JP2021019101A - 積層型電子部品および積層型電子部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】積層体内部の構造欠陥の発生を抑制することができる、積層型電子部品およびその積層型電子部品の製造方法を提供する。【解決手段】積層型電子部品は、積層された複数の誘電体層１１と複数の内部電極層１２とを含む積層体１０を備える。板状物の厚さ方向に直交する長径の、厚さに対する比をアスペクト比としたとき、誘電体層１１は、平均厚さが３００ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である複数の第１の結晶粒を有する。内部電極層１２は、平均厚さが１５０ｎｍ以下であり、平均アスペクト比の平均が５以上の板状物である複数の第２の結晶粒を有する。【選択図】図１
Description
この開示は、積層型電子部品および積層型電子部品の製造方法に関する。
積層セラミックコンデンサなどの積層型電子部品においては、誘電体層の薄層化による静電容量の向上が進められている。誘電体層となるセラミックグリーンシートを薄層化するためには、微粒の誘電体粉末を用いる必要がある。しかしながら、そのような微粒の誘電体粉末は、セラミックグリーンシートを作製するためにスラリー化した際に凝集しやすく、また粒成長させずに焼結させ、微粒の誘電体結晶粒とすると、誘電率が低下するという問題があった。
特開２００８−２６６０８６号公報（特許文献１）には、上記の課題を解決するため、板状のチタン酸バリウム粒子を用いて薄層化されたセラミックグリーンシートを得る技術が開示されている。
積層セラミックコンデンサなどの積層型電子部品が備える積層体は、誘電体層と、誘電体層に比べて焼結収縮の開始温度が低く、また収縮の度合いの大きな内部電極層とを含む。そのため、積層体の焼成時には、誘電体層と内部電極層との焼結収縮状態の違いにより、積層体の内部に歪みが発生する。そして、その歪みがデラミネーションやクラックなどの構造欠陥を発生させることがある。
板状のチタン酸バリウム粒子を用いたセラミックグリーンシートは、微粒のチタン酸バリウム粒子を用いたセラミックグリーンシートに比べて、厚さ方向には同じように焼結収縮するが、主面に沿った方向には焼結収縮しにくい。したがって、セラミックグリーンシートの作製に板状のチタン酸バリウム粒子を用いた積層セラミックコンデンサでは、誘電体層と内部電極層との焼成時の焼結収縮状態の違いが大きくなる。その結果、積層体内部に構造欠陥が発生しやすくなる虞がある。
この開示の目的は、積層体内部の構造欠陥の発生を抑制することができる、積層型電子部品およびその積層型電子部品の製造方法を提供することである。
この開示に従う積層型電子部品は、積層された複数の誘電体層と複数の内部電極層とを含む積層体を備える。板状物の厚さ方向に直交する長径の、厚さに対する比をアスペクト比としたとき、誘電体層は、平均厚さが３００ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である複数の第１の結晶粒を有する。内部電極層は、平均厚さが１５０ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である複数の第２の結晶粒を有する。
この開示に従う積層型電子部品の製造方法は、以下の工程を備える。１つの工程は、複数の焼結前誘電体層を得る工程である。別の工程は、焼結前誘電体層に焼結前内部電極層を形成する工程である。さらに別の工程は、焼結前内部電極層が形成された焼結前誘電体層を含む複数の焼結前誘電体層を積層し、焼結前積層体を得る工程である。そして、さらに別の工程は、焼結前積層体を焼結させ、積層された複数の誘電体層と、複数の内部電極層とを含む積層体を得る工程である。
板状物の厚さ方向に直交する長径の、厚さに対する比をアスペクト比としたとき、複数の焼結前誘電体層を得る工程では、平均厚さが２００ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である誘電体粒子を含む誘電体粉末が用いられる。焼結前内部電極層を形成する工程では、平均厚さが１５０ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である導電体粒子を含む導電体粉末が用いられる。
この開示に従う積層型電子部品は、積層体内部の構造欠陥の発生を抑制することができる。また、この開示に従う積層型電子部品の製造方法は、積層体内部の構造欠陥の発生が抑制された積層型電子部品を製造することができる。
この開示の特徴とするところを、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す積層型電子部品の実施形態では、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さないことがある。
−積層型電子部品の実施形態−
この開示に従う積層型電子部品の実施形態を示す積層セラミックコンデンサ１００について、図１ないし図３を用いて説明する。
この開示に従う積層型電子部品の実施形態を示す積層セラミックコンデンサ１００について、図１ないし図３を用いて説明する。
＜積層セラミックコンデンサの構造＞
図１は、積層セラミックコンデンサ１００の断面図である。積層セラミックコンデンサ１００は、積層体１０を備えている。積層体１０は、積層された複数の誘電体層１１と複数の内部電極層１２とを含む。また、積層体１０は、積層方向に相対する第１の主面および第２の主面と、積層方向に直交する幅方向に相対する第１の側面および第２の側面と、積層方向および幅方向に直交する長さ方向に相対する第１の端面１３ａおよび第２の端面１３ｂとを有する。
図１は、積層セラミックコンデンサ１００の断面図である。積層セラミックコンデンサ１００は、積層体１０を備えている。積層体１０は、積層された複数の誘電体層１１と複数の内部電極層１２とを含む。また、積層体１０は、積層方向に相対する第１の主面および第２の主面と、積層方向に直交する幅方向に相対する第１の側面および第２の側面と、積層方向および幅方向に直交する長さ方向に相対する第１の端面１３ａおよび第２の端面１３ｂとを有する。
誘電体層１１は、例えばＢａおよびＴｉを含んで構成されるペロブスカイト型化合物を含む複数の結晶粒を有する。この結晶粒の形態については後述する。上記のペロブスカイト型化合物としては、例えばＢａＴｉＯ3を基本的な構造とするペロブスカイト型化合物を用いることができる。
複数の内部電極層１２は、第１の内部電極層１２ａと第２の内部電極層１２ｂとを有する。内部電極層１２を構成する結晶粒の形態については後述する。内部電極層１２を構成する導電性材料としては、Ｎｉ、Ｎｉ合金、ＣｕおよびＣｕ合金のうち１つから選ばれる少なくとも一種の金属または当該金属を含む合金を用いることができる。内部電極層１２は、共材と呼ばれる誘電体粒子をさらに含んでいてもよい。共材は、積層体１０の焼成時において、内部電極層１２の焼結収縮特性を誘電体層１１の焼結収縮特性に近づけるために添加されるものであり、その効果が発現されるものであればよい。
第１の内部電極層１２ａは、誘電体層１１を介して第２の内部電極層１２ｂと互いに対向している対向電極部と、対向電極部から積層体１０の第１の端面１３ａまでの引き出し電極部とを備えている。第２の内部電極層１２ｂは、誘電体層１１を介して第１の内部電極層１２ａと互いに対向している対向電極部と、対向電極部から積層体１０の第２の端面１３ｂまでの引き出し電極部とを備えている。１つの第１の内部電極層１２ａと１つの第２の内部電極層１２ｂとが誘電体層１１を介して相対することにより、１つのコンデンサ素子が形成される。
積層セラミックコンデンサ１００は、第１の外部電極１４ａと第２の外部電極１４ｂとをさらに備えている。第１の外部電極１４ａは、第１の内部電極層１２ａと電気的に接続されるように積層体１０の第１の端面１３ａに形成され、第１の端面１３ａから第１の主面および第２の主面ならびに第１の側面および第２の側面に延びている。第２の外部電極１４ｂは、第２の内部電極層１２ｂと電気的に接続されるように積層体１０の第２の端面１３ｂに形成され、第２の端面１３ｂから第１の主面および第２の主面ならびに第１の側面および第２の側面に延びている。
積層セラミックコンデンサ１００は、上記のコンデンサ素子が、第１の外部電極１４ａおよび第２の外部電極１４ｂを介して複数個並列接続されているものと言える。
第１の外部電極１４ａおよび第２の外部電極１４ｂは、下地電極層と下地電極層上に配置されためっき層とを有する。下地電極層は、焼結体層、導電性樹脂層および金属薄膜層から選ばれる少なくとも１つを含む。
焼結体層は、ガラス粉末および金属粉末を含むペーストが焼き付けられたものであり、ガラス部と金属部とを含む。ガラス部を構成するガラスとしては、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＢａＯ系のガラスなどを用いることができる。金属部を構成する金属としては、Ｎｉ、ＣｕおよびＡｇなどから選ばれる少なくとも一種または当該金属を含む合金を用いることができる。焼結体層は、異なる成分で複数層形成されていてもよい。また、焼結体層は、後述する製造方法において、積層体１０と同時焼成されてもよく、積層体１０が焼成された後に焼き付けられてもよい。
導電性樹脂層は、例えば金属微粒子のような導電性粒子と樹脂部とを含む。導電性粒子を構成する金属としては、Ｎｉ、ＣｕおよびＡｇなどから選ばれる少なくとも一種または当該金属を含む合金を用いることができる。樹脂部を構成する樹脂としては、エポキシ系の熱硬化性樹脂などを用いることができる。導電性樹脂層は、異なる成分で複数層形成されていてもよい。
金属薄膜層は、スパッタリングまたは蒸着などの薄膜形成法により形成され、金属微粒子が堆積された厚さ１μｍ以下の層である。金属薄膜層を構成する金属としては、Ｎｉ、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕなどから選ばれる少なくとも一種または当該金属を含む合金を用いることができる。金属薄膜層は、異なる成分で複数層形成されていてもよい。
めっき層を構成する金属としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＳｎなどから選ばれる少なくとも一種または当該金属を含む合金を用いることができる。めっき層は、異なる成分で複数層形成されていてもよい。好ましくは、Ｎｉめっき層およびＳｎめっき層の２層である。Ｎｉめっき層は、積層型電子部品を実装する際に、下地電極層がはんだによって侵食されることを防止することができる。Ｓｎめっき層は、Ｓｎを含むはんだとの濡れ性がよい。そのため、積層型電子部品を実装する際に、実装性を向上させることができる。
なお、第１の外部電極１４ａおよび第２の外部電極１４ｂは、それぞれ積層体１０上に直接設けられ、前述の対応する内部電極層と直接接続されるめっき層であってもよい。めっき層は、第１めっき層と、第１めっき層上に設けられた第２めっき層とを含むことが好ましい。
第１めっき層および第２めっき層を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｇ、ＰｄおよびＺｎなどから選ばれる少なくとも一種または当該金属を含む合金を用いることができる。例えば、内部電極層１２を構成する金属としてＮｉを用いた場合、第１めっき層としては、Ｎｉと接合性のよいＣｕを用いるＳｎやＡｕを用いた場合、第１めっき層を構成する金属としてはんだバリア性能ことが好ましい。また、第２めっき層を構成する金属としてはんだ濡れ性のよいを有するＮｉを用いることが好ましい。
＜誘電体層および内部電極層の微細構造＞
積層セラミックコンデンサ１００が備える積層体１０の誘電体層１１は、平均厚さが３００ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である複数の第１の結晶粒Ｇ１（図２参照、後述）を有する。ここで、アスペクト比とは、板状物の厚さ方向に直交する長径の厚さに対する比である。第１の結晶粒Ｇ１は、誘電体材料の結晶粒である。また、内部電極層１２は、平均厚さが１５０ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である、複数の第２の結晶粒Ｇ２（図２参照、後述）を有する。第２の結晶粒Ｇ２は、導電性材料の結晶粒である。
積層セラミックコンデンサ１００が備える積層体１０の誘電体層１１は、平均厚さが３００ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である複数の第１の結晶粒Ｇ１（図２参照、後述）を有する。ここで、アスペクト比とは、板状物の厚さ方向に直交する長径の厚さに対する比である。第１の結晶粒Ｇ１は、誘電体材料の結晶粒である。また、内部電極層１２は、平均厚さが１５０ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である、複数の第２の結晶粒Ｇ２（図２参照、後述）を有する。第２の結晶粒Ｇ２は、導電性材料の結晶粒である。
誘電体層１１および内部電極層１２の微細構造を調べるため、走査型電子顕微鏡（以後、ＳＥＭと略称することがある）観察を行なった。この調査において、誘電体層１１の材料には、ＢａＴｉＯ3をペロブスカイト型化合物の基本的な構造とし、種々の添加物が加えられた誘電体材料が用いられた。また、内部電極層１２の材料には、Ｎｉが用いられた。
積層セラミックコンデンサ１００の積層体１０の、誘電体層１１および内部電極層１２の微細構造の調査方法について、図２を用いて説明する。
後述する製造方法により、積層セラミックコンデンサ１００の積層体１０を得た。積層体１０を、積層方向について仮想的に上部領域、中央領域および下部領域の３つの領域に分けた。そして、各領域の積層方向、幅方向および長さ方向における中央部近傍の誘電体層１１および内部電極層１２を露出させ、それぞれの露出面についてＳＥＭ観察を行なった。
図２（Ａ）は、誘電体層１１に含まれる第１の結晶粒Ｇ１の平均アスペクト比ＡＳ１AV（後述）の算出方法を説明するための、誘電体層１１の上面図である。上記の上部領域、中央領域および下部領域の３つの領域から、誘電体層１１の露出面をそれぞれ３つずつ得た。誘電体層１１の露出面は、内部電極層１２を溶解した後、積層体１０を所望の位置で分断することにより得ることができる。
誘電体層１１の露出面には、図２（Ａ）に示されるような複数の板状物である第１の結晶粒Ｇ１が観察される。ＳＥＭ観察像内における第１の結晶粒Ｇ１について、その長径Ｌ１i（ｉ＝１、２、・・・Ｎ）が測定された。長径Ｌ１iの測定は、画像解析により行なわれた。また、長径Ｌ１iを測定した第１の結晶粒Ｇ１について、集束イオンビーム（以後、ＦＩＢと略称することがある）を用いて厚さが分かるように加工し、ＳＥＭにより厚さＴ１i（ｉ＝１、２、・・・Ｎ）が測定された。
なお、厚さＴ１iは、ＦＩＢ加工により露出された第１の結晶粒Ｇ１の断面の３箇所を測定し、その平均とした。今回の誘電体層１１の微細構造の調査における測定粒子数Ｎは、２０である。
ここで、板状物である第１の結晶粒Ｇ１の厚さＴ１i方向に直交する長径Ｌ１iの、厚さＴ１iに対する比をアスペクト比ＡＳ１iとする。上記の測定によって得られた長径Ｌ１1、Ｌ１2、・・・、Ｌ１20と厚さＴ１1、Ｔ１2、・・・、Ｔ１20とから、ＡＳ１1、ＡＳ１2、・・・、ＡＳ１20が算出された。それらのアスペクト比ＡＳ１1、ＡＳ１2、・・・、ＡＳ１20の平均値である平均アスペクト比ＡＳ１AVが算出された。また、厚さＴ１1、Ｔ１2、・・・、Ｔ１20の平均厚さＴ１AVが算出された。
この作業を上部領域、中央領域および下部領域の３つの領域から、それぞれ３つずつ得られた、合計９つの誘電体層１１の露出面に対して行なった。その結果、誘電体層１１のいずれの露出面においても、第１の結晶粒Ｇ１の平均アスペクト比ＡＳ１AVは、５以上であることが確認された。また、第１の結晶粒Ｇ１の平均厚さＴ１AVは、３００ｎｍであることが確認された。
図２（Ｂ）は、内部電極層１２に含まれる第２の結晶粒Ｇ２の平均アスペクト比ＡＳ２AV（後述）の算出方法を説明するための、内部電極層１２の上面図である。上記の上部領域、中央領域および下部領域の３つの領域から、内部電極層１２の露出面をそれぞれ３つずつ得た。内部電極層１２の露出面は、誘電体層１１と内部電極層１２との界面を電気化学的または機械的に剥離させることにより得ることができる。
内部電極層１２の露出面には、図２（Ｂ）に示されるような複数の板状物である第２の結晶粒Ｇ２が観察される。ＳＥＭ観察像内における第２の結晶粒Ｇ２について、その長径Ｌ２i（ｉ＝１、２、・・・Ｎ）が測定された。長径Ｌ２iの測定は、画像解析により行なわれた。また、長径Ｌ２iを測定した第２の結晶粒Ｇ２について、ＦＩＢを用いて厚さが分かるように加工し、ＳＥＭにより厚さＴ２i（ｉ＝１、２、・・・Ｎ）が測定された。
なお、厚さＴ２iは、ＦＩＢ加工により露出された第２の結晶粒Ｇ２の断面の３箇所を測定し、その平均とした。今回の内部電極層１２の微細構造の調査における測定粒子数Ｎは、２０である。
ここで、板状物である第２の結晶粒Ｇ２の厚さＴ２i方向に直交する長径Ｌ２iの、厚さＴ２iに対する比をアスペクト比ＡＳ２iとする。上記の測定によって得られた長径Ｌ２1、Ｌ２2、・・・、Ｌ２20と厚さＴ２1、Ｔ２2、・・・、Ｔ２20とから、ＡＳ２1、ＡＳ２2、・・・、ＡＳ２20が算出された。それらのアスペクト比ＡＳ２1、ＡＳ２2、・・・、ＡＳ２20の平均値である平均アスペクト比ＡＳ２AVが算出された。また、厚さＴ２1、Ｔ２2、・・・、Ｔ２20の平均厚さＴ２AVが算出された。
この作業を上部領域、中央領域および下部領域の３つの領域から、それぞれ３つずつ得られた、合計９つの内部電極層１２の露出面に対して行なった。その結果、内部電極層１２のいずれの露出面においても、第２の結晶粒Ｇ２の平均アスペクト比ＡＳ２AVは、５以上であることが確認された。また、第２の結晶粒Ｇ２の平均厚さＴ２AVは、１５０ｎｍであることが確認された。
図３は、図１に示した積層セラミックコンデンサ１００の積層体１０の中央領域の中央部近傍における、誘電体層１１および内部電極層１２の微細構造を模式的に表した断面図である。上部領域および下部領域も同様であるので、それらについての説明は省略する。
前述したように、積層セラミックコンデンサ１００の積層体１０の誘電体層１１は、平均厚さＴ１AVが３００ｎｍ以下であり、平均アスペクト比ＡＳ１AVが５以上の第１の結晶粒Ｇ１を有する。また、第１の内部電極層１２ａおよび第２の内部電極層１２ｂは、平均厚さＴ２AVが１５０ｎｍ以下であり、平均アスペクト比ＡＳ２AVが５以上の第２の結晶粒Ｇ２を有する。
積層セラミックコンデンサ１００では、内部電極層１２が板状物である第２の結晶粒Ｇ２を有している。そのため、積層体１０の第１の主面および第２の主面に沿った方向における焼結収縮の度合いは、内部電極層が板状物である導電体粒子を含まない場合に比べて小さくなっている。したがって、焼結収縮の度合いの小さい板状物である第１の結晶粒Ｇ１を有している誘電体層１１と組み合わせた場合に、誘電体層１１と内部電極層１２との焼結収縮状態の違いによる、積層体１０の内部の歪みの発生を抑制することができる。すなわち、その歪みによるデラミネーションやクラックなどの構造欠陥の発生を抑制することができる。
なお、誘電体層１１の平均厚さが０．４μｍ以下の薄層である場合、上記の効果に加えて、積層セラミックコンデンサ１００の静電容量を向上させることができる。ただし、この場合、０．４μｍより厚い場合に比べて、内部電極層の焼結収縮により誘電体層を変形させようとする力が大きくなることが、別途の実験で確認されている。このような場合でも、それぞれ前述の特徴を備えた第１の結晶粒Ｇ１を有する誘電体層１１と第２の結晶粒Ｇ２を有する内部電極層１２とを組み合わせることにより、積層体１０の内部の歪みの発生を効果的に抑制することができる。
また、内部電極層１２の平均厚さが０．３μｍ以下である場合、上記の効果に加えて、積層体１０の積層方向の厚さを抑制することができる。ただし、この場合、０．３μｍより厚い場合に比べて、焼結収縮により内部電極層に孔が開きやすくなり、甚だしくは内部電極層が網状になってしまう場合がある。このような場合でも、それぞれ前述の特徴を備えた第１の結晶粒Ｇ１を有する誘電体層１１と第２の結晶粒Ｇ２を有する内部電極層１２とを組み合わせることにより、上記の効果に加えて、内部電極層に開く孔を低減することができる。その結果、積層セラミックコンデンサ１００の静電容量の低下を抑制することができる。
＜積層セラミックコンデンサの製造方法＞
この開示に従う積層型電子部品の実施形態を示す積層セラミックコンデンサ１００の製造方法について、製造工程順に説明する。積層セラミックコンデンサ１００の製造方法は、以下の各工程を備える。
この開示に従う積層型電子部品の実施形態を示す積層セラミックコンデンサ１００の製造方法について、製造工程順に説明する。積層セラミックコンデンサ１００の製造方法は、以下の各工程を備える。
積層セラミックコンデンサ１００の製造方法は、例えばＢａＴｉＯ3粉末の表面に種々の添加物が付与された粉末（誘電体粉末）を用いて、複数のセラミックグリーンシートを得る工程を備える。この工程は、複数の焼結前誘電体層を得る工程に相当する。すなわち、「グリーン」という文言は、「焼結前」を表す表現であり、以後もその意味で用いられる。
上記の誘電体粉末は、例えばＢａＴｉＯ3粉末の表面に添加物の有機化合物を付与し、仮焼して有機成分を燃焼させることにより、添加物が酸化物の状態でＢａＴｉＯ3粉末の表面に付与された状態となるようにして作製することができる。ただし、これに限らず、有機化合物の状態でも、または酸化物と有機化合物とが混在した状態でもよい。また、ＢａＴｉＯ3粉末に限らず、ＢａＴｉＯ3固溶体粉末であってもよい。
なお、セラミックグリーンシートは、誘電体粉末とバインダーとを含むスラリーを、例えばドクターブレード法または各種コーターによる塗工法などの既知の方法を用いて、基材に塗工することにより得ることができる。
積層セラミックコンデンサ１００の製造方法は、セラミックグリーンシートに、導電体粉末を含む内部電極用ペーストを用いて、内部電極層パターンを印刷する工程を備える。この工程は、焼結前誘電体層に、焼結前内部電極層を形成する工程に相当する。内部電極層用ペーストは、例えばＮｉ、Ｎｉ合金、ＣｕおよびＣｕ合金のうち１つを含む導電体粉末と、ＢａＴｉＯ3粉末の表面に種々の添加物が付与された粉末（共材）とを含む。なお、共材は、必須ではない。
上記の共材は、例えばＢａＴｉＯ3粉末の表面に添加物の有機化合物を付与し、仮焼して有機成分を燃焼させることにより、添加物が酸化物の状態でＢａＴｉＯ3粉末の表面に付与された状態となるようにして作製することができる。ただし、これに限らず、有機化合物の状態でも、または酸化物と有機化合物とが混在した状態でもよい。また、ＢａＴｉＯ3粉末に限らず、ＢａＴｉＯ3固溶体粉末であってもよい。共材は、誘電体粉末と同じものであっても、異なるものであってもよい。
積層セラミックコンデンサ１００の製造方法は、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートを積層し、グリーン積層体を得る工程を備える。この工程は、焼結前内部電極層が形成された焼結前誘電体層を含む複数の焼結前誘電体層を積層し、焼結前積層体を得る工程に相当する。
積層セラミックコンデンサ１００の製造方法は、グリーン積層体を焼結させ、積層された複数の誘電体層と、複数の内部電極層とを含む積層体を得る工程とを備える。この工程は、焼結前積層体を焼結させ、積層された複数の誘電体層と、複数の内部電極層とを含む積層体を得る工程に相当する。
ここで、複数のセラミックグリーンシートを得る工程では、板状物である誘電体粒子を含む誘電体粉末が用いられる。この誘電体粒子は、平均厚さが２００ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上である。誘電体粉末は、前述したようにバインダーと混合されてスラリー化された後、基材上に塗工されてセラミックグリーンシートとなる。
また、セラミックグリーンシートに、導電体粉末を含む内部電極用ペーストを用いて、内部電極層パターンを印刷する工程では、板状物である導電体粒子を含む導電体粉末が用いられる。この導電体粒子は、平均厚さが１５０ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上である。導電体粉末は、バインダーと混合されてペースト化されることにより、内部電極用ペーストとなる。なお、アスペクト比は、誘電体層および内部電極層の微細構造の説明において定義されたものである。
それぞれ上記の特徴を備えた誘電体粒子を含む誘電体粉末および導電体粒子を含む導電体粉末を用いることにより、前述の特徴を備えた積層セラミックコンデンサ１００を製造することができる。
上記のセラミックグリーンシートを得る工程から焼結した積層体を得る工程までを、図４を用いて詳細に説明する。
図４は、この開示に従う積層型電子部品の実施形態である積層セラミックコンデンサ１００が備える積層体１０を製造する工程の要部を示す断面図である。
図４（Ａ）は、セラミックグリーンシート１１ｇを得る工程を示した断面図である。セラミックグリーンシート１１ｇの作製には、平均厚さが２００ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である誘電体粒子ＤＰを含む誘電体粉末が用いられる。誘電体粉末は、例えばＢａＴｉＯ3またはＢａＴｉＯ3固溶体のようなＢａおよびＴｉを含むペロブスカイト化合物を含む。前述したように、誘電体粉末はバインダーと共にスラリー化され、例えば樹脂フィルムのような基材ＣＦ上に塗工されることにより、セラミックグリーンシート１１ｇとなる。バインダーについては図示を省略する。
図４（Ｂ）は、セラミックグリーンシート１１ｇに、第１の内部電極層パターン１２ａｇを付与する工程を示した断面図である。なお、セラミックグリーンシート１１ｇに、第２の内部電極層パターン１２ｂｇ（図４（Ｃ）参照）を付与する工程は、第１の内部電極層パターン１２ａｇを付与する工程と同様であるため、説明を省略する。
第１の内部電極層パターン１２ａｇの作製には、平均厚さが１５０ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である導電体粒子ＣＰを含む導電体粉末が用いられる。導電体粉末は、例えばＮｉを含む。前述したように、導電体粉末はバインダーと共にペースト化され、セラミックグリーンシート１１ｇ上に所定のパターンとなるように塗工される。バインダーについては図示を省略する。
図４（Ｃ）は、各内部電極層パターンが付与されたセラミックグリーンシート１１ｇを含む複数のセラミックグリーンシート１１ｇを積層し、グリーン積層体１０ｇを得る工程を示した断面図である。第１の内部電極層パターン１２ａｇと第２の内部電極層パターン１２ｂｇとは、積層セラミックコンデンサ１００となったときに、コンデンサ素子を形成するように配置されている。グリーン積層体１０ｇの形成は、既知の方法により行なわれる。なお、グリーン積層体１０ｇの形成時に、静水圧プレスを行なうようにしてもよい。この場合、それぞれ板状物である誘電体粒子および導電体粒子の配向が効果的に行なわれる。
図４（Ｄ）は、グリーン積層体１０ｇを焼結させ、積層された複数の誘電体層１１と、複数の第１の内部電極層１２ａおよび第２の内部電極層１２ｂとを含む積層体を得る工程を示す断面図である。第１の内部電極層１２ａは、平均厚さが３００ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である複数の第１の結晶粒Ｇ１を有する。また、第１の内部電極層１２ａおよび第２の内部電極層１２ｂは、平均厚さが１５０ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である、複数の第２の結晶粒Ｇ２を有する。
セラミックグリーンシート１１ｇは、焼結時における収縮の度合いが小さい。そこで、同様に焼結時における収縮の度合いが、板状物である導電体粒子を含まない場合に比べて小さい第１の内部電極層パターン１２ａｇおよび第２の内部電極層パターン１２ｂｇと組み合わせることにより、焼結後の積層体１０の内部の歪みの発生を抑制することができる。そして、その歪みによるデラミネーションやクラックなどの構造欠陥の発生を抑制することができる。
なお、誘電体粉末に含まれる板状物である誘電体粒子の平均厚さが１００ｎｍ以下である場合、上記の構造欠陥の発生の抑制に加えて、焼成後の誘電体層１１において、厚さ方向に重なる第１の結晶粒Ｇ１の数を多くすることができる。しかも、図３に示されるように、第１の結晶粒Ｇ１は、誘電体層１１の粒界に沿った第１の内部電極層１２ａから第２の内部電極層１２ｂまでの経路が長くなるように部分的に重なっている。この場合、絶縁抵抗および信頼性を向上させることができる。
また、導電体粉末に含まれる板状物である導電体粒子の平均厚さが５０ｎｍ以下である場合、上記の構造欠陥の発生の抑制に加えて、焼成後の内部電極層１２において、厚さ方向に重なる第２の結晶粒Ｇ２の数を多くすることができる。しかも、図３に示されるように、第２の結晶粒Ｇ２は、内部電極層１２の粒界に沿った一方主面から他方主面までの経路が長くなるように部分的に重なっている。この場合、焼結収縮により内部電極層に開く孔を低減することができる。
この明細書に開示された実施形態は、例示的なものであって、この開示に係る発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。すなわち、この開示に係る発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、上記の範囲内において、種々の応用、変形を加えることができる。
例えば、積層体を構成する誘電体層の数および材質、ならびに内部電極層の数および材質に関して、この発明の範囲内で種々の応用または変形を加えることができる。また、積層型電子部品として積層セラミックコンデンサを例示したが、この開示に係る発明はそれに限らず、多層基板の内部に形成されたコンデンサ要素などにも適用することができる。
１００ 積層セラミックコンデンサ
１０ 積層体
１１ 誘電体層
１２ 内部電極層
１２ａ 第１の内部電極層
１２ｂ 第２の内部電極層
Ｇ１ 第１の結晶粒
Ｇ２ 第２の結晶粒
Ｔ１AV 第１の結晶粒の平均厚さ
Ｔ２AV 第２の結晶粒の平均厚さ
ＡＳ１AV 第１の結晶粒の平均アスペクト比
ＡＳ２AV 第２の結晶粒の平均アスペクト比
１０ 積層体
１１ 誘電体層
１２ 内部電極層
１２ａ 第１の内部電極層
１２ｂ 第２の内部電極層
Ｇ１ 第１の結晶粒
Ｇ２ 第２の結晶粒
Ｔ１AV 第１の結晶粒の平均厚さ
Ｔ２AV 第２の結晶粒の平均厚さ
ＡＳ１AV 第１の結晶粒の平均アスペクト比
ＡＳ２AV 第２の結晶粒の平均アスペクト比
Claims (7)
- 積層された複数の誘電体層と複数の内部電極層とを含む積層体を備え、
板状物の厚さ方向に直交する長径の、厚さに対する比をアスペクト比としたとき、
前記誘電体層は、平均厚さが３００ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である複数の第１の結晶粒を有し、
前記内部電極層は、平均厚さが１５０ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である複数の第２の結晶粒を有する、積層型電子部品。 - 前記誘電体層の平均厚さが０．４μｍ以下である、請求項１に記載の積層型電子部品。
- 前記内部電極層の平均厚さが０．３μｍ以下である、請求項１または２に記載の積層型電子部品。
- 複数の焼結前誘電体層を得る工程と、
前記焼結前誘電体層に焼結前内部電極層を形成する工程と、
前記焼結前内部電極層が形成された焼結前誘電体層を含む前記複数の焼結前誘電体層を積層し、焼結前積層体を得る工程と、
前記焼結前積層体を焼結させ、積層された複数の誘電体層と、複数の内部電極層とを含む積層体を得る工程とを備え、
板状物の厚さ方向に直交する長径の、厚さに対する比をアスペクト比としたとき、
前記複数の焼結前誘電体層を得る工程では、平均厚さが２００ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である誘電体粒子を含む誘電体粉末が用いられ、
前記焼結前内部電極層を形成する工程では、平均厚さが１５０ｎｍ以下であり、平均アスペクト比が５以上の板状物である導電体粒子を含む導電体粉末が用いられる、積層型電子部品の製造方法。 - 前記誘電体粉末は、ＢａおよびＴｉを含むペロブスカイト化合物を含み、
前記導電体粉末は、Ｎｉを含む、請求項４に記載の積層型電子部品の製造方法。 - 前記誘電体粉末に含まれる板状物である誘電体粒子の平均厚さが１００ｎｍ以下である、請求項４または５に記載の積層型電子部品の製造方法。
- 前記導電体粉末に含まれる板状物である導電体粒子の平均厚さが５０ｎｍ以下である、請求項４ないし６のいずれか１項に記載の積層型電子部品の製造方法。
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