JP2006324637A - 共材粒子、その製造方法、電極ペースト、電子部品の製造方法 - Google Patents

共材粒子、その製造方法、電極ペースト、電子部品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 特に内部電極層の各厚みが薄層化した場合でも、焼成段階でのNi粒子の粒成長を抑制し、球状化、電極途切れを有効に防止し、静電容量の低下を効果的に抑制することができる共材粒子を提供すること。
【解決手段】 電極形成のための電極ペーストに含まれる導電性粒子が焼成の過程において球状化することを抑制するために前記電極ペーストに含有される共材粒子50である。誘電体粒子で構成されるコア部51と、コア部51の周囲を覆っている被覆層52とを有し、被覆層52が、貴金属で構成してある。貴金属が、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、レニウム(Re)、白金(Pt)、イリジウム(Ir)およびオスミウム(Os)から選ばれる少なくとも1種の元素を主成分として有する金属または合金で構成してある。
【選択図】 図2

Description

本発明は、誘電体層と内部電極層とを有する電子部品を製造する際に用いる電極ペーストに、導電性粒子と共に含まれる共材粒子と、その共材粒子を製造する方法と、その共材粒子が含まれる電極ペーストと、その電極ペーストを用いた積層セラミックコンデンサなどの電子部品の製造方法に関する。
特に、本発明は、誘電体層および内部電極層の厚みが薄く、内部電極層の積層数が多い、たとえば大容量の積層セラミックコンデンサの内部電極を形成するために好適な内部電極用電極ペースト中に含まれる共材粒子に関する。
近年、積層セラミックコンデンサは、小型および大容量化にともない、よりいっそう薄くて欠陥の少ない誘電体層および内部電極層を積層する方法が必要とされる。
内部電極として用いられるNi電極は、誘電体と比較すると融点が低く、誘電体との焼結温度の差が大きいがために、還元雰囲気焼成において、内部電極は粒成長により球状化し、隣接するニッケルの粒子間が空孔となる。このため、連続的な内部電極の形成が困難となり、積層セラミックコンデンサの場合、静電容量が低下するという問題があった。
これらの問題を解決するために、これまで、電極ペースト中に、誘電体層と同じ組成物の誘電体粒子を共材粒子として添加するという手法を用いている。この共材粒子を電極ペースト中に、Ni粒子と共に含有させることで、ある程度、Niの粒成長による球状化を抑制することが可能である。この共材粒子は、誘電体粉末と添加材とをボールミル等で均一に混合、解砕して得られる。
しかしながら、この手法では、焼成後のNi電極厚みとして1.0μm以上の領域では有効であるが、薄層化して1.0μm以下の領域になると、共材粒子の添加効果だけでは、Niの粒成長による球状化を抑制することができず、その結果、連続的な内部電極形成が困難となり、コンデンサの容量特性を低下させてしまう。
なお、内部電極を薄層化する場合、導電成分として、Niと貴金属との合金が上記問題に対し、有効であることが本発明者等により明らかにされている。すなわち、内部電極用ペースト中に含まれる導電性粒子として、例えばNiとPtとの合金粉を用いることが提案されている。また、それ以外に、Pt被膜で覆われたNi粉も、同様に、内部電極の薄層化に対し有効であることが分かり、先に出願している(特許文献1参照)。
しかしながら、Ni粒子の周囲にPt被膜を形成するために、塩化Pt水溶液中にNi粉末を投入し、攪拌しながら還元剤を添加し、Pt粒子をNi粒子表面に還元析出させようとする際に、塩化Pt水溶液から、数μm以上のPtの偏析粒子が生成し、Ni粉末がPtで被膜されないという問題があった。
特願2004−36417号
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、特に内部電極層の各厚みが薄層化した場合でも、焼成段階でのNi粒子の粒成長を抑制し、球状化、電極途切れを有効に防止し、静電容量の低下を効果的に抑制することができる共材粒子を提供することである。
また、本発明の別の目的は、その共材粒子を製造する際に、貴金属の偏析粒子を形成することなく、良好な貴金属被覆の共材粒子を製造することができる共材粒子の製造方法を提供することである。
さらに本発明の目的は、その共材粒子を含む電極ペーストと、その電極ペーストを用いて薄層化された内部電極層を持つ積層セラミックコンデンサなどの電子部品を製造する方法とを提供することである。
本発明者等は、Ni/Pt合金の導電性粒子を含む電極ペーストについて実験を進めていった結果、内部電極用電極ペーストに含まれる共材粒子を、Ptなどの貴金属で覆った誘電体粉末とすることで、内部電極薄層化に有効であり、本発明の目的を達成できることを見出した。
すなわち、本発明に係る共材粒子は、
電極形成のための電極ペーストに含まれる導電性粒子が焼成の過程において球状化することを抑制するために前記電極ペーストに含有される共材粒子であって、
誘電体粒子で構成されるコア部と、
前記コア部の周囲を覆っている被覆層とを有し、
前記被覆層が、貴金属で構成してあることを特徴とする。
好ましくは、前記貴金属が、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、レニウム(Re)、白金(Pt)、イリジウム(Ir)およびオスミウム(Os)から選ばれる少なくとも1種の元素を主成分として有する金属または合金で構成してある。さらに好ましくは、前記貴金属が、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、レニウム(Re)および白金(Pt)から選ばれる少なくとも1種の元素を主成分として有する金属または合金で構成してある。
前記コア部の周囲は、前記被覆層が連続的に覆っていても、または断続的に覆っていても良い。
好ましくは、前記コア部の粒径が10nm〜100nmである。
好ましくは、前記被覆層の厚みが1〜15nm、さらに好ましくは1〜10nmの範囲、特に好ましくは1〜8nmの範囲にある。被覆層の厚みが小さすぎると、本発明の作用効果が小さくなる傾向にある。また、被覆層の厚さが厚すぎると、ペースト中のNi粒子および共材粒子の分散性が悪くなり、印刷後に、塗膜密度ρgおよび平滑性が悪くなり、その結果、電極途切れが増加する傾向がある。また、誘電損失tanδも増加する傾向にある。
好ましくは、前記コア部における粒子の粒径をd0とし、前記被覆層の厚さをt0とした場合に、0<t0/d0≦0.3である。
なお、本発明において、粒子の粒径とは、粒子が球形であれば、その直径を意味し、その他の形状である場合には、その粒子の形状における最大長さを意味する。
本発明に係る電極ペーストは、共材粒子と、導電性粒子と、溶剤と、バインダ樹脂、分散剤とを有する。
前記導電性粒子は、ニッケル金属粒子またはニッケル含有合金粒子などの卑金属粒子である。
好ましくは、前記電極ペースト中に含まれる金属成分の全体を100モル%とした場合に、前記被覆層を構成するための貴金属成分の含有量が、0モル%より大きく20モル%以下、さらに好ましくは1〜19モル%、特に好ましくは1〜15モル%である。
本発明に係る電子部品の製造方法は、
内部電極層と誘電体層とを有する電子部品を製造する方法であって、
上記に記載の電極ペーストを用いて前記内部電極層となる電極パターン膜を形成する工程と、
前記電極パターン膜を、焼成後に誘電体層となるグリーンシートと積層させる工程と、
前記グリーンシートと前記電極パターン膜との積層体を焼成する工程とを有する。
なお、本発明で用いることができるグリーンシートの材質および製造方法などは、特に限定されず、ドクターブレード法により成形されるセラミックグリーンシート、押出成形されたフィルムを二軸延伸して得られる多孔質のセラミックグリーンシートなどであっても良い。
共材粒子の被覆層を構成する貴金属は、電極ペーストに含まれる導電性粒子を構成するNiなどの卑金属よりも融点が高い貴金属である。焼成の過程において、共材粒子の被覆層は、電極ペーストに含まれる導電性粒子を構成するNiなどの卑金属と反応し、合金を生成すると考えられる。その結果、焼成段階でのNi粒子などの導電性粒子の粒成長を抑制し、球状化、電極途切れなどを有効に防止し、静電容量の低下を効果的に抑制することができる。また、内部電極層と誘電体層とのデラミネーションなども防止することができる。
好ましくは、前記誘電体層が、還元雰囲気焼成が可能な誘電体材料で構成してある。内部電極層は、ニッケルなどの卑金属を主成分とする層が主流なので、同時焼成時に酸化しないように、誘電体層は、還元雰囲気焼成が可能な誘電体材料で構成することが好ましい。
好ましくは、前記内部電極層が焼成後の厚みで1μm以下、好ましくは0.1〜0.5μmである。本発明では、内部電極層の厚みが、特に薄層化した場合に、卑金属粒子の球状化を抑制し、電極とぎれなどを有効に防止することができる。
好ましくは、焼成後の前記内部電極層が前記誘電体層を覆う理想の設計面積に対して、焼成後の前記内部電極層が前記誘電体層を実際に覆う面積の割合を示す被覆率が、70%以上、さらに好ましくは80%以上である。本発明によれば、被覆率を向上させることができる。
本発明に係る共材粒子を製造する方法は、
前記コア部を構成することになるコア用粉末と、前記被覆層を形成することになる金属または合金を含む水溶性金属塩と、界面活性剤(および/または水溶性高分子化合物)とを含む水分散液を準備する分散液作製工程と、
前記水分散液と還元剤とを混合させ、前記コア用粉末の外表面に、前記被覆層を形成することになる金属または合金を還元析出させる還元析出工程とを有する。
前記界面活性剤としては、特に限定されないが、好ましくは非イオン性界面活性剤であり、親水性・親油性バランス値{HLB(Hydrophilic Lipophilic Balance の略)値}が8以上20以下であることが好ましい。非イオン性界面活性剤が好ましいのは、不純物となる金属成分を含まないからである。また、HLB値が8以上20以下であることが好ましいのは、溶媒として水溶液を用いているため、親水性の界面活性剤を選択することが好ましいためである。
また、前記界面活性剤が、前記水分散液中の水100重量部に対して、好ましくは0.001〜1重量部含まれる。界面活性剤の含有量が少なすぎると、還元析出工程において、被覆層を形成すべき金属または合金が被覆層を形成せずに異常に偏析(数μm以上の偏析粒子)してしまう傾向にある。また、界面活性剤の含有量が多すぎる場合には、コア用粉末の外表面に対する被覆層用金属または合金の析出が困難になる傾向にある。
前記水溶性高分子化合物としては、特に限定されないが、好ましくは、アクリル酸エステル重合体、メタクリル酸エステル重合体、またはアクリル酸エステルとメタクリル酸エステルとの共重合体の少なくともいずれかであり、重合体の分子量が50,000〜200,000で、酸価3mgKOH/g〜20mgKOH/gであることが好ましい。これらの範囲にあるものは、被覆層用貴金属粒子の分散能力が向上し、効果的に被覆層用貴金属粒子の偏析を抑制することができる。なお、分子量が上記より小さいと分散が悪く、大きいと水溶液が増粘し、取り扱いが困難となり、またコア用誘電体粒子上への析出が困難になる傾向がある。酸価が上記範囲より小さいと分散が悪く、逆に大きいとコア用誘電体粒子上への析出が困難になる傾向がある。
好ましくは、前記水溶性高分子化合物が、前記水分散液中の水100重量部に対して、0.001〜1重量部含まれる。水溶性高分子化合物の含有量が少なすぎると、還元析出工程において、被覆層を形成すべき金属または合金が被覆層を形成せずに異常に偏析(数μm規模の偏析粒子)してしまう傾向にある。また、水溶性高分子化合物の含有量が多すぎる場合には、コア用粉末の外表面に対する被覆層用金属または合金の析出が困難になる傾向にある。
好ましくは、前記水溶性高分子化合物が、ポリビニルアルコール(PVA)である。PVAの場合は、鹸化度87〜89mol%の部分鹸化のPVAが好ましい。鹸化度がこの範囲にあるPVAを用いると水に対する溶解度が向上し、また分散性も向上するため生成するPt粒子はより微粒子化し、誘電体粒子表面に形成するPt被膜層が連続的になり良好なコーティング粉が得られる。さらに分散性を向上するために上記範囲の鹸化度でブロック構造となっているPVAが好ましい。ブロック構造にすることで界面活性性がより大きくなり、表面張力が低下し乳化力が大きくなる。つまりより分散能力が向上する。
好ましくは、前記還元剤は、ヒドラジン、次亜リン酸、ギ酸のうちの少なくとも一つであり、特に好ましくは、ヒドラジンである。還元剤は、前記水分散液中の水100重量部に対して、0.1〜10重量部含まれる。このような条件で処理することにより、異常な偏析を生じさせることなく、効率よく本発明の共材粒子を製造することができる。
好ましくは、前記コア用粉末の外表面に、前記被覆層を形成することになる金属または合金を還元析出させた後に、当該コア用粉末を、熱処理温度200〜400°Cで熱処理する。このような条件で熱処理することにより、コア部に対する被覆層の密着力を高めることができる。このことは、実験的にも確認されている。
好ましくは、前記水分散液中の水溶性金属塩の含有量は、水100重量部に対して0.01〜1重量部である。この含有量が少なすぎると、被覆層用金属または合金の異常な偏析は少なくなるが、多量の水を使用する割に被覆層が形成された共材粒子の回収効率が悪くなる傾向にある。また、含有量が多すぎると、被覆層用金属または合金の異常な偏析(数μm規模の偏析粒子)が生じやすくなる傾向にある。
好ましくは、前記水溶性金属塩が、塩化白金、塩化ロジウム、五塩化レニウム、三塩化レニウム、塩化ルテニウムの内の少なくともいずれかであり、特に好ましくは、塩化白金である。
本発明の製造方法においては、前記被覆層が前記コア部の外表面の全周を隙間無く覆うことが好ましいが、必ずしも全周を覆うことなく、前記被覆層が前記コア部の外表面の少なくとも一部を覆うように、前記コア用粉末の外表面に、前記被覆層を形成することになる金属または合金を還元析出させても良い。すなわち、還元析出させる被覆層は、誘電体1粒子の表面全体に均一に被膜される連続膜であることが理想であるが、15nm以下の特定貴金属粒子(たとえばPt粒子)が数個から数100個、コア部である誘電体粉表面に密着している状態であっても、球状化あるいは塗切れを抑制する効果がある。
本発明において、電子部品としては、特に限定されないが、積層セラミックコンデンサ、圧電素子、チップインダクタ、チップバリスタ、チップサーミスタ、チップ抵抗、その他の表面実装(SMD)チップ型電子部品が例示される。
Ru、Rh、Re、Pt、IrおよびOsなどの貴金属は、Niなどの卑金属よりも融点が高い貴金属である。また、これらの貴金属または合金を主成分とする被覆層は、誘電体層との濡れ性および密着性に優れている。したがって、この被覆層が形成してある誘電体粒子で構成してある共材粒子と、卑金属の導電性粒子とを含む電極ペーストを用いて、内部電極層を形成することで、内部電極層が薄層化されたとしても、焼成段階でのNi粒子などの卑金属粒子の粒成長を抑制することができる。その結果、卑金属粒子の球状化、電極途切れなどを有効に防止し、静電容量の低下を効果的に抑制することができる。また、内部電極層と誘電体層とのデラミネーションなども防止することができる。さらに、誘電体粉末の焼成不良を生じることがない。
また、本発明の製造方法によれば、内部電極層と誘電体層とを有する電子部品の内部電極層を形成するための電極ペーストに含まれる共材粒子として用いることが最適な共材粒子を、異常な偏析(数μm規模の偏析粒子)などを生じさせることなく、高効率で製造することができる。すなわち、本発明の製造方法によれば、数μm規模の貴金属(たとえばPt)偏析粒子の生成を防止し、100nm以下の誘電体粒子などのコア用粉末の表面に、Ptなどの被覆層を良好に形成することができる。
本発明の製造方法では、水溶性高分子化合物または界面活性剤の働きは、還元材添加によって貴金属(たとえばPt)粒子が生成する際に、高分子化合物分子または界面活性剤分子が貴金属粒子表面に吸着し、貴金属粒子同士の直接接触を防止し、数μm規模の凝集または偏析を抑制する働きがあると考えられる。
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの概略断面図、
図2(A)および図2(B)はそれぞれ本発明の一実施形態に係る共材粒子の概略断面図、
図3は図1に示す内部電極層の要部断面図、
図4(A)〜図4(C)および図5(A)〜図5(C)は内部電極層用膜の転写方法を示す要部断面図である。
まず、本発明に係る電子部品の一実施形態として、積層セラミックコンデンサの全体構成について説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ2は、コンデンサ素体4と、第1端子電極6と、第2端子電極8とを有する。コンデンサ素体4は、誘電体層10と、内部電極層12とを有し、誘電体層10の間に、これらの内部電極層12が交互に積層してある。交互に積層される一方の内部電極層12は、コンデンサ素体4の第1端部4aの外側に形成してある第1端子電極6の内側に対して電気的に接続してある。また、交互に積層される他方の内部電極層12は、コンデンサ素体4の第2端部4bの外側に形成してある第2端子電極8の内側に対して電気的に接続してある。
本実施形態では、図1および図3に示す各内部電極層12は、卑金属としてのニッケルを主成分とする電極層であり、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、レニウム(Re)、白金(Pt)、イリジウム(Ir)およびオスミウム(Os)から選ばれる少なくとも1種の貴金属をさらに含む。各内部電極層12においては、Ni金属と貴金属とは、これらの合金の形で存在すると考えられる。
内部電極層12におけるニッケルの含有量は、内部電極層に含まれる全ての金属を100モル%として、87モル%以上100モル%未満である。また、同様に、貴金属の含有量は、0モル%より大きく20モル%以下、さらに好ましくは1〜19モル%、特に好ましくは1〜15モル%である。貴金属の割合が少なすぎると、焼成段階でのコア用金属におけるNi粒子の粒成長を抑制する効果が少なくなる傾向にあり、多すぎると、コスト高になる傾向にある。内部電極層12の内部に含まれても良い金属成分(不純物)としては、Cu,Co,Fe,Ta,Nb,W,Zr,Au,Pdなどが例示される。
なお、内部電極層中には、S、C、P等の各種微量成分が0.1モル%程度以下で含まれていてもよい。
図1および図3に示す内部電極層12は、後で詳細に説明するように、図2(A)または図2(B)に示す共材粒子50と、図示省略してある導電性粒子とを含む電極ペーストを用いて形成され、図4〜図5に示すように、電極パターン膜12aをセラミックグリーンシート10aに転写して形成される。内部電極層12の厚みは、焼成による水平方向の収縮分だけ電極パターン膜12aよりも厚くなる。
誘電体層10の材質は、特に限定されず、たとえばチタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウムおよび/またはチタン酸バリウムなどの誘電体材料で構成される。この誘電体層10は、好ましくは、還元雰囲気焼成が可能な誘電体材料で構成してある。
各誘電体層10の厚みは、特に限定されないが、数μm〜数百μmのものが一般的である。特に本実施形態では、好ましくは5μm以下、より好ましくは3μm以下に薄層化されている。
端子電極6および8の材質も特に限定されないが、通常、銅や銅合金、ニッケルやニッケル合金などが用いられるが、銀や銀とパラジウムの合金なども使用することができる。端子電極6および8の厚みも特に限定されないが、通常10〜50μm程度である。
積層セラミックコンデンサ2の形状やサイズは、目的や用途に応じて適宜決定すればよい。積層セラミックコンデンサ2が直方体形状の場合は、通常、縦(0.6〜5.6mm)×横(0.3〜5.0mm)×厚み(0.1〜3.2mm)程度である。
次に、積層セラミックコンデンサ2の製造方法の一例を説明する。
まず、焼成後に図1に示す誘電体層10を構成することになるセラミックグリーンシートを製造するために、誘電体ペーストを準備する。
誘電体ペーストは、通常、誘電体原料と有機ビヒクルとを混練して得られた有機溶剤系ペースト、または水系ペーストで構成される。
誘電体原料としては、複合酸化物や酸化物となる各種化合物、たとえば炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金属化合物などから適宜選択され、混合して用いることができる。誘電体原料は、通常、平均粒子径が0.1〜3.0μm程度の粉末として用いられる。なお、きわめて薄いグリーンシートを形成するためには、グリーンシート厚みよりも細かい粉末を使用することが望ましい。
有機ビヒクルとは、バインダを有機溶剤中に溶解したものである。有機ビヒクルに用いられるバインダとしては、特に限定されず、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂などの通常の各種バインダが用いられるが、好ましくはポリビニルブチラールなどのブチラール系樹脂が用いられる。
また、有機ビヒクルに用いられる有機溶剤も特に限定されず、テルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエンなどの有機溶剤が用いられる。また、水系ペーストにおけるビヒクルは、水に水溶性バインダを溶解させたものである。水溶性バインダとしては特に限定されず、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、水溶性アクリル樹脂、エマルジョンなどが用いられる。誘電体ペースト中の各成分の含有量は特に限定されず、通常の含有量、たとえばバインダは1〜5重量%程度、溶剤(または水)は10〜50重量%程度とすればよい。
誘電体ペースト中には、必要に応じて各種分散剤、可塑剤、誘電体、ガラスフリット、絶縁体などから選択される添加物が含有されても良い。ただし、これらの総含有量は、10重量%以下とすることが望ましい。バインダ樹脂として、ブチラール系樹脂を用いる場合には、可塑剤は、バインダ樹脂100重量部に対して、25〜100重量部の含有量であることが好ましい。可塑剤が少なすぎると、グリーンシートが脆くなる傾向にあり、多すぎると、可塑剤が滲み出し、取り扱いが困難である。
次に、上記誘電体ペーストを用いて、ドクターブレード法などにより、図5(A)に示すように、第2支持シートとしてのキャリアシート30上に、好ましくは0.5〜30μm、より好ましくは0.5〜10μm程度の厚みで、グリーンシート10aを形成する。グリーンシート10aは、キャリアシート30に形成された後に乾燥される。グリーンシート10aの乾燥温度は、好ましくは50〜100℃であり、乾燥時間は、好ましくは1〜5分である。
次に、上記のキャリアシート30とは別に、図4(A)に示すように、第1支持シートとしてのキャリアシート20を準備し、その上に、剥離層22を形成する。次に、剥離層22の表面に、焼成後に内部電極層12を構成することになる電極パターン膜12aを形成する。
電極パターン膜12aは、図2(A)および図2(B)に示す共材粒子50を有する電極ペーストで形成される。形成される電極パターン膜12aの厚さt1(図4参照)は、好ましくは0.1〜1μm、より好ましくは0.1〜0.5μm程度である。
電極パターン膜12aは、たとえば印刷法により形成される。印刷法としては、たとえば、スクリーン印刷などが挙げられる。印刷法の1種であるスクリーン印刷法により、剥離層22の表面に電極パターン膜12aとしての内部電極層用電極ペースト膜を形成する場合には、以下のようにして行う。
まず、パターン膜12aを形成するための電極ペースト中に含ませられる導電性粒子と、その導電性粒子が焼成の過程において球状化することを抑制するための共材粒子とを準備する。導電性粒子としては、本実施形態では、ニッケルを主成分とする金属、またはニッケルを主成分とする他の金属との合金で構成してある。導電性粒子におけるニッケルの割合は、導電性粒子の全体を100重量%として、好ましくは99〜100重量%、さらに好ましくは99.5〜100重量%である。なお、導電性粒子におけるニッケルと合金を構成することが可能な副成分としての金属としては、たとえばTa,Mo,Zr,Cu,Co,Fe,Nb,Wなどが例示される。
共材粒子として、本実施形態では、図2(A)に示す共材粒子50が用いられる。この共材粒子50は、誘電体粒子で構成されるコア部51と、コア部51の周囲を覆っている被覆層52とを有する。コア部51を構成する誘電体粒子としては、特に限定されないが、誘電体層10を形成するための誘電体粒子と同様な誘電体材料が用いられる。
コア部51の形状は、特に限定されず、球状、フレーク状、突起状および/または不定形状であっても良い。本実施形態では、球状の場合について説明する。コア部51の周囲を覆う被覆層52は、必ずしもコア部51の全外周を覆うことなく、図2(B)に示すように、部分的に、コア部51の外周を覆うものでも良い。
コア部51の粒径d0は、好ましくは10〜100nmの範囲にある。また、被覆層52の厚さt0は、好ましくは1〜15nmの範囲、さらに好ましくは1〜10nmの範囲、特に好ましくは1〜8nmの範囲にある。また、好ましくは、0<t0/d0≦0.30(30%)、さらに好ましくは0<t0/d0≦0.15(15%)の関係にあることが好ましい。
被覆層52の厚みが小さすぎると、本発明の作用効果が小さくなる傾向にある。また、被覆層52の厚さが厚すぎると、ペースト中のNi粒子および共材粒子の分散性が悪くなり、印刷後に、塗膜密度ρgおよび平滑性が悪くなり、その結果、電極途切れが増加する傾向がある。また、誘電損失tanδも増加する傾向にある。
被覆層52は、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、レニウム(Re)、白金(Pt)、イリジウム(Ir)およびオスミウム(Os)から選ばれる少なくとも1種、好ましくは、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、レニウム(Re)および白金(Pt)から選ばれる少なくとも1種の貴金属元素を主成分として有する金属または合金で構成される。主成分として含まれるこれらの元素の割合は、被覆層52の全体を100重量%として、好ましくは99〜100重量%、さらに好ましくは99.5〜100重量%である。被覆層52内に主成分以外に含まれても良い金属成分(不純物)としては、Cu,Co,Fe,Ta,Nb,W,Zr,Au,Pdなどが例示される。
このように被覆層52により覆われているコア部51を有する共材粒子50を製造するために、本実施形態では、次のようにして行う。
まず、チタン酸バリウム粉末などの誘電体粉末から成るコア用粉末と、被覆層を形成することになる金属または合金を含む水溶性金属塩(塩化Ptなど)を含む水溶液と、水溶性高分子化合物または界面活性剤を含む水分散液とを、調製する。
すなわち、塩化Ptなどの水溶性金属塩を水に溶解させて、さらに水溶性高分子化合物または界面活性剤を添加した水溶液を均一に分散させて調製する。次にコア用粉末を、前記の水溶液に投入し、これも激しく攪拌し、均一に分散させる。
次いで、このようにして調製したコア用粉末、水溶性高分子化合物または界面活性剤の入った塩化Ptの水溶液に、還元剤を添加して、Ptを、コア用粉末としての誘電体粉末の粒子表面に還元析出させる。この時、還元材剤としては、ヒドラジン水和物が好ましく、ヒドラジン水和物は、さらに水を加えて低濃度化して添加することが好ましい。具体的には、ヒドラジン−水和物80%を用いて、0.1重量%に水で薄める。ヒドラジン濃度が上記範囲よりも大きいと、数10μm以上のPt偏析が発生し、Ptで被覆されない誘電体粉の存在も確認されることがある。また、低濃度化しすぎると確実にPt偏析は消滅するが、多量の水を使用する割にPtコーティング誘電体粉の回収効率が悪くなる。
ヒドラジンの添加は、前記水溶液を激しく攪拌しながら添加する。ヒドラジン水和物の添加量は、塩化Pt量を考慮して決めることができる。還元析出反応がすんだ後、Ptで被覆された誘電体粉は数回にわたり水洗浄を繰り返し、その後、100°C、Nフロー中で乾燥させ、その後、これらのPtコーティング誘電体粉末を、200〜400°Cで熱処理を行う。なお、200℃未満であると、Pt被膜と誘電体粒子の密着性が悪くなる傾向にあり、逆に400℃より大きいとPt被膜の焼結が始まり、隣接するPtコーティング共材粒子同士が反応してしまう傾向にある。
このようにして得られた共材粒子50を、Ni粉またはNi合金粉などの導電性粒子と共に、有機ビヒクルとともに混練してペースト化し、パターン膜12aを形成するための電極ペーストを得ることができる。有機ビヒクルは、上記の誘電体ペーストにおける場合と同様なものを用いることができる。
電極ペースト中に含まれる金属成分の全体を100モル%とした場合に、共材粒子50における被覆層52を構成するための貴金属成分の含有量が、0モル%より大きく20モル%以下となるように、共材粒子50が、Ni粉またはNi合金粉などの導電性粒子と混合される。
得られた電極ペーストを、図4に示すように、たとえばスクリーン印刷により、剥離層22の表面に所定パターンで形成することで、所定パターンの電極パターン膜12aが得られる。
次に、上記のキャリアシート20および30とは別に、図4(A)に示すように、第3支持シートとしてのキャリアシート26の表面に接着層28が形成してある接着層転写用シートを準備する。キャリアシート26は、キャリアシート20および30と同様なシートで構成される。
図4(A)に示す電極パターン膜12aの表面に、接着層を形成するために、本実施形態では、転写法を採用している。すなわち、図4(B)に示すように、キャリアシート26の接着層28を、電極パターン膜12aの表面に押し付け、加熱加圧して、その後キャリアシート26を剥がすことにより、図4(C)に示すように、接着層28を、電極パターン膜12aの表面に転写する。
その時の加熱温度は、40〜100℃が好ましく、また、加圧力は、0.2〜15MPaが好ましい。加圧は、プレスによる加圧でも、カレンダロールによる加圧でも良いが、一対のロールにより行うことが好ましい。
その後に、電極パターン膜12aを、図5(A)に示すキャリアシート30の表面に形成してあるグリーンシート10aの表面に接着する。そのために、図5(B)に示すように、キャリアシート20の電極パターン膜12aを、接着層28を介して、グリーンシート10aの表面にキャリアシート20と共に押し付け、加熱加圧して、図5(C)に示すように、電極パターン膜12aを、グリーンシート10aの表面に転写する。ただし、グリーンシート側のキャリアシート30が引き剥がされることから、グリーンシート10a側から見れば、グリーンシート10aが電極パターン膜12aに接着層28を介して転写される。
この転写時の加熱および加圧は、プレスによる加圧・加熱でも、カレンダロールによる加圧・加熱でも良いが、一対のロールにより行うことが好ましい。その加熱温度および加圧力は、接着層28を転写するときと同様である。
このような図4(A)〜図5(C)に示す工程により、単一のグリーンシート10a上に、所定パターンの電極パターン膜12aが形成される。これを用いて、電極パターン膜12aおよびグリーンシート10aが交互に多数積層された積層体を得る。
その後、この積層体を最終加圧した後、キャリアシート20を引き剥がす。最終加圧時の圧力は、好ましくは10〜200MPaである。また、加熱温度は、40〜100℃が好ましい。
その後に、積層体を所定サイズに切断し、グリーンチップを形成する。そして、グリーンチップを脱バインダ処理および焼成する。
本発明のように内部電極層を形成するための導電性粒子として、Niなどの卑金属を用いる場合、脱バインダ処理における雰囲気は、AirまたはN雰囲気にすることが好ましい。また、それ以外の脱バインダ条件としては、昇温速度を好ましくは5〜300℃/時間、より好ましくは10〜50℃/時間、保持温度を好ましくは200〜400℃、より好ましくは250〜350℃、温度保持時間を好ましくは0.5〜20時間、より好ましくは1〜10時間とする。
本発明では、グリーンチップの焼成を、酸素分圧が好ましくは10−10 〜10−2Pa、より好ましくは10−10 〜10−5Paの雰囲気で行う。焼成時の酸素分圧が低すぎると、内部電極層の導電材が異常焼結を起こし、途切れてしまうことがあり、逆に酸素分圧が高すぎると、内部電極層が酸化する傾向がある。
本発明では、グリーンチップの焼成を、好ましくは1000℃以上、1300℃未満の温度で行う。焼成温度を1000℃未満とすると、焼結後の誘電体層の緻密化が不十分となり、静電容量が不足する傾向にあり、また、1300℃以上とすると、誘電体層が過焼成となり、直流電界印加時の容量経時変化が大きくなる傾向にある。
これ以外の焼成条件としては、昇温速度を好ましくは50〜500℃/時間、より好ましくは200〜300℃/時間、温度保持時間を好ましくは0.5〜8時間、より好ましくは1〜3時間、冷却速度を好ましくは50〜500℃/時間、より好ましくは200〜300℃/時間とする。また、焼成雰囲気は還元性雰囲気とすることが好ましく、雰囲気ガスとしてはたとえば、NとHとの混合ガスをウェット(加湿)状態で用いることが好ましい。
本発明では、焼成後のコンデンサチップ体にはアニールを施すことが好ましい。アニールは、誘電体層を再酸化するための処理であり、これにより絶縁抵抗(IR)の加速寿命を著しく長くすることができ、信頼性が向上する。
本発明では、焼成後コンデンサチップ体のアニールを、焼成時の還元雰囲気よりも高い酸素分圧下で行うことが好ましく、具体的には、酸素分圧が好ましくは10−2〜100Pa、より好ましくは10−2〜10Paの雰囲気で行う。アニール時の酸素分圧が低すぎると、誘電体層2の再酸化が困難であり、逆に高すぎると、内部電極層のニッケルが酸化して絶縁化する傾向にある。
本発明では、アニール時の保持温度または最高温度を、好ましくは1200℃以下、より好ましくは900〜1150℃、特に好ましくは1000〜1100℃とする。また、本発明では、これらの温度の保持時間を、好ましくは0.5〜4時間、より好ましくは1〜3時間とする。アニール時の保持温度または最高温度が、前記範囲未満では誘電体材料の酸化が不十分なために絶縁抵抗寿命が短くなる傾向にあり、前記範囲をこえると内部電極のNiが酸化し、容量が低下するだけでなく、誘電体素地と反応してしまい、寿命も短くなる傾向にある。なお、アニールは昇温過程および降温過程だけから構成してもよい。すなわち、温度保持時間を零としてもよい。この場合、保持温度は最高温度と同義である。
これ以外のアニール条件としては、冷却速度を好ましくは50〜500℃/時間、より好ましくは100〜300℃/時間とする。また、アニールの雰囲気ガスとしては、たとえば、加湿したNガス等を用いることが好ましい。
なお、Nガスを加湿するには、例えばウェッター等を使用すればよい。この場合、水温は0〜75℃程度が好ましい。
脱バインダ処理、焼成およびアニールは、連続して行っても、独立に行ってもよい。これらを連続して行なう場合、脱バインダ処理後、冷却せずに雰囲気を変更し、続いて焼成の際の保持温度まで昇温して焼成を行ない、次いで冷却し、アニールの保持温度に達したときに雰囲気を変更してアニールを行なうことが好ましい。一方、これらを独立して行なう場合、焼成に際しては、脱バインダ処理時の保持温度までNガスあるいは加湿したNガス雰囲気下で昇温した後、雰囲気を変更してさらに昇温を続けることが好ましく、アニール時の保持温度まで冷却した後は、再びNガスあるいは加湿したNガス雰囲気に変更して冷却を続けることが好ましい。また、アニールに際しては、Nガス雰囲気下で保持温度まで昇温した後、雰囲気を変更してもよく、アニールの全過程を加湿したNガス雰囲気としてもよい。
このようにして得られた焼結体(素子本体4)には、例えばバレル研磨、サンドプラスト等にて端面研磨を施し、端子電極用ペーストを焼きつけて端子電極6,8が形成される。端子電極用ペーストの焼成条件は、例えば、加湿したNとHとの混合ガス中で600〜800℃にて10分間〜1時間程度とすることが好ましい。そして、必要に応じ、端子電極6,8上にめっき等を行うことによりパッド層を形成する。なお、端子電極用ペーストは、上記した電極ペーストと同様にして調製すればよい。
このようにして製造された本発明の積層セラミックコンデンサは、ハンダ付等によりプリント基板上などに実装され、各種電子機器等に使用される。
本実施形態では、静電容量の低下が効果的に抑制された積層セラミックコンデンサ2を提供することができる。Ru、Rh、Re、Pt、IrおよびOsは、Niよりも融点が高い貴金属である。また、これらの金属または合金を主成分とする被覆層52は、セラミックグリーンシート10aとの濡れ性および密着性に優れている。したがって、この被覆層52を持つ共材粒子50を、Niなどの卑金属の導電性粒子と共に含む電極ペーストを用いて電極パターン膜12aを形成することで、焼成段階でのNi粒子の粒成長を抑制し、球状化、電極途切れなどを有効に防止し、静電容量の低下を効果的に抑制することができる。また、焼成後に得られる内部電極層12と誘電体層10とのデラミネーションなども防止することができる。さらに、誘電体粉末の焼成不良を生じることがない。
また、本実施形態の製造方法によれば、内部電極層12と誘電体層10とを有する積層セラミックコンデンサ2の内部電極層12を形成するための電極ペーストに含まれる共材粒子として用いることが最適な共材粒子50を、異常な偏析(数μm規模の偏析粒子)などを生じさせることなく、高効率で製造することができる。すなわち、本実施形態の製造方法によれば、数μm規模の貴金属(たとえばPt)偏析粒子の生成を防止し、100nm以下の誘電体粒子などのコア用粉末の表面に、Ptなどの被覆層を良好に形成することができる。
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、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、本発明は、積層セラミックコンデンサに限らず、その他の電子部品に適用することが可能である。
以下、本発明をさらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
実施例1
1gの塩化Pt水和物を、1リットルの水に溶解させ、鹸化度88mol%のPVA(水溶性高分子化合物の一例)を、1g(塩化Pt水溶液に対し0.1重量%)を加えて激しく攪拌させて、塩化Pt水溶液を用意した。次いで、平均粒径50nmの誘電体粉末を3g、塩化Pt水溶液に投入し、攪拌させ、水分散液を作製した。なお、誘電体粉末としては、BT−005(堺化学工業(株)製)を用いた。
また、この水分散液とは別に、ヒドラジン−水和物80%を0.47gで、470mlの水に加え、均一に混合させたヒドラジン水溶液を用意した。
次に、先に調製した誘電体粉末が入った塩化Pt水溶液を室温にて激しく攪拌させながら、ヒドラジン水溶液を約10ml/minの割合でゆっくりと添加した。このヒドラジン水溶液の添加により、Pt被覆層を有する誘電体粉末が生成した。これを数回にわたり水洗いし、100℃の温度下で12時間、乾燥させ、その後、温度300℃で熱処理することで3.45gの共材粒子粉末を得た。
これらの熱処理後の粉末を、走査型電子顕微鏡で観察したところ、Ptの偏析がなかった。またTEM観察をしたところ、誘電体粒子表面に数十個の5nm以下のPt粒子が密着しているのが確認された。
実施例2
PVAの代わりに、水溶性高分子化合物の他の例として、アクリル酸メチルとアクリル酸の共重合体(酸価10mgKOH/g、分子量100,000)を用いた以外は、実施例1と同様にして、共材粒子粉末を製造し、実施例1と同様な観察を行った。
この実施例で得られた熱処理後の粉末を、走査型電子顕微鏡で観察したところ、Ptの偏析がなかった。またTEM観察をしたところ、誘電体粒子表面に数十個の5nm以下のPt粒子が密着しているのが確認された。
実施例3
PVAの代わりに、アセチレンジオール系非イオン性界面活性剤(HLB値10)を用いた以外は、実施例1と同様にして、共材粉末を製造し、実施例1と同様な観察を行った。
この実施例で得られた熱処理後の粉末を、走査型電子顕微鏡で観察したところ、Ptの偏析がなかった。またTEM観察をしたところ、誘電体粒子表面に数十個の5nm以下のPt粒子が密着しているのが確認された。
比較例1
PVAを添加しなかった以外は、実施例1と同様にして、共材粒子粉末を製造し、実施例1と同様な観察を行った。
この比較例で得られた熱処理後の粉末を、走査型電子顕微鏡で観察したところ、数μm以上の規模の偏析Pt粒子が観察され、良好なPt皮膜誘電体粒子を得ることができなかった。すなわち、この比較例1では、20μm以上の長さの偏析Pt粒子が観察され、Ptにより被覆されていない誘電体粒子粉末が多数できてしまうことが確認された。
実施例11
各ペーストの作製
まず、BaTiO粉末(BT−02/堺化学工業(株))と、MgCO、MnCO、(Ba0.6Ca0.4)SiOおよび希土類(Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)から選択された粉末とを、ボールミルにより16時間、湿式混合し、乾燥させることにより誘電体材料とした。これら原料粉末の平均粒径は0.1〜1μmであった。(Ba0.6Ca0.4)SiOはBaCO3、CaCOおよびSiOをボールミルにより湿式混合し、乾燥後に空気中で焼成したものを、ボールミルにより湿式粉砕して作製した。
得られた誘電体材料をペースト化するために、有機ビヒクルを誘電体材料に加え、ボールミルで混合し、誘電体グリーンシート用ペーストを得た。有機ビヒクルは、誘電体材料100重量部に対して、バインダとしてポリビニルブチラール:6重量部、可塑剤としてフタル酸ビス(2エチルヘキシル)(DOP):3重量部、酢酸エチル:55重量部、トルエン:10重量部、剥離剤としてパラフィン:0.5重量部の配合比である。
次に、前記の誘電体グリーンシート用ペーストをエタノール/トルエン(55/10)によって重量比で2倍に希釈したものを剥離層用ペーストとした。
次に、誘電体粒子および剥離剤を入れない以外は同様な前記の誘電体グリーンシート用ペーストを、トルエンによって重量比で4倍に希釈したものを接着層用ペーストとした。
グリーンシートの形成
まず、上記の誘電体グリーンシート用ペーストを用いて、PETフィルム(第2支持シート)上に、ワイヤーバーコーターを用いて、厚み1.0μmのグリーンシートを形成した。
内部電極層用膜の形成
上記の剥離層用ペーストを、別のPETフィルム(第1支持シート)上に、ワイヤーバーコーターにより塗布乾燥させて、厚み0.3μmの剥離層を形成した。
次に、剥離層の表面に、電極ペーストをスクリーン印刷した。電極ペーストには、図2に示す共材粒子50が含まれていた。共材粒子50は、次のようにして製造した。まず、コア部51として、BaTiOから成る誘電体粉末を準備した。この誘電体粉末の平均粒径は、0.05μm(50nm)であった。
この誘電体粉末に対して、実施例1と同様な方法で、Pt粒子から成る被覆層52を形成した。この共材粒子について、透過電子顕微鏡及び結晶構造分析により観察した結果、誘電体粒子の表面部から5nmのPtで被覆されていることを確認できた。すなわち、t0/d0は、0.10(10%)であった。
この共材粒子50を、平均粒径が0.1μm(100nm)の100%Ni粉末から成る導電性粒子と、有機ビヒクルと共に、下記に示される配合比にて、3本ロールにより混練し、スラリー化して内部電極用ペーストとした。すなわち、導電性粒子100重量部に対して、共材粒子50が20重量部と、有機ビヒクル(バインダ樹脂としてのエチルセルロース樹脂4.5重量部をターピネオール228重量部に溶解したもの)を加え、3本ロールにより混練し、スラリー化して内部電極用ペースト(電極ペースト)とした。
この内部電極用ペーストを用いて、スクリーン印刷により、図4に示すように、剥離層の表面に、所定パターンの電極パターン膜12aを形成した。このパターン膜12aの乾燥後の厚さは、0.5μmであった。
接着層の形成
上記の接着層用ペーストを、別の、表面にシリコーン系樹脂による剥離処理を施したPETフィルム(第3支持シート)の上に、ワイヤーバーコーターにより塗布乾燥させて、厚み0.2μmの接着層28を形成した。
最終積層体(焼成前素子本体)の形成
まず、電極パターン膜12aの表面に、図4に示す方法で接着層28を転写した。転写時には、一対のロールを用い、その加圧力は0.1MPa、温度は80℃とした。
次に、図5に示す方法で、接着層28を介してグリーンシート10aの表面に電極パターン膜12aを接着(転写)した。転写時には、一対のロールを用い、その加圧力は0.1MPa、温度は80℃とした。
次に、次々に電極パターン膜12aおよびグリーンシート10aを積層し、最終的に、21層の電極パターン膜12aが積層された最終積層体を得た。積層条件は、加圧力は50MPa、温度は120℃とした。
焼結体の作製
次いで、最終積層体を所定サイズに切断し、脱バインダ処理、焼成およびアニール(熱処理)を行って、チップ形状の焼結体を作製した。
脱バインダは、
昇温速度:5〜300℃/時間、
保持温度:200〜400℃℃、
保持時間:0.5〜20時間、
雰囲気ガス:加湿したN
で行った。
焼成は、
昇温速度:5〜500℃/時間、
保持温度:1200℃、
保持時間:0.5〜8時間、
冷却速度:50〜500℃/時間、
雰囲気ガス:加湿したNとHの混合ガス、
酸素分圧:10−7Pa、
で行った。
アニール(再酸化)は、
昇温速度:200〜300℃/時間、
保持温度:1050℃、
保持時間:2時間、
冷却速度:300℃/時間、
雰囲気ガス:加湿したNガス、
酸素分圧:10−1Pa、
で行った。なお、雰囲気ガスの加湿には、ウェッターを用い、水温0〜75℃にて行った。
次いで、チップ形状の焼結体の端面をサンドブラストにて研磨したのち、外部電極用ペーストを端面に転写し、加湿したN+H雰囲気中において、800℃にて10分間焼成して外部電極を形成し、図1に示す構成の積層セラミックコンデンサのサンプルを得た。
このようにして得られた各サンプルのサイズは、3.2mm×1.6mm×0.6mmであり、内部電極層に挟まれた誘電体層の数は21、その厚さは1μmであり、内部電極層12の厚さは0.5μmであった。各層の厚み(膜厚)は、SEMで観測することにより測定した。
また、各サンプルについて、電気特性(静電容量C、誘電損失tanδ)の特性評価を行った。結果を表1に示す。電気特性(静電容量C、誘電損失tanδ)は、次のようにして評価した。
静電容量C(単位はμF)は、サンプルに対し、基準温度25℃でデジタルLCRメータ(YHP社製4274A)にて、周波数1kHz,入力信号レベル(測定電圧)1Vrmsの条件下で測定した。静電容量Cは、好ましくは0.9μF以上を良好とした。
誘電損失tanδは、25℃において、デジタルLCRメータ(YHP社製4274A)にて、周波数1kHz,入力信号レベル(測定電圧)1Vrmsの条件下で測定した。誘電損失tanδは、好ましくは0.1未満を良好とした。
なお、これらの特性値は、サンプル数n=10個を用いて測定した値の平均値から求めた。これらの結果を表1に示す。なお、表1において、評価基準の欄の○は、上記の全ての特性において良好な結果を示したものを示し、×は、それらの内の1つでも良好な結果が得られなかったものを示す。
Figure 2006324637
比較例11
図2に示す被覆層52が形成されていない誘電体粉を用いた以外は、実施例11と同様にしてコンデンササンプルを作製し、実施例11と同様な測定を行った。結果を表1に示す。
実施例12
実施例2に示す方法により得られた共材粒子粉末を用いた以外は、実施例11と同様にしてコンデンササンプルを作製し、実施例11と同様な測定を行った。結果を表1に示す。
実施例13
実施例3に示す方法により得られた共材粒子粉末を用いた以外は、実施例11と同様にしてコンデンササンプルを作製し、実施例11と同様な測定を行った。結果を表1に示す。
評価1
表1に示すように、本発明の有効性が確認された。
実施例21a〜21dおよび比較例21
コア部51の誘電体粉末の平均粒径を0.05μmとし、被覆層52の厚みを、表2に示すように変化させた以外は、実施例11と同様にしてコンデンササンプルを作製し、実施例11と同様な測定を行った。結果を表2に示す。表2に示すように、コア部の粒径d0に対して被覆層の厚みt0の比(t0/d0)に好ましい範囲があることが確認された。
実施例31a〜31d
被覆層52の材質をPtからRuに代えた以外は、実施例21a〜21dと同様にしてコンデンササンプルを作製し、実施例21a〜21dと同様な測定を行った。結果を表3に示す。表3に示すように、PtからRuに代えたとしても、実施例21a〜21dと同様な効果があることが確認された。
実施例41a〜41d
被覆層52の材質をPtからRhに代えた以外は、実施例21a〜21dと同様にしてコンデンササンプルを作製し、実施例21a〜21dと同様な測定を行った。結果を表4に示す。表4に示すように、PtからRhに代えたとしても、実施例21a〜21dと同様な効果があることが確認された。
実施例51a〜51d
被覆層52の材質をPtからReに代えた以外は、実施例21a〜21dと同様にしてコンデンササンプルを作製し、実施例21a〜21dと同様な測定を行った。結果を表5に示す。表5に示すように、PtからReに代えたとしても、実施例21a〜21dと同様な効果があることが確認された。
実施例61a〜61d
被覆層52の材質をPtからIrに代えた以外は、実施例21a〜21dと同様にしてコンデンササンプルを作製し、実施例21a〜21dと同様な測定を行った。結果を表6に示す。表6に示すように、PtからIrに代えたとしても、実施例21a〜21dと同様な効果があることが確認された。
実施例71a〜71d
被覆層52の材質をPtからOsに代えた以外は、実施例21a〜21dと同様にしてコンデンササンプルを作製し、実施例21a〜21dと同様な測定を行った。結果を表7に示す。表7に示すように、PtからOsに代えたとしても、実施例21a〜21dと同様な効果があることが確認された。
Figure 2006324637
Figure 2006324637
Figure 2006324637
Figure 2006324637
Figure 2006324637
Figure 2006324637
実施例121a〜121c
コア部51の誘電体粉末の平均粒径を0.05μmとし、被覆層52の厚みとPt量(mol%)を表8に示すように変化させた以外は、実施例11と同様にしてコンデンササンプルを作製した。なお、実施例におけるPt量とは、サンプル作製に用いた電極ペースト中に含まれる金属成分の全体を100モル%とした場合に、その中に含まれるPtの割合である。作製したサンプルについて、電極被覆率、破壊電圧、等価直列抵抗を測定した。結果を表8に示す。
なお、表8〜表13において、各項目における左列の数値が実施例の数値であり、右列の数値は比較例の数値である。
(電極被覆率の測定)
内部電極の電極被覆率は、積層セラミックコンデンサのサンプルを電極表面が露出するように切断し、その電極面をSEM観察し、研磨面の金属顕微鏡写真を画像処理することにより求めた。
(破壊電圧の測定)
破壊電圧VB(単位はV)は、昇圧スピード100V/sec、検出電流10mA時の電圧値を測定した。
(等価直列抵抗の測定)
等価直列抵抗ESR(単位はmΩ)は、インピーダンスアナライザー(HP社製4194A)にて、測定電圧1Vrmsの条件下で、周波数−ESR特性を測定し、インピーダンスが最小となる値を読み取ることにより測定した。
比較例111
図2に示す被覆層52が形成されていない誘電体粉を共材粒子として用いた以外は、実施例11と同様にしてコンデンササンプルを作製した。この比較例111についても、実施例121a〜121cと同様な測定を行った。結果を表8に示す。
比較例121x〜121z
Ni粒子の代わりに、Ni−Pt合金粉を用いた以外は、比較例111と同様にしてコンデンササンプルを作製した。この比較例121x〜121zについても、実施例121a〜121cと同様な測定を行った。結果を表8に示す。
NiとPtの合金粉は、スパッタリングなどの薄膜法により合金膜を得た後、合金膜を剥離させボールミルで粉砕、分級することにより得た。作製に用いるNiとPtの合金粉の平均粒径は、0.2μmであり、Pt量(mol%)は表8の通りであった。なお、比較例における貴金属(Pt、Ru、Rh、Re、Ir、Os)量(モル%)は、合金に含まれるNiに対するPtの割合である。
実施例131a〜131c
被覆層52の材質をPtからRuに代え、被覆層52の厚みと、Ru量(mol%)とを表9に示すように変化させた以外は、実施例121a〜121cと同様にしてコンデンササンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表9に示す。
比較例131x〜131z
合金の材質をNi−PtからNi−Ruに代え、Ru量(mol%)を表9に示すように変化させた以外は、比較例121x〜121zと同様にしてコンデンササンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表9に示す。
実施例141a〜141c
被覆層52の材質をPtからRhに代え、被覆層52の厚みと、Rh量(mol%)とを表10に示すように変化させた以外は、実施例121a〜121cと同様にしてコンデンササンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表10に示す。
比較例141x〜141z
合金の材質をNi−PtからNi−Rhに代え、Rh量(mol%)を表10に示すように変化させた以外は、比較例121x〜121zと同様にしてコンデンササンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表10に示す。
実施例151a〜151c
被覆層52の材質をPtからReに代え、被覆層52の厚みと、Re量(mol%)とを表11に示すように変化させた以外は、実施例121a〜121cと同様にしてコンデンササンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表11に示す。
比較例151x〜151z
合金の材質をNi−PtからNi−Reに代え、Re量(mol%)を表11に示すように変化させた以外は、比較例121x〜121zと同様にしてコンデンササンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表11に示す。
実施例161a〜161c
被覆層52の材質をPtからIrに代え、被覆層52の厚みと、Ir量(mol%)とを表12に示すように変化させた以外は、実施例121a〜121cと同様にしてコンデンササンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表12に示す。
比較例161x〜161z
合金の材質をNi−PtからNi−Irに代え、Ir量(mol%)を表12に示すように変化させた以外は、比較例121x〜121zと同様にしてコンデンササンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表12に示す。
実施例171a〜171c
被覆層52の材質をPtからOsに代え、被覆層52の厚みと、Os量(mol%)とを表13に示すように変化させた以外は、実施例121a〜121cと同様にしてコンデンササンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表13に示す。
比較例171x〜171z
合金の材質をNi−PtからNi−Osに代え、Os量(mol%)を表13に示すように変化させた以外は、比較例121x〜121zと同様にしてコンデンササンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表13に示す。
評価2
表8〜表13に示すように、実施例で作製したコーティング粉末を用いて作製した積層セラミックコンデンサーは、比較例で作製した合成粉末を用いて作製した積層セラミックコンデンサーに比べて同じ貴金属含有量でみた場合、焼成後の電極被覆率が高くなり、その結果、破壊電圧VBが向上する傾向にあることが確認された。これは焼き上げ後の電極の球状化が抑制され電極厚みバラツキが小さくなり、その結果、誘電体層間が均一になるためと考えられる。
また、同じ貴金属含有量でみた場合、等価直列抵抗(ESR)は、実施例で作製したコンデンサーの方が、比較例で作製したコンデンサーより小さくなる傾向にあることが確認された。等価直列抵抗が小さいことにより、電力損失(発熱)を小さくすることができる。
Figure 2006324637
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Figure 2006324637
Figure 2006324637
図1は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの概略断面図である。 図2は本発明の一実施形態に係る共材粒子の概略断面図である。 図3は図1に示す内部電極層の要部断面図である。 図4(A)〜図4(C)は内部電極層用膜の転写方法を示す要部断面図である。 図5(A)〜図5(C)は図4(C)の続きの工程を示す要部断面図である。
符号の説明
2… 積層セラミックコンデンサ
4… コンデンサ素体
6,8… 端子電極
10… 誘電体層
10a… グリーンシート
12… 内部電極層
12a… 電極パターン膜
20… キャリアシート
22… 剥離層
26… キャリアシート
28… 接着層
30… キャリアシート
50… 共材粒子
51… コア部
52… 被覆層

Claims (25)

  1. 電極形成のための電極ペーストに含まれる導電性粒子と共に前記電極ペーストに含有される共材粒子であって、
    誘電体粒子で構成されるコア部と、
    前記コア部の周囲を覆っている被覆層とを有し、
    前記被覆層が、貴金属で構成してある共材粒子。
  2. 前記貴金属が、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、レニウム(Re)、白金(Pt)、イリジウム(Ir)およびオスミウム(Os)から選ばれる少なくとも1種の元素を主成分として有する金属または合金で構成してあることを特徴とする請求項1に記載の共材粒子。
  3. 前記貴金属が、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、レニウム(Re)および白金(Pt)から選ばれる少なくとも1種の元素を主成分として有する金属または合金で構成してあることを特徴とする請求項2に記載の共材粒子。
  4. 前記コア部の周囲を前記被覆層が連続的または断続的に覆っている請求項1〜3のいずれかに記載の共材粒子。
  5. 前記コア部の粒径が10nm〜100nmである請求項1〜4のいずれかに記載の共材粒子。
  6. 前記被覆層の厚みが1〜15nmである請求項1〜5のいずれかに記載の共材粒子。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の共材粒子と、導電性粒子と、溶剤と、バインダー樹脂と、分散剤と、を有する電極ペースト。
  8. 前記導電性粒子が卑金属粒子である請求項7に記載の電極ペースト。
  9. 前記導電性粒子がニッケル金属粒子またはニッケル含有合金粒子である請求項8に記載の電極ペースト。
  10. 前記電極ペースト中に含まれる金属成分の全体を100モル%とした場合に、前記被覆層を構成するための貴金属成分の含有量が、0モル%より大きく20モル%以下である請求項8または9に記載の電極ペースト。
  11. 内部電極層と誘電体層とを有する電子部品を製造する方法であって、
    請求項8〜10のいずれかに記載の電極ペーストを用いて前記内部電極層となる電極パターン膜を形成する工程と、
    前記電極パターン膜を、焼成後に誘電体層となるグリーンシートと積層させる工程と、
    前記グリーンシートと前記電極パターン膜との積層体を焼成する工程とを有する
    電子部品の製造方法。
  12. 前記誘電体層が、還元雰囲気焼成が可能な誘電体材料で構成してある請求項11に記載の電子部品の製造方法。
  13. 前記内部電極層が焼成後の厚みで1μm以下である請求項11または12に記載の電子部品の製造方法。
  14. 請求項11〜13のいずれかに記載の電子部品の製造方法により製造される電子部品であって、
    焼成後の前記内部電極層が前記誘電体層を覆う理想の設計面積に対して、焼成後の前記内部電極層が前記誘電体層を実際に覆う面積の割合を示す被覆率が、70%以上である電子部品。
  15. 請求項1〜6のいずれかに記載の共材粒子を製造する方法であって、
    前記コア部を構成することになるコア用粉末と、前記被覆層を形成することになる金属または合金を含む水溶性金属塩と、界面活性剤とを含む水分散液を準備する分散液作製工程と、
    前記水分散液と還元剤とを混合させ、前記コア用粉末の外表面に、前記被覆層を形成することになる金属または合金を還元析出させる還元析出工程とを有する共材粒子の製造方法。
  16. 前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤であり、親水性・親油性バランス値が8以上20以下である請求項15に記載の共材粒子の製造方法。
  17. 前記界面活性剤が、前記水分散液中の水100重量部に対して、0.001〜1重量部含まれる請求項1または2に記載の共材粒子の製造方法。
  18. 請求項1〜6のいずれかに記載の共材粒子を製造する方法であって、
    前記コア部を構成することになるコア用粉末と、前記被覆層を形成することになる金属または合金を含む水溶性金属塩と、水溶性高分子化合物とを含む水分散液を準備する分散液作製工程と、
    前記水分散液と還元剤とを混合させ、前記コア用粉末の外表面に、前記被覆層を形成することになる金属または合金を還元析出させる還元析出工程とを有する共材粒子の製造方法。
  19. 前記水溶性高分子化合物が、アクリル酸エステル重合体、メタクリル酸エステル重合体、またはアクリル酸エステルとメタクリル酸エステルとの共重合体の少なくともいずれかであり、重合体の分子量が50,000〜200,000で、酸価3mgKOH/g〜20mgKOH/gであることを特徴とする請求項18に記載の共材粒子の製造方法。
  20. 前記水溶性高分子化合物が、前記水分散液中の水100重量部に対して、0.001〜1重量部含まれる請求項18または19に記載の共材粒子の製造方法。
  21. 前記水溶性高分子化合物が、ポリビニルアルコールである請求項19または20に記載の共材粒子の製造方法。
  22. 添加する前記還元剤は、ヒドラジン、次亜リン酸、ギ酸のうちの少なくとも一つであり、前記水分散液中の水100重量部に対して、0.1〜10重量部含まれる請求項15〜21のいずれかに記載の共材粒子の製造方法。
  23. 前記コア用粉末の外表面に、前記被覆層を形成することになる金属または合金を還元析出させた後に、当該コア用粉末を、熱処理温度200〜400°Cで熱処理することを特徴とする請求項15〜22のいずれかに記載の共材粒子の製造方法。
  24. 前記水分散液中の水溶性金属塩の含有量は、水100重量部に対して0.01〜1重量部であることを特徴とする請求項15〜23のいずれかに記載の共材粒子の製造方法。
  25. 前記水溶性金属塩が、塩化白金、塩化ロジウム、五塩化レニウム、三塩化レニウム、塩化ルテニウムの内の少なくともいずれかである請求項15〜24のいずれかに記載の共材粒子の製造方法。
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