JP2009088420A

JP2009088420A - 積層セラミックコンデンサ

Info

Publication number: JP2009088420A
Application number: JP2007259340A
Authority: JP
Inventors: Kenji Saito; 賢二斉藤
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】ＥＳＲの制御を容易に行うことができる積層セラミックコンデンサを提案する。
【解決手段】積層セラミックコンデンサ１は、チタン酸バリウムを主成分とする誘電体セラミックス３を介して内部電極４が交互に積み重ねられているセラミック積層体２に一対の外部電極５が形成された構造を有する。外部電極５は、内部電極４の各々の引出端部６の一部に電気的に接続する下地導電層５ａと、下地導電層５ａと電気的に接続し且つ内部電極４の各々の引出端部６の残りの部分を覆う被覆導電層５ｂと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層セラミックコンデンサに関するもので、ＥＳＲ（等価直列抵抗）の調整が可能な積層セラミックコンデンサに関するものである。

積層セラミックコンデンサは、略直方体形状のセラミック積層体の内部に複数の内部電極が形成されており、前記内部電極が前記セラミック積層体を構成する誘電体セラミックスを介して重ねられ且つ一層おきに前記セラミック積層体の相対向する端面に引出されており、前記内部電極が引出された端面に外部電極が形成されている。外部電極は内部電極と接続する下地金属層のほか、下地金属層の保護や半田濡れ性を向上するためのメッキ金属層など、複数の導電層で構成されている。

近年の積層セラミックコンデンサの薄層大容量化に伴い、積層体内部における内部電極の比率が高まってきており、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が低減される傾向にある。積層セラミックコンデンサは低ＥＳＲを特徴としており、これをメリットとした用途に用いられてきた。しかしながら、このような低ＥＳＲの積層セラミックコンデンサを大量に使って回路を形成すると、その回路全体のインピーダンスが必要以上に低下してしまい、特に高周波領域に使用する回路においては、ある周波数で共振を起してしまって使用周波数領域が狭まってしまうという問題が顕在化しつつある。

そこで、例えば特開２００１−０５２９５２号公報に開示されているように、内部電極の引出部の形状を細くしたり、引出部の厚みを内部電極の重なり部分より薄くしたりして、引出部の抵抗値を大きくする方法が提案されている。この方法は、引出部の形状や厚みを調整することによってＥＳＲを容易に制御できるようにするものである。

特開２００１−０５２９５２号公報

このような方法でＥＳＲを制御する場合、引出部の幅を制御したり、引出部の厚さを制御する必要がある。引出部は通常スクリーン印刷によって導電ペーストを塗布することによって形成される。そのため、例えば引出部の幅を制御する場合は、引出部の幅が異なる複数種類のスクリーンを用意する必要があり、その種類は制御する段階数に応じて用意する必要がある。

また、引出部の厚さを制御する場合は、重なり部分を印刷するためのスクリーンの他に引出部を印刷するためのスクリーンを用意する必要がある。また、引出部を印刷するためのスクリーンは、厚さが異なる複数種類のスクリーンを用意する必要があり、その種類は制御する段階数に応じて用意する必要がある。このように、特許文献１に開示されている方法は、ＥＳＲを制御するために特殊なパターンを有する複数種類のスクリーンを用意する必要があるため、効率が低く、製造コストが高くなってしまうものであった。

本発明は、このような問題点を解決して、ＥＳＲの制御を容易に行うことができる積層セラミックコンデンサを提案するものである。

本発明では第一の解決手段として、略直方体形状のセラミック積層体の内部に複数の内部電極が形成されており、前記内部電極が前記セラミック積層体を構成する誘電体セラミックスを介して重ねられ且つ一層おきに前記セラミック積層体の相対向する端面に交互に引出されている引出端部を有しており、前記内部電極の前記引出端部が引出された端面に外部電極が形成されている積層セラミックコンデンサにおいて、前記外部電極は、前記内部電極の各々の前記引出端部の一部に電気的に接続する下地導電層と、前記下地導電層と電気的に接続し且つ前記内部電極の各々の前記引出端部の残りの部分を覆う被覆導電層と、を有する積層セラミックコンデンサを提案する。

焼成後のセラミック積層体では、内部電極が引出された端面において、内部電極の引出端部がセラミック積層体の内部側に引っ込んだ形で形成される。これは内部電極を構成する金属が焼結収縮することによって生じるものである。この現象は、内部電極を構成する金属の方が誘電体セラミックスよりも焼結収縮量が大きいことに起因する。下地導電層はこの引っ込んだ内部電極と電気的に接続するように形成される。ただし下地導電層は各々の内部電極の一部のみに接続するため、各々の内部電極には下地導電層と接続されない部分ができる。被覆導電層は、下地導電層と、内部電極の下地導電層と接続されない部分と、を覆うように形成される。下地導電層と被覆導電層は電気的に接続される。しかし内部電極の下地導電層と接続されない部分と被覆導電層とは、内部電極がセラミック積層体の内部側に引っ込んでいるので、電気的な接続がしにくくなっている。このため、被覆導電層と内部電極との間の電気抵抗が大きくなる。これによってＥＳＲを大きくすることができる。

ＥＳＲの制御は、下地導電層と内部電極との接続面積を制御することによって行うことができる。すなわち下地導電層と内部電極との接続面積を小さくすればＥＳＲは高くなり、大きくすればＥＳＲは低くなる。このように第一の解決手段によれば、積層セラミックコンデンサのＥＳＲを容易に制御することができる。なお、セラミック積層体は、通常の積層セラミックコンデンサの製造に用いられる手法及び設備によって得ることができるので、低コストでＥＳＲの制御が可能となる。

また本発明では、第二の解決手段として第一の解決手段に加えて、前記下地導電層が、前記セラミック積層体の焼成と同時に焼付けて形成された積層セラミックコンデンサを提案する。下地導電層をセラミック積層体と同時に焼成する場合、未焼成のセラミック積層体に下地導電層となるペースト膜が形成される。このペースト膜は内部電極となるペースト膜と接続された状態となる。下地導電層と内部電極の互いのペースト膜が接続された状態で焼成されるため、内部電極を構成する金属が焼結収縮してセラミック積層体の内部側に引っ込んでも、下地電極層と内部電極との電気的な接続が確保される。

本発明によれば、ＥＳＲの制御を容易に行うことができる積層セラミックコンデンサを得ることができる。

本発明に係る積層セラミックコンデンサの実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る積層セラミックコンデンサを模式的に示す斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ線における模式断面図である。図３は図２の点線Ｃの部分拡大図である。図４は図１のＢ−Ｂ線における模式断面図である。図４は図３の点線Ｄの部分拡大図である。

積層セラミックコンデンサ１は、チタン酸バリウムを主成分とする誘電体セラミックス３を介して内部電極４が交互に積み重ねられているセラミック積層体２に一対の外部電極５が形成された構造を有する。その外部電極５は、セラミック積層体２に密着し内部電極４と電気的に接続する下地導電層５ａと、該下地導電層５ａ上に形成される被覆導電層５ｂと、を有する。また、必要に応じて該被覆層体層５ｂ上に保護層となる第一のメッキ金属層（図示せず）及びその上に半田濡れ性を向上させる第二のメッキ金属層（図示せず）が形成される。

下地導電層５ａは、図１に示すように、セラミック積層体２の端面に引出された複数の内部電極４の各々と引出端部６を介して電気的に接続される。ただし接続部分は内部電極４の引出端部６の一部のみで行われ、残りの部分は下地導電層５ａと接続されない。この下地導電層５ａは、未焼成のセラミック積層体２の端面にスクリーン印刷またはローラ転写等の方法で導電ペーストを塗布してセラミック積層体２の焼成と同時に焼き付ける方法、焼成後のセラミック積層体２の端面にスクリーン印刷またはローラ転写等の方法で導電ペーストを塗布して後付けで焼き付ける方法、および焼成後のセラミック積層体２の端面にスクリーン印刷またはローラ転写等の方法で導電性樹脂を塗布して硬化させる方法によって形成される。下地導電層５ａに用いられる金属としてはＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ等が挙げられる。なお、導電性樹脂としては、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属粒子と、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂等の硬化性樹脂とを混合したものが用いられる。なお、下地導電層５ａに用いられる導電性樹脂の金属粒子は、粒子径が内部電極の厚さよりも小さいものが用いられる。

被覆導電層５ｂは、図１に示すように、セラミック積層体２の端面に形成され、下地導電層５ａ及び内部電極４を覆うように形成される。また、被覆導電層５ｂは下地導電層５ａと電気的に接続される。この被覆導電層５ｂは、下地導電層５ａを形成したセラミック積層体２の端面に浸漬塗布によって導電ペーストを塗布して焼き付ける方法および下地導電層５ａを形成したセラミック積層体２の端面に浸漬塗布によって導電性樹脂を塗布して硬化させる方法によって形成される。被覆導電層５ｂに用いられる金属としてはＣｕ、Ａｇ等が挙げられる。なお、導電ペーストを焼付けて被覆導電層５ｂを形成する場合は、下地導電層５ａを後付けで焼付ける場合よりも低い温度で焼き付けるか、下地導電層５ａに用いた導電ペーストと異なるガラス成分を含む導電ペーストを用いる。また、導電性樹脂についても下地導電層５ａの場合と同様にＡｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属粒子と、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂等の硬化性樹脂とを混合したものが用いられるが、金属粒子の粒子径は下地導電層５ａに用いるものよりも大きいものを用いる。

次に、このような下地導電層５ａ及び被覆導電層５ｂを有する外部電極５によって、ＥＳＲを高くすることができる作用について説明する。図３または図５に示すように、焼成後のセラミック積層体２は、内部電極４の引出端部６がセラミック積層体２端面の表面ＦＳよりも内側に引っ込んで形成される。これは内部電極４を構成する金属が焼結収縮することによって起こる現象である。下地導電層５ａはこの引っ込んだ引出端部６と電気的に接続するように形成される。なお、下地導電層５ａをセラミック積層体２と同時に焼成する場合は、内部電極４が焼結収縮する前に、下地導電層５ａとなるペースト膜と内部電極４となるペースト膜が接続される。そのため、内部電極４が焼結収縮して引出端部６が引っ込んでも、下地導電層５ａと内部電極４は接続されたまま焼結される。これによって下地導電層５ａと内部電極４との電気的な接続が確保される。

被覆導電層５ｂは、図３に示すように下地導電層５ａと電気的に接続されるが、図５に示すように内部電極４との電気的な接続がほとんどないように形成される。このような構造は、被覆導電層５ｂを形成する材料が、引出端部６が引っ込んで形成された空間ＳＰに入り込みにくくすることで形成される。例えば導電ペーストの焼き付けでは、焼付温度を下地導電層５ａの焼付温度より低い温度で焼き付ける等の方法によって空間ＳＰが生じる。また、例えば導電性樹脂を用いる場合では、下地導電層５ａに用いた導電性樹脂よりも金属粒子の粒子径が大きいものを用いることで空間ＳＰが生じる。これにより、内部電極４と外部電極５との電気的な接続が下地導電層５ａとの接続に限定されるため、抵抗値が上昇し、ＥＳＲが高くなる。

次にＥＳＲを制御可能にする作用について説明する。ＥＳＲの制御は、下地導電層５ａと内部電極４との接触面積の制御によって行われる。例えば図６に示すように、下地導電層５ａが帯状の導体層である場合、下地導電層５ａの幅Ｗ１によってＥＳＲが決定される。ＥＳＲをより高くする場合には、図７に示すように、下地導電層５ａの幅をＷ１より小さいＷ２にすることにより、下地導電層５ａと内部電極４との接触面積を小さくする。

また、下地導電層５ａと内部電極４との接触面積の制御は、図８に示すように、下地導電層５ａの本数を変えることで行うことができる。例えば図８の例では、幅Ｗ２の下地導電層５ａを２本形成することにより、図７に示す積層セラミックコンデンサよりＥＳＲを低くすることができる。このように、下地導電層５ａの幅及び本数によって下地導電層５ａと内部電極４との接触面積を制御し、所望のＥＳＲを有する積層セラミックコンデンサを得ることができる。

次に、本発明の効果について説明する。まずチタン酸バリウムを主成分とする耐還元性を有するセラミック粉末に有機バインダーとしてポリビニルブチラールを混合してセラミックスラリーを形成する。このセラミックスラリーをドクターブレードにより５μｍの厚さのシート状に形成してセラミックグリーンシートを得る。このセラミックグリーンシートにスクリーン印刷によってＮｉ導電ペーストを塗布して、１５ｃｍ×１５ｃｍの範囲内に７．２ｍｍ×１．８ｍｍの略矩形状で厚さ２μｍのペースト膜が０．２ｍｍ間隔で格子状に配列された内部電極パターンを形成する。内部電極パターンを形成したセラミックグリーンシートを１５ｃｍ×１５ｃｍの大きさに打ち抜いて、この打ち抜いたセラミックグリーンシートを、一層毎に内部電極パターンの長さ方向に半パターン分ずらして１０層積み重ね、さらに全体の厚さが１．２５ｍｍになるように、内部電極が形成されていないセラミックグリーンシートを保護層として積み重ねて、これらを熱圧着して積層体を得る。この積層体を４．０ｍｍ×２．０ｍｍの大きさに切断分割してセラミック積層体２の未焼成体を得る。この未焼成体の内部電極露出面に、共材を含むＮｉ導電ペーストをローラ転写によって所定の幅の帯状に塗布し、１３００℃の窒素−水素雰囲気で焼成して、下地導電層５ａが形成された３．２ｍｍ×１．６ｍｍの大きさで内部電極の厚さが１．６μｍのセラミック積層体２を得る。

続いて下地導電層５ａ上に、粒子径が２μｍのＡｇ粒子とエポキシ樹脂とを含む導電性樹脂をディップ法により塗布する。塗布した導電性樹脂を１５０℃で１０分間加熱して硬化させ、被覆導電層５ｂを形成する。続いて被覆導電層５ｂ上に、電解メッキ法によってＮｉメッキ金属層を形成し、その上に電解メッキ法によってＳｎメッキ金属層を形成する。こうして得られた積層セラミックコンデンサについて、表１に示すように、下地導電層５ａの幅を変えた試料を用意し、各試料１０個ずつＥＳＲ測定を行いその平均値を求めた。ＥＳＲの測定は測定装置としてＡｇｉｒｅｎｔ社製４２９４Ａを用い、共振周波数付近の最も低い値をＥＳＲとした。その結果を表１に示す。

以上の結果から、下地導電層５ａと内部電極４との接触面積を制御することによって積層セラミックコンデンサのＥＳＲを制御することができることがわかる。なお、試料７については、内部電極と下地導電層との接触が確保できず、静電容量及びＥＳＲの測定できなかった。

このように、本発明の積層セラミックコンデンサであれば、ＥＳＲの制御を容易に行うことができる。また、下地導電層５ａの幅についても、例えばローラ転写によるペースト塗布では、転写するペースト膜の幅を変えることによって容易に制御できる。よって複数種類のスクリーンを用意する必要がなく、比較的低コストでＥＳＲの制御を容易に行うことができる。なお、本実施形態においては、下地導電層５ａの形状が帯状の場合を例にとって説明したが、内部電極４との接触面積を制御できる形状であれば、特に制限はない。

本発明に係る積層セラミックコンデンサを模式的に示す斜視図である。図１のＡ−Ａ線における模式断面図である。図２の点線Ｃの部分拡大図である。図１のＢ−Ｂ線における模式断面図である。図３の点線Ｄの部分拡大図である。下地導電層の形成された状態を模式的に示す斜視図である。下地導電層の形成された状態を模式的に示す斜視図である。下地導電層の形成された状態を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１積層セラミックコンデンサ
２セラミック積層体
３誘電体セラミックス
４内部電極
５外部電極
５ａ下地導電層
５ｂ被覆導電層
６引出端部

Claims

略直方体形状のセラミック積層体の内部に複数の内部電極が形成されており、前記内部電極が前記セラミック積層体を構成する誘電体セラミックスを介して重ねられ且つ一層おきに前記セラミック積層体の相対向する端面に交互に引出されている引出端部を有しており、前記内部電極の前記引出端部が引出された端面に外部電極が形成されている積層セラミックコンデンサにおいて、
前記外部電極は、前記内部電極の各々の前記引出端部の一部に電気的に接続する下地導電層と、前記下地導電層と電気的に接続し且つ前記内部電極の各々の前記引出端部の残りの部分を覆う被覆導電層と、を有する
ことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。
前記下地導電層は、前記セラミック積層体の焼成と同時に焼付けて形成された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。