JP2005209721A - 積層セラミック電子部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 積層セラミック電子部品およびその製造方法に関し、小型・高容量化を図りながらも、内層部１１と外層部１２の界面にて構造欠陥が発生するのを防止できる。
【解決手段】 内部電極１５とセラミック層１４とが交互に積層されてなる内層部１１と、セラミック層１４からなる外層１２部と、内層部１１と外層部１２との間に設けられ内部電極１６とセラミック層１４とが交互に積層されてなる中間層部１３とを備え、中間層部１３の内部電極１６の焼結温度が、内層部１１の内部電極１６の焼結温度よりも高いことを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セラミック層と内部電極が複数枚交互に積層されてなる積層セラミック電子部品およびその製造方法に関する。

誘電体セラミックと金属導体からなる積層セラミックコンデンサは、近年の小型・高容量化という市場の要求により、誘電体および内部電極に求められる厚みは薄くなり、また、信頼性を確保するために、より平滑な電極が求められている。しかし、焼結温度の異なるセラミックと金属導体を同時に焼成する製造過程において、上記の薄層化は、積層セラミックコンデンサの構造欠陥（デラミネーション）といった深刻な問題を発生させる。構造欠陥の発生は、以下の理由から説明できる。

従来にも増して薄い内部電極を形成するには、より粒径の小さいＮｉ粉末を用いる必要があるが、Ｎｉ粉末粒径が細かくなると粉末の活性が高くなり、Ｎｉ粉末を用いた内部電極の焼結温度が低温化する。例えば、粒径１μｍのＮｉ粉末の焼結温度は９００℃以上であったのに対し、粒径０．４〜０．５μｍのＮｉ粉末の焼結温度は８００℃まで低温化する。Ｎｉ粉末と同時に焼成される誘電体セラミックの焼結温度は１０００℃以上あり、したがってＮｉ粉末粒径が細かくなると、Ｎｉ粉末と誘電体セラミックの焼結温度の差が、より大きくなる。Ｎｉ粉末と誘電体セラミックは積層され、同時に焼成されるため、先に焼結するＮｉ粉末は焼結の遅いセラミックに拘束され収縮できないため、２者の界面に応力が発生する。２者の焼結温度の差が大きいほど、この界面応力も大きくなる．したがって、粒径の小さいＮｉ粉を用いると、より構造欠陥が発生しやすくなる。

この構造欠陥は、誘電体セラミックのみの外層部と、誘電体セラミックと内部電極が交互に積層される内層部との界面で最も発生しやすい。これは、誘電体セラミックの厚い外層部が、内層部に比べて変形し難いためと考えられる。

図２および図３のセラミック積層体の模式図を用いて具体的に説明する。図において、セラミック積層体２０は、誘電体セラミック２３と内部電極２４が交互に積層される内層部２１と、内層部２１の上下に形成される誘電体セラミック２３のみの外層部２２とから構成されている。

内層部２１と外層部２２の誘電体セラミック２３の焼結温度を１１００℃、内層部２１の内部電極２４の焼結温度を８００℃とすると、この焼結温度の違いによる応力により、内層部２１と外層部２２の界面２５にて、構造欠陥（デラミネーション）が発生する。

そこで、積層セラミック電子部品の構造欠陥防止のために、内層部における積層方向の内部電極間の距離を変化させて形成された積層セラミックコンデンサが特許文献１に記載されている。具体的には、内部電極間に挟持されるセラミック層の厚みを、外層に近づくにつれて厚くすることによって、内部電極とセラミック層の界面の応力を緩和し、構造欠陥の発生防止を図っている。
特開２００１−４４０５８号

特許文献１に記載の積層セラミックコンデンサは、セラミック層の厚みを外層に近づくにつれて厚くするので、内部電極の積層枚数が少なくなり、小型・高容量化という市場の要求に対応できないという問題があった。

本発明は、小型・高容量化を図りながらも、内層部と外層部の界面にて構造欠陥が発生するのを防止できる積層セラミック電子部品およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の積層セラミック電子部品は、内部電極とセラミック層とが交互に積層されてなる内層部と、セラミック層からなる外層部と、内層部と外層部との間に設けられ内部電極とセラミック層とが交互に積層されてなる中間層部とを備え、中間層部の内部電極の焼結温度が、内層部の内部電極の焼結温度よりも高いことを特徴とするものである。

中間層部の内部電極の焼結温度を内層部の内部電極の焼結温度よりも高くするために、例えば、内部電極をＮｉ粉末にて形成し、中間層部の内部電極を構成するＮｉ粉末の粒径を、内層部の内部電極を構成するＮｉ粉末の粒径より大きくする。

本発明の積層セラミック電子部品の製造方法は、内部電極が形成されたセラミックグリーンシートを積層してなる内層部と、セラミックグリーンシートからなる外層部と、内層部の内部電極より焼結温度の高い内部電極が形成されたセラミックグリーンシートを積層してなる中間層部とを、内層部と外層部との間に中間層部を配置して積層してなる積層体を形成し、当該積層体を焼成する、ことを特徴とするものである。

本発明の積層セラミック電子部品およびその製造方法によると、内層部と外層部との間に中間層部が設けられ、内部電極が形成されたセラミックグリーンシートを積層してなる中間層部の構造は内層部と同じでありながらも、中間層部の内部電極の焼結温度を、内層部の内部電極の焼結温度よりも高くしたので、焼結温度の低い内部電極を有する内層部と、焼結温度の高い外層部との界面で発生する応力を、中間層部にて緩和でき、構造欠陥を回避できる。

本発明の積層セラミック電子部品およびその製造方法によれば、小型・高容量化を図りながらも、内層部と外層部の界面にて構造欠陥が発生するのを防止できるという効果が得られる。

本発明の最良の実施の形態を図１に基づいて説明する。

図１は、誘電体セラミックとＮｉ粉末による内部電極を積層してなる積層セラミック電子部品を構成するセラミック積層体の模式図である。積層セラミック電子部品としては、積層セラミックコンデンサが挙げられる。

図１において、セラミック積層体１０は、セラミック層となる誘電体セラミック１４と内部電極１５が交互に積層される内層部１１と、内層部１１の上下に形成される誘電体セラミック１４のみの外層部１２と、内層部１１と上下の外層部１２との間にそれぞれ形成された誘電体セラミック１４と内部電極１６が交互に積層される中間層部１３とから構成されている。

内層部１１，外層部１２および中間層部１３の誘電体セラミック１４には、焼結温度１１００℃のセラミックを用いた。また、内層部１１の内部電極１５には、焼結温度８００℃のＮｉ粉末を用いた。

さらに、内層部１１と外層部１２の間に形成された中間層部１３は、内層部１１と同様に誘電体セラミック１４とＮｉ粉末による内部電極１６を交互に積層してなるが、内部電極１６の焼結温度は９００℃となるものを用いた。

内層部１１に用いた焼結温度８００℃の内部電極１５と、中間層部１３に用いた焼結温度９００℃の内部電極１６との差は、用いているＮｉ粉末の粒径により発生させた。

内層部１１における焼結温度８００℃の内部電極１５の場合は、粒径０．４μｍのＮｉ粉末を用いた。この粒径０．４μｍのＮｉ粉末を用いて構成された内部電極１５の厚みは１．０μｍと薄くすることができた。

中間層部１３における焼結温度９００℃の内部電極１６の場合は、粒径０．８μｍのＮｉ粉末を用いた。粒径０．４μｍのＮｉ粉末に比べて粒径０．８μｍのＮｉ粉末の焼結温度が高いのは、粉末表面の活性が異なるためと推定される。ただし、粒径０．４μｍのＮｉ粉末による内部電極に比べて、粒径０．８μｍのＮｉ粉末を用いた内部電極は、電極厚みを大きくしないと同等の電極カバレッジ（電極としての機能）を得ることができないため、中間層部１３における内部電極１６の厚みは１．５μｍとなった。

なお、各誘電体セラミック１４の厚みは、内層部１１，外層部１２および中間層部１３とも３．０μｍである。

表１に、内層部１１，外層部１２および中間層部１３における、誘電体セラミック１４と内部電極１５，１６の焼結温度を示す。

次に、積層セラミック電子部品となる積層セラミックコンデンサの製造方法について説明する。

まず、セラミック粉末を樹脂バインダー等に分散してなるセラミックスラリーを作る。このセラミックスラリーをドクターブレード法等にてベースフィルム上に薄く塗布し、乾燥させてセラミックグリーンシートを作る。次に、このセラミックグリーンシート上に、Ｎｉ導電ペーストを使用して、内層部１１の内部電極１５ならびに中間層部１３の内部電極１６となる内部電極パターンをそれぞれ印刷する。

ベースフィルムから剥離されたセラミックグリーンシートを、図１に示す順序となるように順次積層し、圧着して、未焼成のセラミック積層体を得る。次に、セラミック積層体を焼成し、露出した内部電極に電気的に接続して外部電極を形成して、積層セラミックコンデンサを製造する。

このような積層セラミックコンデンサの構成と構造欠陥の発生率を表２に示す。

表２中の実施例１〜５は、中間層部１３を構成するセラミックグリーンシートの枚数がそれぞれ異なる例を示しており、比較例は中間層部１３の無い例を示している。

なお、中間層部１３は内層部１１の上下にそれぞれ設けられており、中間層部１３を構成するセラミックグリーンシートの枚数は、上下合せてカッコ内に示す枚数となる。また、内層部１１と中間層部１３を合せて、２００枚のセラミックグリーンシートからなり、外層部１２を構成するセラミックグリーンシートの枚数は上下それぞれ１０枚である。

表２より、中間層部１３を設けることで、構造欠陥の発生が低減することを確認できた。また、中間層部１３を構成するセラミックグリーンシートの枚数が上下各５枚以上では、構造欠陥が無くなることが確認できた。

このように構成された積層セラミック電子部品およびその製造方法によると、内層部１１と外層部１２との間に中間層部１３が設けられ、中間層部１３の構造は内層部１１と同じでありながらも、中間層部１３の内部電極１６の焼結温度を、内層部１１の内部電極１５の焼結温度よりも高くしたので、低い焼結温度（８００℃）の内部電極１５を有する内層部１１と、高い焼結温度（１１００℃）の外層部１２との界面で発生する応力を、それらの中間の焼結温度（９００℃）の内部電極１６を有する中間層部１３にて緩和でき、構造欠陥を回避できる。

なお、上記実施の形態では、中間層部１３の内部電極１６の焼結温度を高くするためにＮｉ粉末の粒径を大きくする手法を用いたが、この手法のほかに、導電ペーストへの共材（誘電体と同じ組成の金属酸化物粉末）の添加や、セラミックグリーンシート中のセラミック成分と同じセラミック粉末の添加や、導電粉末の表面への焼結阻害層（例えば、ＳｉＯ_２等の酸化物、窒化物、珪化物、炭化物等）のコート処理による方法がある。これらも、積層セラミックコンデンサの構造欠陥を低減するための上記構成に用いれば、得られる結果は同じである。

ただし、焼結温度の高い中間層部１３の内部電極１６は、内層部１１の内部電極１５と同等の電極カバレッジを得るためには厚く構成する必要があるため、枚数を多くし過ぎると、電子部品の小型化には逆行する場合がある。したがって、電子部品の小型化を考慮すると、中間層部１３を構成するセラミックグリーンシートの枚数は必要最小限に少なくすることが好ましい。

また、上記実施の形態では、内層部１１の内部電極の焼結温度が８００℃（Ｎｉ粉末粒径０．４ｕｍ）の場合を例示したが、さらに低い焼結温度（例えばＮｉ粉末粒径０．２ｕｍで焼結温度７００℃）の場合でも、同等の構成による構造欠陥低減は可能である。ただし、その場合、内層部１１の内部電極の焼結温度が低いほど、応力緩和のために中間層部１３を構成するセラミックグリーンシートの枚数を増やすことが必要である。

また、上記実施の形態では、中間層部１３をすべて同じもので構成しているが、徐々に内部電極の焼結温度が異なるように複数種のもので構成してもよい。

また、上記実施の形態では、内層部１１，外層部１２および中間層部１３におけるセラミックグリーンシートの厚みは、全て同じ厚み（３．０μｍ）のシートを使用した。しかし、各層１１，１２，１３においてシートの厚みが異なっていてもよく、あるいは各層１１，１２，１３内において順次厚みが変化するような構成であっても、本発明の効果を得ることができる。

なお、外層部１２は肉厚のシート１枚で形成してもよい。

さらに、中間層部１３のセラミックグリーンシートの積層枚数については、内部電極１６の積層数、塗布厚、大きさや材質、セラミックグリーンシートの厚み等により適宜決定される。

本発明の積層セラミック電子部品およびその製造方法は、積層セラミックコンデンサの他、積層バリスタや積層サーミスタをはじめとする積層セラミック電子部品に適用できる。

本発明の実施の形態における積層セラミック電子部品を構成するセラミック積層体の模式図 従来例における積層セラミック電子部品を構成するセラミック積層体の模式図 従来例におけるセラミック積層体の構造欠陥を示す模式図

符号の説明

１０ セラミック積層体
１１ 内層部
１２ 外層部
１３ 中間層部
１４ 誘電体セラミック
１５，１６ 内部電極

Claims (3)

1. 内部電極とセラミック層とが交互に積層されてなる内層部と、セラミック層からなる外層部と、内層部と外層部との間に設けられ内部電極とセラミック層とが交互に積層されてなる中間層部とを備え、
   中間層部の内部電極の焼結温度が、内層部の内部電極の焼結温度よりも高いことを特徴とする積層セラミック電子部品。
2. 内部電極はＮｉ粉末にて形成されており、中間層部の内部電極を構成するＮｉ粉末の粒径を、内層部の内部電極を構成するＮｉ粉末の粒径より大きくして、中間層部の内部電極の焼結温度を内層部の内部電極の焼結温度よりも高くした、ことを特徴とする請求項１に記載の積層セラミック電子部品。
3. 内部電極が形成されたセラミックグリーンシートを積層してなる内層部と、セラミックグリーンシートからなる外層部と、内層部の内部電極より焼結温度の高い内部電極が形成されたセラミックグリーンシートを積層してなる中間層部とを、
   内層部と外層部との間に中間層部を配置して積層してなる積層体を形成し、当該積層体を焼成する、ことを特徴とする積層セラミック電子部品の製造方法。

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