suspension with BCT powder having an average particle size of from 0.1 to 0.2 μm is used as a pH adjuster. Using water, the pH is in the range of 6-8, and at least one selected from lithium aqueous solution, silica sol, barium carbonate aqueous solution, magnesium hydroxide aqueous solution, calcium hydroxide aqueous solution and yttrium, dysprosium, holmium, terbium and ytterbium. An aqueous solution of seed rare earth elements is added and mixed in this order to prepare a ceramic slurry. Note that the purity of these raw material reagents is preferably 99.5% or more for the purpose of suppressing the mixing of impurities into the obtained dielectric ceramic and obtaining high dielectric properties.
次に、このセラミックスラリを4流体ノズルを備えた噴霧乾燥機に投入し、4流体ノズルから直径が10μm以下の液滴を生成させ、200℃付近の温度で乾燥処理して、誘電体粉末の前駆体を作製し、次いで、この誘電体粉末の前駆体を乾燥処理の温度よりも高い温度にて加熱処理することにより調製する。 Next, the ceramic slurry is put into a spray dryer equipped with a four-fluid nozzle, droplets having a diameter of 10 μm or less are generated from the four-fluid nozzle, and dried at a temperature of about 200 ° C. A precursor is prepared, and then the dielectric powder precursor is prepared by heat treatment at a temperature higher than the temperature of the drying treatment.
その組成は、BT粉末とBCT粉末の合計量を100モルとしたときに、水酸化マグネシウム水溶液中に含まれるMgをMgOとして換算したときの量で0.5〜1.2モル、イットリウム,ジスプロシウム、ホルミウム,テルビウムおよびイッテルビウムから選ばれる少なくとも1種の希土類元素(RE)の水溶液中に含まれる希土類元素(RE)をRE2O3として換算したときの量で0.5〜1.0モルの組成になるように添加する。 The composition is 0.5 to 1.2 mol in terms of Mg contained in the magnesium hydroxide aqueous solution as MgO when the total amount of BT powder and BCT powder is 100 mol, yttrium, dysprosium. Of rare earth elements (RE) contained in an aqueous solution of at least one rare earth element (RE) selected from holmium, terbium and ytterbium in an amount of 0.5 to 1.0 mol in terms of RE 2 O 3 Add to make composition.
また、焼結助剤を用いる場合、その添加量はBT粉末とBCT粉末との合計量100質量部に対して0.5〜2質量部になるように調製する。これにより誘電体磁器の焼結性をより高めることができる。焼結助剤としてはリチウムを含む低融点ガラスを用いることが好ましく、例えば、その組成は、Li2O=1〜15モル%、SiO2=40〜60モル%、BaO=15〜35モル%、およびCaO=5〜25モル%が好ましい。 Moreover, when using a sintering auxiliary agent, the addition amount is prepared so that it may become 0.5-2 mass parts with respect to 100 mass parts of total amounts of BT powder and BCT powder. Thereby, the sinterability of the dielectric ceramic can be further enhanced. As the sintering aid, it is preferable to use a low melting point glass containing lithium. For example, the composition is Li 2 O = 1-15 mol%, SiO 2 = 40-60 mol%, BaO = 15-35 mol%. , And CaO = 5 to 25 mol% is preferable.
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もしくはこれらの合金粉末を主成分金属とし、これに共材としてのセラミック粉末を混合し、有機バインダ、溶剤および分散剤を添加して調製する。また、セラミックグリーンシート上の内部電極パターンによる段差を解消するために、内部電極パターンの周囲にセラミックパターンを内部電極パターンと実質的に同一厚みで形成することが好ましい。この場合、セラミックパターンを構成するセラミック成分は、同時焼成での焼成収縮を同じにするという点でセラミックグリーンシートに用いた誘電体粉末を用いることが好ましい。 Next, a rectangular internal electrode pattern is printed and formed on the main surface of the obtained ceramic green sheet. The conductor paste used as the internal electrode pattern is prepared by mixing Ni or an alloy powder thereof as a main component metal, mixing ceramic powder as a co-material with this, and adding an organic binder, a solvent and a dispersant. Further, in order to eliminate the step due to the internal electrode pattern on the ceramic green sheet, it is preferable to form the ceramic pattern with substantially the same thickness as the internal electrode pattern around the internal electrode pattern. In this case, it is preferable to use the dielectric powder used for the ceramic green sheet as the ceramic component constituting the ceramic pattern in that the firing shrinkage in the simultaneous firing is the same.
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仮積層体を形成する。仮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。このような積層工法により切断後の積層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, a desired number of ceramic green sheets with internal electrode patterns are stacked, and a plurality of ceramic green sheets without internal electrode patterns are stacked on top and bottom of the ceramic green sheets so that the upper and lower layers have the same number. Form the body. The internal electrode patterns in the temporary laminate are shifted by half patterns in the longitudinal direction. By such a laminating method, the internal electrode pattern can be formed so as to be alternately exposed on the end face of the cut laminate.
なお、本発明の積層セラミックコンデンサは、セラミックグリーンシートの主面に内部電極パターンを予め形成した後に積層する工法の他に、セラミックグリーンシートを一旦下層側の機材に密着させた後に、内部電極パターンを印刷し、乾燥させ、印刷、乾燥された内部電極パターン上に、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重ねて仮密着させ、セラミックグリーンシートの密着と内部電極パターンの印刷を逐次行う工法によっても形成できる。 The multilayer ceramic capacitor of the present invention has a method of laminating after the internal electrode pattern is formed in advance on the main surface of the ceramic green sheet. Is printed, dried, and the ceramic green sheet without the internal electrode pattern printed thereon is temporarily adhered to the printed and dried internal electrode pattern, and the adhesion of the ceramic green sheet and the printing of the internal electrode pattern are sequentially performed. It can also be formed by a construction method.
次に、仮積層体を上記仮積層時の温度圧力よりも高温、高圧の条件にてプレスを行い、セラミックグリーンシートと内部電極パターンとが強固に密着された積層体を形成する。 Next, the temporary laminate is pressed under conditions of higher temperature and higher pressure than the temperature and pressure at the time of temporary lamination to form a laminate in which the ceramic green sheet and the internal electrode pattern are firmly adhered.
次に、積層体を格子状に切断することにより内部電極パターンの端部が露出するコンデンサ本体成形体を形成する。 Next, the capacitor body molded body in which the end portions of the internal electrode patterns are exposed is formed by cutting the laminate into a lattice shape.
次に、コンデンサ本体成形体を、所定の雰囲気下、温度条件で焼成してコンデンサ本体1を形成する。場合によっては、コンデンサ本体1の稜線部分の面取りを行うとともに、コンデンサ本体1の対向する端面から露出する内部電極層7を露出させるためにバレル研磨を施しても良い。
Next, the
次に、得られたコンデンサ本体成形体を脱脂した後、焼成する。焼成は、昇温速度を1500〜4000℃/hとし、最高温度を1030〜1200℃、保持時間を0.1〜4時間とし、水素−窒素の雰囲気中にて行うことが望ましい。この後、900〜1100℃の温度範囲で再酸化処理を行うことによってコンデンサ本体1を得る。焼成をこのような条件で行うことにより、誘電体層5を構成する結晶粒子9の平均粒径を0.15〜0.4μmの範囲とし、結晶粒子9の結晶構造が正方晶系のコア部9aと、コア部を取り囲み少なくともマグネシウムおよび希土類元素の添加成分が固溶した立方晶系のシェル部9bとからなり、シェル部9bの厚みが5〜15nmであるコンデンサ本体1を得ることができる。
Next, the obtained capacitor body molded body is degreased and fired. Firing is preferably performed in a hydrogen-nitrogen atmosphere at a temperature increase rate of 1500 to 4000 ° C./h, a maximum temperature of 1030 to 1200 ° C., a holding time of 0.1 to 4 hours. Then, the
上述したように、本実施形態の積層セラミックコンデンサは、誘電体層5を作製するの
に、チタン酸バリウムを主成分とし、これに少なくともカルシウム、マグネシウム、希土類元素および焼結助剤の全成分を所定量被覆したものを用い、得られた生のコンデンサ本体成形体を昇温速度の高い焼成条件で焼成することにより、シェル部9bの平均厚みの小さい結晶粒子9を得ることができる。これに対して、チタン酸バリウムを主成分とし、これに、少なくともカルシウム、マグネシウム、希土類元素および焼結助剤の全成分を所定量被覆したものを用いても、昇温速度が1500℃/hよりも遅い条件では、シェル部9bの厚みが大きくなり、また、チタン酸バリウムを主成分とし、これに、少なくともマグネシウムおよび希土類元素を所定量被覆しても、焼結助剤としてガラス粉末を後添加する方法を用いた場合には、いずれもDCエージング特性が大きくなる。
As described above, in the multilayer ceramic capacitor of this embodiment, in order to produce the dielectric layer 5, the main component is barium titanate, and at least all the components of calcium, magnesium, rare earth elements, and sintering aid are contained therein. The obtained raw capacitor body molded body is fired under firing conditions with a high rate of temperature rise using a predetermined amount coated, whereby
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、場合によっては、この外部電極3の表面に実装性を高めるためにメッキ膜を形成する。こうして本発明の積層セラミックコンデンサを得られる。
Next, an external electrode paste is applied to the opposing ends of the
まず、原料粉末として、純度が99.9%であり平均粒径が0.06〜2.0μmであり、Ba/Tiのモル比が1.005のBT粉末と(Ba0.97Ca0.03)TiO3で表され、純度が99.9%、平均粒径が0.06〜2.0μm、Ba+Ca/Tiのモル比が1.005のBCT粉末とを準備し表1に示す割合で混合した。 First, as a raw material powder, a BT powder having a purity of 99.9%, an average particle diameter of 0.06 to 2.0 μm, and a Ba / Ti molar ratio of 1.005 (Ba 0.97 Ca 0. 0). 03 ) BCT powder represented by TiO 3 , having a purity of 99.9%, an average particle size of 0.06 to 2.0 μm, and a Ba + Ca / Ti molar ratio of 1.005 was prepared at the ratio shown in Table 1. Mixed.
次に、BT粉末とBCT粉末との混合粉末の懸濁液に、アンモニア水をpH調整剤として用いて、pHを6〜8の範囲になるようにした。次に、これに、リチウム水溶液、シリカゾル、炭酸バリウム水溶液、水酸化マグネシウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液、バナジン酸アンモニウム水溶液、酢酸マンガン水溶液およびイットリウム,ジスプロシウム、ホルミウム,テルビウムおよびイッテルビウムから選ばれる少なくとも一種の希土類元素の水溶液を、この順に、添加し混合してセラミックスラリを調製した。 Next, ammonia water was used as a pH adjuster in the suspension of the mixed powder of BT powder and BCT powder so that the pH was in the range of 6-8. Next, it is added at least one rare earth selected from lithium aqueous solution, silica sol, barium carbonate aqueous solution, magnesium hydroxide aqueous solution, calcium hydroxide aqueous solution, ammonium vanadate aqueous solution, manganese acetate aqueous solution and yttrium, dysprosium, holmium, terbium and ytterbium. An aqueous solution of the elements was added and mixed in this order to prepare a ceramic slurry.
次に、このセラミックスラリを4流体ノズルを備えた噴霧乾燥機に投入し、4流体ノズルから直径が10μm以下の液滴を生成させ、200℃付近の温度で乾燥処理して、誘電体粉末の前駆体を作製し、次いで、この誘電体粉末の前駆体を400℃にて加熱処理を行ってBT粉末の表面にバナジウム、マグネシウム、希土類元素、マンガンおよび焼結助剤の全成分が所定量被覆された誘電体粉末を調製した。焼結助剤は、SiO2=55,BaO=20,CaO=15,Li2O=10(モル%)組成となるように組成を調整し、また、その焼結助剤の添加量はBT粉末100質量部に対して1質量部になるように調整した。なお、比較例として、バナジウム、マグネシウム、希土類元素およびマンガンを所定量被覆したBT粉末とBCT粉末との混合粉末に対して、焼結助剤としてガラス粉末を添加した試料を作製した(試料No.36)。 Next, the ceramic slurry is put into a spray dryer equipped with a four-fluid nozzle, droplets having a diameter of 10 μm or less are generated from the four-fluid nozzle, and dried at a temperature of about 200 ° C. A precursor is prepared, and then the dielectric powder precursor is heat-treated at 400 ° C. to cover the surface of the BT powder with a predetermined amount of all components of vanadium, magnesium, rare earth element, manganese and sintering aid. A dielectric powder was prepared. The sintering aid was adjusted to have a composition of SiO 2 = 55, BaO = 20, CaO = 15, Li 2 O = 10 (mol%), and the amount of the sintering aid added was BT. It adjusted so that it might become 1 mass part with respect to 100 mass parts of powder. As a comparative example, a sample was prepared by adding glass powder as a sintering aid to a mixed powder of BT powder and BCT powder coated with a predetermined amount of vanadium, magnesium, rare earth element and manganese (Sample No. 1). 36).
次に、得られた誘電体粉末を、ポリビニルブチラール樹脂と、トルエンおよびアルコールの混合溶媒中に投入し、直径1mmのジルコニアボールを用いて湿式混合して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2μmのセラミックグリーンシートを作製した。 Next, the obtained dielectric powder is put into a mixed solvent of polyvinyl butyral resin, toluene and alcohol, and wet-mixed using a zirconia ball having a diameter of 1 mm to prepare a ceramic slurry. A 2 μm ceramic green sheet was prepared.
次に、このセラミックグリーンシートの上面にNiを主成分とする導体ペーストを矩形状の内部電極パターンとなるように複数形成した。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BT粉末を添加したものを用いた。 Next, a plurality of conductive pastes containing Ni as a main component were formed on the upper surface of the ceramic green sheet so as to form a rectangular internal electrode pattern. The conductor paste for forming the internal electrode pattern was obtained by adding BT 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積層体を作製し、しかる後、この積層体を、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, and 20 ceramic green sheets on which the internal electrode patterns were not printed were laminated on the upper and lower surfaces, respectively, using a press machine at a temperature of 60 ° C. and pressure A laminated body was prepared by closely adhering under conditions of 10 7 Pa and time 10 minutes, and then the laminated body 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、1100で焼成してコンデンサ本体を作製した。この焼成では、ローラーハースキルンを用いて、表1に示す昇温速度の条件で焼成を行った。 Next, the molded body of the capacitor body was treated to remove the binder in the air, and then fired at 1100 in hydrogen-nitrogen to produce a capacitor body. In this firing, firing was performed using a roller hearth kiln under the conditions of the heating rate shown in Table 1.
作製したコンデンサ本体は、続いて、窒素雰囲気中1000℃で4時間再酸化処理を行った。このコンデンサ本体の大きさは2.05×1.28×1.28mm3、誘電体層の厚みは2.0μm、内部電極層の1層の有効面積は1.78mm2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。 The produced capacitor body was subsequently reoxidized at 1000 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. The size of the capacitor body was 2.05 × 1.28 × 1.28 mm 3 , the thickness of the dielectric layer was 2.0 μm, and the effective area of one internal electrode layer was 1.78 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、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粉末とガラスとを含んだ外部電極ペーストを塗布し、850℃で焼き付けを行って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, after barrel-polishing the capacitor body, 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。室温(25℃)における比誘電率は静電容量をLCRメータ(ヒューレットパッカード社製)を用いて、温度25℃、周波数1.0kHz、AC電圧を1.0V/μm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、静電容量の温度特性は静電容量を温度−55〜85℃の範囲で測定した。 Next, the following evaluation was performed on these multilayer ceramic capacitors. The dielectric constant at room temperature (25 ° C.) was measured by using an LCR meter (manufactured by Hewlett-Packard Co.) with a capacitance of 25 ° C., a frequency of 1.0 kHz, and an AC voltage of 1.0 V / μm. And the effective area of the internal electrode layer. Moreover, the temperature characteristic of the capacitance was measured in a temperature range of −55 to 85 ° C.
DCバイアス特性は、温度25℃、周波数1.0kHz、AC電圧1.0V/μmの条件において、直流(DC)電圧を印加しないときの静電容量をC1、温度25℃、周波数1.0kHz、AC電圧0.2V/μmの条件において、直流(DC)電圧を印加したときの静電容量をC2としたときに、((C2−C1)/C1)×100(%)から求めた。 The DC bias characteristics are C1, electrostatic capacity when a direct current (DC) voltage is not applied under conditions of a temperature of 25 ° C., a frequency of 1.0 kHz, and an AC voltage of 1.0 V / μm, a temperature of 25 ° C., a frequency of 1.0 kHz, It was determined from ((C2−C1) / C1) × 100 (%), where C2 is the capacitance when a direct current (DC) voltage is applied under the condition of AC voltage of 0.2 V / μm.
DCエージング特性は、4.5V/μmの直流(DC)電圧を印加して、1時間および10時間経過したときの静電容量を測定し、10時間経過後の静電容量をC3としたときに、((C3−C2)/C1)×100(%)から求めた。 DC aging characteristics are as follows: a direct current (DC) voltage of 4.5 V / μm is applied, the electrostatic capacity is measured when 1 hour and 10 hours have elapsed, and the electrostatic capacity after 10 hours is defined as C3. And ((C3-C2) / C1) × 100 (%).
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、各粒子の面積を求め、同じ面積を持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 particle 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. Draw a circle that contains 30 circles, select the crystal particles that fall within and around the circle, image the outline of each crystal particle, determine the area of each particle, and replace it with a circle with the same area Was calculated from the average value.
結晶粒子中のCa濃度については、エネルギー分散型分析器(EDS)を付設した透過電子顕微鏡装置を用いて測定した。この場合、研磨した誘電体磁器の断面に映し出された結晶粒子に対して、EDSを用いて、結晶粒子の中心部近傍の任意の場所を分析し、結晶粒子から検出される主成分の元素(Ba,Ti,Ca)と添加剤の各元素(V,Mg,Mn,RE)の全量を100%として、その中に含まれるCaの含有量を求めた。そして、Ca濃度が0.3原子%より低い第1の結晶粒子とCa濃度が0.3原子%以上の第2の結晶粒子とに分類した。また、Ca濃度が0.3原子%より低い第1の結晶粒子とCa濃度が0.3原子%以上の第2の結晶粒子との割合は透過電子顕微鏡写真に映し出された結
晶粒子の断面の面積比率から求めた。この場合、撮影した透過電子顕微鏡の写真の面積において、第1の結晶粒子の面積をS1とし、第2の結晶粒子の面積をS2とし、S2/(S1+S2)比から求めた。なお、評価する結晶粒子9の数は100個ほどとした。また、結晶粒子の中心部近傍として、誘電体磁器を断面研磨した試料の研磨表面に見られる結晶粒子の粒界から直径の1/3の深さより内側の領域を分析した。焼成後の誘電体磁器については、いずれの試料もCaを含まない(分析においてノイズレベル以下のピーク強度)結晶粒子とCa濃度が平均で0.8原子%の結晶粒子とが共存したものであることを確認した。
The Ca concentration in the crystal particles was measured using a transmission electron microscope apparatus equipped with an energy dispersive analyzer (EDS). In this case, with respect to the crystal particles projected on the cross section of the polished dielectric porcelain, an arbitrary location in the vicinity of the center portion of the crystal particles is analyzed using EDS, and the main component element detected from the crystal particles ( The total amount of each element (Ba, Ti, Ca) and additives (V, Mg, Mn, RE) was 100%, and the content of Ca contained therein was determined. And it classified into the 1st crystal particle whose Ca concentration is lower than 0.3 atomic%, and the 2nd crystal particle whose Ca concentration is 0.3 atomic% or more. The ratio of the first crystal particles having a Ca concentration lower than 0.3 atomic% and the second crystal particles having a Ca concentration of 0.3 atomic% or more is the ratio of the cross section of the crystal particles shown in the transmission electron micrograph. It calculated | required from the area ratio. In this case, in the area of the photograph of the photographed transmission electron microscope, the area of the first crystal particle was S1, the area of the second crystal particle was S2, and the ratio was obtained from the S2 / (S1 + S2) ratio. The number of
結晶粒子の平均のシェル厚みは、前述の数式1および数式2を用いて求めた。このとき、X線回折装置はPanalytical社製のX‘PertProを用いた。このとき対象とする結晶粒子の結晶構造は、測定したX線回折パターンにおいて、選択したX線回折パターンが純粋な正方晶(h k l)または立方晶(h' k' l')の反射に比較
してブロードになっており、ピーク位置の同定から正方晶(h k l)および立方晶(h' k' l')の反射が含まれているものを選択した。
The average shell thickness of the crystal grains was determined using the above-described
そして、回折ピークは、正方晶の(002),(200)、立方晶の(200)を測定の対象とした。ビームの大きさは、縦方向に0.5mm、水平方向に5mmとした。波長は1.54982Åとした。誘電体磁器の測定は、ステップ幅を0.02°とし、1点あたりの計数時間を5.0秒とした。また、繰返し回数を10回とし、10回分の積算を回折強度とした。なお、評価においては、回折ピークからピーク分離ソフトを用いて以下の条件で正方晶の(002),(200)、立方晶の(200)をピーク分離を行った。ピーク分離の条件は、バックグラウンド関数:0次多項式、放射光:Kα1、プロファイル関数:the psedo-Voigt関数、半値幅:すべての反射に対し異なる半値幅、プロファイル
の対象性:対象、データ分解能:シャープ(最小半値幅:約0.1°)および解析範囲:44°<2θ<47°、とした。
The diffraction peaks of tetragonal (002) and (200) and cubic (200) were measured. The size of the beam was 0.5 mm in the vertical direction and 5 mm in the horizontal direction. The wavelength was 1.54982 mm. In the measurement of the dielectric ceramic, the step width was 0.02 °, and the counting time per point was 5.0 seconds. Further, the number of repetitions was 10, and the integration for 10 times was defined as the diffraction intensity. In the evaluation, tetragonal (002), (200) and cubic (200) were peak-separated from the diffraction peak using peak separation software under the following conditions. The conditions for peak separation are as follows: background function: 0th order polynomial, synchrotron radiation: Kα1, profile function: the psedo-Voigt function, half width: different half width for all reflections, profile subjectivity: subject, data resolution: Sharp (minimum half width: about 0.1 °) and analysis range: 44 ° <2θ <47 °.
また、得られた焼結体である試料の組成分析はICP(Inductively Coupled Plasma)分析および原子吸光分析により行った。この場合、得られた誘電体磁器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、得られた積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層の組成は、表1に示した組成と一致した。 Moreover, the composition analysis of the sample which is the obtained sintered body was performed by ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis and atomic absorption analysis. In this case, the obtained dielectric porcelain mixed with boric acid and sodium carbonate and dissolved in hydrochloric acid is first subjected to qualitative analysis of the elements contained in the dielectric porcelain 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. The composition of the dielectric layer constituting the obtained multilayer ceramic capacitor matched the composition shown in Table 1.
調合組成および焼成条件を表1に、得られた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結晶粒子の平均粒径および誘電特性(比誘電率、静電容量の温度特性、DCバイアス特性,DCエージング特性の結果を表2にそれぞれ示す。 The composition and firing conditions are shown in Table 1, and the average particle diameter and dielectric characteristics of the dielectric grains (dielectric constant, capacitance temperature characteristics, DC bias characteristics, DC aging) in the obtained multilayer ceramic capacitor The characteristic results are shown in Table 2, respectively.
表1〜2の結果から明らかなように、本発明の試料No.2〜4、9、10、12,13、16、17,19〜21、23〜30および32〜34では、室温(25℃)における比誘電率を3650以上、静電容量の温度特性がX5R(25℃を基準にしたときの比誘電率の温度変化率が−55〜85℃において±15%)を満足し、4.5V/μmの直流を印加するDCバイアス特性の測定において、直流電圧無印加の静電容量値を基準としたとき、4.5V/μmの条件での印加での静電容量値の低下率が52.83%(−52.83%:試料No.25)以下であり、さらに、直流電圧を4.5V/μmの条件で印加するDCエージング特性において、0.1〜10時間の経過までの静電容量の低下率が
18.23%(−18.23%:試料No.32)以下であった。
As is clear from the results in Tables 1 and 2, the sample No. 2 to 4, 9, 10, 12, 13, 16, 17, 19 to 21, 23 to 30, and 32 to 34, the relative dielectric constant at room temperature (25 ° C.) is 3650 or more, and the capacitance temperature characteristic is X5R In the measurement of DC bias characteristics satisfying (temperature change rate of relative permittivity with respect to 25 ° C. is ± 15% at −55 to 85 ° C.), a DC voltage is measured. When the unapplied capacitance value is used as a reference, the decrease rate of the capacitance value when applied under the condition of 4.5 V / μm is 52.83% (−52.83%: sample No. 25) or less. Furthermore, in the DC aging characteristics in which a DC voltage is applied under the condition of 4.5 V / μm, the rate of decrease in capacitance until the lapse of 0.1 to 10 hours is 18.23% (−18.23%). : Sample No. 32) or less.
また、誘電体層となる誘電体磁器がバナジウムを含有しない試料(試料No.12)では、室温における比誘電率が3800であり、DCエージング特性における0.1〜10時間の経過までの静電容量の低下率が12.28%(−12.28%:試料No.13)となり、バナジウムを含有する試料(試料No.13)に比較して、高誘電率でありDCエージング特性に優れていた。 In addition, in the sample (sample No. 12) in which the dielectric ceramic serving as the dielectric layer does not contain vanadium, the relative dielectric constant at room temperature is 3800, and the electrostatic capacity is maintained until 0.1 to 10 hours in the DC aging characteristics. The rate of decrease in capacity was 12.28% (-12.28%: sample No. 13), which was higher in dielectric constant and superior in DC aging characteristics than the sample containing vanadium (sample No. 13). It was.
特に、誘電体層となる誘電体磁器がマンガンを含有しない試料(試料No.19および27〜30)では、同条件でのDCエージング特性において、0.1〜10時間の経過までの静電容量の低下率が10.04%(−9.34%:試料No.28)以下であった。 In particular, in the samples (samples No. 19 and 27 to 30) in which the dielectric ceramic serving as the dielectric layer does not contain manganese, the capacitance until 0.1 to 10 hours elapses in the DC aging characteristics under the same conditions. The rate of decrease was 10.04% (−9.34%: Sample No. 28) or less.
これに対して、本発明の範囲外の試料No.1、5〜8、11、14、15、18、22、31および35〜38では、室温(25℃)における比誘電率を3650以上、静電容量の温度特性がX5R(25℃を基準にしたときの比誘電率の温度変化率が−55〜85℃において±15%以内)を満足すること、4.5V/μmの直流を印加するDCバイアス測定において、直流電圧無印加の静電容量値を基準としたとき、4.5V/μm印加での静電容量値の低下率が55%以内および直流電圧を4.5V/μmの条件で印加するDCエージング特性において、0.1〜10時間の経過までの静電容量の低下率が20%以内、のいずれかの特性を満足しないものであった。 On the other hand, sample no. 1, 5-8, 11, 14, 15, 18, 22, 31 and 35-38 have a relative dielectric constant of 3650 or more at room temperature (25 ° C.) and a temperature characteristic of capacitance of X5R (based on 25 ° C.) The temperature change rate of the relative permittivity is within ± 15% at −55 to 85 ° C.), and in the DC bias measurement in which a direct current of 4.5 V / μm is applied, no direct current voltage is applied. In terms of the DC aging characteristics in which the decrease rate of the capacitance value when applied with 4.5 V / μm is within 55% and a DC voltage is applied under the condition of 4.5 V / μm when the value is used as a reference, 0.1 to 10 The capacitance reduction rate until the passage of time did not satisfy any of the characteristics within 20%.
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 第1の結晶粒子
9B 第2の結晶粒子
9a コア部
9b シェル部
11 粒界相
DESCRIPTION OF
Claims (3)
2. The multilayer ceramic capacitor according to claim 1, wherein the dielectric ceramic does not contain manganese.
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