JP2000203941A - セラミックペ―ストの製造方法 - Google Patents

セラミックペ―ストの製造方法

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JP2000203941A
JP2000203941A JP11004735A JP473599A JP2000203941A JP 2000203941 A JP2000203941 A JP 2000203941A JP 11004735 A JP11004735 A JP 11004735A JP 473599 A JP473599 A JP 473599A JP 2000203941 A JP2000203941 A JP 2000203941A
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ceramic
oxide
mixing
ceramic paste
dispersing
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Akira Kobayashi
亮 小林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック層が薄くなった場合でも、セラミ
ック層の欠陥に起因する特性不良を起こしにくい高信頼
度のセラミック電子部品を得ることができるセラミック
ペ−ストの製造方法を提供する。 【解決手段】 第1の工程と、第2の工程とを含む。第
1の工程では、セラミック原料粉体と、可塑剤と、有機
溶剤とを混合分散する。第2の工程では、第1の工程を
経て得られた組成物に、有機バインダを加えて、混合分
散する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック電子部
品を製造するのに用いられるセラミックペ−ストの製造
方法、および、セラミックシートの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、積層セラミックコンデンサ等の
セラミック電子部品の製造に用いられるセラミックペ−
ストは、セラミック原料粉体と、可塑剤と、有機溶剤
と、有機バインダとを一度にボールミルに投入し、数時
間混合分散することにより製造されていた。
【0003】ところが、この従来のセラミックペースト
を用いて、積層セラミックコンデンサを製造した場合、
隣接する内部電極が短絡を起こし、短絡による不良等の
トラブルが多発した。この傾向は、特に、一層当たりの
誘電体層の厚みが10μm以下の場合に顕著であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、セラ
ミック層が薄くなった場合でも、セラミック層の欠陥に
起因する特性不良を起こしにくい高信頼度のセラミック
電子部品を得ることができるセラミックペ−ストの製造
方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係るセラミックペーストの製造方法は、
第1の工程と、第2の工程とを含む。前記第1の工程で
は、セラミック原料粉体と、可塑剤と、有機溶剤とを混
合分散する。前記第2の工程では、前記第1の工程を経
て得られた組成物に有機バインダを加えて、混合分散す
る。
【0006】上記工程によれば、初期段階である第1の
工程において、セラミック原料粒子を、可塑剤及び有機
溶剤中に充分に分散させ、セラミック原料粒子の周りに
可塑剤及び有機溶剤を充分に付着させることができる。
【0007】このようにして、セラミック原料粒子の周
りに可塑剤及び有機溶剤を充分に付着させた粒子の組成
物に対し、第2の工程において、有機バインダを加えて
混合分散する。この工程により、セラミック原料粒子の
周りに可塑剤及び有機溶剤を充分に付着させた粒子の周
りに、更に、有機バインダを充分に付着させることが可
能になり、セラミック層が薄くなった場合でも、セラミ
ック層の欠陥に起因する特性不良を起こしにくい高信頼
度のセラミック電子部品を得ることができる。
【0008】セラミック原料粉体としては、チタン酸バ
リウムを主成分とし、酸化マグネシウム、酸化クロム、
酸化イットリウム、酸化バナジウム、酸化バリウム、酸
化珪素、及び、酸化カルシウムの群から選択された少な
くとも一種の添加物を含むものを用いる。
【0009】別の態様では、セラミック原料粉体とし
て、バリウムと、チタンとの混合物を主成分とし、酸化
マグネシウム、酸化クロム、酸化イットリウム、酸化バ
ナジウム、酸化バリウム、酸化珪素及び酸化カルシウム
のグループから選択された少なくとも一種の添加物を含
むものを用いることもできる。
【0010】前記第1の工程は、セラミック原料粉体
と、可塑剤と、有機溶剤とを、同時に混合分散する工程
であってもよいし、有機溶剤及び前記添加物の混合物
と、前記セラミック原料粉体及び前記可塑剤の混合物と
を混合分散する工程であってもよい。
【0011】好ましくは、第1の工程は、約1乃至10
時間の間実行される。また、前記第2の工程は、約10
時間実行される。前記第1の工程および前記第2の工程
は、ジルコニアボールを用いたボールミルを用いて実行
するのが好ましい。
【0012】本発明に係るセラミックシートの製造方法
は、セラミックペースト製造工程と、シート化工程とを
含む。前記セラミックペースト製造工程は、上述した本
発明に係るセラミックペーストの製造工程を含む。前記
シート化工程では、前記セラミックペースト製造工程に
よって得られたセラミックペーストをシート状に成形す
る。
【0013】このセラミックシート製造方法によれば、
セラミック層が薄くなった場合でも、セラミック層の欠
陥に起因する特性不良を起こしにくい高信頼度のセラミ
ック電子部品を得ることができることは、明らかであ
る。
【0014】本発明の他の目的、構成及び利点について
は、実施例である添付図面を参照し、更に詳しく説明す
る。
【0015】
【発明の実施の形態】<実施例1〜6>積層セラミック
シート用セラミックペ−ストを製造するためのセラミッ
ク原料粉体を調製した。セラミック原料粉体は、BaTiO3
(チタン酸バリウム)を主成分とし、MgO(酸化マグネ
シウム)、Cr2O3(酸化クロム)、Y2O3(酸化イットリ
ウム)、V2O5(酸化バナジウム)、BaO(酸化バリウ
ム)、SiO2(酸化珪素)、CaO(酸化カルシウム)の群
から選択された少なくとも一種の添加物を含有する。添
加物は、主成分となるBaTiO3の特性を有効に引き出すと
共に、例えば、温度特性の改善等のために添加される。
改善すべき特性と、その組み合わせ、含有量等は既に当
業者に知られているので、ここでは、詳細な説明は省略
する。
【0016】第1の工程では、上述したセラミック原料
粉体を、水とともに、または水なしで、ボールミル中で
混合し、必要な粒径となるように粉砕(解砕)してセラ
ミック粉体を作製した。得られたセラミック粉体に、可
塑剤と、可塑剤用溶剤と、樹脂用有機溶剤とを添加し
て、ボールミル中で混合分散(1次調合)した。
【0017】ボールミル中での混合分散時間(1次調合
時間)を、0.5時間、1時間、1.5時間、7.0時
間、10.0時間、15.0時間のように選定し、混合
分散時間の異なる6種の1次調合物を作製した。
【0018】第1の工程の終了後、得られた6種の1次
調合物のそれぞれに、有機バインダを添加し、ボールミ
ル中で、24時間、混合分散(2次調合)した。その
後、2次調合物を濾過して、積層セラミックシート用セ
ラミックペ−ストを製造した。第1の工程及び第2の工
程の何れにおいてても、ボールミル中での混合分散に
は、径2.0mmのジルコニアボールを用いた。
【0019】上述した6種のセラミックペ−ストを用い
て、厚さ6μmのセラミックグリーンシートを作製し
た。シート化にはドクターブレード方法を採用した。得
られたセラミックグリーンシートの一面上に、Ni内部
電極層を印刷し、かつ、乾燥させた。この工程を繰り返
して、積層数200の積層体を製造した。得られた積層
体を、完成品で見た寸法が、長さ3.0mm×幅1.6
mm×高さ1.6mmとなるように切断した。その後、
脱脂し、更に、N2+H2(水素5%)の雰囲気炉で13
00℃で焼成した。焼成に当たっては、Ni内部電極層
が酸化しないように酸素濃度を制御した。焼成後、外部
端子電極として、Cuを塗布焼き付けし、その上にNi
メッキ、Snメッキを順次施して積層セラミックコンデ
ンサを作製した。第1の工程における混合分散時間の異
なる6種の1次調合物を用いて得られたセラミックコン
デンサを、それぞれ、実施例1〜6とする。
【0020】<比較例>比較例として、BaTiO3を主成分
とし、MgO、Cr2O3、Y2O3、V2O5、BaO、SiO2、CaOを添加
物とする組成物を予め水で混合、乾燥、粉砕顆粒化した
セラミック原料粉体を作製した。このセラミック原料粉
体と、可塑剤と、塩化メチレン、アセトンを主成分とす
る溶剤混合物と、有機バインダとを、同時にボールミル
に投入し、径2.0mmのジルコニアボールで24時間
混合してセラミックペ−ストを製造した。このセラミッ
クペーストを用い、実施例1〜6と同様にして、積層セ
ラミックコンデンサを作製した。これを比較例とする。
【0021】実施例1〜6及び比較例に示された各積層
セラミックコンデンサについて、各40個を選び、高温
負荷試験(85℃−20V)を実施した。得られた短絡
不良率、信頼性評価、各セラミックペ−ストの粘度及び
グリーンシートの表面粗さRzを表1に示した。
【0022】短絡不良はHP4284Aで測定した。信
頼性は10MΩ・μF以下を不良として連続測定した。
信頼性試験は2000時間までとした。信頼性保証は1
000時間が一般的に標準とされているので、1000
時間を合格時間とした。セラミックペ−ストの粘度は、
ブルックフィールド粘度計で測定した。粘度の値は50
rpmの値である。グリーンシートの表面粗さRz(粗
さの基準として山5点、谷5点の平均値の差)は、テー
ラー・ホプソン社製のタリステップで5回測定し、その
平均値を取ったものである。
【0023】この結果から明らかなように、1次調合時
間0、つまり、セラミック原料粉体と、溶剤と、有機バ
インダとを一度に同時に調合して作製したセラミックペ
−ストを用いた比較例では、短絡不良、信頼性不良をも
たらすことが明らかである。この原因は、水で混合して
形成したセラミック原料粉体の凝集体を解砕することが
できず、均一に分散できないため、ドクターブレードで
セラミックグリーンシートを作製した際、粘度も低く、
穴ができたり、層の厚みにバラツキや組成バラツキが発
生するためと推測される。また、BaTiO3と添加物とを混
合分散するに当たり、材料同士の分散が不充分であった
と考えられる。
【0024】これに対して、本発明に係る実施例1〜6
の場合、1次調合時間が1時間未満(0.5時間)の実
施例1の場合でも、比較例との比較において、ペ−スト
回収率(%)の低下はするものの、短絡不良率、信頼性
劣化時間及び信頼性試験結果の何れにおいても、改善さ
れている。
【0025】1次調合時間が1時間以上である実施例2
〜6では、表面粗さ、短絡不良率、及び、信頼性の何れ
も、比較例よりもかなり改善されている。また、実施例
1との比較でも、かなりの改善が見られる。これは、セ
ラミック原料粉体と、可塑剤と、有機溶剤とを混合する
1次調合時間が、実施例1よりも長くなったことによ
り、セラミック原料粉体の解砕が進み、分散性が向上し
たためと推測される。
【0026】但し、実施例6に見られるように、1次調
合時間が10時間を超えると、製品的にはよい結果が得
られたものの、解砕及び粉砕が進み過ぎて、材料の粒子
まで砕き、材料表面積が急激に増すため、粘度が上がり
過ぎ、ボールミルからのセラミックペ−ストの回収率が
極端に悪くなり、工業生産には実用的ではなかった。
【0027】結局、実施例2〜5と、実施例1、6との
対比から、1次調合時間は、1時間〜10時間の範囲が
適当である。
【0028】1次調合後、有機バインダを添加した後の
混合時間(2次調合時間)は、10時間以上であれば、
特性的には変化差がみられない。但し、10時間未満で
はシートの厚みバラツキが大きい傾向にあり、僅かなが
ら短絡不良が増える。従って、1次調合物と有機バイン
ダとの混合時間(2次調合時間)は、10時間以上が望
ましい。
【0029】<実施例7、8>第1の工程において、添
加物及び有機溶剤を10時間混合した後、それらにBaTi
O3及び可塑剤の混合物を混合して、5時間混合分散し
た。その後、第2の工程において、第1の工程を通して
得られた1次調合物に、有機バインダ及び非相溶系溶剤
を加えて、24時間混合した。得られたセラミックペー
ストを用いて、実施例1〜6と同様の工程により、積層
セラミックコンデンサを得た。得られた積層セラミック
コンデンサを実施例7とする。
【0030】第1の工程において、BaTiO3、添加物、可
塑剤及び有機溶剤を混合して、5時間混合分散した。そ
の後、第2の工程において、第1の工程を通して得られ
た1次調合物に、有機バインダ及び非相溶系溶剤を加え
て、24時間混合した。得られたセラミックペーストを
用いて、実施例1〜6と同様の工程により、積層セラミ
ックコンデンサを得た。得られた積層セラミックコンデ
ンサを実施例8とする。
【0031】実施例7、8の積層セラミックコンデンサ
について、高温負荷試験(85℃−20V)を実施し
た。得られた短絡不良率、信頼性評価、各セラミックペ
−ストの粘度及びグリーンシートの表面粗さRzを表2
に示した。測定条件、測定手段及び評価方法等は表1の
データを得る場合と同じある。比較例は表1の場合と同
じである。
【0032】表1と表2とを比較してみると、セラミッ
ク原料粉体(添加物を含む)と、可塑剤と、有機溶剤と
を混合分散した後、第2の工程において、第1の工程を
経て得られた1次調合物に、有機バインダを加えて、混
合分散する工程を採用する限り、第1の工程のプロセス
として、有機溶剤及び添加物を予め混合した混合物と、
セラミック原料粉体及び可塑剤の混合物とを混合分散す
るプロセスを採用した場合と、セラミック原料粉体、添
加物、可塑剤及び有機溶剤を同時に混合するプロセスを
採用した場合とで、殆ど特性的には変わらないことが分
かる。これは、水を用いず、溶剤のみであっても、一定
時間混合することにより、解砕が進行し、分散が進むた
めと推測される。
【0033】本発明の関連する技術分野の当業者であれ
ば、上述の教示内容から、本発明の基本的技術思想ある
いは本質的特徴から外れることなく、本発明の原理を採
用する種々の変形例や、その他の実施態様を構築し得
る。上述の実施態様はあらゆる点で単なる例示としての
み、解釈されるべきであり、限定的に解釈されるべきも
のではない。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
セラミック層が薄くなった場合でも、セラミック層の欠
陥に起因する特性不良を起こしにくい高信頼度のセラミ
ック電子部品を得ることができるセラミックペ−ストの
製造方法及びセラミックシートの製造方法を提供するこ
とができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G030 AA07 AA08 AA10 AA12 AA16 AA19 AA22 AA37 BA01 CA08 GA04 GA14 GA17 GA20 GA26 GA27 PA11 PA22 5E001 AB03 AC09 AE00 AE02 AE03 AE04 AF00 AF06 AH01 AH09 AJ02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の工程と、第2の工程とを含むセラ
    ミックペ−ストの製造方法であって、 前記第1の工程は、セラミック原料粉体と、可塑剤と、
    有機溶剤とを混合分散する工程であり、 前記第2の工程は、前記第1の工程を経て得られた組成
    物に、有機バインダを加えて、混合分散する工程である
    セラミックペ−ストの製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載されたセラミックペ−ス
    トの製造方法であって、 前記セラミック原料粉体は、チタン酸バリウムを主成分
    とし、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化イットリウ
    ム、酸化バナジウム、酸化バリウム、酸化珪素、及び、
    酸化カルシウムの群から選択された少なくとも一種の添
    加物を含むセラミックペ−ストの製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載されたセラミックペ−ス
    トの製造方法であって、 前記セラミック原料粉体は、バリウムと、チタンとの混
    合物を主成分とし、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸
    化イットリウム、酸化バナジウム、酸化バリウム、酸化
    珪素及び酸化カルシウムのグループから選択された少な
    くとも一種の添加物を含むセラミックペ−ストの製造方
    法。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3の何れかに記載されたセ
    ラミックペ−ストの製造方法であって、 前記第1の工程および前記第2の工程は、ジルコニアボ
    ールを用いたボールミルを用いて行われるセラミックペ
    −ストの製造方法。
  5. 【請求項5】 セラミックペースト製造工程と、シート
    化工程とを含むセラミックシートの製造方法であって、 前記セラミックペースト製造工程は、請求項1乃至4の
    何れかに記載された工程を含み、 前記シート化工程は、前記セラミックペースト製造工程
    によって得られたセラミックペーストをシート状に成形
    する工程であるセラミックシートの製造方法。
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