JP2010093038A - 積層セラミックコンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼成工程やカット工程における作業が簡素で安定しており、かつ、電気泳動法などの特殊な工程を必要としない積層セラミックコンデンサおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】チップ状積層体２０の内部には内部電極４ａ，４ｂが交互にセラミック層を間にして積層されている。内部電極４ａ用ペーストはエチルセルロース樹脂を含み、正の帯電特性を有している。内部電極４ｂ用ペーストはアクリル樹脂を含み、負の帯電特性を有している。そして、チップ状積層体２０の一方の端面を、正に帯電した誘電体粉末３２ａの表面に近接させると、チップ状積層体２０の端面に露出している内部電極４ａ、４ｂのうち、内部電極４ａは正に帯電しているので、誘電体粉末３２ａと反発し合って内部電極４ａに誘電体粉末３２ａは付着しない。一方、内部電極４ｂは負に帯電しているため、誘電体粉末３２ａが引き付けられ、内部電極４ｂおよびその周辺のセラミック上に誘電体粉末３２ａが付着する。
【選択図】図７

Description

この発明は、積層セラミックコンデンサおよびその製造方法に関する。

従来より、通常の積層セラミックコンデンサは以下の方法によって製作されている。先ず、セラミックグリーンシートの表面に所定サイズの長方形の内部電極パターンを縦横に配列して印刷した後、該セラミックグリーンシートを複数枚積み重ねて積層体とする。次に、積層体を所定サイズにカットしてチップ状積層体を形成する。このチップ状積層体は、一方の端部に内部電極が導出された層と他方の端部に内部電極が導出された層とが交互に積層されている。次に、チップ状積層体の両端部にそれぞれ外部電極を形成し、内部電極と外部電極を電気的に接続して完成品としている。

また、特許文献１に記載されている積層セラミック電子部品の製造方法は、ガラス粉末を含むスリップを用いた電気泳動法により積層セラミック電子部品の端面に露出した内部電極の一部とその周辺のセラミック上に、選択的に前記ガラス粉末を電着させる工程を有する方法である。すなわち、内部電極をマザーセラミックグリーンシートの表面全面に形成し、該マザーセラミックグリーンシートを複数枚積み重ねてマザー積層体とする。次に、マザー積層体のガラス粉末を電着させたい内部電極に帯電したガラス粉末と異なる極性の電圧をかけるとともに、ガラス粉末を電着させない内部電極には前記電圧とは極性が逆の電圧をかける。これにより、帯電したガラス粉末を電気泳動によって、マザー積層体の端面に露出した内部電極の一部とその周辺のセラミック上に、選択的に前記ガラス粉末を電着させて覆うことができる。

特開昭６０−１７８６７８号公報

しかしながら、従来の通常の積層セラミックコンデンサの製造方法では、縦横に配列された長方形の各内部電極パターンが所定の層間ずれ量に収まるようにするため、セラミックグリーンシートを積み重ねる際の位置合わせに時間がかかるとともに、セラミックグリーンシートの積重ね装置も複雑なものであった。特に、近年の薄層大容量の積層セラミックコンデンサでは、積層枚数が多くて積層時間を短縮できず、さらに、積重ね装置が高価格となるため、製造コストを低減することができなかった。

また、特許文献１に記載されている製造方法では、電気泳動法を用いるため電気泳動装置、スリップ液の管理および廃液処理のコストが必要であり、しかも、一般的な生産方法と比較して生産性に劣るという不具合があった。また、マザー積層体の状態で焼成する必要があり、反りなどの焼成不良が発生しやすかった。さらに、焼成後のマザー積層体からチップ状積層体を切り出す必要があり、カット作業が煩雑で工数が多いという問題もあった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、焼成工程やカット工程における作業が簡素で安定しており、かつ、電気泳動法などの特殊な工程を必要としない積層セラミックコンデンサおよびその製造方法を提供することである。

この発明は、正の帯電特性を有する第１の内部電極が形成された第１の絶縁層と、負の帯電特性を有する第２の内部電極が形成された第２の絶縁層とを交互に積層して構成した積層体と、積層体の両端部にそれぞれ設けた第１の外部電極および第２の外部電極と、を備え、第１の内部電極と第１の外部電極が電気的に接続し、第２の内部電極と第２の外部電極が電気的に接続していること、を特徴とする、積層セラミックコンデンサである。

この発明では、第１の内部電極が正の帯電特性を有し、第２の内部電極が負の帯電特性を有しているため、第１の内部電極を正に帯電させ、第２の内部電極を負に帯電させることができる。従って、第１の内部電極および第２の内部電極が露出した積層体の一方の端面に、負に帯電した誘電体粉を付与することにより、正に帯電した第１の内部電極の露出部分に第１の誘電体粉が選択的に付着し、露出部分は第１の誘電体に覆われる。同様に、第１の内部電極および第２の内部電極が露出した積層体の他方の端面に、正に帯電した誘電体粉を付与することにより、負に帯電した第２の内部電極の露出部分に第２の誘電体粉が選択的に付着し、露出部分は第２の誘電体に覆われる。この後、積層体の両端部にそれぞれ第１の外部電極および第２の外部電極を設けると、第１の誘電体および第２の誘電体によってそれぞれ選択的に覆われた第１の内部電極および第２の内部電極の箇所では、外部電極と内部電極の電気的接続が阻止される。この結果、第１の内部電極と第１の外部電極が電気的に接続し、第２の内部電極と第２の外部電極が電気的に接続する。

また、この発明は、正の帯電特性を有する第１の樹脂を含む第１の内部電極を第１の絶縁層の表面に形成する工程と、負の帯電特性を有する第２の樹脂を含む第２の内部電極を第２の絶縁層の表面に形成する工程と、前記第１の絶縁層と第２の絶縁層とを交互に積層して積層体を形成する工程と、積層体を所定の寸法にカットして、第１の内部電極および第２の内部電極が両端面に露出しているチップ状積層体を形成する工程と、第１の内部電極を正に帯電させる工程と、第２の内部電極を負に帯電させる工程と、第１の内部電極および第２の内部電極が露出したチップ状積層体の一方の端面に、負に帯電した第１の誘電体粉を付与して、正に帯電した第１の内部電極の露出部分に第１の誘電体粉を付着させる工程と、第１の内部電極および第２の内部電極が露出したチップ状積層体の他方の端面に、正に帯電した第２の誘電体粉を付与して、負に帯電した第２の内部電極の露出部分に第２の誘電体粉を付着させる工程と、チップ状積層体を焼成する工程と、チップ状積層体の両端面に外部電極を形成する工程と、を備えたことを特徴とする、積層セラミックコンデンサの製造方法である。

この発明では、電気泳動法などの特殊な工程を必要としないため、電気泳動装置、スリップ液の管理および廃液処理のコストが不要となる。また、チップ状積層体の状態で焼成するため、反りなどの焼成不良も発生しにくい。さらに、焼成前にマザー積層体からチップ状積層体を切り出すため、カット作業が容易であり、量産に適した積層セラミックコンデンサの製造方法が得られる。

そして、本発明は、第１の内部電極を正に帯電させる工程と第２の内部電極を負に帯電させる工程とが、第１の樹脂と第２の樹脂との帯電特性の中間の帯電特性を有する物質を、第１の内部電極および第２の内部電極に接触させることによって、第１の内部電極を正に帯電させ、第２の内部電極を負に帯電させる方法であることを特徴とする。これにより、第１の内部電極および第２の内部電極の帯電を一つの工程で行うことができる。

また、第１の樹脂をエチルセルロース樹脂とし、第２の樹脂をアクリル樹脂とし、中間の帯電特性を有する物質を木綿とすることにより、特殊な材料を用いることなく、汎用の材料で第１の内部電極および第２の内部電極をそれぞれ帯電させることができ、製造コストがより一層低減する。

この発明によれば、焼成工程やカット工程における作業が簡素で安定しており、かつ、電気泳動法などの特殊な工程を必要としないので、積層セラミックコンデンサの製造コストを低減できる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

（第１の実施形態）
図１は積層セラミックコンデンサの製造方法を示すフローチャートであり、図２〜図９は積層セラミックコンデンサを製造するための各工程を順次示した図である。以下、この発明に係る積層セラミックコンデンサをその製造方法とともに説明する。

先ず、工程Ｓ１で、キャリアフィルム上に図２に示すようなセラミックグリーンシート２ａ，２ｂを形成する。ただし、図２にはセラミックグリーンシート２ａのみを記載している。キャリアフィルムにはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂などが用いられる。セラミックグリーンシート２ａ，２ｂの厚みは、例えば０．３μｍ以上に設定される。

次に、工程Ｓ２で、セラミックグリーンシート２ａの表面全面に、印刷法により内部電極４ａを形成する。内部電極４ａの形成には、Ｎｉ粉を主成分とし、エチルセルロース樹脂材料や溶剤などと混合して周知の方法でペースト状にしたもの（エチルセルロース樹脂ペースト）を用いる。内部電極４ａはセラミックグリーンシート２ａの全面に形成されるため、印刷時のにじみを心配する必要がなく、内部電極４ａのサイズのばらつきもなくなる。

同様にして、セラミックグリーンシート２ｂの表面全面に、印刷法により内部電極４ｂを形成する。内部電極４ｂの形成には、Ｎｉ粉を主成分とし、アクリル樹脂材料や溶剤などと混合して周知の方法でペースト状にしたもの（アクリル樹脂ペースト）を用いる。ここで帯電列において、エチルセルロース樹脂は正に帯電しやすく、アクリル樹脂は負に帯電しやすい。なお、エチルセルロース樹脂ペーストとアクリル樹脂ペーストは、共材添加量や金属粒子径・形状・表面のコーティングなどを最適化し、後工程の焼成時の熱収縮率がほぼ等しくなるようにしている。

次に、工程Ｓ３で、セラミックグリーンシート２ａ，２ｂをそれぞれキャリアフィルムから剥離した後、図３に示すようにセラミックグリーンシート２ａ，２ｂを交互に積層する。内部電極４ａ，４ｂがセラミックグリーンシート２ａ，２ｂの全面に形成されているため、セラミックグリーンシート２ａ，２ｂをキャリアフィルムから容易に剥離できる。積層時に求められるシート２ａ，２ｂの位置決め精度は緩くてもよく、±５００μｍの誤差範囲内であれば十分である。また、セラミックグリーンシート２ａ，２ｂを積み重ねる際に、積層ずれを問題としなくてもよいため、積層時の仮圧着を必ずしも行う必要がなく、積層時の仮圧着を行わないときには簡素な積重ね装置ですむ。

さらに、内部電極４ａ，４ｂを形成したセラミックグリーンシート２ａ，２ｂの上下に、複数枚の保護用セラミックグリーンシート８を積層して圧着（本圧着）して積層体１０とする。このとき、内部電極４ａ，４ｂがセラミックグリーンシート２ａ，２ｂの全面に形成されているため、圧着時の圧力が内部電極４ａ，４ｂ全面に均等に加わり、内部電極４ａ，４ｂの歪みが発生しにくい。そして、長方形の内部電極パターンを縦横に配列して作成する従来の積層セラミックコンデンサの製造方法において、積層セラミックコンデンサの薄層化に伴って発生していた段差問題（積層セラミックコンデンサ表面において内部電極４ａ，４ｂが重なった部分と重なっていない部分との間で段差が生じる問題）も解消される。さらに、内部電極４ａ，４ｂの流動も生じ難いため、後述のチップ状積層体２０の高さ寸法を均一化できる。

次に、工程Ｓ４で、積層体１０を図２に一点鎖線で表示したカット線Ｐに沿って所定サイズ毎に切り出す。これにより、図４に示すチップ状積層体２０を作成する。このとき、チップ状積層体２０の長さ方向の寸法は、焼成時の収縮量を考慮して製品寸法より若干大きく設定されている。また、チップ状積層体２０の幅方向の寸法は、焼成時の収縮量と次工程Ｓ５での保護材１２（図５参照）の厚みを考慮して設定されている。内部電極４ａ，４ｂがセラミックグリーンシート２ａ，２ｂの全面に形成されているため、カット位置検出と位置決めが不要となり、定ピッチでのカットができる。従って、カット機の低価格化とカットスピードの向上が可能となる。チップ状積層体２０の四つの側面をなすカット面には、内部電極４ａ，４ｂが露出している。

次に、工程Ｓ５で、図５に示すようにチップ状積層体２０の幅方向の対向する側面にそれぞれ保護材１２を形成する。保護材１２はセラミックスラリをチップ状積層体２０の側面に塗布することによって形成される。セラミックスラリはセラミックグリーンシート２ａ，２ｂと同様のセラミック材料からなることが好ましい。焼成時に同一条件で両者を焼成することができるとともに、セラミックグリーンシート２ａ，２ｂとセラミックスラリとの界面で異常反応を起こさせないためである。保護材１２の厚みは５０〜１００μｍ程度とする。

次に、工程Ｓ６で、帯電列にてエチルセルロース樹脂とアクリル樹脂の帯電特性の中間の帯電特性を有する木綿を、チップ状積層体２０の長さ方向の対向する二つの側面（以下、端面と称する）に十分接触させる。その後、木綿を端面から剥すことにより、図６に示すように、エチルセルロース樹脂を含む内部電極４ａは正に帯電（剥離帯電）し、アクリル樹脂を含む内部電極４ｂは負に帯電（剥離帯電）する。これにより、内部電極４ａおよび内部電極４ｂの帯電を一つの工程で行うことができる。

次に、工程Ｓ７で、チップ状積層体２０の両端面に誘電体粉末を選択的に付与する。すなわち、図７（ａ）に示すように、誘電体粉末３２ａを絶縁性のトレイ３０の中に入れた後、負に帯電し易い物質からなる部材で撹拌することによって正に帯電させる。誘電体粉末３２ａはセラミックグリーンシート２ａ，２ｂに使用されたセラミックと同一組成のものである。

次に、図７（ｂ）に示すように、チップ状積層体２０の一方の端面を、正に帯電した誘電体粉末３２ａの表面に近接させる。チップ状積層体２０の端面に露出している内部電極４ａ、４ｂのうち、内部電極４ａは正に帯電しているので、誘電体粉末３２ａと反発し合って内部電極４ａに誘電体粉末３２ａは付着しない。一方、内部電極４ｂは負に帯電しているので、誘電体粉末３２ａが引き付けられ、図７（ｃ）に示すように、内部電極４ｂおよびその周辺のセラミック上に誘電体粉末３２ａが付着する。このとき、正に帯電した誘電体粉末３２ａが内部電極４ｂに付着することによって、内部電極４ｂが有する負の電荷量は若干減少するが、誘電体粉末３２ａの付着量が限定的であるため、内部電極４ｂの電位はゼロにならず、内部電極４ｂは負に帯電した状態を維持している。

同様にして、チップ状積層体２０の他方の端面を、負に帯電した誘電体粉末３２ｂの表面に近接させる。誘電体粉末３２ｂは、絶縁性のトレイ３０の中に入れられた後、正に帯電し易い物質からなる部材で撹拌することによって負に帯電している。チップ状積層体２０の端面に露出している内部電極４ａ、４ｂのうち、内部電極４ｂは負に帯電しているので、誘電体粉末３２ｂと反発し合って内部電極４ｂに誘電体粉末３２ｂは付着しない。一方、内部電極４ａは正に帯電しているので、誘電体粉末３２ｂが引き付けられ、内部電極４ａおよびその周辺のセラミック上に誘電体粉末３２ｂが付着する。こうして、図８に示すように、チップ状積層体２０の両端面に誘電体粉末３２ａ，３２ｂが選択的に付着する。この後、誘電体粉末３２ａ，３２ｂを焼き付ける。

次に、工程Ｓ８で、チップ状積層体２０を焼成する。異種樹脂を含む内部電極４ａ，４ｂが等しく焼成できるように、雰囲気や昇温条件を設定する。

次に、工程Ｓ９で、図９に示すように、チップ状積層体２０の両端面にそれぞれ外部電極１６ａ，１６ｂを形成する。外部電極１６ａ，１６ｂは、内部電極４ａ，４ｂの形成に用いたＮｉ粉を主成分とし、樹脂材料や溶剤などと混合して周知の方法でペースト状にしたものを塗布することによって形成する。この後、外部電極１６ａ，１６ｂの焼付けを行う。次に、外部電極１６ａ，１６ｂの表面に、電解めっきや無電解めっきによりめっきを行う。

こうして、得られた積層セラミックコンデンサは、内部電極４ａと外部電極１６ａ同士が電気的に接続し、内部電極４ｂと外部電極１６ｂ同士が電気的に接続している。一方、内部電極４ｂと外部電極１６ａ同士、および内部電極４ａと外部電極１６ｂ同士は、誘電体３２ａ，３２ｂによって離隔して電気的に接続していない。そして、誘電体粉末３２ａ，３２ｂの付着工程Ｓ７で、誘電体粉末３２ａ，３２ｂと内部電極４ａ，４ｂとの間の付着および非付着を制御できるので、電気泳動法などの特殊な工程を必要とせず、電気泳動装置、スリップ液の管理および廃液処理のコストが不要となる。

また、チップ状積層体２０の状態で焼成するため、反りなどの焼成不良も発生しにくい。さらに、焼成前に積層体１０からチップ状積層体２０を切り出すため、カット作業が容易であり、量産に適した積層セラミックコンデンサの製造方法が得られる。さらに、外部電極１６ａ，１６ｂと内部電極４ａ，４ｂとの間隔を最小化できるため、同一体積の積層セラミックコンデンサであっても、静電容量の大きいものが得られる。また、内部電極４ａ，４ｂをセラミックグリーンシート２ａ、２ｂの表面全面に形成しているので、積層時に求められるシート２ａ，２ｂの位置決め精度は緩くてもよい。この結果、積層セラミックコンデンサの製造コストを低減できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、積層体１０からチップ状積層体２０を切り出したときに、チップ状積層体２０の内部電極４ａ，４ｂの幅がチップ状積層体２０の幅より小さくなるように、図１０に示すように、複数本のストライプ状の内部電極４ａ，４ｂ（図中斜線で表示している）をセラミックグリーンシート２ａ、２ｂの表面に形成したものである。これにより、前記第１実施形態において必要であったチップ状積層体２０の側面に保護材１２を形成する工程を省略できる（図１のフローチャート参照）。

ストライプ状の内部電極４ａ，４ｂが形成されたセラミックグリーンシート２ａ，２ｂは、工程Ｓ３で、それぞれキャリアフィルムから剥離された後、図１１に示すようにセラミックグリーンシート２ａ，２ｂを交互に積層する。このとき、セラミックグリーンシート２ａ，２ｂは、ストライプ状の内部電極４ａ，４ｂが、その電極幅方向において、シート２ａ，２ｂを挟んで重なり合うように精度良く積み重ねられる。なお、ストライプ状内部電極４ａ，４ｂの長さ方向の位置決め精度は緩くてもよく、±５００μｍの誤差範囲内であれば十分である。さらに、内部電極４ａ，４ｂを形成したセラミックグリーンシート２ａ，２ｂの上下に、複数枚の保護用セラミックグリーンシート８を積層して圧着（本圧着）して積層体１０とする。

次に、工程Ｓ４で、積層体１０を図１０に一点鎖線で表示したカット線Ｐに沿って所定サイズ毎に切り出す。これにより、図１２に示すチップ状積層体２０Ａを作成する。このとき、チップ状積層体２０Ａの長さ方向および幅方向の寸法は、焼成時の収縮量を考慮して製品寸法より若干大きく設定されている。チップ状積層体２０Ａの両端面をなすカット面には、内部電極４ａ，４ｂが露出している。

次に、工程Ｓ６で、内部電極４ａおよび内部電極４ｂの帯電を行う。これ以降の工程Ｓ６〜Ｓ９は前記第１実施形態で説明しているので省略する。こうして、得られた積層セラミックコンデンサは、前記第１実施形態の積層セラミックコンデンサと同様の作用効果を奏する。

（他の実施形態）
なお、この発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。例えば、内部電極のペーストに含まれる樹脂の組み合わせとして、前記実施形態ではエチルセルロース樹脂とアクリル樹脂の組み合わせを例にして説明したが、必ずしもこの組み合わせに限るものではなく、正負に選択的に帯電できる他の樹脂の組み合わせであってもよい。

また、前記実施形態では、互いに帯電特性の異なる二つの樹脂を内部電極のペーストにそれぞれ添加することによって、正負の帯電をコントロールしているが、互いに帯電特性の異なる二つの帯電剤を内部電極のペーストにそれぞれ添加することによって、正負の帯電をコントロールする方法であってもよい。また、複数のコンデンサ素子を内蔵したアレイタイプの積層セラミックコンデンサであってもよい。

この発明の積層セラミックコンデンサの製造方法の一例を示すフローチャートである。 積層セラミックコンデンサに用いられるセラミックグリーンシートと内部電極とを示す平面図である。 セラミックグリーンシートの積層を説明するための斜視図である。 チップ状積層体を示す斜視図である。 保護材を形成されたチップ状積層体を示す斜視図である。 図５の線ＶＩ−ＶＩにおける断面を示す模式図である。 図６に続く製造工程を示す断面模式図である。 図７に続く製造工程を示す断面模式図である。 図８に続く製造工程を示す断面模式図である。 積層セラミックコンデンサに用いられる別のセラミックグリーンシートと内部電極とを示す平面図である。 別のセラミックグリーンシートによる積層を説明するための斜視図である。 別のチップ状積層体を示す斜視図である。

符号の説明

２ａ，２ｂ セラミックグリーンシート
４ａ，４ｂ 内部電極
１６ａ，１６ｂ 外部電極
２０，２０Ａ チップ状積層体
３２ａ，３２ｂ 誘電体粉末

Claims (5)

1. 正の帯電特性を有する第１の内部電極が形成された第１の絶縁層と、負の帯電特性を有する第２の内部電極が形成された第２の絶縁層とを交互に積層して構成した積層体と、
   前記積層体の両端部にそれぞれ設けた第１の外部電極および第２の外部電極と、を備え、
   前記第１の内部電極と前記第１の外部電極が電気的に接続し、前記第２の内部電極と前記第２の外部電極が電気的に接続していること、
   を特徴とする、積層セラミックコンデンサ。
2. 正の帯電特性を有する第１の樹脂を含む第１の内部電極を第１の絶縁層の表面に形成する工程と、
   負の帯電特性を有する第２の樹脂を含む第２の内部電極を第２の絶縁層の表面に形成する工程と、
   前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とを交互に積層して積層体を形成する工程と、
   前記積層体を所定の寸法にカットして、第１の内部電極および第２の内部電極が両端面に露出しているチップ状積層体を形成する工程と、
   前記第１の内部電極を正に帯電させる工程と、
   前記第２の内部電極を負に帯電させる工程と、
   前記第１の内部電極および前記第２の内部電極が露出した前記チップ状積層体の一方の端面に、負に帯電した第１の誘電体粉を付与して、正に帯電した前記第１の内部電極の露出部分に前記第１の誘電体粉を付着させる工程と、
   前記第１の内部電極および前記第２の内部電極が露出した前記チップ状積層体の他方の端面に、正に帯電した第２の誘電体粉を付与して、負に帯電した前記第２の内部電極の露出部分に前記第２の誘電体粉を付着させる工程と、
   前記チップ状積層体を焼成する工程と、
   前記チップ状積層体の両端面に外部電極を形成する工程と、
   を備えたことを特徴とする、積層セラミックコンデンサの製造方法。
3. 前記第１の内部電極を正に帯電させる工程と前記第２の内部電極を負に帯電させる工程とが、前記第１の樹脂と前記第２の樹脂との帯電特性の中間の帯電特性を有する物質を、前記第１の内部電極および前記第２の内部電極に接触させることによって、前記第１の内部電極を正に帯電させ、前記第２の内部電極を負に帯電させることを特徴とする、請求項２に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
4. 前記第１の樹脂がエチルセルロース樹脂であり、前記第２の樹脂がアクリル樹脂であることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
5. 前記第１の樹脂がエチルセルロース樹脂であり、前記第２の樹脂がアクリル樹脂であり、前記中間の帯電特性を有する物質が木綿であることを特徴とする、請求項３に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。