JP2722462B2 - 積層セラミックコンデンサの製造方法 - Google Patents

積層セラミックコンデンサの製造方法

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JP2722462B2 JP62253378A JP25337887A JP2722462B2 JP 2722462 B2 JP2722462 B2 JP 2722462B2 JP 62253378 A JP62253378 A JP 62253378A JP 25337887 A JP25337887 A JP 25337887A JP 2722462 B2 JP2722462 B2 JP 2722462B2
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吾朗 西岡
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は積層セラミックコンデンサの製造方法に関
する。 (従来技術) 従来、積層セラミックコンデンサを製造するには、セ
ラミックグリーンシート上に導体金属粉末ペーストを印
刷塗布し、これを複数枚積層,圧着したものを焼成して
磁器化し、これに外部電極を形成する方法があった。こ
のような方法によって、第2図に示すような積層セラミ
ックコンデンサ1が製造されていた。このような積層セ
ラミックコンデンサ1では、複数の内部電極2を有する
誘電体化された焼結体3の両端面に、内部電極2に電気
的に接続された1対の外部電極4,5が形成されている。 このような積層セラミックコンデンサ1では、単位体
積あたりの静電容量は、セラミック誘電体の誘電率,内
部電極の総面積および誘電体層の1層あたりの厚みによ
って定まる。そのため、小型で大容量のコンデンサを得
るためには、高誘電率を有するセラミック材料を用い、
かつ内部電極2間の誘電体層の厚みを薄くする必要があ
った。そのため、セラミックグリーンシートの厚みは、
最小20μm程度に設定されていた。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら、コンデンサの大容量化をはかるために
セラミックグリーンシートをさらに薄くすると、たとえ
ばピンホールなどのセラミックグリーンシート中の微小
欠陥のため、電極間の短絡などの致命的な不良に発展す
るおそれがある。 また、セラミックグリーンシートの引張強度が弱くな
って、取扱い性が悪くなる。たとえば、セラミックグリ
ーンシートの剥離,内部電極の印刷,セラミックグリー
ンシートの乾燥などの工程を連続したシート状態で自動
的に行うことが難しくなる。 さらに、内部電極を形成するための溶剤が浸透するこ
とによって、セラミックグリーンシートが変形し、後の
工程で不都合が生じる。 そこで、還元雰囲気中で焼成しても半導体化しないセ
ラミック組成物で複数のグリーンシートを形成し、これ
らのグリーンシート上にペーストを印刷して積層し、得
られた積層体を還元雰囲気中で焼成したのち外部電極を
形成する方法が考えられる。このとき、ここで用いられ
るペーストは、セラミックの焼成温度よりも高い融点を
有する高融点卑金属粉末と半導体化剤粉末とワニスとを
含むペーストである。 このような方法では、積層体の焼成時に、ペースト中
に含まれる半導体化剤がグリーンシートに拡散し、得ら
れた積層焼結体内に半導体層が形成される。そのため、
実質的な誘電体層の厚みが小さくなり、大きい静電容量
を得ることができる。また、半導体層を形成することに
よって誘電体層の厚みを小さくしているため、セラミッ
クグリーンシートを薄くする必要がなく、グリーンシー
トにピンホールなどの欠陥が発生しにくい。さらに、グ
リーンシートの引張強度を強くすることができ、製造工
程でのグリーンシートの取扱いが容易となる。 しかしながら、半導体化剤粉末は金属酸化物などから
なるため、電極を形成するための卑金属粉末とは比重が
大きく異なる。そのため、ペースト中において、半導体
化剤粉末と卑金属粉末とを均一に分散させることが困難
である。したがって、形成される半導体層の厚みにばら
つきが生じ、それによって静電容量にばらつきが生じる
恐れがある。また、内部電極には半導体化剤が含まれる
ことになり、内部電極の抵抗が大きくなって、周波数特
性が劣化したりする可能性がある。 たとえば、ペースト中の半導体化剤の含有量が多い場
合、形成された内部電極に多量の半導体化剤が含まれ、
内部電極の電気抵抗が高くなる。同時に、一部分だけ半
導体化剤の多い部分が生じやすくなり、隣接する内部電
極間が全て半導体化するという可能性があり、その場
合、積層セラミックコンデンサとしての役割を果たさな
くなることがある。 また、ペースト中の半導体化剤の含有量が少ない場
合、卑金属粉末と混合していることにより、半導体化剤
が十分にグリーンシート中に拡散せず、半導体層が形成
されなかったり、半導体層の厚みが薄すぎたりして、大
きい静電容量を得ることができないという問題が生じる
可能性がある。 それゆえに、この発明の主たる目的は、高強度で、特
性の劣化が少なく、確実に大容量の積層セラミックコン
デンサを得ることができ、しかも作業性のよい積層セラ
ミックコンデンサの製造方法を提供することである。 (問題点を解決するための手段) この発明は、還元性雰囲気中で焼成しても半導体化し
ないセラミック組成物を準備する工程と、半導体化剤と
ワニスとを含む第1のペーストを準備する工程と、セラ
ミック組成物を焼成する温度より高い融点を有する卑金
属粉末とワニスとを含む第2のペーストを準備する工程
と、セラミック組成物を成形してグリーンシートを形成
する工程と、グリーンシート上に第1のペーストを塗布
する工程と、グリーンシートに塗布した第1のペースト
上に内部電極となるべき第2のペーストを塗布する工程
と、第1のペーストおよび第2のペーストを塗布したグ
リーンシートを複数積層して積層体を形成する工程と、
積層体を還元性雰囲気中で焼成して焼結体を形成する工
程と、焼結体の両端面に、焼成することによって形成さ
れる内部電極に電気的に接続される外部電極を形成する
工程を含む、積層セラミックコンデンサの製造方法であ
る。 (作用) 積層体を焼成することにより、グリーンシートが誘電
体化し、第2のペーストに含まれる卑金属粉末が内部電
極となる。このとき第1のペーストに含まれる半導体化
剤がグリーンシートの内部に拡散することによって、内
部電極周辺の誘電体が半導体化される。したがって、半
導体化剤の拡散していないグリーンシート部分だけが誘
電体となる。そのため、この積層セラミックコンデンサ
では、第2のペーストが焼成されてできた内部電極と誘
電体との間に半導体層が形成されている。 さらに、半導体化剤粉末を含む第1のペーストとは別
に形成された卑金属粉末を含む第2のペーストによっ
て、内部電極が形成される。第1のペーストと第2のペ
ーストとは個別に形成され、さらに個別にセラミックグ
リーンシートに塗布されるため、半導体化剤粉末と卑金
属粉末とが混合しない。そのため、第1のペースト中に
おける半導体化剤粉末の分散や、第2のペースト中にお
ける卑金属粉末の分散を均一にすることができる。 (発明の効果) この発明によれば、第2のペーストが焼成されてでき
た内部電極と誘電体との間に半導体層が形成されている
ため、セラミックグリーンシートの厚みを厚くすること
ができ、かつ内部電極間の誘電体を薄く形成することが
できる。したがって、大きな静電容量を有し、かつその
機械的強度の大きい積層セラミックコンデンサを得るこ
とができる。さらに、セラミックグリーンシートを薄く
する必要がないため、その製造工程において、セラミッ
クグリーンシートの取扱いが簡単になり、内部電極の印
刷や、セラミックグリーンシートの乾燥などを自動化す
ることができる。 さらに、セラミックグリーンシート上に第1のペース
トを塗布し、その上に第2のペーストを塗布することに
より、第1のペースト中における半導体化剤粉末の分散
や、第2のペースト中における卑金属粉末の分散が均一
となるため、セラミックグリーンシートを焼成して得ら
れる誘電体に確実に半導体層を形成することができる。
しかも、その厚みの制御が容易である。また、内部電極
を構成する第2のペーストは、半導体化剤を含む第1の
ペーストとは別に塗布されるため、得られる内部電極に
は半導体化剤が含まれず、電気抵抗が十分に低い内部電
極を得ることができる。したがって、特性ばらつきが少
なく、所望の特性を有する積層セラミックコンデンサを
得ることができる。 この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利
点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。 (実施例) 第1図はこの発明の製造方法によって形成される積層
セラミックコンデンサの一例を示す図解図である。この
積層セラミックコンデンサ10は誘電体12を含む。誘電体
12の内部には、誘電体12の一端から延びる内部電極14と
誘電体12の他端から延びる内部電極16とが交互にかつ対
向するように形成されている。そして、これらの内部電
極14,16の周囲の誘電体12が半導体化され、半導体層18
が形成されている。さらに、誘電体12の一端面には、内
部電極14に電気的に接続される外部電極20が形成され
る。同様に、誘電体12の他端面には、内部電極16に電気
的に接続される外部電極22が形成される。 次に、この積層セラミックコンデンサ10の製造方法に
ついて説明する。 まず、原料として非還元性誘電体磁器組成物が準備さ
れる。この非還元性誘電体磁器組成物としては、{(Ba
1-xCax)O}(Ti1-yZry)O2で表される組成物を用
い、m,x,yが、それぞれ 1.005≦m≦1.03 0.02≦x≦0.22 0<y≦0.20 となるように秤量した。秤量した原料を混合,仮焼して
磁器原料粉末を得た。この磁器原料粉末に、有機バイン
ダ,分散剤,消泡剤からなる混合水溶液を15重量%添加
し、50重量%の水とともにボールミルで混合,粉砕して
スラリを調整した。このスラリをドクターブレードに流
し、30μm〜60μmのグリーンシートを形成した。 一方、半導体化剤を表に示す混合比率で、エチルセル
ロース樹脂とブチルセロソルブ溶剤からなるワニスとと
もに混練して第1のペーストを準備した。半導体化剤と
しては、Nb2O5,Y2O3,CeO2,La2O3,Pr6O11,Nd2O3,Sm2O3,E
u2O3,Gd2O3,Tb2O3,Dy2O3,Ho2O3,Er2O3,Tm2O3,Yb2O3の酸
化物粉末を表に示す比率で混合したものを用いた。 さらに、卑金属粉末としてのNi金属粉末をエチルセル
ロース樹脂とブチルセロソルブ溶剤からなるワニスとと
もに混練し第2のペーストを準備した。 次に、セラミックグリーンシート上にスクリーン印刷
法によって第1のペーストを布して乾燥した。さらに、
このセラミックグリーンシートに塗布した第1のペース
ト上にスクリーン印刷法によって第2のペーストを塗布
して乾燥した。この第1のペーストおよび第2のペース
トを塗布したグリーンシートをペースト塗布面が対向す
るように複数積み重ね、熱圧着によって一体化し積層物
を形成した。 この積層物からのコンデンサユニットをブレードで切
り出した。このコンデンサユニットを空気中で500℃ま
で加熱し有機バインダを燃焼させた。そののち、酸素分
圧が10-9〜10-12MPaのH2−N2−空気ガスを用いた還元性
雰囲気中において1300℃で2時間焼成して誘電体磁器材
料を得た。得られた誘電体磁器材料の端面に外部電極用
の銀ペーストを塗布し、中性雰囲気中において800℃で
焼付けし、外部電極を形成した。このようにして、試料
(チップ型積層コンデンサ)を得た。 ただし、この実施例で作成したチップ型積層コンデン
サの仕様は次のとおりである。 外形寸法:幅3.2mm、長さ1.6mm、厚み1.2mm セラミック素子厚(電極間距離):t=20μm〜40μm 有効誘電体総数:N=19層 一層当たりの対向電極面積:S=1.32mm2 これらの試料について、静電容量(C)、誘電損失
(tanδ)、絶縁抵抗(R)を測定し、容量と絶縁抵抗
との積(CR積)を求めた。なお、静電容量(C)および
誘電損失(tanδ)は、自動ブリッジを用いて1kHz,1V
rmsで測定した。また、絶縁抵抗(R)は、高絶縁計を
用いて50Vを2分間印加したのちの値を測定した。さら
に、見掛け上の誘電率(ε)を、静電容量(C)をもと
にして次式より求めた。 ε=C×t/8.854×10-12×S×N =4.50×1015×C×t 表からわかるように、半導体化剤を含まないペースト
を塗布したグリーンシートだけを積層して得た試料番号
1,8,15の比較用試料と比べて、この実施例の試料、すな
わち、試料番号2〜7,9〜14,16〜21では、見掛け上の誘
電率が2倍以上となった。また、CR積は2000ΩF以上で
あり、実用に供することが確認された。 この実施例の方法では、半導体化剤粉末を含む第1の
ペーストとNi粉末を含む第2のペーストとが個別に形成
され、それぞれ個別にセラミックグリーンシートに塗布
されるため、第1のペースト中の半導体化剤粉末の分散
や、第2のペースト中のNi粉末の分散を均一にすること
ができる。そのため、半導体層18を確実に形成すること
ができ、しかも半導体層18の厚みの制御が容易である。 また、第2のペースト中においては、Ni粉末と半導体
化剤粉末とが混合していないため、内部電極16の電気抵
抗を十分に低くすることができる。 なお、非還元性誘電体磁器組成物としては、上述の実
施例に用いたもの以外にも、たとえば、{(Ba1-x-yCax
Sry)0}・TiO2(ただし、1.005≦m≦1.02、0.02≦
x≦0.22、0.05≦y≦0.35)、{(Ba1-x-yCaxSry
O}・(Ti1-zZrz)O2(ただし、1.005≦m≦1.03、
0.02≦x≦0.22、0.05≦y≦0.35、0.00<z≦0.20)お
よび(BaxCa1-xyZrO3+zMnO2(ただし、0.00<x<0.
20、0.85<y<1.30、0.005<z<0.08(zは(BaxCa
1-xyZrO3の重量1.00に対する重量比))などの一般式
で表される他の非還元性誘電体磁器組成物を用いてもよ
い。さらに、上述のチタン酸塩を主体とした比還元性誘
電体磁器組成物以外にも、中性または還元性雰囲気中で
焼成しても比抵抗が低下せず誘電損失も増大しない非還
元性誘電体磁器組成物を使用することも可能である。 さらに、第1のペーストおよび第2のペーストに用い
られる卑金属粉末としては、Ni以外にもFe,Co,Cr,Cu,Al
などが使用可能である。 また、上述の実施例では、焼成雰囲気としてN2,H2
らなる還元性雰囲気を用いたが、Ar,H2またはCO2,COに
よる雰囲気を用いてもよい。それにより形成される酸素
分圧が電極(卑金属電極)を酸化しない酸素分圧下にあ
れば全く同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明の一実施例を示す図解図である。 第2図はこの発明の背景となる従来の積層セラミックコ
ンデンサを示す図解図である。 図において、10は積層セラミックコンデンサ、12は誘電
体、14および16は内部電極、18は半導体層、20および22
は外部電極を示す。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.還元性雰囲気中で焼成しても半導体化しないセラミ
    ック組成物を準備する工程、 半導体化剤とワニスとを含む第1のペーストを準備する
    工程、 前記セラミック組成物を焼成する温度より高い融点を有
    する卑金属粉末と前記ワニスとを含む第2のペーストを
    準備する工程、 前記セラミック組成物を成形してグリーンシートを形成
    する工程、 前記グリーンシート上に前記第1のペーストを塗布する
    工程、 前記グリーンシートに塗布した前記第1のペースト上に
    内部電極となるべき前記第2のペーストを塗布する工
    程、 前記第1のペーストおよび前記第2のペーストを塗布し
    たグリーンシートを複数積層して積層体を形成する工
    程、 前記積層体を還元性雰囲気中で焼成して焼結体を形成す
    る工程、および 前記焼結体の両端面に、焼成することによって形成され
    る前記内部電極に電気的に接続される外部電極を形成す
    る工程を含む、積層セラミックコンデンサの製造方法。
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