JP2000077260A - 積層セラミック電子部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部電極と外部電極との接合強度が高く、か
つ内部電極による外部電極内面の突き上げに起因する空
隙が生じ難く、信頼性に優れた積層セラミック電子部品
を得る。 【解決手段】 セラミック焼結体２内において、セラミ
ック層を介して厚み方向に重なるように複数の内部電極
３ａ〜３ｄが配置されており、セラミック焼結体２の外
表面に内部電極３ａ〜３ｄのいずれかに接続されるよう
に形成された外部電極４，５とを有し、外部電極４，５
は、内部電極を構成している金属よりも拡散係数の大き
な金属を用いた導電ペーストの焼付けにより形成されて
おり、外部電極４，５の焼付けが、内部電極３ａ〜３ｄ
の焼付け及びセラミック焼結体２の焼成と同時に行われ
ている積層コンデンサ１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば積層セラミ
ックコンデンサのような積層セラミック電子部品及びそ
の製造方法に関し、より詳細には、内部電極材料と外部
電極材料との組み合わせ方が改良された積層セラミック
電子部品及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、積層セラミックコンデンサを始め
とする様々な積層セラミック電子部品が知られている。
積層セラミック電子部品では、複数の内部電極がセラミ
ック層を介して重なり合うようにセラミック焼結体内に
配置されている。この種の積層セラミック電子部品は、
以下のようにして製造されていた。

【０００３】まず、内部電極形成用導電ペーストが印刷
されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、上下
に無地のセラミックグリーンシートを積層し、積層体を
得る。得られた積層体を厚み方向に加圧した後、焼成す
ることにより、セラミック焼結体を得る。

【０００４】得られたセラミック焼結体の外表面に、内
部電極と電気的に接続されるように、外部電極形成用導
電ペーストを塗布し、焼き付けることにより、外部電極
を形成する。

【０００５】ところで、上記内部電極を構成するための
導電ペーストとしては、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ｐｄま
たはＮｉ、Ｃｕなどからなる金属粉末に、バインダ樹脂
及び溶剤を混練したものが用いられている。

【０００６】他方、外部電極形成用導電ペーストとして
は、ＡｇやＣｕ粉末に、ガラスフリット、バインダ樹脂
及び溶剤を混練してなるものが用いられている。いずれ
の導電ペーストにおいても、焼成後には、バインダ樹脂
及び溶剤は消失する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の積層
セラミック電子部品において、例えば、内部電極材料と
してＰｄを用い、外部電極材料としてＡｇを用いた場
合、外部電極の焼付けに際し、内部電極を構成している
Ｐｄが外部電極側に拡散し、セラミック焼結体の内部電
極が引き出されている外表面において内部電極が外部電
極内面を突き上げ、空隙を形成しがちであるという問題
があった。このような空隙が形成されると、外部電極を
焼き付けた後に、さらに外部電極表面に半田付け性を高
めるためなどにメッキ層を形成した場合、メッキ液が空
隙に侵入し、セラミック焼結体内に入り込み、電気的特
性の劣化や耐湿不良が生じるという問題があった。

【０００８】他方、従来の積層セラミック電子部品の製
造方法では、上記のようにセラミック焼結体を得た後に
外部電極を形成しており、外部電極を形成する際に、ガ
ラスフリット含有導電ペーストを用いているため、外部
電極焼付け温度がセラミック焼結体を得る場合の焼成温
度よりも低くされている。そのため、導電ペーストの焼
付けにより外部電極を形成したとしても、内部電極と外
部電極との接合性が十分でないこともあった。

【０００９】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を解消し、内部電極が引き出されている焼結体外表面と
外部電極内面との間における上記空隙の発生を効果的に
防止することができると共に、内部電極と外部電極との
接合性が高められた、信頼性に優れた積層セラミック電
子部品及びそのような積層セラミック電子部品を製造す
ることを可能とする方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係る積層セラミック電子部品は、セラミック焼結体と、
前記セラミック焼結体内に配置された複数の内部電極
と、前記複数の内部電極のいずれかに電気的に接続され
るようにセラミック焼結体の外表面に形成されており、
かつセラミック焼結体と同時に焼成された外部電極とを
備え、前記外部電極が、前記内部電極を構成している金
属よりも拡散係数が大きな金属を用いて構成されている
ことを特徴とする。

【００１１】本発明に係る積層セラミック電子部品にお
いては、好ましくは、上記外部電極がＣｕもしくはＣｕ
合金を用いて構成され、内部電極がＮｉ、Ａｇもしくは
Ａｕまたはこれらの合金を用いて構成される。

【００１２】請求項３に記載の発明は、本発明に係る積
層セラミック電子部品の製造方法であり、金属粉末含有
導電ペーストからなる内部電極が未焼成のセラミック層
を介して複数積層されているセラミック積層体を得る工
程と、前記セラミック積層体の外表面に、前記内部電極
と接続されるように、かつ前記内部電極を構成している
金属よりも拡散係数の大きな金属粉末を用いて構成され
た外部電極形成用導電ペーストを塗布する工程と、前記
外部電極形成用導電ペーストが塗布されたセラミック積
層体を焼成し、セラミックスと共に、前記内部電極及び
外部電極を焼成する工程とを備える。

【００１３】本発明に係る積層セラミック電子部品の製
造方法においては、好ましくは、上記内部電極形成用導
電ペーストとして、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕもしくはこれらの
合金粉末を用いて構成されたものが使用され、前記外部
電極形成用導電ペーストとして、ＣｕもしくはＣｕ合金
粉末を用いて構成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
挙げることにより、本発明をより詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施例に係る積層セラ
ミック電子部品としての積層コンデンサを示す断面図で
ある。積層コンデンサ１は、直方体状のセラミック焼結
体２を用いて構成されている。セラミック焼結体２は、
ＣａＺｒＯ₃ 系セラミックスやチタン酸バリウム系セラ
ミックスなどの適宜の誘電体セラミックスにより構成さ
れている。

【００１６】セラミック焼結体２の内部には、厚み方向
においてセラミック層を介して重なり合うように複数の
内部電極３ａ〜３ｄが形成されている。内部電極３ａ，
３ｃは、端面２ａに引き出されている。内部電極３ｂ，
３ｄは、端面２ａと対向し合っている反対側端面２ｂに
引き出されている。

【００１７】端面２ａ，２ｂを覆うように、かつ内部電
極３ａ，３ｃまたは内部電極３ｂ，３ｄに接続されるよ
うに、外部電極４，５が形成されている。積層コンデン
サ１では、上記内部電極３ａ〜３ｄ及び外部電極４，５
は、セラミック焼結体２を構成しているセラミックスと
同時焼成されている。また、内部電極を構成している金
属に比べて、拡散係数が大きな金属を用いて外部電極
４，５が形成されている。

【００１８】そして、上記構成を有するため、後述の具
体的な実験例から明らかなように、内部電極３ａ〜３ｄ
が端面２ａ，２ｂにおいて外部電極４，５の内面を突き
上げ難く、従って、前述した空隙の形成を確実に防止す
ることができると共に、内部電極３ａ，３ｃまたは内部
電極３ｂ，３ｄと外部電極４または５との接合強度が高
められている。これは、以下の理由によると考えられ
る。

【００１９】すなわち、従来の積層コンデンサでは、外
部電極を導電ペーストの焼付けにより形成する場合、前
述したとおり、セラミック焼結体の焼成時よりも低い温
度で焼き付けるのが通常であった。そのため、内部電極
と外部電極との接合強度が十分に高まらないことがあっ
た。

【００２０】また、内部電極を構成している金属の拡散
係数が外部電極を構成している金属よりも高いか、同等
の場合が多いため、内部電極を焼き付けるに際し、内部
電極を構成している金属が外部電極側に拡散しがちとな
る。そのため、内部電極が引き出されている端面におい
て内部電極が外部電極内面を突き上げ、前述した空隙が
生じていたものと考えられる。

【００２１】これに対して、本発明においては、外部電
極の焼付けが、セラミック焼結体２及び内部電極３ａ〜
３ｄの焼成と同時に行われる。従って、高温で外部電極
４，５が焼き付けられるので、内部電極と外部電極との
接合性が高められる。加えて、外部電極を構成している
金属の拡散係数が、内部電極を構成している金属の拡散
係数よりも高いため、内部電極を構成している金属の外
部電極４，５側への拡散が生じず、逆に外部電極４，５
が内部電極側へ拡散し易くなる。よって、上述した突き
上げによる空隙の形成が起こらないものと考えられる。

【００２２】次に、具体的な実験例を説明することによ
り、本発明の製造方法及び作用効果を明らかにする。Ｃ
ａＺｒＯ₃ 系セラミック粉末を主成分とするセラミック
スラリーを用意した。このセラミックススラリーを、ド
クターブレード法を用いてシート成形し、厚さ１６μｍ
のセラミックグリーンシートを得た。

【００２３】上記のようにして得たセラミックグリーン
シートの片面に、スクリーン印刷法により、平均粒径
０．４μｍのＮｉ粉末、バインダ樹脂及びガラスフリッ
トを含む導電ペーストを塗布し、内部電極を形成した。
上記のようにして内部電極が印刷されたセラミックグリ
ーンシートを７０枚積層し、しかる後、上下に無地のセ
ラミックグリーンシートを適宜の枚数積層し、厚み方向
に加圧し、約１．１ｍｍの厚みのマザーの積層体を得
た。

【００２４】上記マザーの積層体を、１．６ｍｍ×０．
８ｍｍの矩形の平面形状を有するように厚み方向に切断
し、個々の積層コンデンサ単位の積層体を得た。上記積
層体の両端面に、平均粒径１〜２μｍのＣｕ粉末と、バ
インダ樹脂とを含む外部電極形成用導電ペーストを塗布
した。

【００２５】しかる後、外部電極形成用導電ペーストが
塗布された積層体を、９７０℃の温度で、酸素分圧ｐＯ
₂ が１０^-11 ＭＰａである雰囲気下で焼成し、セラミッ
クスと内部電極３ａ〜３ｄ及び外部電極４，５の焼成を
行い、積層コンデンサを得た。

【００２６】上記のようにして得られた積層コンデンサ
において、さらに、外部電極４，５上に、Ｎｉ層及び半
田層をそれぞれ、メッキ法により順次形成した。上記の
ようにして、複数のメッキ層が形成された積層コンデン
サの静電容量、Ｑ値（１ＭＨｚにおける値）及び１００
ＭＨｚにおけるＥＳＲ（等価直列抵抗）を測定した。ま
た、８５℃及び相対湿度８５％の雰囲気下において、５
０Ｖの直流電圧を１０００時間印加し、耐湿負荷試験を
行った。この耐湿負荷においては、１０００時間後に、
絶縁抵抗ＩＲが１０¹⁰Ω以下となったものを絶縁抵抗
（ＩＲ）不良とした。

【００２７】以下の表１〜表３に上記評価結果を示す。
また、比較のために、以下の比較例１，２の積層コンデ
ンサを作製し、同様にして評価した。

【００２８】比較例１の積層コンデンサでは、外部電極
形成用導電ペーストを塗布する前にセラミック焼結体を
焼成したこと、外部電極形成用導電ペーストとして、Ｃ
ｕ粉末の代わりに平均粒径が同じＡｇ粉末を用いたこ
と、並びに外部電極形成に際しての焼付け温度を７７０
℃としたことを除いては、上記実施例の積層コンデンサ
の製造方法と同様とした。

【００２９】また、比較例２の積層コンデンサについて
は、比較例１と同様にセラミック焼結体を得た後に外部
電極形成用導電ペーストを塗布し、焼き付けた。また、
比較例２の積層コンデンサを得るにあたっては、外部電
極形成用導電ペーストとしては、上記実施例と同じＣｕ
含有導電ペーストを用い、但し、焼付け温度について
は、８３０℃とした。

【００３０】なお、以下の表１におけるＱ値は、１ＭＨ
ｚにおいて測定された値であり、かつ表１における静電
容量及びＱ値の値の平均値は、１００個の積層コンデン
サの平均値を示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】以下の表２におけるＥＳＲ（等価直列抵
抗）の値は、１００ＭＨｚにおいて測定された値であ
り、かつ各積層コンデンサ１０個の平均値を示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】下記の表３におけるＩＲ不良発生数は、各
積層コンデンサ１００個あたりの不良発生数を示す。

【００３５】

【表３】

【００３６】表１及び表２から明らかなように、比較例
１，２の積層コンデンサに対し、実施例の積層コンデン
サでは、静電容量のばらつきが小さく、Ｑ値が高くかつ
ＥＳＲが最も低くなっていることがわかる。これは、内
部電極３ａ〜３ｄと外部電極４，５との接合強度が高め
られたことによると考えられる。

【００３７】また、表３に示した耐湿負荷試験の結果か
ら、比較例１，２に比べて、実施例で得られた積層コン
デンサでは、ＩＲ不良が発生していないことがわかる。
これは、内部電極の拡散による内部電極と外部電極内面
との間における空隙が生じなかったためと考えられる。

【００３８】すなわち、本実施例の積層コンデンサで
は、外部電極４，５を構成している金属であるＣｕの拡
散係数Ｄ（Ｃｕ）が６．５×１０^-9ｃｍ² ／Ｓであり、
内部電極を構成している金属であるＮｉの拡散係数Ｄ
（Ｎｉ）＝４×１０^-9ｃｍ² ／Ｓに比べて大きいため、
Ｃｕが焼成に際してＮｉ側に移動し、それによって外部
電極４，５と内部電極３ａ〜３ｄとの接合性が高められ
ていると考えられる。

【００３９】これに対して、比較例１では、外部電極を
構成している金属がＡｇであり、その拡散係数Ｄ（Ａ
ｇ）は１．２×１０^-9ｃｍ² ／Ｓであり、内部電極を構
成している金属であるＮｉの拡散係数Ｄ（Ｎｉ）よりも
小さいため、空隙の発生により耐湿負荷試験後にかなり
の数のＩＲ不良が発生したと考えられる。また、比較例
１，２では、外部電極の形成後、セラミック焼結体を得
た後に比較的低温で行っているため、内部電極と外部電
極との接合強度が十分でなかったためと考えられる。

【００４０】なお、上記実施例では、外部電極を構成す
る金属としてＣｕを用い、内部電極を構成する金属とし
てＮｉを用いた例を示したが、上記のように、内部電極
３ａ〜３ｄと外部電極４，５との接合強度が高められて
特性が改善されたこと、並びに耐湿負荷試験後のＩＲ不
良が低下したことは、上記内部電極と外部電極との拡散
係数の差及び内部電極及び外部電極を同時焼成したこと
によると考えられる。

【００４１】従って、外部電極を構成する材料及び内部
電極を構成する材料については、上記実施例に限定され
ず、例えば、外部電極を、ＣｕもしくはＣｕ合金粉末を
用いて構成する場合、内部電極材料としては、Ｎｉの
他、Ａｇ、Ａｕまたはこれらの合金を用いてもよく、そ
の場合であっても、本願発明者の実験によれば、上記実
施例と同様の効果が得られることが確認されている。

【００４２】さらに、外部電極を構成する材料として、
例えばＡｇを用いた場合、内部電極を構成する金属材料
としてＡｕを用いれば、上記実施例と同様に、内部電極
と外部電極との接合強度を高めて電気的特性の向上を図
ることができると共に、耐湿負荷試験後のＩＲ不良を低
減し得ることが確かめられている。

【００４３】従って、本発明においては、前述したよう
に、外部電極を構成する金属としては、内部電極を構成
している金属よりも拡散係数が大きいものを広く用いる
ことができ、上記実施例に限定されるものではない。

【００４４】また、上記実施例では、積層セラミック電
子部品の一例として積層コンデンサに適用した例を示し
たが、上記のように、内部電極と外部電極との材料の組
み合わせに特徴を有するものであり、それによって上記
作用効果を奏するものであるため、本発明は、積層コン
デンサに限らず、複数の内部電極をセラミック焼結体内
に有し、内部電極に接続されるようにセラミック焼結体
の外表面に外部電極を形成してなる積層セラミック電子
部品一般に適用することができ、同様の効果が得られる
ことも明らかである。このような積層セラミック電子部
品としては、例えば、積層バリスタ、積層サーミスタ、
積層圧電セラミック部品、積層セラミック基板などの様
々な積層セラミック電子部品を挙げることができる。

【００４５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明に係る積層セラミ
ック電子部品では、セラミック焼結体内に配置された内
部電極を構成している金属に比べて、外部電極を構成し
ている金属の拡散係数が大きく、かつ外部電極が内部電
極及びセラミックスと共に同時焼成されているため、外
部電極が比較的高い温度で焼付けられ、従って内部電極
と外部電極との接合強度が効果的に高められる。のみな
らず、焼成に際し、内部電極を構成している金属が外部
電極側に拡散し難いため、内部電極から引き出されてい
るセラミック焼結体表面において外部電極内面を突き上
げ難く、従って、従来法で問題となっていた空隙が生じ
難い。

【００４６】よって、静電容量やＱ値などの電気的特性
を高めることができると共に、耐湿負荷試験後の絶縁抵
抗不良などを抑制することができ、電気的特性が良好で
ありかつ信頼性に優れた積層セラミック電子部品を提供
することが可能となる。

【００４７】請求項２に記載の発明に係る積層セラミッ
ク電子部品では、外部電極がＣｕもしくはＣｕ系合金を
用いて構成されており、内部電極がＮｉ、Ａｇもしくは
Ａｕまたはこれらの合金を用いて構成されているので、
内部電極を構成しているＮｉ、Ａｇ、もしくはＡｕまた
はこれらの合金が外部電極側に拡散し難いため、内部電
極と外部電極との接合強度が高められており、従って良
好な電気的特性を有し、かつ前述した空隙を有せず、従
って信頼性に優れた積層セラミック電子部品が得られ
る。

【００４８】請求項３に記載の発明に係る積層セラミッ
ク電子部品の製造方法では、内部電極がセラミック層を
介して配置された未焼成の積層体の外表面に内部電極を
構成している金属よりも拡散係数の大きな金属を用いて
構成された外部電極形成用導電ペーストを塗布した後、
セラミックス、内部電極及び外部電極を同時に焼成する
ことにより積層セラミック電子部品が得られる。従っ
て、請求項１に記載の発明と同様に、内部電極と外部電
極との接合強度の向上並びに上記空隙の発生の抑制を果
たすことができ、それによって良好な電気的特性を有
し、かつ信頼性に優れた積層セラミック電子部品を安定
に供給することが可能となる。

【００４９】また、請求項４に記載の発明では、請求項
２に記載の発明と同様に、外部電極がＣｕもしくはＣｕ
系合金を用いて構成されており、内部電極がＮｉ、Ａｇ
もしくはＡｕまたはこれらの合金を用いて構成されてい
るので、内部電極を構成しているＮｉ、Ａｇ、もしくは
Ａｕまたはこれらの合金が外部電極側に拡散し難いた
め、内部電極と外部電極との接合強度が高められてお
り、従って良好な電気的特性を有し、かつ前述した空隙
を有せず、従って信頼性に優れた積層セラミック電子部
品が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例において得られる積層コンデ
ンサを説明するための断面図。

【符号の説明】

１…積層セラミック電子部品としての積層コンデンサ ２…セラミック焼結体 ３ａ〜３ｄ…内部電極 ４，５…外部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E001 AB03 AC09 AC10 AE02 AE03 AF00 AF06 AH01 AH05 AH06 AH07 AH09 AJ01 AJ03 5E082 AA01 AB03 BC32 EE04 EE23 EE35 FG06 FG26 FG27 FG54 GG10 GG11 GG26 GG28 JJ03 JJ05 JJ12 JJ21 JJ23 LL01 LL02 LL03 LL35 MM22 MM24

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック焼結体と、 前記セラミック焼結体内に配置された複数の内部電極
   と、 前記複数の内部電極のいずれかに電気的に接続されるよ
   うにセラミック焼結体の外表面に形成されており、かつ
   セラミック焼結体と同時に焼成された外部電極とを備
   え、 前記外部電極が、前記内部電極を構成している金属より
   も拡散係数が大きな金属を用いて構成されていることを
   特徴とする、積層セラミック電子部品。
2. 【請求項２】 前記外部電極が、ＣｕもしくはＣｕ合金
   を用いて構成されており、前記内部電極がＮｉ、Ａｇも
   しくはＡｕまたはこれらの合金を用いて構成されてい
   る、請求項１に記載の積層セラミック電子部品。
3. 【請求項３】 金属粉末含有導電ペーストからなる内部
   電極が未焼成のセラミック層を介して複数積層されてい
   るセラミック積層体を得る工程と、 前記セラミック積層体の外表面に、前記内部電極と接続
   されるように、かつ前記内部電極を構成している金属よ
   りも拡散係数の大きな金属粉末を用いて構成された外部
   電極形成用導電ペーストを塗布する工程と、 前記外部電極形成用導電ペーストが塗布されたセラミッ
   ク積層体を焼成し、セラミックスと共に、前記内部電極
   及び外部電極を焼成する工程とを備えることを特徴とす
   る、積層セラミック電子部品の製造方法。
4. 【請求項４】 前記外部電極形成用導電ペーストが、Ｃ
   ｕもしくはＣｕ合金粉末を用いて構成されており、前記
   内部電極を形成するための導電ペーストが、Ｎｉ、Ａｇ
   もしくはＡｕまたはこれらの合金粉末を用いて構成され
   ている、請求項３に記載の積層セラミック電子部品の製
   造方法。