特許 7605296 積層セラミックコンデンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】積層セラミックコンデンサ

(51)【国際特許分類】

   H01G 4/30 20060101AFI20241217BHJP

【ＦＩ】

H01G4/30 201D

H01G4/30 516

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2023511322

(86)(22)【出願日】2022-03-29

(86)【国際出願番号】 JP2022015244

(87)【国際公開番号】W WO2022210625

(87)【国際公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-09-20

(31)【優先権主張番号】P 2021058921

(32)【優先日】2021-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100085143

【弁理士】

【氏名又は名称】小柴 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】若松 徹

(72)【発明者】

【氏名】濱田 大介

【審査官】鈴木 駿平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２３４２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－７５７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－５０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３２２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１２４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１６２７７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｇ ４／００－４／２２４

Ｈ０１Ｇ ４／２５５－４／４０

Ｈ０１Ｇ １３／００－１３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックからなる積層された複数の誘電体層と、前記誘電体層間の複数の界面に沿ってそれぞれ配置された複数の内部電極と、を有する、積層体と、
前記積層体の外表面に設けられ、前記内部電極と電気的に接続された、複数の外部電極と、
を備え、
前記内部電極は、前記積層体の積層方向に関して交互に配置された複数の第１内部電極と複数の第２内部電極とを備え、
前記外部電極は、前記第１内部電極と電気的に接続された第１外部電極と、前記第２内部電極と電気的に接続された第２外部電極と、を備え、
前記第１内部電極を正極とし、前記第２内部電極を負極とするように、前記第１外部電極および前記第２外部電極間に印加される電圧の印加方向に基づく極性が定められており、
前記第１内部電極は、Ｎｉを主成分とする第１金属組成を有し、
前記第２内部電極は、Ｎｉを主成分とし、Ｎｉより標準電極電位が高いＡｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ａｇ、Ｒｈ、ＲｕおよびＣｕから選ばれる少なくとも１種の金属元素を添加成分とする、第２金属組成を有し、
前記第１内部電極が有する前記第１金属組成は、Ｎｉより標準電極電位が高い金属元素を含まない、
積層セラミックコンデンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、積層セラミックコンデンサに関するもので、特に、積層セラミックコンデンサに備える内部電極の金属組成に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年のエレクトロニクス技術の進展に伴い、積層セラミックコンデンサには小型化かつ大容量化が要求されている。これらの要求を満たすため、積層セラミックコンデンサの誘電体層の薄層化が進められている。しかし、誘電体層を薄層化すると、１層あたりに加わる電界強度が相対的に高くなる。よって、電圧印加時における信頼性の向上が求められる。

【0003】

積層セラミックコンデンサは、一般的に、積層されている複数の誘電体層と、誘電体層間の界面に沿って配置されている複数の内部電極と、を有する積層体と、積層体の外表面に設けられ、内部電極と電気的に接続されている複数の外部電極と、を備えている。ここで、内部電極は、たとえば特開平１１－２８３８６７号公報（特許文献１）に記載されるように、Ｎｉを主成分とするものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１１－２８３８６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、内部電極の主成分をＮｉとした場合に、近年の小型化かつ大容量化の要請に応えるためには、電圧印加時における信頼性が未だ不十分であるという問題があった。

【0006】

この発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、誘電体層がより一層薄層化し、高電界強度の電圧が印加されても、優れた信頼性を示す積層セラミックコンデンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明に係る積層セラミックコンデンサは、セラミックからなる積層された複数の誘電体層と、誘電体層間の複数の界面に沿ってそれぞれ配置された複数の内部電極と、を有する、積層体と、積層体の外表面に設けられ、内部電極と電気的に接続された、複数の外部電極と、を備える。

【0008】

内部電極は、積層体の積層方向に関して交互に配置された複数の第１内部電極と複数の第２内部電極とを備え、外部電極は、第１内部電極と電気的に接続された第１外部電極と、第２内部電極と電気的に接続された第２外部電極と、を備える。

【0009】

上述した技術的課題を解決するため、この発明では、第１内部電極を正極とし、第２内部電極を負極とするように、第１外部電極および第２外部電極間に印加される電圧の印加方向に基づく極性が定められており、第１内部電極は、Ｎｉを主成分とする第１金属組成を有し、第２内部電極は、Ｎｉを主成分とし、Ｎｉより標準電極電位が高いＡｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ａｇ、Ｒｈ、ＲｕおよびＣｕから選ばれる少なくとも１種の金属元素を添加成分とする、第２金属組成を有し、第１内部電極が有する第１金属組成は、Ｎｉより標準電極電位が高い金属元素を含まないことを特徴としている。

【0010】

なお、上記第１金属組成と上記第２金属組成とは異なるものであって、構成元素の種類および含有率の少なくとも一方について異なっている。

【0011】

また、内部電極の金属組成に関して、「主成分」とは、金属元素の中で、最も多い含有量を有するもの、より限定的には、５０％以上の含有量を有するものを言う。

【発明の効果】

【0012】

この発明によれば、積層セラミックコンデンサの電圧印加時における絶縁劣化を抑制でき、よって、信頼性の優れた積層セラミックコンデンサを得ることができる。

【0013】

また、第１内部電極が有する第１金属組成および第２内部電極が有する第２金属組成は、ともにＮｉを主成分としているので、たとえばＣｕを主成分とする場合に比べて、融点を高くすることができる。よって、第１内部電極および第２内部電極をより薄くすることができるので、積層セラミックコンデンサの外形寸法を維持しながら、積層数を増やすことができ、結果として、取得静電容量を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【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を模式的に示す断面図である。

【図2】図１に示した積層セラミックコンデンサ１における第１内部電極（正極）４および第２内部電極（負極）５の各々に含まれる金属元素が有する標準電極電位を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図１を参照して、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の構造について説明する。

【0016】

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、セラミックからなる積層された複数の誘電体層３と、複数の誘電体層３間の界面に沿って配置された複数の内部電極４および５と、を備えている。内部電極４および５は、積層体３の積層方向に関して交互に配置された複数の第１内部電極４と複数の第２内部電極５とに分類される。積層体２の外表面、より具体的には、相対向する各端面には、外部電極６および７がそれぞれ設けられる。外部電極６および７は、第１内部電極４と電気的に接続された第１外部電極６と、第２内部電極５と電気的に接続された第２外部電極７と、に分類される。

【0017】

内部電極４および５の組成については後述する。外部電極６および７は、たとえばＡｇまたはＣｕを導電成分の主成分としている。誘電体層３は、ＢａおよびＴｉを含むペロブスカイト型化合物（ただし、Ｂａの一部はＣａで置換されてもよく、Ｔｉの一部はＺｒで置換されてもよい。）を主成分として含む誘電体セラミックからなることが好ましい。特に、誘電体層３の主成分がＢａＴｉＯ_３である場合には高い誘電率を示し、積層セラミックコンデンサ１が優れた信頼性を示す。なお、誘電体層３には、上記主成分の他に、たとえば希土類元素や、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ等が副成分として含まれていてもよい。

【0018】

誘電体セラミックの原料粉末は、たとえば、固相合成法で作製される。具体的には、まず、主成分の構成元素を含む酸化物、炭酸塩等の化合物粉末を所定の割合で混合し、仮焼する。なお、固相合成法の他に、水熱法等を適用してもよい。なお、誘電体セラミックにおいて、アルカリ金属、遷移金属、Ｃｌ、Ｓ、Ｐ、Ｈｆ等が、本発明の効果を妨げない量の範囲で含まれていてもよい。

【0019】

積層セラミックコンデンサ１は、たとえば、以下のように作製される。上記のようにして得られた誘電体セラミックの原料粉末を用いてセラミックスラリーを作製する。次いで、シート成形法等でセラミックグリーンシートを成形する。次いで、複数のセラミックグリーンシートのうち所定のセラミックグリーンシート上に、内部電極４および５の各々となるべき導電性ペーストを印刷等で塗布する。次いで、複数のセラミックグリーンシートを積層した後に圧着して、生の積層体を得る。次いで、生の積層体を焼成する。この焼成する工程で、誘電体セラミックで構成される誘電体層３が得られる。その後、積層体３の端面に外部電極６および７を焼き付け等で形成する。

【0020】

積層セラミックコンデンサ１は、実使用時において、第１内部電極４を正極とし、第２内部電極５を負極とするように、第１外部電極６および第２外部電極７間に印加される電圧の印加方向に基づく極性が定められていることを第１の特徴としている。

【0021】

この点に関して、この発明の対象となる積層セラミックコンデンサは、図１に示すような第１外部電極６および第２外部電極７を備える２端子型のものに限らず、３個以上の外部電極を備える多端子型のものであってもよい。この場合、第１内部電極が正極となり、第２内部電極が負極となるように、３個以上の外部電極から選ばれる特定の２組の外部電極の間、すなわち、少なくとも１個の第１外部電極と少なくとも１個の第２外部電極との間に電圧が印加されるように構成されればよい。

【0022】

積層セラミックコンデンサ１は、第１内部電極４および第２内部電極５の各々の金属組成に関して、以下のように選ばれることを第２の特徴としている。すなわち、正極となる第１内部電極４は、Ｎｉを主成分とする第１金属組成を有し、負極となる第２内部電極５は、Ｎｉを主成分とし、Ｎｉより標準電極電位が高いＡｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ａｇ、Ｒｈ、ＲｕおよびＣｕから選ばれる少なくとも１種の金属元素を添加成分とする、第２金属組成を有する。第２金属組成に含まれるＡｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ａｇ、ＲｈおよびＲｕは貴金属である。また、第１内部電極が有する第１金属組成は、Ｎｉより標準電極電位が高い金属元素を含まない。

【0023】

このような第１内部電極４および第２内部電極５の各々の金属組成についての選択は、以下のような知見に基づいている。

【0024】

一般的な積層セラミックコンデンサの絶縁劣化機構については未解明であるが、そのトリガーは、電圧印加に伴う酸素イオンの負極偏析（酸素空孔の正極偏析）であることが知られている。したがって、酸素イオンの負極偏析を抑制すれば、積層セラミックコンデンサの絶縁劣化を抑制できると予測される。そこで、酸化物が安定な元素を正極に含ませ、酸化物が不安定な元素を負極に含ませることが考えられる。この考えに基づけば、負極で還元反応（酸素イオンの放出）を生じさせることによって、負極偏析を抑制できることになる。

【0025】

より具体的には、第１内部電極４および第２内部電極５の各々の金属組成に関して、正極となる第１内部電極４側に価数が増加しやすい（標準電極電位が低い）金属元素が用いられ、負極となる第２内部電極５側に価数が減少しやすい（標準電極電位が高い）金属元素が用いられる。標準電極電位は、元素に固有の値であり、その値が低いほど酸化物が安定で、高いほど酸化物が不安定である。

【0026】

すなわち、負極側の第２内部電極５において、図２に示すように、正極側の第１内部電極４の金属元素の標準電極電位より高い標準電極電位の金属元素を含むようにされる。図２において、正極側の第１内部電極４の第１金属組成の標準電極電位は、Ａの範囲に含まれていればよく、負極側の第２内部電極５の第２金属組成の標準電極電位は、Ｂの範囲に含まれていればよい。

【0027】

内部電極４および５の各々が有する金属組成に含まれ得る金属元素についての標準電極電位は、より低いものから順に列挙すると、
Ｎｉが－０．２６Ｖ、
Ｃｕが＋０．３４Ｖ、
Ｒｕが＋０．４６Ｖ、
Ｒｈが＋０．７６Ｖ、
Ａｇが＋０．８Ｖ、
Ｏｓが＋０．９Ｖ、
Ｐｄが＋０．９２Ｖ、
Ｉｒが＋１．１６Ｖ、
Ｐｔが＋１．１９Ｖ、
Ａｕが＋１．５２Ｖである。

【0028】

第１内部電極４の第１金属組成の主成分となるＮｉの標準電極電位が－０．２６Ｖであるのに対し、第２内部電極５の第２金属組成に添加されるＡｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ａｇ、Ｒｈ、ＲｕおよびＣｕは、いずれも、Ｎｉより高い標準電極電位を有している。

【0029】

したがって、負極である第２内部電極５の第２金属組成に添加される、Ｎｉより高い標準電極電位を有する、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ａｇ、Ｒｈ、ＲｕおよびＣｕの少なくとも１種の金属元素は、負極である第２内部電極５で還元反応（酸素イオンの放出）を生じさせ、酸素イオンの負極偏析を抑制することができる。

【0030】

なお、前述したように、標準電極電位が高いものほど、酸化物がより不安定であるので、上述した第２内部電極５の第２金属組成に含まれることのある金属元素は、標準電極電位のより高くなる順である、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕの順で、酸素イオンの負極偏析を抑制する効果がより高くなる。

【0031】

このように、この実施形態によれば、内部電極４および５における酸化還元反応に着目し、この酸化還元反応を利用して、電圧印加に伴う酸素イオンの負極偏析（酸素空孔の正極偏析）が抑制され、その結果、積層セラミックコンデンサ１の電圧印加時における絶縁劣化を抑制でき、よって、信頼性の優れた積層セラミックコンデンサ１を得ることができる。

【0032】

前述したように、第１内部電極４が有する第１金属組成は、Ｎｉより標準電極電位が高い金属元素を含まないようにされる。第１金属組成が有する比較的低い標準電極電位を有利に維持できるからである。

【0033】

また、第２内部電極５が有する第２金属組成は、Ｎｉを主成分としており、第１内部電極４が有する第１金属組成についても、Ｎｉを主成分としているので、たとえばＣｕを主成分とする場合に比べて、融点を高くすることができる。よって、第１内部電極４および第２内部電極５をより薄くすることができるので、積層セラミックコンデンサ１の外形寸法を維持しながら、積層数を増やすことができ、結果として、取得静電容量を高くすることができる。

【0034】

なお、第２内部電極５が有する第２金属組成を構成する複数の金属元素は、積層セラミックコンデンサ１の製造途中のセラミックグリーンシート上に塗布される導電性ペースト中に含まれているが、予め複数の金属元素を含む合金または金属間化合物の形態で導電性ペースト中に含まれていても、別々の金属元素の形態で導電性ペースト中に含まれていてもよい。第１内部電極４が有する第１金属組成が複数の金属元素を含む場合にも、予め複数の金属元素を含む合金または金属間化合物の形態で導電性ペースト中に含まれていても、別々の金属元素の形態で導電性ペースト中に含まれていてもよい。

【0035】

また、第２内部電極５が有する第２金属組成に含まれる複数の金属元素は、製品としての積層セラミックコンデンサ１の段階では、合金化されていることが好ましい。第１内部電極４が有する第１金属組成が複数の金属元素を含む場合にも、これら複数の金属元素は、製品としての積層セラミックコンデンサ１の段階では、合金化されていることが好ましい。

【符号の説明】

【0036】

１ 積層セラミックコンデンサ
２ 積層体
３ 誘電体層
４ 第１内部電極
５ 第２内部電極
６ 第１外部電極
７ 第２外部電極

【図1】

【図2】