JP3142014B2 - 積層セラミックコンデンサの製造方法 - Google Patents
積層セラミックコンデンサの製造方法Info
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Description
グリーンシートを重ね合わせて一体焼成する積層セラミ
ックコンデンサの製造方法に関する。
電体セラミックと内部電極とを所定枚数互いに積層し、
両端部に一対の外部電極を設けた構成を有している。上
下に対向する内部電極間に静電容量が発生し、この静電
容量は外部電極から取り出される。
造工程において、誘電体材料として従来から用いられて
きたチタン酸バリウム系のセラミックは、1250〜1
400℃の焼成温度が必要であった。そのため、この誘
電体材料を用いた積層セラミックコンデンサの内部電極
には、誘電体セラミックが焼結する温度以上の融点を持
った白金、パラジウム等の高価な貴金属を用いざるを得
なかった。
量を有し、かつ、内部電極にかかるコストを下げるた
め、チタン酸バリウム系よりも誘電率が高く、また、1
000℃以下の低温で焼成可能である鉛複合ペロブスカ
イトを主成分とする、いわゆる鉛系の誘電体材料を用い
ると共に、内部電極に銅あるいは銅合金を用いた積層セ
ラミックコンデンサが提案されている。
温焼成の積層セラミックコンデンサの内部電極として用
いられる銀/パラジウム合金に比べて電気抵抗が低いた
め、これを内部電極に用いることにより、等価直列抵抗
の低い積層セラミックコンデンサを得ることができる。
一方、製造方法の面では、内部電極は、一般に前記金属
をペースト化したものを、所定のパターンにスクリーン
印刷することにより形成されてきた。
ーストの原料として銅を用いた場合、脱バインダー工程
をバインダーの分解が進むような高酸素分圧下で行う
と、銅が酸化膨張するため、特にデラミネーションやク
ラックを生じやすい。この酸化膨張の際に誘電体セラミ
ックに与える応力の大きさは、誘電体セラミックの厚み
に対して内部電極の厚みが大きい場合に特に問題とな
る。
を原料としたペーストを用いて行い、脱バインダー時に
内部電極の酸化膨張が起こらないようにする方法が提案
されている。この場合、脱バインダー後に、内部電極を
酸化銅から金属銅に還元することが必要になるが、その
処理が不十分であると、内部電極の一部が酸化銅のまま
残り、それが焼成中に誘電体セラミックに拡散して、誘
電体セラミックの絶縁抵抗を低くすることになる。即
ち、誘電体セラミックをできるだけ還元させず、内部電
極のみ還元させようとするとこのような問題が起こりや
すい。
たもので、銅あるいは銅合金を内部電極とし、かつ誘電
体セラミック層の厚みが薄くなっても前述の問題点が発
生することのない積層セラミックコンデンサの製造方法
を提供するものである。
め、本発明の要旨とするところは、銅あるいは銅合金を
内部電極とする積層セラミックコンデンサの製造方法に
おいて、バインダー成分を除去した後に誘電体と内部電
極を共に還元させ、その後、内部電極が酸化せず、誘電
体が酸化する雰囲気中で前記誘電体と内部電極を焼成す
ることを特徴とする。
部電極材料として酸化銅を含んでいても、脱バインダー
時に内部電極の酸化膨張が起こらず、誘電体セラミック
を薄層化してもデラミネーションやクラックの発生を抑
えることができる。初期状態が酸化銅である内部電極を
用いる際には、脱バインダー後に内部電極の還元処理が
必要になるが、本発明では従来方法と異なり誘電体をも
還元してしまうような強還元条件で内部電極の還元処理
を行うため、銅−酸化銅、鉛−酸化鉛の平衡酸素分圧か
ら考えて、酸化銅は完全に金属銅に還元される。
は、その蒸気圧等から考えて酸化銅の状態での気相拡散
と液相拡散によると考えられ、前記還元処理を行うこと
によって、内部電極からの銅の拡散を抑えることができ
る。銅を内部電極とする積層セラミックコンデンサの誘
電体の絶縁抵抗の低下は、この酸化銅の拡散が原因とな
っているため、本製造方法の如く酸化銅の拡散を抑える
ことで、誘電体の絶縁抵抗の低下は起こらない。
の再酸化処理を行うことで、誘電体セラミックの焼成過
程における、誘電体の還元により生成した金属鉛と金属
銅との反応を抑えている。従って、低融点の鉛が銅中に
固溶することがないため、焼成中に内部電極が端面から
外部に流出するなどの不都合が起こらず、均質な内部電
極を得ることができる。
化が可能となり、大容量でありながら信頼性が高く、か
つ、安価な積層セラミックコンデンサを得ることができ
る。
サの製造方法の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明す
る。図1において、積層セラミックコンデンサは、複数
個の誘電体セラミック2と、この誘電体セラミック2を
介して互いに積層された状態で配置された静電容量を形
成するための複数個の内部電極1と、内部電極1の所定
のものに接続された静電容量取り出しのための一対の外
部電極3とから構成されている。誘電体セラミック2と
しては誘電率が高く低温焼成可能な鉛系誘電体材料が用
いられている。内部電極1としては安価な卑金属であ
り、電気電導度が高く、また高温での耐酸化性の強い酸
化銅が用いられている。外部電極3の材料としては、ニ
ッケルもしくは銅、またはこれらの合金、ガラスフリッ
トを添加した銅、または銅合金、銀、パラジウム、銀−
パラジウム合金等が挙げられるが積層セラミックコンデ
ンサの使用用途等により適宜な材料を用いることができ
る。
造工程について詳述する。具体的には誘電体粉末とし
て、1000℃以下で焼成することの可能な、鉛複合ペ
ロブスカイトを主成分とする誘電体セラミック組成物を
準備した。この誘電体セラミック組成物としては、電気
的特性を発現する主成分として、 xPb(Mg1/3Nb2/3)O3−yPbTiO3−zPb(Cu1/2W1/2)O3 −uZnO−vMnO2 0.900≦x≦0.950 0.040≦y≦0.080 0.010≦z≦0.030 (x+y+z=1) 0<u≦0.060 0<v≦0.020 (u,vは重量比)なる
組成物に、焼結を促進する副成分として、 xLi2O−yBaO−zB2O3−wSiO2 で表され、x,y,z,wがそれぞれ 7.0≦x≦8.0 41.5≦y≦43.0 20.5≦z≦22.5 28.0≦w≦30.0 (x+y+z+w=1) なる組成物であるガラスを添加したものを用いた。
時間粉砕、混合後、ポリビニルブチラール系のバインダ
ー及び可塑剤を加えてさらに16時間混合して誘電体セ
ラミックのスラリーを得た。このスラリーをドクターブ
レード法により、ポリエチレンテレフタレート等からな
る厚さ50μmのキャリヤフィルム上にシート状に成形
して誘電体セラミックのグリーンシートを得た。
に打ち抜き、その上に酸化銅粉末を用いた内部電極ペー
ストを所定の電極パターンに印刷した。内部電極を印刷
した誘電体グリーンシートを所定の枚数積み重ね、ユニ
ットに強度を持たせるために印刷を行っていないダミー
のグリーンシートを適宜積み重ねた後、70℃で熱圧着
した。得られた圧着体を所定の大きさに切断して、積層
セラミックコンデンサの生ユニットを得た。
10時間保持することで脱バインダーした後、H2ガス
中で350℃、4時間保持して内部電極の還元処理を行
った。還元後のユニットを、N2,H2,O2の混合ガス
を用いて、内部電極が酸化しない還元性雰囲気に調節し
た内径10cmの管状炉に入れて、1000℃で2時間
保持して焼成し、積層セラミックコンデンサを得た。
て内部電極の銅が酸化せず、誘電体のみ再酸化されるよ
うなO2ガスの導入量を実験的に求めておき、前記焼成
中にも800℃までの温度域においてO2ガスを前記の
量だけ導入し、誘電体の再酸化を行った。本実施例で
は、0〜800℃の温度範囲において、200リットル
/時間のN 2ガスに加えて、10cc/時間のO2を導入
した。
について、25℃、1kHz、1Vrmsでの比誘電率
(εr)と誘電損失(DF)及び絶縁抵抗(IR)を測
定した。以上の試験による測定結果は以下の第1表の通
りである。
ンシート上に金属銅粉末を用いた内部電極ペーストによ
り内部電極パターンを印刷して積層セラミックコンデン
サの生ユニットを作製し、脱バインダーを行い、還元処
理及び再酸化処理を行わずに焼成した後、同様に電気的
特性の測定を行った。その結果を以下の第2表に示す。
実施例の積層セラミックコンデンサは、従来の内部電極
を金属銅ペーストのスクリーン印刷により形成する方法
で製造された積層セラミックコンデンサと比較して、遜
色のない比誘電率及び高い絶縁抵抗を有する。また、金
属銅ペーストのスクリーン印刷により内部電極を形成し
た積層セラミックコンデンサでは、脱バインダー時に銅
の酸化膨張によるデラミネーションやクラックの発生が
起こったが、本実施例の積層セラミックコンデンサで
は、脱バインダー時の銅電極の酸化膨張によるデラミネ
ーションやクラックの発生は見られなかった。
体グリーンシート上に酸化銅粉末を用いた内部電極ペー
ストにより内部電極パターンを印刷して積層セラミック
コンデンサの生ユニットを作製し、実施例と同様の脱バ
インダーと内部電極の還元処理を行い、誘電体の再酸化
処理をせずにそのまま焼成した。この場合、1000℃
焼成の後も積層セラミックコンデンサとして良好な焼結
体は得られず、誘電体は黒色を呈して還元された状態で
あることを示しており、また還元した鉛と内部電極の銅
が反応したために生じる内部電極の溶解が発生し、電気
的特性を測定することができなかった。
ンサの製造方法は、前記実施例に限定されるものではな
く、その要旨の範囲内で種々に変更可能である。例え
ば、内部電極として金属銅ペーストを用い、内部電極ペ
ーストを印刷した誘電体グリーンシートを積み重ねて積
層セラミックコンデンサの生ユニットを準備し、これを
脱バインダーして内部電極の銅を僅かに酸化したものに
ついても、この方法を実施することにより、同様の効果
が得られる。
よれば、バインダー成分を除去した後に誘電体と内部電
極を共に還元させ、その後に内部電極が酸化せず、誘電
体が酸化する雰囲気中で熱処理する工程を経て誘電体と
内部電極を焼成するようにしたため、誘電体を薄層化し
てもデラミネーションやクラックの発生がなく、内部電
極の誘電体への拡散を抑えて高抵抗、高容量の信頼性の
高い積層セラミックコンデンサを得ることができる。
ックコンデンサを示す断面図。
Claims (1)
- 【請求項1】 銅あるいは銅合金を内部電極とする積層
セラミックコンデンサの製造方法において、 バインダー成分を除去した後に誘電体と内部電極を共に
還元させる工程と、 前記還元工程の後に、内部電極が酸化せず、誘電体が酸
化する雰囲気中で前記誘電体と内部電極を焼成する工程
と、 を備え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。
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