專利名稱：介電陶瓷以及層疊陶瓷電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及介電陶瓷及層疊陶瓷電容器，尤其涉及適用于對(duì)層疊陶瓷電容器的小 型化和大容量化具有要求的介電陶瓷及使用該介電陶瓷而構(gòu)成的層疊陶瓷電容器。
背景技術(shù)：
作為滿足對(duì)層疊陶瓷電容器的小型化和大容量化的要求的有效方法之一有使在 層疊陶瓷電容器中設(shè)有的介電陶瓷層薄層化的方法。但是，伴隨介電陶瓷層的薄層化的推 進(jìn)，介電陶瓷層中施加的電場(chǎng)強(qiáng)度更加變高。因此，在層疊陶瓷電容器中有時(shí)會(huì)導(dǎo)致耐電壓 的降低、在高溫/高電場(chǎng)的負(fù)荷試驗(yàn)中的可靠性的降低。對(duì)解決上述問(wèn)題有效的是，使構(gòu)成介電陶瓷層的陶瓷粒子小直徑化。但是，陶瓷粒 子的小直徑化會(huì)引起介電陶瓷的相對(duì)介電常數(shù)降低的其它的問(wèn)題。這種情況下，國(guó)際公開(kāi)第2006/0189 號(hào)小冊(cè)子(專利文獻(xiàn)1)中記載了即使將介 電陶瓷層進(jìn)行薄層化，也能確保對(duì)耐電壓及負(fù)荷試驗(yàn)的可靠性并得到3000以上的相對(duì)介 電常數(shù)的介電陶瓷。即，專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了如下的介電陶瓷，即以通式UOO^mSi^CayUTihZig 03+aBa0+bR203+cMg0+dMn0+eCu0+fV205+gXu0v (其中，R 為選自 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、 Dy、Ho、Er、Tm、Yb, Lu及Y中的至少一種，XuOv表示至少含有Si的氧化物的集合。)表示， 并且，滿足如下條件0 ^ χ ^ 0. 05,0 ^ Y ^ 0. 08,0 ^ ζ ^ 0. 05、0. 990 ( m、100. 2 ( (100m+a) ( 102、0· 05 彡 b 彡 0· 5、0· 05 彡 c 彡 2、0· 05 彡 d 彡 1· 3、0. 1 ^ e ^ 1. 0,0. 02 ^ f ^ 0. 15,0. 2 < g < 2。作為上述組成的介電陶瓷的特征之一，有時(shí)存在100 (Ba, Sr，Ca)m (Ti，Zr) O3的R的 含有量b以Ii2O3換算為0. 05 0. 5這樣的較少的情況。另外，在專利文獻(xiàn)1的實(shí)施例說(shuō)明 中記載有確認(rèn)了在上述組成的介電陶瓷得到的燒結(jié)體中幾乎看不到由燒成造成的粒成長(zhǎng)， 并且陶瓷燒結(jié)體的平均粒徑與陶瓷原料主成分的平均粒徑大致相同。但是，具有專利文獻(xiàn)1記載的介電陶瓷而構(gòu)成的層疊陶瓷電容器存在對(duì)溫度變 化、機(jī)械性沖擊的可靠性低下，因此，容易發(fā)生破損或裂紋，導(dǎo)致耐電壓不良或絕緣電阻的 低下的問(wèn)題。因此，在將層疊陶瓷電容器安裝于所要安裝的基板時(shí)，存在有產(chǎn)生不良，使生 產(chǎn)率低下的問(wèn)題。另外，將層疊陶瓷電容器置于例如車載用途等特別嚴(yán)酷的環(huán)境下的情況 下，存在不能充分應(yīng)對(duì)這樣的環(huán)境的問(wèn)題。
現(xiàn)有技術(shù)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1國(guó)際公開(kāi)第2006/018928號(hào)小冊(cè)子

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供即使進(jìn)行介電陶瓷層的薄層化，也能確保高可靠性 的介電陶瓷及使用該介電陶瓷而構(gòu)成的層疊陶瓷電容器。本發(fā)明的介電陶瓷為解決上述技術(shù)課題，提供一種介電陶瓷，其特征在于，以 (Ba1^xCax) TiO3 為主成分，以 Re2O3、MgO、Mn0、V205 及 SiO2 為副成分，其中，0. 045 ^ χ ^ 0. 15， Re為選自Gd、Dy、Ho、Yb和Y中的至少一種，所述介電陶瓷用通式100 (Ba1^xCax) Ti03+aRe20 3+bMg0+cMn0+dV205+eSi02表示，并滿足如下條件OKaSL 5、OKb <2.0、0. 4 ^ c ^ 1. 5>0.02 彡 d彡 0.25、0.2 Se <3.0。在本發(fā)明的介電陶瓷中，優(yōu)選Si02/Mg0的組成比e/b為0. 5以上且5. 0以下。另外，本發(fā)明提供一種層疊陶瓷電容器，其具有電容器主體，其由層疊的多層介 電陶瓷層、以及沿所述介電陶瓷層間的特定界面形成的多個(gè)內(nèi)部電極構(gòu)成，以及多個(gè)外部 電極，其形成于所述電容器主體的外表面上的互不相同的位置上，并且與所述內(nèi)部電極的 特定電極電連接。本發(fā)明的層疊陶瓷電容器的特征在于，介電陶瓷層是由上述的本發(fā)明的介電陶瓷 構(gòu)成的。本發(fā)明的介電陶瓷，很難發(fā)生因溫度變化或機(jī)械性沖擊產(chǎn)生裂紋，或?qū)е陆^緣電 阻的低下等問(wèn)題，從而能夠確保高可靠性。能夠帶來(lái)這樣的效果的理由推測(cè)如下本發(fā)明的介電陶瓷中，副成分容易向主成分粒子內(nèi)擴(kuò)散。另一方面，由于在芯殼結(jié) 構(gòu)的芯部和殼部中的線膨脹系數(shù)不同，容易在介電陶瓷內(nèi)積蓄有殘留應(yīng)力。而本發(fā)明的介 電陶瓷不依賴于芯殼結(jié)構(gòu)，而是使副成分向主成分粒子內(nèi)擴(kuò)散，成為更加均勻的結(jié)構(gòu)，從而 能夠使殘留應(yīng)力降低，因此，首先可以抑制由溫度變化引起的裂紋的產(chǎn)生。另外，還推測(cè)由于Re (稀土類元素)固溶于作為主成分的(Ba，Ca) TiO3晶體粒子， 從而主成分晶體粒子的晶格常數(shù)變小，難以引起原子的變位。因此，介電陶瓷的機(jī)械性強(qiáng)度 提高，其結(jié)果能夠確保在溫度循環(huán)試驗(yàn)及重物落下試驗(yàn)中的高可靠性。另外、本發(fā)明介電陶瓷引起的上述作用效果不犧牲介電常數(shù)及高溫負(fù)荷壽命特 性。在本發(fā)明介電陶瓷中選擇Si02/Mg0的組成比e/b為0. 5以上且5. 0以下時(shí)，可以 進(jìn)一步降低施加機(jī)械性沖擊時(shí)的裂紋產(chǎn)生率。推測(cè)這樣的機(jī)械性強(qiáng)度的提高是由于陶瓷的 致密化和粒成長(zhǎng)的時(shí)機(jī)合適、介電陶瓷內(nèi)的孔的消滅、抑制粒徑的偏差而得到穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 體所獲得的。


圖1圖解示出使用本發(fā)明的介電陶瓷而構(gòu)成的層疊陶瓷電容器1的剖面圖。符號(hào)說(shuō)明1層疊陶瓷電容器
2介電陶瓷層3，4內(nèi)部電極5電容器主體6、7外部電極
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，首先，對(duì)適用本發(fā)明介電陶瓷的層疊陶瓷電容器1進(jìn)行。層疊陶瓷電容器1具有由沿著層疊的多個(gè)介電陶瓷層2與介電陶瓷層2之間的特 定界面形成的多個(gè)內(nèi)部電極3及4構(gòu)成的電容器主體5。內(nèi)部電極3及4例如以Ni為主成 分。在電容器主體5的外表面上的互不相同的位置形成有第1及第2外部電極6和7。 外部電極6及7例如以Ag或者Cu作為主成分。雖然沒(méi)有圖示，根據(jù)需要，在外部電極6及 7上形成鍍敷膜。鍍敷膜例如由Ni鍍敷膜及在其上形成的Sn鍍敷膜構(gòu)成。圖1所示的層疊陶瓷電容器1中，第1及第2的外部電極6及7形成于電容器主 體5相互對(duì)置的各端面上。內(nèi)部電極3及4可以為與第1外部電極6電連接的多個(gè)第1內(nèi) 部電極3以及與第2外部電極7電連接的多個(gè)第2內(nèi)部電極4，這些第1及第2的內(nèi)部電極 3及4在層疊方向上交替配置。需要說(shuō)明書(shū)的是，層疊陶瓷電容器1可以為具有2個(gè)外部電極6及7的雙端子型， 也可以為具有多個(gè)外部電極的多端子型。 在這樣的層疊陶瓷電容器1中，介電陶瓷層2是以(Bi^xCax) TiO3 (其中， 0. 045 ^ χ ^ 0. 15)為主成分，且Re2O3 (其中，Re為選自Gd、Dy、Ho、Yb及Y中的至少一種)、 MgO、MnOJ2O5及SiO2為副成分的介電陶瓷構(gòu)成。該介電陶瓷具有由通式100(Ba1^xCax) Ti03+aRe203+bMg0+cMn0+dV205+eSiO2 表示的 組成。其中，在上述通式中滿足如下各條件0. 65 彡 a 彡 1. 5、0. 15 ^ b ^ 2. 0、0. 4 ^ c ^ 1. 5>0. 02 彡 d 彡 0. 25、及0.2 Se <3.0。具有上述介電陶瓷而構(gòu)成介電陶瓷層2時(shí)，如在后述實(shí)驗(yàn)例中得到明確，在層疊 陶瓷電容器1中不犧牲介電常數(shù)及高溫負(fù)荷壽命特性的情況下，能夠確保對(duì)溫度變化或機(jī) 械性沖擊的高可靠性。本發(fā)明介電陶瓷的上述作用效果不是由芯殼結(jié)構(gòu)引起的。在芯殼結(jié)構(gòu)中，由于芯 部和殼部的線膨脹系數(shù)不同，容易在介電陶瓷內(nèi)積蓄殘留應(yīng)力。但該發(fā)明介電陶瓷中，使副 成分?jǐn)U散于主成分粒子內(nèi)，能夠成為更均勻的結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是能夠使殘留應(yīng)力減少。這些與 對(duì)溫度變化的可靠性的提高相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明介電陶瓷中選擇Si02/Mg0的組成比e/b為0. 5以上且5. 0以下時(shí)，如后述 實(shí)驗(yàn)例可知，能夠使重物落下試驗(yàn)等的賦予機(jī)械性沖擊時(shí)的裂紋產(chǎn)生率更加低下。本發(fā)明介電陶瓷的主成分(Ba1^xCax)TiO3的(Ba,Ca)/Ti比優(yōu)選為0. 98 1. 05左右，但在不損害本發(fā)明目的的范圍內(nèi)可以適當(dāng)調(diào)整。需要說(shuō)明的是，后述的實(shí)驗(yàn)例雖然為制 作(Ba，Ca)/Ti比為1的試樣的情況下的實(shí)驗(yàn)例，但即使當(dāng)該比在0. 98 1.05的范圍內(nèi)變 化，也可以確認(rèn)得到實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)果。需要說(shuō)明的是，在層疊陶瓷電容器1的制造過(guò)程中，有可能有^O2等雜質(zhì)混入介 電陶瓷中，但這種雜質(zhì)通常不會(huì)對(duì)層疊陶瓷電容器1的特性帶來(lái)實(shí)質(zhì)性影響。制作用于介電陶瓷的原料時(shí)，首先制作(Ba，Ca)TiO3系的主成分粉末。因此，例如 適用如下固相合成法將含有主成分的構(gòu)成元素的氧化物、碳酸化物、氯化物、金屬有機(jī)化 合物等的化合物粉末以規(guī)定比例混合并進(jìn)行熱處理。需要說(shuō)明的是，代替固相合成法，也可 以適用水熱合成法(水熱合成法)、水解法等。另一方面，準(zhǔn)備含有作為副成分的Re、Mg、Mn、V及Si的各種氧化物、碳酸化物、氯 化物、金屬有機(jī)化合物等的化合物粉末。將該副成分粉末以規(guī)定比例與上述主成分粉末混 合，從而得到介電陶瓷的原料粉末。為了制造層疊陶瓷電容器1，用如上所述得到的介電陶瓷原料粉末制作陶瓷漿料， 并從該陶瓷漿料成形陶瓷坯片，層疊多片陶瓷坯片，得到將成為電容器主體5的生的層疊 體，實(shí)施燒成該生的層疊體的工序。在燒成該生的層疊體工序中，燒成如上所述配合的介電 陶瓷原料粉末，得到由燒結(jié)的介電陶瓷構(gòu)成的介電陶瓷層2。以下，基于本發(fā)明說(shuō)明實(shí)施的實(shí)驗(yàn)例。[實(shí)驗(yàn)例1]制作主成分粉末時(shí)，準(zhǔn)備BaC03、CaC03及TW2的各粉末，將這些分別按規(guī)定量稱重 后，添加純水及分散劑，進(jìn)而使用強(qiáng)制循環(huán)型濕式粉碎機(jī)(使用PSZ介質(zhì))，進(jìn)行粉碎和破碎 (解砕)處理。將處理后的漿料用烘箱進(jìn)行干燥后，在950°c以上的溫度下進(jìn)行熱處理，得 到平均粒徑為0. 15 0. 25 μ m的(Ba, Ca) TiO3系的主成分粉末。接著，在制作電介體原料粉末時(shí)，除了上述主成分粉末，還準(zhǔn)備徹203、MgC03、 MnCO3, V2O5, SiO2各粉末，將這些分別按照規(guī)定量稱重后，加入純水及分散劑，進(jìn)而使用強(qiáng)制 循環(huán)型濕式粉碎機(jī)(使用PSZ介質(zhì))，進(jìn)行粉碎和破碎處理。然后，將處理后的漿料用烘箱 進(jìn)行干燥，得到電介體原料粉末。這里得到的各試樣相關(guān)的電介體原料粉末為具有下述通式表示的組成的物質(zhì)
100 (Ba1^xCax) Ti03+aRe203+bMg0+cMn0+dV205+eSiO2其中，Ca量χ、Re種類及Re量a、Mg量b、Mn量c、V量d、Si量e、以及e/b如表1 所示。表1
權(quán)利要求
1.一種介電陶瓷，其特征在于，以(BiVxCax)TiO3為主成分，以徹203、MgO, MnO, V2O5及 SiO2為副成分，其中，0. 045 ^ χ ^ 0. 15，Re為選自Gd、Dy、Ho、Yb和Y中的至少一種，所述介電陶瓷由通式Joo(BalIcax)TiojaRe2OjbMgCHcMnCHdV2OjeSiA表示，并滿足 如下條件0. 65 彡 a 彡 1. 5、 0. 15 彡 b 彡 2. 0、 0. 4 彡 c 彡 1. 5、 0. 02彡d彡0. 25、以及 0. 2 彡 e 彡 3. 0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電陶瓷，其中，Si02/Mg0的組成比e/b為0.5以上且5. 0 以下。
3.一種層疊陶瓷電容器，具有電容器主體，其由層疊的多層介電陶瓷層、以及沿所述介電陶瓷層間的特定界面形成 的多個(gè)內(nèi)部電極構(gòu)成，以及多個(gè)外部電極，其形成于所述電容器主體的外表面上的互不相同的位置上，并且與所 述內(nèi)部電極的特定電極電連接，其中，所述介電陶瓷層是由權(quán)利要求1或2所述的介電陶瓷構(gòu)成的。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供即使進(jìn)行介電陶瓷層的薄層化，介電陶瓷的相對(duì)介電常數(shù)也高、對(duì)溫度變化或機(jī)械性沖擊的可靠性也良好的層疊陶瓷電容器。作為構(gòu)成層疊陶瓷電容器1的介電陶瓷層2的介電陶瓷，使用如下介電陶瓷以(Ba1-xCax)TiO3為主成分，以Re2O3、MgO、MnO、V2O5及SiO2為副成分，其中，0.045≤x≤0.15，Re為選自Gd、Dy、Ho、Yb和Y中的至少一種，所述介電陶瓷由通式100(Ba1-xCax)TiO3+aRe2O3+bMgO+cMnO+dV2O5+eSiO2表示，并滿足如下條件0.65≤a≤1.5、0.15≤b≤2.0、0.4≤c≤1.5、0.02≤d≤0.25、0.2≤e≤3.0。
文檔編號(hào)C04B35/468GK102086121SQ20101055785
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者中村將典, 岡松俊宏, 加藤成, 磯田信彌 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所