JP2004095687A - 積層セラミックコンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼成時のデラミネーションを抑制しつつ、静電容量の大幅な増大が可能であり、且つ電気的特性の低下を低減した積層セラミックコンデンサ及びその製造方法を提供することにある。
【解決手段】複数の誘電体層２と内部電極層３、４が積層してなる積層セラミックコンデンサ１０において、内部電極層３、４の表面は厚み方向に凹凸を有しているとともに、積層方向に隣接する内部電極層３、４間の誘電体層２の厚みｔが一定であり、且つこのｔ値が１層の内部電極層３、４の凹凸の高低差距離Ｔより小さいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層セラミックコンデンサ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、積層セラミックコンデンサは、複数の誘電体層と内部電極層とが交互に積層されてなる積層体と、その積層体の両端面に形成した一対の外部電極とから構成され、積層方向に隣接しあう各内部電極層は、各々異なる外部電極に接続されている。
【０００３】
ここで、誘電体層と内部電極層は、化学的反応ではなく、誘電体層となるセラミックグリーンシートの微細な凹凸の中に内部電極層となる導体膜の金属が入り込むという物理的密着のみで密着している。このため、セラミックグリーンシートと導体膜の密着強度が不十分であると、焼成時にデラミネーションが発生するという問題点があった。
【０００４】
そこで、セラミックグリーンシートあるいは導体膜を凹凸を有する支持体上に形成することにより、セラミックグリーンシートあるいは導体膜に凹凸を形成し、これらの密着面積を増大させることにより、上記密着強度を増大させる積層セラミックコンデンサの製造方法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、上記製造方法によれば、セラミックグリーンシートの一方表面のみを凹凸形状に加工していた。このため、他方の面には凹凸が形成されず、凹凸が形成されていない面における密着強度が改善されないという問題点があった。
【０００６】
そこで、従来は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート３２ａ、３２ｂの一方の面に凹凸を形成し、２枚のこのようなセラミックグリーンシート３２ａ、３２ｂの凹凸が形成されていない面同士を貼り合わせ、１枚のセラミックグリーンシート３２として用いる積層セラミックコンデンサの製造方法が特許第３００６５１８号公報、特許第３１９７２６６号公報に開示されている。図３において、（ａ）は２枚のセラミックグリーンシート３２ａ、３２ａを貼り合わせている状態、（ｂ）は内部電極層となる導体膜３３が形成されたセラミックグリーンシート３２を積層している状態である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３のセラミックグリーンシートの製造方法によれば、２枚のセラミックグリーンシート３２ａ、３２ｂを貼り合わせて１枚のセラミックグリーンシート３２として用いるため、誘電体層の厚みを小さくするには限界があり、静電容量を大きくできないという問題点があった。また、２枚のセラミックグリーンシート３２ａ、３２ｂの例えば凹部どうしが重なった場合、１枚のセラミックグリーンシート３２において厚みが部分的に小さくなってしまい、絶縁不良が発生するという問題点があった。
【０００８】
また、セラミックグリーンシート３２ａ、３２ｂの一方の面に凹凸を形成した後貼り合わせる方法では、凹凸の大きさをセラミックグリーンシート３２ａ、３２ｂの厚みより大きくすることはできないため、このことによっても静電容量を大きくするには限界があった。
【０００９】
さらに、セラミックグリーンシート３２の凹凸が形成された面に導体膜３３、を塗布するため、にじみやかすれが発生してしまい、静電容量のバラツキ、容量抜けなどが発生して、等価直列抵抗の増大など電気的特性の低下の原因となっていた。
【００１０】
本発明は、上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、その目的は、焼成時のデラミネーションを抑制しつつ、静電容量の大幅な増大が可能であり、且つ絶縁不良の発生や電気的特性の低下を低減した積層セラミックコンデンサ及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の積層セラミックコンデンサは、複数の誘電体層と内部電極層が積層して成る積層体を有する積層セラミックコンデンサにおいて、
前記内部電極層は厚み方向に凹凸を有しているとともに、該凹凸の高低差をＴ、内部電極層間の誘電体層の厚みをｔとした時、前記凹凸の高低差Ｔと前記誘電体層の厚みｔとの関係をｔ＜Ｔとしたものである。
【００１２】
また、その積層セラミックコンデンサの製造方法は、複数の素子領域を有し、且つ誘電体層となる大型セラミックグリーンシートを用意する工程と、
前記大型セラミックグリーンシートの各素子領域に内部電極層となる導体膜を形成する工程と、
前記導体膜を形成した大型セラミックグリーンシートを、加圧面が凹凸形状の一対のプレス金型を用いて順次積層して大型積層体を形成する工程と、
前記大型積層体を各素子領域に切断処理するとともに、焼成処理する工程とを有するものである。要は、内部電極層の凹凸は、セラミックグリーンシート上に形成された導体膜を、セラミックグリーンシートとともに、積層時の一対のプレス金型の加圧面形状で凹凸としている。
【００１３】
【作用】
本発明の積層セラミックコンデンサによれば、内部電極層の表面は厚み方向に凹凸を有しているとともに、積層方向に隣接する内部電極層の凹部間の距離、即ち、内部電極層間の誘電体層の厚みをｔ、一層の内部電極層の凹凸高低差距離Ｔとしたとき、その関係がｔ＜Ｔであるため、隣接しあう内部電極層の対向面積を大幅に増大できる。また、誘電体層と内部電極層との密着面積も増大し、且つ密着性も良好になり、焼成時のデラミネーションを低減できる。
【００１４】
また、凹部間の距離、内部電極層間の誘電体層の厚みｔが一定であるため、絶縁不良が発生することはない。
【００１５】
本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法によれば、主面に素子領域に対応して内部電極層となる導体膜が形成された誘電体層となるセラミックグリーンシートを加圧面且つ凹凸となる一対のプレス金型を用いて積層処理するため、上記積層方向に隣接する内部電極層の凹部間の距離を誘電体層の厚みｔで一定とすることができる。また、１層の内部電極層の凹凸高低差Ｔは、セラミックグリーンシート上に形成された導体膜を、セラミックグリーンシートとともに、積層時の一対のプレス金型の加圧面形状で凹凸で決定されるため、また、各内部電極層の凹凸位置を同期させることが簡単にできるため、表面が凹凸の内部電極層を確実に且つ簡単に形成できることになる。
【００１６】
また、平坦な誘電体層となるセラミックグリーンシート上に内部電極層となる導体膜を形成した後、上記凹凸を形成するため、誘電体層の厚みを小さくできることにより静電容量を大幅に増大できるとともに、平坦なセラミックグリーンシート上に内部電極となる導体膜を形成できるため、印刷、にじみ、かすれのない安定した導体膜が得られ、静電容量のバラツキ、等価直列抵抗の増大など電気的特性の低下を防ぐことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の積層セラミックコンデンサを図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の積層セラミックコンデンサを示す図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は断面図である。
【００１９】
図において、１０は積層セラミックコンデンサ、１は積層体、２は誘電体層、３、４は内部電極層、５、６は外部電極である。
【００２０】
誘電体層２は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）等を主成分とする非還元性誘電体材料からなり、その厚みは高容量化のために１〜５μｍとしている。この誘電体層２は、その形状は２．０ｍｍ×１．２ｍｍ等であり、図上、上方向に積層して積層体１が構成される。なお、誘電体層２の形状、厚み、積層数は容量値によって任意に変更することができる。
【００２１】
内部電極層３、４は、単一の金属成分であるＮｉまたはＣｕを主成分とする材料から構成され、その厚みは０．５〜２μｍとしている。そして、誘電体層２の積層方向に隣接しあう２つの内部電極層３、４は、互いに積層体１の異なる端面側に延出し、各々異なる外部電極５、６に接続されている。
【００２２】
外部電極５、６は、それぞれ積層体１側から、卑金属成分及びガラス成分からなる下地導体膜と、表面メッキ層（図示せず）とを順次積層して構成される。表面メッキ層は、Ｎｉメッキ、Ｓｎメッキ、半田メッキ等が例示できる。
【００２３】
本発明の積層セラミックコンデンサの特徴的なことは、積層体２内に配置された内部電極層３、４は厚み方向が凹凸を有しており、積層方向に隣接する内部電極層３、４の凹部間の距離、即ち、内部電極層３と４との間に配置された誘電体層２の厚みをｔ、１層の内部電極層３、４の凹凸の高低差距離、即ち凸部の頂点と凹部の底部との差をＴとした時、ｔ＜Ｔとしている。
【００２４】
このような積層セラミックコンデンサ１０は、以下のようにして作成される。なお、各符号については、焼成の前後で区別しないこととする。
【００２５】
図２（ａ）はセラミックグリーンシートを加圧ヘッドを用いて積層する工程を示す模式図、（ｂ）は一対のプレス金型の一方を構成する加圧ヘッドの表面形状を示す部分断面図、（ｃ）は一対のプレス金型の他方を構成する積層支持台の表面形状を示す部分断面図である。
【００２６】
まず、誘電体粉末、樹脂、可塑剤、及び溶剤を混合・分散した塗布液を調整してスラリーを形成し、このスラリーをドクターブレード法などにより、誘電体層となる大型セラミックグリーンシート２を形成する。
【００２７】
次に、大型セラミックグリーンシート２の所定の領域に、内部電極層となる導体膜３、４を、導電ペーストをスクリーン印刷により塗布・乾燥することにより形成する。
【００２８】
次に、積層支持台２２上に内部電極層が形成されていないセラミックグリーンシートを搬送、載置し、積層圧着する。
【００２９】
次に、このように積層されたセラミックグリーンシート上に、内部電極層となる導体膜３が形成されたセラミックグリーンシート２を載置し、加圧ヘッド２１により積層加圧する。その後、内部電極層となる導体膜４が形成されたセラミックグリーンシート２を積層し、加圧ヘッド２１により積層加圧する。これを必要な積層数分だけ繰り返し、最後に、マージン部となるセラミックグリーンシート（内部電極層となる導体膜３、４が形成されていない）を複数層積層する。
【００３０】
このとき、一対のプレス金型である加圧ヘッド２１と、積層支持台２２の加圧面には、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、セラミックグリーンシート２及び導体膜３、４の凹凸を形成すべく、その表面に凹凸となっている。
【００３１】
また、導体膜３、４は厚み方向に凹凸が形成されるが、この凹凸の位置及び最大値は、積層方向に隣接する導体膜３、４で同じとなるようにするため、加圧ヘッド２１と積層支持台２２の凹凸の形状、凹凸周期を同一にしておく必要がある。
【００３２】
さらに、隣接し合う導体膜３、４の凹部間の距離、即ち、焼き上がりの誘電体層の厚みｔとなるセラミックグリーンシート２が１〜５μｍであるのに対し、１層の導体膜３、４に形成される凸部の頂点間距離（凹部の底部間距離）Ｄを５０〜１００μｍとするように一対のプレス金型の表面形状を制御する。
【００３３】
そして、積層支持台２２上に積層された未焼成状態の大型積層体（図示せず）を得る。
【００３４】
次に、大型積層体を、各素子領域毎に切断後、焼成し、積層体１を得る。このとき、積層体１の一対の端面には、内部電極層３、４が露出している。
【００３５】
次に、上記積層体１の両端面に外部電極５、６を形成する。具体的には、まず積層体１の表面に、卑金属材料及びガラス成分を主成分とする下地導体膜を導電性ペーストの塗布・焼き付けにより形成する。その後、Ｎｉメッキ層、Ｓｎメッキ層、半田メッキ層等の表面メッキ層を電解メッキ法等により形成する。
【００３６】
このようにして、図１に示すような積層セラミックコンデンサ１０が得られる。
【００３７】
かくして、本発明の積層セラミックコンデンサ１０によれば、内部電極層３、４の表面は厚み方向に凹凸を有しているとともに、積層方向に隣接する内部電極層３、４の凹部間の距離、即ち、その間に配置される誘電体層の厚みｔが一定であり、距離ｔが１層の内部電極層３、４の凹凸の高低差距離Ｔより小さいため、誘電体層２と内部電極層３、４の対向面積を大幅に増大できることから、誘電体層２と内部電極層３、４の密着性が良好になり、焼成時のデラミネーションを低減できるとともに、積層セラミックコンデンサ１０の静電容量を大幅に増大させることができる。また、凹部間の距離ｔが一定であるため、絶縁不良が発生することはない。
【００３８】
本発明の積層セラミックコンデンサ１０の製造方法によれば、主面に素子領域に対応して内部電極層３、４となる導体膜が形成された誘電体層２となるセラミックグリーンシートを加圧面が凹凸形状の一対のプレス金型を用いて積層処理するため、上記積層方向に隣接する内部電極層３、４の凹部間の距離ｔが一定であり、且つ１層の内部電極層３、４の凹凸の高低差距離Ｔを厚みｔより大きくすることが簡単にできる。
【００３９】
また、平坦な誘電体層２となるセラミックグリーンシート上に内部電極層３、４となる導体膜を形成した後、上記凹凸を形成するため、誘電体層２の厚みを小さくできることにより静電容量を大幅に増大できるとともに、平坦なセラミックグリーンシート上に内部電極層３、４となる導体膜を形成できるため、印刷、にじみ、かすれのない安定した導体膜が得られ、静電容量のバラツキ、等価直列抵抗の増大など電気的特性の低下を防ぐことができる。
【００４０】
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。
【００４１】
例えば、上側の金型である加圧ヘッド２０に複数の吸引孔を形成し、セラミックグリーンシート２の吸引により凹凸を形成しても構わない。
【００４２】
また、内部電極層３、４を薄層化して積層数を増加した場合にも、内部電極層３、４の厚みによる段差を無くし、積層体１の変形を抑えるために、誘電体層となるセラミックグリーンシート２上の内部電極層となる導体膜３、４の周辺に、導体膜３、４と略同一厚みのセラミックペーストを塗布するようにしても良い。
【００４３】
本発明者らは、図２に示す本発明の製造方法と、図３に示す従来の製造方法を用いて、積層セラミックコンデンサを作製した。得られた試料について、デラミネーション、静電容量バラツキ（ＣＶ値）、等価直列抵抗（ＥＳＲ）を測定した。
【００４４】
デラミネーションは、試料５０個を研磨し、金属顕微鏡で観察して発生率を調べた。
【００４５】
静電容量バラツキ（ＣＶ値）は、試料３２個の静電容量（Ｃａｐ）をＬＣＲメータにより測定し、式：（ＣＶ値）＝（標準偏差×１００）／（Ｃａｐ平均値）により算出した。
【００４６】
等価直列抵抗（ＥＳＲ）は、試料４個についての最大値とした。
【００４７】
測定の結果、図２に示す本発明の製造方法を用いて作製した積層セラミックコンデンサは、デラミネーションの発生率が０％、容量バラツキ（ＣＶ値）が１．８％、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が３００ｍΩとなった。
【００４８】
これに対し、図３に示す従来の製造方法を用いて作製した積層セラミックコンデンサは、デラミネーションの発生率が１％、容量バラツキ（ＣＶ値）が３．２％、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が８００ｍΩとなった。
【００４９】
また、２０１２形の積層セラミックコンデンサを作製する場合、セラミックグリーンシートの厚みを３μｍ、導体膜の厚みを１μｍとした場合、本発明の製造方法では、内部電極層３、４を２００層積層できたが、従来の製造方法では、内部電極層３、４を８０層しか積層できず、取得容量も１／３以下となった。
【００５０】
さらに、本発明の製造方法を用いて作製した積層セラミックコンデンサは、凹部間の距離ｔが１層の内部電極層の凹凸の高低差Ｔより小さくなったが、従来の製造方法を用いて作製した積層セラミックコンデンサでは、凹部間の距離ｔが１層の内部電極層の凹凸の最大値Ｔより大きくなることが確認できた。
【００５１】
これらの結果から、本発明の積層セラミックコンデンサ１０及びその製造方法によれば、焼成時のデラミネーションを低減できるとともに、積層セラミックコンデンサ１０の静電容量を大幅に増大させることができ、且つ静電容量のバラツキ、等価直列抵抗の増大を防ぐことができるがわかった。
【００５２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の積層セラミックコンデンサによれば、内部電極層の表面が凹凸を有しているとともに、積層方向に隣接する内部電極層の凹部間の距離（その間の誘電体層の厚み）ｔが一定であり、且つ距離ｔが１層の内部電極層の凹凸の高低差距離Ｔより小さいため、誘電体層と内部電極層の対向面積を大幅に増大できることから、誘電体層と内部電極層の密着性が良好になり、焼成時のデラミネーションを低減できるとともに、積層セラミックコンデンサの静電容量を大幅に増大させることができる。また、凹部間の距離ｔが一定であるため、絶縁不良が発生することはない。
【００５３】
積層セラミックコンデンサの製造方法によれば、主面に素子領域に対応して内部電極層となる導体膜が形成された誘電体層となるセラミックグリーンシートを加圧面且つ凹凸となる一対のプレス金型を用いて積層処理するため、上記積層方向に隣接する内部電極層の凹部間の距離ｔが一定であり、且つ凹部間の距離ｔが１層の内部電極層の凹凸の高低差距離Ｔより小さい積層セラミックコンデンサを精度良く製造することができる。
【００５４】
また、平坦な誘電体層となるセラミックグリーンシート上に内部電極層となる導体膜を形成した後、上記凹凸を形成するため、誘電体層の厚みを小さくできることにより静電容量を大幅に増大できるとともに、平坦なセラミックグリーンシート上に内部電極層となる導体膜を形成できるため、印刷、にじみ、かすれのない安定した導体膜が得られ、静電容量のバラツキ、等価直列抵抗の増大など電気的特性の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層セラミックコンデンサを示す図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法を説明する図であり、（ａ）はセラミックグリーンシートをプレス金型を用いて積層する工程を示す模式図、（ｂ）は加圧ヘッドの表面形状を示す部分断面図、（ｃ）は積層支持台の表面形状を示す部分断面図である。
【図３】従来の積層セラミックコンデンサの製造方法を示す断面図であり、（ａ）は２枚のセラミックグリーンシートを貼り合わせている状態、（ｂ）は導体膜が形成されたセラミックグリーンシートを積層している状態である。
【符号の説明】
１０　　　　積層セラミックコンデンサ
１　　　　　積層体
２　　　　　誘電体層
３、４　　　内部電極層
５、６　　　外部電極
２１　　　　加圧ヘッド
２２　　　　積層支持台

Claims (2)

1. 複数の誘電体層と内部電極層が積層して成る積層体を有する積層セラミックコンデンサにおいて、
   前記内部電極層は厚み方向に凹凸を有しているとともに、該凹凸の高低差をＴ、内部電極層間の誘電体層の厚みをｔとした時、前記凹凸の高低差Ｔと前記誘電体層の厚みｔとの関係をｔ＜Ｔとしたことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。
2. 複数の素子領域を有し、且つ誘電体層となる大型セラミックグリーンシートを用意する工程と、
   前記大型セラミックグリーンシートの各素子領域に内部電極層となる導体膜を形成する工程と、
   前記導体膜を形成した大型セラミックグリーンシートを、加圧面が凹凸形状の一対のプレス金型を用いて順次積層して大型積層体を形成する工程と、
   前記大型積層体を各素子領域に切断処理するとともに、焼成処理する工程とを有す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。

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