JP2005285992A - セラミック電子部品、コンデンサ及びセラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼成による内部欠陥や、特性バラツキ及び信頼性の低下を効果的に抑制できるセラミック電子部品、コンデンサ及びセラミック電子部品の製造方法を提供する。
【解決手段】内部に金属メッキ層３が埋設された貫通孔１３を有する複数個のセラミック層１２を積層してセラミック電子部品１０を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック電子部品、コンデンサ及びセラミック電子部品の製造方法に関するものである。

代表的なセラミック電子部品として、積層セラミックコンデンサを例にとって説明する。

積層セラミックコンデンサは、誘電体層と内部電極とを交互に複数積層してなる積層体の一対の端面に、外部電極が形成され、内部電極と外部電極が夫々電気的に接続する構造を有する。

従来、例えば積層セラミックコンデンサに用いる誘電体層となるセラミックグリーンシートに内部電極となる導体膜を形成するに際し、まず、各種セラミック誘電体粉末、樹脂バインダおよび溶剤からなるスラリー状の組成物をコーティング法などにより薄い膜に成形してセラミックグリーンシートを作製する。つぎに、このセラミックグリーンシートの主面に導体層を付与して形成する。

このような導体層の作製については、例えば特許文献１に開示されている。

即ち、導電性を有するベース板上に、このベース板の表面の露出部を規定するパターンを有するマスク層を形成し、メッキ液を用いて電鋳法により導体層となる金属メッキ層を形成し、セラミックグリーンシートに転写するものである。

このような金属メッキ層が転写されたセラミックグリーンシートを複数積層することにより大型積層体を形成する。

次に、大型積層体を素子領域毎に切断し、未焼成状態の積層体を形成する。ここで、未焼成状態の積層体は、誘電体層となるセラミックグリーンシートと内部電極となる金属メッキ層とが交互に複数個積層されてなり、一対の端面には、夫々金属メッキ層が延出している。

そして最後に、未焼成状態の積層体を焼成し、積層体の一対の端面に外部電極を被着させることにより、積層セラミックコンデンサが完成する。
特開平８−１６２３５２号公報

しかしながら、特許文献１の積層セラミックコンデンサでは、金属メッキ層が転写されたセラミックグリーンシートを積層して大型積層体を形成すると、内部電極となる金属メッキ層が誘電体層となるセラミックグリーンシート上に部分的に存在するように形成されるため、金属メッキ層が存在している部位と、存在していない部位とで金属メッキ層の厚みによる段差が累積することとなっていた。このような大型積層体は、厚み方向に加圧する仮プレスに際して、金属メッキ層が形成されていない部位のセラミックグリーンシート同士が十分に加圧されず密着が弱くなったり、加圧後に変形が生じたりするため、焼成によりデラミネーション（層間剥離現象）やクラックなどの内部欠陥が発生しやすくなるという問題点があった。また、加圧後の変形に起因して焼成後の特性ばらつきが大きくなるという問題点もあった。

特に、近年の電子機器の小型化、高密度化に伴い、積層セラミックコンデンサは小型高容量化が求められ、これに対応して誘電体層の薄層化及び多層化が進められていることから、誘電体層上に配置された内部電極の厚みが相対的に厚くなり、上記問題点は、より深刻なものとなっていた。

本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、焼成による内部欠陥や特性バラツキを効果的に抑制できるセラミック電子部品、コンデンサ及びセラミック電子部品の製造方法を提供することにある。

本発明のセラミック電子部品は、内部に金属メッキ層が埋設された貫通孔を有する複数個のセラミック層を積層してなるものである。

また本発明のコンデンサは、内部に金属メッキ層から成る内部電極が埋設された貫通孔を有する複数個の絶縁層を、間に誘電体層を介して積層してなるものである。

さらに本発明のコンデンサは、前記絶縁層と前記誘電体層とが同質のセラミック材料から成ることを特徴とするものである。

また更に本発明のセラミック電子部品の製造方法は、貫通孔を有したセラミックグリーンシートを基体の上面に準備するとともに、前記貫通孔の内側に位置する基体の上面に金属メッキ層を析出させる工程１と、前記セラミックグリーンシートを貫通孔内で金属メッキ層を保持した状態のまま基体より剥がし、これを複数枚積層して積層体を形成する工程２と、前記積層体を高温で加熱し、セラミックグリーンシートを焼成することによりセラミック電子部品を得る工程３とを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、内部に金属メッキ層が埋設された貫通孔を有する複数個のセラミック層を積層してセラミック電子部品をなすことから、金属メッキ層とセラミック層とは互いに段差を有さないようにして形成されるため、デラミネーション（層間剥離現象）やクラックなどの内部欠陥の発生が抑制でき、且つ、特性のばらつきを小さく保持することが可能となる。

また本発明によれば、内部に金属メッキ層から成る内部電極が貫通孔に埋設された複数個の絶縁層を、間に誘電体層を介して積層してコンデンサをなすことから、金属メッキ層とセラミック層とは互いに段差を有さないようにして形成されるため、デラミネーション（層間剥離現象）やクラックなどの内部欠陥の発生を抑制でき、且つ、特性のばらつきを小さく保持することが可能となる。また、内部電極の厚みに起因する段差を考慮することなく誘電体層の厚みを設定することができ、コンデンサの小型高容量化が可能となる。

さらに本発明によれば、絶縁層と誘電体層とが同質のセラミック材料から成るコンデンサとすることから、絶縁層及び誘電体層の焼結挙動を合わせることによって、内部欠陥や特性バラツキをより効果的に抑制することが可能となる。

また更に本発明によれば、貫通孔を有したセラミックグリーンシートを基体の上面に準備するとともに、前記貫通孔の内側に位置する基体の上面に金属メッキ層を析出させる工程１と、前記セラミックグリーンシートを貫通孔内で金属メッキ層を保持した状態のまま基体より剥がし、これを複数枚積層して積層体を形成する工程２と、前記積層体を高温で加熱し、セラミックグリーンシートを焼成することによりセラミック電子部品を得る工程３とを有してセラミック電子部品の製造方法を形成することから、金属メッキ層が、セラミックグリーンシート上に一部重なったり、セラミックグリーンシートの貫通孔内面との間に隙間を生じるようにして形成されるということを極めて効果的に防止することができるため、デラミネーション（層間剥離現象）やクラックなどの内部欠陥の発生を抑制でき、且つ、特性のばらつきを小さく保持したセラミック電子部品を形成することが可能となる。

以下、本発明のセラミック電子部品を、代表的なセラミック電子部品である積層セラミックコンデンサを例に図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明のセラミック電子部品の一実施形態である積層セラミックコンデンサを示す図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は縦断面図である。

図１に示す積層セラミックコンデンサ１０は、誘電体層２と内部電極３、４とを交互に複数個積層してなる積層体１の一対の端面に、外部電極５、６が形成され、内部電極３と外部電極５、内部電極４と外部電極６が夫々電気的に接続している。また、内部電極３、４の周囲に、実質的に内部電極３、４の厚みと同一のセラミック層（絶縁層）１２が配置されている。

誘電体層２は、ＢａＴｉＯ_３を主成分とする非還元性誘電体材料、及びガラス成分を含む誘電体材料からなり、その厚みは高容量化のために０．２〜５μｍとしている。なお、誘電体層２の形状、厚み、積層数は容量値によって任意に変更することができる。

内部電極３、４は、Ｎｉ、ＣｕそしてＡｇなどの金属を主成分とする材料から構成され、その厚みは０．２〜２μｍの範囲が好ましい。なお、内部電極３、４の形状、面積、積層数は容量値によって任意に変更することができる。

なお、内部電極３、４の厚みばらつきは、積層セラミックコンデンサ１０の寸法および静電容量を安定化させ、信頼性低下の原因となる内部歪みの内在を避ける観点から０．１μｍ以下とすることが望ましい。同様の理由により、内部電極３、４の面粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ以下とすることが望ましい。

セラミック層（絶縁層）１２は、ＢａＴｉＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、ＣａＯ、ＴｉＯ_２そしてＳｒＯなどの非還元性誘電体材料、及びガラス成分を含む誘電体材料からなり、その厚みは平坦化の観点から内部電極３、４と同等に設定することが好ましい。

外部電極５、６は、Ｎｉ、Ｃｕそしてそれらの合金などを主成分として構成される。

以上のような積層セラミックコンデンサ１０は、内部に内部電極３、４が埋設された貫通孔を有する複数個のセラミック層１２を積層して構成されることから、内部電極３、４とセラミック層１２とは互いに段差を有さないようにして形成されるため、デラミネーション（層間剥離現象）やクラックなどの内部欠陥の発生を抑制でき、且つ、特性のばらつきを小さく保持することが可能となる。

また積層セラミックコンデンサ１０は、内部電極３、４が貫通孔に埋設されたセラミック層（絶縁層）１２と誘電体層２とが交互に積層してなることから、内部電極の厚みに起因する段差が積層によって累積することがないとともに、内部電極の厚みに起因する段差を考慮することなく誘電体層の厚みを設定することができ、小型高容量化が可能となる。

なお、セラミック層（絶縁層）１２と誘電体層２とは、同質のセラミック材料、例えばＢａＴｉＯ_３により形成することが好ましい。両者の焼結挙動を合わせることによって、内部欠陥や特性バラツキをより効果的に抑制することが可能となるからである。

次に、本発明のセラミック電子部品の製造方法について、代表的なセラミック電子部品である積層セラミックコンデンサを例に図面を用いて詳細に説明する。

図２は、本発明のセラミック電子部品の製造方法を説明する図である。なお、参照符は、焼成の前後で区別しないものとする。

まず、図２（ａ）に示すように、ＰＥＴフィルムなどからなる第１のキャリアフィルム２０ａ表面に導電性カーボンなどからなるメッキ下地層２０ｂを形成してなる基体２０を準備する。

次に、図２（ｂ）に示すように、メッキ下地層２０ｂ表面に、スクリーン印刷法、グラビア印刷法などによりセラミックペーストを所定のパターンで印刷することにより、金属メッキ層３、４が形成される領域に貫通孔１３を有するセラミックグリーンシート１２を形成する。セラミックグリーンシート１２は、メッキ液によって溶解しないように、疎水性あるいは撥水性であることが望ましい。

セラミックペーストは、ＢａＴｉＯ_３を主成分とする誘電体粉末を、有機溶剤にバインダ樹脂を溶解させた有機ビヒクル中に分散させてなるものであり、有機ビヒクル中には、これらの他、各種分散剤、活性剤、可塑剤などが必要に応じて添加される。

次に、図２（ｃ）に示すように、セラミックグリーンシート１２の内側のメッキ下地層２０ｂが露出している部分に、電解メッキ法、無電解メッキ法などのメッキ法により、Ｎｉを主成分とし、内部電極となる金属メッキ層３、４を形成する。なお、無電解メッキ法で金属メッキ層３、４を形成する場合は、上記基体２０には、ＰＥＴフィルムなどからなる第１のキャリアフィルム２０ａ表面に、Ｐｄ活性処理などを施したものを用いれば良い。

このとき、金属メッキ層３、４は、セラミックグリーンシート１２の貫通孔１３の内側に位置するメッキ下地層２０ｂの露出部分にのみ選択的に形成されるため、金属メッキ層３、４とセラミックグリーンシート１２が重なって局部的に厚み増加することがなく、また、セラミックグリーンシート１２の貫通孔内面との間に隙間を生じるように形成されて局部的な厚みの減少が発生することを防止できる。

なお、内部電極となる金属メッキ層３、４の密度が、バインダ樹脂などを含むセラミックグリーンシート１２よりも高い場合には、焼結時の収縮を考慮し、金属メッキ層３、４をセラミックグリーンシート１２よりも低く形成して、平坦化を高めるようにすると良い。

次に、図２（ｄ）に示すように、基体２０上に形成された金属メッキ層３、４及びセラミックグリーンシート１２を、貫通孔を有しないセラミックグリーンシート２が形成されたＰＥＴフィルムなどからなる第２のキャリアフィルム２１上に転写する。セラミックグリーンシート２は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）などの誘電体材料を主成分とするセラミック粉末、バインダ樹脂、溶剤、可塑剤、分散剤などを混合したセラミックスラリーを、ドクターブレード法、引き上げ法、ダイコーター、グラビアロールコータなどによりシート状に成形するとともに、乾燥することによって形成される。

次に、図２（ｅ）に示すように、第２のキャリアフィルム２１上に形成されたセラミックグリーンシート２並びに金属メッキ層３、４及びセラミックグリーンシート１２の層からなる複合層を、予め貫通孔を有しないセラミックグリーンシート２を準備したガラス板やＳＵＳ板などからなる台板２２上に載置するとともに、第２のキャリアフィルム２１側から加圧加熱することにより転写する。

上述のような各工程を複数回繰り返すことによって、図２（ｆ）に示すような大型積層体１１を形成する。

次に、大型積層体１１を各素子領域に切断し、未焼成状態の積層体１を形成する。ここで、未焼成状態の積層体１は、誘電体層となるセラミックグリーンシート２と内部電極となる金属メッキ層３、４とが交互に複数個積層してなり、一対の端面に、夫々金属メッキ層３、４が延出している。

そして、未焼成状態の積層体１を焼成し、積層体１の一対の端面に外部電極５、６を被着させることにより、図１に示すような積層セラミックコンデンサ１０が完成する。

以上のようにして形成された積層セラミックコンデンサ１０は、金属メッキ層３、４が、セラミックグリーンシート１２上に一部重なったり、セラミックグリーンシート１２の貫通孔１３内面との間に隙間を生じるように形成されるということを極めて効果的に防止することができるため、デラミネーション（層間剥離現象）やクラックなどの内部欠陥の発生を抑制でき、且つ、特性のばらつきを小さく保持することが可能となる。

なお、本発明は上記の実施の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々の変更や改良などは何ら差し支えない。

例えば、上記実施の形態においては、本発明を積層セラミックコンデンサ１０及びその製造方法に適用した例について説明したが、本発明は、積層チップインダクタ、ＬＣ複合部品、多層配線基板など、積層セラミックコンデンサ１０以外のあらゆるセラミック電子部品及びその製造方法に適用できることはいうまでもない。そしてこれら全てのセラミック電子部品において、本発明における金属メッキ層３、４を、セラミック層１２の両主面に形成される導電性部材どうしを電気的に接続するビアホール導体として適用しても良い。

また、上記実施の形態においては、図２（ｄ）に示すように、基体２０上に形成された金属メッキ層３、４及びセラミックグリーンシート１２を、貫通孔を有しないセラミックグリーンシート２が形成されたＰＥＴフィルムなどからなる第２のキャリアフィルム２１上に転写したが、これに代えて、当該工程を経ずに、図３（ｄ）に示すような、台板２２上にセラミックグリーンシート２を準備する工程と、図３（ｅ）に示すような、準備されたセラミックグリーンシート２上に金属メッキ層３、４及びセラミックグリーンシート１２を転写する工程を繰り返すことにより、大型積層体１１を形成するようにしても良い。本実施形態においても、上記実施形態と同様の効果を奏することができることに加えて、図２（ｄ）の工程を無くすことで生産性を向上させることが可能となる。特に、台板２２上にドクターブレード法、グラビア法、リップコーター法などを用いてセラミックスラリーを塗布することによりセラミックグリーンシート２を準備した場合には、金属メッキ層３、４とセラミックグリーンシート１２の厚みにバラツキがあっても、当該バラツキを緩和するようにセラミックグリーンシート２を形成することができるため、平坦性の高い大型積層体１１を形成することができる。

更に、上記実施の形態においては、図２（ｃ）に示すように、セラミックグリーンシート１２の内側のメッキ下地層２０ｂが露出している部分に金属メッキ層３、４を形成したが、このように形成された金属メッキ層３、４及びセラミックグリーンシート１２上に、ドクターブレード法、グラビア法、リップコーター法などを用いてセラミックスラリーを塗布することによりセラミックグリーンシート２を形成して複合層とした上で、当該複合層を貫通孔を有しないセラミックグリーンシート２を準備した台板２２上に載置・転写することを繰り返すことによって大型積層体１１を形成しても良い。この場合においても、金属メッキ層３、４とセラミックグリーンシート１２の厚みにバラツキがあっても、当該バラツキを緩和するようにセラミックグリーンシート２を形成することができるため、平坦性の高い大型積層体１１を形成することができる。

また更に、上記実施の形態においては、ＰＥＴフィルムなどからなる第１のキャリアフィルム２０ａ表面に導電性カーボンなどからなるメッキ下地層２０ｂを形成して基体２０を構成したが、これに代えて、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉあるいはこれらの合金を表面に持つ導電性金属板２０ａの最表面に、金属酸化物、窒化物あるいは炭化物などの０．１μｍ以下の薄膜層からなるメッキ下地層２０ｂを形成して構成しても良い。このような材料により基体２０を構成することで、耐久性が高くなり繰り返して使用できるからである。この場合、当該基体２０表面に形成された金属メッキ層３、４及びセラミックグリーンシート１２上に、ドクターブレード法、グラビア法、リップコーター法などを用いてセラミックスラリーを塗布することによりセラミックグリーンシート２を形成して複合層とし、当該複合層を粘着材層が形成されたＰＥＴフィルムなどからなる第２のキャリアフィルム２１上に転写した上で、台板２２上への転写を繰り返して大型積層体１１を形成する。粘着材層としては、熱、冷熱あるいはＵＶを用いて接着可能となるものを用いればよい。なお、メッキ下地層２０ｂとして、ＮｉＯ、ＴｉＯ_２、ＣｏＯ_２などの酸化物、ＴｉＣ、ＳｉＣなどの炭化物、或は、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｎｉ_３Ｎ_２などの窒化物などの材料を用いることが好ましく、均一な厚みで形成するに際し、基体の表面酸化法、カーボンや窒素のドープ法、或るいはＰＶＤ法やＣＶＤ法などの蒸着法を用いて形成すればよい。

本発明のセラミック電子部品の一実施形態である積層セラミックコンデンサを示す図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は縦断面図である。 本発明のセラミック電子部品の製造方法を説明する図であり、（ａ）第１のキャリアフィルム上にメッキ下地層を形成する工程、（ｂ）貫通孔を有したセラミックグリーンシートを基体の上面に準備する工程、（ｃ）貫通孔の内側に位置する基体の上面に金属メッキ層を析出させる工程、（ｄ）金属メッキ層及びセラミックセラミックグリーンシートを貫通孔を有しないセラミックグリーンシートが形成された第２のキャリアフィルム上に転写する工程、（ｅ）金属メッキ層及びセラミックグリーンシートと貫通孔を有しないセラミックグリーンシートからなる複合層を台板上に載置・転写する工程、（ｆ）大型積層体を形成する工程、を示す断面図である。 本発明のセラミック電子部品の製造方法の他の実施の形態を説明する図であり、（ａ）第１のキャリアフィルム上にメッキ下地層を形成する工程、（ｂ）貫通孔を有したセラミックグリーンシートを基体の上面に準備する工程、（ｃ）貫通孔の内側に位置する基体の上面に金属メッキ層を析出させる工程、（ｄ）金属メッキ層及びセラミック層を貫通孔を有しないセラミックグリーンシート上に転写する工程、（ｅ）大型積層体を形成する工程、を示す断面図である。

符号の説明

１０・・・積層セラミックコンデンサ（セラミック電子部品）
１・・・・積層体
２・・・・誘電体層（セラミックグリーンシート）
３、４・・内部電極（金属メッキ層）
５、６・・外部電極
１１・・・大型積層体
１２・・・絶縁層（セラミック層、セラミックグリーンシート）
１３・・・貫通孔
２０・・・基体
２０ａ・・第１のキャリアフィルム
２０ｂ・・メッキ下地層
２１・・・第２のキャリアフィルム
２２・・・台板

Claims (4)

1. 内部に金属メッキ層が埋設された貫通孔を有する複数個のセラミック層を積層してなるセラミック電子部品。
2. 内部に金属メッキ層から成る内部電極が埋設された貫通孔を有する複数個の絶縁層を、間に誘電体層を介して積層してなるコンデンサ。
3. 前記絶縁層と前記誘電体層とが同質のセラミック材料から成ることを特徴とする請求項２に記載のコンデンサ。
4. 貫通孔を有したセラミックグリーンシートを基体の上面に準備するとともに、前記貫通孔の内側に位置する基体の上面に金属メッキ層を析出させる工程１と、
   前記セラミックグリーンシートを貫通孔内で金属メッキ層を保持した状態のまま基体より剥がし、これを複数枚積層して積層体を形成する工程２と、
   前記積層体を高温で加熱し、セラミックグリーンシートを焼成することによりセラミック電子部品を得る工程３とを含むセラミック電子部品の製造方法。

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