JP6904505B2 - Dielectric porcelain composition and multilayer ceramic capacitors containing it - Google Patents
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Description
本発明は、X8R又はX9S温度特性及び信頼性が保証される誘電体磁器組成物及びこれを含む積層セラミックキャパシターに関する。 The present invention relates to a dielectric porcelain composition whose temperature characteristics and reliability are guaranteed for X8R or X9S and a multilayer ceramic capacitor containing the same.
一般的に、キャパシター、インダクター、圧電素子、バリスター又はサーミスターなどのセラミック材料を使用する電子部品は、セラミック材料からなるセラミック本体と、セラミック本体の内部に形成された内部電極と、上記内部電極と接続するようにセラミック本体の表面に設置された外部電極と、を備える。 Generally, electronic components using a ceramic material such as a capacitor, an inductor, a piezoelectric element, a varistor or a thermister include a ceramic body made of the ceramic material, an internal electrode formed inside the ceramic body, and the above internal electrode. It is provided with an external electrode installed on the surface of the ceramic body so as to be connected to the ceramic body.
セラミック電子部品のうち、積層セラミックキャパシターは、積層された複数の誘電層と、一つの誘電層を挟んで対向配置される内部電極と、上記内部電極に電気的に接続した外部電極と、を含む。 Among the ceramic electronic components, the multilayer ceramic capacitor includes a plurality of laminated dielectric layers, an internal electrode arranged to face each other with one dielectric layer interposed therebetween, and an external electrode electrically connected to the internal electrode. ..
積層セラミックキャパシターは、小型でありながら高容量が保証され、実装が容易であるという利点から、コンピューター、PDA、携帯電話などの移動通信装置の部品として広く使用されている。 Multilayer ceramic capacitors are widely used as components of mobile communication devices such as computers, PDAs, and mobile phones because of their advantages of being small, guaranteed high capacity, and easy to mount.
積層セラミックキャパシターは、通常、内部電極用ペーストと誘電層用ペーストをシート法又は印刷法などにより積層し同時焼成して製造される。 A multilayer ceramic capacitor is usually produced by laminating an internal electrode paste and a dielectric layer paste by a sheet method, a printing method, or the like and simultaneously firing them.
近年、自動車における電子制御装置の割合が増加しており、ハイブリッド(Hybrid)自動車及び電気自動車の開発に伴い、150度以上の高温で使用可能な積層セラミックキャパシターに対する要求が徐々に増加している。 In recent years, the proportion of electronic control devices in automobiles has been increasing, and with the development of hybrid automobiles and electric automobiles, the demand for multilayer ceramic capacitors that can be used at high temperatures of 150 ° C. or higher is gradually increasing.
現在、還元雰囲気で焼成が可能で、且つ200度保証製品に適用可能な誘電体材料として、C0G系の誘電体があるが、誘電率が30程度と非常に低くて、高容量製品を作製するのが困難であるという問題がある。 Currently, there is a C0G-based dielectric as a dielectric material that can be fired in a reducing atmosphere and can be applied to a product guaranteed at 200 degrees, but the dielectric constant is as low as about 30, and a high-capacity product is manufactured. There is a problem that it is difficult to do.
BaTiO3の場合、誘電率が1000以上と高いが、キュリー温度125度以上で誘電率が急激に低下するという特徴があるため、150度以上の領域である200度までに特性を保証することは不可能である。 In the case of BaTiO 3 , the dielectric constant is as high as 1000 or more, but since the dielectric constant drops sharply at a Curie temperature of 125 ° C or higher, it is not possible to guarantee the characteristics up to 200 ° C, which is a region of 150 ° C or higher. It is impossible.
BaTiO3のキュリー温度を上昇させる方法としては、Ba‐siteにPbを固溶させる方法があるが、Pbの場合、環境規制物質として分類されており、使用上の制約が多い。 As a method of raising the Curie temperature of BaTiO 3 , there is a method of solid-solving Pb in Ba-site, but in the case of Pb, it is classified as an environmentally regulated substance, and there are many restrictions on its use.
その他に、BaTiO3材料とBiを含むペロブスカイト(perovskite)材料であるBi(Mg0.5Ti0.5)O3、(Bi0.5Na0.5)TiO3、Bi(Zn0.5Ti0.5)O3、BiScO3などの材料が、キュリー温度を上昇させるとともに安定した高温部の誘電率を具現することが知られているが、このような材料は、空気雰囲気でのみ焼成が可能である。 In addition, Bi (Mg 0.5 Ti 0.5 ) O 3 , (Bi 0.5 Na 0.5 ) TiO 3 , Bi (Zn 0.5 ), which is a perovskite material containing BaTiO 3 material and Bi. It is known that materials such as Ti 0.5 ) O 3 and BiScO 3 raise the Curie temperature and realize a stable dielectric constant in the high temperature part, but such materials are fired only in an air atmosphere. Is possible.
すなわち、Bi(Mg0.5Ti0.5)O3、(Bi0.5Na0.5)TiO3、Bi(Zn0.5Ti0.5)O3、BiScO3などの材料を用いて、Ni内部電極を含む積層セラミックキャパシターを製造する場合、還元雰囲気で焼成する際に絶縁抵抗が急激に低下して使用が困難であるという問題がある。 That is, materials such as Bi (Mg 0.5 Ti 0.5 ) O 3 , (Bi 0.5 Na 0.5 ) TiO 3 , Bi (Zn 0.5 Ti 0.5 ) O 3 , and BiScO 3 are used. Therefore, when a multilayer ceramic capacitor including a Ni internal electrode is manufactured, there is a problem that the insulation resistance sharply decreases when firing in a reducing atmosphere, which makes it difficult to use.
還元雰囲気で焼成可能な高温キャパシターの誘電材料としてNa(Nb,Ta)O3が知られているが、Na(Nb,Ta)O3の出発原料であるNb及びTaの値段が非常に高いため大量生産の際に材料費の大きな割合を占めるという欠点があり、BaTiO3に比べて絶縁抵抗特性が劣るという問題がある。 Na (Nb, Ta) O 3 is known as a dielectric material for high-temperature capacitors that can be fired in a reducing atmosphere, but the prices of Nb and Ta, which are the starting materials for Na (Nb, Ta) O 3, are very high. There is a drawback that it occupies a large proportion of the material cost in mass production, and there is a problem that the insulation resistance characteristic is inferior to that of BaTiO 3.
その他に、BaTi2O5の場合、キュリー温度が500度程度であることが知られているが、BaTi2O5の場合にも空気雰囲気でのみ焼成が可能であり、耐還元性及び絶縁抵抗が劣るという問題がある。 In addition, in the case of BaTi 2 O 5 , it is known that the Curie temperature is about 500 degrees, but in the case of BaTi 2 O 5 , it is possible to bake only in an air atmosphere, and reduction resistance and insulation resistance. There is a problem that it is inferior.
したがって、還元雰囲気で焼成を行う場合にもBaTiO3よりも高いキュリー温度を有し、且つ正常な絶縁抵抗を具現できる誘電体材料の開発が必要とされている。 Therefore, it is necessary to develop a dielectric material that has a higher Curie temperature than BaTiO 3 and can realize normal insulation resistance even when firing in a reducing atmosphere.
本発明は、還元雰囲気で焼成を行う場合にもBaTiO3よりも高いキュリー温度を有し、且つ正常な絶縁抵抗を具現できる誘電体磁器組成物及びこれを含む積層セラミックキャパシターを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a dielectric porcelain composition having a higher Curie temperature than BaTIO 3 even when firing in a reducing atmosphere and capable of realizing normal insulation resistance, and a multilayer ceramic capacitor containing the same. And.
また、本発明は、還元雰囲気焼成が可能で、且つ高い誘電率、高い絶縁抵抗及び高いキュリー温度のような効果を有することができる誘電体磁器組成物及びこれを含む積層セラミックキャパシターを提供することを目的とする。 The present invention also provides a dielectric porcelain composition capable of reducing atmosphere firing and having effects such as high dielectric constant, high insulation resistance and high Curie temperature, and a multilayer ceramic capacitor containing the same. With the goal.
本発明の一実施例に係る誘電体磁器組成物は、第1主成分と第2主成分とを含む母材粉末と、副成分と、を含み、上記第1主成分は(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3であり、上記第2主成分はBaTiO3であり、上記母材粉末が(1−x)(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3−xBaTiO3であるときに、上記xは0.05≦x≦0.4であり、上記yは0≦y≦0.7であり、上記zは0≦z≦0.7である。 The dielectric porcelain composition according to an embodiment of the present invention contains a base material powder containing a first main component and a second main component, and a sub component, and the first main component is ( Ky Na 1). -y) (a Nb 1-z Ta z) O 3, the second principal component is BaTiO 3, the base powder is (1-x) (K y Na 1-y) (Nb 1-z when a ta z) O 3 -xBaTiO 3, the x is 0.05 ≦ x ≦ 0.4, said y is 0 ≦ y ≦ 0.7, and z represents 0 ≦ z ≦ 0. 7.
本発明の他の実施例に係る積層セラミックキャパシターは、誘電層と内部電極とを含むセラミック本体と、上記セラミック本体の外側に配置され、上記内部電極と接続する外部電極と、を含み、上記誘電層は、第1結晶粒と、第2結晶粒と、を含み、上記第1結晶粒は、Ba含有量が10at%未満、Ti含有量が10at%未満である結晶粒であり、上記第2結晶粒は、Ba含有量が10at%以上、Ti含有量が10at%以上である結晶粒であるときに、全面積に対する上記第2結晶粒の面積比は4.7%〜37.9%である。 The laminated ceramic capacitor according to another embodiment of the present invention includes a ceramic main body including a dielectric layer and an internal electrode, and an external electrode arranged outside the ceramic main body and connected to the internal electrode. The layer contains a first crystal grain and a second crystal grain, and the first crystal grain is a crystal grain having a Ba content of less than 10 at% and a Ti content of less than 10 at%, and the second crystal grain is described above. When the crystal grains are crystal grains having a Ba content of 10 at% or more and a Ti content of 10 at% or more, the area ratio of the second crystal grains to the total area is 4.7% to 37.9%. is there.
本発明の一実施例に係る誘電体磁器組成物及び積層セラミックキャパシターによると、本発明の目標特性である常温比抵抗1011Ohm‐cm以上、高温(200度)耐電圧50V/μm以上、TCC(150℃)±15%未満、TCC(200℃)±22%未満、及び常温誘電率400以上のすべての特性の同時具現が可能である。 According to the dielectric porcelain composition and the multilayer ceramic capacitor according to the embodiment of the present invention, the target characteristics of the present invention are room temperature resistivity of 10 11 Ohm-cm or more, high temperature (200 degrees) withstand voltage of 50 V / μm or more, TCC. It is possible to simultaneously realize all the characteristics of (150 ° C.) less than ± 15%, TCC (200 ° C.) less than ± 22%, and a room temperature dielectric constant of 400 or more.
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention can be transformed into various other embodiments, and the scope of the invention is not limited to the embodiments described below. Also, embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those having average knowledge in the art. Therefore, the shape and size of the elements in the drawings may be exaggerated for a clearer explanation.
本発明は、誘電体磁器組成物に関し、誘電体磁器組成物を含む電子部品としては、キャパシター、インダクター、圧電素子、バリスター、又はサーミスターなどがあり、以下では、誘電体磁器組成物及び電子部品の一例として、積層セラミックキャパシターについて説明する。 The present invention relates to a dielectric porcelain composition, and examples of the electronic component containing the dielectric porcelain composition include a capacitor, an inductor, a piezoelectric element, a varistor, a thermister, and the like. A monolithic ceramic capacitor will be described as an example of the components.
本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物の母材粉末は、(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3で表される第1主成分と、BaTiO3で表される第2主成分と、を含む。この際、母材粉末は、(1−x)(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3−xBaTiO3で表される。 Base powder of the dielectric ceramic composition according to an embodiment of the present invention includes a first principal component represented by (K y Na 1-y) (Nb 1-z Ta z) O 3, with BaTiO 3 Includes the second principal component represented. In this case, base powder is represented by (1-x) (K y Na 1-y) (Nb 1-z Ta z) O 3 -xBaTiO 3.
xが0.05〜0.4を満たす場合、本発明の目標特性である常温比抵抗が1011Ohm‐cm以上、高温(200度)耐電圧50V/μm以上、TCC(150℃)±15%未満、TCC(200℃)±22%未満、及び常温誘電率400以上のすべての特性の同時具現が可能である。 When x satisfies 0.05 to 0.4, the room temperature resistivity, which is the target characteristic of the present invention, is 10 11 Ohm-cm or more, the high temperature (200 degrees) withstand voltage is 50 V / μm or more, and the TCC (150 ° C) ± 15 It is possible to simultaneously realize all the characteristics of less than%, TCC (200 ° C.) less than ± 22%, and room temperature resistivity of 400 or more.
また、yは0≦y≦0.7であってもよく、zは0≦z≦0.7であってもよい。 Further, y may be 0 ≦ y ≦ 0.7, and z may be 0 ≦ z ≦ 0.7.
本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物は、EIA(Electronic Industries Association)規格に明示されているX8R(−55℃〜150℃、△C/C0±15%)又はX9S(−55℃〜200℃、△C/C0±22%)特性を満たすことができる。 The dielectric porcelain composition according to one embodiment of the present invention is X8R (-55 ° C. to 150 ° C., ΔC / C 0 ± 15%) or X9S (-55) specified in the EIA (Electronic Industries Association) standard. ° C to 200 ° C, ΔC / C 0 ± 22%) characteristics can be satisfied.
より詳細には、本発明の一実施形態によると、積層セラミックキャパシターの内部電極としてニッケル(Ni)を使用し、ニッケル(Ni)が酸化されない還元雰囲気で焼成を行う場合にも絶縁抵抗を維持できる誘電体磁器組成物を提供する。また、これを用いた積層セラミックキャパシターを提供することで、高い誘電率、高い絶縁抵抗及び高いキュリー温度の各効果を同時に具現することができる。 More specifically, according to one embodiment of the present invention, nickel (Ni) is used as the internal electrode of the multilayer ceramic capacitor, and the insulation resistance can be maintained even when firing is performed in a reducing atmosphere in which nickel (Ni) is not oxidized. A dielectric porcelain composition is provided. Further, by providing a multilayer ceramic capacitor using the same, it is possible to simultaneously realize the effects of high dielectric constant, high insulation resistance and high Curie temperature.
本発明では、誘電率の高いBaTiO3とキュリー温度の高い(K,Na)NbO3をともに母材粉末として含む。また、(K,Na)NbO3のB‐sitedのNbの一部をTaとして適用することで、還元雰囲気下で焼成を行う際に絶縁抵抗を向上させる。 In the present invention, including high high BaTiO 3 and the Curie temperature of the dielectric constant (K, Na) and NbO 3 both as a base material powder. Further, by applying a part of B-sited Nb of (K, Na) NbO 3 as Ta, the insulation resistance is improved when firing in a reducing atmosphere.
したがって、本発明では、還元雰囲気で焼成可能な誘電体磁器組成物を用いることにより、一つの焼結体内で組成が互いに異なる2種の結晶粒で構成された複合体形態の試料を作製することができ、これらの二つの結晶粒の面積比を制御することにより、本発明の目標特性を具現することができる。 Therefore, in the present invention, by using a dielectric porcelain composition that can be fired in a reducing atmosphere, a sample in the form of a composite composed of two types of crystal grains having different compositions in one sintered body is prepared. By controlling the area ratio of these two crystal grains, the target characteristics of the present invention can be realized.
以下、本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物の各成分についてより具体的に説明する。 Hereinafter, each component of the dielectric porcelain composition according to the embodiment of the present invention will be described in more detail.
a)母材粉末
本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物の母材粉末は、(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3(ただし、yは0≦y≦0.7、zは0≦z≦0.7)で表される第1主成分と、BaTiO3で表される第2主成分と、を含む。この際、母材粉末は、(1−x)(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3−xBaTiO3で表される。
a) base powder of the dielectric ceramic composition according to an embodiment of the base powder present invention, (K y Na 1-y ) (Nb 1-z Ta z) O 3 ( however, y is 0 ≦ y ≦ 0.7, z includes a first principal component represented by 0 ≦ z ≦ 0.7) and a second principal component represented by BaTiO 3. In this case, base powder is represented by (1-x) (K y Na 1-y) (Nb 1-z Ta z) O 3 -xBaTiO 3.
xが0.05〜0.4を満たす場合、本発明の目標特性である常温比抵抗が1011Ohm‐cm以上、高温(200度)耐電圧50V/μm以上、TCC(150℃)±15%未満、TCC(200℃)±22%未満、及び常温誘電率400以上のすべての特性の同時具現が可能である。 When x satisfies 0.05 to 0.4, the room temperature resistivity, which is the target characteristic of the present invention, is 10 11 Ohm-cm or more, the high temperature (200 degrees) withstand voltage is 50 V / μm or more, and the TCC (150 ° C) ± 15 It is possible to simultaneously realize all the characteristics of less than%, TCC (200 ° C.) less than ± 22%, and room temperature resistivity of 400 or more.
第1主成分は、(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3で表されることができ、K及びNaの割合によってキュリー温度が相違するが、yが0.5である場合にキュリー温度が400度程度と高い。 The first principal component, (K y Na 1-y ) (Nb 1-z Ta z) represented by it can at O 3, although the Curie temperature is different depending on the ratio of K and Na, y is 0.5 In this case, the Curie temperature is as high as about 400 degrees.
第1主成分において、yが0.1以上である場合には、常温誘電率を800以上に向上させることができるが、yが0.7を超える場合には、常温比抵抗が急減し1011Ohm‐cm未満に低下するという問題がある。すなわち、常温誘電率を800以上に向上させ、且つ常温比抵抗を1011Ohm‐cm以上に維持するために、yは0.1〜0.7であってもよい。 In the first principal component, when y is 0.1 or more, the room temperature dielectric constant can be improved to 800 or more, but when y exceeds 0.7, the room temperature specific resistance sharply decreases to 10. There is a problem that it drops to less than 11 Ohm-cm. That is, y may be 0.1 to 0.7 in order to improve the room temperature dielectric constant to 800 or more and maintain the room temperature resistivity to 10 11 Ohm-cm or more.
また、第1主成分において、zが大きくなるにつれて常温比抵抗を向上させることができるが、zが0.7を超える場合には、常温誘電率が急減し400未満に低下するという問題がある。すなわち、常温比抵抗を増加及び維持し、且つ常温誘電率を400以上に維持するために、zは0〜0.7であってもよい。 Further, in the first principal component, the room temperature resistivity can be improved as z increases, but when z exceeds 0.7, there is a problem that the room temperature dielectric constant sharply decreases to less than 400. .. That is, z may be 0 to 0.7 in order to increase and maintain the room temperature resistivity and maintain the room temperature dielectric constant at 400 or more.
すなわち、第1主成分のKとTaは相補的な関係にある。したがって、第1主成分にK及びTaを同時に含むことで、常温比抵抗を1011Ohm‐cm以上に維持し、且つ常温誘電率を800以上に向上させることができる。 That is, K and Ta, which are the first principal components, have a complementary relationship. Therefore, by simultaneously containing K and Ta in the first principal component, the room temperature resistivity can be maintained at 10 11 Ohm-cm or more, and the room temperature dielectric constant can be improved to 800 or more.
第2主成分は、BaTiO3で表されることができ、BaTiO3は、一般的な誘電体母材に使用される材料であり、キュリー温度が約125度程度である強誘電体材料であってもよい。 The second principal component may be represented by BaTiO 3, BaTiO 3 is a material that is used for general dielectric base material, a ferroelectric material Curie temperature of approximately 125 degrees You may.
第2主成分は、BaTiO3で表される成分だけでなく、Ca、Zrなどが一部固溶されて修正された(Ba1−xCax)(Ti1−yCay)O3、Ba(Ti1−yZry)O3などの形態も可能である。 As the second main component, not only the component represented by BaTiO 3 but also Ca, Zr, etc. were partially dissolved and corrected (Ba 1-x Ca x ) (Ti 1-y C y ) O 3 , form, such as Ba (Ti 1-y Zr y ) O 3 are also possible.
すなわち、本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物の母材粉末は、キュリー温度の高い第1主成分と誘電率の高い第2主成分を一定の割合で混合したり固溶させた形態であってもよい。 That is, in the base material powder of the dielectric porcelain composition according to the embodiment of the present invention, the first principal component having a high Curie temperature and the second principal component having a high dielectric constant are mixed or solid-solved at a constant ratio. It may be in the form.
本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物は、上記のように一定の割合で第1主成分と第2主成分材料を混合して母材粉末を作製し、これを用いることから還元雰囲気焼成が可能である。 In the dielectric porcelain composition according to the embodiment of the present invention, the first principal component and the second principal component material are mixed at a constant ratio as described above to prepare a base material powder, which is used for reduction. Atmospheric firing is possible.
図1は第1結晶粒と第2結晶粒からなる微細構造及び各結晶粒内でSTEM/EDS分析によりBa及びTiの含有量を分析する位置P1、P2、P3、P4に対する模式図である。 FIG. 1 is a schematic view of a microstructure composed of first crystal grains and second crystal grains and positions P1, P2, P3, and P4 in which the contents of Ba and Ti are analyzed by STEM / EDS analysis in each crystal grain.
図1を参照すると、本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物を用いて製造(還元雰囲気、焼成温度:1100〜1150℃)された誘電層の微細構造は、Ba含有量が10at%未満、Ti含有量が10at%未満である第1結晶粒と、Ba含有量が10at%以上、Ti含有量が10at%以上である第2結晶粒と、を含む。 Referring to FIG. 1, the microstructure of the dielectric layer produced (reducing atmosphere, firing temperature: 1100 to 1150 ° C.) using the dielectric porcelain composition according to the embodiment of the present invention has a Ba content of 10 at%. It includes first crystal grains having a Ti content of less than 10 at% and a Ti content of less than 10 at%, and second crystal grains having a Ba content of 10 at% or more and a Ti content of 10 at% or more.
一つの結晶粒において、Ti及びBaの含有量は、P1〜P4の各箇所で、Ti及びBaの各含有量(at%)を測定し、4箇所のデータの平均値から導き出した。 The content of Ti and Ba in one crystal grain was derived from the average value of the data at each of the four locations by measuring the content (at%) of Ti and Ba at each location of P1 to P4.
本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物を用いた誘電層及び積層セラミックキャパシターは、高い誘電率、高い絶縁抵抗及び高いキュリー温度の各効果を同時に有することができる。 The dielectric layer and the laminated ceramic capacitor using the dielectric porcelain composition according to the embodiment of the present invention can simultaneously have the effects of high dielectric constant, high insulation resistance and high Curie temperature.
より詳細には、本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物を用いて製造された誘電層及びこれを含む積層セラミックキャパシターは、第2結晶粒の面積比が全面積に対して4.7〜37.9%であることから、本発明の目標特性である常温比抵抗が1011Ohm‐cm以上、高温(200度)耐電圧50V/μm以上、TCC(150℃)±15%未満、TCC(200℃)±22%未満、及び常温誘電率400以上のすべての特性の同時具現が可能である。 More specifically, in the dielectric layer produced by using the dielectric porcelain composition according to the embodiment of the present invention and the multilayer ceramic capacitor containing the dielectric layer, the area ratio of the second crystal grains is 4. Since it is 7 to 37.9%, the room temperature resistivity, which is the target characteristic of the present invention, is 10 11 Ohm-cm or more, high temperature (200 degrees) withstand voltage 50 V / μm or more, and TCC (150 ° C) less than ± 15%. , TCC (200 ° C.) less than ± 22%, and room temperature dielectric constant of 400 or more can be realized at the same time.
また、本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物を用いて製造された誘電層及びこれを含む積層セラミックキャパシターは、第2結晶粒の面積比が全面積に対して4.7〜37.9%であることから、EIA(Electronic Industries Association)規格に明示されているX8R(−55℃〜150℃、△C/C0±15%)又はX9S(−55℃〜200℃、△C/C0±22%)特性を満たすことができる。 Further, in the dielectric layer produced by using the dielectric porcelain composition according to the embodiment of the present invention and the multilayer ceramic capacitor containing the dielectric layer, the area ratio of the second crystal grains is 4.7 to 37 with respect to the total area. Since it is 9.9%, X8R (-55 ° C to 150 ° C, ΔC / C 0 ± 15%) or X9S (-55 ° C to 200 ° C, ΔC) specified in the EIA (Electronic Inventions Association) standard. / C 0 ± 22%) characteristics can be satisfied.
第2結晶粒の面積比が全面積に対して4.7%未満である場合には、常温比抵抗が1011Ohm‐cm未満であり、37.9%を超える場合には、X8R(−55℃〜150℃、△C/C0±15%)又はX9S(−55℃〜200℃、△C/C0±22%)特性を満たすことができないという問題がある。 When the area ratio of the second crystal grains is less than 4.7% with respect to the total area, the room temperature resistivity is less than 10 11 Ohm-cm, and when it exceeds 37.9%, X8R (-). There is a problem that the characteristics of 55 ° C. to 150 ° C., ΔC / C 0 ± 15%) or X9S (−55 ° C. to 200 ° C., ΔC / C 0 ± 22%) cannot be satisfied.
すなわち、全面積に対する第2結晶粒の面積比が4.7%〜37.9%を離脱する場合、本発明の目標特性の一部を具現することができない。 That is, when the area ratio of the second crystal grain to the total area is different from 4.7% to 37.9%, a part of the target characteristics of the present invention cannot be realized.
上記母材粉末は、特に制限されるものではないが、粉末の平均粒径は、300nm以下であってもよい。 The base material powder is not particularly limited, but the average particle size of the powder may be 300 nm or less.
b)第1副成分
本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物は、第1副成分としてLiを含む酸化物又は炭酸塩をさらに含むことができ、好ましくは、Li2CO3をさらに含むことができる。第1副成分は、母材粉末100molに対して0.25mol〜5.0mol含まれることができる。
b) First sub-component According to one embodiment of the present invention, the dielectric porcelain composition can further contain an oxide or carbonate containing Li as the first sub-component, preferably Li 2 CO 3 Can be further included. The first subcomponent can be contained in an amount of 0.25 mol to 5.0 mol with respect to 100 mol of the base material powder.
すなわち、第1副成分の含有量は、母材粉末100molに対して含まれるLi2CO3のうち、Li元素の含有量が0.5mol〜10.0molを満たすように含まれることができる。 That is, the content of the first sub-component can be contained so that the content of the Li element in the Li 2 CO 3 contained in 100 mol of the base material powder satisfies 0.5 mol to 10.0 mol.
第1副成分は、誘電体磁器組成物が適用された積層セラミックキャパシターの常温比抵抗及び高温耐電圧特性を向上させる役割をする。 The first subcomponent serves to improve the room resistivity and the high temperature withstand voltage characteristics of the multilayer ceramic capacitor to which the dielectric porcelain composition is applied.
第1副成分が母材粉末100molに対して0.25mol未満である場合には、焼結密度が低くて常温比抵抗及び高温耐電圧が非常に低いという問題が発生し、第1副成分が母材粉末100molに対して5.0molを超える場合には、高温耐電圧が50V/μm未満と低くなるという問題が発生し得る。 When the first subcomponent is less than 0.25 mol with respect to 100 mol of the base material powder, there arises a problem that the sintering density is low and the room temperature resistivity and the high temperature withstand voltage are very low, and the first subcomponent becomes If it exceeds 5.0 mol with respect to 100 mol of the base metal powder, there may be a problem that the high temperature resistivity is as low as less than 50 V / μm.
したがって、本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物は、第1副成分の含有量が母材粉末100molに対して0.25〜5.0molである場合に、上述のすべての特性の同時具現が可能である。このときにも、全面積に対する第2結晶粒の面積比が4.7%〜37.9%を満たすことが分かる。 Therefore, the dielectric porcelain composition according to the embodiment of the present invention has all the above-mentioned properties when the content of the first subcomponent is 0.25 to 5.0 mol with respect to 100 mol of the base material powder. Simultaneous realization is possible. At this time as well, it can be seen that the area ratio of the second crystal grains to the total area satisfies 4.7% to 37.9%.
c)第2副成分
本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物は、第2副成分として、Mn、V、Cr、Fe、Ni、Co、Cu及びZnの原子価可変アクセプター(Variable Valence Acceptor)元素の酸化物或いは炭酸塩からなる群から選択される一つ以上をさらに含むことができ、好ましくは、MnO2又はV2O5をさらに含むことができる。
c) Second sub-component According to one embodiment of the present invention, the dielectric porcelain composition contains variable valence acceptors of Mn, V, Cr, Fe, Ni, Co, Cu and Zn as the second sub-component. It can further include one or more selected from the group consisting of oxides or carbonates of the Variable Valence Acceptor) element, preferably MnO 2 or V 2 O 5 .
上記第2副成分として、Mn、V、Cr、Fe、Ni、Co、Cu及びZnのうち少なくとも一つ以上を含む酸化物或いは炭酸塩は、上記母材粉末100molに対して0.1mol〜3.0molの含有量で含まれることができる。 The oxide or carbonate containing at least one of Mn, V, Cr, Fe, Ni, Co, Cu and Zn as the second subcomponent is 0.1 mol to 3 for 100 mol of the base material powder. It can be contained in a content of 0.0 mol.
すなわち、第2副成分の含有量は、第2副成分に含まれる原子価可変アクセプター元素の含有量が、母材粉末100molに対して0.1mol〜3.0molを満たすように含まれることができる。 That is, the content of the second sub-component is such that the content of the variable valence acceptor element contained in the second sub-component satisfies 0.1 mol to 3.0 mol with respect to 100 mol of the base material powder. it can.
若しくは、2種以上の第2副成分を含む場合、第2副成分に含まれる原子価可変アクセプター元素の全含有量が、母材粉末100molに対して0.1mol〜3.0molを満たすように含まれることができる。 Alternatively, when two or more kinds of second subcomponents are contained, the total content of the valence variable acceptor elements contained in the second subcomponents should be 0.1 mol to 3.0 mol with respect to 100 mol of the base material powder. Can be included.
上記第2副成分は、誘電体磁器組成物が適用された積層セラミックキャパシターの常温比抵抗及び高温耐電圧特性を向上させる役割をする。 The second subcomponent serves to improve the room resistivity and the high temperature withstand voltage characteristics of the multilayer ceramic capacitor to which the dielectric porcelain composition is applied.
第2副成分に含まれる原子価可変アクセプター元素の全含有量が0.1mol未満である場合には、常温比抵抗及び高温耐電圧特性が低下する可能性がある。 When the total content of the variable valence acceptor element contained in the second subcomponent is less than 0.1 mol, the room temperature resistivity and the high temperature withstand voltage characteristic may decrease.
第2副成分に含まれる原子価可変アクセプター元素の全含有量が3.0molを超える場合にも常温比抵抗及び高温耐電圧特性が低下する可能性がある。 Even when the total content of the variable valence acceptor element contained in the second subcomponent exceeds 3.0 mol, the resistivity at room temperature and the withstand voltage at high temperature may decrease.
特に、本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物は、第2副成分に含まれる原子価可変アクセプター元素の全含有量が、母材粉末100molに対して0.1mol〜3.0molを満たすように含むことができ、これにより、低温焼成が可能となり、高い高温耐電圧特性を得ることができ、上述のすべての特性の同時具現が可能である。 In particular, in the dielectric porcelain composition according to the embodiment of the present invention, the total content of the variable valence acceptor element contained in the second subcomponent is 0.1 mol to 3.0 mol with respect to 100 mol of the base material powder. It can be included to satisfy, which enables low temperature firing, high high temperature withstand voltage characteristics, and simultaneous realization of all the above characteristics.
このときにも、全面積に対する第2結晶粒の面積比が4.7%〜37.9%を満たすことが分かる。 At this time as well, it can be seen that the area ratio of the second crystal grains to the total area satisfies 4.7% to 37.9%.
d)第3副成分
本発明の一実施形態によると、上記誘電体磁器組成物は、Si元素の酸化物、Si元素の炭酸塩及びSi元素を含むガラスからなる群から選択される一つ以上を含む第3副成分を含むことができ、好ましくは、SiO2をさらに含むことができる。
d) Third subcomponent According to one embodiment of the present invention, the dielectric porcelain composition is one or more selected from the group consisting of oxides of Si element, carbonates of Si element and glass containing Si element. A third subcomponent containing the above can be contained, and preferably, SiO 2 can be further contained.
上記第3副成分は、上記母材粉末100molに対して、0.1〜5.0mol含まれることができる。すなわち、第3副成分の含有量は、母材粉末100molに対して含まれるSiO2のうちSi元素の含有量が0.1mol〜5.0molを満たすように含まれることができる。 The third sub-component can be contained in an amount of 0.1 to 5.0 mol with respect to 100 mol of the base material powder. That is, the content of the third sub-component can be contained so that the content of the Si element in SiO 2 contained in 100 mol of the base material powder satisfies 0.1 mol to 5.0 mol.
上記第3副成分の含有量が、上記母材粉末100molに対して0.1mol未満である場合には、焼結密度が低くて常温比抵抗及び高温耐電圧が低下する可能性があり、5.0molを超えて含まれる場合にも二次相生成などの問題によって高温耐電圧が低くなる可能性がある。 When the content of the third subcomponent is less than 0.1 mol with respect to 100 mol of the base material powder, the sintering density may be low and the room temperature resistivity and the high temperature withstand voltage may decrease. Even if it is contained in excess of 0.0 mol, the high temperature resistivity may be lowered due to problems such as secondary phase formation.
このときにも、全面積に対する第2結晶粒の面積比が4.7%〜37.9%を満たすことが分かる。 At this time as well, it can be seen that the area ratio of the second crystal grains to the total area satisfies 4.7% to 37.9%.
図2は本発明の一実施形態に係る積層セラミックキャパシター100を示す概略的な斜視図であり、図3は図2のIII‐III´に沿って取った積層セラミックキャパシター100を示す概略的な断面図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the multilayer
図2及び図3を参照すると、本発明の他の実施例に係る積層セラミックキャパシター100は、誘電層111と第1及び第2内部電極121、122が交互に積層されたセラミック本体110を有する。セラミック本体110の両端部には、セラミック本体110の内部に交互に配置された第1及び第2内部電極121、122とそれぞれ導通する第1及び第2外部電極131、132が形成されている。
Referring to FIGS. 2 and 3, the multilayer
セラミック本体110の形状は、特に制限されないが、一般的に六面体の形状であってもよい。また、その寸法も特に制限されず、用途に応じて適切な寸法にしてもよく、例えば(0.6〜5.6mm)×(0.3〜5.0mm)×(0.3〜1.9mm)であってもよい。
The shape of the
誘電層111の厚さは、キャパシターの容量設計に応じて任意に変更することができるが、本発明の一実施例において、焼成後の誘電層の厚さは、1層当たり好ましくは0.1μm以上であってもよい。
The thickness of the
薄すぎる厚さの誘電層は、1層内に存在する結晶粒の数が少なく信頼性に悪い影響を及ぼすため、誘電層の厚さは0.1μm以上であってもよい。 Since a dielectric layer having a thickness that is too thin has a small number of crystal grains existing in one layer and adversely affects reliability, the thickness of the dielectric layer may be 0.1 μm or more.
第1及び第2内部電極121、122は、各端面がセラミック本体110の対向する両端部の表面に交互に露出するように積層されている。
The first and second
上記第1及び第2外部電極131、132は、セラミック本体110の両端部に形成され、交互に配置された第1及び第2内部電極121、122の露出端面に電気的に連結されることで、キャパシター回路を構成する。
The first and second
第1及び第2内部電極121、122に含有される導電性材料は、特に限定されないが、本発明の一実施形態に係る誘電層111は、本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物を用いて形成される。
The conductive material contained in the first and second
本発明の一実施形態に係る誘電体磁器組成物の母材粉末は、(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3(ただし、yは0≦y≦0.7、zは0≦z≦0.7)で表される第1主成分と、BaTiO3で表される第2主成分と、を含む。この際、母材粉末は、(1−x)(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3−xBaTiO3で表され、xが0.05〜0.4を満たす。 Base powder of the dielectric ceramic composition according to an embodiment of the present invention, (K y Na 1-y ) (Nb 1-z Ta z) O 3 ( however, y is 0 ≦ y ≦ 0.7, z includes a first principal component represented by 0 ≦ z ≦ 0.7) and a second principal component represented by BaTiO 3. In this case, base powder is represented by (1-x) (K y Na 1-y) (Nb 1-z Ta z) O 3 -xBaTiO 3, x satisfies the 0.05 to 0.4.
第1及び第2内部電極121、122の厚さは、用途などに応じて適宜決定することができ、特に制限されるものではないが、例えば、0.1〜5μm又は0.1〜2.5μmであってもよい。
The thicknesses of the first and second
上記第1及び第2外部電極131、132に含有される導電性材料としては、特に限定されないが、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、又はこれらの合金を用いてもよい。
The conductive material contained in the first and second
上記第1及び第2外部電極131、132の厚さは、用途などに応じて適宜決定することができ、特に制限されるものではないが、例えば、10〜50μmであってもよい。
The thicknesses of the first and second
以下、実施例及び比較例により本発明をより詳細に説明するが、これは、発明の具体的な理解を助けるためのものであって、本発明の範囲は実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but this is for the purpose of assisting a specific understanding of the invention, and the scope of the present invention is not limited to the Examples. ..
下記の表1、表3及び表5に明示されている組成でエタノールとトルエンを溶媒とし、分散剤とともに混合した後、バインダーを混合してセラミックシートを作製した。 Ethanol and toluene were used as solvents in the compositions specified in Tables 1, 3 and 5 below, mixed with a dispersant, and then mixed with a binder to prepare a ceramic sheet.
主成分母材としては、平均粒径が300nmである(K,Na)(Nb,Ta)O3とBaTiO3粉末を使用した。 As the main component base material, (K, Na) (Nb, Ta) O 3 and BaTIO 3 powder having an average particle size of 300 nm were used.
成形されたセラミックシートにニッケル(Ni)電極を印刷し21層積層してアクティブシートを作製し、アクティブシートの上部及び下部に位置するカバーとしてカバー用シート(10〜13μm)を25層に積層し圧着して圧着バー(bar)を作製した。 A nickel (Ni) electrode is printed on the molded ceramic sheet and 21 layers are laminated to prepare an active sheet, and a cover sheet (10 to 13 μm) is laminated on 25 layers as a cover located at the upper and lower parts of the active sheet. A crimping bar was produced by crimping.
その後、圧着バー(bar)を切断機を用いて3.2mm×1.6mmサイズのチップに切断した。 Then, the crimping bar was cut into a chip having a size of 3.2 mm × 1.6 mm using a cutting machine.
切断したチップを脱バインダーのためにか焼した後、還元雰囲気(N2雰囲気)下で1100〜1150℃で焼成を行い、焼成したチップにCuペーストで外部電極を形成した。 The cut chips were calcined for debinding, and then fired in a reducing atmosphere (N 2 atmosphere) at 1100 to 1150 ° C., and an external electrode was formed on the fired chips with Cu paste.
上記のように完成されたプロトタイプ積層セラミックキャパシター(Proto‐type MLCC)試験片に対して、常温静電容量及び誘電損失(DF)はLCR meter用いて1kHz、AC0.5V/μmの条件で容量を測定した。 For the prototype multilayer ceramic capacitor (Proto-type MLCC) test piece completed as described above, the capacitance and dielectric loss (DF) at room temperature are 1 kHz and AC 0.5 V / μm using an LCR meter. It was measured.
静電容量と積層セラミックキャパシターの誘電体の厚さ、内部電極の面積、積層数から積層セラミックキャパシターの誘電体の誘電率を計算した。 The dielectric constant of the dielectric of the laminated ceramic capacitor was calculated from the capacitance, the thickness of the dielectric of the laminated ceramic capacitor, the area of the internal electrode, and the number of layers.
常温絶縁抵抗は、10個ずつサンプルを取り、DC10V/μmを印加した状態で60秒経過後に測定した。 The room temperature insulation resistance was measured after 60 seconds had passed with 10 samples taken at a time and DC 10 V / μm applied.
温度による静電容量の変化は、−55℃から200℃の温度範囲で測定された。 The change in capacitance with temperature was measured in the temperature range of −55 ° C. to 200 ° C.
高温IR昇圧実験は、200℃で電圧段階を5V/μmずつ増加させながら抵抗劣化挙動を測定し、この際、各段階の時間は10分であり、5秒間隔で抵抗値を測定した。 In the high-temperature IR boosting experiment, the resistance deterioration behavior was measured while increasing the voltage step by 5 V / μm at 200 ° C., and at this time, the time of each step was 10 minutes, and the resistance value was measured at 5-second intervals.
高温IR昇圧実験から高温耐電圧を導き出したが、高温耐電圧とは、200℃で誘電体の単位厚さ当たり5V/μmのDC電圧を10分間印加し、電圧ステップを増加し続けながら測定したときに、IRが105Ω以上になる電圧を意味する。 The high-temperature withstand voltage was derived from the high-temperature IR boosting experiment. The high-temperature withstand voltage was measured by applying a DC voltage of 5 V / μm per unit thickness of the dielectric at 200 ° C. for 10 minutes and continuously increasing the voltage step. when in, which means the voltage that IR is equal to or greater than 10 5 Ω.
RC値は、AC 0.5V/μm、1kHzで測定した常温容量値とDC10V/μmで測定した絶縁値を乗算した値である。 The RC value is a value obtained by multiplying the normal temperature capacitance value measured at AC 0.5 V / μm and 1 kHz by the insulation value measured at DC 10 V / μm.
表2、表4、表6は、表1、表3、表5に明示されている組成に該当するニッケル(Ni)内部電極が適用されたプロトタイプ積層セラミックキャパシター(Proto‐type MLCC)の特性を示す。 Tables 2, 4, and 6 show the characteristics of prototype multilayer ceramic capacitors (Proto-type MLCCs) to which nickel (Ni) internal electrodes corresponding to the compositions specified in Tables 1, 3, and 5 are applied. Shown.
表1の実施例1〜10は、母材粉末(1−x)(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3−xBaTiO3(y、z=0.2):100molに対して、第1副成分Li2CO3:2.5mol、第2副成分MnO2:0.5mol、第3副成分SiO2:0.5molであるときに、xによる実施例を示すものであり、表2は、表1の実施例1〜10の誘電体磁器組成物を用いて作製した誘電層と、ニッケル(Ni)内部電極と、を含む還元雰囲気で焼成したプロトタイプ積層セラミックキャパシターの特性を示す。 Examples 1-10 in Table 1, base powder (1-x) (K y Na 1-y) (Nb 1-z Ta z) O 3 -xBaTiO 3 (y, z = 0.2): 100mol On the other hand, when the first sub-component Li 2 CO 3 : 2.5 mol, the second sub-component MnO 2 : 0.5 mol, and the third sub-component SiO 2 : 0.5 mol, an example using x is shown. Table 2 shows the prototype laminated ceramic capacitors fired in a reducing atmosphere containing a dielectric layer prepared using the dielectric porcelain compositions of Examples 1 to 10 in Table 1 and a nickel (Ni) internal electrode. Shows the characteristics.
第2主成分BaTiO3の組成比xが0.05未満である場合(実施例1及び2)には、常温比抵抗が1011Ohm‐cm未満と低くなり、高温耐電圧が50V/μm未満と低くなるという問題がある。 When the composition ratio x of the second main component BaTiO 3 is less than 0.05 (Examples 1 and 2), the room temperature resistivity is as low as less than 10 11 Ohm-cm, and the high temperature withstand voltage is less than 50 V / μm. There is a problem that it becomes low.
また、第2主成分BaTiO3の組成比xが0.4を超える場合(実施例9及び10)には、高温(150℃)TCC(150℃)±15%を超え、高温(200℃)TCC(200℃)±22%も超えるという問題がある。 When the composition ratio x of the second main component BaTiO 3 exceeds 0.4 (Examples 9 and 10), it exceeds high temperature (150 ° C.) TCC (150 ° C.) ± 15% and high temperature (200 ° C.). There is a problem that TCC (200 ° C.) exceeds ± 22%.
すなわち、第2主成分BaTiO3の組成比xが0.05〜0.4の範囲を満たす場合(実施例3〜8)に、本発明の常温比抵抗が1011Ohm‐cm以上、高温(200度)耐電圧50V/μm以上、TCC(150℃)±15%未満、TCC(200℃)±22%未満、及び常温誘電率400以上のすべての特性の同時具現が可能である。 That is, when the composition ratio x of the second main component BaTiO 3 satisfies the range of 0.05 to 0.4 (Examples 3 to 8), the room temperature resistivity of the present invention is 10 11 Ohm-cm or more, and the temperature is high (1 11 Ohm-cm or more). (200 degrees) Withstand voltage of 50 V / μm or more, TCC (150 ° C) less than ± 15%, TCC (200 ° C) less than ± 22%, and room temperature dielectric constant of 400 or more can all be realized at the same time.
本発明の一実施例に係る誘電体磁器組成物を用いて還元雰囲気(N2雰囲気)下で、1100℃〜1150℃で焼成を行って誘電層を製造したり、これにニッケル(Ni)内部電極を印刷して積層セラミックキャパシターを製造した場合、誘電層の微細構造は、第1結晶粒と、第2結晶粒と、を含む。 Using the dielectric porcelain composition according to one embodiment of the present invention, a dielectric layer is produced by firing at 1100 ° C. to 1150 ° C. in a reducing atmosphere (N 2 atmosphere), or inside nickel (Ni). When the electrode is printed to manufacture a laminated ceramic capacitor, the microstructure of the dielectric layer includes first crystal grains and second crystal grains.
一つの結晶粒内でのP1〜P4の計4箇所のBa及びTiの含有量をSTEM/WDS或いはSTEM/EELSにより分析した。 The contents of Ba and Ti at a total of 4 points of P1 to P4 in one crystal grain were analyzed by STEM / WDS or STEM / EELS.
4箇所のBa及びTi含有量の平均値を用いて計算した結果、第1結晶粒は、「Ba含有量が10at%未満、Ti含有量が10at%未満」である結晶粒と定義され、第2結晶粒は、「Ba含有量が10at%以上、Ti含有量が10at%以上」である結晶粒と定義される。 As a result of calculation using the average values of the Ba and Ti contents at the four locations, the first crystal grain is defined as a crystal grain having a "Ba content of less than 10 at% and a Ti content of less than 10 at%". 2 crystal grains are defined as crystal grains having a Ba content of 10 at% or more and a Ti content of 10 at% or more.
表1の実施例1〜10を参照すると、本発明の目標特性を達成するために、積層セラミックキャパシターの誘電層は、第1及び第2結晶粒を含み、全面積に対して第2結晶粒の面積比は4.7%〜37.9%である必要がある。 Referring to Examples 1 to 10 in Table 1, in order to achieve the target characteristics of the present invention, the dielectric layer of the multilayer ceramic capacitor includes the first and second crystal grains, and the second crystal grain with respect to the total area. The area ratio of is required to be 4.7% to 37.9%.
すなわち、積層セラミックキャパシターの誘電層の微細構造を観察したときに、単位面積当たり第2結晶粒の面積比が4.7%〜37.9%である場合に、本発明の常温比抵抗が1011Ohm‐cm以上、高温(200度)耐電圧50V/μm以上、TCC(150℃)±15%未満、TCC(200℃)±22%未満、及び常温誘電率400以上のすべての特性の同時具現が可能である。 That is, when observing the microstructure of the dielectric layer of the multilayer ceramic capacitor, the room temperature resistivity of the present invention is 10 when the area ratio of the second crystal grains per unit area is 4.7% to 37.9%. 11 Ohm-cm or more, high temperature (200 degrees) withstand voltage 50 V / μm or more, TCC (150 ° C) less than ± 15%, TCC (200 ° C) less than ± 22%, and room temperature dielectric constant 400 or more at the same time It can be realized.
表3の実施例11〜17は、母材粉末0.9(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3−0.1BaTiO3(z=0.2):100molに対して、第1副成分Li2CO3:2.5mol、第2副成分MnO2:0.5mol、第3副成分SiO2:0.5molであるときに、yによる実施例を示すものであり、表4は、表3の実施例11〜17の誘電体磁器組成物を用いて作製した誘電層と、ニッケル(Ni)内部電極と、を含む還元雰囲気で焼成したプロトタイプ積層セラミックキャパシターの特性を示す。 Example of Table 3 11 to 17, base powder 0.9 (K y Na 1-y ) (Nb 1-z Ta z) O 3 -0.1BaTiO 3 (z = 0.2): to 100mol The example according to y is shown when the first sub-component Li 2 CO 3 : 2.5 mol, the second sub-component MnO 2 : 0.5 mol, and the third sub-component SiO 2: 0.5 mol. Table 4 shows the characteristics of a prototype laminated ceramic capacitor fired in a reducing atmosphere containing a dielectric layer prepared using the dielectric porcelain compositions of Examples 11 to 17 of Table 3 and a nickel (Ni) internal electrode. Shown.
第1主成分のKの組成比yの値が増加するにつれて常温誘電率が向上することが分かるが、Kの組成比yの値が0.7を超える場合(実施例17)には、常温比抵抗が1011Ohm‐cm未満に減少し、高温耐電圧が50V/μm未満と低くなるという問題が発生する。 It can be seen that the room temperature dielectric constant improves as the value of the composition ratio y of K of the first main component increases, but when the value of the composition ratio y of K exceeds 0.7 (Example 17), the room temperature There arises a problem that the specific resistance is reduced to less than 10 11 Ohm-cm and the high temperature withstand voltage is lowered to less than 50 V / μm.
すなわち、Kの組成比yの値が0.7以下である場合(実施例11〜16)に、本発明の常温比抵抗が1011Ohm‐cm以上、高温(200度)耐電圧50V/μm以上、TCC(150℃)±15%未満、TCC(200℃)±22%未満、及び常温誘電率400以上のすべての特性の同時具現が可能である。 That is, when the value of the composition ratio y of K is 0.7 or less (Examples 11 to 16), the room temperature ratio resistance of the present invention is 10 11 Ohm-cm or more, and the high temperature (200 degrees) withstand voltage 50 V / μm. As described above, it is possible to simultaneously realize all the characteristics of TCC (150 ° C.) less than ± 15%, TCC (200 ° C.) less than ± 22%, and room temperature dielectric constant of 400 or more.
また、常温誘電率を800以上に向上させるために、Kの組成比yの値は0.1以上であってもよい。yの値が増加するにつれて常温誘電率は増加してから減少する傾向を示し、上述のようにyの値が0.7を超える場合(実施例17)には、常温比抵抗が1011Ohm‐cm未満に減少し、高温耐電圧が50V/μm未満と低くなるという問題が発生する。したがって、常温誘電率を800以上に向上させ、且つ常温比抵抗を1011Ohm‐cm以上に維持させ、高温耐電圧を50V/μm以上に維持させるために、yの値は0.1〜0.7を満たすことができる。 Further, in order to improve the room temperature dielectric constant to 800 or more, the value of the composition ratio y of K may be 0.1 or more. As the value of y increases, the room temperature dielectric constant tends to increase and then decrease. When the value of y exceeds 0.7 as described above (Example 17), the room temperature resistivity is 10 11 Ohm. The problem arises that the voltage decreases to less than -cm and the high temperature resistivity becomes as low as less than 50 V / μm. Therefore, in order to improve the room temperature dielectric constant to 800 or more, maintain the room temperature resistivity to 10 11 Ohm-cm or more, and maintain the high temperature withstand voltage to 50 V / μm or more, the value of y is 0.1 to 0. .7 can be satisfied.
このときにも、全面積に対して第2結晶粒の面積比は4.7%〜37.9%の範囲に属することが分かる。 Also at this time, it can be seen that the area ratio of the second crystal grains to the total area belongs to the range of 4.7% to 37.9%.
表3の実施例18〜23は、母材粉末0.9(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3−0.1BaTiO3(y=0.2):100molに対して、第1副成分Li2CO3:2.5mol、第2副成分MnO2:0.5mol、第3副成分SiO2:0.5molであるときに、zによる実施例を示すものであり、表4は、表3の実施例18〜23の誘電体磁器組成物を用いて作製した誘電層と、ニッケル(Ni)内部電極と、を含む還元雰囲気で焼成したプロトタイプ積層セラミックキャパシターの特性を示す。 The examples in Table 3 18-23 base powder 0.9 (K y Na 1-y ) (Nb 1-z Ta z) O 3 -0.1BaTiO 3 (y = 0.2): to 100mol The example using z is shown when the first sub-component Li 2 CO 3 : 2.5 mol, the second sub-component MnO 2 : 0.5 mol, and the third sub-component SiO 2: 0.5 mol. Table 4 shows the characteristics of the prototype laminated ceramic capacitor fired in a reducing atmosphere containing the dielectric layer prepared using the dielectric porcelain compositions of Examples 18 to 23 in Table 3 and the nickel (Ni) internal electrode. Shown.
第1主成分のTaの組成比zの値が増加するにつれて常温比抵抗が向上することが分かるが、Taの組成比zの値が0.7を超える場合(実施例23)には、常温誘電率が400未満と低くなるという問題が発生する。 It can be seen that the room temperature resistivity improves as the value of the composition ratio z of Ta of the first principal component increases, but when the value of the composition ratio z of Ta exceeds 0.7 (Example 23), the room temperature is normal. There arises a problem that the dielectric constant is as low as less than 400.
すなわち、Taの組成比zの値が0.7以下である場合(実施例18〜22)に、本発明の常温比抵抗が1011Ohm‐cm以上、高温(200度)耐電圧50V/μm以上、TCC(150℃)±15%未満、TCC(200℃)±22%未満、及び常温誘電率400以上のすべての特性の同時具現が可能である。 That is, when the value of the composition ratio z of Ta is 0.7 or less (Examples 18 to 22), the room temperature resistivity of the present invention is 10 11 Ohm-cm or more, and the high temperature (200 degrees) withstand voltage 50 V / μm. As described above, all the characteristics of TCC (150 ° C.) less than ± 15%, TCC (200 ° C.) less than ± 22%, and room temperature resistivity of 400 or more can be realized at the same time.
このときにも、全面積に対して第2結晶粒の面積比は4.7%〜37.9%の範囲に属することが分かる。 Also at this time, it can be seen that the area ratio of the second crystal grains to the total area belongs to the range of 4.7% to 37.9%.
上述のように、第1主成分のKとTaは相補的な関係にある。したがって、第1主成分にK及びTaを同時に含み各組成比を適切に調節することで常温比抵抗を1011Ohm‐cm以上に維持し、且つ常温誘電率を800以上に向上させることができる。 As described above, the first principal components K and Ta have a complementary relationship. Therefore, by simultaneously containing K and Ta in the first principal component and appropriately adjusting each composition ratio, the room temperature resistivity can be maintained at 10 11 Ohm-cm or more, and the room temperature dielectric constant can be improved to 800 or more. ..
表5の実施例24〜30は、母材粉末0.9(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3−0.1BaTiO3(y、z=0.2):100molに対して、第2副成分MnO2:0.5mol、第3副成分SiO2:0.5molであるときに、第1副成分Li2CO3の含有量による実施例を示すものであり、表6は、表5の実施例24〜30の誘電体磁器組成物を用いて作製した誘電層と、ニッケル(Ni)内部電極と、を含む還元雰囲気で焼成したプロトタイプ積層セラミックキャパシターの特性を示す。 Example 24-30 in Table 5, base powder 0.9 (K y Na 1-y ) (Nb 1-z Ta z) O 3 -0.1BaTiO 3 (y, z = 0.2): 100mol On the other hand, when the second sub-component MnO 2 : 0.5 mol and the third sub-component SiO 2 : 0.5 mol, an example based on the content of the first sub-component Li 2 CO 3 is shown. Table 6 shows the characteristics of the prototype laminated ceramic capacitor fired in a reducing atmosphere containing the dielectric layer prepared using the dielectric porcelain compositions of Examples 24 to 30 in Table 5 and the nickel (Ni) internal electrode. ..
第1副成分Li2CO3の含有量が母材粉末100molに対して0.25mol未満である場合(実施例24)には、焼結密度が低くて常温比抵抗及び高温耐電圧が非常に低いという問題が発生し、第1副成分Li2CO3の含有量が母材粉末100molに対して5.0molを超える場合(実施例30)には、高温耐電圧50V/μm未満と低くなるという問題が発生する。 When the content of the first subcomponent Li 2 CO 3 is less than 0.25 mol with respect to 100 mol of the base material powder (Example 24), the sintering density is low and the room resistivity and the high temperature withstand voltage are very high. When the problem of lowness occurs and the content of the first subcomponent Li 2 CO 3 exceeds 5.0 mol with respect to 100 mol of the base metal powder (Example 30), the high temperature resistivity is as low as less than 50 V / μm. The problem occurs.
すなわち、第1副成分Li2CO3の含有量が母材粉末100molに対して0.25mol〜5.0molの範囲に属する場合(実施例25〜29)に、本発明の常温比抵抗が1011Ohm‐cm以上、高温(200度)耐電圧50V/μm以上、TCC(150℃)±15%未満、TCC(200℃)±22%未満、及び常温誘電率400以上のすべての特性の同時具現が可能である。 That is, when the content of the first subcomponent Li 2 CO 3 belongs to the range of 0.25 mol to 5.0 mol with respect to 100 mol of the base material powder (Examples 25 to 29), the room temperature resistivity of the present invention is 10. 11 Ohm-cm or more, high temperature (200 degrees) withstand voltage 50 V / μm or more, TCC (150 ° C) less than ± 15%, TCC (200 ° C) less than ± 22%, and room temperature dielectric constant 400 or more at the same time It can be realized.
このときにも、全面積に対して第2結晶粒の面積比は4.7%〜37.9%の範囲に属することが分かる。 Also at this time, it can be seen that the area ratio of the second crystal grains to the total area belongs to the range of 4.7% to 37.9%.
表5の実施例31〜37は、母材粉末0.9(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3−0.1BaTiO3(y、z=0.2):100molに対して、第1副成分Li2CO3:2.5mol、第3副成分SiO2:0.5molであるときに、第2副成分MnO2の含有量による実施例を示すものであり、表6は、表5の実施例31〜37の誘電体磁器組成物を用いて作製した誘電層と、ニッケル(Ni)内部電極と、を含む還元雰囲気で焼成したプロトタイプ積層セラミックキャパシターの特性を示す。 Example 31-37 in Table 5, base powder 0.9 (K y Na 1-y ) (Nb 1-z Ta z) O 3 -0.1BaTiO 3 (y, z = 0.2): 100mol On the other hand, when the first sub-component Li 2 CO 3 : 2.5 mol and the third sub-component SiO 2 : 0.5 mol, an example based on the content of the second sub-component MnO 2 is shown. Table 6 shows the characteristics of the prototype laminated ceramic capacitor fired in a reducing atmosphere containing the dielectric layer prepared using the dielectric porcelain compositions of Examples 31 to 37 of Table 5 and the nickel (Ni) internal electrode. ..
第2副成分MnO2の含有量が母材粉末100molに対して0.1mol未満である場合(実施例31)には、常温比抵抗及び高温耐電圧が非常に低いという問題が発生し、第2副成分MnO2の含有量が母材粉末100molに対して5.0mol程度と過量の場合(実施例37)にも常温比抵抗及び高温耐電圧が低くなるという問題がある。 When the content of the second subcomponent MnO 2 is less than 0.1 mol with respect to 100 mol of the base metal powder (Example 31), the problem of very low resistivity at room temperature and withstand voltage at high temperature occurs, and the second subcomponent Even when the content of the 2 sub-component MnO 2 is an excessive amount of about 5.0 mol with respect to 100 mol of the base metal powder (Example 37), there is a problem that the resistivity at room temperature and the withstand voltage at high temperature are lowered.
すなわち、第2副成分MnO2の含有量が母材粉末100molに対して0.1mol〜3.0molの範囲に属する場合(実施例32〜36)に、本発明の常温比抵抗が1011Ohm‐cm以上、高温(200度)耐電圧50V/μm以上、TCC(150℃)±15%未満、TCC(200℃)±22%未満、及び常温誘電率400以上のすべての特性の同時具現が可能である。 That is, when the content of the second subcomponent MnO 2 belongs to the range of 0.1 mol to 3.0 mol with respect to 100 mol of the base material powder (Examples 32 to 36), the room temperature resistivity of the present invention is 10 11 Ohm. Simultaneous realization of all characteristics of -cm or more, high temperature (200 degrees) withstand voltage 50 V / μm or more, TCC (150 ° C) ± 15% or less, TCC (200 ° C) ± 22% or more, and room temperature dielectric constant 400 or more It is possible.
このときにも、全面積に対して第2結晶粒の面積比は4.7%〜37.9%の範囲に属することが分かる。 Also at this time, it can be seen that the area ratio of the second crystal grains to the total area belongs to the range of 4.7% to 37.9%.
表5の実施例38〜44は、母材粉末0.9(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3−0.1BaTiO3(y、z=0.2):100molに対して、第1副成分Li2CO3:2.5mol、第2副成分MnO2:0.5molであるときに、第3副成分SiO2の含有量による実施例を示すものであり、表6は、表5の実施例38〜44の誘電体磁器組成物を用いて作製した誘電層と、ニッケル(Ni)内部電極と、を含む還元雰囲気で焼成したプロトタイプ積層セラミックキャパシターの特性を示す。 Example 38-44 in Table 5, base powder 0.9 (K y Na 1-y ) (Nb 1-z Ta z) O 3 -0.1BaTiO 3 (y, z = 0.2): 100mol On the other hand, when the first sub-component Li 2 CO 3 : 2.5 mol and the second sub-component MnO 2 : 0.5 mol are used, an example based on the content of the third sub-component SiO 2 is shown. Table 6 shows the characteristics of the prototype laminated ceramic capacitor fired in a reducing atmosphere containing the dielectric layer prepared using the dielectric porcelain compositions of Examples 38 to 44 of Table 5 and the nickel (Ni) internal electrode. ..
第3副成分SiO2の含有量が母材粉末100molに対して0.1mol未満である場合(実施例38)には、焼結密度が低くて常温比抵抗及び高温耐電圧が低いという問題が発生し、第3副成分SiO2の含有量が母材粉末100molに対して7mol程度と過量の場合(実施例44)にも二次相などの生成によって高温耐電圧が低くなるという問題がある。 When the content of the third subcomponent SiO 2 is less than 0.1 mol with respect to 100 mol of the base metal powder (Example 38), there is a problem that the sintering density is low and the room resistivity and the high temperature withstand voltage are low. Even when the content of the third subcomponent SiO 2 is excessive, about 7 mol with respect to 100 mol of the base metal powder (Example 44), there is a problem that the high temperature resistivity is lowered due to the formation of the secondary phase or the like. ..
すなわち、第3副成分SiO2の含有量が母材粉末100molに対して0.1mol〜5.0molである場合(実施例39〜43)に、本発明の常温比抵抗が1011Ohm‐cm以上、高温(200度)耐電圧50V/μm以上、TCC(150℃)±15%未満、TCC(200℃)±22%未満、及び常温誘電率400以上のすべての特性の同時具現が可能である。 That is, when the content of the third auxiliary component SiO 2 is 0.1 mol to 5.0 mol with respect to 100 mol of the base material powder (Examples 39 to 43), the room temperature resistivity of the present invention is 10 11 Ohm-cm. As mentioned above, it is possible to simultaneously realize all the characteristics of high temperature (200 ° C) withstand voltage of 50 V / μm or more, TCC (150 ° C) less than ± 15%, TCC (200 ° C) less than ± 22%, and normal temperature dielectric constant of 400 or more. is there.
このときにも、全面積に対して第2結晶粒の面積比は4.7%〜37.9%の範囲に属することが分かる。 Also at this time, it can be seen that the area ratio of the second crystal grains to the total area belongs to the range of 4.7% to 37.9%.
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited to this, and various modifications and modifications are made within the scope of the technical idea of the present invention described in the claims. It is clear to those with ordinary knowledge in the art that this is possible.
100 積層セラミックキャパシター
110 セラミック本体
111 誘電層
121、122 第1及び第2内部電極
131、132 第1及び第2外部電極
100
Claims (6)
前記第1主成分は(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3であり、前記第2主成分はBaTiO3であり、
前記母材粉末が(1−x)(KyNa1−y)(Nb1−zTaz)O3−xBaTiO3であるときに、
前記xは0.05≦x≦0.4であり、
前記yは0.1≦y≦0.7であり、
前記zは0<z≦0.7であり、
前記副成分は、第1副成分を含み、
前記第1副成分は、Liを含む酸化物又は炭酸塩から選択されるいずれか一つ以上を含み、
前記第1副成分の含有量は、母材粉末100molに対してLi元素の含有量が0.5mol〜10.0molである、誘電体磁器組成物。 A base material powder containing a first principal component and a second principal component, and an auxiliary component,
The first principal component is a (K y Na 1-y) (Nb 1-z Ta z) O 3, the second principal component is BaTiO 3,
When the base powder is (1-x) (K y Na 1-y) (Nb 1-z Ta z) O 3 -xBaTiO 3,
The x is 0.05 ≦ x ≦ 0.4.
The y is 0.1 ≦ y ≦ 0.7.
Wherein z Ri is 0 <z ≦ 0.7 der,
The sub-component contains a first sub-component and contains
The first subcomponent comprises any one or more selected from Li-containing oxides or carbonates.
The content of the first subcomponent, the content of Li elements Ru 0.5mol~10.0mol der against base powder 100 mol, the dielectric ceramic composition.
前記第2副成分は、Mn、V、Cr、Fe、Ni、Co、Cu及びZnの原子価可変アクセプター(Variable Valence Acceptor)元素の酸化物或いは炭酸塩からなる群から選択される一つ以上を含み、
前記第2副成分の含有量は、前記第2副成分に含まれる原子価可変アクセプター元素の含有量が母材粉末100molに対して0.1mol〜3.0molである、請求項1に記載の誘電体磁器組成物。 The sub-ingredient contains a second sub-ingredient
The second subcomponent is one or more selected from the group consisting of oxides or carbonates of Mn, V, Cr, Fe, Ni, Co, Cu and Zn valence variable acceptor elements. Including
The content of the second subcomponent, the content of valence variable acceptor element contained in the second subcomponent being 0.1mol~3.0mol against base powder 100 mol, of claim 1 Dielectric porcelain composition.
Si元素の酸化物、Si元素の炭酸塩及びSi元素を含むガラスからなる群から選択される一つ以上を含み、
前記第3副成分の含有量は、母材粉末100molに対してSi元素の含有量が0.1mol〜5.0molである、請求項1または2に記載の誘電体磁器組成物。 The sub-ingredient contains a third sub-ingredient
Containing one or more selected from the group consisting of oxides of Si element, carbonates of Si element and glass containing Si element.
The dielectric porcelain composition according to claim 1 or 2 , wherein the content of the third subcomponent is 0.1 mol to 5.0 mol of the Si element with respect to 100 mol of the base material powder.
前記セラミック本体の外側に配置され、前記内部電極と接続する外部電極と、を含み、
前記誘電層はK、Na、Nb及びTaを含み、前記誘電層は、第1結晶粒と、第2結晶粒と、を含み、
前記第1結晶粒は、Ba含有量が10at%未満、Ti含有量が10at%未満である結晶粒であり、前記第2結晶粒は、Ba含有量が10at%以上、Ti含有量が10at%以上である結晶粒であるときに、
全面積に対する前記第2結晶粒の面積比は4.7%〜37.9%であり、
前記誘電層は、第1主成分と第2主成分とを含む母材粉末と、副成分と、を含み、
前記第1主成分は(K y Na 1−y )(Nb 1−z Ta z )O 3 であり、前記第2主成分はBaTiO 3 であり、
前記母材粉末が(1−x)(K y Na 1−y )(Nb 1−z Ta z )O 3 −xBaTiO 3 であるときに、前記xは0.05≦x≦0.4であり、前記yは0.1≦y≦0.7であり、前記zは0<z≦0.7であり、
前記副成分は、第1副成分を含み、
前記第1副成分は、Liを含む酸化物又は炭酸塩から選択されるいずれか一つ以上を含み、
前記第1副成分の含有量は、母材粉末100molに対してLi元素の含有量が0.5mol〜10.0molである、積層セラミックキャパシター。 A ceramic body including a dielectric layer and internal electrodes,
Includes an external electrode located outside the ceramic body and connected to the internal electrode.
The dielectric layer contains K, Na, Nb and Ta, and the dielectric layer contains first crystal grains and second crystal grains.
The first crystal grain is a crystal grain having a Ba content of less than 10 at% and a Ti content of less than 10 at%, and the second crystal grain has a Ba content of 10 at% or more and a Ti content of 10 at%. When it is a crystal grain that is above
Area ratio of the second crystal grains to the total area of Ri 4.7% ~37.9% der,
The dielectric layer contains a base material powder containing a first principal component and a second principal component, and an auxiliary component.
The first principal component is a (K y Na 1-y) (Nb 1-z Ta z) O 3, the second principal component is BaTiO 3,
When the base powder is (1-x) (K y Na 1-y) (Nb 1-z Ta z) O 3 -xBaTiO 3, wherein x is 0.05 ≦ x ≦ 0.4 , The y is 0.1 ≦ y ≦ 0.7, and the z is 0 <z ≦ 0.7.
The sub-component contains a first sub-component and contains
The first subcomponent comprises any one or more selected from Li-containing oxides or carbonates.
The content of the first subcomponent, the content of Li elements Ru 0.5mol~10.0mol der against base powder 100 mol, laminated ceramic capacitors.
高温(200度)耐電圧50V/μm以上、
TCC(150℃)±15%未満、
TCC(200℃)±22%未満、及び
常温誘電率800以上を満たす、請求項4または5に記載の積層セラミックキャパシター。 Room resistivity is 10 11 Ohm-cm or more,
High temperature (200 degrees) withstand voltage 50V / μm or more,
TCC (150 ° C) less than ± 15%,
The multilayer ceramic capacitor according to claim 4 or 5 , which satisfies TCC (200 ° C.) less than ± 22% and a room temperature dielectric constant of 800 or more.
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