JP7338963B2 - Multilayer ceramic capacitors and ceramic raw material powders - Google Patents
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Description
本発明は、積層セラミックコンデンサおよびセラミック原料粉末に関する。 The present invention relates to a multilayer ceramic capacitor and ceramic raw material powder.
誘電体層の厚みが小さい積層セラミックコンデンサにおいて、十分な信頼性特性が得られる誘電体材料が求められている。例えば、原料粉末に予め特定の元素を固溶させておく手法が有効であることが判明している。特許文献1は、寿命特性の向上を目的として、ドナー元素を添加する技術を開示している。 There is a demand for a dielectric material that provides sufficient reliability characteristics in a multilayer ceramic capacitor having a thin dielectric layer. For example, it has been found effective to dissolve a specific element in the raw material powder in advance. Patent Literature 1 discloses a technique of adding a donor element for the purpose of improving life characteristics.
しかしながら、誘電体層の厚みが小さく積層数も増加している近年においては、更なる寿命特性の向上が求められている。また、絶縁特性の向上も求められている。したがって、ドナー元素によって酸素欠陥量を低減させる手法のみでは、更なる高信頼性を実現することは困難である。 However, in recent years when the thickness of the dielectric layer is small and the number of laminated layers is increasing, there is a demand for further improvement in life characteristics. There is also a demand for improved insulating properties. Therefore, it is difficult to achieve higher reliability only with the technique of reducing the amount of oxygen defects using a donor element.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高信頼性を実現することができる積層セラミックコンデンサおよびセラミック原料粉末を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a multilayer ceramic capacitor and a ceramic raw material powder that can achieve high reliability.
本発明に係る積層セラミックコンデンサは、誘電体層と内部電極層とが交互に積層された積層体を備え、前記誘電体層の主成分は、一般式ABO3で表されるペロブスカイト構造を主相とし、Bサイトにドナーとして機能する元素を含み、AサイトおよびBサイトのいずれも希土類元素を含むセラミック材料であり、前記セラミック材料は、BaおよびTiを含み、前記Aサイト及び前記Bサイトに、同種の希土類元素が固溶しており、前記Aサイトに含まれる前記希土類元素は、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、EuおよびGdの少なくともいずれかを含み、前記Bサイトに含まれる前記希土類元素は、Er、TmおよびYbの少なくともいずれかを含み、前記Aサイトに固溶される希土類元素の固溶量(Aサイト固溶量)と前記Bサイトに固溶される希土類元素の固溶量(Bサイト固溶量)との比は、0.75≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.25を満たすことを特徴とする。 A multilayer ceramic capacitor according to the present invention includes a laminate in which dielectric layers and internal electrode layers are alternately laminated, and the main component of the dielectric layers is a perovskite structure represented by the general formula ABO3 . and the B site contains an element that functions as a donor, and both the A site and the B site are a ceramic material containing a rare earth element , the ceramic material contains Ba and Ti, and the A site and the B site include: The same kind of rare earth element is dissolved in solid solution, and the rare earth element contained in the A site includes at least one of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu and Gd, and is contained in the B site. The rare earth element contains at least one of Er, Tm, and Yb, and the solid solution amount of the rare earth element solid-dissolved at the A site (A-site solid-solution amount) and the solid-solution amount of the rare earth element solid-dissolved at the B site are The ratio to the solid solution amount (B site solid solution amount) is characterized by satisfying 0.75≦(A site solid solution amount/B site solid solution amount)≦1.25.
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記セラミック材料は、BaおよびTiを含んでいてもよい。 In the above multilayer ceramic capacitor, the ceramic material may contain Ba and Ti.
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記ドナーとして機能する元素は、Moを含んでいてもよい。 In the above multilayer ceramic capacitor, the element functioning as the donor may contain Mo.
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記希土類元素は、Tb、Dy、HoおよびYの少なくともいずれかを含んでいてもよい。 In the multilayer ceramic capacitor described above, the rare earth element may include at least one of Tb, Dy, Ho and Y.
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記Aサイトに含まれる前記希土類元素は、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、EuおよびGdの少なくともいずれかを含み、前記Bサイトに含まれる前記希土類元素は、Er、TmおよびYbの少なくともいずれかを含んでいてもよい。 In the multilayer ceramic capacitor, the rare earth element contained in the A site includes at least one of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu and Gd, and the rare earth element contained in the B site is At least one of Er, Tm and Yb may be included.
上記積層セラミックコンデンサにおいて、積層方向における前記誘電体層の厚みは、0.4μm以下としてもよい。 In the laminated ceramic capacitor, the thickness of the dielectric layer in the lamination direction may be 0.4 μm or less.
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記Aサイトに固溶される希土類元素の固溶量(Aサイト固溶量)と前記Bサイトに固溶される希土類元素の固溶量(Bサイト固溶量)との比は、0.95≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.05を満たしてもよい。 In the multilayer ceramic capacitor, the solid solution amount of the rare earth element dissolved in the A site (A site solid solution amount) and the solid solution amount of the rare earth element solid dissolved in the B site (B site solid solution amount) may satisfy 0.95≦(A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount)≦1.05.
本発明に係るセラミック原料粉末は、BaおよびTiを含むセラミック原料粉末であって、一般式ABO3で表されるペロブスカイト構造を主相とし、Bサイトにドナーとして機能する元素を含み、AサイトおよびBサイトのいずれも希土類元素を含み、前記Aサイト及び前記Bサイトに、同種の希土類元素が固溶しており、前記Aサイトに含まれる前記希土類元素は、La、Ce、Pr、Nd、Pm,Sm、EuおよびGdの少なくともいずれかを含み、前記Bサイトに含まれる前記希土類元素は、Er、TmおよびYbの少なくともいずれかを含み、前記Aサイトに固溶される希土類元素の固溶量(Aサイト固溶量)と前記Bサイトに固溶される希土類元素の固溶量(Bサイト固溶量)との比は、0.75≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.25を満たすことを特徴とする。
The ceramic raw material powder according to the present invention is a ceramic raw material powder containing Ba and Ti, having a perovskite structure represented by the general formula ABO3 as a main phase, containing an element functioning as a donor at the B site, and All of the B sites contain a rare earth element, the same kind of rare earth element is dissolved in the A site and the B site , and the rare earth elements contained in the A site are La, Ce, Pr, Nd, and Pm. , Sm, Eu and Gd, the rare earth element contained in the B site contains at least one of Er, Tm and Yb, and the solid solution amount of the rare earth element dissolved in the A site The ratio between (A-site solid-solution amount) and the solid-solution amount of the rare earth element solid-soluted in the B-site (B-site solid-solution amount) is 0.75 ≤ (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount )≦1.25.
上記セラミック原料粉末は、BaおよびTiを含んでいてもよい。 The ceramic raw material powder may contain Ba and Ti.
上記セラミック原料粉末において、前記ドナーとして機能する元素は、Moを含んでいてもよい。 In the ceramic raw material powder, the element functioning as the donor may contain Mo.
上記セラミック原料粉末において、前記希土類元素は、Tb、Dy、HoおよびYの少なくともいずれかを含んでいてもよい。 In the ceramic raw material powder, the rare earth element may include at least one of Tb, Dy, Ho and Y.
上記セラミック原料粉末において、前記Aサイトに含まれる前記希土類元素は、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、EuおよびGdの少なくともいずれかを含み、前記Bサイトに含まれる前記希土類元素は、Er、TmおよびYbの少なくともいずれかを含んでいてもよい。 In the ceramic raw material powder, the rare earth element contained in the A site includes at least one of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu and Gd, and the rare earth element contained in the B site is At least one of Er, Tm and Yb may be included.
上記セラミック原料粉末において、前記Aサイトに固溶される希土類元素の固溶量(Aサイト固溶量)と前記Bサイトに固溶される希土類元素の固溶量(Bサイト固溶量)との比は、0.95≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.05を満たしてもよい。
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記Aサイト及び前記Bサイトに、Hoが固溶していてもよい。
上記セラミック原料粉末において、前記Aサイト及び前記Bサイトに、Hoが固溶していてもよい。
In the ceramic raw material powder, the solid solution amount of the rare earth element dissolved in the A site (A site solid solution amount) and the solid solution amount of the rare earth element solid dissolved in the B site (B site solid solution amount) may satisfy 0.95≦(A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount)≦1.05.
In the above laminated ceramic capacitor, Ho may be dissolved in the A site and the B site.
In the ceramic raw material powder, Ho may be dissolved in the A site and the B site.
本発明によれば、高信頼性を実現することができる積層セラミックコンデンサおよびセラミック原料粉末を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a multilayer ceramic capacitor and a ceramic raw material powder that can achieve high reliability.
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100の部分断面斜視図である。図1で例示するように、積層セラミックコンデンサ100は、略直方体形状を有する積層チップ10と、積層チップ10のいずれかの対向する2端面に設けられた外部電極20a,20bとを備える。なお、積層チップ10の当該2端面以外の4面のうち、積層方向の上面および下面以外の2面を側面と称する。外部電極20a,20bは、積層チップ10の積層方向の上面、下面および2側面に延在している。ただし、外部電極20a,20bは、互いに離間している。
(embodiment)
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view of a laminated
積層チップ10は、誘電体として機能するセラミック材料を含む誘電体層11と、卑金属材料を含む内部電極層12とが、交互に積層された積層体の構成を有する。各内部電極層12の端縁は、積層チップ10の外部電極20aが設けられた端面と、外部電極20bが設けられた端面とに、交互に露出している。それにより、各内部電極層12は、外部電極20aと外部電極20bとに、交互に導通している。その結果、積層セラミックコンデンサ100は、複数の誘電体層11が内部電極層12を介して積層された構成を有する。また、誘電体層11と内部電極層12との積層体において、積層方向の最外層には内部電極層12が配置され、当該積層体の上面および下面は、カバー層13によって覆われている。カバー層13は、セラミック材料を主成分とする。例えば、カバー層13の材料は、誘電体層11とセラミック材料の主成分が同じである。
The laminated
積層セラミックコンデンサ100のサイズは、例えば、長さ0.2mm、幅0.125mm、高さ0.125mmであり、または長さ0.4mm、幅0.2mm、高さ0.2mm、または長さ0.6mm、幅0.3mm、高さ0.3mmであり、または長さ1.0mm、幅0.5mm、高さ0.5mmであり、または長さ3.2mm、幅1.6mm、高さ1.6mmであり、または長さ4.5mm、幅3.2mm、高さ2.5mmであるが、これらのサイズに限定されるものではない。
The size of the multilayer
内部電極層12は、Ni(ニッケル),Cu(銅),Sn(スズ)等の卑金属を主成分とする。内部電極層12として、Pt(白金),Pd(パラジウム),Ag(銀),Au(金)などの貴金属やこれらを含む合金を用いてもよい。
The
誘電体層11は、例えば、一般式ABO3で表されるペロブスカイト構造を主相とするセラミック材料を主成分とする。なお、当該ペロブスカイト構造は、化学量論組成から外れたABO3-αを含む。例えば、当該セラミック材料として、BaTiO3(チタン酸バリウム)、CaZrO3(ジルコン酸カルシウム)、CaTiO3(チタン酸カルシウム)、SrTiO3(チタン酸ストロンチウム)、ペロブスカイト構造を形成するBa1-x-yCaxSryTi1-zZrzO3(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1)等を用いることができる。
The
積層セラミックコンデンサ100を小型大容量化するためには、誘電体層11を薄膜化することが望まれる。しかしながら、誘電体層11を薄膜化しようとすると、絶縁破壊等に起因して寿命特性が劣化し、信頼性が低下するおそれがある。
In order to reduce the size and increase the capacity of the multilayer
ここで、信頼性低下について説明する。誘電体層11は、例えば、一般式ABO3で表されるペロブスカイト構造を主相とするセラミック原料粉末を用いたセラミック材料を主成分とするため、焼成の際に還元雰囲気にさらされることにより、ABO3に酸素欠陥が生じる。積層セラミックコンデンサ100の使用時には誘電体層11に電圧が繰り返し印加されることになる。この際に酸素欠陥が移動することによって、障壁が破壊される。すなわち、ペロブスカイト構造中の酸素欠陥が、誘電体層11の信頼性低下の要因となっている。
Here, the decrease in reliability will be explained. The
そこで、本実施形態においては、ドナーとして機能する元素がペロブスカイト構造のBサイトに含まれている(置換固溶している)。例えば、ドナーとして機能する元素として、Mo(モリブデン)、Nb(ニオブ)、Ta(タンタル)、W(タングステン)などが挙げられる。ドナーとして機能する元素がBサイトに置換固溶することによって、ペロブスカイト構造中の酸素欠陥が抑制される。それにより、誘電体層11が長寿命化し、信頼性を向上させることができる。
Therefore, in the present embodiment, an element functioning as a donor is contained in the B site of the perovskite structure (substitution solid solution). Examples of elements that function as donors include Mo (molybdenum), Nb (niobium), Ta (tantalum), and W (tungsten). Oxygen vacancies in the perovskite structure are suppressed by substitution solid solution of the element functioning as a donor at the B site. Thereby, the life of the
Bサイトにおいて、ドナーとして機能する元素が少なすぎると、十分に酸素欠陥を抑制できないおそれがある。そこで、Bサイトにおいて、ドナーとして機能する元素の置換固溶量に下限を設けることが好ましい。例えば、Bサイトにおいて、ドナーとして機能する元素が、Bサイトの主成分元素を100atm%とした場合に、0.05atm%以上置換固溶していることが好ましく、0.1atm%以上置換固溶していることがより好ましい。 If there are too few elements that function as donors at the B site, oxygen defects may not be sufficiently suppressed. Therefore, at the B site, it is preferable to set a lower limit for the substitution solid-solution amount of the element that functions as a donor. For example, in the B site, when the main component element of the B site is 100 atm %, the element that functions as a donor preferably has a substitution solid solution of 0.05 atm % or more, and a substitution solid solution of 0.1 atm % or more. It is more preferable to have
一方、Bサイトにおいて、ドナーとして機能する元素が多すぎると、絶縁性が低下するといった不具合が生じるおそれがある。そこで、Bサイトにおいて、ドナーとして機能する元素の置換固溶量に上限を設けることが好ましい。例えば、Bサイトにおいて、ドナーとして機能する元素が0.3atm%以下置換固溶していることが好ましく、0.25atm%以下置換固溶していることがより好ましい。 On the other hand, if there are too many elements that function as donors at the B site, there is a possibility that a problem such as a decrease in insulating properties may occur. Therefore, at the B site, it is preferable to set an upper limit for the substitution solid-solution amount of the element that functions as a donor. For example, at the B site, the substitution solid solution of 0.3 atm % or less of the element functioning as a donor is more preferable, and the substitution solid solution of 0.25 atm % or less is more preferable.
次に、還元雰囲気でペロブスカイト構造を主相とするセラミック原料粉末を用いたセラミック材料を主成分とする誘電体層11を焼成した後に、再酸化することで、酸素欠陥をさらに抑制することができる。再酸化の際にAサイトおよびBサイトの両方に希土類元素が含まれていると(置換固溶していると)、焼成後の酸素欠陥量が抑制される。それにより、絶縁(IR:Insulation Resistance)特性を維持したまま長寿命特性を実現することができる。その結果、高い信頼性を実現することができる。そこで、本実施形態においては、AサイトおよびBサイトの両方に、希土類元素が置換固溶している。
Next, the
希土類元素のAサイトへの置換固溶量(Aサイト固溶量)が、希土類元素のBサイトへの置換固溶量(Bサイト固溶量)に対して多すぎると、ペロブスカイトへのドナー添加過剰の状態となるおそれがある。この場合、絶縁特性が劣化するおそれがある。一方、Bサイト固溶量がAサイト固溶量に対して多すぎると、ペロブスカイトへのアクセプタ添加過剰の状態となるおそれがある。この場合、酸素欠陥量が増大して寿命特性が劣化するおそれがある。そこで、Aサイト固溶量とBサイト固溶量との比を1の近傍とすることにより、焼成後の酸素欠陥量が抑制され、絶縁特性と寿命特性とのバランスに優れた高信頼性が得られるようになる。具体的には、0.75≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.25とする。なお、ドナー添加過剰の状態をより抑制する観点から、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.20であることが好ましく、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.10であることがより好ましく、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.05であることがさらに好ましい。アクセプタ添加過剰の状態をより抑制する観点から、0.90≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)であることが好ましく、0.95≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)であることがより好ましい。 If the amount of rare earth element substituted solid solution to the A site (A site solid solution amount) is too large relative to the substitution solid solution amount of the rare earth element to the B site (B site solid solution amount), donor addition to perovskite will occur. There is a risk of being overdone. In this case, the insulation characteristics may deteriorate. On the other hand, if the B-site solid-solution amount is too large with respect to the A-site solid-solution amount, there is a possibility that the acceptor is excessively added to the perovskite. In this case, the amount of oxygen defects may increase and the life characteristics may deteriorate. Therefore, by setting the ratio of the A-site solid-solution amount to the B-site solid-solution amount to around 1, the amount of oxygen defects after firing is suppressed, and high reliability with an excellent balance between insulation characteristics and life characteristics is achieved. will be obtained. Specifically, 0.75≦(A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount)≦1.25. From the viewpoint of further suppressing the state of excessive donor addition, it is preferable that (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount)≦1.20, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) It is more preferably ≦1.10, and further preferably (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount)≦1.05. From the viewpoint of further suppressing the state of excessive addition of acceptors, it is preferable that 0.90 ≤ (A site solid solution amount/B site solid solution amount), and 0.95 ≤ (A site solid solution amount/B site solid solution amount).
なお、AサイトおよびBサイトにおいて、希土類元素が少なすぎると、焼成後の酸素欠陥量を十分に抑制することができないおそれがある。そこで、AサイトおよびBサイトにおいて、希土類元素の置換固溶量の合計に下限を設けることが好ましい。例えば、AサイトおよびBサイトにおいて、希土類元素の置換固溶量の合計が0.2atm%以上であることが好ましく、0.3atm%以上であることがより好ましい。ここでのatm%は、セラミック原料粉末のABO3のBサイト元素を100atm%とした場合の濃度のことを意味する。 If the amount of rare earth elements in the A site and B site is too low, the amount of oxygen defects after firing may not be sufficiently suppressed. Therefore, in the A site and the B site, it is preferable to set a lower limit for the total amount of the rare earth element substituted and solid-solved. For example, in the A site and the B site, the total amount of solid-solution by substitution of rare earth elements is preferably 0.2 atm % or more, more preferably 0.3 atm % or more. Atm % here means the concentration when the B site element of ABO 3 in the ceramic raw material powder is 100 atm %.
一方、AサイトおよびBサイトにおいて、希土類元素が多すぎると、結晶粒子の正方晶性が低下し、誘電率が低下するといった不具合が生じるおそれがある。そこで、AサイトおよびBサイトにおいて、希土類元素の置換固溶量の合計に上限を設けることが好ましい。例えば、AサイトおよびBサイトにおいて、希土類元素の置換固溶量の合計が1.0atm%以下であることが好ましく、0.9atm%以下であることがより好ましい。 On the other hand, if the amount of the rare earth element in the A site and the B site is too large, the tetragonality of the crystal grains may deteriorate, and the dielectric constant may decrease. Therefore, in the A site and the B site, it is preferable to set an upper limit on the total amount of the substitution solid solution of the rare earth elements. For example, in the A site and the B site, the total amount of the substituted solid solution of rare earth elements is preferably 1.0 atm% or less, more preferably 0.9 atm% or less.
希土類元素として、Y(イットリウム)、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Pm(プロメチウム)、Sm(サマリウム)、Eu(ユウロピウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホロミウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Yb(イッテルビウム)などを用いることができる。なお、Aサイトのイオン半径とBサイトのイオン半径とは異なっている。AサイトおよびBサイトにバランス良く希土類元素を置換固溶するためには、希土類元素のイオン半径がAサイトのイオン半径とBサイトのイオン半径との間であることが好ましい。例えば、表1からすれば、ペロブスカイトとしてBaTiO3を用いる場合には、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Y、Er、Tm、Ybなどを置換固溶させることが好ましい。なお、表1の出典は、「R.D.Shannon,Acta Crystallogr.,A32,751(1976)」である。
なお、イオン半径が比較的大きいLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gdなどは、Aサイトに置換固溶される傾向にある。一方、イオン半径が比較的小さいEr、Tm、Ybなどは、Bサイトに置換固溶される傾向にある。そこで、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gdなどを置換固溶させる場合には、Er、Tm、Ybなども併せて置換固溶させることが好ましい。 Note that La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, etc., which have relatively large ionic radii, tend to form a substitution solid solution at the A site. On the other hand, Er, Tm, Yb, etc., which have relatively small ionic radii, tend to form a substitution solid solution at the B site. Therefore, when La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, etc. are dissolved by substitution, it is preferable that Er, Tm, Yb, etc. are also dissolved by substitution.
また、Bサイトにドナーとして機能する元素が置換固溶し、AサイトおよびBサイトの両方に希土類元素が置換固溶した状態のペロブスカイト(AmBO3)において、「m」の値が小さすぎると、絶縁性が低下するといった不具合が生じる。そこで、「m」の値に下限を設けることが好ましい。具体的には、m≧1.002であることが好ましい。一方「m」の値が大きすぎると、焼結性が悪化するといった不具合が生じる。そこで、「m」の値に上限を設けることが好ましい。具体的には、m≦1.010であることが好ましい。 In addition, the value of "m" is too small in perovskite (A m BO 3 ) in which an element functioning as a donor is in a substitution solid solution at the B site and a rare earth element is in a substitution solid solution at both the A site and the B site. As a result, there arises a problem that insulation deteriorates. Therefore, it is preferable to set a lower limit on the value of "m". Specifically, it is preferable that m≧1.002. On the other hand, if the value of "m" is too large, problems such as deterioration of sinterability will occur. Therefore, it is preferable to set an upper limit for the value of "m". Specifically, it is preferable that m≦1.010.
また、誘電体層11における主成分セラミックの平均結晶粒径は、80nm~300nmであることが好ましく、80nm~200nmであることがより好ましい。主成分セラミックの平均結晶粒径が小さいと誘電率が低くなり、所望の静電容量が得られないおそれがあり、一方で、平均結晶粒径が大きいと、誘電体層11が1.0μm以下の厚みとなるような場合において、酸素欠陥の移動障壁として作用する粒界面積が減少することで、寿命特性が低下するおそれがあるためである。
The average crystal grain size of the main component ceramic in the
なお、誘電体層11を厚膜化することによっても、高信頼性を得ることができる。しかしながら、この場合、積層セラミックコンデンサ100が大型化してしまう。したがって、本実施形態は、小型の積層セラミックコンデンサ100に対して特に効果を発揮する。例えば、本実施形態は、誘電体層11の厚みが1.0μm以下の薄層の積層セラミックコンデンサにおいて特に効果的である。さらに、誘電体層11の厚さを0.4μm以下とすれば、より小型で高信頼性の積層セラミックコンデンサとすることができる。また、誘電体層11の厚さは、絶縁抵抗値を低下させないように0.2μm以上であることがより好ましい。
High reliability can also be obtained by thickening the
続いて、積層セラミックコンデンサ100の製造方法について説明する。図2は、積層セラミックコンデンサ100の製造方法のフローを例示する図である。
Next, a method for manufacturing the laminated
(原料粉末作製工程)
まず、一般式ABO3で表されるペロブスカイト構造を主相とし、Bサイトにドナーとして機能する元素が置換固溶し、AサイトおよびBサイトの両方に希土類元素が置換固溶したセラミック原料粉末を用意する。当該セラミック原料粉末を用いたセラミック材料は、誘電体層11の主成分である。当該セラミック原料粉末の合成方法としては、従来種々の方法が知られており、例えば固相合成法、ゾル-ゲル合成法、水熱合成法等が知られている。なお、希土類元素のAサイトへの置換固溶量をAサイト固溶量とし、希土類元素のBサイトへの置換固溶量をBサイト固溶量とした場合に、0.75≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.25とする。一例として、固相合成法について説明する。まずTiO2粉末とBaCO3粉末を純水等の溶媒および分散剤などと混合してスラリーを作製する。次に酢酸に希土類を溶解した溶液を中和処理したものをこのスラリーに加えて混練・分散処理を行う。なおスラリーにはさらにモリブデン化合物の粉末を添加して当該モリブデンがイオン化もしくは錯体化した状態で混練・分散処理を行ってもよい。混練・分散はビーズミル等を用いて20時間~30時間行う。次いで、このスラリーを乾燥して生材を得る。この生材を800℃~1150℃で第1回目の仮焼をおこない、セラミック原料粉末を得る。
(Raw material powder preparation process)
First, a ceramic raw material powder having a perovskite structure represented by the general formula ABO3 as a main phase, an element functioning as a donor at the B site and a rare earth element at both the A site and the B site. prepare. A ceramic material using the ceramic raw material powder is the main component of the
得られたセラミック原料粉末に、目的に応じて所定の添加化合物を添加する。添加化合物としては、Mg(マグネシウム),Mn(マンガン),V(バナジウム),Cr(クロム)の酸化物、並びに、Co(コバルト),Ni,Li(リチウム),B(ホウ素),Na(ナトリウム),K(カリウム)およびSi(シリコン)の酸化物もしくはガラスが挙げられる。 A predetermined additive compound is added to the obtained ceramic raw material powder according to the purpose. Additive compounds include oxides of Mg (magnesium), Mn (manganese), V (vanadium), and Cr (chromium), as well as Co (cobalt), Ni, Li (lithium), B (boron), Na (sodium ), K (potassium) and Si (silicon) oxides or glasses.
例えば、セラミック原料粉末に添加化合物を含む化合物を混合して820~1150℃で第2回目の仮焼を行う。続いて、湿式混合し、乾燥および粉砕してセラミック材料を調製する。例えば、セラミック材料の平均粒子径は、誘電体層11の薄層化の観点から、好ましくは50~150nmである。例えば、上記のようにして得られたセラミック材料について、必要に応じて粉砕処理して粒径を調節し、あるいは分級処理と組み合わせることで粒径を整えてもよい。以上の工程により、誘電体層の主成分となるセラミック材料が得られる。
For example, the ceramic raw material powder is mixed with a compound containing an additive compound, and the mixture is calcined at 820 to 1150° C. for the second time. Subsequent wet mixing, drying and grinding to prepare the ceramic material. For example, the average particle size of the ceramic material is preferably 50 to 150 nm from the viewpoint of thinning the
(積層工程)
次に、得られたセラミック材料に、ポリビニルブチラール(PVB)樹脂等のバインダと、エタノール、トルエン等の有機溶剤と、可塑剤とを加えて湿式混合する。得られたスラリを使用して、例えばダイコータ法やドクターブレード法により、基材上に例えば厚み3μm~10μmの帯状の誘電体グリーンシートを塗工して乾燥させる。
(Lamination process)
Next, a binder such as polyvinyl butyral (PVB) resin, an organic solvent such as ethanol or toluene, and a plasticizer are added to the resulting ceramic material and wet-mixed. Using the obtained slurry, a belt-shaped dielectric green sheet having a thickness of, for example, 3 μm to 10 μm is coated on the substrate by, for example, a die coater method or a doctor blade method, and dried.
次に、誘電体グリーンシートの表面に、有機バインダを含む内部電極形成用の金属導電ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷等により印刷することで、極性の異なる一対の外部電極に交互に引き出される内部電極層パターンを配置する。金属導電ペーストには、共材としてセラミック粒子を添加する。セラミック粒子の主成分は、特に限定するものではないが、誘電体層11の主成分セラミックと同じであることが好ましい。例えば、平均粒子径が50nm以下のBaTiO3を均一に分散させてもよい。
Next, by printing a metal conductive paste for forming internal electrodes containing an organic binder on the surface of the dielectric green sheet by screen printing, gravure printing, etc., the internal electrodes are alternately led out to a pair of external electrodes having different polarities. Lay out the layer pattern. Ceramic particles are added to the metal conductive paste as a common material. Although the main component of the ceramic particles is not particularly limited, it is preferably the same as the main component ceramic of the
その後、内部電極層パターンが印刷された誘電体グリーンシートを所定の大きさに打ち抜いて、打ち抜かれた誘電体グリーンシートを、基材を剥離した状態で、内部電極層12と誘電体層11とが互い違いになるように、かつ内部電極層12が誘電体層11の長さ方向両端面に端縁が交互に露出して極性の異なる一対の外部電極20a,20bに交互に引き出されるように、所定層数(例えば100~500層)だけ積層する。積層した誘電体グリーンシートの上下に、カバー層13を形成するためのカバーシートを圧着させ、所定チップ寸法(例えば1.0mm×0.5mm)にカットする。
After that, the dielectric green sheet on which the internal electrode layer pattern is printed is punched into a predetermined size, and the punched dielectric green sheet is separated into the
得られたセラミック積層体をN2雰囲気中で脱バインダした後に、セラミック積層体の両端面から各側面にかけて、外部電極20a,20bの主成分金属を含む金属フィラー、共材、バインダ、溶剤などを含み、外部電極20a,20bの下地層となる金属ペーストを塗布し、乾燥させる。
After removing the binder from the obtained ceramic laminate in an N2 atmosphere, a metal filler containing the main component metal of the
(焼成工程)
このようにして得られた成型体を、250~500℃のN2雰囲気中で脱バインダ処理した後に、酸素分圧10-5~10-8atmの還元雰囲気中で1100~1300℃で10分~2時間焼成することで、成型体中の粒子が焼結して粒成長する。このようにして、焼結体が得られる。
(Baking process)
The molded body thus obtained is subjected to binder removal treatment in an N 2 atmosphere at 250 to 500° C., and then in a reducing atmosphere with an oxygen partial pressure of 10 −5 to 10 −8 atm at 1100 to 1300° C. for 10 minutes. By firing for up to 2 hours, the particles in the compact are sintered and grain growth occurs. Thus, a sintered body is obtained.
(再酸化処理工程)
その後、N2ガス雰囲気中で600℃~1000℃で再酸化処理を行う。この工程により、酸素欠陥が抑制される。
(Reoxidation treatment step)
Thereafter, re-oxidation treatment is performed at 600° C. to 1000° C. in an N 2 gas atmosphere. Oxygen defects are suppressed by this step.
(外部電極形成工程)
その後、外部電極20a,20bの下地層上に、めっき処理により、Cu,Ni,Sn等の金属コーティングを行う。
(External electrode forming step)
After that, metal coating such as Cu, Ni, and Sn is applied to the underlying layers of the
本実施形態に係る製造方法によれば、原料粉末作製工程で用いるセラミック原料粉末において、ドナーとして機能する元素がペロブスカイト構造のBサイトに置換固溶していることから、焼成工程においてペロブスカイト構造中の酸素欠陥が抑制される。それにより、誘電体層11が長寿命化し、信頼性を向上させることができる。また、AサイトおよびBサイトに希土類元素が置換固溶していることから、焼成後の酸素欠陥量が抑制される。それにより、絶縁特性を維持したまま長寿命特性を実現することができる。その結果、高い信頼性を実現することができる。また、0.75≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.25とすることで、焼成後の酸素欠陥量が抑制され、絶縁特性と寿命特性とのバランスに優れた高信頼性が得られるようになる。
According to the manufacturing method according to the present embodiment, in the ceramic raw material powder used in the raw material powder preparation step, the element that functions as a donor is substituted and solid-solved in the B site of the perovskite structure. Oxygen defects are suppressed. Thereby, the life of the
なお、ドナー添加過剰の状態をより抑制する観点から、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.20であることが好ましく、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.10であることがより好ましく、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.05であることがさらに好ましい。アクセプタ添加過剰の状態をより抑制する観点から、0.90≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)であることが好ましく、0.95≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)であることがより好ましい。 From the viewpoint of further suppressing the state of excessive donor addition, it is preferable that (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount)≦1.20, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) It is more preferably ≦1.10, and further preferably (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount)≦1.05. From the viewpoint of further suppressing the state of excessive addition of acceptors, it is preferable that 0.90 ≤ (A site solid solution amount/B site solid solution amount), and 0.95 ≤ (A site solid solution amount/B site solid solution amount).
Bサイトにおいて、ドナーとして機能する元素が少なすぎると、十分に酸素欠陥を抑制できないおそれがある。そこで、Bサイトにおいて、ドナーとして機能する元素の置換固溶量に下限を設けることが好ましい。例えば、Bサイトにおいて、ドナーとして機能する元素が、Bサイトの主成分元素を100atm%とした場合に、0.05atm%以上置換固溶していることが好ましく、0.1atm%以上置換固溶していることがより好ましい。 If there are too few elements that function as donors at the B site, oxygen defects may not be sufficiently suppressed. Therefore, at the B site, it is preferable to set a lower limit for the substitution solid-solution amount of the element that functions as a donor. For example, in the B site, when the main component element of the B site is 100 atm %, the element that functions as a donor preferably has a substitution solid solution of 0.05 atm % or more, and a substitution solid solution of 0.1 atm % or more. It is more preferable to have
一方、Bサイトにおいて、ドナーとして機能する元素が多すぎると、絶縁性の低下といった不具合が生じるおそれがある。そこで、Bサイトにおいて、ドナーとして機能する元素の置換固溶量に上限を設けることが好ましい。例えば、Bサイトにおいて、ドナーとして機能する元素が0.3atm%以下置換固溶していることが好ましく、0.25atm%以下置換固溶していることがより好ましい。 On the other hand, if there are too many elements that function as donors at the B site, there is a possibility that problems such as a decrease in insulating properties may occur. Therefore, at the B site, it is preferable to set an upper limit for the substitution solid-solution amount of the element that functions as a donor. For example, at the B site, the substitution solid solution of 0.3 atm % or less of the element functioning as a donor is more preferable, and the substitution solid solution of 0.25 atm % or less is more preferable.
なお、AサイトおよびBサイトにおいて、希土類元素が少なすぎると、焼成後の酸素欠陥量を十分に抑制することができないおそれがある。そこで、AサイトおよびBサイトにおいて、希土類元素の置換固溶量の合計に下限を設けることが好ましい。例えば、AサイトおよびBサイトにおいて、希土類元素の置換固溶量の合計が0.2atm%以上であることが好ましく、0.3atm%以上であることがより好ましい。ここでのatm%は、セラミック原料粉末のABO3のBサイト元素を100atm%とした場合の濃度を意味する。 If the amount of rare earth elements in the A site and B site is too low, the amount of oxygen defects after firing may not be sufficiently suppressed. Therefore, in the A site and the B site, it is preferable to set a lower limit for the total amount of the rare earth element substituted and solid-solved. For example, in the A site and the B site, the total amount of solid-solution by substitution of rare earth elements is preferably 0.2 atm % or more, more preferably 0.3 atm % or more. Atm % here means the concentration when the B site element of ABO 3 in the ceramic raw material powder is 100 atm %.
一方、AサイトおよびBサイトにおいて、希土類元素が多すぎると、結晶粒子の正方晶性が低下して、誘電率が低下するといった不具合が生じるおそれがある。そこで、AサイトおよびBサイトにおいて、希土類元素の置換固溶量の合計に上限を設けることが好ましい。例えば、AサイトおよびBサイトにおいて、希土類元素の置換固溶量の合計が1.0atm%以下であることが好ましく、0.9atm%以下であることがより好ましい。 On the other hand, if the amount of the rare earth element in the A site and the B site is too large, the tetragonality of the crystal grains may deteriorate, which may cause a problem such as a decrease in the dielectric constant. Therefore, in the A site and the B site, it is preferable to set an upper limit on the total amount of the substitution solid solution of the rare earth elements. For example, in the A site and the B site, the total amount of the substituted solid solution of rare earth elements is preferably 1.0 atm% or less, more preferably 0.9 atm% or less.
希土類元素として、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ybなどを用いることができる。なお、Aサイトのイオン半径とBサイトのイオン半径とは異なっている。AサイトおよびBサイトにバランス良く希土類元素を置換固溶するためには、希土類元素のイオン半径がAサイトのイオン半径とBサイトのイオン半径との間であることが好ましい。例えば、表1からすれば、ペロブスカイトとしてBaTiO3を用いる場合には、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Y、Er、Tm、Ybなどを置換固溶させることが好ましい。 Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, etc. can be used as rare earth elements. Note that the ionic radius of the A site and the ionic radius of the B site are different. In order to make a substitution solid solution of the rare earth element in the A site and the B site with good balance, the ionic radius of the rare earth element is preferably between the ionic radius of the A site and the ionic radius of the B site. For example, according to Table 1, when BaTiO3 is used as perovskite, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er, Tm, Yb, etc. are substituted. A solid solution is preferred.
なお、イオン半径が比較的大きいLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gdなどは、Aサイトに置換固溶される傾向にある。一方、イオン半径が比較的小さいEr、Tm、Ybなどは、Bサイトに置換固溶される傾向にある。そこで、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gdなどを置換固溶させる場合には、Er、Tm、Ybなども併せて置換固溶させることが好ましい。 Note that La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, etc., which have relatively large ionic radii, tend to form a substitution solid solution at the A site. On the other hand, Er, Tm, Yb, etc., which have relatively small ionic radii, tend to form a substitution solid solution at the B site. Therefore, when La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, etc. are dissolved by substitution, it is preferable that Er, Tm, Yb, etc. are also dissolved by substitution.
また、Bサイトにドナーとして機能する元素が置換固溶し、AサイトおよびBサイトの両方に希土類元素が置換固溶した状態のペロブスカイト(AmBO3)において、「m」の値が小さすぎると、絶縁性が低下するといった不具合が生じる。そこで、「m」の値に下限を設けることが好ましい。具体的には、m≧1.002であることが好ましい。一方「m」の値が大きすぎると、焼結性が悪化するといった不具合が生じる。そこで、「m」の値に上限を設けることが好ましい。具体的には、m≦1.010であることが好ましい。 In addition, the value of "m" is too small in perovskite (A m BO 3 ) in which an element functioning as a donor is in a substitution solid solution at the B site and a rare earth element is in a substitution solid solution at both the A site and the B site. As a result, there arises a problem that insulation deteriorates. Therefore, it is preferable to set a lower limit on the value of "m". Specifically, it is preferable that m≧1.002. On the other hand, if the value of "m" is too large, problems such as deterioration of sinterability will occur. Therefore, it is preferable to set an upper limit for the value of "m". Specifically, it is preferable that m≦1.010.
以下、実施形態に係る積層セラミックコンデンサを作製し、特性について調べた。 Hereinafter, multilayer ceramic capacitors according to the embodiments were produced and their characteristics were examined.
まず、Bサイトにドナーとして機能する元素が置換固溶し、AサイトおよびBサイトの両方に希土類元素が置換固溶したBaTiO3のセラミック原料粉末を用意した。平均粒径は、150nmである。実施例1~11および比較例1~9のいずれにおいても、Bサイトに、Tiが100atm%とした場合に、Moを0.2atm%置換固溶させた。 First, a ceramic raw material powder of BaTiO 3 was prepared in which an element functioning as a donor was solid-dissolved by substitution at the B site and a rare earth element was solid-dissolved by substitution at both the A site and the B site. The average particle size is 150 nm. In all of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 9, 0.2 atm % of Mo was substituted and dissolved in the B site when Ti was 100 atm %.
実施例1~2では、0.2atm%のHoを希土類元素として置換固溶させたセラミック原料粉末を用い、その後に0.8atm%相当のHoをHo2O3として添加した。実施例3~7では、0.5atm%のHoを希土類元素として置換固溶させたセラミック原料粉末を用い、その後に0.5atm%相当のHoをHo2O3として添加した。実施例8では、それぞれ0.25atm%のGdおよびYbを希土類元素として置換固溶させたセラミック原料粉末を用い、その後に0.25atm%相当のGdをGd2O3として添加し、0.25atm%相当のYbをYb2O3として添加した。実施例9~11では、1.0atm%のHoを希土類元素として置換固溶させたセラミック原料粉末を用いた。比較例1では、セラミック原料粉末に希土類元素を置換固溶させず、1.0atm%相当のHoをHo2O3として添加した。比較例2では、0.2atm%のHoを置換固溶させたセラミック原料粉末を用い、その後に0.8atm%相当のHoをHo2O3として添加した。比較例3~5では、0.5atm%のHoを置換固溶させたセラミック原料粉末を用い、その後に0.5atm%相当のHoをHo2O3として添加した。比較例6では、それぞれ0.2atm%および0.3atm%のGdおよびYbを希土類元素として置換固溶させたセラミック原料粉末を用い、その後に0.2atm%相当のGdをGd2O3として添加し、0.3atm%相当のYbをYb2O3として添加した。比較例7では、それぞれ0.3atm%および0.2atm%のGdおよびYbを希土類元素として置換固溶させたセラミック原料粉末を用い、その後に、0.3atm%相当のGdをGd2O3として添加し、0.2atm%相当のYbをYb2O3として添加した。比較例8~9では、1.0atm%のHoを希土類元素として置換固溶させたセラミック原料粉末を用いた。この段落でのatm%は、セラミック原料粉末のABO3のBサイトを100atm%とした場合の濃度を意味する。 In Examples 1 and 2, a ceramic raw material powder in which 0.2 atm % of Ho was substituted and solid-dissolved as a rare earth element was used, and then 0.8 atm % of Ho was added as Ho 2 O 3 . In Examples 3 to 7, ceramic raw material powder in which 0.5 atm % of Ho was substituted and solid-dissolved as a rare earth element was used, and then 0.5 atm % of Ho was added as Ho 2 O 3 . In Example 8, a ceramic raw material powder in which 0.25 atm % of Gd and Yb were substituted and solid -dissolved as rare earth elements was used. % equivalent Yb was added as Yb 2 O 3 . In Examples 9 to 11, a ceramic raw material powder in which 1.0 atm % of Ho was substituted and solid-dissolved as a rare earth element was used. In Comparative Example 1, Ho was added as Ho 2 O 3 in an amount equivalent to 1.0 atm % without causing a substitution solid solution of the rare earth element in the ceramic raw material powder. In Comparative Example 2, a ceramic raw material powder in which 0.2 atm % of Ho was dissolved by substitution was used, and then 0.8 atm % of Ho was added as Ho 2 O 3 . In Comparative Examples 3 to 5, a ceramic raw material powder in which 0.5 atm % of Ho was dissolved by substitution was used, and then 0.5 atm % of Ho was added as Ho 2 O 3 . In Comparative Example 6, a ceramic raw material powder in which 0.2 atm% and 0.3 atm% of Gd and Yb, respectively, were substituted and solid-dissolved as rare earth elements was used , and then 0.2 atm% of Gd was added as Gd2O3 . Then, Yb corresponding to 0.3 atm % was added as Yb 2 O 3 . In Comparative Example 7, a ceramic raw material powder in which 0.3 atm% and 0.2 atm% of Gd and Yb, respectively, were substituted and solid-dissolved as rare earth elements was used , and then Gd equivalent to 0.3 atm% was added as Gd2O3 . Yb corresponding to 0.2 atm % was added as Yb 2 O 3 . In Comparative Examples 8 and 9, ceramic raw material powders in which 1.0 atm % of Ho was substituted and dissolved as a rare earth element were used. Atm % in this paragraph means the concentration when the B site of ABO 3 in the ceramic raw material powder is 100 atm %.
実施例1では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が0.95であった。実施例2では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.10であった。実施例3では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が0.75であった。実施例4では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が0.95であった。実施例5では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.00であった。実施例6では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.05であった。実施例7では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.25であった。実施例8では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.10であった。実施例9では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が0.75であった。実施例10では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.03であった。実施例11では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.20であった。比較例2では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.32であった。比較例3では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が0.50であった。比較例4では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.35であった。比較例5では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.50であった。比較例6では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が0.70であった。比較例7では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.50であった。比較例8では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が0.66であった。実施例9では、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.30であった。 In Example 1, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 0.95. In Example 2, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.10. In Example 3, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 0.75. In Example 4, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 0.95. In Example 5, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.00. In Example 6, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.05. In Example 7, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.25. In Example 8, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.10. In Example 9, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 0.75. In Example 10, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.03. In Example 11, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.20. In Comparative Example 2, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.32. In Comparative Example 3, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 0.50. In Comparative Example 4, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.35. In Comparative Example 5, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.50. In Comparative Example 6, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 0.70. In Comparative Example 7, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.50. In Comparative Example 8, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 0.66. In Example 9, (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.30.
なお、置換固溶量については、セラミック原料粉末をArイオンにて半球状にエッチング加工した試料を,透過型電子顕微鏡(TEM)を用い、エネルギー分散型蛍光X線分析法(EDS)にて測定した。(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)については、同加工した試料を高角散乱環状暗視野走査透過顕微鏡法(HADDF-STEM)で測定した。 The substitution solid solution amount was measured by energy dispersive X-ray fluorescence spectroscopy (EDS) using a transmission electron microscope (TEM) on a sample obtained by etching the ceramic raw material powder into a hemispherical shape with Ar ions. did. (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was measured by high-angle scattering annular dark-field scanning transmission microscopy (HADDF-STEM) for the same processed sample.
なお、実施例1~11および比較例1~9のいずれにおいても、BサイトにMoが置換固溶し、AサイトおよびBサイトの両方に希土類元素が置換固溶した状態のAmBO3において、「m」の値を1.002とした。 In all of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 9, in A m BO 3 in a state in which Mo is substituted in solid solution at the B site and rare earth elements are substituted in both the A site and the B site. , and the value of “m” was set to 1.002.
セラミック原料粉末にMgOを添加剤として1.0mol%添加し、MnOおよびV2O5を添加剤としてそれぞれ0.05mol%ずつ添加し、SiO2およびBaCO3を焼結助剤としてそれぞれ1.0mol%ずつ添加した。なお、この場合の「mol%」は、セラミック原料粉末のABO3を100mol%とした場合の数値である。 Add 1.0 mol % of MgO as an additive to the ceramic raw powder, add 0.05 mol% each of MnO and V2O5 as additives, and add 1.0 mol each of SiO2 and BaCO3 as sintering aids. % was added. In this case, "mol %" is a numerical value when ABO 3 in the ceramic raw material powder is 100 mol %.
添加剤および焼結助剤を添加したセラミック原料粉末をボールミルで十分に湿式混合粉砕してセラミック材料を得た。セラミック材料に有機バインダおよび溶剤を加えてドクターブレード法にて誘電体グリーンシートを作製した。誘電体グリーンシートの塗工厚みを0.8μmとし、有機バインダとしてポリビニルブチラール(PVB)等を用い、溶剤としてエタノール、トルエン酸等を加えた。その他、可塑剤などを加えた。次に、内部電極層12の主成分金属(Ni)の粉末と、共材(チタン酸バリウム)と、バインダ(エチルセルロース)と、溶剤と、必要に応じてその他助剤とを含んでいる内部電極形成用導電ペーストを遊星ボールミルで作製した。
Ceramic raw material powders to which additives and sintering aids were added were sufficiently wet-mixed and pulverized in a ball mill to obtain a ceramic material. A dielectric green sheet was prepared by adding an organic binder and a solvent to a ceramic material by the doctor blade method. The coating thickness of the dielectric green sheet was 0.8 μm, polyvinyl butyral (PVB) or the like was used as an organic binder, and ethanol, toluic acid, or the like was added as a solvent. In addition, a plasticizer and the like were added. Next, an internal electrode containing a powder of the main component metal (Ni) of the
誘電体シートに内部電極形成用導電ペーストをスクリーン印刷した。内部電極形成用導電ペーストを印刷したシートを250枚重ね、その上下にカバーシートをそれぞれ積層した。その後、熱圧着によりセラミック積層体を得て、所定の形状に切断した。得られたセラミック積層体をN2雰囲気中で脱バインダした後に、セラミック積層体の両端面から各側面にかけて、Niを主成分とする金属フィラー、共材、バインダ、溶剤などを含み、外部電極20a,20bの下地層となる金属ペーストを塗布し、乾燥させた。その後、還元雰囲気中で1100℃~1300℃で10分~2時間、金属ペーストをセラミック積層体と同時に焼成して焼結体を得た。
A conductive paste for forming internal electrodes was screen-printed on the dielectric sheet. 250 sheets on which the conductive paste for forming internal electrodes was printed were stacked, and cover sheets were laminated on the upper and lower sides thereof. After that, a ceramic laminate was obtained by thermocompression bonding and cut into a predetermined shape. After the obtained ceramic laminate was debindered in an N2 atmosphere, the
得られた焼結体の形状寸法は、長さ0.6mm、幅0.3mm、高さ0.3mmであった。焼結体をN2雰囲気下800℃の条件で再酸化処理を行った後、メッキ処理して外部電極20a,20bの下地層の表面にCuめっき層、Niめっき層およびSnめっき層を形成することで外部電極20a,20bを形成し、積層セラミックコンデンサ100を得た。
The shape and dimensions of the obtained sintered body were 0.6 mm long, 0.3 mm wide and 0.3 mm high. After the sintered body is re-oxidized under N2 atmosphere at 800° C., it is plated to form a Cu-plated layer, a Ni-plated layer and an Sn-plated layer on the surfaces of the underlying layers of the
(分析)
実施例1~11および比較例1~9について、それぞれ20個のサンプルを作製した。各サンプルについて寿命特性試験を行い、平均寿命を測定した。なお、寿命特性試験においては、125℃において、10Vの直流電圧印加にて実施し、電流計にて漏れ電流値を測定し、絶縁破壊に至った時間を寿命値とした。また、各サンプルについて絶縁抵抗試験を行い、平均絶縁抵抗を測定した。なお、絶縁抵抗試験においては、室温にて10Vの直流電圧印加にて実施し、60秒後の電流値から抵抗を測定した。
(analysis)
Twenty samples were prepared for each of Examples 1-11 and Comparative Examples 1-9. A life characteristic test was performed on each sample to measure the average life. Note that the life characteristic test was performed at 125° C. with a DC voltage of 10 V applied, the leakage current value was measured with an ammeter, and the time until dielectric breakdown was taken as the life value. An insulation resistance test was conducted on each sample to measure the average insulation resistance. The insulation resistance test was performed at room temperature by applying a DC voltage of 10 V, and the resistance was measured from the current value after 60 seconds.
平均寿命が100min以下となった場合には、寿命特性が不合格「×」と判定した。絶縁抵抗が10MΩ以下となった場合には、絶縁特性が不合格「×」と判定した。寿命特性および絶縁特性のいずれか一方が不合格と判定された場合に、信頼性が「不合格」と判定した。結果を図3に示す。 When the average life span was 100 minutes or less, the life characteristic was judged as failing "x". When the insulation resistance was 10 MΩ or less, the insulation characteristics were judged as failing "x". When either one of the life characteristics and the insulation characteristics was judged to be unsatisfactory, the reliability was judged to be "failed". The results are shown in FIG.
比較例1では、寿命特性も絶縁特性も不合格と判定された。これは、希土類元素を置換固溶させなかったセラミック原料粉末を用いたために十分に置換固溶させることができなかったからであると考えられる。比較例2,4,5,7,9では、寿命特性は合格と判定された一方で、絶縁特性は不合格と判定された。これは、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.25を上回ったからであると考えられる。比較例3,6,8では、絶縁特性は合格と判定された一方で、寿命特性は不合格と判定された。これは、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が0.75を下回ったからであると考えられる。 In Comparative Example 1, both the life property and the insulation property were determined to be unacceptable. It is considered that this is because the ceramic raw material powder in which the rare earth element was not dissolved by substitution was used, and thus the rare earth element could not be sufficiently dissolved by substitution. In Comparative Examples 2, 4, 5, 7 and 9, the life characteristics were judged to be acceptable, while the insulation characteristics were judged to be unacceptable. It is considered that this is because (A site solid solution amount/B site solid solution amount) exceeded 1.25. In Comparative Examples 3, 6, and 8, the insulation properties were judged to be acceptable, while the life properties were judged to be unsatisfactory. It is considered that this is because (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was less than 0.75.
これらに対して、実施例1~11のいずれにおいても、寿命特性および絶縁特性の両方が合格と判定された。これは、Bサイトにドナーとして機能する元素を置換固溶させ、AサイトおよびBサイトの両方において希土類元素を置換固溶させ、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が0.75以上1.25以下の範囲に入ったからであると考えられる。 On the other hand, in all of Examples 1 to 11, both life characteristics and insulation characteristics were determined to be acceptable. In this method, an element that functions as a donor is dissolved in the B site by substitution, and a rare earth element is dissolved in both the A site and the B site. It is considered that this is because the value falls within the range of 1.25 or less.
なお、実施例4,5では、実施例3と比較して絶縁抵抗および寿命特性がさらに良好となっている。これは、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が0.95以上となったからであると考えられる。実施例2では、実施例7と比較して絶縁抵抗および寿命特性が良好となっている。これは、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.10以下となったからであると考えられる。実施例5,6では、実施例2と比較して絶縁抵抗および寿命特性がさらに良好となっている。これは、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.05以下となったからであると考えられる。実施例10では、実施例9と比較して寿命特性がさらに良好となっている。これは、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が0.95以上となったからであると考えられる。また、実施例10では、実施例11と比較して寿命特性がさらに良好となっている。これは、(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)が1.05以下となったからであると考えられる。 In Examples 4 and 5, compared with Example 3, the insulation resistance and life characteristics are even better. It is considered that this is because (A site solid solution amount/B site solid solution amount) became 0.95 or more. In Example 2, compared with Example 7, the insulation resistance and life characteristics are better. It is considered that this is because the ratio (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) was 1.10 or less. In Examples 5 and 6, compared with Example 2, the insulation resistance and life characteristics are even better. It is considered that this is because the (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) became 1.05 or less. In Example 10, compared with Example 9, the life characteristics are even better. It is considered that this is because (A site solid solution amount/B site solid solution amount) became 0.95 or more. Further, in Example 10, compared with Example 11, the life characteristics are even better. It is considered that this is because the (A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount) became 1.05 or less.
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention described in the scope of claims. Change is possible.
10 積層チップ
11 誘電体層
12 内部電極層
13 カバー層
20a,20b 外部電極
100 積層セラミックコンデンサ
REFERENCE SIGNS
Claims (11)
前記誘電体層の主成分は、一般式ABO3で表されるペロブスカイト構造を主相とし、Bサイトにドナーとして機能する元素を含み、AサイトおよびBサイトのいずれも希土類元素を含むセラミック材料であり、
前記セラミック材料は、BaおよびTiを含み、
前記Aサイト及び前記Bサイトに、同種の希土類元素が固溶しており、
前記Aサイトに含まれる前記希土類元素は、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、EuおよびGdの少なくともいずれかを含み、
前記Bサイトに含まれる前記希土類元素は、Er、TmおよびYbの少なくともいずれかを含み、
前記Aサイトに固溶される希土類元素の固溶量(Aサイト固溶量)と前記Bサイトに固溶される希土類元素の固溶量(Bサイト固溶量)との比は、0.75≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.25を満たすことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 A laminated body in which dielectric layers and internal electrode layers are alternately laminated,
The main component of the dielectric layer is a ceramic material that has a perovskite structure represented by the general formula ABO3 as a main phase, contains an element that functions as a donor at the B site, and contains a rare earth element at both the A site and the B site. can be,
the ceramic material contains Ba and Ti;
The same kind of rare earth element is dissolved in the A site and the B site,
The rare earth element contained in the A site includes at least one of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu and Gd,
The rare earth element contained in the B site includes at least one of Er, Tm and Yb,
The ratio of the solid-solution amount of the rare earth element dissolved in the A site (A-site solid-solution amount) to the solid-solution amount of the rare-earth element solid-solution in the B site (B-site solid solution amount) is 0.5. A multilayer ceramic capacitor that satisfies 75≦(A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount)≦1.25.
一般式ABO3で表されるペロブスカイト構造を主相とし、Bサイトにドナーとして機能する元素を含み、AサイトおよびBサイトのいずれも希土類元素を含み、
前記Aサイト及び前記Bサイトに、同種の希土類元素が固溶しており、
前記Aサイトに含まれる前記希土類元素は、La、Ce、Pr、Nd、Pm,Sm、EuおよびGdの少なくともいずれかを含み、
前記Bサイトに含まれる前記希土類元素は、Er、TmおよびYbの少なくともいずれかを含み、
前記Aサイトに固溶される希土類元素の固溶量(Aサイト固溶量)と前記Bサイトに固溶される希土類元素の固溶量(Bサイト固溶量)との比は、0.75≦(Aサイト固溶量/Bサイト固溶量)≦1.25を満たすことを特徴とするセラミック原料粉末。 A ceramic raw material powder containing Ba and Ti,
The main phase is a perovskite structure represented by the general formula ABO3 , the B site contains an element that functions as a donor, both the A site and the B site contain a rare earth element,
The same kind of rare earth element is dissolved in the A site and the B site,
The rare earth element contained in the A site includes at least one of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu and Gd,
The rare earth element contained in the B site includes at least one of Er, Tm and Yb,
The ratio of the solid solution amount of the rare earth element dissolved in the A site (A site solid solution amount) to the solid solution amount of the rare earth element solid dissolved in the B site (B site solid solution amount) is 0.5. A ceramic raw material powder that satisfies 75≦(A-site solid-solution amount/B-site solid-solution amount)≦1.25.
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