(57)【要約】【課題】比誘電率の高いセラミック誘電体材料粉末の製造方法、および、静電容量の高い積層セラミックコンデンサの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】主成分の原料粉末であるチタン酸バリウムと副成分の原料粉末とを混合、仮焼、粉砕してセラミック誘電体材料粉末を作製する工程を有し、前記仮焼として１０００〜１１００℃の温度にて１〜６０秒間処理することにより、比誘電率の高いセラミック誘電体材料粉末を得ることができる。また、比誘電率の高いセラミック誘電体材料粉末を得ることができるので、静電容量の高い積層セラミックコンデンサを製造することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分の原料粉末であるチタン酸バリウムと副成分の原料粉末とを混合、仮焼、粉砕してセラミック誘電体材料粉末を作製する工程を有し、前記仮焼として１０００〜１１００℃の温度にて１〜６０秒間処理することを特徴とするセラミック誘電体材料粉末の製造方法。
【請求項２】
主成分の原料粉末であるチタン酸バリウムと副成分の原料粉末とを混合、仮焼、粉砕してセラミック誘電体材料粉末を作製する工程と、前記セラミック誘電体材料粉末に有機物を添加してセラミック生シートを作製するシート作製工程と、前記セラミック生シートと導電性ペースト膜とを交互に積層して積層体を作製する積層工程と、前記積層体を焼成する焼成工程とを備えた積層セラミックコンデンサの製造方法であって、前記仮焼として１０００〜１１００℃の温度にて１〜６０秒間処理することを特徴とする積層セラミックコンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層セラミックコンデンサなどに用いられるセラミック誘電体材料粉末の製造方法および、これを用いた積層セラミックコンデンサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のセラミック誘電体材料粉末の製造方法、および積層セラミックコンデンサの製造方法について説明する。
【０００３】
積層セラミックコンデンサは、誘電体層となるセラミック誘電体材料粉末を含むセラミック生シートと内部電極となる導電性金属粉末を含む導電性ペースト膜とを、交互に複数層積層して積層体を形成し、これを焼成し焼結体とした後、この焼結体に外部電極を形成して作製する。
【０００４】
そして、誘電体層となるセラミック誘電体材料粉末を含むセラミック生シートは、例えば、次のように作製する。まず、原料粉末の主成分であるチタン酸バリウムとマンガン酸化物や希土類元素酸化物などの副成分の原料粉末とを所定の比率で秤量し、これらを、水を媒体としてボールミル等で機械的に混合した後、乾燥してセラミック誘電体混合粉末を得る。そして、このセラミック誘電体混合粉末を仮焼、粉砕し、セラミック誘電体材料粉末を得る。そして、このセラミック誘電体材料粉末に有機バインダ、溶剤等を加えてボールミル等により混合してスラリーを作製し、このスラリーをドクターブレード法などにより塗工、乾燥してセラミック生シートを作製する。
【０００５】
セラミック誘電体材料粉末の作製において、焼結性にばらつきがなく均一に焼成することによって、積層セラミックコンデンサの電気的特性のばらつきを抑制することが重要であるため、上記のようにセラミック誘電体混合粉末を仮焼することが必要とされている。
【０００６】
そして、例えば、特許文献１には、チタン酸バリウムを主成分とするセラミック混合粉末をトンネル炉にて約１２００℃で２時間仮焼する製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開平６−５４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方法では、積層セラミックコンデンサの小形大容量化に伴う誘電体層の薄層化のために粒径の小さい原料粉末を使用した場合、積層セラミックコンデンサの静電容量が低い、すなわち、比誘電率が低いという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するもので、誘電体層の薄層化のために粒径の小さい原料粉末を使用した場合でも、比誘電率の高いセラミック誘電体材料粉末の製造方法を提供することを目的とするものである。また、このセラミック誘電体材料粉末を用いて、静電容量の高い積層セラミックコンデンサの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のセラミック誘電体材料粉末の製造方法は、主成分の原料粉末であるチタン酸バリウムと副成分の原料粉末とを混合、仮焼、粉砕してセラミック誘電体材料粉末を作製する工程を有し、前記仮焼として１０００〜１１００℃の温度にて１〜６０秒間処理する構成としたものである。
【００１０】
また、本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法は、主成分の原料粉末であるチタン酸バリウムと副成分の原料粉末とを混合、仮焼、粉砕してセラミック誘電体材料粉末を作製する工程と、前記セラミック誘電体材料粉末に有機物を添加してセラミック生シートを作製するシート作製工程と、前記セラミック生シートと導電性ペースト膜とを交互に積層して積層体を作製する積層工程と、前記積層体を焼成する焼成工程とを備えた積層セラミックコンデンサの製造方法であって、前記仮焼として１０００〜１１００℃の温度にて１〜６０秒間処理する構成としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のセラミック誘電体材料粉末の製造方法によれば、１０００〜１１００℃の温度にて１〜６０秒間と短時間で仮焼を行うため、長時間の仮焼に比べ、チタン酸バリウムへの副成分の拡散を抑制することができ、コアシェル構造における低誘電率相であるシェル部の厚みを薄く形成できるので、誘電体層の薄層化のために粒径の小さい原料粉末を使用した場合でも、比誘電率の高いセラミック誘電体材料粉末が得られる。
【００１２】
また、本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法によれば、１０００〜１１００℃の温度にて１〜６０秒間の仮焼を行うため、比誘電率の高いセラミック誘電体材料粉末が得られるので、静電容量の高い積層セラミックコンデンサを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態）
以下、一実施の形態を用いて、本発明のセラミック誘電体材料粉末の製造方法および積層セラミックコンデンサの製造方法について詳細に説明する。
【００１４】
はじめに、本実施の形態におけるセラミック誘電体材料粉末の製造方法について説明する。
【００１５】
まず、主成分の原料粉末として、固相法にて作製した平均粒径が０．３５μｍ、０．２５μｍ、０．１５μｍの３種類のチタン酸バリウムを準備し、それぞれのチタン酸バリウム１００ｍｏｌ％に対し、副成分の原料粉末としてＭｇＯを１．０ｍｏｌ％、Ｄｙ2Ｏ3を３．０ｍｏｌ％、ＳｉＯ2を１．０ｍｏｌ％、ＭｎＯ2を０．２ｍｏｌ％秤量し、これらに純水を加え、平均粒径が０．１０ｍｍ以下のジルコニアボールとともに媒体撹拌ミルで混合し、乾燥して平均粒径の異なる３種類のチタン酸バリウムそれぞれに対応した３種類のセラミック誘電体混合粉末を作製した。
【００１６】
ここで、チタン酸バリウムの平均粒径は電子顕微鏡の画像をもとに測定した値である。また、純水とはイオン交換水や蒸留水などの純度の高い水を言い、加える純水の量が少なすぎると原料粉末の分散性が低下し、多すぎると乾燥工程で凝集粉を発生させやすくなるので、純水の量は重量比で原料粉末重量の１〜３倍とすることが望ましい。
【００１７】
次に、上記３種類のセラミック誘電体混合粉末それぞれをサヤに所定量詰めて、各８つのサヤを準備し、セラミック製ローラーによる搬送機能を有するトンネル型の仮焼炉を用いて大気中で１０００℃１秒、１０００℃１０秒、１０００℃３０秒、１０００℃６０秒、１１００℃１秒、１１００℃１０秒、１１００℃３０秒、１１００℃６０秒の８条件で仮焼を行った。ここで、仮焼時間は、サヤの搬送速度と加熱ゾーンの長さを変えることにより変化させた。その後、仮焼したそれぞれのセラミック誘電体粉末に純水を加え媒体撹拌ミルにて粉砕し、乾燥してセラミック誘電体材料粉末を得た。３種類のセラミック誘電体混合粉末それぞれを８種類の仮焼条件で仮焼したので２４種類のセラミック誘電体材料粉末を得た。
【００１８】
これに対し、比較例のセラミック誘電体材料粉末は以下のように作製した。
【００１９】
まず、本実施の形態で作製した３種類のセラミック誘電体混合粉末それぞれをサヤに所定量詰めて、各４つのサヤを準備し、セラミック製ローラーによる搬送機能を有するトンネル型の仮焼炉を用いて１０００℃１２０秒、１０００℃７２００秒、１１００℃１２０秒、１１００℃７２００秒の４条件で仮焼を行った。本実施の形態と同様に、仮焼時間は、サヤの搬送速度と加熱ゾーンの長さを変えることにより変化させた。その後、仮焼したそれぞれのセラミック誘電体粉末に純水を加え媒体撹拌ミルにて粉砕し、乾燥してセラミック誘電体材料粉末を得た。３種類のセラミック誘電体混合粉末をそれぞれ４種類の仮焼条件で仮焼したので１２種類のセラミック誘電体材料粉末を得た。
【００２０】
続いて、本実施の形態における積層セラミックコンデンサの製造方法について説明する。本実施の形態においては、上記の本実施の形態で作製した２４種類のセラミック誘電体材料粉末と上記の比較例で作製した１２種類のセラミック誘電体材料粉末を用いて、それぞれについて積層セラミックコンデンサを以下の方法により作製し、３６種類の積層セラミックコンデンサを得た。
【００２１】
まず、上記で作製したセラミック材料粉末に、ポリビニルブチラール樹脂からなる有機バインダ、酢酸ブチルからなる溶剤、フタル酸エステル類などの可塑剤を添加し混合してセラミックスラリーを作製した。その後、このセラミックスラリーをドクターブレード法にて塗工してセラミックシートを得た。
【００２２】
次に、このセラミックシートの表面に内部電極となる導電体層を形成し、これらを所定の枚数、加圧積層して積層体を作製した後、切断分離して個片のグリーンチップとした。そして、ジルコニア粉末を敷いたジルコニア質のサヤにこのグリーンチップを入れ、窒素中で加熱し、有機バインダを燃焼させ、その後窒素ガスと窒素と水素の混合ガスを用いて１２５０℃で焼成して焼結体を得た。ここで、焼成温度は１１５０〜１２５０℃とすることが望ましい。
【００２３】
次に、焼結体の内部電極の露出した端面に銅ペーストを塗布し、メッシュ型の連続ベルト炉により窒素雰囲気中で焼付けを行い、その後、ＮｉメッキおよびＳｎメッキ処理を施し積層セラミックコンデンサを得た。
【００２４】
上記の方法により、外形寸法が、長さ２．０ｍｍ、幅１．２５ｍｍ、厚み１．２５ｍｍで、温度特性がＸ５Ｒ特性で、目標の静電容量が１０μＦの積層セラミックコンデンサを３６種類作製した。
【００２５】
この３６種類の積層セラミックコンデンサの誘電体層の厚みは約１．７μｍ、積層数は約４００層とした。また、作製した３６種類の積層セラミックコンデンサは、用いたチタン酸バリウムと仮焼条件が異なる以外は、いずれも同一の設計仕様、すなわち、誘電体層の厚みおよび積層数、内部電極の面積、外形寸法等をほぼ同一とした。
【００２６】
以上のようにして作製した３６種類の積層セラミックコンデンサについて、静電容量を測定した。積層セラミックコンデンサを１５０℃の温度で、１時間熱処理を行い、常温に４８時間放置した後、２０℃の恒温槽中で１ｋＨｚ、１Ｖｒｍｓにて静電容量の測定を行い、試料各３０個の平均値を求めた。そして、その静電容量値をもとに比誘電率を算出した。評価結果を（表１）に示す。なお、（表１）の＊は比較例であることを示す。
【００２７】
【表１】
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（表１）の評価結果から明らかなように、用いたチタン酸バリウムの平均粒径が０．３５μｍの場合で、仮焼温度が１０００〜１１００℃で仮焼時間が１〜６０秒間である実施例の試料番号１〜４、７〜１０の積層セラミックコンデンサは、仮焼温度が１０００〜１１００℃で仮焼時間が１２０、７２００秒間である比較例の試料番号５、６、１１、１２の積層セラミックコンデンサに比べ、比誘電率が高くなっている。また、用いたチタン酸バリウムの平均粒径が０．２５μｍの場合でも同様に、実施例の試料番号１３〜１６、１９〜２２の積層セラミックコンデンサは、比較例の試料番号１７、１８、２３、２４の積層セラミックコンデンサに比べ、比誘電率が高くなっており、更に、用いたチタン酸バリウムの平均粒径が０．１５μｍの場合でも同様に、実施例の試料番号２５〜２８、３１〜３４の積層セラミックコンデンサは、比較例の試料番号２９、３０、３５、３６の積層セラミックコンデンサに比べ、比誘電率が高くなっている。
【００２８】
また更に、仮焼温度が１０００〜１１００℃で仮焼時間が１〜３０秒間の場合は、仮焼温度が１０００〜１１００℃で仮焼時間が６０秒間の場合に比べ、さらに比誘電率を高くすることができた。
【００２９】
以上説明したように、本発明のセラミック誘電体材料粉末の製造方法は、１０００〜１１００℃の温度にて１〜６０秒間と短時間で仮焼を行うため、長時間の仮焼に比べ、チタン酸バリウムへの副成分の拡散を抑制することができ、コアシェル構造における低誘電率相であるシェル部の厚みを薄く形成できるので、誘電体層の薄層化のために粒径の小さい原料粉末を使用した場合でも、比誘電率の高いセラミック誘電体材料粉末が得られる。また、仮焼に要する時間を短縮できるという効果が得られる。ここで、コアシェル構造とは、セラミック粒子の内部の高誘電率相であるコア部とセラミック粒子の外殻部の低誘電率相であるシェル部とからなる構造を言う。
【００３０】
また、本発明の製造方法によるセラミック誘電体材料粉末を用いて作製した積層セラミックコンデンサは、１０００〜１１００℃の温度にて１〜６０秒間の仮焼を行うため、比誘電率の高いセラミック誘電体材料粉末が得られるので、静電容量の高い積層セラミックコンデンサを得ることができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、トンネル型の仮焼炉を用いた仮焼方法としたが、落下式急速焼成炉を用いてセラミック誘電体混合粉末を落下させながら、仮焼を行う方法でも同様の効果が得られる。
【００３２】
また、主成分として用いるチタン酸バリウムにおいて、共沈法などの液相合成法で作製されたチタン酸バリウムは、混合原料の加熱反応による固相法やゾルゲル法により作製したチタン酸バリウムに比べ、混合や粉砕にて結晶構造が変化しやすいため、比誘電率が変化しやすい。従って、比誘電率の高いセラミック誘電体材料粉末を得るためには、固相法やゾルゲル法により作製したチタン酸バリウムを用いることが好ましい。
【００３３】
また、上述したセラミック誘電体混合粉末を作製する混合工程において、純水とともに原料粉末の分散性を高めるような分散剤を添加してもよい。
【００３４】
また、本実施の形態では、主成分の原料粉末としてチタン酸バリウムを主成分とし、副成分の原料粉末としてＭｇＯ、Ｄｙ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＭｎＯ2を用いたが、チタン酸バリウムを主成分とする原料粉末であればこれ以外の副成分の原料粉末を用いた場合でも同様な効果が得られる。
【００３５】
また、本発明は、平均粒径が０．３５μｍ以下のチタン酸バリウムを用いて積層セラミックコンデンサを作製する場合に特に顕著な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明にかかるセラミック材料粉末の製造方法によれば、比誘電率の高いセラミック誘電体材料粉末が得られる。また、本発明にかかる積層セラミックコンデンサの製造方法によれば、静電容量の高い積層セラミックコンデンサが得られるので、誘電体層の薄層化が必要な高容量の積層セラミックコンデンサの製造に特に有用である。