JP2670906B2 - セラミックコンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、混成集積(ＨＩＣ)回路
基板や多層回路基板などに実装するのに適する小型、軽
量であって大容量のセラミックコンデンサ及びその製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のセラミックコンデンサと
して、積層セラミックチップコンデンサが知られてい
る。このコンデンサは対向電極面積を大きくするため
に、誘電体層と電極層を交互に積層して焼成し一体化し
て作られる。この積層法としてはグリーンシート法と印
刷法がある。グリーンシート法は予め誘電体用のグリー
ンシートと電極用のグリーンシートを製造しておき、そ
れぞれ所定のサイズに切断した後、交互に重ねて熱圧着
により積層する方法である。また印刷法は所定の板の上
に誘電体スラリーと電極用ペイントを交互に印刷塗布
し、これを繰返すことにより積層する方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のセラミック
コンデンサは酸化物セラミック粉末を原料としており、
焼成後の粒径が１〜１０μｍになるために、また機械的
強度及び耐電圧が低下しないようにするために、その誘
電体層の厚みは少なくとも１５〜５０μｍ程度にしてお
く必要があった。換言すれば、誘電体層を薄くすること
には限界があり、小型で大容量のセラミックコンデンサ
にするには、上述したように対向電極面積を大きくして
積層化しなければならなかった。このため、従来のセラ
ミックコンデンサの製造方法は工程数が多く生産性が低
い問題点があった。

【０００４】本発明の目的は、小型、軽量であって積層
数が少ないにもかかわらず容量が大きいセラミックコン
デンサを提供することにある。本発明の別の目的は、上
記セラミックコンデンサを少ない工程で効率よく製造し
得る製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、図１に示すように、本発明のセラミックコンデンサ
１は誘電体層が厚み１〜１０μｍの緻密質セラミック焼
結層２により構成された誘電体層の両側に多孔質セラミ
ック焼結層３，３を設けて三層構造のセラミック焼結体
にし、多孔質セラミック焼結層に金属を含浸させて端子
電極４，４を形成したものである。

【０００６】更に本発明のセラミックコンデンサの製造
方法では、先ず第１金属アルコキシドを加水分解してこ
の加水分解生成物を解膠処理して第１セラミックゾルを
調製し、第２金属アルコキシドを加水分解してこの加水
分解生成物を解膠処理して第２セラミックゾルを調製す
る。次いで水を分散媒とした前記第１セラミックゾルに
第１焼結助剤と第１水溶性バインダを添加混合して緻密
質層用スラリーを調製し、水を分散媒とした前記第２セ
ラミックゾルに焼結助剤を添加しないか又は前記第１焼
結助剤より少量の第２焼結助剤と第２水溶性バインダを
添加混合して多孔質層用スラリーを調製する。次にこの
多孔質層用スラリーを成膜乾燥して第１及び第２多孔質
層用グリーンシートをそれぞれ成形し、前記第１又は第
２多孔質層用グリーンシートのいずれか一方の片面に前
記緻密質層用スラリーを塗工しながらこの塗工面を内側
にして前記第１及び第２多孔質層用グリーンシートを互
いに重ね合せて接合する。続いて前記接合体を１３００
〜１６００℃で焼成して緻密質セラミック焼結層を第１
及び第２多孔質セラミック焼結層でサンドイッチ状に挟
んだ三層構造のセラミック焼結体を形成し、前記第１及
び第２多孔質セラミック焼結層にそれぞれ金属を含浸さ
せて端子電極を形成する。

【０００７】以下、本発明を詳述する。本発明の第１及
び第２セラミックゾルはそれぞれ第１及び第２金属アル
コキシドを加水分解し、それぞれの加水分解生成物を解
膠処理して得られるコロイド液であって、いわゆるゾル
−ゲル法において調製される微細なコロイド粒子のゾル
である。第１及び第２セラミックゾルは異なる金属アル
コキシドから調製された異種のものであってもよいが、
これらを原料として作られた２枚のグリーンシートを接
合して焼成したときに、グリーンシートが収縮率の相違
から反りや剥離や割れを生じないように、同種の金属ア
ルコキシドから調製されたものが好ましい。

【０００８】第１金属アルコキシドには、所望の誘電体
層を得るために誘電体を構成する金属酸化物の金属元素
を含むアルコキシドが選ばれる。例えば、アルミナ系を
誘電体層にする場合にはアルミニウムアルコキシドが、
チタン酸バリウム系を誘電体層にする場合にはチタニウ
ムアルコキシド、バリウムアルコキシド等が、更に鉛系
の誘電体層にする場合には鉛アルコキシドがそれぞれ選
ばれる。緻密質層用スラリー及び多孔質層用スラリー
は、それぞれ水を分散媒とした第１セラミックゾル及び
第２セラミックゾルを主成分とし、他に水溶性バインダ
を含む。緻密質層用スラリー及び多孔質層用スラリーの
調製方法の相違点は、前者に焼結助剤がセラミックゾル
１００重量％に対して０.５〜１０重量％含まれるのに
対して、後者にはセラミック焼結層の気孔率を増大させ
て金属が容易に含浸するように焼結助剤が全く含まれな
いか或いは前者より少量の焼結助剤が含まれるところに
ある。セラミックゾルがアルミナゾルの場合には焼結助
剤として、二酸化けい素、酸化マグネシウム、酸化カル
シウム、酢酸マグネシウム、二酸化チタン等が挙げられ
る。酸化マグネシウム及び二酸化けい素の添加系では酸
化カルシウムを少なくとも０.１重量％添加することが
好ましい。

【０００９】水溶性バインダは緻密質層用スラリー及び
多孔質層用スラリーにおいて、ともにセラミックゾルの
固形分に対して１０〜８０重量％添加される。水溶性バ
インダとしてはポリビニルアルコール、水溶性アクリル
等が挙げられる。緻密質層用スラリーに含まれるバイン
ダは多孔質層用スラリーに含まれるバインダと異なって
もよい。多孔質層用スラリーを成膜する方法としては、
ドクターブレード法、押出し成形法、ロール圧延法、泥
しょう鋳込み法等があるが、成形歪が少なく成形体の平
滑度が良好なドクターブレード法が好ましい。多孔質層
用のスラリーを二分してそれぞれ成膜し、３０〜９５℃
で乾燥して第１及び第２多孔質層用グリーンシートを成
形する。各グリーンシートは焼結体となったときに１０
〜１００μｍの厚みになるように成膜される。１０μｍ
未満では機械的強度が小さすぎ、１００μｍを越えると
原料ゾルの固形分濃度が低いため、塗工厚が大きくなり
すぎグリーンシートの均一な乾燥が困難になるためであ
る。その後の取扱いを容易にするために、これらの多孔
質層用グリーンシートは所定の幅に切り揃えて円筒状に
巻取ることが好ましい。

【００１０】図２に示すように、２つの多孔質層用グリ
ーンシートの巻取体６，６を所定の間隔をあけて設置
し、巻取体６，６からそれぞれ解いたグリーンシート６
ａ，６ａを一対の圧着ロール７，７の間を通す。一方の
グリーンシート６ａが圧着ロール７，７の間を通る直前
でこのグリーンシート６ａの表面に上述した緻密質層用
スラリー８が塗工される。２つの多孔質層用グリーンシ
ート６ａ，６ａが圧着ロール７，７の間を通ると、極め
て薄い緻密質層用スラリーを挟んだ状態で連続的に重ね
合わされて三層構造のグリーンシート９となって巻取ら
れる。緻密質層用スラリーは第１及び第２多孔質層用グ
リーンシートの重ね合わせの際に接着剤の役目を果す。
これらのスラリー及びグリーンシートはともに水系であ
るため、多孔質層用グリーンシートに緻密質層用スラリ
ーが長時間接していると、多孔質層用グリーンシートが
軟化する。このため緻密質層用スラリーは圧着ロールに
通過する直前の多孔質層用グリーンシートに塗工され
る。圧着ロールを通過する際に余分な緻密質層用スラリ
ーは両側にはみ出て圧着ロールの端部に付着する。はみ
出ずに２つの多孔質層用グリーンシートの間に挟み込ま
れた緻密質層用スラリーの僅かな水分は外側の多孔質層
用グリーンシートに吸収され、積層後の特別の乾燥を必
要としない。

【００１１】三層構造のグリーンシート９を所定のサイ
ズに切断した後、焼成炉に入れて焼成する。焼成は１３
００〜１６００℃の温度範囲で、１〜２時間、大気圧下
で行われる。焼成温度は１３００℃未満であると緻密質
セラミック焼結層の気孔率が増大して誘電率が低下し、
電極形成時に金属が含浸し、更には耐電圧が低下するな
どの不具合が生じ、１６００℃を越えると多孔質セラミ
ック焼結層の気孔率が減少して金属が含浸しにくくな
る。上記焼成で得られた三層構造のうち、外側の二層と
なる多孔質セラミック焼結層には開気孔が形成される。
ここで開気孔とは閉気孔とは異なり、焼結体の一端から
他端まで連続した空隙であって流体が通過可能な微細な
孔をいう。また内層の緻密質セラミック焼結層は１〜１
０μｍ厚に形成される。これはその粒径が０．５μｍ程
度であるため１μｍ厚以下にすることはできず、多孔質
層用グリーンシートの膨潤を防止するために緻密質層用
スラリーの塗工量が制限されるため、１０μｍ以上にす
ることができない。

【００１２】多孔質セラミック焼結層に電極用の金属を
含浸させると、金属が上述した開気孔内に侵入して侵入
した部分の多孔質セラミック焼結層が電極となる。この
金属の含浸はめっき、印刷、焼付け等により行われる。
金属の材質を例示すれば、Ｎｉ，Ｐｔ，Ａｇ／Ｐｄ等が
挙げられる。本発明のセラミックコンデンサは焼結助剤
の添加量又は焼成温度に応じて、多孔質セラミック焼結
層の気孔率が１０〜６０％の範囲に、また緻密質セラミ
ック焼結層の気孔率が０.０１〜５％の範囲に制御され
て作られる。

【００１３】図３に示すように、三層構造のグリーンシ
ートを円筒状に巻取った状態で焼成し、緻密質セラミッ
ク焼結層１２を挟んだ多孔質セラミック焼結層１３，１
３に端子電極１４，１４を形成してもよい。これによ
り、更に小型で大容量のセラミックコンデンサ１０が得
られる。

【００１４】

【作用】ゾル−ゲル法によりコロイド粒子を出発原料と
するため、極めて薄い緻密質セラミック焼結層を形成す
ることができ、この焼結層を誘電体層とすることにより
軽量で大容量のセラミックコンデンサになる。

【００１５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のセラミック
コンデンサは１〜１０μｍ厚の極めて薄い緻密質セラミ
ック焼結層からなる誘電体層を有し、この誘電体層の両
側に多孔質セラミック焼結層を設けて三層構造のセラミ
ック焼結体にし、多孔質セラミック焼結層に金属を含浸
させて端子電極を形成したものであるため、小型、軽量
であって大容量化が可能となる。またこのセラミックコ
ンデンサの製造方法によれば、従来の積層コンデンサの
ように誘電体層又は電極層を多層化する必要がないた
め、連続生産が可能で、効率よく製造でき、少ない工程
で量産することができる。

【００１６】

【実施例】次に本発明の具体的態様を示すために、本発
明の実施例を説明する。以下に述べる実施例は本発明の
技術的範囲を限定するものではない。アルミニウムイソ
プロポキシドを加水分解してベーマイトを生成させ、こ
れにｐＨ２〜４に調整した水を加えて解膠し、アルミナ
濃度５重量％の安定な擬ベーマイトゾルを得た。緻密質
層用スラリーを調製するために、このゾルに焼結助剤と
して酢酸マグネシウムを、更に水溶性バインダとしてポ
リビニルアルコールを添加した。この酢酸マグネシウム
をマグネシアに換算し、かつ原料ゾルをアルミナに換算
し、このアルミナ１００重量％に対して酢酸マグネシウ
ムを０．１重量％添加した。ポリビニルアルコールはア
ルミナ換算重量の５０％添加した。これにより固形分濃
度が５％の緻密質層用スラリーを調製した。焼結助剤を
全く含まない以外は上記と同様にして多孔質層用スラリ
ーを調製した。

【００１７】多孔質層用スラリーをドクターブレード法
により焼成後の厚みが５０μｍとなるようにシート状に
成膜し、４０℃で２時間及び７０℃で２時間熱風乾燥し
て多孔質層用グリーンシートを得た。このグリーンシー
トを１５ｃｍの幅に切断して円筒状に巻取った。この巻
取体を２組用意し、図２に示すように緻密質層用スラリ
ーを一方のグリーンシートの片面にノズルで塗工しなが
ら、２つのグリーンシートを一対の圧着ロールに挟み込
み、１０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で重ね合せ接合した。接合
した三層構造のグリーンシートは円筒状に巻取られた。

【００１８】巻取った三層構造のグリーンシートを解い
た平坦にしプレス切断機により１０×１０ｍｍの正方形
に切断した。これを焼成炉に入れ、１４００℃で５時
間、大気圧下で焼成して外側が厚み約５０μｍの多孔質
セラミック焼結層、内側が厚み約１μｍの緻密質セラミ
ック焼結層からなる三層構造のアルミナ焼結体を得た。
図４にこの三層構造のアルミナ焼結体の切断面を研磨し
た後の粒子構造の電子顕微鏡写真図を示す。この三層構
造のアルミナ焼結体の多孔質セラミック焼結層にニッケ
ルめっきを施して端子電極を形成した。この結果、アル
ミナからなり、１０×１０ｍｍの正方形で誘電体層の厚
みが１μｍで全厚が１００μｍのセラミックコンデンサ
を得た。このコンデンサの静電容量を測定したところ、
０．０１μＦであった。

【００１９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックコンデンサの拡大断面図。

【図２】本発明の多孔質層用グリーンシートの一方の片
面に緻密質層用スラリーを塗工しながらこの塗工面を内
側にして２つの多孔質層用グリーンシートを重ね合わせ
る装置の構成図。

【図３】本発明の別のセラミックコンデンサの断面図。

【図４】本発明実施例の三層構造の焼結体の断面の粒子
構造を示す電子顕微鏡写真図。

【符号の説明】

１，１０ セラミックコンデンサ ２，１２ 緻密質セラミック焼成層 ３，１３ 多孔質セラミック焼成層 ４，１４ 端子電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 平１−55566（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体層が厚み１〜１０μｍの緻密質セ
   ラミック焼結層(2)により構成された誘電体層の両側に
   多孔質セラミック焼結層(3,3)が設けられた三層構造の
   セラミック焼結体であって、前記多孔質セラミック焼結
   層(3,3)に金属を含浸させて端子電極(4,4)が形成された
   セラミックコンデンサ。
2. 【請求項２】 三層構造のセラミック焼結体が円筒状に
   巻かれている請求項１記載のセラミックコンデンサ。
3. 【請求項３】 第１金属アルコキシドを加水分解してこ
   の加水分解生成物を解膠処理して第１セラミックゾルを
   調製し、 第２金属アルコキシドを加水分解してこの加水分解生成
   物を解膠処理して第２セラミックゾルを調製し、 水を分散媒とした前記第１セラミックゾルに第１焼結助
   剤と第１水溶性バインダを添加混合して緻密質層用スラ
   リーを調製し、 水を分散媒とした前記第２セラミックゾルに焼結助剤を
   添加しないか又は前記第１焼結助剤より少量の第２焼結
   助剤と第２水溶性バインダを添加混合して多孔質層用ス
   ラリーを調製し、 この多孔質層用スラリーを成膜乾燥して第１及び第２多
   孔質層用グリーンシートをそれぞれ成形し、 前記第１又は第２多孔質層用グリーンシートのいずれか
   一方の片面に前記緻密質層用スラリーを塗工しながらこ
   の塗工面を内側にして前記第１及び第２多孔質層用グリ
   ーンシートを互いに重ね合せて接合し、 前記接合体を１３００〜１６００℃で焼成して緻密質セ
   ラミック焼結層を第１及び第２多孔質セラミック焼結層
   でサンドイッチ状に挟んだ三層構造のセラミック焼結体
   を形成し、 前記第１及び第２多孔質セラミック焼結層にそれぞれ金
   属を含浸させて端子電極を形成するセラミックコンデン
   サの製造方法。