JP2010183025A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一面100a及び対面100bを有し、その間に配設された複数の誘電体層110と、誘電体層を介して交互に積層された複数の内部電極層121、122と、これらを電気的に接続しているビア電極141、142と、一面及び/又は対面に配設されると共にビア電極と電気的に接続された外部電極151、152と、を備え、内部電極層、ビア電極及び外部電極は、いずれもニッケルを主成分とし、誘電体層はチタン酸バリウムを主成分とするとともに、その一面側及び対面側の各々の表層部110a、110bには、金属及びチタン酸バリウムを除く金属酸化物の少なくとも一方が含有され、それらの含有量が一面及び対面から内部に向かって減少している。
【選択図】図1
Description
1.一面及び対面を有し、該一面と該対面との間に配設された複数の誘電体層と、該誘電体層を介して交互に積層された複数の内部電極層と、該内部電極層同士を電気的に接続しているビア電極と、該一面及び/又は該対面に配設され、且つ該ビア電極と電気的に接続された外部電極と、を備える積層セラミックコンデンサにおいて、上記内部電極層、上記ビア電極及び上記外部電極は、いずれもニッケルを主成分とし、上記誘電体層はチタン酸バリウムを主成分とし、且つ上記一面側及び上記対面側の各々の表層部を構成する誘電体層には、金属及びチタン酸バリウムを除く金属酸化物のうちの少なくとも一方が含有され、該金属及び該金属酸化物の含有量が該一面及び該対面から内部に向かって減少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.上記各々の表層部の厚さが10〜100μmである上記1.に記載の積層セラミックコンデンサ。
3.上記金属がニッケルである上記1.又は2.に記載の積層セラミックコンデンサ。
4.上記一面側及び上記対面側の各々の表層部を100体積%とした場合に、それぞれの表層部に含有される上記ニッケルは1〜30体積%である上記3.に記載の積層セラミックコンデンサ。
5.上記金属酸化物が安定化されたジルコニアである上記1.乃至4.のうちのいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
6.上記ジルコニアは、希土類酸化物、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムのうちの少なくとも1種により安定化されている上記5.に記載の積層セラミックコンデンサ。
7.上記一面側及び上記対面側の各々の表層部を100体積%とした場合に、それぞれの表層部に含有される上記ジルコニアは1〜30体積%である上記5.又は6.に記載の積層セラミックコンデンサ。
また、各々の表層部の厚さが10〜100μmである場合は、表層部の機械的強度を十分に向上させることができ、熱衝撃及び外部応力によるクラック、欠損等の発生がより抑えられる。
更に、金属がニッケルである場合、及び金属酸化物が安定化されたジルコニアである場合は、これらの金属及び金属酸化物が、焼成時の耐酸化性、耐熱性等に優れ、且つチタン酸バリウムと反応しないため、機械的強度をより十分に向上させることができる。
また、一面側及び対面側の各々の表層部を100体積%とした場合に、それぞれの表層部に含有されるニッケルが1〜30体積%である場合、及び一面側及び対面側の各々の表層部を100体積%とした場合に、それぞれの表層部に含有されるジルコニアが1〜30体積%である場合は、機械的強度が十分に向上し、電極との密着性が低下することがなく、表層部と内部との境界部にボイド及びクラック等を生じることもない。
更に、ジルコニアが、希土類酸化物、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムのうちの少なくとも1種により安定化されている場合は、表層部の機械的強度が十分に向上し、熱衝撃及び外部応力によるクラック、欠損等の発生が十分に抑えられる。
[1]積層セラミックコンデンサ
本発明の積層セラミックコンデンサ(以下、「積層コンデンサ」という。)100は、一面100a及び対面100bを有し、一面100aと対面100bとの間に配設された複数の誘電体層110と、誘電体層110を介して交互に積層された複数の内部電極層120と、内部電極層120同士を電気的に接続しているビア電極140と、一面100a及び/又は対面100bに配設され、且つビア電極140と電気的に接続された外部電極150と、を備える。内部電極層120、ビア電極140及び外部電極150は、いずれもニッケルを主成分とし、誘電体層はチタン酸バリウムを主成分とし、且つ一面100a側の表層部110a(図1、2参照)及び対面100b側の表層部110b(図1参照)を構成する誘電体層110は、金属及びチタン酸バリウムを除く金属酸化物のうちの少なくとも一方を含有し、金属及び/又は金属酸化物の含有量が一面100a及び対面100bから内部に向かって減少している。
この積層コンデンサとしては、例えば、ビアアレイ型積層コンデンサ等が挙げられる。
尚、誘電体層におけるチタン酸バリウムの含有量は、電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)の波長分散型X線分光器(WDX)により定量分析して測定し、酸化物換算して算出される。
上記「金属」は特に限定されず、ニッケル及びコバルト等を用いることができる。これらの金属は、耐酸化性及び耐熱性等に優れ、且つ焼成時にチタン酸バリウムと反応せず、強度等を十分に向上させることができるため好ましい。ニッケルとコバルトとでは、含有させることによる強度の向上等の作用効果は同等であるが、実用面では、安価であるニッケルがより好ましい。
尚、表層部に含有される金属及び/又は金属酸化物の体積割合は、表層部断面のBEI像の視野内に占める金属相及び/又は金属酸化物相の面積(併用した場合は合計面積)割合(体積割合とみなすことができる。)として算出される。
尚、ニッケルの含有量は、EPMAにより測定される。ビア電極140及び外部電極150の場合も同様である。
尚、内部電極層120を構成する導電材料は、後記のビア電極及び外部電極の各々を構成する導電材料と組成が同じでもよく、異なっていてもよいが、それぞれの電極同士の密着性及び接合強度等の観点で同じであることが好ましい。
尚、ビア電極を構成する導電材料は、前記の内部電極層及び後記の外部電極を構成する導電材料と組成が同じでもよく、異なっていてもよいが、各々の電極同士の密着性及び接合強度等の観点で同じであることが好ましい。
尚、外部電極を構成する導電材料は、前記の内部電極層及びビア電極を構成する導電材料と組成が同じでもよく、異なっていてもよいが、各々の電極同士の密着性及び接合強度等の観点で同じであることが好ましい。
積層コンデンサ100が備える、内部電極層120、ビア電極140及び外部電極150は、通常、それぞれ互いに電気的に絶縁された少なくとも2個の群からなる。例えば、内部電極層120は、第1群の内部電極層121と、第1群の内部電極層121とは絶縁された第2群の内部電極層122と、を有する。同様に、ビア電極140は、第1群のビア電極141と、第1群のビア電極141とは絶縁された第2群のビア電極142と、を有する。更に、外部電極150は、第1群の外部電極151と、第1群の外部電極151とは絶縁された第2群の内部電極層152と、を有する。この電気的に絶縁された各々の群は、上記のように2群でもよく、3群以上であってもよい。
本発明の積層コンデンサを製造する方法は特に限定されないが、例えば、以下のようにして製造することができる。
積層コンデンサ100は、未焼成積層体形成工程(P1)と、貫通孔形成工程(P2)と、未焼成ビア電極形成工程(P3)と、未焼成外部電極形成工程(P4)と、をこの順に備える方法によって製造することができる(図9参照)。
尚、以下、未焼成積層体形成工程(P1)で形成された未焼成積層体を「未焼成第1積層体131」、貫通孔形成工程(P2)で未焼成第1積層体に貫通孔が形成された積層体を「未焼成第2積層体132」、未焼成ビア電極形成工程(P3)で未焼成第2積層体に未焼成ビア電極が形成された積層体を「未焼成第3積層体133」、未焼成外部電極形成工程(P4)で未焼成第3積層体に未焼成外部電極が形成された積層体を「未焼成第4積層体134」、という。
本発明の積層コンデンサ100は、そのまま1個の部品として用いてもよいが、キャパシタ内蔵配線基板用の積層コンデンサ(基板内蔵用積層コンデンサ)として特に好適である。
キャパシタ内蔵配線基板10(図11参照)は、通常、基板コア部20と、基板コア部20内に収容されたキャパシタ部21(例えば、本発明の積層コンデンサ100が内蔵されてなる。)と、半導体素子90を搭載可能であり、且つ少なくともキャパシタ部21の両面側に積層されたビルドアップ部30a、30bと、を備える。
[1]積層コンデンサの製造
(1)未焼成誘電体層となるグリーンシートの作製
(a)誘電体層のうちの一面側及び対面側の各々の表層部を除く他部に用いるグリーンシート
チタン酸バリウム粉末、酸化カルシウム粉末、二酸化マンガン粉末及びイットリア粉末を混合して混合粉末とし、その後、この混合粉末と、ブチラール系バインダ、可塑剤及び溶剤とを混合してスラリーを調製した。次いで、このスラリーを用いてドクターブレード法によりシートを成形し、その後、加熱して溶剤を除去し、厚さ5μmのグリーンシートを作製した。
上記(a)における混合粉末に、ニッケル(Ni)、イットリア安定化ジルコニア(YSZ、全体を100モル%とした場合に、イットリアが4.5モル%含有された部分安定化ジルコニアである。)及びチタン酸バリウム(BT)が表1に記載の含有割合となるように(各層におけるNi、YSZ及びBTの合計を100体積%とする。)、硝酸ニッケル粉末、YSZ粉末及びBT粉末を予備混合し、その後、加熱して溶剤を除去し、次いで、仮焼し、その後、上記(a)と同様にして、一面側及び対面側の各々の表層部となるそれぞれ4枚の厚さ20μmのグリーンシートを作製した。
ニッケル粉末、チタン酸バリウム粉末及び有機成分(有機バインダ、可塑剤及び溶剤)を湿式混合して、内部電極用ペースト、ビア電極用ペースト及び外部電極用ペーストを調製した。
上記(1)、(a)で作製されたグリーンシートの表面に、上記(2)で調製された内部電極用ペーストを用いてスクリーン印刷により塗膜を形成した。この際、未焼成内部電極層120のクリアランスホール123の直径は約100μmとした。その後、未焼成内部電極層120が形成された未焼成誘電体層を積層し、次いで、この積層体の表裏両面に上記(1)、(b)で作製された表層部用のグリーンシートを表1に記載の所定の順序で積層圧着し、厚さ約1mmの未焼成第1積層体131を形成した。
上記(3)で形成した未焼成第1積層体131に、レーザーにより、ビアホール132cを穿孔し、未焼成第2積層体132を形成した。
上記(4)で形成した未焼成第2積層体132に穿設されたビアホール132c内に、上記(2)で調製されたビア電極用ペーストをスクリーン印刷により充填し、未焼成ビア電極140を有する未焼成第3積層体133を形成した。
上記(5)で形成した未焼成第3積層体133の表面に、上記(2)で調製された外部電極用ペーストをスクリーン印刷し、未焼成外部電極150が形成された未焼成第4積層体134を形成した。
上記(6)で形成した未焼成第4積層体134を、窒素雰囲気下で脱脂し、その後、加湿した窒素水素混合ガス雰囲気下、1100〜1400℃で焼成し、実験例1〜14の積層コンデンサ100を各々80個製造した。
上記[1]、(7)で製造した積層コンデンサをピンセットで挟持し、予熱はせずに、溶融はんだ槽に浸漬し、2秒経過後取り出し、次いで、厚さ方向に切断し、切断面を研磨し、研磨面を光学顕微鏡により観察して層間の剥離の有無を確認した。溶融はんだ槽外の雰囲気と溶融はんだとの温度差(表2における温度差ΔT)は、300℃、320℃及び350℃とした。また、上記[1]、(6)における未焼成外部電極150を形成しなかった他は、同様にして未焼成積層体を形成し、その後、同様にして焼成し、表面におけるクラックの有無を蛍光探傷法により確認した。
結果は表2のとおりである。
Claims (7)
- 一面及び対面を有し、該一面と該対面との間に配設された複数の誘電体層と、該誘電体層を介して交互に積層された複数の内部電極層と、該内部電極層同士を電気的に接続しているビア電極と、該一面及び/又は該対面に配設され、且つ該ビア電極と電気的に接続された外部電極と、を備える積層セラミックコンデンサにおいて、
上記内部電極層、上記ビア電極及び上記外部電極は、いずれもニッケルを主成分とし、
上記誘電体層はチタン酸バリウムを主成分とし、且つ上記一面側及び上記対面側の各々の表層部を構成する誘電体層には、金属及びチタン酸バリウムを除く金属酸化物のうちの少なくとも一方が含有され、該金属及び該金属酸化物の含有量が該一面及び該対面から内部に向かって減少していることを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 - 上記各々の表層部の厚さが10〜100μmである請求項1に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 上記金属がニッケルである請求項1又は2に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 上記一面側及び上記対面側の各々の表層部を100体積%とした場合に、それぞれの表層部に含有される上記ニッケルは1〜30体積%である請求項3に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 上記金属酸化物が安定化されたジルコニアである請求項1乃至4のうちのいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 上記ジルコニアは、希土類酸化物、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムのうちの少なくとも1種により安定化されている請求項5に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 上記一面側及び上記対面側の各々の表層部を100体積%とした場合に、それぞれの表層部に含有される上記ジルコニアは1〜30体積%である請求項5又は6に記載の積層セラミックコンデンサ。
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