JPH08316086A - 積層セラミック電子部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミック層と電極層との熱膨張差に起因す
る内部応力による内部電極層界面のクラックの発生を防
止し得る積層セラミック電子部品を得る。 【構成】 セラミック焼結体１０の内部に積層された内
部電極１２ａ〜１２ｇの外側に内部電極と同一材料の疑
似電極１５を一定の間隔で複数枚配置する。疑似電極１
５が形成された応力緩和層１０ｃは、内部電極１２ａ〜
１２ｇが形成された素子部１０ｂとセラミック層１４か
らなる外層部１０ａの各々の 熱収縮量の中間程度の
熱収縮量となる。このため、焼結後の降温過程における
素子部１０ｂと外層部１０ｂとの間の熱収縮量の差に基
づく内部応力を緩和する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、積層セラミック電子部
品に関し、特に、セラミック層と電極層の熱膨張差に起
因する内部応力を緩和させた積層セラミック電子部品に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の積層セラミック電子部品の一種と
して、積層コンデンサの構造を図７を参照して説明す
る。

【０００３】積層コンデンサ７０は、チタン酸バリウム
などの誘電体セラミックスよりなるセラミック焼結体７
１を用いて形成されている。セラミック焼結体７１内に
は、セラミック層を介して重なり合うように複数の内部
電極７２ａ〜７２ｈが形成されている。セラミック焼結
体７１の一方端面７１ａには、内部電極７２ａ，７２
ｃ，７２ｆ、７２ｈに電気的に接続されるように外部電
極７５ａが形成され、他方の端面７１ｂには、内部電極
７２ｂ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｇに電気的に接続される
ように、外部電極７５ｂが形成されている。内部電極７
２ａ〜７２ｈは、通常、Ｎｉ、ＰｄまたはＡｇ−Ｐｄ合
金などの金属材料から構成される。そして、内部電極７
２ａ〜７２ｈと、各内部電極間に介在するセラミック層
７３とによって容量取出部を構成している。

【０００４】上記のような積層コンデンサ７０におい
て、便宜上、容量取出部を素子部７０ｂと称し、素子部
７０ｂの上下方向に積層されたセラミック層７４，７４
を外層部７０ａ，７０ａと称する。

【０００５】積層コンデンサ７０の製造に際しては、外
層部７０ａを構成するための複数枚のセラミックグリー
ンシートと、導電ペーストを内部電極パターンに印刷し
て形成された複数枚の素子部構成用セラミックグリーン
シートとを積層、圧着し、焼成してセラミック焼結体７
１を形成し、さらにセラミック焼結体７１の両端面に外
部電極７５ａ，７５ｂを形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、セラミ
ック焼結体７１は、セラミックグリーンシートの積層体
を焼成して形成されている。

【０００７】このセラミック焼結体７１の焼成工程で
は、セラミック層と内部電極との熱膨張係数の差に起因
する内部応力の発生が問題となる。すなわち、チタン酸
バリウムなどを主成分とするセラミック層の熱膨張係数
は、金属を主成分とする内部電極７２ａ〜７２ｈの熱膨
張係数に比べて小さい。従って、図８に模式的に示すよ
うに、焼成後の降温過程において、外層部７０ａのセラ
ミック層７４の収縮量は、素子部７０ｂの内部電極７２
ａ〜７２ｈの収縮量に比べて少なくなる。このため、特
に、最外層に位置する内部電極７２ａ，７２ｈと外層部
のセラミック層７４，７４との界面に沿って剪断応力が
集中し、図中Ｘで示す最外層の内部電極７２ａ，７２ｈ
の端部に剥離やクラックが発生することがあった。この
ような傾向は、高容量化を目指して内部電極間のセラミ
ック層７３が薄くなり、内部電極の総厚みが相対的に大
きくなるに連れて顕著となり、重大な問題となってき
た。

【０００８】本発明の目的は、セラミック材料と電極材
料の熱膨張差に起因して生じる内部応力によって内部電
極とセラミック層の界面にクラックなどが生じることの
ない積層セラミック電子部品を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による積層セラミ
ック電子部品は、セラミック焼結体を有している。この
セラミック焼結体には、厚み方向に沿って順に外層部、
素子部、外層部が構成されている。素子部は、セラミッ
ク焼結体の厚み方向に所定の厚みのセラミック層を介し
て積層された複数の内部電極を有している。さらに、該
セラミック焼結体は、熱膨張差に起因する内部応力を緩
和するために、素子部と外層部との間において焼結体の
外表面に露出しないように形成された少なくとも１つの
疑似電極を有する応力緩和層を備えている。

【００１０】この疑似電極は、電極としての機能をなす
ものではなく、内部電極と同一の材料あるいは内部電極
材料とセラミックとの中間の熱膨張係数を有する材料に
よって形成される層であることを意図する。

【００１１】また、本発明の限定された局面に従う積層
セラミック電子部品では、応力緩和層の疑似電極が、素
子部の内部電極間の間隔よりも大きい間隔を持って、最
も外側に配置された内部電極のさらに外側に形成されて
いる。

【００１２】また、本発明の他の限定された局面に従う
積層セラミック電子部品では、応力緩和層の疑似電極
が、内部電極の厚みよりも薄く形成されている。疑似電
極は、電極として機能しないため、導通性を保持する必
要はなく、内部電極に比べて薄くすることができる。

【００１３】さらに、本発明の他の限定された局面に従
う積層セラミック電子部品において、応力緩和層は、平
面積の異なる複数の疑似電極を有している。複数の疑似
電極は、セラミック焼結体の素子部側から外層部側へ向
かって順に平面積が減少するように所定の距離をもって
配置されている。

【００１４】この疑似電極の枚数は特に限定されない。
しかも、外層部側へ向かって、各電極毎に順々に平面積
が減少するように配置してもよく、また、例えば２層毎
に平面積が減少する等、適当な枚数毎に減少するように
配置してもよい。

【００１５】さらに、本発明の他の局面に従う積層セラ
ミック電子部品において、最も外側に配置された内部電
極から外方に向かって所定の距離を隔てた内部電極に平
行な面内に、複数の内部電極同士が重複する平面形状と
異なる平面形状に少なくとも１つの疑似電極が形成され
ている。この疑似電極の平面形状は、任意の形状、例え
ば、一体的に連続した線形状、あるいは内部電極に平行
な面内に散点状に配置される形状など種々の形状が適用
可能である。

【００１６】

【作用】図８に示す従来の積層コンデンサにおいて、ク
ラックの発生箇所は、最も外側に位置する内部電極７２
ａ，７４ｈの端部近傍に集中し、素子部の内部の内部電
極とその間のセラミック層との界面にはほとんど発生し
ていない。このような状況から推察すると、素子部で
は、外層部に比べて薄いセラミック層７３の両面に内部
電極７２ａ〜７２ｈが配置される構造であり、内部電極
の収縮に伴って薄いセラミック層７３がある程度追従し
て収縮することによって両者間の剪断応力が減少したも
のと考えられる。一方、外層部７０ａ，７０ａと最外層
に配置された内部電極７２ａ，７２ｈとの関係において
は、外層部のセラミック層７４，７４が相対的に厚く形
成され、しかもその一方表面は外気に接し、他方表面に
のみ内部電極７２ａ，７２ｈが形成される構造となって
いる。このため、片面に形成された内部電極７２ａ，７
２ｈからセラミック層７４に伝えられる熱収縮力は、両
面に内部電極７２ａ〜７２ｈが積層された素子部のセラ
ミック層７３に伝えられる熱収縮力に比べて小さく、し
かも層厚の大きいセラミック層７４は、素子部の薄いセ
ラミック層７３に比べて剛性が高いため、内部電極７２
ａ，７２ｈに伴って十分に収縮せず、このために両者間
に生じる剪断応力が大きくなり、特に熱収縮量の大きい
内部電極７２ａ，７２ｈの端部に集中してクラックが発
生するものと考えられる。

【００１７】このような考察により、本発明による積層
セラミック電子部品は、素子部と外層部との間に応力緩
和層を設けている。まず、応力緩和層の内部に疑似電極
を設けると、疑似電極と素子部の最外層に位置する内部
電極とによってセラミック層を挟持した構造を構成する
ことができる。従って、この疑似電極と最外層の内部電
極とによって挟まれたセラミック素子は、疑似電極と内
部電極とによって両面側から熱収縮力を受け、両方の電
極に追随してある程度熱収縮し、これよって熱膨張差
（熱収縮差）に起因する内部応力を緩和する。このた
め、最外層の内部電極表面での剪断応力は低減され、ク
ラックの発生が防止される。この作用は、疑似電極の形
状を線形状あるいは散点状等の任意の形状に形成した場
合にも得ることができる。

【００１８】また、疑似電極と素子部の最外層の内部電
極との間隔を大きくすると、すなわち疑似電極と最外層
の内部電極との間に介在するセラミック層の厚みを大き
くすると、このセラミック層の剛性は、外層部のセラミ
ック層と素子部のセラミック層との中間程度の剛性とな
る。従って、応力緩和層が外層部と素子部の中間的な熱
収縮動作を行う。これにより、外層部と素子部との間に
作用する熱収縮に伴う剪断応力を緩和し、素子部の最外
層に位置する内部電極の端部におけるクラックの発生を
抑制する。

【００１９】また、素子部の最外層に配置された内部電
極の外側に形成された疑似電極の厚みを、内部電極の厚
みよりも小さく形成すると、この薄い疑似電極と最外層
の内部電極との間に介在するセラミック層の剛性が疑似
電極に対して相対的に増大する。このため、内部電極及
び疑似電極から与えられる熱収縮が抑制され、上記と同
様に外層部と素子部との間の剪断力を緩和する。

【００２０】さらに、疑似電極を、素子部側から外層部
側に向かって順に平面積を減少するように配置した場
合、応力緩和層の熱収縮量は、外層部側に向かって素子
部に等しい程度から外層部と同程度にまで順に減少す
る。これにより、外層部と素子部との間の内部応力を分
散し、素子部の最外層に配置された内部電極の表面に生
じるクラックの発生を防止する。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例につき図を参照しつつ
説明することにより、本発明を明らかにする。

【００２２】第１の実施例 図１は、本発明の第１の実施例による積層コンデンサの
断面構造図であり、図２は、切断線Ｙ−Ｙ方向からの断
面構造図である。積層コンデンサ１０は、セラミック焼
結体１１と、セラミック焼結体の両端面に形成された外
部電極１７，１７とから構成される。なお、図１中には
作図上の都合により、一方の外部電極１７のみ図示して
いる。

【００２３】セラミック焼結体１０は、以下のように製
造される。まず、外層部１０ａ用として、耐還元性セラ
ミックスを原料とするセラミックグリーンシートを所定
の形状に成形したものを用意する。

【００２４】さらに、応力緩和層１０ｃ用として、上記
と同様のセラミックグリーンシートと、その表面にＮｉ
ペーストを内部電極の厚みよりも薄く印刷して疑似電極
を形成したセラミックグリーンシートとを各々５枚用意
する。

【００２５】さらに、素子部１０ｂ用として、上記と同
様のセラミックグリーンシートの表面に、Ｎｉペースト
を印刷して内部電極を形成した電極シートを２０１枚用
意する。

【００２６】そして、図１に示すように、下層側から、
外層部用のセラミックグリーンシートを積層し、さらに
その表面上に、応力緩和層用として疑似電極を印刷した
セラミックグリーンシートと、印刷していない無地のグ
リーンシートとを交互に５枚ずつ積層する。さらにその
表面上に、素子部用の電極シートを２０１枚積層する。
さらに、上記と同様に、応力緩和層用のセラミックグリ
ーンシート及び外層部用のセラミックグリーンシートを
積層する。

【００２７】そして、セラミックグリーンシートを積層
した積層体を圧着し、各チップサイズに切断する。その
後、切断したチップ積層体を還元条件下で焼成する。焼
成終了後、常温まで降温し、セラミック焼結体１０を得
た。

【００２８】セラミック焼結体１０は、その厚み方向に
沿って外層部１０ａ、応力緩和層１０ｃ、素子部１０
ｂ、応力緩和層１０ｃ及び外層部１０ａが一体的に積層
形成されている。応力緩和層１０ｃ，１０ｃは、素子部
１０ｂの最外層に形成された内部電極１２ａ，１２ｇの
外側に、各々セラミック層１６を介在して複数枚、本例
では５枚形成されている。セラミック層１６の厚さは、
素子部１０ｂの内部電極間のセラミック層１３に比べ厚
く、本例では２倍の厚みに形成されている。また、疑似
電極１５は、複数の内部電極１２ａ〜１２ｇの互いに重
複する平面の形状と同じ平面形状に形成されている。ま
た、その膜厚は、内部電極１２ａ〜１２ｄの膜厚よりも
薄く形成されている。

【００２９】このように製造されたセラミック焼結体１
０では、最外層の内部電極１２ａ，１２ｇの表面あるい
は端面近傍でのクラックの発生は見られなかった。これ
は、応力緩和層１０ｃが、多数の内部電極が積層された
素子部１０ｂの相対的に大きな熱収縮動作と、相対的に
厚いセラミック層１４から構成される外層部１０ａの相
対的に小さな熱収縮動作の中間的な熱収縮動作を行った
ことにより、セラミック焼結体１０の熱収縮量が素子部
１０ｂから外層部１０ａに向かって段階的に変化し、素
子部１０ｂと外層部１０ａの熱収縮量の差に起因する内
部応力の集中が緩和されたことによるものである。

【００３０】第２の実施例 図３は、本発明の第２の実施例による積層コンデンサの
セラミック焼結体の断面構造図であり、図４はその平面
構造である。なお、図４は、セラミック焼結体３１の内
部電極及び疑似電極の形状を模式的に示している。

【００３１】第２の実施例による積層コンデンサ３０の
セラミック焼結体３１は、第１の実施例に比べ、応力緩
和層３０ｃ，３０ｃの構造のみが相違し、素子部３０
ｂ、外層部３０ａの構造については第１の実施例と同様
である。従って、素子部３０ｂの内部電極３２ａ〜３２
ｆ、セラミック層３３及び外層部３０ａのセラミック層
３４の構成は、各々第１実施例の素子部１０ｂの内部電
極１２ａ〜１２ｇ、セラミック層１３及び外層部１０ａ
のセラミック層１４の構成と同様であるため、ここでの
説明は省略する。

【００３２】応力緩和層３０は、平面積の異なる５種類
の疑似電極３５ａ〜３５ｅを同じ大きさの２つの電極を
一組として積層して構成されている。例えば、各疑似電
極３５ａ〜３５ｅは、一辺の長さが１０％ずつ短くなる
ように形成されている。各疑似電極３５ａ〜３５ｅの間
にはセラミック層３６が介在している。大きさの異なる
複数の疑似電極３５ａ〜３５ｅは、素子部３０ｂの最外
層の内部電極３２ａ，３２ｆから外層部３０ａ，３０ａ
に向かってピラッド状に積層されている。このような応
力緩和層３０ｃ，３０ｃを設けたセラミック積層体を焼
成、降温した場合においても、得られたセラミック焼結
体３１の最外層の内部電極３２ａ，３２ｆの表面近傍に
はクラックの発生は見られなかった。

【００３３】このようなピラッド状に配置された疑似電
極３５ａ〜３５ｅを有する応力緩和層３０ｃは、各疑似
電極３５ａ〜３５ｅの端部の位置がセラミック焼結体３
１の中央部分に向かって異なるように構成されているこ
とにより、応力集中が生じる箇所が分散され、この結
果、最外層の内部電極３２ａ，３２ｆの端部近傍にのみ
応力が集中するのを緩和することができたものである。

【００３４】第３の実施例 図５は、第３の実施例による積層コンデンサ５０のセラ
ミック焼結体５１の断面構造図であり、図６は、その平
面構造図である。第３の実施例によるセラミック焼結体
５１は、第１の実施例に比べ、応力緩和層５０ｃ，５０
ｃの構成のみが相違しており、素子部５０ｂの内部電極
５２ａ〜５２ｆ、セラミック層５３及び外層部５０ａ，
５０ａのセラミック層５４，５４の構成は第１の実施例
における素子部１０ｂの内部電極１２ａ〜１２ｇ、セラ
ミック層１３及び外層部１０ａ，１０ａのセラミック層
１４，１４の構成と同様であるため、ここでの説明は省
略する。

【００３５】応力緩和層５０ｃは、耐還元性セラミック
スを原料とするセラミックグリーンシートの表面に、Ｎ
ｉペーストを印刷することにより格子状の疑似電極５５
を形成したセラミックグリーンシートを１０枚積層して
構成されている。

【００３６】このような応力緩和層５０ｃ，５０ｃを積
層した積層体を焼成、降温して得られたセラミック焼結
体５１は、素子部５０ｂの最外層に形成された内部電極
５２ａ，５２ｆの表面近傍にクラックの発生は見られな
かった。

【００３７】応力緩和層５０ｃは、内部電極５２ａ〜５
２ｆに平行な面内において疑似電極５５が不連続に形成
されている。このような不連続な疑似電極５５を含む平
面内では、素子部５０ｂのように、連続的な内部電極５
２ａ〜５２ｆを含む層に比べ、水平方向への熱収縮動作
が相対的に緩和される。このため、素子部５０ｂから応
力緩和層５０ｃ、外層部５０ａの順に熱収縮量が段階的
に減少することにより、これに伴って水平方向への内部
応力が分散され、素子部５０ｂの最外層の内部電極５２
ａ，５２ｆ表面に応力集中が生じるのを緩和している。

【００３８】なお、このような観点から、疑似電極５５
の形状は、図６に示すような格子状に限定されるもので
はなく、スリット状、ドット状、折れ線形状など任意の
形状のものを適用することができる。また、積層枚数
は、セラミック焼結体などの形状に応じて適宜設定する
ことができる。

【００３９】なお、上記第１〜第３の実施例の応力緩和
層に形成される疑似電極は、内部電極と同一材料のもの
が好ましいが、内部電極とセラミックとの間程度の熱膨
張係数を有する材料であれば、他の材料を用いて形成し
てもよく、その積層枚数は適宜調整することができる。
内部電極の材料もＮｉに限らず、ＰｄやＡｇ−Ｐｄ合金
等を用いてもよい。

【００４０】また、上記の第１〜第３の実施例による応
力緩和層の構成は、相互に組合せることが可能である。
すなわち、応力緩和層の内部に、第１の実施例による厚
みの薄い疑似電極層と、第２の実施例による平面積の減
少した疑似電極と、第３の実施例による不連続形状の疑
似電極とを適宜組合せる等してもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明による積層セラミ
ック電子部品では、例えば熱収縮量の小さい外層部と相
対的に熱収縮量の大きい素子部との間に応力緩和層を設
けるように構成したことによって、熱膨張差に起因する
内部応力による内部電極とセラミック層との界面近傍で
のクラックや剥離を防止することが可能となり、信頼性
の高い積層セラミック電子部品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の積層コンデンサの断面
構造図。

【図２】図１に示す積層コンデンサの切断線Ｙ−Ｙに沿
った方向からの側面断面構造図。

【図３】本発明の第２の実施例による積層コンデンサの
断面構造図。

【図４】図３に示す積層コンデンサの平面構造図。

【図５】本発明の第３の実施例による積層コンデンサの
断面構造図。

【図６】図５に示す積層コンデンサの平面構造図。

【図７】従来の積層コンデンサの断面構造図。

【図８】図７に示す積層コンデンサの焼結後の降温時に
おける熱収縮状態を示す説明図。

【符号の説明】

１０，３０，５０…積層コンデンサ １１，３１，５１…セラミック焼結体 １０ａ，３０ａ，５０ａ…外層部 １０ｂ，３０ｂ，５０ｂ…素子部 １０ｃ，３０ｃ，５０ｃ…応力緩和層 １２ａ〜１２ｇ，３２ａ〜３２ｆ，５２ａ〜５２ｆ…内
部電極 １５〜１５，３５ａ〜３５ｅ，５５…疑似電極 １３，１６，３３，３６，５３，５６…セラミック層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック焼結体を有する積層セラミッ
   ク電子部品であって、 前記セラミック焼結体には、厚み方向に沿って順に、外
   層部、素子部、外層部が構成されており、 前記素子部は、所定の厚みのセラミック層を介して前記
   セラミック焼結体の厚み方向に積層された複数の内部電
   極を有しており、 さらに、熱膨張差に起因する内部応力を緩和するため
   に、前記素子部と少なくとも一方の前記外層部との間に
   おいて焼結体の外表面に露出されないように形成され
   た、少なくとも１つの疑似電極を有する応力緩和層を備
   えたことを特徴とする、積層セラミック電子部品。
2. 【請求項２】 前記応力緩和層が、複数の前記内部電極
   の内、前記セラミック焼結体の厚み方向の最も外側に配
   置された内部電極のさらに外側に、複数の前記内部電極
   間の間隔よりも大きい間隔をもって形成された疑似電極
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載の積層セラ
   ミック電子部品。
3. 【請求項３】 前記応力緩和層の前記疑似電極が、前記
   内部電極の厚みよりも薄く形成されていることを特徴と
   する、請求項１に記載の積層セラミック電子部品。
4. 【請求項４】 前記応力緩和層は、平面積の異なる複数
   の前記疑似電極を有しており、 複数の前記疑似電極は、前記素子部側から前記外層側へ
   向かって、順に平面積が減少するように所定の距離をも
   って配置されていることを特徴とする、請求項１に記載
   の積層セラミック電子部品。
5. 【請求項５】 前記セラミック焼結体の厚み方向の最も
   外側に配置された前記内部電極から外方に向かって所定
   の距離を隔てられており、かつ前記内部電極に平行な面
   内に、複数の前記内部電極同士が重複する平面形状と異
   なる平面形状を有するように少なくとも１つの前記疑似
   電極が形成されていることを特徴とする、請求項１に記
   載の積層セラミック電子部品。