JP7524269B2 - 積層セラミックコンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100の部分断面斜視図である。図2は、図1のA-A線断面図である。図3は、図1のB-B線断面図である。図1~図3で例示するように、積層セラミックコンデンサ100は、直方体形状を有する積層チップ10と、積層チップ10のいずれかの対向する2端面に設けられた外部電極20a,20bとを備える。なお、積層チップ10の当該2端面以外の4面のうち、積層方向の上面および下面以外の2面を側面と称する。外部電極20a,20bは、積層チップ10の積層方向の上面、下面および2側面に延在している。ただし、外部電極20a,20bは、互いに離間している。
まず、誘電体層11を形成するための誘電体材料を用意する。誘電体層11に含まれるAサイト元素およびBサイト元素は、通常はABO3の粒子の焼結体の形で誘電体層11に含まれる。例えば、BaTiO3は、ペロブスカイト構造を有する正方晶化合物であって、高い誘電率を示す。このBaTiO3は、一般的に、二酸化チタンなどのチタン原料と炭酸バリウムなどのバリウム原料とを反応させてチタン酸バリウムを合成することで得ることができる。誘電体層11を構成するセラミックの合成方法としては、従来種々の方法が知られており、例えば固相法、ゾル-ゲル法、水熱法等が知られている。本実施形態においては、これらのいずれも採用することができる。
次に、得られた誘電体材料に、ポリビニルブチラール(PVB)樹脂等のバインダと、エタノール、トルエン等の有機溶剤と、フタル酸ジオクチル(DOP)等の可塑剤とを加えて湿式混合する。得られたスラリーを使用して、例えばダイコータ法やドクターブレード法により、基材上に例えば厚み0.8μm以下の帯状の誘電体グリーンシートを塗工して乾燥させる。
このようにして得られた成型体を、250~500℃のN2雰囲気中で脱バインダ処理した後に、酸素分圧10-5~10-8atmの還元雰囲気中で1100~1300℃で10分~2時間焼成することで、各化合物が焼結して粒成長する。このようにして、積層セラミックコンデンサ100が得られる。
その後、N2ガス雰囲気中で600℃~1000℃で再酸化処理を行ってもよい。
(めっき処理工程)
その後、めっき処理により、外部電極20a,20bに、Cu,Ni,Sn等の金属コーティングを行ってもよい。
(誘電体材料の作製)
チタン酸バリウム粉末(平均粒子径0.15μm)100atm%に対して、Ho濃度が0.4atm%、Mn濃度が0.2atm%、V濃度が0.1atm%、Si濃度が0.6atm%、Mo濃度が0.2atm%となるようにHo2O3、MnCO3、V2O5、SiO2、およびMoO3を秤量し、ボールミルで十分に湿式混合粉砕して誘電体材料を得た。
実施例1においては、チタン酸バリウム粉末(平均粒子径0.15μm)100atm%に対し、Ho濃度が0.4atm%、Mn濃度が2atm%、V濃度が0.1atm%、Si濃度が2atm%、B濃度が0.3atm%となるように、Ho2O3、MnCO3、V2O5、SiO2、およびB2O3を秤量した。実施例2においては、さらにMo濃度が0.1atm%となるようにMoO3を秤量した。その後、ボールミルで十分に湿式混合粉砕して逆パターン材料を得た。
逆パターン材料に有機バインダとしてエチルセルロース系、溶剤としてターピネオール系を加えてロールミルにて混練して逆パターンペーストを得た。
誘電体材料に有機バインダとしてブチラール系、溶剤としてトルエン、エチルアルコールを加えてドクターブレード法にて焼結後の誘電体層11の厚みが0.8μmになるようにグリーンシートを作製した。得られたシートに内部電極形成用ペーストをスクリーン印刷して内部電極を形成、逆パターンペーストを内部電極が無い部分にスクリーン印刷して内部電極の段差を埋めた。印刷したシートを250枚重ね、その上下にカバーシートをそれぞれ30μmずつ積層した。その後、熱圧着により積層体を得て、所定の形状に切断した。得られた積層体にNi外部電極をディップ法で形成し、N2雰囲気で脱バインダ処理の後、還元雰囲気下(O2分圧:10-5~10-8atm)、1250℃で焼成して焼結体を得た。形状寸法は、長さ0.6mm、幅0.3mm、高さ0.3mmであった。焼結体をN2雰囲気下800℃の条件で再酸化処理を行った後、めっき処理して外部電極端子の表面にCu,Ni,Snの金属コーティングを行い、積層セラミックコンデンサを得た。なお焼成後においてNi内部電極の厚みは1.0μmであった。
比較例1においては、逆パターン材料を作製する工程において、チタン酸バリウム粉末(平均粒子径0.15μm)100atm%に対し、Ho濃度が0.4atm%、Mn濃度が2atm%、V濃度が0.1atm%、Si濃度が2atm%、B濃度が0.3atm%、Mo濃度が0.2atm%となるように、Ho2O3、MnCO3、V2O5、SiO2、B2O3およびMoO3を秤量した。その他の条件は実施例1と同様とした。
比較例2においては、誘電体材料を作製する工程において、チタン酸バリウム粉末(平均粒子径0.15μm)100atm%に対して、Ho濃度が0.4atm%、Mn濃度が0.2atm%、V濃度が0.1atm%、Si濃度が0.6atm%となるようにHo2O3、MnCO3、V2O5およびSiO2を秤量し、Mo源を添加しなかった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
実施例1,2および比較例1,2に対してHALT(高温加速寿命試験:Highly Accelerated Limit Test)不良率および容量取得率を測定した。HALT不良率の測定においては、125℃-12Vdc-120min-100個のHALT試験を実施し、ショート不良率5%未満を合格(○)とし、5%以上10%未満を△とし、10%以上を不合格(×)とした。容量取得率の測定においては、容量をLCRメーターにて測定した。この測定値と、誘電体材料の誘電率(予め誘電体材料のみでφ=10mm×T=1mmの円板状焼結体を作製して容量を測定し、誘電率を算出)、内部電極の交差面積、誘電体セラミック層厚み、積層枚数から計算される設計値を比較し、容量取得率(測定値/設計値×100)が95%~105%のものを合格(○)とした。
11 誘電体層
12 内部電極層
13 カバー層
14 容量領域
15 エンドマージン領域
16 サイドマージン領域
17 逆パターン層
20a,20b 外部電極
100 積層セラミックコンデンサ
Claims (7)
- セラミックを主成分としVを含む誘電体層と、内部電極層と、が交互に積層され、略直方体形状を有し、積層された複数の前記内部電極層が交互に対向する2端面に露出するように形成された積層構造を備え、
前記誘電体層の主成分は、チタン酸バリウムであり、
前記内部電極層は、主成分がニッケルであり、セラミック粒子を含み、ガラスを含まず、
前記積層構造において同じ端面に露出する内部電極層同士が異なる端面に露出する内部電極層を介さずに対向するエンドマージン領域、および前記積層構造において積層された複数の前記内部電極層が前記2端面以外の2側面に延びた端部を覆うように設けられたサイドマージン領域のうち、少なくとも一方であってVを含むマージン領域における主成分セラミックに対するMo酸化物の濃度は、前記積層構造の前記誘電体層における主成分セラミックに対するMo酸化物の濃度よりも低く、
前記誘電体層におけるV濃度と、前記マージン領域におけるV濃度とが同じであることを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 - 前記マージン領域の主成分セラミックは、チタン酸バリウムであることを特徴とする請求項1記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記マージン領域は、前記エンドマージン領域であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 主成分セラミック粒子を含むグリーンシート上に、金属導電ペーストの第1パターンを配置する第1工程と、
前記グリーンシート上において前記金属導電ペーストの周辺領域に、主成分セラミック粒子を含み、前記主成分セラミック粒子に対するドナー元素を含む第2パターンを配置する第2工程と、
前記第2工程によって得られた積層単位を、前記第1パターンの配置位置が交互にずれるように複数積層して得られたセラミック積層体を焼成する第3工程と、を含み、
前記第2パターンにおける主成分セラミックに対するドナー元素の濃度を、前記グリーンシートにおける主成分セラミックに対するドナー元素の濃度よりも低くすることを特徴とする積層セラミックコンデンサの製造方法。 - 前記ドナー元素は、Moであることを特徴とする請求項4に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
- 前記第2パターンにおける主成分セラミックに対するMo濃度は、0.2atm%未満であることを特徴とする請求項5に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
- 前記グリーンシートおよび前記第2パターンの主成分セラミックは、チタン酸バリウムであることを特徴とする請求項4~6のいずれか一項に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
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