JP2007137741A - Manufacturing method of ceramic slurry - Google Patents
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Description
本発明は、例えば積層セラミックコンデンサ等の積層セラミック電子部品に使用されるセラミックスラリー並びにその製造方法と、このセラミックスラリーを用いた積層セラミック電子部品の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a ceramic slurry used for a multilayer ceramic electronic component such as a multilayer ceramic capacitor, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a multilayer ceramic electronic component using the ceramic slurry.
従来の積層セラミック電子部品の製造方法について積層セラミックコンデンサを例に説明する。 A conventional method for manufacturing a multilayer ceramic electronic component will be described by taking a multilayer ceramic capacitor as an example.
図2は、一般的な積層セラミックコンデンサ21の一部切欠斜視図であり、誘電体層22と内部電極23とが交互に積層されて積層体を構成し、内部電極23はその端面が積層体の対向する両端面に交互に露出するよう積層されており、積層体の両端面に形成された一対の外部電極24に交互に接続されている。
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of a general multilayer
このような積層セラミックコンデンサの作製においては、焼成により誘電体層となるグリーンシートの作製が重要であり、従ってグリーンシートの作製に用いられるセラミックスラリーの作製技術が重要なものとなっている。 In the production of such a multilayer ceramic capacitor, it is important to produce a green sheet that becomes a dielectric layer by firing. Therefore, the production technique of the ceramic slurry used for producing the green sheet is important.
なお、本発明に関する先行技術文献として、例えば特許文献1をあげることができる。
しかし、市場の要求により小型化、高性能化に拍車がかかる中で、積層セラミックコンデンサの大容量化に対する要望が更に増大し、これに伴ってグリーンシートはますます薄いものを使用することが求められており、従ってグリーンシートを作製するのに用いられるセラミックスラリーの分散性や品質に対する要求も厳しくなっている。 However, as market demands have spurred downsizing and higher performance, the demand for larger capacity of multilayer ceramic capacitors has further increased, and along with this, it is required to use increasingly thinner green sheets. Therefore, the requirements for the dispersibility and quality of the ceramic slurry used to produce the green sheet are becoming stricter.
このような状況の中で、例えば特許文献1に示された方法を用いてセラミックスラリーを作製した場合、分散性をあげるためにセラミックスラリー中のセラミック粉体に加わる力が過剰になる場合がある。 In such a situation, for example, when a ceramic slurry is produced using the method shown in Patent Document 1, the force applied to the ceramic powder in the ceramic slurry may be excessive in order to increase dispersibility. .
セラミック粉体に過剰な力が加えられた場合、セラミック粉体が更に粉砕されるとともに、非常に微細な粉体が生じることがある。 When an excessive force is applied to the ceramic powder, the ceramic powder is further pulverized and a very fine powder may be generated.
この微小な粉体は、その後の積層体の焼結において、過度に結晶粒径が大きくなる異常粒成長の原因となり、作製された積層セラミックコンデンサの耐電圧や信頼性などの性能を低下させる要因となっていた。 This fine powder causes abnormal grain growth that excessively increases the crystal grain size during subsequent sintering of the laminate, and causes factors such as the breakdown voltage and reliability of the produced multilayer ceramic capacitor to deteriorate. It was.
従って本発明は、焼成により異常粒成長のもとになるような極めて微細なセラミック粉体を除去したセラミックスラリーを提供し、このセラミックスラリーを用いて作製した積層セラミック電子部品が、薄層多層の積層セラミック電子部品であっても、耐電圧や信頼性などの性能に優れた積層セラミック電子部品の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a ceramic slurry from which extremely fine ceramic powder that may cause abnormal grain growth by firing is removed, and a multilayer ceramic electronic component produced using this ceramic slurry has a thin multilayer structure. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a multilayer ceramic electronic component that is excellent in performance such as withstand voltage and reliability, even if it is a multilayer ceramic electronic component.
この目的を達成するために本発明のセラミックスラリーの製造方法は、グリーンシートの成形に用いられるセラミックスラリーにおいて、このセラミックスラリー中の微細粉末を凝集を起こさせて除去しながら混合することを特徴とするセラミックスラリーの製造方法である。すなわち、焼成で異常粒成長を起こす非常に細かい微細粉末の粒子は、その量がごくわずかでも、粒子表面の活性度が高いため、異常粒成長の引き金の役割を果たし、焼成後の積層セラミック電子部品の広い領域にわたって異常に大きくなった結晶粒子が出現し、積層セラミック電子部品の性能に対して影響を及ぼすと考えられる。 In order to achieve this object, the method for producing a ceramic slurry according to the present invention is characterized in that in a ceramic slurry used for forming a green sheet, the fine powder in the ceramic slurry is mixed while being agglomerated and removed. This is a method for producing a ceramic slurry. In other words, very fine fine particles that cause abnormal grain growth by firing, even though the amount is very small, have a high activity on the surface of the particles, and thus act as a trigger for abnormal grain growth. It is considered that abnormally large crystal grains appear over a wide area of the component, which affects the performance of the multilayer ceramic electronic component.
従って、セラミックスラリー中のセラミック粉末全体の比表面積に対して5%以上大きい比表面積を有するような微細粉末を、凝集剤を用いることなく、例えばフィルター濾過などの手段を用いて除去しつつ混合を行ったセラミックスラリーで作製したグリーンシートを用いて積層、焼成した積層セラミック電子部品は耐電圧や信頼性などの性能に優れた積層セラミック電子部品とすることができるのである。 Therefore, the fine powder having a specific surface area of 5% or more with respect to the specific surface area of the entire ceramic powder in the ceramic slurry is mixed without removing the flocculant by using a means such as filter filtration. A multilayer ceramic electronic component laminated and fired using a green sheet produced from the ceramic slurry thus obtained can be a multilayer ceramic electronic component excellent in performance such as withstand voltage and reliability.
本発明によると、グリーンシートの成形に用いられるセラミックスラリーにおいて、このセラミックスラリー中の微細粉末を凝集を起こさせて除去しながら混合する構成としたため、焼成で異常粒成長を起こす非常に細かい微細粉末粒子を除去したセラミックスラリーが得られ、このセラミックスラリーにより作製したグリーンシートを用いて積層、焼成した積層セラミック電子部品は耐電圧や信頼性などの性能に優れた積層セラミック電子部品とすることができる。 According to the present invention, in the ceramic slurry used for forming the green sheet, the fine powder in the ceramic slurry is mixed while being agglomerated and removed. A ceramic slurry from which particles are removed is obtained, and a laminated ceramic electronic component laminated and fired using a green sheet produced from the ceramic slurry can be a laminated ceramic electronic component having excellent performance such as withstand voltage and reliability. .
(実施の形態1)
以下、実施の形態1について、図1〜図2を用いて、積層セラミックコンデンサを例に説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the first embodiment will be described using a multilayer ceramic capacitor as an example with reference to FIGS.
図1はセラミックスラリーフィルター濾過装置の一例の模式図であり、フィルター11とスラリーを循環させるポンプ12とスラリーを貯めるタンク13で構成されている。図1の矢印は、セラミックスラリーの流れる方向を示す。
FIG. 1 is a schematic diagram of an example of a ceramic slurry filter filtration apparatus, which includes a
図2は、一般的な積層セラミックコンデンサ21の一部切欠斜視図であり、誘電体層22と内部電極23とが交互に積層されて積層体を構成し、内部電極23はその端面が積層体の対向する両端面に交互に露出するよう積層されており、積層体の両端面に形成された一対の外部電極24に交互に接続されている。
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of a general multilayer
次に、本発明に係る積層セラミックコンデンサの製造方法について詳細に説明する。 Next, the manufacturing method of the multilayer ceramic capacitor according to the present invention will be described in detail.
まず、チタン酸バリウムを主成分とするセラミック粉末と、バインダーとしてポリビニルブチラール樹脂と、溶剤、可塑剤、分散剤等を媒体攪拌ミルなどの装置を用いて混合してセラミックスラリーを作製する。 First, a ceramic slurry is prepared by mixing a ceramic powder containing barium titanate as a main component, a polyvinyl butyral resin as a binder, a solvent, a plasticizer, a dispersant, and the like using an apparatus such as a medium stirring mill.
このセラミックスラリーを2本のフィルターを連続して(表1)に示す回数通過させて濾過を行った。 The ceramic slurry was filtered through two filters in succession as shown in (Table 1).
使用したフィルターは、濾過後のスラリーの粒子の99.99%が1.5μm以下となる絶対濾過精度が99.99%のフィルターを用いた。 As the filter used, a filter having an absolute filtration accuracy of 99.99% in which 99.99% of the particles of the slurry after filtration were 1.5 μm or less was used.
このフィルターはカートリッジフィルターなどと呼ばれるフィルターの一種で、フィルター内部がファイバー構造であり、高さ約10インチのものである。 This filter is a kind of filter called a cartridge filter, and the inside of the filter has a fiber structure and has a height of about 10 inches.
フィルターは通常、所定の粒子径以上の粒子径を有する粗い粒子の除去に使用されるのが一般的であり、所定の粒子径以下の微細粉末の除去を行うことは出来ないとされていた。 The filter is generally used for removing coarse particles having a particle diameter equal to or larger than a predetermined particle diameter, and it has been said that a fine powder having a predetermined particle diameter or less cannot be removed.
しかし、セラミックスラリー中のこのような微細粉末はその表面積が大きく、活性度が高いため凝集しやすいものである。本発明者らはこのような凝集を起こしやすい微細粉末の性質を利用し、凝集を起こさせることによりフィルターを用いて微細粉末が除去できることを見出し、本発明を成すに至ったものである。 However, such fine powder in the ceramic slurry has a large surface area and high activity, so that it easily aggregates. The present inventors have found that the fine powder can be removed using a filter by utilizing such properties of the fine powder that is likely to cause aggregation, thereby achieving the present invention.
例えば、セラミックスラリーを混合後長時間放置した場合においても、このような微細粉末は凝集するが、この場合にはセラミックスラリー中の成分分離が生じてしまうため好ましくない。 For example, even when the ceramic slurry is allowed to stand for a long time after mixing, such fine powders agglomerate, but in this case, component separation in the ceramic slurry occurs, which is not preferable.
また、ミョウバンなどの凝集剤を用いて微細粉末を除去する方法も考えられるが、この場合にはセラミックスラリーから凝集剤を除去するのが困難となるばかりでなく、微細粉末以外の所望の粒径を有する粉末まで除去されてしまうため好ましくない。 In addition, a method of removing fine powder using an aggregating agent such as alum is also conceivable. In this case, it is not only difficult to remove the aggregating agent from the ceramic slurry, but also a desired particle size other than the fine powder. It is not preferable because even the powder having the above is removed.
従って、フィルター濾過を用いて凝集した微細粉末を除去することが、セラミックスラリーの製造においては最も好ましい。 Therefore, it is most preferable in the production of the ceramic slurry to remove the agglomerated fine powder using filter filtration.
(表1)に示す回数でフィルター濾過したセラミックスラリーを用いて、ドクターブレード法により、焼成後に誘電体層22となる厚み2μmのグリーンシートを作製する。
Using the ceramic slurry filtered through the number of times shown in (Table 1), a green sheet having a thickness of 2 μm to be the
ここで、図1に示すフィルター構成は2段となっているが、この2つのフィルターを通過させた回数を1回の濾過回数とした。 Here, although the filter configuration shown in FIG. 1 has two stages, the number of times of passing through these two filters is defined as the number of times of filtration.
また、フィルター濾過前のセラミック粉末と、フィルター濾過後に図1の右側(タンク13に近い方のフィルター)のフィルター内に残ったセラミック粉末の比表面積をBET法を用いて測定して(表1)に合わせて示している。 Moreover, the specific surface area of the ceramic powder before filter filtration and the ceramic powder remaining in the filter on the right side of FIG. 1 (the filter closer to the tank 13) after filter filtration was measured using the BET method (Table 1). It is shown to match.
ここで、比表面積上昇率とはフィルター内に残ったセラミック粉末の比表面積とフィルター濾過前のセラミック粉末の比表面積との差を百分率で表したものである。 Here, the specific surface area increase rate is the percentage difference between the specific surface area of the ceramic powder remaining in the filter and the specific surface area of the ceramic powder before filter filtration.
一方、Ni単独、あるいはNiを主成分としてCuなどの添加物を含む金属粉末と、溶剤、樹脂、可塑剤等よりなるビヒクルとを混合して電極ペーストを作製し、この電極ペーストをスクリーン印刷法によりグリーンシート上に塗布して内部電極23となる導電体層を形成する。
On the other hand, an electrode paste is prepared by mixing Ni alone or a metal powder containing an additive such as Cu with Ni as a main component and a solvent, a resin, a plasticizer, etc., and this electrode paste is screen printed. To form a conductor layer to be the
次いで、この導電体層を形成したグリーンシートを250枚積層した後、その上段と下段に電極ペーストを塗布していないグリーンシートを1枚または複数枚積層して上下の保護層を形成し、積層体グリーンブロック(図示せず)を作製した。 Next, 250 green sheets on which the conductor layer is formed are stacked, and then one or more green sheets not coated with electrode paste are stacked on top and bottom to form upper and lower protective layers. A body green block (not shown) was prepared.
次いで、この積層体グリーンブロックを長さ1.9mm×幅1.0mm×厚み1.0mmの寸法に切断して、焼成により積層セラミックコンデンサ21となる積層セラミックグリーンチップ(図示せず)を作製した。このとき積層セラミックグリーンチップの両端面は導電体層の一方の端部がグリーンシートを挟んで一層おき交互に相対向する異なる端面に露出した構造とした。
Next, this multilayer green block was cut into dimensions of 1.9 mm length × 1.0 mm width × 1.0 mm thickness, and a multilayer ceramic green chip (not shown) to be the multilayer
次いで、前記積層セラミックグリーンチップをバッチ式雰囲気焼成炉に投入し、脱バインダーを行った後、窒素ガスと水素ガスの混合ガスによる還元性雰囲気下で1200℃〜1250℃の範囲で焼成して、(表1)に示す試料番号1〜試料番号5の積層セラミックコンデンサを得た。 Next, the multilayer ceramic green chip is put into a batch-type atmosphere firing furnace, and after debinding, it is fired in the range of 1200 ° C. to 1250 ° C. in a reducing atmosphere with a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas, Multilayer ceramic capacitors of sample numbers 1 to 5 shown in Table 1 were obtained.
その後試料番号1〜5の積層セラミックコンデンサ各々100個に一対の外部電極24を形成した。外部電極を形成した積層セラミックコンデンサ100個について、絶縁抵抗を測定し、絶縁抵抗が106Ω以下の個数をショート率として(表1)に示した。
Thereafter, a pair of
絶縁抵抗の測定は、絶縁抵抗計を用いて、印加電圧6.3Vで測定した。 The insulation resistance was measured at an applied voltage of 6.3 V using an insulation resistance meter.
次に、絶縁抵抗測定後の試料番号1〜5の積層セラミックコンデンサを温度85℃の雰囲気下で、6.3Vの定格電圧を印加しながら信頼性試験を1000時間行った。 Next, a reliability test was performed for 1000 hours while applying a rated voltage of 6.3 V to the multilayer ceramic capacitors of Sample Nos. 1 to 5 after measuring the insulation resistance in an atmosphere at a temperature of 85 ° C.
1000時間の信頼性試験終了後の各試料について100個を測定し、ショート状態(抵抗値が106Ω以下)の個数を百分率で上記と同様にショート率として(表1)に合わせて示す。 100 samples were measured for each sample after the end of the 1000-hour reliability test, and the number of short-circuited states (resistance value of 10 6 Ω or less) is shown as a percentage in the same manner as described above (Table 1).
(表1)の結果から明らかなように、フィルター濾過を行って比表面積が8.00m2/g以上の微細粉末を除去しつつ混合したセラミックスラリーを用いて作製した試料番号2〜5の積層セラミックコンデンサは、絶縁抵抗が106Ω以下のショート率が低く、信頼性試験におけるショートも発生していない。これは、フィルター濾過回数を3〜15パス実施したものであり、フィルター内部に残った粉末比表面積が、濾過前の粉末比表面積に対して、5.3%〜12.8%上昇している。従って、濾過中に粒子表面の活性度が高い、極めて繊細なセラミック粉体が除去されている事を示しており、フィルター濾過を繰返すことで、この微細なセラミック粉体が凝集を起こし、フィルターでトラップ出来ている事がわかる。このことから、微細なセラミック粉末を除去したスラリーを用いて作製した積層セラミックコンデンサは、焼成後、異常に大きくなった結晶粒子の出現がなく、ショート率が低く、信頼性に優れたものとすることができるのである。 As is clear from the results of (Table 1), lamination of sample numbers 2 to 5 produced using a ceramic slurry mixed while removing fine powder having a specific surface area of 8.00 m 2 / g or more by performing filter filtration. A ceramic capacitor has a low short-circuit rate with an insulation resistance of 10 6 Ω or less, and no short-circuit occurs in a reliability test. In this case, the number of times of filter filtration is 3 to 15 passes, and the powder specific surface area remaining inside the filter is increased by 5.3% to 12.8% with respect to the powder specific surface area before filtration. . Therefore, it shows that very fine ceramic powder with high activity on the particle surface is removed during filtration. Repeating filter filtration causes the fine ceramic powder to agglomerate. You can see that it is trapped. For this reason, the multilayer ceramic capacitor produced using the slurry from which fine ceramic powder has been removed has no appearance of abnormally large crystal particles after firing, has a low short-circuit rate, and has excellent reliability. It can be done.
しかしながら、試料番号1の積層セラミックコンデンサはショート率が37%と高く、信頼性試験後のショートも発生している。この試料番号1のスラリーは、フィルター濾過回数を1パスとしたもので、フィルター内部に残った粉末比表面積が、濾過前の粉末比表面積に対して、1.3%しか上昇しておらず、微細なセラミック粉体は除去できていないと考えられ、この場合、焼成後、微細なセラミック粉末により異常に大きくなった結晶粒子が出現し、ショート発生や信頼性劣化を引き起こすものと考えられる。 However, the multilayer ceramic capacitor of Sample No. 1 has a high short-circuit rate of 37%, and a short-circuit after the reliability test has also occurred. This sample No. 1 slurry has a filter filtration frequency of 1 pass, and the powder specific surface area remaining inside the filter is only 1.3% higher than the powder specific surface area before filtration. It is considered that the fine ceramic powder has not been removed. In this case, after firing, crystal particles that have become abnormally large due to the fine ceramic powder appear, and it is considered that short-circuiting and reliability deterioration are caused.
従って、フィルター中に残って除去される微細セラミック粉末の比表面積の上昇率としては5%以上が好ましく、即ちセラミックスラリー中のセラミック粉末全体の比表面積に対して5%以上大きい比表面積を有する微細粉末を除去することにより、よりショート不良の発生が抑制でき、また信頼性を向上できる。 Therefore, the rate of increase in the specific surface area of the fine ceramic powder that remains in the filter and is removed is preferably 5% or more, that is, the fine surface powder having a specific surface area that is 5% or more larger than the specific surface area of the entire ceramic powder in the ceramic slurry. By removing the powder, the occurrence of short-circuit defects can be further suppressed and the reliability can be improved.
なお、本実施の形態1では同じフィルターを2本使用して濾過を行ったが、これに限定されるものではなく、フィルターの本数は1本とし、濾過回数を2倍などに増やしてもよい。また、フィルターも同じものを使用する必要はなく、例えばスラリーの流れる方向に対して上流側のフィルターを下流側のフィルターに対して粗いものを使用してもよい。 In the first embodiment, the same two filters are used for filtration. However, the present invention is not limited to this, and the number of filters may be one, and the number of times of filtration may be doubled. . Further, it is not necessary to use the same filter. For example, a filter that is upstream with respect to the direction in which the slurry flows and a filter that is coarse with respect to the downstream filter may be used.
さらにフィルターの本数は3本以上の任意の本数で使用することもできる。 Furthermore, the number of filters can be used with an arbitrary number of three or more.
フィルターの本数が増えれば濾過回数を減らすことができるが、フィルター本数が増える分、装置が大型になる。 If the number of filters increases, the number of times of filtration can be reduced, but the size of the apparatus increases as the number of filters increases.
本発明にかかるセラミックスラリーの製造方法は、グリーンシートの成形に用いられるセラミックスラリーにおいて、このセラミックスラリー中の微細粉末を凝集を起こさせて除去しながら混合することを特徴とするセラミックスラリーの製造方法であり、異常粒成長の原因となる微細粉末を凝集剤を用いることなく、例えばフィルター濾過などの手段を用いて除去しつつ混合を行ったセラミックスラリーの製造方法であり、このように作製したグリーンシートを用いて積層、焼成した積層セラミック電子部品は耐電圧や信頼性などの性能に優れた積層セラミック電子部品とすることができ、積層セラミック電子部品の製造方法等に有用である。 A method for producing a ceramic slurry according to the present invention comprises mixing a ceramic slurry used for forming a green sheet while agglomerating and removing fine powder in the ceramic slurry. This is a method for producing a ceramic slurry in which fine powder that causes abnormal grain growth is removed without using a flocculant, for example, by removing the powder using means such as filter filtration. A multilayer ceramic electronic component laminated and fired using a sheet can be made into a multilayer ceramic electronic component excellent in performance such as withstand voltage and reliability, and is useful in a method for manufacturing a multilayer ceramic electronic component.
11 フィルター
12 ポンプ
13 タンク
21 積層セラミックコンデンサ
22 誘電体層
23 内部電極
24 外部電極
11
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