書籍

防衛大学校　 名誉教授／(元)大阪公立大学　客員教授　工学博士　 山本　孝　氏

【テキスト主旨】

　生成〖AI〗(人工知能)が空前のブームである。条件付き自動運転の「レベル3」、特定条件下の完全自動運転の「レベル4」といった高度な自動運転技術の普及が〖AI〗技術と相まって、自動車の自動運転はサイバー空間と現実世界(フィジカル空間)との融合を目指している。
　これらの世界を実現するために、まず第一に高集積・大容量の〖CPU〗が必須であり，安定に動かす受動部品の代表である積層セラミックスコンデンサ－〖MLCC〗は小型・大容量・高性能・省電力・高信頼化が進んできた。特に、Ni内電MLCCはNi金属の低コスト化を特徴にして大容量・小型化が急激に進んだ。チップサイズは年々小型化し0201タイプ(0.2×0.1mm)10μFの実用化も始まっている。
　一方、生成〖AI〗（人工知能）サーバー向けに1608タイプ(1.6x0.8mm)の100μFの大容量MLCCの量産も発表された。Ni内電MLCCの内部電極切れ（Line coverage）が信頼性・製造プロセスと絡んで、コンデンサ容量(C)を増減させることが認識され、Sn-Ni　MLCC，AI―Ni MLCC等内部電極の検討されてきた。
　当テキストでは、「積層セラミックコンデンサの基礎」「電極材料(内部電極/外部電極)」「積層セラミックコンデンサの高信頼性」に大別し、特に電極材料(内部電極/外部電極)の製造技術と、積層セラミックコンデンサの高信頼性を詳細に解説する。


【テキストのポイント】

　MLCCの高積層化技術と、それに伴って生じるトラブル、解決方法を歴史から始まって最新情報まで解説する。


【プログラム】

1. 積層セラミックスコンデンサ―(MLCC)とは
　1.1　移動通信システムの進化
　1.2　自動運転のレベル分け，AIとの結合
　1.3　MLCCの応用例（民生用，車載用）
　1.4　MLCCの温度特性：車載用/生成AIには
　1.5　Class I　vs Class II MLCC の温度特性/DC特性/温度特性
　1.6　スマートホンに搭載される電子部品の個数MLCCの自動車搭載個数, MLCCの世界ランキング
　1.7　主要なコンポーネント供給プレーヤー，グラビア印刷法の採用でMLCCの世界ランキング変わる？　
　1.8　コンデンサなのに，等価回路ではLCR, 低ESL化の試み，ノイズ除去に重要

2. 積層セラミックコンデンサの基礎
　2.1　積層セラミックスコンデンサの構造
　2.2　材料から見たBaTiO3+希土類+アクセプタ+固溶制御材
　2.3　信頼性向上/希土類添加BaTiO3系誘電体の開発
　2.4　希土類を使わないMLCCの開発
　2.5　MLCCの小型化、容量密度の進化、誘電体層薄層化の進化
　2.6　積層セラミックスコンデンサの進展方向
　2.7　大容量MLCCの(100μF）の実現 誘電体層・電極厚みの変遷
　2.8　Ni-MLCCの製造プロセス、グリーンシートの技術動向
　2.9　高信頼性MLCCに必要なこと、コア・シェル構造の重要性
　2.10 コア・シェル構造とプロセスの関係　コア・シェルの構造制御
　2.11 薄膜用MLCCのBaTiO3に求められる特性（水熱合成法）
　2.12 固相法によるBaTiO3の微細化, 粉砕技術，ビーズミル (解粒)，分散，分級　
　2.13 水蒸気固相反応法、BaTiO3の低温反応、水で加速する室温固相反応 (BaTiO3)，Cold Sintering
　2.14 粉砕と分散とは、メデイアのサイズ、メデイアの材質

3. 電極材料(内部電極/外部電極)
　3.1　積層デバイスに用いられる電極，Ni内部電極 
　3.2　Ni内部電極向上のために，
　3.3　高積層・高容量MLCCのためのNi内部電極用Ni微粒子、供材
　3.4　２段焼成法のNi内部電極の効果,カバーレッジの向上
　3.5　Ni内部電極の成形メカニズム (膜断面の観察), Ni内部電極の連続性 (カバーレッジ) 向上のメカニズム
　3.6　Ni電極向上のために (Ni微粒子径、粒度分布、供材添加), Ni微粒子への添加効果 (Ni-Cr, Ni-Sn)
　3.7　MLCC内部電極のプラズマ法によるNi微粒子作製
　3.8　Ni内部電極の連続性の向上
　3.9　MLCCの内部電極/低焼成収縮率 (Delaying Low Temperature Shrinkage)
　3.10 Ni電極の酸化/Ni層とBaTiO3層の界面輸送
　3.11 Sn添加Ni電極の低焼成収縮率
　3.12 Al添加，Zr添加，Ni電極の低焼成収縮率
　3.13 プラズマ法によるNi粒子の作成，特性評価
　3.14 MLCC法の内部電極/グラビア印刷法
　3.15 MLCC外部電極, Cu/Ni/Sn. Cu/Resin/Ni/Sn, Cu/Ni/Sn
　3.16 MLCCのCu外部電極用ガラス

4.積層セラミックコンデンサの高信頼性
　4.1　BaTiO3の絶縁性 絶縁劣化メカニズム
　4.2　MLCCの信頼性評価
　4.3　導電体の導電メカニズム
　4.4　リーク電流―時間依存性
　4.5　ショットキー電流とプールフランケル電流
　4.6　Cu-MLCCとNi-MLCCのリーク電流特性の違い
　4.7　劣化時の電流の変化について
　4.8　熱刺激電流/酸素欠陥の評価法
　4.9　交流インピーダンス・等価回路法による評価
　4.10 圧電応答顕微鏡による表面電位測定(KFM)
　4.11 MLCC素子断面のKFM評価(抵抗値の可視化，電位分布，酸素欠陥の移動)
　4.12 高信頼性MLCCの材料設計に向けて（電極界面，粒内，粒界）

5.まとめ
　5.1　付記１) 最新のMLCC研究
　5.2　付記2)現象論的熱力学を用いたBaTiO3の特性シミユレーション
　5.3　各社のMLCC発表


【講演キーワード】

　積層コンデンサ (MLCC) 材料の基礎から応用まで
　MLCC原料から完成体まで
　MLCCの高積層・高容量の技術
　積層の技術、その問題点
　MLCCに用いられる電極，内部電極・外部電極