JP4295179B2 - 電子部品およびその製造方法 - Google Patents
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Description
誘電体層と内部電極層とが交互に積層してある素子本体を有し、
前記誘電体層および/または前記内部電極層には、異相が形成してあり、
前記異相には、Mg元素およびMn元素が含有されていることを特徴とする。
log(IR150 /IR25) …(1)
誘電体層と内部電極層とが交互に積層してある素子本体を有する電子部品を製造する方法であって、
内部電極用ペーストを使用して、焼成後に前記内部電極層を構成することとなる焼成前内部電極層を形成する工程を有し、
前記内部電極用ペーストには、Ni元素、および6配位時の有効イオン半径が0.065〜0.085nmの範囲にある陽イオン元素が、含有されていることを特徴とする。
グリーンシート用ペーストを使用して、焼成後に前記誘電体層を構成することとなるグリーンシートを形成する工程をさらに有し、
前記グリーンシート用ペーストには、Mg元素およびMn元素が含有されている。
前記グリーンシートと前記焼成前内部電極層とを交互に積層し、グリーンチップを形成する工程と、
前記グリーンチップを焼成し、焼結体を得る工程と、
前記焼結体をアニールする工程とを有し、
前記アニールする工程のアニール温度を800℃より高く、1300℃以下とする。
誘電体層と内部電極層とが交互に積層してある素子本体を有する電子部品を製造する方法であって、
内部電極用ペーストを使用して、焼成後に前記内部電極層を構成することとなる焼成前内部電極層を形成する工程と、
グリーンシート用ペーストを使用して、焼成後に前記誘電体層を構成することとなるグリーンシートを形成する工程と、
前記グリーンシートと、前記焼成前内部電極層とを、交互に積層し、グリーンチップを形成する工程と、
前記グリーンチップを焼成し、焼結体を得る工程と、
前記焼結体をアニールする工程とを有し、
前記グリーンシート用ペーストには、Mg元素およびMn元素が含有してあり、かつ、
前記アニールする工程のアニール温度を1200〜1300℃とすることを特徴とする。
図1は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの断面図、
図2は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの要部断面図、
図3(A)は本発明の実施例に係る誘電体層および内部電極層のMg元素の元素マッピング結果を表す写真、図3(B)は誘電体層および内部電極層のMn元素の元素マッピング結果を表す写真、図3(C)は誘電体層および内部電極層の反射電子像を表す写真、
図4(A)は本発明の比較例に係る誘電体層および内部電極層のMg元素の元素マッピング結果を表す写真、図4(B)は誘電体層および内部電極層のMn元素の元素マッピング結果を表す写真、図4(C)は誘電体層および内部電極層の反射電子像を表す写真である。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサ1は、誘電体層2と内部電極層3とが交互に積層された構成のコンデンサ素子本体10を有する。このコンデンサ素子本体10の両端部には、素子本体10の内部で交互に配置された内部電極層3と各々導通する一対の外部電極4が形成してある。コンデンサ素子本体10の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、その寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよい。
誘電体層2は、誘電体磁器組成物から構成される。
誘電体磁器組成物を構成する材質は、特に限定されず、たとえばチタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムなどの誘電体材料により構成される。特に、これらの誘電体材料のなかでも、チタン酸バリウム(好ましくは、組成式Bam TiO2+m で表され、mが0.995≦m≦1.010であり、BaとTiとの比が0.995≦Ba/Ti≦1.010である)が好適に使用できる。また、誘電体層2には、各種添加副成分を含有させても良い。
内部電極層3に含有される導電材は特に限定されないが、比較的安価な卑金属であるNiまたはNi合金を用いることが好ましい。内部電極層3をNiまたはNi合金で形成することにより、後述する異相5の形成を促進することができる。Ni合金としては、Mn,Cr,およびCoから選択される1種以上の元素とNiとの合金が好ましく、合金中のNi含有量は95重量%以上であることが好ましい。なお、NiまたはNi合金中には、P等の各種微量成分が0.1重量%程度以下含まれていてもよい。内部電極層3の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよいが、通常、0.1〜3μm、特に0.2〜2.0μm程度であることが好ましい。
本実施形態においては、少なくともMg元素およびMn元素を含有し、誘電体層2および内部電極層3とは異なる組成比を有する偏析層である異相5が、誘電体層2および/または内部電極層3に、形成されている。異相5は、誘電体層2あるいは内部電極層3のいずれかに形成されていれば良いが、図2に示すように、誘電体層2と内部電極層3との境界付近の少なくとも一部に形成されていることが好ましい。
外部電極4に含有される導電材は特に限定されないが、本発明では安価なNi,Cuや、これらの合金を用いることができる。外部電極4の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよいが、通常、10〜50μm程度であることが好ましい。
本実施形態の積層セラミックコンデンサは、従来の積層セラミックコンデンサと同様に、ペーストを用いた通常の印刷法やシート法によりグリーンチップを作製し、これを焼成した後、外部電極を印刷または転写して焼成することにより製造される。以下、製造方法について具体的に説明する。
その理由としては、必ずしも明らかではないが、以下の理由が考えられる。
すなわち、焼成前内部電極層に含有されている上記陽イオン元素は、異相5の形成を促進させる効果があり、さらに、この種の元素が、アニールにより、誘電体層2と内部電極層3の境界付近に移動し、この境界付近における異相5の形成を促進していると考えられる。
脱バインダ処理、焼成およびアニールは、連続して行なっても、独立に行なってもよい。
このようにして製造された本発明の積層セラミックコンデンサは、ハンダ付等によりプリント基板上などに実装され、各種電子機器等に使用される。
まず、主成分として、BaTiO3を、副成分として、V2 O5 、CaZrO3 、Y2 O3 、Yb2 O3 、(Ba0.6 Ca0.4 )SiO3 を、それぞれ準備した。
BaTiO3 :100モル
V2 O5 :0.1モル
CaZrO3 :1.5モル
Y2 O3 :2.0モル
Yb2 O3 :1.5モル
(Ba0.6 Ca0.4 )SiO3 :3.0モル
脱バインダ処理条件は、昇温速度:30℃/時間、保持温度:260℃、温度保持時間:8時間、雰囲気:空気中とした。焼成条件は、昇温速度:200℃/時間、保持温度:1245℃、温度保持時間:2時間、冷却速度:300℃/時間、雰囲気ガス:加湿したN2 +H2 混合ガス(酸素分圧:10−2Pa)とした。
各コンデンサ試料について、EPMA分析およびSEMによる反射電子像(BEI)の測定を行った。
EPMA分析においては、各試料の誘電体層および内部電極層の切断面についてEPMA測定を行い、Mg元素およびMn元素の元素マッピングを行った。測定は、視野30μm×30μmの範囲について行った。次いで、元素マッピングの結果、得られた写真より、Mg元素およびMn元素を含有する異相の有無を確認した。各試料の異相の有無を表1に示す。また、元素マッピングの結果、得られた写真を図3(A)、図3(B)、図4(A)および図4(B)に示す。なお、図3(A)、図3(B)は、t1/t2=3、アニール温度を1300℃とした試料(本願発明の実施例の試料)の写真、図4(A)、図4(B)は、t1/t2=3、アニール温度を800℃とした試料(本願発明の比較例の試料)の写真である。
まず、各コンデンサ試料について、25℃における絶縁抵抗IR25、および150℃における絶縁抵抗IR150を、それぞれ測定した。絶縁抵抗の測定は、絶縁抵抗計(アドバンテスト社製R8340A)を用い、25℃および150℃において、DC7V/μmを60秒間印加した後の絶縁抵抗IR(単位はΩ)を測定した。次いで、絶縁抵抗値IR150およびIR25から下記式(1)で示される桁落ちを算出した。本実施例では、好ましくは、−2.00以上を良好とした。結果を表2に示す。
log(IR150 /IR25) …(1)
t1/t2=3、アニール温度をそれぞれ800℃、1000℃および1300℃、t1/t2=8、アニール温度を1300℃した各コンデンサ試料に対し、200℃で10V/μmの直流電圧の印加状態に保持することにより、平均寿命を測定した。この平均寿命は、10個のコンデンサ試料について行い、平均寿命時間を測定することにより評価した。本実施例においては、印加開始から絶縁抵抗が一桁落ちるまでの時間を寿命と定義した。寿命時間は長いほど好ましく、本実施例においては、10時間以上を良好とした。結果を表3に示す。
表1に、焼成後の誘電体層2の厚み(t1)と内部電極層3の厚み(t2)との比(t1/t2)をt1/t2=0.1〜9、アニール温度を800〜1300℃とした各試料における、Mg元素およびMn元素を含有する異相の有無を、表2に、各試料のIR温度依存性(桁落ち)の値を示す。
表3に、t1/t2=3、アニール温度をそれぞれ800℃、1000℃および1300℃、t1/t2=8、アニール温度を1300℃した各コンデンサ試料のIR温度依存性、平均寿命および異相の形成量を示す。各試料は、表3に示すように、試料番号3−1〜3−4とした。
まず、コンデンサ試料を誘電体層に対して垂直な面で3カ所破断した。次いで、この破断面について、走査型電子顕微鏡(SEM)にて、倍率5000倍で拡大観察し、SEM像から、Ni電極付近に偏析している異相(偏析相)の割合を面積比率に換算することにより求めた。本実施例では、異相が、Ni電極を完全に覆っている状態を、異相形成率=100%とし、Ni電極が、全く覆われていない状態を、異相形成率=0%と定義した。すなわち、異相形成率が高いほど、電極付近に偏析している異相の量が多いことを意味する。
内部電極用ペーストに、共材としてAl2O3を、Ni粒子に対して、それぞれ、0重量%、2.5重量%、5重量%、10重量%および20重量%添加したペーストを使用した以外は、実施例1と同様にして、図1に示す積層セラミックコンデンサの試料を製造した。なお、本実施例においては、焼成後の誘電体層2の厚み(t1)と内部電極層3の厚み(t2)との比(t1/t2)が、t1/t2=3となるように、グリーンシートおよび焼成前内部電極層を形成し、また、アニール温度は、1000℃とした。
表4に、各試料の内部電極用ペーストへのAl共材添加量、焼成後の内部電極中のAl共材残存量、IR温度依存性および平均寿命の結果を示す。表4には、Al共材を添加しなかった試料の測定結果も併せて示した。また、各試料は、表4に示すように、試料番号4−1〜4−5とした。
10… コンデンサ素子本体
2… 誘電体層
3… 内部電極層
4… 外部電極
5… 異相
Claims (4)
- 誘電体層と内部電極層とが交互に積層してある素子本体を有する電子部品を製造する方法であって、
内部電極用ペーストを使用して、焼成後に前記内部電極層を構成することとなる焼成前内部電極層を形成する工程と、
グリーンシート用ペーストを使用して、焼成後に前記誘電体層を構成することとなるグリーンシートを形成する工程と、
前記グリーンシートと、前記焼成前内部電極層とを、交互に積層し、グリーンチップを形成する工程と、
前記グリーンチップを焼成し、焼結体を得る工程と、
前記焼結体をアニールする工程とを有し、
前記グリーンシート用ペーストには、Mg元素およびMn元素が含有してあり、 前記内部電極用ペーストには、Ni元素、および共材としてのAl 2 O 3 粉末が、含有されており、
前記Ni元素100重量%に対して、前記Al 2 O 3 粉末が、Al2O3換算で、5〜20重量%含有され、
前記アニールする工程のアニール温度を800℃より高く、1300℃以下とし、
前記内部電極層には、Ni元素が主成分として含有され、Al元素が、前記内部電極層全体に対して0.4重量%以上2.4重量%以下含有されており、
前記誘電体層および/または前記内部電極層に、Mg元素およびMn元素を含有する異相を形成させることを特徴とする電子部品の製造方法。 - 誘電体層と内部電極層とが交互に積層してある素子本体を有する電子部品を製造する方法であって、
内部電極用ペーストを使用して、焼成後に前記内部電極層を構成することとなる焼成前内部電極層を形成する工程と、
グリーンシート用ペーストを使用して、焼成後に前記誘電体層を構成することとなるグリーンシートを形成する工程と、
前記グリーンシートと、前記焼成前内部電極層とを、交互に積層し、グリーンチップを形成する工程と、
前記グリーンチップを焼成し、焼結体を得る工程と、
前記焼結体をアニールする工程とを有し、
前記グリーンシート用ペーストには、Mg元素およびMn元素が含有してあり、
かつ、前記アニールする工程のアニール温度を1200〜1300℃とし、
前記誘電体層および/または前記内部電極層に、Mg元素およびMn元素を含有する異相を形成させることを特徴とする電子部品の製造方法。 - 前記異相を、前記誘電体層と前記内部電極層との境界付近の少なくとも一部に形成させる請求項1または2に記載の電子部品の製造方法。
- 前記誘電体層の厚み(t1)と前記内部電極層の厚み(t2)との比(t1/t2)を、1≦t1/t2≦8となるようにする請求項1〜3のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
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