电介质陶瓷粉末、陶瓷生片和层压陶瓷电容器及其制造方法

摘要

提供可进行层压陶瓷电容器的电介质层的薄层化的电介质陶瓷粉末、陶瓷生片和层压陶瓷电容器及其制造方法。使作为原料的构成电介质陶瓷粉末的最初颗粒的最大粒径在3μm以下,由该电介质陶瓷粉末来形成陶瓷生片,层压该陶瓷生片来制成层压陶瓷电容器。

说明书

本发明涉及成为层压陶瓷电容器中的电介质原料的电介质陶瓷粉末、使用该电介质陶瓷粉末的陶瓷生片(グリ-ンシ-ト)和层压陶瓷电容器及其制造方法。

层压陶瓷电容器由以下步骤来制造。首先，形成浆料。具体地说，在BaTiO₃等电介质陶瓷粉末中加入粘合剂和分散剂，通过用球磨机将其搅拌、混合数小时，制成具有适当粘度的浆料。

接着，例如通过流延法等，由浆料制成陶瓷生片。在该流延法中，将浆料流到基膜上，按与刮浆刀的间隙来调整其厚度。然后，使其干燥，获得规定厚度的陶瓷生片。

接着，制备多片在陶瓷生片上按规定的图形印刷内部电极的陶瓷生片。接着，将这些陶瓷生片仅层压需要的片数，经压接来制成片层压物。然后，以单位部件的尺寸来截断片层压物，对其进行烧结来获得层压体。最后，在该层压体上涂敷并烧结导电性膏，形成外部电极。用以上步骤来制造层压陶瓷电容器。

但是，近年来，随着层压陶瓷电容器的小型化和大容量化，不断要求层压陶瓷电容器中的电介质层和导体层的薄层化。但是，在现有的层压陶瓷电容器中，存在随着电介质层的薄层化而良品率下降的问题。如果作为电介质原料的电介质陶瓷粉末中包含直径大的颗粒(粗大颗粒)，则该问题更显著。即，构成电介质陶瓷粉末的颗粒，是作为单独的最初颗粒和凝聚最初颗粒形成的凝聚颗粒。粗大颗粒是凝聚颗粒的情况下，破碎它没有问题，但粗大颗粒是最初颗粒的情况下，为了使颗粒减小，不仅需要大的能量，而且伴随着粉碎会产生微粉末。因这种微粉末的发生使电气特性恶化。

本发明是鉴于上述情况而提出的，目的在于提供可进行层压陶瓷电容器的电介质层的薄层化的电介质陶瓷粉末、陶瓷生片和层压陶瓷电容器及其制造方法。

为了实现上述目的，权利要求1的发明方案特征在于，在作为层压陶瓷电容器的电介质原料的电介质陶瓷粉末中，构成电介质陶瓷粉末的最初颗粒的最大粒径在3μm以下。

进一步地，权利要求2的发明方案特征在于，构成上述电介质陶瓷粉末的最初颗粒的最大粒径为平均粒径的3倍以下，其平均粒径为用SEM观测，测定每个粒径d，

(∑d_j³/∑d_n³)×100

(由小至大顺序d₁,d₂,…d_j,…d_n,:n≥300)的值最接近30％时的d_j值。

再有，权利要求3的发明方案特征在于，构成上述电介质陶瓷粉末的最初颗粒的最大粒径为1μm以下。

此外，权利要求4的发明方案特征在于，在形成层压陶瓷电容器的电介质的陶瓷生片中，以构成粉末的最初颗粒的最大粒径在3μm以下的电介质陶瓷粉末作为原料来形成陶瓷生片。

而且，权利要求5的发明方案特征在于，在层压形成导体的多个陶瓷生片的层压陶瓷电容器中，以构成粉末的最初颗粒的最大粒径在3μm以下的电介质陶瓷粉末作为原料来形成所述陶瓷生片。

而且，权利要求6的发明方案特征在于，在层压形成导体的多个陶瓷生片的层压陶瓷电容器的制造方法中，作为所述陶瓷生片，使用以构成粉末的最初颗粒的最大粒径在3μm以下的电介质陶瓷粉末作为原料来形成所述陶瓷生片。

再有，权利要求7的发明方案特征在于，构成上述电介质陶瓷粉末的最初颗粒的最大粒径为平均粒径的3倍以下，其平均粒径为用SEM观测，测定每个粒径d，

(∑d_j³/∑d_n³)×100

(由小至大顺序d₁,d₂,…d_j,…d_n:n≥300)的值最接近50％时的d_j值。

另外，权利要求8的发明方案特征在于，构成上述电介质陶瓷粉末的最初最粒的最大粒径为1μm以下。

根据本发明，在电介质陶瓷粉末中不包含粗大的最初颗粒。因此，制成以该电介质陶瓷粉末为原料的陶瓷生片，层压该陶瓷生片而形成的层压陶瓷电容器，即使对电介质层进行薄层化，制造良品率也良好。

图1表示电介质陶瓷粉末的粒径分布图。

图2表示现有的电介质陶瓷粉末的粒径分布图。

图3表示层压陶瓷电容器的剖面图。

图4表示层压陶瓷电容器的制造步骤图。

下面参照附图来说明本发明一实施例的电介质陶瓷粉末。图1是电介质陶瓷粉末的粒径分布图，图2是现有的电介质陶瓷粉末的粒径分布图。

如图1所示，本发明的电介质陶瓷粉末的特征在于，构成该粉末的所有最初颗粒的粒径在3μm以下，优选在平均粒径的3倍以下，更优选在1μm以下，不包含粒径比3μm大的最初颗粒。即，电介质陶瓷粉末的最大最初颗粒的粒径在3μm以下，优选在平均粒径的3倍以下，更优选在1μm以下。其中，应注意的方面是，本发明不受电介质陶瓷粉末的平均粒径的影响。即，如图2所示，包含粒径比3μm大的最初颗粒的电介质陶瓷粉末即使例如是平均粒径小的电介质陶瓷粉末，也不包括在本发明中。

其中，最大颗粒为3μm以下的范围内，优选平均粒径的3倍以下。该平均粒径，是用SEM(扫描电子显微镜：例日立制的FE-SEM)随机观察300个以上电介质陶瓷粉末，用测微计测定最初颗粒的粒径，算出假定各粒子的体积为球形的体积，以粒径由小至大的顺序求出体积总和，以至第j个粒子时的体积和占体积总和的比例最接近50％时的第j个粒子的粒径。例如，至第j个粒子时，比例为49.8％，而至第j+1个粒子时，比例为50.3％时，第j个粒子的值更接近50％，故以第j个粒子的粒径为平均粒径。

作为电介质陶瓷粉末的材料，可列举出钛酸钡系、钛酸钙系、钛酸镁系的材料和铅系的材料。作为钛酸系的具体例，可列举出BaTiO₃、Bi₄Ti₃O₁₂、(Ba、Sr、Ca)TiO₃、(Ba、Ca)(Zr、Ti)O₃、(Ba、Sr、Ca)(Zr、Ti)O₃、Ba(Ti、Sn)O₃、Ba(Ti、Sr)O₃、CaTiO₃(Sr、Ca)TiO₃、(Sr、Ca)(Ti、Zr)O₃、MgTiO₃及它们的组合等。此外，作为铅系的具体例，可列举出Pb(Zn、Nb)O₃、Pb(Fe、W)O₃、Pb(Fe、Nb)O₃、Pb(Mg、Nb)O₃、Pb(Ni、W)O₃、Pb(Mg、W)O₃等。

作为电介质陶瓷粉末的制造方法，可列举出固相反应合成法、利用固相合成反应法来微粉碎粉末的方法、水热合成法、烃氧基金属法、溶胶凝胶法、胶体法等。

接着，参照附图来说明本发明一实施例的陶瓷生片和层压陶瓷电容器。图3是层压陶瓷电容器的剖面图，图4是层压陶瓷电容器的制造步骤图。

本实施例的陶瓷生片的特征在于，以所述最初颗粒的最大粒径在3μm以下、在1μm以下更好的陶瓷粉末为主要原料来形成陶瓷生片。此外，本实施例的层压陶瓷电容器的特征在于，使用该陶瓷生片来形成陶瓷电容器。

如图3所示，层压陶瓷电容器1包括：交替层压陶瓷电介质层2和导体层3的略正方体形状的层压体4；以及在该层压体4两端部形成的外部电极5。陶瓷电介质层2例如由具有强介电性的钛酸钡系等的陶瓷烧结体构成。导体层3例如由Ni、Pd、Ag等金属材料构成。外部电极5例如由Ni、Ag、Cu等金属材料构成。

该层压陶瓷电容器1由图4所示的步骤来制造。首先，在以所述最初颗粒的最大粒径为3μm以下的陶瓷粉末为主要原料中，以规定量混合、搅拌添加物、有机粘合剂和有机溶剂或水，获得陶瓷浆料(步骤S1)。接着，通过流延法等带成型法将该陶瓷浆料形成陶瓷生片(步骤S2)。

接着，在该陶瓷生片上，通过丝网印刷法、凹版印刷法、凸版印刷法、轧辊法或溅射法等来形成规定形状的内部电极(步骤S3)。

接着，使用冲压装置来层压和压接陶瓷生片，获得薄片层压体(步骤S4)。接着，以每单位部件的尺寸来截断薄片层压体，获得层压芯片(步骤S5)。接着，按规定的温度条件和环境条件来烧结该层压芯片，获得烧结体(步骤S6)。最后，按照浸渍法等在烧结体的两端部形成外部电极，获得层压电容器(步骤S7)。

由于如以上那样制造的层压陶瓷电容器作为陶瓷电介质层的主要原料使用上述最初颗粒的最大粒径为3μm以下的陶瓷粉末，所以陶瓷电介质层的薄层化成为可能。由此，不会降低制造良品率，可以实现小型化和通过层压片数增加来进行大容量化。

【实施例】

以本发明的电介质陶瓷粉末为原料来制造层压陶瓷电容器，观测其故障率。其中，以本发明的三种电介质陶瓷粉末A～C为原料和作为比较例的以现有电介质陶瓷粉末X为原料来制造电容器。此外，对各电介质陶瓷粉末分别制作三种厚度(15μm、8μm、3μm)的陶瓷生片，通过各薄片来制造层压陶瓷电容器。再有，层压片数为20片。以下，说明各电介质陶瓷粉末的特性。

电介质陶瓷粉末A是使用固相反应合成法按反应来形成的BaTiO₃粉末。该BaTiO₃的颗粒在通过SEM观测下平均粒径为0.5μm，在通过激光散射观测下平均粒径为0.7μm，最初颗粒的最大粒径在3μm以下。然后，以该BaTiO₃粉末为主要原料，对于100mol的BaTiO₃添加1.0mol的Ho₂O₃、0.8mol的MgO、0.1mol的MnO、1.0mol的SiO₂，由此形成浆料。

电介质陶瓷粉末B是用ZrO₂小球来粉碎所述电介质陶瓷粉末A。其中，ZrO₂的直径为1.5mm。电介质陶瓷粉末B在通过SEM观测平均粒径为0.33μm，激光散射观测下平均粒径为0.4μm，最初颗粒的最大粒径在3μm以下。

使用水热合成法来合成平均粒径0.1μm的BaTiO₃粉末，将其在950℃下暂时烧结10～20小时来形成电介质陶瓷粉末C。电介质陶瓷粉末C在通过SEM观测平均粒径为0.22μm，激光散射观测下平均粒径为0.25μm，最初颗粒的最大粒径在3μm以下。

作为比较对象的电介质陶瓷粉末X按与所述电介质陶瓷粉末A同样的组成和形成方法来构成。但是，电介质陶瓷粉末X在通过SEM观测平均粒径为0.52μm，激光散射观测下平均粒径为0.7μm，包括0.1％的最大粒径比3μm大的最初颗粒。

下表1表示根据以上的条件来测定由各电介质陶瓷粉末制造的层压陶瓷电容器的故障率结果。其中，层压陶瓷电容器的故障指对烧结后的层压陶瓷电容器进行绝缘测定，该测定结果为发生短路故障的情况。

【表1】

如该表所示，以本发明的电介质陶瓷粉末作材料制造的层压陶瓷电容器，即使将电介质层进行薄层化也可以维持低的故障率。这是因为在电介质陶瓷粉末中不包含粗大的最初颗粒的缘故。由此，可以可靠地进行层压陶瓷电容器的电介质层的薄层化。因此，如果使用以本发明的电介质陶瓷粉末为主原料来制成陶瓷生片，那么可以使小型并且大容量的层压陶瓷电容器的制造良品率提高。

如以上详述的那样，根据本发明，在电介质陶瓷粉末中不包含粗大的最初颗粒。因此，以该电介质陶瓷粉末作为原料来制成陶瓷生片，并层压该陶瓷生片来形成层压陶瓷电容器，即使将电介质层薄层化，制造良品率也高。由此，可以使小型并且大容量的层压陶瓷电容器的制造良品率提高。