JP2005063707A - Electrode paste, and manufacturing method of ceramic electronic component - Google Patents

Electrode paste, and manufacturing method of ceramic electronic component Download PDF

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Riyuusuke Kamiyama
竜祐 上山
Akio Harada
昭雄 原田
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Daiken Kagaku Kogyo KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode paste capable of improving characteristics of an electrode film by expressing a high temperature sintering restraining action and a low temperature sintering restraining action in a baking process. <P>SOLUTION: The electrode paste 1 contains at least metal powder, more than one kind of dielectric precursor material 8 forming a dielectric by baking, and dielectric powder. Sintering among metal fine particles 2 at low temperature is restrained by the dielectric precursor material 8 in a molecular state, and sintering among metal fine particles 2 at high temperature is restrained by the fine particles of the dielectric precursor material 8. The sintering can be restrained over a whole range of temperature ranging from low temperature to high temperature in the baking process. The paste is a kind of all-round electrode paste which can be utilized for high temperature sintering and low temperature sintering. The electrode paste for a thick film or a thin film can be provided by adjusting the viscosity by adding suitable quantity of organic solvent 10 and resin 12. It is suitable for the dielectric precursor material 8 to contain 0.1 to 10 mass% of metal against the total mass of the metal powder, and a suitable content of the dielectric powder is 0.1 to 30 mass%. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス電子部品における電極形成用の電極ペーストに関し、更に詳細には、電極を形成する金属微粒子の燒結抑制剤として誘電体前駆物質と誘電体微粒子を用いた電極ペースト及びセラミックス電子部品の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、電極ペーストは、貴金属や卑金属の金属微粒子と、金属微粒子を分散させる有機溶剤と、粘度調整用の樹脂から構成されている。この電極ペーストをグリーンシートの表面に所定パターンに塗着して電極ペースト膜を形成し、このグリーンシートと電極ペースト膜を一体に焼成して、電極をセラミックス基板の上に同時に形成している。
【0003】
セラミックス粉末を有機バインダーと溶剤により混練してスラリーを形成し、このスラリーをシート化してグリーンシートが成形される。従って、グリーンシートを焼成すると、有機成分が除去され、グリーンシートは収縮しながらセラミックス基板に変化する。同時に、電極ペースト膜も有機成分が除去されて収縮しながら電極膜へと変化する。グリーンシートと電極ペースト膜の焼成収縮率に大きな違いがあると、電極膜がセラミックス基板から剥離したり、焼成により電極膜が局部的に球状化して電極膜に途切れが生じる危険性がある。
【0004】
一般に、金属微粒子は比較的に融点が低いから、焼成により相互に融解結合し、金属微粒子からなる皮膜は大きく収縮しながら緻密な金属皮膜に変化する。他方、セラミックス粒子は金属粒子より融点が高いから、焼成しても表面融解を起こすだけであり、相互に焼結しても収縮率は金属粒子より小さい。このため、電極ペースト膜の焼成収縮率はグリーンシートの焼成収縮率より一般に大きくなり、セラミックス基板から電極膜は剥離し易く、電極膜の不連続化が生じ易い。
【0005】
そこで、グリーンシートと電極ペースト膜の焼成収縮率をできるだけ接近させる必要ある。その一つの方法として、電極ペーストに誘電体粉末を混合する技術が開発されている。この技術は特開2001−291634号公報に従来技術の一例として開示されている。誘電体粉末の組成は、グリーンシートを構成するセラミックスの主成分とほぼ同組成に構成され、この添加される誘電体粉末を共材と称している。
【0006】
電極ペーストに誘電体粉末を混入すると、電極ペースト膜の中において金属微粒子の間に誘電体微粒子が介在することになる。この電極ペースト膜を焼成すると、誘電体微粒子が金属微粒子同士の融解結合を阻害するから、金属微粒子の焼結を抑制する効果が現れる。金属微粒子の焼結を抑制する作用は、直ちに電極膜の収縮率を小さくする効果を生じる。このように、電極ペーストに誘電体粉末を添加すると、電極ペースト膜の焼結抑制効果、即ち収縮抑制効果を奏するのである。
【0007】
また、前記誘電体粉末は、グリーンシートのセラミックス主成分と同組成に設定される。この理由は、電極ペースト膜の焼成収縮率をできるだけグリーンシートの焼成収縮率に近づけることにある。例えば、グリーンシートのセラミックス主成分がBaTiOであれば、電極ペーストの誘電体粉末としては同様にBaTiO粉末が選択される。このような誘電体粉末の添加により、電極ペースト膜はグリーンシートと組成的に近似し、電極ペースト膜とグリーンシートの焼成収縮特性が近似して、電極膜の剥離などが防止できるのである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、電極ペーストの中に誘電体粉末を添加すると、電極ペースト膜の焼成収縮率は確かに低下する。最近の研究によれば、この誘電体粉末の強制添加による焼成収縮率の低下は焼成温度が高い場合には効果的に発現する。しかし、誘電体粉末を添加しても一定度の焼成収縮は必ず生起し、誘電体粉末の添加だけではその焼成収縮を完全に防止することは不可能である。特に、焼成温度が低い場合には誘電体粉末の添加だけでは焼成収縮率が十分に低下しないということが理解されるようになってきた。このことは、誘電体粉末が添加されても、高温焼成対策とはなっても低温焼成の収縮抑制対策にはならないことを意味する。
【0009】
また、高温焼成といっても、実際には高温に到るまでに様々な温度過程を通過して焼成される。例えば、1300℃における焼成といっても、室温から温度上昇させて1300℃に到達するから、1300℃の長時間焼成を受ける前に、室温から1300℃の間の中間温度でも既に焼成されている。1300℃の収縮抑制効果があっても、500℃や1000℃の中間温度での焼成(低温焼成)に対しても収縮抑制効果が無ければ、低温焼成段階で高収縮を受けると、高温での収縮抑制も効果が半減すると考えられる。
【0010】
低い焼成温度による収縮現象は別の原因に求める必要がある。焼成温度が低い場合には、金属微粒子の融解は抑制され、セラミックス粒子と同様に表面融解して金属微粒子が表面同士で部分融解結合すると考えられる。低温焼成では、電極ペースト膜において、小さな隙間を介して離間していた金属微粒子が焼成により相互に接近して表面同士で結合し、隙間が無くなることによって収縮が生起する。微小な隙間の消失による収縮を防止することが、低温焼成による収縮抑制となる。
【0011】
このように微小な隙間の消失による収縮は誘電体微粒子の介在によっては防止できないことは明らかである。換言すれば、その隙間の大きさが誘電体微粒子の粒径以上であれば、誘電体微粒子を介在させることにより、金属微粒子同士の焼結を防止することは可能である。しかし、隙間の大きさが誘電体微粒子の粒径より小さい場合には、誘電体微粒子をその隙間に介在させること自体不可能になり、収縮防止のためには他の手段を採らなければならない。
【0012】
また、誘電体微粒子の粒径を小さくしようとする研究が行われている。誘電体微粒子の粒径を小さくして、金属微粒子間の隙間に誘電体微粒子を充填しようとする方法である。しかし、金属微粒子の粒径が小さくなると、焼結防止用の誘電体微粒子の粒径も必然的に小さくなる傾向にある。現在では、粒径としてナノサイズが要求され、例えば金属超微粒子に対しては誘電体超微粒子の開発が要請される。
【0013】
図15は、金属微粒子直径Dとスリーポケット直径dの関係を説明する概略図である。電極膜の導電性を確実にするためには、電極膜の密度を大きく設定することが要求される。電極膜密度が最高になるのは、金属微粒子2が最密充填される場合であり、この最密充填構造では、相互に接触する3個の金属微粒子2でスリーポケット4が形成される。
【0014】
スリーポケット直径dは、このスリーポケット4に入り得る粒子の最大直径で定義される。誘電体微粒子6をこのスリーポケット4に充填できれば、電極膜密度の最大化と焼結抑制を実現できるはずである。換言すれば、誘電体微粒子6の直径をスリーポケット直径d以下に設計することが必要になる。金属微粒子直径Dとスリーポケット直径dの関係は表1に示されている。
【0015】
<表1>金属微粒子直径Dとスリーポケット直径dの関係
<番号> <金属微粒子直径D> <スリーポケット直径d>
No.1 0.6μm 0.0929μm
No.2 0.4μm 0.0618μm
No.3 0.2μm 0.0309μm
No.4 0.1μm 0.0154μm
【0016】
金属微粒子2としてNi微粒子、誘電体微粒子としてBaTiO微粒子を使用した例で説明してみよう。従来から使用されている電極ペーストでは、0.6μmのNi微粒子に0.1μmのBaTiO微粒子が混合されている。この場合、スリーポケット直径dは0.0929μmであるから、0.1μmのBaTiO微粒子はほぼうまくスリーポケットに充填される。
【0017】
しかし、多層セラミックス電子部品の高密度化を行うには、電極膜のより一層の薄層化が要請される。例えば、直径Dが0.4μm又は0.2μmのNi微粒子を使用することが研究されている。このとき、スリーポケット直径dは0.0618μm又は0.0309μmと極めて小さくなる。このスリーポケット4に誘電体微粒子を充填するためには、0.06μmや0.03μmの直径を有したBaTiO微粒子が必要になる。このような誘電体微粒子はナノメートルサイズのBaTiO超微粒子と呼ばれ、研究途上にあるものの未だに実用化は困難な状況である。
【0018】
以上のように、金属微粒子と誘電体微粒子を混合した電極ペーストを用いる従来技術においては、金属微粒子の直径を小さくするとスリーポケット直径が急激に小さくなり、使用できる誘電体微粒子の直径に限界が存在するという弱点があった。このように、金属微粒子が相互に近接している場合に、その小さな隙間を充填する誘電体微粒子は現在のところ期待できない。
【0019】
セラミックス電子部品の種類によって焼成温度は様々であり、高温焼成でも低温焼成でも収縮抑制が必要である。また、前述したように、高温焼成といっても低温から高温までの温度履歴を経るから、高温収縮対策だけでなく、低温収縮対策も同時に取られる必要がある。更に、製造現場では、エネルギーの省力化や焼成炉の寿命延長を図るために、セラミックスを焼成する温度を次第に低下する傾向にある。従って、現在の誘電体微粒子では充填不可能な微小間隙の収縮防止を解決することが極めて重要になっている。
【0020】
従って、本発明は、誘電体微粒子の添加により高温焼成における収縮抑制を実現し、また新規な物質を補充添加することにより低温焼成における収縮抑制も実現できる電極ペーストを提供し、一つの電極ペーストで高温焼成及び低温焼成の両者に対応し、また任意の温度履歴を経る焼成に対しても最適な焼結抑制曲線を与える電極ペーストを提供することを目的とする。また、このような電極ペーストを用いてグリーンシートに電極ペースト膜を形成し、焼成によりセラミックス基板に電極膜を形成したセラミックス電子部品の新規な製造方法を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、本発明の第1の形態は、金属粉末と、焼成により誘電体を形成する1種以上の誘電体前駆物質と、誘電体粉末を少なくとも含有する電極ペーストである。
高温焼結抑制に誘電体微粒子を使用し、低温焼結抑制に焼成により誘電体を形成する1種以上の誘電体前駆物質を使用することによって、全温度範囲における焼結抑制を実現することに成功した。金属微粒子間の大きな隙間には誘電体微粒子を充填して金属微粒子間の焼成収縮を防止する。また、金属微粒子間の小さな隙間(誘電体微粒子が充填されない)には分子状の誘電体前駆物質を充填して、金属微粒子間の焼成収縮を防止する。誘電体前駆物質は焼成すると誘電体(セラミックス)を形成する化合物であり、有機金属化合物、有機金属錯体、有機金属レジネートなどの多様な金属化合物から選択される。これらの物質の金属とは、誘電体を構成する金属元素を意味する。例えば、誘電体としてBaTiOを選んだとき、BaとTiがその金属であり、BaTiOの前駆化合物とは、焼成することによってBaTiOを形成する化合物を意味している。例えば、オクチル酸チタンとオクチル酸バリウムを酸化雰囲気で焼成すると、有機物は燃焼により除去され、最終的にBaTiOなる誘電体が形成される。電極ペースト状態では、誘電体前駆物質は分子状であるから、金属微粒子間のどのような小さな隙間も誘電体前駆物質により密に充填される。ナノサイズの金属超微粒子により形成される微小なナノサイズのスリーポケットにも誘電体前駆物質を充填することができる。電極ペースト膜を焼成すると、誘電体前駆物質は充填状態のまま誘電体となり、任意形状の隙間に誘電体を形成できる。従って、この電極ペーストは、焼成に際して受ける低温から高温までの広範囲の温度履歴に対し最適な焼結抑制曲線を付与でき、電極ペースト膜が焼成の温度履歴過程の中で極力収縮しないようにする効果がある。また、電子部品の種類により焼成温度が異なる場合でも、高温焼成から低温焼成に到るまでの広範囲の焼成温度に使用できる万能型の電極ペーストでもある。粒径の小さな誘電体粉末を使用すると、金属微粒子の超微粒子化にも対応でき、電極膜の薄層化を通して多層セラミックス電子部品の小型化、高密度化及び高多層化も実現できる。
【0022】
本発明の第2の形態は、金属粉末と、焼成により誘電体を形成する1種以上の誘電体前駆物質と、誘電体粉末と、これらの物質を均一に分散させる有機溶媒を少なくとも含有する電極ペーストである。
金属粉末と誘電体粉末と誘電体前駆物質を有機溶媒に均一に分散させて電極ペーストを作成するから、金属粉末と誘電体粉末と誘電体前駆物質が電極ペースト内に均一に分散される。この電極ペーストを用いて電極ペースト膜を形成すると、溶液状の薄膜ペーストを形成でき、電極膜の薄膜化と同時に膜厚の均一化及び金属膜密度の均一化を実現できる。
【0023】
本発明の第3の形態は、金属粉末と、焼成により誘電体を形成する1種以上の誘電体前駆物質と、誘電体粉末と、これらの物質を均一に分散させる有機溶媒と、粘度調整用の樹脂を含有する電極ペーストである。
粘度を調整する樹脂を適量だけ添加するから、電極ペーストの粘度を自在に調整でき、粘度の高いペーストから低いペーストまで、市場の要求に自在に対応できる。
【0024】
本発明の第4の形態は、誘電体前駆物質が有機金属レジネートである電極ペーストである。
誘電体前駆物質が有機金属レジネートから構成される電極ペーストである。誘電体前駆物質として有機金属レジネートが最適である。有機金属レジネートとは有機金属樹脂酸塩のことであり、高級脂肪酸金属塩がその代表物質である。有機金属レジネートとして、例えば、ナフテン酸塩、オクチル酸塩、ステアリン酸塩、オレイン酸塩、パルミチン酸塩、ラウリン酸塩、ミリスチン酸塩、安息香酸塩、パラトイル酸塩、n−デカン酸塩、金属アルコキシド、金属アセチルアセトネートなどが使用される。これらの有機金属レジネートを焼成することにより、BaTiO、Ba(Ti/Zr)O、(Ba/Ca)(Ti/Zr)O、SrTiO、Pb(Ti/Zr)O等の任意形状の誘電体を簡単に形成することができる。
【0025】
本発明の第5の形態は、誘電体前駆物質の金属含有量が金属粉末の全量に対し0.1〜10質量%である電極ペーストである。
誘電体前駆物質の金属含有量を金属粉末の全量に対し0.1〜10質量%だけ添加すれば、低温焼成においても焼成収縮率を低下させて良好な導電性を有した電極膜を形成できる。誘電体前駆物質は通常金属酸化物であり、金属粉末の0.1〜10質量%の範囲に調整すると、セラミックス電子部品に要求される高度の電極膜を形成することができる。0.1質量%よりも少ないと低温焼結抑制が十分でなく、10質量%よりも多いと電極膜の導電性能に影響を与える。このように電極形成用の金属成分に対し微量の誘電体前駆物質を添加するだけで、低温焼成においても焼成収縮率が小さく、しかも緻密な電極膜を形成できる。
【0026】
本発明の第6の形態は、誘電体粉末の含有量が金属粉末の全量に対し0.1〜30質量%である電極ペーストである。
誘電体粉末の含有量を金属粉末の全量に対し0.1〜30質量%だけ添加すれば、高温焼成においても焼成収縮率を低下させ、良好な導電性を有した電極膜を形成できる。0.1質量%よりも少ないと、高温焼結抑制が十分ではなく、30質量%よりも多くなると電極膜の導電特性に影響を与える。金属粉末の0.1〜30質量%の範囲に調整することにより、セラミックス電子部品に要求される高度特性を有した電極膜を形成することができる。このように電極形成用の金属成分に対し適量の誘電体粉末を添加するだけで、高温焼成においても焼成収縮率が小さく、しかも緻密で表面平滑性の高い電極膜を形成できる。
【0027】
本発明の第7の形態は、金属粉末を構成する金属微粒子の平均粒径が0.1〜0.5μmであり、前記誘電体粉末を構成する誘電体微粒子の平均粒径が0.05〜0.3μmである電極ペーストである。
平均粒径が0.1〜0.5μmの微小な金属微粒子を使用し、同時に平均粒径が0.05〜0.3μmの微小な誘電体微粒子を使用するから、電極膜を一層に薄膜化することが可能になる。電極膜の薄膜化は、セラミックス電子部品の超多層化や超高密度化を実現でき、電子装置やパソコン、特に携帯電話の一層の小型化に貢献することができる。
【0028】
本発明の第8形態は、誘電体前駆物質の組成及び誘電体粉末が、グリーンシートを形成する誘電体の主成分に一致するように構成される電極ペーストである。
誘電体粉末及び誘電体前駆物質の組成が、グリーンシートを形成する誘電体の主成分に対応するように構成されるから、電極ペースト膜の焼成収縮率をグリーンシートの焼成収縮率に極力合致させることが可能になる。グリーンシートは誘電体粉末、樹脂、他の成分を混錬してシート状に形成された素材であり、焼成により誘電体からなるセラミックス基板へと変化する。誘電体前駆物質は焼成により誘電体となり、誘電体粉末は焼成されても変質せず、そのまま誘電体である。
これらの誘電体組成を、グリーンシートを形成する誘電体の主成分と同じ組成で構成するから、電極膜の焼成収縮率をグリーンシートの焼成収縮率に近似させることができる。従って、焼成しても電極膜がグリーンシート(セラミックス基板)から剥離せず、安定した電極膜を秀麗に形成することができる。しかも、特に分子状の誘電体前駆物質は、焼成時に金属微粒子の挙動を妨害しないから、金属微粒子同士を確実に焼結でき、低温焼成でも安定で均一な電極膜が形成される利点がある。
【0029】
本発明の第9の形態は、前記電極ペーストを用いてグリーンシートの上に電極ペースト膜を形成し、このグリーンシートと電極ペースト膜を一体に焼成して有機成分を除去し、この焼成によりセラミックス基板の上に所望パターンの電極膜を形成するセラミックス電子部品の製造方法である。
グリーンシート上に前記電極ペーストを用いて電極ペースト膜を形成すれば、高温焼成又は低温焼成のいずれの焼成によっても良好な品質の電極膜をセラミックス基板に形成することができる。この焼成温度はグリーンシートのセラミックス焼結を行える温度で決まり、焼結温度の高低選択に対し一つの電極ペーストで対応できる画期的なセラミックス電子部品の製造方法を提供できる。焼成により形成された電極膜は超薄膜であっても導電性が極めて高く、また電極膜とグリーンシートの焼成収縮率がほぼ同様であるから、電極膜とセラミックス基板の間に無理な応力が作用せず、高密度且つ高導電性を有した長寿命のセラミックス電子部品を提供できる。セラミックス電子部品には、例えばセラミックス回路基板、セラミックスコンデンサ、セラミックスインダクタ、セラミックス圧電素子、セラミックスアクチュエータなどがある。多くの電子部品のセラミックス化に対応できるセラミックス電子部品の製造方法を提供する。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る電極ペースト及びセラミックス電子部品の製造方法の実施形態を添付する図面に従って詳細に説明する。
【0031】
図1は本発明に係る電極ペースト1の概略説明図である。容器3の中で電極ペースト1が調製されている。金属微粒子2からなる金属粉末と、誘電体微粒子6からなる誘電体粉末と、誘電体粉末と同組成の誘電体前駆物質8と、これらの物質2、6、8を一様に分散させる有機溶媒10と、粘度を調整する樹脂12を混錬して電極ペースト6が形成される。電極ペースト1は前記した5種類の物質を均一に混合攪拌されて適度な粘性を有するように構成されている。
【0032】
金属微粒子2は、Ir・Os・Rh・Pd・Ru・Au・Pt・Agからなる少なくとも1種又は2種の単一貴金属微粒子でも良いし合金貴金属微粒子、他の遷移金属からなる卑金属微粒子でも良い。近年、半導体や電子材料のコストダウンやコストの安定化の観点から貴金属材料から卑金属材料への転換が図られており、貴金属に替えてNiやCu等が電極の金属材料として使用されつつある。従って、Cu微粒子やNi微粒子といった卑金属微粒子を本発明に使用することによって電極ペースト1の大幅なコストダウンを図ることができる。しかも、CuやNiの市場価格は貴金属と比較して安定しており、電極ペースト1の価格安定化にも貢献できる。
【0033】
本発明で使用される金属微粒子2の断面直径(粒径)Dは、μmオーダーの金属微粒子でもよいし、nmオーダーの金属超微粒子でもよい。より詳細には、1〜10μmのミクロンサイズの金属微粒子や0.1〜1μmのサブミクロンサイズの金属微粒子に限られず、1〜100nmのナノサイズの金属超微粒子も本発明では使用できる。特に、0.1〜0.5μmの金属微粒子の場合には、容易に材料入手が可能であり、本発明の電極ペーストの製造が容易である。
【0034】
特に、本発明では分子状の誘電体前駆物質8を使用するから、ナノサイズの金属超微粒子により形成されるスリーポケットでも、分子状の誘電体前駆物質を充填することができる。金属超微粒子を電極ペースト1に使用すると、ナノサイズ膜厚の電極膜を形成でき、しかも金属超微粒子のスリーポケットを誘電体で充填した構造になるから、電極膜の超薄膜化を実現でき、セラミックス電子部品の高密度化と小型化に貢献できる。
【0035】
本発明では、誘電体微粒子6から構成される誘電体粉末が電極ペースト1に添加されている。この誘電体微粒子6は微細なセラミックス微粒子で、後述するグリーンシートを焼成して形成されるセラミックス基板と同材質で構成される。例えば、セラミックス基板の主成分がBaTiOであれば、誘電体微粒子6としてBaTiOのセラミックス微粒子が選択される。この観点から、誘電体微粒子6はBaTiO、Ba(Ti/Zr)O、(Ba/Ca)(Ti/Zr)O、SrTiO、(Ba/Sr)TiO、Pb(Ti/Zr)O、その他の誘電体から構成される。
【0036】
誘電体微粒子6が電極ペースト1に添加されると、ペーストの混練によって金属微粒子2、2の間に誘電体微粒子6が介在することになる。電極ペースト膜を焼成しても、誘電体微粒子6は金属微粒子2、2同士の焼結を抑制し、焼成による収縮率を低下させる作用を奏する。また、誘電体微粒子6をグリーンシートの主成分と同材質で構成すると、電極ペースト膜の焼成による収縮率がグリーンシートの収縮率に接近し、電極膜の剥離などが防止できる。
【0037】
本発明で使用される誘電体微粒子6の断面直径(粒径)は、μmオーダーの誘電体微粒子でもよいし、nmオーダーの誘電体超微粒子でもよい。より詳細には、1〜10μmのミクロンサイズの誘電体微粒子や0.1〜1μmのサブミクロンサイズの誘電体微粒子に限られず、1〜100nmのナノサイズの誘電体超微粒子も本発明では使用できる。特に、0.05〜0.3μmの誘電体微粒子の場合には、材料入手が比較的簡単であり、本発明の電極ペーストの製造が容易である。
【0038】
本発明では、誘電体前駆物質8が電極ペースト1に添加されている。誘電体前駆物質8は、焼成することによって誘電体を生成する分子状の原料化合物を意味している。誘電体前駆物質8は分子であるから、その粒子サイズは極めて小さく、どのような局所領域にも進入することができる。しかも、誘電体前駆物質8の材質は、誘電体微粒子6と同様に、グリーンシートを構成する誘電体の主成分と同組成に設定される。
【0039】
グリーンシートを構成するセラミックス微粒子は誘電体微粒子である。この誘電体は、例えばチタン酸バリウム(BaTiO、略称はBT)、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム(SrTiO、略称はST)、チタン酸バリウムストロンチウム((Ba/Sr)TiO)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Ti/Zr)O)、チタン酸カルシウム、ジルコン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、酸化亜鉛、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などがある。これらの中でも、セラミックコンデンサのグリーンシートの主成分はチタン酸バリウム(BT)であることが多い。
【0040】
誘電体前駆物質8は分子状の化合物であり、前述したようにそのサイズは極めて小さい。つまり、誘電体前駆物質8は金属微粒子2によって形成されるスリーポケット4にも簡単に進入し、このような微細な領域を充填する作用をする。また、金属微粒子2の表面には誘電体前駆物質8の薄い被覆膜が形成されると考えられる。従って、焼成すると、誘電体前駆物質8は誘電体へと変質しながら金属微粒子2、2同士の焼結を抑制する作用を行う。また、誘電体前駆物質8の組成はグリーンシートの主成分と同じ組成に設定されるから、電極ペースト膜の焼成収縮率をグリーンシートの焼成収縮率に近接させる作用を有している。従って、前記誘電体微粒子6と共に誘電体前駆物質8は、電極膜がセラミックス基板から剥離することを防止する。
【0041】
誘電体微粒子6と誘電体前駆物質8の金属微粒子2に対する焼結抑制作用について説明しておく。本発明者等は、誘電体微粒子6は高温における焼結抑制作用を担い、誘電体前駆物質8は低温における焼結抑制作用を担うと考えている。電極ペースト1が誘電体微粒子6と誘電体前駆物質8の両者を含有すると、高温や低温といった広範囲の焼成温度に対して電極ペーストは焼結抑制作用を有すると考えられる。焼成温度又は焼成プロファイルは、セラミックス材料やセラミックス電子部品の材質に応じて種々に変更されるから、本発明の電極ペーストが有効になる。また、一つの焼成過程においても低温から高温までの広範囲の温度変化を受けるから、前記電極ペーストはこの温度変化の全過程において焼結抑制作用を奏する効果がある。
【0042】
焼結抑制のミクロなメカニズムは次のように考えられる。誘電体微粒子6は金属微粒子2、2の間に介在し、誘電体前駆物質8はスリーポケット4を充填したり、金属微粒子2の表面を薄く被覆する。高温では、金属微粒子2が完全融解する可能性があり、誘電体微粒子6が融解した金属微粒子同士の接合を阻害して焼結を抑制する。また、低温では、金属微粒子2が表面融解するから、誘電体前駆物質8による被腹膜が金属微粒子同士の接合を阻害して焼結を抑制する。このような、2重の焼結抑制作用により、本発明の電極ペーストは高温焼成に対しても低温焼成に対しても焼結抑制を奏するのである。従って、本発明は、低温焼成領域から高温焼成領域までの温度範囲で電極ペーストの焼結をスムーズに行い、焼結抑制コントロールを実現する画期的な電極ペーストを提供できる。
【0043】
誘電体前駆物質8は、焼成によって前述した誘電体を生成する原料化合物であり、焼成により誘電体を形成できる全ての化合物が利用できる。この誘電体前駆物質として、有機金属化合物、有機金属錯体、有機金属レジネート、金属酸化物、金属炭酸塩などの金属化合物が使用できる。ここで、金属とは誘電体を構成する金属原子を意味しており、例えばBaTiOのBaとTi、SrTiOのSrとTi、Pb(Ti/Zr)OのPbとTiとZrである。
【0044】
主要な誘電体であるBaTiOを生成する方法には、TiOとBaO又はBaCOの混合融解、シュウ酸チタン酸バリウムの熱分解、チタンアルコキシドとバリウムアルコキシドのゾルゲル法、水酸化チタンと水酸化バリウムの縮重合、ナフテン酸チタンとナフテン酸バリウムの焼成、オクチル酸チタンとオクチル酸バリウムの焼成、水熱合成法など種々の方法が存在する。従って、これらの方法の原料成分、即ち、TiOとBaO又はBaCO、シュウ酸チタン酸バリウム、チタンアルコキシドとバリウムアルコキシド、水酸化チタンと水酸化バリウム、ナフテン酸チタンとナフテン酸バリウム、オクチル酸チタンとオクチル酸バリウムなどの原料化合物が誘電体前駆物質8を構成する。
【0045】
これらの誘電体前駆物質8を分類すれば、金属原子と炭素原子が直接結合する有機金属化合物、金属原子に配位子が結合した有機金属錯体、粘性を有した高級脂肪酸金属塩などからなる有機金属レジネート、金属酸化物や金属炭酸塩などからなる無機金属化合物などから構成される。
【0046】
こららの中でも有機金属レジネートが、本発明の誘電体前駆物質8として好適である。有機金属レジネートとして、例えば、ナフテン酸塩、オクチル酸塩、ステアリン酸塩、オレイン酸塩、パルミチン酸塩、ラウリン酸塩、ミリスチン酸塩、安息香酸塩、パラトイル酸塩、n−デカン酸塩、金属アルコキシド、金属金属アセチルアセトネートなどが使用される。
【0047】
有機溶媒10としては、誘電体前駆物質8を均一に分散できる全ての溶剤が使用できる。例えば、アルコール、アセトン、プロパノール、エーテル、石油エーテル、ベンゼン、酢酸エチル、ミネラルスピリット、その他の石油系溶剤、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、ターピネオールアセテート、ブチルカルビトール、セロソルブ類、芳香族類、ジエチルフタレートなどが使用できる。誘電体前駆物質8が完全に分散(溶解)した状態では溶液は着色透明状態となる。
【0048】
まず、本発明では、誘電体前駆物質8を均一に分散・溶解させた中間溶液を作製する。この溶液が着色透明状態になっていることを確認して、誘電体前駆物質8が分子状態で有機溶媒に均一に分散・溶解していることを判別する。誘電体前駆物質8として有機金属レジネートを使用した場合には、この中間溶液をレジネート溶液と称する。
【0049】
この中間溶液に金属微粒子2及び誘電体微粒子6を均一に分散させると、金属微粒子2の添加量にも依存するが、中間溶液は金属微粒子2に特有の金属色を発色する。この金属色が溶液全体にムラ無く広がっていることによって、金属微粒子2が溶液内に均一に分散していることが判別できる。
【0050】
本発明で使用できる樹脂12は、電極ペースト1の粘度を調整できる有機樹脂で、金属微粒子2と誘電体微粒子6と誘電体前駆物質8と有機溶媒10を均一に混錬できる材料が好ましい。例えば、エチルセルロース、ニトロセルロース、ブチラール、アクリルコパイバルサム、ダンマーなどが利用できる。このような樹脂を前記溶液と混錬して電極ペーストに適当な粘度を与える。
【0051】
電極ペースト1では、誘電体粉末は金属粉末の全量に対し0.1〜30質量%添加される。0.1質量%以下では高温における焼結抑制が不十分となり、30質量%以上では電極ペーストを焼成してできる電極膜の導電性に問題が生じ易い。また、誘電体前駆物質8は金属粉末の全量に対し0.1〜10質量%添加される。0.1質量%以下では低温における焼結抑制が不十分となり、10質量%以上では前記電極膜の導電性に問題が生じる。これらの範囲内において、誘電体粉末と誘電体前駆物質8の適量が電極ペースト1に添加される。
【0052】
図2は焼成によりセラミック電子部品22を製造する工程図である。(2A)では、電極ペースト膜16がグリーンシート14上に所定形状に形成される。まず、セラミックス微粒子からなるセラミックス粉末と有機バインダーと有機溶媒を混練してスラリーが形成される。このスラリーをシート状に成形してグリーンシート14が形成される。このグリーンシート14の表面に前記電極ペースト1をスクリーン印刷して電極ペースト膜16が形成される。
【0053】
(2B)では、焼成により有機物が除去され、グリーンシート14はセラミックス基板18に変化し、電極ペースト膜16は電極膜20に変化する。詳細に説明すると、グリーンシート14では、焼成により有機物が全て除去され、セラミックス微粒子が相互に焼結してセラミックス基板18になる。また、電極ペースト膜16では、焼成により全ての有機物が除去され、金属微粒子2が相互に焼結して導電性のある電極膜20が形成される。
【0054】
図3は電極ペースト膜16の部分拡大断面図である。大円は金属微粒子2、小円は誘電体微粒子6、三角は誘電体前駆物質8を表している。この実施例では、金属微粒子2としてNi微粒子(Ni−Particle)、誘電体微粒子6としてBaTiO粒子(Powder―Particle)、誘電体前駆物質8としてBaTiOレジネート(Reginate―Particle)が使用されている。
【0055】
誘電体微粒子6は金属微粒子2、2の間に介在しているのに対し、誘電体前駆物質8はスリーポケット4や微細な隙間に分散している。図示されていない有機溶媒10や樹脂12は全体に分散している。この電極ペースト膜16を焼成すると、図3の分布状態が全体に収縮しながら焼結されると考えればよい。つまり、三角の誘電体前駆物質8はその分布状態でBaTiOへと変化する。また、誘電体微粒子6も相互に焼結しながらBaTiOへと変化する。金属微粒子2は焼結抑制を受けながら、相互に焼結して電極膜20へと変化する。
【0056】
有機物の除去と焼結により、グリーンシート14は収縮しながらBaTiOのセラミックス基板18になる。誘電体微粒子6と誘電体前駆物質8もBaTiOにセラミックス化して電極膜20が形成される。セラミックス成分がBaTiOと共通しているから、電極ペースト膜16とグリーンシート14の焼成収縮率は相互に近似している。従って、電極膜20がセラミックス基板18から剥離したり、球状化して途中で途切れるといったことが防止される。
【0057】
図2に関し補足すると、電極膜20とセラミックス基板18からセラミックス電子部品22が構成される。電極膜20の剥離が無いから、セラミックス電子部品22の寿命の長期化を図ることができる。また、電極ペースト膜16が形成されたグリーンシート14を複数枚積層し、全体を焼成する。この結果、複数のグリーンシート14と電極ペースト膜16は焼成によりセラミックス基板18と電極膜20に変化し、多層セラミックス電子部品が製造される。本発明が対象とするセラミックス電子部品には、セラミックス回路基板、セラミックスコンデンサ、セラミックスインダクタ、セラミックス圧電素子、セラミックスアクチュエータなどがある。
【0058】
【実施例】
[実施例1:0.02μm電極ペースト]
次に、具体的な実施例について説明する。金属粉末としては、CVD法により製造された市販の粒径0.2μmのNi粉末が用いられた。このNi粉末を解粒処理して、平均粒径が0.2μmの単分散のNi粉末が得られた。解粒処理は、分散媒としてn−ヘキサンを用い、メジアミルにより流動速度と流動長さを調整し、湿式処理で行われた。
【0059】
誘電体粉末として、粒径が0.1μmのBaTiO粉末(堺化学工業株式会社製BT−01)がNi粉末に対し0〜10質量%可変して添加された。誘電体前駆物質として、BaTiOレジネートがNi粉末に対し1質量%添加された。このBaTiOレジネートは、有機金属レジネートの一種であるオクチル酸バリウムとオクチル酸チタンから構成される。BaTiOレジネートが1質量%であるのは、誘電体粉末を添加しない場合に、最も効率的な添加量であることが実験的に確認されたからである。勿論、BaTiOレジネートは0.1〜10質量%の範囲で添加すれば効果があることも確認された。分散用の有機溶媒としてターピネオール、粘度調整用の樹脂としてエチルセルロースが用いられた。全成分の組成比は表2に示されている。Ni粉末を100質量%(mass%)としたときに、各成分の質量%が示されている。
【0060】
<表2>電極ペーストの組成
Ni金属粉末(0.2μm) 100質量%
BaTiO粉末(0.1μm) 0〜10質量%
BaTiOレジネート 1質量%
ターピネオール 12質量%
エチルセルロース 4質量%
【0061】
前記BaTiOレジネートとしてBa化合物とTi化合物以外の成分を添加してもよい。例えば、第1例は、オクチル酸バリウムとオクチル酸マグネシウムとオクチル酸チタンとオクチル酸ジルコニウムとオクチル酸ホルミウムを、金属質量比が、Ba:Ti=1.0:1.0になるように混合したBaTiOレジネートである。また、第2例は、ナフテン酸バリウムとナフテン酸カルシウムとナフテン酸マグネシウムとナフテン酸チタンとナフテン酸ジルコニウムとナフテン酸ホルミウムを、金属質量比が、Ba:Ti:Zr=0・948:0.48:0.16になるように混合したBaTiOレジネートである。このように、BaTiOレジネートとして、目的に応じて種々に調製できる。
【0062】
このようにして調製された電極ペーストの乾燥密度(グリーン密度、Green Density)が次のようにして計測された。ペットフィルム上にアプリケータを用いて、厚さ約200μmの電極ペースト膜を形成し、100℃で1時間乾燥した後、ペットフィルムから乾燥電極ペースト膜を剥がし取った。この乾燥電極ペースト膜をポンチを用いて20mmの円盤型にくりぬき、厚みをマイクロメータで測り、精密天秤で質量を測定した。質量/体積からグリーン密度を計算して求めた。
【0063】
図4は乾燥電極ペースト膜の密度(グリーン密度)とBaTiO粉末の含有量との関係図である。縦軸は乾燥電極ペースト膜の密度(グリーン密度、Green Density)、横軸はBaTiO粉末の添加率(質量%)である。Ni微粒子は粒径0.2μmであり、BaTiOレジネートの添加量は1質量%に固定されている。
【0064】
この図のグラフから、次のような状況が推定される。BaTiO粉末の添加率が0質量%では、Ni微粒子間に空隙が形成され、その空隙の存在によりグリーン密度が低下する。5質量%になるとNi微粒子間の空隙がBaTiO粉末で充填されるため、グリーン密度が最大に達する。10質量%になるとBaTiO微粒子間の空隙によりグリーン密度が低下することが分かった。
【0065】
従来のように、直径が0.1μmのBaTiOの誘電体微粒子を混入した電極ペーストでは、Ni金属量に対し、10質量%の誘電体微粒子を添加していた。これに対し、本発明では、5質量%でグリーン密度が最大に達するから、BaTiO微粒子の添加率は5質量%に設定できる。従って、誘電体の添加量が従来より1/2に低下し、その分だけ電極膜の導電性が向上し、また誘電体の無駄が省ける。
【0066】
また、焼成前のこのグリーン密度から考慮して、誘電体粉末の含有量が金属粉末の全量に対し0.1〜30質量%の範囲に調整されるならば、本発明の電極ペーストとして利用できることが分かった。つまり、誘電体粉末が5質量%で最適であるが、グリーン密度の変化範囲から判断して誘電体粉末は0.1〜30質量%の範囲において利用できる。
【0067】
次に、電極ペースト膜を焼成して電極膜に変化させ、その焼成収縮率を計測した。電極ペーストの組成は表2に示される通りで、BaTiO粉末の添加量は0、5、10(質量%)の3通りに調整された。グリーン密度測定用に作製された円盤型試料を97%N+3%Hの還元雰囲気中に配置した。毎分3℃の温度上昇率で、600℃、800℃、1000℃、1300℃の4段階の焼成温度に設定され、各試料を1時間焼成した。
【0068】
図5は本発明の電極ペースト(0.2μmNi微粒子)を用いて得られた電極膜の焼成収縮率と焼成温度の関係図である。縦軸は焼成収縮率(Shrinkage)、横軸は焼成温度(Temperature)である。白円はBaTiOが0質量%、三角はBaTiOが5質量%、四角はBaTiOが10質量%の場合を示す。黒円はグリーンシート単体の焼成収縮率を示す。
【0069】
BaTiOの添加量が増大するに従って、電極ペースト膜の焼成収縮率は低下することが分かった。電極ペースト膜の焼成収縮率がグリーンシートの焼成収縮率に接近する方が電極膜の剥離などが生じない。グラフの全体から判断して、BaTiOの添加量が10質量%の場合にグリーンシートの収縮率曲線に最接近している。他方、グリーン密度の観点では、5質量%の場合が最適であった。
焼成収縮率とグリーン密度の両者から判断して、BaTiO粉末の添加量が0.1〜10(質量%)の範囲が、電極ペーストとして好適であり、2〜8(質量%)の範囲で最適であることが分かる。
【0070】
図6は、本発明において電極膜(0.2μmNi微粒子)の各焼結温度に対する走査型電子顕微鏡像である。(6A)はBaTiO粉末が0質量%、(6B)はBaTiO粉末が5質量%、(6C)はBaTiO粉末が10質量%の場合を示している。各場合において、BaTiOレジネートの添加量は1質量%に固定されている。
【0071】
BaTiO粉末が0質量%(6A)では、焼成温度600℃でBaTiOレジネートによる焼結抑制が観察される。焼成温度800℃ではNi微粒子がネック成長を開始している。1000℃になると粒成長が始まり、1300℃では粒成長が顕著に起こっていることが観察される。BaTiO粉末が全く添加されていないため、1300℃の高温では粒成長が加速的に起こり、粒成長を抑制する効果が見られなかったと考えられる。
【0072】
BaTiO粉末が5質量%(6B)では、BaTiOレジネートがNi微粒子間に入り込んで焼結抑制しており、BaTiO粉末が10質量%(6C)においてもBaTiOレジネートによる焼結抑制効果が観察された。BaTiO3粉末が添加されていても、BaTiOレジネートによる焼結抑制効果は減殺されないことが明らかになった。即ち、BaTiOレジネートは低温焼成において焼結抑制効果を有していることが電子顕微鏡的に証明された。
【0073】
(6B)及び(6C)では、焼成温度が800℃、1000℃になると、BaTiO粉末がNi微粒子の焼結を抑制していることが観察された。1300℃になると、BaTiO粉末が焼結して粒成長し、Ni微粒子間に入り込んでNi粒子の焼結抑制効果を持続していることが観察された。このように、焼結面の微細構造の観察から、低温領域ではBaTiOレジネートが焼結抑制を奏し、高温領域ではBaTiO粉末が焼結抑制を奏することが実証された。
【0074】
[実施例2:多層セラミックスコンデンサ(実施例1の電極ペースト)]
図7は本発明の電極ペーストを用いて10層積層した多層セラミックスコンデンサ(MLCC)の断面図である。この電極ペーストは実施例1から選択されたもので、粒径0.2μmのNi粉末を100質量%、BaTiOレジネートを1質量%、粒径0.1μmのBaTiO粉末を5質量%添加して調製されたものである。
【0075】
前記電極ペーストを用いてグリーンシートにスクリーン印刷法で電極ペースト膜が形成された。所定パターンに形成された電極ペースト膜は0.7〜0.9μmの膜厚を有している。このグリーンシートを10枚積層し、上下面にカバーシートを被覆し多層セラミックスコンデンサの積層素体が形成された。
【0076】
この積層素体を上下からプレスした状態で焼成が行われた。焼成温度は1270℃で、2時間焼成され、積層セラミックスコンデンサが作製された。この積層セラミックスコンデンサは適当な断面で切断され、この断面の走査型電子顕微鏡像が図7に示されている。電極膜の膜厚は0.7〜0.9μmであった。電極膜には剥離現象や途切れ現象が発生せず、所定パターンを保持して秀麗に形成されていることが分かった。次に、この多層セラミックコンデンサの電気特性が測定された。
【0077】
図8は多層セラミックスコンデンサの電気容量の測定図である。横線が電気容量の平均値、縦線がそのバラツキ範囲を与える。測定はLCRメータ(Agilent Technologies社製)で行われた。電気容量の平均値は、38.6(nF)であった。バラツキの最大値は41.9(nF)、最小値は34.8(nF)であった。10層の多層セラミックコンデンサとしては十分な電気容量を示している。
【0078】
図9は多層セラミックスコンデンサの誘電損失tanδ(%)の測定図である。横線が誘電損失の平均値、縦線がそのバラツキ範囲を与える。測定はLCRメータ(Agilent Technologies社製)で行われた。誘電損失の平均値は2.40%であった。バラツキの最大値は2.90%、最小値は2.26%であった。10層の多層セラミックコンデンサとしては誘電損失が一定以下に抑えられていることが分かった。
【0079】
図10は多層セラミックスコンデンサの電気抵抗R(Ω)の測定図である。横線が電気抵抗の平均値、縦線がそのバラツキ範囲を与える。測定は絶縁抵抗計(Agilent Technologies社製)で行われた。電気抵抗の平均値は1.1×1010(Ω)であり、バラツキの最大値は2.8×1010(Ω)、最小値は5.6×10(Ω)であった。10層の多層セラミックコンデンサとしては十分な絶縁抵抗を示した。
【0080】
[実施例3:0.1μm電極ペースト]
実施例1と比較して粒径を変更した電極ペーストを調製した。金属粉末としては、湿式還元法により製造された粒径0.1μmのNi粉末が用いられた。このNi粉末を解粒処理して、平均粒径が0.1μmの単分散のNi粉末が得られた。解粒処理は、n−ヘキサンを分散媒として用い、メジアミルにより流動速度と流動長さを調整して湿式処理で行われた。
【0081】
誘電体粉末として、粒径が0.05μmのBaTiO粉末(堺化学工業株式会社製BT−01)がNi粉末に対し12質量%添加された。誘電体前駆物質として、BaTiOレジネートがNi粉末に対し2質量%添加された。このBaTiOレジネートは、有機金属レジネートの一種であるナフテン酸バリウムとナフテン酸チタンから構成される。分散用の有機溶媒としてターピネオール、粘度調整用の樹脂としてエチルセルロースが用いられた。全成分の組成比は表3に示されている。Ni粉末を100質量%(mass%)としたときに、各成分の質量%が示されている。
【0082】
<表3>電極ペーストの組成
Ni金属粉末(0.1μm) 100質量%
BaTiO粉末(0.05μm) 12質量%
BaTiOレジネート 2質量%
ターピネオール 14質量%
エチルセルロース 5質量%
【0083】
[実施例4:多層セラミックスコンデンサ(実施例3の電極ペースト)]
図11は表3の電極ペーストを用いて10層積層した多層セラミックスコンデンサ(MLCC)の断面図である。この電極ペーストは、粒径0.1μmのNi粉末を100質量%、BaTiOレジネートを2質量%、粒径0.05μmのBaTiO粉末を15質量%添加して調製されたものである。
【0084】
前記電極ペーストを用いてグリーンシートにスクリーン印刷法で電極ペースト膜が形成された。所定パターンに形成された電極ペースト膜は0.6〜1.0μmの膜厚を有している。このグリーンシートを10枚積層し、上下面にカバーシートを被覆し多層セラミックスコンデンサの積層素体が形成された。
【0085】
この積層素体を上下からプレスした状態で焼成が行われた。焼成温度は1270℃で、2時間焼成され、積層セラミックスコンデンサが作製された。この積層セラミックスコンデンサは適当な断面で切断され、この断面の走査型電子顕微鏡像が図11に示されている。電極膜の膜厚は0.6〜0.8μmであった。電極膜には剥離現象や途切れ現象が発生せず、所定パターンを保持して秀麗に形成されていることが分かった。次に、この多層セラミックコンデンサの電気特性が測定された。
【0086】
図12は多層セラミックスコンデンサの電気容量の測定図である。横線が電気容量の平均値、縦線がそのバラツキ範囲を与える。電気容量の平均値は、44.0(nF)であった。バラツキの最大値は45.9(nF)、最小値は35.7(nF)であった。10層の多層セラミックコンデンサとしては十分な電気容量を有している。
【0087】
図13は多層セラミックスコンデンサの誘電損失tanδ(%)の測定図である。横線が誘電損失の平均値、縦線がそのバラツキ範囲を与える。誘電損失の平均値は2.52%であった。バラツキの最大値は2.79%、最小値は2.41%であった。10層の多層セラミックコンデンサとしては誘電損失が一定以下に抑えられていることが分かった。
【0088】
図14は多層セラミックスコンデンサの電気抵抗R(Ω)の測定図である。横線が電気抵抗の平均値、縦線がそのバラツキ範囲を与える。電気抵抗の平均値は7.7×10(Ω)であり、バラツキの最大値は8.8×10(Ω)、最小値は7.1×10Ω)であった。10層の多層セラミックコンデンサとしては十分な絶縁抵抗を示した。
【0089】
本発明は上記実施例及び実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例及び設計変更をその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【0090】
【発明の効果】
本発明の第1の形態を用いると、誘電体微粒子により高温焼結抑制を行い、焼成により誘電体を形成する1種以上の誘電体前駆物質により低温焼結抑制を行う電極ペーストを提供でき、全温度範囲における焼結抑制を実現する万能型電極ペーストを提供できる。従って、焼成に際して受ける低温から高温までの広範囲の温度変化に対して、焼結抑制作用をその全温度範囲で持続でき、電極膜特性の飛躍的な改善効果がある。また、電子部品の種類により焼成温度が変更される場合、即ち、低温焼成により製造されるセラミックス電子部品に対しても、高温焼成により製造されるセラミックス電子部品に対しても、同一の電極ペーストを用いて対応できる利点がある。電極ペーストを使用する電子部品業界にコストダウンと電極特性の改善をもたらすことができる。
【0091】
本発明の第2の形態を用いると、金属粉末と誘電体粉末と誘電体前駆物質を有機溶媒に均一に分散させることができ、溶液状の電極ペーストを提供できる。有機溶媒の添加量により、高濃度から低高度に亘る電極ペーストを製造できる。高濃度の電極ペーストにより厚膜の電極膜を形成でき、また低濃度の電極ペーストにより薄膜の電極膜を形成できる。しかも有機溶媒の添加により成分の均一分散性が高まり、電極膜の金属密度の均一化を実現できる。
【0092】
本発明の第3形態を用いると、金属粉末と誘電体粉末と誘電体前駆物質を有機溶媒に均一に分散させ、しかも樹脂を添加して粘度を自在に調節した電極ペーストを提供できる。樹脂の添加量が多ければ高粘度の電極ペーストを製造でき、樹脂の添加量が少なければ低粘度の電極ペーストを製造できる。高粘度の電極ペーストは厚膜用に利用でき、低粘度の電極ペーストは薄膜用に利用できる等、市場の要求に自在に対応できる電極ペーストを実現できる。
【0093】
本発明の第4の形態を用いると、誘電体前駆物質として有機金属レジネートを使用した電極ペーストを提供できる。有機金属レジネートとは有機金属樹脂酸塩であり、高級脂肪酸金属塩がその代表物質である。有機金属レジネートには多種類の金属化合物が含まれ、金属種の変更や分子サイズの変更が極めて容易であり、貴金属から卑金属に亘る種々の電極ペーストを提供できる利点がある。
【0094】
本発明の第5の形態を用いると、誘電体前駆物質の金属含有量を金属粉末の全量に対し0.1〜10質量%の範囲で調製した電極ペーストを提供できる。この範囲内で誘電体前駆物質の金属含有量を変化させると、電極膜の導通特性を良好に保持した状態で、低温焼結抑制の程度を調節でき、市場の要求を自在に満足させる電極ペーストを提供できる利点がある。
【0095】
本発明の第6の形態を用いると、誘電体粉末の含有量を金属粉末の全量に対し0.1〜30質量%の範囲で調製した電極ペーストを提供できる。この範囲内で誘電体粉末の含有量を変化させると、電極膜の導通特性を良好に保持した状態で、高温焼結抑制の程度を調節でき、多様な市場要求を自在に満足させる電極ペーストを提供できる利点がある。
【0096】
本発明の第7の形態を用いると、金属微粒子や誘電体微粒子として可能な限りの極小微粒子を使用して、電極膜を超薄膜に形成することが可能になる。セラミックス電子部品の小型化は電極膜の薄膜化に依存しており、この発明によりセラミックス電子部品の超多層化や超高密度化を実現できる。従って、電子装置やパソコン、特に携帯電話の一層の小型化に貢献でき、高度モバイル社会の実現に貢献できる。
【0097】
本発明の第8の形態を用いると、誘電体粉末及び誘電体前駆物質の組成を、グリーンシートを形成する誘電体の主成分に一致させるから、電極ペースト膜の焼成収縮率をグリーンシートの焼成収縮率に近似させることができる。焼成収縮率が近似すると、電極膜がセラミックス基板から剥離せず、また電極膜にクラックが入らないので、緻密で導通性能の高い電極膜を形成できる利点がある。
【0098】
本発明の第9の形態を用いると、セラミックス電子部品の種類に応じて焼成温度の高低を選択する場合に、一つの電極ペーストで対応できる画期的なセラミックス電子部品の製造方法を提供できる。従来のように、焼成温度毎に多種類の電極ペーストを用意しないから、セラミックス電子部品の製造コストの低減に寄与できる。セラミックス電子部品には、例えばセラミックス回路基板、セラミックスコンデンサ、セラミックスインダクタ、セラミックス圧電素子、セラミックスアクチュエータなどがある。また、今後出現する新規なセラミックス電子部品の製造方法にも本発明を使用することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電極ペースト1の概略説明図である。
【図2】焼成によりセラミック電子部品22を製造する工程図である。
【図3】電極ペースト膜16の部分拡大断面図である。
【図4】乾燥電極ペースト膜の密度(グリーン密度)とBaTiO粉末の含有量との関係図である。
【図5】本発明の電極ペースト(0.2μmNi微粒子)を用いて得られた電極膜の焼成収縮率と焼成温度の関係図である。
【図6】本発明において電極膜(0.2μmNi微粒子)の各焼結温度に対する走査型電子顕微鏡像である。
【図7】本発明の電極ペーストを用いて10層積層した多層セラミックスコンデンサ(MLCC)の断面図である。
【図8】多層セラミックスコンデンサの電気容量の測定図である。
【図9】多層セラミックスコンデンサの誘電損失tanδ(%)の測定図である。
【図10】多層セラミックスコンデンサの電気抵抗R(Ω)の測定図である。
【図11】表3の電極ペーストを用いて10層積層した多層セラミックスコンデンサ(MLCC)の断面図である。
【図12】表3の電極ペーストを用いた多層セラミックスコンデンサの電気容量の測定図である。
【図13】表3の電極ペーストを用いた多層セラミックスコンデンサの誘電損失tanδ(%)の測定図である。
【図14】表3の電極ペーストを用いた多層セラミックスコンデンサの電気抵抗R(Ω)の測定図である。
【図15】金属微粒子直径Dとスリーポケット直径dの関係を説明する概略図である。
【符号の説明】
1 電極ペースト
2 金属微粒子
3 容器
4 スリーポケット
6 誘電体粒子
8 誘電体前駆物質
10 有機溶媒
12 樹脂
14 グリーンシート
16 電極ペースト膜
18 セラミックス基板
20 電極膜
22 セラミックス電子部品
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode paste for forming an electrode in a ceramic electronic component. More specifically, the present invention relates to an electrode paste using a dielectric precursor and dielectric fine particles as a sintering inhibitor for metal fine particles forming an electrode, and a ceramic electronic component. It relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Usually, the electrode paste is composed of noble metal or base metal fine metal particles, an organic solvent in which the fine metal particles are dispersed, and a viscosity adjusting resin. The electrode paste is applied to the surface of the green sheet in a predetermined pattern to form an electrode paste film, and the green sheet and the electrode paste film are integrally fired to simultaneously form electrodes on the ceramic substrate.
[0003]
Ceramic powder is kneaded with an organic binder and a solvent to form a slurry, and the slurry is formed into a sheet to form a green sheet. Therefore, when the green sheet is fired, the organic component is removed, and the green sheet is changed into a ceramic substrate while contracting. At the same time, the electrode paste film also changes into an electrode film while shrinking due to removal of organic components. When there is a large difference in the firing shrinkage rate between the green sheet and the electrode paste film, there is a risk that the electrode film is peeled off from the ceramic substrate, or the electrode film is locally spheroidized by firing and the electrode film is interrupted.
[0004]
In general, since the metal fine particles have a relatively low melting point, they are melt-bonded to each other by firing, and the film made of the metal fine particles changes into a dense metal film while contracting greatly. On the other hand, since ceramic particles have a higher melting point than metal particles, they only cause surface melting even when fired, and their shrinkage rate is smaller than that of metal particles even when sintered together. For this reason, the firing shrinkage rate of the electrode paste film is generally larger than the firing shrinkage rate of the green sheet, the electrode film is easily peeled off from the ceramic substrate, and the electrode film is likely to be discontinuous.
[0005]
Therefore, it is necessary to make the firing shrinkage rates of the green sheet and the electrode paste film as close as possible. As one of the methods, a technique of mixing dielectric powder with electrode paste has been developed. This technique is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-291634 as an example of the prior art. The composition of the dielectric powder is substantially the same as that of the main component of the ceramic constituting the green sheet, and this added dielectric powder is called a co-material.
[0006]
When the dielectric powder is mixed in the electrode paste, the dielectric fine particles are interposed between the metal fine particles in the electrode paste film. When this electrode paste film is baked, the dielectric fine particles inhibit the fusion bond between the metal fine particles, so that the effect of suppressing the sintering of the metal fine particles appears. The action of suppressing the sintering of the metal fine particles immediately produces an effect of reducing the contraction rate of the electrode film. As described above, when the dielectric powder is added to the electrode paste, the effect of suppressing the sintering of the electrode paste film, that is, the effect of suppressing the shrinkage is exhibited.
[0007]
The dielectric powder is set to the same composition as the ceramic main component of the green sheet. This is because the firing shrinkage rate of the electrode paste film is as close as possible to the firing shrinkage rate of the green sheet. For example, the ceramic main component of the green sheet is BaTiO 3 Then, as the dielectric powder of the electrode paste, similarly BaTiO 3 A powder is selected. By adding such a dielectric powder, the electrode paste film approximates the composition of the green sheet, and the firing shrinkage characteristics of the electrode paste film and the green sheet approximate to prevent peeling of the electrode film.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when dielectric powder is added to the electrode paste, the firing shrinkage rate of the electrode paste film is surely lowered. According to recent research, the reduction in firing shrinkage due to the forced addition of dielectric powder is effectively manifested at higher firing temperatures. However, even if the dielectric powder is added, a certain degree of firing shrinkage always occurs, and it is impossible to completely prevent the firing shrinkage only by adding the dielectric powder. In particular, it has been understood that when the firing temperature is low, the firing shrinkage rate is not sufficiently reduced only by the addition of dielectric powder. This means that even if dielectric powder is added, it is not a countermeasure for suppressing shrinkage in low-temperature firing even if it is a countermeasure for high-temperature firing.
[0009]
Moreover, even if it says high temperature baking, it is actually baked by passing through various temperature processes until reaching a high temperature. For example, even when firing at 1300 ° C., the temperature rises from room temperature to reach 1300 ° C., so that it is already fired even at an intermediate temperature between room temperature and 1300 ° C. before being fired for a long time at 1300 ° C. . Even if there is a shrinkage suppressing effect at 1300 ° C., if there is no shrinkage suppressing effect even when firing at an intermediate temperature of 500 ° C. or 1000 ° C. (low temperature firing), when subjected to high shrinkage at the low temperature firing stage, Inhibition of shrinkage is considered to be half the effect.
[0010]
The shrinkage phenomenon due to the low firing temperature must be determined for another reason. When the firing temperature is low, melting of the metal fine particles is suppressed, and it is considered that the surface of the metal fine particles is melted in the same manner as the ceramic particles, and the metal fine particles are partially melt-bonded between the surfaces. In the low-temperature firing, in the electrode paste film, the metal fine particles that have been separated through a small gap approach each other by firing and are bonded to each other, and shrinkage occurs due to the absence of the gap. Preventing shrinkage due to the disappearance of minute gaps results in suppression of shrinkage due to low-temperature firing.
[0011]
It is clear that shrinkage due to the disappearance of such a minute gap cannot be prevented by the presence of dielectric fine particles. In other words, if the size of the gap is equal to or larger than the particle size of the dielectric fine particles, it is possible to prevent the metal fine particles from being sintered by interposing the dielectric fine particles. However, when the size of the gap is smaller than the particle size of the dielectric fine particles, it becomes impossible to interpose the dielectric fine particles in the gap itself, and other means must be taken to prevent shrinkage.
[0012]
In addition, research is being conducted to reduce the particle size of the dielectric fine particles. In this method, the particle size of the dielectric fine particles is reduced to fill the gaps between the metal fine particles with the dielectric fine particles. However, when the particle size of the metal fine particles becomes small, the particle size of the dielectric fine particles for preventing sintering tends to be inevitably small. At present, nanosize is required as the particle size, and for example, development of dielectric ultrafine particles is required for ultrafine metal particles.
[0013]
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the relationship between the metal fine particle diameter D and the three pocket diameter d. In order to ensure the conductivity of the electrode film, it is required to set the density of the electrode film large. The electrode film density is maximized when the metal fine particles 2 are closely packed, and in this close-packed structure, the three pockets 4 are formed by the three metal fine particles 2 that are in contact with each other.
[0014]
The three pocket diameter d is defined by the maximum diameter of the particles that can enter the three pocket 4. If the dielectric fine particles 6 can be filled in the three pockets 4, it should be possible to maximize the electrode film density and suppress the sintering. In other words, it is necessary to design the diameter of the dielectric fine particles 6 to be not more than the three pocket diameter d. The relationship between the metal fine particle diameter D and the three pocket diameter d is shown in Table 1.
[0015]
<Table 1> Relationship between metal fine particle diameter D and three pocket diameter d
<Number><Metal fine particle diameter D><Three pocket diameter d>
No. 1 0.6μm 0.0929μm
No. 2 0.4μm 0.0618μm
No. 3 0.2μm 0.0309μm
No. 4 0.1μm 0.0154μm
[0016]
Ni fine particles as metal fine particles 2 and BaTiO as dielectric fine particles 3 Let's take an example using fine particles. In the electrode paste conventionally used, 0.6 μm Ni fine particles are added to 0.1 μm BaTiO. 3 Fine particles are mixed. In this case, since the three pocket diameter d is 0.0929 μm, 0.1 μm BaTiO is used. 3 The fine particles are almost well filled into the three pockets.
[0017]
However, in order to increase the density of the multilayer ceramic electronic component, it is required to further reduce the thickness of the electrode film. For example, it has been studied to use Ni fine particles having a diameter D of 0.4 μm or 0.2 μm. At this time, the three pocket diameter d is as extremely small as 0.0618 μm or 0.0309 μm. In order to fill the three pockets 4 with dielectric fine particles, BaTiO having a diameter of 0.06 μm or 0.03 μm is used. 3 Fine particles are required. Such dielectric fine particles are nanometer-sized BaTiO. 3 Although called ultrafine particles, it is still in the process of research, but it is still difficult to put into practical use.
[0018]
As described above, in the prior art using an electrode paste in which metal fine particles and dielectric fine particles are mixed, when the diameter of the metal fine particles is reduced, the three pocket diameter is drastically reduced, and there is a limit to the diameter of the usable dielectric fine particles. There was a weak point to do. Thus, when the metal fine particles are close to each other, dielectric fine particles that fill the small gap cannot be expected at present.
[0019]
The firing temperature varies depending on the type of ceramic electronic component, and it is necessary to suppress shrinkage in both high-temperature firing and low-temperature firing. Further, as described above, even if high-temperature firing is performed, a temperature history from low temperature to high temperature is passed, so that not only high-temperature shrinkage countermeasures but also low-temperature shrinkage countermeasures must be taken at the same time. Furthermore, at the manufacturing site, in order to save energy and extend the life of the firing furnace, the temperature for firing ceramics tends to gradually decrease. Therefore, it is extremely important to solve the prevention of shrinkage of minute gaps that cannot be filled with current dielectric fine particles.
[0020]
Therefore, the present invention provides an electrode paste that can realize shrinkage suppression in high-temperature firing by adding dielectric fine particles, and can provide shrinkage suppression in low-temperature firing by supplementing and adding a novel substance. An object of the present invention is to provide an electrode paste corresponding to both high-temperature firing and low-temperature firing, and giving an optimum sintering suppression curve even for firing through an arbitrary temperature history. It is another object of the present invention to provide a novel method for manufacturing a ceramic electronic component in which an electrode paste film is formed on a green sheet using such an electrode paste and the electrode film is formed on a ceramic substrate by firing.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a first embodiment of the present invention includes a metal powder, one or more dielectric precursors that form a dielectric by firing, and a dielectric powder. It is an electrode paste containing at least.
To achieve sintering suppression in the entire temperature range by using dielectric fine particles for high temperature sintering suppression and using one or more dielectric precursors that form a dielectric by firing for low temperature sintering suppression Successful. Large gaps between the metal fine particles are filled with dielectric fine particles to prevent firing shrinkage between the metal fine particles. Further, a small gap between the metal fine particles (not filled with dielectric fine particles) is filled with a molecular dielectric precursor to prevent firing shrinkage between the metal fine particles. The dielectric precursor is a compound that forms a dielectric (ceramics) when fired, and is selected from various metal compounds such as organometallic compounds, organometallic complexes, and organometallic resinates. The metal of these substances means a metal element constituting a dielectric. For example, BaTiO as a dielectric 3 Ba and Ti are the metals when BaTiO is selected. 3 The precursor compound of BaTiO3 is obtained by firing. 3 Means a compound that forms For example, when titanium octylate and barium octylate are baked in an oxidizing atmosphere, organic substances are removed by combustion, and finally BaTiO 3 is removed. 3 A dielectric is formed. In the electrode paste state, since the dielectric precursor is molecular, any small gaps between the metal fine particles are densely filled with the dielectric precursor. A minute nano-sized three pocket formed by nano-sized metal ultrafine particles can be filled with a dielectric precursor. When the electrode paste film is baked, the dielectric precursor becomes a dielectric in a filled state, and a dielectric can be formed in a gap of any shape. Therefore, this electrode paste can give an optimum sintering suppression curve for a wide range of temperature history from low temperature to high temperature received during firing, and the electrode paste film is prevented from shrinking as much as possible during the firing temperature history process. There is. In addition, even when the firing temperature varies depending on the type of electronic component, it is a universal electrode paste that can be used for a wide range of firing temperatures from high temperature firing to low temperature firing. Use of a dielectric powder having a small particle size can cope with ultrafine metal fine particles, and the multilayer ceramic electronic component can be miniaturized, densified and multi-layered through thinning of the electrode film.
[0022]
The second aspect of the present invention is an electrode containing at least a metal powder, one or more dielectric precursors that form a dielectric by firing, a dielectric powder, and an organic solvent that uniformly disperses these substances. It is a paste.
Since the metal powder, the dielectric powder, and the dielectric precursor are uniformly dispersed in the organic solvent to prepare the electrode paste, the metal powder, the dielectric powder, and the dielectric precursor are uniformly dispersed in the electrode paste. When an electrode paste film is formed using this electrode paste, a solution-like thin film paste can be formed, and the film thickness can be made uniform and the metal film density can be made uniform simultaneously with the thinning of the electrode film.
[0023]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a metal powder, one or more dielectric precursors that form a dielectric by firing, a dielectric powder, an organic solvent that uniformly disperses these substances, and a viscosity adjusting agent. It is an electrode paste containing the resin.
Since an appropriate amount of resin for adjusting the viscosity is added, the viscosity of the electrode paste can be freely adjusted, and it is possible to freely meet market demands from high viscosity pastes to low pastes.
[0024]
A fourth aspect of the present invention is an electrode paste in which the dielectric precursor is an organometallic resinate.
An electrode paste in which the dielectric precursor is composed of an organometallic resinate. Organometallic resinates are optimal as the dielectric precursor. The organometallic resinate is an organometallic resinate, and a higher fatty acid metal salt is a representative substance. Examples of organometallic resinates include naphthenate, octylate, stearate, oleate, palmitate, laurate, myristate, benzoate, paratoylate, n-decanoate, metal Alkoxides, metal acetylacetonates and the like are used. By firing these organometallic resinates, BaTiO 3 , Ba (Ti / Zr) O 3 , (Ba / Ca) (Ti / Zr) O 3 , SrTiO 3 , Pb (Ti / Zr) O 3 It is possible to easily form a dielectric having an arbitrary shape such as.
[0025]
The fifth embodiment of the present invention is an electrode paste in which the metal content of the dielectric precursor is 0.1 to 10% by mass with respect to the total amount of the metal powder.
If the metal content of the dielectric precursor is added by 0.1 to 10% by mass with respect to the total amount of the metal powder, an electrode film having good conductivity can be formed by reducing the firing shrinkage rate even in low-temperature firing. . The dielectric precursor is usually a metal oxide, and when it is adjusted to a range of 0.1 to 10% by mass of the metal powder, a high-level electrode film required for a ceramic electronic component can be formed. If it is less than 0.1% by mass, the low-temperature sintering is not sufficiently suppressed, and if it exceeds 10% by mass, the conductive performance of the electrode film is affected. Thus, by adding a small amount of a dielectric precursor to the metal component for electrode formation, it is possible to form a dense electrode film with a low firing shrinkage rate even in low-temperature firing.
[0026]
The sixth aspect of the present invention is an electrode paste in which the content of the dielectric powder is 0.1 to 30% by mass with respect to the total amount of the metal powder.
If the content of the dielectric powder is added in an amount of 0.1 to 30% by mass with respect to the total amount of the metal powder, the firing shrinkage rate can be reduced even in high-temperature firing, and an electrode film having good conductivity can be formed. If it is less than 0.1% by mass, the high-temperature sintering is not sufficiently suppressed, and if it exceeds 30% by mass, the conductive properties of the electrode film are affected. By adjusting the range of 0.1 to 30% by mass of the metal powder, an electrode film having advanced characteristics required for ceramic electronic components can be formed. In this way, by adding an appropriate amount of dielectric powder to the metal component for electrode formation, an electrode film having a small firing shrinkage ratio and high density and high surface smoothness can be formed even at high temperature firing.
[0027]
In the seventh aspect of the present invention, the average particle size of the metal fine particles constituting the metal powder is 0.1 to 0.5 μm, and the average particle size of the dielectric fine particles constituting the dielectric powder is 0.05 to The electrode paste is 0.3 μm.
Since fine metal fine particles with an average particle size of 0.1 to 0.5 μm are used, and fine dielectric fine particles with an average particle size of 0.05 to 0.3 μm are used at the same time, the electrode film is further thinned. It becomes possible to do. The reduction in the thickness of the electrode film can realize super-multilayering and ultra-high density of ceramic electronic components, and can contribute to further miniaturization of electronic devices and personal computers, particularly mobile phones.
[0028]
The eighth embodiment of the present invention is an electrode paste configured such that the composition of the dielectric precursor and the dielectric powder coincide with the main component of the dielectric forming the green sheet.
Since the composition of the dielectric powder and the dielectric precursor is configured to correspond to the main component of the dielectric forming the green sheet, the firing shrinkage rate of the electrode paste film is matched to the firing shrinkage rate of the green sheet as much as possible. It becomes possible. The green sheet is a material formed into a sheet shape by kneading dielectric powder, resin, and other components, and changes to a ceramic substrate made of a dielectric material by firing. The dielectric precursor becomes a dielectric upon firing, and the dielectric powder does not change even when fired, and remains a dielectric.
Since these dielectric compositions are composed of the same composition as the main component of the dielectric forming the green sheet, the firing shrinkage rate of the electrode film can be approximated to the firing shrinkage rate of the green sheet. Therefore, even if baked, the electrode film does not peel from the green sheet (ceramic substrate), and a stable electrode film can be excellently formed. Moreover, since the molecular dielectric precursor does not disturb the behavior of the metal fine particles during firing, the metal fine particles can be reliably sintered with each other, and there is an advantage that a stable and uniform electrode film can be formed even at low temperature firing.
[0029]
According to a ninth aspect of the present invention, an electrode paste film is formed on a green sheet using the electrode paste, and the green sheet and the electrode paste film are integrally fired to remove organic components. This is a method for manufacturing a ceramic electronic component in which an electrode film having a desired pattern is formed on a substrate.
If an electrode paste film is formed on the green sheet using the electrode paste, a good quality electrode film can be formed on the ceramic substrate by either high-temperature baking or low-temperature baking. This firing temperature is determined by the temperature at which the green sheet can be sintered, and can provide a revolutionary ceramic electronic component manufacturing method that can cope with the selection of the sintering temperature with a single electrode paste. Even if the electrode film formed by firing is an ultra-thin film, the conductivity is extremely high, and the firing shrinkage rate of the electrode film and the green sheet is almost the same, so an excessive stress acts between the electrode film and the ceramic substrate. Therefore, a long-life ceramic electronic component having high density and high conductivity can be provided. Examples of the ceramic electronic component include a ceramic circuit board, a ceramic capacitor, a ceramic inductor, a ceramic piezoelectric element, and a ceramic actuator. The present invention provides a method for manufacturing ceramic electronic parts that can cope with the conversion of many electronic parts into ceramics.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an electrode paste and a method for producing a ceramic electronic component according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0031]
FIG. 1 is a schematic explanatory view of an electrode paste 1 according to the present invention. An electrode paste 1 is prepared in the container 3. Metal powder made of metal fine particles 2, dielectric powder made of dielectric fine particles 6, dielectric precursor 8 having the same composition as the dielectric powder, and organic solvent for uniformly dispersing these materials 2, 6 and 8 10 and resin 12 for adjusting the viscosity are kneaded to form electrode paste 6. The electrode paste 1 is configured so as to have an appropriate viscosity by uniformly mixing and stirring the above-described five kinds of substances.
[0032]
The metal fine particles 2 may be at least one kind or two kinds of single noble metal fine particles made of Ir, Os, Rh, Pd, Ru, Au, Pt, Ag, alloy noble metal fine particles, or base metal fine particles made of other transition metals. . In recent years, from the viewpoint of cost reduction of semiconductors and electronic materials and cost stabilization, conversion from noble metal materials to base metal materials has been attempted, and Ni, Cu, and the like are being used as electrode metal materials instead of noble metals. Therefore, the cost of the electrode paste 1 can be significantly reduced by using base metal fine particles such as Cu fine particles and Ni fine particles in the present invention. In addition, the market price of Cu and Ni is more stable than that of noble metals, which can contribute to price stabilization of the electrode paste 1.
[0033]
The cross-sectional diameter (particle diameter) D of the metal fine particle 2 used in the present invention may be a metal fine particle on the order of μm or a metal ultrafine particle on the order of nm. More specifically, the present invention is not limited to 1 to 10 μm micron-sized metal fine particles and 0.1 to 1 μm submicron-sized metal fine particles, and 1 to 100 nm nano-sized metal ultrafine particles can also be used in the present invention. In particular, in the case of 0.1 to 0.5 μm metal fine particles, the material can be easily obtained, and the production of the electrode paste of the present invention is easy.
[0034]
In particular, since the molecular dielectric precursor 8 is used in the present invention, the molecular dielectric precursor can be filled even in a three pocket formed by nano-sized ultrafine metal particles. When ultrafine metal particles are used in the electrode paste 1, a nano-sized electrode film can be formed, and the three pockets of ultrafine metal particles are filled with a dielectric, so that an ultrathin electrode film can be realized. Contributes to high density and miniaturization of ceramic electronic components.
[0035]
In the present invention, a dielectric powder composed of dielectric fine particles 6 is added to the electrode paste 1. The dielectric fine particles 6 are fine ceramic fine particles and are made of the same material as a ceramic substrate formed by firing a green sheet described later. For example, the main component of the ceramic substrate is BaTiO 3 If so, BaTiO as the dielectric fine particles 6 3 Ceramic fine particles are selected. From this point of view, the dielectric fine particles 6 are BaTiO. 3 , Ba (Ti / Zr) O 3 , (Ba / Ca) (Ti / Zr) O 3 , SrTiO 3 , (Ba / Sr) TiO 3 , Pb (Ti / Zr) O 3 And other dielectrics.
[0036]
When the dielectric fine particles 6 are added to the electrode paste 1, the dielectric fine particles 6 are interposed between the metal fine particles 2 and 2 by kneading the paste. Even when the electrode paste film is fired, the dielectric fine particles 6 have the effect of suppressing the sintering of the metal fine particles 2 and 2 and reducing the shrinkage rate due to the firing. Further, when the dielectric fine particles 6 are made of the same material as the main component of the green sheet, the shrinkage rate due to the firing of the electrode paste film approaches the shrinkage rate of the green sheet, and peeling of the electrode film can be prevented.
[0037]
The cross-sectional diameter (particle size) of the dielectric fine particles 6 used in the present invention may be a dielectric fine particle on the order of μm or a dielectric ultrafine particle on the order of nm. More specifically, the present invention is not limited to 1 to 10 μm micron-sized dielectric fine particles and 0.1 to 1 μm submicron-sized dielectric fine particles, and 1 to 100 nm nano-sized dielectric ultrafine particles can also be used in the present invention. . In particular, in the case of dielectric fine particles of 0.05 to 0.3 μm, the material acquisition is relatively easy, and the production of the electrode paste of the present invention is easy.
[0038]
In the present invention, the dielectric precursor 8 is added to the electrode paste 1. The dielectric precursor 8 means a molecular raw material compound that generates a dielectric by firing. Since the dielectric precursor 8 is a molecule, its particle size is extremely small and can enter any local region. Moreover, the material of the dielectric precursor 8 is set to the same composition as the main component of the dielectric constituting the green sheet, as with the dielectric fine particles 6.
[0039]
The ceramic fine particles constituting the green sheet are dielectric fine particles. This dielectric is, for example, barium titanate (BaTiO 3 , Abbreviation BT), barium zirconate titanate, strontium titanate (SrTiO) 3 , Abbreviated ST), barium strontium titanate ((Ba / Sr) TiO) 3 ), Lead zirconate titanate (Pb (Ti / Zr) O) 3 ), Calcium titanate, barium zirconate, lithium niobate, lithium tantalate, zinc oxide, alumina, zirconia, aluminum nitride, silicon nitride and the like. Among these, the main component of the ceramic capacitor green sheet is often barium titanate (BT).
[0040]
The dielectric precursor 8 is a molecular compound, and its size is extremely small as described above. That is, the dielectric precursor 8 easily enters the three pockets 4 formed by the metal fine particles 2 and functions to fill such fine regions. Further, it is considered that a thin coating film of the dielectric precursor 8 is formed on the surface of the metal fine particle 2. Therefore, when fired, the dielectric precursor 8 acts to suppress sintering of the metal fine particles 2 while being transformed into a dielectric. Moreover, since the composition of the dielectric precursor 8 is set to the same composition as the main component of the green sheet, it has the effect of bringing the firing shrinkage rate of the electrode paste film close to the firing shrinkage rate of the green sheet. Therefore, the dielectric precursor 8 together with the dielectric fine particles 6 prevents the electrode film from peeling off from the ceramic substrate.
[0041]
The sintering suppressing action of the dielectric fine particles 6 and the dielectric precursor 8 on the metal fine particles 2 will be described. The present inventors consider that the dielectric fine particles 6 are responsible for sintering suppression at high temperatures, and the dielectric precursor 8 is responsible for sintering inhibition at low temperatures. When the electrode paste 1 contains both the dielectric fine particles 6 and the dielectric precursor 8, it is considered that the electrode paste has a sintering suppressing action against a wide range of firing temperatures such as high temperature and low temperature. Since the firing temperature or firing profile is variously changed according to the material of the ceramic material or ceramic electronic component, the electrode paste of the present invention is effective. In addition, since the electrode paste is subjected to a wide range of temperature changes from a low temperature to a high temperature in one firing process, the electrode paste has an effect of suppressing sintering in the entire process of the temperature change.
[0042]
The micro mechanism of sintering suppression is considered as follows. The dielectric fine particles 6 are interposed between the metal fine particles 2 and 2, and the dielectric precursor 8 fills the three pockets 4 or covers the surface of the metal fine particles 2 thinly. At high temperatures, there is a possibility that the metal fine particles 2 are completely melted, and the bonding of the metal fine particles in which the dielectric fine particles 6 are melted is inhibited to suppress sintering. Further, since the metal fine particles 2 melt at a low temperature, the peritoneum due to the dielectric precursor 8 inhibits the bonding between the metal fine particles and suppresses the sintering. Due to such a double sintering inhibiting action, the electrode paste of the present invention exhibits sintering inhibition against both high temperature firing and low temperature firing. Therefore, the present invention can provide an epoch-making electrode paste that smoothly sinters the electrode paste in the temperature range from the low temperature firing region to the high temperature firing region and realizes the sintering suppression control.
[0043]
The dielectric precursor 8 is a raw material compound that generates the above-described dielectric by firing, and any compound that can form a dielectric by firing can be used. As this dielectric precursor, metal compounds such as organometallic compounds, organometallic complexes, organometallic resinates, metal oxides, and metal carbonates can be used. Here, the metal means a metal atom constituting a dielectric, for example, BaTiO. 3 Ba and Ti, SrTiO 3 Sr and Ti, Pb (Ti / Zr) O 3 Pb, Ti, and Zr.
[0044]
BaTiO, the main dielectric 3 The method of generating TiO 2 And BaO or BaCO 3 Mixed melting, thermal decomposition of barium oxalate titanate, sol-gel method of titanium alkoxide and barium alkoxide, condensation polymerization of titanium hydroxide and barium hydroxide, baking of titanium naphthenate and barium naphthenate, titanium octylate and barium octylate There are various methods such as calcination and hydrothermal synthesis. Therefore, the raw material components of these methods, namely TiO 2 And BaO or BaCO 3 The raw material compounds such as barium oxalate titanate, titanium alkoxide and barium alkoxide, titanium hydroxide and barium hydroxide, titanium naphthenate and barium naphthenate, titanium octylate and barium octylate constitute the dielectric precursor 8.
[0045]
If these dielectric precursors 8 are classified, an organic metal compound in which a metal atom and a carbon atom are directly bonded, an organic metal complex in which a ligand is bonded to a metal atom, a higher fatty acid metal salt having viscosity, and the like are included. It is composed of inorganic resin compounds such as metal resinates, metal oxides and metal carbonates.
[0046]
Among these, organometallic resinates are suitable as the dielectric precursor 8 of the present invention. Examples of organometallic resinates include naphthenate, octylate, stearate, oleate, palmitate, laurate, myristate, benzoate, paratoylate, n-decanoate, metal Alkoxides, metal metal acetylacetonates and the like are used.
[0047]
As the organic solvent 10, any solvent that can uniformly disperse the dielectric precursor 8 can be used. For example, alcohol, acetone, propanol, ether, petroleum ether, benzene, ethyl acetate, mineral spirit, other petroleum solvents, terpineol, dihydroterpineol, terpineol acetate, butyl carbitol, cellosolves, aromatics, diethyl phthalate, etc. Can be used. When the dielectric precursor 8 is completely dispersed (dissolved), the solution is colored and transparent.
[0048]
First, in the present invention, an intermediate solution in which the dielectric precursor 8 is uniformly dispersed and dissolved is prepared. After confirming that this solution is in a colored transparent state, it is determined that the dielectric precursor 8 is uniformly dispersed and dissolved in the organic solvent in the molecular state. When an organometallic resinate is used as the dielectric precursor 8, this intermediate solution is referred to as a resinate solution.
[0049]
When the metal fine particles 2 and the dielectric fine particles 6 are uniformly dispersed in the intermediate solution, the intermediate solution develops a metal color peculiar to the metal fine particles 2 depending on the amount of the metal fine particles 2 added. By this metal color spreading evenly throughout the solution, it can be determined that the metal fine particles 2 are uniformly dispersed in the solution.
[0050]
The resin 12 that can be used in the present invention is an organic resin that can adjust the viscosity of the electrode paste 1 and is preferably a material that can uniformly knead the metal fine particles 2, the dielectric fine particles 6, the dielectric precursor 8, and the organic solvent 10. For example, ethyl cellulose, nitrocellulose, butyral, acrylic copay balsam, dammar and the like can be used. Such a resin is kneaded with the solution to give an appropriate viscosity to the electrode paste.
[0051]
In the electrode paste 1, the dielectric powder is added in an amount of 0.1 to 30% by mass with respect to the total amount of the metal powder. If it is 0.1% by mass or less, sintering suppression at a high temperature becomes insufficient, and if it is 30% by mass or more, a problem tends to occur in the conductivity of the electrode film formed by firing the electrode paste. Further, the dielectric precursor 8 is added in an amount of 0.1 to 10% by mass with respect to the total amount of the metal powder. If it is 0.1% by mass or less, sintering suppression at low temperatures is insufficient, and if it is 10% by mass or more, there is a problem in the conductivity of the electrode film. Within these ranges, appropriate amounts of dielectric powder and dielectric precursor 8 are added to the electrode paste 1.
[0052]
FIG. 2 is a process diagram for manufacturing the ceramic electronic component 22 by firing. In (2A), the electrode paste film 16 is formed on the green sheet 14 in a predetermined shape. First, a ceramic powder composed of ceramic fine particles, an organic binder, and an organic solvent are kneaded to form a slurry. The slurry is formed into a sheet shape to form a green sheet 14. An electrode paste film 16 is formed by screen printing the electrode paste 1 on the surface of the green sheet 14.
[0053]
In (2B), organic substances are removed by firing, the green sheet 14 changes to a ceramic substrate 18, and the electrode paste film 16 changes to an electrode film 20. More specifically, in the green sheet 14, all organic substances are removed by firing, and the ceramic fine particles are sintered together to form the ceramic substrate 18. Further, in the electrode paste film 16, all organic substances are removed by firing, and the metal fine particles 2 are sintered together to form a conductive electrode film 20.
[0054]
FIG. 3 is a partially enlarged sectional view of the electrode paste film 16. The large circle represents the metal fine particle 2, the small circle represents the dielectric fine particle 6, and the triangle represents the dielectric precursor 8. In this embodiment, Ni fine particles (Ni-Particle) are used as the metal fine particles 2, and BaTiO 3 is used as the dielectric fine particles 6. 3 Particles (Powder-Particle), BaTiO as dielectric precursor 8 3 Resinate-Particle is used.
[0055]
The dielectric fine particles 6 are interposed between the metal fine particles 2 and 2, whereas the dielectric precursor 8 is dispersed in the three pockets 4 and the fine gaps. The organic solvent 10 and the resin 12 that are not shown are dispersed throughout. It can be considered that when the electrode paste film 16 is fired, the distribution state of FIG. That is, the triangular dielectric precursor 8 is in the distributed state with BaTiO 3. 3 To change. The dielectric fine particles 6 are also sintered with each other while BaTiO 3 is sintered. 3 To change. The metal fine particles 2 are sintered together and changed into the electrode film 20 while being subjected to sintering suppression.
[0056]
By removing organic material and sintering, the green sheet 14 shrinks while BaTiO 2 shrinks. 3 The ceramic substrate 18 becomes. The dielectric fine particles 6 and the dielectric precursor 8 are also BaTiO. 3 As a result, the electrode film 20 is formed. Ceramic component is BaTiO 3 Therefore, the firing shrinkage rates of the electrode paste film 16 and the green sheet 14 are close to each other. Accordingly, it is possible to prevent the electrode film 20 from being peeled off from the ceramic substrate 18 or being spheroidized and interrupted in the middle.
[0057]
Supplementing with reference to FIG. 2, a ceramic electronic component 22 is constituted by the electrode film 20 and the ceramic substrate 18. Since there is no peeling of the electrode film 20, the lifetime of the ceramic electronic component 22 can be extended. Further, a plurality of green sheets 14 on which the electrode paste film 16 is formed are stacked, and the whole is fired. As a result, the plurality of green sheets 14 and the electrode paste film 16 are changed to the ceramic substrate 18 and the electrode film 20 by firing, and a multilayer ceramic electronic component is manufactured. The ceramic electronic parts targeted by the present invention include ceramic circuit boards, ceramic capacitors, ceramic inductors, ceramic piezoelectric elements, and ceramic actuators.
[0058]
【Example】
[Example 1: 0.02 μm electrode paste]
Next, specific examples will be described. As the metal powder, a commercially available Ni powder having a particle size of 0.2 μm manufactured by a CVD method was used. The Ni powder was pulverized to obtain a monodispersed Ni powder having an average particle size of 0.2 μm. The pulverization treatment was performed by a wet treatment using n-hexane as a dispersion medium, adjusting the flow rate and the flow length with media mill.
[0059]
As a dielectric powder, BaTiO with a particle size of 0.1 μm 3 Powder (BT-01 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) was added in a variable amount of 0 to 10 mass% with respect to the Ni powder. As a dielectric precursor, BaTiO 3 The resinate was added in an amount of 1% by mass based on the Ni powder. This BaTiO 3 The resinate is composed of barium octylate and titanium octylate, which are a kind of organometallic resinates. BaTiO 3 The reason why the resinate is 1% by mass is that it has been experimentally confirmed that it is the most efficient addition amount when no dielectric powder is added. Of course, BaTiO 3 It was also confirmed that the resinate was effective when added in the range of 0.1 to 10% by mass. Terpineol was used as the organic solvent for dispersion, and ethylcellulose was used as the viscosity adjusting resin. The composition ratio of all components is shown in Table 2. When Ni powder is 100 mass% (mass%), the mass% of each component is shown.
[0060]
<Table 2> Composition of electrode paste
Ni metal powder (0.2 μm) 100% by mass
BaTiO 3 Powder (0.1 μm) 0-10% by mass
BaTiO 3 Resinate 1% by mass
Turpineol 12% by mass
Ethylcellulose 4% by mass
[0061]
BaTiO 3 Components other than the Ba compound and Ti compound may be added as a resinate. For example, in the first example, barium octylate, magnesium octylate, titanium octylate, zirconium octylate and holmium octylate were mixed so that the metal mass ratio was Ba: Ti = 1.0: 1.0. BaTiO 3 Resinate. In the second example, barium naphthenate, calcium naphthenate, magnesium naphthenate, titanium naphthenate, zirconium naphthenate, and holmium naphthenate have a metal mass ratio of Ba: Ti: Zr = 0.948: 0.48. : BaTiO mixed to 0.16 3 Resinate. Thus, BaTiO 3 Various resinates can be prepared depending on the purpose.
[0062]
The dry density (green density, Green Density) of the electrode paste thus prepared was measured as follows. An electrode paste film having a thickness of about 200 μm was formed on the pet film using an applicator and dried at 100 ° C. for 1 hour, and then the dried electrode paste film was peeled off from the pet film. This dry electrode paste film was cut into a 20 mm disk shape using a punch, the thickness was measured with a micrometer, and the mass was measured with a precision balance. The green density was calculated from the mass / volume.
[0063]
FIG. 4 shows the density of dry electrode paste film (green density) and BaTiO. 3 It is a relationship figure with content of powder. The vertical axis is the density of the dry electrode paste film (green density, Green Density), and the horizontal axis is BaTiO. 3 It is the addition rate (mass%) of the powder. Ni fine particles have a particle size of 0.2 μm, and BaTiO 3 The amount of resinate added is fixed at 1% by mass.
[0064]
From the graph in this figure, the following situation is estimated. BaTiO 3 When the addition rate of the powder is 0% by mass, voids are formed between the Ni fine particles, and the green density decreases due to the presence of the voids. When it becomes 5 mass%, the space between the Ni fine particles is BaTiO. 3 Since it is filled with powder, the green density reaches its maximum. When it becomes 10 mass%, BaTiO 3 It was found that the green density decreased due to the space between the fine particles.
[0065]
As before, BaTiO with a diameter of 0.1 μm 3 In the electrode paste in which the dielectric fine particles were mixed, 10% by mass of the dielectric fine particles was added with respect to the amount of Ni metal. On the other hand, in the present invention, the green density reaches the maximum at 5% by mass. 3 The addition rate of the fine particles can be set to 5% by mass. Therefore, the addition amount of the dielectric is reduced to ½ that of the prior art, the electroconductivity of the electrode film is improved correspondingly, and the waste of the dielectric can be saved.
[0066]
Also, considering the green density before firing, if the content of the dielectric powder is adjusted to a range of 0.1 to 30% by mass with respect to the total amount of the metal powder, it can be used as the electrode paste of the present invention. I understood. That is, the dielectric powder is optimal at 5% by mass, but the dielectric powder can be used in the range of 0.1 to 30% by mass based on the change range of the green density.
[0067]
Next, the electrode paste film was baked to change into an electrode film, and the baking shrinkage rate was measured. The composition of the electrode paste is as shown in Table 2, and BaTiO. 3 The amount of powder added was adjusted in three ways: 0, 5, 10 (mass%). 97% N of a disk-shaped sample prepared for green density measurement 2 + 3% H 2 Placed in a reducing atmosphere. Each sample was fired for 1 hour at a temperature increase rate of 3 ° C. per minute and set to four firing temperatures of 600 ° C., 800 ° C., 1000 ° C., and 1300 ° C.
[0068]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the firing shrinkage rate and firing temperature of an electrode film obtained using the electrode paste (0.2 μm Ni fine particles) of the present invention. The vertical axis represents the firing shrinkage (Shrinkage), and the horizontal axis represents the firing temperature (Temperature). The white circle is BaTiO 3 Is 0 mass%, triangle is BaTiO 3 Is 5% by mass, square is BaTiO 3 Is 10% by mass. The black circle indicates the firing shrinkage rate of the green sheet alone.
[0069]
BaTiO 3 It was found that the firing shrinkage rate of the electrode paste film decreased as the amount of added increased. When the firing shrinkage rate of the electrode paste film approaches the firing shrinkage rate of the green sheet, peeling of the electrode film does not occur. Judging from the whole graph, BaTiO 3 When the amount of addition is 10% by mass, it is closest to the shrinkage curve of the green sheet. On the other hand, from the viewpoint of green density, the case of 5% by mass was optimal.
Judging from both firing shrinkage and green density, BaTiO 3 It can be seen that a powder addition amount in the range of 0.1 to 10 (mass%) is suitable as the electrode paste, and is optimal in a range of 2 to 8 (mass%).
[0070]
FIG. 6 is a scanning electron microscope image at each sintering temperature of the electrode film (0.2 μm Ni fine particles) in the present invention. (6A) is BaTiO 3 Powder is 0% by mass, (6B) is BaTiO 3 5% by mass of powder, (6C) is BaTiO 3 The case where powder is 10 mass% is shown. In each case, BaTiO 3 The amount of resinate added is fixed at 1% by mass.
[0071]
BaTiO 3 When the powder is 0% by mass (6A), BaTiO is used at a firing temperature of 600 ° C. 3 Sintering inhibition by the resinate is observed. At a firing temperature of 800 ° C., Ni fine particles have started neck growth. Grain growth starts at 1000 ° C., and it is observed that grain growth is remarkable at 1300 ° C. BaTiO 3 Since no powder was added at all, it is considered that grain growth occurred at a high temperature of 1300 ° C., and the effect of suppressing grain growth was not observed.
[0072]
BaTiO 3 When the powder is 5% by mass (6B), BaTiO 3 Resin penetrates between Ni fine particles and suppresses sintering, and BaTiO 3 Even when the powder is 10% by mass (6C), BaTiO 3 A sintering suppression effect by the resinate was observed. Even if BaTiO3 powder is added, BaTiO3 3 It became clear that the sintering suppression effect by resinate was not diminished. That is, BaTiO 3 The resinate was proved by an electron microscope to have a sintering inhibiting effect in low-temperature firing.
[0073]
In (6B) and (6C), when the firing temperature reaches 800 ° C and 1000 ° C, BaTiO 3 It was observed that the powder suppressed the sintering of Ni fine particles. At 1300 ° C, BaTiO 3 It was observed that the powder sinters and grows, enters between the Ni fine particles, and maintains the sintering suppression effect of the Ni particles. In this way, from the observation of the microstructure of the sintered surface, BaTiO in the low temperature region. 3 The resinate suppresses sintering, and BaTiO is used at high temperatures. 3 It has been demonstrated that the powder exhibits sintering suppression.
[0074]
[Example 2: Multilayer ceramic capacitor (electrode paste of Example 1)]
FIG. 7 is a cross-sectional view of a multilayer ceramic capacitor (MLCC) in which 10 layers are laminated using the electrode paste of the present invention. This electrode paste was selected from Example 1, Ni powder having a particle size of 0.2 μm was 100% by mass, BaTiO 3. 3 1% by mass of resinate and 0.1 μm particle diameter BaTiO 3 It was prepared by adding 5% by mass of powder.
[0075]
An electrode paste film was formed on the green sheet by the screen printing method using the electrode paste. The electrode paste film formed in a predetermined pattern has a thickness of 0.7 to 0.9 μm. Ten green sheets were laminated, and the upper and lower surfaces were covered with cover sheets to form a multilayer ceramic capacitor multilayer body.
[0076]
Firing was performed in a state where the laminated body was pressed from above and below. The firing temperature was 1270 ° C. for 2 hours to produce a multilayer ceramic capacitor. This multilayer ceramic capacitor is cut at an appropriate cross section, and a scanning electron microscope image of this cross section is shown in FIG. The film thickness of the electrode film was 0.7 to 0.9 μm. It was found that the electrode film was excellently formed while maintaining a predetermined pattern without causing a peeling phenomenon or an interruption phenomenon. Next, the electrical characteristics of the multilayer ceramic capacitor were measured.
[0077]
FIG. 8 is a measurement diagram of the electric capacity of the multilayer ceramic capacitor. The horizontal line gives the average value of the capacitance, and the vertical line gives the variation range. The measurement was performed with an LCR meter (manufactured by Agilent Technologies). The average value of electric capacity was 38.6 (nF). The maximum value of variation was 41.9 (nF), and the minimum value was 34.8 (nF). It has a sufficient electric capacity as a 10-layer multilayer ceramic capacitor.
[0078]
FIG. 9 is a measurement diagram of the dielectric loss tan δ (%) of the multilayer ceramic capacitor. The horizontal line gives the average value of dielectric loss, and the vertical line gives the variation range. The measurement was performed with an LCR meter (manufactured by Agilent Technologies). The average value of dielectric loss was 2.40%. The maximum value of variation was 2.90%, and the minimum value was 2.26%. It was found that the dielectric loss of the 10-layer multilayer ceramic capacitor was kept below a certain level.
[0079]
FIG. 10 is a measurement diagram of the electric resistance R (Ω) of the multilayer ceramic capacitor. The horizontal line gives the average value of electrical resistance, and the vertical line gives the variation range. The measurement was performed with an insulation resistance meter (manufactured by Agilent Technologies). The average value of electrical resistance is 1.1 × 10 10 (Ω), and the maximum variation is 2.8 × 10 10 (Ω), the minimum value is 5.6 × 10 9 (Ω). The insulation resistance was sufficient for a 10-layer multilayer ceramic capacitor.
[0080]
[Example 3: 0.1 μm electrode paste]
An electrode paste in which the particle size was changed as compared with Example 1 was prepared. As the metal powder, Ni powder having a particle diameter of 0.1 μm manufactured by a wet reduction method was used. The Ni powder was pulverized to obtain a monodispersed Ni powder having an average particle size of 0.1 μm. The pulverization treatment was performed by a wet treatment using n-hexane as a dispersion medium and adjusting the flow rate and flow length with media mill.
[0081]
As a dielectric powder, BaTiO having a particle size of 0.05 μm 3 12% by mass of powder (BT-01 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the Ni powder. As a dielectric precursor, BaTiO 3 Resinate was added in an amount of 2% by weight based on the Ni powder. This BaTiO 3 The resinate is composed of barium naphthenate and titanium naphthenate, which are a kind of organometallic resinates. Terpineol was used as the organic solvent for dispersion, and ethylcellulose was used as the viscosity adjusting resin. The composition ratio of all components is shown in Table 3. When Ni powder is 100 mass% (mass%), the mass% of each component is shown.
[0082]
<Table 3> Composition of electrode paste
Ni metal powder (0.1 μm) 100% by mass
BaTiO 3 Powder (0.05μm) 12% by mass
BaTiO 3 Resinate 2% by mass
Turpineol 14% by mass
Ethylcellulose 5% by mass
[0083]
[Example 4: Multilayer ceramic capacitor (electrode paste of Example 3)]
FIG. 11 is a cross-sectional view of a multilayer ceramic capacitor (MLCC) in which 10 layers are laminated using the electrode paste of Table 3. This electrode paste is 100% by mass of Ni powder with a particle size of 0.1 μm, BaTiO. 3 2% by mass of resinate, 0.05 μm particle size BaTiO 3 The powder was prepared by adding 15% by mass.
[0084]
An electrode paste film was formed on the green sheet by the screen printing method using the electrode paste. The electrode paste film formed in a predetermined pattern has a thickness of 0.6 to 1.0 μm. Ten green sheets were laminated, and the upper and lower surfaces were covered with cover sheets to form a multilayer ceramic capacitor multilayer body.
[0085]
Firing was performed in a state where the laminated body was pressed from above and below. The firing temperature was 1270 ° C. for 2 hours to produce a multilayer ceramic capacitor. This multilayer ceramic capacitor is cut in an appropriate cross section, and a scanning electron microscope image of this cross section is shown in FIG. The film thickness of the electrode film was 0.6 to 0.8 μm. It was found that the electrode film was excellently formed while maintaining a predetermined pattern without causing a peeling phenomenon or an interruption phenomenon. Next, the electrical characteristics of the multilayer ceramic capacitor were measured.
[0086]
FIG. 12 is a measurement diagram of the capacitance of the multilayer ceramic capacitor. The horizontal line gives the average value of the capacitance, and the vertical line gives the variation range. The average value of electric capacity was 44.0 (nF). The maximum value of variation was 45.9 (nF), and the minimum value was 35.7 (nF). The 10-layer multilayer ceramic capacitor has a sufficient electric capacity.
[0087]
FIG. 13 is a measurement diagram of the dielectric loss tan δ (%) of the multilayer ceramic capacitor. The horizontal line gives the average value of dielectric loss, and the vertical line gives the variation range. The average value of dielectric loss was 2.52%. The maximum variation was 2.79%, and the minimum value was 2.41%. It was found that the dielectric loss of the 10-layer multilayer ceramic capacitor was kept below a certain level.
[0088]
FIG. 14 is a measurement diagram of the electrical resistance R (Ω) of the multilayer ceramic capacitor. The horizontal line gives the average value of electrical resistance, and the vertical line gives the variation range. The average value of electrical resistance is 7.7 × 10 9 (Ω) and the maximum variation is 8.8 × 10 9 (Ω), the minimum value is 7.1 × 10 9 Ω). The insulation resistance was sufficient for a 10-layer multilayer ceramic capacitor.
[0089]
The present invention is not limited to the above-described embodiments and embodiments, but includes various modifications and design changes within the technical scope without departing from the technical idea of the present invention. Not too long.
[0090]
【The invention's effect】
By using the first embodiment of the present invention, an electrode paste can be provided that suppresses high-temperature sintering with dielectric fine particles and suppresses low-temperature sintering with one or more dielectric precursors that form a dielectric by firing, A universal electrode paste capable of suppressing sintering in the entire temperature range can be provided. Therefore, the sintering suppressing effect can be maintained over the entire temperature range with respect to a wide range of temperature changes from low temperature to high temperature received during firing, and there is a dramatic improvement in electrode film characteristics. In addition, when the firing temperature is changed depending on the type of electronic component, that is, the same electrode paste is applied to a ceramic electronic component manufactured by low temperature firing and a ceramic electronic component manufactured by high temperature firing. There is an advantage that can be used. The electronic component industry using the electrode paste can bring about cost reduction and improvement of electrode characteristics.
[0091]
If the 2nd form of this invention is used, a metal powder, dielectric powder, and a dielectric precursor can be disperse | distributed uniformly to an organic solvent, and a solution-form electrode paste can be provided. Depending on the amount of organic solvent added, an electrode paste ranging from a high concentration to a low altitude can be produced. A thick electrode film can be formed with a high concentration electrode paste, and a thin electrode film can be formed with a low concentration electrode paste. In addition, the addition of the organic solvent increases the uniform dispersibility of the components, and the metal density of the electrode film can be made uniform.
[0092]
By using the third embodiment of the present invention, it is possible to provide an electrode paste in which the metal powder, the dielectric powder, and the dielectric precursor are uniformly dispersed in an organic solvent and the viscosity is freely adjusted by adding a resin. A high viscosity electrode paste can be produced if the amount of resin added is large, and a low viscosity electrode paste can be produced if the amount of resin added is small. A high-viscosity electrode paste can be used for a thick film, and a low-viscosity electrode paste can be used for a thin film. Thus, an electrode paste that can freely meet market demands can be realized.
[0093]
If the 4th form of this invention is used, the electrode paste which uses organometallic resinate as a dielectric precursor can be provided. The organometallic resinate is an organometallic resinate, and a higher fatty acid metal salt is a representative substance. The organometallic resinate contains many kinds of metal compounds, and it is extremely easy to change the metal species and the molecular size, and has an advantage that various electrode pastes ranging from noble metals to base metals can be provided.
[0094]
If the 5th form of this invention is used, the electrode paste which prepared the metal content of the dielectric precursor in 0.1-10 mass% with respect to the whole quantity of metal powder can be provided. By changing the metal content of the dielectric precursor within this range, an electrode paste that can adjust the degree of low-temperature sintering suppression while maintaining good conduction characteristics of the electrode film and satisfy the market demands freely There is an advantage that can provide.
[0095]
If the 6th form of this invention is used, the electrode paste prepared in 0.1-30 mass% of content of dielectric powder with respect to the whole quantity of metal powder can be provided. By changing the content of the dielectric powder within this range, it is possible to adjust the degree of suppression of high-temperature sintering while maintaining good conductivity characteristics of the electrode film, and an electrode paste that can freely satisfy various market requirements. There are benefits that can be provided.
[0096]
When the seventh embodiment of the present invention is used, the electrode film can be formed into an ultrathin film by using the smallest possible fine particles as metal fine particles and dielectric fine particles. The downsizing of ceramic electronic parts depends on the reduction in the thickness of the electrode film, and according to the present invention, it is possible to realize super multi-layer and super high density of ceramic electronic parts. Therefore, it is possible to contribute to further miniaturization of electronic devices and personal computers, particularly mobile phones, and to the realization of an advanced mobile society.
[0097]
When the eighth embodiment of the present invention is used, the composition of the dielectric powder and the dielectric precursor is made to coincide with the main component of the dielectric forming the green sheet. The shrinkage rate can be approximated. When the firing shrinkage rate approximates, the electrode film does not peel from the ceramic substrate, and the electrode film does not crack, so that there is an advantage that a dense electrode film having high conduction performance can be formed.
[0098]
By using the ninth aspect of the present invention, it is possible to provide an epoch-making method for manufacturing a ceramic electronic component that can be handled with one electrode paste when the firing temperature is selected according to the type of the ceramic electronic component. Unlike the prior art, since many types of electrode pastes are not prepared for each firing temperature, it is possible to contribute to the reduction of the manufacturing cost of the ceramic electronic component. Examples of the ceramic electronic component include a ceramic circuit board, a ceramic capacitor, a ceramic inductor, a ceramic piezoelectric element, and a ceramic actuator. In addition, there is an advantage that the present invention can be used in a method for manufacturing a new ceramic electronic component that will appear in the future.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view of an electrode paste 1 according to the present invention.
FIG. 2 is a process diagram for manufacturing a ceramic electronic component 22 by firing.
FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of an electrode paste film 16;
FIG. 4 shows the density of dry electrode paste film (green density) and BaTiO. 3 It is a relationship figure with content of powder.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the firing shrinkage rate and the firing temperature of an electrode film obtained using the electrode paste (0.2 μm Ni fine particles) of the present invention.
FIG. 6 is a scanning electron microscope image at each sintering temperature of an electrode film (0.2 μm Ni fine particles) in the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a multilayer ceramic capacitor (MLCC) in which 10 layers are laminated using the electrode paste of the present invention.
FIG. 8 is a measurement diagram of electric capacity of a multilayer ceramic capacitor.
FIG. 9 is a measurement diagram of dielectric loss tan δ (%) of a multilayer ceramic capacitor.
FIG. 10 is a measurement diagram of electric resistance R (Ω) of a multilayer ceramic capacitor.
11 is a cross-sectional view of a multilayer ceramic capacitor (MLCC) in which 10 layers are laminated using the electrode paste of Table 3. FIG.
12 is a measurement diagram of electric capacity of a multilayer ceramic capacitor using the electrode paste of Table 3. FIG.
13 is a measurement diagram of dielectric loss tan δ (%) of a multilayer ceramic capacitor using the electrode paste of Table 3. FIG.
14 is a measurement diagram of electrical resistance R (Ω) of a multilayer ceramic capacitor using the electrode paste of Table 3. FIG.
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining a relationship between a metal fine particle diameter D and a three pocket diameter d.
[Explanation of symbols]
1 Electrode paste
2 Metal fine particles
3 containers
4 Three pockets
6 Dielectric particles
8 Dielectric precursor
10 Organic solvent
12 Resin
14 Green sheet
16 Electrode paste film
18 Ceramic substrate
20 Electrode membrane
22 Ceramic electronic parts

Claims (9)

金属粉末と、焼成により誘電体を形成する1種以上の誘電体前駆物質と、誘電体粉末を少なくとも含有することを特徴とする電極ペースト。An electrode paste comprising at least a metal powder, one or more dielectric precursors that form a dielectric by firing, and a dielectric powder. 金属粉末と、焼成により誘電体を形成する1種以上の誘電体前駆物質と、誘電体粉末と、これらの物質を均一に分散させる有機溶媒を少なくとも含有することを特徴とする電極ペースト。An electrode paste comprising at least a metal powder, one or more dielectric precursors that form a dielectric by firing, a dielectric powder, and an organic solvent that uniformly disperses these substances. 金属粉末と、焼成により誘電体を形成する1種以上の誘電体前駆物質と、誘電体粉末と、これらの物質を均一に分散させる有機溶媒と、粘度調整用の樹脂を含有することを特徴とする電極ペースト。It contains a metal powder, one or more dielectric precursors that form a dielectric upon firing, a dielectric powder, an organic solvent that uniformly disperses these substances, and a viscosity adjusting resin. Electrode paste. 前記誘電体前駆物質が有機金属レジネートである請求項12又は3に記載の電極ペースト。The electrode paste according to claim 12 or 3, wherein the dielectric precursor is an organometallic resinate. 前記誘電体前駆物質の金属含有量が金属粉末の全量に対し0.1〜10質量%である請求項1、2又は3に記載の電極ペースト。The electrode paste according to claim 1, wherein the metal content of the dielectric precursor is 0.1 to 10% by mass with respect to the total amount of the metal powder. 前記誘電体粉末の含有量が金属粉末の全量に対し0.1〜30質量%である請求項1、2又は3に記載の電極ペースト。The electrode paste according to claim 1, 2, or 3, wherein the content of the dielectric powder is 0.1 to 30% by mass with respect to the total amount of the metal powder. 前記金属粉末を構成する金属微粒子の平均粒径が0.1〜0.5μmであり、前記誘電体粉末を構成する誘電体微粒子の平均粒径が0.05〜0.3μmである請求項1、2又は3に記載の電極ペースト。2. The average particle size of metal fine particles constituting the metal powder is 0.1 to 0.5 μm, and the average particle size of dielectric fine particles constituting the dielectric powder is 0.05 to 0.3 μm. 2. The electrode paste according to 2 or 3. 前記誘電体前駆物質の組成及び誘電体粉末が、グリーンシートを形成する誘電体の主成分に一致するように構成される請求項1、2又は3に記載の電極ペースト。The electrode paste according to claim 1, 2 or 3, wherein the composition of the dielectric precursor and the dielectric powder are configured to match the main component of the dielectric forming the green sheet. 請求項1、2、3、4、5、6、7又は8に記載の電極ペーストを用いてグリーンシートの上に電極ペースト膜を形成し、このグリーンシートと電極ペースト膜を一体に焼成して有機成分を除去し、この焼成によりセラミックス基板の上に所望パターンの電極膜を形成することを特徴とするセラミックス電子部品の製造方法。An electrode paste film is formed on a green sheet using the electrode paste according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, and the green sheet and the electrode paste film are integrally fired. A method for producing a ceramic electronic component, comprising removing an organic component and forming an electrode film having a desired pattern on a ceramic substrate by firing.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008103522A (en) * 2006-10-19 2008-05-01 Nec Tokin Corp Conductive paste for multilayer ceramic component, and manufacturing method therefor
JP2013038377A (en) * 2011-08-10 2013-02-21 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd Conductive paste for internal electrode of multilayer ceramic electronic component and multilayer ceramic electronic component using the same
JP2016162919A (en) * 2015-03-03 2016-09-05 国立大学法人大阪大学 Bonding structure and manufacturing method of same
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