説明

積層セラミックコンデンサ

【課題】 高誘電率であり、安定な比誘電率の温度特性を示すとともに、分極電荷が小さく、かつ優れた高温負荷寿命を有する積層セラミックコンデンサを提供する。
【解決手段】 誘電体層5が、チタン酸バリウムを主成分とする結晶相を主たる結晶相とし、該結晶相が立方晶系を主体とする結晶構造を有するとともに、前記結晶相を構成する結晶粒子の平均粒径が0.08〜0.2μmであり、イットリウム、マンガン、マグネシウム、イッテルビウム、およびジルコニウムを含有する誘電体磁器からなるとともに、前記誘電体層のX線回折チャートにおいて、チタン酸バリウムの面指数(110)の回折強度に対するYbTiの面指数(222)の回折強度が5%以下である前記コンデンサ本体1中にYbZr相(Yb(Ti、Zr)を含む)を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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た低電歪の積層セラミックコンデンサに関する。
【背景技術】
【0002】
現在、モバイルコンピュータや携帯電話をはじめとするデジタル方式の電子機器の普及が目覚ましく、近い将来、地上デジタル放送が全国に展開されようとしている。地上デジタル放送用の受信機であるデジタル方式の電子機器として液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどがあるが、これらデジタル方式の電子機器には多くのLSIが用いられている。
【0003】
そのため、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなど、これらデジタル方式の電子機器を構成する電源回路にはバイパス用のコンデンサが数多く実装されているが、ここで用いられている積層セラミックコンデンサは高い静電容量を必要とする場合には高誘電率系の積層セラミックコンデンサ(例えば、特許文献1を参照)が採用され、一方、低容量でも温度特性を重視する場合には容量変化率の小さい温度補償型の積層セラミックコンデンサ(例えば、特許文献2を参照)が採用されている。
【0004】
しかしながら、特許文献1に開示された高誘電率の積層セラミックコンデンサは、強誘電性を有する誘電体磁器によって構成されているため比誘電率の温度係数が大きく、かつ誘電分極を示すヒステリシスが大きいという不具合があり、また、特許文献2に開示された積層セラミックコンデンサは比誘電率が低いために蓄電能力が低いという問題を有していた。
【0005】
これに対して、本出願人は、高誘電率を有しながらも低電歪の特性も併せ持つ誘電体磁器として、チタン酸バリウムを主成分とし、主な添加剤としてYbを含む結晶粒子によって構成される誘電体磁器と、それを誘電体層に採用した積層セラミックコンデンサを提案した(例えば、特許文献3を参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2001−89231号公報
【特許文献2】特開2001−294481号公報
【特許文献3】国際公開第2008/093684号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献3に開示された積層セラミックコンデンサは、比誘電率が比較的高く、安定な比誘電率の温度特性を示し、かつ分極電荷が小さいという低電歪の特性を満足するものであったが、さらに、高温負荷寿命を高めたものが求められていた。
【0008】
従って、本発明は、高誘電率であり、安定な比誘電率の温度特性を示すとともに、分極電荷が小さく、かつ優れた高温負荷寿命を有する積層セラミックコンデンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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する結晶相を主たる結晶相とし、該結晶相が立方晶系を主体とする結晶構造を有するとともに、前記結晶相を構成する結晶粒子の平均粒径が0.08〜0.2μmであり、イットリウム、マンガン、マグネシウム、イッテルビウム、およびジルコニウムを含有する誘電体磁器からなるとともに、前記積層セラミックコンデンサにおける元素の含有量が、バリウム1モルに対して、イットリウムがYO3/2換算で0.0014〜0.030モル、マンガンがMnO換算で0.0002〜0.045モル、マグネシウムがMgO換算で0.008〜0.040モル、イッテルビウムがYbO3/2換算で0.040〜0.095モル、ジルコニウムがZrO換算で0.001〜0.010であり、前記誘電体層中にYbZr相を含有するとともに、前記誘電体層のX線回折チャートにおいて、チタン酸バリウムの面指数(110)の回折強度に対するYbTiの面指数(222)の回折強度が5%以下であることを特徴とする。
【0010】
上記積層セラミックコンデンサでは、前記ジルコニウムがZrO換算で0.002〜0.010モルであることが望ましい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、従来の常誘電性を示す積層セラミックコンデンサに比較して高誘電率であり、かつ安定な比誘電率の温度特性を示すとともに、誘電分極が小さく、かつ優れた高温負荷寿命を有する積層セラミックコンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の積層セラミックコンデンサの一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。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。
【0014】
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。
【0015】
誘電体磁器からなる誘電体層5は、結晶粒子と粒界相とから構成されており、その厚みは10μm以下、特に、5μm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2μm以上であると、静電容量のばらつきを小さくでき、また容量温度特性を安定化させることが可能になる。
【0016】
内部電極層7は、高積層化しても製造コストを抑制できるという点で、ニッケル(Ni)や銅(Cu)などの卑金属が望ましく、特に、この実施形態における誘電体層5との同時焼成が図れるという点でニッケル(Ni)がより望ましい。
【0017】
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する結晶相を主たる結晶相とし、該結晶相が立方晶系を主体とする結晶構造を有するとともに、前記結晶相を構成する結晶粒子の平均粒径が0.05〜0.2μmであり、イットリウム、マンガン、マグネシウム、イッテルビウムおよびジルコニウムを含有する誘電体磁器からなる。
【0018】
さらに、積層セラミックコンデンサを酸に溶解させて求められる元素の含有量が、バリウム1モルに対して、イットリウムがYO3/2換算で0.0014〜0.030モル、マンガンがMnO換算で0.0002〜0.045モル、マグネシウムがMgO換算で0.008〜0.040モル、イッテルビウムがYbO3/2換算で0.040〜0.095モル、ジルコニウムがZrO換算で0.001〜0.010モルである。
【0019】
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中にYbZr相を含有するとともに、誘電体層5のX線回折チャートにおいて、チタン酸バリウムの面指数(110)の回折強度に対するYbTiの面指数(222)の回折強度が5%以下である。
【0020】
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、粒径の範囲を有し、誘電体層5中にYbZr相を含有させて、YbTiの含有量を所定量以下にしたものであると、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を770以上、125℃における比誘電率を650以上であるとともに、25℃〜125℃間における比誘電率の温度係数((ε125−ε25)/(ε25(125−25)))を絶対値で1000×10−6/℃以下にでき、かつ室温における分極電荷(電圧0Vにおける残留分極)を30nC/cmよりも小さな誘電特性を有するものにでき、さらには、温度160℃、直流電圧125V、放置時間200時間の条件の高温負荷試験において、不良数を100個中1個以下とすることができる。
【0021】
すなわち、この実施形態の積層セラミックコンデンサでは、誘電体層5が、チタン酸バリウムに、イットリウム、マンガン、マグネシウム、イッテルビウム、およびジルコニウムを固溶させて、立方晶系を主体とする結晶相により構成されるものである。また、その結晶相を構成する結晶粒子の平均粒径を特定の範囲とするようにしている。
【0022】
つまり、チタン酸バリウムに対して、イットリウム、マンガンおよびマグネシウムを所定量含有させると、室温(25℃)以上のキュリー温度を示し、比誘電率の温度係数が正の値を示す誘電特性を示す誘電体磁器となる。また、このような誘電特性を示す誘電体磁器に対して、さらにイッテルビウムを含有させた場合に、比誘電率の温度係数が小さくなり温度特性を平坦化でき、それとともに誘電分極のヒステリシスも小さくなる。
【0023】
なお、比誘電率の温度特性は静電容量を温度25〜125℃の範囲で測定して、(ε125−ε25)/(ε25(125−25))の関係から求められる。
【0024】
ここで、チタン酸バリウムを主成分とする結晶相を主たる結晶相とし、該結晶相が立方晶系を主体とする結晶構造を有するとは、チタン酸バリウムを主成分とし、イットリウム、マンガン、マグネシウム、イッテルビウム、およびジルコニウムあるいは他の添加元素が含まれており、X線回折により求められる結晶構造として、2θ=97〜104°の範囲(面指数(400))にピークを有しているもののことであり、ペロブスカイト型結晶構造の面指数(400)のピークが分離していない程度の状態を示すものをいう。なお、立方晶系以外の結晶構造を有する結晶相が少量含まれていてもよい。
【0025】
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を含むセラミック成分の組成を特定の範囲とするものである。すなわち、積層セラミックコンデンサを酸に溶解させて求められる元素の含有量が、バリウム1モルに対して、イットリウムがYO3/2換算で0.0014〜0.030モル、マンガンがMnO換算で0.0002〜0.045モル、マグネシウムがMgO換算で0.008〜0.040モル、イッテルビウムがYbO3/2換算で0.040〜0.095モル、ジルコニウムがZrO換算で0.001〜0
.010モルである。
【0026】
この場合、積層セラミックコンデンサを溶解させるために用いる酸としては、誘電体磁器を溶解することができるものであれば良く、塩酸、硝酸、硫酸、あるいは、硼酸および炭酸ナトリウムを含む塩酸の溶液等が好適である。
【0027】
ここで、イッテルビウムはチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子の粗大化を抑制する働きをもち、バリウム1モルに対して、イッテルビウムをYbO3/2換算で0.040〜0.095モル含有するものである。
【0028】
バリウム1モルに対するYbの含有量がYbO3/2換算で0.040モルよりも少ないと、積層セラミックコンデンサの静電容量から求められる誘電体層5における比誘電率が高いものの、比誘電率の温度係数も絶対値で1000×10−6/℃よりも大きくなるとともに、誘電分極にヒステリシスを有するものとなり、一方、バリウム1モルに対するYbの含有量がYbO3/2換算で0.095モルよりも多いと、25℃における積層セラミックコンデンサの誘電体層5の比誘電率が770よりも低くなり、125℃における比誘電率が650未満となる。また、バリウム1モルに対するYbの含有量がYbO3/2換算で0.095モルよりも多い場合には、誘電体層のX線回折チャートにおいて、チタン酸バリウムの面指数(110)の回折強度に対するYbTiの面指数(222)の回折強度が5%よりも高くなり、このため高温負荷試験での不良数が多くなる。
【0029】
バリウム1モルに対するマグネシウムの含有量はMgO換算で0.008〜0.040モルである。マグネシウムの含有量がMgO換算で0.008モルより少ない場合には、積層セラミックコンデンサの静電容量から求められる誘電体層5における比誘電率の温度係数が1000×10−6/℃よりも大きくなる。バリウム1モルに対するマグネシウムの含有量がMgO換算で0.040モルより多い場合には、積層セラミックコンデンサの静電容量から求められる誘電体層5における比誘電率が770未満に低下する。
【0030】
バリウム1モルに対するイットリウムの含有量は、バリウム1モルに対して、イットリウムをYO3/2換算で0.0014〜0.030モルであり、また、バリウム1モルに対するマンガンの含有量は0.0002〜0.045モルである。
【0031】
バリウム1モルに対するイットリウムの含有量がYO3/2換算で0.0014モルよりも少ない場合、0.030モルよりも多い場合、あるいは、バリウム1モルに対するマンガンの含有量がMnO換算で0.0002モルよりも少ない場合には、積層セラミックコンデンサの静電容量から求められる誘電体層5における比誘電率の温度係数が1000×10−6/℃よりも大きくなる。また、マンガンの含有量がMnO換算で0.045モルよりも多い場合には、積層セラミックコンデンサの静電容量から求められる誘電体層5における比誘電率が770未満に低下するとともに、比誘電率の温度係数が1000×10−6/℃よりも大きくなる。
【0032】
バリウム1モルに対するジルコニウムの含有量はZrO換算で0.001〜0.010モルである。ジルコニウムの含有量がZrO換算で0.001モルより少ない場合、あるいは、0.010モルより多い場合には、温度160℃、直流電圧125V、放置時間200時間の条件の高温負荷試験において、不良数を100個中1個以下とすることができない。
【0033】
このためバリウム1モルに対するジルコニウムの含有量はZrO換算で0.001〜0.010モルがよく、特に、バリウム1モルに対するジルコニウムの含有量はZrO換算で0.002〜0.010モルであるときには、温度160℃、直流電圧125V、
放置時間200時間の条件の高温負荷試験において、不良数を100個中0個にでき、優れた高温負荷寿命を有する積層セラミックコンデンサを得ることができる。
【0034】
また、本出願人は、従来より、特許文献3に開示したような低低歪の誘電体磁器について、種々の検討を行ってきたが、このような低電歪の誘電体磁器に関して、その磁器中にYbTiが存在すると、積層セラミックコンデンサの高温負荷寿命の信頼性が得られないことを見出し、また、誘電体磁器中にYbZr相を存在させると、高温負荷寿命の信頼性を高めることができることを見出したのである。
【0035】
すなわち、誘電体層5中にYbZr相を含有することにより、その誘電体層5の高温での絶縁性を高めることができ、その結果、高温負荷寿命を向上できる。さらに、誘電体層5中において、高温での絶縁抵抗を低下させるYbTiを低減することが望ましいことから、誘電体層5のX線回折チャートにおいて、チタン酸バリウムの面指数(110)の回折強度に対してYbTiの面指数(222)の回折強度を5%以下にする。
【0036】
また、この実施形態の積層セラミックコンデンサでは、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。
【0037】
この実施形態の積層セラミックコンデンサでは、チタン酸バリウムを主成分とする結晶相を構成する結晶粒子の平均粒径が0.08〜0.2μmである。
【0038】
すなわち、チタン酸バリウムを主成分とする結晶相により構成される結晶粒子の平均粒径を0.08〜0.2μmとすることで、誘電分極のヒステリシスが小さく常誘電性に近い特性を示すものにできる。
【0039】
これに対して、結晶粒子の平均粒径が0.08μmよりも小さい場合には配向分極の寄与が無くなるため、積層セラミックコンデンサの静電容量から求められる誘電体層5における比誘電率が低下し、一方、結晶粒子の平均粒径が0.2μmよりも大きい場合には、誘電体層5における比誘電率の温度係数とともに誘電分極が大きくなり、また高温負荷試験での不良数が増加するおそれがある。また、誘電体層5中にYbZr相が存在せず、また、YbTiが、本発明で規定した割合よりも多い場合には、高温負荷寿命を高めることができない。
【0040】
誘電体層5を構成する結晶粒子の平均粒径は、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を選択する。次いで、各結晶粒子の輪郭を画像処理して、各結晶粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、その平均値より求める。
【0041】
次に、本発明の積層セラミックコンデンサを製造する方法について説明する。まず、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1〜20μmが好ましい。
【0042】
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、後述の
チタン酸バリウムを主成分とし、これに所定の添加剤を加えて仮焼し、チタン酸バリウムに各種の添加剤を固溶させた仮焼粉末と、他の添加剤を加えたものである。
【0043】
誘電体粉末の元になる素原料粉末は、純度がいずれも99%以上のBaCO粉末とTiO粉末、Y粉末Yb粉末および炭酸マンガン粉末を用い、これらの素原料粉末を、チタン酸バリウムを構成するバリウム1モルに対して、TiOを0.97〜0.99モル、YをYO3/2換算で0.0014〜0.03モル、MnCOを0.0002〜0.045モル、YbをYbO2/3換算で0.02〜0.05モル、ジルコニウムをZrO換算で0.001〜0.010の割合でそれぞれ配合して得られる。
【0044】
次に、上記した素原料粉末を湿式混合し、乾燥させた後、温度850〜1100℃で仮焼し、粉砕する。このとき仮焼粉末は、その結晶構造が立方晶系を主体とするものであり、また、平均粒径が0.04〜0.15μmであることが好ましい。
【0045】
仮焼粉末の平均粒径は、後述するように、仮焼粉末を電子顕微鏡用試料台上に分散させて走査型電子顕微鏡により写真を撮り、その写真上で結晶粒子が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を選択する。次に、その写真に映し出されている仮焼粉末の輪郭を画像処理して各粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、その平均値より求める。
【0046】
次に、この仮焼粉末100質量部に対してYb粉末を1.2〜3質量部、MgO粉末を0.065〜0.34質量部の割合で混合する。このように主成分であるチタン酸バリウムを形成するためのBaCO粉末およびTiO粉末に、Y粉末、MnCO粉末を加え、さらに、Yb粉末の一部を添加して仮焼粉末を作製するために、焼成後に誘電体磁器中に形成される結晶相が立方晶系を主体とするものとなり、また、先に添加したYbがチタン酸バリウムに固溶しやすくなる。
【0047】
また、上記仮焼粉末に対して、Yb粉末およびMgO粉末を添加することにより、焼成後の結晶粒子の粒成長を抑制でき、これにより結晶粒子の平均粒径を0.08〜0.2μmの範囲にできる。
【0048】
なお、この実施形態の積層セラミックコンデンサを製造するに際しては、所望の誘電特性を維持できる範囲であれば、焼結助剤としてガラス粉末を添加しても良い。その添加量は、チタン酸バリウムを主成分とし、Y粉末、MnCO粉末、および一部のYb粉末を添加して得られた仮焼粉末に、さらに、残りのYb粉末およびMgO粉末を加えた誘電体粉末の合計量100質量部に対して0.5〜4質量部が好ましい。
【0049】
次に、得られたセラミックグリーンシートの主面上に導体ペーストを印刷して矩形状の内部電極パターンを形成する。内部電極パターンとなる導体ペーストは、NiもしくはNiの合金粉末を主成分金属とし、これに共材として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。共材としては、ZrO粉末またはBaZrO粉末を添加したものを用いるのが良い。導体ペースト中に、共材としてZrO粉末またはBaZrO粉末を混合することにより、誘電体層5中に分散するYb粉末が、ZrO粉末またはBaZrOと反応して、YbZr相(Yb(Ti、Zr)相を含む)を形成する。その結果、YbTi相の生成を抑えることができる。こうして誘電体層5のX線回折を行ったときに、そのX線回折チャートにおいて、チタン酸バリウムの面指数(110)の回折強度に対するYbTiの面指数(222)の回折強度を5%以下にできる。その結果、温度160℃、直流電圧125V、放置時間200時間の条件の高温負荷試験において、不良数を100個中1個以下とす
ることができる。
【0050】
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、上下層が同様の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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。焼成は最高温度を10080〜1200℃、保持時間を1〜3時間とし、水素−窒素の雰囲気中にて行う。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の平均粒径を0.08〜0.2μmの範囲とすることができる。この後、必要に応じて、900〜1100℃の温度範囲で再酸化処理を行う。
【0056】
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。
【実施例】
【0057】
まず、いずれも純度が99.9%のBaCO粉末、TiO粉末、Y粉末、MnCO粉末およびYb粉末を用意し、表1に示す割合で調合し混合粉末を調製した。表1に示す量は前記元素の酸化物換算量に相当する量である。
【0058】
次に、混合粉末を温度1000℃にて仮焼し、仮焼粉末を粉砕した。このとき粉砕した仮焼粉末の平均粒径は0.07μmとした。なお、仮焼粉末の平均粒径は、まず、粉砕した仮焼粉末を電子顕微鏡用試料台上に分散させて走査型電子顕微鏡により写真を撮り、この後、その写真上で仮焼粉末が50〜100個入る円を描き、円内および円周にかかった仮焼粉末を選択した。そして、その写真に映し出されている仮焼粉末の輪郭を画像処理して各粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、その平均値より求めた。
【0059】
次に、仮焼粉末100質量部に対して、いずれも純度99.9%のYb粉末およ
びMgO粉末を表1に示す割合で混合して誘電体粉末を調製し、さらに、この誘電体粉末に対して、SiOを主成分とするガラス粉末(SiO:40〜60モル%、BaO:10〜30モル%、CaO:10〜30モル%、LiO:5〜15モル%)を添加した。ガラス粉末の添加量は、誘電体粉末100質量部に対して3質量部とした。
【0060】
この後、誘電体粉末とガラス粉末との混合粉末を、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12μmのセラミックグリーンシートを作製した。
【0061】
次に、このセラミックグリーンシートの上面にNiを主成分とする矩形状の内部電極パターンを複数形成した。内部電極パターンを形成するための導体ペーストは、平均粒径が0.3μmのNi粉末100質量部に対して、共材として、ZrO粉末またはBaZrO粉末を添加したものを用いた。ZrO粉末またはBaZrO粉末の添加量は表1に示すとおりである。セラミック粉末の添加量は導体ペーストに用いる金属粉末を100質量部としたときに15質量部とした。
【0062】
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100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10Pa、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。
【0063】
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、1080〜1200℃で焼成した。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3.1×1.5×1.5mm、誘電体層の厚みは8μm、内部電極層の1層の有効面積は1.2mm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。
【0064】
次に、焼成したコンデンサ本体をバレル研磨した後、コンデンサ本体1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。
【0065】
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。比誘電率、比誘電率の温度係数の絶対値および分極電荷の評価はいずれも試料数10個とし、その平均値から求めた。X線回折および結晶粒子の平均粒径については試料数を1個とした。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、測定電圧を1Vrmsとして測定し、誘電体層の厚みと内部電極層の有効面積から求めた。また、比誘電率の温度係数の絶対値は静電容量を温度25〜125℃の範囲で測定して、((ε125−ε25)/(ε25(125−25)))の関係から求めた。
【0066】
また、得られた積層セラミックコンデンサについて電気誘起歪の大きさを誘電分極の測定によって求めた。この場合、電圧を±50Vの範囲で変化させた時の、0Vにおける電荷量(残留分極)の値で分極電荷を評価した。
【0067】
高温負荷試験は、温度160℃、直流電圧150V、放置時間200時間とし、試料である積層セラミックコンデンサの抵抗が10Ωを下回ったものを不良と判定した。試料
数は100個とした。
【0068】
耐熱衝撃性は、25℃の室温から325℃の溶融半田浴に試料を約1秒間浸漬することによって評価した。浸漬後の積層セラミックコンデンサを実体顕微鏡にて約40倍の倍率で外観を観察して、デラミネーションやクラックの発生状態を観察し、これらデラミネーションやクラックの発生した試料数の全試料数に対する比率を求めた。試料数は各100個とした。
【0069】
また、得られた積層セラミックコンデンサを粉砕し、X線回折により、2θ=1〜110°でX線回折を行ってYbZr相の同定を行った。また、97〜104°の回折ピーク(面指数が(220)、Cu−Kα)から主結晶相が立方晶系であるか否かの同定を行った。また、誘電体層中のYbTiの割合を、チタン酸バリウム(表3、4ではBTと示す)の面指数(110)の回折強度に対して、YbTiの面指数(222)の回折強度の比として求めた。
【0070】
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を選択し、各結晶粒子の輪郭を画像処理して、各粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、その平均値より求めた。
【0071】
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。
【0072】
調合組成および焼成条件を表1に、焼結体中の各元素の酸化物換算での組成、結晶粒子の平均粒径の結果を表2に、焼成後における特性(比誘電率,比誘電率の温度係数の絶対値,分極電荷、耐熱衝撃性および高温負荷試験)の結果を表3にそれぞれ示す。
【0073】
【表1】

【0074】
【表2】

【0075】
【表3】

【0076】
【表4】

【0077】
【表5】

【0078】
【表6】

【0079】
表1〜6の結果から明らかなように、本発明の誘電体磁器である試料No.4〜12,16〜18,23〜27,30〜33,35,37〜41,45,46および50〜64では、25℃における比誘電率が770以上、125℃における比誘電率が650以上であり、25〜125℃における比誘電率の温度係数が絶対値で1000×10−6/℃以下かつ分極電荷(電圧0Vでの残留分極の値)が30nC/cm以下であり、高温負荷試験での不良数が100個中1個以下であった。また、これらの試料はいずれも耐熱衝撃試験においてもクラックやデラミネーションが無かった。
【0080】
特に、バリウム1モルに対するジルコニウムの含有量はZrO換算で0.002〜0.010モルであるときには、温度160℃、直流電圧125V、放置時間200時間の条件の高温負荷試験において、不良数を100個中0個にできた。
【0081】
これに対して、本発明の範囲外の試料No.1〜3,13〜15,19〜22,28,29,34,36,42〜44,47〜49および65〜67では、室温における比誘電率を770以上、125℃における比誘電率を650以上、25℃〜125℃間における比誘電率の温度係数が絶対値で1000×10−6/℃以下、室温における分極電荷(電圧0Vにおける残留分極)が30nC/cm以下、および高温負荷試験での不良数が100個中1個以下のいずれかの特性を満足しないものであった。
【符号の説明】
【0082】
1 コンデンサ本体
3 外部電極
5 誘電体層
7 内部電極層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の誘電体層と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する結晶相を主たる結晶相とし、該結晶相が立方晶系を主体とする結晶構造を有するとともに、前記結晶相を構成する結晶粒子の平均粒径が0.08〜0.2μmであり、イットリウム、マンガン、マグネシウム、イッテルビウム、およびジルコニウムを含有する誘電体磁器からなるとともに、前記積層セラミックコンデンサにおける元素の含有量が、バリウム1モルに対して、イットリウムがYO3/2換算で0.0014〜0.030モル、マンガンがMnO換算で0.0002〜0.045モル、マグネシウムがMgO換算で0.008〜0.040モル、イッテルビウムがYbO3/2換算で0.040〜0.095モル、ジルコニウムがZrO換算で0.001〜0.010であり、前記誘電体層中にYbZr相を含有するとともに、前記誘電体層のX線回折チャートにおいて、チタン酸バリウムの面指数(110)の回折強度に対するYbTiの面指数(222)の回折強度が5%以下であることを特徴とする積層セラミックコンデンサ
【請求項2】
前記ジルコニウムがZrO換算で0.002〜0.010モルであることを特徴とする請求項1に記載の積層セラミックコンデンサ。


【図1】
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【公開番号】特開2011−155124(P2011−155124A)
【公開日】平成23年8月11日(2011.8.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−15433(P2010−15433)
【出願日】平成22年1月27日(2010.1.27)
【出願人】(000006633)京セラ株式会社 (13,660)
【Fターム(参考)】