JP2003007562A - 積層セラミックコンデンサとその製造方法 - Google Patents
積層セラミックコンデンサとその製造方法Info
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Abstract
に起因する電気的障壁の寄与が小さくなり、しかも、誘
電体層の一層に印加される電界強度が大きくなるので、
高温負荷寿命試験において、誘電体層が絶縁劣化し易く
なる。従って、誘電体層を3μm、更には2μm以下に
薄層化することは、従来の技術の延長線では実現が困難
であるという問題がある。 【解決手段】 この発明は、誘電体層を形成するための
セラミック原料中に金属粉末又は有機金属化合物を含有
させ、焼成の際に誘電体層から金属を追い出させて誘電
体層と内部電極層の間に電気的障壁となる金属薄膜層を
形成させたものである。
Description
が、例えば5μm以下の、薄層大容量タイプの積層セラ
ミックコンデンサとその製造方法に関するものである。
セラミックグリーンシートと内部電極パターンとを交互
に多数層積層し、内部電極パターン毎に裁断し、得られ
たチップ状の積層体の端部に外部電極ペーストを付加
し、1200℃程度の高温で焼成することにより製造さ
れている。
ミック原料粉末を有機バインダでつないでシート状に形
成したものからなり、焼成により誘電体層になる。内部
電極パターン及び外部電極ペーストは金属粉末を主成分
とする導電性ペーストからなり、この導電性ペーストは
焼成により内部電極層や外部電極になる。
誘電体層の材料組成、誘電体層を形成する原料粉体の物
性、誘電体層を形成するセラミックグリーンシートの物
性、内部電極層と誘電体層との同時焼成、誘電体層の再
酸化技術等を駆使して、今や誘電体層の一層厚みが3μ
mで、積層数が600層を超えるものが量産されるよう
になっている。
薄層化した場合、誘電体層の粒界に起因する電気的障壁
の寄与が小さくなり、しかも、誘電体層の一層に印加さ
れる電界強度が大きくなるので、高温負荷寿命試験にお
いて、誘電体層が絶縁劣化し易くなる。従って、誘電体
層を3μm、更には2μm以下に薄層化することは、従
来の技術の延長線では実現が困難である。
劣化が生じ難い、寿命のできるだけ長い信頼性の高い積
層セラミックコンデンサとその製造方法を提供すること
を目的とする。
ミックコンデンサは、誘電体磁器組成物からなる1又は
2以上の誘電体層と、この誘電体層を挟持している少な
くとも2以上の内部電極層と、該内部電極層に電気的に
接続されている外部電極と、該誘電体層と該内部電極層
との間に形成されている金属薄膜層とを備えていること
を特徴とするものである。
デンサの製造方法は、セラミック原料を調製する原料調
製工程と、該原料調製工程で得られたセラミック原料を
用いてセラミックグリーンシートを形成するシート形成
工程と、該シート形成工程で得られたセラミックグリー
ンシートに内部電極パターンを印刷する印刷工程と、該
印刷工程を経たセラミックグリーンシートを積層して積
層体を得る積層工程と、該積層工程で得られた積層体を
内部電極パターン毎に裁断してチップ状の積層体を得る
裁断工程と、該裁断工程で得られたチップ状の積層体を
焼成する焼成工程とを備え、前記原料調製工程は、前記
セラミック原料は金属粉末又は有機金属化合物を含有し
ていることを特徴とするものである。
が0.5〜5μm又は前記セラミックグリーンシートの
厚さが0.7〜10μmの場合、特に有効である。前記
誘電体層の厚さが0.5μm未満又は前記セラミックグ
リーンシートの厚さが0.7μm未満になると、誘電体
層の一層に印加される電界強度が大きくなり過ぎ、誘電
体層が高温負荷寿命試験において、絶縁劣化し易くなる
からである。
合金、又はセラミック原料中に含有させる金属粉末又は
有機金属化合物中の金属としては前記誘電体磁器組成物
に対して内部電極層を形成している金属より濡れ性の悪
いもの、具体的には、前記誘電体磁器組成物に対する接
触角が110〜180度の金属又は合金が好ましい。
リウム系で、内部電極層がNi又はNiを主成分とする
合金からなる場合、内部電極層より濡れ性の悪い金属又
は合金としては、例えば、Au,Pt,Pd,Ag及び
Cuから選択された1種又は2種以上の金属、又はA
u,Pt,Pd,Ag及びCuから選択された1種又は
2種以上の金属とNiとの合金を挙げることができる。
チップ状の積層体の焼成温度が高い場合には、Pt,P
dが好ましい。
0nmが好ましい。金属薄膜層の厚さが10Å未満では
電気的障壁として不充分であり、金属薄膜層の厚さが5
0nmを超えると、金属薄膜層の材料費が多くなり過
ぎ、積層セラミックコンデンサの原料コストが高くなり
過ぎるからである。
は金属粉末/ゾルの状態のものに限らず、脱バインダ性
を損なわない範囲で有機金属化合物等の状態のものでも
よい。
粉末又は有機金属化合物はセラミック原料100重量部
に対して0.04〜5重量部が好ましい。金属粉末又は
有機金属化合物が0.04重量部未満では電気的障壁と
して不充分であり、金属粉末又は有機金属化合物が5重
量部を超えると、積層セラミックコンデンサの原料コス
トが高くなり過ぎるからである。
5〜0.1μmが好ましい。金属粉末の平均粒径がこの
範囲にあるとセラミック原料中に良好に分散するからで
ある。また、金属薄膜層は、目的の効果を発揮する限
り、必ずしも完全な膜を形成していなくても良い。
MnO及びBaSiO3の各化合物の粉末及びPt粉末
を表1に示す割合で各々秤量し、これらの化合物をPS
Zを入れたボールミルに入れ、水を加え、湿式で約15
時間混合した。そして、得られた泥漿を脱水し、150
℃で15時間加熱し、乾燥させた。
を大気中において約800℃で2時間仮焼し、この仮焼
物をボールミルに入れ、エタノールを加え、湿式で約8
時間解砕した。そして、得られた泥漿を120℃で5時
間加熱し、乾燥させ、仮焼物の粉末を得た。
0重量部)に、アクリル酸エステルポリマー、グリセリ
ン、縮合リン酸塩の水溶液からなる有機バインダーを1
5重量%添加し、更に、50重量%の水を加え、これら
をボールミルに入れ、粉砕及び混合してスラリーを作成
した。なお、この実施例では原料粉末にPt粉末を入れ
て混合しているが、スラリーを作成する段階でPt粉末
を加えても良い。
脱泡した後、リバースロールコータに入れ、ポリエステ
ルフィルム上にこのスラリーからなる薄膜を形成した。
そして、この薄膜をポリエステルフィルム上で100℃
に加熱して乾燥させ、打ち抜き、10cm×10cmの
正方形のグリーンシートを得た。
末10gと、エチルセルロース0.9gをブチルカルビ
トール9.1gに溶解させたものとを撹拌機に入れ、1
0時間撹拌して、内部電極層用の導電性ペーストを得
た。そして、上記グリーンシートにこの導電性ペースト
からなる導電パターンを印刷し、乾燥させた。
てグリーンシートを10枚積層した。この際、隣接する
上下のシートにおいて、その印刷面がパターンの長手方
向に約半分程ずれるように配置した。更に、この積層物
の上下両面に導電パターンの印刷の施されていないグリ
ーンシートを積層した。
方向に約40トンの圧力を加えて圧着させ、その後、こ
の積層物を格子状に裁断し、縦3.2mm×横1.6m
mの積層チップを得た。
端面にNi外部電極をディップで形成し、この積層チッ
プを雰囲気焼成が可能な炉に入れ、N2雰囲気中で加熱
して有機バインダを除去させ、続いて、酸素分圧が10
−5〜10−10atmの条件下、1200℃で焼成
し、その後、N2雰囲気下、600〜1000℃で再酸
化処理を行ない、積層磁器コンデンサを得た。
電極層に直交する面で切断し、その断面を電子顕微鏡で
観察したところ、図1に示すように、内部電極層10と
誘電体層12の間に金属薄膜層14が形成されていた。
これは、セラミック原料中に添加した金属粉末の誘電体
層に対する濡れ性が悪いので、焼成中に誘電体層12か
ら金属粉末が排除され、内部電極層10と誘電体層12
の界面に集まって形成されたものと考えられる。
断面を観察し、誘電体層12の厚さ(μm)及び金属薄
膜層14の厚さ(μm)を測定したとこと、表2に示す
通りであった。
的諸特性を測定したところ、表2に示す通りであった。
た。
数1kHz、電圧(実効値)1.0Vの条件で静電容量
を測定し、この測定値と、一対の内部電極層14の対向
面積と、一対の内部電極層間の誘電体磁器層の厚さから
計算で求めた。
比誘電率の測定の場合と同一の条件で測定した。
いてDC25Vを60秒間印加した後に、一対の外部電
極間の抵抗値を測定して得た。
8V/μmの直流電界下にて漏れ電流が最小漏れ電流の
10倍になるまでの時間を測定して得た。
料を入れ、−25℃及び+85℃の各温度において、周
波数1kHz、電圧(実効値)1.0Vの条件で静電容
量を測定し、20℃の静電容量に対する静電容量の変化
率を求めることによって得た。
よれば、誘電体層の層厚が5μm以下で、所望の電気的
諸特性を有し、かつ加速寿命が、試料No.1,No.
7,No.9の添加金属無しの場合(比較例)、すなわ
ちNi単独で内部電極を形成した場合と比較して著しく
改善された、信頼性の高い積層磁器コンデンサを得るこ
とができた。
れ性が内部電極層より悪い金属薄膜層を内部電極層と誘
電体層の間に設けたので、誘電体層を薄層化しても絶縁
劣化を生じ難い、寿命特性の良い積層セラミックコンデ
ンサを得ることができるという効果がある。
うな理由によるものと考えられる。すなわち、積層セラ
ミックコンデンサの内部電極層間においては、誘電体層
のセラミック粒子間の粒界や内部電極層と誘電体層との
界面に電気的障壁があり、誘電体層の一層厚みを薄くす
るとセラミック粒子間の粒界が少なくなって、内部電極
層間の電気的障壁が小さくなり、絶縁劣化を生じる。
電極層より悪い金属薄膜層を誘電体層と内部電極層の間
に設けると、誘電体層と金属薄膜層との界面の電気的障
壁が、内部電極層が誘電体層と直接接している場合より
高くなり、これが粒界の減少による電気的障壁の低下を
補い、絶縁劣化が生じ難くなる。このような理由から寿
命が延びたものと考えられる。
面の部分拡大説明図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 誘電体磁器組成物からなる1又は2以上
の誘電体層と、この誘電体層を挟持している少なくとも
2以上の内部電極層と、該内部電極層に電気的に接続さ
れている外部電極と、該誘電体層と該内部電極層との間
に形成されている金属薄膜層とを備えていることを特徴
とする積層セラミックコンデンサ。 - 【請求項2】 前記誘電体層の厚さが0.5〜5μmで
あることを特徴とする請求項1に記載の積層セラミック
コンデンサ。 - 【請求項3】 前記金属薄膜層を形成している金属の前
記誘電体磁器組成物に対する濡れ性が、前記内部電極層
を形成している金属の前記誘電体磁器組成物に対する濡
れ性より悪いことを特徴とする請求項1又は2に記載の
積層セラミックコンデンサ。 - 【請求項4】 前記金属薄膜層を形成している金属の前
記誘電体磁器組成物に対する接触角が110〜180度
であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
の積層セラミックコンデンサ。 - 【請求項5】 前記内部電極層がNi又はNiを主成分
とする合金からなることを特徴とする請求項1〜4のい
ずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。 - 【請求項6】 前記金属薄膜層が、Au,Pt,Pd,
Ag及びCuから選択された1種又は2種以上の金属、
又はAu,Pt,Pd,Ag及びCuから選択された1
種又は2種以上の金属とNiとの合金からなることを特
徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の積層セラミッ
クコンデンサ。 - 【請求項7】 前記金属薄膜層の厚さが10Å〜50n
mであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記
載の積層セラミックコンデンサ。 - 【請求項8】 セラミック原料を調製する原料調製工程
と、該原料調製工程で得られたセラミック原料を用いて
セラミックグリーンシートを形成するシート形成工程
と、該シート形成工程で得られたセラミックグリーンシ
ートに内部電極パターンを印刷する印刷工程と、該印刷
工程を経たセラミックグリーンシートを積層して積層体
を得る積層工程と、該積層工程で得られた積層体を内部
電極パターン毎に裁断してチップ状の積層体を得る裁断
工程と、該裁断工程で得られたチップ状の積層体を焼成
する焼成工程とを備え、前記セラミック原料は金属粉末
又は有機金属化合物を含有していることを特徴とする積
層セラミックコンデンサの製造方法。 - 【請求項9】 前記セラミックグリーンシートの厚さが
0.7〜10μmであることを特徴とする請求項8に記
載の積層セラミックコンデンサの製造方法。 - 【請求項10】 前記セラミック原料中に含有している
金属粉末又は有機金属化合物中の金属の、前記セラミッ
クグリーンシートを焼成して得られた誘電体磁器組成物
に対する濡れ性が、前記内部電極パターンの主成分とな
っている金属粉末の該誘電体磁器組成物に対する濡れ性
より悪いことを特徴とする請求項8又は9に記載の積層
セラミックコンデンサの製造方法。 - 【請求項11】 前記セラミック原料中に含有している
金属粉末又は有機金属化合物中の金属の、前記セラミッ
クグリーンシートを焼成して得られた誘電体磁器組成物
に対する接触角が110〜180度であることを特徴と
する請求項8〜10のいずれかに記載の積層セラミック
コンデンサの製造方法。 - 【請求項12】 前記内部電極パターンの主成分となっ
ている金属粉末がNi又はNiを主成分とする合金から
なることを特徴とする請求項8〜11のいずれかに記載
の積層セラミックコンデンサの製造方法。 - 【請求項13】 前記セラミック原料中に含有している
金属粉末又は有機金属化合物中の金属が、Au,Pt,
Pd,Ag及びCuから選択された1種又は2種以上の
金属であることを特徴とする請求項8〜12のいずれか
に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。 - 【請求項14】 前記セラミック原料中に含有している
前記金属粉末の平均粒径が0.005〜0.1μmであ
ることを特徴とする請求項8〜13のいずれかに記載の
積層セラミックコンデンサの製造方法。 - 【請求項15】 前記セラミック原料100重量部に対
し、前記金属粉末が5重量部以下であることを特徴とす
る請求項8〜14のいずれかに記載の積層セラミックコ
ンデンサの製造方法。
Priority Applications (1)
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JP2001184602A JP2003007562A (ja) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | 積層セラミックコンデンサとその製造方法 |
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