MLCC（積層セラミックコンデンサ）の材料設計と信頼性技術および技術研究動向

セミナー趣旨

【第1部】
　MLCCはスマートフォーンに代表される小型電子機器から、自動車のEV化、今後の自動運転化に向けて、また、5G、IoTの進展に伴い、生活のあらゆる分野で、その需要の大幅な増大が見込まれる電子部品です。MLCCの多くはBaTiO3をベースにした誘電体セラミックスが誘電体素子に用いられています。MLCCの小型化はこの誘電体素子の薄層化によるところが大きく、MLCCの小型・大容量化はこのBaTiO3誘電体セラミックスの材料的特性に負うところが大きいと言えます。
　本セミナーでは、MLCCやMLCCに主に用いられている各種材料（セラミックス材料、電極材料、バインダーなど有機材料）に係わる技術者、および生産の第一線で頑張っておられる開発および製造に係わる技術者、品質管理や故障解析に係わる技術者の方に聴講していただければと思っています。MLCCの信頼性に影響するBaTiO3誘電体セラミックスの設計指針として、セラミックスの基礎からBaTiO3の格子欠陥からドナーやアクセプター元素添加に係わる材料組成設計の指針までを分かりやすく説明します。MLCCに係わる皆様の日々の研究開発、製造現場での指針、方向性を提供できればと思っています。

【第2部】
　近年の電子部品の小型化は、積層セラミックスコンデンサー（MLCC）1-4)に代表されるように、著しいものがある。
　BT（BaTiO3）の生産は、工業的には固相合成法7－13）、シュウ酸法5）,14）、水熱合成法2）,15）によっている。シュウ酸法は、シュウ酸塩の熱分解による高温プロセスであるため、高い結晶性を得るには適しているが、100nm以下のBTを合成するのは、工業的には困難を要する。また、水熱合成法は、出発原料が液相混合のため、組成の均一性が得やすく、粒度分布に優れた小粒径BTが得られているが、オートクレーブ等の高価な設備を要するため、コストを下げる為の工夫が必要である。それに比べ、固相合成法はコストも安く、出発原料を微細化することにより、BTの微粒化が容易なことから、見直されている。しかし、ＢＴの微粒化が進むにつれ、要求される原料（TiO2，BaCO3等）の微細化も進み、粒径だけでなく、その他の要求品質もより厳しいものが求められてきている。
　本セミナーでは、塩素法で合成された超微粉高純度酸化チタン及びBT固相法合成プロセス開発のポイント、液相法BTの特徴について述べる。

【第3部】
　5Gは様々な業界で利用されている。生成人工知能（AI）が空前のブームである。その次の技術であるBeyond 5G（6G）は、 AIと一体化しサイバー空間を現実世界（フィジカル空間）との融合を目指している。
　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・小型化が急速に進んだ。
　チップサイズは年々小型化し、0201タイプ（0.2×0.1mm）の実用化も始まっている。一方、生成人工知能（AI）サーバー向けに1608タイプ（1.6x0.8mm）の100μFの大容量MLCCの量産が発表された。
　当講座の第3部「MLCC の高積層技術、高信頼性技術と将来展望」では、MLCCの信頼性技術を中心に将来展望まで幅広く、かつ詳細に解説を行なう。

受講対象・レベル

【第1部】
　MLCCの生産に必要な材料、設備メーカー、素材メーカーにおける研究開発、製造、販売に携わる方、およびMLCCを使用する製品の設計技術者（初心者から中級者まで）
　今回のセミナー「MLCC（積層セラミックコンデンサ）の基礎と材料設計の中で、MLCCおよびほとんどのMLCCで使用されるチタン酸バリウム（BaTiO3）セラミックについて、基礎的な特性から、信頼性あるMLCC用セラミック材料に、どのように設計、開発されているのかを解説いたします。MLCC専門外の方もご理解いただけるように、基礎的な事項も平易に説明し、皆さんのご理解を深められるように構成しています。

【第2部】
　電子部品業界、電子材料業界のMLCCに関連する製造・開発関係者（初級～中級）

【第3部】
　材料メーカー、製造装置メーカー、コンデンサメーカー、自動車関連メーカー、通信機器メーカーなどにご所属されていて、本テーマに興味のある方ならどなたでも歓迎します。

習得できる知識

【第1部】
・MLCCの基礎知識
・セラミックスの基礎知識
・コンデンサの機能
・BaTiO3セラミックス強誘電性
・MLCC用BaTiO3セラミックスの構造設計
・Ni内部電極の酸化と還元、
・還元雰囲気でのBaTiO3セラミックス酸素空孔生成
・Ni内部電極MLCC用BaTiO3セラミックスの組成設計
・格子欠陥の制御による非還元材料の設計指針

【第2部】
・固相法BT原料に求められる特性
・固相法BTを合成る時のポイント
・液相法BTの特徴

【第3部】
・なぜ日本メーカは強いのか
・内部電極
・MLCCの高積層・高容量の技術、その問題
・MLCCの信頼性技術

セミナープログラム

-----【第1部】10：30～12：00-----
「MLCCの基礎およびMLCC用BT誘電体セラミックの材料設計について」
和田技術士事務所　代表　和田 信之　氏

1．積層セラミックコンデンサ（MLCC）の基礎
　　1-1 セラミックスの基礎
　　　　　焼結現象　粒成長、　平衡状態図
　　1-2 コンデンサの種類
　　1-3 インピーダンス素子としてのコンデンサ
　　　　　周波数特性、インピーダンス、デカップリング、平滑
　　1-4 MLCCの概要
　　　　　高誘電率系、温度補償系、温度係数、シフター、デプレッサー
　　1-5 Ni内部電極MLCC
　　　　　平衡酸素分圧、還元雰囲気
　　1-6 MLCC製造工程の概略
　　　　　製造工程全体像、MLCCの変遷、小型・大容量化、将来予測
2．MLCC用BaTiO3（BT）誘電体セラミックスの概要
　　2-1 BTの強誘電性
　　　　　結晶構造、相転移、分極、ヒステリシス　
　　2-2 BTのサイズ効果
　　　　　強誘電性　c/a軸比　　　　
　　2-3 微粒BT粉末の合成
　　　　　　固相法、シュウ酸法、水熱合成法、c/a軸比
　　2-4 BT誘電体原料の製造
　　　　　副成分添加、アクセプター元素、ドナー元素
　　2-5 BT誘電体セラミックスの構造
　　　　　コアシェル構造、粒成長抑制、不均一歪
3．Ni内部電極MLCC対応のBT材料
　　3-1 酸化物の還元現象の熱力学
　　　　　熱力学、化学平衡、ギブス生成自由エネルギー、平衡酸素分圧
　　3-2 BTの酸素空孔生成
　　　　　格子欠陥式、酸素空孔濃度、
　　3-3 BTの格子欠陥制御
　　　　　元素置換、化学量論比、アクセプター元素置換
　　3-4 ドナー元素置換による格子欠陥生成とその効果
　　　　　陽イオン空孔、欠陥の会合、シミュレーション
　　3-5 粒界の役割
　　　　　粒界の構造、酸素の拡散、元素の偏析
　　3-6 還元焼成の雰囲気制御
　　　　　酸素分圧制御ガス　アニール、短時焼成
≪質疑応答≫

-----【第2部】13：00～14：30 -----
「MLCC用酸化チタン・チタン酸バリウムの設計と超微粉化」（仮題）
東邦チタニウム（株）　堺 英樹　氏

１．気相法酸化チタンの開発
　1-1 結晶系
　1-2 酸化チタンの製法
　1-3 MLCC用誘電体原料に求められる品質特性
　1-4 球状TiO2による球状BaTiO3の合成例
２．液相法チタン酸バリウムの開発例
　2-1 合成コロイド法チタン酸バリウムの開発
３．酸化チタン資源
参考文献
≪質疑応答≫

-----【第3部】14：45～16：15-----
「MLCCの高積層技術、高信頼性技術と将来展望」
防衛大学　名誉教授／大阪公立大学　客員教授　工学博士　山本 孝　氏

1．積層セラミックスコンデンサの信頼性
2. BaTiO3の絶縁性
3. 絶縁破壊と絶縁劣化
4. BaTiO3の絶縁性を上げるための添加物の役割
5. 置換サイトの基本は絶縁性、BaTiO3のどのサイトに入る
6. 置換サイトの同定法
7. BaTiO3の高温電気伝導に与えるBa/Ti比、希土類効果
8. MLCCの絶縁劣化メカニズム
9. 絶縁抵抗：時間、HALT結果
10 コアシェル構造の絶縁抵抗依存性
11 Cu、Sn固溶Ni-MLCCの絶縁抵抗時間変化
12．誘電体の導電メカニズムの分類
13．薄膜，MLCCのリ―ク電流依存性
14．ショットキー電流とプールフランケル電流
15. 劣化時の電流の変化について
16．酸素欠陥評価法：熱刺激電流
17. 交流インピーダンス・等価回路法による評価：MLCC、SOFCに適用
18．圧電応答顕微鏡（PFM）、接触共振-圧電応答顕微鏡（CR-PFM）、KFM法による表面電位測定
19. 酸素欠陥(熱刺激電流)による酸素欠陥の評価
20. MLCCの絶縁抵抗劣化に及ぼすLa添加効果
21. セラミック／内部電極界面、粒内、粒界を流れる電流、JE特性による分類
22. 最近のMLCC研究動向
≪質疑応答≫

スケジュール：
10：30～12：00　第1部
12：00～13：00　昼食休憩
13：00～14：30　第2部
14：30～14：45　休憩
14：45～16：15　第3部
※進行上、多少前後する可能性がございます。
※ご質問はチャットか音声でお受けします。

セミナー講師

【第1部】和田技術士事務所　代表　和田 信之　氏
《略歴》
　1976年3月　九州大学　理学部　地質学科　卒業
　1978年3月　九州大学大学院　理学研究科修士課程　修了
　1978年4月　播磨耐火煉瓦(株)【現 黒崎播磨】入社
　1986年10月　播磨耐火煉瓦(株)【現 黒崎播磨】退社
　1986年11月　(株)村田製作所　入社
　2014年3月　(株)村田製作所　定年退職
　2016年4月　和田技術士事務所　設立
《活動等》
　日本セラミックス協会　電子材料部会　役員（2005年～2012年）
　日本技術士会　近畿本部化学部会　幹事（2018年～）
　京都技術士会　幹事（2020年～）

【第2部】東邦チタニウム（株）　技術戦略本部　分析センター　主幹　博士（工学）　堺 英樹　氏
《略歴》
　1986年３月　電気通信大学物理工学専攻終了
　1986年４月　日本鉱業（現JXホールディングス）入社。化合物半導体、セラミックス超伝導体等の開発に従事
　1994年　電気通信大学　物理工学専攻にて学位取得
　1996年　東邦チタニウムに出向（2010年転籍）。高純度酸化チタン、超微分ニッケル、チタン酸バリウム、リチウムイオン２次電池用材料の開発に従事。
　2022年　技術戦略本部　分析センター　主管

【第3部】防衛大学　名誉教授／大阪公立大学　客員教授　工学博士　山本 孝　氏

セミナー受講料

55,000円（税込、資料付）
■ セミナー主催者からの会員登録をしていただいた場合、1名で申込の場合44,000円、
　 2名同時申込の場合計55,000円（2人目無料：1名あたり27,500円）で受講できます。
（セミナーのお申し込みと同時に会員登録をさせていただきますので、
　  今回の受講料から会員価格を適用いたします。）
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