JP2007221060A

JP2007221060A - 積層コンデンサの製造方法

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Publication number: JP2007221060A
Application number: JP2006042762A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Amaya; 康孝天谷; Raitaro Masaoka; 雷太郎政岡
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2026-02-20
Also published as: JP4483799B2

Abstract

【課題】耐電圧の向上及びクラックの抑制が図られた積層コンデンサの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る積層コンデンサ１０の製造方法は、電極ペースト２２をグリーンシート２０に塗布するステップと、グリーンシート２０に塗布された電極ペースト２２を乾燥するステップと、電極ペースト２２が乾燥したグリーンシート２０を複数枚重ねて積層体２６を形成するステップと、積層体２６を焼成して、内部電極層１４と誘電体層１２とが交互に積層された積層コンデンサ１０を作製するステップとを有し、電極ペースト２２のＮｉ粉の最大粒径は、電極ペースト２２を乾燥するステップの後の電極ペースト２２の平均厚さに対して１６％〜６０％の範囲内となっている。発明者らは、鋭意研究の末、電極ペースト２２のＮｉ粉の最大粒径が上記範囲内である場合に、積層コンデンサ１０の耐電圧を向上させることができ、且つ、クラックの発生を抑制することができることを新たに見出した。
【選択図】図２

Description

本発明は、積層コンデンサの製造方法に関する。

従来、下記特許文献１や下記特許文献２に開示されているような積層コンデンサの作製には、誘電体層を構成するセラミック誘電体の粉末からなる層と、内部電極層を構成する内部電極ペーストからなる層とを交互に複数層重ねた積層体を形成し、この積層体を焼成した後、外部電極を設けるという方法が採用されている。

ここで、誘電体層の形成には、セラミック誘電体粉末と有機バインダ及び有機溶剤等とを混合してスラリー化した誘電体ペーストをドクターブレード法などの方法でシート状にし、適宜乾燥して作製されたセラミック成形体が用いられる。また、内部電極層の形成に用いられる内部電極ペーストは、ニッケル等の金属粉末を有機バインダ及び有機溶剤等に分散させてペースト状にしたものである。そして上述した積層体は、通常、内部電極ペーストをシート状のセラミック成形体表面にスクリーン印刷し、内部電極ペーストに含まれる有機溶剤を乾燥させた後、この成形体を複数枚重ねて加圧成形して作製される。

この積層体はチップ化されると共に焼成されて、セラミック素子が形成される。そして、このセラミック素子の端面のうち、内部電極層が露出している端面に外部電極を設けて、積層コンデンサの作製が完了する。
特開平５−１９０３７５号公報特開平７−２１１１３２号公報

しかしながら、上述した従来の製造方法を用いて積層コンデンサを作製した場合、得られた積層コンデンサの耐電圧が理論的な耐電圧よりも小さくなる不具合、及び、クラックの発生によりコンデンサ特性が劣化する不具合が生じることがあった。発明者らは、これらの不具合について研究を重ねた結果、積層コンデンサの耐電圧を向上させることができ、且つ、クラックの発生を抑制することができる技術を新たに見出した。

すなわち、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、耐電圧の向上及びクラックの抑制が図られた積層コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る積層コンデンサの製造方法は、電極ペーストをグリーンシートに塗布するステップと、グリーンシートに塗布された電極ペーストを乾燥するステップと、
電極ペーストが乾燥したグリーンシートを複数枚重ねて積層体を形成するステップと、積層体を焼成して、内部電極層と誘電体層とが交互に積層された積層コンデンサを作製するステップとを有し、電極ペーストの導体粉の最大粒径が、電極ペーストを乾燥するステップの後の電極ペーストの平均厚さに対して１６％〜６０％の範囲内であることを特徴とする。

発明者らは、鋭意研究の末、電極ペーストの導体粉の最大粒径が、電極ペーストを乾燥するステップの後の電極ペーストの平均厚さに対して１６％〜６０％の範囲内である場合に、積層コンデンサの耐電圧を向上させることができ、且つ、クラックの発生を抑制することができることを新たに見出した。

本発明によれば、耐電圧の向上及びクラックの抑制が図られた積層コンデンサの製造方法が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

図１に、本発明の実施形態に係る積層コンデンサの概略断面図を示す。図１に示すように、積層コンデンサ１０は、最外層である２層の表層１１と、表層１１に挟まれた約３００層の誘電体層１２と、上下に配置された誘電体層１２のそれぞれの間に介在する内部電極層１４とを有する六面体形状のコンデンサ素体（セラミック素子）１６を備えている。すなわち、コンデンサ素体１６は、約６００層の積層構造を有しており、誘電体層１２と内部電極層１４とが交互に積層されている。また、コンデンサ素体１６の端面のうち、コンデンサ素体１６の厚さ方向に延在し、互いに対向する一対の端面１６ａ，１６ｂそれぞれには、その端面１６ａ，１６ｂの全領域を覆うように一対の外部電極１８，１８が設けられている。

さらに、上下に配置された内部電極層１４同士は、誘電体層１２により互いに電気的に絶縁されており、また、互いに異なる一方の外部電極１８に接続されている。従って、一対の外部電極１８，１８間に所定の電圧を印加した場合には、上下で対向する内部電極層１４の間には電荷が蓄えられる。

表層１１及び誘電体層１２は、ともにＢａＴｉＯ_３を主成分とする層であり、各表層１１の厚さはおよそ５０μｍ、各誘電体層１２の厚さはおよそ１〜４μｍである。これら表層１１及び誘電体層１２は、後述するグリーンシートを焼成して形成される。また内部電極層１４は、Ｎｉを主成分として含有する金属層であり、その厚さはおよそ１μｍである。各外部電極１８は、金属の中でも高い導電性を有するＣｕを主成分とする多孔質体であり、その表面１８ａの算術平均粗さは約１μｍである。

以下、上述した積層コンデンサ１０を作製する方法について、図２〜４を参照しつつ説明する。ここで、図２は積層コンデンサ１０を作製する手順を示したフロー図であり、図３は積層コンデンサ１０を作製する手順を示した工程図であり、図４はグリーンシートの印刷パターンを示した部分拡大図である。

積層コンデンサ１０を作製するにあたり、まずＢａＴｉＯ_３系のグリーンシート２０を、以下の手順により準備する。まず、図２のステップ１１として、ＢａＴｉＯ_３粉末と有機バインダ・有機溶剤等とを混合してスラリー化する。そのスラリー化により得られたペーストを、ステップ１２として、例えばＰＥＴフィルム等のキャリアフィルム上にドクターブレード法を用いてシート成形し、所定厚さのグリーンシート２０を３００枚作製する。なお、併せて、グリーンシート２０よりも厚さの厚い、表層１１となるべきグリーンシート２１も準備する。

なお、グリーンシート２０，２１の作製と並行して、内部電極層１４となるべき電極ペースト（内部電極ペースト）２２も準備しておく。この電極ペースト２２は、Ｎｉ粉（導体粉）を有機バインダ及び有機溶剤に分散させてペースト状にしたものである。有機バインダには、公知のものを利用可能であり、例えばセルロース系樹脂、エポキシ樹脂、アリール樹脂、アクリル樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、アルキド樹脂、ロジンエステル等のバインダを用いることができる。また有機溶剤も、公知のものを利用可能であり、例えばブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、テレピン油、α−テレビネオール、エチルセロソルブ、ブチルフタレート等の溶剤を用いることができる。この電極ペースト２２には、共材としてＢａＴｉＯ_３粉末が添加されている。ＢａＴｉＯ_３粉末は、誘電体層１２（及びグリーンシート２０）の主成分であるＢａＴｉＯ_３が同じであるため、電極ペースト２２へのＢａＴｉＯ_３粉末の添加により、電極ペースト２２とグリーンシート２０との間における収縮率及び焼結開始温度の相違が有意に緩和される。

続いて、図２のステップ１３として、グリーンシート２０の表面２０ａに、スクリーン印刷法により所定パターンの電極ペースト２２を塗布する。より詳しく説明すると、図４に示すように、グリーンシート表面２０ａの、１個の積層セラミックチップコンデンサに対応する矩形領域２４（例えば、１．０ｍｍ×０．５ｍｍ）のうち３辺の縁領域以外の領域に、電極ペースト２２が塗布される。

次に、図２のステップ１４として、グリーンシート２０に塗布された電極ペースト２２を所定条件により乾燥する。電極ペースト２２の乾燥条件としては、例えば、乾燥温度６０℃〜１２０℃、乾燥時間１０分程度が好適である。

そして、図２のステップ１５として、電極ペースト２２が乾燥したグリーンシート２０を複数枚重ねて、積層体２６を形成する。この積層体２６を形成するには、まず電極ペースト２２が上になるようにしてグリーンシート２１上に積層し（図３（ａ）参照）、その後、同様の方法を用いて作製した約３００枚のグリーンシート２０を、電極ペースト２２の位置が交互に変わるように順次積層する（図３（ｂ）参照）。最後に、積層されたグリーンシート２０上に何も塗布されていないグリーンシート２１を被せると共に、積層方向からプレスして、隣り合うグリーンシート２１、グリーンシート２０及び電極ペースト２２を互いに圧着させる。以上の手順により、グリーンシート２０と電極ペースト２２とが交互に積層された積層体２６が作製される。

さらに、この積層体２６に対して所定の脱バインダ処理をおこなうと共に、１個のコンデンサに対応する矩形領域２４ごとに切断してチップ化する（図３（ｃ）参照）。

その後、図２のステップ１６として、チップ化した積層体２６を密閉匣鉢（さや）中で例えば、１２００℃程度で２時間焼成することにより、グリーンシート２１、グリーンシート２０及び電極ペースト２２はそれぞれ上述した表層１１、誘電体層１２及び内部電極層１４になり、積層体２６は誘電体層１２と内部電極層１４とが交互に積層されたコンデンサ素体１６になる。さらに、コンデンサ素体１６を水及び研磨媒体を含むバレル内で処理することにより表面研磨をおこなう。なお、この表面研磨は、積層体２６の段階でおこなってもよい。

最後に、図２のステップ１７として、コンデンサ素体１６の端面のうち、積層方向に延在し互いに対向する一対の端面１６ａ，１６ｂを覆うように、外部電極１８を形成して、積層コンデンサ１０が完成する（図３（ｄ）参照）。

ここで、積層コンデンサ１０の作製に用いる電極ペースト２２について、より詳しく説明する。

上述したとおり、電極ペースト２２には、導体粉としてＮｉ粉が含まれている。そして、上述した実施形態においては、電極ペースト２２に含まれるこのＮｉ粉の最大粒径が、電極ペースト２２を乾燥するステップ（すなわち、ステップ１４）の後の電極ペースト２２の平均厚さに対して１６％〜６０％の範囲内となるように調整されている。

発明者らは、鋭意研究の末、電極ペースト２２のＮｉ粉の最大粒径をこのような範囲にすることで、作製される積層コンデンサ１０の耐電圧を有意に向上させることができ、且つ、クラックの発生を抑制することができることを新たに見出した。

以上のような効果が得られるのは、以下のようなメカニズムによるものであると考えられる。

すなわち、電極ペースト２２に含まれるＮｉ粉の粒径が小さい場合には、本焼成時（ステップ１６）における電極ペースト２２の収縮率が高くなり、グリーンシート２０の収縮率から大きくズレてしまう。そして、本焼成時における電極ペースト２２とグリーンシート２０との間の収縮率が相異するために、積層コンデンサ１０にクラックが生じるものと考えられる。

一方、電極ペースト２２に含まれるＮｉ粉の粒径が大きい場合には、グリーンシート２０に塗布された電極ペースト２２に厚さバラツキが生じやすくなり、電極ペースト２２の表面に凹凸が生じてしまう。そのため、積層体２６を作製する際に電極ペースト２２とグリーンシート２０とをプレスした際に、電極ペースト２２表面の凹凸の影響により、電極ペースト２２の厚さバラツキがグリーンシート２０の厚さバラツキを誘発する。その結果、誘電体層１２に部分的に層厚が小さい箇所が生じてしまって、積層コンデンサ１０の耐電圧が理論的よりも低くなるものと考えられる。

そこで、発明者らは、Ｎｉ粉の最大粒径を上述した範囲に調整した電極ペースト２２を用いて、作製される積層コンデンサ１０の耐電圧の向上及びクラック発生の抑制との両方を実現させることに成功した。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、導体粉は、Ｎｉ粉に限らず、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ合金などでもよい。また、セラミック粉体はＢａＴｉＯ_３粉末に限らず、（Ｂａ_ｘＣａ_ｙＳｒ_{１−ｘ−ｙ}）（Ｔｉ_ｚＺｒ_１−ｚ）Ｏ_３（例えば、ＣａＴｉＯ_３やＳｒＴｉＯ_３）などでもよい。さらに、素子の積層数は、３００層に限定されず、適宜増減させることができる。

以下、本発明の効果をより一層明らかなものとするため、実施例を用いて説明する。

実施例に用いた試料＃１〜＃５は、グリーンシート上に電極ペーストを塗布した後に乾燥させた試料であり、上述した実施形態と同様の方法により作製した。なお、試料の各種寸法は、層間１．０μｍ、内部電極厚１．０μｍ、外層（表層）厚３０μｍ、外観寸法：長さ１．０ｍｍ×幅０．５ｍｍ×高さ０．５ｍｍとした。

本実施例に用いた電極ペーストは、Ｎｉ粉を導体粉として含み、Ｎｉ粉、セラミックス粉（共材）、有機ビヒクル（エチルセルロース及びターピネオール）を混練して作製した。そして、この電極ペーストをグリーンシート上に塗布した後、乾燥温度６０℃〜１２０℃、乾燥時間１０分程度の乾燥条件により乾燥させて、平均厚さが１．２μｍの電極ペーストを得た。なお、電極ペーストの平均厚さは、図５（ａ）に示すように電極ペースト（２２）の５つの領域（Ａ１〜Ａ５）における厚さの平均値であり、各領域の厚さは図５（ｂ）に示すような最小厚さｈ_１と最大厚さｈ_２の中間値（（ｈ_１＋ｈ_２）／２）とした。

各試料＃１〜＃５は、電極ペーストに含まれるＮｉ粉の最大粒径のみが異なっている。すなわち、試料＃１〜＃５のＮｉ粉の最大粒径は、それぞれ、０．１７μｍ、０．２０μｍ、０．５０μｍ、０．７０μｍ、０．８０μｍとした。

そして、上記試料それぞれについて、破壊電圧（Ｖ）及びクラック発生率（ｐｐｍ）を測定した。その測定結果は、図６の表に示すとおりであった。

図６に示した表から、Ｎｉ粉最大粒径を電極ペースト平均厚さで割った値が１６％〜６０％の範囲内である試料＃２〜＃４では、破壊電圧及びクラック発生率ともに、実用上問題のない範囲に収まっていた。しかしながら、Ｎｉ粉最大粒径を電極ペースト平均厚さで割った値が１６％よりも小さい試料＃１では、クラック発生率が非常に高くなっていた。また、Ｎｉ粉最大粒径を電極ペースト平均厚さで割った値が６０％を超えている試料＃５では、破壊電圧が実用に適さないほどに低くなっていた。

本発明の実施形態に係る積層コンデンサの概略断面図である。図１に示した積層コンデンサを作製する手順を示したフロー図である。図１に示した積層コンデンサを作製する手順を示した工程図である。グリーンシートの印刷パターンを示した部分拡大図である。本発明の実施例に係る試料の電極ペースト平均厚さを測定する方法を示した図である。本発明の実施例に係る測定結果を示した表である。

符号の説明

１０…セラミックコンデンサ、１１…表層，１２…誘電体層、１４…内部電極層、１６…コンデンサ素体、１８…外部電極、１８ａ…外部電極表面、２０，２１…グリーンシート、２０ａ…表面、２２…電極ペースト、２６…積層体。

Claims

電極ペーストをグリーンシートに塗布するステップと、
前記グリーンシートに塗布された前記電極ペーストを乾燥するステップと、
前記電極ペーストが乾燥した前記グリーンシートを複数枚重ねて積層体を形成するステップと、
前記積層体を焼成して、内部電極層と誘電体層とが交互に積層された積層コンデンサを作製するステップとを有し、
前記電極ペーストの導体粉の最大粒径が、前記電極ペーストを乾燥するステップの後の前記電極ペーストの平均厚さに対して１６％〜６０％の範囲内である、積層コンデンサの製造方法。