JP7617698B2 - Ceramic Electronic Components - Google Patents
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Description
本発明は、セラミック電子部品に関する。 The present invention relates to ceramic electronic components.
積層セラミックコンデンサなどのセラミック電子部品において、絶縁劣化機構は、誘電体層中の酸素欠陥が電界によってカソードへ堆積し、カソードと誘電体層との界面における電気抵抗を引き下げることで起こり、この堆積までの時間が寿命を決定する趣旨の報告がある(例えば、非特許文献1参照)。 In ceramic electronic components such as multilayer ceramic capacitors, the insulation deterioration mechanism occurs when oxygen defects in the dielectric layer are deposited on the cathode by an electric field, lowering the electrical resistance at the interface between the cathode and the dielectric layer, and it has been reported that the time until this deposition determines the lifespan (see, for example, Non-Patent Document 1).
このモデルに従って、酸素欠陥量を低減することで寿命や耐電圧といった信頼性を改善できることが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。特許文献1,2では、酸素欠陥濃度の定量に、熱刺激脱分極電流(TSDC)を用いている。 It is known that by following this model and reducing the amount of oxygen defects, reliability such as life span and voltage resistance can be improved (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In Patent Documents 1 and 2, thermally stimulated depolarization current (TSDC) is used to quantify the oxygen defect concentration.
特許文献1,2では、TSDCデータの電流の積分値から酸素欠陥量を見積もっている。しかしながら、TSDCデータのうち、セラミック電子部品の寿命に大きい影響を及ぼすのは、誘電体層の結晶粒界を跨いでカソードまで移動する酸素欠陥に相当する部分である。特許文献1,2では、このことについて開示がない。 In Patent Documents 1 and 2, the amount of oxygen defects is estimated from the integral value of the current in the TSDC data. However, the portion of the TSDC data that has a large effect on the lifespan of ceramic electronic components is the portion that corresponds to oxygen defects that cross the grain boundaries of the dielectric layer and migrate to the cathode. Patent Documents 1 and 2 make no disclosure of this.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、信頼性を向上させることができるセラミック電子部品を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a ceramic electronic component that can improve reliability.
本発明に係るセラミック電子部品は、セラミックを主成分とする誘電体層と、内部電極層と、が交互に積層された積層構造を備え、前記誘電体層に対して、分極温度を150℃とし、分極電界を15V/μm~20V/μmとし、分極時間を60minとし、昇温速度を10℃/minとするTSDCにおいて、160℃以上230℃未満の低温側ピーク電流値をIAとし、230℃以上350℃以下の高温側ピーク電流値をIBとした場合に、IA/IB>0.30の関係が成立し、かつ、IBが100pA/mm2以下であることを特徴とする。 The ceramic electronic component according to the present invention has a laminated structure in which dielectric layers mainly composed of ceramic and internal electrode layers are alternately laminated, and is characterized in that, in a TSDC in which the polarization temperature for the dielectric layers is 150°C, the polarization electric field is 15 V/μm to 20 V/μm, the polarization time is 60 min, and the temperature rise rate is 10°C/min, when a low-temperature peak current value of 160°C or higher and lower than 230°C is I A and a high-temperature peak current value of 230°C or higher and 350°C or lower is I B , a relationship of I A /I B > 0.30 is established and I B is 100 pA/mm2 or less.
上記セラミック電子部品において、IA/IB≧0.50であってもよい。 In the ceramic electronic component, I A /I B ≧0.50 may be satisfied.
上記セラミック電子部品において、IA/IB≧0.70であってもよい。 In the ceramic electronic component, I A /I B ≧0.70 may be satisfied.
上記セラミック電子部品において、IA/IB≧2.00であってもよい。 In the ceramic electronic component, I A /I B ≧2.00 may be satisfied.
上記セラミック電子部品において、前記IBが95pA/mm2以下であってもよい。 In the ceramic electronic component, the I B may be 95 pA/mm 2 or less.
上記セラミック電子部品において、前記IBが90pA/mm2以下であってもよい。 In the ceramic electronic component, the I B may be 90 pA/mm 2 or less.
上記セラミック電子部品において、前記IBが80pA/mm2以下であってもよい。 In the ceramic electronic component, the I B may be 80 pA/mm 2 or less.
本発明に係る他のセラミック電子部品は、セラミックを主成分とする誘電体層と、内部電極層と、が交互に積層された積層構造を備え、前記誘電体層に対して、分極時間を60minとし、分極電界を10V/μmとし、分極温度を150℃から210℃の範囲で変化させて分極させ、130℃に冷却した後に昇温速度を10℃/minとするTSDCにおいて、350℃まで昇温した際のピーク電流のうち、最も低温側に生じるピークのピーク電流値について、150℃で分極した場合のピーク電流値をJ150とし、170℃で分極した場合のピーク電流値をJ170とした場合に、(J170-J150)/J150≧0の関係が成立することを特徴とする。 Another ceramic electronic component according to the present invention has a laminated structure in which dielectric layers mainly composed of ceramic and internal electrode layers are alternately laminated, and the dielectric layers are polarized for a polarization time of 60 min, a polarization electric field of 10 V/μm, and a polarization temperature ranging from 150°C to 210°C. The dielectric layers are then polarized at a heating rate of 10°C/min after cooling to 130°C. In this TSDC, the peak current value of the peak occurring at the lowest temperature side when the temperature is raised to 350°C is J150 when the peak current value when polarized at 150°C is J150, and the peak current value when polarized at 170°C is J170, and the relationship (J170-J150)/J150≧0 is established.
上記セラミック電子部品において、前記誘電体層の平均厚みは、1μm以上としてもよい。 In the above ceramic electronic component, the average thickness of the dielectric layer may be 1 μm or more.
上記セラミック電子部品において、前記誘電体層の平均厚みは、3.5μm以上としてもよい。 In the above ceramic electronic component, the average thickness of the dielectric layer may be 3.5 μm or more.
上記セラミック電子部品において、前記誘電体層の厚み方向における結晶粒の平均数は、3以上としてもよい。 In the ceramic electronic component, the average number of crystal grains in the thickness direction of the dielectric layer may be 3 or more.
上記セラミック電子部品において、前記誘電体層の積層数は、1000層以上としてもよい。 In the above ceramic electronic component, the number of laminated dielectric layers may be 1000 or more.
上記セラミック電子部品において、前記誘電体層の主成分は、BaTiO3としてもよい。 In the ceramic electronic component, the main component of the dielectric layer may be BaTiO3 .
上記セラミック電子部品において、130℃以上350℃以下の温度範囲で生じるTSDCピークは、2個以上であってもよい。 In the above ceramic electronic component, there may be two or more TSDC peaks occurring in the temperature range of 130°C or higher and 350°C or lower.
上記セラミック電子部品において、130℃以上350℃以下の温度範囲で生じるTSDCピークは、3個以上であってもよい。 In the above ceramic electronic component, there may be three or more TSDC peaks occurring in the temperature range of 130°C or higher and 350°C or lower.
本発明によれば、信頼性を向上させることができるセラミック電子部品を提供することができる。 The present invention provides ceramic electronic components that can improve reliability.
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。 The following describes the embodiment with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、積層セラミックコンデンサの概要について説明する。図1は、第1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1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。
First Embodiment
First, an overview of the multilayer ceramic capacitor will be described. FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view of a multilayer
積層チップ10は、誘電体として機能するセラミック材料を含む誘電体層11と、卑金属材料を含む内部電極層12とが、交互に積層された構成を有する。各内部電極層12の端縁は、積層チップ10の外部電極20aが設けられた端面と、外部電極20bが設けられた端面とに、交互に露出している。それにより、各内部電極層12は、外部電極20aと外部電極20bとに、交互に導通している。その結果、積層セラミックコンデンサ100は、複数の誘電体層11が内部電極層12を介して積層された構成を有する。また、誘電体層11と内部電極層12との積層体において、積層方向の最外層には内部電極層12が配置され、当該積層体の上面および下面は、カバー層13によって覆われている。カバー層13は、セラミック材料を主成分とする。例えば、カバー層13の材料は、誘電体層11とセラミック材料の主成分が同じである。
The laminated
積層セラミックコンデンサ100のサイズは、例えば、長さ0.25mm、幅0.125mm、高さ0.125mmであり、または長さ0.4mm、幅0.2mm、高さ0.2mm、または長さ0.6mm、幅0.3mm、高さ0.3mmであり、または長さ1.0mm、幅0.5mm、高さ0.5mmであり、または長さ1.6mm、幅0.8mm、高さ0.8mmであり、または長さ3.2mm、幅1.6mm、高さ1.6mmであり、または長さ4.5mm、幅3.2mm、高さ2.5mmであるが、これらのサイズに限定されるものではない。
The size of the multilayer
内部電極層12は、Ni(ニッケル),Cu(銅),Sn(スズ)等の卑金属を主成分とする。内部電極層12として、Pt(白金),Pd(パラジウム),Ag(銀),Au(金)などの貴金属やこれらを含む合金を用いてもよい。
The
誘電体層11は、例えば、一般式ABO3で表されるペロブスカイト構造を主相とするセラミック材料を主成分とする。なお、当該ペロブスカイト構造は、化学量論組成から外れたABO3-αを含む。例えば、当該セラミック材料として、BaTiO3(チタン酸バリウム)、CaZrO3(ジルコン酸カルシウム)、CaTiO3(チタン酸カルシウム)、SrTiO3(チタン酸ストロンチウム)、ペロブスカイト構造を形成するBa1-x-yCaxSryTi1-zZrzO3(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1)等を用いることができる。誘電体層11は、例えば、ペロブスカイト構造を有するセラミック材料を主成分とするセラミック原材料粉末を焼成することによって得られる。
The
このような積層セラミックコンデンサ100においては、絶縁劣化機構は、誘電体層11中の酸素欠陥が、カソードとして働く内部電極層12へ電界によって当該内部電極層12と誘電体層11との界面に堆積し、当該界面における電気抵抗を引き下げることで起こり、この堆積までの時間が寿命を決定する趣旨の報告があり、広く受け入れられている。このモデルに従い、酸素欠陥量を低減することで寿命や耐電圧といった信頼性を改善できることが知られている。例えば、熱刺激脱分極電流(TSDC)によって酸素欠陥移動量を見積もることができる。
In such a multilayer
例えば、図2(a)~図2(e)は、TSDCを利用して酸素欠陥移動量を見積もる手順を例示する図である。図2(a)は、一方の外部電極に接続された内部電極層12と他方の外部電極に接続された内部電極層12とによって挟まれた誘電体層11を例示する断面図である。図2(a)で例示するように、誘電体層11内には、酸素欠陥14が存在し、例えば誘電体層11中においてほぼ均等に分布している。
For example, Figures 2(a) to 2(e) are diagrams illustrating a procedure for estimating the amount of oxygen defect migration using TSDC. Figure 2(a) is a cross-sectional view illustrating a
図2(b)は、積層セラミックコンデンサ100を、加温した所定温度下に置き、隣り合う2つの内部電極層12間に直流電圧を印加した状態を部分的に示したものである。無負荷状態の積層セラミックコンデンサ100を加熱し、隣り合う2つの内部電極層12間に直流電圧を印加すると、誘電体層11中に分布していた酸素欠陥14が一方の電極側(ここでは-極側)に偏在してくる。この場合、温度は、例えば、200℃である。誘電体層11に印加される電界強度は、例えば、10V/μmである。
Figure 2(b) partially shows the state in which the multilayer
図2(c)は、高温負荷状態にした積層セラミックコンデンサ100を、室温(25℃)下、無負荷の状態に戻したときの状態を示したものである。温度を室温(25℃)に戻した後、電圧を解除しても、酸素欠陥14は一方の内部電極層12(-極側)の方に偏在したままである。
Figure 2 (c) shows the state of the multilayer
この状態から図2(d)で例示するように、積層セラミックコンデンサ100に電流計を取り付けて、積層セラミックコンデンサ100を再び加熱すると、誘電体層11中で一方の内部電極層12側(ここでは-極側)に偏在していた酸素欠陥14が、徐々に、対向する内部電極層12側へ移動する。この酸素欠陥14がキャリアとなり電流が流れる。この電流のことを、熱刺激電流と称する。加熱する温度は300℃程度とする。熱刺激電流は、図2(e)で例示するように酸素欠陥14による分極が解除されるまで発生するため、分極が解除されるまでの電流値の時間積分値が誘電体層11内のキャリアの電荷の総量Qとなる。
As shown in FIG. 2(d), when an ammeter is attached to the multilayer
上記測定によって求めた電荷Qを酸素欠陥14の1個当たりの電荷(2×1.6×10-19クーロン:負の固定電荷としてV0
+2で表されるため、絶対値は電気素量の2倍となる。)と誘電体層11の体積で除して積層セラミックコンデンサ100中に存在する酸素欠陥濃度を求める。このように、電流値の積分値から、酸素欠陥量を見積もることができる。
The charge Q obtained by the above measurement is divided by the charge per oxygen defect 14 (2×1.6×10 −19 coulombs: expressed as a negative fixed charge of V 0 +2 , and therefore the absolute value is twice the elementary charge) and the volume of the
ここで、熱刺激電流が発生する際の酸素欠陥の移動について説明する。図3(a)は、酸素欠陥の移動を例示する図である。図3(a)で例示するように、誘電体層11は、複数の結晶粒15を含んでいる。2つの結晶粒15の間には、結晶粒界16が形成されている。図3(a)の上段で例示するように、酸素欠陥14は、結晶粒15内を移動する。また、図3(a)の中段で例示するように、酸素欠陥14は、結晶粒界16を跨いで移動する。積層セラミックコンデンサ100の寿命に大きい影響を及ぼすのは、誘電体層11内の結晶粒界16を跨いで移動する酸素欠陥14である。
Here, the movement of oxygen defects when a thermally stimulated current occurs will be described. FIG. 3(a) is a diagram illustrating the movement of oxygen defects. As illustrated in FIG. 3(a), the
そこで、分極温度を150℃とし、分極電界を15V/μm~20V/μmとし、分極時間を60minとし、昇温速度10℃/minとするTSDCにおいて、350℃程度まで昇温した際の温度と熱刺激電流値との関係を図3(b)に例示する。図3(b)で例示するように、TSDCデータには、複数のピークが現れる。大きく分けると、160℃以上で典型的な二つの主たるピークが現れる。これらのピークは、160℃以上230℃未満の低温側ピーク(ピークA)と、230℃以上350℃以下の高温側ピーク(ピークB)である。図2(a)~図2(e)の手順では、これらの電流ピークの積分値から酸素欠陥量を見積もっていることになる。ここで、分極温度とは、誘電体層11を分極させる温度を指す。分極電界とは、誘電体層11を分極させる電界の強度を指す。分極時間とは、誘電体層11を分極させる時間を指す。また、ピークとは、電流値をグラフで表した時の極大値(上に凸である変曲点)のことを指す。
In this regard, in the TSDC with the polarization temperature of 150°C, the polarization electric field of 15V/μm to 20V/μm, the polarization time of 60 min, and the heating rate of 10°C/min, the relationship between the temperature and the thermally stimulated current value when the temperature is raised to about 350°C is illustrated in FIG. 3(b). As illustrated in FIG. 3(b), multiple peaks appear in the TSDC data. Broadly speaking, two main peaks typically appear at 160°C or higher. These peaks are a low-temperature peak (peak A) between 160°C and less than 230°C, and a high-temperature peak (peak B) between 230°C and 350°C. In the procedure of FIG. 2(a) to FIG. 2(e), the amount of oxygen defects is estimated from the integral value of these current peaks. Here, the polarization temperature refers to the temperature at which the
なお、図3(b)において、実線と点線との差は、誘電体層11中の酸素欠陥に起因して現れる。実線および点線のいずれにおいても、160℃以上230℃未満の低温側ピーク(ピークA)と、230℃以上350℃以下の高温側ピーク(ピークB)とが表れている。また、130℃以上350℃以下の温度範囲において、TSDCピークは、2個以上現れており、3個以上現れていることもある。
In FIG. 3(b), the difference between the solid line and the dotted line is due to oxygen defects in the
積層セラミックコンデンサ100の実際の信頼性と、TSDCデータとの関係を結び付けるには、この積分値のみでは十分ではない。上述したように、積層セラミックコンデンサ100の信頼性に大きい影響を及ぼすのは、誘電体層11内の結晶粒界16を跨いで移動する酸素欠陥14であるからである。この酸素欠陥14の移動は、ピークBが表す電流である。これに対して、ピークAが表す電流は、結晶粒界16を跨がずに結晶粒15内の酸素欠陥移動である。ピークAが積層セラミックコンデンサの寿命に及ぼす影響は、ピークBが及ぼす影響と比較すると小さい。したがって、信頼性を向上させるためには、ピークBを小さくすることが求められる。
This integral value alone is not sufficient to link the actual reliability of the multilayer
本発明者は、鋭意研究により、ピークAのピーク電流値IAとピークBのピーク電流値IBとの比(IA/IB)が信頼性の制御に重要であることを見出した。具体的には、本発明者は、分極温度を150℃とし、分極電界を15V/μm~20V/μmとし、分極時間を60minとし、昇温速度10℃/minとするTSDCにおいて、IA/IB>0.30の関係が成立し、かつピーク電流IBが100pA/mm2以下である場合に、比較的高電界が負荷される場合でも高い寿命が得られることを見出した。また、この手法を用いれば、積層セラミックコンデンサ100の信頼性を短時間で推定できるようになる。
The inventors have found through extensive research that the ratio (I A /I B ) of the peak current value I A of peak A to the peak current value I B of peak B is important for controlling reliability. Specifically, the inventors have found that in TSDC with a polarization temperature of 150° C., a polarization electric field of 15 V/μm to 20 V/μm, a polarization time of 60 min, and a temperature rise rate of 10° C./min, when the relationship I A /I B >0.30 holds and the peak current I B is 100 pA/mm 2 or less, a long life can be obtained even when a relatively high electric field is applied. Furthermore, by using this method, the reliability of the multilayer
本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100においては、複数の誘電体層11のうち、少なくともいずれか一層の誘電体層11は、IA/IBが0.30を上回り、かつIB≦100pA/mm2となる構成を有している。積層セラミックコンデンサ100に含まれる全ての誘電体層11が、IA/IBが0.30を上回りかつIB≦100pA/mm2となる構成を有していることが好ましい。
In the multilayer
例えば、誘電体層11の組成、結晶粒径、焼成条件などのパラメータを調整することによって、IA/IBが0.30を上回りかつIB≦100pA/mm2となる構成が得られる。信頼性向上の観点から、IA/IBは、0.50以上であることが好ましく、0.5を上回ることが好ましく、0.70以上であることが好ましく、1.0を上回ることが好ましく、2.00以上であることが好ましい。IBは、95pA/mm2以下であることが好ましく、90pA/mm2以下であることが好ましく、85pA/mm2以下であることが好ましく、80pA/mm2以下であることが好ましく、50pA/mm2以下であることが好ましい。なお、電流値の単位は、A/mm2であり、これは単位面積当たりの電流値を示すものである。この値は積層セラミックコンデンサ100で測定された電流値を積層セラミックコンデンサ100に含まれる内部電極が誘電体層を挟んで対向する領域の総面積で割って、得ることができる。
For example, by adjusting parameters such as the composition, crystal grain size, and firing conditions of the
例えば、電界を横切る結晶粒界数を増やしたり、結晶粒界を厚くすることで、IA/IBを大きくすることができる。また、IBが小さいほど製品の信頼性は向上し、好ましい。IBの値が0に近づくときIA/IBの値は非常に大きい値になることがある。 For example, I A /I B can be increased by increasing the number of grain boundaries that cross the electric field or by thickening the grain boundaries. Also, the smaller I B is, the more reliable the product is, which is preferable. When the value of I B approaches 0, the value of I A /I B can become very large.
なお、誘電体層11において、厚み方向に複数の結晶粒が含まれる場合に、ピークAおよびピークBが顕著に表れる。したがって、誘電体層11において、厚み方向に複数の結晶粒が含まれることが好ましい。例えば、誘電体層11の1層あたりの結晶粒の平均数は、3から8であることが好ましい。このような誘電体層11の1層あたりの結晶粒の平均値は、積層方向に平行な切断面を電子顕微鏡で観察して、積層方向に平行に引いた任意の直線が横切る結晶粒の数を1層の誘電体層で求め、これを任意に選択した20箇所の誘電体層でおこない、得られた20個のデータの平均値として求めることができる。
When the
誘電体層11の平均厚みは、例えば、1μm以上であり、3.5μm以上である。誘電体層11の厚み方向に複数の結晶粒が含まれることが好ましいためである。誘電体層11の平均厚みは、積層方向に平行な切断面を電子顕微鏡で観察して、たとえば任意に選択した20箇所の厚みの平均値として求めることができる。
The average thickness of the
なお、IA、IB、(IA+IB)の各値自体は、積層セラミックコンデンサ100のサイズ、電極構成、誘電体層厚、分極条件、その他の条件に応じて変動するので、これらの個々の値だけで寿命を制御することは困難である。この観点に基づき、本実施形態においては、IAとIBとの比に着目している。
In addition, since the values of I , I , and ( I + I ) themselves vary depending on the size of the multilayer
続いて、積層セラミックコンデンサ100の製造方法について説明する。図4は、積層セラミックコンデンサ100の製造方法のフローを例示する図である。
Next, we will explain the manufacturing method of the multilayer
(原料粉末作製工程)
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の主成分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。
(Raw material powder preparation process)
First, a dielectric material for forming the
得られたセラミック粉末に、目的に応じて所定の添加化合物を添加する。添加化合物としては、Mg(マグネシウム),Mn(マンガン),V(バナジウム),Cr(クロム),希土類元素(Y(イットリウム),Sm(サマリウム),Eu(ユウロピウム),Gd(ガドリニウム),Tb(テルビウム),Dy(ジスプロシウム),Ho(ホロミウム),Er(エルビウム),Tm(ツリウム)およびYb(イッテルビウム))の酸化物、並びに、Co(コバルト),Ni,Li(リチウム),B(ホウ素),Na(ナトリウム),K(カリウム)およびSi(シリコン)の酸化物もしくはガラスが挙げられる。 The resulting ceramic powder is added with a specific additive compound according to the purpose. Examples of additive compounds include oxides of Mg (magnesium), Mn (manganese), V (vanadium), Cr (chromium), rare earth elements (Y (yttrium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium) and Yb (ytterbium)), as well as oxides or glasses of Co (cobalt), Ni, Li (lithium), B (boron), Na (sodium), K (potassium) and Si (silicon).
例えば、セラミック原料粉末に添加化合物を含む化合物を湿式混合し、乾燥および粉砕してセラミック材料を調製する。例えば、上記のようにして得られたセラミック材料について、必要に応じて粉砕処理して粒径を調節し、あるいは分級処理と組み合わせることで粒径を整えてもよい。以上の工程により、誘電体材料が得られる。 For example, a compound containing an additive compound is wet mixed with a ceramic raw material powder, and then dried and pulverized to prepare a ceramic material. For example, the ceramic material obtained as described above may be pulverized as necessary to adjust the particle size, or may be combined with a classification process to adjust the particle size. Through the above steps, a dielectric material is obtained.
(積層工程)
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、可塑剤とを加えて湿式混合する。得られたスラリを使用して、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1μm以上の帯状の誘電体グリーンシートを塗工して乾燥させる。
(Lamination process)
Next, a binder such as polyvinyl butyral (PVB) resin, an organic solvent such as ethanol or toluene, and a plasticizer are added to the obtained dielectric material and wet mixed. Using the obtained slurry, a belt-shaped dielectric green sheet having a thickness of, for example, 1 μm or more is applied to a substrate by, for example, a die coater method or a doctor blade method, and then dried.
次に、誘電体グリーンシートの表面に、有機バインダを含む内部電極形成用の金属導電ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷等により印刷することで、極性の異なる一対の外部電極に交互に引き出される内部電極層パターンを配置する。金属導電ペーストには、共材としてセラミック粒子を添加する。セラミック粒子の主成分は、特に限定するものではないが、誘電体層11の主成分セラミックと同じであることが好ましい。例えば、平均粒子径が50nm以下のBaTiO3を均一に分散させてもよい。
Next, a metal conductive paste for forming an internal electrode containing an organic binder is printed on the surface of the dielectric green sheet by screen printing, gravure printing, or the like to arrange an internal electrode layer pattern that is alternately drawn to a pair of external electrodes with different polarities. Ceramic particles are added to the metal conductive paste as a co-material. The main component of the ceramic particles is not particularly limited, but is preferably the same as the main component ceramic of the
その後、内部電極層パターンが印刷された誘電体グリーンシートを所定の大きさに打ち抜いて、打ち抜かれた誘電体グリーンシートを、基材を剥離した状態で、内部電極層12と誘電体層11とが互い違いになるように、かつ内部電極層12が誘電体層11の長さ方向両端面に端縁が交互に露出して極性の異なる一対の外部電極20a,20bに交互に引き出されるように、所定層数(例えば100~1000層)だけ積層する。積層した誘電体グリーンシートの上下に、カバー層13を形成するためのカバーシートを圧着させ、所定チップ寸法(例えば1.0mm×0.5mm)にカットする。
Then, the dielectric green sheet on which the internal electrode layer pattern is printed is punched out to a specified size, and the punched dielectric green sheet is laminated in a specified number of layers (e.g., 100 to 1000 layers) with the base material peeled off, so that the internal electrode layers 12 and the
得られたセラミック積層体をN2雰囲気中で脱バインダした後に、セラミック積層体の両端面から各側面にかけて、外部電極20a,20bの主成分金属を含む金属フィラー、共材、バインダ、溶剤などを含み、外部電極20a,20bの下地層となる金属ペーストを塗布し、乾燥させる。
The obtained ceramic laminate is subjected to debinding in a N2 atmosphere, and then a metal paste that contains a metal filler including the main component metal of the
(焼成工程)
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10-8~10-13atmの還元雰囲気中で1100~1300℃で10分~2時間焼成することで、成型体の各粒子が焼結する。このようにして、セラミック積層体が得られる。
(Firing process)
The molded body thus obtained is subjected to a binder removal process in a N2 atmosphere at 250 to 500°C, and then fired at 1100 to 1300°C for 10 minutes to 2 hours in a reducing atmosphere with an oxygen partial pressure of 10-8 to 10-13 atm, thereby sintering each particle of the molded body. In this way, a ceramic laminate is obtained.
(再酸化処理工程)
その後、N2ガス雰囲気中で600℃~1000℃で再酸化処理を行う。例えば、950℃で1hr再酸化処理を行う。その後、N2ガス雰囲気のまま500℃まで冷却し、雰囲気を大気に切り替え、500℃で24hr保持し、その後に室温まで冷却する。このような処理を行うことにより、誘電体層11の結晶粒界16の酸素濃度を高めることができる。それにより、TSDCのピーク電流値を大きく低下させることができ、酸素欠陥14が結晶粒界16を超えてあるいは結晶粒界16に沿って移動することを抑制することができる。その結果、IAに対してIBを相対的に低下させることができる。また、500℃での長時間保持により、4532サイズ(長さ4.5mm、幅3.2mm、高さ2.5mm)のような大型かつ1000層以上の多積層の積層セラミックコンデンサの再酸化も十分に可能となる。
(Reoxidation treatment process)
Then, reoxidation is performed at 600°C to 1000°C in an N2 gas atmosphere. For example, reoxidation is performed at 950°C for 1 hour. Then, the N2 gas atmosphere is cooled to 500°C, the atmosphere is switched to air, and the temperature is held at 500°C for 24 hours, and then the temperature is cooled to room temperature. By performing such a process, the oxygen concentration of the
(めっき処理工程)
その後、外部電極20a,20bの下地層上に、めっき処理により、Cu,Ni,Sn等の金属コーティングを行う。以上の行程により、積層セラミックコンデンサ100が完成する。
(Plating process)
Thereafter, the underlayers of the
本実施形態に係る製造方法によれば、複数の誘電体層11のうち、少なくともいずれか一層の誘電体層11は、IA/IBが0.30を上回りかつIB≦100pA/mm2となる構成を有するようになる。それにより、比較的高電界が負荷される場合にも、高い寿命が得られ、信頼性が向上する。
According to the manufacturing method of this embodiment, at least one of the plurality of
(第2実施形態)
続いて、第2実施形態について説明する。第2実施形態では、図1で説明した積層セラミックコンデンサ100において、TSDCの条件を変更してある。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, the TSDC conditions are changed in the multilayer
本発明者は、鋭意研究により、誘電体層11に対して、分極時間を60minとし、分極電界を10V/μmとし、分極温度を150℃~210℃の範囲で変化させて分極させ、130℃に冷却した後に昇温速度10℃/minとするTSDCにおいて、350℃程度まで昇温した際に生じるピーク電流の内、最も低温側(150℃近辺)に生じるピークのピーク電流値に、分極温度の上昇に対して減少傾向が見られないことで、高い寿命が得られることを見出した。
The inventors have conducted extensive research and found that in a TSDC in which the
最も低温側(150℃付近)に生じるピークは、欠陥双極子(酸素欠陥とカチオン欠陥・金属欠陥等のクラスター)由来のピークと考えられている。本ピークが分極温度の上昇に対して減少傾向にないということは、本クラスターが解離せず、酸素欠陥がマイグレーションしにくいと解釈できる。そのため、積層セラミックコンデンサの信頼性に大きな影響を与えると考えられている高温側に生じるピークの上昇が抑制されると考えられる。 The peak that occurs on the lowest temperature side (near 150°C) is thought to be a peak derived from defect dipoles (clusters of oxygen defects and cation defects, metal defects, etc.). The fact that this peak does not tend to decrease as the polarization temperature increases can be interpreted as meaning that this cluster does not dissociate and oxygen defects are less likely to migrate. This is thought to suppress the increase in the peak that occurs on the high temperature side, which is thought to have a significant impact on the reliability of multilayer ceramic capacitors.
具体的には、分極温度150℃で分極した際に150℃付近で生じるTSDCピークのピーク電流値をJ150とし、分極温度170℃で分極した際に150℃付近で生じるTSDCピークのピーク電流値をJ170とした場合に、ΔJ=(J170-J150)/J150≧0の関係が成立することで、高い寿命が得られる。なお、通常のTSDCでは350℃以上まで昇温することが求められるが、本実施形態では350℃程度まで昇温すればよいため、簡易的に積層セラミックコンデンサ100の信頼性を評価することができる。
Specifically, if the peak current value of the TSDC peak occurring near 150°C when polarized at a polarization temperature of 150°C is J150, and the peak current value of the TSDC peak occurring near 150°C when polarized at a polarization temperature of 170°C is J170, then a long lifespan can be obtained by satisfying the relationship ΔJ = (J170 - J150) / J150 ≧ 0. Note that while normal TSDC requires heating to 350°C or higher, in this embodiment it is sufficient to heat the capacitor to about 350°C, so the reliability of the multilayer
図5は、J170およびJ150を例示する図である。図5において、実線が170℃で分極した際のTSDCを表し、点線が150℃で分極した際のTSDCを表している。図5で例示するように、J170およびJ150のいずれも、150℃近辺にピークが見られている。また、J170がJ150よりも大きくなっている。なお、J170およびJ150のピークが見られる温度は、例えば、130℃~160℃の範囲内に観察される。 Figure 5 is a diagram illustrating J170 and J150. In Figure 5, the solid line represents the TSDC when polarized at 170°C, and the dotted line represents the TSDC when polarized at 150°C. As illustrated in Figure 5, both J170 and J150 have peaks near 150°C. Furthermore, J170 is greater than J150. The temperatures at which the J170 and J150 peaks are observed are, for example, within the range of 130°C to 160°C.
本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100においては、複数の誘電体層11のうち、少なくともいずれか一層の誘電体層11は、ΔJ=(J170-J150)/J150≧0の関係が成立する構成を有している。積層セラミックコンデンサ100に含まれる全ての誘電体層11が、ΔJ=(J170-J150)/J150≧0の関係が成立する構成を有していることが好ましい。
In the multilayer
例えば、誘電体層11の組成、結晶粒径、焼成条件などのパラメータを調整することによって、ΔJ=(J170-J150)/J150≧0の関係が成立するようになる。信頼性向上の観点から、ΔJ=(J170-J150)/J150≧0.5の関係が成立することが好ましく、ΔJ=(J170-J150)/J150≧1.0の関係が成立することがより好ましい。
For example, by adjusting parameters such as the composition of the
例えば、電界を横切る結晶粒界数を増やしたり、結晶粒界を厚くすることで、ΔJ=(J170-J150)/J150を大きくすることができる。しかしながら、ΔJ=(J170-J150)/J150を大きくし過ぎると、製品の静電容量が落ちるおそれがある。したがって、容量確保および高信頼性の観点からは、ΔJ=(J170-J150)/J150に上限を設けることが好ましい。例えば、ΔJ=(J170-J150)/J150は、2.0以下であることが好ましく、1.5以下であることがより好ましく、1.25以下であることがさらに好ましい。 For example, ΔJ=(J170-J150)/J150 can be increased by increasing the number of grain boundaries that cross the electric field or by thickening the grain boundaries. However, if ΔJ=(J170-J150)/J150 is made too large, the capacitance of the product may decrease. Therefore, from the standpoint of ensuring capacitance and high reliability, it is preferable to set an upper limit on ΔJ=(J170-J150)/J150. For example, ΔJ=(J170-J150)/J150 is preferably 2.0 or less, more preferably 1.5 or less, and even more preferably 1.25 or less.
なお、上記のTSDCにおいて、150℃から210℃の分極温度のいずれに着目した場合であっても、130℃に冷却した後に昇温速度10℃/minとするTSDCにおいて、350℃程度まで昇温した際に生じるピーク電流の内、最も低温側(150℃近辺)に生じるピークのピーク電流値に、分極温度の上昇に対して減少傾向が見られないことが好ましい。 In the above TSDC, regardless of whether the polarization temperature is 150°C to 210°C, it is preferable that, in a TSDC in which the temperature is increased at a rate of 10°C/min after cooling to 130°C, the peak current value of the peak at the lowest temperature (near 150°C) generated when the temperature is increased to about 350°C does not show a decreasing tendency with increasing polarization temperature.
本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100は、第1実施形態と同様の製造方法によって製造することができる。当該製造方法によれば、複数の誘電体層11のうち、少なくともいずれか一層の誘電体層11は、ΔJ=(J170-J150)/J150≧0の関係が成立するようになる。それにより、比較的高温環境下で使用される場合においても、高い寿命が得られ、信頼性が向上する。
The multilayer
なお、上記各実施形態においては、セラミック電子部品の一例として積層セラミックコンデンサについて説明したが、それに限られない。例えば、バリスタやサーミスタなどの、他の電子部品を用いてもよい。 In the above embodiments, a multilayer ceramic capacitor has been described as an example of a ceramic electronic component, but the present invention is not limited to this. For example, other electronic components such as a varistor or a thermistor may be used.
以下、実施形態に係る積層セラミックコンデンサを作製し、特性について調べた。 The multilayer ceramic capacitor according to the embodiment was fabricated and its characteristics were investigated.
(実施例1)
チタン酸バリウム粉末を、誘電体材料として用意した。チタン酸バリウム粉末に必要な添加物を添加し、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。誘電体材料に有機バインダおよび溶剤を加えてドクターブレード法にて誘電体グリーンシートを作製した。有機バインダとしてポリビニルブチラール(PVB)等を用い、溶剤としてエタノール、トルエン等を加えた。その他、可塑剤などを加えた。
Example 1
Barium titanate powder was prepared as the dielectric material. Necessary additives were added to the barium titanate powder, and the powder was thoroughly wet mixed and pulverized in a ball mill to obtain the dielectric material. An organic binder and a solvent were added to the dielectric material, and a dielectric green sheet was produced by the doctor blade method. Polyvinyl butyral (PVB) or the like was used as the organic binder, and ethanol, toluene, or the like was added as the solvent. Plasticizers and other additives were also added.
次に、内部電極層12の主成分金属と、共材と、バインダ(エチルセルロース)と、溶剤と、必要に応じてその他助剤を含んでいる内部電極形成用の金属導電ペーストを遊星ボールミルで作製した。
Next, a metal conductive paste for forming the internal electrodes, which contains the main component metal of the
誘電体グリーンシートに内部電極形成用の金属導電ペーストをスクリーン印刷した。誘電体グリーンシート上に金属導電ペーストが印刷されたシート部材を301枚重ね、その上下にカバーシートをそれぞれ積層した。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。 A metal conductive paste for forming internal electrodes was screen-printed on the dielectric green sheets. 301 sheets of the sheet members with the metal conductive paste printed on them were stacked on top of each other on the dielectric green sheets, and cover sheets were laminated on the top and bottom of each. A laminate was then obtained by thermocompression bonding and cut into the specified shape.
得られた積層体をN2雰囲気中で脱バインダした後に、積層体の両端面から各側面にかけて、Niを主成分とする金属フィラー、共材、バインダ、溶剤などを含む金属導電ペーストを下地層用に塗布し、乾燥させた。その後、還元雰囲気中で1100℃~1300℃で10分~2時間、下地層用の金属導電ペーストを積層体と同時に焼成して焼結体を得た。得られた焼結体の形状寸法は、長さ3.2mm、幅1.6mm、高さ1.6mmであった。 The obtained laminate was debindered in a N2 atmosphere, and then a metal conductive paste containing a metal filler mainly composed of Ni, a co-material, a binder, a solvent, etc. was applied to both ends and each side of the laminate for the underlayer, and dried. The metal conductive paste for the underlayer was then fired simultaneously with the laminate in a reducing atmosphere at 1100°C to 1300°C for 10 minutes to 2 hours to obtain a sintered body. The shape and dimensions of the obtained sintered body were 3.2 mm in length, 1.6 mm in width, and 1.6 mm in height.
その後、再酸化処理を行なった。まず、N2ガス雰囲気中、950℃で1h保持した。その後、N2ガス雰囲気のまま500℃まで冷却し、雰囲気を大気に切り替え、500℃で24hr保持し、その後に室温まで冷却した。その後、メッキ処理して下地層の表面にCuめっき層、Niめっき層およびSnめっき層を形成し、積層セラミックコンデンサ100を得た。製品の断面から確認した誘電体層11の平均厚さが1.2μmとなるように誘電体グリーンシートの厚さを調整した。
Then, a reoxidation treatment was performed. First, the product was held at 950°C for 1 hour in an N2 gas atmosphere. Then, the product was cooled to 500°C in the N2 gas atmosphere, the atmosphere was switched to air, and the product was held at 500°C for 24 hours, and then cooled to room temperature. Then, a plating treatment was performed to form a Cu plating layer, a Ni plating layer, and a Sn plating layer on the surface of the underlayer, thereby obtaining a multilayer
(実施例2)
実施例2では、実施例1と比較して、雰囲気を大気に切り替えた後の温度保持の条件を、500℃で20hr保持するように変更した。その他の条件は、実施例1と同様とした。
Example 2
In Example 2, compared to Example 1, the temperature holding condition after switching the atmosphere to air was changed to 500° C. for 20 hours. The other conditions were the same as in Example 1.
(実施例3)
実施例3では、実施例1と比較して、雰囲気を大気に切り替えた後の温度保持の条件を、500℃で30hr保持するように変更した。その他の条件は、実施例1と同様とした。
Example 3
In Example 3, compared to Example 1, the temperature holding condition after switching the atmosphere to air was changed to holding at 500° C. for 30 hours. The other conditions were the same as those in Example 1.
(実施例4)
実施例4では、実施例1と比較して、誘電体層11の積層数を1100層とし、製品の断面から確認した誘電体層11の平均厚さが0.7μmとなるように変更した。その他の条件は、実施例1と同様とした。
Example 4
In Example 4, compared to Example 1, the number of laminated layers of the
(実施例5)
実施例5では、実施例1と比較して、誘電体層11の積層数を100層とし、製品の断面から確認した誘電体層11の平均厚さが3.6μmとなるように変更した。その他の条件は、実施例1と同様とした。
Example 5
In Example 5, compared to Example 1, the number of laminated
(比較例1)
比較例1では、再酸化処理において、N2ガス雰囲気中、950℃で1hr保持し、その後、N2ガス雰囲気のまま500℃まで冷却し、雰囲気を大気に切り替えて室温まで冷却した。すなわち、500℃での保持を行なわなかった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, in the reoxidation treatment, the sample was held at 950°C for 1 hour in a N2 gas atmosphere, then cooled to 500°C in the N2 gas atmosphere, and then cooled to room temperature by switching the atmosphere to air. In other words, the sample was not held at 500°C. The other conditions were the same as those in Example 1.
(比較例2)
比較例2では、再酸化処理において、N2ガス雰囲気中、950℃で1hr保持し、N2ガス雰囲気のまま500℃まで冷却し、雰囲気を大気に切り替え、500℃で5hr保持し、その後に室温まで冷却した。すなわち、実施例1と比較して、500℃での保持時間を短くした。その他の条件は、実施例1と同様とした。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, in the reoxidation treatment, the sample was held at 950°C for 1 hour in an N2 gas atmosphere, cooled to 500°C while still in the N2 gas atmosphere, switched to air, held at 500°C for 5 hours, and then cooled to room temperature. That is, the holding time at 500°C was shorter than in Example 1. The other conditions were the same as in Example 1.
(比較例3)
比較例3では、再酸化処理において、N2ガス雰囲気中、950℃で1hr保持し、N2ガス雰囲気のまま500℃まで冷却し、雰囲気を大気に切り替え、500℃で15hr保持し、その後に室温まで冷却した。すなわち、実施例1と比較して、500℃での保持時間を短くした。その他の条件は、実施例1と同様とした。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, in the reoxidation treatment, the sample was held at 950°C for 1 hour in an N2 gas atmosphere, cooled to 500°C while still in the N2 gas atmosphere, switched to air, held at 500°C for 15 hours, and then cooled to room temperature. That is, the holding time at 500°C was shorter than in Example 1. The other conditions were the same as in Example 1.
(分析1)
実施例1~5および比較例1~3について、分極温度を150℃とし、分極時間を60minとし、分極電界を20V/μmとし、昇温速度を10℃/minとするTSDCにおいて、IA/IBを測定した。また、150℃、40V/μmという高温高電界の加速寿命試験(HALT)を行った。その結果を表1に示す。MTTF(Mean Time To Failure)は、実施例1~5および比較例1~3のそれぞれ20個について導通するまでの時間を測定し、得られた寿命時間の平均値をMTTFとした。
For Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, I A /I B was measured in TSDC with a polarization temperature of 150° C., a polarization time of 60 min, a polarization electric field of 20 V/μm, and a temperature rise rate of 10° C./min. In addition, an accelerated life test ( HALT ) was performed at a high temperature and high electric field of 150° C. and 40 V/μm. The results are shown in Table 1. For MTTF (Mean Time To Failure), the time until conduction was measured for 20 pieces each of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, and the average value of the obtained life times was taken as MTTF.
なお、実施例1~5および比較例1~3について、誘電体層の厚み方向において、結晶粒の平均数は、3~10個であった。 In addition, for Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, the average number of crystal grains in the thickness direction of the dielectric layer was 3 to 10.
表1に示すように、実施例1では、IA/IBは0.35であり、IBが90pA/mm2であった。実施例2では、IA/IBは0.70であり、IBが95pA/mm2であった。実施例3では、IA/IBは2.00であり、IBが20pA/mm2であった。実施例4では、IA/IBは0.50であり、IBが80pA/mm2であった。実施例5では、IA/IBは3.00であり、IBが20pA/mm2であった。比較例1では、IA/IBは0.15であり、IBが500pA/mm2であった。比較例2では、IA/IBは0.35であり、IBが250pA/mm2であった。実施例3では、IA/IBは1.50であり、IBが105pA/mm2であった。 As shown in Table 1, in Example 1, I A /I B was 0.35, and I B was 90 pA/mm 2. In Example 2, I A /I B was 0.70, and I B was 95 pA/mm 2. In Example 3, I A /I B was 2.00, and I B was 20 pA/mm 2. In Example 4, I A /I B was 0.50, and I B was 80 pA/mm 2. In Example 5, I A /I B was 3.00, and I B was 20 pA/mm 2. In Comparative Example 1, I A /I B was 0.15, and I B was 500 pA/mm 2. In Comparative Example 2, I A /I B was 0.35, and I B was 250 pA/mm 2 . In Example 3, I A /I B was 1.50 and I B was 105 pA/mm 2 .
実施例1~実施例5では、MTTFが2000minを上回り、高い寿命が得られた。これは、IA/IB>0.30の関係が成立し、かつ最高温度で生じるピーク電流IBが100pA/mm2以下であったからであると考えられる。これに対して、比較例1では、MTTFが100minと短くなった。これは、IA/IBが0.15と低く、IBを十分に小さくすることができなかったからであると考えられる。比較例2では、MTTFが500minと短くなった。これは、IA/IBが0.35と大きくなったものの、IBが250pA/mm2と高く、IBを十分に小さくすることができなかったからであると考えられる。比較例3では、MTTFが2000minと短くなった。これは、IA/IBが1.50と大きくなったものの、IBが105pA/mm2と高く、IBを十分に小さくすることができなかったからであると考えられる。 In Examples 1 to 5, the MTTF exceeded 2000 min, and a long life was obtained. This is believed to be because the relationship I A /I B >0.30 was established, and the peak current I B generated at the highest temperature was 100 pA/mm 2 or less. In contrast, in Comparative Example 1, the MTTF was short at 100 min. This is believed to be because I A /I B was low at 0.15, and I B could not be made sufficiently small. In Comparative Example 2, the MTTF was short at 500 min. This is believed to be because although I A /I B was high at 0.35, I B was high at 250 pA/mm 2 , and I B could not be made sufficiently small. In Comparative Example 3, the MTTF was short at 2000 min. This is believed to be because although I A /I B increased to 1.50, I B was high at 105 pA/mm 2 and I B could not be made sufficiently small.
(実施例6)
実施例6では、実施例1と同じ製造方法および同じ仕様とした。
Example 6
In Example 6, the same manufacturing method and specifications as those in Example 1 were used.
(実施例7)
実施例7では、実施例2と同じ製造方法および同じ仕様とした。
(Example 7)
In Example 7, the same manufacturing method and specifications as in Example 2 were used.
(実施例8)
実施例8では、実施例3と同じ製造方法および同じ仕様とした。
(Example 8)
In Example 8, the same manufacturing method and specifications as in Example 3 were used.
(実施例9)
実施例9では、実施例4と同じ製造方法および同じ仕様とした。
(Example 9)
In Example 9, the same manufacturing method and specifications as in Example 4 were used.
(実施例10)
実施例10では、実施例5と同じ製造方法および同じ仕様とした。
(Example 10)
In Example 10, the same manufacturing method and specifications as in Example 5 were used.
(比較例4)
比較例4では、再酸化処理において、N2ガス雰囲気中、950℃で1hr保持し、その後、N2ガス雰囲気のまま500℃まで冷却し、雰囲気を大気に切り替えて室温まで冷却した。すなわち、500℃での保持を行なわなかった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, in the reoxidation treatment, the sample was held at 950° C. for 1 hour in a N 2 gas atmosphere, then cooled to 500° C. in the N 2 gas atmosphere, and then cooled to room temperature by switching the atmosphere to air. In other words, the sample was not held at 500° C. The other conditions were the same as those in Example 1.
(比較例5)
比較例5では、再酸化処理において、N2ガス雰囲気中、950℃で1hr保持し、N2ガス雰囲気のまま500℃まで冷却し、雰囲気を大気に切り替え、500℃で10hr保持し、その後に室温まで冷却した。すなわち、実施例1と比較して、500℃での保持時間を短くした。その他の条件は、実施例1と同様とした。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, in the reoxidation treatment, the sample was held at 950°C for 1 hour in an N2 gas atmosphere, cooled to 500°C while still in the N2 gas atmosphere, switched to air, held at 500°C for 10 hours, and then cooled to room temperature. That is, the holding time at 500°C was shorter than in Example 1. The other conditions were the same as in Example 1.
(分析2)
実施例6~10および比較例4,5について、分極時間を60minとし、分極電界を10V/μmとし、分極温度を150℃から210℃の範囲で変化させて分極させ、130℃に冷却した後に昇温速度を10℃/minとするTSDCにおいて、J150およびJ170を測定することでΔJ=(J170-J150)/J150を測定した。また、150℃、40V/μmという高温高電界の加速寿命試験(HALT)を行った。その結果を表1に示す。MTTF(Mean Time To Failure)は、実施例6~10および比較例4,5のそれぞれ20個について導通するまでの時間を測定し、得られた寿命時間の平均値をMTTFとした。
(Analysis 2)
For Examples 6 to 10 and Comparative Examples 4 and 5, the polarization time was set to 60 min, the polarization electric field was set to 10 V/μm, the polarization temperature was changed in the range of 150 ° C. to 210 ° C., and the temperature was increased at a rate of 10 ° C./min after cooling to 130 ° C. In the TSDC, J150 and J170 were measured to measure ΔJ = (J170 - J150) / J150. In addition, an accelerated life test (HALT) was performed at a high temperature and high electric field of 150 ° C. and 40 V / μm. The results are shown in Table 1. For MTTF (Mean Time To Failure), the time until conduction was measured for 20 pieces each of Examples 6 to 10 and Comparative Examples 4 and 5, and the average value of the obtained life times was taken as MTTF.
なお、実施例6~10および比較例4,5について、誘電体層の厚み方向において、結晶粒の平均数は、3~10個であった。 In addition, for Examples 6 to 10 and Comparative Examples 4 and 5, the average number of crystal grains in the thickness direction of the dielectric layer was 3 to 10.
図6に示すように、実施例6では、MTTFが15000minで、ΔJは0.07であった。実施例7では、MTTFが12500minで、ΔJは0.04であった。実施例8では、MTTFが23000で、ΔJは0.18であった。実施例9では、MTTFが12000で、ΔJは0.02であった。実施例10では、MTTFが30000で、ΔJは0.3であった。比較例4では、MTTFが100minで、ΔJは-0.2であった。比較例5では、MTTFが1200minで、ΔJは-0.05であった。 As shown in FIG. 6, in Example 6, the MTTF was 15,000 min and the ΔJ was 0.07. In Example 7, the MTTF was 12,500 min and the ΔJ was 0.04. In Example 8, the MTTF was 23,000 and the ΔJ was 0.18. In Example 9, the MTTF was 12,000 and the ΔJ was 0.02. In Example 10, the MTTF was 30,000 and the ΔJ was 0.3. In Comparative Example 4, the MTTF was 100 min and the ΔJ was -0.2. In Comparative Example 5, the MTTF was 1,200 min and the ΔJ was -0.05.
実施例6~実施例10では、MTTFが2000minを上回り、高い寿命が得られた。これは、ΔJが0以上となったからであると考えられる。これに対して、比較例4,5では、MTTFが2000minを下回った。これは、ΔJが0を下回ったからであると考えられる。 In Examples 6 to 10, the MTTF exceeded 2000 min, and a long life was obtained. This is believed to be because ΔJ was 0 or greater. In contrast, in Comparative Examples 4 and 5, the MTTF fell below 2000 min. This is believed to be because ΔJ was below 0.
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the present invention as described in the claims.
10 積層チップ
11 誘電体層
12 内部電極層
13 カバー層
14 酸素欠陥
15 結晶粒
16 結晶粒界
20a,20b 外部電極
100 積層セラミックコンデンサ
REFERENCE SIGNS
Claims (15)
前記誘電体層に対して、分極温度を150℃とし、分極電界を15V/μm~20V/μmとし、分極時間を60minとし、昇温速度を10℃/minとするTSDCにおいて、160℃以上230℃未満の低温側ピーク電流値をIAとし、230℃以上350℃以下の高温側ピーク電流値をIBとした場合に、IA/IB>0.30の関係が成立し、かつ、IBが100pA/mm2以下であることを特徴とするセラミック電子部品。 The ceramic-based dielectric layer and the internal electrode layer are alternately laminated to form a laminate structure.
A ceramic electronic component characterized in that, in a TSDC in which the polarization temperature for the dielectric layer is 150°C, the polarization electric field is 15V/μm to 20V/μm, the polarization time is 60 min, and the temperature rise rate is 10°C/min, when a low-temperature peak current value of 160°C or higher and lower than 230°C is I A and a high-temperature peak current value of 230°C or higher and 350°C or lower is I B , a relationship of I A /I B > 0.30 is established and I B is 100 pA/mm2 or less .
前記誘電体層に対して、分極時間を60minとし、分極電界を10V/μmとし、分極温度を150℃または170℃として分極させ、130℃に冷却した後に昇温速度を10℃/minとするTSDCにおいて、350℃まで昇温した際のピーク電流のうち、最も低温側に生じるピークのピーク電流値について、150℃で分極した場合のピーク電流値をJ150とし、170℃で分極した場合のピーク電流値をJ170とした場合に、(J170-J150)/J150≧0の関係が成立することを特徴とするセラミック電子部品。 The ceramic-based dielectric layer and the internal electrode layer are alternately laminated to form a laminate structure.
The dielectric layer is polarized for a polarization time of 60 min, a polarization electric field of 10 V/μm, and a polarization temperature of 150° C. or 170° C., and then cooled to 130° C. and heated at a rate of 10° C./min. In this TSDC, the peak current value of the peak occurring at the lowest temperature side when the temperature is raised to 350° C. is defined as J150 when the peak current value is polarized at 150° C., and as J170 when the peak current value is polarized at 170° C., and the relationship (J170-J150)/J150≧0 is established.
8. The ceramic electronic component according to claim 1, wherein three or more TSDC peaks are generated in a temperature range of 130° C. or higher and 350° C. or lower.
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