专利名称：电介质陶瓷组合物、电子部件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用作例如叠层陶瓷电容器等电子部件的电介质层等的电介质陶瓷组合物及其制造方法、以及具有该电介质陶瓷组合物作为电介质层的电子部件。
背景技术：
作为电子部件的一个例子的叠层陶瓷电容器是如下制造的例如，在含有规定电介质陶瓷组合物的陶瓷生片上印刷规定图案的内部电极、将它们多片交替重叠，并进行一体化得到生芯片，同时将该生芯片烧成。为了使叠层陶瓷电容器的内部电极层通过烧成而与陶瓷电介质一体化，必需选择不与陶瓷电介质反应的材料。为此，作为构成内部电极层的材料，原来一直使用铂、钯等昂贵的贵金属。
但是近年来，开发了可以使用镍、铜等便宜的贱金属的电介质陶瓷组合物，实现了大幅度的成本降低。
此外，近年来，伴随着电子电路高密度化，对电子部件的小型化要求高，叠成陶瓷电容器的小型化、大容量化快速发展。为了使叠层陶瓷电容器小型化、大容量化，一般采用使电介质层变薄的方法，或者增加电介质层中含有的电介质陶瓷组合物的相对介电常数的方法等。但是，如果使电介质层变薄时，则由于施加直流电压时作用于电介质层的电场变强，因此存在相对介电常数经时变化、即容量的经时变化显著变大的问题。
为了改进直流电场下容量的经时变化，提出了作为电介质层中所含的电介质粒子，使用具有小平均结晶粒径的电介质粒子的方法(例如特开平8-124785号公报)。在该特开平8-124785号公报中，公开了具有特定组成，并且电介质粒子的平均结晶粒径为0.45μm以下的电介质陶瓷组合物。但是，对于该文献记载的电介质陶瓷组合物，由于相对介电常数过低，所以难以应对小型化、大容量化。
发明内容
鉴于这样的实际情况，本发明的目的是提供在不使其它电特性(例如，静电容量的温度特性、绝缘电阻(IR)、IR加速寿命、介电损耗)恶化的条件下，能够提高相对介电常数的电介质陶瓷组合物及其制造方法。此外，本发明的目的还在于提供具有由上述电介质陶瓷组合物构成的电介质层的叠层陶瓷电容器等电子部件。
本发明人不仅着眼于作为主成分原料使用的钛酸钡中Ba和Ti的摩尔比，而且还关注作为副成分含有的BaO，发现通过主成分和BaO，使电介质陶瓷组合物中含有的Ba和Ti的摩尔比在规定范围，可以高水平兼顾相对介电常数、容量温度特性、IR加速寿命、介电损耗等，从而完成了本发明。
即本发明的电介质陶瓷组合物的制造方法是制造含有下述成分的电介质陶瓷组合物的方法含有钛酸钡的主成分，所述钛酸钡以组成式BamTiO2+m表示，上述组成式中的m满足0.990＜m＜1.010的关系；第4副成分，所述第4副成分含有R的氧化物(其中，R为选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少1种)；至少含有BaO的其它副成分，该方法的特征在于，具有使上述主成分原料和上述第4副成分原料的至少一部分预先反应，准备反应过的原料的工序；当上述其它副成分中含有的BaO量相对于上述主成分100摩尔为n摩尔，上述主成分和上述BaO由组成式Bam+n/100TiO2+m+n/100表示时，上述组成式中m和n的关系为0.994＜m+n/100＜1.014。
在本发明中，通过使上述主成分原料和上述第4副成分原料的至少一部分预先反应，可以使至少在上述主成分粒子的内部存在上述第4副成分。要说明的是，反应后只要至少第4副成分存在于主成分粒子的内部即可。也就是说，在主成分粒子内部，第4副成分既可以不均匀存在，也可以均匀存在，此外，其含有比例也可以缓慢变化。因此，可以在不使其它电特性(例如静电容量的温度特性、绝缘电阻、绝缘电阻的加速寿命、介电损耗)恶化的条件下提高相对介电常数。
此外，在作为主成分的上述组成式BamTiO2+m中，通过使表示Ba和Ti的摩尔比的m值在上述范围，就能使上述特性更好。此外，不仅通过改变主成分原料的m值、而且通过改变作为副成分的BaO添加量，使表示电介质陶瓷组合物中Ba和Ti摩尔比的m+n/100的值在上述范围内，由此，既能够保持高相对介电常数，还能使静电容量的温度特性、绝缘电阻的加速寿命良好。
在本发明中，优选得到上述反应过的原料的工序为使上述主成分的原料和上述第4副成分原料的至少一部分预先固溶的工序。通过固溶，能使上述第4副成分均匀地固溶在上述主成分中，能够进一步提高上述电特性。
在本发明中，反应是以包含固溶、涂布等的概念使用的，包括制作出在主成分粒子内部存在第4副成分的状态的方法。
在本发明中，优选具有使上述主成分原料和将包含在上述电介质陶瓷组合物中的上述第4副成分的原料的一部分预先反应，准备反应过的原料的工序；和向上述反应过的原料中添加将包含在上述电介质陶瓷组合物中的其余的上述第4副成分的原料和将以BaO的形态包含在上述电介质陶瓷组合物中的原料的工序。
在本发明中，优选与上述主成分原料预先反应的上述第4副成分原料不是将包含在上述电介质陶瓷组合物中的第4副成分的全部，而是一部分。而且，优选向得到的反应过的原料中添加其余的第4副成分的原料和以BaO形态包含在上述电介质陶瓷组合物中的原料，根据需要进行煅烧，然后进行烧成。因此，优选不使主成分和BaO预先反应。这样，能够提高本发明的作用效果。
在本发明中，相对于上述主成分100摩尔，以R计，优选使最终得到的上述电介质陶瓷组合物中的上述第4副成分含量为0.1～10摩尔，更优选为0.2～6摩尔。
在本发明中，通过使电介质陶瓷组合物中含有的第4副成分含量在上述范围，能够提高静电容量的温度特性。如果第4副成分的含量过少，则不能得到第4副成分的添加效果，静电容量的温度特性有恶化的倾向，而如果含量过多，则烧结性有恶化的倾向。
在本发明中，相对于上述主成分100摩尔，优选使与上述主成分原料预先反应的上述第4副成分以R计为0～0.5摩尔(其中不包括0)。
或者，在本发明中，相对于上述电介质陶瓷组合物中最终将含有的上述第4副成分的总量100摩尔％，以R计，与上述主成分原料预先反应的上述第4副成分的比例优选为0～50摩尔％(其中不包括0和50)，更优选为0～25摩尔％(其中不包括0)。
如果与上述主成分原料预先反应的上述第4副成分原料的量过多，则烧成后得到的烧结体的结晶粒径变得过大，有温度特性恶化、或绝缘电阻(IR)降低的倾向。
在本发明中，优选上述其它副成分具有第1副成分、第2副成分和第3副成分，上述第1副成分含有选自MgO、CaO、BaO和SrO中的至少一种，上述第2副成分主要含有SiO2，并含有选自MO(其中，M为选自Mg、Ca、Ba和Sr中的至少1种)、Li2O和B2O3中的至少一种，上述第3副成分含有选自V2O5、MoO3和WO3中的至少一种，相对于上述主成分100摩尔，各副成分的比例为第1副成分0.1～5摩尔；第2副成分0.1～12摩尔；第3副成分0～0.3摩尔(其中，不包括0)。
在本发明中，优选上述其它副成分还具有第5副成分，所述第5副成分为选自MnO和Cr2O3中的至少一种，相对于上述主成分100摩尔，第5副成分的比例为0.05～1.0摩尔。
在本发明中，在含有上述第4副成分的同时，还含有上述第1～第3副成分(更优选还含有第5副成分)，由此能够提高静电容量的温度特性，特别是能够满足EIA规格的X7R特性(-55～125℃，ΔC＝±15％以内)。要说明的是，对于上述第1～第3、第5副成分的添加时机并不特别限定，但是优选将上述第1～第3、第5副成分添加到上述主成分原料和上述第4副成分原料的至少一部分预先反应后得到的反应过的原料中。
在本发明中，作为上述主成分的原料，优选使用平均粒径为0.05～0.5μm的原料，更优选使用平均粒径为0.1～0.4μm的原料。通过使用平均粒径在上述范围的主成分原料，由于可使烧结后的电介质粒子平均结晶粒径优选微细化到0.1～0.3μm，因此能够降低相对介电常数的经时变化。
本发明的电介质陶瓷组合物为通过上述任何一种方法制造的电介质陶瓷组合物。
本发明的电子部件具有由上述电介质陶瓷组合物构成的电介质层。作为电子部件，并不特别限定，可列举叠层陶瓷电容器、压电部件、片式电感器、片式可变电阻、片式热敏电阻、片式电阻、其它表面安装(SMD)片式电子部件。
根据本发明，由于使上述主成分原料和上述第4副成分原料的至少一部分预先反应，因此能够提供在不使其它电特性(例如静电容量的温度特性、绝缘电阻、绝缘电阻的加速寿命、介电损耗)恶化的情况下，相对介电常数提高的电介质陶瓷组合物及其制造方法。并且，通过使上述组成式BamTiO2+m中的m值和上述组成式Bam+n/100TiO2+m+n/100中的m+n/100的值在特定范围，特别地，能够既保持高的相对介电常数，又能够使静电容量的温度特性和绝缘电阻的加速寿命良好。此外，根据本发明，能够提供具有由这种电介质陶瓷组合物构成的电介质层的叠层陶瓷电容器等电子部件。
下面基于图示的实施方案说明本发明。
图1是本发明一个实施方案的叠层陶瓷电容器的剖面图。
具体实施例方式
叠层陶瓷电容器1如图1所示，本发明一个实施方案的叠层陶瓷电容器1具有电介质层2和内部电极层3交替层叠构成的电容器元件本体10。在该电容器元件本体10的两端部，形成一对外部电极4，这一对外部电极4分别与在元件本体10内部交替配置的内部电极层3导通。对电容器元件本体10的形状并没有特别限制，通常为长方体形。此外，对其尺寸也没有特别限制，可以根据用途采用适当的尺寸。
内部电极层3以各端面在电容器元件本体10相对的2个端部表面交替露出的方式层叠。一对外部电极4形成在电容器元件本体10的两端部，与交替配置的内部电极层3的露出端面连接，构成电容器电路。
电介质层2电介质层2含有电介质陶瓷组合物。
在本实施方案中，上述电介质陶瓷组合物含有含钛酸钡的主成分，所述钛酸钡以组成式BamTiO2+m表示，并且上述组成式中的m满足0.990＜m＜1.010；第4副成分，所述第4副成分含有R的氧化物(其中，R为选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少1种)；和作为其它副成分的第1～第3和第5副成分。要说明的是，BaO包含在第1副成分和/或第2副成分中。
作为主成分，含有以组成式BamTiO2+m表示、并且上述组成式中的m满足0.990＜m＜1.010的钛酸钡。m表示Ba与Ti的摩尔比Ba/Ti，优选满足0.990＜m＜0.995和0.995≤m≤1.005。通过使m值在上述范围，不仅能够保持高的相对介电常数，而且能够使静电容量的温度特性、IR加速寿命良好。m值过小时，电介质粒子的晶粒生长，IR加速寿命有恶化的倾向，过大时，烧结性变差，相对介电常数、IR加速寿命具有变差的倾向。
第4副成分为含有R的氧化物的副成分。R的氧化物的R元素为选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少1种元素，其中，优选Y、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，更优选Y、Tb、Yb。
第4副成分具有提高IR加速寿命特性的效果。第4副成分的含量以R计优选为0.1～10摩尔，更优选为0.2～6摩尔。如果含量过少，则不能得到第4副成分的添加效果，容量温度特性会变差。而如果含量过多，则烧结性有恶化的倾向。要说明的是，如后面详述，在本实施方案的制造方法中，采用使上述第4副成分原料中的至少一部分与主成分原料预先反应的工序。
此外，上述电介质陶瓷组合物还含有其它副成分，所述其它副成分至少含有BaO。
在相对于100摩尔主成分，含有n摩尔BaO时，可以将主成分和BaO用组成式Bam+n/100TiO2+m+n/100表示。即，m+n/100的值表示电介质陶瓷组合物整体中Ba和Ti的摩尔比。此时，通过使组成式中的m和n满足0.994＜m+n/100＜1.014，优选满足0.994＜m+n/100＜1.010，可以将相对介电常数、静电容量的温度特性、IR加速寿命等维持在高水平。m+n/100的值过小时，烧结体的结晶粒径变大，容量温度特性有变差的倾向；m+n/100的值过大时，相对介电常数降低，IR寿命有变差的倾向。要说明的是，BaO在烧结后的电介质陶瓷组合物中也可以以BaO的形态存在，添加时原料的形态不改变上述效果。
在本实施方案中，含有上述R的氧化物的第4副成分以外的其它副成分优选为下述第1～第3、第5副成分。
第1副成分为选自MgO、CaO、BaO和SrO中的至少一种，第2副成分优选主要含有SiO2，并含有选自MO(其中M为选自Mg、Ca、Ba和Sr中的至少1种)、Li2O和B2O3中的至少一种。BaO可以包含在第1副成分和/或第2副成分中。第3副成分优选为选自V2O5、MoO3和WO3中的至少一种，第5副成分优选为选自MnO和Cr2O3中的至少一种。
上述各副成分相对于上述主成分的比例，以各氧化物计，相对于上述主成分100摩尔为第1副成分0.1～5摩尔；第2副成分0.1～12摩尔；第3副成分0～0.3摩尔(其中，不包括0)；第5副成分0.05～1.0摩尔；优选第1副成分0.2～4摩尔；第2副成分1～6摩尔；第3副成分0～0.25摩尔(其中，不包括0)。
第5副成分0.05～0.4摩尔。
在本实施方案中，在电介质陶瓷组合物中，除含有R的氧化物的第4副成分以外，还含有上述第1～第3、第5副成分，由此可以提高静电容量的温度特性，优选能够满足EIA规格的X7R特性(-55～125℃，ΔC＝±15％以内)。
要说明的是，在本说明书中，构成主成分和各副成分的各氧化物以化学计量组成表示，但是各氧化物的氧化状态在化学计量组成以外也可以。其中，各副成分的上述比例由构成各副成分的氧化物中含有的金属量换算为上述化学计量组成的氧化物而求出。
上述各副成分含量的限定理由如下第1副成分(MgO、CaO、BaO和SrO)的含量过少时，容量温度变化率增大。而含量过多时，烧结性变差的同时，有高温负荷寿命恶化的倾向。要说明的是，第1副成分中各氧化物的构成比例是任意的。
第2副成分含有SiO2作为主成分，并且含有选自MO(其中，M为选自Mg、Ca、Ba和Sr中的至少1种)、Li2O和B2O3中的至少一种。该第2副成分主要起烧结助剂的作用。虽然第1副成分中也包含MO(其中，M为选自Mg、Ca、Ba和Sr中的至少1种)，但是通过成为与SiO2的复合氧化物，以组成式MxSiO2+x表示的化合物，可以降低融点。而且，由于能够降低融点，因此能够提高对于主成分的反应性。要说明的是，作为上述MO，例如，在使用BaO和CaO时，上述复合氧化物优选为用组成式(Ba，Ca)xSiO2+X表示的化合物。组成式(Ba，Ca)xSiO2+X中的x优选为0.8～1.2，更优选为0.9～1.1。当x过小时，即SiO2过多时，会与主成分BamTiO2+m反应，使电介质特性变差。而当x过大时，融点变高，烧结性恶化，因而不优选。
第3副成分(V2O5、MoO3和WO3)显示使居里温度以上的容量温度特性平坦化的效果和使高温负荷寿命提高的效果。如果第3副成分的含量过少，则该效果不充分。另一方面，如果含量过多，则IR显著降低。要说明的是，第3副成分中的各氧化物的构成比例是任意的。
第5副成分(MnO和Cr2O3)除使居里温度向高温侧位移外，还具有使容量温度特性平坦化、提高绝缘电阻(IR)、提高击穿电压、降低烧结温度等效果。
对电介质陶瓷组合物中包含的电介质粒子的平均结晶粒径没有特别限定，优选为0.1～0.3μm。平均结晶粒径过小时，相对介电常数有降低的倾向；过大时，相对介电常数的经时变化有变大的倾向。电介质粒子的平均结晶粒径例如可以通过コ一ド法测定，即利用电介质粒子的SEM像，假设电介质粒子的形状为球，测定平均粒径。
对电介质层2的厚度没有特别限定，但优选每层为4.5μm以下，更优选为3.5μm以下，进一步优选为3.0μm以下。对厚度的下限没有特别限定，例如为0.5μm左右。
对电介质层2的叠层数没有特别限定，但优选为20以上，更优选为50以上，特别优选为100以上。对叠层数的上限没有特别限定，例如为2000左右。
内部电极层3对内部电极层3含有的导电材料没有特别限定，但是由于电介质层2的构成材料具有耐还原性，因此可以使用比较便宜的贱金属。作为导电材料使用的贱金属，优选Ni或Ni合金。作为Ni合金，优选为选自Mn、Cr、Co和Al中的1种以上元素与Ni的合金，合金中Ni含量优选为95重量％以上。要说明的是，Ni或者Ni合金中可以含有P等各种微量成分0.1重量％左右以下。内部电极层3的厚度可以根据用途适当决定，但通常为0.1～3μm，特别优选为0.2～2.0μm左右。
外部电极4对外部电极4所含有的导电材料并没有特别限定，在本发明中，可以使用便宜的Ni、Cu或它们的合金。外部电极4的厚度可以根据用途等适当决定，但通常优选为10～50μm左右。
叠层陶瓷电容器的制造方法本实施方案的叠层陶瓷电容器与以往的叠层陶瓷电容器相同，通过使用糊料的通常的印刷法、薄片法(シ一ト法)制作生芯片，将其烧成后印刷或者转印外部电极，并进行烧成而制造。下面具体说明制造方法。
首先，调制电介质层用糊料中包含的电介质陶瓷组合物粉末。
在本实施方案中，上述电介质陶瓷组合物粉末的调制如下进行。首先使上述主成分原料和上述第4副成分原料的一部分(相当于将包含在电介质陶瓷组合物中的第4副成分中的一部分的原料)预先反应，优选固溶，得到反应过的原料。接着，向该反应过的原料中添加其余的第4副成分原料(将构成电介质陶瓷组合物的第4副成分的其余原料)、和含有BaO的原料的上述第1～第3、第5副成分的原料，并根据需要进行煅烧，由此调制电介质陶瓷组合物粉末。
作为上述主成分的原料，可以使用上述BamTiO2+m的粉末或者通过烧成成为BamTiO2+m的化合物的粉末，主成分原料的平均粒径优选为0.05～0.5μm，更优选为0.1～0.4μm。主成分原料的平均粒径过大时，烧结后的电介质粒子的平均结晶粒径会变得过大，有温度特性恶化、绝缘电阻(IR)下降的倾向。另一方面，平均粒径过小时，有主成分原料与R的氧化物反应不均匀的倾向。要说明的是，在本实施方式中，平均粒径指体积基准累积50％径(D50径)，可以通过激光衍射法等利用光散射的方法测定。
作为与上述主成分原料预先反应的第4副成分原料，可以使用上述R的氧化物、通过烧成成为R的氧化物的各种化合物。作为R的氧化物、通过烧成成为R的氧化物的化合物，可以使用平均粒径为0.01～0.1μm左右的粉末状原料或者下面例示的溶胶状原料等。
作为溶胶状原料，没有特别限定，例如可列举氢氧化物溶胶、氧化物溶胶等。此外，溶胶状原料的溶胶粒径通常为1～100nm左右，作为溶剂，可列举水或者甲醇、乙醇等醇类；二甲苯、甲苯等芳香族溶剂；甲基乙基酮等酮类等有机类溶剂。
作为上述通过烧成成为R的氧化物的化合物，没有特别限定，可列举R的烷氧化物(アルコキシド)、R的无机酸盐等。
上述R的烷氧化物是醇和R元素的化合物，具体是指醇羟基的氢被R元素取代的化合物。对R的烷氧化物没有特别限定，可以使用以通式CnH2n+1OR(n为1～9的整数)表示的各种化合物，例如可列举CH3OR、C2H5OR、n-C3H7OR、i-C3H7OR等。
此外，对上述R的无机酸盐没有特别限定，例如可列举氯化物、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐等。要说明的是，R的无机酸盐多为水合状态的，通常以溶解在水或水溶性有机溶剂等中的状态使用。
相对于上述主成分100摩尔，以R计，与主成分原料预先反应的第4副成分的原料优选为0～0.5摩尔(其中不包括0)，更优选为0.01～0.2摩尔。
或者，相对于电介质陶瓷组合物中最终含有的第4副成分总量100摩尔％，以R计，预先反应的第4副成分的原料比例优选为0～50摩尔％(其中，不包括0和50)，更优选为0～25摩尔％(其中不包括0)，进一步优选为0～15摩尔％(其中，不包括0)。
与主成分原料预先反应的第4副成分的原料的量过多时，烧成后得到的烧结体的结晶粒径会变得过大，有温度特性恶化、绝缘电阻(IR)降低的倾向。
作为使上述主成分原料和上述第4副成分原料的一部分预先反应得到反应过的原料的方法，可列举使用溶剂等混合主成分原料和第4副成分原料，使溶剂蒸发，并煅烧的方法；或在混合溶液中添加沉淀剂等，使第4副成分在主成分上析出，并进行煅烧的方法等。要说明的是，煅烧时的温度优选为500～700℃左右。
接着，向得到的反应后原料中添加其余的第4副成分原料(构成电介质陶瓷组合物的第4副成分中的其余原料)、和上述第1～第3、第5副成分的原料，然后混合，根据需要进行煅烧，由此得到电介质陶瓷组合物粉末。作为其余的第4副成分原料、BaO的原料、第1～第3、第5副成分的原料，可以使用上述氧化物或其混合物、复合氧化物、通过烧成成为上述氧化物或复合氧化物的各种化合物。
接着，使用得到的电介质陶瓷组合物粉末制造电介质层用糊料。电介质层用糊料既可以是电介质陶瓷组合物粉末和有机载体(有機ビヒクル)混炼得到的有机类涂料，也可以是水系涂料。
有机载体是将粘合剂溶解在有机溶剂中得到的。对有机载体中使用的粘合剂没有特别限定，可以从乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛等通常的各种粘合剂中适当选择。此外，对使用的有机溶剂也没有特别限定，根据印刷法、薄片法等所利用的方法，可以从萜品醇、丁基卡必醇、丙酮、甲苯等各种有机溶剂中适当选择。此外，在电介质层用糊料为水系涂料时，可以将使水溶性粘合剂、分散剂等溶解在水中得到的水系载体与电介质原料混炼。对水系载体中使用的水溶性粘合剂没有特别限定，例如，可以使用聚乙烯醇、纤维素、水溶性丙烯酸类树脂等。
通过将含有上述各种导电性金属或合金的导电材料、或者烧成后成为上述导电材料的各种氧化物、有机金属化合物、树脂酸盐(レジネ一ト)等与上述有机载体混炼来调制内部电极层用糊料。
外部电极用糊料与上述内部电极层用糊料同样调制即可。
对上述各糊料中的有机载体的含量没有特别限定，可以是通常的含量，例如，粘合剂为1～5重量％左右，溶剂为10～50重量％左右。此外，各糊料中根据需要可以含有选自各种分散剂、增塑剂、电介质、绝缘体等中的添加剂。它们的总含量优选为10重量％以下。
使用印刷法时，在PET等基板上叠层印刷电介质层用糊料和内部电极层用糊料，切断成规定形状后，从基板上剥离，作为生芯片。
此外，在使用薄片法时，使用电介质层用糊料形成生片，在其上印刷内部电极层用糊料后，将它们叠层，作为生芯片。
烧成前，对生芯片实施脱粘合剂处理。作为脱粘合剂的条件，升温速度优选为5～300℃/小时，更优选为10～100℃/小时，保持温度优选为180～400℃，更优选为200～300℃，温度保持时间优选为0.5～24小时，更优选为5～20小时。此外，脱粘合剂的气氛优选为空气中。
对实施了脱粘合剂处理的生芯片进行烧成。烧成生芯片时的气氛可以根据内部电极层用糊料中的导电材料种类适当决定，但在使用Ni或Ni合金等贱金属作为导电材料的情况下，烧成气氛中的氧分压优选为10-9～10-4Pa。氧分压未达到上述范围时，有时会引起内部电极层的导电材料异常烧结，断裂(途切れ)。此外，氧分压超过上述范围时，存在内部电极层氧化的倾向。
此外，烧结时的保持温度优选为1000～1400℃，更优选为1100～1350℃。保持温度未达到上述范围时，致密化不充分；超过上述范围时，容易产生由于内部电极层异常烧结引起的电极断裂、或者由于内部电极层构成材料的扩散引起的容量温度特性变差、电介质陶瓷组合物的还原。
作为除此之外的烧成条件，升温速度优选为100～900℃/小时，更优选为200～900℃/小时，温度保持时间优选为0.5～8小时，更优选为1～3小时，冷却速度优选为50～500℃/小时，更优选为200～300℃/小时。此外，烧成气氛优选为还原性气氛，作为气氛气体，例如优选使用加湿的N2和H2的混合气体。
在还原性气氛中烧成时，优选对电容器元件本体实施退火。退火是使电介质层再氧化的处理，能够显著延长IR寿命，因此可靠性提高。
退火气氛中的氧分压优选为10-3Pa以上，特别优选为10-2～10Pa。氧分压未达到上述范围时，电介质层再氧化困难；超过上述范围时，有内部电极层氧化的倾向。
退火时的保持温度为1200℃以下，特别优选为500～1200℃。保持温度未达到上述范围时，电介质层的再氧化不充分，所以IR低，而且高温负荷寿命也容易缩短。而保持温度超过上述范围时，不仅内部电极层氧化，容量下降，而且内部电极层会与电介质基体(素地)反应，容易产生容量温度特性恶化、IR下降、高温负荷寿命下降。
作为除此之外的退火条件，升温速度优选为100～900℃/小时，更优选为200～900℃/小时，温度保持时间优选为0.5～12小时，更优选为1～10小时，冷却速度优选为50～600℃/小时，更优选为100～300℃/小时。此外，作为退火的气氛气体，例如优选使用加湿的N2气等。
在上述脱粘合剂处理、烧成和退火中，为了对N2气、混合气体等加湿，例如可以使用加湿器等。在这种情况下，水温优选为5～75℃左右。脱粘合剂处理、烧成和退火既可以连续进行，也可以独立进行。
对如上述那样得到的电容器元件本体，通过例如滚筒抛光、喷砂等实施端面抛光，印刷或者转印外部电极用糊料，进行烧成，形成外部电极4。外部电极用糊料的烧成条件例如优选为在加湿的N2和H2的混合气体中、在600～800℃进行10分钟～1小时左右。并且，根据需要，在外部电极4表面通过镀敷等形成被覆层。
如此制造的本发明的叠层陶瓷电容器通过软钎焊等安装到印刷基板等上，用于各种电子设备等。
以上对本发明的实施方案进行了说明，但是本发明不受上述实施方案的任何限定，在不脱离本发明要旨的范围内可以进行各种改变。
例如，在上述实施方案中，作为本发明的电子部件，列举了叠层陶瓷电容器，但是作为本发明的电子部件，并不限于叠层陶瓷电容器，只要具有由上述组成的电介质陶瓷组合物构成的电介质层，则可以是任意电子部件。
实施例下面根据详细的实施例进一步说明本发明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1首先，作为主成分的原料，准备平均粒径为0.35μm，并且组成式BamTiO2+m中的m值为0.991的原料粉末。此外，作为第4副成分的原料，准备Y2O3粉末。接着，用球磨机对准备的BamTiO2+m粉末(m＝0.991)和Y2O3粉末进行湿式混合粉碎，制成浆料，将该浆料干燥后，进行煅烧、粉碎，得到反应过的原料。煅烧条件为升温速度200℃/小时，保持温度500℃，温度保持时间2小时，气氛为空气中。此外，相对于主成分100摩尔，以Y原子计(在本申请说明书的实施例、比较例和参考例中，下面都相同)，Y2O3的添加量为0.05摩尔。即，以Y2O3计，为0.025摩尔。
接着，向得到的反应过的原料中添加如下所示的第1～第5副成分，通过球磨机进行湿式混合粉碎，制成浆料，将该浆料干燥后，进行煅烧、粉碎，由此得到电介质陶瓷组合物粉末。各副成分的添加量是相对于主成分100摩尔以各氧化物计的添加量(其中，Y2O3为Y以原子计的添加量)。
MgO (第1副成分)1.2摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3(第2副成分)0.75摩尔V2O5(第3副成分)0.03摩尔Y2O3(第4副成分)0.35摩尔MnO (第5副成分)0.2摩尔即，BaO包含在第2副成分(Ba0.6Ca0.4)SiO3(下面也称为BCG)中，其添加量以BaO计为0.44摩尔。因此，组成式Bam+n/100TiO2+m+n/100中，m+n/100的值为0.995。
通过球磨机混合上述得到的电介质陶瓷组合物粉末100重量份、丙烯酸类树脂4.8重量份、乙酸乙酯100重量份、矿油精(ミネラルスビリツト)6重量份、甲苯4重量份，制成糊料，得到电介质层用糊料。
接着，通过三辊磨混炼Ni粒子44.6重量份、萜品醇52重量份、乙基纤维素3重量份和苯并三唑0.4重量份，制成浆料，得到内部电极层用糊料。
使用这些糊料，如下制造图1所示的叠层陶瓷电容器1。
首先，使用得到的电介质层用糊料在PET膜上形成生片。在其上印刷内部电极用糊料后，从PET膜上剥离片材。然后，将这些生片和保护用生片(没有印刷内部电极层用糊料的)层叠、压接，得到生叠层体。
然后，将生叠层体切断成规定的尺寸，成为生芯片，在下述条件下进行脱粘合剂处理、烧成和退火，得到叠层陶瓷烧成体。
脱粘合剂处理的条件是升温速度32.5℃/小时，保持温度260℃，温度保持时间8小时，气氛空气中。
烧成条件为升温速度200℃/小时，保持温度1260～1280℃，温度保持时间2小时，冷却速度200℃/小时，气氛气体加湿的N2+H2混合气体(氧分压10-7Pa)。
退火条件为升温速度200℃/小时，保持温度1050℃，温度保持时间2小时，冷却速度200℃/小时，气氛气体加湿的N2气(氧分压1.01Pa)。
要说明的是，烧成和退火时的气氛气体的加湿使用水温设为20℃的加湿器。
然后，通过喷砂抛光得到的叠层陶瓷烧成体的端面后，涂布In-Ga合金作为外部电极，得到图1所示的实施例1的叠层陶瓷电容器试样。
得到的电容器试样的尺寸为3.2mm×1.6mm×0.6mm，夹在内部电极层中的电介质层数为4，每层的电介质层厚度(层间厚度)为4.5μm，内部电极层的厚度为1.2μm。接着，按照以下方法，评价得到的电容器试样的电介质粒子的平均结晶粒径、相对介电常数ε、介电损耗tanδ、绝缘电阻IR、CR积、静电容量的温度特性和IR加速寿命。此外，对上述反应过的原料，通过XPS测定，测定Y元素的分布度(分布度)。
电介质粒子的平均结晶粒径作为电介质粒子平均粒径的测定方法，首先，沿与内部电极垂直的面切断得到的电容器试样，研磨该切断面。并且，对该研磨面实施化学蚀刻，然后，用扫描型电子显微镜(SEM)进行观察，利用コ一ド法假定电介质粒子的形状为球算出，结果示于表1。
相对介电常数ε对于电容器试样，在基准温度20℃下，使用数字LCR仪(横河电机(株)制造的YHP4274A)，在频率为120Hz、输入信号水平(测定电压)为0.5Vrms/μm的条件下，测定静电容量C。然后，由得到的静电容量、叠层陶瓷电容器的电介质厚度和内部电极相互重叠的面积，算出相对介电常数(没有单位)。相对介电常数越高越好。结果示于表1。
介电损耗tanδ对电容器试料，在基准温度20℃下，使用数字LCR仪(横河电机(株)制造的YHP4274A)，在频率为120Hz、输入信号水平(测定电压)为0.5Vrms/μm的条件下，测定介电损耗tanδ。介电损耗越小越好。结果示于表1。
绝缘电阻IR对于电容器试料，使用绝缘电阻仪(アドバンテスト社制R8340A)，测定在20℃下对电容器试样施加4V/μm的直流电压1分钟后的绝缘电阻IR。绝缘电阻IR越大越好，结果示于表1。
CR积CR积通过求出上述测定的静电容量C(单位μF)和绝缘电阻IR(单位MΩ)的积进行测定。CR积越大越好，结果示于表1。
静电容量的温度特性对电容器试样，测定-55～125℃下的静电容量，算出静电容量的变化率ΔC，评价是否满足EIA规格的X7R特性。即，在-55～125℃下，评价变化率ΔC是否在±15％以内。结果示于表1。要说明的是，在表1中，满足X7R特性的试样为“好”，不满足的试样为“差”。
IR加速寿命对电容器试样，在180℃、20V/μm的电场下进行加速试验，算出绝缘电阻IR达到108Ω以下的时间(单位小时)。IR加速寿命越长越好。结果示于表1。
反应过的原料的Y原子分布度测定通过XPS测定，测定使BamTiO2+m粉末(m＝0.991)和Y2O3粉末预先反应得到的反应过的原料的表面深度方向的Ba、Ti、Y各元素的分布状态。XPS测定的结果，可以确认Ba、Ti、Y各元素从反应过的原料表面附近到内部，以基本相同的浓度分布，固溶反应均匀进行。
实施例2～6、比较例1-1和2-1制作电介质陶瓷组合物粉末时，设作为主成分原料的BamTiO2+m粉末的m值为表1所示的值，得到反应后的原料，除此之外，进行与实施例1相同的操作，得到电介质陶瓷组合物粉末，并得到实施例2～6、比较例1-1和2-1的电容器试样。对得到的各电容器试样进行与实施例1相同的特性评价。结果示于表1。
表1
表中，“aE+b”表示“a×10+b”第4副成分的添加量以Y原子计评价1由表1可以确认，对于用组成式BamTiO2+m表示、上述组成式中m值为0.991～1.009的实施例1～6的电容器试样，相对介电常数均可提高到3500以上，而且，其它电特性(介电损耗tanδ、绝缘电阻IR、CR积、静电容量的温度特性和IR加速寿命)也良好。
另一方面，在m值为0.990的比较例1-1中，烧结后电介质粒子的平均结晶粒径变大为0.40μm，而且，静电容量的温度特性变差。
此外，还可确认，在m值为1.010的比较例2-1中，相对介电常数降低到3400，难以应对小型、大容量化。
基于以上结果，在将实施例1～6与比较例1-1和2-1比较的情况下，可以确认通过使组成式BamTiO2+m的m值在0.990＜m＜1.010的范围，能够既保持良好的其它电特性(介电损耗tanδ、绝缘电阻IR、CR积、静电容量的温度特性和IR加速寿命)，又能够提高相对介电常数。
实施例1a和比较例1b、1c改变在实施例1中使用的第2副成分BCG的添加量，使BaO的添加量为表2所示的值，除此以外，进行与实施例1相同的操作，得到反应过的原料，进一步制作电介质陶瓷组合物粉末，得到各电容器试样。即，使用主成分BamTiO2+m粉末的m值为0.991的原料粉末，作为第4副成分的原料，使用Y2O3粉末。对得到的各电容器试样进行与实施例1相同的特性评价，结果示于表2。
实施例2a、3a～3c和比较例3d、6a改变实施例2～4、6中使用的第2副成分BCG的添加量，使BaO的添加量为表2所示的值，除此以外，进行与实施例1相同的操作，得到反应过的原料，进一步制作电介质陶瓷组合物粉末，得到各电容器试样。对得到的各电容器试样进行与实施例1相同的特性评价，结果示于表2。
比较例1-2、2-2改变比较例1和2中使用的第2副成分BCG的添加量，使BaO的添加量为表2所示的值，除此以外，进行与实施例1相同的操作，得到反应过的原料，进一步制作电介质陶瓷组合物粉末，得到各电容器试样。对得到的各电容器试样进行与实施例1相同的特性评价，结果示于表2。
表2
表中，“aE+b”表示“a×10+b”第4副成分的添加量以Y原子计评价2由表2可知，对实施例1、1a和比较例1b、1c进行比较，主成分中的m值均为0.991，在本发明的范围内。但是，由于BaO的添加量不同，因此实施例的试样的m+n/100的值在本发明的范围内，而比较例试样的该值在本发明范围外。由该结果可以确认，实施例的试样可以兼顾相对介电常数、介电损耗、IR、IR寿命、容量温度特性等特性，通过m和m+n/100值，特定的特性变得更好。与此相对，比较例试样的结果为烧结体的结晶粒径大，容量温度特性恶化(比较例1b)，此外，相对介电常数低(比较例1c)。同样，主成分中的m值为1.000、1.005、1.009的情况下，实施例的试样均显示良好的特性，但是比较例的试样至少有1个特性恶化。因此可以确认通过使主成分的m值在特定范围，并且使m+n/100值在特定范围，能够兼顾各特性，使所需特性良好。
另一方面，将比较例1-1和1-2比较时，表明主成分中m值和m+n/100值都在本发明范围外的情况下(比较例1-1)，和m+n/100值在本发明范围内的情况下(比较例1-2)，均不满足X7R特性，特性不好。因此，可以确认m+n/100值在本发明的范围内，而主成分的m值在本发明范围外的情况下，不能维持良好的特性。
实施例7～9、比较例7、参考例1和2在制作电介质陶瓷组合物粉末时，与主成分原料预先反应的Y2O3的量和后添加的Y2O3的量以Y原子计为表3所示的值，除此以外，进行与实施例3相同的操作，得到电介质陶瓷组合物粉末，并得到各电容器试样。对得到的各电容器试样进行和实施例1相同的特性评价。此外，主成分原料的组成式BamTiO2+m中的m值为1.000，组成式Bam+n/100TiO2+m+n/100中的m+n/100值为1.004。结果示于表3。
表3
表中，“aE+b”表示“a×10+b”第4副成分的添加量以Y原子计评价3由表3可以确认，使主成分和Y2O3的一部分预先反应，得到反应过的原料，然后，在该反应过的原料中添加其余Y2O3的实施例7～9的电容器试样，均可以将相对介电常数提高到4000以上，并且，其它电特性(介电损耗tanδ、绝缘电阻IR、CR积、静电容量的温度特性和IR加速寿命)也都良好。
另一方面，可以确认在不使主成分和Y2O3预先反应的比较例7中，相对介电常数就降低为3400，难以应对小型、大容量化。
此外，参考例1的结果为相对介电常数比较高，但是静电容量温度特性和IR加速寿命劣化。
此外，在使主成分和全部Y2O3(第4副成分)预先反应的参考例2中，结果为烧结后的电介质粒子的平均结晶粒径增大为0.78μm，介电损耗、绝缘电阻、CR积、静电容量的温度特性和IR加速寿命劣化。
由以上结果，在比较实施例7～9和比较例7的情况下，可以确认通过使主成分和第4副成分(Y2O3)的一部分预先反应，既能够良好地保持其它电特性(介电损耗tanδ、绝缘电阻IR、CR积、静电容量的温度特性和IR加速寿命)，又能够提高相对介电常数。此外，通过比较实施例7～9和参考例1和2，可以确认使主成分和第4副成分(Y2O3)的一部分预先反应，制造反应过的原料时，优选第4副成分(Y2O3)的量在上述本发明的优选范围，和优选在得到的反应过的原料中再添加其余的第4副成分(Y2O3)。
实施例10～13、参考例3和4作为与主成分原料预先反应的第4副成分原料，使用Tb2O3.5代替Y2O3，除此之外，进行与实施例7～9、参考例1和2相同的操作，制造实施例10～13、参考例3和4的电容器试样。即，在实施例10～13、参考例3和4中，使用Tb2O3.5作为预先反应(前添加)的第4副成分，使用Y2O3作为在反应过的原料中添加(后添加)的第4副成分。对得到的各电容器试料，进行与实施例1相同的特性评价。结果示于表4。
表4
表中，“aE+b”表示“a×10+b”第4副成分的添加量以Y、Tb原子计评价4由表4可以确认，作为和主成分原料预先反应的第4副成分，即使在使用Tb2O3.5代替Y2O3的情况下，也可以得到同样的倾向。
实施例14～17、参考例5和6作为和主成分原料预先反应的第4副成分原料，使用Yb2O3代替Y2O3，除此之外，进行与实施例7～10、参考例1和2相同的操作，制造实施例14～17、参考例5和6的电容器试样。即，在实施例14～17、参考例5和6中，作为预先反应(前添加)的第4副成分，使用Yb2O3，作为在反应过的原料中添加(后添加)的第4副成分，使用Y2O3。对得到的各电容器试样进行与实施例1相同的特性评价，结果示于表5。
表5
表中，“aE+b”表示“a×10+b”第4副成分的添加量以Y、Yb原子计评价5由表5可以确认，作为与主成分原料预先反应的第4副成分，使用Yb2O3代替Y2O3的情况下，也可以得到同样的倾向。
实施例18～21作为和主成分原料预先反应的第4副成分原料，使用Dy2O3、Ho2O3、Gd2O3、Eu2O3代替Y2O3，除此之外，进行和实施例3相同的操作，制造实施例18～21的电容器试样。即，在实施例18中，作为预先反应(前添加)的第4副成分，使用Dy2O3，在实施例19中，作为预先反应(前添加)的第4副成分，使用Ho2O3，在实施例20中，作为预先反应(前添加)的第4副成分，使用Gd2O3，在实施例21中，作为预先反应(前添加)的第4副成分，使用Eu2O3。在实施例18～21的情况下，作为在反应后的原料中添加(后添加)的第4副成分，均使用Y2O3。对得到的各电容器试样进行与实施例1相同的特性评价。结果示于表6。
表6
表中，“aE+b”表示“a×10+b”第4副成分的添加量以R原子计评价6由表6分析，作为预先反应的第4副成分，即使在使用上述稀土类氧化物代替Y2O3的情况下，也能得到与Y2O3的情况同样的结果。
权利要求
1.电介质陶瓷组合物的制造方法，其是制造含有下述成分的电介质陶瓷组合物的方法含有钛酸钡的主成分，所述钛酸钡以组成式BamTiO2+m表示，上述组成式中的m满足0.990＜m＜1.010的关系；第4副成分，所述第4副成分含有R的氧化物(其中，R为选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少1种)；至少含有BaO的其它副成分，该制造方法的特征在于，具有使上述主成分的原料和上述第4副成分原料的至少一部分预先反应，准备反应过的原料的工序，相对于上述主成分100摩尔，上述其它副成分中含有的BaO量为n摩尔的情况下，上述主成分和上述BaO由组成式Bam+n/100TiO2+m+n/100表示时，上述组成式中m和n的关系为0.994＜m+n/100＜1.014。
2.根据权利要求1所述的电介质陶瓷组合物的制造方法，其中，准备上述反应过的原料的工序为使上述主成分原料和上述第4副成分原料的至少一部分预先固溶，准备上述反应过的原料的工序。
3.根据权利要求1所述的电介质陶瓷组合物的制造方法，其具有下述工序准备使上述主成分原料和将包含在上述电介质陶瓷组合物中的上述第4副成分原料的一部分预先反应得到的反应过的原料的工序；向上述反应过的原料中添加将包含在上述电介质陶瓷组合物中的其余的上述第4副成分的原料和将以BaO的形态包含在上述电介质陶瓷组合物中的原料的工序。
4.根据权利要求1所述的电介质陶瓷组合物的制造方法，其中，相对于上述主成分100摩尔，最终得到的上述电介质陶瓷组合物中的上述第4副成分的含量以R计为0.1～10摩尔。
5.根据权利要求1所述的电介质陶瓷组合物的制造方法，其中，相对于上述主成分100摩尔，与上述主成分原料预先反应的上述第4副成分以R计为0～0.5摩尔(其中，不包括0)。
6.根据权利要求1所述的电介质陶瓷组合物的制造方法，其中，相对于上述电介质陶瓷组合物中最终将含有的上述第4副成分的总量100摩尔％，与上述主成分原料预先反应的上述第4副成分的比例以R计为0～50摩尔％(其中，不包括0和50)。
7.根据权利要求1所述的电介质陶瓷组合物的制造方法，其中，上述其它副成分具有第1副成分、第2副成分和第3副成分，上述第1副成分含有选自MgO、CaO、BaO和SrO中的至少一种；上述第2副成分主要含有SiO2，并含有选自MO(其中，M为选自Mg、Ca、Ba和Sr中的至少1种)、Li2O和B2O3中的至少一种；上述第3副成分含有选自V2O5、MoO3和WO3中的至少一种，相对于上述主成分100摩尔，各副成分的比例为第1副成分0.1～5摩尔；第2副成分0.1～12摩尔；第3副成分0～0.3摩尔(其中，不包括0)。
8.根据权利要求7所述的电介质陶瓷组合物的制造方法，其中，上述其它副成分还具有第5副成分，所述第5副成分含有选自MnO和Cr2O3中的至少一种，相对于上述主成分100摩尔，第5副成分的比例为0.05～1.0摩尔。
9.根据权利要求1所述的电介质陶瓷组合物的制造方法，其中，作为上述主成分的原料，使用平均粒径为0.05～0.5μm的原料。
10.通过权利要求1～9中任意一项所述的方法制造的电介质陶瓷组合物。
11.电子部件，其具有由权利要求10所述的电介质陶瓷组合物构成的电介质层。
全文摘要
一种电介质陶瓷组合物的制造方法，该电介质陶瓷组合物具有含有钛酸钡的主成分，所述钛酸钡组成式Ba
文档编号H01B3/12GK101093749SQ20071013799
公开日2007年12月26日 申请日期2007年6月12日 优先权日2006年6月12日
发明者小岛畅, M·柳田, 细野雅和, 渡边康夫, 佐藤阳 申请人:Tdk株式会社