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JP5046432B2 - Dielectric porcelain and multilayer electronic components - Google Patents
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JP5046432B2 - Dielectric porcelain and multilayer electronic components - Google Patents

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JP5046432B2 JP2000197390A JP2000197390A JP5046432B2 JP 5046432 B2 JP5046432 B2 JP 5046432B2 JP 2000197390 A JP2000197390 A JP 2000197390A JP 2000197390 A JP2000197390 A JP 2000197390A JP 5046432 B2 JP5046432 B2 JP 5046432B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体磁器および積層型電子部品に関し、特に、携帯電話など小型、高機能の電子機器に使用され、極めて薄い誘電体層と内部電極層を交互に積層して構成される小形大容量の積層セラミックコンデンサに好適に用いられる誘電体磁器および積層型電子部品に関するものである。
【0002】
【従来技術】
近年、電子機器の小型化、高密度化に伴い、積層型電子部品、例えば、積層セラミックコンデンサは小型大容量化が求められており、このため誘電体層の積層数の増加と誘電体層自体の薄層化が図られている。
【0003】
このような積層セラミックコンデンサ等のための誘電体磁器としては、例えば、特開平10−330160号公報に開示されるようなものが知られている。この公報に開示された誘電体磁器では、耐還元性を向上させるMn、V等の添加成分を、結晶粒子のほぼ全体にほぼ均一に分布させており、これにより絶縁破壊電圧を高くできると記載されている。
【0004】
また、特開平5−144319号公報には、BaTiO3粉体と、Dy、Co等の有機溶剤可溶の有機化合物と、酸化物ガラス成分を構成する有機溶剤可溶の有機化合物とを配合し、有機成分を除去して、BaTiO3表面に、Dy、Co等の酸化物からなる添加成分をコーティングし、この原料を用いて誘電体磁器が作製されている。
【0005】
そして、このような誘電体磁器では、より効果的に添加成分をBaTiO3粉末表面に均一に付着させることができ、少ない添加量でBaTiO3粉体表面に均一なシェルを形成できるため、電気特性を悪化させる要因となる添加元素の添加割合を減少させることにより、誘電特性や絶縁特性などの電気特性に優れ、かつ焼結性にも優れた誘電体磁器を確実に得ることができると記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開平10−330160号公報に開示される誘電体磁器は、高温負荷試験における信頼性が低いという問題があった。即ち、近年においては小型高容量化が要求されているが、上記公報では、信頼性を向上する希土類元素が結晶粒子表面にのみ存在するため、積層セラミックコンデンサの誘電体層を薄層化すると、絶縁抵抗の低下が多発し、信頼性が低下するという問題があった。
【0007】
また、特開平5−144319号公報に開示された誘電体磁器は、BaTiO3表面に、Dy、Co等の酸化物からなる添加成分をコーティングした原料を用いて誘電体磁器が作製されているものの、焼成条件等から希土類元素を含む添加成分が結晶粒子表面に存在するため、誘電体層を薄層化すると、絶縁抵抗の低下が多発し、信頼性が低下するという問題があった。
【0008】
本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は高温負荷試験における信頼性を向上し、長寿命とすることができる誘電体磁器および積層型電子部品を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体磁器は、金属元素として、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り、平均粒径が0.8μm以下である結晶粒子と、粒界相とからなる誘電体磁器であって、500℃からの昇温速度を40〜80℃/hとし、1270〜1300℃の温度で焼成されたものであり、前記希土類元素が前記Mgよりも前記結晶粒子の中央部側まで存在しており、且つ前記結晶粒子内における前記希土類元素の存在量が、前記結晶粒子の中央部側に向けて減少していることを特徴とする。
【0010】
このような誘電体磁器では、結晶粒子が、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とともに、信頼性を向上する希土類元素がMgよりも結晶粒子の中央部側にまで存在することにより、高温負荷試験における信頼性を向上し、長寿命とすることができる。
【0011】
また、本発明の誘電体磁器では、前記結晶粒子内における前記希土類元素の存在量が、
前記結晶粒子の中央部側に向けて次第に減少しており、結晶粒子の中央部には希土類元素が存在していないことが望ましい。このような構成によれば、BaTiO3のみの強誘電性の部分が残り、これにより高い誘電率を保持したまま、高温負荷試験において高い信頼性を得ることができる。
【0012】
さらに、本発明の誘電体磁器では、前記Mnが前記結晶粒子内にほぼ均一に存在していることが望ましい。このように、Mnが結晶粒子内においてほぼ均一に存在することにより、還元性雰囲気中で焼成される誘電体磁器中の結晶粒子の結晶成長を抑制しつつ、粒界相を生成させ、また、誘電体の還元反応を抑えることにより、高絶縁性の誘電体磁器を得ることができる。
【0013】
また、本発明の誘電体磁器では、希土類元素は、結晶粒子表面から、その半径の0.55倍以上中央部側にまで存在することが望ましい。これにより、希土類元素がより結晶粒子の中央部側まで存在しているため、高温負荷試験における信頼性を向上し、長寿命とすることができる。
【0014】
本発明の積層型電子部品は、上記誘電体磁器からなる誘電体層と内部電極層とを交互に積層してなるものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の積層型電子部品Aである積層セラミックコンデンサについて、図1の概略断面図をもとに詳細に説明する。本発明の積層型電子部品Aは、電子部品本体1の両端部に外部電極3を形成して構成されている。この外部電極3は、例えば、CuもしくはCuとNiの合金ペーストを焼き付けて形成されている。
【0016】
電子部品本体1は、内部電極層5と誘電体層7を交互に積層してなる容量部9の積層方向の両面に、誘電体層7と同一材料からなる絶縁層11を形成して構成されている。また外部電極3の表面には、例えば、順にNiメッキ層13、Snメッキ層もしくはSn−Pb合金メッキ層15が形成されている。
【0017】
一方、内部電極層5は導電性ペーストの膜を焼結させた金属膜からなり、導電性ペーストとしては、例えば、Ni、Co、Cu等の卑金属が使用されている。また、内部電極層5は卑金属を主成分とし、概略矩形状の導体膜であり、上から第1層目、第3層目、第5層目・・・の奇数層の内部電極層5は、その一端がコンデンサ本体1の一方端面に露出しており、上から第2層目、第4層目、第6層目・・・の内部電極層5は、その一端が電子部品本体1の他方端面に露出している。尚、外部電極3と内部電極層5は必ずしも同一材料から構成される必要はない。
【0018】
そして、本発明の積層型電子部品Aでは、誘電体磁器からなる誘電体層7の結晶粒子は、金属元素として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構成されている。結晶粒子の粒界には、例えば、成分としてLi、SiおよびCaを含有する粒界相が主にガラスとして存在している。
【0019】
希土類元素は、Mgよりも結晶粒子の中央部まで存在している。希土類元素がMgよりも結晶粒子の中央部側にまで存在するとは、エネルギー分散型X線検出器(EDS)によるMg濃度がほぼ0になる位置よりも、希土類元素濃度がほぼ0となる位置の方が、結晶粒子の中央部側であることを意味する。また、誘電体磁器中のすべての結晶粒子について、希土類元素がMgよりも結晶粒子の中央部側にまで存在することが望ましいが、そのような構造となっていない粒子が存在する場合がある。
【0020】
また、結晶粒子内における希土類元素の存在量は、結晶粒子の中央部に向けて次第に減少している。これは、希土類元素が結晶粒界(粒子表面)から、連続的な濃度分布を持つことを意味しており、一定の濃度勾配でなくともかまわない。尚、希土類元素としては、Y、Sc、Ce、Pr、Nd、Sm、En、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、La等が挙げられるが、これらのうちでもYが望ましい。
【0021】
さらに、希土類元素は、結晶粒子表面から、その半径の0.55倍以上中央部側にまで存在することが望ましいが、結晶粒子の中央部には、希土類元素が存在しない領域があることが望ましい。また、Mnは結晶粒子内にほぼ均一に存在している。
【0022】
希土類元素、Mg、Mnの粒径0.8μmの結晶粒子内における存在量を図2に示す。この図2から、希土類元素は、Mgよりも結晶粒子の中央部まで存在し、結晶粒子内における希土類元素の存在量は、結晶粒子の中央部に向けて次第に減少しており、Mnは結晶粒子内にほぼ均一に存在していることが判る。また、図4は、粒径0.8μmの結晶粒子内のY濃度を示すもので、この図4から、Yは、結晶粒子表面から、その半径の0.7倍程度まで中央部側に存在していることが判る。
【0023】
これらの結晶粒子から構成されるシート状の誘電体層1層の厚みは3μm以下とされている。積層電子部品Aの、例えば、積層セラミックコンデンサの大容量化に対して、誘電体層を薄層化することは効果的な手段であり、近年の小型、高容量の積層セラミックコンデンサを構成するためには、その誘電体層厚みは1〜3μmが好適である。
【0024】
また、結晶粒子の平均粒径は1μm以下、特には0.8μm以下が望ましい。上記したように誘電体層を3μm以下とするためには、平均粒径は1μm以下が必要であり、また、このような微粒の結晶粒子とすることにより、希土類元素を結晶粒子の中央部まで存在させることができる。
【0025】
(製法)
本発明の積層型電子部品Aは、先ず、誘電体層となるグリーンシートを作製する。このグリーンシートは、例えば、BaTiO3原料粉末を用いて形成することができ、主原料のBaTiO3粉の合成法は、固相法、液相法(シュウ酸塩を経過する方法等)、水熱合成法等があるが、そのうち粒度分布が狭く、結晶性が高いという理由から水熱合成法が望ましい。
【0026】
そして、BaTiO3粉の比表面積は1.7〜6.6(m2/g)が好ましい。このBaTiO3粉に希土類元素酸化物を表面に被覆したものを主原料とする。被覆手法としては、固相法、液相法、気相法などがあるが、手法は特に限定されるものではない。希土類元素酸化物を表面に被覆したBaTiO3粉を用いることにより、希土類元素がBaTiO3中央部まで存在しやすくなる。
【0027】
次に、そのグリーンシートに導電性ペーストからなる内部電極層の電極パターンを印刷し、これを乾燥させる。次に、この電極パターンが形成されたグリーンシートを複数枚積層し、熱圧着させる。その後、この積層物を格子状に切断して、電子部品本体1の成形体を得る。この電子部品本体1の成形体の両端面には、内部電極層5の電極パターンの端部が交互に露出している。
【0028】
次に、この電子部品本体1の成形体を大気中で40〜80℃/hの昇温速度で400〜500℃にて脱バインダー処理を行い、その後、還元雰囲気中で500℃からの昇温速度を40〜80℃/hとし、1270〜1300℃の温度で2〜5時間焼成し、続いて80〜120℃/hの降温速度で冷却し、大気雰囲気中750〜850℃で再酸化処理を行う。
【0029】
特に、500℃からの昇温速度を40〜80℃/hとし、1270〜1300℃の温度で焼成することにより、被覆された希土類元素が、BaTiO3中により中央部側まで存在するようになる。
【0030】
この後、焼成したコンデンサ本体の両端面に、外部電極用ペーストを塗布して窒素中で焼き付けることによって、外部電極3を形成する。
【0031】
さらに外部電極3の表面を脱脂、酸洗浄、純水を用いた水洗を行った後、バレル方式により、メッキを行う。
【0032】
本発明では、結晶粒子が、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とともに、信頼性を向上する希土類元素がMgよりも結晶粒子の中央部側にまで存在することにより、高温負荷試験における信頼性を向上し、長寿命とすることができる。
【0033】
【実施例】
積層型電子部品の一つである積層セラミックコンデンサを以下のようにして作製した。まず、誘電体素材料として、比表面積が3.2(m2/g)となるBaTiO3粉末であって、BaTiO3100重量部に対して1重量部のY23を被覆したBaTiO3粉末を用い、このBaTiO3100重量部に対して、MgOを0.2重量部、MnCO3を0.1重量部、Li2OとSiO2とCaOからなる粒界相成分を0.5重量部とする原料粉末を、直径5mmφのZrO2ボールを用いたボールミルにて湿式粉砕することにより、調製した。
【0034】
比較例として、誘電体素材料として、比表面積が3.2(m2/g)となるBaTiO3100重量部に対して、Y23を1重量部、MgOを0.2重量部、MnCO3を0.1重量部、Li2OとSiO2とCaOからなる粒界相成分を0.5重量部とする原料粉末を、調製した。
【0035】
次に、有機バインダを混合してスラリーを調製し、ドクターブレードによりグリーンシートを作製した。
【0036】
次にこのグリーンシート上に、内部電極ペーストをスクリーン印刷した。この内部電極層の有効面積は2.1mm2であった。
【0037】
次に、内部電極ペーストを印刷したグリーンシートを100枚積層し、その上下面に、内部電極ペーストを印刷していないグリーンシートをそれぞれ20枚積層し、プレス機を用いて一体化し、積層体を得た。
【0038】
この後、積層体を格子状に切断して、2.3mm×1.5mm×1.5mmの電子部品本体1の成形体を作製した。
【0039】
次に、この電子部品本体の成形体を50℃/hの昇温速度で大気中で500℃にて脱バインダー処理を行い、500℃からの昇温速度が50℃/hの昇温速度で、1270℃〜1300℃(酸素分圧10-11atm)で2時間焼成し、続いて100℃/hの降温速度で800℃まで冷却し、大気雰囲気中800℃で4時間再酸化処理をし、200℃/hの降温速度で冷却し、電子部品本体を作製した。誘電体層の厚みは2.5μmであった。
【0040】
次に、焼成した電子部品本体1をバレル研磨した後、電子部品本体の両端部にCu粉末とガラスを含んだ外部電極ペーストを塗布し、850℃、窒素中で焼き付けを行い外部電極を形成した。その後、電解バレル機を用いて、この外部電極の表面に、順にNiおよびSnメッキを行い、積層型電子部品を作製した。
【0041】
積層型コンデンサの高温負荷寿命試験を、本実施例および比較例のそれぞれ50個について行った。試験条件は、125℃で定格電圧の2倍の直流電圧を印可したもの、125℃で定格電圧の3倍の直流電圧を印可したもの、および150℃で定格の2倍の直流電圧を印可したものの3通りで行った。
【0042】
試験時間1000時間後のショートしたコンデンサの、ショートに至った数を測定することにより評価した。この結果を表1に記載した。
【0043】
【表1】

Figure 0005046432
【0044】
高温負荷寿命は、誘電体層を薄層化する際に特に重要となるものである。試験条件の如何に関わらず、実施例は比較例よりも高い信頼性を有することが分かる。
【0045】
結晶粒内の元素の濃度分布をエネルギー分散型X線検出器(EDS)により測定した結果について、本発明の試料No.2を図2に、比較例の試料No.3を図3に示す。また、No.2について、結晶粒子の半径内におけるY濃度を図4に示す。
【0046】
比較例では、Mgの濃度が0になる距離と、Y濃度が0になる距離が同じであるが、本実施例では、Mgより、Yが結晶粒中央部側に存在していることが分かる。そのため、高い信頼性が発現することが判る。尚、試料は、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結晶粒子と、Li2OとSiO2とCaOからなる粒界相とから構成されていた。
【0047】
【発明の効果】
以上のように構成された誘電体磁器では、誘電体層を構成する結晶粒子が、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成るとともに、希土類元素がMgよりも結晶粒子の中央部側にまで存在することにより、高温負荷試験における信頼性を向上し、長寿命とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の積層型電子部品の概略断面図である。
【図2】本発明の試料No.2の結晶粒内におけるY、Mg、Mnの濃度分布を表す図である。
【図3】比較例の試料No.3の結晶粒内におけるY、Mg、Mnの濃度分布を表す図である。
【図4】本発明の試料No.2の結晶粒の半径内におけるY濃度分布を表す図である。
【符号の説明】
5・・・内部電極層
7・・・誘電体層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dielectric ceramic and a multilayer electronic component, and in particular, is used in a small and high-functional electronic device such as a mobile phone, and is a small-sized large-sized structure in which extremely thin dielectric layers and internal electrode layers are alternately stacked. The present invention relates to a dielectric ceramic and a multilayer electronic component which are preferably used for a multilayer ceramic capacitor having a capacity.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the miniaturization and high density of electronic devices, multilayer electronic components, such as multilayer ceramic capacitors, are required to have a small size and a large capacity. For this reason, an increase in the number of dielectric layers and the dielectric layer itself. Thinning of the layer is attempted.
[0003]
As such a dielectric ceramic for a multilayer ceramic capacitor or the like, for example, one disclosed in JP-A-10-330160 is known. In the dielectric ceramic disclosed in this publication, it is described that additive components such as Mn and V that improve reduction resistance are distributed almost uniformly over almost the entire crystal grains, thereby increasing the dielectric breakdown voltage. Has been.
[0004]
JP-A-5-144319 contains BaTiO 3 powder, an organic compound soluble in organic solvents such as Dy and Co, and an organic compound soluble in organic solvents constituting the oxide glass component. The organic component is removed, and an additive component made of an oxide such as Dy or Co is coated on the surface of BaTiO 3 , and a dielectric ceramic is manufactured using this raw material.
[0005]
And, in such a dielectric ceramic, for more effectively it can be uniformly attached to additional components in the BaTiO 3 powder surface to form a uniform shell BaTiO 3 powder surface with a small amount, the electrical characteristics It is described that a dielectric ceramic having excellent electrical characteristics such as dielectric characteristics and insulation characteristics and excellent sinterability can be obtained reliably by reducing the addition ratio of additive elements that cause deterioration of ing.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the dielectric ceramic disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-330160 has a problem of low reliability in a high temperature load test. That is, in recent years, there is a demand for a small size and high capacity, but in the above publication, since the rare earth element that improves the reliability exists only on the surface of the crystal particles, when the dielectric layer of the multilayer ceramic capacitor is thinned, There was a problem that the insulation resistance was frequently lowered and the reliability was lowered.
[0007]
In addition, the dielectric ceramic disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-144319 is manufactured using a raw material in which an additive component made of an oxide such as Dy or Co is coated on the surface of BaTiO 3 . Since additive components containing rare earth elements are present on the surface of the crystal grains due to firing conditions and the like, there is a problem that when the dielectric layer is thinned, the insulation resistance is frequently reduced and the reliability is lowered.
[0008]
The present invention has been devised in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a dielectric ceramic and a multilayer electronic component that can improve reliability in a high-temperature load test and have a long life. Objective.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The dielectric ceramic of the present invention comprises a perovskite-type composite oxide containing Ba, Ti, rare earth elements, Mg and Mn as metal elements, an average grain size of 0.8 μm or less, and a grain boundary phase The ceramic is fired at a temperature rise rate from 500 ° C. of 40 to 80 ° C./h and a temperature of 1270 to 1300 ° C., and the rare earth element is more crystalline than Mg. It exists to the center part side of a particle | grain, and the abundance of the rare earth element in the crystal grain is decreasing toward the center part side of the crystal grain.
[0010]
In such a dielectric ceramic, the crystal particles are made of a perovskite complex oxide containing Ba, Ti, rare earth elements, Mg, and Mn, and the rare earth elements that improve the reliability are more central than the crystal grains than Mg. By being present to the side, the reliability in the high temperature load test can be improved and the life can be extended.
[0011]
In the dielectric ceramic according to the present invention, the abundance of the rare earth element in the crystal particles is
And it decreased gradually toward the center side of the crystal grains, it is desirable that the center portion of the crystal grains does not exist a rare earth element. According to such a configuration, a ferroelectric portion of only BaTiO 3 remains, whereby high reliability can be obtained in a high temperature load test while maintaining a high dielectric constant.
[0012]
Further, the dielectric ceramic of the present invention, it is desirable that the Mn is present substantially uniformly in the crystal grains. In this way, Mn is present almost uniformly in the crystal particles, thereby generating a grain boundary phase while suppressing crystal growth of the crystal particles in the dielectric ceramic fired in a reducing atmosphere, By suppressing the reduction reaction of the dielectric, a highly insulating dielectric ceramic can be obtained.
[0013]
In the dielectric ceramic according to the present invention, it is desirable that the rare earth element is present from the crystal particle surface to the central portion side by 0.55 times or more of the radius. Thereby, since the rare earth element exists more to the center part side of the crystal grain, the reliability in the high temperature load test can be improved and the life can be extended.
[0014]
The multilayer electronic component of the present invention is obtained by alternately laminating dielectric layers made of the above dielectric ceramics and internal electrode layers.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A multilayer ceramic capacitor which is the multilayer electronic component A of the present invention will be described in detail based on the schematic cross-sectional view of FIG. The multilayer electronic component A of the present invention is configured by forming external electrodes 3 at both ends of an electronic component body 1. The external electrode 3 is formed, for example, by baking Cu or an alloy paste of Cu and Ni.
[0016]
The electronic component main body 1 is configured by forming insulating layers 11 made of the same material as the dielectric layer 7 on both surfaces in the stacking direction of the capacitor portion 9 formed by alternately stacking the internal electrode layers 5 and the dielectric layers 7. ing. Further, on the surface of the external electrode 3, for example, a Ni plating layer 13, a Sn plating layer or a Sn—Pb alloy plating layer 15 is formed in this order.
[0017]
On the other hand, the internal electrode layer 5 is made of a metal film obtained by sintering a conductive paste film. As the conductive paste, for example, a base metal such as Ni, Co, or Cu is used. The internal electrode layer 5 is mainly composed of a base metal and is a substantially rectangular conductor film. The odd-numbered internal electrode layers 5 of the first layer, the third layer, the fifth layer,. One end of the capacitor body 1 is exposed at one end surface, and the second, fourth, sixth,... Internal electrode layers 5 from the top end of the electronic component body 1 have one end. The other end surface is exposed. The external electrode 3 and the internal electrode layer 5 do not necessarily need to be made of the same material.
[0018]
In the multilayer electronic component A of the present invention, the crystal particles of the dielectric layer 7 made of dielectric porcelain are composed of a perovskite complex oxide containing Ba, Ti, rare earth elements, Mg, and Mn as metal elements. ing. At grain boundaries of crystal grains, for example, grain boundary phases containing Li, Si, and Ca as components exist mainly as glass.
[0019]
The rare earth element exists in the center part of the crystal grain rather than Mg. The presence of the rare earth element to the center of the crystal grain rather than Mg means that the rare earth element concentration is substantially zero than the position where the Mg concentration by the energy dispersive X-ray detector (EDS) is substantially zero. Means that it is on the center side of the crystal grains. Further, although it is desirable for all the crystal particles in the dielectric ceramic to have the rare earth element even closer to the center of the crystal particles than Mg, there may be particles that do not have such a structure.
[0020]
In addition, the abundance of rare earth elements in the crystal grains gradually decreases toward the center of the crystal grains. This means that the rare earth element has a continuous concentration distribution from the crystal grain boundary (particle surface), and it does not have to be a constant concentration gradient. Examples of rare earth elements include Y, Sc, Ce, Pr, Nd, Sm, En, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and La. Among these, Y is desirable.
[0021]
Furthermore, it is desirable that the rare earth element is present from the surface of the crystal grain to the center part side by 0.55 times or more of the radius thereof, but it is desirable that there is a region where the rare earth element is not present in the center part of the crystal grain. . Further, Mn is present almost uniformly in the crystal grains.
[0022]
FIG. 2 shows the abundances of rare earth elements, Mg, and Mn in crystal grains having a particle diameter of 0.8 μm. From FIG. 2, the rare earth element is present up to the center of the crystal grain rather than Mg, the abundance of the rare earth element in the crystal grain gradually decreases toward the center of the crystal grain, and Mn is the crystal grain. It can be seen that it exists almost uniformly inside. FIG. 4 shows the Y concentration in a crystal particle having a particle diameter of 0.8 μm. From FIG. 4, Y exists on the center side from the crystal particle surface to about 0.7 times its radius. You can see that
[0023]
The thickness of one sheet-like dielectric layer composed of these crystal particles is 3 μm or less. To increase the capacity of the multilayer electronic component A, for example, the capacity of the multilayer ceramic capacitor, it is an effective means to reduce the thickness of the dielectric layer, in order to construct a recent small size and high capacity multilayer ceramic capacitor. The dielectric layer thickness is preferably 1 to 3 μm.
[0024]
The average particle size of the crystal particles is preferably 1 μm or less, and particularly preferably 0.8 μm or less. As described above, in order to make the dielectric layer 3 μm or less, the average particle size needs to be 1 μm or less, and by using such fine crystal particles, the rare earth element can reach the center of the crystal particles. Can exist.
[0025]
(Manufacturing method)
In the multilayer electronic component A of the present invention, first, a green sheet to be a dielectric layer is produced. This green sheet can be formed using, for example, BaTiO 3 raw material powder, and the synthesis method of the main raw material BaTiO 3 powder is solid phase method, liquid phase method (method of passing oxalate, etc.), water There are thermal synthesis methods, among which hydrothermal synthesis method is desirable because of its narrow particle size distribution and high crystallinity.
[0026]
The specific surface area of the BaTiO 3 powder is preferably 1.7 to 6.6 (m 2 / g). The main raw material is a BaTiO 3 powder coated with a rare earth element oxide on its surface. Examples of the coating method include a solid phase method, a liquid phase method, and a gas phase method, but the method is not particularly limited. By using BaTiO 3 powder having a surface coated with a rare earth element oxide, the rare earth element tends to exist up to the center of BaTiO 3 .
[0027]
Next, an electrode pattern of an internal electrode layer made of a conductive paste is printed on the green sheet and dried. Next, a plurality of green sheets on which this electrode pattern is formed are stacked and thermocompression bonded. Thereafter, the laminate is cut into a lattice shape to obtain a molded body of the electronic component main body 1. The end portions of the electrode pattern of the internal electrode layer 5 are alternately exposed at both end faces of the molded body of the electronic component body 1.
[0028]
Next, the molded body of the electronic component body 1 is debindered at 400 to 500 ° C. at a temperature rising rate of 40 to 80 ° C./h in the air, and then heated from 500 ° C. in a reducing atmosphere. Baked at a temperature of 1270-1300 ° C. for 2-5 hours at a rate of 40-80 ° C./h, then cooled at a temperature drop rate of 80-120 ° C./h, and reoxidized at 750-850 ° C. in an air atmosphere I do.
[0029]
In particular, the heating rate from 500 ° C. is 40 to 80 ° C./h, and firing is performed at a temperature of 1270 to 1300 ° C., so that the coated rare earth element is present in the BaTiO 3 to the center side. .
[0030]
Thereafter, the external electrode 3 is formed by applying an external electrode paste on both end faces of the fired capacitor body and baking it in nitrogen.
[0031]
Further, the surface of the external electrode 3 is degreased, acid washed, and washed with pure water, and then plated by a barrel method.
[0032]
In the present invention, the crystal particles are composed of a perovskite complex oxide containing Ba, Ti, rare earth elements, Mg, and Mn, and the rare earth elements that improve the reliability are present up to the center of the crystal grains rather than Mg. By doing so, the reliability in the high temperature load test can be improved and the life can be extended.
[0033]
【Example】
A multilayer ceramic capacitor, which is one of the multilayer electronic components, was produced as follows. First, as the dielectric material cost, a BaTiO 3 powder having a specific surface area becomes 3.2 (m 2 / g), BaTiO 3 coated with Y 2 O 3 of 1 part by weight with respect to BaTiO 3 100 parts by weight Using powder, with respect to 100 parts by weight of BaTiO 3 , 0.2 parts by weight of MgO, 0.1 parts by weight of MnCO 3 , and 0.5 parts by weight of grain boundary phase components composed of Li 2 O, SiO 2 and CaO The raw material powder as a part was prepared by wet pulverization in a ball mill using ZrO 2 balls having a diameter of 5 mmφ.
[0034]
As a comparative example, 1 part by weight of Y 2 O 3 and 0.2 part by weight of MgO with respect to 100 parts by weight of BaTiO 3 having a specific surface area of 3.2 (m 2 / g) as a dielectric material. A raw material powder containing 0.1 part by weight of MnCO 3 and 0.5 part by weight of a grain boundary phase component composed of Li 2 O, SiO 2 and CaO was prepared.
[0035]
Next, an organic binder was mixed to prepare a slurry, and a green sheet was produced using a doctor blade.
[0036]
Next, an internal electrode paste was screen-printed on the green sheet. The effective area of this internal electrode layer was 2.1 mm 2 .
[0037]
Next, 100 green sheets printed with the internal electrode paste were laminated, and 20 green sheets not printed with the internal electrode paste were laminated on the upper and lower surfaces, respectively, and integrated using a press machine. Obtained.
[0038]
Thereafter, the laminate was cut into a lattice shape to produce a molded body of the electronic component main body 1 having a size of 2.3 mm × 1.5 mm × 1.5 mm.
[0039]
Next, the molded body of the electronic component main body was debindered at 500 ° C. in the atmosphere at a temperature rising rate of 50 ° C./h, and the temperature rising rate from 500 ° C. was 50 ° C./h. 1270 ° C. to 1300 ° C. (oxygen partial pressure 10 −11 atm) for 2 hours, followed by cooling to 800 ° C. at a cooling rate of 100 ° C./h, and reoxidation treatment at 800 ° C. for 4 hours in the air atmosphere. The electronic component main body was manufactured by cooling at a temperature decrease rate of 200 ° C./h. The thickness of the dielectric layer was 2.5 μm.
[0040]
Next, after barrel-polishing the fired electronic component body 1, an external electrode paste containing Cu powder and glass was applied to both ends of the electronic component body, and baked in nitrogen at 850 ° C. to form external electrodes. . Thereafter, using an electrolytic barrel machine, Ni and Sn plating were sequentially performed on the surface of the external electrode to produce a multilayer electronic component.
[0041]
The high temperature load life test of the multilayer capacitor was performed for each of the present example and the comparative example. The test conditions were a DC voltage applied twice the rated voltage at 125 ° C, a DC voltage applied three times the rated voltage at 125 ° C, and a DC voltage twice the rated voltage applied at 150 ° C. I went in three ways.
[0042]
Evaluation was made by measuring the number of short-circuited capacitors after 1000 hours of test time. The results are shown in Table 1.
[0043]
[Table 1]
Figure 0005046432
[0044]
The high temperature load life is particularly important when the dielectric layer is thinned. It can be seen that the examples have higher reliability than the comparative examples regardless of the test conditions.
[0045]
Regarding the result of measuring the concentration distribution of elements in the crystal grains with an energy dispersive X-ray detector (EDS), the sample No. 2 is shown in FIG. 3 is shown in FIG. No. 4, the Y concentration within the radius of the crystal grains is shown in FIG.
[0046]
In the comparative example, the distance at which the Mg concentration is 0 and the distance at which the Y concentration is 0 are the same. However, in this example, it can be seen that Y is present on the crystal grain center side from Mg. . Therefore, it turns out that high reliability expresses. The sample was composed of crystal particles made of a perovskite complex oxide containing Ba, Ti, rare earth elements, Mg and Mn, and a grain boundary phase made of Li 2 O, SiO 2 and CaO.
[0047]
【Effect of the invention】
In the dielectric ceramic constructed as described above, the crystal particles constituting the dielectric layer are composed of a perovskite complex oxide containing Ba, Ti, rare earth element, Mg, Mn, and the rare earth element is more than Mg. By being present up to the center of the crystal grains, the reliability in the high temperature load test can be improved and the life can be extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a multilayer electronic component of the present invention.
[Fig. 2] Sample No. of the present invention. It is a figure showing the density | concentration distribution of Y, Mg, and Mn in 2 crystal grains.
3 is a sample No. of a comparative example. 3 is a diagram illustrating a concentration distribution of Y, Mg, and Mn in three crystal grains.
4 is a sample No. of the present invention. It is a figure showing Y concentration distribution within the radius of 2 crystal grains.
[Explanation of symbols]
5 ... Internal electrode layer 7 ... Dielectric layer

Claims (3)

金属元素として、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り、平均粒径が0.8μm以下である結晶粒子と、粒界相とからなる誘電体磁器であって、500℃からの昇温速度を40〜80℃/hとし、1270〜1300℃の温度で焼成されたものであり、前記希土類元素が前記Mgよりも前記結晶粒子の中央部側まで存在しており、且つ前記結晶粒子内における前記希土類元素の存在量が、前記結晶粒子の中央部側に向けて減少していることを特徴とする誘電体磁器。A dielectric ceramic comprising a perovskite type complex oxide containing Ba, Ti, rare earth elements, Mg and Mn as metal elements, and comprising crystal grains having an average grain size of 0.8 μm or less and a grain boundary phase. The temperature rise rate from 500 ° C. is 40 to 80 ° C./h, and is fired at a temperature of 1270 to 1300 ° C., and the rare earth element is present from the Mg to the center of the crystal grain. The dielectric ceramic is characterized in that the abundance of the rare earth element in the crystal grains decreases toward the center of the crystal grains. 前記Mnが前記結晶粒子内にほぼ均一に存在することを特徴とする請求項1に記載の誘電体磁器。  The dielectric ceramic according to claim 1, wherein the Mn exists substantially uniformly in the crystal grains. 請求項1または請求項2に記載の誘電体磁器からなる誘電体層と内部電極層とを交互に積層してなることを特徴とする積層型電子部品。  A multilayer electronic component comprising a dielectric layer comprising the dielectric ceramic according to claim 1 and an internal electrode layer alternately laminated.
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