JP2006120698A - 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】 静電容量のばらつきが小さく、かつ、層間クラックやデラミネーション等が発生しにくい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。
【解決手段】 内部電極３，４はそれぞれ、容量形成部３ａ，４ａと引出し部３ｂ，４ｂとからなる。容量形成部３ａと４ａはセラミックグリーンシート２を介して互いに対向し、静電容量を形成する。引出し部３ｂはセラミックグリーンシート２の左辺に導出され、引出し部４ｂはセラミックグリーンシート２の右辺に導出されている。容量形成部３ａ，４ａの空隙率は２５％以下であり、引出し部３ｂ，４ｂの空隙率を容量形成部３ａ，４ａの空隙率よりも大きくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、積層セラミック電子部品、特に、積層コンデンサ、積層バリスタ、積層ＬＣフィルタなどの積層セラミック電子部品およびその製造方法に関する。

一般に、多数の内部電極がセラミック層を介して積層されてなるセラミック積層体を有する積層コンデンサにおいて、セラミック積層体内に存在する内部電極を微視的に観察したとき、内部電極が当該内部電極を形成すべき領域の全域にわたって緻密に形成されていることは、ほとんどない。多くの場合、内部電極を形成すべき領域内であっても、実際には、内部電極の存在しない領域がスポット的に分布している。

ところで、積層コンデンサの小型化、低容量化を図ると、内部電極の積層枚数の減少に伴って、内部電極一層が静電容量に与える影響が大きくなる。そのため、内部電極の空隙率を小さくして、内部電極を緻密にすることで容量形成部の面積のばらつきを小さくして、静電容量のばらつきを抑えることが行われている。ここで、空隙率とは、各内部電極を平面視した場合に、内部電極を形成すべき領域内に、内部電極の存在しない領域がスポット的に分布している比率をいう。

しかしながら、内部電極の存在しない領域がスポット的に分布しないように、内部電極を緻密にすると、セラミック積層体の焼結時にセラミックスと内部電極との熱収縮差で内部応力が蓄積される。このような内部応力が、焼成後の研磨工程等において、セラミック積層体の端部で層間クラックやデラミネーションを発生させる要因となっていた。

そこで、特許文献１に記載の積層セラミック電子部品のように、内部電極を緻密にし過ぎないように適正な空隙率にすることが提案されている。しかし、静電容量のばらつきを抑えつつ、層間クラック等が発生しない適正な範囲を設定することは、電子部品のサイズや誘電体材料によっては非常に困難であった。
特開平１０−１２４７６号公報

そこで、本発明の目的は、静電容量のばらつきが小さく、かつ、層間クラックやデラミネーション等が発生しにくい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にある。

前記目的を達成するため、本発明に係る積層セラミック電子部品は、複数の内部電極が複数のセラミック層を介して互いに対向するように積層されてなるセラミック積層体を有する積層セラミック電子部品であって、
内部電極が、前記セラミック層を介して対向している容量形成部とセラミック積層体の端面に導出された引出し部とからなり、容量形成部の空隙率が２５％以下であり、引出し部の空隙率が容量形成部の空隙率よりも大きいことを特徴とする。ここで、空隙率とは、各内部電極を平面視した場合に、内部電極を形成すべき領域内に、内部電極の存在しない領域がスポット的に分布している比率をいう。

以上の構成により、容量形成部は緻密になり、容量形成部の面積のばらつきが抑えられる。一方、引出し部は空隙（スポット的に分布している電極の存在しない領域）が比較的多くなり、セラミック積層体の焼結時のセラミックスと内部電極との熱収縮差による内部応力が緩和される。

さらに、引出し部の空隙率を１０％より大きく設定することにより、内部応力緩和は一層確実なものとなる。

また、本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法は、セラミックグリーンシートを形成する工程と、内部電極形状に対応した印刷部を有するスクリーン印刷版を用いて、セラミックグリーンシートに導電ペーストをスクリーン印刷する工程と、セラミックグリーンシートを積層してセラミック積層体を形成する工程と、セラミック積層体を焼成する工程と、焼成されたセラミック積層体に外部電極を形成する工程とを含む前述の特徴を有する積層セラミック電子部品の製造方法であって、
スクリーン印刷版の印刷部は、内部電極の引出し部に対応する部分のメッシュ開口率が、内部電極の容量形成部に対応する部分のメッシュ開口率よりも小さいことを特徴とする。ここで、メッシュ開口率は、スクリーン印刷版の印刷部の単位面積当たりのメッシュの開口面積の割合を意味する。例えば、メッシュ開口率が小さいということは、単位面積当たりのメッシュの数は等しいが、メッシュの孔の大きさが小さい場合、あるいは、メッシュの孔の大きさは等しいが、単位面積当たりのメッシュの数が少ない場合である。

本発明によれば、容量形成部の空隙率を２５％以下にすることにより、容量形成部は緻密になり、容量形成部の面積のばらつきが小さくなるので、静電容量のばらつきを抑えることができる。さらに、引出し部の空隙率が容量形成部の空隙率よりも大きいので、引出し部は空隙が比較的多くなり、セラミック積層体の焼結時のセラミックスと内部電極との熱収縮差による内部応力が緩和される。この結果、静電容量のばらつきが小さく、かつ、層間クラックやデラミネーション等が発生しにくい積層セラミック電子部品を得ることができる。

また、スクリーン印刷版において、内部電極の引出し部に対応する部分のメッシュ開口率を、内部電極の容量形成部に対応する部分のメッシュ開口率よりも小さくしたので、引出し部の空隙率が容量形成部の空隙率よりも大きい内部電極が、量産に適した方法で容易に形成される。

以下、本発明に係る積層セラミック電子部品およびその製造方法の実施例について添付の図面を参照して説明する。なお、以下の実施例では、個産品を例にして説明するが、量産時にはマザーセラミックグリーンシートを使用して、マザーセラミック積層体を作成した後、このマザーセラミック積層体を所望のサイズのチップに切断して効率良くセラミック積層体を形成する。

図１に示すように、積層セラミックコンデンサ１は、内部電極３を設けたセラミックグリーンシート２と、内部電極４を設けたセラミックグリーンシート２と、予め電極を設けていない外層用セラミックグリーンシート２などで構成されている。

セラミックグリーンシート２は、誘電体セラミック粉末を有機バインダなどと一緒に混練したものを、ドクターブレード法などの方法でシート状にしたものである。

内部電極３，４はそれぞれ、容量形成部３ａ，４ａと引出し部３ｂ，４ｂとからなる。容量形成部３ａと４ａはセラミックグリーンシート２を介して互いに対向し、静電容量を形成する。引出し部３ｂはセラミックグリーンシート２の左辺に導出され、引出し部４ｂはセラミックグリーンシート２の右辺に導出されている。

内部電極３，４は、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉやこれらの合金などからなり、スクリーン印刷の方法により形成される。すなわち、図２に示すように、導電ペーストをセラミックグリーンシート２上に、内部電極３，４に対応した印刷部１２を有するスクリーン印刷版１１を用いて印刷することによって、内部電極３，４を形成する。

このとき、スクリーン印刷版１１の印刷部１２は、内部電極３，４の引出し部３ｂ，４ｂに対応する部分１２ｂのメッシュ開口率が、内部電極３，４の容量形成部３ａ，４ａに対応する部分１２ａのメッシュ開口率よりも小さく設定されている。ここで、メッシュ開口率は、スクリーン印刷版１１の印刷部１２の単位面積当たりのメッシュの開口面積の割合を意味する。例えば、メッシュ開口率が小さいということは、単位面積当たりのメッシュの数は等しいが、メッシュの孔の大きさが小さい場合、あるいは、メッシュの孔の大きさは等しいが、単位面積当たりのメッシュの数が少ない場合である。本実施例では、図２の円Ａ，Ｂに示すように、単位面積当たりのメッシュの数は等しいが、メッシュの孔の大きさを小さくした。

これにより、メッシュ開口率が大きい部分１２ａからは導電ペーストが相対的に多く吐き出されるので、容量形成部３ａ，４ａの空隙率が小さくなり、容量形成部３ａ，４ａが緻密になる。従って、容量形成部３ａ，４ａの面積のばらつきが小さくなり、静電容量のばらつきを抑えることができる。ここで、空隙率とは、各内部電極３，４を平面視した場合に、内部電極を形成すべき領域内に、内部電極の存在しない領域がスポット的に分布している比率をいう。

一方、メッシュ開口率が小さい部分１２ｂからは導電ペーストが相対的に少なく吐き出されるので、引出し部３ｂ，４ｂの空隙率が大きくなり、引出し部３ｂ，４ｂは空隙が比較的多くなる。

各シート２は積み重ねられて圧着された後、空気雰囲気中にて５００℃の温度に加熱され、有機バインダが燃焼される。その後、空気雰囲気中において１２２０℃で一体的に焼成され、図３に示すような直方体形状を有するセラミック積層体６とされる。このとき、内部電極３，４の引出し部３ｂ，４ｂは空隙が比較的多いので、セラミック積層体６の焼成工程でのセラミックスと内部電極３，４との熱収縮差による内部応力が緩和される。

次に、セラミック積層体６の左右の端面が研磨される。このとき、セラミック積層体６の焼成工程でのセラミックスと内部電極３，４との熱収縮差による内部応力が緩和されているので、層間クラックやデラミネーション等が発生しにくい。さらに、セラミック積層体６の左右の端面に入出力外部電極７ａ，７ｂが形成される。外部電極７ａ，７ｂは、塗布焼付、スパッタリング、あるいは蒸着などの方法により形成される。外部電極７ａ，７ｂには、内部電極３，４の引出し部３ａ，４ａがそれぞれ接続されている。さらに、外部電極７ａ，７ｂの表面に、はんだ付け性改善などの目的でＮｉめっきおよびＳｎめっきなどを施す。

以上の構成からなる積層セラミックコンデンサ１は、内部電極３，４の容量形成部３ａ，４ａは緻密になり、容量形成部３ａ，４ａの面積のばらつきが小さくなるので、静電容量のばらつきを抑えることができる。さらに、引出し部３ｂ，４ｂの空隙率が容量形成部３ａ，４ａの空隙率よりも大きいので、引出し部３ｂ，４ｂは空隙が比較的多くなり、セラミック積層体６焼結時のセラミックスと内部電極３，４との熱収縮差による内部応力が緩和される。この結果、静電容量のばらつきが小さく、かつ、層間クラックやデラミネーション等が発生しにくい積層セラミックコンデンサ１を得ることができる。

より具体的には、表１に示すように、内部電極３，４の電極材料や部品のサイズを種々変えた積層セラミックコンデンサ１を作成して、その評価を行った。セラミックグリーンシート２の厚みは５μｍで、内部電極３，４の総数は１２である。また、表１中の空隙率はセラミックスと内部電極３，４の界面を剥離し、内部電極３，４の空隙率を画像解析によって求めた数値である。なお、表１において、本発明の範囲外にある試料番号には、「＊」が付されている。

表１より、容量形成部３ａ，４ａの空隙率は、２５％以下にする必要があることがわかる。容量形成部３ａ，４ａの空隙率が２５％を超えると、静電容量ばらつきが大きくなるからである（例えば試料番号５）。さらに、引出し部３ｂ，４ｂの空隙率は、１０％より大きく設定するとよいことがわかる。引出し部３ｂ，４ｂの空隙率が１０％以下であると、デラミネーション発生数が大きくなるからである（例えば試料番号３）。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。積層セラミック電子部品としては、積層コンデンサの他に、例えば積層ＬＣフィルタ、積層バリスタなどがある。

本発明に係る積層セラミック電子部品の一実施例を示す分解斜視図。 図１に示した積層セラミック電子部品の製造方法を説明するための斜視図。 図１に示した積層セラミック電子部品の外観斜視図。

符号の説明

１…積層セラミックコンデンサ
２…セラミックグリーンシート
３，４…内部電極
３ａ，４ａ…容量形成部
３ｂ，４ｂ…引出し部
６…セラミック積層体
７ａ，７ｂ…外部電極
１１…スクリーン印刷版
１２…印刷部
１２ａ…内部電極の容量形成部に対応する部分
１２ｂ…内部電極の引出し部に対応する部分

Claims (3)

1. 複数の内部電極が複数のセラミック層を介して互いに対向するように積層されてなるセラミック積層体を有する積層セラミック電子部品において、
   前記内部電極が、前記セラミック層を介して対向している容量形成部と前記セラミック積層体の端面に導出された引出し部とからなり、
   前記容量形成部の空隙率が２５％以下であり、前記引出し部の空隙率が前記容量形成部の空隙率よりも大きいこと、
   を特徴とする積層セラミック電子部品。
2. 前記引出し部の空隙率が１０％より大きい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. セラミックグリーンシートを形成する工程と、内部電極形状に対応した印刷部を有するスクリーン印刷版を用いて、前記セラミックグリーンシートに導電ペーストをスクリーン印刷する工程と、前記セラミックグリーンシートを積層してセラミック積層体を形成する工程と、前記セラミック積層体を焼成する工程と、焼成された前記セラミック積層体に外部電極を形成する工程とを含む請求項１または請求項２に記載の積層セラミック電子部品の製造方法であって、
   前記スクリーン印刷版の印刷部は、前記内部電極の引出し部に対応する部分のメッシュ開口率が、前記内部電極の容量形成部に対応する部分のメッシュ開口率よりも小さい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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