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JP7744178B2 - Evaluation methods for ceramic electronic components - Google Patents
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JP7744178B2 - Evaluation methods for ceramic electronic components - Google Patents

Evaluation methods for ceramic electronic components

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JP7744178B2
JP7744178B2 JP2021131152A JP2021131152A JP7744178B2 JP 7744178 B2 JP7744178 B2 JP 7744178B2 JP 2021131152 A JP2021131152 A JP 2021131152A JP 2021131152 A JP2021131152 A JP 2021131152A JP 7744178 B2 JP7744178 B2 JP 7744178B2
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Description

本発明は、セラミック電子部品の評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating 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が、様々な機器に使用されている。これらのセラミック電子部品には、高い信頼性が要求される。車載用の電装機器・通信機器等に用いられるセラミック電子部品には、特に高い信頼性が要求される。長期信頼性を実使用条件に近い条件で測定するためには、数週間から数か月といった長時間を要する。そのため、一般的には、電圧を高くする、温度を高くする、といった方法による高温加速寿命試験が実施されることが多い(例えば、非特許文献1参照)。しかしながら、高温加速寿命試験結果から実使用条件での寿命を正確に推測することは困難である。そこで、寿命推定式の見直しを行なって、実測データに近い信頼性を推定することが試みられている(例えば、非特許文献2参照)。 Ceramic electronic components such as multilayer ceramic capacitors are used in a variety of devices. High reliability is required for these ceramic electronic components. Ceramic electronic components used in automotive electrical equipment, communication equipment, and other devices require especially high reliability. Measuring long-term reliability under conditions similar to those of actual use requires a long period of time, from several weeks to several months. For this reason, high-temperature accelerated life tests are generally conducted by increasing the voltage and temperature (see, for example, Non-Patent Document 1). However, it is difficult to accurately estimate the life under actual use conditions from the results of high-temperature accelerated life tests. Therefore, attempts have been made to revise life estimation formulas to estimate reliability closer to actual measurement data (see, for example, Non-Patent Document 2).

Highly accelerated lifetesting of base-metal-electrode ceramic chip capacitors, Jonathan L. Paulsen, Eric K. Reed, Microelectronics Reliability, 42, 2002, 815-820Highly accelerated lifetesting of base-metal-electrode ceramic chip capacitors, Jonathan L. Paulsen, Eric K. Reed, Microelectronics Reliability, 42, 2002, 815-820 Modified lifetime prediction for multilayer ceramic capacitors based on space charge evolution, Koichiro Morita*, Tetsuo Shimura, Shinichi Abe, and Yukihiro Konishi, Japanese Journal of Applied Physics 57, 11UC03 (2018)Modified lifetime prediction for multilayer ceramic capacitors based on space charge evolution, Koichiro Morita*, Tetsuo Shimura, Shinichi Abe, and Yukihiro Konishi, Japanese Journal of Applied Physics 57, 11UC03 (2018)

しかしながら、長寿命のセラミック電子部品の信頼性は正確に評価することが困難である。 However, it is difficult to accurately evaluate the reliability of long-life ceramic electronic components.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、セラミック電子部品の信頼性を正確に評価することができる、セラミック電子部品の信頼性評価方法を提供することを目的とする。 The present invention has been developed in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a method for evaluating the reliability of ceramic electronic components that can accurately evaluate the reliability of ceramic electronic components.

本発明に係るセラミック電子部品の信頼性評価方法は、複数の誘電体層と複数の内部電極層とが積層されたセラミック電子部品の母集団から、複数のセラミック電子部品を抜き出してそれぞれに対して高温加速寿命試験を行う工程と、前記複数のセラミック電子部品のうち、前記高温加速寿命試験においてリーク電流がしきい値を超えた複数のサンプルにおいて、前記誘電体層中のリーク電流が発生したIR劣化箇所を特定する工程と、前記IR劣化箇所の特性値を測定する工程と、前記特性値と、前記複数のサンプルの前記高温加速寿命試験の開始から前記リーク電流が前記しきい値を超えるまでのIR劣化時間とから、電圧加速係数nを算出する工程と、前記電圧加速係数nを用いて前記母集団のセラミック電子部品の品質を評価する工程と、を含むことを特徴とする。 The reliability evaluation method for ceramic electronic components according to the present invention includes the steps of: extracting a plurality of ceramic electronic components from a population of ceramic electronic components each having a plurality of laminated dielectric layers and a plurality of internal electrode layers, and performing a high-temperature accelerated life test on each of the plurality of ceramic electronic components; identifying IR degradation locations in the dielectric layers where leakage current occurs for a plurality of samples among the plurality of ceramic electronic components whose leakage current exceeds a threshold value in the high-temperature accelerated life test; measuring characteristic values of the IR degradation locations; calculating a voltage acceleration coefficient n from the characteristic values and the IR degradation time from the start of the high-temperature accelerated life test for the plurality of samples until the leakage current exceeds the threshold value; and evaluating the quality of the ceramic electronic components in the population using the voltage acceleration coefficient n.

上記セラミック電子部品の信頼性評価方法において、前記特性値は、前記IR劣化箇所における前記誘電体層の厚みdmin、または前記IR劣化箇所における最大電束密度Dminであってもよい。 In the above-described reliability evaluation method for a ceramic electronic component, the characteristic value may be a thickness d min of the dielectric layer at the IR-deteriorated portion, or a maximum electric flux density D min at the IR-deteriorated portion.

上記セラミック電子部品の信頼性評価方法において、前記電圧加速係数nと、前記母集団のセラミック電子部品の前記誘電体層の平均厚みとから、前記母集団のセラミック電子部品の前記IR劣化時間を推定し、推定した前記IR劣化時間から前記母集団のセラミック電子部品の品質を評価してもよい。 In the above-mentioned method for evaluating the reliability of ceramic electronic components, the IR degradation time of the ceramic electronic components in the population may be estimated from the voltage acceleration coefficient n and the average thickness of the dielectric layers of the ceramic electronic components in the population, and the quality of the ceramic electronic components in the population may be evaluated from the estimated IR degradation time.

上記セラミック電子部品の信頼性評価方法において、前記母集団のセラミック電子部品は、積層セラミックコンデンサであってもよい。 In the above-mentioned method for evaluating the reliability of ceramic electronic components, the ceramic electronic components in the population may be multilayer ceramic capacitors.

上記セラミック電子部品の信頼性評価方法において、前記特性値は、前記発生箇所における前記誘電体層の厚みdminであり、前記複数のサンプルの前記高温加速寿命試験の開始から前記リーク電流が前記しきい値を超えるまでのIR劣化時間tminと、前記複数のサンプルの前記厚みdminと、前記母集団のセラミック電子部品の前記誘電体層の平均厚みdと、下記式とを用いて、前記母集団のセラミック電子部品を評価してもよい。
In the above-described reliability evaluation method for ceramic electronic components, the characteristic value may be a thickness d min of the dielectric layer at the occurrence location, and the ceramic electronic components in the population may be evaluated using an IR degradation time t min from the start of the high-temperature accelerated life test of the plurality of samples until the leakage current exceeds the threshold value, the thickness d min of the plurality of samples, an average thickness d of the dielectric layer of the ceramic electronic components in the population, and the following formula:

上記セラミック電子部品の信頼性評価方法において、前記特性値は、前記発生箇所において内部電極層間の中点を通る線上の電束密度の最大値である最大電束密度Dminであり、前記複数のサンプルの前記高温加速寿命試験の開始から前記リーク電流が前記しきい値を超えるまでのIR劣化時間tminと、前記複数のサンプルの前記最大電束密度Dminと、前記母集団のセラミック電子部品の前記誘電体層の平均厚みdと、前記発生箇所が無く前記誘電体層の各箇所における厚みが前記平均厚みdであると仮定される場合の最大電束密度Dと、下記式とを用いて、前記母集団のセラミック電子部品を評価してもよい。
In the reliability evaluation method for ceramic electronic components, the characteristic value is a maximum electric flux density D min that is a maximum value of the electric flux density on a line passing through a midpoint between the internal electrode layers at the occurrence location, and the ceramic electronic components in the population may be evaluated using an IR degradation time t min from the start of the high-temperature accelerated life test of the plurality of samples until the leakage current exceeds the threshold value, the maximum electric flux density D min of the plurality of samples, an average thickness d of the dielectric layer of the ceramic electronic components in the population, and a maximum electric flux density D in the case where it is assumed that there is no occurrence location and the thickness of the dielectric layer at each location is the average thickness d, and the following formula:

上記セラミック電子部品の信頼性評価方法において、前記母集団のセラミック電子部品のそれぞれに含まれる少なくとも1層の誘電体層は、1つの容器内で同一の原料粉末作製工程で作製された共通の誘電体材料を用いて焼成した誘電体層であってもよい。 In the above-described method for evaluating the reliability of ceramic electronic components, at least one dielectric layer included in each of the ceramic electronic components in the population may be a dielectric layer that is fired in a single container using a common dielectric material produced in the same raw material powder production process.

上記セラミック電子部品の信頼性評価方法において、前記母集団のセラミック電子部品のそれぞれに含まれる少なくとも1層の誘電体層は、1層の誘電体グリーンシートからカットされた各誘電体グリーンシートを焼成することによって得られた誘電体層であってもよい。 In the above-described method for evaluating the reliability of ceramic electronic components, at least one dielectric layer included in each of the ceramic electronic components in the population may be a dielectric layer obtained by firing each dielectric green sheet cut from a single dielectric green sheet.

上記セラミック電子部品の信頼性評価方法において、前記母集団のセラミック電子部品は、1つの炉内で同時間帯に焼成されたものであってもよい。 In the above-mentioned method for evaluating the reliability of ceramic electronic components, the ceramic electronic components in the population may be fired in the same furnace at the same time.

本発明によれば、セラミック電子部品の信頼性を正確に評価することができる、セラミック電子部品の信頼性評価方法を提供することができる。 The present invention provides a method for evaluating the reliability of ceramic electronic components, which allows for accurate evaluation of the reliability of ceramic electronic components.

積層セラミックコンデンサの部分断面斜視図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view of a multilayer ceramic capacitor. 外部電極の構造を例示する図である。3A and 3B are diagrams illustrating the structure of external electrodes. 積層セラミックコンデンサの製造方法のフローを例示する図である。1A to 1C are diagrams illustrating a flow of a method for manufacturing a multilayer ceramic capacitor. (a)および(b)は積層工程を例示する図である。1A and 1B are diagrams illustrating a lamination process. 積層チップの焼成後に外部電極を焼成する場合のフロー図である。FIG. 10 is a flow diagram for firing the external electrodes after firing the laminated chip. 信頼性評価方法の手順を例示するフロー図である。FIG. 1 is a flow chart illustrating the procedure of a reliability evaluation method. 各積層セラミックコンデンサについてのHALT試験時間とリーク電流との関係を例示する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the HALT test time and the leakage current for each multilayer ceramic capacitor. 内部電極層の欠陥箇所について例示する図である。4A and 4B are diagrams illustrating defective locations in internal electrode layers; 層厚dminを例示する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the layer thickness d min . 内部電極層の膨らみの近傍における最大電束密度のシミュレーション結果を例示する図である。10A and 10B are diagrams illustrating simulation results of maximum electric flux density in the vicinity of a bulge in an internal electrode layer. プロット結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing plot results. プロット結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing plot results.

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.

(積層セラミックコンデンサの構造)
まず、セラミック電子部品の一例である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。
(Structure of multilayer ceramic capacitor)
First, an overview of a multilayer ceramic capacitor, an example of a ceramic electronic component, will be described. FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view of a multilayer ceramic capacitor 100 according to a first embodiment. As illustrated in FIG. 1, the multilayer ceramic capacitor 100 includes a rectangular parallelepiped-shaped laminated chip 10 and external electrodes 20a, 20b provided on two opposing end faces of the laminated chip 10. Of the four faces of the laminated chip 10 other than the two end faces, the two faces other than the top and bottom faces in the stacking direction are referred to as side faces. The external electrodes 20a, 20b extend on the top, bottom, and two side faces of the laminated chip 10 in the stacking direction. However, the external electrodes 20a, 20b are spaced apart from each other.

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 multilayer chip 10 is configured by alternately stacking dielectric layers 11 containing a ceramic material that functions as a dielectric and internal electrode layers 12 containing a base metal material. The edges of each internal electrode layer 12 are alternately exposed at the end face of the multilayer chip 10 where the external electrode 20a is provided and the end face where the external electrode 20b is provided. This allows each internal electrode layer 12 to be alternately electrically connected to the external electrode 20a and the external electrode 20b. As a result, the multilayer ceramic capacitor 100 is configured by stacking multiple dielectric layers 11 with the internal electrode layers 12 interposed therebetween. In addition, in the laminate of the dielectric layers 11 and the internal electrode layers 12, the internal electrode layer 12 is disposed as the outermost layer in the stacking direction, and the top and bottom surfaces of the laminate are covered by cover layers 13. The cover layers 13 are primarily composed of a ceramic material. For example, the material of the cover layers 13 may be made of the same primarily ceramic material as the dielectric layers 11.

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 ceramic capacitor 100 is, for example, 0.25 mm in length, 0.125 mm in width, and 0.125 mm in height, or 0.4 mm in length, 0.2 mm in width, and 0.2 mm in height, or 0.6 mm in length, 0.3 mm in width, and 0.3 mm in height, or 1.0 mm in length, 0.5 mm in width, and 0.5 mm in height, or 1.6 mm in length, 0.8 mm in width, and 0.8 mm in height, or 3.2 mm in length, 1.6 mm in width, and 1.6 mm in height, or 4.5 mm in length, 3.2 mm in width, and 2.5 mm in height, but is not limited to these sizes.

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 internal electrode layers 12 are primarily composed of base metals such as Ni (nickel), Cu (copper), and Sn (tin). Noble metals such as Pt (platinum), Pd (palladium), Ag (silver), and Au (gold), or alloys containing these metals, may also be used as the internal electrode layers 12.

誘電体層11は、例えば、一般式ABOで表されるペロブスカイト構造を有するセラミック材料を主相とする。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、BaTiO(チタン酸バリウム),CaZrO(ジルコン酸カルシウム),CaTiO(チタン酸カルシウム),SrTiO(チタン酸ストロンチウム),MgTiO(チタン酸マグネシウム),ペロブスカイト構造を形成するBa1-x-yCaSrTi1-zZr(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1)等のうち少なくとも1つから選択して用いることができる。Ba1-x-yCaSrTi1-zZrは、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸バリウムカルシウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸カルシウムおよびチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウムなどである。 The dielectric layer 11 has a main phase made of a ceramic material having a perovskite structure represented by the general formula ABO3 . The perovskite structure includes ABO3-α , which is a non-stoichiometric composition. For example, the ceramic material can be selected from at least one of BaTiO3 (barium titanate), CaZrO3 (calcium zirconate), CaTiO3 (calcium titanate), SrTiO3 (strontium titanate), MgTiO3 (magnesium titanate), and Ba1 -x- yCaxSryTi1 - zZrzO3 (0≦x≦1, 0≦ y ≦1, 0≦z≦1) that form a perovskite structure. Ba 1-x-y Ca x Sr y Ti 1-z Zr z O 3 is barium strontium titanate, barium calcium titanate, barium zirconate, barium titanate zirconate, calcium titanate zirconate and barium calcium titanate zirconate, etc.

外部電極20a,20bは、Ni,Cuなどを主成分とする。図2で例示するように、外部電極20aの表面には、めっき層21が設けられていてもよい。図2では、ハッチを省略している。めっき層21は、Cu,Ni,Al,Zn,Snなどの金属またはこれらの2以上の合金を主成分とする。めっき層21は、単一金属成分のめっき層でもよく、互いに異なる金属成分の複数のめっき層でもよい。例えば、めっき層21は、外部電極20a側から順に、第1めっき層22、第2めっき層23および第3めっき層24が形成された構造を有する。第1めっき層22は、例えば、Cuめっき層である。第2めっき層23は、例えば、Niめっき層である。第3めっき層24は、例えば、Snめっき層である。なお、図2では、外部電極20aについて例示しているが、外部電極20bも同様の構造を有する。 The external electrodes 20a and 20b are primarily composed of Ni, Cu, or the like. As illustrated in FIG. 2, a plating layer 21 may be provided on the surface of the external electrode 20a. Hatching is omitted in FIG. 2. The plating layer 21 is primarily composed of a metal such as Cu, Ni, Al, Zn, or Sn, or an alloy of two or more of these metals. The plating layer 21 may be a plating layer of a single metal component, or multiple plating layers of different metal components. For example, the plating layer 21 may have a structure in which, from the external electrode 20a side, a first plating layer 22, a second plating layer 23, and a third plating layer 24 are formed. The first plating layer 22 is, for example, a Cu plating layer. The second plating layer 23 is, for example, a Ni plating layer. The third plating layer 24 is, for example, a Sn plating layer. Note that while FIG. 2 illustrates the external electrode 20a, the external electrode 20b also has a similar structure.

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3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 ceramic capacitor 100. Figure 3 is a diagram illustrating the flow of the manufacturing method of the multilayer ceramic capacitor 100.

(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ABOの粒子の焼結体の形で誘電体層11に含まれる。例えば、BaTiO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BaTiO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 dielectric layer 11 is prepared. The A-site elements and B-site elements contained in the dielectric layer 11 are typically contained in the dielectric layer 11 in the form of a sintered body of ABO3 particles. For example, BaTiO3 is a tetragonal compound with a perovskite structure and exhibits a high dielectric constant. This BaTiO3 can generally be obtained by synthesizing barium titanate by reacting a titanium raw material such as titanium dioxide with a barium raw material such as barium carbonate. Various methods have been known for synthesizing the ceramic that is the main component of the dielectric layer 11, including the solid-phase method, the sol-gel method, and the hydrothermal method. Any of these methods can be used in this embodiment.

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 then doped with a specific additive compound depending on the intended 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。例えば、1つの容器内で、複数の積層セラミックコンデンサに用いられる分量の誘電体材料が同一工程で作製される。 For example, a ceramic material is prepared by wet-mixing a ceramic raw material powder with a compound containing an additive compound, followed by drying and pulverization. For example, the ceramic material obtained as described above may be pulverized as needed to adjust the particle size, or may be combined with a classification process to adjust the particle size. The above process results in a dielectric material. For example, the dielectric material in the amounts required for multiple multilayer ceramic capacitors can be produced in the same process in a single container.

(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51上に例えば厚み4μm以上の誘電体グリーンシート52を塗工して乾燥させる。基材51は、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムである。
(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 dielectric green sheet 52 having a thickness of, for example, 4 μm or more is coated on a substrate 51 by, for example, a die coater method or a doctor blade method, and then dried. The substrate 51 is, for example, a PET (polyethylene terephthalate) film.

次に、図4(a)で例示するように、誘電体グリーンシート52上に、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、複数の内部電極パターン53を互いに離間させて成膜する。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BaTiOを均一に分散させてもよい。図4(a)では、一例として、誘電体グリーンシート52上に4層の内部電極パターン53が所定の間隔を空けて成膜されている。内部電極パターン53が成膜された誘電体グリーンシート52を、積層単位とする。 Next, as illustrated in FIG. 4( a), a metal conductive paste containing an organic binder for forming internal electrodes is printed on a dielectric green sheet 52 by screen printing, gravure printing, or the like, to form multiple internal electrode patterns 53 spaced apart from one another. 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 ceramic component of the dielectric layer 11. For example, BaTiO3 with an average particle diameter of 50 nm or less may be uniformly dispersed. In FIG. 4( a), as an example, four layers of internal electrode patterns 53 are formed on the dielectric green sheet 52 at predetermined intervals. The dielectric green sheet 52 on which the internal electrode patterns 53 are formed is considered a stacking unit.

次に、誘電体グリーンシート52を基材51から剥がしつつ、図4(b)で例示するように、図1で説明した内部電極層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、積層単位を所定層数(例えば1~100層)だけ積層する。積層単位を積層することで得られた積層体の上下に、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3.2mm×1.6mm)にカットする。 Next, while peeling the dielectric green sheet 52 from the substrate 51, a predetermined number of lamination units (e.g., 1 to 100 layers) are stacked so that the internal electrode layers 12 and dielectric layers 11 described in FIG. 1 alternate, and so that the edges of the internal electrode layers 12 are alternately exposed at both longitudinal end faces of the dielectric layers 11 and alternately drawn out to a pair of external electrodes 20a, 20b of opposite polarity, as illustrated in FIG. 4(b). Cover sheets for forming the cover layers 13 are pressure-bonded to the top and bottom of the laminate obtained by stacking the lamination units, and the laminate is then cut to the specified chip dimensions (e.g., 3.2 mm x 1.6 mm).

(金属ペースト塗布工程)
得られた積層体をN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、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、溶剤などを含む金属ペーストを塗布し、乾燥させる。
(Metal paste application process)
The obtained laminate is debindered in an N2 atmosphere, and then a metal paste containing a metal filler including the main component metal of the external electrodes 20a, 20b, a co-material, a binder, a solvent, etc. is applied to both end faces and each side face of the laminate, and then dried.

(焼成工程)
このようにして得られた成型体を、250~500℃のN雰囲気中で脱バインダ処理した後に、酸素分圧10-8~10-13atmの還元雰囲気の炉内で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、外部電極20a,20bが形成された積層チップ10が得られる。例えば、1つの炉内で同時間帯に実施される1度の焼成工程において、複数の成型体を焼成することになる。
(Firing process)
The molded body thus obtained is subjected to a binder removal process in an N2 atmosphere at 250 to 500°C, and then fired at 1100 to 1300°C for 10 minutes to 2 hours in a furnace in a reducing atmosphere with an oxygen partial pressure of 10-8 to 10-13 atm, sintering each particle of the molded body. In this way, a laminated chip 10 having external electrodes 20a, 20b formed thereon is obtained. For example, multiple molded bodies are fired in a single firing process carried out at the same time in a single furnace.

(再酸化処理工程)
その後、Nガス雰囲気中で再酸化処理を行う。例えば、950℃で2hr再酸化処理を行う。
(Reoxidation treatment process)
Thereafter, a re-oxidation treatment is performed in a N2 gas atmosphere, for example, at 950°C for 2 hours.

(めっき処理工程)
その後、外部電極20a,20b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ってもよい。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 external electrodes 20a, 20b may be coated with a metal such as Cu, Ni, Sn, etc. by plating. Through the above steps, the multilayer ceramic capacitor 100 is completed.

なお、図3の製造方法では、積層チップ10と外部電極20a,20bとを同時に焼成しているが、積層チップ10の焼成後に外部電極20a,20bを焼成してもよい。図5は、積層チップ10の焼成後に外部電極20a,20bを焼成する場合のフロー図である。積層工程までは図3と同様の工程を経る。 In the manufacturing method shown in Figure 3, the laminated chip 10 and external electrodes 20a, 20b are fired simultaneously, but the external electrodes 20a, 20b may be fired after the laminated chip 10 is fired. Figure 5 is a flow diagram for firing the external electrodes 20a, 20b after firing the laminated chip 10. The same steps as in Figure 3 are followed up to the lamination process.

(焼成工程)
このようにして得られた成型体を、250~500℃のN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、積層チップ10が得られる。
(Firing process)
The molded body thus obtained is subjected to a binder removal process in an 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 the particles of the molded body. In this way, the laminated chip 10 is obtained.

(再酸化処理工程)
その後、Nガス雰囲気中で600℃~1000℃で再酸化処理を行ってもよい。
(Reoxidation treatment process)
Thereafter, a re-oxidation treatment may be performed in an N 2 gas atmosphere at 600° C. to 1000° C.

(外部電極形成工程)
金属粉末、ガラスフリット、バインダ、および溶剤を含む金属ペーストを積層チップ10の両端面に塗布し、乾燥させる。その後、金属ペーストを焼き付ける。それにより、外部電極20a,20bが形成される。なお、バインダおよび溶剤は、焼き付けによって蒸発する。
(External electrode formation process)
A metal paste containing metal powder, glass frit, binder, and solvent is applied to both end surfaces of the laminated chip 10 and allowed to dry. The metal paste is then baked, thereby forming the external electrodes 20a, 20b. The binder and solvent evaporate during baking.

(めっき処理工程)
その後、外部電極20a,20b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ってもよい。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 external electrodes 20a, 20b may be coated with a metal such as Cu, Ni, Sn, etc. by plating. Through the above steps, the multilayer ceramic capacitor 100 is completed.

このようにして完成した積層セラミックコンデンサ100の信頼性を評価するために、電圧を高くする、温度を高くする、といった方法による高温加速寿命試験が実施されることが多い。高温・高電圧では、実使用条件と大きな隔たりが生じるため、IR(絶縁抵抗)の信頼性劣化メカニズムが、実使用条件下とは異なってしまう可能性が高い。また、電圧加速係数がサンプルの形状や測定条件により異なるといったことも生じるため、寿命が正しく推定できていない場合もある。一方、加速条件が弱いと、劣化挙動を確認するために長時間(数か月)といった長時間を要するため、実用的ではない。そこで、以下では、積層セラミックコンデンサ100の信頼性を正確に評価することができる信頼性評価方法について説明する。 To evaluate the reliability of the multilayer ceramic capacitor 100 thus completed, a high-temperature accelerated life test is often performed by increasing the voltage or temperature. Because high temperatures and high voltages create a significant gap between these conditions and actual usage conditions, it is highly likely that the mechanism of IR (insulation resistance) reliability degradation will differ from that observed under actual usage conditions. Furthermore, the voltage acceleration coefficient can vary depending on the sample shape and measurement conditions, which can lead to an inaccurate estimation of the lifespan. On the other hand, if the acceleration conditions are weak, it takes a long time (several months) to confirm the degradation behavior, which is not practical. Therefore, the following describes a reliability evaluation method that can accurately evaluate the reliability of the multilayer ceramic capacitor 100.

図6は、信頼性評価方法の手順を例示するフロー図である。以下、図6を参照しつつ、信頼性評価方法について説明する。 Figure 6 is a flow diagram illustrating the steps of the reliability evaluation method. The reliability evaluation method will be explained below with reference to Figure 6.

(高温加速寿命試験工程)
積層セラミックコンデンサ100の母集団から、任意に複数の積層セラミックコンデンサ100を抜き取り、温度一定かつ負荷電圧一定の条件において、高温加速寿命試験(HALT:Highly Accelerated limit Test)を行なう。例えば、10個以上、50個以下の積層セラミックコンデンサ100に対して高速加速寿命試験を行なう。ここでのHALT試験では、一般的なHALT試験よりも、温度を低くするとともに負荷電界強度を小さくする。例えば、一般的なHALT試験では、温度を150℃とし、負荷電界強度を25V/μm以上とすることが多いため、温度を125℃から150℃の範囲の所定の一定値とし、負荷電界強度を10V/μmから20V/μmの範囲の所定の一定値とする。または、温度を100℃から125℃の範囲の所定の一定値とし、負荷電界強度を20V/μmから25V/μmの範囲の所定の一定値とする。一例として、温度を125℃、負荷電界強度を15V/μmとし、しきい値電流を10μAとする。ここでのしきい値は、構造破壊に至らない範囲での値とする。
(High temperature accelerated life test process)
A plurality of multilayer ceramic capacitors 100 are randomly selected from a population of multilayer ceramic capacitors 100 and subjected to a high temperature accelerated limit test (HALT) under conditions of constant temperature and constant load voltage. For example, 10 to 50 multilayer ceramic capacitors 100 are subjected to the high temperature accelerated limit test (HALT). In this HALT test, the temperature is lower and the load field strength is smaller than in a typical HALT test. For example, in a typical HALT test, the temperature is often set to 150°C and the load field strength is often set to 25 V/μm or more. Therefore, the temperature is set to a predetermined constant value in the range of 125°C to 150°C, and the load field strength is set to a predetermined constant value in the range of 10 V/μm to 20 V/μm. Alternatively, the temperature is set to a predetermined constant value in the range of 100°C to 125°C, and the load field strength is set to a predetermined constant value in the range of 20 V/μm to 25 V/μm. As an example, the temperature is set to 125° C., the load electric field strength is set to 15 V/μm, and the threshold current is set to 10 μA. The threshold here is set to a value within a range that does not lead to structural destruction.

図7は、各積層セラミックコンデンサ100についてのHALT試験時間とリーク電流との関係を例示する図である。図7において、横軸はHALT試験開始からの時間を示し、縦軸はリーク電流を示す。図7で例示するように、HALT試験開始からリーク電流がしきい値電流に到達するIR劣化時間にバラツキが生じている。具体的には、IR劣化時間が短い場合と、IR劣化時間が長い場合とがある。これは、内部電極層12に生じているIR劣化箇所の態様が積層セラミックコンデンサ100ごとに異なるためであると考えられる。なお、構造破壊に至るまでに電圧負荷の印加をやめることになるため、各積層セラミックコンデンサ100において構造破壊は生じていない。 Figure 7 is a diagram illustrating the relationship between HALT test time and leakage current for each multilayer ceramic capacitor 100. In Figure 7, the horizontal axis represents the time from the start of the HALT test, and the vertical axis represents the leakage current. As illustrated in Figure 7, there is variation in the IR degradation time from the start of the HALT test until the leakage current reaches the threshold current. Specifically, there are cases where the IR degradation time is short and cases where the IR degradation time is long. This is thought to be because the state of the IR degradation areas occurring in the internal electrode layers 12 differs for each multilayer ceramic capacitor 100. Note that because the application of the voltage load was stopped before structural breakdown occurred, no structural breakdown occurred in any of the multilayer ceramic capacitors 100.

(劣化箇所の解析工程)
次に、所定時間内にリーク電流がしきい値電流を超えたサンプルについて、IR劣化箇所の解析を行なう。(1)まず、一方の外部電極を研磨、エッチングなどによって除去する。(2)次に、残っている外部電極と、外部電極が除去された端面に露出する各内部電極層12との間のIRを測定し、IR劣化層を特定する。IR劣化層を特定できた場合には、研磨、エッチングなどによってIR劣化層付近を露出させる。(3)次に、OBIRCH(光ビーム加熱抵抗変動法)を用いて、面内でのIR劣化箇所を特定する。(4)次に、IR劣化箇所をFIB(集束イオンビーム)で露出させてSEM(走査型電子顕微鏡)で観察し、SEM像を撮影する。
(Analysis process of deteriorated parts)
Next, for samples whose leakage current exceeded the threshold current within a predetermined time, IR degradation locations were analyzed. (1) First, one of the external electrodes was removed by polishing, etching, or the like. (2) Next, IR was measured between the remaining external electrode and each internal electrode layer 12 exposed on the end surface where the external electrode had been removed, and the IR degradation layer was identified. If the IR degradation layer was identified, the vicinity of the IR degradation layer was exposed by polishing, etching, or the like. (3) Next, OBIRCH (optical beam heating resistance variation method) was used to identify the IR degradation location within the surface. (4) Next, the IR degradation location was exposed with a focused ion beam (FIB), observed with a scanning electron microscope (SEM), and an SEM image was taken.

IR劣化箇所は、内部電極層12のいずれかの欠陥箇所となる。例えば、内部電極層12の欠陥箇所は、図8で例示するように、内部電極層12のうねり61、内部電極層12の膨らみ62、誘電体層11の空隙への流れ込み63、内部電極層12の折れ曲がり64などである。うねり61は、内部電極層12が平坦になっておらずに波形状となっている箇所である。膨らみ62は、内部電極層12の平均厚みよりも厚くなっている箇所である。流れ込み63は、誘電体層11の空隙に内部電極層用の金属導電ペーストが流れ込むことによって形成される分岐箇所である。折れ曲がり64は、内部電極層12が隣接する内部電極層12に向かって凸状となっている箇所である。これらの欠陥箇所では、隣接する2層の内部電極層12同士の距離が短くなっているため、当該距離に相当する誘電体層11の層厚も小さくなっている。 IR degradation areas are defects in the internal electrode layers 12. For example, as shown in Figure 8, defects in the internal electrode layers 12 include undulations 61 in the internal electrode layers 12, bulges 62 in the internal electrode layers 12, inflows 63 into voids in the dielectric layer 11, and bends 64 in the internal electrode layers 12. The undulations 61 are areas where the internal electrode layers 12 are not flat but have a wave-like shape. The bulges 62 are areas where the internal electrode layers 12 are thicker than their average thickness. The inflows 63 are branching areas formed when the metal conductive paste for the internal electrode layers flows into voids in the dielectric layer 11. The bends 64 are areas where the internal electrode layers 12 are convex toward the adjacent internal electrode layers 12. At these defect areas, the distance between two adjacent internal electrode layers 12 is shorter, and therefore the thickness of the dielectric layers 11 corresponding to that distance is also smaller.

(電圧加速係数の推定工程)
(1)次に、IR劣化箇所における誘電体層11の層厚dminをSEM像から測定する。図9では、一例として、膨らみ62が生じているIR劣化箇所における層厚dminを例示している。(2)次に、測定した層厚dminと、IR劣化時間との関係をプロットする。この場合において、横軸を層厚dminとし、縦軸をIR劣化時間とする。(3)プロットした図と、層厚dminとから、電圧加速係数nを推定する。(4)次に、推定された電圧加速係数nを用いて、本来のIR劣化時間を推定する。
(Voltage acceleration coefficient estimation process)
(1) Next, the layer thickness d min of the dielectric layer 11 at the IR degradation location is measured from an SEM image. FIG. 9 shows, as an example, the layer thickness d min at the IR degradation location where a bulge 62 has occurred. (2) Next, the relationship between the measured layer thickness d min and the IR degradation time is plotted. In this case, the horizontal axis represents the layer thickness d min , and the vertical axis represents the IR degradation time. (3) From the plotted diagram and the layer thickness d min , the voltage acceleration coefficient n is estimated. (4) Next, the estimated voltage acceleration coefficient n is used to estimate the actual IR degradation time.

ここで、電圧加速係数nの推定について詳細を説明する。まず、所定温度で電圧VでのHALT試験を行なった場合のIR劣化時間tと、同温度で電圧VでのHALT試験を行なった場合のIR劣化時間tとの間には、下記式(1)のような関係が得られる。下記式(1)の関係は、非特許文献1で開示されている。
Here, the estimation of the voltage acceleration coefficient n will be described in detail. First, the relationship shown in the following formula ( 1 ) is obtained between the IR degradation time t1 when a HALT test is performed at a voltage V1 at a predetermined temperature and the IR degradation time t2 when a HALT test is performed at a voltage V2 at the same temperature. The relationship shown in the following formula (1) is disclosed in Non-Patent Document 1.

上記式(1)は、下記式(2)のように書き換えることができる。下記式(2)において、電圧Vは、HALT試験時の負荷電圧を表している。IR劣化時間tは、図8で例示したような欠陥箇所が生じておらず、誘電体層11の各箇所における厚みが、母集団の積層セラミックコンデンサ100の誘電体層11の平均値(狙い値)である層厚dである場合のIR劣化時間を表している。電圧Vminは、HALT試験時に層厚dminの部分に印加される電圧を表している。IR劣化時間tminは、層厚dminの部分におけるIR劣化時間を表している。
The above formula (1) can be rewritten as the following formula (2). In the following formula (2), voltage V represents the load voltage during the HALT test. IR degradation time t represents the IR degradation time when no defective portions as illustrated in FIG. 8 occur and the thickness of each portion of the dielectric layer 11 is layer thickness d, which is the average value (target value) of the dielectric layers 11 of the multilayer ceramic capacitors 100 in the population. Voltage V min represents the voltage applied to the portion with layer thickness d min during the HALT test. IR degradation time t min represents the IR degradation time at the portion with layer thickness d min .

上記式(2)は、下記式(3)のように書き換えることができる。下記式(3)において、IR劣化時間tminは、高温加速寿命試験工程で測定された図7のIR劣化時間である。層厚dminは、IR劣化箇所から得られている。層厚dも狙い値であるため、得られている。IR劣化時間tは、測定されていない変数である。電圧加速係数の推定工程でプロットした図と、下記式(3)とを用いて、回帰分析などを行なうことによって、電圧加速係数nを推定することができる。
The above formula (2) can be rewritten as the following formula (3). In the following formula (3), the IR degradation time t min is the IR degradation time in FIG. 7 measured in the high-temperature accelerated life test process. The layer thickness d min is obtained from the IR degradation location. The layer thickness d is also obtained because it is a target value. The IR degradation time t is an unmeasured variable. The voltage acceleration coefficient n can be estimated by performing regression analysis or the like using the diagram plotted in the voltage acceleration coefficient estimation process and the following formula (3).

(IR劣化時間の推定工程)
電圧加速係数nが推定されると、層厚dにおけるIR劣化時間tを推定することができる。このIR劣化時間tは、積層セラミックコンデンサ100の母集団の本来のIR劣化時間として評価することができる。ここで推定されるIR劣化時間tは、図7で説明したしきい値電流に至るまでの時間であるが、図7で例示したように電流が閾値を超えて急上昇し続けて破壊に至るため、積層セラミックコンデンサが破壊に至る寿命とみなすこともできる。
(Step of Estimating IR Deterioration Time)
Once the voltage acceleration coefficient n is estimated, the IR degradation time t at the layer thickness d can be estimated. This IR degradation time t can be evaluated as the original IR degradation time of the population of multilayer ceramic capacitors 100. The estimated IR degradation time t is the time until the threshold current is reached as explained in FIG. 7 . However, since the current exceeds the threshold and continues to rise sharply, leading to breakdown, as illustrated in FIG. 7 , it can also be considered as the lifespan until the multilayer ceramic capacitor is broken.

本実施形態によれば、積層セラミックコンデンサ100の母集団から、所定時間内にリーク電流がしきい値を超えた複数のサンプルを特定することから、内部電極層12に欠陥が生じているサンプルを特定することができる。また、所定時間内にリーク電流がしきい値を超えた複数のサンプルを抽出することから、構造破壊に至る前のサンプルを抽出することができる。構造破壊が生じていないことから、分析によってIR劣化箇所を特定することができるとともに、当該IR劣化箇所における誘電体層11の層厚dminを測定することができる。上記複数のサンプルについて層厚dminを測定することができると、上記式(3)を用いて電圧加速係数nを推定することができる。電圧加速係数nを推定できれば、積層セラミックコンデンサ100の母集団における本来のIR劣化時間を評価することができるようになる。したがって、積層セラミックコンデンサ100の母集団の信頼性を正確に評価することができる。 According to this embodiment, by identifying multiple samples from a population of multilayer ceramic capacitors 100 in which the leakage current exceeded a threshold value within a predetermined time, it is possible to identify samples in which defects have occurred in the internal electrode layers 12. Furthermore, by extracting multiple samples in which the leakage current exceeded a threshold value within a predetermined time, it is possible to extract samples before structural breakdown. Since no structural breakdown has occurred, it is possible to identify IR degradation locations through analysis and measure the layer thickness d min of the dielectric layer 11 at the IR degradation locations. By measuring the layer thickness d min of the multiple samples, it is possible to estimate the voltage acceleration coefficient n using the above formula (3). Estimating the voltage acceleration coefficient n makes it possible to evaluate the actual IR degradation time in the population of multilayer ceramic capacitors 100. Therefore, it is possible to accurately evaluate the reliability of the population of multilayer ceramic capacitors 100.

なお、セラミックコンデンサ100の寿命は、異なる製造ロットよりも、同じ製造ロット内で類似する値となり得る。そこで、同じ製造ロットで製造された積層セラミックコンデンサ群を母集団と定義し、当該母集団から複数の積層セラミックコンデンサ100を抜き出すことが好ましい。例えば、同じ製造ロットで製造された積層セラミックコンデンサ群とは、1つの容器内で同一の原料粉末作製工程で作製された誘電体材料が用いられた複数の積層セラミックコンデンサであることが好ましい。誘電体材料を作製するごとに、誘電体材料に含まれる粒径、粒度分布などに僅かではあるが相違が生じるおそれがあるからである。または、同じ製造ロットで製造された積層セラミックコンデンサ群とは、図4(a)で説明した同一の誘電体グリーンシート52から得られた複数の積層セラミックコンデンサであることが好ましい。異なる誘電体グリーンシートでは、シート厚みなどが僅かではあるが相違するおそれがあるからである。または、同じ製造ロットで製造された積層セラミックコンデンサ群とは、1つの炉内で同時間帯に実施される1度の焼成工程を経て得られた複数の積層セラミックコンデンサであることが好ましい。焼成工程を行うたびに、炉内の酸素分圧などに相違が生じて、誘電体の還元状態(酸素欠陥量)などが相違するおそれがあるからである。 The lifetime of ceramic capacitors 100 is more likely to be similar within the same production lot than across different production lots. Therefore, it is preferable to define a group of multilayer ceramic capacitors manufactured in the same production lot as a population and extract multiple multilayer ceramic capacitors 100 from that population. For example, a group of multilayer ceramic capacitors manufactured in the same production lot is preferably multiple multilayer ceramic capacitors made using dielectric material produced in the same raw powder production process in a single container. This is because slight differences in the particle size and particle size distribution contained in the dielectric material may occur each time the dielectric material is produced. Alternatively, a group of multilayer ceramic capacitors manufactured in the same production lot is preferably multiple multilayer ceramic capacitors obtained from the same dielectric green sheet 52 described in Figure 4(a). This is because slight differences in sheet thickness, etc. may occur between different dielectric green sheets. Alternatively, a group of multilayer ceramic capacitors manufactured in the same production lot is preferably multiple multilayer ceramic capacitors obtained through a single firing process performed at the same time in a single furnace. This is because each time the firing process is performed, differences in the oxygen partial pressure inside the furnace may occur, which could result in differences in the reduction state of the dielectric (amount of oxygen vacancies).

(変形例)
なお、内部電極層12の欠陥箇所では、最大電束密度が大きくなる傾向にある。図10は、内部電極層12の膨らみ62の近傍における最大電束密度のシミュレーション結果を例示する図である。図10において、色が薄いほど電束密度が大きいことを表している。この最大電束密度に着目することによって、電圧加速係数nを推定してもよい。
(Modification)
The maximum electric flux density tends to be large at defective portions of the internal electrode layers 12. Fig. 10 is a diagram illustrating simulation results of the maximum electric flux density in the vicinity of the bulge 62 of the internal electrode layers 12. In Fig. 10, the lighter the color, the larger the electric flux density. The voltage acceleration coefficient n may be estimated by focusing on this maximum electric flux density.

例えば、上記式(1)を下記式(4)のように書き換えることができる。下記式(4)において、最大電束密度Dは、図8で例示したような欠陥箇所が生じておらず、誘電体層11の各箇所における厚みが誘電体層11の狙い値である層厚dである場合の最大電束密度を表している。最大電束密度Dminは、層厚dminの部分において、内部電極層間の中点を通る線上の電束密度を算出してその最大値をDminとする。また、誘電体層は誘電率3000をもつ絶縁体とし、絶縁体は内部電極層で挟まれており、電圧を5V印加したと仮定して、電磁界シミュレーションによりDminを算出することができる。IR劣化時間tは、図8で例示したような欠陥箇所が生じておらず、誘電体層11の各箇所における厚みが誘電体層11の狙い値である層厚dである場合のIR劣化時間を表している。IR劣化時間tminは、層厚dminの部分におけるIR劣化時間を表しており、高温加速寿命試験工程で測定された図7のIR劣化時間である。したがって、最大電束密度DminとIR劣化時間tminとの関係をプロットした図と、下記式(4)とを用いて、回帰分析などを行なうことによって、電圧加速係数nを推定することができる。
For example, the above formula (1) can be rewritten as the following formula (4). In the following formula (4), the maximum electric flux density D represents the maximum electric flux density when no defects such as those illustrated in FIG. 8 occur and the thickness of each location of the dielectric layer 11 is the layer thickness d, which is the target value for the dielectric layer 11. The maximum electric flux density D min is determined by calculating the electric flux density on a line passing through the midpoint between the internal electrode layers in the portion of the layer thickness d min , and taking the maximum value as D min . Furthermore, assuming that the dielectric layer is an insulator having a dielectric constant of 3000, that the insulator is sandwiched between the internal electrode layers, and that a voltage of 5 V is applied, D min can be calculated by electromagnetic field simulation. The IR degradation time t represents the IR degradation time when no defects such as those illustrated in FIG. 8 occur and the thickness of each location of the dielectric layer 11 is the layer thickness d, which is the target value for the dielectric layer 11. The IR degradation time t min represents the IR degradation time at the portion of layer thickness d min , and is the IR degradation time shown in Fig. 7 measured in the high-temperature accelerated life test process. Therefore, the voltage acceleration coefficient n can be estimated by performing regression analysis or the like using a graph plotting the relationship between the maximum electric flux density D min and the IR degradation time t min and the following equation (4).

誘電体層11に負荷される電圧は、誘電体層11の厚みだけで決まる訳ではなく、形状等の影響も受けてしまう。一方、dminの部分での最大電束密度Dminにはそれらの因子が考慮されているため、より高精度に信頼性を予測できると考えられる。 The voltage applied to the dielectric layer 11 is not determined solely by the thickness of the dielectric layer 11, but is also affected by the shape, etc. On the other hand, the maximum electric flux density D min at the d min portion takes these factors into consideration, and therefore it is believed that reliability can be predicted with higher accuracy.

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 this is not limiting. For example, other electronic components such as a varistor or a thermistor may also 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)
実施例1では、内部電極層12の層厚の狙い値を1.0μmとし、誘電体層11の層厚の狙い値を3.0μmとした。内部電極層12の積層数を10とした。得られた積層セラミックコンデンサのサイズは、長さ3.2mm、幅1.6mm、高さ0.6mmであった。同じ製造ロットで製造された積層セラミックコンデンサ群として、1つの炉内で同時間帯に実施される1度の焼成工程を経て得られた複数の積層セラミックコンデンサを用いた。
Example 1
In Example 1, the target thickness of the internal electrode layers 12 was 1.0 μm, and the target thickness of the dielectric layers 11 was 3.0 μm. The number of stacked internal electrode layers 12 was 10. The size of the obtained multilayer ceramic capacitor was 3.2 mm in length, 1.6 mm in width, and 0.6 mm in height. As a group of multilayer ceramic capacitors manufactured in the same production lot, a plurality of multilayer ceramic capacitors obtained through a single firing process carried out in one furnace at the same time were used.

同じ製造ロットで製造された積層セラミックコンデンサ群から100個のサンプルを抜き取り、高温加速寿命試験を行なった。温度を150℃とし、負荷電圧を15V/μmとした。しきい値電流を10μAとした。2300min以内にリーク電流がしきい値電流を超えたサンプルについて、IR劣化箇所の解析を行なった。まず、一方の外部電極を研磨、エッチングなどによって除去した。次に、残っている外部電極と、外部電極が除去された端面に露出する各内部電極層12との間のIRを測定し、IR劣化層を特定した。IR劣化層を特定できた場合には、研磨、エッチングなどによってIR劣化層付近を露出させた。次に、OBIRCHを用いて、面内でのIR劣化箇所を特定した。次に、IR劣化箇所をFIBで露出させてSEMで観察し、SEM像を撮影した。 100 samples were selected from a group of multilayer ceramic capacitors manufactured in the same production lot and subjected to a high-temperature accelerated life test. The temperature was 150°C, the load voltage was 15 V/μm, and the threshold current was 10 μA. Samples whose leakage current exceeded the threshold current within 2,300 min were analyzed for IR degradation locations. First, one of the external electrodes was removed by polishing, etching, etc. Next, the IR between the remaining external electrode and each internal electrode layer 12 exposed on the end surface where the external electrode was removed was measured to identify the IR-degraded layer. If the IR-degraded layer was identified, the area near the IR-degraded layer was exposed by polishing, etching, etc. Next, OBIRCH was used to identify the IR-degraded location within the surface. Next, the IR-degraded location was exposed using an FIB and observed with an SEM, and SEM images were taken.

次に、IR劣化箇所における誘電体層11の層厚dminをSEM像から測定した。結果を表1に示す。次に、測定した層厚dminと、IR劣化時間tminとの関係をプロットした。図11は、プロットの結果を示す図である。プロットした図と、層厚dminとから、上記式(3)を用いて電圧加速係数nを推定した。推定された電圧加速係数nは、3.6621であった。同材料を用いかつ同形状を有する他の積層セラミックコンデンサに対して数百時間を必要とする高温加速寿命試験の結果から得られた電圧加速係数が3~4であったため、実施例1の結果は妥当であるものと言える。次に、推定された電圧加速係数nを用いて、IR劣化時間tを算出した。算出されたIR劣化時間は、76518minであった。
Next, the layer thickness d min of the dielectric layer 11 at the IR degradation location was measured using an SEM image. The results are shown in Table 1. Next, the relationship between the measured layer thickness d min and the IR degradation time t min was plotted. FIG. 11 shows the plotted results. From the plotted diagram and the layer thickness d min, the voltage acceleration coefficient n was estimated using the above formula (3). The estimated voltage acceleration coefficient n was 3.6621. Since the voltage acceleration coefficient obtained from the results of high-temperature accelerated life tests requiring several hundred hours for other multilayer ceramic capacitors using the same material and having the same shape was 3 to 4, the results of Example 1 can be said to be reasonable. Next, the IR degradation time t was calculated using the estimated voltage acceleration coefficient n. The calculated IR degradation time was 76,518 min.

(実施例2)
実施例2では、実施例1と焼成温度が10℃高くなっている。他の条件は、実施例1と同様とした。実施例1と同様の手法を用いて解析を行った。解析結果を表2に示す。次に、測定した層厚dminと、IR劣化時間tminとの関係をプロットした。図12は、プロットの結果を示す図である。プロットした図と、層厚dminとから、上記式(3)を用いて電圧加速係数nを推定した。推定された電圧加速係数nは、3.8085であった。次に、推定された電圧加速係数nを用いて、IR劣化時間tを算出した。算出されたIR劣化時間は、133356minであった。
Example 2
In Example 2, the firing temperature was 10°C higher than in Example 1. Other conditions were the same as in Example 1. Analysis was performed using the same method as in Example 1. The analysis results are shown in Table 2. Next, the relationship between the measured layer thickness d min and the IR degradation time t min was plotted. FIG. 12 shows the plot results. From the plotted diagram and the layer thickness d min, the voltage acceleration coefficient n was estimated using the above formula (3). The estimated voltage acceleration coefficient n was 3.8085. Next, the IR degradation time t was calculated using the estimated voltage acceleration coefficient n. The calculated IR degradation time was 133,356 min.

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 these specific embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the present invention as set forth 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
20a,20b 外部電極
21 めっき層
22 第1めっき層
23 第2めっき層
24 第3めっき層
51 基材
52 誘電体グリーンシート
53 内部電極パターン
61 うねり
62 膨らみ
63 流れ込み
64 折れ曲がり
100 積層セラミックコンデンサ
REFERENCE SIGNS LIST 10 Multilayer chip 11 Dielectric layer 12 Internal electrode layer 13 Cover layer 20a, 20b External electrode 21 Plating layer 22 First plating layer 23 Second plating layer 24 Third plating layer 51 Substrate 52 Dielectric green sheet 53 Internal electrode pattern 61 Waviness 62 Bulge 63 Flow 64 Bending 100 Multilayer ceramic capacitor

Claims (9)

複数の誘電体層と複数の内部電極層とが積層されたセラミック電子部品の母集団から、複数のセラミック電子部品を抜き出してそれぞれに対して高温加速寿命試験を行う工程と、
前記複数のセラミック電子部品のうち、前記高温加速寿命試験においてリーク電流がしきい値を超えた複数のサンプルにおいて、前記誘電体層中のリーク電流が発生したIR劣化箇所を特定する工程と、
前記IR劣化箇所の特性値を測定する工程と、
前記特性値と、前記複数のサンプルの前記高温加速寿命試験の開始から前記リーク電流が前記しきい値を超えるまでのIR劣化時間とから、電圧加速係数nを算出する工程と、
前記電圧加速係数nを用いて前記母集団のセラミック電子部品の品質を評価する工程と、を含むことを特徴とするセラミック電子部品の評価方法。
a step of extracting a plurality of ceramic electronic components from a population of ceramic electronic components each including a plurality of dielectric layers and a plurality of internal electrode layers stacked thereon, and performing a high-temperature accelerated life test on each of the ceramic electronic components;
identifying an IR degradation location in the dielectric layer where leakage current has occurred in a plurality of samples of the plurality of ceramic electronic components whose leakage current has exceeded a threshold value in the high-temperature accelerated life test;
measuring a characteristic value of the IR degradation portion;
calculating a voltage acceleration coefficient n from the characteristic value and an IR degradation time from the start of the high-temperature accelerated life test of the plurality of samples until the leakage current exceeds the threshold value;
and evaluating the quality of the ceramic electronic components in the population using the voltage acceleration coefficient n.
前記特性値は、前記IR劣化箇所における前記誘電体層の厚みdmin、または前記IR劣化箇所における最大電束密度Dminであることを特徴とする請求項1に記載のセラミック電子部品の評価方法。 2. The method for evaluating a ceramic electronic component according to claim 1, wherein the characteristic value is a thickness d min of the dielectric layer at the IR-deteriorated portion or a maximum electric flux density D min at the IR-deteriorated portion. 前記電圧加速係数nと、前記母集団のセラミック電子部品の前記誘電体層の平均厚みとから、前記母集団のセラミック電子部品の前記IR劣化時間を推定し、推定した前記IR劣化時間から前記母集団のセラミック電子部品の品質を評価することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセラミック電子部品の評価方法。 The method for evaluating ceramic electronic components described in claim 1 or 2, characterized in that the IR degradation time of the ceramic electronic components in the population is estimated from the voltage acceleration coefficient n and the average thickness of the dielectric layers of the ceramic electronic components in the population, and the quality of the ceramic electronic components in the population is evaluated from the estimated IR degradation time. 前記母集団のセラミック電子部品は、積層セラミックコンデンサであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のセラミック電子部品の評価方法。 The method for evaluating ceramic electronic components described in any one of claims 1 to 3, characterized in that the ceramic electronic components in the population are multilayer ceramic capacitors. 前記特性値は、前記IR劣化箇所における前記誘電体層の厚みdminであり、
前記複数のサンプルの前記高温加速寿命試験の開始から前記リーク電流が前記しきい値を超えるまでのIR劣化時間tminと、前記複数のサンプルの前記厚みdminと、前記母集団のセラミック電子部品の前記誘電体層の平均厚みdと、下記式とを用いて、前記母集団のセラミック電子部品を評価することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のセラミック電子部品の評価方法。
the characteristic value is the thickness d min of the dielectric layer at the IR degradation location ,
5. The method for evaluating a ceramic electronic component according to claim 1, wherein the ceramic electronic components in the population are evaluated using an IR degradation time t min from the start of the high-temperature accelerated life test of the plurality of samples until the leakage current exceeds the threshold value, the thicknesses d min of the plurality of samples, an average thickness d of the dielectric layers of the ceramic electronic components in the population, and the following formula:
前記特性値は、前記IR劣化箇所において内部電極層間の中点を通る線上の電束密度の最大値である最大電束密度Dminであり、
前記複数のサンプルの前記高温加速寿命試験の開始から前記リーク電流が前記しきい値を超えるまでのIR劣化時間tminと、前記複数のサンプルの前記最大電束密度Dminと、前記母集団のセラミック電子部品の前記誘電体層の平均厚みdと、前記IR劣化箇所が無く前記誘電体層の各箇所における厚みが前記平均厚みdであると仮定される場合の最大電束密度Dと、下記式とを用いて、前記母集団のセラミック電子部品を評価することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のセラミック電子部品の評価方法。
the characteristic value is a maximum electric flux density D min that is a maximum value of the electric flux density on a line passing through a midpoint between the internal electrode layers at the IR deterioration location ,
5. The method for evaluating a ceramic electronic component according to claim 1, wherein the ceramic electronic components in the population are evaluated using an IR degradation time t min from the start of the high-temperature accelerated life test of the plurality of samples until the leakage current exceeds the threshold value, the maximum electric flux density D min of the plurality of samples, an average thickness d of the dielectric layer of the ceramic electronic components in the population, and a maximum electric flux density D in a case where it is assumed that there is no IR-degraded portion and the thickness of each portion of the dielectric layer is the average thickness d, and the following formula:
前記母集団のセラミック電子部品のそれぞれに含まれる少なくとも1層の誘電体層は、1つの容器内で同一の原料粉末作製工程で作製された共通の誘電体材料を用いて焼成した誘電体層であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のセラミック電子部品の評価方法。 A method for evaluating ceramic electronic components according to any one of claims 1 to 6, characterized in that at least one dielectric layer included in each of the ceramic electronic components in the population is a dielectric layer that is fired in a single container using a common dielectric material produced using the same raw material powder production process. 前記母集団のセラミック電子部品のそれぞれに含まれる少なくとも1層の誘電体層は、1層の誘電体グリーンシートからカットされた各誘電体グリーンシートを焼成することによって得られた誘電体層であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のセラミック電子部品の評価方法 7. The method for evaluating a ceramic electronic component according to claim 1, wherein at least one dielectric layer included in each of the ceramic electronic components in the population is obtained by firing each dielectric green sheet cut from a single dielectric green sheet . 前記母集団のセラミック電子部品は、1つの炉内で同時間帯に焼成されたものであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のセラミック電子部品の評価方法 7. The method for evaluating a ceramic electronic component according to claim 1, wherein the ceramic electronic components in the population are fired in a single furnace at the same time.
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