JP2008239420A

JP2008239420A - セラミックグリーンシートの製造方法、セラミックグリーンシートとそれを用いたセラミックコンデンサ

Info

Publication number: JP2008239420A
Application number: JP2007083722A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Okuzawa; 智宏奥澤; Yukihiro Shimazaki; 幸博島▲崎▼; Tsutomu Nishimura; 勉西村; Kazuhiro Okuda; 和弘奥田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】誘電体層を薄層化しながらも信頼性を向上することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するために、本発明は、セラミック粒子とバインダを含むスラリーを分散処理する分散工程を有し、前記分散処理の前後における前記セラミック粒子のＢＥＴ値を略同一としたものであり、これによりセラミック粒子は粒子経のより揃ったものになり、誘電体層を薄層化しても絶縁破壊電圧のばらつきを抑制することができ、その結果、セラミックコンデンサとしての信頼性を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

従来のセラミックコンデンサの構成を説明する。

図３は、従来のセラミックコンデンサの断面図である。図３において、内部電極１１と誘電体層１２を交互に積層して構成された積層体１３の両端面に一対の外部電極１４が形成されており、前記内部電極１１は、前記一対の外部電極１４と電気的に交互に接続されてセラミックコンデンサ１５を構成している。

近年の電子機器の薄型化により、セラミックコンデンサにおいても薄型化が要望されている。上述したセラミックコンデンサ１５を薄型化する場合、例えば、誘電体層１２を薄層化する方法が考えられる。この誘電体層１２は、セラミック粒子、バインダ、分散剤、溶媒等からなるセラミックスラリーを用いて作製される。このセラミックスラリーはセラミック粒子の分散性を良好なものにするため、例えば、メディアを用いた分散方法によって行われるが、セラミック粒子はもろいためメディアの衝突により微粉が発生してしまう。この微粉は、後の焼成工程にてセラミック粒子と結合して粒成長を促し、その結果、粒子径が不揃いなセラミック粒子ができてしまう。

なお、本出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１が知られている。
特開平８―１１８３２９号公報

この不揃いなセラミック粒子を用いて誘電体層を作製するとその誘電体層は厚みが不均一になりやすく、そのため、絶縁破壊電圧がばらつきやすくなる。誘電体層を薄層化することによりそのばらつきが顕著なものとなり、その結果、セラミックコンデンサとしての信頼性が低下してしまうという問題があった。

そこで本発明は、誘電体層を薄層化しながらも信頼性を向上することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、セラミック粒子とバインダを含むスラリーを分散処理する分散工程を有し、前記分散処理の前後における前記セラミック粒子のＢＥＴ値は、略同一とする構成とした。

セラミック粒子のＢＥＴ値を分散処理の前後で略同一とすることで分散処理時に微粉が発生せず、これにより焼成時に粒成長が起きにくくなりセラミック粒子の粒子経がより揃ったものになる。その結果、誘電体層を薄層化しても絶縁破壊電圧のばらつきを抑制することができ、その結果、セラミックコンデンサとしての信頼性を向上させることができる。

また、セラミック粒子の粒子径がより揃ったものになることによりＤＣバイアス特性も改善することができる。

加えて、セラミック粒子の粒径がより揃うことで誘電体層の厚みがより均一になり、その結果、静電容量のばらつきも低減することができる。

また、本発明の製造方法では微粉が発生しないためセラミックスラリー中で凝集が起きにくく、セラミックグリーンシートを作製する際ピンホールが発生しにくくなる。

以下、本発明のセラミックグリーンシートの製造方法とそれを用いたセラミックグリーンシート、およびそれを用いたセラミックコンデンサについて一実施の形態および図面を用いて説明する。

図１は、本発明のセラミックコンデンサの断面図である。図１において、内部電極１と誘電体層２を交互に積層して構成された積層体３の両端面に一対の外部電極４が形成されており、前記内部電極１は、前記一対の外部電極４と電気的に交互に接続されてセラミックコンデンサ５を構成している。

本発明のセラミックグリーンシートを用いてセラミックコンデンサを作製した場合、前記内部電極１の間の誘電体層２の厚みがより均一であり、誘電体層２の内部をＳＥＭで観察したがセラミック粒子の粉砕による凝集は見られず、より均一な粒子径のセラミック粒子によりシートが形成されていることが観察された。

図２は本発明のセラミックコンデンサを作製する製造工程を示すステップ図である。まず、誘電体材料としてチタン酸バリウムを主成分とするセラミック粒子、バインダとしてブチルセロソルブ、溶媒として酢酸ブチルをそれぞれ準備する（図２Ａ）。

次に、これらの各種材料を以下に述べるように、分散処理の前後におけるセラミック粒子のＢＥＴ値を略同一にするように分散方法を選択して分散処理を行い（図２Ｂ）、セラミックスラリーを作製する。

ここでＢＥＴ値とは、セラミック粒子の比表面積を表すものであり、例えば、(株)島津製作所製micrometritics Geminiにより簡便に測定することができる。分散処理前後でスラリーを採取し、それぞれ４００℃・２時間の脱脂を行ってから１ｇの脱脂粉体を採取しこれを用いてＢＥＴ測定を行うという簡便な方法で測定することができる。

まず、第１分散工程としてプラネタリーミキサーを用いて上記各種材料を混合する（図２Ｂ１）。このプラネタリーミキサーはタンクに内蔵された２本のブレードとタンク壁面とのせん断力により、セラミック粒子、バインダおよび溶媒からなる凝集体をほぐしながら分散を行うもので、メディアを用いないのでセラミック粒子から微粉が発生することなく分散を行うことができる。また、特に、高固形分率でせん断力をかけることができ、高分散が可能である。すなわち、溶媒を少なくして固形分率を高くした場合、前記凝集体が塊になることでせん断力がかかりやすくなり、その結果、分散が良好になる。しかし、固形分率が高すぎると前記凝集体ができずせん断力がかからない。一方、溶媒を多くして固形分率を低くすると前記凝集体は生成されないのでせん断力がかからず、結果、分散もできない。したがって、固形分率８７％〜９３％の範囲で最も効果的に分散させることができる。

次に、第２分散工程として、高分散されたスラリー中のネッキングしたセラミック粒子同士を解きほぐす（以下、解砕という）ことを目的にビーズミル（例えば、ディスパーマット）にて混合を行う（図２Ｂ２）。チタン酸バリウムは、作製される過程で仮焼工程、粉砕工程後の乾燥工程を経るが、仮焼工程において粒子同士が融着して粗大粉（ネッキング粉）になったり、乾燥工程において凝集粉となっているため、これらを解砕することで本来の大きさのセラミック粒子に戻す作業が必要となる。方法としては、例えば、ジルコニアビーズのメディアを用いて行う。ここでの作業はあくまで解砕であり、セラミック粒子の粉砕を行うものではない。すなわち、第１分散工程を行ったスラリーはより分散状態が向上しているため、スラリー中のバインダがセラミック粒子によりまんべんなく吸着している。そのためメディアがこのセラミック粒子に衝突してもバインダが緩衝材となり粉砕されにくくなる。また、ビーズミルのエネルギー自体を低く設定して粉砕がされないようにすることも可能である。いずれにせよ、ＢＥＴ値は解砕作業の前後で略一定のままである。

続いて、第３分散工程として、さらに分散性を向上させるためジェットミルを用いた高圧分散を行う（図２Ｂ３）。このジェットミルは、上述したプラネタリーミキサーと同様、メディアを用いずに高分散が可能な方法である。高圧でスラリー同士をぶつけることで分散を行うものであり、溶剤で希釈をすることなくスラリーの粘度を下げることができるので高固形分率でありながら低粘度にすることができる。そのため、溶剤を少なくすることができ、誘電体の薄層化を行う際有利である。

以上、第１〜第３分散工程によって分散処理の前後におけるセラミック粒子のＢＥＴ値を略同一にするようにしてスラリーを分散することができる。このようにＢＥＴ値を略同一にすることで粒成長を抑制し、絶縁破壊電圧のばらつきを低減することができる。

ここで、第１分散工程で用いたプラネタリーミキサーの代わりに、同じくメディアを用いない加圧ニーダーを、第３分散工程で用いたジェットミルの代わりに高圧ホモジナイザーを用いてもよい。また、第２分散工程で用いたディスパーマット以外のビーズミルを使用してもよい。

また、第３分散工程を省略することも可能であるが、特に、薄層化を目的として粒子径のより小さいセラミック粒子を用いる場合はセラミックスラリーのさらなる分散性の向上を目的として第３分散工程まで行うことが望ましい。

上述した工程にて作製したセラミックスラリーを用いて、例えば、ドクターブレードなどの方法を用いて、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと称する）のフィルム上に塗布、乾燥してセラミックグリーンシートを作製した（図２Ｃ）。

以上のように作製したグリーンシートは、セラミック粒子の粒径が揃っているので表面の凹凸が少ない、すなわち、滑らかという特徴がある。セラミックグリーンシートが滑らかであればあるほどセラミック粒子が均一でシートの厚みが均一であり、絶縁破壊電圧のばらつきが小さいことを表している。

この滑らかな度合いを光沢度として測定すると、上述した、第１分散工程から第３分散工程に行くにつれて光沢度が上昇していることが分かった。そして、光沢度が９０以上の場合、セラミックコンデンサとしての信頼性がより優れていることが分かった。一方、従来プロセスにて作製したセラミックグリーンシートを光沢度で表した場合、７９．７であった。従来プロセスとは、ビーズミルプロセスのことである。ここでは、上述したようにスラリーの分散状態をあらかじめ向上させるようなプロセス（第1分散工程）がないのでセラミック粒子は解砕されずに粉砕されてしまう。

なお、この光沢度は、(株)堀場製作所製GLOSS CHECKER IG-330を用い、角度６０°にて測定した。

また、表面粗さＲａを測定した場合、上述した、本発明のプロセスのセラミックグリーンシートでは５００Å以下であるのに対し、前記現行プロセスでは５８９Åであった。なお、この表面粗さＲａは、(株)アルバック製触針式表面形状測定器 Dektak８を用いて測定した。

また、密度を測定した場合、前者は３．６ｇ／ｃｍ³、後者は３．６３ｇ／ｃｍ³であった。

以上のように、本発明のセラミックグリーンシートの製造方法にて作製したセラミックグリーンシートは、光沢度、表面粗さ、密度といういずれの観点からも現行のセラミックグリーンシートと比較して優れていることが分かる。

そして、本発明のセラミックグリーンシートの製造方法は、誘電体の薄層化に特に有用であり、その厚みとしては１．６μｍ以下のセラミックグリーンシートで特に有用である。従来プロセスでは１．６μｍ以下のセラミックグリーンシートを用いるとショート率の上昇が顕著になるが、本発明のセラミックグリーンシートの製造方法にて作製したセラミックグリーンシートを用いると大幅にショート率の上昇が抑制された。

続いて、例えば、金属ニッケル粉末を主成分として、バインダ、可塑剤、溶剤からなる内部電極用ペーストを作製し、スクリーン印刷法によりＰＥＴフィルム上に内部電極パターンを塗布、乾燥して内部電極を作製した（図２Ｄ）。内部電極パターンは、後の個片化工程で切断、分離した時、個片の積層セラミックコンデンサが得られるようにその寸法、形状および位置を設定した。そして、前記セラミックグリーンシートと前記内部電極を交互に積層して積層体を作製した（図２Ｅ）。

続いて、前記積層体を焼成して焼結体を作製し（図２Ｆ）、個片化した後（図２Ｇ）、個片化した焼結体の両端面に露出した内部電極と電気的に接続するように外部電極を形成して（図２Ｈ）、積層セラミックコンデンサを得た。

従来プロセス(ビーズミル)でスラリーを作製した積層体を比較例とし、プラネタリーミキサー・ビーズミル・ジェットミルでスラリーを作製した積層体を実施例として、それぞれのプロセスで作製したシートのＢＥＴ・密度・表面粗さＲａ・光沢度及び１００個の積層体についてのショート率・ＢＤＶ(平均値)を評価した結果を以下に示す。密度・表面粗さＲａはアプリケーターで成形した１５μｍのシートを用いて測定した。また、積層体の構成としては１．０μｍのセラミックグリーンシート（チタン酸バリウムを主原料とする）を５０枚積層して評価を行った。材料の初期段階でのＢＥＴは５．７ｍ²/ｇである。

実施例シートＢＥＴ値：５．８ｍ²/ｇ，密度：３．８２ｇ/cm³
表面粗さＲａ：３９９Å，光沢度：１１７
ショート率：１０％，ＢＤＶ：５３．５Ｖ

比較例シートＢＥＴ値：６．７ｍ²/ｇ，密度：３．６３ｇ/cm³
表面粗さＲａ：５８９Å，光沢度：７９．７
ショート率：８６％，ＢＤＶ：４０．１Ｖ
比較例に比べ実施例のシートＢＥＴ値は低く、初期の材料ＢＥＴ値からほとんど粉砕が行われていないことがわかる。また、実施例は粉砕が進み粉体の凝集が進んだ比較例に比べ、密度・表面粗さＲａ・光沢度が良好で均一なシートが作製できていることがわかる。その結果、ショート率・ＢＤＶについても良好な結果が得られた。

本一実施の形態においては、分散工程として、プラネタリーミキサー・ビーズミル・ジェットミルという順番で行う説明をしたが、分散処理の前後でＢＥＴ値が略一定となる方法であれば、その方法、順番、回数について特に限定されるものではない。本発明において重要な点は、通常、メディアを用いた場合セラミック粒子の粉砕が発生してしまうところ、あらかじめ分散状態を向上させておくことによって粉砕ではなく解砕を起こさせることで分散処理の前後のＢＥＴ値を一定のままにさせるという点である。したがって、使用する材料、粘度等の条件が変わったとしても上記思想に基づき様々な分散機、方法を設定することができる。例えば、プラネタリーミキサーを用いた後ジェットミルを用いてＢＥＴ値を一定にする方法が挙げられる。

本発明は、薄型化や高い信頼性が要求される電子機器に有用である。

本発明の一実施の形態におけるセラミックコンデンサの一部切り欠き斜視図本発明の一実施の形態におけるセラミックグリーンシートの製造方法を示すステップ図従来のセラミックコンデンサの一部切り欠き斜視図

符号の説明

１内部電極
２誘電体層
３積層体
４外部電極
５セラミックコンデンサ

Claims

セラミック粒子とバインダを含むスラリーを分散処理する分散工程を有し、前記分散処理の前後における前記セラミック粒子のＢＥＴ値は、略同一としたセラミックグリーンシートの製造方法。
請求項１記載のセラミックグリーンシートの製造方法により作製したセラミックグリーンシート。
光沢度は、９０以上である請求項２記載のセラミックグリーンシート。
密度は、３．６ｇ/ｃｍ³以上である請求項２記載のセラミックグリーンシート。
表面粗さＲａが５００Å以下である請求項２記載のセラミックグリーンシート。
請求項２〜５のいずれか一項に記載のセラミックグリーンシートを用いたセラミックコンデンサ。