專利名稱：層疊陶瓷電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種層疊陶瓷電容器，尤其涉及電介質(zhì)陶瓷層的厚度為1 y m以下這 一薄層類型的層疊陶瓷電容器。
背景技術(shù)：
作為本發(fā)明的主要用途的層疊陶瓷電容器，一般如下述那樣進行制造。首先，準備對其表面以所希望的圖案賦予了成為內(nèi)部電極層的導電材料的、含 有電介質(zhì)陶瓷原料的陶瓷生片。接著，通過將包含上述的被賦予了導電材料的陶瓷生片的多個陶瓷生片層疊、 并進行熱壓接，來制作被一體化的未經(jīng)處理的層疊體。接著，通過對該未經(jīng)處理的層疊體進行燒成，得到了燒結(jié)后的層疊體。在該層 疊體的內(nèi)部形成了由上述的導電材料構(gòu)成的內(nèi)部電極層。接下來，為了與內(nèi)部電極層的特定部件電連接，在層疊體的外表面上形成外部 電極。外部電極例如通過將含有導電性金屬粉末及玻璃粉的導電性膏賦予到層疊體的外 表面上，并燒結(jié)在一起而形成。這樣，完成了層疊陶瓷電容器。近年來，伴隨著設(shè)備的小型化及高性能化，層疊陶瓷電容器也被要求小型化、 大容量化。為了實現(xiàn)該要求，有效的方法是減薄電介質(zhì)陶瓷層的厚度。在日本特開 2005-136046號公報(以下稱為專利文獻1)中，公開了一種電介質(zhì)陶瓷層的厚度為2 y m 以下的薄層類型的層疊陶瓷電容器。專利文獻1 特開2005-136046號公報近來，層疊陶瓷電容器被要求進一步的小型化、大容量化。在專利文獻1所記 載的層疊陶瓷電容器中，如果電介質(zhì)陶瓷層的厚度為lPm以下，則高溫負載條件下的壽 命特性變差，存在著高溫負載試驗中的不合格率增高這一課題。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，鑒于這樣的問題，在電介質(zhì)陶瓷層的厚度為lym以 下的層疊陶瓷電容器中，獲得更高的高溫負載特性。本發(fā)明的層疊陶瓷電容器具備層疊的多個電介質(zhì)陶瓷層、分別被配置在多個 電介質(zhì)陶瓷層間的多個內(nèi)部電極層、和與多個內(nèi)部電極層電連接的外部電極，其中，當 將電介質(zhì)陶瓷層的每一層的厚度設(shè)為tc、將內(nèi)部電極層的每一層的厚度設(shè)為te時，滿足tc 為lym以下，并且tc/te《l。在本發(fā)明的層疊陶瓷電容器中，優(yōu)選構(gòu)成電介質(zhì)陶瓷層的電介質(zhì)陶瓷具有以鈦 酸鋇系化合物為主成分、副成分中含有釩(V)的組成。而且，在本發(fā)明的層疊陶瓷電容器中，優(yōu)選釩的含量相對于電介質(zhì)陶瓷的主成 分100摩爾份為0.02摩爾份以上0.20摩爾份以下。并且，在本發(fā)明的層疊陶瓷電容器中，優(yōu)選構(gòu)成內(nèi)部電極層的金屬成分的主成
3分為鎳。根據(jù)本發(fā)明，由于內(nèi)部電極層的厚度與電介質(zhì)陶瓷層的厚度相同、或比電介質(zhì) 陶瓷層的厚度大，所以內(nèi)部電極層對電介質(zhì)陶瓷層賦予的壓縮應(yīng)力的影響變大，因此， 能夠適度抑制燒成時陶瓷粒子的粒成長。作為其結(jié)果，由于燒成后的電介質(zhì)陶瓷層中的 陶瓷由微粒且粒度分布清晰的顆粒構(gòu)成，所以即使在高溫負載條件下，絕緣性也難以降 低。由此，電介質(zhì)陶瓷層的厚度為lPm以下的層疊陶瓷電容器的高溫負載特性得以提 尚o另外，在本發(fā)明中，由于在電介質(zhì)陶瓷層的組成的主成分為鈦酸鋇系化合物、 且含有釩作為副成分的情況下，燒成后的陶瓷層中的顆粒的粒度分布更加清晰，所以即 使在更嚴格的高溫負載條件下，也能夠減少不合格。在釩的含量相對于主成分100摩爾 份為0.02摩爾份以上0.20摩爾份以下的情況下，該效果變得顯著。
圖1是圖解表示本發(fā)明的一個實施方式涉及的層疊陶瓷電容器的剖面圖。
具體實施例方式首先，利用圖1的例子對本發(fā)明的層疊陶瓷電容器進行說明。如圖1所示，層疊陶瓷電容器1具備近似長方體狀的陶瓷層疊體2。陶瓷層疊體 2具備層疊多個的電介質(zhì)陶瓷層3、和分別沿著多個電介質(zhì)陶瓷層3間的界面形成的多 個內(nèi)部電極層4及5。內(nèi)部電極層4及5形成為到達陶瓷層疊體2的外表面。內(nèi)部電極 層4被引出到陶瓷層疊體2的一方側(cè)的端面(在圖1中為左側(cè)端面)。內(nèi)部電極層5被引 出到陶瓷層疊體2的另一方側(cè)的端面(在圖1中為右側(cè)端面)。如此構(gòu)成的內(nèi)部電極層4 和內(nèi)部電極層5在陶瓷層疊體2的內(nèi)部中，被交替配置成能夠借助電介質(zhì)陶瓷層3取得靜 電電容。內(nèi)部電極層4及5的導電材料優(yōu)選是低成本的鎳或鎳合金。為了取出上述的靜電電容，在陶瓷層疊體2的外表面上的端面上，按照與內(nèi)部 電極層4及5的任意一個特定的層電連接的方式，分別形成有外部電極6及7。作為外部 電極6及7所含有的導電材料，可以使用與內(nèi)部電極層4及5的情況相同的導電材料，并 且還可以使用銅、銀、鈀、銀-鈀合金等。外部電極6及7通過賦予在這樣的金屬粉末 中添加玻璃粉而獲得的導電性膏并進行燒結(jié)來形成。本發(fā)明中所說的電介質(zhì)陶瓷層3的厚度tc，是指被相鄰的內(nèi)部電極層夾持的、電 介質(zhì)陶瓷層3的每一層的平均厚度。存在于陶瓷層疊體2的表層部且未被內(nèi)部電極層4 及5夾持的作為保護層部分的電介質(zhì)陶瓷層3，在本發(fā)明中不是tc的對象。而且，本發(fā) 明中所說的內(nèi)部電極層4及5的厚度te，是對靜電電容的形成起作用的內(nèi)部電極層的平均厚度。由于本發(fā)明的層疊陶瓷電容器的效果在tc為lym以下的情況下體現(xiàn)出來，所以 本發(fā)明的層疊陶瓷電容器以tc為lym以下的情況為對象。而且，在te/te^l的情況下， 看到了層疊陶瓷電容器的高溫負載特性的改善效果。對于本發(fā)明的電介質(zhì)陶瓷層3的組成而言，只要能夠充分形成靜電電容即可，
4沒有特別的限定，但優(yōu)選主成分是鈦酸鋇系化合物。這里所說的鈦酸鋇系化合物是指在 由通式AB03表示的鈣鈦礦型化合物中，是A包含從由Ba、Ca、Sr構(gòu)成的元素組中選擇 的至少一種并必須含有Ba且B包含從由Ti、Zr, Hf構(gòu)成的元素組中選擇的至少一種并 必須含有Ti的化合物。尤其優(yōu)選由通式AB03表示的鈣鈦礦型化合物是BaTi03，除此以 外的成分的置換量總計為15摩爾％以下的化合物，在獲得高介電常數(shù)和高可靠性方面優(yōu) 選。根據(jù)需要，可以含有稀土類元素、Mg、Mn等副成分。而且，本發(fā)明的層疊陶瓷電容器中的電介質(zhì)陶瓷層3，在含有釩(V)作為副成分 時，可以看到高溫負載特性的進一步改善。如果V的含有摩爾份相對主成分100摩爾份 為0.02 0.20的范圍，則上述的改善效果更顯著。V可以固溶于構(gòu)成主成分的顆粒(grain)中，也可以在晶界中作為氧化物而存 在。總之，由于適量的V成分有效地增大內(nèi)部電極層對電介質(zhì)陶瓷層賦予的壓縮應(yīng)力， 所以起到使燒結(jié)后的顆粒粒度分布更清晰(sharp)的作用。[實驗例1]本實驗例是在將電介質(zhì)陶瓷層的組成固定為某一特定的組成、使te和te發(fā)生變 化的層疊陶瓷電容器中，觀察tc/te對各種特性造成的影響的實驗例。準備了 BaC03粉末和Ti02粉末。將它們按照成為BaTi03的組成的方式進行稱 量，并利用球磨機混合24小時，在實施干燥之后，以1100°C的溫度進行預(yù)燒，由此得到 了平均粒徑為0.12 ii m的BaTi03粉末。對該BaTi03 粉末混合 MgC03、MnC03、Dy203、Si02 粉末，以使 (BaTi03 Dy Mg Mn Si)的摩爾比率為 100 1.0 1.0 0.3 1.0，并利用球
磨機混合5小時，然后進行干燥、將其粉碎，由此得到了陶瓷原料粉末。對該陶瓷原料粉末添加聚乙烯醇縮丁醛系粘合劑及乙醇，并利用球磨機進行24 小時的濕式混合，由此制成了陶瓷漿。通過模涂將該陶瓷漿成形為片材，獲得了規(guī)定的 3種厚度的生片。接著，在上述陶瓷生片上絲網(wǎng)印刷以Ni為主體的導電膏，將用于構(gòu)成 內(nèi)部電極層的導電膏層形成為規(guī)定的厚度。另外，作為在面方向存在內(nèi)部電極層的區(qū)域與不存在的區(qū)域之間的階差對策， 將含有上述陶瓷原料粉末的膏涂敷在沒有形成導電膏的區(qū)域，使其成為與導電膏的厚度 相同的厚度。然后，通過按照導電膏向外側(cè)面露出而被引出的一側(cè)相互不同的方式，層疊多 片形成了導電膏層的陶瓷生片，由此得到了層疊體。通過將該層疊體在N2氣氣氛中加熱 到300°C的溫度，使粘合劑燃燒之后，在由氧分壓為lOmMPaW^-N^f^O氣構(gòu)成的還原 性氣氛中以1150°C的溫度燒成2小時，由此得到了陶瓷層疊體。對燒成后得到的陶瓷層疊體的兩端面涂敷含有B203-Li20-Si02-Ba0玻璃粉的Cu 膏，并在N2氣氣氛中以800°C的溫度燒結(jié)在一起，形成了與內(nèi)部電極層電連接的外部電 極。對如上所述而得到的層疊陶瓷電容器的試樣編號為1 9的各試樣的外形尺寸而 言，寬度為0.8mm、長度為1.6mm。而且，有助于形成靜電電容的電介質(zhì)陶瓷層的總數(shù) 為400，每一層的內(nèi)部電極層的有效對置面積為0.9mm2。而且，將試樣編號1 9的各 試樣的tc、te、tc/te的值表示于表1。
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對于如上所述而得到的層疊陶瓷電容器，評價了室溫的介電常數(shù)、靜電電容的 溫度特性、高溫負載特性。而且，為了確認粒成長度，測定了燒成后的平均顆粒直徑。 評價、測定的詳細條件如下所示。 介電常數(shù)在溫度為25°C、施加電壓為1kHz的情況下，是0.5Vrms。 靜電電容的溫度特性在上述施加電壓的靜電電容中，表示以25°C的溫度下 的靜電電容為基準的85°C的溫度下的變化率。 高溫負載特性在溫度為85°C的情況下，按照電場強度變?yōu)?kV/mm的方式 施加電壓，對其絕緣電阻的時效變化進行了測定。試樣數(shù)各為100個，將在經(jīng)過2000小 時之前，絕緣電阻值變?yōu)?00kQ以下的試樣判定為不合格，對該不合格數(shù)進行計數(shù)。 平均顆粒直徑將燒成后的試樣切斷，在以1000°C的溫度進行了熱處理之 后，利用掃描型電子顯微鏡(SEM)對切斷面進行觀察。根據(jù)觀察像進行300個粒子的圖 像分析，將當量圓直徑作為顆粒直徑，求出其平均值。將試樣編號1 9的各試樣的介電常數(shù)、靜電電容的溫度特性、高溫負載特性、 平均顆粒直徑的結(jié)果表示于表1。[表1]
試樣 編號tc (Mm)te (Atm)tc/te平均顆粒 直徑 (MrrO介電常數(shù)溫度特性高溫負載試驗 不合格個數(shù)11.00.52.000.311700-15.5121.01.01.000.161800-15.7031.01.50.670.151700-15.3040.50.31.670.272100-13.7450.5Q51.000.162000-14.0060.50.70.710.142200-13.907Q3Q21.50Q252100-14.2580.30.31.000.152200-14.3090.30.60.500.132200-1410根據(jù)表1的結(jié)果可知，在tc為lym以下的范圍中，tc/te為1以下的試樣編號 2、3、5、6、8、9的試樣中，高溫負載試驗下的不合格個數(shù)為零，高溫負載特性得以提 高。而且還可以知曉，在這些試樣中，因燒成引起的粒成長被抑制。[實驗例2]本實驗例是在使電介質(zhì)陶瓷層的組成、tc、和te發(fā)生變化的層疊陶瓷電容器中， 觀察這些變化對高溫負載特性造成的影響的實驗例。首先，與實驗例1同樣地得到了 BaTi03粉末。對該BaTi03 粉末混合 MgC03、MnC03、Dy203、Si02、V205 粉末，以使 (BaTiOs Dy Mg Mn Si V)的摩爾比率為 100 1.0 1.0 0.3 1.0 x,
并利用球磨機混合5小時，進行干燥、粉碎，由此得到了陶瓷原料粉末。X的值如表2的試樣編號101 130所示。分別利用該試樣編號為101 130的各試樣的陶瓷原料粉末，通過與實驗例1同 樣的方法，得到了用表2的試樣編號101 130表示且示出tc、te、tc/te各值的層疊陶瓷 電容器的試樣。對如上所述而得到的層疊陶瓷電容器，與實驗例1同樣地評價了高溫負載特 性。其中，其評價條件僅在將負載的電場強度較高地設(shè)為6.3kV/mm這一點，與實驗例 1不同。將其結(jié)果表示于表2。[表2]
權(quán)利要求
1.一種層疊陶瓷電容器，具備層疊的多個電介質(zhì)陶瓷層、分別被配置在所述多個 電介質(zhì)陶瓷層間的多個內(nèi)部電極層和與所述多個內(nèi)部電極層電連接的外部電極，其特征 在于，在將所述電介質(zhì)陶瓷層的每一層的厚度設(shè)為tc、將所述內(nèi)部電極層的每一層的厚度 設(shè)為te時，滿足tc為Iym以下，并且tc/te《l。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊陶瓷電容器，其特征在于，構(gòu)成所述電介質(zhì)陶瓷層的電介質(zhì)陶瓷具有以鈦酸鋇系化合物為主成分、副成分中含 有釩的組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層疊陶瓷電容器，其特征在于，所述釩的含量相對于所述主成分100摩爾份為0.02摩爾份以上0.20摩爾份以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項所述的層疊陶瓷電容器，其特征在于， 構(gòu)成所述內(nèi)部電極層的金屬成分的主成分為鎳。
全文摘要
在電介質(zhì)陶瓷層的厚度為1μm以下的層疊陶瓷電容器中，獲得更高的高溫負載特性。該層疊陶瓷電容器具備層疊的多個電介質(zhì)陶瓷層、分別被配置在多個電介質(zhì)陶瓷層間的多個內(nèi)部電極層、和與多個內(nèi)部電極層電連接的外部電極，當將電介質(zhì)陶瓷層的每一層的厚度設(shè)為tc、將內(nèi)部電極層的每一層的厚度設(shè)為te時，滿足tc為1μm以下，并且tc/te≤1。
文檔編號H01G4/12GK102017033SQ20098011494
公開日2011年4月13日 申請日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者中村友幸, 松田真 申請人:株式會社村田制作所