JP2019096824A - 積層セラミックコンデンサ及び積層セラミックコンデンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記容量形成部は、チタンを含むペロブスカイト構造の誘電体で形成され一軸方向に積層された複数のセラミック層と、上記複数のセラミック層の間に配置された複数の内部電極と、を有する。
上記周縁部は、上記容量形成部の周囲を被覆し、外面を構成する高マグネシウム領域と、上記高マグネシウム領域と上記容量形成部との間に形成された低マグネシウム領域と、を有する。
上記外部電極は、ニッケルを主成分とし、上記周縁部の上記外面に形成され、上記複数の内部電極に接続される。
上記酸化物層は、ニッケルとマグネシウムとを含み、上記高マグネシウム領域と上記外部電極との間に形成される。
さらに、上記周縁部は、容量形成部近傍においてマグネシウム濃度が低くなるように構成される。これにより、容量形成部の電気的な特性を低下させる可能性のあるマグネシウムが、容量形成部まで拡散することを防止することができる。したがって、電気的な特性も維持しつつ、外部電極の接合に関して高い信頼性も得ることができる。
これにより、高マグネシウム領域から容量形成部へのマグネシウムの拡散を、より確実に防止することができる。
これにより、十分な厚さの酸化物層を形成することができる。
これにより、容量形成部のマグネシウムによる電気的な特性の低下を、より確実に防止することができる。
上記周縁部の上記外面にニッケルを主成分とする電極材料が塗布される。
上記セラミック素体と上記電極材料とが同時焼成される。
図面には、適宜相互に直交するX軸、Y軸、及びZ軸が示されている。X軸、Y軸、及びZ軸は全図において共通である。
[積層セラミックコンデンサ10の基本構成]
図1〜3は、本発明の第1実施形態に係る積層セラミックコンデンサ10を示す図である。図1は、積層セラミックコンデンサ10の斜視図である。図2は、積層セラミックコンデンサ10の図1のA−A'線に沿った断面図である。図3は、積層セラミックコンデンサ10の図1のB−B'線に沿った断面図である。
なお、セラミック素体11は、図1〜3に示すような直方体形状でなくてもよい。例えば、セラミック素体11の各面は曲面であってもよく、セラミック素体11は全体として丸みを帯びた形状であってもよい。
容量形成部16は、複数のセラミック層20と、複数の第1内部電極12と、複数の第2内部電極13と、を有し、これらが積層された構成を有する。容量形成部16は、積層セラミックコンデンサ10における電荷を蓄える機能を有する。
エンドマージン部17a,17b、カバー部18、及びサイドマージン部19は、容量形成部16の周囲を被覆する周縁部を構成する。より詳細に、エンドマージン部17a,17bは、X軸方向から容量形成部16を被覆する。カバー部18は、Z軸方向から容量形成部16を被覆する。サイドマージン部19は、Y軸方向から容量形成部16を被覆する。
内部電極12,13は、典型的にはニッケル(Ni)を主成分として構成され、積層セラミックコンデンサ10の内部電極として機能する。なお、内部電極12,13は、ニッケル以外に、銅(Cu)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)の少なくとも1つを主成分としていてもよい。
カバー部18は、主面11e,11f側に形成された高マグネシウム領域181と、高マグネシウム領域181と容量形成部16とに隣接して形成された低マグネシウム領域182と、を有する。すなわちカバー部18は、容量形成部16とサイドマージン部19とからなる積層体のZ軸方向両側に積層された、マグネシウム濃度の異なる2層構造を有する。
高マグネシウム領域181のマグネシウム濃度は、例えば0.6mol%以上である。当該マグネシウム濃度をこのように設定することで、外部電極14,15との接合強度を十分に高めることが可能な酸化物層P1を形成することができる。当該マグネシウム濃度は、1.4mol%以下でもよい。これにより、酸化物層P1の厚さを外部電極14,15の表面まで達しないように制御することができる。
外部電極14,15は、上述のように、内部電極12,13と接続されるように容量形成部16の端面11a,11bに配置されるとともに、主面11e,11f及び側面11c,11dの一部まで延在する。これにより、外部電極14,15は、高マグネシウム領域181の一部を覆うように構成される。酸化物層P1は、外部電極14,15が高マグネシウム領域181まで延出した領域に形成される。
図5は、積層セラミックコンデンサ10の製造方法を示すフローチャートである。図6及び図7は、積層セラミックコンデンサ10の製造過程を示す図である。以下、積層セラミックコンデンサ10の製造方法について、図5に沿って、図6及び図7を適宜参照しながら説明する。
ステップS11では、容量形成部16及びエンドマージン部17a,17bを形成するための第1セラミックシート101及び第2セラミックシート102と、カバー部18を形成するための第3セラミックシート103及び第4セラミックシート104と、を準備する。そして、図6に示すように、これらのセラミックシート101,102,103,104を積層し、未焼成のセラミック素体111を作製する。
なお、サイドマージン部19は、セラミックシート101,102における内部電極112,113のY軸方向外側の領域(図7に示す未焼成のサイドマージン部119)の積層構造により形成される。
セラミックシート103,104では、マグネシウム濃度が異なる。第3セラミックシート103のマグネシウム濃度は、例えば0.3mol%以下であり、セラミックシート101,102と同等である。第4セラミックシート104には、第3セラミックシート103よりも多い量のマグネシウム(例えば0.6mol%以上)が添加されている。第3セラミックシート103は、低マグネシウム領域182の形成に用いられ、第4セラミックシート104は、高マグネシウム領域181の形成に用いられる。
ステップS12では、ステップS11で得られた未焼成のセラミック素体111の表面に電極材料を塗布する。
ステップS13では、ステップS12で得られた未焼成のセラミック素体111及び電極材料を同時に焼結させることにより、図1〜3に示す積層セラミックコンデンサ10のセラミック素体11を作製する。つまり、ステップS13により、セラミックシート101,102の積層体105が容量形成部16及びサイドマージン部19になり、セラミックシート103,104の積層構造である未焼成のカバー部118がカバー部18になる。
第1実施形態では、カバー部18が異なるマグネシウム濃度の2層構造を有していたが、カバー部に加えてサイドマージン部も2層構造を有していてもよい。
なお、以下の説明において、第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図8及び9は、本発明の第2実施形態に係る積層セラミックコンデンサ30を示す図である。図8は、図3に対応する(第1外部電極14の形成領域をY−Z平面で切断した)断面図である。図9は、積層セラミックコンデンサ30から外部電極14,15を取り除いた態様を示す、セラミック素体31の斜視図である。
なお、積層セラミックコンデンサ30の外観、及び積層セラミックコンデンサ30のY軸方向中央部をZ−X平面で切断した断面の構成は、図1及び図2に示す積層セラミックコンデンサ10の構成と同様であるため、図示を省略する。
セラミック素体31は、容量形成部16と、エンドマージン部17a,17bと、カバー部38と、サイドマージン部39と、を有する。エンドマージン部17a,17b、カバー部38、及びサイドマージン部39は、容量形成部16の周囲を被覆する周縁部を構成する。
酸化物層P3は、酸化物層P1と同様に、ニッケル及びマグネシウムを含み、典型的にはニッケル及びマグネシウムを含む三元酸化物で構成される。
第1酸化領域P31は、主面31e,31f及び端面31a,31bの境界部に形成され、Z軸方向及びX軸方向にそれぞれ対向する4つの部分を含む。第2酸化領域P32は、側面31c,31d及び端面31a,31bの境界部に形成され、かつ、側面31c,31dの端面31a,31bにそれぞれ接する周縁において、セラミック素体31のZ軸方向全長にわたって形成される。
第2酸化領域P32は、Y軸方向及びX軸方向にそれぞれ対向する4つの部分を含む。
図10は、積層セラミックコンデンサ30の製造方法を示すフローチャートである。図11〜13は、積層セラミックコンデンサ30の製造過程を示す図である。
積層セラミックコンデンサ30は、第1実施形態のステップS11〜ステップS13にそれぞれ対応するステップS21、ステップS12及びステップS13を経て製造されるが、ステップS21の未焼成のセラミック素体131の作製工程が第1実施形態のステップS11と異なる。したがって、本工程について詳細に説明する。
ステップS21−1では、まず容量形成部16及びエンドマージン部17a,17bを形成するための第1セラミックシート301及び第2セラミックシート302と、カバー部38を形成するための第3セラミックシート303及び第4セラミックシート304と、を準備する。セラミックシート301,302,303,304は、チタンを含むペロブスカイト構造の誘電体である誘電体セラミックスを主成分とする未焼成の誘電体グリーンシートであるが、セラミックシート301,302の電極パターンが第1実施形態と異なる。なお、セラミックシート303,304は、セラミックシート103,104と同様に内部電極が形成されていない。
ステップS21−2では、セラミックシート301,302,303,304を図12に示すように積層することにより積層シート306を作製する。積層シート306は、第1実施形態のセラミック素体111と同様に積層される。すなわち、セラミックシート301,302の積層体305のZ軸方向両側に第3セラミックシート303が積層され、積層された第3セラミックシート303のZ軸方向両側に第4セラミックシート304が積層される。セラミックシート303,304の積層構造は、未焼成のカバー部138を構成する。第3セラミックシート303の積層構造は、未焼成の第1低マグネシウム領域138bを構成し、第4セラミックシートの積層構造は、未焼成の第1高マグネシウム領域138aを構成する。
そして、第1実施形態のセラミック素体111と同様にセラミックシート301,302,303,304が圧着される。
ステップS21−3では、積層シート306を切断線Lx,Lyに沿って切断することにより、未焼成の積層チップC(図13参照)を作製する。積層チップCは、焼成後の容量形成部16、エンドマージン部17a,17b及びカバー部38に対応する。積層シート306の切断には、例えば、押し切り刃や回転刃などを用いることができる。積層シート306では、切断面である両側面に内部電極の端部が露出している。
ステップS21−4では、ステップS21−3で得られた積層チップCのY軸方向両側面に未焼成のサイドマージン部139を設けることにより、図13に示す未焼成のセラミック素体131を作製する。サイドマージン部139は、セラミックシートやセラミックスラリーなどのセラミック材料から形成される。
その後、第1実施形態と同様に電極材料が塗布され(ステップS12)、焼成される(ステップS13)ことで酸化物層P3が形成され、積層セラミックコンデンサ30が作製される。
このように、未焼成のサイドマージン部139を未焼成のセラミック素体131に後付けする工法を用いても、所定のマグネシウム濃度分布を有する積層セラミックコンデンサ30を作製することができる。
図14は、本発明の第2実施形態の変形例に係る積層セラミックコンデンサ40を示す図であり、図3、図8に対応する(第1外部電極14の形成領域をY−Z平面で切断した)断面図である。
積層セラミックコンデンサ40は、セラミック素体41と、第1外部電極14と、第2外部電極15と、酸化物層P4とを具備し、積層セラミックコンデンサ30と同様にカバー部48とサイドマージン部49の双方がマグネシウム濃度の異なる2層構造を有する。本変形例では、カバー部48、サイドマージン部49、及び酸化物層P4の配置が上述のカバー部3、サイドマージン部49及び酸化物層P3と異なる。以下、上述の第2実施形態と異なる部分について説明する。
具体的に、酸化物層P4の第1酸化領域P41は、第1実施形態の酸化物層P1と同様の形状を有し、酸化物層P4の第2酸化領域P42は、側面41c,41dと端面41a,41bとの境界部に形成される。つまり、積層セラミックコンデンサ40の酸化物層P4は、第1実施形態の酸化物層P1と同様の形状の第1酸化領域P41に加え、さらに第2酸化領域P42を有する。したがって、外部電極14,15との接合強度をより高めることができる。
これにより、高マグネシウムペーストM1により、第2高マグネシウム領域491が形成される。また、低マグネシウムペーストM2が塗布された領域と、電極形成領域(容量形成部116)よりY軸方向外側の未焼成のセラミック層120の端部領域と、により、第2低マグネシウム領域492が形成される。したがって、図14に示す積層セラミックコンデンサ40が作製される。
本発明は、多端子型の積層セラミックコンデンサにも適用することができる。一例として、いわゆる3端子型の積層セラミックコンデンサ50について説明する。
以下、上述の第1及び第2実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
酸化物層P5は、カバー部58の高マグネシウム領域581と外部電極54,55,61,62との間に形成される。酸化物層P5は、酸化物層P1と同様に、ニッケル及びマグネシウムを含み、典型的にはニッケル及びマグネシウムを含む三元酸化物で構成される。
図23及び24は、本発明の第3実施形態の変形例に係る積層セラミックコンデンサ70を示す図である。図23は、図20と同様の、側面外部電極61,62の形成領域を含むY−Z平面で切断した断面図である。図24は、積層セラミックコンデンサ70から外部電極54,55,61,62を取り除いた態様を示す、酸化物層P7が形成されたセラミック素体71の斜視図である。
積層セラミックコンデンサ70は、セラミック素体71と、第1外部電極54と、第2外部電極55と、第3外部電極61と、第4外部電極62と、酸化物層P7とを具備する。積層セラミックコンデンサ70では、後述するように、セラミック素体71の第2エンドマージン部79も異なるマグネシウム濃度の2層構造を有するため、上記実施形態とは酸化物層P7の構成が異なる。
具体的に、第1酸化領域P71は、第3実施形態の第1酸化領域P51と同様に、端面71a,71b、側面71c,71d及び主面71e,71fの境界部に形成される。第2酸化領域P72は、第2酸化領域P52と同様の側面71c,71d及び主面71e,71fの境界部に形成される。
なお、酸化領域は、第2エンドマージン部79のみならず、第1エンドマージン部57にも形成されていてもよい。また、酸化領域は、第1エンドマージン部57のみに形成されていてもよい。さらに、第1及び第2実施形態の構成においても、第3実施形態と同様に、エンドマージン部に酸化領域が形成されていてもよい。
11,31,41,51,71…セラミック素体
12,13,52,53…内部電極
14,15,54,55,61,62…外部電極
16,56・・・容量形成部
18,38,48,58・・・カバー部
19,39,49・・・サイドマージン部
17a,17b,57,79・・・エンドマージン部
P1,P3,P4,P5,P7・・・酸化物層
Claims (5)
- チタンを含むペロブスカイト構造の誘電体で形成され一軸方向に積層された複数のセラミック層と、前記複数のセラミック層の間に配置された複数の内部電極と、を有する容量形成部と、
前記容量形成部の周囲を被覆し、外面を構成する高マグネシウム領域と、前記高マグネシウム領域と前記容量形成部との間に形成された低マグネシウム領域と、を有する周縁部と、
ニッケルを主成分とし、前記周縁部の前記外面に形成され、前記複数の内部電極に接続された外部電極と、
ニッケルとマグネシウムとを含み、前記高マグネシウム領域と前記外部電極との間に形成された酸化物層と、
を具備する積層セラミックコンデンサ。 - 請求項1に記載の積層セラミックコンデンサであって、
前記低マグネシウム領域は、5μm以上の厚さで形成される
積層セラミックコンデンサ。 - 請求項1又は2に記載の積層セラミックコンデンサであって、
前記高マグネシウム領域のマグネシウム濃度は、0.6mol%以上である
積層セラミックコンデンサ。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサであって、
前記低マグネシウム領域のマグネシウム濃度は、0.3mol%以下である
積層セラミックコンデンサ。 - チタンを含むペロブスカイト構造の誘電体で形成され一軸方向に積層された複数のセラミック層と、前記複数のセラミック層の間に配置された複数の内部電極と、を有する容量形成部と、
前記容量形成部の周囲を被覆し、外面を構成する高マグネシウム領域と、前記高マグネシウム領域と前記容量形成部との間に配置された低マグネシウム領域と、を有する周縁部と、
を含む未焼成のセラミック素体を作製し、
前記周縁部の前記外面にニッケルを主成分とする電極材料を塗布し、
前記セラミック素体と前記電極材料とを同時焼成する
積層セラミックコンデンサの製造方法。
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