JP2844287B2 - 積層コンデンサの製造方法 - Google Patents

積層コンデンサの製造方法

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JP2844287B2 JP4342731A JP34273192A JP2844287B2 JP 2844287 B2 JP2844287 B2 JP 2844287B2 JP 4342731 A JP4342731 A JP 4342731A JP 34273192 A JP34273192 A JP 34273192A JP 2844287 B2 JP2844287 B2 JP 2844287B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、積層コンデンサの製造
方法に関し、更に詳細にはニッケルを内部電極に用いた
積層コンデンサの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ニッケルを内部電極に用いた積層
コンデンサは次のような製造順序により作成される。
【0003】先ず、複数枚の長尺状の未焼成誘電体セラ
ミックシートの片面にニッケル粒子を含む導電ペースト
を印刷してニッケルを内部電極としたシート状の内部電
極用導電層を形成し、これらのシートを1枚置きに長手
方向にずらして重ねた後、圧着し、ずらしたシートの導
電層が切断面に露出する位置と、ずらさないシートの導
電層が切断面に露出する位置とで切断して積層状のチッ
プ片から成る未焼成のコンデンサ素体を作成する。次
に、該コンデンサ素体を例えば大気中で温度300℃で
脱脂した後、続いて、該コンデンサ素体を還元雰囲気中
で温度1150〜1300℃で焼成してコンデンサ素体
(焼成済み)を作成する。
【0004】続いて、コンデンサ素体の導電層が露出し
ている端面とこれに連なる周端縁部に銀(Ag)粒子を
含む導電ペーストを塗布して外部電極用導電層を形成し
た後、大気中で温度600〜900℃で焼付けして積層
コンデンサを作成する。このようにして作成された積層
コンデンサの外部電極は該端面で内部電極と電気的に接
続し、該端面とこれに連なるコンデンサ素体の周端縁部
に直接に密着している。
【0005】このように内部電極にニッケルを用いた積
層コンデンサではニッケルを酸化させないために弱還元
性の雰囲気中で焼成するようにしている。しかし、前記
雰囲気中では脱脂が不十分となるために、空気中で温度
300℃で焼成して脱脂を行う。
【0006】このように脱脂処理を行ったコンデンサ素
体をジルニアセッター上に平面的に並べ、密閉型バッチ
炉内で焼成を行う。炉内雰囲気は温度850℃で測定し
た際、炉内に導入されるO2分圧が10-16〜10-18atm
となるようにH2ガス、N2ガス、COガス、CO2ガス
の混合ガスの混合比を調整する。このような雰囲気で行
われる焼成プロファイルは常温から温度1150〜13
50℃までの昇温速度は100℃/時間とし、焼結温度
(最高温度)に到達後は1〜3時間保持し、その後常温
までの降温速度は200℃/時間とする。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のニッケルを
内部電極とした積層コンデンサの製造で、未焼成のコン
デンサ素体に大気中で温度300℃で脱脂を行った場
合、その後にバッチ炉内に該コンデンサ素体を多量に入
れて還元雰囲気中で焼成を行うと、脱脂が不十分となり
やすく、その結果得られた積層コンデンサの焼結性が低
下し、クラック不良となりやすいという問題がある。ま
た還元雰囲気中で焼成を行うため、コンデンサ素体のセ
ラミック材に耐還元性材料を用いても得られた積層コン
デンサに酸素欠陥が出来やすく、その結果、高温負荷試
験において絶縁抵抗が劣化してしまうという問題があ
る。
【0008】本発明はかかる問題点を解消し、焼結性が
よく、高温負荷試験を行っても絶縁抵抗の劣化のない高
信頼性の積層コンデンサの製造方法を提供することを目
的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の積層コンデンサ
の製造方法は、内部電極用ニッケル導電層が形成された
未焼成セラミックシートを複数枚積層し、圧着して成る
積層状の未焼成のコンデンサ素体を焼成した後、コンデ
ンサ素体の両端面およびそれに連なる周端縁部に外部電
極用導電層を形成する積層コンデンサの製造方法におい
て、未焼成のコンデンサ素体を焼成する際の焼成を温度
1000℃までの昇温過程を脱脂ゾーンとし、それ以降
最高温度での焼結過程を焼結ゾーンとし、最高温度以降
の常温までの降温過程を酸素欠陥補充ゾーンに区分し、
脱脂ゾーンはO2分圧が10-13〜10-15atmとした雰囲
気とし、焼結ゾーンはO2分圧が10-16〜10-18atmと
した雰囲気とし、酸素欠陥補充ゾーンはO2分圧が10
-10〜10-13atmとした雰囲気で焼成を行うことを特徴
する。
【0010】
【作用】未焼成のコンデンサ素体を焼成する際の焼成過
程を脱脂ゾーンと、焼結ゾーンと、酸素欠陥補充ゾーン
とに区分し、各ゾーンにおいてO2分圧を特定範囲の雰
囲気として焼成を行うと、クラック不良がなく、高温負
荷試験における絶縁抵抗の劣化の少ない優れた積層コン
デンサを作成することが出来る。その際、脱脂ゾーンに
おいてO2分圧を10-13〜10-15atmとしたのは、この
範囲では酸素が充分供給されるため脱脂が早く進行す
る。脱脂ゾーンでO2分圧が前記範囲よりも低すぎると
酸素の補充が乏しくなって脱脂が遅れ気味となり、ま
た、O2分圧が前記範囲より高すぎると内部電極が酸化
膨張してしまうからである。また、焼結ゾーンにおいて
2分圧を10-16〜10-18atmとしたのは、この範囲で
はNi内部電極を酸化させずにセラミックの焼結が可能
となる。焼結ゾーンでO2分圧が前記範囲よりも低すぎ
ると酸素欠陥が大きくなり、絶縁抵抗が劣化し、また、
2分圧が前記範囲より高すぎるとNi内部電極が酸化
膨張してクラックが発生するからである。また、酸素欠
陥補充ゾーンにおいてO2分圧を10-10〜10-13atmと
したのは、この範囲では酸素が充分に供給されるため焼
成時に生じる酸素欠陥を補える。酸素欠陥補充ゾーンで
2分圧が前記範囲よりも低すぎると酸素の補充が乏し
くなってコンデンサ素体の酸素欠陥を確実に補えず、ま
た、O2分圧が前記範囲より高すぎると内部電極が酸素
膨張してしまうからである。尚、酸素欠陥補充ゾーンで
脱脂ゾーンに比してO2分圧を上げられるのは内部電極
のニッケルの酸化影響が少ないからである。
【0011】
【実施例】本発明の具体的実施例を比較例と共に説明す
る。
【0012】先ず、コンデンサの誘電体材料として、本
出願人が先に特公昭60−20851号で提案せる実施
例に示される組成物にバインダーを適量添加してスラリ
ーを作成し、厚さ18μmの未焼成誘電体セラミック材
から成るグリーンシートを用意すると共に、純度98.
0%のニッケル(Ni)粉末と、セラミック材料と、バ
インダーを混練して作成した内部電極用ペーストを用意
した。
【0013】次に、グリーンシート(未焼成誘電体セラ
ミック材)上に内部電極用ペーストを従来法に従って印
刷して未焼成セラミックシートを作成した後、従来法に
従ってこの未焼成セラミックシート50層を順次積層
し、その積層物の上下の夫々に前記グリーンシート(未
焼成誘電体セラミック材)5層をカバーシートとして積
層した後、大きさ3.2mm×1.6mmに切断してチ
ップ片の積層状の未焼成のコンデンサ素体を作成した。
続いて、未焼成のコンデンサ素体を大気中で、温度30
0℃で、15時間保持して脱脂工程を行った試料コンデ
ンサを作成した。
【0014】このようにして作成された試料コンデンサ
をジルコニアセッター上に平面に並べ、密閉型のバッチ
炉内で焼成を行ってコンデンサ素体(焼成済み)を作成
した。試料コンデンサに焼成処理を施す際の各ゾーンに
おけるO2分圧は表1に示す分圧となるように調整し
た。
【0015】また、バッチ炉内での焼成プロファイルは
次の通りとした。 常温から1000℃までの脱脂ゾーンにおける昇温
速度は100℃/時間とし、該ゾーンの雰囲気中のO2
分圧は本発明実施例は10-13〜10-15atmとし、比較
例は前記範囲以外または10-16atm、10-17atm、10
-18atmのいずれかとした。 温度1000℃から温度1150〜1350℃まで
の焼結ゾーンにおける昇温速度は100℃/時間とし、
該ゾーンの雰囲気中のO2分圧は本発明実施例は10-16
〜10-18atmとし、比較例は前記範囲以外または10
-16atm、10-17atm、10-18atmのいずれかとした。 焼結温度(1150〜1350℃)より常温までの
酸素欠陥補充ゾーンにおける降温速度は200℃/時間
とし、該ゾーンの雰囲気中のO2分圧は本発明実施例は
10-10〜10-13atmとし、比較例は前記範囲以外また
は10-16atm、10-17atm、10-18atmのいずれかとし
た。
【0016】尚、各ゾーンのO2分圧は温度850℃に
おいて炉内にセットされたジルコニアセンサーを用い、
炉内に導入せる混合ガス中のO2量を測定し、この値を
2分圧とした。また、各ゾーンにおけるO2分圧の調整
は炉内に導入する窒素ガス(N2)と、水素ガス
(H2)、一酸化炭素ガス(CO)、二酸化炭素ガス
(CO2)の混合ガスの混合比を調整することによって
行った。尚、これらガスの混合比はコンデンサ素体を構
成するセラミック材、内部電極用導電材となるニッケル
量、焼結温度により適宜設定すればよく、一般には窒素
ガス95.0〜99.9%:水素ガス0.1〜4.0%
程度とし、これに添加する一酸化炭素ガスは250〜1
0000ppm程度、二酸化炭素ガスは200〜500
0ppm程度とする。
【0017】このようにして焼成されたコンデンサ素体
の導電層が露出している端面とこれに連なる周端縁部に
純度98.0%のニッケル(Ni)粉末と、セラミック
材料と、バインダーを混練して作成した外部電極用ペー
ストを塗布して外部電極用導電層を形成した後、窒素雰
囲気中で、温度900℃で焼付けして外部電極を形成
し、各ゾーンにおけるO2分圧が種々異なる積層コンデ
ンサを作成した。
【0018】図1に前記方法で作成された積層コンデン
サを示す。図面において、1は内部にセラミック層2を
介して積層され交互に対向する端面に露出する内部電極
3を有するコンデンサ素体、4は該端面に連なるコンデ
ンサ素体1の周端縁部および上下カバーシート5の端面
上に連続して形成された外部電極である。
【0019】前記方法で作成されたO2分圧が種々異な
る積層コンデンサの夫々に半田付けし、各積層コンデン
サについてクラック観察(試料100個)、ヒューレッ
ト・ハッカード社製のインピーダンスアナライザー(型
式4278A)により静電容量(試料20個)について
測定し、TABAI社製恒温槽(型式BV−220)お
よび東京精電株式会社製、定電圧電源装置により高温負
荷試験(試料200個)を行った。尚、クラック観察は
金属顕微鏡観察で行った。また、インピーダンスアナラ
イザーでの測定条件は周波数1kHz、信号電圧1Vと
した。また、高温負荷試験は温度85℃で32Vを負荷
しながら1000時間までの20V1MΩ以下の故障を
調べた。得られた結果を表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】尚、表1の試料番号中で無印が各ゾーンに
おけるO2分圧が本発明の範囲内のコンデンサ素体であ
り、※印が付されたものが各ゾーンにおけるO2分圧が
本発明の範囲外のコンデンサ素体である。
【0022】表1から明らかなように、本発明の各ゾー
ンのO2分圧範囲内で焼成されて得られた積層コンデン
サは外観クラックもなく、また、高温負荷試験を行って
も絶縁抵抗の劣化がなく、しかも積層コンデンサとして
満足せる静電容量(容量値が1110〜1220nF)
を有していることが分かる。これに対して本発明の各ゾ
ーンのO2分圧範囲外(表1に※印で示した)で焼成さ
れて得られた積層コンデンサ、例えば前記表1における
試料番号1,10,26,32等は積層コンデンサとし
ての静電容量が多いか、少ないか、更にはクラック発
生、絶縁抵抗の劣化があり、或いは所定の静電容量を有
しているにもかかわらずクラックが発生しているか、ま
た、高温負荷試験に耐えられずに絶縁抵抗の劣化があり
実用に適しない。
【0023】
【発明の効果】このように本発明によるときは、コンデ
ンサ素体の焼成過程を脱脂ゾーン、焼結ゾーン、酸素欠
陥補充ゾーンに区分し、各ゾーンの焼成時におけるO2
分圧を特定範囲でコントロールするようにしたので、脱
脂を速やかに行うことが出来るため、焼成中にCの残留
による焼結不足を補うことが出来て、クラックがなく、
また、酸素欠陥を補うことが出来て、高温負荷試験を行
っても絶縁抵抗の劣化がなく信頼性の高い積層コンデン
サを極めて容易に製造することが出来る等の効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1実施例で製造された積層コンデン
サの拡大截断面図、
【符号の説明】
1 コンデンサ素体、 3 内部電極、 4
外部電極。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部電極用ニッケル導電層が形成された
    未焼成セラミックシートを複数枚積層し、圧着して成る
    積層状の未焼成のコンデンサ素体を焼成した後、コンデ
    ンサ素体の両端面およびそれに連なる周端縁部に外部電
    極用導電層を形成する積層コンデンサの製造方法におい
    て、未焼成のコンデンサ素体を焼成する際の焼成を温度
    1000℃までの昇温過程を脱脂ゾーンとし、それ以降
    最高温度での焼結過程を焼結ゾーンとし、最高温度以降
    の常温までの降温過程を酸素欠陥補充ゾーンに区分し、
    脱脂ゾーンはO2分圧が10-13〜10-15atmとした雰囲
    気とし、焼結ゾーンはO2分圧が10-16〜10-18atmと
    した雰囲気とし、酸素欠陥補充ゾーンはO2分圧が10
    -10〜10-13atmとした雰囲気で焼成を行うことを特徴
    する積層コンデンサの製造方法。
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EP3043135A1 (en) * 2015-01-08 2016-07-13 Linde Aktiengesellschaft Apparatus and method for controlling a sintering process

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