JP2002015947A - コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 下部電極、第１、第２の誘電体層、上部電極
と積層し、上部電極と第２の誘電体層を一体焼成する際
に、両者の収縮率に差があることによる問題点を解決で
きるコンデンサの製造方法を提供する。 【解決手段】絶縁基板２の上に、下部電極３を被着形成
し、この上に誘電体層４、５を誘電体ペーストの印刷法
により塗布乾燥し、焼成した後、前記誘電体層５上に誘
電体層６となる誘電体膜を塗布、乾燥し、この上に上部
電極７となる電極パターンを印刷乾燥した後、誘電体膜
と電極パターンとを同時焼成し、上部電極上に、さらに
誘電体ペーストを塗布乾燥するとともに焼成処理して誘
電体層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体ペーストを
厚膜手法（誘電体ペーストの印刷、乾燥、焼成を含む膜
の形成手法）で形成するコンデンサの製法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】セラミック基板上に誘電体ペーストを厚
膜手法を用いてコンデンサを形成することが従来から行
われている。

【０００３】図３は、厚膜コンデンサ１０の構造を示
す。すなわちアルミナなどの絶縁基板２の上面に、引き
出し部を含む下部電極３を、導電性ペーストの塗布、焼
き付けにより被着形成していた。そして、この下部電極
３上に、下部電極３の引き出し部を除き、全体を覆う誘
電体層１４〜１６を形成する。各誘電体層１４〜１６
は、各々の層で誘電体ペーストの塗布、乾燥、焼成処理
を繰り返して形成していた。このように、誘電体層１４
〜１６は、所定の静電容量を得るために所定厚みが必要
となり、一回の誘電体ペーストの印刷、塗布、焼成で
は、充分な厚みが得られないために、複数回に分けて形
成していた。例えば、１回の誘電体ペーストの塗布、乾
燥及び焼成処理では１０〜２０μｍ程度であり，例え
ば、図３のように３回の誘電体ペーストの印刷、乾燥、
焼成処理では、約３０〜６０μｍ程度と厚みを得てい
た。尚、この各焼成温度は、９００℃前後で行われる。

【０００４】上部電極１７は、誘電体層１４〜１６の上
面に、導電性ペーストの印刷、乾燥、焼成により形成さ
れる。この上部電極１７は引き出し部を有し、この焼成
処理は９００℃程度で焼き付けられる。

【０００５】ここで、誘電体層１４〜１６を、積層構造
にするにあたり、１層毎に焼成処理して形成する理由は
次のようなものである。

【０００６】誘電体層１４〜１６までを、誘電体ペース
トの塗布、乾燥して一括して焼成する場合を考える。あ
るいは１層のみで充分な厚みを形成できたと考えても良
い。

【０００７】この時、未焼成状態の誘電体層の厚みが厚
くなると、焼成処理時、誘電体層内部には内部応力が大
きく働く。一般に、誘電体層は焼成処理時に、通常７０
％程度に体積収縮する。そして、絶縁基板２に近い誘電
体層１４側は、絶縁基板２に引っ張られる形で収縮が抑
えられる。これに対して、誘電体層１５、１６は収縮し
やすい。このため、誘電体層１４（基板に近傍付近の誘
電体層）と誘電体層１５、１６（基板から離れた誘電体
層）との間に収縮量の差が生じ内部応力が発生する。

【０００８】これにより、特に、誘電体層１６の表面に
マイクロクラックが入りやすく、そのクラックが誘電体
層１４にまで達する深いものになる。また深いクラック
でなくとも、このようなクラックは、ポアやキャピラリ
が誘電体層１６の表面から基板２側にまで伸びる形で発
生すると考えられる。

【０００９】この状態で上部電極１７となる導電性ペー
ストを印刷し焼き付けすると、印刷時に導電性ぺースト
の金属成分の微細粒子が有機ビヒクルと共に、クラック
やキャピラリに浸透し、上部電極１７から下部電極１３
に伸びる導電性の通路ができることになる。

【００１０】初期特性として問題なくても、外部から水
分が侵入するとクラックやキャピラリに沿って導電経路
が進展し、絶縁不良が発生してしまう。

【００１１】このような不具合を避けるために、通常、
厚みの厚い誘電体層を形成するときには、複数の積層構
造とし、且つ各誘電体層１４〜１６毎に、印刷、乾燥及
び焼成処理して、１層１層を焼き締めるようにしてい
る。これにより深いクラックやキャピラリの発生を防止
し、上部電極１７からのマイグレーション進行を抑える
ことができると考えられている。

【００１２】また、上述のように厚膜印刷法で形成した
誘電体層１４〜１６は、磁器密度が低く、多孔質磁器に
なってしまい、そのままでは高温多湿の環境では、マイ
グレーションを引き起こし、絶縁抵抗の劣化につなが
り、電子部品としては使用することができない。

【００１３】このため従来例のように誘電体層１４〜１
６と上部電極１７を覆う形でガラスやエポキシ樹脂によ
る保護層１９を形成している。

【００１４】ガラスによる保護層１９は、通常、誘電体
層１４〜１６とガラスとの反応を抑えるため、結晶化ガ
ラスを用い、その上に封止性の高い非晶質ガラスを重ね
た２層構成にしている。

【００１５】しかしながら上述のコンデンサにおいて、
誘電体層１４〜１６を積層化して各層を焼き締めること
により絶縁不良の起こりにくいものができること、また
保護層１９により耐湿信頼性を確保できるとされている
が完璧なものではない。

【００１６】例えば、直流電圧（例えば３Ｖ）を印加し
た状態で、８５℃、９５％ＲＨという高温多湿条件下で
信頼性試験を行うと数日程度の短期間の間に上部電極１
７と下部電極３との間の絶縁抵抗値の劣化をきたす場合
が発生する。

【００１７】絶縁低下をもたらした箇所の特定は、非常
に難しく、その原因としては、ガラス保護層１９の欠陥
部（キャピラリ、マイクロクラックなど）、または下部
電極３の面内のキャピラリなどを経由して水分が誘電体
層１４〜１６に入り、電極を構成する銀がマイグレーシ
ョンを起こして絶縁抵抗値が劣化すると見られる。

【００１８】保護層１９の形成方法を工夫することによ
って、改善される場合もあるが上記のような絶縁不良を
根絶させることは困難であった。

【００１９】そこで、絶縁基板２上に下部電極３を形成
する工程と、下部電極３の上に誘電体ペーストを塗布乾
燥するとともに焼成処理して第１の誘電体層１４，１５
を形成する工程と、第１の誘電体層１４，１５上に誘電
体ペーストを塗布乾燥して未焼成状態の第２の誘電体層
６を形成する工程と、未焼成状態の第２の誘電体層６上
に、導電性ペーストの印刷、塗布により、下部電極３に
対向する上部電極７となる導体膜を形成する工程と、未
焼成状態の第２の誘電体層６及び上部電極７となる導体
膜とを同時焼成する工程から成るコンデンサの製造方法
が特願２０００−２７３９１号公報に提案されている。

【００２０】上記方法によれば、印刷多層を基本にして
コンデンサを形成することができる。そして、第１の誘
電体層１４，１５を誘電体ペーストの印刷、乾燥、焼成
により形成し、第２の誘電体層６を、誘電体ペーストの
印刷、乾燥させた後、上部電極７となる導体膜と同時
に、焼成して形成する。これより、誘電体層１４〜１
５、６に内部欠陥があったとしても、下部電極３と上部
電極７間にマイグレーションが発生することのない高信
頼性のコンデンサとなる。

【００２１】このようなコンデンサが比較的容易に製造
でき、また、焼成処理数を減少させることもできる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法によれば、第２の誘電体層６と上部電極７を一体焼成
した際に、上部電極７の収縮率が誘電体層６の収縮率よ
り大きいことから、図４のように、誘電体層６表面が上
部電極７の方向に引っ張られ、誘電体層表面にクレパス
状の孔６１があくという問題点があった。

【００２３】また、このことにより上部電極７と下部電
極３の重なり面積が変化したり、ガラスによる保護層１
９を形成する際に、ガラス中のＳｉが誘電体層１４〜１
５、６中に拡散し、アクセプターとして作用することか
ら、容量にばらつきが生じるという問題点があった。

【００２４】さらに、ガラス中のＳｉが誘電体層１４〜
１５、６中に拡散し、電子のキャリアとして機能するこ
とにより、ＩＲ（絶縁抵抗）劣化が生じるという問題点
があった。

【００２５】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、表面側の誘電体層の表面欠
陥が修復でき、その結果、容量のばらつきを防止でき、
ＩＲの劣化を防止することができるコンデンサの製造方
法を提供するものである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基板上
に、下部電極、第１及び第２の誘電体層、前記下部電極
と対向する上部電極を積層してなり、且つ前記上部電極
を誘電体保護層で被覆したコンデンサの製造方法であっ
て、前記絶縁基板上に下部電極を形成する工程と、前記
下部電極の上に、誘電体ペーストの塗布、乾燥、焼成に
より第１の誘電体層を形成する工程と、前記第１の誘電
体層上に、誘電体ペーストの塗布、乾燥により未焼成状
態の第２の誘電体層を形成する工程と、前記未焼成状態
の第２の誘電体層上に、導電性ペーストの塗布、乾燥に
より、上部電極となる導体膜を形成する工程と、前記未
焼成状態の第２の誘電体層及び前記導体膜を同時焼成す
る工程と、前記上部電極上に、誘電体ペーストの塗布、
乾燥、焼成処理により、誘電体保護層を形成する工程
と、を含むコンデンサの製造方法である。

【作用】本発明では、第１の誘電体層と第２の誘電体層
との製造方法を別々の工程で形成したため、各誘電体層
の内部欠陥を有効に抑えることができる。

【００２７】また、上部電極を形成した後、保護層とし
て上部電極層側から誘電体層（第３の誘電体層）を被着
形成しているため、第２の誘電体層の表面に発生す表面
欠陥（誘電体層表面にクレパス状の孔６１）を修復する
ことができるため、容量のばらつき、絶縁抵抗の劣化を
防止することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のコンデンサの製造
方法を図面に基づいて詳説する。

【００２９】図１は、本発明に係るコンデンサの断面図
であり、図２はコンデンサの各構成部品を分解した斜視
図である。尚、従来と同一構造部分は、同一符号を付し
て説明する。

【００３０】絶縁基板２は、アルミナなどの耐熱性を有
する絶縁基板である。この絶縁基板２上にＡｇ系（Ａｇ
単体やＡｇ合金）材料から成る下部電極３が形成され
る。尚、この下部電極３は、上部電極と対向して容量成
分を得る対向電極部分と上述容量成分を導出するための
引き出し部を具備している。尚、この引き出し部を符号
３１を付す。

【００３１】この下部電極３上に、複数の誘電体層４〜
６が被着形成されている。尚、この誘電体層４〜６は、
下部電極３の引き出し部３１が露出するように被着形成
されてる。

【００３２】この誘電体層４〜６上に、上部電極７を被
着形成する。上部電極７は、誘電体層4〜６上及び該誘
電体層４〜６を越えてその一部が絶縁基板２の表面に引
き出されている。この引き出された部分は、上部電極７
の引出電極部であり、符号７１を付す。そして、上述の
引出電極部３１、７１を除いて、全体に保護層９が形成
されている。そして、保護層９は上部電極７側に誘電体
保護層８を有し、その上面側に、結晶化ガラス層や樹脂
被覆層が配置されている。以下の説明では、この誘電体
保護層８を第３の誘電体層８として説明する。

【００３３】絶縁基板２は、その基板２上にコンデンサ
を形成するが、多数のコンデンサ領域からなり、複数の
コンデンサが抽出できる大型平板基板であっても構わな
い。この場合、各コンデンサ領域の境界部分は、ブレー
クラインが形成された基板を用い、最終工程で分割処理
しても構わない。また、この基板を分割処理だけでな
く、切断処理しても構わない。

【００３４】基板２の材料は、アルミナセラミックに限
らず、例えばガラスを混入した低温焼成のガラスセラミ
ックを用いても構わない。

【００３５】下部電極３は、上述したように、Ａｇ−Ｐ
ｄないしＡｇ−ＰｔなどのＡｇ系材料からなり、例え
ば、Ａｇ系導電性ペーストを基板２上で所定パターンに
印刷し、乾燥した後、焼き付け処理する。尚、電極材料
としては他にＡｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等でも良
い。

【００３６】誘電体層４〜６の３層構造であり、例え
ば、基板２側の誘電体層４、５を第１の誘電体層とい
い、例えば上部電極７と接する誘電体層６を第２の誘電
体層という。また、保護層９を構成し、上部電極７と接
する誘電体層８を第３の誘電体層という。各誘電体層４
〜６、９は、ペロブスカイト型結晶粒子を含む誘電体ペ
ースト誘電体ペースト、例えば、鉛リラクサ材料やチタ
バリ系材料の粉体を用い、有機ビヒクルと混合してペー
スト状にしたものを用い、乾燥後、焼結処理を行い形成
する。尚、焼結性を高めるためにガラスを若干添加して
もよい。

【００３７】具体的には、第１の誘電体層のうち誘電体
層４は、下部電極３を被覆するように、スクリーン印刷
法で上述の誘電体ペーストを印刷し、乾燥した後、９０
０℃前後で焼成して焼き固めて形成する。これにより、
誘電体層４は例えば５〜１０μｍの厚みとなる。

【００３８】次に、別の第１の誘電体層、例えば、誘電
体層５を、誘電体層４の上面に、誘電体層４と同一の形
状になるように、スクリーン印刷法で上述の誘電体ペー
ストを印刷し、乾燥した後、９００℃前後で焼成して焼
き固めて形成する。これにより、誘電体層５は例えば５
〜１０μｍの厚みとなる。

【００３９】次に、第２の誘電体層である誘電体層６
を、誘電体層５の上に形成する。ここで、誘電体層６
は、最終的には上部電極７と同様に焼成処理されること
になり、ここの工程では、誘電体層６となる誘電体膜
を、上述の誘電体ペーストの塗布、乾燥により形成す
る。即ち、誘電体層６となる誘電体膜は未焼結状態であ
る。

【００４０】上部電極７は、下部電極３と同様、Ａｇ−
ＰｄないしＡｇ−ＰｔなどのＡｇ系材料から成り、例え
ば、Ａｇ系導電性ペーストを未焼成状態の誘電体層上に
スクリーン印刷し、乾燥した後、焼き付け処理する。
尚、電極材料としては他にＡｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎ
ｉ等でも良い。ここで、上部電極７の焼成にあたって
は、誘電体層６となる未焼成状態の誘電体膜と同一に焼
成する。

【００４１】即ち、上部電極７は、誘電体層６となる未
焼成状態の誘電体膜上に、導電性ペーストを所定形状に
スクリーン印刷、乾燥により導体膜を形成する。即ち、
上部電極層７となる導電性ペーストを印刷、乾燥した状
態の上部電極を導体膜という。また、所定形状とは下部
電極３と対向して容量を発生する領域と、引き出し部７
１とを有する形状である。この引き出し部７１は、誘電
体層４、５、誘電体層６となる誘電体膜となる上面側か
らこれらの誘電体層及び誘電体膜の側面を経由して絶縁
基板２上に引き出回される。

【００４２】次に、誘電体層６となる誘電体膜と、上部
電極７となる導体膜と電極パターンを同時焼成する。焼
成温度は、例えば約９００℃である。

【００４３】本発明の特徴的なことは、上部電極７上
に、さらに誘電体ペーストを塗布乾燥するとともに焼成
処理して第３の誘電体層８を形成することにある。

【００４４】即ち、上述のように、第１の誘電体層４、
５と、上部電極７と一体的に焼成処理した第２の誘電体
層６とからなる誘電体層４〜６、上部電極７を覆うよう
に、、誘電体ペーストを用いて、誘電体膜を塗布、乾
燥、焼成して第３の誘電体層８を形成する。具体的に
は、下部電極３の引き出し部３１及び上部電極７の引き
出し部７１を露出するように、焼き付ける。

【００４５】その後、第３の誘電体層８を覆うように、
結晶化ガラスや非晶質ガラスなどからなるガラスペース
トを印刷し、焼き付け処理して保護層９を被着形成す
る。これにより、保護層９は、第３の誘電体層８を含む
結晶化ガラス層や非晶質ガラス層などが積層した多層構
造となっている。尚、好ましくは、それぞれが例えば、
２０μｍ程度である。

【００４６】以上のように、本発明においては、上部電
極７となる導体膜と、その直下の未焼成状態の誘電体膜
（第２の誘電体層６となる）とを同時焼成し、さらに、
上部電極７上にさらに第３の誘電体層８を、誘電体ペー
ストの塗布乾燥、焼成処理により形成している。

【００４７】従って、上部電極層７と誘電体層６の境界
付近の誘電体層６の表面に、クレパス状の孔が形成され
たとしても、このクレパス状の孔が第３の誘電体層８に
よって塞がれて修復されることになる。従って、下部電
極３と上部電極７との間に発生する容量のばらつきを緩
和することができる。また、その間の絶縁抵抗（ＩＲ）
の劣化を有効に防ぐことができる。

【００４８】また、上部電極７上に、さらに誘電体ペー
ストを塗布乾燥し焼成処理するという方法で実施できる
ため、従来の設備等をそのまま用いることができ、簡単
かつ安価な製造方法となる。

【００４９】また、上述の実施例では、誘電体層が３層
（４〜６）及び第３の誘電体層８を設けた構造である
が、２層構造ないし４層構造以上の場合でも良い。

【００５０】要は上部電極７の直下の誘電体層（第２の
誘電体層）のみと上部電極７となる電極パターンとが同
時に焼成処理され、この後さらに、第３の誘電体層８を
塗布乾燥するとともに焼成処理することが重要である。

【００５１】また、誘電体層４、５は、各々焼き締める
ことが望ましいが、焼成工程に時間がかかりコストに影
響する。必要に応じて第１の誘電体層である誘電体層
４、５を同時に焼成してもよい。

【００５２】さらに、本実施例では、絶縁基板２上に、
１つのコンデンサがある場合のみについて述べたが、一
方の電極に２つの引き出し電極を形成した３端子コンデ
ンサ、多数個のコンデンサを形成した多連チップコンデ
ンサ、アレイコンデンサ、多連３端子コンデンサ、コン
デンサ、さらに別の電子部品素子、例えば抵抗などと複
合させたネットワーク部品などについても同様に適用す
ることができる。

【００５３】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明のコンデンサ１
の製造方法を具体的に説明する。

【００５４】図２で絶縁基板２の上に、引き出し電極３
１を下部電極３を形成する。具体的には、Ａｇ−Ｐｄ系
導体のペーストをスクリーン印刷法により電極パターン
に塗布し、乾燥し、その後焼成する。その焼成温度は９
３０℃である。

【００５５】第１の誘電体層である誘電体層４は、下部
電極３のほぼ全面を覆うように、誘電体ペーストをスク
リーン印刷法により、誘電体膜を塗布し、乾燥する。塗
布厚みは、スクリーンのメッシュとレジスト厚みを選択
して１０μｍ程度に設定されている。誘電体ペーストは
鉛／マグネシウム／ニオブを主成分とする鉛リラクサ材
をバインダー樹脂、可塑剤、有機溶剤などと混練してペ
ースト状にしたものである。その後、誘電体膜を単独に
９３０℃で焼成する。

【００５６】さらに、誘電体層５は、誘電体層４を同様
にして形成し、誘電体層４上に誘電体ペーストの塗布、
乾燥、焼成により形成する。

【００５７】次に、第２の誘電体層である誘電体層６と
なる誘電体膜は、上述の誘電体ペーストの印刷塗布及び
乾燥により形成する。

【００５８】次に、未焼成状態の誘電体層６上に、上部
電極７となる電極パターンを、導電性ペーストのスクリ
ーン印刷法で塗布乾燥する。これにより、導電性ペース
トは、下部電極３と同じくＡｇ−Ｐｄ系のペーストを用
いる。

【００５９】この後、誘電体層６となる誘電体膜と上部
電極７となる電極パターンとを９３０℃で同時焼成す
る。尚、誘電体層６と上部電極７の焼結挙動を合わせる
ような材料組成の選択が必要である。

【００６０】これにより、第２の誘電体層６は、ポーラ
スな磁器であるにもかかわらず、上部電極７の形成時の
その金属粒子の浸透を防止し、マイグレーションの発生
しにくい上部電極となる。

【００６１】さらに、上部電極７上に、さらに誘電体ペ
ーストを塗布乾燥するとともに焼成処理して第３の誘電
体層８を形成する。

【００６２】これにより、第２の誘電体層６と上部電極
７を一体焼成した際に、第２の誘電体層６表面にクレパ
ス状の孔６１があいた場合も、第３の誘電体層８でこの
孔をふさぐため、取得容量のばらつきや、絶縁抵抗（Ｉ
Ｒ）の劣化を防ぐことができる。

【００６３】本発明において、図１に示すコンデンサ
と、図３に示す従来のコンデンサの静電容量ばらつきを
調べた。

【００６４】すなわち、５００個の試料について、それ
ぞれ静電容量を測定し、ＣＶ値を算出した。その結果、
従来のコンデンサはＣＶ値が５．０％であるのに対し、
本発明のコンデンサは３．０％となり、静電容量ばらつ
きが低下することがわかった。

【００６５】また、絶縁抵抗ＩＲについても、長期的な
使用をおこなっても、絶縁抵抗（ＩＲ）が劣化すること
がないことを確認した。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明のコンデンサの製
造方法によれば、第１の誘電体層を誘電体ペーストの印
刷、乾燥、焼成により形成し、第２の誘電体層を、誘電
体ペーストの印刷、乾燥させた後、上部電極となる導体
膜と同時に、焼成して形成し、上部電極上に、誘電体ペ
ーストを塗布乾燥するとともに焼成処理して形成される
保護層とした作用する第３の誘電体層を形成している。

【００６７】これにより、第２の誘電体層表面にクレパ
ス状の孔が形成された場合でも、第３の誘電体層の誘電
体材料でこの孔を塞いで修復することになるため、取得
容量のばらつきや、ＩＲ劣化のない信頼性の高いコンデ
ンサとなる。このようなコンデンサが比較的容易に製造
でき、また、焼成処理数を減少させることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコンデンサの実施形態を示す断面
図である。

【図２】本発明のコンデンサの構成を分解した斜視図で
ある

【図３】従来のコンデンサの実施形態を示す断面図であ
る。

【図４】従来のコンデンサにおける誘電体層の表面の欠
陥を示す断面図である。

【符号の説明】

１ コンデンサ ２ 絶縁基板 ３ 下部電極 ３１ 引き出し部 ４、５ 誘電体層（第１の誘電体層） ６ 誘電体層（第２の誘電体層） ６１ クレパス状の孔 ７ 上部電極 ７１ 引き出し部 ８ 誘電体保護層（第３の誘電体層）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板上に、下部電極、第１及び第２
   の誘電体層、前記下部電極と対向する上部電極を積層し
   てなり、且つ前記上部電極を誘電体保護層で被覆したコ
   ンデンサの製造方法であって、 前記絶縁基板上に下部電極を形成する工程と、 前記下部電極の上に、誘電体ペーストの塗布、乾燥、焼
   成により第１の誘電体層を形成する工程と、 前記第１の誘電体層上に、誘電体ペーストの塗布、乾燥
   により未焼成状態の第２の誘電体層を形成する工程と、 前記未焼成状態の第２の誘電体層上に、導電性ペースト
   の塗布、乾燥により、上部電極となる導体膜を形成する
   工程と、 前記未焼成状態の第２の誘電体層及び前記導体膜を同時
   焼成する工程と、 前記上部電極上に、誘電体ペーストの塗布、乾燥、焼成
   処理により、誘電体保護層を形成する工程と、を含むコ
   ンデンサの製造方法。