JP2006128283A - Laminated ceramic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層セラミックコンデンサおよびその製法に関し、特に、小型で高容量を有する積層セラミックコンデンサおよびその製法に関する。 The present invention relates to a multilayer ceramic capacitor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a small size and high capacity multilayer ceramic capacitor and a method for manufacturing the same.
積層セラミックコンデンサは、図7(a)に示すように、誘電体層101と内部電極層103とを交互に積層してコンデンサ本体105が形成され、このコンデンサ本体105の対向する端面に内部電極層103が導出し、この部分に各々外部電極107が形成されている。ここで、内部電極層103は、図7(b)に示すように、対向して形成されている外部電極107の方向(以下長寸方向という)の一方の端面付近から他方の端面に渡ってほぼ同一の幅で形成されており、対向する内部電極層103同士の短絡を防止するとともに、電位の異なる他方の外部電極107との絶縁を確保するために、誘電体層101の、外部電極107側以外の3方向の縁部には内部電極層103の形成されていないマージン部109が設けられている。
In the multilayer ceramic capacitor, as shown in FIG. 7A, a
ところで、このような積層セラミックコンデンサは、図8に示すように、一般に、セラミックスラリを塗布して得られたセラミックグリーンシート121にスクリーン印刷機などにより金属含有ペーストを用いて複数の内部電極パターン123を形成し、次いで、この内部電極パターン123間の全周囲に、セラミックペーストによりセラミックパターン124を形成する。次に、内部電極パターン123とセラミックパターン124とが形成された複数のセラミックグリーンシート121を積層し焼成することによりコンデンサ本体105が形成され、最後に、このコンデンサ本体105の対向する端面に外部電極107を形成することにより積層セラミックコンデンサが形成される(例えば、特許文献1)。
しかしながら、上記公報に開示されるような内部電極層103が、対向して形成されている外部電極107の方向(以下長寸方向という)の一方の端面付近から他方の端面に渡ってほぼ同一の幅で形成されている積層セラミックコンデンサでは、製造時のグリーンシート上に形成される内部電極パターンに位置ズレがあると容量のバラツキが大きくなりやすいという問題があった。
However, the
また、上記公報に開示されるような積層セラミックコンデンサでは、誘電体層101を介して内部電極層103同士が重なり合った部分(有効部111)と重なり合っていない部分(非有効部113)との境界部分Boに内部応力が発生することが知られているが、マージン部109を小さくした場合には、内部電極層103の有効面積が大きくなることから、積層セラミックコンデンサの静電容量が高まるものの、外部電極107付近の絶縁低下が起こりやすくなるとともに、上記境界部分Boにおけるマージン部109の強度が低下することから、実装時の熱応力や電圧印加時の電歪等による内部応力の増加によりマージン部109にクラックやデラミネーションが発生しやすくなるという問題があった。
In the multilayer ceramic capacitor disclosed in the above publication, the boundary between the portion where the
一方、マージン部109を広くした場合には、マージン部109の強度を高め、内部応力の増加によるクラックやデラミネーションを防止することができるものの、内部電極層103の有効面積が小さくなることから、折角、内部電極層103の段差を解消する工夫をしても積層セラミックコンデンサの静電容量が低く抑えられてしまうという問題があった。
On the other hand, when the
従って、本発明は、誘電体層および内部電極層を薄層化して高積層化した場合にも、積層セラミックコンデンサに発生するクラックやデラミネーション等の欠陥を防止でき、高容量かつ容量ばらつきを小さくできる積層セラミックコンデンサを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can prevent defects such as cracks and delamination generated in the multilayer ceramic capacitor even when the dielectric layer and the internal electrode layer are thinned and highly laminated, and has high capacity and small capacity variation. An object of the present invention is to provide a multilayer ceramic capacitor that can be used.
本発明の積層セラミックコンデンサは、(1)複数の誘電体層と複数の内部電極層とを交互に積層して略直方体状のコンデンサ本体を成し、該コンデンサ本体の対向する端面二面に前記内部電極層と電気的に接続される外部電極が形成され、前記内部電極層の各層は前記外部電極のいずれか一方と接続され、隣り合う前記内部電極層の各層は互いに反対側の前記端面にて前記外部電極と接続されてなる積層セラミックコンデンサにおいて、前記内部電極層の前記外部電極と接続される接続部分の幅W1と、前記内部電極層の前記接続部分と反対側の先端部分の幅W2とが、W1>W2の関係にあり、前記内部電極層の接続部分から先端部分に向かって幅が漸減し、隣り合う前記内部電極層の2層を内部電極面に垂直な方向に投影した際、前記2層の投影図の輪郭が前記接続部分から先端部分に向かって幅が漸減する辺上で交わることを特徴とする。その結果、内部電極層の周囲には前記交点を除いて内部電極層の積層数が半分の非有効層が形成される。 The multilayer ceramic capacitor of the present invention is (1) a plurality of dielectric layers and a plurality of internal electrode layers are alternately laminated to form a substantially rectangular parallelepiped capacitor body. An external electrode electrically connected to the internal electrode layer is formed, each layer of the internal electrode layer is connected to one of the external electrodes, and each layer of the adjacent internal electrode layer is on the end surface opposite to each other. In the multilayer ceramic capacitor connected to the external electrode, the width W1 of the connection portion of the internal electrode layer connected to the external electrode, and the width W2 of the tip portion of the internal electrode layer opposite to the connection portion Is a relationship of W1> W2, the width gradually decreases from the connection portion of the internal electrode layer toward the tip portion, and two adjacent internal electrode layers are projected in a direction perpendicular to the internal electrode surface. The above Wherein the contour of the projection of the layers intersect on the side where the width gradually decreases toward the tip portion from said connecting portion. As a result, an ineffective layer having half the number of stacked internal electrode layers is formed around the internal electrode layer except for the intersection.
このような構成によれば、印刷が幅方向にずれた場合でも、長方形の内部電極の場合と比較して有効面積の変動を小さく抑えられるため、容量バラツキが小さい積層コンデンサを得ることができる。また、前記交点を除いたマージン部と内部電極積層部の境界部において、マージン部は内部電極の積層数が半分の非有効層と隣接することなり、実装時の熱応力や電圧印加時の電歪等による内部応力を抑制することができる。また、前記交点においてはマージン部の幅が最も大きくなるため、内部応力によるクラックやデラミネーションに対する耐性を大きくできる。 According to such a configuration, even when printing is shifted in the width direction, the variation of the effective area can be suppressed smaller than in the case of the rectangular internal electrode, so that a multilayer capacitor with small capacitance variation can be obtained. In addition, at the boundary portion between the margin portion and the internal electrode laminated portion excluding the intersection point, the margin portion is adjacent to an ineffective layer having half the number of laminated internal electrodes. Internal stress due to strain or the like can be suppressed. In addition, since the width of the margin portion becomes the largest at the intersection, it is possible to increase resistance to cracks and delamination due to internal stress.
また、上記積層セラミックコンデンサでは、(2)隣り合う前記内部電極層の2層を内部電極層面に垂直な方向に投影した際、前記2層の投影図のそれぞれの輪郭が前記接続部分から先端部分に向かって幅が漸減する辺上で交わり、その交点を2箇所で有すること、また、(3)一層の内部電極層における幅が漸減する辺と、コンデンサ本体の側面との距離が、内部電極の接続部分から先端部分に向かって漸増する構造が望ましい。 In the multilayer ceramic capacitor, (2) when two layers of the adjacent internal electrode layers are projected in a direction perpendicular to the internal electrode layer surface, the respective contours of the projections of the two layers extend from the connection portion to the tip portion. Crossing on the side where the width gradually decreases toward the surface, and having two intersections, and (3) the distance between the side where the width in the one internal electrode layer gradually decreases and the side surface of the capacitor body is the internal electrode A structure that gradually increases from the connecting portion toward the tip portion is desirable.
こうした構造では、(4)隣り合う2層の内部電極層を投影視したときの前記接続部分から先端部分に向かって幅が漸減する辺同士の交点とコンデンサ本体の側面との距離が、前記交点以外の部分と前記側面との間の距離よりも大きいことが望ましい。 In such a structure, (4) when the two adjacent internal electrode layers are projected, the distance between the intersection between the sides where the width gradually decreases from the connection portion toward the tip portion and the side surface of the capacitor body is the intersection point. It is desirable that the distance is larger than the distance between the other portion and the side surface.
さらには、前記内部電極層の前記外部電極と接続される接続部分の幅W1と、前記内部電極層の同一面における前記接続部分と対向する対向部分の幅W2の比がW1/W2≧1.1の関係であることが望ましい。このように前記内部電極層の前記外部電極と接続される接続部分の幅W1と、前記内部電極層の同一面における前記接続部分と対向する対向部分の幅W2との比を大きくすることにより、隣り合う2層の内部電極層を投影視したときの前記接続部分から対向部分に向かって幅が漸減する辺同士の交点と、コンデンサ本体の側面との距離が前記交点付近におけるサイドマージン部の幅を大きくできることから、この交点付近の位置のサイドマージン部の強度を向上でき、実装時の熱応力や電圧印加時の電歪等によるクラックをさらに抑制できる。 Furthermore, the ratio of the width W1 of the connection portion connected to the external electrode of the internal electrode layer to the width W2 of the facing portion facing the connection portion on the same surface of the internal electrode layer is W1 / W2 ≧ 1. A relationship of 1 is desirable. Thus, by increasing the ratio of the width W1 of the connection portion connected to the external electrode of the internal electrode layer and the width W2 of the facing portion facing the connection portion on the same surface of the internal electrode layer, When the two adjacent internal electrode layers are projected, the distance between the side where the width gradually decreases from the connection portion toward the facing portion and the side surface of the capacitor body is the width of the side margin portion in the vicinity of the intersection Therefore, the strength of the side margin near the intersection can be improved, and cracks due to thermal stress during mounting, electrostriction during voltage application, and the like can be further suppressed.
また、上記積層セラミックコンデンサでは、誘電体層の厚みが4μm以下でかつ内部電極層の厚みが1.5μm以下であることが望ましい。本発明の積層セラミックコンデンサは、誘電体層および内部電極層の厚みが上記のように薄くなっても内部電極層の形状を維持でき、さらに、内部電極層の幅を変更することにより、高容量化および高信頼性を得ることができる。 In the multilayer ceramic capacitor, it is preferable that the dielectric layer has a thickness of 4 μm or less and the internal electrode layer has a thickness of 1.5 μm or less. The multilayer ceramic capacitor of the present invention can maintain the shape of the internal electrode layer even when the thickness of the dielectric layer and the internal electrode layer is reduced as described above, and further, by changing the width of the internal electrode layer, And high reliability can be obtained.
さらに上記積層セラミックコンデンサでは、積層数が100層以上であることが望ましい。また、本発明の積層セラミックコンデンサは、内部電極層による段差を緩和できるものであることから、100層以上であっても小型、高容量および高信頼性を維持できる。 Furthermore, in the multilayer ceramic capacitor, it is desirable that the number of layers is 100 or more. In addition, since the multilayer ceramic capacitor of the present invention can alleviate the level difference caused by the internal electrode layers, it can maintain small size, high capacity, and high reliability even when it has 100 layers or more.
(構造)
本発明の積層セラミックコンデンサについて詳細に説明する。図1は積層セラミックコンデンサの縦断面図である。積層セラミックコンデンサ1は、図1に示すように、コンデンサ本体3の両端部に外部電極5を形成して構成されている。
(Construction)
The multilayer ceramic capacitor of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a multilayer ceramic capacitor. As shown in FIG. 1, the multilayer
コンデンサ本体3は、複数の誘電体層7と複数の内部電極層9a、9bとが交互に積層されている。内部電極層9a、9bの一端はコンデンサ本体3の長寸方向両端面のいずれかに導出されて、一方の外部電極5に接続され、他端は他方の外部電極5と絶縁を保つようにコンデンサ本体3の端面と所定のエンドマージン11により隔てられている。
The
また、誘電体層7を介して交互に積層されている内部電極層9a、9bは積層方向に重なり合った有効部13とその有効部13の端部に形成されコンデンサ本体3に端面に導出された非有効部15により構成されている。
The
図2は、図1のA−A線に沿った断面図、即ち、横断面図である。図2に示すように、このコンデンサ本体3の各稜線部分10は所望により丸く面取りされている。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, that is, a cross-sectional view. As shown in FIG. 2, each
図3は図1のB−B断面図である。内部電極層9aは、図3に示すように、外部電極5と接続される接続部分である端eから内部電極層9a(9bは示していない)の長寸方向端fに向け徐々に幅Wが漸減している。一方、誘電体層7の長辺と内部電極層9a、9bとの間に外部電極5と接続される接続部分である端eから内部電極9a、9bの長寸方向端fに向け徐々に幅Wsが漸増するサイドマージン部17が形成されている。その結果、内部電極層9a、9bの周囲に前記交点を除いて内部電極層9a、9bの積層数が半分の非有効部が形成された構成になっている。
3 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. As shown in FIG. 3, the
つまり、本発明によれば、内部電極層9a、9bの外部電極5と接続される接続部分の幅W1と、この内部電極層9a、9bの同一面における接続部分と対向する対向部分の幅W2とが、W1>W2の関係にあることを特徴とし、かつこの接続部分から先端部分に向かって幅Wが漸減し、隣り合う内部電極層9a、9bの2層を内部電極層9a、9bの面に垂直な方向に投影した際、前記2層の投影図の輪郭が前記接続部分から先端部分に向かって幅Wが漸減する辺10上で交わることが重要である。
That is, according to the present invention, the width W1 of the connection portion connected to the
また本発明では、その交点Xを2箇所で有するものであることが望ましく、言い換えれば、一層の内部電極層9a、9bにおける幅Wが漸減する辺10と、コンデンサ本体3の側面との距離Wsが、外部電極5との接続部分から先端部分に向かって漸増するものであることが望ましい。
In the present invention, it is desirable to have the intersection X at two locations. In other words, the distance Ws between the
さらには、隣り合う2層の内部電極層9a、9bを投影視したときの前記接続部分から先端部分に向かって幅Wが漸減する辺同士の交点と、コンデンサ本体3の側面との距離Wsが前記交点X以外の部分と前記側面との間の距離よりも大きいことが望ましい。
Furthermore, when the adjacent two
また、本発明の積層セラミックコンデンサでは、前記内部電極層9a、9bの前記外部電極5と接続される接続部分の幅W1と、前記内部電極層の同一面における前記接続部分と対向する先端部分の幅W2としたときに、W1/W2≧1.1であることが望ましく、特に、サイドマージン部17の強度を高め、外部電極5との間の短絡を防止するとともに、焼成後および実装時に、サイドマージン部17と内部電極有効部18と非有効部19との各境界部分に発生する内部応力をさらに抑制し、耐熱衝撃性および耐圧性を向上するという理由から、このW1/W2の比は、1.15〜1.25であることがより望ましい。
In the multilayer ceramic capacitor of the present invention, the width W1 of the connection portion connected to the
また、本発明の積層セラミックコンデンサでは、コンデンサ本体3の稜線部分10を面取りしたとしても、この稜線部分10において、内部電極層9a、9bの露出を防止するという理由から、内部電極層9a、9bの外縁側には所定のサイドマージン部17を設けておくことが望ましく、このような趣旨から、内部電極層9a、9bを構成する有効部18の最大幅を持つ内部電極端部eの幅W1に対する誘電体層7の幅Wdの比は、1.02〜1.27が望ましい。
In the multilayer ceramic capacitor of the present invention, even if the
本発明の積層セラミックコンデンサ1を構成する内部電極層9a、9bの形状は、上記したように、内部電極層9a、9bが外部電極5と接続される長寸方向の端eから対抗部fに向かって幅Wが漸減されている形状であれば、その間が湾曲していても良い。特には、内部電極層9a、9bの有効面積を増すためにe〜f間が外に凸に湾曲して形成されている方が望ましい。
As described above, the shape of the
また、本発明の積層セラミックコンデンサ1では、誘電体層7の厚みは4μm以下であることが望ましく、特に、積層セラミックコンデンサの静電容量および絶縁性を高めるという理由から、1〜3μmであることがより望ましい。
Further, in the multilayer
さらに、内部電極層9a、9bの厚みは、1.5μm以下であることが望ましく、多層化において、積層体の薄型化および低コスト化とともに静電容量の確保を図る上で、0.5〜1.5μmであることがより望ましい。
Furthermore, the thickness of the
そして、本発明の積層セラミックコンデンサ1では、積層数は100層以上、特に、高容量タイプの積層セラミックコンデンサ1として静電容量の向上のために、200層以上であることがより望ましい。
In the multilayer
これに対して、内部電極層9a、9bが、対向して形成されている外部電極5の方向(以下長寸方向という)の一方の端面付近から他方の端面に渡ってほぼ同一の幅で形成されている積層セラミックコンデンサでは、製造時のグリーンシート上に形成される内部電極パターンに位置ズレがある場合には静電容量のバラツキが大きくなり、デラミネーションやクラックも発生しやすい。
On the other hand, the
(製造方法)
本発明の積層セラミックコンデンサ1は、例えば、図4に示すような工程を経て製造される。図4(a)に示すように、先ず、誘電体層7となるセラミック粉末に水および分散剤を加え、ボールミルにて混合粉砕し、これに有機バインダを添加し、得られたセラミックスラリーをキャリアフィルム21上に塗布してセラミックグリーンシート23が形成される。セラミックグリーンシート23の厚みは5μm以下、特に、積層セラミックコンデンサ1の静電容量を向上するとともに絶縁性を確保するという理由から、2〜4μmであることがより望ましい。
(Production method)
The multilayer
ここで調製されるセラミックスラリーは、例えば、セラミック粉末と、ポリビニルブチラール樹脂からなる有機バインダと、この有機バインダを溶解する溶媒として、トルエンとエチルアルコールとを混合したものが好適に用いられる。その他のバインダとしては、セラミック粉末や溶媒との分散性、セラミックグリーンシート23の強度、脱バインダ性の点でアクリル樹脂を用いることもできる。
As the ceramic slurry prepared here, for example, a mixture of ceramic powder, an organic binder made of polyvinyl butyral resin, and toluene and ethyl alcohol as a solvent for dissolving the organic binder is suitably used. As the other binder, an acrylic resin can be used in terms of dispersibility with ceramic powder and a solvent, strength of the ceramic
また、セラミック粉末としては、具体的には、BaTiO3−MnO−MgO−Y2O3等のセラミック粉末が耐還元性を有するという理由から使用可能である。また、磁器の焼結性を高めるという理由からガラス粉末を加えることが望ましい。 As the ceramic powder, specifically, ceramic powder such as BaTiO 3 —MnO—MgO—Y 2 O 3 can be used because it has reduction resistance. Moreover, it is desirable to add glass powder for the reason of improving the sinterability of the porcelain.
次に、図4(b)に示すように、このセラミックグリーンシート23の表面に金属含有ペーストを用いてスクリーン印刷法により、矩形状をした複数の内部電極パターン25が形成される。次に、図4(c)に示すように、セラミックグリーンシート23の表面に形成された長方形状の内部電極パターン25の、長寸方向のパターン間(即ち、エンドマージン11方向)に、セラミックペーストを印刷して、内部電極パターン25とともに、矩形状のセラミックパターン29が形成される。このようにして形成された内部電極パターン25とセラミックパターン29とは厚みがほぼ同じであり実質的に内部電極パターン25の段差を無くすように形成されていることが望ましい。
Next, as shown in FIG. 4B, a plurality of rectangular
図5は、セラミックグリーンシート23上に内部電極パターン25およびセラミックパターン29が形成された状態を示す平面図である。ここで形成される内部電極パターン25の形状は、なおこのパターンは内部電極パターン25の長寸方向の端部側にセラミックパターン29を形成した状態のものである。
FIG. 5 is a plan view showing a state in which the
また、本発明の製法では、焼成後に形成される平面視台形の内部電極層9aになるように、図6に示すような6角形状の内部電極パターン25でもよい。この場合、前記6角形状の内部電極パターン25の全周囲にセラミックパターン29を形成することが望ましい。
Moreover, in the manufacturing method of this invention, the hexagonal
また本発明で用いられる金属含有ペーストは、導体粉末、セラミック粉、有機粘結剤および有機溶剤を含有し、薄層化され均質でパターン精度の高い内部電極パターン25を形成するために適正な粘度調製が行われる。
The metal-containing paste used in the present invention contains a conductor powder, a ceramic powder, an organic binder and an organic solvent, and has an appropriate viscosity for forming a thin and uniform
また、金属含有ペーストに含まれる導体粉末およびセラミック粉の平均粒径は、内部電極パターン25、およびこれが焼成されて形成される内部電極層9a、9bを緻密にしかつ表面が平滑な金属膜を形成するという理由から、0.15〜0.5μmの範囲であることが望ましい。
In addition, the average particle size of the conductor powder and ceramic powder contained in the metal-containing paste is such that the
また、金属含有ペースト中に含まれる導体粉末としては、Ni、Cu等の卑金属が用いられ、金属の焼成温度が一般の絶縁体の焼成温度と一致する点、およびコストが安いという点からNiが望ましい。 In addition, as the conductive powder contained in the metal-containing paste, a base metal such as Ni or Cu is used, and Ni is used because the metal firing temperature matches the firing temperature of a general insulator and the cost is low. desirable.
また、この金属含有ペーストは、導体粉末やセラミック粉と、脂肪族炭化水素と高級アルコールとの混合物からなる有機溶剤と、この有機溶剤に対して可溶性のエチルセルロースからなる有機粘結剤とを含有するものであり、金属含有ペーストの印刷性を容易に制御でき、内部電極パターン25の途切れを防止し均質性を高めるとともに、加圧加熱時の内部電極パターン25の伸びを助長するという点で、有機粘結剤は導体粉末とセラミック粉との混合物100質量部に対して1〜10質量部、有機溶剤量が80〜120質量部含有することが望ましい。
Further, the metal-containing paste contains a conductor powder or ceramic powder, an organic solvent composed of a mixture of an aliphatic hydrocarbon and a higher alcohol, and an organic binder composed of ethyl cellulose soluble in the organic solvent. It is easy to control the printability of the metal-containing paste, prevents discontinuity of the
また、このような導体粉末とセラミック粉により構成される金属含有ペーストの粘度特性は、印刷後の内部電極パターン25の保形性を保つために降伏値を有するとともに、高せん断での印刷においても内部電極パターン25の広がりを抑制するという理由からチクソトロピー性であることが望ましい。また、内部電極ペーストの粘度は、このペースト中の導体粉末、有機粘結剤、有機溶剤の各量、または分散剤の添加により制御できる。
Further, the viscosity characteristics of the metal-containing paste composed of such conductor powder and ceramic powder have a yield value in order to maintain the shape retention of the
また、内部電極パターン25の厚みは2μm以下であることが望ましく、特に、多層化において積層体の薄型化および低コスト化とともに静電容量の確保を図る上で0.5〜1.5μmであることが望ましい。
Further, the thickness of the
ここで用いるセラミックペーストは、粘結剤が、内部電極パターン25を形成した金属含有ペーストと同組成もしくは異なる組成の両方を適用できるが、特に、導体ペーストの印刷と同じ条件を採用できることおよびセラミックグリーンシート23の表面からの粘結剤の揮発速度を一致させるという理由から、セラミックペーストは金属含有ペーストと同組成の粘結剤で構成されることが望ましい。
The ceramic paste used here can be applied with the same or different composition as the metal-containing paste in which the
次に、上記形成した内部電極パターン25およびセラミックパターン29と同じ形状のマスクパターンを用い、内部電極パターン25を長寸方向に半パターンずらして形成されたセラミックグリーンシート23を、図4(d)に示すように、所定枚数積層し、その最上面に印刷されていないセラミックグリーンシート23を重ねて仮積層体31を形成し、次に、この仮積層体31を加熱加圧することにより積層体35が形成される。この加圧加熱により本発明の内部電極層9a、9bの形状の元となるパターンを形成できる。つまり、本発明では、内部電極パターン9a、9bの外部電極5と接続される側の前記内部電極パターン25間にセラミックパターン29を形成し、内部電極パターン25の外部電極5と接続される方向の中央に、前記セラミックパターン29が重畳されるように複数積層して、前記内部電極パターン25の側辺がわに隙間が形成された仮積層体31を形成して、加圧加熱を行い内部電極パターン25を変形させることができ、これにより、仮積層体31を加圧加熱して前記隙間を解消するとともに、内部電極パターン25を変形させることができるのである。つまり本発明では、セラミックパターン29が内部電極パターン25の長辺方向の端部である外部電極5との接続端側にのみ形成されるものである。これにより内部電極パターンの長寸方向の端部を拘束した状態で側辺のみを外側に変形させて広げることができる。
Next, the ceramic
加圧加熱する条件として、温度は50〜100℃、圧力は40〜150MPa、時間は1〜20分の範囲がより望ましい。ここで、積層時の加圧加熱後の内部電極パターン25の大きさは、焼成後の形成される誘電体層7の幅Wd対する内部電極層9a、9bの幅W1の比が1.02〜1.27になるように、そして、内部電極層9a、9bを構成する外部電極と接続される部分の幅W1と、対向する部分の幅W2と、の比が1.1〜1.25になるように調整されることが望ましい。
As conditions for pressurization and heating, the temperature is more preferably 50 to 100 ° C., the pressure is 40 to 150 MPa, and the time is more preferably 1 to 20 minutes. Here, the size of the
次に、この積層体35を、切断線hに沿って、即ち、積層体35中に形成されたセラミックパターン29の略中央を、内部電極パターン25の長寸方向に対して垂直方向(図4の(e)、および図4の(f))に、内部電極パターン25の長寸方向に平行に切断して、内部電極パターン25の端部が露出するようにコンデンサ本体成形体が形成される。一方、内部電極パターン25の最も幅の広い部分においては、サイドマージン部17側にはこの内部電極パターン25は露出されていない状態で形成される。
Next, the
次に、このコンデンサ本体成形体を、所定の雰囲気下、温度条件で焼成してコンデンサ本体3が形成され、場合によっては、このコンデンサ本体3の稜線部分10の面取りを行うとともに、コンデンサ本体3の対向する端面から露出する内部電極層9a、9bを露出させるためにバレル研磨を施しても良い。
Next, the capacitor body molded body is fired under a predetermined atmosphere at a temperature condition to form the
次に、このコンデンサ本体3の対向する端部に、外部電極ペーストを塗布して焼付けを行い外部電極5が形成される。また、この外部電極5の表面には実装性を高めるためにメッキ膜が形成される。
Next, an external electrode paste is applied to the opposite ends of the
このようにして形成された積層セラミックコンデンサ1では、内部電極層9a、9bは外部電極5と接続される部分中eが幅広く、対向するfが幅狭くなっており、内部電極層9a、9bの2層の垂直方向における投影図の輪郭が前記接続部分から対向部分に向かって幅Wが漸減する辺10上にある交点Xを除いて電極層の積層数が半分の非有効層が形成され、交点Xを除いたマージン部17と内部電極層9a、9bの積層部の境界部において、マージン部17は内部電極層9a、9bの積層数が半分の非有効層と隣接することなり、実装時の熱応力や電圧印加時の電歪等による内部応力を抑制することができ、また、前記交点においてはマージン部17の幅が最も大きくなるため、内部応力によるクラックやデラミネーションに対する耐性が最も大きく確保されている。
In the multilayer
従って、前記交点を除いた部分では誘電体層7となるセラミック材料と内部電極層9a、9bとなる金属材料との焼成収縮率差、熱膨張係数差による内部応力が小さくなり、交点ではマージン部の幅を十分に確保できるため、デラミネーションやクラックを防止できる。
Therefore, in the portion excluding the intersection point, the internal stress due to the firing shrinkage difference and the thermal expansion coefficient difference between the ceramic material serving as the
本発明の積層セラミックコンデンサの製法は、セラミックグリーンシートを形成する工程と、該セラミックグリーンシートの主面上に金属含有ペーストを印刷して、内部電極パターンを複数形成する工程と、該内部電極パターンの外部電極と接続される側の前記内部電極パターン間に、前記内部電極パターンに接して、少なくともセラミック粉末を含有するセラミックペーストを塗布し、前記内部電極パターンとの間に隙間を形成するようにセラミックパターンを形成する工程と、前記内部電極パターンおよび前記セラミックパターンが形成された前記セラミックグリーンシートを、前記内部電極パターンの外部電極と接続される方向の中央に、前記セラミックパターンが重畳されるように複数積層して、前記内部電極パターンと前記セラミックパターンとの間に隙間が形成された仮積層体を形成する工程と、該仮積層体を加圧加熱して前記隙間を解消するとともに、前記内部電極パターンを変形させる工程と、該積層体中に形成されたセラミックパターンの略中央および前記内部電極パターンの列間を切断してコンデンサ本体成形体を形成する工程と、該コンデンサ本体成形体を焼成する工程とを具備することを特徴とする。 The method for producing a multilayer ceramic capacitor of the present invention includes a step of forming a ceramic green sheet, a step of printing a metal-containing paste on the main surface of the ceramic green sheet to form a plurality of internal electrode patterns, and the internal electrode pattern A ceramic paste containing at least ceramic powder is applied between the internal electrode patterns on the side connected to the external electrodes in contact with the internal electrode patterns, and a gap is formed between the internal electrode patterns. A step of forming a ceramic pattern, and the ceramic pattern on which the internal electrode pattern and the ceramic green sheet on which the ceramic pattern is formed are superimposed on a center in a direction in which the internal electrode pattern is connected to an external electrode. The internal electrode pattern and the ceramic A step of forming a temporary laminate having a gap between the temporary pattern, a step of pressurizing and heating the temporary laminate to eliminate the gap, and a step of deforming the internal electrode pattern, and the laminate A step of forming a capacitor body molded body by cutting substantially the center of the ceramic pattern formed therein and between the rows of the internal electrode patterns, and a step of firing the capacitor body molded body. .
即ち本発明の積層セラミックコンデンサの製法は、第1に、内部電極パターンの外部電極と接続される側の前記内部電極パターン間に、その内部電極パターンに接するようにセラミックパターンを形成すること、第2に、このようなパターンを有するグリーンシートを内部電極パターンの外部電極と接続される方向の中央に、前記セラミックパターンが重畳されるように複数積層すること、第3に、前記内部電極パターンと前記セラミックパターンとの間に隙間が形成された仮積層体を内部電極パターンを変形させるように加圧加熱した後、積層体中に形成されたセラミックパターンの略中央および前記内部電極パターンの列間を切断することを具備するものである。このため、本製法では、特に、セラミックパターンが形成されない内部電極パターンの側辺が加圧加熱時に外側方向ヘの伸びを利用することにより、焼成後において内部電極パターンの長寸方向の中央部が、内部電極層は外部電極と接続される端部から長寸方向に対向する端部に向けて漸次減幅することにより、隣り合う前記内部電極層の2層を内部電極面に垂直な方向に投影した際、前記2層の投影図の輪郭が前記接続部分から対向部分に向かって幅が漸減する辺上で交わるようになる。その結果、内部電極層の周囲には前記交点を除いて内部電極層の積層数が半分の非有効層が形成される。本発明のように、内部電極パターンの外部電極と接続される側の前記内部電極パターン間に、その内部電極パターンに接するようにセラミックパターンを形成すること、つまり、内部電極パターンの長寸方向側にのみセラミックパターンを形成することで、内部電極パターンの側辺を少し空けて全周囲にセラミックパターンを形成する場合に比較して内部電極層の接続部分と先端部分の幅の比W1/W2を1.15〜1.25にできる。 That is, the method for producing a multilayer ceramic capacitor according to the present invention includes firstly forming a ceramic pattern between the internal electrode patterns on the side connected to the external electrode of the internal electrode pattern so as to be in contact with the internal electrode pattern, 2, a plurality of green sheets having such a pattern are stacked so that the ceramic pattern is superimposed in the center in the direction of connection with the external electrode of the internal electrode pattern, and third, the internal electrode pattern and After pressing and heating the temporary laminate having a gap with the ceramic pattern so as to deform the internal electrode pattern, between the approximate center of the ceramic pattern formed in the laminate and the rows of the internal electrode patterns Cutting. For this reason, in this manufacturing method, in particular, the side of the internal electrode pattern in which the ceramic pattern is not formed utilizes the extension toward the outer side during pressure heating, so that the central portion in the longitudinal direction of the internal electrode pattern after firing is The internal electrode layer is gradually reduced from the end connected to the external electrode toward the end facing in the longitudinal direction, so that two adjacent internal electrode layers are perpendicular to the internal electrode surface. When projected, the contours of the projections of the two layers intersect on the side where the width gradually decreases from the connecting portion toward the opposing portion. As a result, an ineffective layer having half the number of stacked internal electrode layers is formed around the internal electrode layer except for the intersection. As in the present invention, a ceramic pattern is formed so as to be in contact with the internal electrode pattern between the internal electrode patterns on the side connected to the external electrode of the internal electrode pattern, that is, the longitudinal direction side of the internal electrode pattern By forming the ceramic pattern only on the side, the ratio W1 / W2 of the width of the connection portion of the internal electrode layer to the width of the tip portion is compared with the case where the ceramic pattern is formed all around the side of the internal electrode pattern. 1.15 to 1.25.
そして、前記交点を除いたマージン部と内部電極積層部の境界部において、マージン部は内部電極の積層数が半分の非有効層と隣接することなり、実装時の熱応力や電圧印加時の電歪等による内部応力を抑制することができる。また、前記交点においてはマージン部の幅が最も大きくなるため、内部応力によるクラックやデラミネーションに対する耐性の大きな積層セラミックコンデンサを容易に形成できる。 Then, at the boundary portion between the margin portion and the internal electrode laminated portion excluding the intersection point, the margin portion is adjacent to the ineffective layer having the half number of laminated internal electrodes. Internal stress due to strain or the like can be suppressed. Further, since the width of the margin portion is the largest at the intersection, it is possible to easily form a multilayer ceramic capacitor having high resistance to cracks and delamination due to internal stress.
本発明の積層セラミックコンデンサを以下のようにして作製した。セラミックグリーンシートは、先ず、チタン酸バリウム100モル、酸化イットリウム1モル、酸化マグネシウム2モル及び酸化マンガン0.1モルを混合したセラミック粉末およびガラス粉末に水及び分散剤を加え、ボールミルにてジルコニアボールと共に混合粉砕し、これにポリビニルブチラール樹脂およびトルエンとエチルアルコールとを混合した溶媒を添加してセラミックスラリーを調製し、ダイコータ法を用いてキャリアフィルム上に成膜した。このセラミックグリーンシートの平均厚みは4μmとした。 The multilayer ceramic capacitor of the present invention was produced as follows. The ceramic green sheet is prepared by adding water and a dispersant to a ceramic powder and glass powder in which 100 moles of barium titanate, 1 mole of yttrium oxide, 2 moles of magnesium oxide and 0.1 mole of manganese oxide are mixed. A ceramic slurry was prepared by adding a polyvinyl butyral resin and a solvent in which toluene and ethyl alcohol were mixed to form a ceramic slurry, and a film was formed on a carrier film using a die coater method. The average thickness of this ceramic green sheet was 4 μm.
内部電極パターンを形成するための金属含有ペーストは、ニッケル粉末、エチルセルロースからなる有機粘結剤、脂肪族炭化水素と高級アルコールとの混合物からなる有機溶剤とを3本ロールで混練して調製した。 The metal-containing paste for forming the internal electrode pattern was prepared by kneading nickel powder, an organic binder made of ethyl cellulose, and an organic solvent made of a mixture of an aliphatic hydrocarbon and a higher alcohol with a three roll.
セラミックパターン用のセラミックペーストは、上記のセラミックスラリーの一部をさらに粉砕し、金属含有ペーストと同様の有機成分を用いて調製した。 The ceramic paste for the ceramic pattern was prepared by further pulverizing a part of the ceramic slurry and using the same organic components as the metal-containing paste.
次に、得られたセラミックグリーンシートの主面上に、スクリーン印刷装置を用いて、上記した金属含有ペーストを長方形状のマスクパターン形状に印刷し、乾燥させ、複数の内部電極パターンを形成した。この平均厚みは1.2μmとした。 Next, on the main surface of the obtained ceramic green sheet, the above-described metal-containing paste was printed in a rectangular mask pattern shape using a screen printing apparatus and dried to form a plurality of internal electrode patterns. This average thickness was 1.2 μm.
さらに、このセラミックグリーンシート上に形成された内部電極パターンの長寸方向の端部の隙間に、内部電極パターンを形成したときと同じくスクリーン印刷装置を用いてセラミックパターンを形成した。この場合、セラミックパターンと内部電極パターンとは実質的に同一平面となるようにした。 Further, a ceramic pattern was formed in the gap between the end portions in the longitudinal direction of the internal electrode pattern formed on the ceramic green sheet using the same screen printing apparatus as when the internal electrode pattern was formed. In this case, the ceramic pattern and the internal electrode pattern are substantially flush with each other.
次に、その表面に内部電極パターンとセラミックパターンとが形成されたセラミックグリーンシートを182層積層し、さらにその上下に、内部電極パターン、セラミックパターンが形成されていないセラミックグリーンシートを各20枚積層し、第1回目の加圧プレスを行い、仮積層体を形成した。 Next, 182 layers of ceramic green sheets with internal electrode patterns and ceramic patterns formed on the surface are laminated, and 20 ceramic green sheets without internal electrode patterns and ceramic patterns are laminated on the top and bottom. And the 1st pressurization press was performed and the temporary laminated body was formed.
この条件で作製した仮積層体は、セラミックグリーンシートが完全に密着されていない状態であり、内部電極パターンのエンドマージン側のセラミックパターンとの間に隙間が形成されていた。 The temporary laminate produced under these conditions was in a state where the ceramic green sheet was not completely adhered, and a gap was formed between the ceramic pattern on the end margin side of the internal electrode pattern.
次に、この仮積層体を温度80℃、圧力80MPa、時間2〜10分の条件で第2回目の加圧加熱を行い、内部電極パターンとセラミックパターンとを形成したセラミックグリーンシート、およびその上下の内部電極パターンとセラミックパターンとを形成していないセラミックグリーンシートとを完全に密着させて積層体を得た。 Next, this temporary laminate is subjected to a second pressure heating under conditions of a temperature of 80 ° C., a pressure of 80 MPa, and a time of 2 to 10 minutes to form an internal electrode pattern and a ceramic pattern, and the upper and lower sides thereof. The internal electrode pattern and the ceramic green sheet on which the ceramic pattern was not formed were completely adhered to obtain a laminate.
本発明の積層セラミックコンデンサを形成する積層体は、内部電極パターンを形成したセラミックグリーンシートの一方主面に、内部電極パターンとともにセラミックパターンを形成しているため、この加圧加熱工程においても、内部電極パターンの所定の部分において横方向への広がりはあるものの、内部電極パターンの長寸方向および積層方向への変形は抑制されていた。なお、誘電体層となる面積部分のセラミックグリーンシートの幅と内部電極パターンの最大幅との比および内部電極パターンの最大幅と最小幅は加圧加熱時の時間を調整して制御した。 The multilayer body forming the multilayer ceramic capacitor of the present invention forms a ceramic pattern together with the internal electrode pattern on one main surface of the ceramic green sheet on which the internal electrode pattern is formed. Although the predetermined part of the electrode pattern spreads in the horizontal direction, the deformation of the internal electrode pattern in the longitudinal direction and the stacking direction was suppressed. Note that the ratio of the width of the ceramic green sheet in the area to be the dielectric layer to the maximum width of the internal electrode pattern and the maximum width and minimum width of the internal electrode pattern were controlled by adjusting the time during pressure heating.
次に、この積層体を、積層体中に形成されたセラミックパターンの略中央を、内部電極パターンの長寸方向に対して垂直方向、および内部電極パターンの長寸方向に平行に切断してコンデンサ本体成形体を形成した。 Next, the multilayer body is cut by cutting substantially the center of the ceramic pattern formed in the multilayer body in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the internal electrode pattern and parallel to the longitudinal direction of the internal electrode pattern. A body compact was formed.
次に、このコンデンサ本体成形体を空気中、300℃で脱バイした後、酸素分圧1×10−6Pa、最高温度1260℃で2時間の条件で焼成しコンデンサ本体を得た。 Next, this capacitor body molded body was deburied in air at 300 ° C., and then fired at an oxygen partial pressure of 1 × 10 −6 Pa and a maximum temperature of 1260 ° C. for 2 hours to obtain a capacitor body.
次に、バレル研磨機を用いて、コンデンサ本体の稜線部分の面取りを行った後、内部電極層が露出したコンデンサ本体の端面に外部電極ペーストを塗布し、800℃で焼付けを行い外部電極が形成された積層セラミックコンデンサを得た。こうして得られた積層セラミックコンデンサを構成する誘電体層の平均厚みは2.5μm、積層数が182層、外形寸法が1.6mm×0.8mm×0.8mmであり、その他、内部電極層および誘電体層に関する幅比を表1に示した。 Next, after chamfering the ridge line portion of the capacitor body using a barrel polishing machine, an external electrode paste is applied to the end surface of the capacitor body where the internal electrode layer is exposed, and baking is performed at 800 ° C. to form an external electrode. A multilayer ceramic capacitor was obtained. The average thickness of the dielectric layers constituting the multilayer ceramic capacitor thus obtained is 2.5 μm, the number of stacked layers is 182 layers, the outer dimensions are 1.6 mm × 0.8 mm × 0.8 mm, and other internal electrode layers and The width ratio for the dielectric layer is shown in Table 1.
(比較例)一方、比較例として、セラミックグリーンシートに形成された内部電極パターンを長方形に形成し、内部電極パターンの全周囲にセラミックパターンを形成した試料を作製した。この試料の内部電極層の幅は内部電極層の外部電極方向の幅がいずれの位置でも実質的に同じであった。 (Comparative Example) On the other hand, as a comparative example, a sample in which the internal electrode pattern formed on the ceramic green sheet was formed in a rectangular shape and the ceramic pattern was formed all around the internal electrode pattern was prepared. The width of the internal electrode layer of this sample was substantially the same at any position of the width of the internal electrode layer in the direction of the external electrode.
(評価方法)上記のようにして得られた積層セラミックコンデンサのうち各100個について、内部電極層に平行に研磨を行い、測定顕微鏡を用いて、誘電体層の幅および内部電極層の外部電極部との接続部、および、対向部の寸法測定を行った。 (Evaluation method) About 100 of the multilayer ceramic capacitors obtained as described above, each of them was polished in parallel with the internal electrode layer, and the width of the dielectric layer and the external electrode of the internal electrode layer were measured using a measuring microscope. The dimension of the connecting part with the part and the opposing part was measured.
次に、実体顕微鏡を用いて外面のクラックおよびデラミネーションの観察を行い、外観を評価し外観不良率を評価した。 Next, the outer surface was observed for cracks and delamination using a stereomicroscope, the appearance was evaluated, and the appearance defect rate was evaluated.
さらに各100個ずつ、内部電極層が露出するところまで研磨して内部のクラックやデラミネーション等の欠陥の発生率を調べた。これを内部欠陥不良率とした。 Further, 100 pieces of each were polished until the internal electrode layer was exposed, and the occurrence rate of defects such as internal cracks and delamination was examined. This was defined as an internal defect defect rate.
次に、同個数についてLCRメーター4284Aを用いて、周波数1.0kHz、入力信号レベル0.5Vrmsにて、温度25℃における静電容量を測定した。 Next, the LCR meter 4284A was used for the same number, and the capacitance at a temperature of 25 ° C. was measured at a frequency of 1.0 kHz and an input signal level of 0.5 Vrms.
次に、各200個ずつ、300℃の半田槽に1秒間浸けることにより熱衝撃を加えた後、外観を検査して、半田槽浸せき後の外観検査による不良率を評価した。これを耐熱衝撃不良率とした。 Next, 200 pieces of each were immersed in a 300 ° C. solder bath for 1 second to give a thermal shock, and then the appearance was inspected to evaluate the defect rate by the appearance inspection after immersion in the solder bath. This was defined as the thermal shock defect rate.
次に、耐圧試験を行なった。耐圧試験は、積層セラミックコンデンサがショート状態になるまで電圧を昇圧する試験であり、このときの絶縁破壊電圧を調べた。また、一定電圧(110V、115V)を印加し、3分間放置する試験を各50個行なった。一定電圧を印加する場合の評価は、外観および内部の欠陥の評価である。そして、耐圧試験後、内部電極層が露出するところまで研磨して内部欠陥の不良率を調べた。これを絶縁破壊電圧の平均値及び耐圧不良率とした。上記の外観不良率、内部欠陥不良率、耐熱衝撃不良率、絶縁破壊電圧および耐圧不良率を表1に示した。
表1の結果から明らかなように、長寸方向の幅の異なる内部電極層により構成された試料No.1〜9では、静電容量の標準偏差を平均値で割った値が2%以下と小さく、外観不良率が無く、また、内部欠陥不良率が2%以下、耐熱衝撃不良率が2%以下、絶縁破壊電圧が129V以上、耐圧不良率の110Vの場合が0%および115Vの場合に1%以下となり、優れた特性を有する積層セラミックコンデンサが得られた。 As is apparent from the results in Table 1, the sample Nos. Made up of the internal electrode layers having different widths in the longitudinal direction. 1 to 9, the standard deviation of the capacitance divided by the average value is as small as 2% or less, there is no appearance defect rate, the internal defect defect rate is 2% or less, and the thermal shock defect rate is 2% or less. When the dielectric breakdown voltage was 129 V or more and the withstand voltage failure rate was 110 V, it was 0% and 1 V or less when it was 115 V, and a multilayer ceramic capacitor having excellent characteristics was obtained.
特に、内部電極層の最大幅に対する最小幅の比が1.15〜1.25の範囲である試料No.3〜9では、耐熱衝撃不良率が0%以下であった。 In particular, Sample No. in which the ratio of the minimum width to the maximum width of the internal electrode layer is in the range of 1.15 to 1.25. In 3 to 9, the thermal shock defect rate was 0% or less.
一方、内部電極層の長寸方向の幅を一定とした試料No.10では、静電容量は2.4μFと高かったが、外観不良率、内部欠陥不良率、耐熱衝撃不良率、絶縁破壊電圧、耐圧不良率等の不良率が極めて大きかった。 On the other hand, sample No. 1 in which the width in the longitudinal direction of the internal electrode layer was constant. In No. 10, the capacitance was as high as 2.4 μF, but the defect rates such as the appearance defect rate, internal defect defect rate, thermal shock defect rate, dielectric breakdown voltage, and breakdown voltage defect rate were extremely large.
1 積層セラミックコンデンサ
3 コンデンサ本体
5 外部電極
7 誘電体層
9a、9b 内部電極層
10 辺
13 有効部
15 非有効部
23 セラミックグリーンシート
25 内部電極パターン
29 セラミックパターン
31 仮積層体
35 積層体
W1 接続部分の幅
W2 対向部分の幅
X 交点
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