JP2006060147A - セラミック電子部品及びコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ安価な方法で、外部電極端子の剥離を効果的に防止できるセラミック電子部品及びコンデンサを提供する。
【解決手段】複数個のセラミック層２を積層した積層体１の表面及び／又は内部に配線導体３、４を配設するとともに、積層体１の主面に配線導体３、４と電気的に接続される外部電極端子５、６を形成してなるセラミック電子部品１０において、積層体１の内部に、外部電極端子５、６との間に１層のセラミック層２を隔ててダミー配線３ｂ、４ｂを埋設するとともに、ダミー配線３ｂ、４ｂと外部電極端子５、６とを両者間のセラミック層２内に存在する１個または２個の金属粒子Ｍを介して電気的・機械的に接続したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック電子部品及びコンデンサ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、セラミックコンデンサを用いて説明する。

図５は、従来のセラミックコンデンサを示す横断面図である。

図において、セラミックコンデンサ３０は、複数個の誘電体層（セラミック層）３２を積層した積層体３１の内部で、隣接する誘電体層３２間に内部電極（配線導体）３３、３４を介在させるとともに、積層体３１の側面に内部電極３３、３４の端部に電気的に接続される外部電極（外部電極端子）３５、３６を形成し、外部電極３５、３６の一端を積層体３１の４つの主面に延在させている。

上記セラミックコンデンサ１０によれば、外部電極３５、３６は、金属成分とガラス成分を含有する。そして、焼付時に、ガラス成分が外部電極３５、３６の金属成分と、積層体３１の側面及び４つの主面との界面に集まることにより、外部電極３５、３６と積層体３１は電気的・機械的に接続される（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２７０４５７号公報

しかしながら、上記セラミックコンデンサ３０によれば、外部電極３５、３６の内、積層体３１の側面に形成された部分は、内部電極３３、３４と金属−金属結合により強固に接続しているが、積層体３１の４つの主面に形成された部分は、積層体３１との機械的接続強度が弱いため、図５に示すように、外部からの衝撃により、剥離３７が生じやすいという問題点があった。

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、簡単且つ安価な方法で、外部電極端子の剥離を効果的に防止できるセラミック電子部品及びコンデンサを提供することにある。

本発明は、複数個のセラミック層を積層した積層体の表面及び／又は内部に配線導体を配設するとともに、前記積層体の主面に前記配線導体と電気的に接続される外部電極端子を形成してなるセラミック電子部品において、前記積層体の内部に、前記外部電極端子との間に１層のセラミック層を隔ててダミー配線を埋設するとともに、該ダミー配線と前記外部電極端子とを両者間のセラミック層内に存在する１個または２個の金属粒子を介して電気的・機械的に接続したことを特徴とするものである。

また、前記金属粒子を介した機械的接続が、前記金属粒子と前記ダミー配線中の金属成分との焼結、並びに前記金属粒子と前記外部電極端子中の金属成分との焼結によってなされていることを特徴とするものである。

さらに、前記セラミック層内に存在する金属粒子の粒径Ａが、前記ダミー配線と前記外部電極の延在部の間に位置するセラミック層の厚みＢに対し１００％〜２００％に設定されていることを特徴とするものである。

またさらに、複数個の誘電体層を積層した積層体の内部で、隣接する誘電体層間に内部電極を介在させるとともに、前記積層体の側面に前記内部電極の端部に電気的に接続される外部電極を形成し、該外部電極の一端を前記積層体の主面に延在させてなるコンデンサにおいて、前記積層体の内部に、前記外部電極の延在部との間に１層の誘電体層を隔ててダミー電極を埋設するとともに、該ダミー電極と前記外部電極の延在部とを両電極間の誘電体層内に存在する１個または２個の金属粒子を介して電気的・機械的に接続したことを特徴とするものである。

さらにまた、前記金属粒子を介した機械的接続が、前記金属粒子と前記ダミー電極中の金属成分との焼結、並びに記金属粒子と前記外部電極中の金属成分との焼結によってなされていることを特徴とするものである。

そして、前記誘電体層内に存在する金属粒子の粒径Ａが、前記ダミー電極と前記外部電極の延在部の間に位置する誘電体層の厚みＢに対し１００％〜２００％に設定されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、積層体の内部に、外部電極端子との間に１層のセラミック層を隔ててダミー配線を埋設するとともに、ダミー配線と外部電極端子とを両者間のセラミック層内に存在する１個または２個の金属粒子を介して電気的・機械的に接続してなる。

すなわち、外部電極端子は、積層体主面において、積層体内に埋設した金属粒子と強固な金属−金属結合により接続しているため、外部電極端子と積層体主面間の機械的接続強度を増大させることができ、外部電極端子の剥離を防止できる。

また、金属粒子がダミー配線と接続しているため、金属粒子が１層のセラミック層内で確実に固定され、このことによっても、外部電極端子の剥離を効果的に防止できる。さらに、ダミー配線と外部電極端子の間のセラミック層と、ダミー配線間の剥離も防止できる。

またさらに、セラミック層内に１個または２個の金属粒子が存在するため、金属粒子全体として不定形状となり、外部衝撃などによりセラミック層から抜け落ちることがない。

さらにまた、金属粒子を介した機械的接続が、金属粒子とダミー配線中の金属成分との焼結、並びに金属粒子と外部電極端子中の金属成分との焼結によってなされているため、通常の製造ラインを変更することなく、上記機械的接続を実現できるとともに、金属粒子、ダミー配線中及び外部電極端子は一体化しており、このことによっても、外部電極端子の剥離を効果的に防止できる。

またさらに、セラミック層内に存在する金属粒子の粒径Ａが、ダミー配線と外部電極の延在部の間に位置するセラミック層の厚みＢに対し１００％〜２００％に設定されていることが望ましい。すなわち、上記金属粒子の平均粒径Ａが、セラミック層の厚みＢに対し１００％以上であるため、金属粒子がセラミック層を貫通し、ダミー配線と外部電極端子を確実に接続することができる。一方、上記金属粒子の平均粒径Ａが、セラミック層の厚みＢに対し２００％以下であるため、製造時に、スクリーン印刷等によりダミー配線を精度良く形成することができるとともに、積層体となるセラミック層及び配線導体を加圧加熱する際に、セラミック層間の密着性の低下が問題になることはない。

そして、上記理由から、本発明は、複数個の誘電体層を積層した積層体の内部で、隣接する誘電体層間に内部電極を介在させるとともに、積層体の側面に内部電極の端部に電気的に接続される外部電極を形成し、外部電極の一端を積層体の主面に延在させてなるコンデンサに特に好適である。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る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）は横断面図である。図２は、図１のセラミックコンデンサの製造方法を示す断面図である。

図において、セラミックコンデンサ１０は、複数個の誘電体層（セラミック層）２を積層した積層体１の内部で、隣接する誘電体層２間に内部電極３ａ、４ａを介在させるとともに、積層体１の側面に内部電極３ａ、４ａの端部に電気的に接続される外部電極（外部電極端子）５、６を形成し、外部電極５、６の一端を積層体１の４つの主面に延在させている。

誘電体層２は、例えば、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３等を主成分とする誘電体材料によって１層あたり０．５μｍ〜４μｍの厚みに形成されており、かかる誘電体層２を、セラミックコンデンサ１０の実装面に垂直な方向に、例えば２０層〜２０００層だけ積層することによって積層体１が形成される。

内部電極３ａ、４ａは、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｐｄ等の金属を主成分とする導体材料によって、例えば０．５μｍ〜２．０μｍの厚みに形成されている。

外部電極５、６は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ａｇ等の金属を主成分とする導体材料及びガラス成分によって、積層体１の一対の側面から夫々隣接する４つの主面に回り込むように形成されている。

本発明において重要なことは、積層体１の内部に、外部電極５、６の延在部との間に１層の誘電体層２を隔ててダミー電極３ｂ、４ｂを埋設するとともに、ダミー電極３ｂ、４ｂと外部電極５、６の延在部とを両電極間の誘電体層２内に存在する１個または２個の金属粒子Ｍを介して電気的・機械的に接続する点である。図中、内部電極３ａ、４ａとダミー電極３ｂ、４ｂを合わせて配線導体３、４としている。ダミー電極３ｂ、４ｂは、内部電極３ａ、４ａと同じ導体材料であっても良く、異なる導体材料であっても良い。また、金属粒子Ｍは、ダミー電極３ｂ、４ｂ中の他の小さな金属粒子（以下、金属微粒子という。）ｍと同じ金属でも良く、異なる金属でも良い。さらに図中、ダミー電極３ｂ、４ｂは積層体１の一方の主面側に２層配設されているが、１層以上であれば何層でも良い。ダミー電極３ｂ、４ｂの数が多い程、外部電極５、６と積層体１主面間の機械的接続強度を増大させることができ、外部電極５、６の剥離を防止することができる。また図中、隣接するダミー電極（３ｂ−３ｂ、４ｂ−４ｂ）間に跨るように複数個の金属粒子Ｍを埋設しているが、このような金属粒子Ｍは埋設しなくても良い。

さらに、金属粒子Ｍを介した機械的接続が、金属粒子Ｍとダミー電極３ｂ、４ｂ中の金属成分との焼結、並びに金属粒子Ｍと外部電極５、６中の金属成分との焼結によってなされている。

そして、誘電体層２内に存在する金属粒子Ｍの粒径Ａが、ダミー電極３ｂ、４ｂと外部電極５、６の延在部の間に位置する誘電体層２の厚みＢに対し１００％〜２００％に設定されている。ここで、金属粒子Ｍの粒径Ａは、焼成後の積層体１の破断面をケミカルエッチングした後、金属顕微鏡により観察することで確認できる。

以下、本発明のセラミックコンデンサ１０の製造方法について説明する。なお、図中の各符号は焼成の前後で区別しないこととする。

まず、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３等を主成分とする誘電体材料の粉末に適当な有機溶剤、ガラスフリット、有機バインダ等を添加・混合して泥漿状のセラミックスラリを作製するとともに、得られたセラミックスラリを従来周知のドクターブレード法等による、所定形状、所定厚みの誘電体層となるセラミックグリーンシート２を形成する。

次に、セラミックグリーンシート２上に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｐｄ等の金属材料の粉末に適当な有機溶剤、有機バインダ等を添加・混合して得た導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって所定パターンに塗布し、配線導体となる導体パターン３、４を形成する。このとき、図２（ａ）に示すように、ダミー電極となる導体ペースト３ｂ、４ｂ中に、粒径が比較的大きな金属粒子Ｍを混合しておく。具体的には、セラミックグリーンシート２の厚みが０．５μｍ〜１μｍである場合、粒径の大きな金属粒子Ｍの平均粒径は０．５μｍ〜２μｍ、その他の小さな金属粒子（以下、金属微粒子という。）ｍの平均粒径は０．１μｍ〜０．３μｍの範囲にあることが望ましい。一方、セラミックグリーンシート２の厚みが１μｍ〜２μｍである場合、金属粒子Ｍの平均粒径は１〜４μｍ、その他の金属微粒子ｍの平均粒径は０．３μｍ〜０．５μｍの範囲にあることが望ましい。また、セラミックグリーンシート２の厚みが２μｍ〜３μｍである場合、金属粒子Ｍの平均粒径は２μｍ〜６μｍ、金属微粒子ｍの平均粒径は０．４μｍ〜０．６μｍの範囲にあることが望ましい。そして、セラミックグリーンシート２の厚みが３μｍ〜４μｍである場合、金属粒子Ｍの平均粒径は３μｍ〜８μｍ、金属微粒子ｍの平均粒径は０．５μｍ〜０．１μｍの範囲にあることが望ましい。

次に、図２（ｂ）に示すように、導体パターン３、４が形成されたセラミックグリーンシート２を所定の枚数だけ積層する。

次に、積層された導体パターン３、４及びセラミックグリーンシート２を加圧・加熱することにより、大型積層体１１が得られる。このとき、図２（ｃ）に示すように、ダミー電極となる導体パターン３ｂ、４ｂ中に、金属粒子Ｍが含有されるため、金属粒子Ｍがセラミックグリーンシート２を突き破って、大型積層体１１表面に露出したり、隣接するダミー電極となる導体パターン（３ｂ−３ｂ、４ｂ−４ｂ）に跨る。また、金属粒子Ｍにより突き破られるセラミックグリーンシート２は、その他のセラミックグリーンシート２に比べ、やわらかいこと、あるいは熱可塑性のセラミックグリーンシート２であることが望ましい。

次に、大型積層体１１を所定の寸法で切断することにより、未焼成状態の積層体１が得られる。

次に、得られた未焼成状態の積層体１を例えば１１００℃〜１４００℃の温度で焼成することにより、積層体１が得られる。このとき、焼成後の積層体１をバレル研磨することにより、積層体１内に埋設した１個または２個の金属粒子Ｍを積層体１の表面に露出させることができる。

次に、積層体１の一対の側面に外部電極５、６を形成する。すなわち、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ａｇ等の金属材料の粉末に適当なガラス成分、有機溶剤、有機バインダ等を添加・混合して得た導体ペーストを従来周知のディップ法、スクリーン印刷等によって積層体１の一対の側面に塗布後、７００℃〜９００℃で焼付けを行い、外部電極５、６を得る。必要に応じて、外部電極５、６の表面に、Ｎｉメッキ層、Ｓｎメッキ層、半田メッキ層等の金属メッキ層（図示せず）により被覆しても良い。

このようにして、図１に示すようなセラミックコンデンサ１０が得られる。

かくして、本発明によれば、積層体１の内部に、外部電極５、６との間に１層の誘電体層２を隔ててダミー電極３ｂ、４ｂを埋設するとともに、ダミー電極３ｂ、４ｂと外部電極５、６とを両者間の誘電体層２内に存在する１個または２個の金属粒子Ｍを介して電気的・機械的に接続してなるため、外部電極５、６は、積層体１主面において、積層体１内に埋設した金属粒子Ｍと強固な金属−金属結合により接続していることから、外部電極５、６と積層体１主面間の機械的接続強度を増大させることができ、外部電極５、６の剥離３７を防止できる。

また、金属粒子Ｍがダミー電極３ｂ、４ｂと接続しているため、金属粒子Ｍが１層の誘電体層２内で確実に固定され、このことによっても、外部電極５、６の剥離３７を効果的に防止できる。さらに、ダミー電極３ｂ、４ｂと外部電極５、６の間の誘電体層２と、ダミー電極３ｂ、４ｂ間の剥離も有効に防止することができる。

またさらに、誘電体層２内に１個または２個の金属粒子Ｍが存在するため、金属粒子全体として不定形状となり、外部衝撃などにより誘電体層２から抜け落ちることはない。

さらにまた、金属粒子Ｍを介した機械的接続が、金属粒子Ｍとダミー電極３ｂ、４ｂ中の金属微粒子ｍとの焼結、並びに金属粒子Ｍと外部電極５、６中の金属微粒子ｍとの焼結によってなされているため、製造ラインを大幅に変更することなく、上記機械的接続を実現できるとともに、金属粒子Ｍ、ダミー電極３ｂ、４ｂ中及び外部電極５、６は一体化しており、このことによっても、外部電極５、６の剥離を有効に防止することができる。

またさらに、誘電体層２内に存在する金属粒子Ｍの粒径Ａが、ダミー電極３ｂ、４ｂと外部電極５、６の延在部の間に位置する誘電体層２の厚みＢに対し１００％〜２００％に設定されていることが望ましい。すなわち、上記金属粒子Ｍの平均粒径Ａが、誘電体層２の厚みＢに対し１００％以上に相当するため、金属粒子Ｍが誘電体層２を貫通し、ダミー電極３ｂ、４ｂと外部電極５、６を確実に接続することができる。一方、上記金属粒子Ｍの平均粒径Ａが、誘電体層２の厚みＢに対し２００％以下であるため、製造時に、スクリーン印刷等によりダミー電極となる導体パターン３ｂ、４ｂを精度良く形成することができるとともに、大型積層体１１となるセラミックグリーンシート２及び導体パターン３、４を加圧加熱する際に、セラミックグリーンシート２間の密着性が低下するのを有効に防止することもできる。

なお、本発明は上述した実施形態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において種々の変更、改良等が可能である。

例えば、上記実施の形態では、セラミック電子部品としてセラミックコンデンサを用いて説明したが、本発明は、積層圧電部品、回路基板、半導体部品等、あらゆるセラミック電子部品に用いることができる。

図３は、本発明の他の実施形態に係るセラミックコンデンサを示す横断面図である。同図によれば、積層体１の主面にもダミー電極３ｂ、４ｂが形成されている。そして、外部電極５、６は、積層体１の主面に形成されたダミー電極３ｂ、４ｂ、及び積層体１の側面における内部電極３ａ、４ａの露出部を起点として金属メッキ膜を析出させるとともに、これらの析出物同士を相互に連結させることによって一体的に形成される。この場合、外部電極５、６の厚み精度が向上するとともに、積層体１を無電解メッキ用のメッキ液に所定時間浸漬しておくだけの簡単な加工によって外部電極５、６を所望するパターンに形成することができ、セラミックコンデンサ１０の生産性向上に供することが可能である。またこのとき、積層体１の主面に形成されたダミー電極３ｂ、４ｂとの間に１層の誘電体層２を隔てて、他のダミー電極３ｂ、４ｂを埋設するとともに、これらのダミー電極３ｂ、４ｂ同士を両者間の誘電体層２内に存在する複数の金属粒子Ｍを焼結させて接続しているため、積層体１主面に形成されたダミー電極３ｂ、４ｂが積層体１の主面から剥離するのを有効に防止することができる。なお、外部電極５、６と積層体１の主面に形成されたダミー電極３ｂ、４ｂ間は、金属−金属結合により、強固に結合している。またこのとき、金属粒子となる金属粒子Ｍは、積層体１の主面に形成されたダミー電極となる導体パターン３ｂ、４ｂと、１層の誘電体層２を隔てた他のダミー電極となる導体パターン３ｂ、４ｂの内、少なくとも一方に含有されていれば良く、両方に含有されても良い。さらに、図３において、導体ペーストを塗布後焼き付けることにより外部電極５、６を形成しても良い。

図４は、本発明の他の実施形態に係るセラミック電子部品を示す横断面図である。図に示すように、本発明のセラミック電子部品１０は、回路基板１０にも適用できる。また、外部電極端子５は、積層体１側面から離間させても良い。さらに、外部電極端子５やダミー配線３ｂより寸法の大きいダミー配線４ｂを埋設するとともに、ダミー配線３ｂとダミー配線４ｂとを両者間のセラミック層２内に存在する金属粒子Ｍを介して電気的・機械的に接続するようにしても良い。このことにより、外部電極端子５と積層体１主面間の機械的接続強度をさらに増大させることができ、外部電極端子５の剥離をさらに効果的に防止できる。なおこのとき、ダミー配線４ｂとなる導体ペースト中に金属粒子Ｍを含有すると、ダミー配線３ｂの外側に金属粒子Ｍがはみ出てしまうため、ダミー配線３ｂとダミー配線４ｂは、ダミー配線３ｂとなる導体ペースト中に含有される金属粒子Ｍにより接続されるようにする。また図中、３ａは内部配線導体、７はビアホール導体、８は他の電子部品である。

そして、ダミー電極３ｂ、４ｂ中に、誘電体層２と略同一の誘電体成分が含有されるようにしても良い。このことによっても、誘電体層２とダミー電極３ｂ、４ｂ間の剥離を防止できる。

本発明の一実施形態に係る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）は横断面図である。 図１のセラミックコンデンサの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係るセラミックコンデンサを示す横断面図である。 本発明の他の実施形態に係るセラミック電子部品を示す横断面図である。 従来のセラミックコンデンサを示す横断面図である。

符号の説明

１０・・・・・・セラミック電子部品（コンデンサ）
１・・・・・・・積層体
２・・・・・・・誘電体層（セラミック層）
３、４・・・・・配線導体
３ａ、４ａ・・・内部電極
３ｂ、４ｂ・・・ダミー配線（ダミー電極）
５、６・・・・・外部電極（外部電極端子）
Ｍ・・・・・・・金属粒子

Claims (6)

1. 複数個のセラミック層を積層した積層体の表面及び／又は内部に配線導体を配設するとともに、前記積層体の主面に前記配線導体と電気的に接続される外部電極端子を形成してなるセラミック電子部品において、
   前記積層体の内部に、前記外部電極端子との間に１層のセラミック層を隔ててダミー配線を埋設するとともに、該ダミー配線と前記外部電極端子とを両者間のセラミック層内に存在する１個または２個の金属粒子を介して電気的・機械的に接続したことを特徴とするセラミック電子部品。
2. 前記金属粒子を介した機械的接続が、前記金属粒子と前記ダミー配線中の金属成分との焼結、並びに前記金属粒子と前記外部電極端子中の金属成分との焼結によってなされていることを特徴とする請求項１に記載のセラミック電子部品。
3. 前記セラミック層内に存在する金属粒子の粒径Ａが、前記ダミー配線と前記外部電極の延在部の間に位置するセラミック層の厚みＢに対し１００％〜２００％に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセラミック電子部品。
4. 複数個の誘電体層を積層した積層体の内部で、隣接する誘電体層間に内部電極を介在させるとともに、前記積層体の側面に前記内部電極の端部に電気的に接続される外部電極を形成し、該外部電極の一端を前記積層体の主面に延在させてなるコンデンサにおいて、
   前記積層体の内部に、前記外部電極の延在部との間に１層の誘電体層を隔ててダミー電極を埋設するとともに、該ダミー電極と前記外部電極の延在部とを両電極間の誘電体層内に存在する１個または２個の金属粒子を介して電気的・機械的に接続したことを特徴とするコンデンサ。
5. 前記金属粒子を介した機械的接続が、前記金属粒子と前記ダミー電極中の金属成分との焼結、並びに記金属粒子と前記外部電極中の金属成分との焼結によってなされていることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサ。
6. 前記誘電体層内に存在する金属粒子の粒径Ａが、前記ダミー電極と前記外部電極の延在部の間に位置する誘電体層の厚みＢに対し１００％〜２００％に設定されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のコンデンサ。

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