JP2003081674A - セラミック電子部品およびその製造方法 - Google Patents

セラミック電子部品およびその製造方法

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JP2003081674A JP2001271641A JP2001271641A JP2003081674A JP 2003081674 A JP2003081674 A JP 2003081674A JP 2001271641 A JP2001271641 A JP 2001271641A JP 2001271641 A JP2001271641 A JP 2001271641A JP 2003081674 A JP2003081674 A JP 2003081674A
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ceramic electronic
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Isamu Kawatani
勇 川谷
Kenji Kawabata
謙治 河端
Mitsuru Nagashima
満 永島
Osamu Yamaoka
修 山岡
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波かつ高電圧用途に向けられるセラミッ
クコンデンサでは、その自己発熱を小さくするため、誘
電正接が小さいことが望まれる。他方、セラミックコン
デンサに電極を安価に形成できる方法として、蒸着また
はスパッタリングがある。しかしながら、電極を蒸着ま
たはスパッタリングによって形成しようとすると、素子
本体は高真空の雰囲気にさらされるため、素子本体を構
成するセラミックが還元され、誘電正接が大きくなるな
ど、所望の特性が得られないことがある。 【解決手段】 素子本体2の外表面部分に、ガラス成分
を浸透させたガラス浸透層6を形成することによって、
蒸着またはスパッタリングを適用して高真空の雰囲気中
で成膜された金属薄膜からなる電極3を形成しても、素
子本体2を構成するセラミックの還元を抑制し得るよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、セラミック電子
部品およびその製造方法に関するもので、特に、その外
表面上に金属薄膜からなる電極が形成された、たとえば
セラミックコンデンサのようなセラミック電子部品およ
びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この発明にとって興味あるセラミック電
子部品として、誘電体セラミックからなる板状の素子本
体を備え、この素子本体の各主面上に互いに対向するよ
うに1対の電極が形成された、セラミックコンデンサが
ある。このようなセラミックコンデンサは、たとえば、
スイッチング電源のスナバ回路などの高周波かつ高電圧
用途に向けられている。
【0003】上述したスイッチング電源については、近
年、その高周波化および小型化が急速に進んでいる。そ
のため、スイッチング電源のスナバ回路に用いられるコ
ンデンサに対しても、小型であるとともに、高周波領域
でも使用できる性能であること、すなわち自己発熱が小
さいことが求められている。
【0004】コンデンサに、高周波かつ高電圧(正弦
波)の信号を与えたときの発熱は、W Loss=2πfCV
2 tanδで表すことができる。ここで、WLossはコン
デンサの自己発熱、Cはコンデンサの静電容量、fは印
加信号の周波数、Vは印加信号の電圧、tanδはコン
デンサの誘電正接である。
【0005】したがって、コンデンサの自己発熱を小さ
くするためには、コンデンサにおいて用いられる誘電体
セラミック材料として、高周波領域での誘電正接が小さ
いものであることが望ましく、このような要望を満たし
得る誘電体セラミック組成物として、たとえば、特公昭
59−8923号公報および特公平8−15005号公
報に記載されたものがある。
【0006】他方、セラミックコンデンサの電極材料と
しては、従来から多く用いられている銀に代わり、安価
な銅やニッケルが用いられるようになってきている。そ
の中でも、銅については、銀電極の欠点とされるエレク
トロマイグレーションの発生が少なく、信頼性も高く、
また、比較的安価に電極を形成できることから、有望な
電極材料と考えられている。
【0007】また、電極の形成のために蒸着、スパッタ
リング、イオンプレーティング等の高真空中で行なう乾
式めっきのような薄膜形成技術を適用すると、電極を薄
膜にすることができる。そのため、これら薄膜形成技術
は、安価に電極を形成することを可能にする有望な電極
形成技術として注目されつつある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような蒸着やスパッタリングのような薄膜形成技術を電
極の形成に適用したとき、セラミックをもって構成され
る素子本体が、電極形成工程中に、10-1Pa程度の高
真空の雰囲気にさらされる。そのため、前述した特公昭
59−8923号公報または特公平8−15005号公
報に記載されたようなセラミック組成物を、素子本体を
構成するセラミックにおいて用いたとき、このセラミッ
ク組成物自体が還元されやすく、得られたセラミックコ
ンデンサにおいて所望の特性を得ることができないとい
う問題を招く。
【0009】同様の問題は、セラミックコンデンサに限
らず、セラミックをもって構成される素子本体と、この
素子本体の外表面上に形成される電極とを備える、セラ
ミック電子部品全般にわたって遭遇し得る。
【0010】そこで、この発明の目的は、上述したよう
な問題を解決し得る、セラミック電子部品およびその製
造方法を提供しようとすることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は、セラミック
をもって構成される素子本体と、素子本体の外表面上に
形成される電極とを備え、この電極が、高真空の雰囲気
中で成膜された金属薄膜からなる、セラミック電子部品
にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を
解決するため、素子本体の外表面部分には、ガラス成分
を浸透させたガラス浸透層が形成されていることを特徴
としている。
【0012】上述したガラス浸透層は、素子本体に対し
て耐還元性を与えるように作用する。
【0013】この発明に係るセラミック電子部品におい
て、ガラス浸透層は、その厚みが20〜30μmである
ことが好ましい。
【0014】この発明は、たとえば、セラミックコンデ
ンサに適用される。この場合、素子本体は、誘電体セラ
ミックからなる板状のものであり、1対の電極が、素子
本体の各主面上に互いに対向するように形成される。
【0015】この発明は、また、セラミック電子部品の
製造方法にも向けられる。
【0016】この発明に係るセラミック電子部品の製造
方法は、セラミックをもって構成される素子本体を用意
する工程と、素子本体の外表面部分にガラス成分を浸透
させてガラス浸透層を形成する工程と、ガラス浸透層が
形成された素子本体の外表面上に、高真空の雰囲気中で
金属薄膜を成膜することによって、電極を形成する工程
とを備えることを特徴としている。
【0017】上述したガラス浸透層を形成する工程で
は、たとえば、上述したガラス成分を与えるガラス粉末
に接触させた状態で、 素子本体を熱処理する工程が実施
される。
【0018】この発明において、電極は、典型的には、
乾式めっきによって形成された金属薄膜から構成され
る。
【0019】また、素子本体が、金属元素として、少な
くともSr、Pb、BiおよびTiを含むセラミックを
もって構成されるとき、この発明が特に有利に適用され
る。
【0020】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の一実施形態に
よるセラミック電子部品としてのセラミックコンデンサ
1を示す断面図である。
【0021】図示したセラミックコンデンサ1は、ラジ
アルタイプのものであり、たとえば円板状の素子本体2
を備えている。素子本体2は、金属元素として、少なく
ともSr、Pb、BiおよびTiを含む誘電体セラミッ
クから構成される。
【0022】この誘電体セラミックとして、より具体的
には、特公昭59−8923号公報に記載されるよう
に、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム、
酸化ビスマス、酸化チタンおよび酸化鉛よりなり、それ
ぞれをSrTiO3 、MgTiO3 、Bi2 3 、Ti
2 およびPb3 4 と表したとき、SrTiO3 が3
0.0〜60.0重量%、MgTiO3 が2.0〜3
2.0重量%、Bi2 3が10.0〜34.0重量
%、TiO2 が3.0〜15.0重量%、Pb3 4
2.0〜20.0重量%であり、かつPb3 4 /Mg
TiO3 の重量比が0.625〜10.0とされた組成
比率となるようにされた、誘電体セラミック組成物、あ
るいは、特公平8−15005号公報に記載されるよう
に、SrTiO 3 を25〜50重量%、PbTiO3
10〜35重量%、CaTiO3 を5〜20重量%、B
2 3 を5〜35重量%、TiO2 を5〜18重量
%、およびMnO2 を0.02〜0.50重量%含む主
成分に対して、ガラス成分を0.2〜15重量%添加し
てなり、かつ、このガラス成分が、Li2 Oを10〜4
5モル%、BaO、MgO、CaOおよびSrOのうち
少なくとも1種を5〜40モル%、SiO2 およびTi
2 を合わせて30〜70モル%(ただし、SiO2
15モル%以上含む。)、およびCuOを1〜35モル
%含む、誘電体セラミック組成物が用いられる。
【0023】上述のような誘電体セラミックは、比較的
高い比誘電率を与えることができるとともに、高周波領
域での誘電正接が小さく、したがって、セラミックコン
デンサ1の自己発熱を小さくできるという利点を有して
いる。
【0024】素子本体2の各主面上には、1対の電極3
が互いに対向するように形成される。電極3は、たとえ
ば、蒸着またはスパッタリングのような乾式めっきを適
用して、高真空の雰囲気中で成膜した金属薄膜から構成
される。
【0025】これら電極3には、半田4を介して、端子
となるリード線5が接続される。
【0026】このようなセラミックコンデンサ1におい
て、その特徴とするところは、素子本体2の外表面部分
に、図1に斜線で示すように、ガラス成分を浸透させた
ガラス浸透層6が形成されていることにある。
【0027】上述のガラス浸透層6を形成するため、た
とえば、ガラス成分を与えるガラス粉末に接触させた状
態で、素子本体2を熱処理することが行なわれる。より
具体的には、ガラス粉末を、素子本体2とともにポット
に入れ、ポットを回転させながら、800〜900℃程
度の温度で焼成することが行なわれる。
【0028】ガラス浸透層6は、電極3を高真空の雰囲
気中で形成するとき、素子本体2を構成するセラミック
が還元されることを防止し、このセラミックの特性を損
なわないようにする、といった作用を有している。
【0029】ガラス浸透層6の厚みは、20〜30μm
であることが好ましい。厚みが20μm未満であると、
上述のようなセラミックの還元を防止する効果が低い。
他方、厚みが30μmを超えるガラス浸透層6の形成
は、素子本体2の外部からのガラス成分の浸透による限
り困難であるとともに、たとえ、それが可能としても、
素子本体2全体としての比誘電率の低下など、特性に悪
影響を及ぼす可能性がある。
【0030】次に、この発明による効果を確認するため
に実施した実験例について説明する。
【0031】まず、素子本体を構成するセラミック組成
物を得るため、素原料として、SrCO3 、Pb
2 3 、Bi2 3 、TiO2 およびMgOを、特公昭
59−8923号公報に記載された組成範囲に含まれる
組成である、SrTiO3 が51.6重量%、MgTi
3 が4.0重量%、Bi2 3 が22.9重量%、T
iO 2 が11.5重量%およびPb3 4 が10.0重
量%となるように秤量し、樹脂製ポットに純水とともに
加えて混合した。次に、この混合物を、セラミック製の
ボールにおいて、16時間湿式混合し、粉砕した。
【0032】次に、この混合物を脱水乾燥した後、セラ
ミック製の匣に入れ、950〜1000℃の温度で2時
間仮焼した。
【0033】次に、得られた仮焼物を、バインダととも
に樹脂製ポットに入れ、16時間湿式混合した。
【0034】次に、この混合物を、蒸発乾燥し、整粒し
た後、加圧して、直径7.3mmおよび厚み0.7mm
の円板状に成形し、この成形物を1150〜1200℃
の温度で2時間焼成した。
【0035】このようにして得られた焼結体すなわち素
子本体を、この発明の範囲内にある実施例については、
セラミック製のポットに入れ、さらに、このポット内
に、BおよびBiを主成分とするガラス粉末を0.5〜
1.0重量%入れ、ポットを回転させながら、800〜
900℃の温度で焼成し、ガラス成分を素子本体に浸透
させて、素子本体の外表面部分にガラス浸透層を形成し
た。
【0036】他方、比較例については、上述のようなガ
ラス浸透層の形成を行なわなかった。
【0037】このようにして得られた実施例および比較
例の各々に係る素子本体の各主面上に、スパッタリング
によって、銅を主成分とする金属薄膜からなる電極を形
成し、試料となるセラミックコンデンサを得た。
【0038】次に、得られたセラミックコンデンサにつ
いて、素子本体の比誘電率および誘電正接ならびにコン
デンサの自己発熱を評価した。
【0039】なお、比誘電率および静電正接について
は、1kHz、1Vおよび周囲温度20℃の条件下で測
定し、コンデンサの自己発熱については、180kH
z、1000Vp-p および周囲温度25℃の条件下で測
定した。
【0040】これらの評価結果が、以下の表1に示され
ている。
【0041】
【表1】
【0042】表1からわかるように、実施例によれば、
比較例と比較して、素子本体の外表面部分にガラス浸透
層が形成されるため、比誘電率については若干の低下が
見られるものの、電極形成時に素子本体を構成するセラ
ミックの還元が防止され、この還元による誘電正接の上
昇を抑えることができる。その結果、実施例では、高周
波領域での発熱を小さくすることができる。
【0043】以上、この発明を、図1に示すような特定
的な構造を有するセラミックコンデンサについて説明し
たが、この発明は、他の構造のセラミックコンデンサ、
あるいはセラミックコンデンサ以外のセラミック電子部
品に対しても適用することができる。
【0044】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、素子
本体の外表面部分に、ガラス成分を浸透させたガラス浸
透層が形成されるので、素子本体上に電極となる金属薄
膜を高真空の雰囲気中で成膜しても、素子本体を構成す
るセラミックの還元を抑制することができる。
【0045】したがって、素子本体を構成するセラミッ
クの特性劣化、特に、素子本体が誘電体セラミックから
構成される場合には、その誘電正接の上昇を抑えること
ができる。したがって、この発明がセラミックコンデン
サに適用される場合には、高周波領域での発熱を小さく
することができ、たとえばスイッチング電源のスナバ回
路等の用途に適したコンデンサを提供することができ
る。
【0046】また、前述したように、素子本体を構成す
るセラミックの還元がガラス浸透層によって抑制され得
るので、電極を、蒸着、スパッタリングまたはイオンプ
レーティング等の乾式めっきのような高真空の雰囲気中
で成膜する薄膜形成技術によって問題なく形成できるよ
うになり、そのため、安価で信頼性の高いセラミック電
子部品を提供することができる。
【0047】この発明において、素子本体が、金属元素
として、少なくともSr、Pb、BiおよびTiを含む
セラミックをもって構成される場合には、高真空の雰囲
気中において還元されやすいが、比較的高い比誘電率を
与え得るとともに、誘電正接が小さいという特徴を有し
ている。したがって、この発明によれば、セラミックの
還元が抑制されるので、このセラミックの上述した特徴
を効果的に発揮させながら、高真空の雰囲気中で成膜さ
れた金属薄膜をもって構成された電極を備えるセラミッ
ク電子部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態によるセラミック電子部
品としてのセラミックコンデンサ1を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 セラミックコンデンサ 2 素子本体 3 電極 6 ガラス浸透層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永島 満 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 山岡 修 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Fターム(参考) 4G031 AA03 AA05 AA11 AA32 AA35 BA09 GA18 5E001 AB01 AD04 AE00 AE01 AE03 AH00 AH07 AJ01 AJ02

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックをもって構成される素子本体
    と、前記素子本体の外表面上に形成される電極とを備え
    る、セラミック電子部品であって、 前記素子本体の外表面部分には、ガラス成分を浸透させ
    たガラス浸透層が形成され、前記電極は、高真空の雰囲
    気中で成膜された金属薄膜からなることを特徴とする、
    セラミック電子部品。
  2. 【請求項2】 前記ガラス浸透層は、その厚みが20〜
    30μmである、請求項1に記載のセラミック電子部
    品。
  3. 【請求項3】 前記電極は、乾式めっきによって形成さ
    れた金属薄膜からなる、請求項1または2に記載のセラ
    ミック電子部品。
  4. 【請求項4】 前記素子本体は、金属元素として、少な
    くともSr、Pb、BiおよびTiを含むセラミックを
    もって構成される、請求項1ないし3のいずれかに記載
    のセラミック電子部品。
  5. 【請求項5】 前記素子本体は、誘電体セラミックから
    なる板状のものであり、1対の前記電極が、前記素子本
    体の各主面上に互いに対向するように形成され、それに
    よって、セラミックコンデンサを構成する、請求項1な
    いし4のいずれかに記載のセラミック電子部品。
  6. 【請求項6】 セラミックをもって構成される素子本体
    を用意する工程と、 前記素子本体の外表面部分に、ガラス成分を浸透させて
    ガラス浸透層を形成する工程と、 前記ガラス浸透層が形成された前記素子本体の外表面上
    に、高真空の雰囲気中で金属薄膜を成膜することによっ
    て、電極を形成する工程とを備える、セラミック電子部
    品の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記ガラス浸透層を形成する工程は、前
    記ガラス成分を与えるガラス粉末に接触させた状態で、
    前記素子本体を熱処理する工程を含む、請求項6に記載
    のセラミック電子部品の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記電極を形成する工程は、乾式めっき
    によって、前記電極となる金属薄膜を形成する工程を含
    む、請求項6または7に記載のセラミック電子部品の製
    造方法。
  9. 【請求項9】 前記素子本体は、金属元素として、少な
    くともSr、Pb、BiおよびTiを含むセラミックを
    もって構成される、請求項6ないし8のいずれかに記載
    のセラミック電子部品の製造方法。
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