JP2004336023A - 積層セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内部電極の欠陥を抑制し、所望の電気特性を有する積層セラミック電子部品を提供することを目的とする。
【解決手段】第１のチタン酸バリウムを主成分とするセラミックシートと金属粉末と第２のチタン酸バリウムを含有した金属ペーストとを交互に積層して積層体を作製する第１の工程と、前記積層体を焼成する第２の工程とを備え、前記第１のチタン酸バリウムの結晶格子のｃ軸とａ軸の比（ｃ／ａ）の値が前記第２のチタン酸バリウムの結晶格子のｃ軸とａ軸の比（ｃ／ａ）の値より大きいかまたは等しい値であるものを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば積層セラミックコンデンサなどの積層セラミック電子部品の製造方法に関するものである。

従来の積層セラミック電子部品の製造方法について積層セラミックコンデンサを例に説明する。

まず、チタン酸バリウムを主成分とする無機粉末に溶剤、バインダ、可塑剤などを混合してセラミックシートを作製する。

次に、セラミックシート上に金属ペーストを所望の内部電極形状に印刷する。

金属ペーストは、Ｎｉ粉末、セラミックシートを構成する無機粉末と同じ無機粉末、バインダ、溶剤などの有機物を混合したものである。

次いで、金属ペーストを印刷したセラミックシートを積層して、積層体を作製し、焼成する。

その後、外部電極を形成し、積層セラミックコンデンサを得る。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平９−６９４６７号公報

内部電極にセラミックシートと同様の無機粉末を添加することにより、両者の接着性を向上させることができる。

しかしながら、上記従来の方法において金属ペーストに添加するチタン酸バリウムはセラミックシートに用いるチタン酸バリウムと同じものが使用される。

そのため、金属ペースト中のチタン酸バリウムとセラミックシート中のチタン酸バリウムが同時に焼結するため、両者が反応し、粒成長することにより内部電極に欠陥が発生しやすくなるという問題点を有していた。

そこで、本発明は、内部電極の欠陥を抑制し、所望の静電容量値などの電気特性を有する積層セラミック電子部品を提供することを目的とするものである。

この目的を達成するために本発明は以下の構成を有するものである。

本発明は、第１のチタン酸バリウムを主成分とするセラミックシートと、結晶格子定数のｃ軸とａ軸の比ｃ／ａが第１のチタン酸バリウムよりも大きい第２のチタン酸バリウムを含有した内部電極ペーストとを交互に積層して積層体を作製するものであり、金属ペースト中のチタン酸バリウムの方がセラミックシート中のチタン酸バリウムよりも焼結温度が高く、両者の間での反応が起こりにくいため、内部電極の欠陥の発生を抑制することができる。

本発明による積層セラミック電子部品の製造方法では、内部電極となる金属ペースト中に添加するチタン酸バリウムの結晶格子定数のｃ／ａの値を、誘電体層となるセラミックシート中の主成分であるチタン酸バリウムのｃ／ａ値よりも等しいか大きいものを用いたので、焼成時のチタン酸バリウムの焼結を制御し、内部電極の欠陥を抑制し、所望の電気特性を有する積層セラミック電子部品を提供することができる。

以下、積層セラミックコンデンサを例に、一実施の形態を用いて本発明の特に請求項１〜３に記載の発明について説明する。

図１は、積層セラミックコンデンサの一部切欠斜視図であり、誘電体層１０と内部電極１１とが交互に積層されて積層体を構成し、内部電極１１はその端部が積層体の対向する両端面に交互に露出するよう積層されており、積層体の両端面に形成された一対の外部電極１２に交互に接続されている。

まず、主成分である第１のチタン酸バリウムとして（表１）に示す３種類のｃ／ａを持つものと、副成分としてＤｙ₂Ｏ₃などの希土類元素化合物と、ＭｇＯ、ＭｎＯ₂などを添加して混合し、仮焼、粉砕を行ってセラミック粉体を作製する。ここでｃ／ａは、チタン酸バリウムの結晶格子におけるｃ軸とａ軸の結晶格子定数の比を示す。

その後このセラミック粉体と、有機バインダとしてポリビニルブチラール樹脂、溶剤としてｎ−酢酸ブチル、可塑剤としてフタル酸エステルなどを混合してセラミックスラリーを得る。そしてドクターブレード法などを用いて、焼成により誘電体層１０となるセラミックシートを作製する。

一方、第２のチタン酸バリウムとして（表１）に示す３種類のｃ／ａ値を持つものを、Ｎｉ粉末１００重量部に対して１５，２５，３０重量部と変え、所定量のＤｙ₂Ｏ₃などの希土類化合物、有機バインダとしてポリビニルブチラール樹脂、溶剤としてｎ−酢酸ブチル、可塑剤としてフタル酸エステルを混合して、焼成により内部電極１１となる金属ペーストを作製する。

ここで、セラミックシートに添加した第１のチタン酸バリウムと金属ペーストに添加した第２のチタン酸バリウムについて説明する。

チタン酸バリウム結晶格子のａ軸とｃ軸の長さの比であるｃ／ａの値は、１〜１．０１の間の値をとるが、この値が第１のチタン酸バリウムより第２のチタン酸バリウムの方が大きく、両者の差が大きいほど、焼成工程において両者の間での反応が起こりにくく、内部構造欠陥の抑制に寄与できるため好ましい。

なお、ｃ／ａの値が１．０１を越えるチタン酸バリウムは、結晶構造が異なるため積層セラミックコンデンサなどの誘電体層として用いることができない。

本実施の形態では、（表１）に示すように１．００６〜１．００８のｃ／ａ値を持つチタン酸バリウムを第１、第２のチタン酸バリウムとして用いた。

上記第１のチタン酸バリウム、第２のチタン酸バリウムの平均粒径は０．４μｍである。ただし、内部電極の欠陥を防止するため第２のチタン酸バリウムの粒径は、内部電極１１の厚みよりも大きくならないようにすることが重要である。

さらに、第１のチタン酸バリウムと第２のチタン酸バリウムは、固相法で作製したものである。この方法で作製すると、ｃ／ａの大きなチタン酸バリウムを容易に得ることができるからである。

（表１）に示したｃ／ａの値を持つチタン酸バリウムの焼結開始温度について、熱分析を用いて測定した結果、ｃ／ａ値が１．００６のものは１０５０℃であり、ｃ／ａ値が１．００７のものは１１５０℃であり、またｃ／ａが１．００８のものは１２００℃であった。

また、金属ペースト中の第２のチタン酸バリウムの重量は、金属粉末重量を１００重量部としたとき２５重量部以下（０を除く）、好ましくは１０〜２５重量部とするものであり、内部電極の欠陥の発生を抑制しつつ、誘電体層１０と内部電極１１の接着性を向上させることができる。ただし、２５重量部を越えると、このチタン酸バリウムによる内部電極１１の欠陥が顕著になり好ましくない。

次に、セラミックシートの上に上記の金属ペーストを所望の内部電極形状にスクリーン印刷する。

次いで、セラミックシートのみを複数枚積層したものの上に、金属ペーストを印刷したセラミックシートを所望の枚数積層し、さらにセラミックシートのみを複数枚積層し、積層体を得る。

次に、積層体を所望の形状に切断した後、ジルコニア粉末を敷いたジルコニア質のサヤに入れ、３５０℃まで窒素中で加熱し、有機バインダを燃焼させ、その後Ｎ₂＋Ｈ₂中、最高温度１２５０℃で２時間焼成して焼結体を得る。

この焼成過程について説明する。

まず５００〜６００℃で金属ペースト中のＮｉの焼結が開始するが、添加したチタン酸バリウムにより、Ｎｉ金属粉末同士が反応し、過度に焼結が進みすぎて表面張力によりＮｉが粒状になり、内部電極の連続性が損なわれるのを抑制する。

続いて、約１１００℃からセラミックシートの焼結が開始する。しかしながら、金属ペースト中のチタン酸バリウムのｃ／ａが１．００７の場合には、約１１５０℃以上にならなければ焼結を開始しない。

つまり、セラミックシートの焼結がほとんど完了した後、金属ペースト中のチタン酸バリウムが焼結することとなる。

その結果、金属ペーストとセラミックシート中のチタン酸バリウムが反応し、粒成長することによって誘起される内部電極１１の欠陥の発生を抑制することができるのである。

次に、得られた焼結体の内部電極１１の露出した端面に外部電極１２として、９００℃、窒素雰囲気焼成用銅ペーストを塗布、焼付け、図１に示すような積層セラミックコンデンサを得る。

これらの試料番号１〜５について、各々１００個の試料の断面を観察し、デラミネーションが発生している試料数をデラミネーション発生数として（表１）に示した。

（表１）に示したように、試料番号２〜４の積層セラミックコンデンサは、内部電極１１の欠陥であるデラミネーションの発生がなく、その結果所望の静電容量が得られている。

本実施の形態においては、金属ペースト中にセラミックシート中のチタン酸バリウムよりｃ／ａ（チタン酸バリウム結晶格子のａ軸とｃ軸の長さの比）の大きなチタン酸バリウムを添加する。温度変化に伴う相転移を行うチタン酸バリウムのｃ／ａは１〜１．０１の範囲で変動し、ｃ／ａが大きいほど焼結温度が高くなる。より好ましくは、内部電極１１に添加するチタン酸バリウムは、セラミックシートに添加するチタン酸バリウムより焼結温度が５０℃以上高いものを用いる。

この結果、金属ペーストとセラミックシートに添加したチタン酸バリウムの反応による異常粒成長を抑制し、内部電極１１の欠陥の発生を防止できる。

なお、本発明の実施の形態においては、ｃ／ａ値の異なるチタン酸バリウムを用いて内部電極となる金属ペーストの過焼結を抑制し、内部構造欠陥の発生を抑えたが、ｃ／ａ値を利用する代わりに結晶粒径の異なるチタン酸バリウムを用いて金属ペースト中のチタン酸バリウムの焼結開始温度をずらせることによっても上記と同様の効果が得られる。

本発明による積層セラミック電子部品の製造方法では、内部電極となる金属ペースト中に添加するチタン酸バリウムの結晶格子のｃ／ａの値を、誘電体層となるセラミックシート中の主成分であるチタン酸バリウムのｃ／ａ値よりも等しいか大きいものを用いたので、焼成時のチタン酸バリウムの焼結を制御することができ、内部電極の欠陥を抑制し、所望の電気特性を有する積層セラミック電子部品を提供することができるという効果を奏し積層セラミックコンデンサなどの積層セラミック電子部品の製造方法等に有用である。

本発明の実施の形態１における積層セラミックコンデンサの一部切欠斜視図

符号の説明

１０ 誘電体層
１１ 内部電極
１２ 外部電極

Claims (3)

1. 第１のチタン酸バリウムを主成分とするセラミックシートと金属粉末と第２のチタン酸バリウムを含有した金属ペーストとを交互に積層して積層体を作製する第１の工程と、前記積層体を焼成する第２の工程とを備え、前記第１のチタン酸バリウムの結晶格子のｃ軸とａ軸の比（ｃ／ａ）の値より前記第２のチタン酸バリウムの結晶格子のｃ軸とａ軸の比（ｃ／ａ）の値が大きいかまたは等しい値である積層セラミック電子部品の製造方法。
2. 第２のチタン酸バリウムは、金属粉末重量を１００重量部としたとき２５重量部以下（０を除く）であるものを用いる請求項１に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
3. 第２のチタン酸バリウムは、固相法で作製したものを用いる請求項１に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。

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