JP2007158267A - 積層型電子部品およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部電極層と層間誘電体層とが交互に積層された内層部と、前記内層部の積層方向の上端面および下端面に配置され、外側誘電体層から構成される上側外層部および下側外層部と、からなる素子本体を有する積層型電子部品において、外層部付近における内部電極層と、素子本体中心部付近における内部電極層とにおいて、誘電体からなり、特定の幅を有する電極途切れ部分の存在率を、それぞれ所定の範囲内とする。
【選択図】図2
Description
内部電極層と層間誘電体層とが交互に積層された内層部と、
前記内層部の積層方向の上端面および下端面に配置され、外側誘電体層から構成される上側外層部および下側外層部と、からなる素子本体を有する積層型電子部品であって、
前記内部電極層は、前記素子本体の積層方向に平行な一対の対向する端面に、交互に露出するように形成され、前記内部電極層が露出している一対の端面には、一対の端子電極が形成されており、
一対の前記端子電極が形成された端面と平行な面で前記素子本体を切断した際における切断面において、
前記層間誘電体層の積層数をn(ただし、n≧100)、
前記内部電極層の厚みをT、
前記切断面における各内部電極層の長さ方向の中心から、全電極長さに対し80%の長さを占める部分を電極中央部とした場合に、
前記内部電極層形成部分に存在し、誘電体からなる電極途切れ部分であって、前記内部電極層の長さ方向における幅が0.5T〜2Tの範囲にある電極途切れ部分に関し、
前記下側外層部側および前記上側外層部側から、それぞれ15層目までの合計30層の各内部電極層において、電極中央部における長さ全体100%に対する、電極中央部における前記電極途切れ部分の幅の合計長さの比率が1.0〜10%の範囲であり、
前記下側外層部側から、n/2層目(ただし、nが奇数の場合には、n/2+0.5層目)の層間誘電体層を中心とした上下15層の合計30層の各内部電極層において、電極中央部における長さ全体100%に対する、電極中央部における前記電極途切れ部分の幅の合計長さの比率が0%より高く、1.0%未満の範囲であることを特徴とする。
内部電極層と層間誘電体層とが交互に積層された内層部と、
前記内層部の積層方向の上端面および下端面に配置され、外側誘電体層から構成される上側外層部および下側外層部と、からなる素子本体を有する積層型電子部品を製造する方法であって、
焼成後に前記層間誘電体層となる層間グリーンシートを形成する工程と、
焼成後に前記外側誘電体層となる外側グリーンシートを形成する工程と、
前記層間グリーンシートの表面に、電極層用ペーストを用いて、焼成後に内部電極層となる電極ペースト膜を形成する工程と、
前記電極ペースト膜を有する層間グリーンシートを、前記層間グリーンシートの合計の積層数がn(ただし、n≧100)層となるように積層し、内層部用積層体を得る工程と、
前記内層部用積層体の積層方向の上端面および下端面に前記外側グリーンシートを積層し、グリーンチップを得る工程と、
前記グリーンチップを焼成する工程と、を有し、
焼成後における前記内部電極層の厚みをTとした場合に、
前記内層部用積層体の積層方向の上端面および下端面から、それぞれm層目(ただし、mは、2以上、30以下)までに位置することとなる電極ペースト膜を形成するための電極層用ペーストとして、導電性粉末と、平均粒径Rcである誘電体粉末(ただし、Rc≦0.5T)と、有機ビヒクルと、を含有する電極層用ペーストであって、前記電極層用ペーストに含有されることとなる前記誘電体粉末のうち、全含有量の50〜95重量%を主たる混練工程の前に添加し、残部を主たる混練工程の後に添加することにより製造された電極層用ペーストを用いることを特徴とする。
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断面図、
図2は図1に示すII−II線に沿う積層セラミックコンデンサの概略断面図、
図3は内部電極層の微細構造を示す概略図、
図4(A)、図4(B)は積層セラミックコンデンサの平側クラックを説明するための図である。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサ1は、層間誘電体層2と内部電極層3とが交互に積層された構成のコンデンサ素子本体10を有する。このコンデンサ素子本体10の両側端部には、素子本体10の内部で交互に配置された内部電極層3と各々導通する一対の端子電極4,4が形成してある。内部電極層3は、各側端面がコンデンサ素子本体10の対向する2端部の表面に交互に露出するように積層してある。一対の端子電極4,4は、コンデンサ素子本体10の両端部に形成され、交互に配置された内部電極層3の露出端面に接続されて、コンデンサ回路を構成する。
層間誘電体層2および外側誘電体層20は、誘電体磁器組成物で構成される。誘電体層2,20を構成する誘電体磁器組成物の組成は、特に限定されないが、たとえば、{(Ba(1−x−y) Cax Sry )O}A (Ti(1−z) Zrz )B O2 で表される誘電体酸化物を含む主成分を有するものが挙げられる。なお、A,B,x,y,zは、いずれも任意の範囲である。誘電体磁器組成物中に主成分と共に含まれる副成分としては、Sr,Y,Gd,Tb,Dy,V,Mo,Ho,Yb,Zn,Cd,Ti,Sn,W,Ba,Ca,Mn,Mg,Cr,Si,およびPの酸化物から選ばれる1種類以上を含む副成分が例示される。
内部電極層3に含有される導電材は特に限定されないが、誘電体層2,20の構成材料として、耐還元性を有する材料を使用する場合には、卑金属を用いることができる。導電材として用いる卑金属としては、Ni、Cu、Ni合金またはCu合金が好ましい。内部電極層3の主成分をNiなどの卑金属にした場合には、誘電体が還元されないように、低酸素分圧(還元雰囲気)で焼成するという方法がとられている。
内部電極層3の厚みは、好ましくは2μm以下であり、より好ましくは1.0μm以下である。
次いで、内部電極層3の微細構造について、図2および図3を使用して説明する。図2は、図1に示すII−II線に沿う概略断面図(長さ方向の断面図)であり、図3は、内部電極層3の微細構造を示す概略図である。なお、図2においては、図1と比較して、素子本体10の内部の構造を簡素化して表してある。また、図2に示す断面においては、内部電極層3は各側端面に露出することなく、両側面に配置された側面余白部22により保護された構成となっている。この側面余白部22は、層間誘電体層2や外側誘電体層20と同様に誘電体磁器組成物で構成されている。
すなわち、内部電極層の厚みをTとした場合に、内部電極層形成部分に存在し、誘電体からなる電極途切れ部分のうち、幅方向(W方向)における途切れ幅の大きさが0.5T〜2Tの範囲にある電極途切れ部分の幅の合計の長さを所定の範囲とする。具体的には、図3に示すように、電極中央部(電極中央部については後述する。)における、途切れ幅の大きさが0.5T〜2Tの範囲にあるb1,b2,・・・,biの幅の合計の長さ(b1+b2+・・・+bi)の、電極中央部の長さ全体100%に対する比率を、電極途切れ部分存在比率とした場合に、この比率を次のような範囲とする。すなわち、電極途切れ部分存在比率を、外層側に位置する内部電極層については1.0〜10%の範囲、素子本体10の中心部に位置する内部電極層については0%より高く、1.0%未満の範囲とする。
なお、各電極途切れ部分存在比率は、素子本体の長さを100%とした場合に、長さ方向(L方向)の15〜85%の深さにおける断面において、上記範囲となっていることが好ましい。
端子電極4に含有される導電材は特に限定されないが、通常、CuやCu合金あるいはNiやNi合金等を用いる。なお、AgやAg−Pd合金等も、もちろん使用可能である。なお、本実施形態では、安価なNi,Cuや、これらの合金を用いることができる。
端子電極4の厚さは用途等に応じて適宜決定されればよいが、通常、10〜50μm程度であることが好ましい。
次に、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製造方法について説明する。
(1)まず、焼成後に図1に示す層間誘電体層2を構成することになるセラミックグリーンシート(層間グリーンシート)を製造するために、層間グリーンシート用ペーストを準備する。
層間グリーンシート用ペーストは、誘電体磁器組成物原料を塗料化することにより調製される。層間グリーンシート用ペーストは、誘電体磁器組成物原料と有機ビヒクルとを混練した有機系の塗料であってもよく、水系の塗料であってもよい。
すなわち、本実施形態では、外側電極ペースト膜と、内側電極ペースト膜と、をそれぞれ異なる電極層用ペーストで形成する。
すなわち、まず、外側電極層用ペーストに含有させる誘電体粉末の全量のうち一部を、導電性粉末および有機ビヒクルに添加し、次いで、主たる混練工程により、これらを混練する。主たる混練工程における混練方法としては、導電性粉末と有機ビヒクルと予め添加した誘電体粉末とを均一に混練でき、さらには、予め添加した誘電体粉末を十分に粉砕できる方法なら何でも良く、特に限定されない。このような混練方法としては、たとえば、三本ロールによる方法や、衝突分散機による方法などが挙げられる。主たる混練工程の前に添加する誘電体粉末の添加量は、外側電極層用ペーストに含有させることとなる誘電体粉末全量に対し、50〜95重量%、好ましくは70〜90重量%の範囲とする。
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。
たとえば、上述した実施形態では、本発明に係る積層型電子部品として積層セラミックコンデンサを例示したが、本発明に係る積層型電子部品としては、積層セラミックコンデンサに限定されず、上記構成を有するものであれば何でも良い。
層間グリーンシート用ペースト、外側グリーンシート用ペーストの作製
まず、出発原料として、主成分原料としてのBaTiO3 粉末と、副成分原料としてのMgO、MnO、Y2 O3 、V2 O5 、SiO2 およびCr2 O3 とを準備した。そして、これらの出発原料をボールミルにより16時間湿式混合することにより、誘電体磁器組成物原料を調製した。
Ni粒子:44.6重量部と、平均粒径0.1μmのBaTiO3 粉末:8重量部と、テルピネオール:52重量部と、エチルセルロース:3重量部と、ベンゾトリアゾール:0.4重量部とを、3本ロールにより混練し、スラリー化して内側電極層用ペーストを作製した。
まず、Ni粒子:44.6重量部と、平均粒径0.1μmのBaTiO3 粉末:6.4重量部と、テルピネオール:52重量部と、エチルセルロース:3重量部と、ベンゾトリアゾール:0.4重量部とを、3本ロールにより混練し、スラリー化した。
次いで、上記にて得られたスラリーに、平均粒径0.1μmのBaTiO3 粉末:1.6重量部をさらに添加して、ミキサーによりBaTiO3 粉末をスラリー中に分散させて、外側電極層用ペーストを作製した。
すなわち、本実施例では、主たる混練(3本ロールによる混練)の前に添加したBaTiO3 粉末(前添加BaTiO3 )と、主たる混練の後に添加したBaTiO3 粉末(後添加BaTiO3 )と、の比率を重量比(重量%)で、前添加BaTiO3 :後添加BaTiO3 =80:20として、外側電極層用ペーストを作製した。
次いで、上記にて調製した各ペーストを使用して、以下の方法により、グリーンチップを形成した。
まず、層間グリーンシート用ペーストを用いて、PETフィルム上に、乾燥後の厚みが2.5μmとなるように層間グリーンシートを形成した。
そして、この上に内側電極層用ペーストを用いて、電極ペースト膜を所定パターンで印刷した後、PETフィルムからシートを剥離することにより、内側電極ペースト膜を有する層間グリーンシートを得た。
一方、これとは別に、外側電極層用ペーストを用いて、電極ペースト膜を所定パターンで印刷した後、PETフィルムからシートを剥離することにより、外側電極ペースト膜を有する層間グリーンシートを得た。
脱バインダ処理条件は、昇温速度:30℃/時間、保持温度:250℃、温度保持時間:8時間、雰囲気:空気中とした。
焼成条件は、昇温速度:200℃/時間、保持温度:1250℃、温度保持時間:2時間、冷却速度:300℃/時間、雰囲気ガス:加湿したN2 +H2 混合ガス(酸素分圧:10−2Pa)とした。
アニール条件は、昇温速度:200℃/時間、保持温度:1000℃、温度保持時間:2時間、冷却速度:300℃/時間、雰囲気ガス:加湿したN2 ガス(酸素分圧:10−1Pa)とした。
なお、焼成およびアニールの際の雰囲気ガスの加湿には、水温を5〜75℃としたウエッターを用いた。
得られたコンデンサ試料を、その切断面が、図2に示す断面(端子電極4を形成した端面に平行な面)となるように切断し、その切断面を研磨した。そして、その研磨面について、顕微鏡により観察を行い、内部電極層厚みTを測定した。測定は15本の内部電極層について行い、得られた結果を平均することにより、内部電極層厚みT[μm]を求めた。結果を表1に示す。
得られたコンデンサ試料を、その切断面が、図2に示す断面(端子電極4を形成した端面に平行な面)となるように切断し、その切断面を研磨した。そして、その研磨面について、顕微鏡により観察を行い、上述した実施形態に記載した方法に従い、図2に示す外層側に位置する内部電極層の電極途切れ部分存在比率[%]と、素子本体10の中心部に位置する内部電極層の電極途切れ部分存在比率[%]と、をそれぞれ測定した。結果を表1に示す。
ショート不良数は、50個のコンデンササンプルを準備し、ショート不良が発生した個数を調べることにより測定した。具体的には、絶縁抵抗計(HEWLETT PACKARD社製E2377Aマルチメーター)を使用して、抵抗値を測定し、抵抗値が100kΩ以下となったサンプルをショート不良サンプルとし、50個のコンデンサ試料に対する、ショート不良の発生した試料の数を求めた。結果を表1に示す。
得られた各コンデンサ試料について、焼上げ素地を研磨し、図2に示す断面(端子電極4を形成した端面に平行な面)を目視にて観察することにより、平側クラックの発生の有無を確認した。本実施例では、図4(A)または図4(B)に示すような、平面(上面または下面)から、素子本体内部を経て、側面(端子電極4を形成していない端面)にかけて発生したクラックを平側クラックとし、その発生の有無を確認した。平側クラックの有無の確認は、100個のコンデンサ試料について行った。外観検査の結果、100個のコンデンサ試料に対する、平側クラックの発生した試料の数を求めた。結果を表1に示す。
外側電極層用ペーストを作製する際に、主たる混練(3本ロールによる混練)の前に添加するBaTiO3 粉末(前添加BaTiO3 )と、主たる混練の後に添加するBaTiO3 粉末(後添加BaTiO3 )と、の比率を重量比(重量%)で、表2に示すように変化させた以外は、実施例1の試料番号4と同様にして、積層セラミックコンデンサの試料(試料番号7〜10)を作製した。そして、得られたコンデンサ試料について、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
共材として、表3に示すような平均粒径を有するBaTiO3 粉末を使用した以外は、実施例1の試料番号4と同様にして、積層セラミックコンデンサの試料(試料番号11〜15)を作製した。そして、得られたコンデンサ試料について、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表3に示す。
10… コンデンサ素子本体
2… 層間誘電体層
20… 外側誘電体層
22… 側面余白部
3… 内部電極層
4… 端子電極
100… 内層部
200… 外層部
Claims (5)
- 内部電極層と層間誘電体層とが交互に積層された内層部と、
前記内層部の積層方向の上端面および下端面に配置され、外側誘電体層から構成される上側外層部および下側外層部と、からなる素子本体を有する積層型電子部品であって、
前記内部電極層は、前記素子本体の積層方向に平行な一対の対向する端面に、交互に露出するように形成され、前記内部電極層が露出している一対の端面には、一対の端子電極が形成されており、
一対の前記端子電極が形成された端面と平行な面で前記素子本体を切断した際における切断面において、
前記層間誘電体層の積層数をn(ただし、n≧100)、
前記内部電極層の厚みをT、
前記切断面における各内部電極層の長さ方向の中心から、全電極長さに対し80%の長さを占める部分を電極中央部とした場合に、
前記内部電極層形成部分に存在し、誘電体からなる電極途切れ部分であって、前記内部電極層の長さ方向における幅が0.5T〜2Tの範囲にある電極途切れ部分に関し、
前記下側外層部側および前記上側外層部側から、それぞれ15層目までの合計30層の各内部電極層において、電極中央部における長さ全体100%に対する、電極中央部における前記電極途切れ部分の幅の合計長さの比率が1.0〜10%の範囲であり、
前記下側外層部側から、n/2層目(ただし、nが奇数の場合には、n/2+0.5層目)の層間誘電体層を中心とした上下15層の合計30層の各内部電極層において、電極中央部における長さ全体100%に対する、電極中央部における前記電極途切れ部分の幅の合計長さの比率が0%より高く、1.0%未満の範囲であることを特徴とする積層型電子部品。 - 前記層間誘電体層の厚みが3μm以下である請求項1に記載の積層型電子部品。
- 前記内部電極層の厚みが2μm以下である請求項1または2に記載の積層型電子部品。
- 内部電極層と層間誘電体層とが交互に積層された内層部と、
前記内層部の積層方向の上端面および下端面に配置され、外側誘電体層から構成される上側外層部および下側外層部と、からなる素子本体を有する積層型電子部品を製造する方法であって、
焼成後に前記層間誘電体層となる層間グリーンシートを形成する工程と、
焼成後に前記外側誘電体層となる外側グリーンシートを形成する工程と、
前記層間グリーンシートの表面に、電極層用ペーストを用いて、焼成後に内部電極層となる電極ペースト膜を形成する工程と、
前記電極ペースト膜を有する層間グリーンシートを、前記層間グリーンシートの合計の積層数がn(ただし、n≧100)層となるように積層し、内層部用積層体を得る工程と、
前記内層部用積層体の積層方向の上端面および下端面に前記外側グリーンシートを積層し、グリーンチップを得る工程と、
前記グリーンチップを焼成する工程と、を有し、
焼成後における前記内部電極層の厚みをTとした場合に、
前記内層部用積層体の積層方向の上端面および下端面から、それぞれm層目(ただし、mは、2以上、30以下)までに位置することとなる電極ペースト膜を形成するための電極層用ペーストとして、導電性粉末と、平均粒径Rcである誘電体粉末(ただし、Rc≦0.5T)と、有機ビヒクルと、を含有する電極層用ペーストであって、前記電極層用ペーストに含有されることとなる前記誘電体粉末のうち、全含有量の50〜95重量%を主たる混練工程の前に添加し、残部を主たる混練工程の後に添加することにより製造された電極層用ペーストを用いることを特徴とする積層型電子部品の製造方法。 - 前記主たる混練工程が、前記導電性粉末と、主たる混練工程の前に添加した前記誘電体粉末と、有機ビヒクルと、を三本ロールまたは衝突分散機により混練する工程である請求項4に記載の積層型電子部品の製造方法。
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