JP3464130B2 - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、鉛含有のペロブス
カイト誘電体磁器から成る誘電体磁器層と、Ａｇ−Ｐｄ
系金属材料から成る内部電極層とを交互に積層してる積
層セラミックコンデンサに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より、積層セラミックコンデンサの
誘電体磁器の材料として、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ
₃ を主成分とし、Ｐｂ（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ 、Ｐｂ
ＴｉＯ₃ とを固溶体させるなどＰｂ系ペロブスカイト材
料が知られている。 【０００３】このＰｂ系ペロブスカイト材料は、比誘電
率εｒが比較的大きく、容量の温度依存性、バイアス抵
抗に対する依存性が小さいこと、また、比較的低温で焼
成でき、内部電極層の材料にＡｇ−Ｐｄ合金を用いるこ
とができるなどの理由から注目されている材料である。 【０００４】近似、このような材料を用いて、大容量化
のために、誘電体磁器層の厚みを薄くし、誘電体磁器層
の積層数の増大化が図られている。しかし、単に、内部
電極層にＡｇ−Ｐｄ合金を用いて、この大容量化を図る
と、耐熱衝撃性が劣化してしまい、例えば、プリント配
線基板に半田を介して実装すると、誘電体層間の剥離や
クラックが発生してしまう。また、誘電体磁器材料の鉛
成分がセラミック粒界や電極界面に、Ｐｂ過剰相が析出
してしまい、絶縁抵抗を大きく劣化させてしまうという
問題があった。 【０００５】このような問題に対して、内部電極層にア
ルミナ、シリカなどの粉末を添加して電極界面に析出さ
れる鉛過剰相を防止することが提案されている（特開平
５−３６５６５号公報）。 【０００６】具体的には、内部電極層の材料としては、
約０．０６μｍのＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末を有機ビヒクルと混合
し、充分混練した導電性ペーストを用いていた。そし
て、アルミナ粉末を金属粉末１００重量部に対して０．
５〜６重量部含有されていた。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかし、０．０６μｍ
と非常に微細なアルミナ粉末を用いると、誘電体磁器層
との一体焼結時に、２次凝集してしまい、アルミナの微
粉末が逆に粗大な粒子となり、逆に高温負荷時の寿命を
低下させるという問題が発生してしまう。 【０００８】例えば、平均粒径０．０８μｍのアルミナ
粉末を用いた内部電極層の積層セラミックコンデンサで
は、高温負荷（８５℃、１００Ｖで１２５時間まで印
加）で、約１０００個中に４個が、絶縁破壊が発生して
してしまう。これは、平均粒径０．０８μｍによって、
２次凝集によるアルミナ粗大な粒子の分布が内部電極層
の表面でバラツキが発生してしまい、その結果、内部電
極層間の誘電体磁器層の厚みが局部的に薄くなり、絶縁
破壊が発生してしまう。 【０００９】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、絶縁抵抗、耐電圧，耐熱衝
撃性に優れ、しかも、高温負荷時の信頼性が高い積層セ
ラミックコンデンサを提供するものである。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、鉛含有ペロブスカイト誘電体磁器から
成る誘電体磁器層と、Ａｇ−Ｐｄ系金属材料から成る内
部電極層とを交互に積層して成る積層セラミックコンデ
ンサにおいて、 前記内部電極層は、平均粒径０．１〜
０．９μｍのアルミナ粉末を金属成分１００重量部に対
して６．０〜２１重量部含有することを特徴とする積層
セラミックコンデンサである。 【００１１】 【作用】積層セラミックコンデンサは、誘電体磁器層の
材料に、鉛系ペロブスカイト誘電体材料を用いているの
で、比誘電率εｒが比較的大きく、容量の温度依存性、
バイアス抵抗に対する依存性が小さく、比較的低温が約
１０５０℃で焼成可能となり、内部電極層の材料にＡｇ
−Ｐｄ合金を用いることができる。しかも、内部電極層
材料に、アルミナ粉末を添加しているので、電極界面に
融点の低いＰｂ過剰相が析出されることがなく耐熱衝撃
性の劣化を抑えることができ、電極界面に融点の低いＰ
ｂ過剰相が析出されることがなく、耐衝撃性、耐湿性の
向上を図ることができる。 【００１２】特に、このアルミナ粉末の平均粒径を０．
１〜０．９μｍとしたため、アルミナ粉末の２次凝集に
よる粗大な粒成長を抑制することができ、同時に、内部
電極層中のアルミナ粒子の分布を均一にすることができ
る。 【００１３】その結果、誘電体磁器層と内部電極層との
界面の安定化され、誘電体磁器層に異常に突出すること
がないため、局部的な絶縁破壊がなく高温負荷時の寿命
の信頼性が向上される。 【００１４】ここで、アルミナの平均粒径が０．１μｍ
未満となると、従来技術のように、アルミナ粉末の２次
凝集により、粗大なアルミナ粒子が形成されてしまい、
しかも、凝集によっては、内部電極層中のアルミナの分
布が不均一となってしまう。 【００１５】高温負荷で絶縁破壊による故障が発生して
しまう。 【００１６】また、０．９μｍを越えると、２次凝集の
発生はないものの、実質的に粗大粒子が存在することに
より、内部電極層間の誘電体磁器層の厚みが局部的に薄
くなり、これでも、高温負荷で絶縁破壊による故障が発
生してしまう。 【００１７】また、上述のアルミナ粉末の添加量を、Ａ
ｇ−Ｐｄ合金の金属成分に対して６．０〜２１重量部と
した。これは、耐熱衝撃性を向上させるものである。 【００１８】例えば、その添加量が６．０重量部未満で
は、焼成時の電極層の収縮抑制の効果が少なく、素子内
部の磁器と導体層との歪みによる応力が残留し、その結
果、２５０℃の半田槽内に浸漬した場合に、誘電体磁器
層にクラックが発生してしまう。 【００１９】逆に、添加量が２１重量部を越えると、内
部電極層の抵抗が大きくなり、その結果、静電容量、絶
縁抵抗が低下してしまい、実用上好ましくない。 【００２０】 【発明の実施の形態】以下、本発明の積層セラミックコ
ンデンサを図面に基づいて詳説する。 【００２１】図１は、本発明の積層セラミックコンデン
サの断面構造図である。 【００２２】積層セラミックコンデンサは、複数の誘電
体磁器層１と内部電極層２とが積層した積層体１０であ
り、３ａ、３ｂはその積層体１の端面に形成された端子
電極である。 【００２３】誘電磁器層１は、鉛を含有し、且つペロブ
スカイト結晶構造を有する誘電体磁器であり、例えば、
Ｐｂ（Ｍｇ1/3 ・Ｎｂ2/3 ）Ｏ₃ −ＰｂＴｉＯ₃ 系など
が例示できる。 【００２４】内部電極層２は、Ａｇ−Ｐｄ合金（例えば
銀７０重量部、Ｐｄ３０重量）を主成分とする導体材料
からなり、誘電体磁器層１の層間に配置されている。
尚、隣接しあう２つの層間に配置される内部電極層２
は、互いに異なる積層体１の端面に導出されている。 【００２５】端子電極３ａ、３ｂは、積層体１の端面に
形成され、各々の端面に導出された内部電極層２に接続
するようになっている。尚、端子電極３ａ、３ｂの構造
は、積層体１の端面側から、銀などの厚膜下地導体膜、
Ｎｉメッキ層、半田メッキ層が積層されて構成されてい
る。 【００２６】本発明は、上述の内部電極層３ａ、３ｂに
は、上述のＡｇ−Ｐｄ以外に、アルミナ粉末が含有され
ており、そのアルミナ粉末は、平均粒径０．１〜０．９
μｍであり、その含有量は、Ａｇ−Ｐｄ１００重量部に
対して６．0 〜２１重量部となっている。 【００２７】このアルミナ粉末を添加することにより、
従来より知られていたように、誘電体磁器層１のＰｂ過
剰相が内部電極層の界面に析出されることを防止するこ
とができ、絶縁抵抗、耐電圧、耐熱衝撃性に優れ、しか
も、高温負荷時の信頼性も高くなる。 【００２８】特に、アルミナ粉末の平均粒径を０．１〜
０．９μｍとすることとにより、焼成時のアルミナ粉末
の凝集を抑え、内部電極層２中に、アルミナ粉末を均一
に分散させて状態を維持できる。 【００２９】仮に、アルミナ粉末の平均粒径を０．１μ
ｍ未満（従来例）では、均一に分散させたアルミナ粉末
が、焼成処理の内部電極層２の作成時に２次凝集を起こ
してしまう。その結果、アルミナ粉末が異常粒成長し、
粒径が大きくなり、しかも、内部電極層２中の分布が不
均一となってしまう。その結果、内部電極層２中の局部
的に発生したアルミナ異常粒成長部分で高温負荷試験中
で絶縁破壊が発生してしまう。 【００３０】また、アルミナ粉末の平均粒径を０．９μ
ｍを越えると、上述の２次凝集反応を抑制できるもの
の、根本的に粒径が大きいことから、高温負荷試験中で
絶縁破壊が発生してしまう。 【００３１】また、アルミナ粉末の重量に関して、金属
成分１００重量部に対して６重量部未満では、耐熱試験
においては、誘電体磁器にクラックが発生してしまう。
これは、内部電極層２の収縮抑制効果が少なくなり、素
子内部に応力が残留するためと考えられる。 【００３２】さらに、アルミナ粉末の重量が金属成分１
００重量部に対して２１重量部を越えると、内部電極層
２の抵抗が高くなり、その結果、電気特性が低下してし
まう。 【００３３】内部電極層２は、アルミナ粉末の平均粒径
を０．１〜０．９μｍとして、且つその重量を、金属成
分１００重量部に対して６．０〜２１重量部とすること
が重要となる。 【００３４】本発明者は、以下の積層セラミックコンデ
ンサを１０００個作成し、静電容量、誘電損失、絶縁抵
抗、破壊電圧、耐熱衝撃試験、高温負荷試験を行った。 【００３５】まず、誘電磁器層１となる誘電体グリーン
シートとして、ペロブスカイト結晶構造であるＰｂ（Ｍ
ｇ_1/3 ・Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ −ＰｂＴｉＯ₃ 系を成るように
各種酸化物を仮焼、粉砕を行い、有機ビヒクルで調整さ
れたセラミックペーストを、ドクターブレード法などに
より、約２０μｍのグリーンシートを作成した。 【００３６】また、内部電極層２となる導電性ペースト
として、平均粒径０．９５μｍのＡｇ−Ｐｄ合金粉末
と、所定平均粒径のアルミナ粉末と、有機ビヒクルと均
質混合して形成した。尚、アルミナ粉末の添加量は、金
属成分１００重量部に対して５〜２５重量部添加した。 【００３７】そして、上述のグリーンシート上に、内部
電極層２となる導体膜を上述の導電性ペーストのスクリ
ーン印刷で形成した。そして、内部電極層２となる導体
膜が形成されたグリーンシートを１２４枚重ねて、加圧
密着を行い、所定形状に切断を行い、脱バイ処理後、約
１０５０℃で４時間大気中の条件で焼成した。 【００３８】焼成された積層体の端面を研磨処理して、
Ａｇを主成分とする導電性ペーストを用いて、端子電極
３ａ、３ｂの下地厚膜導体膜を焼き付けにより形成し、
各種メッキ処理を行った。 【００３９】静電容量（μＦ）、誘電損失tan δ
（％）、絶縁抵抗（ＧΩ）破壊電圧（Ｖ、）等の初期電
気特性で測定・算出を行った。また、耐熱衝撃試験とし
て、２５０℃の半田槽に浸漬して、誘電体磁器１に発生
するクラックを調べた。また、高温負荷試験として、８
５℃で１００Ｖを印加し、故障した個数を調べた。 【００４０】 【表１】【００４１】以上のように、試料番号１において、粒径
が１．０μｍ未満の微細となるとペースト作成時に２次
凝集が発生してしまい、２次凝集粉末が、内部電極層２
中に不均一状態で分布してしてしまい、高温負荷試験中
に内部電極層２の局部に絶縁破壊が発生してしまい、故
障が発生してしまう。 【００４２】試料番号６において、粒径が１．０μｍを
越えると、根本的に粒径が大きいため、高温負荷試験中
に内部電極層２の局部に絶縁破壊が顕著に発生してしま
う。 【００４３】試料番号７において、粒径が０．５μｍ
で、添加量が５．０重量部では、内部電極層の収縮が大
きくなり、素子内部に応力が残留し、２５０℃の半田槽
の浸漬による耐熱衝撃試験で誘電体層間の剥離、クラッ
クが発生してしまう。 【００４４】試料番号１０において、粒径が０．５μｍ
で、添加量が２．２重量部では、素子の静電容量及び絶
縁抵抗が低下してしまい、実用上好ましくない。 【００４５】以上のことから、Ａｇ−Ｐｄを主成分とす
る内部電極層２に添加するアルミナ粉末として、平均粒
径を０．１〜０．９μｍ、また添加量を６〜２１重量部
とすることが、絶縁抵抗、耐電圧，耐熱衝撃性に優れ、
しかも、高温負荷時の信頼性が高い積層セラミックコン
デンサを提供する上で重要である。 【００４６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明は鉛を含有
する積層セラミックコンデンサのＡｇ−Ｐｄ合金を主成
分とする内部電極層にアルミナ粉末が含有するととも
に、そのアルミナ粉末の平均粒径を０．１〜０．９μ
ｍ、金属成分１００重量部に対して６〜２１重量部に充
填している。このため、従来のＡｇ−Ｐｄ単独の誘電体
磁器層に比較して、破壊電圧の向上、耐湿性の向上等、
すぐれた信頼性を有する積層セラミックコンデンサとな
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る積層セラミックコンデンサの断面
図である。 【符号の説明】 １０・・積層体 １・・・誘電体磁器層 ２・・・内部電極層 ３ａ、３ｂ・・・端子電極

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 鉛含有ペロブスカイト誘電体磁器から成
   る誘電体磁器層と、Ａｇ−Ｐｄ系金属材料から成る内部
   電極層とを交互に積層して成る積層セラミックコンデン
   サにおいて、 前記内部電極層は、平均粒径０．１〜０．９μｍのアル
   ミナ粉末を金属成分１００重量部に対して６．０〜２１
   重量部含有することを特徴とする積層セラミックコンデ
   ンサ。