(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＢＯ３（Ａは、Ｂａ、または、ＳｒおよびＣａから選ばれた少なくとも１種ならびにＢａである。Ｂは、Ｔｉ、または、ＺｒおよびＨｆから選ばれた少なくとも１種ならびにＴｉであり、ＢにおけるＺｒの含有モル比が０．０９以下である。）を主成分とし、添加成分として、Ｒ（Ｒは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＬｕおよびＹから選ばれた少なくとも１種である。）、Ｍ（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｒおよびＭｎから選ばれた少なくとも１種である。）およびＳｉを含有し、Ｒの含有量は、ＡＢＯ３１００モル部に対して２モル部以上であり、Ｓｉの含有量は、ＡＢＯ３１００モル部に対して１モル部以上である、誘電体セラミックであって、
前記誘電体セラミックは、前記ＡＢＯ３を主成分とする結晶粒子と前記結晶粒子間を占める結晶粒界とを備え、
前記誘電体セラミックの断面において、前記結晶粒子の複数を無作為にサンプリングし、各結晶粒子の外周をほぼ４等分する任意の４点が位置する結晶粒界を分析したとき、該複数の分析点のうちの７０％以上の分析点において、前記Ｒ、前記Ｍおよび前記Ｓｉを含むことを特徴とする、誘電体セラミック。
【請求項２】
ＡＢＯ３（Ａは、Ｂａ、または、ＳｒおよびＣａから選ばれた少なくとも１種ならびにＢａである。Ｂは、Ｔｉ、または、ＺｒおよびＨｆから選ばれた少なくとも１種ならびにＴｉであり、ＢにおけるＺｒの含有モル比が０．０９以下である。）を合成し、粉砕することによって、ＡＢＯ３粉末を得る工程と、
Ｒ（Ｒは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＬｕおよびＹから選ばれた少なくとも１種である。）を含有するＲ化合物、Ｍ（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｒおよびＭｎから選ばれた少なくとも１種である。）を含有するＭ化合物およびＳｉを含有するＳｉ化合物をそれぞれ用意する工程と、
前記Ｒ化合物と前記Ｍ化合物と前記Ｓｉ化合物とを混合し、得られた混合物を仮焼し、粉砕することによって、添加成分仮焼粉末を得る工程と、
前記ＡＢＯ３粉末と前記添加成分仮焼粉末とを、Ｒの含有量がＡＢＯ３１００モル部に対して２モル部以上となり、Ｓｉの含有量がＡＢＯ３１００モル部に対して１モル部以上となるように混合して得られた混合粉末を成形することによって、成形体を得る工程と、
前記成形体を焼成する工程と
を備えることを特徴とする、誘電体セラミックの製造方法。
【請求項３】
複数の積層された誘電体セラミック層および前記誘電体セラミック層間の特定の界面に沿って形成された内部電極を含む、積層体と、
前記内部電極の特定のものに電気的に接続されるように前記積層体の外表面上に形成される外部電極と
を備え、
前記誘電体セラミック層は、請求項１に記載の誘電体セラミックからなり、前記内部電極は、卑金属を導電成分として含むことを特徴とする、積層セラミックコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘電体セラミックおよびその製造方法、ならびにこの誘電体セラミックを用いて構成される積層セラミックコンデンサに関するもので、積層セラミックコンデンサにおける誘電体セラミック層の薄層化を有利に図り得るようにするための改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
積層セラミックコンデンサは、以下のようにして製造されるのが一般的である。
【０００３】
まず、その表面に、所望のパターンをもって内部電極となる導電材料を付与した、誘電体セラミック原料を含むセラミックグリーンシートが用意される。誘電体セラミックとしては、たとえば、ＢａＴｉＯ3 を主成分とするものが用いられる。
【０００４】
次に、上述した導電材料を付与したセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートが積層され、熱圧着され、それによって一体化された生の積層体が作製される。
【０００５】
次に、この生の積層体は焼成され、それによって、焼結後の積層体が得られる。この積層体の内部には、上述した導電材料をもって構成された内部電極が形成されている。
【０００６】
次いで、積層体の外表面上に、内部電極の特定のものに電気的に接続されるように、外部電極が形成される。外部電極は、たとえば、導電性金属粉末およびガラスフリットを含む導電性ペーストを積層体の外表面上に付与し、焼き付けることによって形成される。
【０００７】
このようにして、積層コンデンサが完成される。
【０００８】
上述した内部電極のための導電材料として、近年、積層セラミックコンデンサの製造コストをできるだけ低くするため、たとえばニッケルまたは銅のような比較的安価な卑金属を用いることが多くなってきている。しかしながら、卑金属をもって内部電極を形成した積層セラミックコンデンサを製造しようとする場合、焼成時における卑金属の酸化を防止するため、中性または還元性雰囲気中での焼成を適用しなければならず、そのため、積層セラミックコンデンサにおいて用いられる誘電体セラミックは、耐還元性を有していなければならない。
【０００９】
上述のような耐還元性を有する誘電体セラミックとして、たとえば、特開平５−９０６６号公報、特開平５−９０６７号公報または特開平５−９０６８号公報においては、ＢａＴｉＯ3 −希土類酸化物−Ｃｏ2 Ｏ3 系の組成が提案されている。また、特開平６−５４６０号公報または特開平９−２７０３６６号公報では、高い誘電率を有し、誘電率の温度変化が小さく、高温負荷寿命が長い、誘電体セラミックが提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年のエレクトロニクス技術の発展に伴い、電子部品の小型化が急速に進行し、積層セラミックコンデンサについても、小型化かつ大容量化の傾向が顕著になってきている。
【００１１】
したがって、内部電極に使用する卑金属が酸化されない焼成雰囲気においても、誘電率が高く、誘電率の温度変化および経時変化が小さく、誘電体セラミック層が薄層化されても、電気絶縁性が高く、それゆえ信頼性に優れた誘電体セラミックを望む要求が強くなってきている。しかしながら、前述したような従来の誘電体セラミックは、必ずしも、この要求を十分に満足し得るものではない。
【００１２】
たとえば、特開平５−９０６６号公報、特開平５−９０６７号公報または特開平５−９０６８号公報に記載された誘電体セラミックは、ＥＩＡ規格におけるＸ７Ｒ特性を満足し、かつ高い電気絶縁性を示すものの、誘電体セラミック層を薄層化したとき、具体的には、５μｍ以下、特に３μｍ以下というように薄層化したときの信頼性に関しては、必ずしも、市場の要求を十分満たし得るものではない。
【００１３】
また、特開平６−５４６０号公報に記載される誘電体セラミックは、これを得るために用いられるＢａＴｉＯ3 粉末の粒径が大きいため、誘電体セラミック層が薄層化されるに従って、信頼性が低下し、また、静電容量の経時変化が大きいという問題がある。
【００１４】
同様に、特開平９−２７０３６６号公報に記載される誘電体セラミックも、薄層化されるに従って、信頼性が低下し、また、直流電圧印加での静電容量の経時変化が大きいという問題がある。
【００１５】
以上のようなことから、積層セラミックコンデンサの小型化かつ大容量化に対応するために、誘電体セラミック層を薄層化した場合、定格電圧が薄層化する前と同じであると、誘電体セラミック層の１層あたりに印加される電界強度が大きくなるため、室温または高温での絶縁抵抗が低くなってしまうことなどの点で、信頼性が著しく低下してしまう。そのため、従来の誘電体セラミックを用いる場合には、誘電体セラミック層を薄層化するにあたって、定格電圧を下げる必要がある。
【００１６】
そこで、誘電体セラミック層を薄層化しながらも、定格電圧を下げる必要がなく、また、高い電界強度下での絶縁抵抗が高く、信頼性に優れた、積層セラミックコンデンサの実現が望まれるところである。
【００１７】
また、積層セラミックコンデンサは、通常、直流電圧を印加した状態で使用されるため、静電容量が経時的に変化することが知られている。しかしながら、積層セラミックコンデンサの小型化かつ大容量化に伴う誘電体セラミック層の薄層化の結果、誘電体セラミック層の１層あたりの直流電界強度が高くなり、静電容量の経時変化がより大きくなるという問題がある。
【００１８】
そこで、直流電圧が印加された状態での静電容量の経時変化が小さい、積層セラミックコンデンサが望まれるところである。
【００１９】
したがって、この発明の目的は、誘電率が高く、誘電率の温度変化および直流電圧印加下での経時変化が小さく、誘電損失が小さく、絶縁抵抗と静電容量との積（ＣＲ積）が高く、高温高電圧における絶縁抵抗の加速寿命が長い、誘電体セラミックおよびその製造方法、ならびにこの誘電体セラミックを用いて構成される積層セラミックコンデンサを提供しようとすることである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る誘電体セラミックは、ＡＢＯ３（Ａは、Ｂａ、または、ＳｒおよびＣａから選ばれた少なくとも１種ならびにＢａである。Ｂは、Ｔｉ、または、ＺｒおよびＨｆから選ばれた少なくとも１種ならびにＴｉであり、ＢにおけるＺｒの含有モル比が０．０９以下である。）を主成分とし、添加成分として、Ｒ（Ｒは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＬｕおよびＹから選ばれた少なくとも１種である。）、Ｍ（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｒおよびＭｎから選ばれた少なくとも１種である。）およびＳｉを含有し、Ｒの含有量は、ＡＢＯ３１００モル部に対して２モル部以上であり、Ｓｉの含有量は、ＡＢＯ３１００モル部に対して１モル部以上であり、この誘電体セラミックは、ＡＢＯ３を主成分とする結晶粒子とこれら結晶粒子間を占める結晶粒界とを備え、この誘電体セラミックの断面において、結晶粒子の複数を無作為にサンプリングし、各結晶粒子の外周をほぼ４等分する任意の４点が位置する結晶粒界を分析したとき、該複数の分析点のうちの７０％以上の分析点において、上述したＲ、ＭおよびＳｉを含むことを特徴としている。
【００２２】
上述した結晶粒界の分析方法としては、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）法が好適に用いられる。
【００２３】
上述した誘電体セラミックは、これに限定されないが、たとえば、以下のような方法によって好適に製造することができる。この発明は、このような誘電体セラミックの製造方法にも向けられる。
【００２４】
この発明に係る誘電体セラミックの製造方法は、ＡＢＯ３を合成し、粉砕することによって、ＡＢＯ３粉末を得る工程と、Ｒを含有するＲ化合物、Ｍを含有するＭ化合物およびたとえばＳｉＯ２のようなＳｉを含有するＳｉ化合物をそれぞれ用意する工程と、Ｒ化合物とＭ化合物とＳｉ化合物とを混合し、得られた混合物を仮焼し、粉砕することによって、添加成分仮焼粉末を得る工程と、ＡＢＯ３粉末と添加成分仮焼粉末とを、Ｒの含有量がＡＢＯ３１００モル部に対して２モル部以上となり、Ｓｉの含有量がＡＢＯ３１００モル部に対して１モル部以上となるように混合して得られた混合粉末を成形することによって、成形体を得る工程と、成形体を焼成する工程とを備えることを特徴としている。
【００２６】
この発明は、また、上述のような誘電体セラミックを用いて構成される積層セラミックコンデンサにも向けられる。
【００２７】
この発明に係る積層セラミックコンデンサは、複数の積層された誘電体セラミック層および誘電体セラミック層間の特定の界面に沿って形成された内部電極を含む、積層体と、内部電極の特定のものに電気的に接続されるように積層体の外表面上に形成される外部電極とを備えるもので、誘電体セラミック層が、上述したような誘電体セラミックからなり、内部電極が、卑金属を導電成分として含むことを特徴としている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態による積層セラミックコンデンサ１を図解的に示す断面図である。
【００２９】
積層セラミックコンデンサ１は、積層体２を備えている。積層体２は、積層される複数の誘電体セラミック層３と、複数の誘電体セラミック層３の間の特定の複数の界面に沿ってそれぞれ形成される複数の内部電極４および５とをもって構成される。内部電極４および５は、積層体２の外表面にまで到達するように形成されるが、積層体２の一方の端面６にまで引き出される内部電極４と他方の端面７にまで引き出される内部電極５とが、積層体２の内部において交互に配置されている。
【００３０】
積層体２の外表面上であって、端面６および７上には、外部電極８および９がそれぞれ形成されている。また、外部電極８および９上には、ニッケル、銅などからなる第１のめっき層１０および１１がそれぞれ形成され、さらにその上には、半田、錫などからなる第２のめっき層１２および１３がそれぞれ形成されている。
【００３１】
このような積層セラミックコンデンサ１において、誘電体セラミック層３は、ＡＢＯ３（Ａは、Ｂａ、または、ＳｒおよびＣａから選ばれた少なくとも１種ならびにＢａである。Ｂは、Ｔｉ、または、ＺｒおよびＨｆから選ばれた少なくとも１種ならびにＴｉであり、ＢにおけるＺｒの含有モル比が０．０９以下である。）を主成分とし、添加成分として、Ｒ（Ｒは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＬｕおよびＹから選ばれた少なくとも１種である。）、Ｍ（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｒおよびＭｎから選ばれた少なくとも１種である。）およびＳｉを含有し、Ｒの含有量は、ＡＢＯ３１００モル部に対して２モル部以上であり、Ｓｉの含有量は、ＡＢＯ３１００モル部に対して１モル部以上である、誘電体セラミックから構成される。
【００３２】
この誘電体セラミックは、ＡＢＯ３を主成分とする結晶粒子とこれら結晶粒子間を占める結晶粒界とを備えるものであるが、この誘電体セラミックの断面において、結晶粒子の複数を無作為にサンプリングし、各結晶粒子の外周をほぼ４等分する任意の４点が位置する結晶粒界を分析したとき、該複数の分析点のうちの７０％以上の分析点において、上述したＲおよびＭを含むことを特徴としている。すなわち、誘電体セラミックは、結晶粒界の７０％以上の領域において、Ｒ、ＭおよびＳｉが存在していることを特徴としている。
【００３４】
上述したように、Ｒ、ＭおよびＳｉが、結晶粒界における７０％以上の分析点で存在しない場合には、高温高電圧における絶縁抵抗の加速寿命が短くなったり、誘電体セラミック層３を薄層化した場合の信頼性が低下したり、直流電圧印加での静電容量の経時変化が大きくなったりすることが、後述する実験例からわかるように、判明している。
【００３５】
上述した結晶粒界には、Ｒ、ＭおよびＳｉのほかに、主成分の構成元素であるＡもしくはＢ、または、Ｍｇ、Ｖ、Ｂ、Ａｌなどが存在していても、電気的特性を低下させることはない。
【００３６】
なお、この明細書において「結晶粒界」とは、ＡＢＯ3 を主成分とする２つの結晶粒子の間に形成される領域を指す場合と、３つ以上の結晶粒子の間に形成される領域（いわゆる３重点）を指す場合とがある。より具体的には、誘電体セラミックの断面において、結晶学的に結晶粒子間に明らかな層が観察された場合、これが結晶粒界となる。また、誘電体セラミックの断面において、結晶学的に結晶粒子間に他の層が観察されず、結晶粒子同士が接合されている場合には、接合点および接合線を中心とした２ｎｍずつの領域が結晶粒界となる。
【００３７】
内部電極４および５は、たとえば、ニッケル、ニッケル合金、銅または銅合金のような卑金属を導電成分として含んでいる。
【００３８】
また、外部電極８および９は、導電性金属粉末の焼結層またはガラスフリットを添加した導電性金属粉末の焼結層をもって構成される。
【００３９】
次に、この積層セラミックコンデンサ１の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、誘電体セラミック層３を構成する誘電体セラミックの原料粉末が用意される。この原料粉末は、以下のようにして作製されることが好ましい。
【００４１】
まず、ＡＢＯ3 が合成され、粉砕されることによって、ＡＢＯ3 粉末が作製される。
【００４２】
他方、Ｒを含有するＲ化合物、Ｍを含有するＭ化合物およびＳｉを含有するＳｉ化合物がそれぞれ用意される。
【００４３】
次いで、Ｒ化合物とＭ化合物とＳｉ化合物とを混合し、得られた混合物を仮焼し、粉砕することによって、添加成分仮焼粉末が作製される。
【００４４】
そして、ＡＢＯ3 粉末とこの添加成分仮焼粉末とを混合して得られた混合粉末が、誘電体セラミックの原料粉末として用いられる。
【００４５】
上述のように、ＡＢＯ3 粉末と添加成分仮焼粉末とを別々に作製した後、これらを混合して得られた混合粉末を、原料粉末として用いることにより、この混合粉末を成形して得られた成形体を焼成して誘電体セラミックを作製したとき、その結晶粒界に、ＲおよびＭを比較的均一に存在させることがより容易になる。
【００４６】
他方、誘電体セラミックの原料粉末として、たとえば、ＡＯ、ＢＯ2 、Ｒ2 Ｏ3 、ＭＯおよびＳｉＯ2 をすべて混合して、一度に反応させて得られたもの、あるいは、ＡＢＯ3 、Ｒ2 Ｏ3 、ＭＯおよびＳｉＯ2 をすべて混合して、一度に反応させて得られたものなどを用いると、焼成して得られた誘電体セラミックにおいて、結晶粒界の組成が不均一になりやすい。
【００４７】
誘電体セラミックの原料粉末に関して、ＡＢＯ3 粉末の平均粒径は、誘電体セラミック層３の薄層化に対応するには、０．０５〜０．７μｍであることが望ましい。このような粒径のＡＢＯ3 粉末を原料として用いた場合、誘電体セラミック層３は、問題なく、１μｍ程度にまで薄層化することができる。
【００４８】
次に、Ｒの含有量がＡＢＯ３１００モル部に対して２モル部以上となり、Ｓｉの含有量がＡＢＯ３１００モル部に対して１モル部以上となるように、ＡＢＯ３粉末と添加成分仮焼粉末とを混合して得られた混合粉末に、有機バインダおよび溶剤を添加し、混合することによって、スラリーが作製され、このスラリーを用いて、誘電体セラミック層３となるセラミックグリーンシートが成形される。
【００４９】
次いで、特定のセラミックグリーンシート上に、内部電極４または５となるべき導電性ペースト膜がたとえばスクリーン印刷によって形成される。この導電性ペースト膜は、前述したように、ニッケル、ニッケル合金、銅または銅合金を導電成分として含んでいる。なお、内部電極４および５は、スクリーン印刷法のような印刷法のほか、たとえば、蒸着法、めっき法などによって形成されてもよい。
【００５０】
次いで、上述のように導電性ペースト膜を形成したセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートが積層され、熱圧着された後、必要に応じてカットされる。このようにして、複数のセラミックグリーンシート、およびセラミックグリーンシート間の特定の界面に沿ってそれぞれ形成された内部電極４および５となるべき導電性ペースト膜が積層された構造を有する生の積層体が得られる。この生の積層体において、導電性ペースト膜は、その端縁をいずれかの端面に露出させている。
【００５１】
次いで、生の積層体は、還元性雰囲気中において焼成される。これによって、図１に示すような焼結後の積層体２が得られ、積層体２において、前述のセラミックグリーンシートが誘電体セラミック層３を構成し、導電性ペースト膜が内部電極４または５を構成する。
【００５２】
次いで、内部電極４および５の露出した各端縁にそれぞれ電気的に接続されるように、積層体２の端面６および７上に、それぞれ、外部電極８および９が形成される。
【００５３】
外部電極８および９の材料としては、内部電極４および５と同じ材料を用いることができるが、銀、パラジウム、銀−パラジウム合金なども使用可能であり、また、これらの金属粉末に、Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −ＢａＯ系ガラス、Ｌｉ2 Ｏ−ＳｉＯ2 −ＢａＯ系ガラス、Ｂ2 Ｏ3 −Ｌｉ2 Ｏ−ＳｉＯ2 −ＢａＯ系ガラスなどからなるガラスフリットを添加したものも使用可能である。積層セラミックコンデンサ１の用途、使用場所などを考慮に入れて適当な材料が選択される。
【００５４】
また、外部電極８および９は、通常、上述のような導電性金属の粉末を含むペーストを、焼成後の積層体２の外表面上に塗布し、焼き付けることによって形成されるが、焼成前の生の積層体の外表面上に塗布し、積層体２を得るための焼成と同時に焼き付けることによって形成されてもよい。
【００５５】
その後、外部電極８および９上に、ニッケル、銅などのめっきを施し、第１のめっき層１０および１１を形成する。そして、この第１のめっき層１０および１１上に、半田、錫などのめっきを施し、第２のめっき層１２および１３を形成する。なお、外部電極８および９上に、このようなめっき層１０〜１３のような導体層を形成することは、積層セラミックコンデンサ１の用途によっては省略されることもある。
【００５６】
以上のようにして、積層セラミックコンデンサ１が完成される。
【００５７】
このようにして得られた積層セラミックコンデンサ１において、誘電体セラミック層３を構成する誘電体セラミックは、ＡＢＯ３を主成分とする結晶粒子と結晶粒子間を占める結晶粒界とを備えるが、この誘電体セラミックの断面において、結晶粒子の複数を無作為にサンプリングし、各結晶粒子の外周をほぼ４等分する任意の４点が位置する結晶粒界を分析したとき、該複数の分析点のうちの７０％以上の分析点において、Ｒ、ＭおよびＳｉが含まれている。その結果、後述する実験例からわかるように、誘電体セラミック層３を構成する誘電体セラミックは、誘電率が高く、誘電率の温度変化および直流電圧印加下での静電容量の経時変化が小さく、誘電損失が小さく、絶縁抵抗が高く、高温高電圧における絶縁抵抗の加速寿命が長く、そのため、誘電体セラミック層３を薄層化しても、優れた信頼性を有する積層セラミックコンデンサ１とすることができる。
【００５８】
なお、誘電体セラミックの原料粉末の作製や、その他の積層セラミックコンデンサ１の製造工程のいずれかの段階において、Ａｌ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｎａ、Ｎ等が不純物として混入する可能性があるが、これら不純物の混入は、積層セラミックコンデンサ１の電気的特性上、問題となることはない。
【００５９】
また、積層セラミックコンデンサ１の製造工程のいずれかの段階において、内部電極４および５にＦｅ等が不純物として混入する可能性もあるが、この不純物の混入についても、電気的特性上、問題となることはない。
【００６０】
次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。
【００６１】
【実験例】
【００６２】
【表１】
0004392821.tif 000002
【００６３】
（実施例１）
実施例１は、ＡＢＯ3 としてＢａＴｉＯ3 、添加成分としてＤｙ2 Ｏ3 −（ＮｉＯ，ＭｎＯ2 ）−ＳｉＯ2 を用いたものである。その組成が表１の「実施例１」の欄に示されている。表１において、各成分の含有量は、ＡＢＯ3 １００モルに対してのモル比で表わしている。
【００６４】
まず、主成分の出発原料として、ＴｉＣｌ4 とＢａ（ＮＯ3 ）2 とを準備し、これらを秤量した後、蓚酸を用いて、蓚酸チタニルバリウム｛ＢａＴｉＯ（Ｃ2 Ｏ4 ）・４Ｈ2 Ｏ｝として沈殿させ、沈殿物を得た。この沈殿物を、１０００℃以上の温度で加熱分解させて、ＢａＴｉＯ3 を合成し、これを粉砕することによって、ＢａＴｉＯ3 粉末を得た。
【００６５】
他方、添加成分として、Ｄｙ2 Ｏ3 、ＮｉＯ、ＭｎＯ2 およびＳｉＯ2 を用意し、これらを、表１に示す組成比となるように、ボールミルを用いて湿式混合し、１０００℃の温度で２時間仮焼し、次いで粉砕することによって、添加成分仮焼粉末を得た。
【００６６】
次に、上述のＢａＴｉＯ3 粉末と添加成分仮焼粉末とを、表１に示す組成比となるように配合することによって、誘電体セラミックの原料粉末となる混合粉末を得た。
【００６７】
次に、この混合粉末に、ポリビニルブチラール系バインダおよびエタノール等の有機溶剤を加え、ボールミルを用いた湿式混合を実施することによって、セラミックスラリーを作製した。
【００６８】
次に、セラミックスラリーを、ドクターブレード法によって、焼成後の誘電体セラミック層の厚みが２μｍになるような厚みをもってシート状に成形し、矩形のセラミックグリーンシートを得た。
【００６９】
次に、セラミックグリーンシート上に、ニッケルを主体とする導電性ペーストをスクリーン印刷し、内部電極となるべき導電性ペースト膜を形成した。
【００７０】
次いで、導電性ペースト膜が引き出されている側が互い違いとなるように、導電性ペースト膜が形成されたセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートを積層し、生の積層体を得た。
【００７１】
次に、生の積層体を、窒素雰囲気中において３５０℃の温度に加熱し、バインダを燃焼させた後、酸素分圧１０-9〜１０-12 ＭＰａのＨ2 −Ｎ2 −Ｈ2 Ｏガスからなる還元性雰囲気中において、後掲の表２に示す温度にて２時間焼成し、焼結した積層体を得た。
【００７２】
次いで、積層体の両端面上に、Ｂ2 Ｏ3 −Ｌｉ2 Ｏ−ＳｉＯ2 −ＢａＯ系のガラスフリットを含有するとともに銀を導電成分とする導電性ペーストを塗布し、窒素雰囲気中において６００℃の温度で焼き付け、内部電極と電気的に接続された外部電極を形成した。
【００７３】
このようにして得られた積層セラミックコンデンサの外形寸法は、幅１．６ｍｍ、長さ３．２ｍｍおよび厚さ１．２ｍｍであり、内部電極間に介在する誘電体セラミック層の厚みは、２μｍであった。また、有効誘電体セラミック層の層数は１００であり、１層あたりの対向電極面積は２．１ｍｍ2 であった。
【００７４】
（比較例１）
表１に示すように、実施例１と同じ組成とするが、ＢａＣＯ3 、ＴｉＯ2 、Ｄｙ2 Ｏ3 、ＭｎＯ2 およびＳｉＯ2 を一度に混合し、１０００℃で仮焼し、粉砕することによって得られた原料粉末を用いて、実施例１と同様の操作を経て、積層セラミックコンデンサを作製した。
【００７５】
（実施例２）
表１に示すように、ＡＢＯ３として（Ｂａ0.97Ｓｒ0.03）ＴｉＯ３、添加成分として（Ｓｍ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３）−（ＭｎＯ２，Ｆｅ２Ｏ3 ）を用い、他の添加成分としてＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３およびＭｇＯを用いたこと、ならびに表２に示す焼成温度を採用したことを除いて、実施例１と同様の操作を経て、積層セラミックコンデンサを作製した。なお、ＡＢＯ３としての（Ｂａ0.97Ｓｒ0.03）ＴｉＯ３は、ＢａＯ、ＳｒＯおよびＴｉＯ２を混合した後、仮焼することによって合成した。実施例２は、予め仮焼される添加成分にＳｉを含まない点で、この発明の範囲外の参考例である。
【００７６】
（比較例２）
表１に示すように、実施例２と同じ組成とするが、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2 、Ｓｍ2 Ｏ3 、Ｈｏ2 Ｏ3 、ＭｎＯ2 およびＦｅ2 Ｏ3 を混合した後、仮焼することによって得られた仮焼粉末とＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ3 およびＭｇＯの各粉末とを混合したものを原料粉末と用いたことを除いて、実施例２と同様の操作を経て、積層セラミックコンデンサを作製した。
【００７７】
（実施例３）
表１に示すように、ＡＢＯ3 として（Ｂａ0.90Ｃａ0.10）（Ｔｉ0.90Ｚｒ0.09Ｈｆ0.01）Ｏ3 、添加成分として（Ｙ2 Ｏ3 ，Ｔｍ2 Ｏ3 ）−ＮｉＯ−ＳｉＯ2 を用い、他の添加成分としてＭｇＯを用いたこと、ならびに表２に示す焼成温度を採用したことを除いて、実施例１と同様の操作を経て、積層セラミックコンデンサを作製した。なお、ＡＢＯ3 としての（Ｂａ0.90Ｃａ0.10）（Ｔｉ0.90Ｚｒ0.09Ｈｆ0.01）Ｏ3 は、ＢａＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 およびＨｆＯ2 を混合した後、仮焼することによって合成した。
【００７８】
（比較例３）
表１に示すように、実施例３と同じ組成とするが、ＢａＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、Ｙ2 Ｏ3 、Ｔｍ2 Ｏ3 、ＮｉＯおよびＳｉＯ2 を混合した後、仮焼することによって得られた仮焼粉末とＭｇＯ粉末とを混合したものを原料粉末として用いたことを除いて、実施例３と同様の操作を経て、積層セラミックコンデンサを作製した。
【００７９】
（実施例４）
表１に示すように、ＡＢＯ３として（Ｂａ0.95Ｓｒ0.05）（Ｔｉ0.95Ｚｒ0.05）Ｏ３、添加成分として（Ｅｒ２Ｏ３，ＭｎＯ２）を用い、他の添加成分としてＭｇＯ、ＳｉＯ２およびＶ２Ｏ５を用いたこと、ならびに表２に示す焼成温度を採用したことを除いて、実施例１と同様の操作を経て、積層セラミックコンデンサを作製した。なお、ＡＢＯ３としての（Ｂａ0.95Ｓｒ0.05）（Ｔｉ0.95Ｚｒ0.05）Ｏ３は、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ２およびＺｒＯ２を混合した後、仮焼することによって合成した。実施例４は、予め仮焼される添加成分にＳｉを含まない点で、この発明の範囲外の参考例である。
【００８０】
（比較例４）
表１に示すように、実施例４と同様の組成とするが、ＡＢＯ3 として予め合成した（Ｂａ0.95Ｓｒ0.05）（Ｔｉ0.95Ｚｒ0.05）Ｏ3 とＥｒ2 Ｏ3 とＭｎＯ2 とを仮焼し、その後、他の添加成分としてのＳｉＯ2 、Ｖ2 Ｏ5 およびＭｎＯ2 を添加したものを原料粉末として用いたことを除いて、実施例４と同様の操作を経て、積層セラミックコンデンサを作製した。
【００８１】
（実施例５）
表１に示すように、ＡＢＯ3 として（Ｂａ0.97Ｓｒ0.03）ＴｉＯ3 、添加成分としてＹｂ2 Ｏ3 −（ＣｏＯ，Ｃｒ2 Ｏ3 ）−ＳｉＯ2 を用い、他の添加成分としてＢ2 Ｏ3 およびＭｇＯを用いたこと、ならびに表２に示す焼成温度を採用したことを除いて、実施例１と同様の操作を経て、積層セラミックコンデンサを作製した。なお、ＡＢＯ3 としての（Ｂａ0.97Ｓｒ0.03）ＴｉＯ3 は、ＢａＯ、ＳｒＯおよびＴｉＯ2 を混合した後、仮焼することによって合成した。
【００８２】
（比較例５）
表１に示すように、ＡＢＯ3 として予め合成した（Ｂａ0.97Ｓｒ0.03）ＴｉＯ3 の粉末と、予め合成したＹｂ2 Ｏ3 −ＭｇＯ−ＳｉＯ2 の仮焼粉末と、Ｂ2 Ｏ3 、ＣｏＯおよびＣｒ2 Ｏ3 の各粉末とを混合したものを原料粉末として用いたことを除いて、実施例５と同様の操作を経て、積層セラミックコンデンサを作製した。
【００８３】
（評価）
このようにして得られた実施例１〜５および比較例１〜５に係る積層セラミックコンデンサの各種特性を評価した。
【００８４】
まず、各積層セラミックコンデンサの誘電率ε、誘電損失（ｔａｎδ）および絶縁抵抗を測定した。この場合、誘電率εおよびｔａｎδは、温度２５℃、１ｋＨｚ、および１Ｖｒｍｓの条件下で測定した。また、４ｋＶ／ｍｍの電界強度の下で絶縁抵抗を測定するため、２０Ｖの直流電圧を２分間印加して、＋２５℃において絶縁抵抗を測定し、静電容量（Ｃ）と絶縁抵抗（Ｒ）との積、すなわちＣＲ積を求めた。
【００８５】
また、温度変化に対する静電容量の変化率を求めた。この温度変化に対する静電容量の変化率については、２０℃での静電容量を基準とした−２５℃と８５℃との間での変化率（ΔＣ／Ｃ20）と、２５℃での静電容量を基準とした−５５℃と１２５℃との間での変化率（ΔＣ／Ｃ25）とを評価した。
【００８６】
また、高温負荷寿命試験を実施した。高温負荷寿命試験は、３６個の試料について、温度１５０℃において、電界強度が１５ｋＶ／ｍｍになるように３０Ｖの電圧を印加して、その絶縁抵抗の経時変化を求めようとしたものである。なお、高温負荷寿命として、各試料の絶縁抵抗値が２００ｋΩ以下になったときの時間を寿命時間として、その平均寿命時間を求めた。
【００８７】
また、静電容量の経時変化を求めた。静電容量の経時変化は、温度１２５℃、１ｋＨｚ、１Ｖｒｍｓ、および直流電圧３．１５Ｖ印加の条件下で、６０時間後の容量変化を測定し、直流電圧印加直後の１２５℃での静電容量を基準として容量変化率を求めた。
【００８８】
以上の誘電率ε、ｔａｎδ、ＣＲ積、温度特性（ΔＣ／Ｃ20）、温度特性  （ΔＣ／Ｃ25）、高温負荷寿命および静電容量の経時変化が、表２に示されている。
【００８９】
【表２】
0004392821.tif 000003
【００９０】
また、実施例１〜５および比較例１〜５に係る積層セラミックコンデンサに備える誘電体セラミック層の微細構造について調べた。
【００９１】
すなわち、得られた積層セラミックコンデンサを薄片状に研磨し、透過型電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＸ）によって、任意の結晶粒界に位置する複数の分析点での構成元素を分析した。より具体的には、任意の広さの視野に観察された結晶粒子の外周を、ほぼ４等分する任意の４点を分析点とした。必要であれば、結晶粒子の外周長を適当な近似を用いて計算し、ほぼ４等分することも行なった。また、このとき、分析点は、２つの結晶粒子により形成される領域から選ぶ場合も、３つ以上の結晶粒子によって形成される領域から選ぶ場合もあった。また、同一の結晶粒子間で形成される粒界での分析の重複を避けるようにした。なお、この分析において、電子線として、２ｎｍのプローブを用いた。
【００９２】
表３には、Ｒ、ＭおよびＳｉが検出された分析点の割合（％）が示されている。
【００９３】
【表３】
0004392821.tif 000004
【００９４】
図２ないし図５は、表３に示したデータの根拠となるＥＤＸスペクトルを例示したものである。より具体的には、図２は、実施例１の場合であって、ある１つの分析点におけるＥＤＸスペクトルを示し、図３ないし図５は、比較例１の場合であって、３つの分析点の各々におけるＥＤＸスペクトルを示している。
【００９５】
図２を参照して、実施例１によれば、Ｒ成分であるＤｙのピーク、Ｍ成分であるＮｉのピーク、およびＳｉのピークが表われている。このことから、特定の分析点において、図２に示すようなＥＤＸスペクトルが得られたとき、Ｒ、ＭおよびＳｉの３種類が存在していると判定することができる。
【００９６】
表３に示すように、実施例１によれば、上述のようにＲ、ＭおよびＳｉの３種類の成分が検出された分析点が９０％あり、ＲおよびＭの２種類の成分が検出された分析点が３％あり、ＲおよびＳｉの２種類の成分が検出された分析点が１％あり、ＭおよびＳｉの２種類の成分が検出された分析点が３％あり、Ｒの１種類の成分が検出された分析点がなく、Ｍの１種類の成分が検出された分析点がなく、Ｓｉの１種類の成分が検出された分析点が３％あった。したがって、ＲおよびＭの２種類の成分を含む分析点とＲ、ＭおよびＳｉの３種類の成分を含む分析点との合計は、９３％であった。
【００９７】
なお、図２において検出されているＦｅは、試料を作製するいずれかの段階で混入した不純物であると推測される。
【００９８】
他方、比較例１においては、図３のようなＥＤＸスペクトルを示す分析点、すなわち、Ｒ成分であるＤｙのピーク、ならびにＭ成分であるＮｉピークが同時に検出される分析点が少なく、表３に示すように、４０％に過ぎなかった。なお、図３のＥＤＸスペクトルは、３つの結晶粒子の間に形成される結晶粒界（すなわち３重点）において分析したものである。
【００９９】
図４および図５に示すように、比較例１では、Ｒ成分であるＤｙのピークとＭ成分であるＮｉまたはＭｎのピークとが同時には検出されない分析点が多かった。図４は、Ｍ成分であるＮｉのピークおよびＳｉのピークのみが確認できた分析点の例を示し、図５は、Ｒ成分であるＤｙのピークのみが確認できた分析点の例を示している。
【０１００】
表３には、実施例２〜５ならびに比較例２〜５についても、同様の要領で、各種分析点の比率が示されている。
【０１０１】
以上の評価結果からわかるように、実施例１〜５の各々と比較例１〜５の各々とを比較すれば、表２に示すように、誘電率ε、ｔａｎδ、ＣＲ積および温度特性に関しては、それぞれ、相応の差が見られるものの、特に、高温負荷寿命および静電容量の経時変化については、顕著な差が見られ、実施例１〜５の各々、特に、予め仮焼される添加成分にＳｉを含む実施例１、３および５の各々は、比較例１〜５の各々と比較して、格段に優れた特性が得られている。
【０１０２】
その理由は、表３に示すように、比較例１〜５では、いずれも、ＲおよびＭの２種類を含む分析点の比率とＲ、ＭおよびＳｉの３種類を含む分析点の比率との合計が７０％未満であるのに対し、実施例１〜５によれば、いずれも、これら分析点の比率の合計が７０％以上であるためである。
【０１０３】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る誘電体セラミックによれば、この誘電体セラミックの断面において、結晶粒子の複数を無作為にサンプリングし、各結晶粒子の外周をほぼ４等分する任意の４点が位置する結晶粒界を分析したとき、該複数の分析点のうちの７０％以上の分析点において、Ｒ（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＬｕおよびＹのうちの少なくとも１種）、Ｍ（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｒおよびＭｎのうちの少なくとも１種）およびＳｉが検出されるので、耐還元性誘電体セラミックであるにも関わらず、誘電率が高く、誘電率の温度変化および直流電圧印加下での静電容量の経時変化が小さく、誘電損失が小さく、絶縁抵抗が高く、高温高電圧における絶縁抵抗の加速寿命が長くすることができる。
【０１０４】
そのため、この誘電体セラミックをもって積層セラミックコンデンサの誘電体セラミック層を構成すれば、誘電体セラミック層の薄層化に対しても、優れた信頼性を維持し得る積層セラミックコンデンサを得ることができる。
【０１０５】
したがって、誘電体セラミック層の薄層化によって、積層セラミックコンデンサの小型化かつ大容量化が可能となり、また、誘電体セラミック層を薄層化しても、積層セラミックコンデンサの定格電圧を下げる必要がない。その結果、たとえば、誘電体セラミック層の厚みを１μｍ程度にまで薄層化することが問題なく行なうことができる。
【０１０６】
また、この発明に係る誘電体セラミックは耐還元性誘電体セラミックであるので、積層セラミックコンデンサの内部電極において、卑金属を導電成分として問題なく用いることができる。
【０１０７】
この発明に係る誘電体セラミックの製造方法によれば、ＡＢＯ３粉末を得る工程と、Ｒ化合物およびＭ化合物をそれぞれ用意する工程と、Ｒ化合物とＭ化合物とＳｉ化合物とを混合し、得られた混合物を仮焼し、粉砕することによって、添加成分仮焼粉末を得る工程と、ＡＢＯ３粉末と添加成分仮焼粉末とを混合して得られた混合粉末を成形することによって、成形体を得る工程と、成形体を焼成する工程とを備えているので、これら構成元素をすべて混合して一度に反応させる方法を採用する場合に比べて、結晶粒界での組成をより均一にすることができる。したがって、前述したようなＲ、ＭおよびＳｉを含む分析点を、７０％以上とすることが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による積層セラミックコンデンサ１を図解的に示す断面図である。
【図２】実施例１において作製された積層セラミックコンデンサの誘電体セラミック層の結晶粒界に位置するある特定の分析点におけるＥＤＸスペクトルを示す図である。
【図３】比較例１において作製された積層セラミックコンデンサの誘電体セラミック層の結晶粒界に位置する任意の第１の分析点におけるＥＤＸスペクトルを示す図である。
【図４】比較例１において作製された積層セラミックコンデンサの誘電体セラミック層の結晶粒界に位置する任意の第２の分析点におけるＥＤＸスペクトルを示す図である。
【図５】比較例１において作製された積層セラミックコンデンサの誘電体セラミック層の結晶粒界に位置する任意の第３の分析点におけるＥＤＸスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１  積層セラミックコンデンサ
２  積層体
３  誘電体セラミック層
４，５  内部電極
８，９  外部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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