JP4862501B2 - Dielectric ceramic, manufacturing method thereof and multilayer ceramic capacitor - Google Patents
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Description
本発明は、誘電体セラミック、その製造方法及び積層セラミックコンデンサに関し、更に詳しくは、圧電共振を防止することができると共に温度特性(温度による静電容量の変化率)及び信頼性を向上させることができる誘電体セラミック、その製造方法及び積層セラミックコンデンサに関する。 The present invention relates to a dielectric ceramic, a method for manufacturing the same, and a multilayer ceramic capacitor. More specifically, the present invention can prevent piezoelectric resonance and improve temperature characteristics (rate of change in capacitance due to temperature) and reliability. The present invention relates to a dielectric ceramic, a manufacturing method thereof, and a multilayer ceramic capacitor.
従来のこの種の誘電体セラミック及び積層セラミックコンデンサとしては、例えば特許文献1〜7において提案されたものが知られている。
As conventional dielectric ceramics and multilayer ceramic capacitors of this type, those proposed in
特許文献1では積層型コンデンサが提案されている。この積層型コンデンサは、誘電体層がBaTiO3を主成分とする結晶粒子と、該結晶粒子間の粒界とからなり、前記誘電体層の破断面における全粒界個数のうち80%以上の粒界が、Si、希土類元素、アルカリ土類金属元素および酸素を含む非晶質からなるものである。この構成から、Ni/NiOの平衡酸素分圧以下の焼成条件で焼成しても、高温負荷寿命で優れた特性を示す。
また、特許文献2では誘電体磁器およびその製法が提案されている。この誘電体磁器は、Ba、Ti、Mn、YおよびMgを含有する誘電体磁器であって、少なくともBaおよびTiを含有するペロブスカイト型複合酸化物からなる主結晶粒子と、少なくともYおよびMgを含有する粒界相とからなるとともに、前記Mnが実質的に前記主結晶粒子内にのみ存在するものである。この構成から、主結晶粒子内にのみMnが存在するため、主結晶粒子内へのMgおよびYの固溶が抑制され、焼結性が向上し、1200℃以下の低温で焼成することができるとともに、主結晶粒子内にのみMnが存在するため、誘電体磁器が高い絶縁抵抗を示す。
また、特許文献3では誘電体磁器および積層型電子部品が提案されている。この誘電体磁器は、Ba、Ti、希土類元素、MgおよびMnを含有するペロブスカイト型複合酸化物からなる主結晶粒子と、粒界相とからなる誘電体磁器であって、前記粒界相中に、希土類元素およびSiを含有する複合酸化物からなる結晶相を含有するものである。この構成から、結晶相として、γ−Y2Si2O7が存在することにより、薄層化しても高温負荷試験における信頼性を向上させることができる。 Patent Document 3 proposes a dielectric ceramic and a multilayer electronic component. This dielectric ceramic is a dielectric ceramic composed of main crystal particles made of a perovskite complex oxide containing Ba, Ti, rare earth elements, Mg and Mn, and a grain boundary phase. And a crystal phase composed of a complex oxide containing rare earth elements and Si. From this configuration, the presence of γ-Y 2 Si 2 O 7 as a crystal phase can improve the reliability in a high-temperature load test even if the layer is thinned.
特許文献4では誘電体磁器およびその製造方法、並びに積層型電子部品およびその製造方法が提案されている。この誘電体磁器は、Ba、Ti、希土類元素、Mg、Mnを含有するペロブスカイト型複合酸化物からなる主結晶粒子と、粒界相とからなる誘電体磁器であって、前記粒界相中の三重点に、少なくともM4R6O(SiO4)型結晶相(Mはアルカリ土類元素、Rは希土類元素)が析出してなるものである。この構成から、放電しやすく絶縁破壊抵抗の低下が著しい三重点粒界相に特異な結晶相を形成することで、絶縁性、高温負荷における信頼性、温度特性が向上する。 Patent Document 4 proposes a dielectric ceramic and its manufacturing method, and a multilayer electronic component and its manufacturing method. This dielectric ceramic is a dielectric ceramic composed of main crystal particles made of a perovskite type complex oxide containing Ba, Ti, rare earth elements, Mg, and Mn, and a grain boundary phase. At least the M 4 R 6 O (SiO 4 ) type crystal phase (M is an alkaline earth element and R is a rare earth element) is precipitated at the triple point. With this configuration, by forming a unique crystal phase in the triple-point grain boundary phase that is easy to discharge and has a significant decrease in dielectric breakdown resistance, the insulation, reliability at high temperature load, and temperature characteristics are improved.
特許文献5では誘電体セラミックおよびその製造方法ならびに積層セラミックコンデンサが提案されている。この誘電体磁器は、ABO3(A:Ba、Ca、Sr。B:Ti、Zr、Hf)を主成分とし、更に希土類元素とSiを含む誘電体セラミックで、希土類元素の少なくとも一部とSiの少なくとも一部とが主成分とは異なる結晶性複合酸化物を形成しているものである。この構成から、薄層化したほどには温度特性が悪化せず、信頼性に優れた誘電体セラミック及び積層セラミックコンデンサを得ることができる。 Patent Document 5 proposes a dielectric ceramic, a manufacturing method thereof, and a multilayer ceramic capacitor. This dielectric ceramic is a dielectric ceramic containing ABO 3 (A: Ba, Ca, Sr. B: Ti, Zr, Hf) as a main component and further containing a rare earth element and Si. At least a part of the rare earth element and Si A crystalline composite oxide in which at least a part of is different from the main component is formed. From this configuration, the temperature characteristics do not deteriorate as the thickness is reduced, and a dielectric ceramic and multilayer ceramic capacitor having excellent reliability can be obtained.
特許文献6では誘電体磁器組成物の製造方法と誘電体層含有電子部品の製造方法が提案されている。この誘電体磁器組成物は、主成分BaTiO3と、酸化シリコンを含む焼結助剤となる第2副成分を除く、第1副成分(Mgおよびアルカリ土類金属の酸化物)、第3副成分(V、Mo、Wの酸化物)、第4副成分(希土類酸化物)以外とを仮焼することによって得られる。この構成から、組成のバラツキが低減し、偏析相の析出制御、大きさの制御が可能となり、温度特性、容量経時変化、絶縁性、高温負荷における信頼性が向上する。 Patent Document 6 proposes a method for producing a dielectric ceramic composition and a method for producing a dielectric layer-containing electronic component. This dielectric ceramic composition includes a first subcomponent (Mg and alkaline earth metal oxide), a third subcomponent excluding a main component BaTiO 3 and a second subcomponent serving as a sintering aid containing silicon oxide. It is obtained by calcining other than the components (oxides of V, Mo, W) and the fourth subcomponent (rare earth oxide). With this configuration, variation in composition is reduced, segregation phase precipitation control and size control are possible, and temperature characteristics, capacity change with time, insulation, and reliability at high temperature loads are improved.
特許文献7では誘電体磁器および積層型電子部品が提案されている。この誘電体磁器は、Aサイトの一部がCaで置換されたペロブスカイト型チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子(1)およびBサイトの一部がZrで置換されたペロブスカイト型チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子(2)間の粒界に、Mn、Ca、Mg、及びBaのうち少なくとも一つ以上の元素と、希土類元素、並びにSiを含有する、層厚が1nm以下のアモルファス層を含むものである。 Patent Document 7 proposes a dielectric ceramic and a multilayer electronic component. This dielectric porcelain comprises perovskite-type barium calcium zirconate titanate crystal particles (1) in which a part of A site is substituted with Ca and perovskite-type barium calcium zirconate titanate in which a part of B site is substituted with Zr. The grain boundary between the crystal grains (2) includes an amorphous layer having a layer thickness of 1 nm or less, containing at least one element of Mn, Ca, Mg, and Ba, a rare earth element, and Si.
しかしながら、特許文献1に記載の積層型コンデンサの場合には、焼成過程で添加剤を溶融させる必要があるため、主成分と添加剤の反応が進み易く、直流電圧印加後に圧電共振を抑制することができず、また、容量温度特性の制御が難しい。更に、添加剤を作製する時に希土類元素とSiとMgを同時に仮焼するため、信頼性の低いMgとSiの複合酸化物の生成を抑制することができない。
However, in the case of the multilayer capacitor described in
特許文献2に記載の誘電体磁器の場合には、Mnが主結晶中に固溶しているため、粒界領域におけるMnの絶対量が不足して信頼性が低下し、直流電圧印加後に残存する圧電共振を抑制することができない。また、MgとSiとしてはそれぞれ酸化物単体で添加しているため、焼成後に融点が低いMgとSiの複合酸化物が生成してしまい、信頼性の低いMgとSiの複合酸化物の生成を抑制することができない。
In the case of the dielectric ceramic described in
特許文献3、5に記載の誘電体磁器の場合には、希土類元素とSiのみからなる複合酸化物では、還元性雰囲気で焼結して結晶が成長すると急激に高温負荷信頼性等の特性が低下し、十分に高い信頼性を得ることとができない。 In the case of the dielectric ceramics described in Patent Documents 3 and 5, in a complex oxide composed of only rare earth elements and Si, characteristics such as high temperature load reliability suddenly occur when crystals grow by sintering in a reducing atmosphere. It is not possible to obtain sufficiently high reliability.
また、特許文献4に記載の誘電体磁器の場合には、予め希土類元素とSiとMgを反応させていないため、焼成後に融点が低いMgとSiの複合酸化物が生成してしまい、信頼性の低いMgとSiの複合酸化物の生成を抑制することができない。 Further, in the case of the dielectric ceramic described in Patent Document 4, since rare earth elements, Si and Mg are not reacted in advance, a composite oxide of Mg and Si having a low melting point is generated after firing. Therefore, it is not possible to suppress the formation of Mg and Si composite oxide having a low content.
また、特許文献6に記載の誘電体磁器の場合には、Siを希土類元素やMgと予め反応させていないため、焼成後に安定した希土類元素とMgとSiとMnの複合酸化物が得られず、十分に高い信頼性を得ることとができない。 Further, in the case of the dielectric ceramic described in Patent Document 6, since Si is not previously reacted with a rare earth element or Mg, a stable complex oxide of rare earth element, Mg, Si, and Mn cannot be obtained after firing. Can't get enough high reliability.
また、特許文献7に記載の誘電体磁器の場合には、ペロブスカイト型チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム結晶粒子(1)、(2)間の粒界にアモルファス層を含むため、所望の信頼性を確保することができない。 In the case of the dielectric ceramic described in Patent Document 7, an amorphous layer is included in the grain boundary between the perovskite-type barium calcium zirconate titanate crystal particles (1) and (2), so that desired reliability is ensured. Can not do it.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、圧電共振を防止することができると共に高温負荷信頼性に優れ、しかも良好な温度特性を得ることができる誘電体セラミック、その製造方法及び積層セラミックコンデンサを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is a dielectric ceramic that can prevent piezoelectric resonance and is excellent in high-temperature load reliability and that can obtain good temperature characteristics, a method for manufacturing the same, and The object is to provide a multilayer ceramic capacitor.
本発明者らは、BaTiO3系のペロブスカイト型結晶を主成分とし、R、Mg、Siを副成分として含む誘電体セラミックについて種々検討した結果、R、Mg、SiがMg酸化物やMg−Si−O複合酸化物として存在すると信頼性が低下し、R、Mg、Siが少なくともR−Mg−Si−O複合酸化物として存在すれば信頼性の低下が起こらないという知見を得た。 As a result of various studies on dielectric ceramics containing BaTiO 3 -based perovskite crystal as a main component and R, Mg, and Si as subcomponents, the inventors have found that R, Mg, and Si are Mg oxides and Mg-Si. The present inventors have found that when it is present as —O composite oxide, the reliability is lowered, and when R, Mg, and Si are present as at least R—Mg—Si—O composite oxide, the reliability is not lowered.
また、R、Mg、Siそれぞれの化合物をただ単に混合して反応させただけでは、最終的な主成分との焼結体において、Mg−Si−O複合酸化物が残ることが判った。また、予め合成したR−Si−O複合酸化物とMg化合物と主成分とを焼成段階で反応させても、R−Si−O複合酸化物とMg化合物とが十分に反応せず、Mg酸化物が残って信頼性が低下することが判った。また、予め合成したR−Mg−O複合酸化物とSi化合物と主成分とを焼成段階で反応させても同様に信頼性が低下することが判った。そこで、本発明者らは、R、Mg、Siそれぞれの化合物を特定の手順で反応させることによってペロブスカイト型結晶中にR−Mg−Si−O複合酸化物を安定的に存在させることができ、圧電共振を抑制し、温度特性等を向上させられることを知見した。 Further, it was found that the Mg—Si—O composite oxide remains in the sintered body with the final main component by simply mixing and reacting each of the R, Mg, and Si compounds. Further, even when the R-Si-O composite oxide synthesized in advance, the Mg compound, and the main component are reacted in the firing step, the R-Si-O composite oxide and the Mg compound do not sufficiently react, and Mg oxidation It was found that the reliability remained due to the remaining objects. Further, it has been found that the reliability similarly decreases even when the R-Mg-O composite oxide synthesized in advance, the Si compound, and the main component are reacted in the firing stage. Therefore, the present inventors can stably present the R-Mg-Si-O composite oxide in the perovskite type crystal by reacting each compound of R, Mg, and Si in a specific procedure, It has been found that the piezoelectric resonance can be suppressed and the temperature characteristics and the like can be improved.
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、請求項1に記載の誘電体セラミックは、ABO3(但し、Aサイトは、Ba、Ca、Srの少なくともBaを含み、Bサイトは、Ti、Zr、Hfの少なくともTiを含むペロブスカイト型結晶を表す。)を主成分とし、副成分として希土類元素R(但し、Rは、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの少なくとも一種を表す。)、Mg、Si及びMnを含む誘電体セラミックにおいて、少なくともR、Mg、Si及びMnからなる結晶性複合酸化物を主成分とする二次相粒子が存在し、上記結晶性複合酸化物におけるR、Mg、Siの含有モル比をx:y:zで表すとき、x、y、zは、A(42,8,50)、B(8,42,50)、C(8,8,84)の3点を頂点とする三角形に囲まれた範囲(但し、BC線上の成分、AC線上の成分は含み、AB線上の成分は含まない)にあることを特徴とするものである。
The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and the dielectric ceramic according to
本発明の請求項2に記載の誘電体セラミックは、請求項1に記載の発明において、上記主成分ABO3100モル部に対する上記副成分の含有量は、Rが4〜20モル部、Mgが2〜15モル部、Siが2〜15モル部、Mnが0.5〜5.0モル部であることを特徴とするものである。
The dielectric ceramic according to
本発明の請求項3に記載の誘電体セラミックは、請求項1または請求項2に記載の発明において、上記主成分ABO3100モル部に対し、M(Cr、V、Fe、Co、Ni、Cu、Nb、Mo及びWのうち少なくとも一種を含む)を、0.5〜5.0モル部含むことを特徴とするものである。
The dielectric ceramic according to claim 3 of the present invention is the invention according to
本発明の請求項4に記載の誘電体セラミックは、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発明において、上記主成分のBサイトにおいて、Tiの一部をZr及びHfによって置換したとき、モル比で0.98≦Ti/(Zr+Ti+Hf)≦1.00の関係が成立することを特徴とするものである。
The dielectric ceramic according to claim 4 of the present invention is the invention according to any one of
本発明の請求項5に記載の誘電体セラミックの製造方法は、ABO3(但し、Aサイトは、Ba、Ca、Srの少なくともBaを含み、Bサイトは、Ti、Zr、Hfの少なくともTiを含むペロブスカイト型結晶を表す。)を調製する工程と、少なくとも希土類元素化合物と珪素化合物とを反応させ、その一部に結晶性を有する反応物Aを調製する工程と、上記結晶性を有する反応物Aとマグネシウム化合物とを反応させ、その一部に結晶性を有する反応物Bを調製する工程と、上記ABO3、上記結晶性を有する反応物B、及びマンガン化合物を混合してセラミック原料粉末を調製する工程と、上記セラミック原料粉末を焼成する工程と、を備えたことを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a dielectric ceramic manufacturing method comprising: ABO 3 (where the A site includes at least Ba of Ba, Ca, and Sr, and the B site includes at least Ti of Ti, Zr, and Hf). A perovskite-type crystal), a step of reacting at least a rare earth element compound and a silicon compound, and preparing a reactant A having crystallinity in a part thereof, and a reactant having the crystallinity. A step of reacting A with a magnesium compound and preparing a reactant B having crystallinity in a part thereof, mixing the ABO 3 , the reactant B having crystallinity, and a manganese compound to obtain a ceramic raw material powder And a step of baking the ceramic raw material powder.
本発明の請求項6に記載の積層セラミックコンデンサは、積層された複数の誘電体セラミック層と、静電容量を取得できるように上記誘電体セラミック層間の特定の界面に沿って形成される複数の内部電極と、上記内部電極の特定のものに電気的に接続される外部電極と、を備えた積層セラミックコンデンサであって、上記誘電体セラミック層は、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の誘電体セラミックによって形成されてなることを特徴とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a multilayer ceramic capacitor comprising a plurality of laminated dielectric ceramic layers and a plurality of dielectric ceramic layers formed along a specific interface between the dielectric ceramic layers so as to obtain capacitance. A multilayer ceramic capacitor comprising an internal electrode and an external electrode electrically connected to a specific one of the internal electrodes, wherein the dielectric ceramic layer is any one of
而して、本発明の誘電体セラミックは、主成分としてABO3(但し、Aサイトは、Ba、Ca、Srの少なくともBaを含み、Bサイトは、Ti、Zr、Hfの少なくともTiを含むペロブスカイト型結晶を表す。)を含み、副成分として希土類元素R(但し、Rは、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの少なくとも一種を表す。)、Mg、Mn及びSiを含んでいる。 Thus, the dielectric ceramic of the present invention has ABO 3 as a main component (provided that the A site contains at least Ba of Ba, Ca and Sr, and the B site contains at least Ti of Ti, Zr and Hf). A rare earth element R as a subcomponent (where R is Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu). Represents at least one kind of Mg), Mg, Mn, and Si.
Aサイトは、Ba、Ca、Srの少なくともBaを含み、Bサイトは、Ti、Zr、Hfの少なくともTiを含むペロブスカイト型結晶として構成されている。Aサイトは、基本的にBaを必ず含み、Baの一部がCa、Srの少なくともいずれか一方と置換されたものであっても良い。また、Bサイトは、基本的にTiを必ず含み、Tiの一部がZr、Hfの少なくともいずれか一方と置換されたものであっても良い。 The A site includes at least Ba of Ba, Ca, and Sr, and the B site is configured as a perovskite crystal including at least Ti of Ti, Zr, and Hf. The A site basically includes Ba, and a part of Ba may be replaced with at least one of Ca and Sr. Further, the B site may basically contain Ti, and a part of Ti may be substituted with at least one of Zr and Hf.
副成分としての希土類元素R(但し、Rは、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの少なくとも一種を表す。)、Mg、Mn及びSiは、それぞれ、基本的には誘電体材料の誘電率、温度特性、キュリー温度等の特性を改善するための添加物である。 Rare earth element R (wherein R represents at least one of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu). Each of Mg, Mn and Si is basically an additive for improving the dielectric constant, temperature characteristics, Curie temperature and other characteristics of the dielectric material.
本発明の誘電体セラミックには二次相粒子が存在し、二次相粒子は、少なくとも希土類元素R、Mg、Si及びMnからなる結晶性複合酸化物を主成分として含んでいる。更に、結晶性複合酸化物におけるR、Mg、Siの含有比は、それぞれのモル比をx、y、zの三成分系で表す時、図1に示すようにx、y、zが、A(42,8,50)、B(8,42,50)、C(8,8,84)の3点を頂点とする三角形に囲まれた範囲(但し、BC線上の成分、AC線上の成分は含むが、AB線上の成分は含まない)にある。つまり、x、y、zは、x+y+z=1で、8≦x<42、8≦y<42及び50<z≦84の関係を満足している。二次相粒子のR、Mg、Siがこの条件を満足する時、誘電体セラミックを薄層化しても直流電圧印加後の圧電共振を抑制することができるセラミック構造を得ることができる。 The dielectric ceramic of the present invention has secondary phase particles, and the secondary phase particles contain at least a crystalline composite oxide composed of at least rare earth elements R, Mg, Si and Mn as a main component. Furthermore, the content ratio of R, Mg, Si in the crystalline composite oxide is such that when each molar ratio is represented by a ternary system of x, y, z, as shown in FIG. (42,8,50), B (8,42,50), C (8,8,84) surrounded by a triangle with vertices (however, the component on the BC line, the component on the AC line) Is included, but the component on the AB line is not included). That is, x, y, and z satisfy x + y + z = 1, and satisfy the relationship of 8 ≦ x <42, 8 ≦ y <42, and 50 <z ≦ 84. When the secondary phase particles R, Mg, and Si satisfy this condition, a ceramic structure capable of suppressing piezoelectric resonance after application of a DC voltage can be obtained even if the dielectric ceramic is thinned.
換言すれば、二次相粒子が結晶性を有していても、R、Mg、Siの含有比が上記条件を満足しなければ、圧電共振を抑制することが難しく、また、R、Mg、Siの含有比が上記条件を満足してもMnが存在しなければ圧電共振を抑制することが難しい。Mnは、R、Mg、Siの複合酸化物100重量部に対して0.2重量部以上含有されていることが好ましい。上記条件を満足するR、Mg、Si及びMnからなる結晶性複合酸化物は、例えば、後述する本発明の製造方法によって形成することができる。 In other words, even if the secondary phase particles have crystallinity, it is difficult to suppress piezoelectric resonance if the content ratio of R, Mg, Si does not satisfy the above conditions, and R, Mg, Even if the Si content ratio satisfies the above conditions, it is difficult to suppress piezoelectric resonance unless Mn is present. Mn is preferably contained in an amount of 0.2 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the composite oxide of R, Mg and Si. A crystalline composite oxide composed of R, Mg, Si, and Mn that satisfies the above conditions can be formed, for example, by the production method of the present invention described later.
また、主成分ABO3100モル部に対する副成分の含有量は、Rが4〜20モル部、Mgが2〜15モル部、Siが2〜15モル部、Mnが0.5〜5.0モル部であることが好ましい。ABO3に対するR、Mg、Si及びMnそれぞれの含有量がこの条件を満足する時、高温負荷特性を更に高めることができると共に温度特性を向上させることができる。 In addition, the content of subcomponents with respect to 100 mol parts of the main component ABO 3 is as follows: R is 4 to 20 mol parts, Mg is 2 to 15 mol parts, Si is 2 to 15 mol parts, and Mn is 0.5 to 5.0. The molar part is preferred. When the contents of R, Mg, Si and Mn with respect to ABO 3 satisfy this condition, the high temperature load characteristic can be further improved and the temperature characteristic can be improved.
Rの含有量が4モル部未満では温度特性が低下し、高温負荷試験に対する信頼性がやや低下し、Rの含有量が20モル部を超えると高温負荷試験に対する信頼性が低下する。しかし、Rの含有量がこの範囲を逸脱していても、温度特性や高温負荷試験に対する信頼性は、定格電圧を下げることにより実用上の温度特性及び高温負荷試験に対する信頼性を確保することができる。 If the R content is less than 4 mole parts, the temperature characteristics are lowered, and the reliability for the high temperature load test is slightly lowered. If the R content exceeds 20 mole parts, the reliability for the high temperature load test is lowered. However, even if the R content deviates from this range, the reliability of temperature characteristics and high temperature load tests can be ensured by reducing the rated voltage to ensure the reliability of practical temperature characteristics and high temperature load tests. it can.
Mgの含有量が2モル部未満では温度特性が低下し、高温負荷試験に対する信頼性がやや低下し、Mgの含有量が15モル部を超えると高温負荷試験に対する信頼性が低下する。しかし、Mgの含有量がこの範囲を逸脱していても、温度特性や高温負荷試験に対する信頼性は、定格電圧を下げることにより実用上の温度特性及び高温負荷試験に対する信頼性を確保することができる。 If the Mg content is less than 2 mole parts, the temperature characteristics are lowered, and the reliability for the high temperature load test is slightly lowered. If the Mg content exceeds 15 mole parts, the reliability for the high temperature load test is lowered. However, even if the Mg content deviates from this range, the reliability of temperature characteristics and high temperature load tests can be ensured by reducing the rated voltage to ensure the practical temperature characteristics and reliability for high temperature load tests. it can.
Siの含有量が2モル部未満では温度特性が低下し、高温負荷試験に対する信頼性がやや低下し、Siの含有量が15モル部を超えると高温負荷試験に対する信頼性が低下する。しかし、Siの含有量がこの範囲を逸脱していても、温度特性や高温負荷試験に対する信頼性は、定格電圧を下げることにより実用上の温度特性及び高温負荷試験に対する信頼性を確保することができる。 If the Si content is less than 2 mol parts, the temperature characteristics are lowered, and the reliability for the high temperature load test is slightly lowered. If the Si content exceeds 15 mol parts, the reliability for the high temperature load test is lowered. However, even if the Si content deviates from this range, the reliability of temperature characteristics and high temperature load tests can be ensured by reducing the rated voltage to ensure the reliability of practical temperature characteristics and high temperature load tests. it can.
Mnの含有量が0.5モル部未満では高温負荷試験に対する信頼性がやや低下し、温度特性もやや低下する。Mnの含有量が5モル部を超えると高温負荷試験に対する信頼性が低下する。しかし、Mnの含有量がこの範囲を逸脱していても、温度特性や高温負荷試験に対する信頼性は、定格電圧を下げることにより実用上の温度特性及び高温負荷試験に対する信頼性を確保することができる。 When the Mn content is less than 0.5 mol part, the reliability for the high temperature load test is slightly lowered, and the temperature characteristics are also somewhat lowered. When the content of Mn exceeds 5 mol parts, the reliability with respect to the high temperature load test decreases. However, even if the Mn content deviates from this range, the reliability of temperature characteristics and high-temperature load tests can ensure the reliability of practical temperature characteristics and high-temperature load tests by reducing the rated voltage. it can.
主成分ABO3100モル部に対し、Mを0.5〜5.0モル部含むことが好ましい。Mをこの範囲で添加することによって高温負荷試験に対する信頼性を更に高めることができる。Mとしては、Cr、V、Fe、Co、Ni、Cu、Nb、Mo及びWのうち少なくとも一種を適宜選択して用いることができ、二種以上を適宜選択して用いても良い。 It is preferable to contain 0.5 to 5.0 mole parts of M with respect to 100 mole parts of the main component ABO 3 . By adding M in this range, the reliability for the high temperature load test can be further increased. As M, at least one of Cr, V, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo and W can be appropriately selected and used, or two or more may be appropriately selected and used.
主成分のBサイトにおいて、Tiの一部をZr及びHfによって置換した時、モル比で0.98≦Ti/(Zr+Ti+Hf)≦1.00の関係が成立することが好ましい。上記関係が成立するとき、誘電率を低下させることなく温度特性を更に向上させることができる。 When a part of Ti is substituted by Zr and Hf at the B site of the main component, it is preferable that a molar ratio of 0.98 ≦ Ti / (Zr + Ti + Hf) ≦ 1.00 is satisfied. When the above relationship is established, the temperature characteristics can be further improved without reducing the dielectric constant.
次に、本発明の誘電体セラミックの製造方法の一例について説明する。本発明では、ABO3を調製する工程において、Aサイトは、Ba、Ca、Srの少なくともBaを含み、Bサイトは、Ti、Zr、Hfの少なくともTiを含むペロブスカイト型結晶を、誘電体セラミックの主成分として調製する。つまり、ABO3は、BaTiO3を基本組成とし、AサイトのBaの一部をCa、Srの少なくともいずれか一方で置換し、あるいはBサイトのTiをZr、Hfの少なくともいずれか一方で置換したものを調製する。Aサイト、Bサイトの双方を同時に置換したものを調製しても良い。 Next, an example of a method for producing a dielectric ceramic according to the present invention will be described. In the present invention, in the step of preparing ABO 3 , the A site includes at least Ba of Ba, Ca, and Sr, and the B site includes a perovskite crystal including at least Ti of Ti, Zr, and Hf. Prepare as the main ingredient. That is, ABO 3 has a basic composition of BaTiO 3 , and a part of Ba at the A site is replaced with at least one of Ca and Sr, or Ti at the B site is replaced with at least one of Zr and Hf. Prepare one. You may prepare what substituted both A site and B site simultaneously.
主成分ABO3には副成分としてR(但し、Rは、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの少なくとも一種を表す。)、Mg、Si及びMnを含有させる。この際、誘電体セラミック中に、少なくともR、Mg、Si及びMnからなる結晶性複合酸化物を主成分とする二次相粒子を形成する必要がある。ABO3を主成分とする誘電体セラミックにMg酸化物やMg-Si−O複合酸化物が存在する場合、この誘電体セラミックを用いて例えば積層セラミックコンデンサを作製すると、圧電共振を抑制することができず、高温負荷試験に対する信頼性が低下する。しかし、R、Mg、Si及びMnからなる結晶性複合酸化物として存在すれば、圧電共振を抑制することができ、高温負荷試験に対する信頼性が高くなる。 The main component ABO 3 has R as a subcomponent (where R represents at least one of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. ), Mg, Si, and Mn. At this time, it is necessary to form secondary phase particles mainly composed of a crystalline composite oxide composed of at least R, Mg, Si and Mn in the dielectric ceramic. When Mg oxide or Mg—Si—O composite oxide exists in a dielectric ceramic containing ABO 3 as a main component, for example, if a multilayer ceramic capacitor is produced using this dielectric ceramic, piezoelectric resonance can be suppressed. This is not possible and the reliability for the high temperature load test is reduced. However, if it exists as a crystalline composite oxide composed of R, Mg, Si, and Mn, the piezoelectric resonance can be suppressed, and the reliability for the high-temperature load test is increased.
そこで、本発明では、R、Mg、Si及びMnを副成分として添加する前に、少なくとも希土類元素(R)化合物と珪素(Si)化合物とを反応させ、その一部に結晶性を有する反応物Aを調製する工程を備えている。この工程において、予め反応物AとしてR−Si−O複合酸化物を用意する。更に、結晶性を有するR−Si−O複合酸化物とマグネシウム(Mg)化合物とを反応させ、その一部に結晶性を有する反応物Bを調製する工程を備えている。この工程において、反応物BとしてR−Si−Mg−O複合酸化物を安定的且つ確実に得ることができる。 Therefore, in the present invention, before adding R, Mg, Si and Mn as subcomponents, at least a rare earth element (R) compound and a silicon (Si) compound are reacted, and a reaction product having crystallinity in a part thereof. A step of preparing A is provided. In this step, an R—Si—O composite oxide is prepared in advance as the reactant A. Furthermore, the method includes a step of reacting an R—Si—O composite oxide having crystallinity with a magnesium (Mg) compound and preparing a reactant B having crystallinity in a part thereof. In this step, the R—Si—Mg—O composite oxide can be stably and reliably obtained as the reactant B.
また、ABO3、結晶性を有するR−Si−Mg−O複合酸化物、及びマンガン(Mn)化合物を混合してセラミック原料粉末を調製する工程では、本発明の誘電体セラミックのセラミック原料粉末を得る。このセラミック原料粉末を焼成する工程において、セラミック原料粉末が誘電体セラミックとして焼結して、R、Mg、Si及びMnからなる結晶性複合酸化物を主成分とする二次相粒子が存在し、誘電体セラミックの信頼性を確保することができる。最終的な誘電体セラミックにおけるR−Mg−Si−O複合酸化物のR、Mg、Siの含有比は、モル比で前述した三角形の範囲内になるように予め調整しなくてはならない。 In the step of preparing ceramic raw material powder by mixing ABO 3 , R-Si-Mg-O composite oxide having crystallinity, and manganese (Mn) compound, the ceramic raw material powder of the dielectric ceramic of the present invention is prepared. obtain. In the step of firing the ceramic raw material powder, the ceramic raw material powder is sintered as a dielectric ceramic, and there are secondary phase particles mainly composed of a crystalline composite oxide composed of R, Mg, Si and Mn. The reliability of the dielectric ceramic can be ensured. The content ratio of R, Mg, Si in the R—Mg—Si—O composite oxide in the final dielectric ceramic must be adjusted in advance so that the molar ratio falls within the above-mentioned triangular range.
Mnは、R、Mg、Siと異なり、その添加時期、反応時期は特に制限されるものではない。例えば、R−Si−O複合酸化物を調製する段階、R−Si−O複合酸化物とMg化合物を反応させる段階、あるいはR−Mg−Si−O複合酸化物と主成分とを混合させる段階で添加しても良い。 Unlike R, Mg, and Si, Mn is not particularly limited in its addition time and reaction time. For example, a step of preparing an R—Si—O composite oxide, a step of reacting an R—Si—O composite oxide and an Mg compound, or a step of mixing an R—Mg—Si—O composite oxide and a main component. May be added.
本発明の積層セラミックコンデンサは、本発明の誘電体セラミックを誘電体材料として用いるため、温度特性、高温負荷信頼性が向上し、圧電共振が殆どないものになる。 Since the multilayer ceramic capacitor of the present invention uses the dielectric ceramic of the present invention as a dielectric material, temperature characteristics and high-temperature load reliability are improved, and there is almost no piezoelectric resonance.
本発明によれば、圧電共振を防止することができると共に高温負荷信頼性に優れ、しかも良好な温度特性を得ることができる誘電体セラミック、その製造方法及び積層セラミックコンデンサを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dielectric ceramic which can prevent a piezoelectric resonance, is excellent in high temperature load reliability, and can acquire a favorable temperature characteristic, its manufacturing method, and a multilayer ceramic capacitor can be provided.
以下、図2を参照しながら本発明の積層セラミックコンデンサの一実施形態について説明する。本実施形態の積層セラミックコンデンサ1は、例えば図2に示すように、複数層の誘電体セラミック層2及びこれらの誘電体セラミック層2間にそれぞれ配置された複数の第1、第2内部電極3A、3Bを有する積層体と、これらの内部電極3A、3Bに電気的に接続され且つ積層体の両端に形成された第1、第2外部電極4A、4Bとを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the multilayer ceramic capacitor of the present invention will be described with reference to FIG. For example, as shown in FIG. 2, the multilayer
第1内部電極3Aは、誘電体セラミック層2の一端(同図の左端)から他端(右端)の近傍まで延び、第2内部電極3Bは誘電体セラミック層2の右端から左端の近傍まで延びている。第1、第2内部電極3A、3Bは導電性材料によって形成されている。この導電性材料としては、例えば、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、銀、銀合金等の金属を好ましく用いることができる。また、内部電極の構造欠陥を防止するために、導電性材料に加えてセラミック粉末を少量添加しても良い。
The first
また、第1外部電極4Aは、積層体内の第1内部電極3Aに電気的に接続され、第2外部電極4Bは積層体内の第2内部電極3Bに電気的に接続されている。第1、第2外部電極4A、4Bは、従来公知のAg、銅等の種々の導電性材料によって形成することができる。また、第1、第2外部電極4A、4Bの形成手段は、従来公知の各手段を適宜採用することができる。
The first
本実施形態の積層セラミックコンデンサの場合には、還元性雰囲気で焼成することができるため、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金などの卑金属を用いて内部電極を形成することができる。 In the case of the multilayer ceramic capacitor of this embodiment, since it can be fired in a reducing atmosphere, the internal electrode can be formed using a base metal such as nickel, nickel alloy, copper, or copper alloy.
以下の実施例1〜5では、誘電体セラミック層2に用いられる本発明の誘電体セラミックを調製し、この誘電体セラミックを用いて本発明の積層セラミックコンデンサを作製し、積層セラミックコンデンサの電気的特性を評価した。
In Examples 1 to 5 below, the dielectric ceramic of the present invention used for the dielectric
実施例1
本実施例では、R、Mg、Siそれぞれのモル比を変化させてモル比の影響について調べた。
本実施例では、ABO3として、(Ba0.97Ca0.01Sr0.02)1.005(Ti0.98Zr0.02)O3を用い、添加成分として希土類元素酸化物(以下、「ROx」と称す。)、MgO、SiO2及びMnO2を用いて、試験例1〜18の試料を作製した。また、比較のために比較例1〜4の試料を作製した。尚、ROx中のxは、電気的中性を保つための正の数である。
Example 1
In this example, the influence of the molar ratio was examined by changing the molar ratio of R, Mg, and Si.
In this example, (Ba 0.97 Ca 0.01 Sr 0.02 ) 1.005 (Ti 0.98 Zr 0.02 ) O 3 was used as ABO 3 , and a rare earth element oxide (hereinafter referred to as an additive component). , “RO x ”), MgO, SiO 2 and MnO 2 were used to prepare samples of Test Examples 1 to 18. Moreover, the sample of Comparative Examples 1-4 was produced for the comparison. Note that x in RO x is a positive number for maintaining electrical neutrality.
(1)主成分(Ba0.97Ca0.01Sr0.02)1.005(Ti0.98Zr0.02)O3の調製
まず、出発原料としてBaCO3、CaCO3、SrCO3、TiO2及びZrO2の各粉末を準備し、これら出発原料を上記主成分の組成となるように秤量した後、これらの出発原料をボールミルによって混合し、1050℃で2時間熱処理を行い、平均粒径が0.15μmの上記主成分粉末を合成した後、これを粉砕した。
(1) Preparation of Main Component (Ba 0.97 Ca 0.01 Sr 0.02 ) 1.005 (Ti 0.98 Zr 0.02 ) O 3 First, BaCO 3 , CaCO 3 , SrCO 3 , After preparing each powder of TiO 2 and ZrO 2 and weighing these starting materials so as to have the composition of the main component, these starting materials are mixed by a ball mill, heat-treated at 1050 ° C. for 2 hours, After synthesizing the main component powder having a diameter of 0.15 μm, it was pulverized.
(2)副成分R−Mg−Si−O系反応物の調製
添加成分として、希土類元素の酸化物ROx(一種以上)とSiO2を、表1に示す組成となるように秤量した後、ボールミルによって混合し、1100℃で2時間熱処理し、平均粒径0.25μmのROx−SiO2系反応物を得て、粉砕した。更に、ROx−SiO2系反応物とMgOを表1に示す組成となるように秤量した後、ボールミルによって混合し、1150℃で2時間熱処理し、平均粒径0.3μmのR−Mg−Si−O系反応物を得て、粉砕した。
(2) Preparation of Subcomponent R—Mg—Si—O-based Reactant After adding rare earth oxides RO x (one or more) and SiO 2 as additive components to the composition shown in Table 1, The mixture was mixed by a ball mill and heat-treated at 1100 ° C. for 2 hours to obtain a RO x —SiO 2 reactant having an average particle size of 0.25 μm and pulverized. Further, the RO x —SiO 2 -based reactant and MgO were weighed so as to have the composition shown in Table 1, mixed by a ball mill, heat-treated at 1150 ° C. for 2 hours, and R-Mg— having an average particle size of 0.3 μm. A Si—O-based reactant was obtained and pulverized.
(3)セラミック原料粉末の調製
(Ba0.97Ca0.01Sr0.02)1.005(Ti0.98Zr0.02)O3とR−Mg−Si−O系反応物とをボールミルによって混合してセラミック原料粉末を得た。MnO2の含有比は、主成分100モル部に対して1.5モル部であった。
(3) Preparation of ceramic raw material powder (Ba 0.97 Ca 0.01 Sr 0.02 ) 1.005 (Ti 0.98 Zr 0.02 ) O 3 and R—Mg—Si—O based reactant Ceramic raw powder was obtained by mixing with a ball mill. The content ratio of MnO 2 was 1.5 parts by mole with respect to 100 parts by mole of the main component.
(4)積層セラミックコンデンサの作製
表1に示す組成のセラミック原料粉末それぞれに、ポリビニルブチラール系バインダ及びエタノール等の有機溶媒を加え、ボールミルにより湿式混合してセラミックスラリーを調製した。これらのセラミックスラリーをドクターブレード法により、焼成後の誘電体セラミック層厚が2μmになるようにシート状に成形し、矩形のセラミックグリーンシートを得た。次いで、これらのセラミックグリーンシート上に、ニッケル(Ni)を導電成分として含む導電性ペーストをスクリーン印刷し、内部電極を構成するための導電性ペースト層を形成した。
(4) Production of Multilayer Ceramic Capacitor A ceramic slurry was prepared by adding a polyvinyl butyral binder and an organic solvent such as ethanol to each ceramic raw material powder having the composition shown in Table 1 and wet mixing with a ball mill. These ceramic slurries were formed into a sheet shape by a doctor blade method so that the thickness of the dielectric ceramic layer after firing was 2 μm to obtain a rectangular ceramic green sheet. Next, a conductive paste containing nickel (Ni) as a conductive component was screen-printed on these ceramic green sheets to form a conductive paste layer for constituting internal electrodes.
導電性ペースト層が形成されたセラミックグリーンシートを導電性ペーストの引き出されている側が互い違いになるように複数枚積層し、所定のサイズにカットし、生の積層体を得た。この生の積層体を、窒素ガス雰囲気中で350℃に加熱し、バインダを燃焼させた後、H2−N2−H2Oガスからなる還元雰囲気中において1200℃、酸素分圧10−9MPaで2時間焼成してセラミック積層体を得た。 A plurality of ceramic green sheets on which the conductive paste layer was formed were stacked so that the side from which the conductive paste was drawn was alternated and cut into a predetermined size to obtain a raw laminate. The raw laminate was heated to 350 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to burn the binder, and then 1200 ° C. and an oxygen partial pressure of 10 −9 in a reducing atmosphere composed of H 2 —N 2 —H 2 O gas. A ceramic laminate was obtained by firing at MPa for 2 hours.
焼成後のセラミック積層体の両端面にガラスフリットを含有するCuペーストを塗布し、N2雰囲気中において700℃の温度でCuペーストを焼き付け、内部電極と電気的に接続された外部電極を形成して、試験例1〜18及び比較例1〜4の積層セラミックコンデンサを得た。 A Cu paste containing glass frit is applied to both end faces of the fired ceramic laminate, and the Cu paste is baked at a temperature of 700 ° C. in an N 2 atmosphere to form an external electrode electrically connected to the internal electrode. Thus, multilayer ceramic capacitors of Test Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 4 were obtained.
このようにして得られた積層セラミックコンデンサの外形寸法は、それぞれ、幅が1.6mm、長さが3.2mm、厚さが0.8mmであり、内部電極間に介在する誘電体セラミック層の厚みは2μmであった。更に、有効誘電体セラミック層の総数は100であり、一層当たりの対向電極の面積は2.1mm2であった。 The outer dimensions of the multilayer ceramic capacitor thus obtained are 1.6 mm in width, 3.2 mm in length, and 0.8 mm in thickness, respectively, and the dielectric ceramic layer interposed between the internal electrodes. The thickness was 2 μm. Furthermore, the total number of effective dielectric ceramic layers was 100, and the area of the counter electrode per layer was 2.1 mm 2 .
(4)積層セラミックコンデンサの特性評価
試験例1〜18及び比較例1〜4の積層セラミックコンデンサそれぞれについて誘電率ε、温度特性、高温負荷特性及び圧電共振をそれぞれ測定し、その結果を表2に示した。また、積層セラミックコンデンサの中央部を含む任意の破断面について、セラミック構造の分析を行った。
(4) Characteristic Evaluation of Multilayer Ceramic Capacitor Each of the multilayer ceramic capacitors of Test Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 4 was measured for dielectric constant ε, temperature characteristics, high temperature load characteristics, and piezoelectric resonance, and the results are shown in Table 2. Indicated. Moreover, the ceramic structure was analyzed about the arbitrary fracture surface including the center part of a multilayer ceramic capacitor.
誘電率εは、温度25℃、1kHz、1Vrmsの条件下で測定した。温度変化に対する静電容量の変化率は、25℃での静電容量を基準とした125℃での変化率を温度特性として示した。 The dielectric constant ε was measured under conditions of a temperature of 25 ° C., 1 kHz, and 1 Vrms. The change rate of the capacitance with respect to the temperature change is shown as a temperature characteristic at the change rate at 125 ° C. based on the capacitance at 25 ° C.
高温負荷試験は、温度150℃において、30Vの電圧を印加して、その絶縁抵抗の経時変化を測定した。高温負荷試験は、200個の積層セラミックコンデンサについて行い、1000時間経過するまでに絶縁抵抗値が100kΩ以下になった試料を故障と判断した。 In the high temperature load test, a voltage of 30 V was applied at a temperature of 150 ° C., and the change over time in the insulation resistance was measured. The high temperature load test was performed on 200 multilayer ceramic capacitors, and a sample having an insulation resistance value of 100 kΩ or less before 1000 hours was judged as a failure.
圧電共振は、20Vの直流電圧を室温で100時間印加した後、測定した。測定器にはアジレント社製4194Aを用いた。周波数範囲は1KHz−10MHz、交流電圧は0.1Vrmsで行った。インピーダンスの周波数特性において、共振−反共振波形が観測され、且つ、反共振周波数におけるインピーダンスの共振周波数におけるインピーダンスに対する比が100以上の場合に圧電共振が存在すると判定した。 Piezoelectric resonance was measured after applying a DC voltage of 20 V at room temperature for 100 hours. The measuring instrument used was 4194A manufactured by Agilent. The frequency range was 1 KHz-10 MHz, and the AC voltage was 0.1 Vrms. In the frequency characteristics of the impedance, a resonance-antiresonance waveform was observed, and it was determined that the piezoelectric resonance was present when the ratio of the impedance at the antiresonance frequency to the impedance at the resonance frequency was 100 or more.
更に、セラミック構造の分析には波長分散型X線分析法(WDX)を用いて二次相粒子の組成を確認した。表2のR:Mg:siの比の値は、20個の二次相粒子の測定値を平均したものである。 Further, for the analysis of the ceramic structure, the composition of secondary phase particles was confirmed using wavelength dispersion X-ray analysis (WDX). The value of R: Mg: si ratio in Table 2 is an average of the measured values of 20 secondary phase particles.
表2に示す結果によれば、以下のことが判った。
本実施例における試験例1〜18では、RとSiからなる複合酸化物を調製し、更にMgO(Mg化合物)と反応させることによってR−Mg−Si−O酸化物を安定して調製することができ、しかも焼成段階で図1に斜線で示す三角形の範囲内に含まれるR:Mg:Siのモル比にすることで、R、Mg、Siそれぞれ単体の酸化物、及びこれらの3元素のうち二種のみからなる複合酸化物の生成を抑制することができ、信頼性の低下を抑制することができた。また、予め、R、Si、Mgからなる複合酸化物を調製してから主成分(Ba0.97Ca0.01Sr0.02)1.005(Ti0.98Zr0.02)O3と反応させるため、RやMgの主成分相粒子及び二次相粒子への拡散を制御し易くなり、圧電共振を抑制することができた。
According to the results shown in Table 2, the following were found.
In Test Examples 1 to 18 in this example, R-Mg-Si-O oxide is stably prepared by preparing a composite oxide composed of R and Si and further reacting with MgO (Mg compound). In addition, by setting the molar ratio of R: Mg: Si included in the range of the triangle shown by hatching in FIG. 1 at the firing stage, oxides of R, Mg, and Si each of these three elements It was possible to suppress the generation of complex oxides consisting of only two of them, and to suppress the decrease in reliability. Further, after preparing a complex oxide composed of R, Si, and Mg in advance, the main component (Ba 0.97 Ca 0.01 Sr 0.02 ) 1.005 (Ti 0.98 Zr 0.02 ) O 3 Therefore, the diffusion of R and Mg into the main phase phase particles and secondary phase particles can be easily controlled, and the piezoelectric resonance can be suppressed.
これに対して、比較例1〜4では、二次粒子相におけるR、Mg、Siの組成比が図1に斜線で示す三角形の範囲外であるため、信頼性が低下し、圧電共振が残存した。 On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, since the composition ratio of R, Mg, and Si in the secondary particle phase is outside the range of the triangle shown by hatching in FIG. 1, the reliability is lowered and the piezoelectric resonance remains. did.
実施例2
本実施例では、誘電体セラミックの製造方法による影響について調べた。
本実施例では、ABO3として、(Ba0.985Ca0.01Sr0.005)1.007(Ti0.985Zr0.01Hf0.005)O3を用い、添加成分としてROx、MgO、SiO2及びMnO2を用いて、試験例19、20の試料を作製した。以下で説明するように、試験例20は、試験例19のセラミック原料粉末を調製する際に、MnO2を添加するタイミングを異にする以外は試験例19と同一要領で作製した。
Example 2
In this example, the influence of the dielectric ceramic manufacturing method was examined.
In this example, (Ba 0.985 Ca 0.01 Sr 0.005 ) 1.007 (Ti 0.985 Zr 0.01 Hf 0.005 ) O 3 was used as ABO 3 and RO x was used as an additive component. Samples of Test Examples 19 and 20 were prepared using MgO, SiO 2 and MnO 2 . As described below, Test Example 20 was prepared in the same manner as Test Example 19 except that the timing of adding MnO 2 was different when preparing the ceramic raw material powder of Test Example 19.
(1)主成分(Ba0.985Ca0.01Sr0.005)1.007(Ti0.985Zr0.01Hf0.005)O3の調製
出発原料としてBaCO3、SrCO3、CaCO3、TiO2、ZrO2及びHfO2の各粉末を準備し、これら出発原料を上記主成分となるように秤量した後、これらの出発原料をボールミルによって混合し、1150℃で2時間熱処理を行い、平均粒径が0.25μmの上記主成分粉末を合成した後、これを粉砕した。
(1) Preparation of main component (Ba 0.985 Ca 0.01 Sr 0.005 ) 1.007 (Ti 0.985 Zr 0.01 Hf 0.005 ) O 3 As starting materials BaCO 3 , SrCO 3 ,
(2)副成分R−Mg−Si−O系反応物の調製
添加成分として、DyO3/212モル、SiO28モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、1100℃で熱処理し、平均粒径0.25μmのDy−Si−O系の反応物を得て、粉砕した。更に、Dy−Si−O系反応物とMgO6モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、1150℃で2時間熱処理し、平均粒径0.3μmのDy−Mg−Si−O系の反応物を得た。
(2) Preparation of subcomponent R—Mg—Si—O-based reactant As additive components, 12 mol of
(3)セラミック原料粉末の調製
主成分(Ba0.985Ca0.01Sr0.005)1.007(Ti0.985Zr0.01Hf0.005)O3100モルに対してDyが12モルになるDy−Mg−Si−O系反応物と、MnO22モルをボールミルによって混合してセラミック原料粉末を得た。このセラミック原料粉末を試験例19として用いた。
(3) Preparation of ceramic raw material powder Dy is 100 mol of main component (Ba 0.985 Ca 0.01 Sr 0.005 ) 1.007 (Ti 0.985 Zr 0.01 Hf 0.005 ) O 3 A Dy-Mg-Si-O-based reactant having 12 moles and 2 moles of MnO 2 were mixed by a ball mill to obtain a ceramic raw material powder. This ceramic raw material powder was used as Test Example 19.
また、試験例20では、Mnを添加するタイミングを、(3)のセラミック原料粉末を調製するタイミングに代えて、(2)のDy−Mg−Si−O系反応物を調製する段階で加えた以外は試験例19と同様にセラミック原料粉末を得た。 Moreover, in Test Example 20, the timing of adding Mn was changed to the timing of preparing the ceramic raw material powder of (3), and was added at the stage of preparing the Dy-Mg-Si-O-based reactant of (2). Except for the above, a ceramic raw material powder was obtained in the same manner as in Test Example 19.
(4)積層セラミックコンデンサの作製
試験例19、20のセラミック原料粉末を用いて実施例1と同一要領で積層セラミックコンデンサを作製し、それぞれの積層セラミックコンデンサについて実施例1と同一の評価を行い、その結果を表3に示した。
(4) Production of multilayer ceramic capacitor A multilayer ceramic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 using the ceramic raw material powders of Test Examples 19 and 20, and the same evaluation as in Example 1 was performed for each multilayer ceramic capacitor. The results are shown in Table 3.
比較例5の試料の作製
試験例19において、最初にDy2O36モル、SiO28モル及びMgO6モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、1500℃で溶融し、この溶融物を水中に投入してガラスカレットとし、このガラスカレットを粉砕して12DyO3/2−8SiO2−6MgO系ガラス粉末を調製した。次いで、主成分(Ba0.985Ca0.01Sr0.005)1.007(Ti0.985Zr0.01Hf0.005)O3100モルに対して12DyO3/2−8SiO2−6MgO系ガラス粉末1モル及びMnO22モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、セラミック原料粉末を得た。後は、このセラミック原料粉末を用いて、試験例19、20と同一要領で積層セラミックコンデンサを作製し、それぞれの積層セラミックコンデンサについて実施例1と同一の評価を行い、その結果を表3に示した。
Preparation of Sample of Comparative Example 5 In Test Example 19, first, 6 mol of Dy 2 O 3 , 8 mol of SiO 2 and 6 mol of MgO were weighed, mixed by a ball mill, melted at 1500 ° C., and this melt was immersed in water. The glass cullet was thrown in, and this glass cullet was pulverized to prepare 12DyO 3/2 -8SiO 2 -6MgO-based glass powder. Then, 12DyO 3/2 -8SiO 2- per 100 mol of the main component (Ba 0.985 Ca 0.01 Sr 0.005 ) 1.007 (Ti 0.985 Zr 0.01 Hf 0.005 )
比較例6の試料の作製
試験例19において、主成分100モルに対して、Dy2O36モル、SiO28モル、MgO6モル及びMnO22モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、セラミック原料粉末を得た。後は、このセラミック粉末を用いて、実施例1と同一要領で積層セラミックコンデンサを作製し、それぞれの積層セラミックコンデンサについて実施例1と同一の評価を行い、その結果を表3に示した。
Preparation of Sample of Comparative Example 6 In Test Example 19, 6 mol of Dy 2 O 3 , 8 mol of SiO 2 , 6 mol of
比較例7の試料の作製
試験例19において、主成分100モルに対して、Dy2O36モル、MgO6モル及びMnO22モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、乾燥して、Dy2O3、MgO、MnO2で被覆された主成分粉末を得た。この被覆された主成分100モルに対して、SiO28モルをボールミルによって混合し、セラミック原料粉末を得た。後は、このセラミック粉末を用いて、実施例1と同一要領で積層セラミックコンデンサを作製し、それぞれの積層セラミックコンデンサについて実施例1と同一の評価を行い、その結果を表3に示した。
In Preparation Test Example 19 of the sample of Comparative Example 7, with respect to 100 moles of the main component, Dy 2 O 3 6 mol, it was weighed MgO6 mole and
比較例8の試料の作製
試験例19において、主成分100モルに対して、MgO6モル及びMnO22モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、乾燥して、MgO、MnO2で被覆された主成分粉末を得た。この被覆された主成分100モルに対して、Dy2O36モル、SiO28モルをボールミルによって混合し、セラミック原料粉末を得た。後は、このセラミック粉末を用いて、実施例1と同一要領で積層セラミックコンデンサを作製し、それぞれの積層セラミックコンデンサについて実施例1と同一の評価を行い、その結果を表3に示した。
Preparation of Sample of Comparative Example 8 In Test Example 19, the main components coated with MgO and MnO 2 were weighed with 6 mol of MgO and 2 mol of MnO 2 with respect to 100 mol of the main component, then mixed with a ball mill, dried. Ingredient powder was obtained. 6 mol of Dy 2 O 3 and 8 mol of SiO 2 were mixed by a ball mill with respect to 100 mol of the coated main component to obtain a ceramic raw material powder. Thereafter, using this ceramic powder, a multilayer ceramic capacitor was produced in the same manner as in Example 1. Each multilayer ceramic capacitor was evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 3.
比較例9の試料の作製
試験例19において、最初にDy2O36モル、SiO28モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、1100℃で2時間熱処理し、平均粒径0.25μmのDy−Si−O系の反応物を得て、粉砕した。次いで、主成分100モルに対してDy−Si−O系反応物、MgO8モル及びMnO22モルを秤量した後、ボールミルによって混合してセラミック原料粉末を得た。後は、このセラミック粉末を用いて、実施例1と同一要領で積層セラミックコンデンサを作製し、それぞれの積層セラミックコンデンサについて実施例1と同一の評価を行い、その結果を表3に示した。
Preparation of Sample of Comparative Example 9 In Test Example 19, first, 6 mol of Dy 2 O 3 and 8 mol of SiO 2 were weighed, mixed by a ball mill, heat-treated at 1100 ° C. for 2 hours, and an average particle size of 0.25 μm. A Dy-Si-O-based reaction product was obtained and pulverized. Next, the Dy-Si-O-based reactant, 8 mol of MgO, and 2 mol of MnO 2 were weighed with respect to 100 mol of the main component, and then mixed by a ball mill to obtain a ceramic raw material powder. Thereafter, using this ceramic powder, a multilayer ceramic capacitor was produced in the same manner as in Example 1. Each multilayer ceramic capacitor was evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 3.
比較例10の試料の作製
試験例19において、最初にDy2O36モル、MgO6モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、1100℃で2時間熱処理し、平均粒径0.25μmのDy−Mg−O系の反応物を得て、粉砕した。このDy−Mg−O系反応物に対してMnO22モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、1150℃で2時間熱処理し、平均粒径0.30μmのDy−Mg−Mn−O系反応物を得て、粉砕した。次いで、主成分粉末とDy−Mg−Mn−O系反応物とSiO28モルをボールミルによって混合してセラミック原料粉末を得た。後は、このセラミック粉末を用いて、実施例1と同一要領で積層セラミックコンデンサを作製し、それぞれの積層セラミックコンデンサについて実施例1と同一の評価を行い、その結果を表3に示した。
Preparation of Sample of Comparative Example 10 In Test Example 19, first, 6 mol of Dy 2 O 3 and 6 mol of MgO were weighed, mixed by a ball mill, heat-treated at 1100 ° C. for 2 hours, and Dy− having an average particle diameter of 0.25 μm. An Mg—O-based reactant was obtained and pulverized. After weighing 2 mol of MnO 2 with respect to this Dy-Mg-O-based reactant, it was mixed by a ball mill and heat-treated at 1150 ° C. for 2 hours to obtain a Dy-Mg-Mn—O-based reaction having an average particle size of 0.30 μm. A product was obtained and ground. Then, to obtain a ceramic raw material powder composed mainly powder and Dy-Mg-Mn-O-based reaction products with
比較例11の試料の作製
試験例19において、最初にSiO28モル、MgO6モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、1050℃で2時間熱処理し、平均粒径0.20μmのSi−Mg−O系の反応物を得て、粉砕した。次いで、主成分粉末、Si−Mg−O系反応物、Dy2O36モル及びMnO22モルをボールミルによって混合してセラミック原料粉末を得た。後は、このセラミック粉末を用いて、実施例1と同一要領で積層セラミックコンデンサを作製し、それぞれの積層セラミックコンデンサについて実施例1と同一の評価を行い、その結果を表3に示した。
Preparation of Sample of Comparative Example 11 In Test Example 19, first, 8 mol of SiO 2 and 6 mol of MgO were weighed, mixed by a ball mill, heat-treated at 1050 ° C. for 2 hours, and Si—Mg— having an average particle size of 0.20 μm. An O-based reactant was obtained and pulverized. Next, the main component powder, Si—Mg—O-based reactant, 6 mol of Dy 2 O 3 and 2 mol of MnO 2 were mixed by a ball mill to obtain a ceramic raw material powder. Thereafter, using this ceramic powder, a multilayer ceramic capacitor was produced in the same manner as in Example 1. Each multilayer ceramic capacitor was evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 3.
比較例12の試料の作製
試験例19において、最初にDy2O36モル、SiO28モル、MgO6モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、1150℃で2時間熱処理し、平均粒径0.20μmのDy−Mg−Si−O系の反応物を得て、粉砕した。次いで、主成分粉末とDy−Mg−Si−O系反応物とMnO22モルをボールミルによって混合してセラミック原料粉末を得た。後は、このセラミック粉末を用いて、実施例1と同一要領で積層セラミックコンデンサを作製し、それぞれの積層セラミックコンデンサについて実施例1と同一の評価を行い、その結果を表3に示した。
Preparation of Sample of Comparative Example 12 In Test Example 19, first, 6 mol of Dy 2 O 3 , 8 mol of SiO 2 , and 6 mol of MgO were weighed, mixed by a ball mill, and heat-treated at 1150 ° C. for 2 hours. A 20 μm Dy-Mg-Si-O-based reaction product was obtained and pulverized. Next, the main component powder, Dy-Mg-Si-O-based reactant and 2 mol of MnO 2 were mixed by a ball mill to obtain a ceramic raw material powder. Thereafter, using this ceramic powder, a multilayer ceramic capacitor was produced in the same manner as in Example 1. Each multilayer ceramic capacitor was evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 3.
表3に示す結果によれば、以下のことが判った。
本実施例の試験例19では、RとSiからなる複合酸化物を調製し、その後Mgを反応させてR−Mg−Si−O系反応物を得ることよって、焼成後においてもR、Si、Mgそれぞれ単体の酸化物及びこれら3元素のうち二種のみからなる複合酸化物の生成を抑制することができ、信頼性の低下を抑制することができた。また、予めR、Si、Mgからなる複合酸化物を調製してから主成分と反応させたため、RやMgの主成分粒子及び二次相粒子への拡散を制御し易くなり、圧電共振を抑制することができた。本実施例の試験例20では、Mnを予め反応物調製段階で添加し、反応させても問題ないことが判った。
According to the results shown in Table 3, the following were found.
In Test Example 19 of this example, a composite oxide composed of R and Si was prepared, and then Mg was reacted to obtain an R—Mg—Si—O-based reactant, whereby R, Si, It was possible to suppress the formation of a single oxide of Mg and a composite oxide composed of only two of these three elements, and to suppress a decrease in reliability. In addition, since a composite oxide composed of R, Si, and Mg is prepared and reacted with the main component in advance, it becomes easier to control the diffusion of R and Mg into the main component particles and secondary phase particles, thereby suppressing piezoelectric resonance. We were able to. In Test Example 20 of this example, it was found that there was no problem even if Mn was added in advance at the reaction product preparation stage and allowed to react.
本実施例の試験例19、20に対して、比較例5では、二次相粒子が結晶性を有しないため、信頼性が低く、圧電共振を抑制することができなかった。比較例6では、Mnが主成分粒子中に固溶しているため、R、Mgの主成分粒子中への固溶が抑制されて、圧電共振を抑制することができなかった。比較例7、8では、いずれも信頼性の低いMg−Si−O系化合物、つまり図1に斜線で示した三角形の範囲から外れる二次相が優先的に生成してしまい、信頼性が悪化した。比較例9では、信頼性の低いR−Si−O系化合物、つまり図1に斜線で示した三角形の範囲から外れる二次相が優先的に生成してしまうため、信頼性が悪化した。比較例10では、Dy−Mg−Mn−O系化合物とSiが反応する時に信頼性の低いMg−Si−O系化合物が生成してしまい、つまり図1に斜線で示した三角形の範囲から外れる二次相が優先的に生成してしまうため、信頼性が悪化した。比較例11では、信頼性の低いMg−Si−O系化合物、つまり図1に斜線で示した三角形の範囲から外れる二次相が優先的に生成してしまい、信頼性が悪化した。比較例12では、Dy−Mg−Si−O系化合物が十分に安定ではないため、図1に斜線で示した三角形の範囲から外れる二次相が存在してしまい、信頼性が悪化した。 Compared to Test Examples 19 and 20 of this example, in Comparative Example 5, the secondary phase particles did not have crystallinity, so the reliability was low and piezoelectric resonance could not be suppressed. In Comparative Example 6, since Mn was dissolved in the main component particles, solid solution of R and Mg in the main component particles was suppressed, and piezoelectric resonance could not be suppressed. In Comparative Examples 7 and 8, Mg-Si-O-based compounds with low reliability, that is, secondary phases that deviate from the triangular range shown by hatching in FIG. did. In Comparative Example 9, since the R—Si—O-based compound having low reliability, that is, a secondary phase that deviates from the triangular range shown by hatching in FIG. 1 is preferentially generated, the reliability deteriorated. In Comparative Example 10, when the Dy-Mg-Mn-O-based compound and Si react with each other, an unreliable Mg-Si-O-based compound is generated. Since the secondary phase was preferentially generated, the reliability deteriorated. In Comparative Example 11, a low-reliability Mg—Si—O-based compound, that is, a secondary phase that deviates from the triangular range shown by hatching in FIG. In Comparative Example 12, since the Dy-Mg-Si-O-based compound was not sufficiently stable, there was a secondary phase that deviated from the range of the triangle indicated by the diagonal lines in FIG.
実施例3
本実施例では、誘電体セラミック全体の組成の影響について調べた。
本実施例では、ABO3として、(Ba0.995Ca0.005)m(Ti0.995Zr0.005)O3を用い、添加成分としてROx、MgO、SiO2及びMnO2を用いて、試験例21〜47の試料を作製した。
Example 3
In this example, the influence of the composition of the entire dielectric ceramic was examined.
In this example, (Ba 0.995 Ca 0.005 ) m (Ti 0.995 Zr 0.005 ) O 3 is used as ABO 3 , and RO x , MgO, SiO 2 and MnO 2 are used as additive components. Te, papermaking create the sample of test example 21-47.
(1)主成分(Ba0.995Ca0.005)m(Ti0.995Zr0.005)O3の調製
出発原料としてBaCO3、CaCO3、TiO2及びZrO2の各粉末を準備し、これら出発原料を上記主成分のmが表4に示す値になるように秤量した後、これらの出発原料をボールミルによって混合し、1150℃で2時間熱処理を行い、平均粒径が0.25μmの上記主成分粉末を合成した後、これを粉砕した。
(1) Preparation of main component (Ba 0.995 Ca 0.005 ) m (Ti 0.995 Zr 0.005 ) O 3 Prepare powders of BaCO 3 , CaCO 3 , TiO 2 and ZrO 2 as starting materials. These starting materials are weighed so that m of the main component is the value shown in Table 4, and then these starting materials are mixed by a ball mill and heat-treated at 1150 ° C. for 2 hours, with an average particle size of 0.25 μm. After the above main component powder was synthesized, it was pulverized.
(2)副成分R−Mg−Si−O系反応物の調製
添加成分として、表4に示す組成になるようにRO3/2、SiO2を秤量した後、ボールミルによって混合し、1100℃で2時間熱処理し、平均粒径0.20μmのR−Si−O系の反応物を得て、粉砕した。更に、R−Si−O系反応物とMgOとを表4に示す組成になるように秤量した後、ボールミルによって混合し、1150℃で2時間熱処理し、平均粒径0.25μmのR−Mg−Si−O系の反応物を得た。
(2) Preparation of subcomponent R—Mg—Si—O-based reactant As additive components, RO 3/2 and SiO 2 were weighed so as to have the composition shown in Table 4, and then mixed by a ball mill at 1100 ° C. Heat treatment was performed for 2 hours to obtain an R—Si—O-based reaction product having an average particle size of 0.20 μm and pulverized. Further, the R—Si—O-based reactant and MgO were weighed so as to have the composition shown in Table 4, then mixed by a ball mill, heat-treated at 1150 ° C. for 2 hours, and R-Mg having an average particle size of 0.25 μm. A —Si—O-based reaction product was obtained.
(3)セラミック原料粉末の調製
主成分(Ba0.995Ca0.005)m(Ti0.995Zr0.005)O3とR−Mg−Si−O系反応物とMnO2を表4に示す組成になるように秤量した後、ボールミルによって混合してセラミック原料粉末を得た。
(3) Preparation of Ceramic Raw Material Powder Main components (Ba 0.995 Ca 0.005 ) m (Ti 0.995 Zr 0.005 ) O 3 , R—Mg—Si—O based reactant and MnO 2 are shown in Table 4. After weighing so as to have the composition shown in FIG. 1, the mixture was mixed by a ball mill to obtain a ceramic raw material powder.
(4)積層セラミックコンデンサの作製
試験例21〜47のセラミック原料粉末を用いて実施例1と同一要領で積層セラミックコンデンサを作製し、それぞれの積層セラミックコンデンサについて実施例1と同一の評価を行い、その結果を表4に示した。
(4) Production of multilayer ceramic capacitor A multilayer ceramic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 using the ceramic raw material powders of Test Examples 21 to 47 , and the same evaluation as in Example 1 was performed for each multilayer ceramic capacitor. The results are shown in Table 4.
尚、表4に示す試験例及び比較例において、少なくともR−Mg−Si−Oからなる結晶性複合酸化物が内部電極間に存在し、その結晶性複合酸化物におけるR、Mg、Siのモル比が図1に斜線で示す三角形の範囲外にあるモル比をもつ二次相は実質的に存在しなかった。 In the test example and the comparative example shown in Table 4, a crystalline composite oxide composed of at least R—Mg—Si—O exists between the internal electrodes, and the moles of R, Mg, Si in the crystalline composite oxide. There was virtually no secondary phase with a molar ratio that was outside the range of the triangles shown in slash in FIG.
表4に示す結果によれば、以下のことが判った。
本実施例の試験例21〜37では、いずれも圧電共振がないことに加え、高温負荷試験の不良率が1/200以下であり、温度特性の絶対値が22%以下であった。また、試験例25〜30の結果から、希土類元素を複数、任意に組み合わせて添加しても特性に影響を与えることがなかった。
According to the results shown in Table 4, the following were found.
In Test Examples 21 to 37 of this example, in addition to no piezoelectric resonance, the defect rate of the high temperature load test was 1/200 or less, and the absolute value of the temperature characteristic was 22% or less. Further, from the results of Test Examples 25 to 30, even when a plurality of rare earth elements were added in any combination, the characteristics were not affected.
本実施例の試験例21〜37に対して、mが1.000未満の試験例38では温度特性が低下し、また信頼性もやや低下し、mが1.020を超える試験例39では、信頼性がやや低下した。Rが4モル未満の試験例40では温度特性が低下し、信頼性もやや低下した。Rが20モルを超える試験例41では信頼性がやや低下した。Mgが2モル%未満の試験例42では温度特性が低下し、信頼性もやや低下し、Mgが15モル%を超える試験例43では信頼性がやや低下した。Siが2モル%未満の試験例44では信頼性がやや低下し、Siが15モル%を超える試験例45では温度特性が低下し、信頼性もやや低下した。Mnが0.5モル%未満の試験例46では信頼性がやや低下し、温度特性もやや低下し、Mnが5モル%を超える試験例47では信頼性がやや低下した。但し、試験例38〜47のいずれの場合でも定格電圧を下げることにより実用上必要なレベルの温度特性及び信頼性を得ることができる。 To the test examples 21 to 37 of the present embodiment, m is reduced Test Example 38 In the temperature characteristic of less than 1.000, also slightly reduced reliability, in Test Example 39 m is more than 1.020, Reliability was slightly reduced. In Test Example 40 where R was less than 4 mol, the temperature characteristics were lowered and the reliability was slightly lowered. In Test Example 41 in which R exceeds 20 mol, the reliability slightly decreased. In Test Example 42 in which Mg was less than 2 mol%, the temperature characteristics were lowered and the reliability was slightly lowered, and in Test Example 43 in which Mg was more than 15 mol%, the reliability was slightly lowered. In Test Example 44 in which Si was less than 2 mol%, the reliability was slightly lowered, and in Test Example 45 in which Si was more than 15 mol%, the temperature characteristics were lowered, and the reliability was slightly lowered. In Test Example 46 where Mn was less than 0.5 mol%, the reliability was slightly lowered, and the temperature characteristics were also slightly lowered, and in Test Example 47 where Mn was more than 5 mol%, the reliability was slightly lowered. However, in any of Test Examples 38 to 47 , it is possible to obtain temperature characteristics and reliability of a practically necessary level by lowering the rated voltage.
実施例4
本実施例では、添加物Mの影響について調べた。
本実施例では、ABO3として、(Ba0.99Sr0.01)1.011(Ti0.99Zr0.01)O3を用い、添加成分としてDy3/2、MgO、SiO2及びMnO2を用いて、試験例48〜63の試料を作製した。
Example 4
In this example, the influence of the additive M was examined.
In this example, (Ba 0.99 Sr 0.01 ) 1.011 (Ti 0.99 Zr 0.01 ) O 3 was used as ABO 3 , and Dy 3/2 , MgO, SiO 2 and with MnO 2, papermaking create samples of test examples 48-63.
(1)主成分(Ba0.99Sr0.01)1.011(Ti0.99Zr0.01)O3の調製
出発原料としてBaCO3、SrCO3、TiO2及びZrO2の各粉末を準備し、これら出発原料を上記主成分の組成になるように秤量した後、これらの出発原料をボールミルによって混合し、1150℃で2時間熱処理を行い、平均粒径が0.25μmの上記主成分粉末を合成した後、これを粉砕した。
(1) Preparation of main component (Ba 0.99 Sr 0.01 ) 1.011 (Ti 0.99 Zr 0.01 ) O 3 BaCO 3 , SrCO 3 , TiO 2 and ZrO 2 powders were used as starting materials. After preparing and weighing these starting materials so as to have the composition of the main component, the starting materials are mixed by a ball mill and heat-treated at 1150 ° C. for 2 hours, and the main component having an average particle size of 0.25 μm. After the powder was synthesized, it was pulverized.
(2)副成分Dy−Mg−Si−O系反応物の調製
添加成分として、主成分100モルに対してDyO3/216モル、SiO27モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、1100℃で2時間熱処理し、平均粒径0.25μmのDy−Si−O系の反応物を得て、粉砕した。更に、Dy−Si−O系反応物とMgO5.5モルとを秤量した後、ボールミルによって混合し、1150℃で2時間熱処理し、平均粒径0.3μmのDy−Mg−Si−O系の反応物を得た。
(2) Preparation of Subcomponent Dy-Mg-Si-O-Based Reactant As additional components, DyO 3/2 16 mol and SiO 2 7 mol were weighed with respect to 100 mol of the main component, and then mixed by a ball mill. Heat treatment was performed at 0 ° C. for 2 hours to obtain a Dy—Si—O-based reaction product having an average particle size of 0.25 μm and pulverized. Further, after weighing Dy-Si-O-based reactant and 5.5 mol of MgO, they were mixed by a ball mill, heat-treated at 1150 ° C for 2 hours, and Dy-Mg-Si-O-based having an average particle size of 0.3 µm. A reaction product was obtained.
(3)セラミック原料粉末の調製
主成分(Ba0.99Sr0.01)1.011(Ti0.99Zr0.01)O3、Dy−Mg−Si−O系反応物、MnO21.5モル及びMの酸化物を表5に示す組成になるように秤量した後、ボールミルによって混合してセラミック原料粉末を得た。
(3) Preparation of ceramic raw material powder Main component (Ba 0.99 Sr 0.01 ) 1.011 (Ti 0.99 Zr 0.01 ) O 3 , Dy—Mg—Si—O based reactant,
(4)積層セラミックコンデンサの作製
試験例48〜63のセラミック原料粉末を用いて実施例1と同一要領で積層セラミックコンデンサを作製し、それぞれの積層セラミックコンデンサについて実施例1と同一の評価を行い、その結果を表5に示した。尚、高温負荷試験は、1000時間経過に加え、2000時間経過時点でも故障を判定した。
(4) Production of multilayer ceramic capacitor A multilayer ceramic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 using the ceramic raw material powders of Test Examples 48 to 63 , and the same evaluation as in Example 1 was performed for each multilayer ceramic capacitor. The results are shown in Table 5. In the high-temperature load test, failure was determined not only after 1000 hours but also after 2000 hours.
尚、表5に示す試験例において、少なくともR−Mg−Si−Oからなる結晶性複合酸化物が内部電極間に存在し、その結晶性複合酸化物におけるR:Mg:Siのモル比が図1に斜線で示す三角形の範囲外にあるモル比をもつ二次相は実質的に存在しなかった。 Incidentally, Oite Test Example shown in Table 5, crystalline composite oxide of at least R-Mg-Si-O is present between the internal electrodes, R in its crystalline composite oxide: Mg: Si molar ratio of However, there was substantially no secondary phase with a molar ratio outside the range of the triangle shown in FIG.
表5に示す結果によれば、以下のことが判った。
本実施例の試験例48〜60では、Mを0.5モル〜5.0モルの範囲で添加することによって、信頼性を更に高めることができた。高温負荷試験で2000時間経過後であっても不良率が1/200以下であった。
According to the results shown in Table 5, the following were found.
In Test Examples 48 to 60 of this example, the reliability could be further improved by adding M in the range of 0.5 mol to 5.0 mol. Even after 2000 hours had passed in the high temperature load test, the defect rate was 1/200 or less.
Mの添加量が上記範囲を逸脱する試験例61〜63では高温負荷試験における2000時間経過後の不良品率が高かった。 In Test Examples 61 to 63 in which the amount of addition of M deviates from the above range, the defective product rate after 2000 hours in the high temperature load test was high.
実施例5
本実施例では、主成分のBサイトにおけるTiの含有率の影響について調べた。
本実施例では、ABO3として、(Ba0.99Ca0.01)(Ti,Zr,Hf)O3を用い、添加成分としてDyO3/2、MgO、SiO2及びMnO2を用いて、試験例64〜66の試料を作製した。
Example 5
In this example, the influence of the Ti content at the main B site was examined.
In this embodiment, as ABO 3, using (Ba 0.99 Ca 0.01) (Ti , Zr, Hf) a O 3 used, DyO 3/2 as an additive component, MgO, SiO 2 and MnO 2, a sample of the test examples 64-66 papermaking work.
(1)主成分(Ba0.99Ca0.01)1.008(TixZr1−x)O3の調製
出発原料としてBaCO3、CaCO3、TiO2及びZrO2の各粉末を準備し、これら出発原料を表6に示す組成になるように秤量した後、これらの出発原料をボールミルによって混合し、1150℃で2時間熱処理を行い、平均粒径が0.25μmの上記主成分粉末を合成した後、これを粉砕した。
(1) Preparation of main component (Ba 0.99 Ca 0.01 ) 1.008 (Ti x Zr 1-x ) O 3 Prepare powders of BaCO 3 , CaCO 3 , TiO 2 and ZrO 2 as starting materials. These starting materials were weighed so as to have the composition shown in Table 6, and then these starting materials were mixed by a ball mill and heat-treated at 1150 ° C. for 2 hours to obtain the above main component powder having an average particle diameter of 0.25 μm. After synthesis, it was pulverized.
(2)副成分Dy−Mg−Si−O系反応物の調製
添加成分として、DyO3/212モル、SiO25モルを秤量した後、ボールミルによって混合し、1100℃で2時間熱処理し、平均粒径0.25μmのDy−Si−O系の反応物を得て、粉砕した。更に、Dy−Si−O系反応物とMgO5モルとを秤量した後、ボールミルによって混合し、1150℃で2時間熱処理し、平均粒径0.3μmのDy−Mg−Si−O系の反応物を得た。
(2) Preparation of subcomponent Dy-Mg-Si-O-based reactants DyO 3/2 12 mol and SiO 2 5 mol were weighed as additive components, mixed by a ball mill, and heat treated at 1100 ° C. for 2 hours. A Dy—Si—O-based reaction product having an average particle diameter of 0.25 μm was obtained and pulverized. Further, the Dy-Si-O-based reactant and 5 mol of MgO were weighed, mixed by a ball mill, heat-treated at 1150 ° C for 2 hours, and a Dy-Mg-Si-O-based reactant having an average particle size of 0.3 µm. Got.
(3)セラミック原料粉末の調製
主成分、Dy−Mg−Si−O系反応物、MnO21.0モルの組成になるように秤量した後、ボールミルによって混合してセラミック原料粉末を得た。
(3) Preparation main component of the ceramic raw material powder, Dy-Mg-Si-O-based reactants, were weighed so that the MnO 2 1.0 mole of composition to obtain a ceramic raw material powder was mixed by a ball mill.
(4)積層セラミックコンデンサの作製
試験例64〜66のセラミック原料粉末を用いて実施例1と同一要領で積層セラミックコンデンサを作製し、それぞれの積層セラミックコンデンサについて実施例1と同一の評価を行い、その結果を表6に示した。
(4) Production of multilayer ceramic capacitor A multilayer ceramic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 using the ceramic raw material powders of Test Examples 64-66 , and the same evaluation as in Example 1 was performed for each multilayer ceramic capacitor. The results are shown in Table 6.
尚、表6に示す試験例において、少なくともR−Mg−Si−Oからなる結晶性複合酸化物を主成分とする二次相粒子が存在し、その結晶性複合酸化物におけるR、Mg、Siのモル比が図1に斜線で示す三角形の範囲内にあり、且つMnが結晶性複合酸化物に対して0.2重量%以上であり、R、Mg、Siのモル比が三角形の範囲外にある二次相粒子は実質的に存在しなかった。 Incidentally, Oite the test examples shown in Table 6, at least R-Mg-Si-O made of a crystalline complex oxide was present secondary phase particles mainly composed, R in its crystalline composite oxide, Mg , The molar ratio of Si is within the range of the triangle shown by hatching in FIG. 1, Mn is 0.2% by weight or more with respect to the crystalline composite oxide, and the molar ratio of R, Mg, Si is triangular. There were substantially no secondary phase particles outside the range.
表6に示す結果によれば、以下のことが判った。
本実施例の試験例64、65では0.98≦Ti/(Zr+Ti+Hf)≦1.0にすることで、この範囲にない試験例66との比較からも判るように、誘電率の低下を伴わずに温度特性をより向上させることができる。
According to the results shown in Table 6, the following were found.
In Test Examples 64 and 65 of this example, 0.98 ≦ Ti / (Zr + Ti + Hf) ≦ 1.0 is accompanied by a decrease in dielectric constant, as can be seen from a comparison with Test Example 66 not in this range. Therefore, the temperature characteristics can be further improved.
尚、本発明は上記実施例に何等制限されるものではなく、本発明の趣旨に反しない限り、本発明に包含される。 In addition, this invention is not restrict | limited at all to the said Example, Unless it is contrary to the meaning of this invention, it is included by this invention.
本発明は、積層セラミックコンデンサに好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used for a multilayer ceramic capacitor.
1 積層セラミックコンデンサ
2 誘電体セラミック層
3A、3B 内部電極
4A、4B 外部電極
1
Claims (6)
副成分として希土類元素R(但し、Rは、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの少なくとも一種を表す。)、Mg、Si及びMnを含む
誘電体セラミックにおいて、
少なくともR、Mg、Si及びMnからなる結晶性複合酸化物を主成分とする二次相粒子が存在し、
上記結晶性複合酸化物におけるR、Mg、Siの含有モル比をx:y:zで表すとき、x、y、zは、A(42,8,50)、B(8,42,50)、C(8,8,84)の3点を頂点とする三角形に囲まれた範囲(但し、BC線上の成分、AC線上の成分は含み、AB線上の成分は含まない)にある
ことを特徴とする誘電体セラミック。 ABO 3 (wherein the A site includes at least Ba of Ba, Ca, and Sr, and the B site represents a perovskite crystal including at least Ti of Ti, Zr, and Hf).
Rare earth element R (where R represents at least one of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu) as an auxiliary component, Mg In a dielectric ceramic containing Si and Mn,
There are secondary phase particles mainly composed of a crystalline composite oxide composed of at least R, Mg, Si and Mn,
When the content molar ratio of R, Mg, and Si in the crystalline composite oxide is represented by x: y: z, x, y, and z are A (42,8,50) and B (8,42,50). , C (8,8,84) is in a range surrounded by a triangle whose apex is the vertex (however, the component on BC line and the component on AC line are included, but the component on AB line is not included) Dielectric ceramic.
少なくとも希土類元素化合物と珪素化合物とを反応させ、その一部に結晶性を有する反応物Aを調製する工程と、
上記結晶性を有する反応物Aとマグネシウム化合物とを反応させ、その一部に結晶性を有する反応物Bを調製する工程と、
上記ABO3、上記結晶性を有する反応物B、及びマンガン化合物を混合してセラミック原料粉末を調製する工程と、
上記セラミック原料粉末を焼成する工程と、
を備えたことを特徴とする誘電体セラミックの製造方法。 A step of preparing ABO 3 (wherein the A site contains at least Ba of Ba, Ca, and Sr, and the B site represents a perovskite crystal containing at least Ti of Ti, Zr, and Hf);
A step of reacting at least a rare earth element compound and a silicon compound, and preparing a reactant A having crystallinity in a part thereof;
Reacting the reactant A having crystallinity with a magnesium compound to prepare a reactant B having crystallinity in a part thereof;
A step of preparing a ceramic raw material powder by mixing the ABO 3 , the crystalline reactant B, and a manganese compound;
Firing the ceramic raw material powder;
A method for producing a dielectric ceramic, comprising:
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