JP2001230149A - 積層セラミックコンデンサとその製造方法 - Google Patents

積層セラミックコンデンサとその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層セラミックコンデンサの小型大容量化の
ために誘電体層を薄層化させ、誘電体層の積層数を増加
させて行くと、1層当たりの電界強度が大きくなり、内
部電極間で絶縁破壊が生じ易くなり、積層セラミックコ
ンデンサの寿命が短くなり、積層セラミックコンデンサ
の電気的特性に対する信頼性が低下するという問題があ
った。 【解決手段】 複数の誘電体層と複数の内部電極とを一
体的に積層してなり、該誘電体層がセラミック粒子の焼
結体からなり、該セラミック粒子は、コア部と、該コア
部を囲繞するシェル部とからなる積層セラミックコンデ
ンサにおいて、該シェル部にMn,V,Cr,Co,F
e,Ni,Cu及びMoから選択された1種又は2種以
上のアクセプタ型元素、Mg及び希土類元素(Ho,S
c,Y,Gd,Dy,Er,Yb,Tb,Tm,Lu)
が含ませ、該シェル部に含まれている該アクセプタ型元
素の濃度をコア・シェル境界から粒界側に向かって高く
なるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、誘電体層を形成
しているセラミック粒子のシェル部と粒界部との間の電
気抵抗を増大させて寿命を延ばし、電気的特性に対する
信頼性を高めた積層セラミックコンデンサとその製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、積層セラミックコンデンサはチ
ップ状の素体と、該素体の両端部に形成された一対の外
部電極とからなる。該素体は一般に誘電体層と内部電極
とが交互に多数層積層された積層体からなる。該内部電
極のうち、隣り合う内部電極は誘電体層を介して対向
し、別々の外部電極と電気的に接続されている。
【0003】ここで、積層セラミックコンデンサの温度
特性が、JIS規格のB特性の場合、前記誘電体層とし
ては、例えばチタン酸バリウムを主成分とし、これに希
土類元素の酸化物やMn,V,Cr,Co,Fe,N
i,Cu,Mo等のアクセプタ型元素の化合物を添加し
た、耐還元性セラミック組成物が使用されている。ま
た、前記内部電極としては、例えばNi金属粉末を主成
分とする導電性ペーストを焼結させたものが使用されて
いる。
【0004】前記素体は、セラミックグリーンシートと
内部電極パターンとを交互に一体的に積層させたチップ
状の積層体を脱バインダした後、非酸化性雰囲気中にお
いて1200〜1300℃程度の高温で焼成し、その
後、弱酸化性雰囲気中で再酸化させることにより製造さ
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年におけ
る電子回路の小型化、高密度化の流れに伴い、積層セラ
ミックコンデンサについても小型大容量化が求められ、
小型大容量化のために誘電体層の積層数の更なる増加
と、誘電体層の更なる薄層化が進んでいる。
【0006】しかし、誘電体層を薄層化させると、単位
厚み当たりの電界強度が大きくなり、内部電極間で絶縁
破壊が生じ易くなり、積層セラミックコンデンサの寿命
が短くなり、電気的特性に対する信頼性が低下するとい
う問題があった。
【0007】この発明は、誘電体層を薄層化しても薄層
化したほどには絶縁破壊等を生じない、できるだけ寿命
の長い、信頼性の高い積層セラミックコンデンサとその
製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る積層セラ
ミックコンデンサは、複数の誘電体層と複数の内部電極
とを一体的に積層してなり、該誘電体層はセラミック粒
子の焼結体からなり、該セラミック粒子は、コア部と、
該コア部を囲繞するシェル部とからなり、該シェル部に
はMn,V,Cr,Co,Fe,Ni,Cu及びMoか
ら選択された1種又は2種以上のアクセプタ型元素、M
g及び希土類元素(Ho,Sc,Y,Gd,Dy,E
r,Yb,Tb,Tm,Lu)が含まれ、該シェル部に
含まれている該アクセプタ型元素の濃度がコア・シェル
境界から粒界側に向かって高くなっているものである。
【0009】ここで、前記誘電体層はチタン酸バリウム
を主成分とする耐還元性セラミック組成物で形成するこ
とができるが、これ以外のセラミック組成物で形成して
もよい。耐還元性セラミック組成物とは、非酸化性雰囲
気中における焼成で還元され難く、酸化性雰囲気中で容
易に酸化されるセラミック組成物をいう。
【0010】また、このセラミック組成物としては、特
に、積層セラミックコンデンサの容量温度特性がB特
性、すなわち、−25℃から+85℃の温度範囲で、+
20℃における静電容量を基準としたときの容量変化率
が−15%〜+15%以内であることを満足するセラミ
ック組成物が好ましい。
【0011】また、前記シェル部に含ませた希土類元素
の濃度をコア・シェル境界から粒界側に向かって高くな
るようにしてもよい。また、前記セラミック粒子の粒界
をガラス成分で埋めるようにしてもよい。
【0012】また、この発明に係る積層セラミックコン
デンサの製造方法は、セラミック原料を調製する原料調
製工程と、該原料調製工程で得られたセラミック原料を
用いてセラミックグリーンシートを形成するシート形成
工程と、該シート形成工程で得られたセラミックグリー
ンシートに内部電極パターンを印刷する印刷工程と、該
印刷工程を経たセラミックグリーンシートを積層して積
層体を得る積層工程と、該積層工程で得られた積層体を
内部電極パターン毎に裁断してチップ状の積層体を得る
裁断工程と、該裁断工程で得られたチップ状の積層体を
焼成する焼成工程とを備えている。
【0013】そして、前記原料調製工程は、該セラミッ
ク原料にMgOを混合して仮焼し、該仮焼によって得ら
れたものにMn,V,Cr,Co,Fe,Ni,Cu及
びMoから選択された1種又は2種以上のアクセプタ型
元素の化合物を混合する工程を有しているものである。
【0014】ここで、前記セラミック原料はチタン酸バ
リウムを主成分とする耐還元性セラミック材料を使用す
ることができるが、これ以外のセラミック材料を使用し
てもよい。耐還元性セラミック材料とは、非酸化性雰囲
気中における焼成で還元され難く、酸化性雰囲気中で容
易に酸化されるセラミック材料をいう。
【0015】また、このセラミック原料としては、特
に、形成される積層セラミックコンデンサの容量温度特
性がB特性を満足するようになるセラミック原料が好ま
しい。また、前記セラミック原料にガラス成分が含まれ
ていてもよい。
【0016】また、前記原料調製工程において、アクセ
プタ型元素とともに希土類元素(Ho,Sc,Y,G
d,Dy,Er,Yb,Tb,Tm,Lu)の化合物を
添加してもよい。また、前記焼成工程が、前記チップ状
の積層体を非酸化性雰囲気中で焼成し、その後、酸化性
雰囲気中で焼成する再酸化工程を有していてもよい。
【0017】
【実施例】まず、あらかじめ合成されたBaTiO
100重量部、MgOを0.4重量部、各々秤量し、こ
れらを十分に混合し、900〜1100℃で2時間加熱
した。MgOはBaTiOの粒子と反応し、BaTi
の粒子の外周部にはBaTiOとMgOが反応し
てできたシェル部が形成される。
【0018】次に、100重量部(1000g)の前記
BaTiO(MgOと反応させたもの)に、希土類元
素(Ho,Sc,Y,Gd,Dy,Er,Yb,Tb,
Tm,Lu)の酸化物を1.6重量部、アクセプタ型元
素(Mn,V,Cr,Co,Mo)の化合物を0.06
重量部、ガラス成分を0.5重量部、表1の試料No.
1〜14に示すように添加した。
【0019】そして、これらに、アクリル酸エステルポ
リマー、グリセリン、縮合リン酸塩の水溶液からなる有
機バインダを15重量%、水を50重量%加え、これら
をボールミルに入れ、充分に混合して磁器原料のセラミ
ックスラリーを得た。
【0020】次に、上記スラリーを真空脱泡機に入れて
脱泡し、このスラリーをリバースロールコータに入れ、
ここから得られる薄膜成形物を長尺なポリエステルフィ
ルム上に連続して受け取らせると共に、同フィルム上で
これを100℃に加熱して乾燥させ、厚さ約3μmで1
0cm角の正方形のセラミックグリーンシートを得た。
【0021】一方、平均粒径1.5μmのニッケル粉末
10gと、エチルセルロース0.9gをブチルカルビト
ール9.1gに溶解させたものとを撹拌機に入れ、10
時間撹拌することにより内部電極用の導電性ペーストを
得た。そして、この導電性ペーストを用い、長さ14m
m、幅7mmのパターンを50個有するスクリーンを介
して上記セラミックグリーンシートの片側に内部電極パ
ターンを印刷し、これを乾燥させた。
【0022】次に、内部電極パターンを印刷したセラミ
ックグリーンシートを内部電極パターンを上にした状態
で50枚積層した。この際、隣接する上下のセラミック
グリーンシートにおいて、その印刷面が内部電極パター
ンの長手方向に約半分程ずれるように配置した。更に、
この積層物の上下両面に内部電極パターンを印刷してな
い保護層用のセラミックグリーンシートを積層した。
【0023】次に、この積層物を約50℃の温度で厚さ
方向に約40トンの荷重を加えて圧着させ、しかる後、
この積層物を内部電極パターン毎に格子状に裁断して、
50個のチップ状の積層体を得た。
【0024】次に、このチップ状の積層体を雰囲気焼成
が可能な炉に入れ、大気雰囲気中において100℃/h
の速度で600℃まで昇温させ、有機バインダを燃焼除
去させた。
【0025】その後、炉の雰囲気を大気雰囲気からH
(2体積%)+N (98体積%)の還元性雰囲気に
変えた。そして、炉をこの還元性雰囲気とした状態を保
って、積層体チップの加熱温度を600℃から焼結温度
の1130℃まで、100℃/hの速度で昇温して11
30℃(最高温度)を3時間保持した。
【0026】そして、100℃/hの速度で600℃ま
で降温し、雰囲気を大気雰囲気(酸化性雰囲気)におき
かえて、600℃を30分間保持して酸化処理を行い、
その後、室温まで冷却して積層セラミックコンデンサの
素体を得た。
【0027】次に、内部電極の端部が露出する素体の側
面に亜鉛とガラスフリット(glassfrit)とビヒクル(v
ehicle)とからなる導電性ペーストを塗布して乾燥し、
これを大気中で550℃の温度で15分間焼付け、亜鉛
電極層を形成し、更にこの上に無電解メッキ法で銅層を
形成し、更にこの上に電気メッキ法でPb−Sn半田層
を設けて、一対の外部電極を形成した。
【0028】そして、このようにして作成した積層セラ
ミックコンデンサの加速寿命、誘電体層の誘電率を調べ
たところ、表1に示す通りであった。ここで、加速寿命
は125℃、50Vの条件で求めた。
【0029】なお、No.15の試料は比較例であり、
MgOをBaTiOとともに仮焼せず、BaTi
、希土類元素の化合物及びアクセプタ型元素の化合
物とともに混合してセラミックスラリーの原料とした。
BaTiOがMgOを含まないので、コア・シェル境
界から粒界側に向かってアクセプタ型元素や希土類元素
が高くなる濃度勾配を形成できず、従って、積層セラミ
ックコンデンサの加速寿命が短くなっている。
【0030】
【表1】
【0031】また、このようにして作成した積層セラミ
ックコンデンサの誘電体層を形成しているセラミック粒
子をSTEM(分析電子顕微鏡)で分析したところ、図
1に示すように、希土類元素、アクセプタ型元素のシェ
ル部への拡散がMgに抑制され、コア・シェル境界から
粒界側に向かって濃度の高い濃度勾配を有していること
がわかった。なお、図1中、10はセラミック粒子、1
2はコア部、14はシェル部である。
【0032】
【発明の効果】この発明は、シェル部においてアクセプ
タ型元素や希土類元素の濃度がコア・シェル境界から粒
界側に向かって高くなる濃度勾配を有しているので、誘
電体層の耐還元性や再酸化性が向上し、誘電体層を形成
しているセラミック粒子のシェル部と粒界部の間の電気
抵抗が増大し、積層セラミックコンデンサの寿命が長く
なり、信頼性、特に誘電体層を薄層化させた時の積層セ
ラミックコンデンサの信頼性が向上するという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る積層セラミックコンデンサの誘
電体層を形成しているセラミック粒子中に含まれるアク
セプタ型元素及び希土類元素の濃度分布を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
10 セラミック粒子 12 コア部 14 シェル部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 静野 寿光 東京都台東区上野6丁目16番20号 太陽誘 電株式会社内 Fターム(参考) 5E001 AB03 AC04 AC09 AE00 AE02 AE03 AE04 AF00 AF06 AH01 AH05 AH06 AH09 AJ01 AJ02

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の誘電体層と複数の内部電極とを一
    体的に積層してなり、該誘電体層はセラミック粒子の焼
    結体からなり、該セラミック粒子は、コア部と、該コア
    部を囲繞するシェル部とからなり、該シェル部にはM
    n,V,Cr,Co,Fe,Ni,Cu及びMoから選
    択された1種又は2種以上のアクセプタ型元素、Mg及
    び希土類元素(Ho,Sc,Y,Gd,Dy,Er,Y
    b,Tb,Tm,Lu)が含まれ、該シェル部に含まれ
    ている該アクセプタ型元素の濃度がコア・シェル境界か
    ら粒界側に向かって高くなっていることを特徴とする積
    層セラミックコンデンサ。
  2. 【請求項2】 前記誘電体層がチタン酸バリウムを主成
    分とする耐還元性セラミック組成物からなることを特徴
    とする請求項1に記載の積層セラミックコンデンサ。
  3. 【請求項3】 前記シェル部に含まれている希土類元素
    の濃度がコア・シェル境界から粒界側に向かって高くな
    っていることを特徴とする請求項1又は2に記載の積層
    セラミックコンデンサ。
  4. 【請求項4】 前記セラミック粒子の粒界をガラス成分
    が埋めていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
    に記載の積層セラミックコンデンサ。
  5. 【請求項5】 セラミック原料を調製する原料調製工程
    と、該原料調製工程で得られたセラミック原料を用いて
    セラミックグリーンシートを形成するシート形成工程
    と、該シート形成工程で得られたセラミックグリーンシ
    ートに内部電極パターンを印刷する印刷工程と、該印刷
    工程を経たセラミックグリーンシートを積層して積層体
    を得る積層工程と、該積層工程で得られた積層体を内部
    電極パターン毎に裁断してチップ状の積層体を得る裁断
    工程と、該裁断工程で得られたチップ状の積層体を焼成
    する焼成工程とを備え、前記原料調製工程が、該セラミ
    ック原料にMgOを混合して仮焼し、該仮焼によって得
    られたものにMn,V,Cr,Co及びMoから選択さ
    れた1種又は2種以上のアクセプタ型元素の化合物を混
    合する工程を有している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。
  6. 【請求項6】 前記セラミック原料がチタン酸バリウム
    を主成分とする耐還元性セラミック材料からなることを
    特徴とする請求項5に記載の積層セラミックコンデンサ
    の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記原料調製工程において希土類元素の
    化合物を添加することを特徴とする請求項5又は6に記
    載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
  8. 【請求項8】 前記焼成工程が、前記チップ状の積層体
    を非酸化性雰囲気中で焼成し、その後、弱酸化性雰囲気
    中で焼成する再酸化工程を有していることを特徴とする
    請求項5〜7のいずれかに記載の積層セラミックコンデ
    ンサの製造方法。
  9. 【請求項9】 前記セラミック原料にガラス成分が含ま
    れていることを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記
    載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
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