JP2003077761A - 積層セラミックコンデンサ、及び積層セラミック部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デラミネーションの抑制や一体焼結後の積層
体の強度を高めること。 【解決手段】 内部電極層２２と誘電体セラミック層２
３とが交互に積層されている積層セラミックコンデンサ
２０であって、前記誘電体セラミック層２３を形成する
セラミックよりも、大きく粒成長したセラミックを前記
内部電極層２２内に配置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層セラミックコ
ンデンサ、及び積層セラミック部品に係わり、特に積層
セラミックコンデンサの内部に積層される内部電極層の
形成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、積層セラミックコンデンサは、小
型で大きな静電容量を有し、さらに、チップ形状にする
ことで基板実装が可能となるために、基板上の専有面積
や高さを小さくできるなどの利点がある。そのため、現
在、広範囲の電子機器に利用されているが、近年、さら
なる大容量化と使用電圧の高定格化が求められている。

【０００３】一般的な積層セラミックコンデンサの製造
方法は、目的とする誘電率や温度特性を有する誘電体セ
ラミックを形成するように、酸化物等の原料粉末を秤量
後、混合した粉末を予焼することで誘電体セラミック粉
末を作成する。その誘電体セラミック粉末を有機樹脂及
び溶剤中へ分散したセラミックスラリーをドクターブレ
ード等で一定の厚みになるようにグリーンシートを成膜
し、グリーンシート上にスクリーン印刷等で内部電極ペ
ーストを印刷する。

【０００４】印刷されたグリーンシートは、一定形状に
打ち抜き、先に形成された内部電極が交互に端子電極に
取り出されるように積層，圧着され積層セラミックコン
デンサの生積層体を得る。一般的には一度に複数個の積
層セラミックコンデンサが得られるよう多数個取りの内
部電極パターンが形成されているため個々の形状に切り
出される。次に成形上用いた有機樹脂成分を分解する脱
脂処理を行った後焼結し、交互に積層された内部電極を
取り出すように端子電極を形成して積層セラミックコン
デンサを得る。

【０００５】積層セラミックコンデンサの大容量化にあ
っては、先行技術として図４に示すように、誘電体セラ
ミック層４２の薄膜化と電極面積の増加を目的とした多
積層化が必要となる。すなわちグリーンシートの薄膜化
と多積層化を行わなければならない。

【０００６】ここで、内部電極層４１と誘電体セラミッ
ク層４２との密着が悪い場合、層間での剥離現象（以下
デラミネーション）が発生し、品質の低下や最悪の場合
ショート不良になる場合がある。このデラミネーション
を抑制するために、内部電極ペースト中へ誘電体セラミ
ック層４２を形成するセラミック粉末と同じセラミック
粉末を共材として添加した共材入り内部電極ペーストを
用いることで、内部電極層４１に分散されたセラミック
粉末が上下に隣接する誘電体セラミック層４２と焼結反
応し、内部電極層４１と誘電体セラミック層４２との接
着強度を高めることが知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は、内部電極層４１へ共材として添加したセラミック粉
末は、誘電体セラミック層４２の焼結温度に達した場
合、内部電極層４１の上下に配置された誘電体セラミッ
ク層４２のセラミック粒子との焼結反応が進み、内部電
極層４１をまたいで上下のセラミック層をつなぐ柱が部
分的には形成されているものの強度を高めるにはまだ不
十分であった。

【０００８】それ故に、本発明の課題は、デラミネーシ
ョンの抑制や一体焼結後の積層体の強度を高める積層セ
ラミックコンデンサ、積層セラミックコンデンサの製造
方法、及び積層セラミック部品を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内部電
極層と誘電体セラミック層とが交互に積層されている積
層セラミックコンデンサにおいて、前記誘電体セラミッ
ク層を形成するセラミックよりも、大きく粒成長したセ
ラミックを前記内部電極層内に配置したことを特徴とす
る積層セラミックコンデンサが得られる。

【００１０】また、本発明によれば、内部電極層と誘電
体セラミック層とが交互に積層されている積層セラミッ
クコンデンサの製造方法において、前記誘電体セラミッ
ク層を形成するセラミックよりも低い焼結温度で大きな
粒成長を示すセラミック粉末を共材として添加した内部
電極ペーストを用いた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が得られる。

【００１１】さらに、本発明によれば、前記共材として
添加するセラミック粉末は、前記内部電極ペーストを構
成する低抵抗金属粉末の重量に対して２０％以下の量を
添加した前記内部電極ペーストを用いたことを特徴とす
る積層セラミックコンデンサの製造方法が得られる。

【００１２】さらにまた、本発明によれば、内部に積層
された内部電極層を上下から挟み込むよう配置された積
層セラミック層が極所的に２粒子以下のセラミック粒子
で前記内部電極層を介してセラミック同士を接続してい
ることを特徴とする積層セラミック部品が得られる。

【００１３】

【作用】一般的に、積層セラミックコンデンサの内部電
極には、Ｎｉ，Ｎｉ合金，Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｄ混合粉、Ａ
ｇ−Ｐｄ共沈粉，Ａｇ−Ｐｄ合金粉などが使用される。
内部電極材の選定にあたっては電気抵抗等の特性やコス
ト的な問題もあるが、一体焼結を行うにあたって、誘電
体セラミックとの焼結挙動とのマッチングが重要視され
る。理想的には誘電体セラミック粉末の焼結収縮挙動と
同じ焼結収縮挙動を示す内部電極材が望ましいが、現実
的には不可能なため、誘電体セラミックの焼結収縮開始
温度よりも低い温度で焼結収縮を行う内部電極材が選定
される。

【００１４】ここで積層セラミックコンデンサの生積層
体素子の脱脂処理から焼結の状態を観察すると、誘電体
セラミック層及び内部電極層は、ともに有機樹脂中に分
散された状態で形成されるため脱脂処理後それぞれの空
間を持って配置されている。内部電極の焼結温度と誘電
体セラミックの焼結温度とに開きが有る場合、焼成温度
の上昇に従って、内部電極として構成した低抵抗金属粉
末が内部電極層の空間体積内で焼結収縮を開始し、あと
を追いかけるように誘電体セラミックが焼結収縮を開始
する。

【００１５】ここで誘電体セラミック層を形成するセラ
ミック粉末が共材として内部電極層に分散配置されてい
る場合、内部電極の収縮は共材の存在により分散抑制さ
れ内部電極の焼結収縮によって生じる空間が小さく分散
されるが、誘電体セラミックの焼結収縮の開始と同時
に、内部電極層の上下に配置してある誘電体セラミック
層のセラミック粉末とこの共材セラミック粉末の焼結反
応が進み拡散してしまうため、内部電極の焼結収縮によ
って発生した空間にセラミックの焼結粒を形成すること
が不十分であることがわかった。

【００１６】そこで本発明では、内部電極の焼結収縮温
度と誘電体セラミック層の焼結収縮温度の間の温度で、
誘電体セラミック層よりも大きく粒成長する異なる組成
のセラミック粉末を内部電極ペースト中に共材として添
加した内部電極ペーストを用い、それにより内部電極の
焼結収縮によって発生する空間には共材として添加した
セラミック粉末が配置され、それは誘電体セラミック層
の焼結収縮が開始される温度よりも低い温度で粒成長を
始めるため、内部電極層の上下に配置してある誘電体セ
ラミック層のセラミック粒へ拡散されにくく、効果的に
内部電極層にセラミック粒を配置することが可能とな
る。

【００１７】その結果、内部電極層を挟んで上下に配置
された誘電体セラミック層との間をつなぐ柱のようなア
ンカー効果として機能させることが従来のものにくらべ
改善され、デラミネーションの抑制や一体焼結後の積層
体の強度を高めることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る積層セラミッ
クコンデンサの一実施の形態例を説明する。図１乃至図
３は、一実施の形態例における積層セラミックコンデン
サを示している。

【００１９】図１乃至図３を参照して、積層セラミック
コンデンサ２１は、異なる電位を負荷する端子電極２１
に、交互に接続される複数の内部電極層２２が誘電体セ
ラミック層２３を介して積層されている積層セラミック
コンデンサ２０である。

【００２０】積層セラミックコンデンサ２０は、誘電体
セラミック層２３を形成するセラミックよりも、大きく
粒成長するセラミックを内部電極層２２内に配置してい
る。

【００２１】この積層セラミックコンデンサ２１では、
低抵抗金属粉末と有機樹脂及び溶剤からなる内部電極ペ
ーストを用い、内部電極ペースト内へ、誘電体セラミッ
ク層２３を形成するセラミックよりも低い焼結温度で大
きな粒成長を示すセラミック粉末を共材セラミック２４
として添加した内部電極ペーストを用いている。

【００２２】即ち、内部電極の焼結収縮温度と誘電体セ
ラミック層の焼結収縮温度との間の温度で、誘電体セラ
ミック層よりも大きく粒成長する異なる組成のセラミッ
ク粉末を内部電極ペースト中に共材として添加した内部
電極ペーストを用る。

【００２３】内部電極の焼結収縮によって発生する空間
２５には、共材として添加したセラミック粉末が配置さ
れ、それは誘電体セラミック層２３の焼結収縮が開始さ
れる温度よりも低い温度で粒成長を始めるため、内部電
極層２２の上下に配置してある誘電体セラミック層２３
のセラミック粒へ拡散されにくく、効果的に内部電極層
２２にセラミック粒を配置することが可能となる。

【００２４】共材セラミック２４として添加するセラミ
ック粉末は、内部電極ペーストを構成する低抵抗金属粉
末の重量に対して２０％以下の量を添加した内部電極ペ
ーストを用いている。

【００２５】この実施の形態例において用いた誘電体材
料は、Ｐｂ系の緩和型強誘電特性を示すＰｂ（Ｍｇ
_１／２ Ｗ_１／２ ）Ｏ_３ −ＰｂＴｉＯ_３ −ＰｂＺ
ｒＯ_３の３成分系複合ペロブスカイト化合物を誘電体セ
ラミックとして用いた。

【００２６】内部電極材にはＡｇ７０−Ｐｄ３０の共沈
粉末を使用した。内部電極中に添加した共材セラミック
２４の粉末には、先のＰｂ（Ｍｇ_１／２ Ｗ_１／２ ）
Ｏ_３ −ＰｂＴｉＯ_３ −ＰｂＺｒＯ_３ の３成分系複合
ペロブスカイト化合物と同じ組成系でＰｂＴｉＯ_３ の
比率を増加させたセラミック粉末を用いた。表１に誘電
体セラミックと内部電極中へ添加した共材セラミック２
４との焼結粒径を示す。表１内に記載した粒径はあらか
じめ単板コンデンサとして作成した１０５０℃焼結後の
ペレットによる焼成粒径のため実際に積層セラミックコ
ンデンサ２１を作成した場合の粒径とは異なる。

【００２７】

【表１】

【００２８】積層セラミックコンデンサ２１の作成にあ
たっては、Ｌ寸５．７ｍｍ×Ｗ寸５．０ｍｍ×Ｔ寸２．
６ｍｍ以下で、焼結上がりの電極間隔が１３．５μｍ、
積層数１２３層の積層セラミックコンデンサ２１を作成
した。

【００２９】各組成になるよう秤量した酸化物原料をボ
ールミルにて４８ｈｒ混合し７５０℃にて予焼したあと
再度ボールミルにて粉砕し誘電体セラミック粉末を得
た。

【００３０】誘電体セラミックとして使用する組成Ａ
は、ホモミキサにてエチルセルソルブを主成分とする溶
剤中へ有機樹脂としてポリビニルブチラールと共に分散
混合してセラミックスラリーを作成した。作成したセラ
ミックスラリーはドクタブレードにて焼結上がりで１
３．５μｍになるように剥離処理を施したＰＥＴフィル
ム上へ一定の厚みに成膜しグリーンシートを作成した。

【００３１】一方で共材添加粉末である組成Ｂ，組成Ｃ
は市販のＡｇ７０／Ｐｄ３０共沈ペースト中へその金属
含有量から計算して５，１０，２０％の重量比率で添加
し、３本ロールを用いて分散混合して共材添加内部電極
ペーストを作成した。

【００３２】内部電極の印刷にあたっては先に作成した
グリーンシート上へスクリーン印刷を用いて行った。共
材添加ペーストは共材セラミック粉末の添加量に応じて
粘度上昇したため希釈することで印刷粘度を統一した。
また、内部電極の印刷厚みはダイアルゲージにて一定厚
みになるように調整を行った。

【００３３】こうして印刷した内部電極印刷膜を一定形
状に打ち抜き積層セラミックコンデンサの上下に配置す
る保護膜層を配置しながら１２４枚積層し、グリーンシ
ート成形に用いた有機樹脂成分であるポリビニルブチラ
ールの軟化点を超える温度で熱圧着し生積層体を得た。

【００３４】個々に切断した積層セラミックコンデンサ
素子は４５０℃にて脱脂処理のあと９７５℃で焼結を行
った。こうして得られた焼結体は端子電極の形成する前
にＲ部分を研磨するため遠心バレル研磨機でＲ研磨を行
った。

【００３５】表２にこうして得られた積層セラミックコ
ンデンサ２１の焼結体とバレル研磨上がりでのデラミネ
ーション発生率を示す。デラミネーションの検査にあた
っては超音波による探傷装置をもちい非破壊検査で検査
した結果を示す。表２に示す結果から焼結上がりでのデ
ラミネーション発生は確認されないが、素子に衝撃が加
わるバレル研磨後のデラミネーション発生率で改善効果
が見られる。このことから内部電極層と誘電体セラミッ
ク層２３との間の密着強度が改善されたと推定できる。

【００３６】

【表２】

【００３７】さらに、積層セラミック部品としては、内
部に積層された内部電極層２２を上下から挟み込むよう
配置されたセラミック層が内部電極層２２を介してセラ
ミック同士を接続する。焼成により粒成長させたセラミ
ック粒子が内部電極層２２に配置された構造を有する。

【００３８】なお、図３において、極所的には、２粒子
以下のセラミック粒子で上下のセラミック層が接続され
ている。ちなみに、図４では、３粒子以上のセラミック
粒子で接続されている個所が多数見られる。

【００３９】

【発明の効果】本発明により、内部電極ペースト中へ誘
電体セラミック層の焼結温度よりも低い温度で、誘電体
セラミック層の粒径よりも大きく粒成長するセラミック
粉末を共材として添加することで、内部電極層の上下に
配置された誘電体セラミック層との間をつなぐ柱のよう
なアンカー効果として機能させることができ、デラミネ
ーションの抑制や一体焼結後の積層体の強度を高めるこ
とが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層セラミックコンデンサの一実
施の形態例を示す斜視図である。

【図２】図１に示した積層セラミックコンデンサの断面
図である。

【図３】図２に示した積層セラミックコンデンサの要部
を拡大して示した断面図である。

【図４】先行技術による積層セラミックコンデンサの要
部を示す断面図である。

【符号の説明】

２１ 端子電極（外部電極） ２２，４１ 内部電極層 ２３，４２ 誘電体セラミック層 ２４ 共材セラミック ２５，４３ 内部電極が焼結収縮した際に発生する空
間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部電極層と誘電体セラミック層とが交
   互に積層されている積層セラミックコンデンサにおい
   て、前記誘電体セラミック層を形成するセラミックより
   も、大きく粒成長したセラミックを前記内部電極層内に
   配置したことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。
2. 【請求項２】 内部電極層と誘電体セラミック層とが交
   互に積層されている積層セラミックコンデンサの製造方
   法において、前記誘電体セラミック層を形成するセラミ
   ックよりも低い焼結温度で大きな粒成長を示すセラミッ
   ク粉末を共材として添加した内部電極ペーストを用いた
   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。
3. 【請求項３】 前記共材として添加するセラミック粉末
   は、前記内部電極ペーストを構成する低抵抗金属粉末の
   重量に対して２０％以下の量を添加した前記内部電極ペ
   ーストを用いたことを特徴とする請求項２記載の積層セ
   ラミックコンデンサの製造方法。
4. 【請求項４】 内部に積層された内部電極層を上下から
   挟み込むよう配置された積層セラミック層が極所的に２
   粒子以下のセラミック粒子で前記内部電極層を介してセ
   ラミック同士を接続していることを特徴とする積層セラ
   ミック部品。