专利名称：：介电陶瓷以及层叠陶瓷电容器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种介电陶瓷(dielectricceramic)及层叠陶瓷电容器，更详细而言，本发明涉及适用于小型、大容量的层叠陶瓷电容器的介电质材料的介电陶瓷以及使用该介电陶瓷而制造的层叠陶瓷电容器。
背景技术：
：层叠陶瓷电容器是使用于各种各样的电子装置的电路中的电子部件，伴随电子装置的小型化，要求层叠陶瓷电容器小型化。这种层叠陶瓷电容器是将在电介质层与电介质层之间隔着内部电极而层叠，且使该层叠体烧结而形成，但在不降低层叠陶瓷电容器的容量的情况下使其小型化，必须使电介质层薄层化。另一方面，在使电介质层薄层化后，由于该电介质层上会被施加高电场强度的电压，因此可能会导致介电常数的降低及温度特性的劣化，以及由于高温下的长时间驱动而使绝缘电阻降低，易产生次品，从而导致可靠性降低。因此，必须实现一种介电陶瓷，其即使在因电介质层的薄层化而被施加有高电场强度的电压时，介电常数也较大，具有良好的温度特性，且可靠性优异。因此，一直以来，提出一种介电陶瓷，其具有包含主要成分与添加成分的组成且具备晶粒和占据晶粒间的晶界，其中，上述主要成分包括AB03(A为Ba及Ca，或者为Ba、Ca及Sr；B为Ti，或者为Ti及&、Hf中的至少任一种)所示的钙钛矿型化合物，上述添加成分包括Si、特定的稀土类元素R及特定的金属元素M，上述晶粒个数中85%以上的晶粒而言，在其截面的90%以上的区域中，上述添加成分不固溶，且存在上述主要成分，对于上述晶界中的分析点数的85%以上的分析点而言，含有至少上述Ba、上述Ca、上述Ti、上述Si、上述R及上述M(专利文献1)。在专利文献1中，以(Ba，Ca)Ti03为主要成分，并含有Si、特定的稀土类元素R及特定的金属元素M作为副成分，且使上述副成分几乎不固溶于主要成分中而是存在于晶界中，以此确保高温负载寿命，从而谋求可靠性的提高。[专利文献1]日本专利特开2004-224653号公报
发明内容然而，在将专利文献1的介电陶瓷使用于薄层的层叠陶瓷电容器时，存在以下问题相对于施加电场的静电容量的变动较大。S卩，通常，于层叠陶瓷电容器中施加有0.10.5V左右的交流电压，但根据使用状况，有时交流电压的振幅会变动。特别是伴随近年来的薄层化的进展，施加电场的变动增大，由此，静电容量也会较大地变动，从而存在交流电压特性(以下称“AC电压特性”)劣化的问题。本发明是鉴于如上所述的问题而完成的，其目的在于提供一种AC电压特性得以改善的介电陶瓷，进而，提供一种具有良好的AC电压特性，此外可维持所需的介电特性和良好的温度特性，且耐电压性也良好，从而也能确保可靠性的介电陶瓷、及使用这些介电陶瓷的层叠陶瓷电容器。为了达成上述目的，本发明的介电陶瓷的特征在于其具有以通式AB03K示的钙钛矿型化合物(A必须含有Ba、且含有选自Ba、Ca、Sr中的至少一种；B必须含有Ti、且含有选自Ti、Zr、Hf中的至少一种)作为主要成分且含有稀土类元素R和Ni的组成，并且具有晶粒和晶界，所述稀土类元素R含有选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少一种，所述Ni均勻或大致均勻地固溶于晶粒内，且所述稀土类元素R在所述晶粒内的固溶区域以截面面积比计为平均10%以下(包括0%)。另外，本发明的介电陶瓷的特征在于所述组成以通式100AmB03+aNi0+bR0n+cM0v+dMg0+eX0w表示(M表示选自Mn、Fe、Cu、Co、V、W、Cr、Mo及A1中的至少一种金属元素，X表示至少含有Si的烧结助剂成分，n、v及w为分别根据所述稀土类元素R、所述金属元素M及所述烧结助剂成分X的价数而唯一确定的正数)，所述m、a、b、c、d及e分别满足0.96≤m≤1.030,0.05≤a≤3,0.1≤b≤1.5,0.1≤c≤1.0,0.1≤d≤1.5、以及0.05≤e≤3.5。另外，本发明的层叠陶瓷电容器的其特征在于，具有交替层叠电介质层与内部电极而成的陶瓷烧结体，并且于所述陶瓷烧结体的两个端部形成有外部电极，且所述外部电极与所述内部电极电连接，所述电介质层由所述介电陶瓷形成。根据本发明的介电陶瓷，上述Ni均勻或者大致均勻地固溶于晶粒内，且上述稀土类元素R在上述晶粒中的固溶区域以截面面积比计为平均10%以下(包含0%)，由此通过使M均勻或者大致均勻地固溶于晶粒内而抑制稀土类元素R向晶粒中的固溶，可改善静电容量的AC电压特性。另外，上述组成以通式100AmB03+aNi0+bR0n+cM0v+dMg0+eX0w表示，且上述m、a、b、c、d及e分别为0.96≤m≤1.030,0.05≤a≤3,0.1≤b≤1.5,0.1≤c≤1.0、0.1≤d≤1.5及0.05≤e≤3.5，因此，也不会损及介电特性、温度特性、耐电压性、可靠性等各特性，从而可获得AC电压特性得以改善的介电陶瓷。即使在上述Ba的一部分由选自Sr及Ca中的至少任一种元素取代，且上述Ti的一部分由选自&及Hf中的至少任一种元素取代的情况下，也可发挥上述作用效果。另外，根据本发明的层叠陶瓷电容器，其具有交替层叠电介质层与内部电极而成的陶瓷烧结体，并且于所述陶瓷烧结体的两个端部形成有外部电极，且所述外部电极与所述内部电极电连接，其中，所述电介质层由上述介电陶瓷形成。因此，可获得一种相对于AC电压的变动具有稳定的静电容量，并且可维持所需的较大的介电常数和良好的温度特性，且介电损失也较小，耐电压性也良好，还能确保可靠性的层叠陶瓷电容器。具体而言，可获得以下可靠性优异的层叠陶瓷电容器在以有效电压0.5Vrms为基准的情况下，有效电压为0.lVrms时的静电容量的电压变化率为士8%以内，介电常数￡为2800以上，在以25°C的静电容量为基准的情况下，-55°C+105°C时的静电容量的变化率为士22%以内，满足EIA(electronicindustriesassociation，美国电子工业协会)标准的X6S特性，绝缘破坏电压为100V以上，且即使于高温下进行连续驱动，也不会产生次图1是表示使用本发明的介电陶瓷而制造的层叠陶瓷电容器的一种实施方式的剖面图。符号说明lalg电介质层2a2f内部电极3a、3b外部电极10陶瓷烧结体具体实施例方式接着，详细说明本发明的实施方式。本发明的介电陶瓷系具有以通式AB03所示的钙钛矿型化合物(A必须含有Ba、且含有选自Ba、Ca、Sr中的至少一种；B必须含有Ti、且含有选自Ti、Zr、Hf中的至少一种)作为主要成分且含有稀土类元素R和Ni的组成，并且具有晶粒和晶界，所述稀土类元素R含有选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少一种。接着，Ni均勻或者大致均勻地固溶于晶粒内(以下，仅称”均勻固溶”)，且所述稀土类元素R在所述晶粒内的固溶区域以截面面积比计为平均10%以下(包括0%)。通过使介电陶瓷中含有特定的稀土类元素R，可抑制介电损失tan6，又可谋求高温负载时的耐久性提高，从而可有助于提高可靠性。并且，作为如上所述的特定的稀土类元素R，可使用选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的一种或者这些的组合。另外，在多个部位的任意截面测定上述稀土类元素R于晶粒中的固溶区域后可知，若其平均值以截面面积比计超过10%固溶于晶粒内，则AC电压特性的劣化显著。换言之，形成了上述稀土类元素R于晶粒中的固溶区域为平均10%以下的陶瓷组织，以此可改善AC电压特性。因此，本发明人等着眼于上述问题进行了努力研究后可知，通过使Ni均勻固溶于晶粒内，以截面面积比计时，可将稀土类元素R在晶粒内的固溶抑制在平均10%以下。由此可改善静电容量的AC电压特性，但从确保介电常数￡及介电损失tan6等的介电特性、静电容量的温度特性、耐电压性、进而可靠性等各种特性的观点出发，优选将A位与B位的配合摩尔比m调配在适当范围内，并且使组成体系中包括含有特定的金属元素M、Mg、Si的烧结助剂，且将各成分调配成适当范围。S卩，介电陶瓷优选由下述通式㈧所示的组成体系构成。而且，特别优选的是，按照使m、a、b、c、d及e满足下述数式⑴(6)的方式进行组成调配。100AmB03+aNi0+bR0n+cM0v+dMg0+eX(V"(A)0.96彡m彡1.030...(1)0.05^a^3...(2)0.1^b^1.5...(3)0.1^c^1.0...(4)0.1^d^1.5...(5)0.05彡e彡3.5...(6)此处，作为金属元素M，可使用选自Mn、Fe、Cu、Co、V、W、Cr、Mo&Al中的一种或者这些的组合。作为AmB03中的A位成分，必须含有Ba，但根据需要优选用选自Ca及Sr中的至少任一种代替Ba的一部分。另外，作为B位成分，必须含有Ti，但根据需要优选用选自&及Hf中的至少任一种来代替Ti的一部分。作为烧结助剂成分X，至少含有Si，且除了该Si以外，还可根据需要而适当选择使用Ti、Li、Na、B、K、Mg等。再者，n为对应于稀土类元素R的价数而唯一确定的正数，例如，当稀土类元素R为3价的Dy时，n为3/2。同样地，v为对应于金属元素M的价数而唯一确定的正数，例如，当金属元素M为2价时，v为1，当金属元素M为5价时，v为5/2。另外，w为对应于烧结助剂成分X的价数而唯一确定的正数，当X为4价Si时，w为2。接着，对将m、a、b、c、d及e优选设定为上述数式(1)(6)的理由加以描述。(l)mm表示作为主要成分的BaTi03系化合物的A位与B位的配合摩尔比，虽然化学计算的理论配比为1.000，但优选根据需要以A位过剩或者B位过剩的方式来调整A位化合物与B位化合物的配合摩尔比。然而，若配合摩尔比m不足0.96，则主要成分组成中的B位过度过剩，其结果导致稀土类元素R易固溶于晶粒。即，在该情形时，即使Ni均勻固溶于晶粒中，也会促进稀土类元素R向晶粒中固溶，其结果可能会使晶粒中的稀土类元素R的固溶区域扩大，平均值甚至也超过10%，从而无法改善静电容量的AC电压特性。而且，静电容量的温度特性也会劣化，进而还可能会导致可靠性降低。另一方面，若配合摩尔比m超过1.030，则主要成分组成中的A位过度过剩，其结果可能会导致介电常数￡降低。因此，配合摩尔比m优选的是0.96彡m彡1.030。(2)a如上所述使Ni均勻固溶于晶粒中，由此可抑制稀土类元素R固溶于晶粒中，从而可获得良好的AC电压特性。然而，当Ni的含量相对于主要成分100摩尔份不足0.05摩尔份时，即使Ni固溶于晶粒中，也无法发挥所需的作用效果。另一方面，若m的含量相对于主要成分100摩尔份超过3摩尔份，则即使静电容量的AC电压特性良好，也可能导致耐电压降低且可靠性降低。因此，相对于主要成分100摩尔份的Ni的摩尔份a优选的是0.05<a彡3。(3)b将稀土类元素R添加到主要成分中，由此如上所述可抑制介电损失tan6，也有助于提高可靠性。接着，以截面面积比计时，将向晶粒中的固溶抑制在平均10%以下，由此可改善静电容量的AC电压特性。然而，若稀土类元素R的含有摩尔量相对于主要成分100摩尔份不足0.1摩尔份，6则稀土类元素R可能会以稀薄的浓度扩散至晶粒的较广区域。即，稀土类元素R扩散至晶粒的较广区域，其结果是，在以截面面积比计时，固溶区域平均会超过10%，从而可能无法改善静电容量的AC电压特性。而且在该情况下，介电损失tanδ会变大，进而可能会导致可靠性降低。另一方面，若稀土类元素R的含有摩尔量相对于主要成分100摩尔份超过1.5摩尔份，则可能会导致介电常数ε降低，且静电容量的温度特性劣化。因此，相对于主要成分100摩尔份的稀土类元素R的摩尔份b优选的是0.1^b^1.5o(4)c将金属元素M添加到主要成分中，由此可谋求各种特性的提高，因而优选使介电陶瓷中含有适量的金属元素M。然而，若金属元素M的含有摩尔量相对于主要成分100摩尔份不足0.1摩尔份，则无法期待所需的添加效果。另一方面，若金属元素M的含有摩尔量相对于主要成分100摩尔份超过1.0摩尔份，则可能会导致介电常数ε的降低。因此，相对于主要成分100摩尔份的金属元素M的摩尔份c优选的是0.1彡C彡1.0。(5)d将Mg成分添加到主要成分中，由此可抑制介电损失tanδ，又可使耐电压性及可靠性提高，因而，优选使介电陶瓷中含有与其它金属元素M不同的另外的适量的Mg。然而，若Mg成分的含有摩尔量相对于主要成分100摩尔份不足0.1摩尔份，则无法期待所需的添加效果。另一方面，若Mg成分的含有摩尔量相对于主要成分100摩尔份超过1.5摩尔份，则可能会导致介电常数ε降低及静电容量的温度特性劣化。因此，相对于主要成分100摩尔份的Mg成分的摩尔份d优选的是0.1彡d彡1.5。(6)e于主要成分中添加适量的烧结助剂，由此可使烧结性提高，可有助于低温煅烧，且可谋求介电陶瓷的各种特性的提高。然而，若烧结助剂成分X的含有摩尔量相对于主要成分100摩尔份不足0.05摩尔份，则无法使烧结性提高，从而无法获得高介电常数。另一方面，当烧结助剂成分X的含有摩尔量相对于主要成分100摩尔份超过3.5摩尔份时，即便使M均勻固溶于晶粒中，稀土类元素R仍易固溶于晶粒，因而无法改善静电容量的AC电压特性，且静电容量的温度特性也可能劣化。因此，相对于主要成分100摩尔份的烧结助剂成分X的摩尔份e优选的是0.05彡e彡3.5。如上所述，使上述通式(A)所示的介电陶瓷满足上述数式(1)(6)，由此可获得一种介电陶瓷，其AC电压特性良好，且可维持所需的较大的介电常数与良好的温度特性，介电损失也较小，耐电压性良好，还能确保可靠性。接着，对使用本介电陶瓷所制造的层叠陶瓷电容器加以详述。图1是示意性地表示上述层叠陶瓷电容器的一种实施方式的剖面图。该层叠陶瓷电容器是于陶瓷烧结体10中埋设有内部电极2a2f，且于该陶瓷烧结体10的两个端部形成有外部电极3a、3b，进而于该外部电极3a、3b的表面形成有第1镀敷膜4a、4b及第2镀敷膜5a、5b。即，陶瓷烧结体10是将由上述介电陶瓷所形成的电介质层IaIg与内部电极层2a2f交替层叠并煅烧而成的，内部电极层2a、2c、2e与外部电极3a电性连接，内部电极层2b、2d、2f与外部电极3b电性连接。而且，在内部电极层2a、2c、2e与内部电极层2b、2d、2f的对置面之间形成静电容量。接着，对上述层叠陶瓷电容器的制造方法的一例加以详述。首先，准备BaCO3等的A位化合物、TiO2等的B位化合物、NiO等的Ni化合物作为陶瓷原材料。接着，称量出特定量的这些A位化合物、B位化合物及Ni化合物。接着，将该称量物与PSZ(PartiallyStabilizedZirconia部分稳定化氧化锆)球等的磨球及纯水一起投入到球磨机中，经充分的湿式混合粉碎后，以1000°c以上的温度进行煅烧处理，以此制作晶粒中均勻固溶有Ni的含有{100AmB03+aNi0}的煅烧粉末。S卩，使构成主要成分的陶瓷原材料与NiO混合并煅烧合成，由此可使Ni成分容易固溶于晶粒内。接着，准备含有稀土类元素R的R化合物、含有金属元素M的M化合物、含有至少Si的烧结助剂，并称量出特定量。接着，于球磨机内将这些称量物与上述煅烧粉末混合，然后使其蒸发干燥，获得陶瓷原料粉末。接着，将上述陶瓷原料粉末与有机粘合剂(binder)及有机溶剂一起投入到球磨机中进行湿式混合，由此制作陶瓷浆料，其后，以模唇法(Iipmethod)等对陶瓷浆料进行成型加工，制作陶瓷生片。接着，使用内部电极用导电膏于陶瓷生片上进行网版印刷，从而于上述陶瓷生片的表面形成特定图案的导电膜。再者，作为内部电极用导电膏中含有的导电材料，从低成本化的观点考虑，优选的是使用将Ni、Cu及这些合金作为主要成分的贱金属材料。接着，将形成有导电膜的陶瓷生片于特定方向上层叠多片，并用未形成有导电膜的陶瓷生片进行夹持、压接，再将其切割成特定尺寸，以此来制作陶瓷层叠体。然后，以温度300500°C进行脱粘合剂处理，进而，在将氧分压控制为10_910_12MPa的由H2-N2-H2O气体所组成的还原性环境中，以温度11001250°C进行约2小时的煅烧处理。由此，将导电膜与陶瓷生片一起烧结，获得交替层叠了内部电极2a2f与电介质层IaIg的陶瓷烧结体10。如上所述，使R化合物等的其它添加物混合于煅烧粉末中而获得陶瓷原料粉末，且将煅烧温度于上述温度范围内调整为特定温度，由此可容易抑制稀土类元素R向晶粒中的固溶区域，从而在以截面面积比计时，可将上述固溶区域容易抑制于平均10%以下。接着，于陶瓷烧结体10的两个端面涂布外部电极用导电膏，并进行烧制处理，由此形成外部电极3a、3b。再者，关于外部电极用导电膏中所含有的导电性材料，仍从低成本化的观点考虑，优选的是使用Cu等的贱金属材料。另外，作为外部电极3a、3b的形成方法，也可为于陶瓷层叠体的两个端面上涂布外部电极用导电膏后，与陶瓷层叠体同时进行煅烧处理。接着，最后进行电解电镀，于外部电极3a、3b的表面形成由Ni等组成的第1镀敷膜4a、4b，进而于该第1镀敷膜4a、4b的表面形成由焊锡及锡等组成的第2镀敷膜5a、5b，由此制造层叠陶瓷电容器。如此，本层叠陶瓷电容器是电介质层lalg使用上述介电陶瓷而制造的，故可获得具有如下特性的层叠陶瓷电容器即便使电介质层lalg更加薄层化，也可确保良好的AC电压特性，且不会损及介电特性及温度特性，高温负载寿命良好，可靠性优异，且具有良好的耐电压。具体而言，可获得如下层叠陶瓷电容器静电容量的AC电压特性为，在以有效电压0.5Vrms为基准的情况下，有效电压为0.lVrms时的静电容量的变化率为士8%以内，具有介电常数￡为2800以上的高介电常数，静电容量的温度特性为，在以25°C的静电容量为基准的情况下，于-55+105°C时的静电容量的变化率为士22%以内，另外，于105°C的高温下具有2000小时以上的耐久性，且适合于绝缘破坏电压为100V以上的薄层化的层叠陶瓷电容器。而且，本实施方式中，于制作煅烧粉末时使Ni固溶于作为主要成分的AmB03中，因而即便不使用特殊的制法，也可抑制稀土类元素R向晶粒中的固溶，从而可容易制造具有所需的陶瓷组织的介电陶瓷。再者，本发明并非限定于上述实施方式。例如，于上述层叠陶瓷电容器的制造过程中，有&、Zn、Ag、Na、Pd、Hf或Sr等作为杂质混入并存在于晶粒内及晶界中的可能性，但并不影响层叠陶瓷电容器的电特性。另外，于层叠陶瓷电容器的煅烧处理中，内部电极成分可能会扩散到晶粒内及晶界中，于该情形时，也不会对层叠陶瓷电容器的电特性造成任何影响。另外，关于金属元素M、Mg成分及烧结助剂的于介电陶瓷上的存在形态，并无特别限制，其可固溶于晶粒内，也可存在于晶界及结晶三相点中。而且，于上述实施方式中，作为主要成分的AmB03通过将A位化合物、B位化合物作为起始原料的固相合成法来制作，但也可通过水解法及水热合成法、共沉淀法等制作。进而，关于A位化合物、B位化合物，除碳酸盐及氧化物以外，可根据合成反应的方式适当选择硝酸盐、氢氧化物、有机酸盐、醇盐、螯合化合物等。接着，具体说明本发明的实施例。[实施例1][试样的制作][试样编号1]准备BaC03、Ti02及NiO作为陶瓷原材料，且称量这些陶瓷原材料，使Ba与Ti的配合摩尔比m为1.010，且相对于100摩尔份的BaTi03，Ni0的摩尔份a为1.0。接着，将该称量物与PSZ球及纯水一起投入到球磨机中，经48小时湿式混合粉碎后，以1100°c的温度进行煅烧处理，制作煅烧粉末。接着，准备Dy203、MnC03>MgC03及Si02作为添加物材料。然后，称量这些添加物材料，使介电陶瓷满足下述通式(B)。100BaL010Ti03+l.0Ni0+l.0Dy03/2+0.3Mn0+l.0Mg0+l.5Si02...(B)接着，将这些添加物材料与上述煅烧粉末一起投入到球磨机中，并在该球磨机内进行24小时湿式混合，然后使其蒸发干燥，获得陶瓷原料粉末。其后，在该陶瓷原料粉末中加入作为有机粘合剂的聚乙烯醇缩丁醛系粘合剂及作为有机溶剂的乙醇，并投入到球磨机中，进行特定时间的湿式混合，制作陶瓷浆料。接着，使用刮刀成型法将该陶瓷浆料进行薄片成型，制作陶瓷生片。接着，准备以M作为主要成分的内部电极用导电膏。然后，将该内部电极用导膏涂布于上述陶瓷生片上并进行网版印刷，从而于上述陶瓷生片的表面形成特定图案的导电膜。接着，将形成有导电膜的陶瓷生片在特定方向上层叠多枚，并用未形成有导电膜的陶瓷生片进行夹持、压接，再将其切割成特定尺寸，以此制作陶瓷层叠体。然后，以温度300°C进行脱粘合剂处理，进而，在将氧分压控制为10_1(110_12MPa的由H2-N2-H2O气体所组成的还原性环境中，以温度1220°C进行约2小时煅烧处理，由此，获得交替层叠电介质层与内部电极而成的陶瓷烧结体。接着，准备含有B2O3-Li2O-SiO2-BaO系玻璃成分且以Cu作为主要成分的外部电极用导电膏。接着，于上述陶瓷烧结体的两个端面上涂布上述外部电极用导电膏，且于N2环境中以800°C的温度进行烧制处理，形成与内部电极电性连接的外部电极，由此制作试样编号1的层叠陶瓷电容器。所获得的层叠陶瓷电容器的外形尺寸为长1.6mm,宽0.8mm，厚1.Omm,电介质层的平均每1层的厚度为0.7μπι。另外，有效介电陶瓷层的总数为50，平均每1层的对置电极面积为0.8mm2ο[试样编号2]不添加M0，除此以外，以与试样编号1相同的方法、顺序制作试样编号2的层叠陶瓷电容器。[试样编号3]准备BaCO3及TiO2作为陶瓷原材料，且称量这些陶瓷原材料，使Ba与Ti的配合摩尔比m为1.010。接着，将该称量物与PSZ球及纯水一起投入到球磨机中，经48小时湿式混合粉碎后，以iioo°c以上的温度进行煅烧处理，制作煅烧粉末。接着，准备NiO、Dy203、MnCO3>MgCO3及SiO2作为添加物材料。接着，与试样编号1相同，称量这些添加物材料，使介电陶瓷满足上述通式(B)。接着，将这些添加物材料与上述煅烧粉未一起投入到球磨机中，并于该球磨机内进行24小时湿式混合，然后使其蒸发干燥，获得陶瓷原料粉末。然后，以与[试样编号1]相同的方法、顺序来制作试样编号3的层叠陶瓷电容器。[陶瓷组织的结构分析]于试样编号13的层叠陶瓷电容器的截面中，经以下所示的TEM-EDX(transmissionelectronmicroscopyequippedwithenergydispersiveX-rayanalysis,穿透式电子显微镜的能量分布式X射线分析仪)的对照分析(mappinganalysis)，测定Ni在晶粒中的固溶部分的面积比率(以下，记作“固溶面积比率”)及Dy的固溶面积比率。S卩，对于任意的晶粒，使用具有2nm的探针的TEM-EDX来扫描全体晶粒，以检测晶粒中的M固溶的区域，求出M固溶的面积比。此时，Ni的固溶/非固溶的临界值相对于主要成分100摩尔份为0.5摩尔份。对于Dy的固溶面积比率，也以相同的测定方法进行。于任意20个晶粒中进行该测定，求出其平均值。对于Ni，将固溶面积比率为80%以上的情形视为”均勻固溶”。对于Dy，将固溶面积比率的定量值示于表1。[表1]<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>*为本发明范围之外由该表1明确可知，试样编号2中，于介电陶瓷中不含有Ni，因而促进Dy成分向晶粒中的固溶，且固溶面积比率变大，为26%。另外，试样编号3虽然于介电陶瓷中含有Ni，但Dy成分的固溶面积比率变大，为20%。认为其原因在于，在煅烧粉末制作时未将NiO与BaCO3及TiO2混合，而是在煅烧后进行混合，故M并未均勻固溶于晶粒内，因此促进Dy成分向晶粒中的固溶。相对于此可知，试样编号1中，Ni均勻固溶于晶粒内，因此可阻碍Dy成分向晶粒中的固溶，固溶面积比率成为8%，可抑制于10%以下。[特性评价]以下对介电常数ε、介电损失tanδ、静电容量的AC电压特性、静电容量的温度特性、耐电压性及可靠性进行评价。即，使用自动桥式测定器，于频率1kHz、有效电压0.5Vrms、温度25°C的条件下测定静电容量C及介电损失tanδ，并根据静电容量C计算出介电常数ε。关于AC电压特性，于频率1kHz、温度25°C的条件下测定有效电压为0.5Vrms、0.IVrms时的静电容量Ca5、Cai。以0.5Vrms时的静电容量Ca5作为基准，求出0.IVrms时的静电容量的电压变化率ΔCa^Ca5，并将该电压变化率AC0JCa5为士8%以内评价为合格品。关于温度特性，以+25°C的静电容量作为基准，于-55°C+105°C的范围内测定于最大的+105°c时的静电容量的温度变化率(AC1Q5/C25)。若温度变化率(AC1Q5/C25)为士22%以内，则满足EIA标准的X6S特性，从而作为合格品，以此评价温度特性。关于耐电压，对各试样施加电压，使施加电压上升，测定于绝缘破坏时的电压，并将绝缘破坏电压为100V以上评价为合格品。关于可靠性，进行高温负载试验，根据高温负载寿命进行评价。即，关于各试样100个，于温度105°C的高温下，施加9.5V的直流电压，测定绝缘电阻的经时变化。接着，在试验开始后经过1000小时及经过2000小时之时，将绝缘电阻已降低为200kΩ以下的试样判断为次品，并计算该次品的个数，评价高温负载寿命，即可靠性。表2表示试样编号13的各测定结果。[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>*为本发明范围之外由表1及表2明确可知，试样编号2中，Dy成分的固溶面积比率为26%，超过10%，故静电容量的电压变化率AC0.yCo.5为-11.6%，无法抑制于士8%以内，从而静电容量相对于电压变动不稳定。而且还可知，在该情形时，静电容量的温度变化率AC1(15/C25为-27.6%，无法抑制在士22%以内，从而不满足EIA标准的X6S特性。进而，也在高温负载试验中，经过2000小时后，在100个中产生3个次品。对于试样编号3，Dy成分的固溶面积比率达20%，超过10%，故静电容量的电压变化率ACm/CM为-9.2%，也无法抑制在士8%以内。另外，可知静电容量的温度变化率AC1Q5/C25*-22.5%，无法抑制在士22%以内，从而也不满足EIA标准的X6S特性。进而，在高温负载试验中，经过2000小时后，也在100个中产生2个次品。相对于此，试样编号1中，Dy成分的固溶面积比率为8%，被抑制在10%以下，故静电容量的电压变化率AQ^/Cm为-6.0%，从而可改善为士8%以内。另夕卜，可知，静电容量的温度变化率AC105/C25也为-17.5%，满足EIA标准的X6S特性。进而可知，对于高温负载寿命而言，在经过2000小时之时也未产生次品。如上所述使Ni均勻固溶于晶粒内，可将Dy成分的固溶面积比率抑制在10%以内，从而可改善静电容量的AC电压特性，进而静电容量的温度特性及可靠性也可获得良好的结果。[实施例2][试样的制作][试样编号1118]制作与试样编号1的组成相同的陶瓷原料粉末，获得陶瓷层叠体。接着，将该陶瓷层叠体于温度300°C进行脱粘合剂处理，进而，在将氧分压控制为10,10_12MPa内的由H2-N2-H20气体所组成的还原性环境中，对各个试样以11401280°C的范围内的不同温度进行约2小时煅烧处理，获得试样编号1118的层叠陶瓷电容器。[试样编号1926]不添加NiO，除此以外，以与试样编号1118相同的方法、顺序，获得煅烧温度不同的试样编号1926的层叠陶瓷电容器。[陶瓷组织的结构分析]对于试样编号1126的各试样，以与[实施例1]相同的方法分析陶瓷组织的构造，调查晶粒中的M成分的固溶状态，求出Dy成分的固溶面积比率。表3表示试样编号1126中相对于主要成分100摩尔份的Ni的摩尔份a、Ni成分的固溶状态、Dy成分的固溶面积比率及煅烧温度。12[表3]<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>*为本发明范围之外在煅烧温度上升时，Dy成分的固溶面积比率也上升。即可知，通过调整煅烧温度可对Dy成分的固溶面积比率进行微调。另外，将使M均勻固溶于晶粒内的试样编号1118与不含有M成分的试样编号1926进行对比后可知，试样编号1118的各试样与对应的试样编号1926的各试样相比，可更加抑制Dy成分的固溶面积比率。认为其原因在于，通过使M成分均勻固溶于晶粒中，从而Dy成分难以向晶粒中固溶。[特性评价]对于试样编号1126的各试样，以与[实施例1]相同的方法，对介电常数￡、介电损失tan6、静电容量的AC电压特性、静电容量的温度特性、耐电压性及可靠性进行评价。表4表示其测定结果。[表4]<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>*为本发明范围之外由表3及表4明确可见，试样编号17、18中，Ni均勻固溶于晶粒内，但因煅烧温度高，故Dy成分的固溶面积比率分别为16%、21%，超过10%。由此可知，在静电容量的电压变化率Q^/Cm分别为-10.3%、-11.3%时，其绝对值超过8%而变大，且静电容量的温度特性也不满足EIA标准的X6S特性。另外，由于试样编号1926中不含有Ni，故Dy成分的固溶面积比率分别为1252%，无法充分抑制Dy成分向晶粒中的固溶。由此可知，在静电容量的电压变化率Cai/Ca5分别为-8.2-19.6%时，其绝对值超过8%而变大，且静电容量的温度特性也不满足EIA标准的X6S特性。也可知，特别是对于Dy成分的固溶面积比率超过40%的试样编号25、26，在高温负载试验中，在经过2000小时的时，在100个中产生15个以上的次品，从而导致可靠性降低。相对于此，试样编号1116中，将Dy成分的固溶面积比率抑制在210%，由此可将静电容量的电压变化率Cai/Ca5改善为-5.8-6.4%。又可知，在静电容量的温度变化率AC1Q5/C25为-16.2-20.时，可获得士22%以内的良好的结果，静电容量的温度特性也满足EIA标准的X6S特性。进而，也在高温负载试验中，经过2000小时之时，未产生次品。即，将组成成分调配成如本实施例2那样，使Ni均勻固溶于主要成分中，且调整煅烧温度，由此可将Dy成分的固溶面积比率抑制在10%以内。而且由此可知，可不损及介电常数￡、介电损失tanS、绝缘破坏电压、静电容量的温度特性等的各种特性及可靠性而改善静电容量的电压特性。可知，特别是在Dy成分的固溶面积比率越少时，介电常数￡越呈降低倾向，但静电容量的AC电压特性及静电容量的温度特性仍可获得良好的结果。[实施例3][试样的制作]准备BaC03、Ti02及NiO作为陶瓷原材料，且称量这些陶瓷原材料，使Ba与Ti的配合摩尔比m及相对于100摩尔份的BaTi03的NiO的摩尔份a为表5所示的值，并以与[实施例1]相同的方法、顺序制作煅烧粉末。接着，准备含有稀土类元素R的R氧化物(La203、Ce02、Pr60n、Nd203、Sm203、Eu203、Gd203、Tb203、Dy203、Ho203、Er203、Tm203、Yb203、Lu203、Y203)、含有金属元素M的M氧化物(MnO、Fe203、CuO、CoO、V205、W03、Cr203、Mo02、A1203)、MgO以及Si02作为添加物材料。接着，称量这些添加物材料，使介电陶瓷的下述通式(C)所示的b、c、d及e为表5所示的值。100BamTi03+aNi0+bR0n+cM0v+dMg0+eSi(V"(C)接着，在球磨机内将这些添加物材料与上述煅烧粉末混合，然后使其蒸发干燥，获得陶瓷原料粉末。接着，在其后以与[实施例1]相同的制作方法制作试样编号3158的层叠陶瓷电容器。[陶瓷组织的结构分析]接着，与[实施例1]相同，使用TEM-EDX进行陶瓷组织的结构分析，并调查Ni成分的固溶状态，从而确认M成分均勻固溶于晶粒中。另外，测定R成分的固溶面积比率。表5表示试样编号3158的各试样的成分组成及R成分的固溶面积比率。[表5]<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>*为本发明范围之外**为本发明(请求项2)范围之外试样编号49、51、55及58中，R成分的固溶面积比率均超过10%，为本发明范围之外。在试样编号49中，R成分的固溶面积比率超过10%，认为其原因在于，虽然Ni固溶于晶粒内，但配合摩尔比m为0.958，因而主要成分中B位过剩(Ti过剩)。另外，在试样编号51中，R成分的固溶面积比率超过10%，认为其原因在于，R成分(Dy)为低浓度，扩散存在于较宽范围内。另外，在试样编号55中，R成分的固溶面积比率超过10%，认为其原因在于，不含有适量的MgO。进而，在试样编号58中，R成分的固溶面积比率超过10%，认为其原因在于，作为烧结助剂的Si02的含量过多。相对于此，可知试样编号3148、50、5254、56、57中，适量地调制添加物各自的含量，可将R成分的固溶面积比率抑制在10%以内。再者，将R成分的摩尔份b为0.08的试样编号51与R成分的摩尔份b为1.8的试样编号52进行对比后可知，尽管摩尔份b前者小于后者，但固溶面积比率前者却远大于后者。这原因在于，前者如上所述，其R成分为低浓度，且扩散存在于晶粒较广的范围，相对于此，后者中R成分为较高浓度，散布在局部。[特性评价]对于试样编号3158的各试样，以与[实施例1]相同的方法，对介电常数￡、介电损失tan6、静电容量的AC电压特性、静电容量的温度特性、耐电压性以及可靠性进行评价。表6显示其测定结果。[表6]<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>*为本发明范围之外**为本发明(请求项2)范围之外由表5及表6明确可知，如上所述，试样编号49、51、55及58中，R成分的固溶面积比率均超过10%，故静电容量的电压变化率AC0./Co.5为-9.8-13.6%，其绝对值超过8%，无法改善AC电压特性，可知，特别是试样编号49、51及55于高温负载试验中，在经过1000小时后，在100个中产生59个次品，在经过2000小时后，在100个中产生3234个次品，导致可靠性的显著降低。又可知，在B位过剩的试样编号49及过剩添加有烧结助剂的试样编号58中，静电容量的温度特性劣化，从而不满足EIA标准的X6S特性。另一方面可知，试样编号48、50、5254、56、57的任一者中，R成分的固溶面积比率均为10%以下，故静电容量的电压变化率ACu/CMS-S.1-7.1%，可抑制在士8%以内。其中，试样编号48中，在NiO相对于主要成分100摩尔份为3.2摩尔份时，含量超过3摩尔份，故绝缘破坏电压降低至90V，从而耐电压性劣化，在高温负载试验中，在经过2000小时之时，在100个中产生6个次品，导致可靠性降低。另外，试样编号50中，Ba与Ti的配合摩尔比m为1.032，A位过度过剩，故介电常数e降低至2020，且静电容量的温度变化率AC1(I5/C25也为-22.1%，从而温度特性劣化，不满足EIA标准的X6S特性。试样编号52中，R成分的含有摩尔量的总计相对于主要成分100摩尔份为1.8摩尔份，超过1.5摩尔份，故介电常数￡降低为2320，且静电容量的温度变化率AC1(I5/C25&为-23.1%，从而温度特性劣化，不满足EIA标准的X6S特性。试样编号53中，完全不含有金属元素M，故绝缘破坏电压降低为70V，在高温负载试验中，在经过2000小时之时，在100个中产生9个次品。试样编号54中，金属元素M的含有摩尔量的总计相对于主要成分100摩尔份为1.1摩尔份，超过1.0摩尔份，故介电常数￡降低为2130，且在高温负载试验中，在经过2000小时之时，在100个中产生4个次品。试样编号56中，MgO的含有摩尔量相对于主要成分100摩尔份为2.0摩尔份，超过1.5摩尔份，故静电容量的温度变化率AC105/C25也为-24.5%,从而温度特性劣化，不满足EIA标准的X6S特性。试样编号57中，完全不含有烧结助剂，故烧结性降低，介电常数￡为1820，绝缘破坏电压为60V，均极低，且在高温负载试验中，在经过2000小时之时，在100个中产生2个次Pmo相对于此，在试样编号3147中，将R成分的固溶面积比率抑制于10%以内，且配合摩尔比m为0.96彡m彡1.030，相对于主要成分100摩尔份的NiO的摩尔份a、R0n的摩尔份b、M0V的摩尔份c、MgO的摩尔份d以及Si02的摩尔份e分别为0.05彡a彡3.0、1彡b彡1.5,0.1彡c彡1.0,0.1彡d彡1.5以及0.05彡e彡3.5，均处于适当范围内，故静电容量的电压变化率AQ^/C。』改善为士8%以内，而且介电常数￡具有29803620的高介电常数，静电容量的温度特性满足EIA标准的X6S特性，绝缘破坏电压可确保为100V以上，在高温负载试验中，在经过2000小时之时，完全未产生次品。该实施例3的结果显示，将R成分的固溶面积比率抑制在10%以内，由此可改善静电容量的AC电压特性，但若添加物的含量在适当范围之外，则在介电常数￡、静电容量的温度特性、耐电压性以及可靠性中的至少一者会劣化，另一方面，使添加物的含量在适当范围之内，可在不损及介电特性、静电容量的温度特性、耐电压性、可靠性等各特性的情况下，改善静电容量的AC电压特性。[实施例4][试样的制作]准备BaC03、SrC03、CaC03、Ti02、Zr02,Hf02及NiO作为陶瓷原材料，且称量特定量的这些陶瓷原材料，以与[实施例1]相同的方法、顺序制作煅烧粉末。接着，准备与[实施例3]相同的R氧化物、M氧化物、MgO及Si02作为添加物材料。接着，称量这些添加物材料，使满足介电陶瓷的下述通式(D)。100AmB03+aNi0+bR0n+cM0v+dMg0+eSi(V"(D)此处，A表示Ba及Sr及/或Ca;B表示Ti及&及/或Hf。接着，在球磨机内将这些添加物材料与上述煅烧粉未混合，然后使其蒸发干燥，获得陶瓷原料粉末。其后以与[实施例1]相同的制作方法制作试样编号6176的层叠陶瓷电容器。[陶瓷组织的结构分析]对于试样编号6176，与[实施例1]相同，使用TEM-EDX进行陶瓷组织的结构分析，并调查M成分的固溶状态，从而确认M均勻固溶于晶粒内。另外，同样地测定R成分的固溶面积比率后，确认在10%以内。[特性评价]对于试样编号6176的各试样，以与[实施例1]相同的方法，对介电常数￡、介电损失tan6、静电容量的AC电压特性、静电容量的温度特性、耐电压性及可靠性进行评价。表7表示试样编号6176的各试样的成分组成，表8表示各特性的测定结果。<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>由该表7及表8明确可知，即使在以Sr及/或Ca取代构成A位的Ba的一部分时以及在以&及/或Hf取代构成B位的Ti的一部分时，也与仅由Ba形成A位或者仅由Ti形成B位的情形相同，可一方面将静电容量的电压变化率ACai/Ca5抑制于士8%以内，一方面使静电容量的温度变化率八。105/(25为士22%以内，进而，可使介电常数￡为2800以上，且在高温负载试验中，在经过2000小时之时，次品数为0。即可知，使M成分均勻固溶于晶粒中以使R成分的固溶面积比率为10%以内，且将A位与B位的配合摩尔比m及各添加物的含有摩尔量保持于适当范围，由此，即使在以Ca及/或Sr取代Ba的一部分时以及在以&及/或Hf取代Ti的一部分时，也可实现一种不仅AC电压特性优异，且介电特性、温度特性、耐电压及可靠性也优异的层叠陶瓷电容器。[实施例5][试样的制作]制作与[实施例1]的试样编号1相同的煅烧粉末。接着，作为添加物材料，除Dy203、Mn0及MgO以外，还准备作为含有烧结助剂成分X的X氧化物的Si02、Ti02、Li20、NaO、B203、K20、MgO。接着，称量这些添加物材料，使介电陶瓷为下述通式(E)所示。100BaL010Ti03+l.0Ni0+l.0Dy03/2+0.3Mn0+l.OMgO+eXO/..(E)接着，在球磨机内将这些添加物材料与上述煅烧粉末混合，然后使其蒸发干燥，获得陶瓷原料粉末。接着，其后以与[实施例1]相同的制作方法制作试样编号8187的层叠陶瓷电容器。[陶瓷组织的结构分析]对于试样编号8187，与[实施例1]相同，使用TEM-EDX进行陶瓷组织的结构分析，并调查M的固溶状态，从而确认M均勻固溶于晶粒中。另外，同样地测定R成分的固溶面积比率，结果在10%以内。[特性评价]对于试样编号8187的各试样，以与[实施例1]相同的方法，对介电常数￡、介电损失tan6、静电容量的AC电压特性、静电容量的温度特性、耐电压性及可靠性进行评价。表9表示试样编号8187中的烧结助剂成分X的成分种类及相对于主要成分100摩尔份的摩尔份e，表10表示各特性的测定结果。[表9]<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>[表10]<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>由该表9及表10明确可知，即便已使用除了Si成分以外还添加有试样编号8287的成分的烧结助剂时，也可一方面将静电容量的电压变化率ACai/Ca5抑制在士8%以内，一方面使静电容量的温度变化率AC1(15/C25为士22%以内，进而，可使介电常数￡为2800以上，且在高温负载试验中，在经过2000小时之时次品数为0。即可知，使Ni均勻固溶于晶粒内，以使R成分的固溶面积比率为10%以内，且将A位与B位的配合摩尔比m及各添加物的含有摩尔量保持于适当范围，由此即使在除了Si以外还含有其它烧结助剂成分时，也可实现一种不仅AC电压特性优异，且介电特性、温度特性、耐电压性及可靠性也优异的层叠陶瓷电容器。[实施例6][试样的制作]设法使如表11所示的特定的杂质成分相对于主要成分100摩尔份含有特定摩尔份，除此以外，以与[实施例1]的试样编号1相同的制作方法制作实施例9197的层叠陶瓷电容器。[陶瓷组织的结构分析]对于试样编号9197，与[实施例1]相同，使用TEM-EDX进行陶瓷组织的结构分析，并调查M成分的固溶状态，从而确认M成分均勻固溶于晶粒中。另外，同样地测定R成分的固溶面积比率，结果在10%以内。[特性评价]对于试样编号9197的各试样，以与[实施例1]相同的方法，对介电常数￡、介电损失tan6、静电容量的AC电压特性、温度特性、耐电压性及可靠性进行评价。表11表示在试样编号9197中的杂质成分的成分种类及相对于主要成分100摩尔份的摩尔份，表12表示各特性的测定结果。[表11]试样编号杂质成分相对于主要成分100摩尔份的摩尔份91Zr/Zn/Ag0.52(0.5/0.01/0.01)92Zr/Pd0.21(0.2/0.01)93Zr/Hf/Ag0.37(0.3/0.05/0.02)94Zr/Ag/Sr0.97(0.8/0.1/0.07)95Zr/Zn0.15(0.1/0.05)96Zr/Hf/Pd0.74(0.7/0.03/0.01)97Pd/Zn/Na0.63(0.6/0.02/0.01)[表12]<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>由该表11及表12明确可知，即使在介电陶瓷中含有微量的杂质，也可一方面将静电容量的电压变化率ACu/Cu抑制于士8%以内，一方面使静电容量的温度变化率AC1Q5/C25为士22%以内，进而可使介电常数￡为2800以上，且在高温负载试验中，在经过2000小时之时，次品数为0。即可确认，即使在介电陶瓷中含有微量的杂质，也不会影响各特性。权利要求一种介电陶瓷，其特征在于具有以通式ABO3所示的钙钛矿型化合物为主要成分且还含有稀土类元素R和Ni的组成，并且具有晶粒和晶界，所述稀土类元素R含有选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y中的至少一种，所述ABO3中，A必须含有Ba、且表示选自Ba、Ca、Sr中的至少一种，B必须含有Ti、且表示选自Ti、Zr、Hf中的至少一种，所述Ni均匀或大致均匀地固溶于晶粒内，且所述稀土类元素R在所述晶粒内的固溶区域以截面面积比计为平均10％以下，包括0％。2.如权利要求1所述的介电陶瓷，其中，所述组成以通式100AmB03+aNi0+bR0n+cM0v+dMg0+eX0w表示，其中，M表示选自Mn、Fe、Cu、Co、V、W、Cr、Mo及A1中的至少一种金属元素，X表示至少含有Si的烧结助剂成分，n、v及w为分别根据所述稀土类元素R、所述金属元素M及所述烧结助剂成分X的价数而唯一确定的正数，且所述m、a、b、c、d及e分别满足0.96彡m彡1.030、0.05彡a彡3、0.1<b<1.5、0.1彡c彡1.0、0.1彡d彡1.5、以及0.05彡e彡3.5。3.一种层叠陶瓷电容器，其具有交替层叠电介质层与内部电极而成的陶瓷烧结体，并且于所述陶瓷烧结体的两个端部形成有外部电极，且所述外部电极与所述内部电极电连接，其特征在于，所述电介质层由所述介电陶瓷形成。全文摘要本发明实现一种介电陶瓷及层叠陶瓷电容器，所述介电陶瓷具有良好的交流(AC)电压特性，此外可维持所需的介电特性和良好的温度特性，且耐电压性也良好，从而能确保可靠性。本发明的介电陶瓷以BaTiO3系化合物作为主要成分，并由下述通式表示100AmBO3+aNiO+bROn+cMOv+dMgO+eXOw(其中，R为Dy等的稀土类元素，M为Mn等的金属元素，X为含有Si的烧结助剂成分)。Ni均匀固溶于晶粒内，且稀土类元素在晶粒中的固溶区域以截面面积比计为平均10％以下，并满足0.96≤m≤1.030、0.05≤a≤3、0.1≤b≤1.5、0.1≤c≤1.0、0.1≤d≤1.5、0.05≤e≤3.5。本发明的层叠陶瓷电容器由上述介电陶瓷形成电介质层(1a～1g)。文档编号H01B3/12GK101801882SQ200880108059公开日2010年8月11日申请日期2008年7月29日优先权日2007年9月19日发明者中村友幸,矢尾刚之,石原雅之,笹林武久申请人:株式会社村田制作所