JP2005197645A - 電極埋め込みセラミックグリーンシートおよびその製造方法並びにそれを用いた積層セラミックコンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、薄いセラミックグリーンシートを用いてもショート率の悪化・絶縁耐圧の低下を抑制できる電極埋め込みセラミックグリーンシートとその製造方法並びにそれを用いた積層セラミックコンデンサの製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】下部セラミックグリーンシート１１と上部セラミックグリーンシート１３の間に電極パターン１２を設ける構成とすることにより誘電体層あるいは絶縁体層の薄層化においてもショート率・絶縁耐圧の低下を招くことなく、高信頼性を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は高容量・高信頼性の積層セラミック電子部品を得るために用いる電極埋め込みセラミックグリーンシートおよびその製造方法並びにそれを用いた積層セラミックコンデンサの製造方法に関するものである。

従来、積層セラミックコンデンサは以下のように製造されている。

まず、水もしくは有機溶剤等の分散媒にＢａＴｉＯ₃などを主成分とする誘電体組成物と有機バインダ、可塑剤等を加えた後、混合して誘電体のスラリーを作製し、その後ドクターブレード法などによりシート成型して所定厚みの誘電体のセラミックグリーンシート（以下、単にセラミックグリーンシートと呼ぶ）を得る。次に、前記セラミックグリーンシートに電極ペーストを用いてスクリーン印刷法などにより内部電極のパターンを形成した後、この印刷形成された内部電極のパターンが個片化したときに交互に個片の両端に外部と接続できるように表出するように位置あわせを行いながら複数枚積層して積層体を得る。最後に得られた前記積層体を個片化した後１３００℃前後の焼成温度で焼成し、その後個片化した焼成体の両端に表出した内部電極のパターンに接続するように一対の外部電極を形成することにより作製されている。

また、高容量の積層セラミックコンデンサを得るためにセラミックグリーンシートを薄くする場合には電極パターンをセラミックグリーンシートに直接印刷する手法の他に、たとえば特許文献１、特許文献２などに開示されているように、電極パターンをＰＥＴフィルムなどの支持体に形成した後セラミックグリーンシートに圧着して電極パターンを転写する方法などが提案されている。
特許第２０６７８５０号公報 特許第２０６７８５１号公報

しかしながら、上記従来方法のようにセラミックグリーンシートに直接印刷する場合、高容量を得るためにセラミックグリーンシートを薄くしていくと、内部電極の印刷時に起こる電極ペーストによるセラミックグリーンシートの侵食が無視できなくなり、ショート率の増大や絶縁耐圧の低下などを招くという問題点を有していた。

また、内部電極をＰＥＴフィルムなど他の支持体に形成した後セラミックグリーンシートに転写する方法では、内部電極ペーストによるセラミックグリーンシートの侵食がないことから比較的誘電体の厚みを薄くすることができる。しかしながら、例えばセラミックグリーンシートが２．５μｍを切るような場合にはセラミックグリーンシート自体にピンホールなどの欠陥が発生しやすくなり、ショート率の増加や絶縁耐圧の低下などを招くという問題点を有していた。

本発明は前記従来の課題を解決するものであり、誘電体層を薄層化してもショート率の悪化・絶縁耐圧の低下を抑制できる電極埋め込みセラミックグリーンシートおよびその製造方法並びにそれを用いた積層セラミックコンデンサの製造方法を提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明はセラミックグリーンシートの内部に電極パターンを設けた電極埋め込みセラミックグリーンシートとするものである。

本発明の電極埋め込みセラミックグリーンシートおよびその製造方法並びにそれを用いた積層セラミックコンデンサの製造方法は、セラミックグリーンシートの内部に電極パターンを形成した構成を有する電極埋め込みセラミックグリーンシートを積層することによって、誘電体層あるいは絶縁体層の薄層化においてもショート率・絶縁耐圧の低下を招くことなく、高信頼性の電極埋め込みセラミックグリーンシートおよびその製造方法とそれを用いた積層セラミックコンデンサの製造方法を実現することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における電極埋め込みセラミックグリーンシートおよびその製造方法並びにそれを用いた積層セラミックコンデンサの製造方法について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態１における電極埋め込みセラミックグリーンシートの断面図であり、図２は本発明の電極埋め込みセラミックグリーンシートの製造方法を説明するための概念図である。

図１において、本発明の電極埋め込みセラミックグリーンシート１４は、焼成することによって電極となる電極パターン１２が、下部セラミックグリーンシート１１と上部セラミックグリーンシート１３との間に形成されている。例えば、この電極埋め込みセラミックグリーンシート１４を２枚積層した場合を考えると第一の電極埋め込みセラミックグリーンシート１４の上部セラミックグリーンシート１３と第二のセラミックグリーンシート１４の下部セラミックグリーンシート１１がそれぞれに埋め込まれた電極パターン１２の間に介在することとなり、欠陥の確率が高い薄い誘電体セラミックグリーンシートでもショートに至る可能性が激減する。

この作用は積層数を増やした場合でも同様に得られることから、結果として誘電体の薄層化においてもショート率・絶縁耐圧の低下を抑制した高信頼性の積層セラミックコンデンサを製造することができる。

またこのような効果は非常に薄いセラミックグリーンシートを用いるようなセラミック電子部品を実現するときに発揮することができ、検討の結果その厚みは０．５〜３．０μｍの範囲にあるセラミックグリーンシートにおいて効果的であることを確認した。ここで、下限を０．５μｍ以下としたのは、これ以上薄い電極埋め込みセラミックグリーンシート１４を作製することが困難なためである。また３．０μｍより厚い電極埋め込みセラミックグリーンシート１４においては本発明の効果は確認できなかった。

次に、このような電極埋め込みセラミックグリーンシート１４の製造方法について図２を用いて説明する。

まず、セラミック原料に有機バインダ、可塑剤等を加えて溶媒中で十分に分散することによって誘電体スラリーとし、この誘電体スラリーをドクターブレード法によって厚みが異なる（０．５〜１．５μｍ）セラミックグリーンシート１１、１３をＰＥＴフィルム２３上にそれぞれ作製した。次に、前記セラミックグリーンシート１１にスクリーン印刷によって電極パターン１２を形成して厚みの異なる電極パターン形成済みセラミックグリーンシート２１を作製した。

次に、図２に示すように前記電極パターン形成済みセラミックグリーンシート２１の上面にＰＥＴフィルム２３を支持体とした電極パターン１２が形成されていない厚みが異なる（０．５〜１．５μｍ）セラミックグリーンシート２２を圧着ロール２４を用いて熱圧着してそれぞれの厚みを有する電極埋め込みセラミックグリーンシート２５を複数枚作製した。

次に、このような電極埋め込みセラミックグリーンシート２５を用いて積層セラミックコンデンサの作製方法について説明する。

まず、個片化したときに電極パターン１２の端部が交互に個片化したチップの両端に表出するように厚みの異なる電極埋め込みセラミックグリーンシート２５を３００枚用いてそれぞれ積層圧着することにより誘電体層厚みの異なる積層体を作製した。

次に、切断機を用いて前記積層体を積層チップの形状に個片化し、この積層チップを所定の温度条件にて脱バインダ処理を行った後、還元雰囲気中、１３５０℃の焼成温度で２．５時間焼成し、その後焼成された積層チップの両端に一対の外部電極を形成して誘電体層厚みの異なる積層セラミックコンデンサ（本発明品１）を得た。

なお、比較のために、本発明品１と同じ誘電体材料を用いた厚み２〜４μｍのセラミックグリーンシートに電極パターン１２を印刷した従来方法による電極パターン形成済み誘電体セラミックグリーンシートをそれぞれ作製し、この従来の電極パターン形成済み誘電体セラミックグリーンシートを上記と同じように３００枚積層することによって得られる誘電体層厚みの異なる積層セラミックコンデンサ（比較品１）と、電極パターン１２をあらかじめＰＥＴフィルム２３の上に形成した後、本発明品１と同じ誘電体材料を用いた厚み２〜４μｍのセラミックグリーンシートに電極パターン１２を転写した電極パターン形成済み誘電体セラミックグリーンシートをそれぞれ作製し、この電極パターン形成済み誘電体セラミックグリーンシートを３００枚積層することによって得られる誘電体層厚みの異なる積層セラミックコンデンサ（比較品２）を作製した。ここで誘電体層厚みとは積層形成された電極パターン１２の層間距離のことである。

図３は本発明の実施の形態１によって製造された積層セラミックコンデンサ（本発明品１）と比較品１および比較品２のそれぞれのロットについて、焼成後の誘電体層厚みと得られるそれぞれの積層セラミックコンデンサ５００個中のショート率の関係を比較して示した図である。

図３の結果より、比較品１は誘電体層厚みが３．０μｍ程度でもショート率が比較的高く、２．５μｍでは５０％以上がショート品となっている。

また、比較品２では比較品１に比べショート率を低く抑えることができているが、誘電体層厚みが２．０μｍ以下になると顕著にショート率が増加している。

一方、本発明品１においては誘電体層厚みが２．０μｍ以下の領域においてもショート率が低く抑えられているのが分かる。

また、図４は本発明品１と比較品１および２のそれぞれのロットにおいて、誘電体層厚みがほぼ２．０μｍの試料の絶縁破壊電圧分布を比較して示した図である。

図４の結果より、比較品１は絶縁破壊電圧のばらつきが大きく、分布の最頻値が低くなっている。また、比較品２では絶縁破壊電圧のばらつきは比較的小さく抑えられているが、信頼性的に問題となる絶縁破壊電圧の低い試料が比較的多く存在する。一方、本発明品１は絶縁破壊電圧のばらつきが小さいとともに、比較品２に比べて絶縁破壊電圧の低い試料が少なく抑えられているのが分かる。

以上のように、本発明によれば、誘電体層の薄層化時においてもショート率・絶縁耐圧の低下を招くことなく、高信頼性の積層セラミックコンデンサが製造できるという効果が得られる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における電極埋め込みセラミックグリーンシートおよびその製造方法並びにそれを用いた積層セラミックコンデンサの製造方法について、図面を参照しながら説明する。

まず、セラミック原料に有機バインダ、可塑剤等を加えて有機溶剤中で十分に分散することによって誘電体スラリーとし、この誘電体スラリーをドクターブレード法によって１．０μｍの厚みのセラミックグリーンシートを作製した。

次に、前記セラミックグリーンシートにＮｉ粉と水溶性樹脂、可塑剤等からなる水性塗料を用いてスクリーン印刷し、電極パターン１２を形成した。

次に、実施の形態１の図２に示した方法により、前記電極パターン形成済みセラミックグリーンシート２１の上面にセラミックグリーンシート２２を圧着し、電極埋め込みセラミックグリーンシート２５を作製した。

以下、この電極埋め込みセラミックグリーンシート２５を用いて、積層セラミックコンデンサを作製する工程については、実施の形態１と略同等なので省略する。

図５は誘電体層厚みが１．６μｍである実施の形態２で作製された積層セラミックコンデンサ（本発明品２）と実施の形態１で作製した比較品１のうち誘電体層厚みが１．６μｍである試料の絶縁破壊電圧分布の比較である。

図５の結果より、本発明品２は比較品１（誘電体層厚み１．６μｍ）に対して絶縁破壊電圧のばらつきが小さく抑えられており、さらに絶縁破壊電圧の最大値や最頻値が良化していることが分かる。

以上のように、電極埋め込みセラミックグリーンシート２５の製造において、特に非水系スラリーから形成された下部セラミックグリーンシート１１の上面に水性塗料を用いて電極パターン１２を形成する構成をとることによって、誘電体の薄層化時においても絶縁耐圧の優れた、高信頼性の積層セラミックコンデンサが製造できるという効果が得られる。また電極パターン形成済みセラミックグリーンシート２１に用いる下部セラミックグリーンシート１１は非水系スラリーから形成する必要があるが、セラミックグリーンシート２２は非水系または水系のいずれを用いても構わない。

一方、電極埋め込みセラミックグリーンシート２５の製造において、水系スラリーから形成された下部セラミックグリーンシート１１の上面に非水性塗料を用いて電極パターン１２を形成する構成をとることによっても同じように絶縁耐圧の優れた、高信頼性の積層セラミックコンデンサが製造できるという効果が得られることを確認している。このことは電極パターン１２を印刷形成するときに電極ペーストのバインダーシステムにおける溶媒が下部セラミックグリーンシート１１を溶解浸透することにより誘電体層の絶縁性が低下することに課題を有していることから、この課題を克服するためには下部セラミックグリーンシート１１のバインダーシステムと浸食性の少ない反対の特性を有するバインダーシステムからなる電極ペーストを組み合わせることにより薄層化された誘電体層を有する積層セラミックコンデンサの絶縁性を高める製造方法を提供することができるものである。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３における電極埋め込みセラミックグリーンシートおよびその製造方法並びにそれを用いた積層セラミックコンデンサの製造方法について、図面を参照しながら説明する。

まず、セラミック原料に有機バインダ、可塑剤等を加えて有機溶剤中で十分に分散することによって誘電体スラリーとし、この誘電体スラリーをドクターブレード法によって１．０μｍの厚みのセラミックグリーンシートを作製した。

次に、前記セラミックグリーンシートにＮｉ粉と水溶性樹脂、可塑剤等からなる水性塗料を用いてスクリーン印刷し、電極パターンを形成することにより電極パターン形成済みセラミックグリーンシート２１を作製した。

次に、セラミック原料に水溶性バインダ、可塑剤等を加えるとともに、さらにｎ−ドデカンのように乾燥時に揮発する油脂のエマルジョンの添加量を変えて加えた水性の誘電体スラリーを作製し、この水性の誘電体スラリーをそれぞれドクターブレード法によって０．５〜２．０μｍの厚みでシート成形することにより、（表１）に示すような圧縮率を有するセラミックグリーンシート２２を作製した。

次に、実施の形態１の図２に示した方法により、前記電極パターン形成済みセラミックグリーンシート２１の上面に（表１）を示すセラミックグリーンシート２２をそれぞれ圧着することによって電極埋め込みセラミックグリーンシート２５を作製した。

次に、この電極埋め込みセラミックグリーンシート２５を用いて積層数が３００層の積層セラミックコンデンサを作製した。この積層セラミックコンデンサを作製する工程については実施の形態１と略同等なので省略する。このように圧縮率の異なるセラミックグリーンシート２２を圧着した電極埋め込みセラミックグリーンシート２５を積層して作製された積層セラミックコンデンサの焼成後のデラミネーション発生率（％）の比較結果を（表１）に示す。

（表１）の結果より、誘電体層厚みが薄くなると焼成後のデラミネーションが発生する傾向にある。これに対して圧縮率が１０％以上のセラミックグリーンシート２２を圧着した電極埋め込みセラミックグリーンシート２５を積層体に用いた積層セラミックコンデンサにはデラミネーションが抑制されていることが分かる。

以上のように、電極埋め込みセラミックグリーンシート２５の製造方法において、特にセラミックグリーンシート２２に１０％以上の圧縮率を持たせることによって、誘電体層を薄層化した時においても焼成後のデラミネーションなどの構造欠陥を招くことなく絶縁耐圧の優れた高信頼性の積層セラミックコンデンサが製造できるという効果が得られた。なお、この圧縮率は１０〜５０％の範囲がより好ましい。圧縮率が５０％を超えると、高積層化された積層体の電極間厚みが不均一となることがあるためである。

また、セラミックグリーンシート２２に圧縮性を持たせる手法として水性の誘電体スラリーに油脂エマルジョンを添加する方法を用いたが、非水性の誘電体スラリーに水を添加する方法、または中空樹脂粉末を添加する方法などによってもセラミックグリーンシート２２に圧縮性を持たせることができる。

本発明にかかる電極埋め込みセラミックグリーンシートおよびその製造方法並びにそれを用いた積層セラミックコンデンサの製造方法は誘電体層薄層化時においてもショート率の増加・絶縁耐圧の低下を抑制できるという効果を有し、薄いセラミックグリーンシートを用いて高容量・高信頼性の積層セラミックコンデンサを製造する方法等として有用である。

本発明の実施の形態１における電極埋め込みセラミックグリーンシートの断面図 本発明の実施の形態１、２、３における電極埋め込みセラミックグリーンシートの作製方法を説明するための概念図 本発明の実施の形態１における誘電体厚みとショート率の関係を示した特性図 同絶縁破壊電圧の分布の比較を示した特性図 本発明の実施の形態２における絶縁破壊電圧の分布の比較を示した図

符号の説明

１１ 下部セラミックグリーンシート
１２ 電極パターン
１３ 上部セラミックグリーンシート
１４ 電極埋め込みセラミックグリーンシート
２１ 電極パターン形成済みセラミックグリーンシート
２２ セラミックグリーンシート
２３ ＰＥＴフィルム
２４ 圧着ロール
２５ 電極埋め込みセラミックグリーンシート

Claims (8)

1. セラミックグリーンシートの内部に電極パターンを設けた電極埋め込みセラミックグリーンシート。
2. 厚みを０．５〜３．０μｍとした請求項１に記載の電極埋め込みセラミックグリーンシート。
3. 下部セラミックグリーンシートの片面に電極パターンを形成する工程と、前記下部セラミックグリーンシートの電極パターンを形成した面に上部セラミックグリーンシートを圧着して電極パターンを埋め込む工程からなる電極埋め込みセラミックグリーンシートの製造方法。
4. 非水系スラリーから形成された下部セラミックグリーンシートの一面に水性塗料を用いて電極パターンを形成する工程と、前記下部セラミックグリーンシートの電極パターンを形成した面に上部セラミックグリーンシートを圧着して電極パターンを埋め込む工程からなる電極埋め込みセラミックグリーンシートの製造方法。
5. 水系スラリーから形成された下部セラミックグリーンシートの一面に非水性塗料を用いて電極パターンを形成する工程と、前記下部セラミックグリーンシートの電極パターンを形成した面に上部セラミックグリーンシートを圧着して電極パターンを埋め込む工程からなる電極埋め込みセラミックグリーンシートの製造方法。
6. 上部セラミックグリーンシートの圧縮率を１０％以上とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の電極埋め込みセラミックグリーンシートの製造方法。
7. 厚みを０．５〜３．０μｍとした請求項３〜６のいずれか１つに記載の電極埋め込みセラミックグリーンシートの製造方法。
8. 請求項１に記載の電極埋め込みセラミックグリーンシートを積層・圧着して積層体を形成する工程からなる積層セラミックコンデンサの製造方法。

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