JP2003309035A

JP2003309035A - 積層セラミック電子部品及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003309035A
Application number: JP2002114363A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Nishiyama; 俊樹西山
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】内部電極材料の拡散による容量のばらつきや
絶縁抵抗の低下、温度特性の変動などの発生を抑制し
て、所望の特性を備えた信頼性の高い積層セラミック電
子部品及びその製造方法を提供する。【解決手段】卑金属とマンガンの合金粉末を導電成分
として含有する電極材料を用いて内部電極を形成する。
また、卑金属とマンガンの合金粉末の、卑金属とマンガ
ンの割合を、卑金属：９５．０〜９９．９mol％、マン
ガン：０．１〜５．０mol％の割合とする。また、卑金
属として、ニッケル又は銅を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、セラミック素子
中に、複数の内部電極がセラミック層を介して積層配設
された構造を有する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】近年、積層セラミック電子部品の小型
化、大容量化により、セラミック層となるセラミックシ
ートや内部電極の薄膜化及び多層化が進んでいる。とこ
ろで、代表的な積層セラミック電子部品の一つである積
層セラミックコンデンサは、通常、例えばチタン酸バリ
ウム系セラミックなどの誘電体セラミック材料を用いて
形成されたセラミック素子中に、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ／Ｐ
ｄなどの貴金属材料からなる複数の内部電極が、誘電体
であるセラミック層を介して積層配設された構造をして
いる。

【０００３】そして、近年は、電子部品の小型化、大容
量化が進む中にあって、製造コストの低減を図るため
に、内部電極材料として、ＮｉやＣｕなどの安価な卑金
属材料が用いられるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、内部電
極材料として、ＮｉやＣｕ等の卑金属材料を用いた場
合、焼成時に内部電極材料がセラミック中に拡散してセ
ラミック中に新たな酸化物が生成され、セラミックの特
性が変化して、所望の性能を有する製品を得ることがで
きなくなる場合がある。すなわち、内部電極間に介在す
るセラミック層の厚みが比較的厚い場合には、内部電極
材料の拡散の影響はほとんど無視できるが、セラミック
層の厚みが１０μm以下に薄くなると、内部電極材料の
拡散による容量のばらつきや絶縁抵抗の低下、温度特性
の変動などの問題が顕在化するようになる。

【０００５】本願発明は、上記問題点を解決するもので
あり、内部電極材料の拡散による容量のばらつきや絶縁
抵抗の低下、温度特性の変動などの発生を抑制して、所
望の特性を備えた信頼性の高い積層セラミック電子部品
及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明（請求項１）の積層セラミック電子部品の
製造方法は、セラミック素子中に、複数の内部電極がセ
ラミック層を介して積層配設された構造を有する積層セ
ラミック電子部品の製造方法であって、卑金属とマンガ
ンの合金粉末を導電成分として含有する電極材料を用い
て内部電極を形成することを特徴としている。

【０００７】卑金属とマンガンの合金粉末を導電成分と
して含有する電極材料を用いて内部電極を形成すること
により、電極材料のセラミック層への拡散を抑制して、
容量のばらつきや絶縁抵抗の低下、温度特性の変動など
を防止することが可能になり、所望の特性を備えた信頼
性の高い積層セラミック電子部品を得ることができるよ
うになる。すなわち、卑金属とマンガンの合金は、ニッ
ケルや銅などに比べてセラミック中に拡散しにくいこと
から、焼成中に生じる電極材料のセラミック中への拡散
形態を効果的に改善して、電極材料の拡散に伴って生じ
る酸素欠陥の発生を抑制することが可能になり、所望の
特性を備えた信頼性の高い積層セラミック電子部品を確
実に製造することが可能になる。

【０００８】また、請求項２の積層セラミック電子部品
の製造方法は、前記卑金属とマンガンの合金粉末が、卑
金属とマンガンを、卑金属：９５．０〜９９．９mol％マンガン：０．１〜５．０mol％の割合で含有する合金粉末であることを特徴としてい
る。

【０００９】卑金属とマンガンの合金粉末の、卑金属と
マンガンの割合を、卑金属：９５．０〜９９．９mol
％、マンガン：０．１〜５．０mol％の割合とすること
により、電気的特性を損なうことなく、周囲のセラミッ
クへの拡散の少ない内部電極を確実に形成することが可
能になり、本願発明をより実効あらしめることが可能に
なる。

【００１０】また、請求項３の積層セラミック電子部品
の製造方法は、前記卑金属が、ニッケル又は銅であるこ
とを特徴としている。

【００１１】内部電極材料として、卑金属であるニッケ
ル又は銅を用いた場合、前述のように、その拡散が問題
になる場合があるが、ニッケル又は銅にマンガンを合金
させた合金粉末を内部電極材料として用いることによ
り、周囲のセラミックへの拡散の少ない卑金属内部電極
を形成することが可能になり、所望の特性を備えた積層
セラミック電子部品を低コストで製造することができ
て、特に有意義である。

【００１２】また、本願発明（請求項４）の積層セラミ
ック電子部品は、請求項１〜３のいずれかに記載の方法
により製造された積層セラミック電子部品であって、内
部電極が卑金属とマンガンの合金を主成分とするもので
あることを特徴としている。

【００１３】本願発明の積層セラミック電子部品は、請
求項１〜３のいずれかに記載の製造方法により製造され
たものであって、内部電極が卑金属とマンガンの合金を
主成分とするものであることから、内部電極材料の拡散
が少なく、所望の特性を備え、かつ、経済性に優れてお
り、種々の用途に広く用いることが可能である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態を示
して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。

【００１５】［実施形態１］ (１)ＢａＴｉＯ₃，ＢａＣＯ₃，ＭｇＯ，Ｄｙ₂Ｏ₃，Ｍｎ
ＣＯ₃，ＳｉＯ₂からなるセラミックス混合粉末に、バイ
ンダ、可塑剤、及び有機溶剤を加え、混合してセラミッ
クススラリーを得た。 (２)それから、このセラミックスラリーを用いて、未焼
成の状態で厚みが３．０μmのセラミックグリーンシー
トを作製した。 (３)次に、このセラミックグリーンシート上に、内部電
極となるＮｉ−Ｍｎ合金（平均粒子径０．２μm）を使
用した導電ペーストを塗布し、乾燥した後、セラミック
グリーンシート３００枚を、交互に所定の位置関係とな
るように積層し、圧着することにより積層体を形成し
た。 (４)そして、この積層体を所定の位置で切断することに
より、未焼成のセラミック素子（積層セラミックコンデ
ンサの未焼成チップ）を作製した。 (５)それから、得られた積層セラミックコンデンサの未
焼成チップを、大気中で２８０℃に加熱して脱バインダ
を行い、次にＮ₂／Ｈ₂／Ｈ₂Ｏからなる所定の雰囲気中
で、１２００℃，２ｈｒの焼成を行った。 (６)そして、得られたセラミックス焼結体をバレル研磨
した後、Ｃｕペーストを塗布し、焼き付けることにより
外部電極を形成し、さらに、その表面にＮｉめっき及び
Ｓｎめっきを順に施した。

【００１６】これにより、図１に示すように、セラミッ
ク素子１中に、セラミック層２を介して内部電極３が積
層され、かつ、セラミック素子１の両端側に、交互に対
向する端面に引き出された内部電極３と導通する一対の
外部電極４が配設された構造を有する積層セラミックコ
ンデンサを得た。この積層セラミックコンデンサの寸法
は、長さが２．０mm、幅が１．２５mm、厚さが１．２５
mmであり、内部電極３間に介在するセラミック層２の厚
みは平均２．４μmである。なお、この実施形態１で
は、内部電極となるＮｉ−Ｍｎ合金のＮｉとＭｎの配合
割合を表１に示すような条件で変化させ、ＮｉとＭｎの
配合割合が特性に与える影響を調べた。

【００１７】［超加速試験］得られた積層セラミックコ
ンデンサ（試料）について、１５０℃、３２Ｖの条件で
超加速試験を行い（試料数Ｎ＝３６）、絶縁破壊に至る
までの時間を調べ、ワイブル解析により平均故障時間及
びｍ値（試験時間と累積不良率の関係を示す傾き）を求
めた。その結果を、表１に示す。なお、平均故障時間の
値が大きく、かつ、ｍ値（傾き）の大きいものは特性が
良好であると評価される。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１から明らかなように、ＮｉとＭｎの配
合比が、Ｎｉ：Ｍｎ（mol％）＝９９．９：０．１〜９
５．０：５．０の範囲にある試料番号３，４，５，６，
及び７の試料については、平均故障時間及びｍ値（傾
き）が大きくなっており、特性が良好であることがわか
る。

【００２０】［組織観察（組成分析）］また、表１に示
すような特性が得られる原因を調べるため、各試料（積
層セラミックコンデンサ）について、セラミック層と内
部電極の界面近傍を対象とした組織観察（組成分析）を
行った。なお、組織観察は、走査型オージェ電子顕微鏡
（μ−ＳＡＭ）によるミクロ（数nm程度）な領域の組成
分析をすることにより行った。表２に走査型オージェ電
子顕微鏡（μ一ＳＡＭ）による組織観察（組成分析）で
検出された元素を示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】表２に示す組織観察（組成分析）の結果か
ら明らかなように、信頼性が改善された試料番号３，
４，５，６，及び７の試料においては、Ｍｎが内部電極
部にのみ存在しており、セラミック層と内部電極の界面
部には拡散していないことがわかる。

【００２３】この結果と、上述の超加速試験の結果よ
り、Ｍｎの配合割合は、Ｎｉ：Ｍｎ（mol％）＝９５．
０：５．０〜９９．９：０．１の範囲とすることが望ま
しことがわかる。なお、Ｍｎの配合割合が上記範囲より
も少ない場合には、一般的なＮｉ内部電極を用いた積層
セラミックコンデンサと同等の信頼性しか得られず、Ｍ
ｎ添加の効果が不十分になる。また、Ｍｎの配合割合が
上記範囲を超えると、内部電極にＭｎは存在するもの
の、セラミック層との界面にもＭｎが一部拡散し、セラ
ミック組成に微妙なずれが生じ、信頼性改善の効果が不
十分になるものと考えられる。

【００２４】また、内部電極にＭｎが存在する場合の、
信頼性改善のメカニズムについては必ずしも明確ではな
いが、Ｎｉのセラミック層への拡散は、配合比に関係な
く生じていることから、Ｎｉが界面に拡散する際に、Ｍ
ｎの存在が、ＮｉＯの状態変化に影響を及ぼすことがそ
の一因になっているのではないかと考えられる。すなわ
ち、ＮｉＯは一般的にはストイキオメトリーである１：
１のモル比をとることはなく、酸素欠陥を含有した形で
ＮｉＯ_1-Xとなっているが、Ｍｎが共存することによ
り、ＮｉＯ_1-Xの_Xの値に変化が生じ、セラミック層にＮ
ｉが拡散したとしても、酸素欠陥の発生量に差が生じ、
信頼性を損なうことが抑制されるものと考えられる。

【００２５】なお、この実施形態１では、組織観察（組
成分析）に走査型オージェ電子顕微鏡（μ−ＳＡＭ）を
使用したが、波長分散型Ｘ線マイクロアナライザーな
ど、定性分析が可能な他の方法を用いても分析を行うこ
とは可能である。

【００２６】上述のように、本願発明によれば、セラミ
ック層の厚み（素子厚）が２．４μmと薄い積層セラミ
ックコンデンサにおいても、内部電極中に所定量のＭｎ
を共存させることにより、焼成時の内部電極からのＮｉ
の拡散状態を変化させて、セラミック層に発生する酸素
欠陥量を最小限に抑制することが可能になり、従来の卑
金属内部電極を用いた積層セラミックコンデンサと比較
して信頼性を大きく改善することができる。

【００２７】［実施形態２］ (１)ＣａＺｒＯ₃，ＳｒＣＯ₃，ＭｎＣＯ₃，ＳｉＯ₂から
なるセラミックス混合粉末に、バインダ、可塑剤、及び
有機溶剤を加え、混合してセラミックススラリーを得
た。 (２)それから、このセラミックスラリーを用いて、未焼
成の状態で厚みが３．０μmのセラミックグリーンシー
トを作製した。 (３)そして、このセラミックスグリーンシートに、内部
電極となるＣｕ−Ｍｎ合金（平均粒子径０．５μm）を
使用した導電ペーストを塗布し、乾燥した後、セラミッ
クグリーンシート２５０枚を、交互に所定の位置関係と
なるように積層し、圧着することにより積層体を形成し
た。 (４)そして、この積層体を所定の位置で切断することに
より、未焼成のセラミック素子（積層セラミックコンデ
ンサの未焼成チップ）を作製した。 (５)それから、得られた積層セラミックコンデンサの未
焼成チップを、大気中２８０℃に加熱して脱バインダを
行い、次にＮ₂／Ｈ₂／Ｈ₂Ｏからなる所定の雰囲気中
で、９２０℃，２ｈｒの焼成を行った。 (６)そして、得られたセラミックス焼結体をバレル研磨
した後、Ｃｕペーストを塗布し、焼き付けることにより
外部電極を形成し、さらに、その表面にＮｉめっき及び
Ｓｎめっきを順に施した。

【００２８】これにより、上述の実施形態１の場合と同
様に、セラミック素子中に、セラミック層を介して内部
電極が積層され、かつ、セラミック素子の両端側に、交
互に対向する端面に引き出された内部電極と導通する一
対の外部電極が配設された構造を有する積層セラミック
コンデンサを得た。この積層セラミックコンデンサの寸
法は、長さが２．０mm、幅が１．２５mm、厚さが１．２
５mmであり、内部電極間に介在するセラミック層の厚み
が平均２．９μmである。なお、この実施形態２では、
内部電極となるＣｕ−Ｍｎ合金のＣｕとＭｎの配合割合
を表３に示すような条件で変化させ、ＣｕとＭｎの配合
割合が特性に与える影響を調べた。

【００２９】［超加速試験］得られた積層セラミックコ
ンデンサ（試料）について、１５０℃、２０Ｖの条件で
超加速試験を行い（試料数Ｎ＝３６）、絶縁破壊に至る
までの時間を調べ、ワイブル解析により平均故障時間及
びｍ値（試験時間と累積不良率の関係を示す傾き）を求
めた。その結果を、表３に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】表３から明らかなように、ＣｕとＭｎの配
合比が、Ｃｕ：Ｍｎ（mol％）＝９９．９：０．１〜９
５．０：５．０の範囲にある試料番号１３，１４，１
５，１６，及び１７の試料については、平均故障時間及
びｍ値（傾き）が大きくなっており、特性が良好である
ことがわかる。

【００３２】また、各試料（積層セラミックコンデン
サ）について、セラミック層と内部電極の界面近傍を対
象とした組織観察（組成分析）を行った。表４に走査型
オージェ電子顕微鏡（μ一ＳＡＭ）による組織観察（組
成分析）で検出された元素を示す。

【００３３】

【表４】

【００３４】表４に示す組成分析の結果から明らかなよ
うに、信頼性が改善されている試料番号１３，１４，１
５，１６，及び１７の試料においては、Ｍｎが内部電極
部にのみ存在しており、セラミック層と内部電極の界面
部には拡散していないことがわかる。

【００３５】この結果と、上述の超加速試験の結果よ
り、Ｍｎの配合割合は、Ｃｕ：Ｍｎ（mol％）＝９５．
０：５．０〜９９．９：０．１の範囲とすることが望ま
しことがわかる。なお、この実施形態２のように、内部
電極をＣｕ−Ｍｎ合金とした場合には、上記実施形態１
のように、内部電極をＮｉ−Ｍｎ合金から形成した場合
に比べて、信頼性改善の効果はやや低いが、内部電極を
Ｃｕ−Ｍｎ合金とした場合にも、内部電極をＮｉ−Ｍｎ
合金とした場合に準じる効果が得られることがわかる。

【００３６】また、上記実施形態１及び２では、積層セ
ラミックコンデンサを例にとって説明したが、本願発明
は、セラミック素子中に、複数の内部電極がセラミック
層を介して積層配設された構造を有する種々の積層ＬＣ
複合部品、多層回路基板などの種々の積層セラミック電
子部品に広く適用することが可能である。

【００３７】また、上記の実施形態１ではＢａＴｉ
Ｏ₃，ＢａＣＯ₃，ＭｇＯ，Ｄｙ₂Ｏ₃，ＭｎＣＯ₃，Ｓｉ
Ｏ₂からなるセラミックス混合粉末を用い、実施形態２
ではＣａＺｒＯ₃，ＳｒＣＯ₃，ＭｎＣＯ₃，ＳｉＯ₂から
なるセラミックス混合粉末を用いているが、本願発明は
他のセラミックス原料を用いる場合にも適用することが
可能である。

【００３８】また、上記実施形態１では１２００℃の条
件で焼成し、実施形態２では９２０℃の条件で焼成を行
っているが、本願発明は、種々の条件で焼成する場合に
広く適用することが可能である。

【００３９】本願発明は、さらにその他の点においても
上記実施形態に限定されるものではなく、内部電極の積
層数、セラミック層の厚みなどに関し、発明の範囲内に
おいて、種々の応用、変形を加えることが可能である。

【００４０】

【発明の効果】上述のように、本願発明（請求項１）の
積層セラミック電子部品の製造方法は、卑金属とマンガ
ンの合金粉末を導電成分として含有する電極材料を用い
て内部電極を形成するようにしているので、電極材料の
セラミック層への拡散を抑制して、容量のばらつきや絶
縁抵抗の低下、温度特性の変動などを防止することが可
能になり、所望の特性を備えた信頼性の高い積層セラミ
ック電子部品を得ることができるようになる。すなわ
ち、卑金属とマンガンの合金は、ニッケルや銅などに比
べてセラミック中に拡散しにくいことから、焼成中に生
じる電極材料のセラミック中への拡散形態を効果的に改
善して、電極材料の拡散に伴って生じる酸素欠陥の発生
を抑制することが可能になり、所望の特性を備えた信頼
性の高い積層セラミック電子部品を確実に製造すること
ができる。

【００４１】また、請求項２の積層セラミック電子部品
の製造方法のように、卑金属とマンガンの合金粉末の、
卑金属とマンガンの割合を、卑金属：９５．０〜９９．
９mol％、マンガン：０．１〜５．０mol％の割合とする
ことにより、電気的特性を損なうことなく、周囲のセラ
ミックへの拡散の少ない内部電極を確実に形成すること
が可能になり、本願発明をより実効あらしめることがで
きる。

【００４２】また、内部電極材料として、卑金属である
ニッケル又は銅を用いた場合、その拡散が問題になる場
合があるが、請求項３のように、ニッケル又は銅にマン
ガンを合金させた合金粉末を内部電極材料として用いる
ことにより、周囲のセラミックへの拡散の少ない卑金属
内部電極を形成することが可能になり、所望の特性を備
えた積層セラミック電子部品を低コストで製造すること
ができる。

【００４３】また、本願発明（請求項４）の積層セラミ
ック電子部品は、請求項１〜３のいずれかに記載の製造
方法により製造されたものであって、内部電極が卑金属
とマンガンの合金を主成分とするものであることから、
内部電極材料の拡散が少なく、所望の特性を備え、か
つ、経済性に優れており、種々の用途に広く用いること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態にかかる積層セラミック
コンデンサ（積層セラミック電子部品）を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１セラミック素子２セラミック層３内部電極４外部電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック素子中に、複数の内部電極がセ
ラミック層を介して積層配設された構造を有する積層セ
ラミック電子部品の製造方法であって、卑金属とマンガンの合金粉末を導電成分として含有する
電極材料を用いて内部電極を形成す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。
【請求項２】前記卑金属とマンガンの合金粉末が、卑金
属とマンガンを、卑金属：９５．０〜９９．９mol％マンガン：０．１〜５．０mol％の割合で含有する合金粉末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電子部品の製造方法。
【請求項３】前記卑金属が、ニッケル又は銅であること
を特徴とする請求項１又は２記載の積層セラミック電子
部品の製造方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の方法によ
り製造された積層セラミック電子部品であって、内部電
極が卑金属とマンガンの合金を主成分とするものである
ことを特徴とする積層セラミック電子部品。