<第1实施方式>
(结构)
参照图1详细说明本发明的叠层陶瓷电容器。图1是表示本发明的叠 层陶瓷电容器的简要剖面图。图1中的局部放大图是构成电介质层的主晶 粒和晶界相的模式图。本发明的叠层陶瓷电容器,在电容器主体1的两端 部上形成外部电极3。该外部电极3,例如通过烧结Cu或、Cu和Ni的合 金糊而形成。
电容器主体1,通过交替叠层电介质层5和内部电极层7而构成。电 介质层5由晶粒9a、9b和晶界相11构成。电介质层5的厚度,优选在3μm 以下,更优选在2.5μm以下,以使叠层陶瓷电容器小型化。此外在本发明 中,为了稳定静电电容的偏差及电容温度特性,更优选电介质层5的厚度 偏差在10%以内。
内部电极层7,在即使高叠层化也能够抑制制造成本的方面,优选由 镍(Ni)或
铜(Cu)等贱金属构成。尤其,在谋求与本发明的电介质层5 的同时烧成的方面,更优选镍(Ni)。
根据本发明的构成电介质层5的晶粒,可以是Ca成分浓度不同的
钙 钛矿型钛酸钡晶粒。即,晶粒由BCT晶粒9a(用Ca置换A点的一部分 的
钙钛矿型钛酸钡晶粒)、和BT晶粒9b(不含有置换Ca的钙钛矿型钛酸 钡晶粒)构成。如上述那样,通过这样2种晶粒共存而显示出优越的特性。 另外,根据本发明的钙钛矿型钛酸钡晶粒中的BT晶粒9b,是Ca成分浓 度在0.2原子%以下的钛酸钡晶粒。另外,BCT晶粒9a,在Ca成分浓度 在0.4原子%以上,尤其在维持作为具有BCT晶粒9a的高相对介电常数 的强电介质的功能的方面,优选是Ca成分浓度为0.5~2.5原子%的钛酸 钡晶粒。
晶粒9a、9b的平均粒径,在通过电介质层5的薄层化实现高电容化 和高绝缘化的方面,优选0.4μm以下,在d90时优选在0.7μm以下。所谓 d90,是粒度分布上的按质量的90%积分累计值。另外,BCT晶粒9a及 BT晶粒9b的粒径的下限值,基于提高电介质层5的相对介电常数,并且 控制相对介电常数的温度依赖性的理由,优选0.15μm以上。
此处,所述BCT晶粒9a,如上所述,是用Ca置换A点的一部分的 钙钛矿型钛酸钡,理想地用(Ba1-xCax)TiO3表示。上述BCT晶粒9a上的 A点中的Ca置换量,可以是x=0.01~0.2,优选是x=0.02~0.07。如果 Ca置换量在此范围内,室温附近的相转变点充分向低温侧偏移,通过与 BT晶粒9b的共存结构,能够在作为电容器使用的温度范围内,确保优异 的温度特性及DC
偏压特性。
另外,BT晶粒9b是不含有置换Ca的钙钛矿型钛酸钡,理想地用 BaTiO3表示。另外,在本发明中,所谓BT晶粒9b,规定为作为分析值的 Ca浓度在0.2原子%以下。
构成电介质层5的晶粒的BCT晶粒9a和BT晶粒9b,在基于规定上 述Ca浓度时的指标的评价中,在按电介质层5的断面或表面的结晶组织 中的各个晶粒的面积比,将BCT晶粒9a的比例规定为ABCT、将BT晶粒 9b的比例规定为ABT时,最好按具有ABT/ABCT=0.1~3的关系的组织的 比例共存。尤其,在进一步提高相对介电常数、温度特性及DC偏压特性 的方面,优选ABT/ABCT=0.3~2。
此外,BCT晶粒9a和BT晶粒9b,都含有Mg、稀土元素及Mn。相 对于BCT晶粒9a及BT晶粒9b,即Ca成分浓度不同的钛酸钡晶粒的总 量100质量份,如果含有Mg:0.04~0.14质量份、稀土元素:0.2~0.9质 量份、Mn:0.04~0.15质量份,就能够更加使静电电容的温度特性稳定化, 并且能够提高高温负荷试验中的可靠性。
进而,在提高所述静电电容的温度特性的稳定化及高温负荷试验中的 可靠性的方面,更优选BCT晶粒9s所含的Mg、稀土元素及Mn的总量 浓度,高于BT晶粒9b所含的Mg、稀土元素及Mn的总量浓度。由于这 些Mg、稀土元素及Mn来自烧结助剂,所以这些元素固溶在BCT晶粒9a 及BT晶粒9b中,但其一部分也存在于晶界相11中,特别容易作为非晶 态存在。即,在电介质层5中,Mg、稀土元素是以BT晶粒9b及BCT 晶粒9a作为芯壳结构的成分。另外,Mn能够补偿通过还原气氛中的烧成 而生成的BT晶粒9b、BCT晶粒9a中的氧
缺陷,提高绝缘性及高温负荷 寿命。
此外,在电介质层5中,晶粒9a、9b所含的稀土元素,优选以粒子 表面即晶界相11作为最高浓度,从晶粒9a、9b的表面朝粒子内部具有浓 度梯度,同时在0.05原子%/nm以上。即,如果稀土元素的浓度梯度是如 此的条件,随着相对介电常数及高温度负荷寿命的提高,即使电容温度特 性,也能够满足X7R标准。
作为稀土元素,例如可列举La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、 Ho、Y、Er、Tm、Yb、Lu、Sc等,只要使用这些元素中的至少一种就可 以。
此外,在根据本发明的电介质层5中,基于能够高度维持电介质层5 的相对介电常数,并且提高
加速试验中的耐性的理由,可以陶瓷中所含的 氧化铝的杂质量在1质量%以下。
如上所述,在本发明的电介质陶瓷中,BCT晶粒9a和BT晶粒9b共 存。在如此的共存系中,BCT晶粒9a及BT晶粒9b,由粒子中心到粒子 表面侧,形成偏存来自烧结助剂的Mg及稀土元素的芯壳型结构,其结果, 具有达到高介电常数,相对介电常数的温度依赖性或DC偏压依赖性极小 的特性。
一般,BT晶粒9b,因伴随逐次相转变的原子的摆动,显示超过4000 的大的相对介电常数,但由于起因于逐次相转变的前驱现象即原子的摆动 的高相对介电常数,外加DC偏压造成的相对介电常数的下降增大。另外, 在BT晶粒中看到的3个逐次相转变点内,位于最高温度(125℃左右)的 相转变温度,即使用Ca置换A点的一部分,也几乎不变化。但是,在室 温附近和比其更低的低温的结构相转变点,与置换Ca量的增加成比例地 向低温偏移。即,由于BT晶粒9b显示高介电常数的主要原因是室温附近 和更低温度的结构相转变的前驱现象即原子的摆动的增大,因此在用Ca置换A点的一部分的BCT晶粒9a中,在室温附近和更低温度下的相转变 点向低温侧偏移。因此,尽管相对介电常数减小,也大大提高DC偏压特 性。即,在本发明的电介质陶瓷中,显示高相对介电常数,通过实现温度 特性优异的BT晶粒9b、和DC偏压特性优异的BCT晶粒9a的共存结构, 与BT晶粒9b相比DC偏压特性优异,此外与BCT晶粒9a相比介电常数 高,并且显示介质特性的温度依赖性及DC偏压依赖性小的特性。
此外,在本发明中,重要的是构成晶粒9的钛酸钡中的钡或钡和Ca的总量A摩尔(A点)、钛B摩尔(B点)的比,满足A/B≥1.003的关 系。另外,晶粒9a、9b的主要成分即BCT晶粒9a中的钡或钡和Ca的总 量A摩尔和钛B摩尔的摩尔比A/B优选在1.003以上。在以往的BCT 晶粒中,如果混合Mg和稀土元素,就容易随着Ca的扩散引起晶粒生长。 在本发明中,通过按如上所述规定钛酸钡·钙(BCT晶粒)的A/B比, 能够抑制BCT晶粒9a的生长。
与此相反,在BCT晶粒9a不含Mg、稀土元素及Mn的情况下,或 在A/B比在1.002以下的情况下,容易引起BCT晶粒9a的生长,绝缘 性降低,在高温负荷下容易发生不良。
图2是表示根据本发明的采用交流阻抗测定的电介质层中的晶界的电 阻的评价方法的模式图。在图2中,20a是用于安装试样即叠层陶瓷电容 器、进行
温度控制的恒温槽,20b是对试样外加直流
电压的HALT(加速 寿命试验:Highly Accelerated Life Test)测定装置,20c是具有交流电源的 阻抗测定装置。图3(a)是表示采用交流阻抗测定的电介质层中的晶界的 电阻评价结果的曲线图,图3(b)是表示分析所用的等价电路的电路图。
在本发明中,将叠层陶瓷电容器放置在温度比构成电介质层5的钙钛 矿型钛酸钡晶粒示出的
居里温度高、及所述叠层陶瓷电容器的电压在额定 电压的1/3以上的高温负荷气氛中。然后,在放置在所述高温负荷气氛 中的前后,按相同的条件,测定交流阻抗测定中的所述电介质层中的晶界 相的电阻减少率。图3(a)是表示根据本发明的叠层陶瓷电容器上的晶粒 的芯(中心部)、壳(外周部)、晶界相及内部电极7和电介质层5的界面 上的阻抗变化的曲线图(科尔-科尔
块图)。在该评价中,按图中的等价电 路,将电介质层5区分成芯(中心部)、壳(外周部)、晶界相11及内部 电极7和电介质层5的界面等4个成分。曲线图的横轴表示阻抗
信号的实 部,纵轴表示
虚部。表示阻抗变化的曲线图,是根据加速寿命试验(HALT) 前后的差异及模拟的调整。在本发明中,尤其,注重晶界相11上的电阻 变化,该
实部的减少率最好在0.7%/min以下。该评价,例如,能够通过 利用专用
软件将加速寿命试验(HALT)前后的图3(a)的科尔-科尔块图 分成上述4个成分求出。
此时,在能够加大高温负荷气氛处理前后的电介质层5中的离子的扩 散或电子的移动,明显发现晶界相11的电阻减小率的方面,作为温度优 选居里温度的1.5倍,作为电压优选额定电压的2/5V以上。
(制造方法)
下面,详细说明根据本发明的叠层陶瓷电容器的制造方法。图4是表 示根据本发明的叠层陶瓷电容器的制造方法的工序图。
本发明的叠层陶瓷电容器,通过烧成交替叠层含有电介质粉末和有机 树脂的生片和内部电极图形而成的电容器主体成型体进行制造。所述电介 质粉末,相对于BCT粉末(用Ca置换A点的一部分的钙钛矿型钛酸钡粉 末)和BT粉末(不含置换Ca的钙钛矿型钛酸钡粉末)的混合粉末100 质量份,按氧化物换算,按总量添加有0.5~1.5质量份的Mg、稀土元素 及Mn的氧化物,并添加有1~1.4质量份的氧化铝的含有量在1质量%以 下的玻璃粉末、及0.01~1质量份的碳酸钡粉末的。
图4是表示根据本发明的叠层陶瓷电容器的制造方法的工序图。
(a)工序:首先,采用
球磨机等,与聚乙烯醇缩丁
醛树脂等有机树 脂或
甲苯及
乙醇等
溶剂一同,混合以下所示的原料粉末,调制陶瓷
生料(浆 料)。接着,采用上述陶瓷生料,利用刮板法或模涂法等薄片成型法,将 陶瓷生片21形成在载体膜22上。陶瓷生片21的厚度,在维持电介质层 的高电容化的薄层化、高绝缘性的方面,优选1~4μm。
本发明的制造方法所用的BCT粉末及BT粉末即电介质粉末,是分别 用(Ba1-xCax)TiO3及BaTiO3表示的原料粉末。此处,所述BCT粉末中的 Ca置换量为x=0.01~0.2,优选x=0.03~0.1。此外,BCT粉末,其构成 成分即钡、或钡和Ca的总量A摩尔和钛B摩尔的摩尔比A/B,最好在 1.003以上。上述BT粉末及BCT粉末,通过以达到规定的组成的方式混 合含有Ca成分及Ti成分的化合物而合成。这些电介质粉末,是利用从固 相法、液相法(包括经由
草酸盐生成的方法)、水热合成法等中选择的合 成法得到的。基于其中得到的电介质粉末的粒度分布窄、结晶性高的理由, 最好利用水热合成法得到的电介质粉末。
根据本发明的电介质粉末即钛酸钡粉末(BT粉末)及钛酸钡·钙粉 末(BCT粉末)的粒度分布,在容易进行电介质层5的薄层化,并且提高 电介质粉末的相对介电常数的方面,最好在0.15~0.4μm。
此外,作为相对介电常数高的电介质粉末,在采用
X射线衍射评价其 结晶性时,例如,表示正方晶的指数(001)PAA的峰、和立方晶的指数(100) PBB的峰的比(PAA/PBB),最好在1.1以上。
在构成本发明的电介质层5的时候,上述BCT粉末和BT粉末的混合 比,在烧成后得到的陶瓷中,尤其在进一步提高介电常数、温度特性及 DC偏压特性的方面,在将BCT粉末量规定为WBCT、将BT粉末量规定为 WBT时,最好WBCT/WBT在0.95~1.05的范围。
添加在所述电介质粉末中的Mg,相对于BCT粉末和BT粉末的混合 物即电介质粉末100质量份,按氧化物换算,可以为0.04~0.14质量份。 稀土元素,相对于BCT粉末和BT粉末的混合物即电介质粉末100质量份, 按氧化物换算,可以为0.2~0.9质量份。Mn,相对于BCT粉末和BT粉 末的混合物即电介质粉末100质量份,按氧化物换算,可以为0.04~0.15 质量份。
上述玻璃粉末,例如可由Li2O、SiO2、BaO及CaO构成。玻璃粉末 的添加量,在提高陶瓷的烧结性的方面,相对于BCT粉末和BT粉末的混 合物即电介质粉末100质量份,优选为0.7~2质量份。其组成最好为Li2O: 5~15摩尔%、SiO2:40~60摩尔%、BaO:10~30摩尔%、及CaO:10~ 30摩尔%。此外,在本发明的玻璃粉末中,尤其重要的是,氧化铝的含有 量在1质量%以下,更优选在0.1质量%以下。
碳酸钡粉末,基于抑制晶粒生长的理由,相对于BCT粉末和BT粉末 的混合物100质量份,优选为0.01~1质量份。
(b)工序:在上述(a)工序中得到的陶瓷生片21的主面上印刷形 成矩形状的内部电极图形23。成为内部电极图形23的导电糊,以Ni、Cu或它们的
合金粉末作为主成分金属,在其中混合作为合用材的陶瓷粉末, 添加有机
粘合剂、溶剂及分散剂,进行调制。作为
金属粉末,在能够与上 述电介质粉末同时烧成,降低成本的方面,优选Ni。作为陶瓷粉末,优选 Ca浓度低的BT粉末。通过在导电糊中含有陶瓷粉末,本发明的内部电极 层7,能够以贯通电极层,连接上下的电介质层5的方式,形成柱状的陶 瓷。由此,能够防止电介质层5和内部电极层7之间的剥离。此处所用的 陶瓷粉末能够抑制烧成时的陶瓷的异常晶粒生长,能够提高机械强度。此 外,通过抑制形成在内部电极层上的柱状陶瓷的晶粒异常生长,也能够减 小叠层陶瓷电容器的电容温度依赖性。内部电极图形23的厚度,基于降 低叠层陶瓷电容器的小型化及内部电极图形23形成的高低差的理由,优 选在1μm以下。
另外,为了消除陶瓷生片21上的内部电极图形23形成的高低差,优 选按实质上与内部电极图形23相同的厚度,在内部电极图形23的周围形 成陶瓷图形25。构成陶瓷图形25的陶瓷成分,在同时相同地进行烧成中 的烧成收缩的方面,优选采用所述电介质粉末。
(c)工序:按要求片数重叠上面形成有内部电极图形23的陶瓷生片 21,以上下层相同的片数,在其上下多片重叠未形成内部电极图形23的 陶瓷生片21,形成预叠层体。预叠层体中的内部电极图形23,每半个图 形地向纵向错动。利用如此的叠层方法,能够在切断后的叠层体的端面交 替露出内部电极图形23。
在本发明中,除如上所述在陶瓷生片21的主面上预先形成内部电极 图形23的叠层方法外,也可以在暂时使陶瓷生片21粘结在下层侧的功能 材料上后,印刷内部电极图形23,在使其干燥后,在该印刷干燥的内部电 极图形23上,重叠未印刷内部电极图形23的陶瓷生片21,使其预粘结, 即使利用逐次进行的方法,也能够形成如此的陶瓷生片21的粘结和内部 电极图形23的印刷。
接着,在比所述预叠层时的温度压
力高的高温、高压的条件下进行预 叠层体的
挤压,形成强固地粘结陶瓷生片21和内部电极图形23的叠层体 29。
接着,沿着切断线h,即沿着形成在叠层体29中的陶瓷图形25的大 致中央,向与内部电极图形23的纵向垂直的方向及平行的方向,分别切 断叠层体29,以露出内部电极图形的端部的方式形成电容器主体成型体。 图4(c-1)及(c-2)是分别向与内部电极图形23的纵向垂直的方向及平 行的方向切断的剖视图。另外,在内部电极图形23的幅度最宽的部分, 在侧边际以不露出的状态形成该内部电极图形。
接着,在规定的气氛下,按规定的温度条件烧成该电容器主体成型体, 形成电容器主体。根据情况,进行该电容器主体的棱线部分的
倒角,同时 为使从电容器主体对向的端面露出的内部电极层露出,也可以实施滚筒研 磨。在本发明的制造方法中,优选,
脱脂在到500℃的温度范围,升温速 度为5~20℃/h,烧成温度的最高温度为1130~1230℃的范围,从脱脂 到最高温度的升温速度为200~500℃/h,在最高温度的保温时间为0.5~ 4小时,从最高温度到1000℃的降温速度为200~500℃/h,气氛为氢- 氮,烧成后的
热处理(再氧化处理)最高温度为900~1100℃,气氛为氮 气。
接着,在该电容器主体1对向的端部,涂布外部电极糊,进行烧结, 形成外部电极1。此外,在该外部电极3的表面上形成
镀膜,以提高组装 性。
在本发明中,也可以与相对于所述的BCT粉末及BT粉末,添加Mg、 稀土元素、Mn的氧化物粉末的方法不同,采用在BCT粉末及BT粉末等 电介质粉末中预先包覆Mg、稀土元素、Mn的氧化物粉末的电介质粉末。 在此种情况下,除电介质粉末不同以外,图4(a)工序~(c)工序相同。
即,本发明的叠层陶瓷电容器的制造方法,所述电介质粉末由被Mg、 稀土元素、Mn的氧化物粉末包覆的BCT粉末、和BT粉末构成,相对于 BCT粉末和BT粉末的混合粉末100质量份,添加1~1.4质量份的氧化铝 含有量在1质量%以下的玻璃粉末、和0.01~1质量份的碳酸钡。
此时,与添加所述Mg、稀土元素、Mn的氧化物的时候相比,Mg、 稀土元素、Mn的氧化物粉末少,尤其,能够减少Mg及稀土元素的量。 因此,能够抑制BT粉末及BCT粉末的相对介电常数的下降。由此,对于 采用的BT粉末及BCT粉末,能够采用更微粒的粉末。
Mg、稀土元素、Mn的氧化物在BT粉末及BCT粉末上的包覆,能够 通过在BT粉末及BCT粉末中混合规定量的Mg、稀土元素、Mn的氧化 物,利用机械化学方法进行。
由于能够在BT粉末及BCT粉末中分别包覆Mg、稀土元素、Mn的 氧化物,因此能够变化其包覆量。BCT粉末所含的Mgo、稀土元素、Mn的总量浓度,最好高于BT粉末所含的Mg、稀土元素、Mn的总量浓度。 由此,能够有效地抑制烧成时晶粒容易生长的BCT粉末的晶粒生长。随 之能够抑制Ca从BCT粉末的扩散。
BCT晶粒9a及BT晶粒9b,一般,都容易在烧结时引起原子扩散形 成的晶粒生长,难得到微小粒径的致密的烧结体。尤其,在所用的原料粒 子尺寸小于超微的时候,由于相对于粒子体积,表面积占大的比例,表面 能大,因此形成
能量不稳定的状态。因此,在烧成时,产生原子扩散形成 的晶粒生长,表面积减小,产生表面能降低造成的稳定化。所以,容易引 起晶粒生长,难得到由微小尺寸的粒子构成的致密的烧结体。
具体是,小于0.2μm的微小粒子尺寸的BT晶粒9b及BCT晶粒9a 的烧结体,如果不在粒子间导入容易产生固溶·晶粒生长、抑制粒子间的 原子移动的粒子,就形成由超过1μm的大尺寸粒子构成的烧结体,难得到 由超微以下的微小粒子尺寸构成的烧结体。然而,在本发明中,通过与微 细结晶原料一同,在将钛酸钡·钙晶粒(BCT晶粒9a)中的钡或钡和Ca的总量作为A摩尔,将钛作为B摩尔时,将摩尔比A/B规定在1.003以 上,并且作为添加剂导入Mg、Y等稀土元素,进一步调整烧成条件,能 够得到反映原料晶粒的尺寸的微小粒子的烧结体。如果在钛酸钡或钛酸 钡·钙中,提高A点侧的元素比,钡或钡·钙大量存在粒子表面上。由此, 钡及其它添加物,通过向粒子表面扩散,形成液相,随着烧结的进行,存 在晶界附近及晶界上,抑制母相即BT、BCT晶粒间的Ba、Ca、Ti原子的 移动,从而抑制晶粒生长。结果,能够在晶粒表面上形成除钡外固溶扩散 Mg及稀土元素的结晶相。即,能够形成Mg及稀土元素偏存在粒子表面 的芯壳结构。另外,如此的芯壳结构的形成,能够通过用透射型电子显微 镜观察这些晶粒加以确认。
<第2实施方式>
下面说明本发明的第2实施方式。在以下的说明中,省略与所述第1 实施方式重复的说明,但除将第1实施方式中的BCT晶粒置换成BST晶 粒(即用Sr置换A点的一部分的钙钛矿型钛酸钡晶粒)以外,第2实施 方式与第1实施方式相同。所以,在以下的说明中,参照与第1实施方式 相同的附图,尤其参照图1和图4,对BST晶粒附加与BCT晶粒相同的 符号“9a”。
构成根据第2实施方式的电介质层5的晶粒9a、9b,是以Ba和Ti为主成分,Sr成分浓度不同的晶粒。即,由用Sr置换A点的一部分的钙 钛矿型钛酸钡晶粒(BST晶粒)和不含置换Sr的钙钛矿型钛酸钡晶粒(BT 晶粒)构成。
即晶粒9a、9b是含有BST晶粒9a和BT晶粒9b的晶粒,如上所述, 通过共存如此的2种晶粒,显示出优异的特性。而且,理想地用BaTiO3 表示晶粒9a、9b中的BT晶粒9b。另外,所谓不含有Sr的BT晶粒9b, 作为分析值,Sr浓度在0.2原子%以下,但也含有使BST晶粒9a中所含 的Sr成分向BT晶粒9b稍微扩散的成分。
另外,BST晶粒9a中的Sr成分浓度在0.4原子以上,尤其在维持作 为具有BST晶粒的高相对介电常数的强电介质的功能的方面,最好Sr成 分浓度为0.5~2.5原子%的钛酸钡晶粒。
此处,BST晶粒9a,如上所述,是用Sr置换A点的一部分的钙钛矿 型钛酸钡,理想地用(Ba1-xSrx)TiO3表示。上述BST晶粒9a上的A点中 的Sr置换量,可以是x=0.01~0.2,优选是x=0.02~0.07。如果Sr置换 量在此范围内,室温附近的相转变点充分向低温侧偏移,通过与BT晶粒 的共存结构,能够在作为电容器使用的温度范围内,确保优异的温度特性 及DC偏压特性。
BST晶粒9a和BT晶粒9b,在基于规定所述Sr浓度的指标的评价中, 在按电介质层5的断面或表面的结晶组织中的各个晶粒的面积比,将BCT 晶粒9a的比例规定为ABST、将BT晶粒9b的比例规定为ABT时,最好按 具有ABT/ABST=0.1~3的关系的组织的比例共存。尤其,在进一步提高 相对介电常数、温度特性及DC偏压特性的方面,优选ABT/ABST=0.3~2。
根据本实施方式的钛酸钡的BST晶粒9a、9b的特性发现机理,与第1
实施方式相同。
(制造方法)
根据本实施方式的叠层陶瓷电容器,与第1实施方式相同,通过烧成 交替叠层含有电介质粉末和有机树脂的生片和内部电极图形而成的电容 器主体成型体进行制造。所述电介质粉末,相对于用Sr置换A点的一部 分的钙钛矿型钛酸钡粉末(BST粉末)和不含置换Sr的钙钛矿型钛酸钡 粉末(BT粉末)的混合粉末,添加Mg、稀土元素及Mn的氧化物,氧化 铝的含有量在1质量%以下的玻璃粉末,及碳酸钡粉末。
在此种情况下,所述电介质粉末,基于能够提高高介电常数、高绝缘 性、介电常数的温度特性及高温负荷寿命的理由,最好是相对于BST粉末 (用Sr置换A点的一部分的钙钛矿型钛酸钡粉末)和BT粉末(不含置 换Sr的钙钛矿型钛酸钡粉末)的混合粉末100质量份,按氧化物换算, 按总量添加有0.05~1.5质量份的Mg、稀土元素及Mn,并添加有0.5~1.4 质量份的氧化铝的含有量在1质量%以下的玻璃粉末、及0.01~1质量份 的碳酸钡粉末的。
用Sr置换Ba点的一部分的BST粉末及不含Sr的BT粉末即电介质 粉末,是分别用(Ba1-xSrx)TiO3及BaTiO3表示的原料粉末。此处,所述 BST粉末中的A点中的Sr置换量,优选x=0.01~0.2,更优选x=0.03~ 0.1。此外,BST粉末,最好其构成成分即A点(钡)和B点(钛)的原 子比A/B在1.003以上。上述BT粉末及BST粉末,通过以达到规定的 组成的方式混合含有Ba成分、Sr成分及Ti成分的化合物而合成。这些电 介质粉末,是利用从固相法、液相法(包括经由草酸盐生成的方法)、水 热合成法等中选择的合成法得到的。基于其中得到的电介质粉末的粒度分 布窄、结晶性高的理由,最好是利用水热合成法得到的电介质粉末。
电介质粉末即钛酸钡粉末(BT粉末)及钛酸钡·锶粉末(BST粉末) 的粒度分布,在容易进行电介质层5的薄层化,并且提高电介质粉末的相 对介电常数的方面,最好是0.15~0.4μm。
添加在所述电介质粉末中的Mg、稀土元素及Mn,相对于BST粉末 和BT粉末的混合物即电介质粉末100质量份,按氧化物换算,优选分别 为0.04~0.14质量份、0.2~0.9质量份及0.04~0.15质量份。
添加在所述电介质粉末中的玻璃粉末,作为构成成分,可由Li2O、 SiO2、BaO及CaO构成。玻璃粉末的添加量,在提高陶瓷的烧结性的方面, 相对于BST粉末和BT粉末的混合物即电介质粉末100质量份,优选为 0.5~1.4质量份。其组成最好是Li2O:5~15摩尔%、SiO2:40~60摩尔 %、BaO:10~30摩尔%、及CaO:10~30摩尔%。此外,在根据本发明 的玻璃粉末中,尤其重要的是,氧化铝的含有量在1质量%以下,优选在 0.1质量%以下。在氧化铝的含有量大于1质量%的情况下,晶粒生长,相 对介电常数的温度特性增大,高温负荷寿命下降。碳酸钡粉末,基于抑制 晶粒生长的理由,相对于BST粉末和BT粉末的混合物即电介质粉末100 质量份,优选为0.01~1质量份。
<第3实施方式>
下面说明本发明的第3实施方式。在以下的说明中,省略与所述第1 实施方式重复的说明,但除将第1实施方式中的BCT晶粒置换成BCTZ 晶粒以外,第3实施方式与第1实施方式相同。所以,在以下的说明中, 参照与第1实施方式相同的附图,对BCTZ晶粒附加与BCT晶粒相同的 符号“9a”。
构成电介质层5的晶粒9a、9b,是以Ba和Ti为主成分,Ca及Zr成 分浓度不同的晶粒,即,由用Ca置换A点的一部分、用Zr置换B点的 一部分的钙钛矿型钛酸钡晶粒(BCTZ晶粒9a)和不含Ca及Zr的钙钛矿 型钛酸钡晶粒(BT晶粒9b)构成。
即晶粒9a、9b含有BCTZ晶粒9a和BT晶粒9b,如上所述,通过共 存如此的2种晶粒,显示出优异的特性。而且,理想地用BaTiO3表示BT 晶粒9b。另外,所谓不含有Ca及Zr的BT晶粒9b,作为分析值,Ca、 Zr浓度在0.2原子%以下,但也含有使BCTZ晶粒9a中所含的Ca及Zr成分稍微向BT晶粒9b扩散的成分。
另外,BCTZ晶粒9a中的Ca成分浓度在0.4原子以上,尤其在维持 作为具有高相对介电常数的强电介质的功能的方面,最好Ca成分浓度为 0.5~2.5原子%。
此处,BCTZ晶粒9a,如上所述,是用Ca置换A点的一部分,且用 Zr置换B点的一部分的钙钛矿型钛酸钡,理想地用(Ba1-xCax)m(Ti1-yZry)O3 表示。上述BCTZ晶粒9a上的A点中的Ca置换量,优选x=0.01~0.2, 更优选x=0.02~0.07,优选y=0.15~0.25,更优选y=0.175~0.225。如 果Ca置换量在此范围内,因为室温附近的相转变点充分向低温侧偏移, 能够通过与BT晶粒9的共存结构,在作为叠层陶瓷电容器使用的温度范 围内,确保优异的温度特性及DC偏压特性。此外,如果Zr置换量在此范 围内,具有减小介质损失、提高相对介电常数的效果。
构成电介质层5的晶粒9a、9b的BCTZ晶粒9a和BT晶粒9b,在基 于规定所述Ca浓度的指标的评价中,在按电介质层5的断面或表面的结 晶组织中的各个晶粒的面积比,将BCTZ晶粒9a的比例规定为ABCTZ、将 BT晶粒9b的比例规定为ABT时,最好按具有ABT/ABCTZ=0.1~3的关系 的组织的比例共存,尤其,在进一步提高相对介电常数、温度特性及DC 偏压特性的方面,优选ABT/ABCTZ=0.3~2。
此外,所述BCTZ晶粒9a和BT晶粒9b,其特征在于都含有Mg、稀 土元素及Mn,这些晶粒所含的Mg、稀土元素及Mn的含有量,只要相对 于主晶粒100质量份,Mg按MgO换算含有0.04~0.14质量份,优选含有 0.04~0.1质量份,稀土元素按Re2O3换算含有0.2~0.9质量份,优选0.22~ 0.5质量份,Mn按MnCO3换算含有0.04~0.15质量份,优选0.05~0.1质 量份(在包覆的情况下,为MnO的形态。),就能够更加使静电电容的温 度特性稳定化,并且能够更加提高采用高温负荷试验的可靠性。
如上所述,在本发明的电介质陶瓷中,BCTZ晶粒9a和BT晶粒9b 共存。在如此的共存系中,BCTZ晶粒9a及BT晶粒9b,由粒子中心到粒 子表面侧,形成偏存来自烧结助剂的Mg及稀土元素的芯壳型结构,其结 果,具有达到高介电常数,相对介电常数的温度依赖性或DC偏压依赖性 极小的特性。
下面,说明根据本发明的以钛酸钡为主成分的主晶粒9的特性发现机 理。一般,BT晶粒9b,因伴随逐次相转变的原子的摆动,显示超过4000 的大的相对介电常数,但由于起因于逐次相转变的前驱现象即原子的摆动 的高相对介电常数,因此外加DC偏压造成的相对介电常数的下降增大。 另外,在该BT晶粒9b中看到的3个逐次相转变点内,位于最高温度(125 ℃左右)的相转变温度,即使用Ca置换A点的一部分,也几乎不变化, 但室温附近和比其更低的低温的结构相转变点,与置换Ca量的增加成比 例地向低温偏移。即,由于BT晶粒9b显示高介电常数的主要原因,是室 温附近和更低温度的结构相转变的前驱现象即原子的摆动的增大造成的。
另外,在BCTZ晶粒9a中,由于Ca具有作为使相对介电常数的温度 特性平稳化的耗尽剂的作用,同时具有作为提高绝缘电阻值的元素的作 用,此外Zr主要具有作为使居里点向低温侧移动的移动剂的作用,因此 室温附近和更低温度下的相转变点向低温侧偏移,能够尽量提高室温附近 的相对介电常数。
即,在本发明的电介质陶瓷中,显示高相对介电常数,通过实现温度 特性优异的BT晶粒9b、和室温附近的相对介电常数极高的BCTZ晶粒9a 的共存结构,与BT晶粒9b相比相对介电常数高,此外与BCTZ晶粒9a 相比显示介质特性的温度依赖性小的特性。
此外,在本发明中,重要的是,主晶粒9是以Ba和Ti为主成分,Ca及Zr成分浓度不同的晶粒,并且具有Mg、稀土元素及Mn,同时在将Ba或Ba和Ca的总量A摩尔作为A摩尔,将Ti或Ti和Zr的总量作为B摩 尔时,满足A/B≥1.003的关系,另外,最好构成主晶粒9的晶粒的主要 一个即BCTZ晶粒9a中的A点(Ba、Ca)和B点(Ti、Zr)的摩尔比A /B在1.003以上。在以往的BCTZ晶粒9a中,如果混合Mg及稀土元素, 认为伴随Ca的扩散容易引起晶粒生长,但在本发明中,通过按如上所述 规定BCTZ晶粒9a的A/B比,尤其能够抑制BCTZ晶粒9a的晶粒生长。
与此相反,在BCTZ晶粒9a不含Mg、稀土元素及Mn的情况下,或 在A/B比在1.002以下的情况下,容易引起BCTZ晶粒9a的生长,绝缘 性降低,在高温负荷试验中容易发生不良。
(制造方法)
根据本实施方式的叠层陶瓷电容器,与第1实施方式相同,通过烧成 交替叠层含有电介质粉末和有机树脂的生片和内部电极图形而成的电容 器主体成型体进行制造。
所述电介质粉末,相对于用Ca置换A点的一部分、用Sr置换B点 的一部分的钙钛矿型钛酸钡粉末(BCTZ粉末)和不含置换Ca和Zr的钙 钛矿型钛酸钡粉末(BT粉末)的混合粉末100质量份,最好按氧化物换 算,按总量添加0.05~1.5质量份的Mg、稀土元素及Mn的氧化物,并添 加1~1.4质量份的氧化铝的含有量在1质量%以下的玻璃粉末,及0.01~ 1质量份的碳酸钡粉末。
BCTZ粉末和BT粉末即电介质粉末,是分别用(Ba1-xCax)m(Ti1-yZry)O3 及BaTiO3表示的原料粉末。此处,上述BCTZ晶粒上的A点中的Ca置换量,优选x=0.01~0.2,更优选x=0.02~0.07,优选y=0.15~0.25, 更优选y=0.175~0.225。
此外,上述BCTZ粉末,最好其构成成分即A点(Ba、Ca)和B点 (Ti、Zr)的原子比A/B在1.003以上。上述BT粉末及BCTZ粉末,通 过以达到规定的组成的方式混合含有Ba成分、Ca成分、Ti成分及Zr成 分的化合物而合成。这些电介质粉末,是利用从固相法、液相法(包括经 由草酸盐生成的方法)、水热合成法等中选择的合成法得到的。基于其中 得到的电介质粉末的粒度分布窄、结晶性高的理由,最好利用水热合成法 得到的电介质粉末。
在此种情况下,添加在所述电介质粉末中的Mg、稀土元素及Mn,相 对于BCTZ粉末和BT粉末的混合物100质量份,按氧化物换算,分别优 选为0.04~0.14质量份、0.2~0.9质量份及0.04~0.15质量份。
添加到上述电介质粉末中的玻璃粉末,作为构成成分,可由Li2O、 SiO2、BaO及CaO构成。玻璃粉末的添加量,相对于BCTZ粉末和BT粉 末的混合物即电介质粉末100质量份,在提高陶瓷的烧结性的方面,更优 选为1~1.3质量份。其组成最好是Li2O:5~15摩尔%、SiO2:40~60摩 尔%、BaO:10~30摩尔%、及CaO:10~30摩尔%。此外,在本发明的 玻璃粉末中,尤其重要的是,氧化铝的含有量在1质量%以下,更优选在 0.1质量%以下。平均粒径,基于提高玻璃粉末的分散性,缩小晶界相11 的区域的理由,优选在0.5μm以下。
碳酸钡粉末,基于抑制晶粒生长的理由,相对于BCTZ粉末和BT粉 末的混合物即电介质粉末100质量份,优选为0.01~1质量份。
电容器主体成型体,在规定的气氛下及温度条件下烧成,形成电容器 主体。也可以根据情况,进行该电容器主体的棱线部分的倒角,同时实施 滚筒
研磨,以使从电容器主体对向的端面露出的内部电极层露出。优选, 脱脂在到500℃的温度范围,升温速度为5~20℃/h,烧成温度的最高温 度为1130~1250℃的范围,从脱脂到最高温度的升温速度为200~500℃ /h,在最高温度的保温时间为0.5~4小时,从最高温度到1000℃的降温 速度为200~500℃/h,气氛(氧分压PO2)为10-7~10-5Pa、烧成后的热 处理(再氧化处理)最高温度为900~1100℃,气氛为氮。
本发明的其它叠层陶瓷电容器的制造方法,所述电介质粉末通过分别 包覆Mg、稀土元素及Mn的氧化物而形成,相对于用Ca置换A点的一 部分、用Zr置换B点的一部分的钙钛矿型钛酸钡晶粒(BSTZ粉末)和不 含置换Ca的钙钛矿型钛酸钡晶粒(BT粉末)的混合粉末100质量份,添 加1~1.4质量份的氧化铝含有量为1质量%以下的玻璃粉末、和0.01~1 质量份的钛酸钡粉末。其它,与所述相同。
<第4实施方式>
下面说明本发明的第4实施方式。在以下的说明中,省略与所述第1 实施方式重复的说明,但除将第1实施方式中的BCT晶粒置换成BCST 晶粒、将BT晶粒置换成BCT晶粒以外,第4实施方式与第1实施方式相 同。所以,在以下的说明中,参照与第1实施方式相同的附图,尤其参照 图1和图4,对BCST晶粒附加与BCT晶粒相同的符号“9a”,对BCT 晶粒附加与BT晶粒相同的符号“9b”。
图1所示的电容器主体1通过交替叠层电介质层5和内部电极层7而 构成。电介质层5由晶粒9a、9b和晶界相11构成。为使叠层陶瓷电容器 小型化、高电容化,优选其厚度在3μm以下,更优选在2μm以下。
晶粒9a、9b的平均粒径,在通过电介质层5的薄层化实现高电容化 和高绝缘化的方面,优选0.5μm以下,在d90时优选在0.7μm以下。所谓 d90,是粒度分布上的按质量的90%积分累计值。另外,作为这些BCST 晶粒9a及BCT晶粒9b的粒径的下限值,基于提高电介质层5的相对介 电常数,并且抑制相对介电常数的温度依赖性的理由,优选0.05μm以上。
晶粒9a、9b,是Ca成分浓度和Sr成分浓度不同的钙钛矿型钛酸钡晶 粒。即,由用Ca及Sr置换A点的一部分的钙钛矿型钛酸钡晶粒(BCST 晶粒)和用Ca置换A点的一部分的、不含Sr的钙钛矿型钛酸钡晶粒(BCT 晶粒)构成。即晶粒9a、9b,含有BCST晶粒9a及BCT晶粒9b,如上 所述,通过共存如此的2种晶粒,显示出优异的特性。
BCT晶粒9b,如上所述,是用Ca置换A点的一部分的钙钛矿型钛酸 钡晶粒,理想地用式:(Ba1-xCax)TiO3表示。BCT粉末9a上的A点中的 Ca置换量优选为x=0.005~0.15,更优选x=0.01~0.1,通常,Mg及稀 土元素固溶在B点(有时也固溶在A点)。如果Ca置换量在此范围内, 因为室温附近的相转变点充分向低温侧偏移,能够通过与BCST晶粒9a 的共存结构,在作为电容器使用的温度范围内,确保平稳的温度依赖性和 优异的DC偏压特性。BCT晶粒9b是在该粒子中Ca成分浓度在0.4原子 %以上,且Sr成分浓度在0.2原子%以下的钛酸钡晶粒。
另外,BCST晶粒9a,如上所述,是用Ca及Sr置换A点的一部分的 钙钛矿型钛酸钡晶粒,理想地用式:(Ba1-x-yCaxSry)TiO3表示。与所述的 BCT粉末9b同样,即使在该BCST粉末9a中,在该B点中也通常固溶 Mg及稀土元素。
在本发明中,所述的BCST晶粒9a上的A点中的Ca置换量,优选为 x=0.005~0.15,更优选x=0.01~0.05,Sr置换量优选为y=0.005~0.1, 更优选X=0.05~0.1。如果BCST晶粒9a上的A点中的Ca置换量及Sr置换量在此范围内,BCST能够在100℃附近具有相对介电常数峰,此外 能够显示大的相对介电常数。BCST晶粒是Ca成分浓度在0.4原子%以上, 且Sr成分浓度在0.4原子以上的钛酸钡晶粒,尤其在维持作为具有BCST 晶粒9a的高相对介电常数的强电介质的功能的方面,最好Ca成分浓度为 0.5~10原子%、Sr成分浓度为0.5~10原子%。
在本发明中,构成电介质层5的主晶粒的BCST晶粒9a和BCT晶粒 9b,在基于规定所述Ca浓度时的指标的评价中,在按电介质层5的断面 或表面的结晶组织中的各个晶粒的面积比,将BCST晶粒9a的比例规定 为ABCST、将BCT晶粒9b的比例规定为ABCT时,最好按具有ABCT/ABCST =0.05~20、尤其具有0.25~4的关系的组织的比例共存,尤其,在进一 步提高相对介电常数、温度特性及DC偏压特性的方面,优选ABCT/ABCST =0.25~4。
此外,BCST晶粒9a和BCT晶粒9b,最好都含有Mg、稀土元素及 Mn,BCT晶粒9a及BT晶粒9b,这些晶粒所含的Mg、稀土元素及Mn的含有量,只要相对于主晶粒100质量份,为Mg:0.2~0.6质量份、稀 土元素:0.5~0.9质量份、Mn:0.1~0.4质量份,就能够更加使静电电容 的温度特性稳定化,并且能够提高高温负荷试验中的可靠性。
由于这些Mg、稀土元素及Mn来自烧结助剂,所以这些元素固溶在 BCST晶粒9a及BCT晶粒9b中,提高烧结性,但一部分存在晶界相11 中。即,在根据本发明的电介质层中,Mg、稀土元素是将BCT晶粒9b 及BCST晶粒9a作为芯壳结构的成分。另外,Mn能够补偿通过还原气氛 中的烧成生成的BCT晶粒9b、BCST晶粒9a中的氧缺陷,提高绝缘性及 高温负荷寿命。
如上所述,在本发明的电介质陶瓷中,BCT晶粒9b和BCST晶粒9a 共存。在如此的共存系,BCT晶粒9b及BCST晶粒9a,由粒子中心到粒 子表面侧,形成偏存来自烧结助剂的Mg及稀土元素的芯壳型结构,其结 果,具有介电常数高,相对介电常数的温度依赖性或DC偏压依赖性极小 的特性。
下面,详细说明BCT晶粒9b的特性的发现。在BT(BaTiO3)晶粒 中看到的3个逐次相转变点内,位于最高温度(125℃左右)的相转变温 度,即使用Ca置换A点的一部分,也几乎不变化。但是,室温附近和比 其更低的低温的结构相转变点,与置换Ca量的增加成比例地向低温偏移。 即,由于BT显示高介电常数的主要原因是室温附近和更低温度的结构相 转变的前驱现象即原子的摆动的增大,因此用Ca置换A点的一部分的 BCT晶粒9b中,在室温附近和更低温度下的相转变点向低温侧偏移,尽 管相对介电常数减小,也大大提高DC偏压特性。
此外,与Ba相比离子半径小,但如果用能够稳定进入BT晶粒的Ba点的Sr置换Ba的一部分,125℃附近的普通介质性-强介质性相转变温度 下降。熟知,用Sr置换Ba的一部分的(Ba、Sr)TiO3在室温附近具有大 的相对介电常数峰,但通过Sr置换能够在比125℃低的温度下得到相对介 电常数峰。如果用Sr置换BCT晶粒9b的Ba的一部分,Ca的效果和Sr的效果就会共存,以高介电常数显示优异的耐还原性。此外,通过Sr置 换,能够增高BCT晶粒9b的烧
结温度。
因此,如果烧成混合粉体即BCST粉末及BCT粉末,由于两粉末都 含Ca成分,所以能够抑制Ca的扩散,同时能够通过BCT晶粒9b和BCST 粉末9a双方的优异的可靠性、和BCST粉末9a的高介电常数,显示高相 对介电常数并且绝缘可靠性优异的特性。
另外,如上所述,优选BCT晶粒9b和BCST粉末9a以超微级的平 均粒径(0.05~0.5μm)共存,但使晶粒尺寸微小化,虽有利于电介质层5 的薄层化,但在单独采用BCT晶粒9b的情况下,采用超微级的粒径,难 形成有利于温度特性或DC偏压特性的芯壳型粒子结构(Mg或稀土元素 偏存在粒子表面)。
即,如果与Mg化合物或稀土元素化合物混合烧成BCT晶粒9b,Mg、 稀土元素首先形成液相,发生向BCT晶粒9b的扩散,但是BCT晶粒9b 中的Ca以比Mg、稀土元素快的扩散速度运动,尤其在Ca浓度高的情况 下,容易沿着粒子间移动,引起晶粒生长。为了抑制Ca的扩散,抑制晶 粒生长,只要降低烧成温度,严格控制烧成条件就可以,但通过抑制Ca的扩散,能够更加抑制扩散速度比Ca慢的Mg、稀土元素的扩散。所以, 在BCT晶粒9b的单独使用中,例如用1200℃以上的温度的高温烧成困难, 难得到Mg及稀土元素偏存在BCT晶粒9b的表面上的芯壳结构。
然而,在本发明中,能够实现采用BCT晶粒9b
单体不容易得到的通 过高温烧成形成的微粒子烧结体。即,能够通过与BCT晶粒9b共存的 BCST晶粒9a抑制烧成时的Ca的扩散,能够进行1150℃以上,尤其1200 ℃以上的高温烧成,不仅能够实质上原状地维持原料粉末尺寸,而且能够 促进来自烧结助剂的Mg或稀土元素向BT及BCT晶粒中的扩散,同时也 促进这些晶粒的芯壳结构的形成。
另外,在本发明中,由于BCT晶粒9b和BSCT粉末9a共存的主晶 粒9整体的A/B点比在1.003以上,尤其以满足按摩尔比A/B≥1.003 的关系的方式,调整BCT晶粒9b及BCTZ晶粒9a中的至少1种晶粒, 因此能够在更宽的烧成温度区域抑制晶粒生长,由此能够谋求批量生产中 的特性的稳定化。
(制造方法)
本发明的叠层陶瓷电容器,与
实施例1相同,通过烧成交替叠层含有 电介质粉末和有机树脂的生片和内部电极图形而成的电容器主体成型体 进行制造。此时,所述电介质粉末,含有Ca成分浓度及Sr成分浓度不同 的2种以上的以Ba及Ti为主成分的粉末的混合粉末,相对于该混合粉末, 添加(1)Mg、稀土元素及Mn的氧化物,(2)氧化铝的含有量在1质量 %以下的玻璃粉末,(3)碳酸钡粉末。
优选,相对于该粉末100质量份,按氧化物,总量添加0.5~1.5质量 份的Mg、稀土元素及Mn的氧化物,并添加0.7~2质量份的氧化铝的含 有量在1质量%以下的玻璃粉末,及0.01~1.2质量份的碳酸钡粉末。
所谓Ca成分浓度及Sr成分浓度不同的2种以上的以Ba及Ti为主成 分的粉末,是用Ca及Sr置换A点的一部分的钙钛矿型钛酸钡粉末(BCST 粉末)及用Ca置换A点的一部分,但不含置换Sr的钙钛矿型钛酸钡粉末 (BCT粉末)。混合粉末,是分别用化学式(Ba1-x-yCaxSry)TiO3及(Ba1-xCax)TiO3 表示的原料粉末。
此处,上述BCT晶粒上的A点中的Ca置换量,优选x=0.005~0.15, 更优选x=0.03~0.09。此外,上述BCST晶粒上的A点中的Ca置换量, 优选x=0.005~0.1,更优选x=0.03~0.12,优选y=0.005~0.1,更优选 x=0.04~0.13。
此外,上述BCT粉末及BCST粉末中的任何一种粉末,优选其构成 成分即A点(钡、Ca)和B点(钛)的原子比A/B在1.003以上。上述 BCT粉末及BCST粉末,通过以达到规定的组成的方式混合含有BaO成分、 Ca成分、Sr成分及Ti成分的化合物而合成。这些电介质粉末,是利用从 固相法、液相法(包括经由草酸盐生成的方法)、水热合成法等中选择的 合成法得到的。基于其中得到的电介质粉末的粒度分布窄、结晶性高的理 由,最好利用水热合成法得到的电介质粉末。
BCT粉末及BCST粉末的粒度分布,在容易进行电介质层5的薄层化, 并且提高电介质粉末的相对介电常数的方面,优选为0.1~0.5μm。
在形成电介质层5的时候,所述BCST粉末和BCT粉末的混合比, 在烧成后得到的陶瓷中,尤其,在进一步提高相对介电常数、温度特性及 DC偏压特性的方面,在将BCST粉末量规定为WBCST、将BCT粉末量规 定为WBCT时,优选WBCT/WBCST比按摩尔比为0.05~20的范围,更优选 为0.5~2的范围。
此外,添加在所述电介质粉末中的Mg,相对于BCST粉末和BCT粉 末的混合物即电介质粉末100质量份,按氧化物换算,优选为0.05~0.6 质量份,更优选0.2~0.4质量份,稀土元素优选为0.1~1.7质量份,更优 选0.5~0.9质量份,Mn优选为0.1~0.5质量份,更优选0.13~0.19质量 份。
此外,玻璃粉末,作为构成成分,由Li2O、SiO2、BaO及CaO构成。 玻璃粉末的添加量,在提高陶瓷的烧结性的方面,相对于BCST粉末和 BCT粉末的混合物即电介质粉末100质量份,优选为0.7~2质量份。其 组成最好是Li2O:5~15摩尔%、SiO2:40~60摩尔%、BaO:10~30摩 尔%、及CaO:10~30摩尔%。此外,在本发明的玻璃粉末中,尤其重要 的是,氧化铝的含有量在1质量%以下,更优选在0.1质量%以下。
碳酸钡粉末,基于抑制晶粒生长的理由,相对于BCST粉末和BCT 粉末的混合物100质量份,优选为0.01~1.2质量份,更优选0.3~0.8质 量份。
接着,在(b)工序中,在得到的陶瓷生片21的主面上印刷形成矩形 状的内部电极图形23。成为内部电极图形23的导电糊,以Ni、Cu或它 们的合金粉末作为主成分金属,在其中混合作为合用材的陶瓷粉末,添加 有机粘合剂、溶剂及分散剂,进行调制。作为金属粉末,在能够与上述电 介质粉末同时烧成,降低成本的方面,优选Ni。作为陶瓷粉末,优选含有 Ca、Sr的BCST粉末,但通过在导电糊中含有陶瓷粉末,根据本发明的内 部电极层7,能够以贯通电极层,连接上下的电介质层5的方式,形成柱 状的陶瓷。由此,能够防止电介质层5和内部电极层7之间的剥离,能够 抑制烧成时的陶瓷的异常晶粒生长,能够提高机械强度。此外,通过抑制 形成在内部电极层上的柱状陶瓷的晶粒异常生长,也能够减小叠层陶瓷电 容器的电容温度依赖性。另外,内部电极图形23的厚度,基于降低叠层 陶瓷电容器的小型化及内部电极图形23形成的高低差的理由,优选在1μm 以下。
在规定的气氛下及温度条件下烧成电容器主体成型体,形成电容器主 体1。也可以根据情况,进行该电容器主体1的棱线部分的倒角,同时实 施滚筒研磨,以使从电容器主体1对向的端面露出的内部电极层露出。本 发明的制造方法,优选,脱脂在到500℃的温度范围,升温速度为5~20 ℃/h,烧成温度的最高温度为1050~1300℃、1100~1270℃、更优选 1170~1240℃的范围,从脱脂到最高温度的升温速度为200~500℃/h, 在最高温度的保温时间为1~10小时,从最高温度到1000℃的降温速度为 200~500℃/h,气氛(氧浓度PO2)为10-7~10-5Pa、烧成后的热处理(再 氧化处理)最高温度为900~1100℃,气氛为氮气环境。
<第5实施方式>
下面说明本发明的第5实施方式。在以下的说明中,省略与所述第1 实施方式重复的说明,但除将第1实施方式中的BCT晶粒置换成BCTZ 晶粒、将BT晶粒置换成BCT晶粒以外,第5实施方式与第1实施方式相 同。所以,在以下的说明中,参照与第1实施方式相同的附图,尤其参照 图1和图4,对BCTZ晶粒附加与BCT晶粒相同的符号“9a”,对BCT 晶粒附加与BT晶粒相同的符号“9b”。
晶粒9a、9b的平均粒径,在通过电介质层5的薄层化实现高电容化 和高绝缘化的方面,优选0.4μm以下,在d90时更优选在0.7μm以下。另 外,作为这些BCTZ晶粒9a及BCT晶粒9b的粒径的下限值,基于提高 电介质层5的相对介电常数,并且抑制相对介电常数的温度依赖性的理由, 优选0.15μm以上。
晶粒9a、9b,是以Ba和Ti为主成分,Ca及Sr成分浓度不同的晶粒。 即,由用Ca置换A点的一部分、用Zr置换B点的一部分的钙钛矿型钛 酸钡晶粒(BCTZ晶粒9a)、和不含用Ca置换A点的一部分的钙钛矿型钛 酸钡晶粒(BCT晶粒9b)构成。
晶粒9a、9b是含有BCTZ晶粒9a和BCT晶粒9b的晶粒,如上所述, 通过共存如此的2种晶粒,显示出优异的特性。而且,BCT晶粒9b,理 想地用(Ba1-xCax)TiO3表示。在本发明中,所述BCTZ晶粒9a上的A点 的Ca置换量,优选为x=0.01~0.2,更优选x=0.02~0.07。因为只要Ca置换量在该范围内,室温附近的相转变点就充分向低温侧偏移,就能够通 过与BCT晶粒的共存结构,在作为电容器使用的温度范围内,确保优异 的温度特性及DC偏压特性。此外,该BCT晶粒,在电介质层5中,是 Ca成分浓度在0.4原子%以上,并且Zr成分浓度在0.2原子%以下的钛酸 钡晶粒,但也含有使BCTZ晶粒9a中所含的Zr成分稍微向BCT晶粒9b 中扩散的成分。
另外,BCTZ晶粒9a,是Ca成分浓度在0.4原子%以上并且Zr成分 浓度在0.4原子%以上的钛酸钡晶粒,尤其在维持作为具有高相对介电常 数的强电介质的功能的方面,优选是Ca成分浓度为0.5~2.5原子%。
BCTZ晶粒9a,如上所述,是用Ca置换A点的一部分,且用Zr置换 B点的一部分的钙钛矿型钛酸钡,理想地用(Ba1-xCax)m(Ti1-yZry)O3表 示。上述BCTZ晶粒9a上的A点中的Ca置换量,优选x=0.01~0.2,更 优选x=0.02~0.07,优选y=0.15~0.25,更优选y=0.175~0.225。如果 Ca及Zr的置换量在此范围内,室温附近的相转变点充分向低温侧偏移, 能够通过与BCT晶粒9b的共存结构,在作为叠层陶瓷电容器使用的温度 范围内,确保优异的温度特性及DC偏压特性。此外,如果Zr置换量在此 范围内,具有减小介质损失、提高相对介电常数的效果。
在本发明中,构成电介质层5的BCTZ晶粒9a和BCT晶粒9b,在基 于规定所述Ca浓度的指标的评价中,在按电介质层5的断面或表面的结 晶组织中的各个晶粒的面积比,将BCTZ晶粒9a的比例规定为ABCTZ、将 BCT晶粒9b的比例规定为ABCT时,最好按具有ABCT/ABCTZ=0.1~3的 关系的组织的比例共存,尤其,为进一步提高相对介电常数、温度特性及 DC偏压特性,优选ABCT/ABCTZ=0.3~2。
此外,所述BCTZ晶粒9a和BCT晶粒9b,都含有Mg、稀土元素及 Mn。晶粒中所含的这些元素的含有量,只要相对于晶粒9a、9b的100质 量份,Mg按MgO换算含有0.04~0.14质量份,优选含有0.04~0.1质量 份,稀土元素按Re2O3换算含有0.2~0.9质量份,优选0.22~0.5质量份, Mn按MnCO3换算含有0.04~0.15质量份,优选0.05~0.1质量份(在包 覆的情况下,为MnO的形态。)。由此,能够更加使静电电容的温度特性 稳定化,并且能够更加提高高温负荷试验中的可靠性。
下面,说明根据本发明的以钛酸钡为主成分的主晶粒9的特性发现机 理。一般,BCT晶粒9b是以BT晶粒9b为基本的化合物。即使用Ca置 换BT晶粒中的A点的一部分,在该BT晶粒9b中看到的3个逐次相转变 点内,位于最高温度(125℃左右)的相转变温度也几乎不变化,但室温 附近和比其更低的低温的结构相转变点,与置换Ca量的增加成比例地向 低温偏移。因此,能够在作为电容器使用的温度范围内,确保优异的温度 特性及DC偏压特性。
另外,在BCTZ晶粒9a中,由于Ca具有作为使相对介电常数的温度 特性平稳化的耗尽剂的作用,同时具有作为提高绝缘电阻值的元素的作 用,此外由于Zr主要具有作为使居里点向低温侧移动的移动剂(shifter) 的作用,因此室温附近和更低温度下的相转变点向低温侧偏移,能够尽量 提高室温附近的相对介电常数。
即,在本发明的电介质陶瓷中,显示高的相对介电常数,通过实现温 度特性优异的BCT晶粒9b、和室温附近的相对介电常数极高的BCTZ晶 粒9a的共存结构,与BCT晶粒9b相比相对介电常数高,此外与BCTZ 晶粒9a相比,显示介质特性的温度依赖性小的特性。
此外,重要的是,主晶粒9,以Ba和Ti为主成分,由Ca成分浓度 在0.4原子%以上,并且Zr成分浓度在0.2原子%以下的BCT晶粒9b,和 Ca成分浓度在0.4原子%以上,并且Zr成分浓度在0.4原子%以上的BCTZ 晶粒9a构成,而且含有Mg、稀土元素及Mn,同时在将Ba或Ba和Ca的总量A摩尔作为A摩尔,将Ti或Ti和Zr的总量作为B摩尔时,按摩 尔比满足A/B≥1.003的关系,另外,构成主晶粒9的晶粒的主要一个即 BCTZ晶粒9a中的A点(Ba、Ca)和B点(Ti、Zr)的摩尔比A/B,最 好在1.003以上。在以往的BCTZ晶粒9a中,如果混合Mg及稀土元素, 认为伴随Ca的扩散容易引起晶粒生长,但在本发明中,通过按如上所述 规定BCTZ晶粒9a的A/B比,尤其能够抑制BCTZ晶粒9a的晶粒生长。
此处,所述电介质粉末,最好是相对于用Ca置换A点的一部分、用 Zr置换B点的一部分的钙钛矿型钛酸钡粉末(BCTZ粉末)和用Ca置换 A点的一部分的钙钛矿型钛酸钡粉末(BCT粉末)的混合粉末100质量份, 按氧化物换算,总量添加0.05~1.5质量份的Mg、稀土元素及Mn的氧化 物,并添加1~1.4质量份的氧化铝的含有量在1质量%以下的玻璃粉末, 及0.01~1质量份的碳酸钡粉末。
本发明所用的BCTZ粉末和BCT粉末,是分别用(Ba1-xCax)m(Ti1-yZry)O3 及(Ba1-xCax)TiO3表示的原料粉末。此处,上述BCTZ晶粒上的A点 中的Ca置换量,优选x=0.01~0.2,更优选x=0.02~0.07,优选y=0.15~ 0.25,更优选y=0.175~0.225。此外,上述BCT晶粒9a上的A点中的 Ca置换量,优选x=0.01~0.2,更优选x=0.02~0.07。
此外,BCTZ粉末,最好其构成成分即A点(Ba、Ca)和B点(Ti、 Zr)的原子比A/B在1.003以上。上述BCT粉末及BCTZ粉末,通过以 达到规定的组成的方式混合含有Ba成分、Ca成分、Ti成分及Zr成分的 化合物而合成。这些电介质粉末,是利用从固相法、液相法(包括经由草 酸盐生成的方法)、水热合成法等中选择的合成法得到的。基于其中得到 的电介质粉末的粒度分布窄、结晶性高的理由,最好利用水热合成法得到 的电介质粉末。
BCT粉末及BCTZ粉末的粒径,在容易进行电介质层5的薄层化,并 且提高电介质粉末的相对介电常数的方面,最好在0.15~0.4μm。
如此,作为相对介电常数高的电介质粉末,在采用X射线衍射评价其 结晶性时,例如,表示正方晶的指数(001)PAA的峰、和立方晶的指数(100) PBB的峰的比(PAA/PBB),最好在1.1以上。
BCTZ粉末和BCT粉末的混合比,在烧成后得到的陶瓷中,尤其在进 一步提高相对介电常数、温度特性及DC偏压特性的方面,在将BCTZ粉 末量规定为WBCTZ、将BCT粉末量规定为WBCT的时候,优选WBCTZ/WBCT 在0.95~1.05的范围。
在此种情况下,添加到所述电介质粉末中的Mg、稀土元素及Mn,优 选相对于BCTZ粉末和BCT粉末的混合粉末100质量份,按氧化物分别 换算为0.04~0.14质量份、0.2~0.9质量份及0.04~0.15质量份。
玻璃粉末,作为构成成分,由Li2O、SiO2、BaO及CaO构成。玻璃 粉末的添加量,从提高陶瓷的烧结性的方面,优选相对于BCTZ粉末和 BCT粉末的混合物即电介质粉末100质量份,为1~1.3质量份。其组成 最好是Li2O:5~15摩尔%、SiO2:40~60摩尔%、BaO:10~30摩尔%、 及CaO:10~30摩尔%。此外,在本发明的玻璃粉末中,尤其重要的是, 氧化铝的含有量在1质量%以下,更优选在0.1质量%以下。平均粒径, 基于提高玻璃粉末的分散性,缩小晶界相11的区域的理由,优选在0.5μm 以下。
下面说明采用其它电介质粉末时的情况。在本发明的叠层陶瓷电容器 的制造方法中,也可以与相对于如上所述的BCTZ粉末和BCT粉末,添 加Mg、稀土元素、Mn的氧化物粉末的方法不同,采用在BCTZ粉末和 BCT粉末等电介质粉末中预先包覆Mg、稀土元素、Mn的氧化物粉末的 电介质粉末。在此种情况下,除电介质粉末不同以外,图4(a)工序~(c) 工序相同。
即,本发明的叠层陶瓷电容器的制造方法,在所述的制造方法中,分 别用Mg、稀土元素、Mn的氧化物粉末包覆用Ca置换A点的一部分、用 Zr置换B点的一部分的钙钛矿型钛酸钡粉末(BCTZ粉末)、和用Ca置换 A点的一部分的钙钛矿型钛酸钡粉末(BCT粉末),并且相对于BCTZ粉 末和BCT粉末的混合粉末100质量份,添加1~1.4质量份的氧化铝的含 有量在1质量%以下的玻璃粉末,及0.01~1质量份的碳酸钡粉末。
以下,通过列举实施例详细说明本发明,但本发明并不限定于以下的
实施例。
实施例
实施例I
按以下所述制作叠层陶瓷电容器。表1、2示出所用的原料粉末的种 类、平均粒径、添加量、烧成温度。此处所用的BT粉末及BCT粉末中的 A/B摩尔比(点比)采用1.003。但是,试样No.I-9、10所用BT及BCT 粉末的A/B比规定为1.001。BT及BCT粉末的粒径,采用主体为0.2~ 0.4μm的粒径。玻璃粉末的组成规定为SiO2:50、BaO:20、CaO:20及 Li2O:10(摩尔%)。
采用直径5mm的氧化锆球湿法混合上述粉末。作为溶剂,添加甲苯 及乙醇的混合溶剂。接着,在湿法混合的粉末中添加聚乙烯醇缩丁醛树脂 及甲苯和乙醇的混合溶剂,同样采用直径5mm的氧化锆球进行湿法混合, 调制陶瓷生料。采用该陶瓷生料,利用刮板法制作厚3μm的陶瓷生片。
在得到的陶瓷生片的上面,形成多个以Ni为主成分的矩形状的内部 电极图形。内部电极图形所用的导电糊,Ni粉末添加平均粒径0.3μm的粉 末,相对于Ni粉末100质量份,作为合用材添加30质量份的生片所用的 BT粉末。
然后,360片叠层印刷有内部电极图形的陶瓷生片,在其上下面分别 叠层20片未印刷内部电极图形的陶瓷生片,采用压力机,在温度60℃、 压力107Pa、时间10分钟的条件下,一并叠层,切断成规定的尺寸。
对得到的叠层成型体,以10℃/h的升温速度,在大气中,按300℃ /h进行脱粘合剂处理,从500℃的升温速度为300℃/h的升温速度,在 氢-氮中,在1150~1200℃烧成2小时,接着按300℃/h的降温速度冷却 到1000℃,在氮气气氛中,在1000℃进行4小时再氧化处理,按300℃/ h的降温速度冷却,制作电容器主体。该电容器主体的尺寸为2×1.3× 1.3mm3,电介质层的厚度为2μm。
接着,在滚筒研磨了烧成的电子部件主体后,在电子部件主体的两端 部上,涂布含有Cu粉末和玻璃粉末的外部电极糊,在850℃进行烧结形 成外部电极。然后,采用
电解滚筒机,在该外部电极的表面上依次进行镀 Ni及镀Sn,制作叠层陶瓷电容器。
构成上述叠层陶瓷电容器的电介质层,按断面的结晶组织中的各个晶 粒的面积比,在将BCT晶粒的比例规定为ABCT、将BT晶粒的比例规定 为ABT时,为ABT/ABCT=0.8~1.2。钛酸钡晶粒中所含的稀土元素(钇), 以粒子表面即晶界相作为最高温度,从晶粒表面朝粒子内部具有0.05原子 %/nm以上的浓度梯度。
下面,对所述叠层陶瓷电容器进行以下的评价。
(1)用
频率1.0kHz、测定电压0.5Vrms的测定条件,测定静电电容 及相对介电常数以及相对介电常数的温度特性。
(2)相对介电常数,从静电电容和内部电极层的有效面积、电介质 层的厚度算出。
(3)高温负荷试验,进行温度125℃、电压9.45V、到1000小时的 评价(MTTF),试样数规定为30个。
(4)利用扫描型电子
显微镜(SEM)求出构成电介质层的BT型晶 粒和BCT型晶粒的平均粒径。
刻蚀研磨面,任意选择20个电子显微镜照 片内的晶粒,利用截断法求出各晶粒的最大径,求出它们的平均值和D90 (从小径到大径的90%累计值)。
(5)关于Ca浓度,采用透射电子显微镜及EDS,分析中心部附近的 任意的地方。此时,对于Ca浓度高于0.4原子%(小数点后第2位,四舍 五入)的,作为Ca浓度高的电介质粒子。对100~150个主粒晶进行该分 析。
(6)作为晶界相的评价,采用所述交流阻抗法另外进行。作为此时 的高温负荷条件,规定为温度250℃、外加给叠层陶瓷电容器的外部电极 的电压为3V。测定时的电压为0.1V、频率在10mHz~10kHz的之间,对 30个试样评价其前后的交流阻抗。
作为比较例,利用与上述相同的制造方法,制作在BT及BCT粉末等 的混合粉末中未加钛酸钡的试样,和只对BT粉末包覆Mg、Y、Mn,不 对BCT粉末包覆的试样(A/B比全部为1.001)。结果见表1~表4。
表1 试样 No. BT粉末 BCT粉末 玻璃粉末 BaCO3 质量份 烧成 温度 ℃ 包覆 有无 添加量 包覆 有无 添加量 平均粒径μm 添加量 质量份 氧化铝 含有量 质量% Mg 质量份 Y 质量份 Mn 质量份 Mg 质量份 Y 质量份 Mn 质量份 I-1 包覆有 0.007 0.041 0.008 包覆有 0.022 0.09 0.023 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 I-2 包覆有 0.011 0.061 0.015 包覆有 0.0325 0.185 0.0345 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 I-3 包覆有 0.022 0.122 0.023 包覆有 0.065 0.37 0.069 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 1-4 包覆有 0.033 0.183 0.0345 包覆有 0.0975 0.555 0.1035 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 I-5 包覆有 0.044 0.244 0.046 包覆有 0.13 0.74 0.138 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 I-6 包覆无 0.022 0.122 0.023 包覆无 0.065 0.37 0.069 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 I-7 包覆有 0.022 0.122 0.023 包覆有 0.065 0.37 0.069 0.5 1.2 0.08 0.215 1155 1170 1185 1200
*表示本发明范围外的试样。
表2 试样 No. BT粉末 BCT粉末 玻璃粉末 BaCO3 质量份 烧成 温度 ℃ 包覆 有无 添加量 包覆 有无 添加量 平均粒径μm 添加量 质量份 氧化铝 含有量 质量% Mg 质量份 Y 质量份 Mn 质量份 Mg 质量份 Y 质量份 Mn 质量份 I-8 包覆有 0.022 0.122 0.023 包覆有 0.065 0.37 0.069 0.5 1.2 0.08 0.645 1155 1170 1185 1200 *I-9 包覆有 0.022 0.122 0.023 包覆有 0.065 0.37 0.069 0.5 1.2 0.08 0 1155 1170 1185 1200 *I-10 包覆有 0.2 1 0.1 包覆无 0 0 0 0.5 1.2 1.3 0 1155 1170 1185 1200 I-11 包覆无 0.022 0.122 0.023 包覆无 0.065 0.37 0.069 0.5 1.2 1.3 0.43 1155 1170 1185 1200 I-12 包覆有 0.043 0.246 0.046 包覆有 0.043 0.246 0.046 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 I-13 包覆有 0.022 0.122 0.023 包覆有 0.065 0.37 0.069 0.5 0.8 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200
*表示本发明范围外的试样。
表3 试样 No. 烧成后的晶 粒(BT、BCT) 的平均粒径 μm 烧成后的晶粒 (BT、BCT)的粒 径(D90) A/B点比 (A:Ba、Ca, B:Ti) 静电电容 相对 介电常 数 125℃时的 静电电容的 温度变化率 % X7R标准 满足判定 BDV V 初期不良发 生时间(125 ℃×9.45V) 小时 高温负荷试验 (125℃、9.45V、 1000小时) 不良的有无 用交流阻抗法 评价晶界层 高温负荷处理前 后的
电阻率变化 % I-1 0.27 0.44 1.005 9.4 3510 -13.9 ○ 141 986 有 -1.07 0.27 0.44 9.4 3510 -13.7 ○ 143 884 有 -1.06 0.28 0.45 9.3 3560 -13.7 ○ 150 680 有 -1.05 0.28 0.45 9.3 3610 -13.6 ○ 152 5lO 有 -1.06 I-2 0.26 0.43 1.005 9.4 3500 -13.9 ○ 163 3400 无 -0.5 0.26 0.43 9.4 3500 -13.7 ○ 163 3060 无 -0.5 0.27 0.44 9.3 3550 -13.7 ○ 164 2448 无 -0.6 0.27 0.44 9.13 3600 -13.6 ○ 165 1734 无 -0.6 I-3 0.25 0.42 1.005 9.4 3500 -13.9 ○ 165 3699 无 -0.3 0.25 0.42 9.4 3500 -13.7 ○ 157 3393 无 -0.3 0.26 0.44 9.3 3550 -13.7 ○ 157 2720 无 -0.4 0.26 0.44 9.3 3600 -13.6 ○ 158 1863 无 -0.4 I-4 0.24 0.41 1.005 9.3 3400 -15 ○ 165 3699 无 -0.3 0.24 0.41 9.3 3400 -14.8 ○ 157 3393 无 -0.3 0.25 0.42 9.2 3450 -14.5 ○ 157 2720 无 -0.4 0.25 0.42 9.2 3500 -14.4 ○ 158 1863 无 -0.4 I-5 0.25 0.44 1.005 9 3200 -17 × 166 3740 无 -0.2 0.25 0.44 9 3200 -16.8 × 159 3400 无 -0.2 0.26 0.46 9.1 3250 -16.2 × 159 2890 无 -0.3 0.26 0.47 9.1 3250 -16 × 160 1904 无 -0.3 I-6 0.27 0.48 1.005 9 3540 -14 ○ 127 1088 无 -0.5 0.27 0.48 9 3380 -14.7 ○ 137 1190 无 -0.5 0.28 0.5 8.8 3500 -12 ○ 124 1122 无 -0.6 0.28 0.51 8.7 3540 -10.5 ○ 107 1020 无 -0.6 I-7 0.3 0.51 1.003 9.5 3600 -14.9 ○ 154 3366 无 -0.7 0.3 0.52 9.5 3600 -14.7 ○ 158 2992 无 -0.7 0.31 0.53 9.4 3650 -14.7 ○ 145 2448 无 -0.8 0.32 0.54 9.4 3600 -14.6 ○ 139 1768 无 -1
*表示本发明范围外的试样。
表4 试样 No. 烧成后的晶 粒(BT、BCT) 的平均粒径 μm 烧成后的晶粒 (BT、BCT)的粒 径(D90) A/B点比 (A:Ba、Ca, B:Ti) 静电电容 μm 相对 介电常数 125℃时的 静电电容的 温度变化率 % X7R标准 满足判定 BDV V 初期不良发 生时间(125 ℃×9.45V) 小时 高温负荷试验 (125℃、9.45V、 1000小时) 不良的有无 用交流阻抗法评价 晶界层高温负荷处 理前后的电阻率变化 % I-8 0.24 0.4 1.007 9.2 3300 -13.8 ○ 167 3740 无 -0.5 0.24 0.4 9.2 3300 -13.6 ○ 160 3434 无 -0.5 0.25 0.41 9.1 3350 -13.6 ○ 150 2822 无 -0.6 0.25 0.41 9.1 3400 -13.5 ○ 142 1836 无 -0.6 *I-9 0.3 0.54 1.001 9.8 3650 -16.5 × 128 850 有 -1.08 0.3 0.54 9.7 3650 -16.2 × 126 748 有 -1.07 0.31 0.55 9.6 3700 -15.6 × 120 646 有 -1.06 0.32 0.55 9.5 3700 -15.6 × 115 544 有 -1.07 *I-10 0.4 0.61 1.001 8.9 3100 -16.5 × 129 850 有 -1.08 0.4 0.61 9 3150 -14.9 ○ 127 952 有 -1.07 0.44 0.67 9.1 3180 -15 ○ 123 1054 无 -0.8 0.49 0.72 9.2 3230 -15.6 × 120 510 有 -1.3 I-11 0.26 0.47 1.005 8.9 3340 -14.9 ○ 127 1122 无 -0.5 0.26 0.47 8.9 3180 -15 ○ 137 1190 无 -0.5 0.27 0.48 8.7 3200 -12.9 ○ 124 1156 无 -0.6 0.27 0.5 8.6 3240 -11.4 ○ 107 1020 无 -0.6 I-12 0.25 0.42 1.005 9.4 3170 -14.9 ○ 151 3604 无 -0.4 0.25 0.42 9.4 3080 -13.3 ○ 136 3298 无 -0.4 0.26 0.44 9.3 3130 -11.5 ○ 145 2720 无 -0.5 0.26 0.44 9.3 3320 -11.1 ○ 154 2346 无 -0.5 I-13 0.25 0.42 1.005 9.4 3500 -14.4 ○ 165 3740 无 -0.3 0.25 0.42 9.4 3500 -14.2 ○ 157 3434 无 -0.3 0.26 0.44 9.3 3550 -14.2 ○ 157 2856 无 -0.4 0.26 0.44 9.3 3600 -14.1 ○ 158 2040 无 -0.4
*表示本发明范围外的试样。
从表1~表4的结果看出,在BT及BCT粉末中含有Mg、Y、Mn, 并且Ba和Ti的A/B点比在1.003以上的本发明的试样I-1~I-8及I-11~ I-13中,烧成温度在1150~1200℃,在烧成的全部温度区域,相对介电常 数在3080以上,温度特性在125℃下为-17%以内的范围,绝缘破坏电压 (BDV)在107V以上,高温负荷试验(125℃、9.45V)中的耐久时间在 510小时以上,采用交流阻抗法的电
阻变化率在-1.07%以下。
在采用对BT及BCT粉末都按规定量包覆Mg、Y、Mn,并且Ba和 Ti的A/B点比在1.003以上的电介质粉末的、规定了Mg、稀土元素及 Mn的包覆量的试样No.I-2~I-4、I-6~I-8、I-12、I-13中,在烧成的全部 温度区域,相对介电常数在3080以上,温度特性在125℃下为-15%以下 的范围,绝缘破坏电压(BDV)在107V以上,即使在高温负荷试验(125 ℃、9.45V、1000小时)中,也无不良发生,采用交流阻抗法的电阻变化 率在-1%以下。
另外,在对BT及BCT粉末的A/B点比在1.001以下的粉末,不添 加钛酸钡的试样No.I-9及只对BT粉末包覆Mg、Y、Mn,而对BCT粉末 不包覆的试样No.I-10中,烧成温度在1150~1200℃,在烧成的温度区域, 在1170℃的特性显示出与上述本发明的试样相同程度的相对介电常数,但 对于用高于1170℃的1185℃以上的温度,或用1150℃烧成的试样,静电 电容的温度特性显著,采用交流阻抗法得到的电阻变化率最高在-1.08%以 下。
实施例II
按以下所述制作叠层陶瓷电容器。表5示出所用的原料粉末的种类、 平均粒径、添加量、烧成温度。此处所用的BT粉末及BST粉末中的A/ B摩尔比采用1.001及1.003。BT及BST粉末的粒径,采用主体为0.2~ 0.4μm的粒径。玻璃粉末的组成规定为SiO2:50、BaO:20、CaO:20及 Li2O:10(摩尔%)。所谓表5中的包覆有、包覆无,是以氧化物在BT粉 末、BST粉末上包覆Mg、Y、Mn,此外,采用按表5所示的量含有氧化 铝的玻璃粉末。
采用直径5mm的氧化锆球,作为溶剂添加甲苯及乙醇的混合溶剂, 湿法混合上述粉末。接着,在湿法混合的粉末中添加聚乙烯醇缩丁醛树脂 及甲苯和乙醇的混合溶剂,同样采用直径5mm的氧化锆球进行湿法混合, 调制陶瓷生料,利用刮板法制作厚3μm的陶瓷生片。
接着,在该陶瓷生片的上面形成多个以Ni为主成分的矩形状的内部 电极图形。内部电极图形所用的导电糊,Ni粉末添加平均粒径0.3μm的粉 末,相对于Ni粉末100质量份,作为合用材添加30质量份的生片所用的 BT粉末。
然后,360片叠层印刷有内部电极图形的陶瓷生片,在其上下面分别 叠层20片未印刷内部电极图形的陶瓷生片,采用压力机,在温度60℃、 压力107Pa、时间10分钟的条件下,一并叠层,切断成规定的尺寸。
接着,对叠层成型体,以10℃/h的升温速度,在大气中,按300℃ /h进行脱粘合剂处理,从500℃的升温速度为300℃/h的升温速度,在 1150~1200℃(在氧分压10-6Pa)下烧成2小时,接着按300℃/h的降温 速度冷却到1000℃,在氮气气氛中,在1000℃进行4小时再氧化处理, 按300℃/h的降温速度冷却,制作电容器主体。该电容器主体的尺寸为 2×1×1mm3,电介质层的厚度为2μm。
接着,在滚筒研磨了烧成的电子部件主体后,在电子部件主体的两端 部上,涂布含有Cu粉末和玻璃粉末的外部电极糊,在850℃进行烧结形 成外部电极。然后,采用电解滚筒机,在该外部电极的表面上,依次进行 镀Ni及镀Sn,制作叠层陶瓷电容器。
构成上述制作的叠层陶瓷电容器的电介质层,按断面的结晶组织中的 各个晶粒的面积比,在将BST晶粒的比例规定为ABST、将BT晶粒的比例 规定为ABT时,为ABT/ABST=0.8~1.2。此时,钛酸钡晶粒中所含的稀土 元素(钇),以粒子表面即晶界相作为最高浓度,从晶粒表面朝粒子内部 具有0.05原子%/nm以上的浓度梯度。
对这些叠层陶瓷电容器,与实施例1相同地进行评价。另外,Sr浓度, 采用透射电子显微镜及EDS(元素分析装置),分析中心部附近的任意的 地方。此时,对于Sr浓度高于0.4原子%(小数点2位,四舍五入)的, 作为Sr浓度高的电介质粒子。对100~150个主粒晶进行该分析。
表5 试样 No. BT粉末 BST粉末 玻璃粉末 BaCO3 质量份 烧成 温度 ℃ 包覆 有无 A/B 添加量 包覆 有无 A/B 添加量 平均粒径μm 添加量 质量份 氧化铝 含有量 质量% Mg 质量份 Y 质量份 Mn 质量份 Mg 质量份 Y 质量份 Mn 质量份 II-1 包覆有 1.003 0.022 0.122 0.023 包覆有 1.003 0.065 0.37 0.069 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 II-2 包覆有 1.003 0.022 0.122 0.023 包覆有 1.003 0.065 0.37 0.069 0.5 1.2 1.5 0.43 1155 1170 1185 1200 II-3 包覆有 1.003 0.022 0.122 0.023 包覆有 1.003 0.065 0.37 0.069 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 II-4 包覆无 1.003 0.022 0.122 0.023 包覆无 1.003 0.065 0.37 0.069 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 II-5 包覆有 1.003 0.043 0.246 0.046 包覆有 1.003 0.043 0.246 0.046 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 *II-6 包覆有 1.001 0.022 0.122 0.023 包覆有 1.001 0.065 0.37 0.069 0.5 1.2 0.08 0 1155 1170 1185 1200
*表示本发明范围外的试样。
表6 试样 No. 烧成后的晶粒(BT、BST) 的平均粒径 μm 烧成后的晶粒(BT、BST)的 粒径(D90) A/B点比 (A:Ba、Sr, B:Ti) 静电电容 μF 相对 介电常数 125℃时的静电电 容的温度变化率 % X7R标准 满足判定 高温负荷试验(125 ℃、9.45V、1000小时) 不良的有无 II-1 0.25 0.42 1.005 9.6 3610 -14.4 ○ 无 0.25 0.43 9.5 3610 -14.2 ○ 无 0.26 0.45 9.6 3620 -14.2 ○ 无 0.26 0.45 9.6 3620 -14.1 ○ 无 II-2 0.26 0.43 1.005 9.6 3620 -14.5 ○ 无 0.27 0.45 9.6 3620 -14.7 ○ 无 0.28 0.5 9.7 3640 -15 ○ 无 0.3 0.51 9.8 3660 -15.4 × 有 II-3 0.27 0.44 1.003 9.7 3640 -14.7 ○ 无 0.27 0.45 9.6 3620 -14.5 ○ 无 0.28 0.47 9.4 3580 -14.5 ○ 无 0.28 0.47 9.4 3580 -14.4 ○ 无 II-4 0.28 0.44 1.005 9.7 3640 -14.7 ○ 无 0.28 0.45 9.6 3620 -14.6 ○ 无 0.29 0.47 9.4 3580 -14.5 ○ 无 0.29 0.47 9.3 3570 -14.5 ○ 无 II-5 0.26 0.43 1.005 9.6 3620 -14.7 ○ 无 0.26 0.43 9.5 3610 -14.5 ○ 无 0.27 0.46 9.4 3580 -14.5 ○ 无 0.28 0.46 9.4 3580 -14.4 ○ 无 *II-6 0.27 0.44 1.001 9.8 3660 -15.5 × 有 0.28 0.46 9.7 3650 -15 ○ 无 0.29 0.5 9.7 3650 -15.1 ○ 有 0.3 0.52 9.9 3710 -15.1 × 有
*表示本发明范围外的试样。
从表5、表6的结果看出,在BT及BST粉末中含有Mg、Y、Mn, 并且Ba和Ti的A/B点比在1.003以上的本发明的试样中,除采用氧化 铝含有量高的玻璃粉末的试样No.II-2外,烧成温度在1155~1200℃,在 烧成的全部温度区域,相对介电常数在3500以上,温度特性在125℃下为 -15%以内的范围,绝缘破坏电压(BDV)在150V以上,高温负荷试验(125 ℃、9.45V)中的耐久时间在1000小时以上。
另外,在对BT及BST粉末的A/B点比在1.001以下的粉末,不添 加碳酸钡的试样No.II-6中,烧成温度在1155~1200℃,在烧成的温度区 域,在1170℃的特性显示出与上述本发明的试样相同程度的相对介电常 数,但对于用高于1170℃的1185℃以上的温度,或用1150℃的温度烧成 的时候,静电电容的温度特性显著,在高温负荷试验(125℃、9.45V)无 耐久性。此外,即使在玻璃粉末中所含的氧化铝量在本发明的范围外的试 样中,1200℃烧成的试样的温度特性也不能满足X7R特性及高温负荷寿 命。
实施例III
按以下所述制作叠层陶瓷电容器。表7示出所用的原料粉末的种类、 平均粒径、添加量、烧成温度。此处所用的BT粉末及BCTZ粉末,采用 按摩尔比,A/B点比为1.001及1.003的粉末。BT及BCTZ粉末的粒径, 采用主体为0.2~0.4μm的粒径。BCTZ粉末采用组成为 (Ba0.95Ca0.05)m(Ti0.8Zr0.2)O3的粉末。玻璃粉末采用按表7所示的量含有氧化铝的,组 成为Si02:50、BaO:20、CaO:20及Li2O:10(摩尔%)的玻璃粉末。 所谓“包覆有”,表示以氧化物分别在BT粉末、BCTZ粉末上包覆Mg、 Y、Mn。
采用直径5mm的氧化锆球,作为溶剂添加甲苯及乙醇的混合溶剂, 湿法混合上述粉末。接着,在湿法混合的粉末中添加聚乙烯醇缩丁醛树脂 及甲苯和乙醇的混合溶剂,同样采用直径5mm的氧化锆球进行湿法混合, 调制陶瓷生料,利用刮板法制作厚3μm的陶瓷生片。
接着,在该陶瓷生片的上面形成多个以Ni为主成分的矩形状的内部 电极图形,在其周围按实质上相同的高度,形成陶瓷成分与陶瓷生片相同 的陶瓷图形。内部电极图形所用的导电糊,Ni粉末添加平均粒径0.3μm的 粉末,相对于Ni粉末100质量份,作为合用材添加30质量份的生片所用 的BT粉末。
然后,360片叠层印刷有内部电极图形的陶瓷生片,在其上下面分别 叠层20片未印刷内部电极图形的陶瓷生片,采用压力机,在温度60℃、 压力107Pa、时间10分钟的条件下,一并叠层,切断成规定的尺寸。
接着,对叠层成型体,以10℃/h的升温速度,在大气中,按300℃ /h进行脱粘合剂处理,从500℃的升温速度为300℃/h的升温速度,在 1155~1245℃(在氧分压10-6Pa)下烧成2小时,接着按300℃/h的降温 速度冷却到1000℃,在氮气气氛中,在1000℃进行4小时再氧化处理, 按300℃/h的降温速度冷却,制作电容器主体。该电容器主体的尺寸为 2×1.3×1.3mm3,电介质层的厚度为2μm。
接着,在滚筒研磨了烧成的电子部件主体后,在电子部件主体的两端 部上,涂布含有Cu粉末和玻璃粉末的外部电极糊,在850℃进行烧结形 成外部电极。然后,采用电解滚筒机,在该外部电极的表面上,依次进行 镀Ni及镀Sn,制作叠层陶瓷电容器。
构成上述制作的叠层陶瓷电容器的电介质层,按断面的结晶组织中的 各个晶粒的面积比,在将BCTZ晶粒的比例规定为ABCTZ、将BT晶粒的 比例规定为ABT时,为ABT/ABCTZ=0.8~1.2。此外,钛酸钡晶粒中所含 的稀土元素(钇),以粒子表面即晶界相作为最高温度,从晶粒表面朝粒 子内部具有0.05原子%/nm以上的浓度梯度。
然后,对这些叠层陶瓷电容器,与实施例1相同地进行评价。以下的 评价中的试样数规定为100个。
在构成电介质层的BT型晶粒和BCTZ型晶粒的平均粒径的测定中, 试样数规定为5个。
表7 试样 No. BT粉末 BCTZ粉末 玻璃粉末 BaCO3 质量份 烧成 温度 ℃ 包覆 有无 A/B 添加量 包覆 有无 A/B 添加量 平均粒径μm 添加量 质量份 氧化铝 含有量 质量% Mg 质量份 Y 质量份 Mn 质量份 Mg 质量份 Y 质量份 Mn 质量份 III-1 包覆有 1.003 0.024 0.104 0.025 包覆有 1.003 0.066 0.328 0.075 0.3 1.2 0.08 0.43 1155 1185 1215 1245 III-2 包覆有 1.003 0.024 0.104 0.025 包覆有 1.003 0.066 0.328 0.075 0.3 1.2 1.5 0.43 1155 1185 1215 1245 III-3 包覆有 1.001 0.011 0.061 0.015 包覆有 1.001 0.0325 0.185 0.0345 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1185 1215 1245 III-4 包覆无 1.003 0.024 0.104 0.025 包覆无 1.003 0.066 0.328 0.075 0.3 1.2 0.08 0.43 1155 1185 1215 1245 III-5 包覆有 1.003 0.043 0.246 0.046 包覆有 1.003 0.043 0.246 0.046 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 *III-6 包覆有 1.001 0.024 0.104 0.025 包覆有 1.001 0.066 0.328 0.075 0.3 1.2 0.08 0 1155 1185 1215 1245
*表示本发明范围外的试样。
表8 试样 No. 烧成后的晶粒(BT、 BCTZ)的平均粒径 μm 烧成后的晶粒(BT、 BCTZ)的粒径(D90) A/B点比 (A:Ba、Ca, B:Ti、Zr) 静电电容 μF 相对 介电常数 125℃时的静电电 容的温度变化率 % 高温负荷试验125℃、 9.45V、1000小时 不良的有、无 III-1 0.26 0.42 1.005 10 5850 -17.6 无 0.26 0.43 10.1 5900 -17.4 无 0.27 0.44 10.1 5910 -17.6 无 0.27 0.44 10.2 5950 -17.4 无 III-2 0.27 0.43 1.005 10 5840 -17.7 无 0.28 0.45 10.1 5890 -17.6 无 0.28 0.46 10.1 5900 -18 有 0.3 0.51 10.2 5950 -18.5 有 III-3 0.28 0.46 1.003 10.1 5860 -17.8 无 0.28 0.46 10.1 5870 -17.8 无 0.29 0.47 10.2 5910 -17.9 无 0.29 0.47 10.3 5930 -18.2 无 III-4 0.3 0.51 1.005 10.8 6350 -18.6 无 0.31 0.52 10.8 6400 -18.4 无 0.32 0.55 10.9 6420 -18.6 无 0.34 0.59 10.9 6450 -18.4 无 III-5 0.27 0.44 1.005 10 5850 -17.6 无 0.27 0.45 10.1 5910 -17.4 无 0.28 0.48 10.3 5920 -17.9 无 0.28 0.5 10.4 5950 -18.1 无 *III-6 0.35 0.55 1.001 10 5850 -20.3 有 0.37 0.59 10.1 5900 -20.2 无 0.41 0.68 10.1 5920 -18.7 有 0.47 0.75 10.2 5960 -21.8 有
*表示本发明范围外的试样。
从表7、表8的结果看出,在BT及BCTZ粉末中含有Mg、Y、Mn, 并且Ba和Ti的A/B点比在1.003以上的本发明的试样中,除采用氧化 铝含有量高的玻璃粉末的试样No.III-2外,烧成温度在1155~1245℃,在 烧成的全部温度区域,相对介电常数在5850以上,温度特性在125℃下小 于-18.6%,此外,在-55℃时,都在±15%以内,在高温负荷试验中也无不 良。
另外,在对BT及BCTZ粉末的A/B点比在1.001以下的粉末,不 添加钛酸钡的试样中,烧成温度在1155~1245℃,在1215℃的特性显示 出与上述本发明的试样相同程度的相对介电常数,但对于用高于1215℃的 1245℃以上的温度,或用1155℃的温度烧成的试样,静电电容的温度特性 显著,在高温负荷试验中出现不良。
实施例IV(a)
首先,以
单层的叠层陶瓷电容器的形态评价BCT及BCST粉末以及 各种添加物的添加量和特性的关系。按表9所示的比例混合平均粒径都为 0.4μm的BCT粉末和BCST粉末,制作混合粉末。相对于该混合粉末100 质量份,另外,按表9所示的量,添加MgCO3、Y2O3、Tb2O3、Dy2O3、 Ho2O3、Er2O3、Yb2O3、MnCO3、BaCO3粉末。
另外,在表9中,Ca及Sr置换量,以式:(Ba1-xCax)ATiBO3及式: (Ba1-x-ySrxCay)ATiBO3中的x、y、A、B的值表示。另外氧化铝含有量为 0.08质量%,在总量中添加1.2质量份的含有Si:50摩尔%、Ba及Ca: 各20摩尔%、Li2O:10摩尔%的玻璃粉末,以异丙醇(IPA)作为溶剂, 采用Φ3mm的ZrO2球,用旋转研磨机进行12小时湿法混合。
另外,在该电介质粉末中添加丁缩醛树脂及甲苯,调制陶瓷生料。然 后,利用刮板法,在PET膜上涂布该陶瓷生料,在干燥机内60℃干燥15 秒钟后,将其剥离,形成厚9μm的陶瓷生片,10片叠层该陶瓷生片,形 成端面陶瓷生
片层。然后,用90℃、30分钟的条件干燥这些端面陶瓷生 片层。
将该端面陶瓷生片层放置在台板上,利用压力机压紧,贴在台板上。
另外,用刮板法,在PET膜上涂布与上述相同的陶瓷生料,在60℃ 干燥15秒钟后,制作多个厚2.0μm的陶瓷生片。
接着,相对于平均粒径0.2μm的Ni粉末的总量45重量%,用3个滚 筒混合由5.5重量%乙基
纤维素和94.5重量%辛醇构成的55重量%载色剂, 制作内部电极糊。
然后,在得到的陶瓷生片的一方的表面上,采用丝网印刷装置,以内 部电极图形状印刷所述的内部电极糊,在生片上形成多个具有长边和短边 的长方形状的内部电极图形,在干燥后,将其剥离。
然后,在端面陶瓷生片层上,叠层1片形成有内部电极图形的生片, 之后,叠层端面陶瓷生片,制作电容器主体成型体。
接着,将该电容器主体成型体放置在模具上,从叠层方向利用压力机 的加
压板,阶段地增加压力,进行压紧,然后另外在电容器主体成型体的 上部配置
橡胶模,进行静水压成型。
然后,将该电容器主体成型体切割成规定的芯片形状,在大气中加热 到260℃,或在0.1Pa的氧/氮气气氛中加热到500℃,进行脱粘合剂处理。 另外,在10-7Pa的氧/氮气气氛中,在1100~1245℃烧成2小时,另外, 在10-2Pa的氧/氮气气氛中,在1000℃进行再氧化处理,得到电子部件主 体。在烧成后,在电子部件主体的端面上,用800℃烧结Cu糊,然后实 施镀Ni/镀Sn,形成与内部电极连接的外部
端子。
夹在如此得到的叠层陶瓷电容器的内部电极间的电介质层的厚度为 1.5μm。
构成上述制作的叠层陶瓷电容器的电介质层,按断面的结晶组织中的 各个晶粒的面积比,在将BCST晶粒的比例规定为ABCST、将BCT晶粒的 比例规定为ABCT时,为ABCT/ABCST=0.7~1.2。此外,主晶粒中所含的 稀土元素(钇),以粒子表面即晶界相作为最高温度,从晶粒表面朝粒子 内部具有0.05原子%/nm以上的浓度梯度。
然后,对这些叠层陶瓷电容器,与实施例1相同地进行评价。
另外,高温负荷试验(HALT寿命),在温度170℃,外加电压14.2V (9.45V/μm)的直流电压,绝缘电阻值作为达到1×10-6以下的最短时间 求出。
关于Sr浓度,采用透射电子显微镜及EDS(元素分析装置),分析中 心部附近的任意的地方。此时,对于Sr浓度为0.4原子%以上的(小数点 第2位,四舍五入),作为Sr浓度高的BCST晶粒。对100~150个主粒 晶进行该分析。
表9 试样 No. BCT BCST BCT/BCST 摩尔比 添加物 Ca量 x A/B 比 Ca量 x Sr量 y A/B 比 MgCO3 质量份 Y2O3 质量份 Tb2O3 质量份 Dy2O3 质量份 Ho2O3 质量份 Er2O3 质量份 Yb2O3 质量份 MnCO3 质量份 BaCO3 质量份 *IV-1 0.01 1 0.05 0.01 1 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0 IV-2 0.01 1 0.05 0.01 1 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.25 IV-3 0.005 1.003 0.05 0.01 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-4 0.01 1.003 0.005 0.01 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-5 0.01 1.003 0.01 0.005 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-6 0.01 1.003 0.01 0.01 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-7 0.01 1.003 0.05 0.01 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-8 0.01 1.003 0.05 0.05 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-9 0.01 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-10 0.01 1.003 0.10 0.10 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-11 0.05 1.003 0.05 0.05 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-12 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-13 0.05 1.003 0.10 0.10 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-14 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 0.05 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-15 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 0.3 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-16 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 3 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-17 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 20 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-18 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.8 IV-19 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-20 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.93 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-21 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 1.45 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-22 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 1.7 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-23 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 0 0.73 0 0 0 0.16 0.5 IV-24 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 0 0 0.73 0 0 0 0.16 0.5 IV-25 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 0 0 0 0.73 0 0 0.16 0.5 IV-26 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 0 0 0 0 0.73 0 0.16 0.5 IV-27 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 0 0 0 0 0 0.73 0.16 0.5 IV-28 0.05 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 0 0 0 0 0 0 0.32 0.5 IV-29 0.10 1.003 0.10 0.05 1.003 0.3 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-30 0.10 1.003 0.10 0.05 1.003 1 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5 IV-31 0.10 1.003 0.10 0.05 1.003 3 0.31 0.73 0 0 0 0 0 0.16 0.5
*表示本发明范围外的试样。
表10 试样 No. 烧成温度 (℃) 电介质层的A /B比 平均粒径BCT (μm) 平均粒径BCST (μm) 相对介电常数 (20℃) TCC(%) HALT寿命(hr) 170℃、9.45V/μm -25℃ 85℃ IV-1 1200 1 0.26 0.24 2480 -17 2 4.5 IV-2 1200 1.003 0.24 0.24 2560 -16 2 6 IV-3 1200 1.008 0.2 0.2 3240 -5 1 12 IV-4 1180 1.008 0.2 0.2 2700 -13 2 13 IV-5 1220 1.008 0.2 0.2 3150 -14 -1 13 IV-6 1200 1.008 0.2 0.2 2700 -6 -4 14 IV-7 1190 1.008 0.2 0.2 3600 -12 -14 14 IV-8 1180 1.008 0.2 0.2 3095 -8.5 -9 18 IV-9 1230 1.008 0.2 0.2 3200 -7 2 20 IV-10 1245 1.008 0.2 0.2 2780 -5 -4.5 24 IV-11 1200 1.008 0.2 0.2 3500 -8 -9 20 IV-12 1220 1.008 0.2 0.2 3650 -4 -9.5 22 IV-13 1200 1.008 0.2 0.2 3400 -7 -7.5 22 IV-14 1220 1.008 0.2 0.2 3500 -11 3 17 IV-15 1200 1.008 0.2 0.2 3250 -9 1 19 IV-16 1200 1.008 0.2 0.2 2900 -3 -8 25 IV-17 1180 1.008 0.2 0.2 2650 -2 -12 25 IV-18 1120 1.011 0.10 0.10 2450 -7 -4.5 26 IV-19 1180 1.008 0.30 0.30 3200 -7 -4.5 18 IV-20 1150 1.008 0.2 0.2 3100 -3.5 -8.5 20 IV-21 1220 1.008 0.2 0.2 2740 -8 -7 26 IV-22 1240 1.008 0.2 0.2 2650 -5 -4.5 28 IV-23 1180 1.008 0.2 0.2 3010 -9 -8 14 IV-24 1180 1.008 0.2 0.2 3100 -9 -9 12 IV-25 1180 1.008 0.2 0.2 3100 -8 -8 13 IV-26 1180 1.008 0.2 0.2 3050 -9.5 -8 13 IV-27 1180 1.008 0.2 0.2 3200 -9.5 -9.5 14 IV-28 1200 1.008 0.2 0.2 3000 -6 -5.5 14 IV-29 1150 1.008 0.2 0.2 2780 -7 -7.7 16 IV-30 1170 1.008 0.2 0.2 2550 -9 -9 22 IV-31 1150 1.008 0.2 0.2 2260 -9 -9 20
*表示本发明范围外的试样。
从表9、表10的结果看出,通过由钡、Ca、Sr的A点、及钛的B点 的比,按摩尔比满足A/B≥1.003的关系的BCST晶粒及BCT晶粒构成, 能够提高相对介电常数或温度特性以及高温负荷试验特性。
另外,A/B比为1.00的试样,相对介电常数的温度特性显著,高温 负荷试验特性(HALT)的耐久时间缩短到6小时以下。
实施例IV(b)
对于上述实施例IV(a)中的试样IV-13,以达到200层地叠层电介质层, 将烧成温度规定为1200~1240℃,如表11所示,变更BCT粉末及BCST 粉末中的A/B比、BaCO3粉末的添加量,其它条件规定为与实施例IV(a) 的烧成条件相同,制作试样,进行与实施例IV(a)相同的评价。作为比较 例,制作将BCT粉末及BCST粉末中的A/B比规定为1并且不添加BaCO3 的试样。结果见表11、表12。
表11 试样 No. BCT粉末 BCST粉末 添加物 烧成温度 (℃) A/B比 A/B比 添加量 Mg 质量份 Y 质量份 Mn 质量份 BaCO3 质量份 IV-32 1.003 1.003 0.31 0.73 0.16 0.5 1200 1220 1240 IV-33 1.003 1.003 0.31 0.73 0.16 0.4 1200 1220 1240 IV-34 1.002 1.003 0.31 0.73 0.16 0.2 1200 1220 1240 *IV-35 1 1 0.31 0.73 0.16 0 1200 1220 1240
*表示本发明范围外的试样。
表12 试样 No. 烧成后的晶粒(BCT、 BCST)的平均粒径 μm 烧成后的晶粒(BCT、BCST) 的粒径(D90) A/B点比 (A:Ba、Ca、Sr,B:Ti) 相对 介电常 数 85℃时的静电电容的 温度变化率 % 高温负荷试验85℃、 9.45V、1000小时 不良的有、无 IV-32 0.2 0.42 1.008 3940 -9.7 无 0.2 0.44 4020 -9.5 无 0.21 0.44 3880 -8.4 无 IV-33 0.19 0.43 1.005 3880 -9.8 无 0.2 0.46 3990 -9.2 无 0.21 0.51 4050 -8.7 无 IV-34 0.2 0.43 1.003 3900 -9.6 无 0.21 0.47 3850 -9.3 无 0.22 0.52 3810 -8.5 无 *IV-35 0.25 0.66 1 2780 2 有 0.27 0.7 2780 2 有 0.29 0.71 2680 3.3 有
*表示本发明范围外的试样。
从表11、表12的结果看出,在BCT粉末及BCST粉末中含有Mg、 Y、Mn,并且Ba和Ti的A/B点比在1.003以上的试样中,烧成温度在 1200~1240℃,在烧成的全部温度区域,相对介电常数在3810以上,相 对介电常数的温度特性在85℃下为-9.8%以内的范围,高温负荷试验(85 ℃、9.45V/μm)中的耐久时间在1000小时以上。在增加叠层数的试样中, 相对介电常数高于叠层数为1层的试样。
另外,在对BCT粉末及BCST粉末的A/B点比在1.001以下的粉末, 不添加碳酸钡的试样中,烧成温度在1200~1240℃,在烧成的全部温度区 域,相对介电常数低,在高温负荷试验中耐久时间在1000小时以下。
实施例V
按以下所述制作叠层陶瓷电容器。表13示出所用的原料粉末的种类、 平均粒径、添加量、烧成温度。此处所用的BCT粉末及BCTZ粉末,采 用按摩尔比,A/B点比为1.001及1.003的粉末。BCT及BCTZ粉末的 粒径,采用主体为0.2~0.4μm的粒径。BCTZ粉末采用组成为 (Ba0.95Ca0.05)m(Ti0.8Zr0.2)O3的粉末、BCT粉末采用组成为(Ba0.95Ca0.05)TiO3的粉末。 玻璃粉末采用按表13所示的量含有氧化铝的玻璃粉末。其组成为SiO2: 50、BaO:20、CaO:20及Li2O:10(摩尔%)的玻璃粉末。所谓“包覆 有”,表示以氧化物分别在BCT粉末、BCTZ粉末上包覆Mg、Y、Mn。
采用直径5mm的氧化锆球,作为溶剂添加甲苯及乙醇的混合溶剂, 湿法混合上述粉末。接着,在湿法混合的粉末中添加聚乙烯醇缩丁醛树脂 及甲苯和乙醇的混合溶剂,同样采用直径5mm的氧化锆球进行湿法混合, 调制陶瓷生料,利用刮板法制作厚3μm的陶瓷生片。
接着,在该陶瓷生片的上面形成多个以Ni为主成分的矩形状的内部 电极图形,在其周围按实质上相同的高度,形成陶瓷成分与陶瓷生片相同 的陶瓷图形。内部电极图形所用的导电糊,Ni粉末采用平均粒径0.3μm的 粉末,相对于Ni粉末100质量份,作为合用材添加30质量份的生片所用 的BCT粉末。
然后,360片叠层印刷了内部电极图形的陶瓷生片,在其上下面分别 叠层20片未印刷内部电极图形的陶瓷生片,采用压力机,在温度60℃、 压力107Pa、时间10分钟的条件下,一并叠层,切断成规定的尺寸。
接着,对叠层成型体,以10℃/h的升温速度,在大气中,按300℃ /h进行脱粘合剂处理,从500℃的升温速度为300℃/h的升温速度,在 1155~1245℃(在氧分压10-6Pa)下烧成2小时,接着按300℃/h的降温 速度冷却到1000℃,在氮气气氛中,在1000℃进行4小时再氧化处理, 按300℃/h的降温速度冷却,制作电容器主体。该电容器主体的尺寸为 2×1.3×1.3mm3,电介质层的厚度为2μm。
接着,在滚筒研磨了烧成的电子部件主体后,在电子部件主体的两端 部上,涂布含有Cu粉末和玻璃粉末的外部电极糊,在850℃进行烧结形 成外部电极。然后,采用电解滚筒机,在该外部电极的表面上,依次进行 镀Ni及镀Sn,制作叠层陶瓷电容器。
构成上述制作的叠层陶瓷电容器的电介质层,按断面的结晶组织中的 各个晶粒的面积比,在将BCTZ晶粒的比例规定为ABCTZ、将BCT晶粒的 比例规定为ABCT时,为ABCT/ABCTZ=0.8~1.2。此外,钛酸钡晶粒中所 含的稀土元素(钇),以粒子表面即晶界相作为最高温度,从晶粒表面朝 粒子内部具有0.05原子%/nm以上的浓度梯度。
然后,对这些叠层陶瓷电容器,与实施例1相同地,进行评价。以下 的评价中的试样数规定为100个。
此外,利用扫描型电子显微镜(SEM)求出构成电介质层的BCT型 晶粒和BCTZ型晶粒的平均粒径。刻蚀研磨面,任意选择20个电子显微 镜照片内的晶粒,利用截断法求出各晶粒的最大径,求出它们的平均值和 D90(从小径到大径的90%累计值)。此时的试样数规定为5个。
关于Ca浓度及Sr浓度,采用透射电子显微镜及EDS(元素分析装置), 分析中心部附近的任意的地方。此时,对于Ca浓度及Sr浓度高于0.4原 子%(小数点第2位,四舍五入)的,作为Ca及Sr浓度高的电介质粒子。 对1试样中的100~150个主晶粒进行该分析。
表13 试样 No. BCT粉末 BCTZ粉末 玻璃粉末 BaCO3 质量份 烧成 温度 ℃ 包覆 有无 A/B 添加量 包覆 有无 A/B 添加量 平均粒径μm 添加量 质量份 氧化铝 含有量 质量% Mg 质量份 Y 质量份 Mn 质量份 Mg 质量份 Y 质量份 Mn 质量份 V-1 包覆有 1.003 0.024 0.104 0.025 包覆有 1.003 0.066 0.328 0.075 0.3 1.2 0.08 0.43 1155 1185 1215 1245 V-2 包覆有 1.003 0.024 0.104 0.025 包覆有 1.003 0.066 0.328 0.075 0.3 1.2 1.5 0.43 1155 1185 1215 1245 V-3 包覆有 1.001 0.011 0.061 0.015 包覆有 1.001 0.0325 0.185 0.0345 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1185 1215 1245 V-4 包覆无 1.003 0.024 0.104 0.025 包覆无 1.003 0.066 0.328 0.075 0.3 1.2 0.08 0.43 1155 1185 1215 1245 V-5 包覆有 1.003 0.043 0.246 0.046 包覆有 1.003 0.043 0.246 0.046 0.5 1.2 0.08 0.43 1155 1170 1185 1200 *V-6 包覆有 1.001 0.024 0.104 0.025 包覆有 1.001 0.066 0.328 0.075 0.3 1.2 0.08 0 1155 1185 1215 1245
*表示本发明范围外的试样。
表14 试样 No. 烧成后的晶粒(BCT、 BCTZ)的平均粒径μm 烧成后的晶粒(BCT、 BCTZ)的粒径(D90) A/B点比 (A:Ba、Ca, B:Ti、Zr) 静电电容 μF 相对 介电常数 125℃时的静电电 容的温度变化率 % 高温负荷试验 125℃、9.45V、1000小时 不良的有、无 V-1 0.29 0.46 1.005 11.0 6446 -14.1 无 0.29 0.47 11.1 6511 -13.9 无 0.30 0.48 11.1 6511 -14.1 无 0.30 0.48 11.2 6575 -13.9 无 V-2 0.29 0.47 1.005 11.0 6440 -14.2 无 0.30 0.49 11.1 6500 -14.2 无 0.31 0.50 11.1 6505 -14.4 无 0.32 0.52 11.2 6570 -14.8 有 V-3 0.31 0.51 1.003 11.1 6511 -14.2 无 0.31 0.51 11.1 6511 -14.2 无 0.32 0.52 11.2 6575 -14.3 无 0.32 0.52 11.4 6640 -14.6 无 V-4 0.33 0.56 1.005 11.9 6962 -14.9 无 0.34 0.57 11.9 6962 -14.7 无 0.35 0.61 12.0 7027 -14.9 无 0.37 0.65 12.0 7027 -14.7 无 V-5 0.30 0.48 1.005 11.0 6446 -14.1 无 0.30 0.50 11.1 6511 -13.9 无 0.31 0.53 11.4 6640 -14.3 无 0.31 0.55 11.5 6704 -14.5 无 *V-6 0.39 0.61 1.001 11.0 6446 -16.2 有 0.41 0.65 11.1 6511 -16.2 无 0.45 0.75 11.1 6511 -15.0 有 0.52 0.83 11.2 6575 -17.4 有
*表示本发明范围外的试样。
从表13、表14的结果看出,在BCT及BCTZ粉末中含有Mg、Y、 Mn,并且Ba和Ti的A/B点比在1.003以上的本发明的试样中,除采用 氧化铝含有量高的玻璃粉末的试样No.V-2外,烧成温度在1155~1245℃, 在烧成的全部温度区域,相对介电常数在6440以上,温度特性在125℃下 小于-14.9%,此外,在-55℃时,都在±15%以内,在高温负荷试验中也无 不良。此外,在本发明中,相对于BCT粉末,增加BCTZ粉末侧的Mg、 Y及Mn的包覆量的一方,得到良好的特性。
另外,在对BCT及BCTZ粉末的A/B点比在1.001以下、并且不添 加钛酸钡的试样中,烧成温度在1155~1245℃,在1215℃的特性显示出 与上述本发明的试样相同程度的相对介电常数,但在用1215℃以上的温 度,或用1155℃的温度烧成的时候,静电电容的温度特性显著,在高温负 荷试验中出现不良。