JP7169069B2 - 積層セラミックコンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100の部分断面斜視図である。図1で例示するように、積層セラミックコンデンサ100は、直方体形状を有する積層チップ10と、積層チップ10のいずれかの対向する2端面に設けられた外部電極20a,20bとを備える。なお、積層チップ10の当該2端面以外の4面のうち、積層方向の上面および下面以外の2面を側面と称する。外部電極20a,20bは、積層チップ10の積層方向の上面、下面および2側面に延在している。ただし、外部電極20a,20bは、互いに離間している。
まず、図4で例示するように、誘電体層11を形成するための誘電体材料を用意する。誘電体層11に含まれるAサイト元素およびBサイト元素は、通常はABO3の粒子の焼結体の形で誘電体層11に含まれる。例えば、BaTiO3は、ペロブスカイト構造を有する正方晶化合物であって、高い誘電率を示す。このBaTiO3は、一般的に、二酸化チタンなどのチタン原料と炭酸バリウムなどのバリウム原料とを反応させてチタン酸バリウムを合成することで得ることができる。誘電体層11を構成するセラミックの合成方法としては、従来種々の方法が知られており、例えば固相法、ゾル-ゲル法、水熱法等が知られている。本実施形態においては、これらのいずれも採用することができる。
次に、得られた誘電体材料に、ポリビニルブチラール(PVB)樹脂等のバインダと、エタノール、トルエン等の有機溶剤と、フタル酸ジオクチル(DOP)等の可塑剤とを加えて湿式混合する。得られたスラリーを使用して、例えばダイコータ法やドクターブレード法により、基材上に例えば厚み0.8μm以下の帯状の誘電体グリーンシートを塗工して乾燥させる。
このようにして得られた成型体を、250~500℃のN2雰囲気中で脱バインダ処理した後に、酸素分圧10-5~10-8atmの還元雰囲気中で1100~1300℃で10分~2時間焼成することで、各化合物が焼結して粒成長する。このようにして、積層セラミックコンデンサ100が得られる。なお、焼成条件を調整することで、内部電極層12に残存する共材の残存量を調整することができる。具体的には、焼成工程において昇温速度を大きくすることで、共材が金属導電ペーストから吐き出される前に主成分金属が焼結するため、共材が内部電極層12に残存しやすくなる。例えば、内部電極層12における共材の残存量を多くする観点から、焼成工程において室温から最高温度までの平均昇温速度は、30℃/分以上とすることが好ましく、45℃/分以上とすることがより好ましい。なお、平均昇温速度が大きすぎると、成型体に残留する有機成分の排出が十分に行われず、焼成工程中にクラックが発生するなどの不具合が生じるおそれがある。あるいは、成型体の焼結に内外差が発生することで緻密化が不十分となり、静電容量が低下するなどの不具合が生じるおそれがある。そこで、平均昇温速度を、80℃/分以下とすることが好ましく、65℃/分以下とすることがより好ましい。
その後、N2ガス雰囲気中で600℃~1000℃で再酸化処理を行ってもよい。
(めっき処理工程)
その後、めっき処理により、外部電極20a,20bの下地層に、Cu,Ni,Sn等の金属コーティングを行う。
平均粒径が100nm(比表面積10m2/g)のチタン酸バリウム粉末に必要な添加物を添加し、ボールミルで十分に湿式混合粉砕して誘電体材料を得た。誘電体材料に有機バインダおよび溶剤を加えてドクターブレード法にて誘電体グリーンシートを作製した。誘電体グリーンシートの塗工厚みを0.8μmとし、有機バインダとしてポリビニルブチラール(PVB)等を用い、溶剤としてエタノール、トルエン酸等を加えた。その他、可塑剤などを加えた。
比較例1~3においては、表1に示すように、内部電極形成用導電ペーストの主成分金属(Ni)の粉末に、平均粒径が120nm、粒径の標準偏差が33、累積粒度分布の傾きが6のものを用いた。共材には、平均粒径が29nm、粒径の標準偏差が8.7、累積粒度分布の傾きが5のものを用いた。室温から最高温度までの平均昇温速度は、比較例1では45℃/分とし、比較例2では55℃/分とし、比較例3では65℃/分とした。その他の条件は、実施例と同様とした。
図6(a)および図6(b)は、幅方向中央部での、誘電体層11と内部電極層12との積層方向における断面のSEM(走査型電子顕微鏡)写真を描いた図である。図6(a)は実施例3のSEM写真であり、図6(b)は比較例2のSEM写真である。図6(a)および図6(b)の結果から、誘電体層11と内部電極層12との積層方向における内部電極層12の断面において、セラミックを主成分とする粒子15が存在する面積比率を計測した。具体的には、SEM画像から粒子15の個数をカウントし、それぞれの粒子径を計測し、内部電極層12の総面積(粒子15を含む)に対する粒子15の面積を算出することで、面積比率を算出した。SEM写真の視野は12.6μm×8.35μmとした。図6(c)および図7に示すように、実施例1では面積比率が12.0であり、実施例2では14.5であり、実施例3では16.2であり、実施例4では17.3であり、実施例5では18.0であった。比較例1では7.0であり、比較例2では8.7であり、比較例3では9.0であった。
11 誘電体層
12 内部電極層
13 カバー層
20a,20b 外部電極
100 積層セラミックコンデンサ
Claims (11)
- セラミックを主成分とする誘電体層と、金属を主成分とする内部電極層と、が交互に積層された積層構造を備え、
前記内部電極層の厚みは、0.3μm以下であり、
前記内部電極層に、セラミックを主成分とする粒子
が存在し、
前記誘電体層と前記内部電極層との積層方向における前記内部電極層の断面において、前記粒子が存在する面積比率が10%以上であり、
前記内部電極層において前記粒子が存在する前記面積比率が10%以上となる領域において、隣接するいずれの誘電体層とも接触する金属結晶粒子が少なくとも2個存在し、前記2個の金属結晶粒子が前記内部電極層の延伸方向に接触して並んでおり、前記2個の金属結晶粒子によって、隣接する誘電体層間にわたって延びる結晶粒界が形成され、前記粒子が前記結晶粒界に配置されており、
前記粒子は、前記内部電極層の厚み方向において、上下5%ずつの領域には存在しないことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 - 前記内部電極層の主成分金属は、ニッケルであることを特徴とする請求項1記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記粒子の主成分セラミックは、チタン酸バリウムであることを特徴とする請求項1または2に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記誘電体層の主成分セラミックは、チタン酸バリウムであることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記面積比率は、内部電極層の断面のSEM画像を用いて任意に選択した10層の内部電極層の全体の面積と、前記10層の内部電極層中の前記粒子の全体の面積とから、求まることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の積層セラミックコンデンサ。
- セラミック粉末を含むグリーンシート上に、平均粒径が100nm以下で粒度分布の標準偏差が15以下の金属粉末を主成分とし、平均粒径が10nm以下で粒度分布の標準偏差が5以下のセラミック粉末を共材として含む金属導電ペーストのパターンを配置する第1工程と、
前記第1工程によって得られた積層単位を複数積層して得られたセラミック積層体を焼成することで、前記金属粉末の焼結によって内部電極層を形成し、前記グリーンシートのセラミック粉末の焼結によって誘電体層を形成する第2工程と、を含み、
前記内部電極層の厚みは、0.3μm以下であり、
前記内部電極層と前記誘電体層との積層方向における前記内部電極層の断面において、セラミックを主成分とする粒子が存在する面積比率が10%以上であり、
前記内部電極層において前記粒子が存在する前記面積比率が10%以上となる領域において、隣接するいずれの誘電体層とも接触する金属結晶粒子が少なくとも2個存在し、前記2個の金属結晶粒子が前記内部電極層の延伸方向に接触して並んでおり、前記2個の金属結晶粒子によって、隣接する誘電体層間にわたって延びる結晶粒界が形成され、前記粒子が前記結晶粒界に配置されるように前記第2工程を行い、
前記粒子は、前記内部電極層の厚み方向において、上下5%ずつの領域には存在しない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。 - 前記第2工程において、室温から最高温度までの平均昇温速度を30℃/分以上80℃/分以下とすることを特徴とする請求項6記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
- 前記金属粉末は、ニッケルを主成分とすることを特徴とする請求項6または7に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
- 前記共材は、チタン酸バリウムを主成分とすることを特徴とする請求項6~8のいずれか一項に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
- 前記グリーンシートのセラミック粉末は、チタン酸バリウムを主成分とすることを特徴とする請求項6~9のいずれか一項に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
- 前記面積比率は、内部電極層の断面のSEM画像を用いて任意に選択した10層の内部電極層の全体の面積と、前記10層の内部電極層中の前記粒子の全体の面積とから、求まることを特徴とする請求項6~10のいずれか一項に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
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