JP2005072452A

JP2005072452A - 積層型電子部品およびその製法

Info

Publication number: JP2005072452A
Application number: JP2003302923A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Yamaguchi; 勝義山口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17
Also published as: TW200518132A; TWI387984B; KR20050022330A; CN100521002C; CN1591717A

Abstract

【課題】誘電体層および内部電極層を薄層多層化しても、電子部品本体の層間のデラミネーションを抑制できる積層型電子部品およびその製法を提供する。
【解決手段】それぞれ複数の誘電体層５と内部電極層７とを交互に積層して形成された電子部品本体１の端面２に外部電極３を具備してなる積層型電子部品であって、前記誘電体層５と内部電極層７との層間に他より厚い誘電体層８を介装した。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層型電子部品に関し、特に、積層セラミックコンデンサのように、誘電体層および内部電極層が薄層、多層化された積層型電子部品に関する。

近年、積層型電子部品の一つである積層セラミックコンデンサは、小型、高容量化のために誘電体層および内部電極層の薄層、多積層化が図られ、例えば、誘電体層の厚みを３μm以下、内部電極層の厚みを１μm以下としたものが開発されている（例えば、特開平１１−２５１１７３）。
特開平１１−２５１１７３号

しかしながら、上記のような積層型電子部品では、誘電体層および内部電極層の薄層化と、内部電極層の誘電体層に対する面積占有率の拡大化により、ますます誘電体層どうしの結合領域が小さくなり、このため電子部品本体の機械的強度が低下するという問題があった。また、誘電体層の厚みと内部電極層との厚み差が小さくなり、積層工程において、誘電体グリーンシートが内部電極パターンの段差分を吸収し難いことから、積層後あるいは焼成後に電子部品本体の層間にデラミネーションが発生しやすいという問題があった。

従って、本発明は、誘電体層および内部電極層を薄層多層化しても、電子部品本体の機械的強度を高め、かつ層間のデラミネーションを抑制できる積層型電子部品およびその製法を提供することを目的とする。

本発明の積層型電子部品は、それぞれ複数の誘電体層と内部電極層とを交互に積層して形成した電子部品本体の端面に外部電極を具備してなる積層型電子部品であって、前記誘電体層と内部電極層との層間に他よりも厚い誘電体層を介装したことを特徴とする。

そして、上記積層型電子部品では、厚い誘電体層が他の誘電体層と同質材料であること、誘電体層の厚みをｔ１、厚い誘電体層の厚みをｔ２としたときに、ｔ２／ｔ１≧１．２の関係を満足すること、誘電体層を構成するセラミックスの結晶粒子の平均結晶粒径をφ１、厚い誘電体層を構成する結晶粒子の平均結晶粒径をφ２とした時に、φ２／φ１≧１．１の関係を満たすこと、内部電極層が金属箔であること、金属箔が電気めっき膜であることが望ましい。

上記本発明によれば、誘電体層と内部電極層との層間に厚い誘電体層を介装することにより電子部品本体の機械的強度を高めることができ、さらに、この厚い誘電体層の材質を誘電体層と同質とし、厚み比率を上記のようにすることにより誘電体層と厚い誘電体層とが一体化でき、さらに強度を高めることができる。

また、上記積層型電子部品では、誘電体層を構成する結晶粒子は粒径が大きいほど誘電体の比誘電率が高くなることから、誘電体層の厚みを厚くしたことによる静電容量の低下を抑制できる。

さらに、本発明では、内部電極層を電気めっき膜で形成すれば均質で厚みばらつきも小さくかつ有効面積を大きくでき、更に内部電極層を極めて薄くできる。

本発明の積層型電子部品の製法は、それぞれ、少なくとも誘電体粉末を含有する誘電体グリーンシートと該誘電体グリーンシートよりも厚みの厚いセラミックグリーンシートを準備する工程と、前記誘電体グリーンシートおよびセラミックグリーンシートのそれぞれに内部電極パターンを形成する工程と、該内部電極パターンが形成された前記誘電体グリーンシートおよびセラミックグリーンシートを積層して積層成形体を形成する工程と、該積層成形体を格子状に切断して電子部品本体成形体を形成し、焼成する工程と、を具備することを特徴とする。

そして、セラミックグリーンシートと誘電体グリーンシートとは同質材料であること、誘電体グリーンシートの厚みをｔG１、セラミックグリーンシートの厚みをｔG２としたときに、ｔG２／ｔG１≧１．２の関係を満足すること、誘電体グリーンシートを構成する誘電体粉末の平均粒径をφG１、セラミックグリーンシートを構成するセラミック粉末の平均粒径をφG２とした時に、φG２／φG１≧１．１の関係を満たすこと、内部電極パターンが金属箔であること、金属箔が電気めっき膜であることが望ましい。

このような製法によれば、誘電体グリーンシートや内部電極パターンを薄層化しても、厚みの厚いセラミックグリーンシートを介装させていることから、誘電体グリーンシート上における内部電極パターンの埋設性を高めることでき、これにより内部電極パターンによる段差を解消し、積層および焼成後においてもデラミネーションを容易に防止できる。

また、誘電体グリーンシートおよびセラミックグリーンシートにそれぞれ含まれる誘電体粉末およびセラミック粉末において、上記のような粒径比（φ１／φ２≧１．１）とすることにより、セラミックグリーンシートを厚くしても焼成収縮率を抑えることができ、焼成前後の内部応力を小さくすることが可能となる。

本発明は、上述したように、誘電体層および内部電極層を薄層多層化しても、電子部品本体の機械的強度を高め、かつ層間のデラミネーションを抑制できる。

本発明の積層型電子部品である積層セラミックコンデンサの一形態について、詳細に説明する。図１は本発明の積層型電子部品の代表例である積層セラミックコンデンサの概略断面図である。本発明の積層型電子部品は、電子部品本体１の両方の端面２に外部電極３が形成されている。電子部品本体１は、誘電体層５と内部電極層７とを交互に積層して構成されている。内部電極層７は、電子部品本体１の同一の端面２において外部電極３と交互に接続されている。

そして、本発明においては、上記誘電体層５と内部電極層７との層間に、前記誘電体層５よりも厚みの厚い誘電体層８を介装したことが重要であり、さらに、誘電体層５の厚みをｔ１、厚い誘電体層８の厚みをｔ２としたときのｔ２／ｔ１比は１．２以上であることがより望ましい。

また、誘電体層５と厚い誘電体層８との焼結性を高め機械的強度を向上させるという理由から、この厚い誘電体層８の材料は誘電体層５と同質であることが望ましく、また、この誘電体層５を構成するセラミックスの結晶粒子の平均結晶粒径をφ１、厚い誘電体層８を構成する結晶粒子の平均結晶粒径をφ２とした時のφ２／φ１比は１．１５以上であることがより望ましい。一方、誘電体層５よりも厚みの厚い誘電体層８を電子部品本体１中に介装させない場合には、電子部品本体１の機械的強度の向上が図れない。

また、本発明の電子部品本体１を構成する内部電極層７は金属箔であること、また、電気めっき膜により形成されていることが望ましく、さらに、その電気めっき膜は卑金属材料を主成分とすることが望ましく、特に、Ｎｉ、Ｃｕのうちのいずれか１種、若しくはこれらの合金であることがより望ましい。

次に、本発明の積層型電子部品の一つの適用例である積層セラミックコンデンサの製法について説明する。（ａ）まず、ＢａＴｉＯ_３と焼結助剤とを混合して誘電体粉末にバインダおよび溶媒を添加してセラミックスラリを調製し、この後、セラミックスラリをキャリアフィルム５１上に塗布して誘電体グリーンシート５３ａを形成する。また、本発明では、前記誘電体グリーンシート５３ａよりも厚みの厚いセラミックグリーンシート５３ｂを準備することが重要であるが、このセラミックグリーンシート５３ｂは、前記誘電体グリーンシート５３ａとの一体焼成を容易にするという理由から同質材料であることが望ましい。また、誘電体グリーンシート５３ａの厚みをｔG１、セラミックグリーンシート５３ｂの厚みをｔG２としたときのｔG２／ｔG１比は１．２以上であることがより望ましい。

さらに、この誘電体グリーンシート５３ａを構成する誘電体粉末の平均粒径をφG１、セラミックグリーンシート５３ｂを構成するセラミック粉末の平均粒径をφG２とした時のφG２／φG１比は１．１以上であることがより望ましい。

尚、本発明では誘電体グリーンシート５３ａの厚みは１２μｍ以下であり、特に、積層型電子部品の小型、大容量化という理由から１．５〜５μｍの範囲であることが望ましい。

（ｂ）次に、誘電体グリーンシート５３ａ、並びにセラミックグリーンシート５３ｂ上に、それぞれ内部電極パターン５４を形成する。この場合、内部電極パターンの有効面積は６０％以上、特に、６５％以上であることが望ましい。また、誘電体グリーンシート５３ａおよびセラミックグリーンシート５３ｂ上に形成された内部電極パターン５４による段差を解消するために、その内部電極パターン５４の周囲に沿って有機樹脂などを塗布してもよい。なお、この有機樹脂の塗布厚みは内部電極パターン５４の厚みに相当するように形成されることが望ましい。

（ｃ）次に、この内部電極パターン５４を形成した誘電体グリーンシート５３ａおよびセラミックグリーンシート５３ｂを所定の構成で複数積層し、次いで、この上下面に、内部電極パターン４１が形成されていない誘電体グリーンシート５３を複数積層し、加熱加圧によって積層成形体５７を作製する。上記積層成形体５６における誘電体グリーンシート５３ａおよびセラミックグリーンシート５３ｂの構成比率は、セラミックグリーンシート５３ｂ／誘電体グリーンシート５３ａ層構成比率は１／５〜１／２０であることがより望ましい。

この場合、内部電極パターン５４は各層ごとに内部電極パターン５４の長辺方向の半分の間隔だけずらして積層される。次に、この積層成形体５７を格子状に切断して、電子部品本体成形体５９を作製する。

次に、電子部品本体成形体５９を大気中２５０〜３００℃または酸素分圧０．１〜１Ｐａの低酸素雰囲気中５００〜８００℃で脱バイした後、非酸化性雰囲気で１２５０〜１３５０℃で２〜３時間焼成し、電子部品本体１を作製する。さらに、所望の誘電特性を得るために、酸素分圧が０．１〜１０^−４Ｐａ程度の低酸素分圧下、９００〜１１００℃で５〜１５時間熱処理を行う。最後に、得られた電子部品本体１の端面１１に外部電極ペーストを塗布し、焼き付けて外部電極３を形成する。さらに、この外部電極３上にＮｉめっき膜およびＳｎめっき膜を形成し、積層セラミックコンデンサを作製する。なお、本発明に使用する内部電極パターン５４としては、金属ペーストの印刷膜のみならず、めっき膜、スパッタ膜、蒸着膜のうちいずれでも使用可能である。

積層型電子部品の一つである積層セラミックコンデンサを以下のようにして作製した。先ず、ＢａＴｉＯ_３を主成分とし、表１に示す結晶径比になるような平均粒径の誘電体粉末を準備し、それぞれの誘電体粉末と有機粘結剤と溶剤とからなるセラミックスラリをそれぞれ調製し厚みの異なる２種類の誘電体グリーンシートを作製した。誘電体グリーンシートの厚みを３．５μｍとし、セラミックグリーンシートの厚みは表１に示す比率とした。次に、内部電極パターン３１は、鏡面加工を施したステンレス板製の基板プレートを用いて、その表面に感光性レジスト樹脂を塗布し、露光、洗浄後にマスクパターン３３を形成した。

その後、このステンレス板製の基板プレートをＮｉめっき浴に浸漬した状態で電気めっき処理を行い、４ｍｍ×１ｍｍ角、平均厚みが０．５μｍのＮｉを主成分とする金属膜を形成した。

この後、この上記２種の誘電体グリーンシート上に、前記内部電極パターンを８０℃、８０ｋｇ／ｃｍ^２の条件で熱圧着転写し、内部電極パターンを形成した２種の誘電体グリーンシートを作製した。誘電体層に対する有効面積は６５％に設定した。

次に、この内部電極パターンを転写した誘電体グリーンシートを、表１に示す構成比で２００枚積層し、温度１００℃、圧力８０ｋｇｆ／ｃｍ^２の条件での積層プレスにより積層成形体を作製した。

この後、この積層成形体を格子状に切断して電子部品本体成形体を得た。この電子部品本体成形体の端面には、内部電極パターンの一端が交互に露出していた。また、厚み方向に重畳して積層された内部電極層の電極パターンは、位置ずれもなく形成されていた。

次に、この電子部品本体成形体を大気中３００℃または酸素分圧０．１〜１Ｐａの低酸素雰囲気中５００℃で脱バイした後、酸素分圧１０^−７Ｐａの非酸化性雰囲気中１３００℃で２時間焼成し、さらに、酸素分圧が０．０１Ｐａの低酸素分圧下１０００℃で１０時間の再酸化処理を施し電子部品本体を得た。

最後に、このようにして得られた電子部品本体に対し、内部電極層が露出し、延出部が形成された各端面にガラス粉末を含んだＣｕペーストを塗布した後、窒素雰囲気中、９００℃で焼き付けを行った。その後、Ｎｉめっき層およびＳｎめっき層を形成し、内部電極層と電気的に接続された外部電極を形成して積層セラミックコンデンサを作製した。

このようにして得られた積層セラミックコンデンサの外形寸法は、幅１．２５ｍｍ、長さ２．０ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍであり、内部電極層９間に介在する誘電体層の厚みは２．５μｍであった。

焼成後に、得られた積層セラミックコンデンサについて、１００個の試料について、それぞれ静電容量とデラミネーションを評価した。デラミネーションは断面研磨後のサンプルについて評価した。機械的強度は各２０個について三点曲げ強度試験を行った。それぞれの測定結果を表１に示した。

一方、比較例として、厚みが全層均一の誘電体層により構成される積層型電子部品を作製して、本発明と同様の方法にて評価した。

表１の結果から明らかなように、厚みの厚い誘電体層により構成した電子部品を有する試料Ｎｏ．２〜８では、静電容量が４．７μＦ以上、デラミネーションは２／１００個以下、機械的強度は１０ｋｇｆ以上であった。特に、誘電体層の厚みｔ１と厚い誘電体層の厚みｔ２の比ｔ２／ｔ１を１．２以上とした試料Ｎｏ．３〜８では、静電容量が４．７μＦ以上でデラミネーションが無く、機械的強度が１０．４ｋｇｆと高かった。一方、全層、厚い誘電体層を介装しないで同じ厚み（２．５μｍ）の誘電体層により構成した電子部品本体を有する試料Ｎｏ．１では、静電容量は４．９μＦと高かったが、デラミネーションの発生数が１０／１００個と多く、機械的強度も９．５ｋｇｆと低かった。

本発明は、小型高容量の積層セラミックコンデンサとして好適である。

本発明の積層型電子部品の代表例である積層セラミックコンデンサの概略断面図である。本発明の積層型電子部品を製造するための工程図である。

符号の説明

１電子部品本体
２端面
３外部電極
５誘電体層
７内部電極層
８厚い誘電体層
５３ａ誘電体グリーンシート
５３ｂセラミックグリーンシート
５４内部電極パターン
５７積層成形体
５９電子部品本体成形体

Claims

それぞれ複数の誘電体層と内部電極層とを交互に積層して形成した電子部品本体の端面に外部電極を具備してなる積層型電子部品であって、前記誘電体層と内部電極層との層間に他より厚い誘電体層を介装したことを特徴とする積層型電子部品。
厚い誘電体層と他の誘電体層とが同質材料であることを特徴とする請求項１に記載の積層型電子部品。
誘電体層の厚みをｔ１、厚い誘電体層の厚みをｔ２としたときに、ｔ２／ｔ１≧１．２の関係を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の積層型電子部品。
他の誘電体層を構成するセラミックスの結晶粒子の平均結晶粒径をφ１、厚い誘電体層を構成する結晶粒子の平均結晶粒径をφ２とした時に、φ２／φ１≧１．１の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか記載の積層型電子部品。
内部電極層が金属箔であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか記載の積層型電子部品。
金属箔が電気めっき膜であることを特徴とする請求項５に記載の積層型電子部品。
それぞれ、少なくとも誘電体粉末を含有する誘電体グリーンシートと該誘電体グリーンシートよりも厚みの厚いセラミックグリーンシートを準備する工程と、前記誘電体グリーンシートおよび厚いセラミックグリーンシートのそれぞれに内部電極パターンを形成する工程と、該内部電極パターンが形成された前記誘電体グリーンシートおよびセラミックグリーンシートを積層して積層成形体を形成する工程と、該積層成形体を格子状に切断して電子部品本体成形体を形成し、焼成する工程と、を具備することを特徴とする積層型電子部品の製法。
セラミックグリーンシートと誘電体グリーンシートとは同質材料であることを特徴とする請求項７に記載の積層型電子部品の製法。
誘電体グリーンシートの厚みをｔG１、セラミックグリーンシートの厚みをｔG２としたときに、ｔG２／ｔG１≧１．２の関係を満足することを特徴とする請求項７または８に記載の積層型電子部品の製法。
誘電体グリーンシートを構成する誘電体粉末の平均粒径をφG１、セラミックグリーンシートを構成するセラミック粉末の平均粒径をφG２とした時に、φG２／φG１≧１．１の関係を満たすことを特徴とする請求項７乃至９のうちいずれか記載の積層型電子部品の製法。
内部電極パターンが金属箔であることを特徴とする請求項７乃至１０のうちいずれか記載の積層型電子部品の製法。
金属箔が電気めっき膜であることを特徴とする請求項１１に記載の積層型電子部品の製法。