JP2023006562A - セラミック電子部品およびセラミック電子部品の製造方法 - Google Patents
セラミック電子部品およびセラミック電子部品の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 絶縁性に優れ、層間剥離が発生しにくいセラミック電子部品およびセラミック電子部品の製造方法を提供する。【解決手段】 セラミック電子部品は、セラミックを主成分とする誘電体層と、内部電極層と、が交互に積層され、略直方体形状を有し、積層された複数の前記内部電極層が交互に対向する２端面に露出するように形成された積層構造と、前記積層構造の積層方向の両端に設けられ、セラミックを主成分とする第１カバー層と、前記第１カバー層よりもポア率の高い第２カバー層と、を備え、前記２端面が対向する向きに直交する断面における前記第２カバー層の前記第１カバー層側の界面において、両端の湾曲部分の積層方向の高さをＡ，Ｂとし、前記積層方向において前記第１カバー層から前記第２カバー層までの最短高さをＣとした場合に、Ｑ＝（Ａ＋Ｂ）／２Ｃ×１００（％）は、０．５％以上、１．６％以下である。【選択図】 図４
Description
本発明は、セラミック電子部品およびセラミック電子部品の製造方法に関する。
電子機器の回路の電圧変動を抑制するために積層セラミックコンデンサが用いられている。実装密度は、近年においても高まりつづけ、積層セラミックコンデンサの小型・大容量化に伴って容量密度が高まり続けている。また、ＩｏＴや車の電子化などにより、自動車や医療機器などの様々な分野に市場は広がり、薄層高容量な積層セラミックコンデンサにおいても、製品の長寿命化に対する要求が非常に高まっている。
積層セラミックコンデンサなどのセラミック電子部品の製造過程において、誘電体グリーンシート上に金属導電ペーストの内部電極パターンをスクリーン印刷する際に、内部電極パターンのエッジ部分は、生成する印刷サドルにより高く盛り上がる（例えば、特許文献１参照）。この印刷サドルは、一層毎に内部電極パターンの端に対称性をもって発生する。したがって、高積層密度なセラミック電子部品では、積層による印刷サドルの累積によって上カバーシートに隣接する内部電極パターンのエッジ部分においては、シートが大きく湾曲する傾向となる。
また、印刷サドルの影響によりチップ端の電界強度が局所的に高まると、絶縁性の低下を引き起こすと考えられる。実際に低寿命チップの故障解析をすると、故障箇所は、内部電極層の左右エッジ部に集中する傾向があった。セラミック電子部品の容量密度を上げるためには、誘電体グリーンシートを薄くして積層密度を上げることが望まれるため、これらの印刷サドルの影響は、容量密度が高まるほどに顕著になる。
一方で、積層した内部電極パターンの湾曲には、アンカー効果により上カバーシートと内部電極パターンとの間の密着力が向上するという効果もある。セラミック電子部品は、多積層になるほど、内部電極パターンの積層後の上カバーシートの積層の際に、強い力でプレスすると、内部電極パターンの積層がずれるリスクがある。そこで、プレス圧力を下げることが望まれる。結果として、内部電極パターンと上カバーシートとの界面の密着力が下がり、層間剥離が発生するリスクが高くなる。この層間剥離は、耐湿性不良などを引き起こす原因となる。多積層な製品においては、内部電極パターンの湾曲が小さすぎると、アンカー効果の減少により、このような内部電極パターンと上カバーシートとの界面の層間剥離が発生するリスクが上がる傾向がある。
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、絶縁性に優れ、層間剥離が発生しにくいセラミック電子部品およびセラミック電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係るセラミック電子部品は、セラミックを主成分とする誘電体層と、内部電極層と、が交互に積層され、略直方体形状を有し、積層された複数の前記内部電極層が交互に対向する２端面に露出するように形成された積層構造と、前記積層構造の積層方向の両端に設けられ、セラミックを主成分とする第１カバー層と、前記第１カバー層よりもポア率の高い第２カバー層と、を備え、前記２端面が対向する向きに直交する断面における前記第２カバー層の前記第１カバー層側の界面において、両端の湾曲部分の積層方向の高さをＡ，Ｂとし、前記積層方向において前記第１カバー層から前記第２カバー層までの最短高さをＣとした場合に、Ｑ＝（Ａ＋Ｂ）／２Ｃ×１００（％）は、０．５％以上、１．６％以下であることを特徴とする。
上記セラミック電子部品は、長さ１．６ｍｍ、幅０．８ｍｍ、高さ０．８ｍｍの１６０８形状以上のサイズを有していてもよい。
上記セラミック電子部品において、前記内部電極層の積層数Ｌは、６００以上であってもよい。
上記セラミック電子部品において、Ｐ＝Ｌ／Ｃは、０．５８以上であってもよい。
上記セラミック電子部品において、前記Ｃは、８００μｍ以上であってもよい。
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、セラミック粉末を含む誘電体グリーンシート上に、金属粉末を含む内部電極パターンをスクリーン印刷することによって積層単位を形成する工程と、セラミック粉末を含む第１カバーシート上に、複数の前記積層単位を積層し、セラミック粉末を含む第２カバーシートを積層し、積層された複数の前記内部電極パターンを、対向する第１端面および第２端面に交互に露出させることによって、略直方体形状のセラミック積層体を形成する工程と、前記セラミック積層体を焼成することによって、前記第１カバーシートから第１カバー層を形成し、前記第２カバーシートから第２カバー層を形成する工程と、を含み、前記２端面が対向する向きに直交する断面における前記第２カバー層の前記第１カバー層側の界面において、両端の湾曲部分の積層方向の高さをＡ，Ｂとし、前記積層方向において前記第１カバー層から前記第２カバー層までの最短高さをＣとした場合に、Ｑ＝（Ａ＋Ｂ）／２Ｃ×１００（％）は、０．５％以上、１．６％以下となるように、前記スクリーン印刷に用いるスクリーンに非透過体積部を設けるか、前記内部電極パターンにおける希釈率を調整することを特徴とする。
本発明によれば、絶縁性に優れ、層間剥離が発生しにくいセラミック電子部品およびセラミック電子部品の製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。
（実施形態）
図１は、実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１００の部分断面斜視図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。図３は、図１のＢ－Ｂ線断面図である。図１～図３で例示するように、積層セラミックコンデンサ１００は、略直方体形状を有する積層チップ１０と、積層チップ１０のいずれかの対向する２端面に設けられた外部電極２０ａ，２０ｂとを備える。なお、積層チップ１０の当該２端面以外の４面のうち、積層方向の上面および下面以外の２面を側面と称する。外部電極２０ａ，２０ｂは、積層チップ１０の積層方向の上面、下面および２側面に延在している。ただし、外部電極２０ａ，２０ｂは、互いに離間している。
図１は、実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１００の部分断面斜視図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。図３は、図１のＢ－Ｂ線断面図である。図１～図３で例示するように、積層セラミックコンデンサ１００は、略直方体形状を有する積層チップ１０と、積層チップ１０のいずれかの対向する２端面に設けられた外部電極２０ａ，２０ｂとを備える。なお、積層チップ１０の当該２端面以外の４面のうち、積層方向の上面および下面以外の２面を側面と称する。外部電極２０ａ，２０ｂは、積層チップ１０の積層方向の上面、下面および２側面に延在している。ただし、外部電極２０ａ，２０ｂは、互いに離間している。
なお、図１～図３において、Ｘ軸方向は、積層チップ１０の長さ方向であって、積層チップ１０の２端面が対向する方向であり、外部電極２０ａと外部電極２０ｂとが対向する方向である。Ｙ軸方向は、内部電極層の幅方向であり、積層チップ１０の２側面が対向する方向である。Ｚ軸方向は、積層方向であり、積層チップ１０の上面と下面とが対向する方向である。Ｘ軸方向と、Ｙ軸方向と、Ｚ軸方向とは、互いに直交している。
積層チップ１０は、誘電体として機能するセラミック材料を含む誘電体層１１と、卑金属材料を含む内部電極層１２とが、交互に積層された構成を有する。各内部電極層１２の端縁は、積層チップ１０の外部電極２０ａが設けられた端面と、外部電極２０ｂが設けられた端面とに、交互に露出している。それにより、各内部電極層１２は、外部電極２０ａと外部電極２０ｂとに、交互に導通している。その結果、積層セラミックコンデンサ１００は、複数の誘電体層１１が内部電極層１２を介して積層された構成を有する。また、誘電体層１１と内部電極層１２との積層構造において、積層方向の最外層には内部電極層１２が配置され、当該積層構造の下面は、第１カバー層１３ａによって覆われている。当該積層構造の上面は、第２カバー層１３ｂによって覆われている。第１カバー層１３ａおよび第２カバー層１３ｂは、セラミック材料を主成分とする。例えば、第１カバー層１３ａおよび第２カバー層１３ｂの材料は、誘電体層１１とセラミック材料の主成分が同じである。
積層セラミックコンデンサ１００のサイズは、例えば、長さ１．６ｍｍ、幅０．８ｍｍ、高さ０．８ｍｍであり、または長さ２．０ｍｍ、幅１．２５ｍｍ、高さ１．２５ｍｍであり、または長さ３．２ｍｍ、幅１．６ｍｍ、高さ１．６ｍｍであり、または長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ、高さ２．５ｍｍであり、または長さ４．５ｍｍ、幅３．２ｍｍ、高さ２．５ｍｍであるが、これらのサイズに限定されるものではない。
内部電極層１２は、Ｎｉ（ニッケル），Ｃｕ（銅），Ｓｎ（スズ）等の卑金属を主成分とする。内部電極層１２として、Ｐｔ（白金），Ｐｄ（パラジウム），Ａｇ（銀），Ａｕ（金）などの貴金属やこれらを含む合金を用いてもよい。
誘電体層１１は、例えば、一般式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト構造を有するセラミック材料を主相とする。なお、当該ペロブスカイト構造は、化学量論組成から外れたＡＢＯ３－αを含む。例えば、当該セラミック材料として、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム），ＣａＺｒＯ３（ジルコン酸カルシウム），ＣａＴｉＯ３（チタン酸カルシウム），ＳｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム），ＭｇＴｉＯ３（チタン酸マグネシウム），ペロブスカイト構造を形成するＢａ１-ｘ－ｙＣａｘＳｒｙＴｉ１－ｚＺｒｚＯ３(０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１)等のうち少なくとも１つから選択して用いることができる。Ｂａ１-ｘ－ｙＣａｘＳｒｙＴｉ１－ｚＺｒｚＯ３は、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸バリウムカルシウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸カルシウムおよびチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウムなどである。
図２で例示するように、外部電極２０ａに接続された内部電極層１２と外部電極２０ｂに接続された内部電極層１２とが対向する領域は、積層セラミックコンデンサ１００において電気容量を生じる領域である。そこで、当該電気容量を生じる領域を、容量領域１４と称する。すなわち、容量領域１４は、異なる外部電極に接続された隣接する内部電極層１２同士が対向する領域である。
外部電極２０ａに接続された内部電極層１２同士が、外部電極２０ｂに接続された内部電極層１２を介さずに対向する領域を、エンドマージン１５と称する。また、外部電極２０ｂに接続された内部電極層１２同士が、外部電極２０ａに接続された内部電極層１２を介さずに対向する領域も、エンドマージン１５である。すなわち、エンドマージン１５は、同じ外部電極に接続された内部電極層１２が異なる外部電極に接続された内部電極層１２を介さずに対向する領域である。エンドマージン１５は、電気容量を生じない領域である。
図３で例示するように、積層チップ１０において、積層チップ１０の２側面から内部電極層１２に至るまでの領域をサイドマージン１６と称する。すなわち、サイドマージン１６は、上記積層構造において積層された複数の内部電極層１２が２側面側に延びた端部を覆うように設けられた領域である。サイドマージン１６も、電気容量を生じない領域である。
次に、図３の断面における各部の形状の詳細について説明する。図４は、図３の断面における各部の形状の詳細を例示する図である。積層チップ１０を作製する際には、焼成後に第１カバー層１３ａとなる下カバーシートがＺ軸方向のマイナス側に配置される。この下カバーシート上に、焼成後に誘電体層１１および内部電極層１２となる積層単位がＺ軸方向のプラス側に順次積層され、その上に、焼成後に第２カバー層１３ｂとなる上カバーシートが積層される。各積層単位が積層されるたびにプレスが行われる。積層後には焼成工程が行われる。なお、第１カバー層１３ａとなる下カバーシートに対するプレス回数が多くなることになるため、第１カバー層１３ａの密着性は、第２カバー層１３ｂの密着性よりも高くなっている。プレス回数が多いほど空隙などが少なくなるため、焼成後において、第１カバー層１３ａのポア率（空孔率）は、第２カバー層１３ｂのポア率よりも低くなっている。
焼成後に内部電極層１２となる内部電極パターンは、スクリーン印刷によって印刷されるため、エッジ部分に印刷サドルが生じる。したがって、積層過程を経ることにより、焼成後において、第２カバー層１３ｂと最上層の内部電極層１２との界面αが湾曲する。この界面αにおいて、Ｙ軸方向の両端が、中央付近よりも、Ｚ軸方向のプラス側に突出するように湾曲する。Ｙ軸方向マイナス側の湾曲部分の高さを高さＡと称する。Ｙ軸方向プラス側の湾曲部分の高さを高さＢと称する。高さＡは、第２カバー層１３ｂと最上層の内部電極層１２との界面において、Ｚ軸方向マイナス側の下端からプラス側の上端までの高さである。高さＢは、当該界面において、Ｚ軸方向マイナス側の下端からプラス側の上端までの高さである。当該界面におけるＺ軸方向マイナス側の下端は、Ｙ軸方向の中央付近に位置する傾向にある。容量領域１４のＺ軸方向の高さ（第１カバー層１３ａから第２カバー層１３ｂまでの最短高さ）を、高さＣと称する。高さＣは、容量領域１４のＹ軸方向の中央付近の高さとなる傾向にある。
本実施形態においては、高さＣに対する、湾曲部分の高さＡ，Ｂの比率（湾曲量比）に着目する。具体的には、湾曲量比Ｑ（％）を、（Ａ＋Ｂ）／２Ｃ×１００（％）と定義する。この湾曲量比Ｑが大きいと、容量領域１４の高さＣに対して、湾曲部分の湾曲量が大きいことになる。湾曲量比Ｑが大きすぎると、湾曲部分における電界強度が局所的に大きくなって絶縁性が低下するおそれがある。そこで、湾曲量比Ｑに上限を設ける。一方で、湾曲量比Ｑが小さいと、容量領域１４の高さＣに対して、湾曲部分の湾曲量が小さいことになる。湾曲量比Ｑが小さすぎると、第２カバー層１３ｂと最上層の内部電極層１２との間のアンカー効果が減少し、層間剥離が発生するおそれがある。そこで、湾曲量比Ｑに下限を設ける。湾曲量比Ｑに上限および下限を設けることによって、絶縁性に優れ、層間剥離が発生しにくい積層セラミックコンデンサ１００を実現することができる。本実施形態においては、湾曲量比Ｑを、０．５％以上、１．６％以下とする。
湾曲部分における電界強度が局所的に大きくなることを抑制する観点から、湾曲量比Ｑは、１．３％以下であることが好ましい。アンカー効果の減少を抑制する観点から、湾曲量比Ｑは、０．７％以上であることが好ましい。
内部電極層１２の積層数Ｌが多いほど、印刷サドルの影響が大きくなる。例えば、積層数Ｌが６００以上であると印刷サドルの影響が特に顕著となる。したがって、積層数Ｌが６００以上となる場合において、湾曲量比Ｑを調整する効果が顕著となる。積層数Ｌは、例えば、８００以上であり、または９２０以上である。
小さいサイズの積層セラミックコンデンサよりも、大きいサイズの積層セラミックコンデンサにおいて印刷される金属導電ペースト量が多くなる。例えば、１６０８形状（長さ１．６ｍｍ、幅０．８ｍｍ、高さ０．８ｍｍ）以上の形状を有する積層セラミックコンデンサでは、印刷サドルの影響が特に顕著となる。したがって、１６０８形状以上のサイズを有する積層セラミックコンデンサにおいて、湾曲量比Ｑを調整する効果が顕著となる。積層セラミックコンデンサ１００は、例えば、２０１２形状（長さ２．０ｍｍ、幅１．２５ｍｍ、高さ１．２５ｍｍ）以上のサイズを有し、または３２１６形状（長さ３．２ｍｍ、幅１．６ｍｍ、高さ１．６ｍｍ）以上のサイズを有する。
積層密度が高いほど、印刷サドルの影響が大きくなる。例えば、積層密度Ｐ＝Ｌ／Ｃと定義すると、Ｐ＝０．５８以上になると、印刷サドルの影響が特に顕著となる。したがって、Ｐ＝０．５８以上となる積層セラミックコンデンサにおいて、湾曲量比Ｑを調整する効果が顕著となる。例えば、積層密度Ｐは、０．７３以上であり、または０．７６以上である。
高さＣが大きいほど積層セラミックコンデンサのサイズが大きくなるため、印刷サドルの影響が大きくなる。例えば、高さＣ＝８００μｍ以上になると、印刷サドルの影響が特に顕著となる。したがって、高さＣ＝８００μｍ以上となる積層セラミックコンデンサにおいて、湾曲量比Ｑを調整する効果が顕著となる。例えば、高さＣは、１１００μｍ以上であり、または１６００μｍ以上である。
続いて、積層セラミックコンデンサ１００の製造方法について説明する。図５は、積層セラミックコンデンサ１００の製造方法のフローを例示する図である。
（原料粉末作製工程）
まず、誘電体層１１を形成するための誘電体材料を用意する。誘電体材料は、誘電体層１１の主成分セラミックを含む。誘電体層１１に含まれるＡサイト元素およびＢサイト元素は、通常はＡＢＯ３の粒子の焼結体の形で誘電体層１１に含まれる。例えば、ＢａＴｉＯ３は、ペロブスカイト構造を有する正方晶化合物であって、高い誘電率を示す。このＢａＴｉＯ３は、一般的に、二酸化チタンなどのチタン原料と炭酸バリウムなどのバリウム原料とを反応させてチタン酸バリウムを合成することで得ることができる。誘電体層１１の主成分セラミックの合成方法としては、従来種々の方法が知られており、例えば固相法、ゾル－ゲル法、水熱法等が知られている。本実施形態においては、これらのいずれも採用することができる。
まず、誘電体層１１を形成するための誘電体材料を用意する。誘電体材料は、誘電体層１１の主成分セラミックを含む。誘電体層１１に含まれるＡサイト元素およびＢサイト元素は、通常はＡＢＯ３の粒子の焼結体の形で誘電体層１１に含まれる。例えば、ＢａＴｉＯ３は、ペロブスカイト構造を有する正方晶化合物であって、高い誘電率を示す。このＢａＴｉＯ３は、一般的に、二酸化チタンなどのチタン原料と炭酸バリウムなどのバリウム原料とを反応させてチタン酸バリウムを合成することで得ることができる。誘電体層１１の主成分セラミックの合成方法としては、従来種々の方法が知られており、例えば固相法、ゾル－ゲル法、水熱法等が知られている。本実施形態においては、これらのいずれも採用することができる。
得られたセラミック粉末に、目的に応じて所定の添加化合物を添加する。添加化合物としては、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、希土類元素(イットリウム（Ｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ)、ツリウム（Ｔｍ）およびイッテルビウム（Ｙｂ）)の酸化物、または、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、リチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）もしくはケイ素（Ｓｉ）を含む酸化物、または、コバルト、ニッケル、リチウム、ホウ素、ナトリウム、カリウムもしくはケイ素を含むガラスが挙げられる。
（積層工程）
次に、原料粉末作製工程で得られた誘電体材料に、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂等のバインダと、エタノール、トルエン等の有機溶剤と、可塑剤とを加えて湿式混合する。得られたスラリを使用して、例えばダイコータ法やドクターブレード法により、基材上に誘電体グリーンシート５１を塗工して乾燥させる。
次に、原料粉末作製工程で得られた誘電体材料に、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂等のバインダと、エタノール、トルエン等の有機溶剤と、可塑剤とを加えて湿式混合する。得られたスラリを使用して、例えばダイコータ法やドクターブレード法により、基材上に誘電体グリーンシート５１を塗工して乾燥させる。
次に、図６（ａ）で例示するように、誘電体グリーンシート５１の表面に、有機バインダを含む内部電極形成用の金属導電ペーストをスクリーン印刷によって印刷することで、内部電極パターン５２を配置する。金属導電ペーストには、共材としてセラミック粒子を添加する。セラミック粒子の主成分は、特に限定するものではないが、誘電体層１１の主成分セラミックと同じであることが好ましい。
次に、図６（ａ）で例示するように、誘電体グリーンシート５１上において、内部電極パターン５２が印刷されていない周辺領域に逆パターンペーストを印刷することで逆パターン５３を配置し、内部電極パターン５２との段差を埋める。逆パターンペーストは、誘電体グリーンシート５１と同じ成分であってもよく、添加化合物等が異なっていてもよい。誘電体グリーンシート５１上に内部電極パターン５２および逆パターン５３が印刷されたものを、以下、積層単位とも称する。
下カバーシートを所定数（例えば２～１０層）だけ積層し、その上に、図６（ｂ）で例示するように、内部電極層１２と誘電体層１１とが互い違いになるように、かつ内部電極層１２が誘電体層１１の長さ方向の両端面に端縁が交互に露出して極性の異なる一対の外部電極２０ａ，２０ｂに交互に引き出されるように、積層単位を積層していく。積層単位を積層するごとに、プレスを行なう。
この積層工程において、印刷サドルの累積によって湾曲が大きくなるおそれがある。そこで、本実施形態においては、印刷サドルの累積量を低減する。まず、図７は、誘電体グリーンシート５１上に内部電極パターン５２が印刷された様子を例示する図である。図７で例示するように、印刷された内部電極パターン５２の両側のエッジ部分には、印刷サドルが生じる。Ｙ軸方向マイナス側の印刷サドルの高さを高さａと称する。Ｙ軸方向プラス側の印刷サドルの高さを高さｂと称する。高さａおよび高さｂは、Ｙ軸方向の中央付近において最も薄くなっている箇所の上面からのＺ軸方向の高さである。
印刷サドルは、内部電極パターン５２の平面視における周縁部に形成されやすくなっている。そこで、本実施形態においては、図８で例示するように、印刷スクリーン６０において、内部電極パターン５２の平面視における周縁部に対応する領域に、所定の間隔でドット状の非透過体積部６１を形成する。非透過体積部６１では、金属導電ペーストの透過量を抑えることができる。非透過体積部６１の周囲ペーストのレベリングによって、非透過体積部６１の空隙が埋まることで、内部電極パターン５２の平面視における周縁部における印刷サドル量を低減することができる。例えば、内部電極パターン５２の周縁から距離ｚμｍの位置に内部電極パターン体積の０．０１％の非透過体積部６１を間隔ｘμｍで配置することができる。距離ｚは、内部電極パターン５２の幅（長方形のパターンの短辺）に対して１％～５％の値である。ｘは、例えば、４０μｍ以上、２００μｍ以下である。
次に、積層された積層単位の上に上カバーシートを所定数（例えば２～１０層）だけ積層し、熱圧着し、所定チップ寸法（例えば焼成後のサイズで１．６ｍｍ×０．８ｍｍとなる寸法）にカットする。図９は、積層断面を例示する図である。図９で例示するように、焼成後に第１カバー層１３ａとなる複数の下カバーシート５４ａ上に、内部電極パターン５２および逆パターン５３が印刷された誘電体グリーンシート５１が複数積層され、その上に、焼成後に第２カバー層１３ｂとなる複数の上カバーシート５４ｂが積層されている。下カバーシート５４ａおよび上カバーシート５４ｂは、誘電体グリーンシート５１と同じ成分であってもよく、添加化合物等が異なっていてもよい。
（焼成工程）
このようにして得られたセラミック積層体を、Ｎ２雰囲気で脱バインダ処理した後に外部電極２０ａとなる金属導電ペーストをディップ法で塗布し、外部電極２０ｂとなる金属導電ペーストをディップ法で塗布し、酸素分圧１０－５～１０－８ａｔｍの還元雰囲気中で１１００～１３００℃で１０分～２時間焼成する。このようにして、積層セラミックコンデンサ１００が得られる。
このようにして得られたセラミック積層体を、Ｎ２雰囲気で脱バインダ処理した後に外部電極２０ａとなる金属導電ペーストをディップ法で塗布し、外部電極２０ｂとなる金属導電ペーストをディップ法で塗布し、酸素分圧１０－５～１０－８ａｔｍの還元雰囲気中で１１００～１３００℃で１０分～２時間焼成する。このようにして、積層セラミックコンデンサ１００が得られる。
（再酸化処理工程）
その後、Ｎ２ガス雰囲気中で６００℃～１０００℃で再酸化処理を行ってもよい。
その後、Ｎ２ガス雰囲気中で６００℃～１０００℃で再酸化処理を行ってもよい。
（めっき処理工程）
その後、めっき処理により、外部電極２０ａ，２０ｂに、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎ等の金属コーティングを行ってもよい。
その後、めっき処理により、外部電極２０ａ，２０ｂに、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎ等の金属コーティングを行ってもよい。
本実施形態に係る製造方法によれば、内部電極パターン５２をスクリーン印刷する際のスクリーンにおいて、所定の間隔でドット状の非透過体積部を形成することにより、容量領域１４の高さＣに対する、湾曲部の高さＡ，Ｂの比率（湾曲量比Ｑ）を０．５％以上、１．６％以下に調整することができる。それにより、絶縁性に優れ、層間剥離が発生しにくい積層セラミックコンデンサ１００を実現することができる。例えば、スクリーン印刷におけるスクリーンにおいて、非透過比率Ｒを調整することができる。非透過比率Ｒとは、誘電体グリーンシートに印刷される内部電極の体積に対する、非透過体積の比率のことである。例えば、非透過比率を１％以上、４．５％以下に調整してもよい。
または、金属電極パターンにおける希釈率ｄを調整することによって、湾曲量比Ｑを０．５％以上、１．６％以下に調整することができる。それにより、絶縁性に優れ、層間剥離が発生しにくい積層セラミックコンデンサ１００を実現することができる。なお、希釈率ｄとは、金属導電ペーストの溶剤比率である。
なお、上記各実施形態においては、セラミック電子部品の一例として積層セラミックコンデンサについて説明したが、それに限られない。例えば、バリスタやサーミスタなどの、他の積層セラミック電子部品を用いてもよい。
（比較例１）
チタン酸バリウムを主成分とするセラミック粉末を有機バインダと混練してスラリを形成し、ドクターブレード等でシート状に形成し、誘電体グリーンシート５１を作製した。この誘電体グリーンシート５１に、スクリーン印刷によって、Ｎｉを主成分金属とする金属導電ペーストを所定のパターンで塗布することで、内部電極パターン５２を形成した。スクリーン印刷におけるスクリーンには、図８で説明したような非透過体積部は設けなかった。誘電体グリーンシート５１上において内部電極パターン５２が印刷されていない部分に逆パターン５３を印刷した。下カバーシート５４ａを所定数だけ積層し、内部電極層１２と誘電体層１１とが互い違いになるように、かつ内部電極層１２が誘電体層１の長さ方向の両端面に端縁が交互に露出して極性の異なる一対の外部電極２０ａ，２０ｂに交互に引き出されるように、積層単位を積層した。積層単位を積層するごとに、プレスを行なった。その後、積層された積層単位の上に上カバーシート５４ｂを所定数だけ積層して熱圧着させ、所定チップ寸法にカットした。脱バインダ処理行なった後、内部電極露出面に、所定の寸法になるように、共材を含む導電ペーストを塗布した。その後、１２５０℃の還元雰囲気で焼成を行ない、所定の熱処理を行なった。その後、外部電極を下地層として、めっき処理を行なった。
チタン酸バリウムを主成分とするセラミック粉末を有機バインダと混練してスラリを形成し、ドクターブレード等でシート状に形成し、誘電体グリーンシート５１を作製した。この誘電体グリーンシート５１に、スクリーン印刷によって、Ｎｉを主成分金属とする金属導電ペーストを所定のパターンで塗布することで、内部電極パターン５２を形成した。スクリーン印刷におけるスクリーンには、図８で説明したような非透過体積部は設けなかった。誘電体グリーンシート５１上において内部電極パターン５２が印刷されていない部分に逆パターン５３を印刷した。下カバーシート５４ａを所定数だけ積層し、内部電極層１２と誘電体層１１とが互い違いになるように、かつ内部電極層１２が誘電体層１の長さ方向の両端面に端縁が交互に露出して極性の異なる一対の外部電極２０ａ，２０ｂに交互に引き出されるように、積層単位を積層した。積層単位を積層するごとに、プレスを行なった。その後、積層された積層単位の上に上カバーシート５４ｂを所定数だけ積層して熱圧着させ、所定チップ寸法にカットした。脱バインダ処理行なった後、内部電極露出面に、所定の寸法になるように、共材を含む導電ペーストを塗布した。その後、１２５０℃の還元雰囲気で焼成を行ない、所定の熱処理を行なった。その後、外部電極を下地層として、めっき処理を行なった。
２０１２形状（長さ２．０ｍｍ、幅１．２５ｍｍ、高さ１．２５ｍｍ）の積層セラミックコンデンサを作製した。内部電極層の積層数Ｌは、８９０とした。高さＡは、１８．９μｍであった。高さＢは、２０．３μｍであった。高さＣは、１１７７．４μｍであった。積層密度Ｐ＝Ｌ／Ｃは、０．７６であった。湾曲量比Ｑは、１．６６％であった。
（実施例１～５および比較例１～３）
次に、比較例１の構造について、スクリーン印刷に用いるスクリーン設計により、金属導電ペーストの非透過体積部を配置して、湾曲量比Ｑを異ならせた。
次に、比較例１の構造について、スクリーン印刷に用いるスクリーン設計により、金属導電ペーストの非透過体積部を配置して、湾曲量比Ｑを異ならせた。
実施例１では、図８で説明した間隔ｘを２００μｍとした。非透過比率Ｒを０．６８％とした。図８で説明した距離ｚを内部電極幅の２％とした。その結果、高さａは７０ｎｍとなり、高さｂは６９ｎｍとなった。焼成後において、高さＡは１７．６μｍとなり、高さＢは１８．０μｍとなり、高さＣは１１６８．４μｍとなった。積層密度Ｐは０．７６となり、湾曲量比Ｑは１．５２％となった。なお、第１カバー層１３ａよりも第２カバー層１３ｂのポア率が高いことを確認した。
実施例２では、図８で説明した間隔ｘを１５０μｍとした。非透過比率Ｒを０．９１％とした。図８で説明した距離ｚを内部電極幅の２％とした。その結果、高さａは５９ｎｍとなり、高さｂは６０ｎｍとなった。焼成後において、高さＡは１６．３μｍとなり、高さＢは１３．７μｍとなり、高さＣは１１８０．３μｍとなった。積層密度Ｐは０．７５となり、湾曲量比Ｑは１．３８％となった。なお、第１カバー層１３ａよりも第２カバー層１３ｂのポア率が高いことを確認した。
実施例３では、図８で説明した間隔ｘを１００μｍとした。非透過比率Ｒを１．３７％とした。図８で説明した距離ｚを内部電極幅の２％とした。その結果、高さａは４５ｎｍとなり、高さｂは４７ｎｍとなった。焼成後において、高さＡは１３．９μｍとなり、高さＢは１２．４μｍとなり、高さＣは１１５８．３μｍとなった。積層密度Ｐは０．７７となり、湾曲量比Ｑは１．１４％となった。なお、第１カバー層１３ａよりも第２カバー層１３ｂのポア率が高いことを確認した。
実施例４では、図８で説明した間隔ｘを５０μｍとした。非透過比率Ｒを２．７３％とした。図８で説明した距離ｚを内部電極幅の２％とした。その結果、高さａは３８ｎｍとなり、高さｂは２９ｎｍとなった。焼成後において、高さＡは８．７μｍとなり、高さＢは７．９μｍとなり、高さＣは１１６０．０μｍとなった。積層密度Ｐは０．７７となり、湾曲量比Ｑは０．７２％となった。なお、第１カバー層１３ａよりも第２カバー層１３ｂのポア率が高いことを確認した。
実施例５では、図８で説明した間隔ｘを４０μｍとした。非透過比率Ｒを３．４１％とした。図８で説明した距離ｚを内部電極幅の２％とした。その結果、高さａは２３ｎｍとなり、高さｂは１９ｎｍとなった。焼成後において、高さＡは６．３μｍとなり、高さＢは７．１μｍとなり、高さＣは１１５７．０μｍとなった。積層密度Ｐは０．７７となり、湾曲量比Ｑは０．５８％となった。なお、第１カバー層１３ａよりも第２カバー層１３ｂのポア率が高いことを確認した。
比較例１では、スクリーンに非透過体積部を設けなかったため、高さａは８７ｎｍとなり、高さｂは８２ｎｍとなった。なお、第１カバー層１３ａよりも第２カバー層１３ｂのポア率が高いことを確認した。
比較例２では、図８で説明した間隔ｘを３０μｍとした。非透過比率Ｒを４．５５％とした。図８で説明した距離ｚを内部電極幅の２％とした。その結果、高さａは１１ｎｍとなり、高さｂは１５ｎｍとなった。焼成後において、高さＡは５．５μｍとなり、高さＢは５．２μｍとなり、高さＣは１１７９．１μｍとなった。積層密度Ｐは０．７５となり、湾曲量比Ｑは０．４５％となった。なお、第１カバー層１３ａよりも第２カバー層１３ｂのポア率が高いことを確認した。
比較例３では、図８で説明した間隔ｘを２０μｍとした。非透過比率Ｒを６．８３％とした。図８で説明した距離ｚを内部電極幅の２％とした。その結果、高さａは４ｎｍとなり、高さｂは８ｎｍとなった。焼成後において、高さＡは３．０μｍとなり、高さＢは４．１μｍとなり、高さＣは１１７０．０μｍとなった。積層密度Ｐは０．７６となり、湾曲量比Ｑは０．３０％となった。なお、第１カバー層１３ａよりも第２カバー層１３ｂのポア率が高いことを確認した。
実施例１～５および比較例１～３の結果を表２に示す。
実施例１～５および比較例２，３の結果から、非透過体積部の間隔ｘが短くなり、非透過比率Ｒが大きくなるにつれ、印刷サドルの高さａおよび高さｂが大きく減少した。また、印刷サドルの高さａおよび高さｂが小さな値であるほど、積層後の湾曲部における高さＡおよび高さＢが小さくなることが分かる。つまり、印刷サドルを減少させることによって、湾曲量比Ｑを減少させることができている。
実施例１～５および比較例１～３について、層間剥離および長期絶縁不良について調べた。長期絶縁不良とは、４００サンプルにおいて、高温環境下で電圧負荷を印加した加速試験（９．４５Ｖ、１０５℃、２００時間においてＩＲが試験前に対して１／１００以下となった場合にＮＧ）のＮＧ数である。層間剥離は、サンプル数２００に対して、内部電極まで研磨して検査を行ない、層間剥離が確認されたサンプル数である。結果を表２に示す。
比較例１では、長期絶縁不良が発生した。これは、湾曲量比Ｑが１．６０％を上回って大き過ぎたからであると考えられる。これに対して、実施例１～５のいずれにおいても、長期絶縁不良が発生しなかった。これは、湾曲量比Ｑが１．６０％以下であって適切に小さくなったからであると考えられる。
次に、比較例２，３では、層間剥離が発生した。これは、湾曲量比Ｑが０．５０％を下回って小さ過ぎ、十分なアンカー効果が得られなかったからであると考えられる。これに対して、実施例１～５のいずれにおいても、層間剥離が発生しなかった。これは、湾曲量比Ｑが０．５０％以上であって適切に大きくなったからであると考えられる。
（実施例６～７）
次に、内部電極パターン用の金属導電ペーストの希釈率ｄを変化させて湾曲量比Ｑを調整した。比較例２は、希釈率ｄを８％とした。実施例６では、希釈率ｄを１０％とした。実施例７では、希釈率ｄを１２％とした。結果を表３に示す。表３に示すように、希釈率ｄを高くすることで印刷サドルの高さａおよび高さｂを増加させ、結果として湾曲量比Ｑを高くすることができている。これは、希釈率ｄが高くなったことによって金属導電ペーストの粘度が高くなったことに起因する。このように、湾曲量比Ｑが小さすぎる場合には、高さａおよび高さｂを増加させることによって湾曲量比Ｑを大きくできることがわかる。
次に、内部電極パターン用の金属導電ペーストの希釈率ｄを変化させて湾曲量比Ｑを調整した。比較例２は、希釈率ｄを８％とした。実施例６では、希釈率ｄを１０％とした。実施例７では、希釈率ｄを１２％とした。結果を表３に示す。表３に示すように、希釈率ｄを高くすることで印刷サドルの高さａおよび高さｂを増加させ、結果として湾曲量比Ｑを高くすることができている。これは、希釈率ｄが高くなったことによって金属導電ペーストの粘度が高くなったことに起因する。このように、湾曲量比Ｑが小さすぎる場合には、高さａおよび高さｂを増加させることによって湾曲量比Ｑを大きくできることがわかる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 積層チップ
１１ 誘電体層
１２ 内部電極層
１３ａ 第１カバー層
１３ｂ 第２カバー層
１４ 容量領域
１５ エンドマージン
１６ サイドマージン
２０ａ，２０ｂ 外部電極
５１ 誘電体グリーンシート
５２ 内部電極パターン
５３ 逆パターン
５４ａ 下カバーシート
５４ｂ 上カバーシート
５５ サイドマージンシート
１００ 積層セラミックコンデンサ
１１ 誘電体層
１２ 内部電極層
１３ａ 第１カバー層
１３ｂ 第２カバー層
１４ 容量領域
１５ エンドマージン
１６ サイドマージン
２０ａ，２０ｂ 外部電極
５１ 誘電体グリーンシート
５２ 内部電極パターン
５３ 逆パターン
５４ａ 下カバーシート
５４ｂ 上カバーシート
５５ サイドマージンシート
１００ 積層セラミックコンデンサ
Claims (6)
- セラミックを主成分とする誘電体層と、内部電極層と、が交互に積層され、略直方体形状を有し、積層された複数の前記内部電極層が交互に対向する２端面に露出するように形成された積層構造と、
前記積層構造の積層方向の両端に設けられ、セラミックを主成分とする第１カバー層と、前記第１カバー層よりもポア率の高い第２カバー層と、を備え、
前記２端面が対向する向きに直交する断面における前記第２カバー層の前記第１カバー層側の界面において、両端の湾曲部分の積層方向の高さをＡ，Ｂとし、前記積層方向において前記第１カバー層から前記第２カバー層までの最短高さをＣとした場合に、Ｑ＝（Ａ＋Ｂ）／２Ｃ×１００（％）は、０．５％以上、１．６％以下であることを特徴とするセラミック電子部品。 - 前記セラミック電子部品は、長さ１．６ｍｍ、幅０．８ｍｍ、高さ０．８ｍｍの１６０８形状以上のサイズを有していることを特徴とする請求項１に記載のセラミック電子部品。
- 前記内部電極層の積層数Ｌは、６００以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセラミック電子部品。
- Ｐ＝Ｌ／Ｃは、０．５８以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のセラミック電子部品。
- 前記Ｃは、８００μｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセラミック電子部品。
- セラミック粉末を含む誘電体グリーンシート上に、金属粉末を含む内部電極パターンをスクリーン印刷することによって積層単位を形成する工程と、
セラミック粉末を含む第１カバーシート上に、複数の前記積層単位を積層し、セラミック粉末を含む第２カバーシートを積層し、積層された複数の前記内部電極パターンを、対向する第１端面および第２端面に交互に露出させることによって、略直方体形状のセラミック積層体を形成する工程と、
前記セラミック積層体を焼成することによって、前記第１カバーシートから第１カバー層を形成し、前記第２カバーシートから第２カバー層を形成する工程と、を含み、
前記２端面が対向する向きに直交する断面における前記第２カバー層の前記第１カバー層側の界面において、両端の湾曲部分の積層方向の高さをＡ，Ｂとし、前記積層方向において前記第１カバー層から前記第２カバー層までの最短高さをＣとした場合に、Ｑ＝（Ａ＋Ｂ）／２Ｃ×１００（％）は、０．５％以上、１．６％以下となるように、前記スクリーン印刷に用いるスクリーンに非透過体積部を設けるか、前記内部電極パターンにおける希釈率を調整することを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2021109227A JP2023006562A (ja) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | セラミック電子部品およびセラミック電子部品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023006562A true JP2023006562A (ja) | 2023-01-18 |
Family
ID=84786381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021109227A Pending JP2023006562A (ja) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | セラミック電子部品およびセラミック電子部品の製造方法 |
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| JP (1) | JP2023006562A (ja) |
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| KR101496814B1 (ko) * | 2013-07-29 | 2015-02-27 | 삼성전기주식회사 | 적층 세라믹 커패시터, 그 제조방법 및 적층 세라믹 커패시터의 실장 기판 |
| KR102183423B1 (ko) * | 2014-12-08 | 2020-11-26 | 삼성전기주식회사 | 유전체 자기 조성물 및 이를 포함하는 적층 세라믹 커패시터 |
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-
2021
- 2021-06-30 JP JP2021109227A patent/JP2023006562A/ja active Pending
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2022
- 2022-06-08 US US17/835,424 patent/US20230005669A1/en active Pending
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| US20230005669A1 (en) | 2023-01-05 |
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