JP3962714B2 - セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、セラミック電子部品の製造方法に関するものである。
従来、積層セラミックコンデンサ等のセラミック電子部品の作製には、誘電体層を構成するセラミック誘電体の粉末からなる層と、内部電極層を構成する内部電極ペーストからなる層とを交互に複数層重ねた積層体を形成し、この積層体を焼成した後、外部電極を設けるという方法が採用されている。
ここで誘電体層の形成には、セラミック誘電体粉末と有機バインダ及び有機溶剤等とを混合してスラリー化した誘電体ペーストをドクターブレード法などの方法でシート状にし、適宜乾燥して作製されたセラミック成形体が用いられる。また、内部電極層の形成に用いられる内部電極ペーストは、ニッケル等の金属粉末を有機バインダ及び有機溶剤等に分散させてペースト状にしたものである。そして上述した積層体は、通常、内部電極ペーストをシート状のセラミック成形体表面にスクリーン印刷し、内部電極ペーストに含まれる有機溶剤を乾燥させた後、この成形体を複数枚重ねて加圧成形して作製される。
この積層体はチップ化されると共に焼成されて、セラミック素子が形成される。そして、このセラミック素子の端面のうち、内部電極層が露出している端面に外部電極が設けられる。この外部電極の形成には、銅等の金属粉末をバインダ及び溶剤等に分散させてペースト状にした外部電極ペーストが用いられる。すなわち、セラミック素子の端面にこの外部電極ペーストを塗布した後、外部電極ペーストが塗布されたセラミック素子を焼成し、外部電極ペースト内の金属粉末を焼結させることで、多孔質の焼結体である外部電極を形成する。なお、このような外部電極は、例えば下記特許文献１〜特許文献５等において開示されている。
しかしながら、前述した従来のセラミック電子部品には、次のような課題が存在している。すなわち、外部電極ペーストが塗布されたセラミック素子を焼成して外部電極を形成する工程で、焼成装置内で近接するセラミック素子の外部電極ペーストが接触し、その接触部分において外部電極ペースト同士が強固に融着するという事態が生じることがあった。このような状態で焼成がおこなわれた場合には、複数のセラミック電子部品が外部電極部分において融着する。この場合、互いのセラミック電子部品は強固に結合しているため一つ一つのセラミック電子部品に分離することは非常に困難であり、強大な力で強引に分離しようとした場合には外部電極がセラミック素子から脱離するという不具合があった。従って、外部電極を焼成する際にセラミック電子部品同士が融着すると、歩留まりの低下を招いてしまう。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、外部電極の焼成時における外部電極同士の融着を有意に抑制することができるセラミック電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、０．３〜１．０μｍである第１の粒径範囲を有する第１の金属粉末と、５．０〜１１．０μｍおよび３０〜５０μｍのうちどちらか一方である第２の粒径範囲を有する第２の金属粉末とを含む金属粉を有する外部電極ペーストをセラミック素子の端面に塗布した後、セラミック素子の表面に表面の算術平均粗さが０．７６μｍ以上である外部電極が形成されるようにセラミック素子を焼成することを特徴とする。
発明者らは、上記の製造方法を用いて外部電極の表面の算術平均粗さが０．７６μｍ以上とすることにより、外部電極同士の融着が有意に抑制されることを新たに見出した。上記作用を好適に奏する方法としては、具体的には以下のような方法が挙げられる。すなわち、第１の粒径範囲が０．３〜１．０μｍであり、第２の粒径範囲が５．０〜１１．０μｍおよび３０〜５０μｍのうちどちらか一方である方法である。また、金属粉は、第１の粒径範囲および第２の粒径範囲とは異なる第３の粒径範囲を有する第３の金属粉末を含むものでもよい。その場合、第３の粒径範囲が３０〜５０μｍであることが好ましい。第３の粒径範囲が２０〜３０μｍであってもよい。
また、外部電極の表面の算術平均粗さが０．９５μｍ以上であることが好ましい。この場合、外部電極同士の融着がより抑制される。
また、外部電極の表面の算術平均粗さが３μｍ以下であることが好ましい。この場合、セラミック電子部品を基板等に容易に実装することができる。
また、金属粉の主成分はＣｕであることが好ましい。この場合、外部電極は高い導電性を有する。
本発明によれば、外部電極の焼成時における外部電極同士の融着を有意に抑制することができるセラミック電子部品の製造方法が提供される。
以下、添付図面を参照して本発明に係るセラミック電子部品を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
図１に、本発明の実施形態に係るセラミックコンデンサの概略断面図を示す。図１に示すように、セラミック電子部品の一種であるセラミックコンデンサ１０は、最外層である２層の表層１１と、表層１１に挟まれた約３００層の誘電体層１２と、上下に配置された誘電体層１２のそれぞれの間に介在する内部電極層１４とを有する六面体形状のコンデンサ素体（セラミック素子）１６を備えている。すなわち、コンデンサ素体１６は、約６００層の積層構造を有しており、誘電体層１２と内部電極層１４とが交互に積層されている。また、コンデンサ素体１６の端面のうち、コンデンサ素体１６の厚さ方向に延在し、互いに対向する一対の端面１６ａ，１６ｂそれぞれには、その端面１６ａ，１６ｂの全領域を覆うように一対の外部電極１８，１８が設けられている。
さらに、上下に配置された内部電極層１４同士は、誘電体層１２により互いに電気的に絶縁されており、また、互いに異なる一方の外部電極１８に接続されている。従って、一対の外部電極１８，１８間に所定の電圧を印加した場合には、上下で対向する内部電極層１４の間には電荷が蓄えられる。なお、このセラミックコンデンサ１０の静電容量は、上下で対向する内部電極層１４の対向する面積の大きさに比例する。
表層１１及び誘電体層１２は、ともにＢａＴｉＯ３を主成分とする層であり、各表層１１の厚さはおよそ５０μｍ、各誘電体層１２の厚さはおよそ１〜４μｍである。これら表層１１及び誘電体層１２は、後述するグリーンシート（セラミック成形体）を焼成して形成される。また内部電極層１４は、Ｎｉを主成分として含有する金属層であり、その厚さはおよそ１μｍである。各外部電極１８は、金属の中でも高い導電性を有するＣｕを主成分とする多孔質体であり、その表面１８ａの算術平均粗さは約１μｍである
以下、上述したセラミックコンデンサ１０を作製する方法について、図２及び図３を参照しつつ説明する。ここで、図２はグリーンシートの印刷パターンを示した部分拡大図であり、図３はセラミックコンデンサを作製する手順を示した図である。
セラミックコンデンサ１０を作製するにあたり、図２に示すように、まずＢａＴｉＯ３系の誘電体グリーンシート２０を準備する。このグリーンシート２０は、ＢａＴｉＯ３粉末と有機バインダとを混合してスラリー化した誘電体ペーストをドクターブレード法でシート状にしたものである。また、グリーンシート２０よりも厚さの厚い、表層１１となるグリーンシート２１を２枚準備する。
そして、グリーンシート２０の表面２０ａに、スクリーン印刷法により所定パターンの内部電極ペースト２２を塗布して乾燥させる。すなわち、グリーンシート表面２０ａの、１個のコンデンサに対応する矩形領域２４のうち３辺の縁領域以外の領域に、内部電極ペースト２２が塗布される（図２参照）。この内部電極ペースト２２は、ニッケル粉末を有機バインダ及び有機溶剤に分散させてペースト状にしたものである。有機バインダには、公知のものを利用可能であり、例えばセルロース系樹脂、エポキシ樹脂、アリール樹脂、アクリル樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、アルキド樹脂、ロジンエステル等のバインダを用いることができる。また有機溶剤も、公知のものを利用可能であり、例えばブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、テレピン油、α−テレビネオール、エチルセロソルブ、ブチルフタレート等の溶剤を用いることができる。
また、この内部電極ペースト２２には、共材としてＢａＴｉＯ３粉末が添加されている。ＢａＴｉＯ３粉末は、誘電体層１２（及びグリーンシート２０）の主成分であるＢａＴｉＯ３が同じであるため、内部電極ペースト２２へのＢａＴｉＯ３粉末の添加により、内部電極ペースト２２とグリーンシート２０との間における収縮率及び焼結開始温度の相違が有意に緩和される。
そして、以上のような内部電極ペースト２２が塗布されたグリーンシート２０を、内部電極ペースト２２が上になるようにしてグリーンシート２１上に積層する（図３（ａ）参照）。また、同様の製法で作製された約３００枚のグリーンシート２０を、内部電極ペースト２２の位置が交互に変わるように順次積層する（図３（ｂ）参照）。そして、積層されたグリーンシート２０上に何も塗布されていないグリーンシート２１を被せると共に、積層方向から押圧して、隣り合うグリーンシート２１、グリーンシート２０及び内部電極ペースト２２を互いに圧着させる。このようにして、グリーンシート２０と内部電極ペースト２２とが交互に積層された積層体２６が作製される。
そしてこの積層体２６を、１個のコンデンサに対応する矩形領域２４ごとに切断してチップ化する（図３（ｃ）参照）。その後、チップ化した積層体２６を例えば１２００℃程度で焼成することにより、グリーンシート２１、グリーンシート２０及び内部電極ペースト２２はそれぞれ上述した表層１１、誘電体層１２及び内部電極層１４になり、積層体２６は誘電体層１２と内部電極層１４とが交互に積層されたコンデンサ素体１６になる。さらに、コンデンサ素体１６を水及び研磨媒体を含むバレル内で処理することにより、表面研磨をおこなう。なお、この表面研磨は、積層体２６の段階でおこなってもよい。
最後に、コンデンサ素体１６の端面のうち、積層方向に延在し互いに対向する一対の端面１６ａ，１６ｂを覆うように、外部電極１８を形成して、セラミックコンデンサ１０が完成する（図３（ｄ）参照）。以下、外部電極１８の形成方法について、具体的に説明する。
まず、平均粒径が１５μｍ未満の第１のＣｕ粉末と、平均粒径が１５〜１００μｍ程度の第２のＣｕ粉末と、有機バインダとを含む、外部電極用の導電性ペースト（外部電極ペースト）を準備する。そして、この外部電極ペーストを、コンデンサ素体１６の端面１６ａ，１６ｂに塗布する。その後、外部電極ペーストを塗布したコンデンサ素体１６に、中性雰囲気中又は還元雰囲気中、約８００℃で熱処理を施し、上述した第１及び第２のＣｕ粉末を焼結させて、外部電極１８を形成する。なお、外部電極１８の表面１８ａには、必要に応じてバレルメッキ処理等を施してもよい。
以上のようにして作製されたセラミックコンデンサ１０について説明する。
上述したように、セラミックコンデンサ１０の外部電極１８の表面１８ａの算術平均粗さ（Ｒａ）は、約１μｍであり、０．７６μｍよりも大きい値である。発明者らは、外部電極表面１８ａの算術平均粗さがこの値（０．７６μｍ）以上である場合、外部電極１８を焼成する際における、近接するセラミックコンデンサ１０の外部電極１８同士の融着が有意に抑制されることを見出した。すなわち、表面粗さが０．７６μｍ以上となるようにセラミックコンデンサ１０の外部電極１８を形成することで、外部電極ペーストを焼成して外部電極１８を形成する際における外部電極１８同士の融着が有意に抑制される。ここで、外部電極１８の表面粗さを０．７６μｍ以上に調整する方法としては、外部電極ペーストに添加するＣｕ粉末の平均粒径を調整する方法などがある。
なお、外部電極１８の表面の算術平均粗さは、電極同士の融着がより改善される点から、０．９５μｍ以上であることがより好ましい。また、セラミックコンデンサ１０の実装基板等への搭載を容易にする点から、外部電極表面１８ａの算術平均粗さは３μｍ以下であることが好ましい。
以下、実施例により本発明の内容を具体的に説明する。
先ず、実施例１において用いる外部電極ペーストについて説明する。本実施例において用いる外部電極ペーストは、０．３〜１．０μｍの粒径範囲を有する第１のＣｕ粉末と５．０〜１１．０μｍの第２のＣｕ粉末とを６０：４０の重量比で混合したＣｕ粉末と、Ｎｉ粉末と、有機バインダ、分散剤及び有機溶剤等を混合すると共に、ボールミル又はロールミル等で分散してペースト状にしたものである。そして、この外部電極ペーストを用いて、セラミックコンデンサの外部電極を形成した。すなわち、中性雰囲気中、又は還元雰囲気中、約８００℃でＣｕ粉末を焼結させて外部電極を形成し、試料であるセラミックコンデンサを得た。そして、この試料について、外部電極の表面粗さ（Ｒａ）を触針式表面粗さ形状測定器で測定したところ０．７６μｍであった。
また、外部電極ペーストに添加するＣｕ粉末の粒径範囲及び異なる粒径範囲を有するＣｕ粉末の混合比を変えて、全部で７種類の試料を用意した（図４参照）。
ここで「実施例２」試料は、「実施例１」試料に用いたＣｕ粉末に代えて、０．３〜１．０μｍの粒径範囲を有する第１のＣｕ粉末と５．０〜１１．０μｍの第２のＣｕ粉末と２０〜３０μｍの粒径範囲を有する第３のＣｕ粉末とを５２：３５：１３の重量比で混合したＣｕ粉末を採用した試料である。「実施例３」試料は、「実施例１」試料に用いたＣｕ粉末に代えて、０．３〜１．０μｍの粒径範囲を有する第１のＣｕ粉末と５．０〜１１．０μｍの第２のＣｕ粉末と３０〜５０μｍの粒径範囲を有する第３のＣｕ粉末とを、それぞれ５２：３５：１３の重量比で混合したＣｕ粉末を採用した試料である。「実施例４」試料は、「実施例１」試料に用いたＣｕ粉末に代えて、０．３〜１．０μｍの粒径範囲を有する第１のＣｕ粉末と５．０〜１１．０μｍの第２のＣｕ粉末と３０〜５０μｍの粒径範囲を有する第３のＣｕ粉末とを、それぞれ１７：６３：２０の重量比で混合したＣｕ粉末を採用した試料である。「実施例５」試料は、「実施例１」試料に用いたＣｕ粉末に代えて、０．３〜１．０μｍの粒径範囲を有する第１のＣｕ粉末と３０〜５０μｍの粒径範囲を有する第２のＣｕ粉末とを２０：８０の重量比で混合したＣｕ粉末を採用した試料である。なお、「実施例２」試料、「実施例３」試料、「実施例４」試料、及び「実施例５」試料の外部電極表面の算術平均粗さはそれぞれ、０．９５μｍ、１．０４μｍ、１．１６μｍ、１．６５μｍであった。
また、比較のために、「比較例１」試料として、「実施例１」試料に用いたＣｕ粉末に代えて、０．３〜１．０μｍの粒径範囲を有する第１のＣｕ粉末と１．０〜３．０μｍの第２のＣｕ粉末とを６０：４０の重量比で混合したＣｕ粉末を採用した試料を準備した。同様に、０．３〜１．０μｍの粒径範囲を有する第１のＣｕ粉末と３．０〜５．０μｍの第２のＣｕ粉末とを６０：４０の重量比で混合したＣｕ粉末を採用した「比較例２」試料を準備した。なお、「比較例１」試料及び「比較例２」試料の外部電極表面の算術平均粗さはそれぞれ、０．２３μｍ及び０．３８μｍであった。
以上のようにして準備した７つの試料について、外部電極ペーストの焼成時に外部電極同士が融着するか否かを測定した。具体的には、各試料を複数個（例えば、１００個）用意し、融着不良が発生した個数を数えて、その個数が全体の１％以下である場合には優（「○」）、１〜５％である場合には良（「△」）、５％以上である場合には不良（「×」）と判断した。その結果、電極表面の算術平均粗さが０．７６μｍ以上である実施例１〜実施例５の試料については外部電極同士の融着がほとんど見つからなかった。一方、電極表面の算術平均粗さが０．７６μｍ未満である比較例１及び比較例２の試料については、外部電極同士の融着不良がいくつも発見された。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、外部電極の主成分は、Ｃｕに限らず、ＮｉやＳｎ等であってもよい。またセラミック電子部品は、セラミックコンデンサに限定されず、例えば、圧電チップ部品やチップバリスタ部品などの種々の電子部品であってもよい。
１０…セラミックコンデンサ、１１…表層，１２…誘電体層、１４…内部電極層、１６…コンデンサ素体、１８…外部電極、１８ａ…外部電極表面、２０，２１…グリーンシート、２０ａ…表面、２２…電極ペースト、２６…積層体。
Claims (8)
- ０．３〜１．０μｍである第１の粒径範囲を有する第１の金属粉末と、５．０〜１１．０μｍである第２の粒径範囲を有する第２の金属粉末とを含む金属粉を有する外部電極ペーストをセラミック素子の端面に塗布した後、前記セラミック素子の表面に表面の算術平均粗さが０．７６μｍ以上である外部電極が形成されるように前記セラミック素子を焼成する、セラミック電子部品の製造方法。
- ０．３〜１．０μｍである第１の粒径範囲を有する第１の金属粉末と、３０〜５０μｍである第２の粒径範囲を有する第２の金属粉末とを含む金属粉を有する外部電極ペーストをセラミック素子の端面に塗布した後、前記セラミック素子の表面に表面の算術平均粗さが０．７６μｍ以上である外部電極が形成されるように前記セラミック素子を焼成する、セラミック電子部品の製造方法。
- 前記金属粉は、前記第１の粒径範囲および前記第２の粒径範囲とは異なる第３の粒径範囲を有する第３の金属粉末を含む、請求項１または２に記載のセラミック電子部品の製造方法。
- 前記第３の粒径範囲が３０〜５０μｍである、請求項３に記載のセラミック電子部品の製造方法。
- 前記第３の粒径範囲が２０〜３０μｍである、請求項３に記載のセラミック電子部品の製造方法。
- 前記外部電極の表面の算術平均粗さが０ ．９５μｍ以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセラミック電子部品の製造方法。
- 前記外部電極の表面の算術平均粗さが３μｍ以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のセラミック電子部品の製造方法。
- 前記金属粉の主成分がＣｕである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のセラミック電子部品の製造方法。
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