JP2007035850A - 積層セラミックコンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 自らの温度が上昇したときでもセラミックチップにクラックが生じることを防止できる積層セラミックコンデンサを提供する。
【解決手段】 各内部電極層１３の幅方向両側に非平坦部分１３ｂが設けられ、しかも、非平坦部分１３ｂは実質的に酸化物化している部位を含むことから、非平坦部分１３ｂの熱膨張率を低下させてセラミック部１４との熱膨張率の差による応力を低減することができ、且つ、該応力を非平坦部分１３ｂの曲がり及び傾きに従って分散することができる。つまり、自らの温度が上昇したときに生じる応力を低減し、且つ、分散させることによって、該応力によってセラミックチップ１１のサイドマージン部分等にクラックが生じることを防止できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、積層セラミックコンデンサと、該積層セラミックコンデンサの製造方法に関する。

積層セラミックコンデンサは、複数の内部電極層がセラミック部を介して積層され各内部電極層の端縁が長さ方向両端面に交互に露出した構造を有する直方体形状のセラミックチップと、内部電極層の露出端縁と導通するようにセラミックチップの長さ方向両端部に形成された１対の外部電極とを備える。セラミック部はＢａＴｉＯ₃ 等の誘電体から成り、内部電極層及び外部電極はＮｉ等の金属から成る。

この積層セラミックコンデンサは、未焼成内部電極層が形成された未焼成セラミック層を積み重ねて圧着して未焼成セラミックチップを得るステップと、未焼成セラミックチップの長さ方向両端部に未焼成外部電極を形成するステップと、未焼成外部電極が形成された未焼成セラミックチップを焼成するステップとを経て製造されている。内部電極層を構成する金属が卑金属の場合には、特性調整のために焼成後のセラミックチップに再酸化処理を行うステップが必要に応じて実施される。
特開平８−１２４７８５号公報 特開２００３−２２９３０号公報

前記の積層セラミックコンデンサは一般に半田付けによって各種基板に実装されるが、半田付け時や実装後の電圧印加時等で自らの温度が上昇するとセラミックチップにクラックを生じることがある。このクラック発生は内部電極層の熱膨張率がセラミック部の熱膨張率よりも高いことをその主たる原因としており、熱膨張する内部電極によってセラミックチップの主にサイドマージン部分に応力が生じ該応力によって同部分にクラックが発生する。セラミックチップに発生したクラックはコンデンサ特性を大きく変化させる要因となるため、自らの温度が上昇したときでもセラミックチップにクラックが生じないようにする対策が必要である。

近年における大容量化及び小型化の要求に伴って０６０３サイズ（長さ方向の基準値が０．６ｍｍで幅及び高さ寸法の基準値が０．３ｍｍ）や０４０２サイズ（長さ方向の基準値が０．４ｍｍで幅及び高さ寸法の基準値が０．２ｍｍ）が実用化されているが、前記のクラック発生は積層セラミックコンデンサのサイズが小さくなるほど顕著となる傾向があるため、クラック防止対策は極めて重要な技術開発テーマとなっている。

本発明は前記事情に鑑みて創作されたもので、その目的とするところは、自らの温度が上昇したときでもセラミックチップにクラックが生じることを防止できる積層セラミックコンデンサと、該積層セラミックコンデンサを好適に製造できる積層セラミックコンデンサ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、本発明の積層セラミックコンデンサは、複数の内部電極層がセラミック部を介して積層された構造を有する直方体形状のセラミックチップを備えた積層セラミックコンデンサであって、複数の内部電極層は所定の幅，長さ及び厚さを有する矩形状を成し、複数の内部電極層のうち少なくとも一部の内部電極層は幅方向中央の平坦部分と幅方向両側の非平坦部分とを有し、且つ、幅方向両側の非平坦部分が実質的に酸化物化している部位を含む、ことをその特徴とする。

この積層セラミックコンデンサによれば、内部電極層の幅方向両側に非平坦部分が設けられ、しかも、非平坦部分は実質的に酸化物化している部位を含むことから、非平坦部分の熱膨張率を低下させてセラミック部との熱膨張率の差による応力を低減することができ、且つ、該応力を非平坦部分の曲がり及び傾きに従って分散することができる。つまり、自らの温度が上昇したときに生じる応力を低減し、且つ、分散させることによって、該応力によってセラミックチップのサイドマージン部分等にクラックが生じることを防止できる。

一方、本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法は、複数の内部電極層がセラミック部を介して積層された構造を有する直方体形状のセラミックチップを備えた積層セラミックコンデンサの製造方法であって、未焼成内部電極層が形成された複数の未焼成セラミック層を、複数の未焼成内部電極層のうち少なくとも一部の内部電極層の幅方向両側が非平坦するように積み重ねて圧着して未焼成セラミックチップを得るステップと、複数の未焼成内部電極層のうち少なくとも一部の内部電極層の幅方向両側に存する非平坦部分に実質的に酸化物化した部位が形成される条件で未焼成セラミックチップを焼成してセラミックチップを得るステップとを備える、ことをその特徴とする。

この積層セラミックコンデンサの製造方法によれば、前記の積層セラミックコンデンサを好適、且つ、的確に製造することができる。

本発明によれば、自らの温度が上昇したときでもセラミックチップにクラックが生じない積層セラミックコンデンサと、該積層セラミックコンデンサを好適に製造できる積層セラミックコンデンサの製造方法を提供できる。

本発明の前記目的とそれ以外の目的と、構成特徴と、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。

図１は積層セラミックコンデンサの斜視図、図２は図１のａ−ａ線断面図、図３は図１のｂ−ｂ線断面図である。

この積層型セラミックコンデンサ１０は、所定の長さ，幅及び高さを有する直方体形状のセラミックチップ１１と、該セラミックチップ１１の長さ方向両端部に設けられた１対の外部電極１２とを備える。

セラミックチップ１１は、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｎ等の卑金属から成る複数の内部電極層１３がＢａＴｉＯ₃ 等の誘電体から成るセラミック部１４を介して積層された構造を有する。各内部電極層１３の端縁はセラミックチップ１１の長さ方向両端面に交互に露出している。各外部電極１２はＮｉ，Ｃｕ，Ｓｎ等の卑金属から成り、内部電極層１３の露出端縁と導通している。

複数の内部電極層１３は所定の幅，長さ及び厚さを有する矩形状を成しており、図３から分かるように、各内部電極層１３は幅方向中央の平坦部分１３ａと幅方向両側の非平坦部分１３ｂとを有する。図３には非平坦部部分１３ｂとして湾曲したもの（弓形に曲がったもの）を示してあるが、非平坦部部分１３ｂは平坦部分１３ａに対して傾斜したもの（傾いて斜めになったもの）や、湾曲と傾斜が混在したものであってもよい。また、図３には非平坦部分１３ｂの向きがセラミックチップ１１の高さ方向中央に向くものを示してあるが、非平坦部分１３ｂがセラミックチップ１１の高さ方向下側に向くものや、非平坦部分１３ｂがセラミックチップ１１の高さ方向上側に向くものや、非平坦部分１３ｂの向きがランダムになっているものであってもよい。、
また、各内部電極層１３の非平坦部分１３ｂは実質的に酸化物化している部位を含んでいる。要するに、各内部電極層１３の非平坦部分１３ｂはその全てが実質的に酸化物化しているか、或いは、その一部が実質的に酸化物化している。つまり、積層セラミックコンデンサ１０の静電容量は複数の内部電極層１３の平坦部分１３ａによって主に定められていることになる。

図３中のＷは内部電極層１３の全体幅寸法、Ｗａは平坦部分１３ａの幅寸法、Ｗｂは非平坦部分１３ｂの幅寸法、ＭＧはセラミックチップ１１のサイドマージン部分の間隔（非平坦部分１３ｂの側縁と該側縁と向き合うセラミックチップ１１の側面との間隔）を示す。

前述の積層セラミックコンデンサ１０も、従前の積層セラミックコンデンサと同様に半田付け時や実装後の電圧印加時等で自らの温度が上昇すると各内部電極層１３とセラミック部１４に熱膨張を生じるが、各内部電極層１３の幅方向両側に非平坦部分１３ｂが設けられ、しかも、非平坦部分１３ｂは実質的に酸化物化している部位を含むことから、非平坦部分１３ｂの熱膨張率を低下させてセラミック部１４との熱膨張率の差による応力を低減することができ、且つ、該応力を非平坦部分１３ｂの曲がり及び傾きに従って分散することができる。つまり、自らの温度が上昇したときに生じる応力を低減し、且つ、分散させることによって、該応力によってセラミックチップ１１のサイドマージン部分等にクラックが生じることを防止できる。

セラミックチップ１１のサイドマージン部分に生じる応力をより効果的に低減するには、非平坦部分１４ａの幅寸法Ｗｂを内部電極層１３の全体幅寸法Ｗの０．１〜１０％の範囲内、好ましくは１〜５％の範囲内とするとよい。０．１％未満だとクラック発生の防止効果が得にくく、１０％を越えると容量低下が顕著となってしまう。また、セラミックチップ１１のサイドマージン部分の間隔ＭＧをセラミックチップの幅寸法（Ｗ＋２ＭＧ）の１〜２０％の範囲内、好ましくは２〜１５％の範囲内とするとよい。１％未満だと酸化が内部電極層１３の平坦部１３ａまで及ぶ可能性があり、２０％を越えると非平坦部分１３ｂの酸化物化が不十分になり易い。

図４〜図６は、前述の積層セラミックコンデンサ１０の製法例を示す。

まず、図４に示す未焼成セラミック層ＣＬ１〜ＣＬ３を同図に示す順序で積み重ねて熱圧着して未焼成セラミックチップＣＣ（図５参照）を得る。

未焼成セラミック層ＣＬ１は、ＢａＴｉＯ₃ 等の誘電体粉末と有機バインダーと有機溶剤とを含むスラリーを所定の厚さでフィルム上に塗工し乾燥して形成されたグリーンシートから成る。未焼成セラミック層ＣＬ２，ＣＬ３は、未焼成セラミック層ＣＬ１と同様のグリーンシートの表面にＮｉ，Ｃｕ，Ｓｎ等の卑金属粉末と有機バインダーと有機溶剤とを含む導電ペーストを所定の幅，長さ及び厚さを有する矩形状に印刷し乾燥して未焼成内部電極層ＥＬ１，ＥＬ２を形成することによって作成されている。

図４には未焼成セラミック層ＣＬ１〜ＣＬ３として部品１個に対応した大きさを有するものを示してあるが、実際の未焼成セラミック層は多数個取りに対応した大きさを有し、未焼成内部電極層は所定の配列で多数個形成される。また、未焼成セラミックチップＣＣは、未焼成セラミック層を積み重ねて熱圧着して得た積層体を単位寸法に分断することによって作成される。

未焼成セラミックチップＣＣは、図５に示すように、複数の未焼成内部電極層ＥＬ１，ＥＬ２が未焼成セラミック部ＣＰを介して積層された構造を有し、各未焼成内部電極層ＥＬ１，ＥＬ２の幅方向両側に非平坦部分ＢＰが形成されている。

非平坦部分ＢＰの曲がり及び傾きの度合は未焼成内部電極層の厚さによってコントロールすることが可能である。即ち、未焼成内部電極層の厚さを大きくすれば、積層圧着時における未焼成セラミック層のサイドマージン部分の上下変形量を増加させて、該上下変形に伴う未焼成内部電極層の幅方向両側部分の曲がり及び傾きの度合を増加させることができる。

次に、図６に示すように、未焼成セラミックチップＣＣの長さ方向両端部にディップ法等の手法を利用して前記同様の導電ペーストを塗布し乾燥して未焼成外部電極ＥＥを形成する。

次に、未焼成外部電極ＥＥを形成した後の未焼成セラミックチップＣＣを、各未焼成内部電極層ＥＬ１，ＥＬ２の幅方向両側に存する非平坦部分ＢＰが実質的に酸化物化した部位が形成される条件、具体的には未焼成内部電極層ＥＬ１，ＥＬ２に含まれる金属の酸化平行酸素分圧に相当する酸素分圧を有する雰囲気で焼成する。

例えば、未焼成内部電極層ＥＬ１，ＥＬ２及び未焼成外部電極層ＥＥに含まれる金属がＮｉの場合には、Ｎｉ−ＮｉＯの平衡酸素分圧相当の酸素分圧（＝１０^-8ａｔｍ≒１０^-3Ｐａ）を有する還元雰囲気を採用し、該還元雰囲気下で約１２００℃で焼成する。

前記の焼成方法によっても非平坦部分ＢＰの酸化物化は十分に可能ではあるが、焼成ステップの後に、焼成雰囲気よりも酸素分圧が高い雰囲気（大気中も含む）で再酸化処理を施すことにより非平坦部分ＢＰの酸化物化をより的確に行うことができる。また、前記の焼成ステップにおける昇温速度や降温速度等を調整したり、降温時の酸素分圧を高くすること等によっても非平坦部分ＢＰの酸化物化を促進することができる。

前述の製法によれば、図１〜図３に示した積層セラミックコンデンサ１０を好適、且つ、的確に製造することができる。

尚、前述の実施形態では、全ての内部電極層１３の幅方向両側に非平坦部分１３ｂを設けたものを示したが、少なくとも一部の内部電極層１３の幅方向両側に非平坦部分１３ｂを設けた場合、例えば複数の内部電極層１３のうちの数枚の内部電極層１３の幅方向両側に非平坦部分１３ｂが存しない場合等でも、実質的に酸化物化している部位を含む非平坦部分１３ｂの存在によって前記同様の作用を得てクラック発生を防止することができる。

積層セラミックコンデンサの斜視図である。 図２は図１のａ−ａ線断面図である。 図１のｂ−ｂ線断面図である。 図１〜図３に示した積層セラミックコンデンサの製法例を示す図である。 図１〜図３に示した積層セラミックコンデンサの製法例を示す図である。 図１〜図３に示した積層セラミックコンデンサの製法例を示す図である。

符号の説明

１０…積層セラミックコンデンサ、１１…セラミックチップ、１２…外部電極、１３…内部電極層、１３ａ…平坦部分、１３ｂ…非平坦部分、１４…セラミック部、ＣＬ１〜ＣＬ３…未焼成セラミック層、ＥＬ１，ＥＬ２…未焼成内部電極層、ＣＣ…未焼成セラミックチップ、ＣＰ…未焼成セラミック部、ＢＰ…非平坦部分、ＥＥ…未焼成外部電極。

Claims (6)

1. 複数の内部電極層がセラミック部を介して積層された構造を有する直方体形状のセラミックチップを備えた積層セラミックコンデンサであって、
   複数の内部電極層のうち少なくとも一部の内部電極層は幅方向中央の平坦部分と幅方向両側の非平坦部分とを有し、且つ、幅方向両側の非平坦部分は実質的に酸化物化している部位を含む、
   ことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。
2. 幅方向両側の非平坦部分それぞれの幅寸法は、内部電極層の全体幅寸法の０．１〜１０％の範囲内にある、
   ことを特徴とする請求項１に記載の積層セラミックコンデンサ。
3. 幅方向両側の非平坦部分それぞれの側縁と該側縁と向き合うセラミックチップの側面との間の間隔は、セラミックチップの幅寸法の１〜２０％の範囲内にある、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の積層セラミックコンデンサ。
4. 複数の内部電極層がセラミック部を介して積層された構造を有する直方体形状のセラミックチップを備えた積層セラミックコンデンサの製造方法であって、
   未焼成内部電極層が形成された複数の未焼成セラミック層を、複数の未焼成内部電極層のうち少なくとも一部の内部電極層の幅方向両側が非平坦するように積み重ねて圧着して未焼成セラミックチップを得るステップと、
   複数の未焼成内部電極層のうち少なくとも一部の内部電極層の幅方向両側に存する非平坦部分に実質的に酸化物化した部位が形成される条件で未焼成セラミックチップを焼成してセラミックチップを得るステップとを備える、
   ことを特徴とする積層セラミックコンデンサの製造方法。
5. 前記焼成ステップにおける焼成条件は、未焼成内部電極層に含まれる金属の酸化平衡酸素分圧に相当する酸素分圧を有する焼成雰囲気を含む、
   ことを特徴とする請求項２に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
6. 焼成時よりも酸素分圧が高い雰囲気下でセラミックチップを再酸化するステップをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
   

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