JP4910812B2 - 誘電体磁器組成物および電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体磁器組成物、およびこの誘電体磁器組成物を誘電体層に有する電子部品に係り、さらに詳しくは、定格電圧の高い（たとえば１００Ｖ以上）中高圧用途に好適に用いられる誘電体磁器組成物および電子部品に関する。

電子部品の一例である積層セラミックコンデンサは、たとえば、所定の誘電体磁器組成物からなるセラミックグリーンシートと、所定パターンの内部電極層とを交互に重ね、その後一体化して得られるグリーンチップを、同時焼成して製造される。積層セラミックコンデンサの内部電極層は、焼成によりセラミック誘電体と一体化されるために、セラミック誘電体と反応しないような材料を選択する必要があった。このため、内部電極層を構成する材料として、従来では白金やパラジウムなどの高価な貴金属を用いることを余儀なくされていた。

しかしながら、近年ではニッケルや銅などの安価な卑金属を用いることができる誘電体磁器組成物が開発され、大幅なコストダウンが実現した。

一方、電子回路の高密度化に伴う電子部品の小型化に対する要求は高く、積層セラミックコンデンサの小型・大容量化が急速に進んでいる。それに伴い、積層セラミックコンデンサにおける１層あたりの誘電体層の薄層化が進み、薄層化してもコンデンサとしての信頼性を維持できる誘電体磁器組成物が求められている。特に、高い定格電圧（たとえば、１００Ｖ以上）で使用される中高圧用コンデンサの小型・大容量化には、誘電体層を構成する誘電体磁器組成物に対して非常に高い信頼性が要求される。

これに対して、たとえば、特許文献１には、高周波交流用または直流中高圧用の分野に対応可能な耐還元性誘電体セラミックとして、一般式：ＡＢＯ_３ ＋ａＲ＋ｂＭ（Ｒは、Ｌａ等の元素を含む化合物であり、Ｍは、Ｍｎ等の元素を含む化合物であり、１．０００＜Ａ／Ｂ≦１．０３５、０．００５≦ａ≦０．１２、０．００５≦ｂ≦０．１２である。）で表わされるチタン酸バリウムを主成分とする固溶体と焼結助剤とから構成される、耐還元性誘電体セラミックが開示されている。この特許文献１では、高周波かつ高電圧あるいは大電流下での使用時の損失および発熱が小さく、また、交流高温負荷または直流高温負荷において、安定した絶縁抵抗を示す耐還元性誘電体セラミックを提供することを目的としている。

上記の固溶体は、通常、実質的にチタン酸バリウムのみからなる強誘電体部分と、強誘電体部分の周囲に存在し、チタン酸バリウムに添加物元素が拡散している常誘電体部分と、からなる構造を有している。このような構造とすることにより、上記の誘電体セラミックは安定した絶縁抵抗を示している。しかしながら、特に、高温度域における比誘電率が悪化する傾向にあった。

このような問題は、誘電体層を構成する誘電体粒子の平均粒子径が１μｍ程度、あるいは、それよりも小さくなる場合に、特に、顕著となっていた。
特開２００２−５０５３６号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、広い温度域（たとえば、室温から１２５℃）において良好な比誘電率を実現できる誘電体磁器組成物、およびこの誘電体磁器組成物を誘電体層として有する電子部品を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、チタン酸バリウムを含む主成分と、特定の副成分とを有する誘電体磁器組成物を構成する誘電体粒子に線欠陥を導入することにより、室温からたとえば１２５℃までの広い温度域において、良好な比誘電率を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明に係る誘電体磁器組成物は、
チタン酸バリウムからなる主成分と、
ＢａＺｒＯ_３ からなる第１副成分と、
Ｍｇの酸化物からなる第２副成分と、
Ｒの酸化物（ただし、Ｒは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕから選択される少なくとも１種）からなる第３副成分と、
Ｍｎ、Ｃｒ、ＣｏおよびＦｅから選択される少なくとも１種の元素の酸化物からなる第４副成分と、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、ＢおよびＬｉから選択される少なくとも１種の元素の酸化物からなる第５副成分と、を有する誘電体磁器組成物であって、
前記主成分１００モルに対する、各副成分の酸化物または複合酸化物換算での比率が、
第１副成分：９〜１３モル、
第２副成分：２．７〜５．７モル、
第３副成分：４．５〜５．５モル、
第４副成分：０．５〜１．５モル、
第５副成分：３．０〜３．９モルであり、
前記誘電体磁器組成物を構成する複数の誘電体粒子のうち、少なくとも一部の誘電体粒子が線欠陥を有しており、
前記誘電体磁器組成物を構成する全誘電体粒子を対象とした場合に、１個の誘電体粒子が有する前記線欠陥の長さの最大値の平均値が、０．１〜０．７μｍの範囲にあり、かつ、１個の誘電体粒子が有する前記線欠陥の合計長さの平均値が、０．５〜３μｍの範囲にあることを特徴とする。

本発明の誘電体磁器組成物を構成する誘電体粒子のうち、少なくとも一部の誘電体粒子が線欠陥を有している。従来、結晶粒子の破壊の起点となるため、線欠陥は結晶粒子に存在しないことが好ましいと考えられていた。

しかしながら、本発明においては、この線欠陥は、１個の誘電体粒子における線欠陥の長さの最大値の平均値および１個の誘電体粒子における線欠陥の合計長さの平均値を上記の範囲に制御して、意図的に導入したものである。この線欠陥は、結晶粒子中の格子欠陥であり、刃状欠陥や螺旋欠陥が代表的であるが、本発明においては、刃状欠陥であることが特に好ましい。

上記の範囲に制御された線欠陥が誘電体粒子に存在することにより、特に、温度変化が強誘電性に与える影響を抑制することができる。その結果、室温だけでなく、高温度、たとえば１２５℃においても、高い比誘電率を得ることができる。これは、線欠陥により、結晶粒子中の格子の歪みから生じる応力を緩和することができるためだと考えられる。

また、本発明では、誘電体粒子が表面拡散構造を有していることが好ましい。表面拡散構造とは、実質的に主成分からなる中心層と、中心層の周囲に存在し主成分に副成分が拡散した拡散層と、からなる構造である。このような構造とすることで、上記の効果をさらに向上させることができる。

線欠陥長さの最大値の平均値が小さすぎると、十分な応力緩和効果が得られず、たとえば１２５℃における容量の温度変化が大きくなってしまい、高い比誘電率が得られない傾向にある。一方、線欠陥長さの最大値の平均値が大きすぎると、強誘電性を示す部分に大きな影響を与え、所望の特性を得ることができない傾向にある。
また、線欠陥の合計長さの平均値が小さすぎると、応力緩和効果が得られなくなる傾向にあり、合計長さの平均値が大きすぎると、室温における強誘電特性に影響を与え、比誘電率が低下する傾向にある。

また、本発明によれば、誘電体層と内部電極層とを有する電子部品であって、前記誘電体層が、上記の誘電体磁器組成物で構成された電子部品が提供される。

本発明に係る電子部品としては、特に限定されないが、積層セラミックコンデンサ、圧電素子、チップインダクタ、チップバリスタ、チップサーミスタ、チップ抵抗、その他の表面実装（ＳＭＤ）チップ型電子部品が例示される。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの断面図、
図２（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る表面拡散粒子の模式図、図２（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る刃状欠陥を有する表面拡散粒子の模式図、
図３（Ａ）は、表面拡散粒子に存在する刃状欠陥の測定方法を説明するための模式図、
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す刃状欠陥の測定方法の続きを示す模式図、
図４は、本発明の実施例に係る、刃状欠陥を有する誘電体粒子のＴＥＭ写真である。

積層セラミックコンデンサ１
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１は、誘電体層２と内部電極層３とが交互に積層された構成のコンデンサ素子本体１０を有する。このコンデンサ素子本体１０の両端部には、素子本体１０の内部で交互に配置された内部電極層３と各々導通する一対の外部電極４が形成してある。コンデンサ素子本体１０の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、その寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよい。

内部電極層３は、各端面がコンデンサ素子本体１０の対向する２端部の表面に交互に露出するように積層してある。また、一対の外部電極４は、コンデンサ素子本体１０の両端部に形成され、交互に配置された内部電極層３の露出端面に接続されて、コンデンサ回路を構成する。

誘電体層２
誘電体層２は、本発明の誘電体磁器組成物を含有する。
本発明の誘電体磁器組成物は、チタン酸バリウムを含む主成分と、
ＢａＺｒＯ_３ を含む第１副成分と、
Ｍｇの酸化物を含む第２副成分と、
Ｒの酸化物（ただし、Ｒは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕから選択される少なくとも１種）を含む第３副成分と、
Ｍｎ、Ｃｒ、ＣｏおよびＦｅから選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む第４副成分と、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、ＢおよびＬｉから選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む第５副成分と、を有するものである。

主成分として含有されるチタン酸バリウムとしては、たとえば、組成式Ｂａ_ｍ ＴｉＯ_２＋ｍ で表され、前記組成式中のｍが、０．９９０＜ｍ＜１．０１０であり、ＢａとＴｉとの比が０．９９０＜Ｂａ／Ｔｉ＜１．０１０であるものなどを用いることができる。

第１副成分（ＢａＺｒＯ_３ ）の含有量は、主成分１００モルに対して、ＢａＺｒＯ_３ 換算で、９〜１３モルであり、好ましくは１０〜１２モルである。第１副成分は、主に、主成分であるチタン酸バリウムの強誘電性を抑制する効果を有する。第１副成分の含有量が少なすぎると、電圧印加時における温度特性が悪化する傾向にあり、一方、多すぎると比誘電率が低下する傾向にある。

第２副成分（Ｍｇの酸化物）の含有量は、主成分１００モルに対して、ＭｇＯ換算で、２．７〜５．７モルであり、好ましくは３．７５〜５．２５モルである。第２副成分は、主に、主成分であるチタン酸バリウムの強誘電性を抑制する効果を有する。第２副成分の含有量が少なすぎると、電圧印加時における温度特性が悪化する傾向にあり、一方、多すぎると比誘電率が低下する傾向にある。

第３副成分（Ｒの酸化物）の含有量は、主成分１００モルに対して、Ｒ_２ Ｏ_３ 換算で、４．５〜５．５モルであり、好ましくは４．７〜５．５モルである。第３副成分は、主に、主成分であるチタン酸バリウムの強誘電性を抑制する効果を有する。第３副成分の含有量が少なすぎると、電圧印加時における温度特性が悪化する傾向にあり、一方、多すぎると比誘電率が低下する傾向にある。なお、上記Ｒの酸化物を構成するＲ元素としては、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒから選択される少なくとも１種が好ましく、Ｇｄが特に好ましい。

第４副成分（Ｍｎ、Ｃｒ、ＣｏおよびＦｅの酸化物）の含有量は、主成分１００モルに対して、ＭｎＯ、Ｃｒ_２ Ｏ_３ 、Ｃｏ_３ Ｏ_４ またはＦｅ_２ Ｏ_３ 換算で、０．５〜１．５モルであり、好ましくは０．７５〜１．２５モルである。第４副成分の含有量が少なすぎても、また多すぎても、絶縁抵抗が低下する傾向にある。なお、第４副成分としては、上記各酸化物のなかでも特性の改善効果が大きいという点から、Ｍｎの酸化物を用いることが好ましい。

第５副成分（Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、ＢおよびＬｉの酸化物）の含有量は、主成分１００モルに対して、ＳｉＯ_２ 、Ａｌ_２ Ｏ_３ 、Ｇｅ_２ Ｏ_２ 、Ｂ_２ Ｏ_３ またはＬｉ_２Ｏ換算で、３．０〜３．９モルである。第５副成分の含有量が少なすぎると、焼結性が悪化する傾向にある。一方、多すぎると、比誘電率が低下する傾向にある。なお、第５副成分としては、上記各酸化物のなかでも特性の改善効果が大きいという点から、Ｓｉの酸化物を用いることが好ましい。

誘電体粒子の構造
本実施形態においては、上記の誘電体層２に含有される誘電体粒子のうち、少なくとも一部の粒子は、図２（Ａ）に示すような、表面拡散構造を有する表面拡散粒子２０となっている。表面拡散粒子２０は、チタン酸バリウムを主成分として含有する中心層２０ａと、中心層２０ａの周囲に存在し、チタン酸バリウムにチタン酸バリウム以外の成分が拡散している拡散層２０ｂと、から構成される。中心層２０ａは実質的にチタン酸バリウムからなっているため、強誘電特性を示す。一方、拡散層２０ｂには、主に、上記の副成分として添加される元素がチタン酸バリウム中に拡散（固溶）しているため、強誘電特性が失われ、常誘電特性を示す。

誘電体粒子が、上記の表面拡散構造を有しているか否かは、たとえば、誘電体粒子について、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いて分析することにより判断することができる。具体的には、まず、誘電体粒子に対して、該粒子の略中心を通る直線上に線分析を行い、各元素の濃度分布を得る。次いで、直線を９０度ずらして同一の粒子に対して、再度線分析を行う。そして、得られた濃度分布から、たとえば、副成分元素の濃度が急激に減少している領域、すなわち、中心層２０ａが存在するか否かを判断する。

誘電体粒子をこのような構造とすると、常誘電性を示す拡散層２０ｂが、中心層２０ａの周囲に存在することにより、たとえば、印加される直流電圧は誘電率の低い拡散層２０ｂに掛かるため、絶縁抵抗の減少を抑制することができる。しかも、強誘電性を示す中心層２０ａの存在により、高い比誘電率をも実現することができる。しかしながら、中心層２０ａと拡散層２０ｂとの境界領域では、添加物としての副成分元素の拡散により濃度差が生まれ、結晶格子の歪みを生じることとなる。この歪みにより発生する応力がチタン酸バリウムの強誘電性に影響を与えると考えられる。

上記構成を有する表面拡散粒子２０の存在割合は、誘電体層２を構成する全誘電体粒子の個数を１００％とした場合に、断面観察における個数割合で、好ましくは５０〜９０％、より好ましくは８０〜９０％である。

本発明では、上記の誘電体粒子のうち、少なくとも一部の粒子に対し、線欠陥を意図的に導入している。この線欠陥は、特に、上記の表面拡散粒子２０に導入されていることが好ましい。線欠陥とは、結晶中において格子欠陥が線状に連続している部分であり、本実施形態では、刃状欠陥である。

図２（Ｂ）に刃状欠陥２２が存在する表面拡散粒子２０を示す。刃状欠陥２２は、結晶格子中に余分な格子面が導入された構造と考えることができる。刃状欠陥２２を導入することで、中心層２０ａと拡散層２０ｂとの界面付近における結晶格子の歪みにより発生する応力を緩和すると考えられる。その結果、特に温度変化が強誘電性に与える影響を抑制することができ、室温から、高温度域、たとえば１２５℃までの、広い温度域にわたり、良好かつ安定した比誘電率を実現することができる。

この刃状欠陥２２は、後述するが、主成分の原料粉体の選択、副成分の原料の添加量、主成分の原料と副成分の原料との仮焼の有無、焼成条件の制御等を組み合わせることにより、意図的に、１個の誘電体粒子におけるその最大長さを特定の長さとすることができ、しかも、その合計長さを特定の範囲とすることができる。

誘電体磁器組成物を構成する全誘電体粒子を対象とした場合に、１個の誘電体粒子における刃状欠陥２２の長さの最大値の平均値が、０．１〜０．７μｍ、好ましくは０．２〜０．２７μｍの範囲にあり、かつ、１個の誘電体粒子における刃状欠陥２２の合計長さの平均値が、０．５〜３μｍ、好ましくは０．５〜１．２５μｍの範囲にある。
刃状欠陥２２の長さの最大値の平均値が小さすぎると、十分な応力緩和効果が得られない傾向にあり、長さの最大値の平均値が大きすぎると、強誘電体部分に与える影響が大きくなり、所望の特性が得られなくなる傾向にある。
また、刃状欠陥２２の合計長さの平均値が小さすぎると、応力緩和効果が得られなくなる傾向にあり、合計長さの平均値が大きすぎると、室温における強誘電特性に影響を与え、比誘電率が低下する傾向にある。

１個の誘電体粒子における刃状欠陥２２の長さの最大値が、０．１〜０．７μｍの範囲にあり、かつ、１個の誘電体粒子における刃状欠陥２２の合計長さが、０．５〜３μｍの範囲にある誘電体粒子の存在割合が、誘電体磁器組成物を構成する全誘電体粒子に対して、好ましくは８０％以上、より好ましくは８５％以上である。
なお、１個の表面拡散粒子２０における刃状欠陥２２の長さの最大値が、０．１〜０．７μｍの範囲にあり、かつ、１個の表面拡散粒子２０における刃状欠陥２２の合計長さが、０．５〜３μｍの範囲にある表面拡散粒子２０の存在割合が、誘電体磁器組成物を構成する全誘電体粒子に対して、好ましくは５０％以上、より好ましくは８０％以上である。

１個の粒子内に存在する刃状欠陥２２の長さの最大値および刃状欠陥２２の合計長さが本発明の範囲内にある粒子の存在割合が少なすぎると、応力緩和効果が得られない傾向にある。

上記の刃状欠陥２２の長さの最大値およびその合計長さは、所定数の誘電体粒子を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察することで測定できる。具体的には、図３（Ａ）に示すように、まず、電子銃３０から試料３２に照射された電子線は、その一部が試料３２を透過し、スクリーン３４に達して結像する。これを画像処理すると、刃状欠陥２２の部分とその他の部分とでは、透過電子３６の密度が異なるため、試料３２中の誘電体粒子に存在する刃状欠陥２２を観察することができる。このようにして得られた画像から、目視により確認できる刃状欠陥２２の長さを測定することができる。

しかしながら、試料３２に照射される電子線が一方向のみであるときには、刃状欠陥２２の存在状態により、透過電子３６の密度の変化が小さくなってしまい、目視による刃状欠陥２２の存在の確認が困難である場合が生じる。そこで、図３（Ａ）に示す観察後、図３（Ｂ）に示すように、試料３２の角度を変化させて、図３（Ａ）において測定した誘電体粒子と同一の粒子について、再度観察を行う。そうすると、同一の箇所であっても透過電子３６の密度が変化する。その結果、図３（Ａ）の観察では、確認が困難であった刃状欠陥２２を明瞭に観察できる。このようにすることで、誘電体粒子に存在する刃状欠陥２２のほとんどすべてを観察でき、その長さを測定することができる。

誘電体層２に含有される誘電体粒子の平均粒子径は、以下のようにして測定される。すなわち、コンデンサ素子本体１０を誘電体層２および内部電極層３の積層方向に切断し、その断面において誘電体粒子の平均面積を測定し、円相当径として直径を算出し１．５倍した値である。２００個以上の誘電体粒子について測定し、得られた粒径の累積度数分布から累積が５０％となる値を平均粒子径（単位：μｍ）とした。

本実施形態では、平均粒子径は、誘電体層２の厚さなどに応じて決定すればよいが、好ましくは、１．０５μｍ以下である。平均粒子径が１．０５μｍ以下の誘電体粒子を上述の構造とすることで、本発明の効果をより大きくすることができる。

内部電極層３
内部電極層３に含有される導電材は特に限定されないが、誘電体層２の構成材料が耐還元性を有するため、比較的安価な卑金属を用いることができる。導電材として用いる卑金属としては、ＮｉまたはＮｉ合金が好ましい。Ｎｉ合金としては、Ｍｎ，Ｃｒ，ＣｏおよびＡｌから選択される１種以上の元素とＮｉとの合金が好ましく、合金中のＮｉ含有量は９５重量％以上であることが好ましい。なお、ＮｉまたはＮｉ合金中には、Ｐ等の各種微量成分が０．１重量％程度以下含まれていてもよい。また、内部電極層３は、市販の電極用ペーストを使用して形成してもよい。内部電極層３の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよい。

外部電極４
外部電極４に含有される導電材は特に限定されないが、本発明では安価なＮｉ，Ｃｕや、これらの合金を用いることができる。外部電極４の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよい。

積層セラミックコンデンサ１の製造方法
本実施形態の積層セラミックコンデンサ１は、従来の積層セラミックコンデンサと同様に、ペーストを用いた通常の印刷法やシート法によりグリーンチップを作製し、これを焼成した後、外部電極を印刷または転写して焼成することにより製造される。以下、製造方法について具体的に説明する。

まず、誘電体層用ペーストに含まれる誘電体原料（誘電体磁器組成物粉末）を準備し、これを塗料化して、誘電体層用ペーストを調製する。

誘電体層用ペーストは、誘電体原料と有機ビヒクルとを混練した有機系の塗料であってもよく、水系の塗料であってもよい。

誘電体原料としては、上記した主成分および副成分の酸化物やその混合物、複合酸化物を用いることができるが、その他、焼成により上記した酸化物や複合酸化物となる各種化合物、たとえば、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金属化合物等から適宜選択し、混合して用いることもできる。誘電体原料中の各化合物の含有量は、焼成後に上記した誘電体磁器組成物の組成となるように決定すればよい。塗料化する前の状態で、誘電体原料の粒径は、通常、平均粒径０．１〜１μｍ程度である。

主成分原料としてのチタン酸バリウム粉末は、いわゆる固相法の他、各種液相法（たとえば、シュウ酸塩法、水熱合成法、アルコキシド法、ゾルゲル法など）により製造されたものなど、種々の方法で製造されたものを用いることができる。
なお、誘電体原料を準備する際には、主成分の原料に、副成分の原料を添加して予め仮焼きした原料を用いても良いし、あるいは、主成分の原料に、副成分の原料を添加したものを、仮焼きすることなく、用いても良い。

有機ビヒクルとは、バインダを有機溶剤中に溶解したものである。有機ビヒクルに用いるバインダは特に限定されず、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等の通常の各種バインダから適宜選択すればよい。用いる有機溶剤も特に限定されず、印刷法やシート法など、利用する方法に応じて、テルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエン等の各種有機溶剤から適宜選択すればよい。

また、誘電体層用ペーストを水系の塗料とする場合には、水溶性のバインダや分散剤などを水に溶解させた水系ビヒクルと、誘電体原料とを混練すればよい。水系ビヒクルに用いる水溶性バインダは特に限定されず、たとえば、ポリビニルアルコール、セルロース、水溶性アクリル樹脂などを用いればよい。

内部電極層用ペーストは、上記した各種導電性金属や合金からなる導電材、あるいは焼成後に上記した導電材となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネート等と、上記した有機ビヒクルとを混練して調製する。

外部電極用ペーストは、上記した内部電極層用ペーストと同様にして調製すればよい。

上記した各ペースト中の有機ビヒクルの含有量に特に制限はなく、通常の含有量、たとえば、バインダは１〜５重量％程度、溶剤は１０〜５０重量％程度とすればよい。また、各ペースト中には、必要に応じて各種分散剤、可塑剤、誘電体、絶縁体等から選択される添加物が含有されていてもよい。これらの総含有量は、１０重量％以下とすることが好ましい。

印刷法を用いる場合、誘電体層用ペーストおよび内部電極層用ペーストを、ＰＥＴ等の基板上に印刷、積層し、所定形状に切断した後、基板から剥離してグリーンチップとする。

また、シート法を用いる場合、誘電体層用ペーストを用いてグリーンシートを形成し、この上に内部電極層用ペーストを印刷した後、これらを積層してグリーンチップとする。

焼成前に、グリーンチップに脱バインダ処理を施す。脱バインダ条件としては、昇温速度を好ましくは５〜３００℃／時間、保持温度を好ましくは１８０〜４００℃、温度保持時間を好ましくは０．５〜２４時間とする。また、焼成雰囲気は、空気もしくは還元性雰囲気とする。

グリーンチップの焼成は、還元性雰囲気とすることが好ましく、雰囲気ガスとしてはたとえば、Ｎ_２ とＨ_２ との混合ガスを加湿して用いることができる。その他の条件は、以下のようにするのが好ましい。

まず、昇温速度は、好ましくは５０〜５００℃／時間、より好ましくは２００〜３００℃／時間である。また、焼成時の保持温度に達するまで、同じ昇温速度としてもよいし、昇温速度を変化させてもよい。

焼成時の保持温度は、好ましくは１０００〜１４００℃、より好ましくは１１００〜１３６０℃であり、その保持時間は、好ましくは０．５〜８時間、より好ましくは１〜３時間である。保持温度が上記範囲未満であると緻密化が不十分となり、前記範囲を超えると、内部電極層の異常焼結による電極の途切れや、内部電極層構成材料の拡散による容量温度特性の悪化、誘電体磁器組成物の還元が生じやすくなる。
焼成時の酸素分圧は、内部電極層用ペースト中の導電材の種類に応じて適宜決定されればよいが、導電材としてＮｉやＮｉ合金等の卑金属を用いる場合、焼成雰囲気中の酸素分圧は、１０^−１５〜１０^−８ａｔｍとすることが好ましい。酸素分圧が上記範囲未満であると、内部電極層の導電材が異常焼結を起こし、途切れてしまうことがある。また、酸素分圧が前記範囲を超えると、内部電極層が酸化する傾向にある。

降温速度は、好ましくは５０〜５００℃／時間、より好ましくは２００〜３００℃／時間である。降温速度も、昇温速度と同様に、同じ降温速度としてもよいし、降温速度を変化させてもよい。

本実施形態では、種々の方法で製造された主成分の原料粉末の選択、副成分の原料粉末の添加量、主成分の原料と副成分の原料との仮焼の有無、上記の焼成条件の制御等を組み合わせることにより、副成分の拡散を制御し、中心層２０ａと拡散層２０ｂとの元素の濃度差を大きくすることで、上述した刃状欠陥２２を意図的に導入することができる。

還元性雰囲気中で焼成した後、コンデンサ素子本体にはアニールを施すことが好ましい。アニールは、誘電体層を再酸化するための処理であり、これによりＩＲ寿命を著しく長くすることができるので、信頼性が向上する。

アニール雰囲気中の酸素分圧は、１０^−６〜１０^−３ａｔｍとすることが好ましい。酸素分圧が前記範囲未満であると誘電体層の再酸化が困難であり、前記範囲を超えると内部電極層の酸化が進行する傾向にある。

アニールの際の保持温度は、１１００℃以下、特に５００〜１１００℃とすることが好ましい。保持温度が上記範囲未満であると誘電体層の酸化が不十分となるので、ＩＲが低く、また、高温負荷寿命が短くなりやすい。一方、保持温度が前記範囲を超えると、内部電極層が酸化して容量が低下するだけでなく、内部電極層が誘電体素地と反応してしまい、容量温度特性の悪化、ＩＲの低下、高温負荷寿命の低下が生じやすくなる。なお、アニールは昇温過程および降温過程だけから構成してもよい。すなわち、温度保持時間を零としてもよい。この場合、保持温度は最高温度と同義である。

これ以外のアニール条件としては、温度保持時間を好ましくは０〜２０時間、より好ましくは２〜１０時間、降温速度を好ましくは５０〜５００℃／時間、より好ましくは１００〜３００℃／時間とする。また、アニールの雰囲気ガスとしては、たとえば、加湿したＮ_２ ガス等を用いることが好ましい。

上記した脱バインダ処理、焼成およびアニールにおいて、Ｎ_２ ガスや混合ガス等を加湿するには、たとえばウェッター等を使用すればよい。この場合、水温は５〜７５℃程度が好ましい。

脱バインダ処理、焼成およびアニールは、連続して行なっても、独立に行なってもよい。

上記のようにして得られたコンデンサ素子本体に、例えばバレル研磨やサンドブラストなどにより端面研磨を施し、外部電極用ペーストを塗布して焼成し、外部電極４を形成する。そして、必要に応じ、外部電極４表面に、めっき等により被覆層を形成する。

このようにして製造された本実施形態の積層セラミックコンデンサは、ハンダ付等によりプリント基板上などに実装され、各種電子機器等に使用される。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。

たとえば、上述した実施形態では、本発明に係る電子部品として積層セラミックコンデンサを例示したが、本発明に係る電子部品としては、積層セラミックコンデンサに限定されず、上記構成の誘電体層を有するものであれば何でも良い。

また、上述の実施形態では、製造方法の異なる主成分の原料粉体の選択、焼成条件の制御等を組み合わせることで、導入する刃状欠陥２２の長さ等を制御しているが、たとえば、副成分の添加組成と主成分の粉体との組み合わせや副成分の仮焼き等により制御してもよい。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

実施例
まず、主成分の原料として、表１に示す方法で作製されたＢａＴｉＯ_３ 粉末を、副成分の原料として、ＢａＺｒＯ_３ 、ＭｇＣＯ_３ 、Ｇｄ_２ Ｏ_３ 、ＭｎＯおよびＳｉＯ_２ を、それぞれ準備した。次いで、上記にて準備した各原料を、ボールミルで１５時間、湿式粉砕し、乾燥して、誘電体原料を得た。なお、各副成分の添加量は、主成分であるＢａＴｉＯ_３ １００モルに対して、表１に示す量とした。
なお、表１に示す量は、複合酸化物（第１副成分）または各酸化物（第１〜第５副成分）換算の量である。また、第２副成分であるＭｇＣＯ_３ は、焼成後には、ＭｇＯとして誘電体磁器組成物中に含有されることとなる。また、表１において、主成分の原料と副成分の原料とを仮焼させて誘電体原料としたものを、「仮焼有」とし、主成分の原料と副成分の原料とを仮焼することなく、誘電体原料としたものを、「仮焼無」とした。

次いで、得られた誘電体原料：１００重量部と、ポリビニルブチラール樹脂：１０重量部と、可塑剤としてのジブチルフタレート（ＤＯＰ）：５重量部と、溶媒としてのアルコール：１００重量部とをボールミルで混合してペースト化し、誘電体層用ペーストを得た。

また、上記とは別に、Ｎｉ粒子：４４．６重量部と、テルピネオール：５２重量部と、エチルセルロース：３重量部と、ベンゾトリアゾール：０．４重量部とを、３本ロールにより混練し、スラリー化して内部電極層用ペーストを作製した。

そして、上記にて作製した誘電体層用ペーストを用いて、ＰＥＴフィルム上に、乾燥後の厚みが３０μｍとなるようにグリーンシートを形成した。次いで、この上に内部電極層用ペーストを用いて、電極層を所定パターンで印刷した後、ＰＥＴフィルムからシートを剥離し、電極層を有するグリーンシートを作製した。次いで、電極層を有するグリーンシートを複数枚積層し、加圧接着することによりグリーン積層体とし、このグリーン積層体を所定サイズに切断することにより、グリーンチップを得た。

次いで、得られたグリーンチップについて、脱バインダ処理、焼成およびアニールを下記条件にて行って、積層セラミック焼成体を得た。
脱バインダ処理条件は、昇温速度：２５℃／時間、保持温度：２６０℃、温度保持時間：８時間、雰囲気：空気中とした。
焼成は、表１に示す条件で行った。なお、雰囲気ガスは、加湿したＮ_２ ＋Ｈ_２ 混合ガスとし、酸素分圧が１０^−１１〜１０^−１３ａｔｍとなるようにした。
アニール条件は、昇温速度：２００℃／時間、保持温度：１０００℃、温度保持時間：２時間、降温速度：２００℃／時間、雰囲気ガス：加湿したＮ_２ ガス（酸素分圧：１０^−５ａｔｍ）とした。
なお、焼成およびアニールの際の雰囲気ガスの加湿には、ウェッターを用いた。

次いで、得られた積層セラミック焼成体の端面をサンドブラストにて研磨した後、外部電極としてＩｎ−Ｇａを塗布し、図１に示す積層セラミックコンデンサの試料を得た。得られたコンデンサ試料のサイズは、３．２ｍｍ×１．６ｍｍ×３．２ｍｍであり、誘電体層の厚み２０μｍ、内部電極層の厚み１．５μｍ、内部電極層に挟まれた誘電体層の数は４とした。なお、本実施例では、表１に示すように、各副成分の添加量を変化させた複数の試料を作製した。

表１中、試料番号に「＊」を付した試料は、本発明の範囲外の試料である。

得られた各コンデンサ試料について、誘電体粒子の平均粒子径を測定し、その後、誘電体粒子に存在する刃状欠陥を観察した。次に、比誘電率（εｓ）を下記に示す方法により測定した。

まず、得られたコンデンサ試料を積層方向に垂直な面で切断し、その切断面を研磨した。そして、その研磨面にケミカルエッチングを施し、その後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察を行い、コード法により、各誘電体粒子の形状を球と仮定して、２５０個の誘電体粒子の粒子径を測定した。測定した各誘電体粒子の粒径の平均値を、平均粒子径とした。結果を表２に示す。

刃状欠陥の長さ測定
各試料について、任意の誘電体粒子１００個を選択し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により刃状欠陥を観察した。観察した粒子に刃状欠陥が存在するかどうかは、粒子のＴＥＭ写真より目視にて判断し、その長さを測定した。なお、刃状欠陥の観察の際には、上述したように、試料の角度を少しずつ変化させて電子線を照射し、写真撮影を行った。このようにして、測定値から、１個の粒子あたりの刃状欠陥の長さの最大値の平均値および刃状欠陥の合計長さの平均値を算出した。結果を表２に示す。

また、測定した１００個の粒子のうち、刃状欠陥の長さの最大値が、０．１〜０．７μｍの範囲にあり、かつ、その刃状欠陥の合計長さが、０．５〜３μｍの範囲にある粒子の割合を百分率（％）で算出した。結果を表２に示す。この割合は８０％以上であることが好ましい。

なお、各コンデンサ試料について、全誘電体粒子に対し、誘電体粒子が表面拡散構造を有している割合を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いて線分析を行うことにより測定した。その結果、すべての試料について、その割合は７０％以上であった。

比誘電率εｓ
コンデンサ試料に対し、２５℃および１２５℃において、デジタルＬＣＲメータ（ＹＨＰ社製４２８４Ａ）にて、周波数１ｋＨｚ、入力信号レベル（測定電圧）１Ｖｒｍｓの信号を入力し、静電容量Ｃを測定した。そして、比誘電率εｓ（単位なし）を、誘電体層の厚みと、有効電極面積と、測定の結果得られた静電容量Ｃとに基づき算出した。本実施例では、１０個のコンデンサ試料を用いて算出した値の平均値を比誘電率とした。比誘電率は高いほうが好ましい。

また、２５℃の比誘電率に対する１２５℃の比誘電率の割合を比誘電率の維持率として算出した。この維持率は、２５℃での比誘電率を１とした場合の１２５℃における比誘電率を示す。維持率は０．７以上であることが好ましい。結果を表２に示す。

表２中、試料番号に「＊」を付した試料は、本発明の範囲外の試料である。
表２中、「１粒子あたりの刃状欠陥長さの最大値の平均値」とは、１００個の誘電体粒子に対して、それぞれの誘電体粒子における刃状欠陥長さの最大値を測定し、それらの１００個の測定値の平均値を示す。
表２中、「１粒子あたりの刃状欠陥の合計長さの平均値」とは、１００個の誘電体粒子に対して、それぞれの誘電体粒子に存在する刃状欠陥長さの合計値を測定し、それらの１００個の測定値の平均値を示す。
表２中、「本発明の範囲内の刃状欠陥を有する誘電体粒子の割合」とは、測定した１００個の誘電体粒子に対して、刃状欠陥の長さの最大値が０．１〜０．７μｍの範囲にあり、かつ、刃状欠陥の合計長さが０．５〜３μｍの範囲にある誘電体粒子の割合を示す。

表１および２より、主成分原料の選択、各副成分の添加量、仮焼の有無、焼成条件を変化させることにより、１粒子あたりの刃状欠陥長さの最大値の平均値および刃状欠陥の合計長さの平均値を制御できることが確認できる。

また、１粒子あたりの刃状欠陥長さの最大値の平均値および刃状欠陥の合計長さの平均値が本発明の範囲内とした試料（試料番号１、３、５、７、９、１０、１２）は、いずれも１２５℃においても比誘電率が高く、かつ、室温での比誘電率に近い値となっている。
図４に、線欠陥を有する誘電体粒子（試料番号１０）のＴＥＭ写真を示す。図４の写真においては、刃状欠陥を示す線分が、粒子中に確認できる。なお、図４に示す誘電体粒子は、表面拡散構造を有しており、写真においては、楕円形状となっている部分が中心層であり、その周囲を覆っている部分が拡散層である。

これに対して、１粒子あたりの刃状欠陥長さの最大値の平均値および刃状欠陥の合計長さの平均値のいずれかが、本発明の範囲外である試料（試料番号２、４、６、８、１１）は、１２５℃における比誘電率が低くなってしまい、比誘電率の維持率が低い、すなわち、室温の比誘電率からの落ち込みが大きいことが確認できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの断面図である。 図２（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る表面拡散粒子の模式図、図２（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る刃状欠陥を有する表面拡散粒子の模式図である。 図３（Ａ）は、表面拡散粒子に存在する刃状欠陥の測定方法を説明するための模式図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）示す刃状欠陥の測定方法の続きを示す模式図である。 図４は、本発明の実施例に係る、刃状欠陥を有する誘電体粒子のＴＥＭ写真である。

符号の説明

１… 積層セラミックコンデンサ
１０… コンデンサ素子本体
２… 誘電体層
３… 内部電極層
４… 外部電極
２０… 表面拡散粒子
２０ａ… 中心層
２０ｂ… 拡散層
２２… 刃状欠陥
３０… 電子銃
３２… 試料
３４… スクリーン
３６… 透過電子

Claims (2)

1. チタン酸バリウムからなる主成分と、
   ＢａＺｒＯ_３ からなる第１副成分と、
   Ｍｇの酸化物からなる第２副成分と、
   Ｒの酸化物（ただし、Ｒは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕから選択される少なくとも１種）からなる第３副成分と、
   Ｍｎ、Ｃｒ、ＣｏおよびＦｅから選択される少なくとも１種の元素の酸化物からなる第４副成分と、
   Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、ＢおよびＬｉから選択される少なくとも１種の元素の酸化物からなる第５副成分と、を有する誘電体磁器組成物であって、
   前記主成分１００モルに対する、各副成分の酸化物または複合酸化物換算での比率が、
   第１副成分：９〜１３モル、
   第２副成分：２．７〜５．７モル、
   第３副成分：４．５〜５．５モル、
   第４副成分：０．５〜１．５モル、
   第５副成分：３．０〜３．９モルであり、
   前記誘電体磁器組成物を構成する複数の誘電体粒子のうち、少なくとも一部の誘電体粒子が線欠陥を有しており、
   前記誘電体磁器組成物を構成する全誘電体粒子を対象とした場合に、１個の誘電体粒子が有する前記線欠陥の長さの最大値の平均値が、０．１〜０．７μｍの範囲にあり、かつ、１個の誘電体粒子が有する前記線欠陥の合計長さの平均値が、０．５〜３μｍの範囲にあることを特徴とする誘電体磁器組成物。
2. 誘電体層と内部電極層とを有する電子部品であって、
   前記誘電体層が、請求項１に記載の誘電体磁器組成物で構成されることを特徴とする電子部品。