JP3544569B2

JP3544569B2 - 積層セラミックコンデンサ

Info

Publication number: JP3544569B2
Application number: JP29007394A
Authority: JP
Inventors: 成一小泉; 修余越
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1994-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: JPH08148371A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は積層セラミックコンデンサに関し、詳細には、メッキ浴に対する耐熱衝撃性を高めた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】
積層セラミック（磁器）コンデンサは、一般に、誘電体磁器層と内部電極とを交互に積層してコンデンサ本体を形成し、その本体の内部電極の端部が露出した両端面に、一対の外部電極がそれぞれの内部電極と電気的に接続するように構成されている。このような積層セラミックコンデンサは、通常、次のようにして作製される。
【０００３】
まず、誘電体磁器材料の粉末とバインダとを十分に混合したスリップからドクターブレード法によってセラミックグリーンシートを成形する。このグリーンシートに、銀（Ａｇ）−パラジウム（Ｐｄ）合金などからなる電極材料の粉末とバインダとを混合してペースト状にした導電性ペーストをスクリーン印刷法などによって内部電極パターンとして印刷し、それらを所望の層数積層して圧着・切断してグリーンチップを作製する。このグリーンチップを焼成してコンデンサ本体を形成し、このコンデンサ本体の内部電極端部が露出した両端面に、外部電極用のＡｇまたはＡｇ−Ｐｄ合金などからなる導電性ペーストを塗布・焼付して外部電極を形成し、その外部電極表面にニッケル（Ｎｉ）メッキやスズ（Ｓｎ）メッキまたは半田メッキなどの金属メッキ膜を形成して、積層セラミックコンデンサとなる。
【０００４】
上記のようにして得られた積層セラミックコンデンサの内部構造は、図２に断面図で示したようになっている。図２の積層セラミックコンデンサ１において、２はコンデンサ本体であり、その内部には誘電体磁器層３と内部電極４ａ・４ｂとが交互に積層されている。５ａ・５ｂは外部電極、６ａ・６ｂはその上に形成された金属メッキ膜であり、外部電極５ａ・５ｂはコンデンサ本体２の両端面において内部電極４ａ・４ｂの端部とそれぞれ電気的に接続している。
【０００５】
同図に示すように、従来の積層セラミックコンデンサ１では、内部電極４ａ・４ｂはコンデンサ本体２の内部で平坦に形成されており、内部電極４ａ・４ｂと外部電極５ａ・５ｂとがコンデンサ本体２の端部においてほぼ垂直に接続されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の積層セラミックコンデンサ１においては、外部電極５ａ・５ｂの上に金属メッキ膜６ａ・６ｂを形成する際にメッキ浴液が外部電極５ａ・５ｂを浸透して、コンデンサ本体２側の内部電極４ａ・４ｂや内部電極４ａ・４ｂと誘電体磁器層２との界面に浸入することがあった。そしてその結果、積層セラミックコンデンサ１の耐熱衝撃性が低下してしまって回路基板に実装する時の半田による熱衝撃のためにコンデンサ本体２にクラックが発生したり、コンデンサ１の誘電損失や絶縁抵抗などの電気的特性が著しく劣化してしまうとともに使用中の信頼性が低下してしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて本発明者等が鋭意研究を進めた結果完成したもので、その目的は、金属メッキ膜の形成によるメッキ浴液のコンデンサ本体内部への浸入を防止して、耐熱衝撃性を高め、電気的特性の劣化を防止した、高信頼性の積層セラミックコンデンサを提供することにある。
【０００８】
また本発明の目的は、メッキ浴液のコンデンサ本体内部への浸入を防止することにより、外部電極上への金属メッキ膜の形成あるいは回路基板への半田実装を行なっても特性や信頼性が低下しない、耐熱衝撃性に優れた積層セラミックコンデンサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の積層セラミックコンデンサは、誘電体磁器層と内部電極とを交互に積層して形成されたコンデンサ本体と、該コンデンサ本体の端面に形成され、かつ上記内部電極に電気的に接続されるとともに、表面に金属メッキ膜を有する外部電極とを備えた積層セラミックコンデンサにおいて、前記内部電極および該内部電極に挟まれた誘電体磁器層のそれぞれの同一端面が、積層方向の同一方向に屈曲し、該屈曲部の長さが３０〜１００μｍであることを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】
本発明の積層セラミックコンデンサは、複数層積層された内部電極および誘電体磁器層の端面がコンデンサ本体の端面近傍においてそれぞれ積層方向に屈曲した構成としているので、外部電極上に金属メッキ膜を形成する際や回路基板に半田実装する際に、メッキ浴液が内部電極の内部や内部電極と誘電体磁器層との界面などのコンデンサ本体内部に浸入することを防止できる。これは、内部電極および誘電体磁器層をそのように曲げることによってコンデンサ本体の端面における内部電極の厚みが薄くなり、また内部電極と誘電体磁器層とが十分に密着して、その端面における誘電体磁器層と内部電極との隙間がなくなるので、メッキ液が浸入する空洞が小さくなるためであると考えられる。
【００１１】
そのため本発明の積層セラミックコンデンサによれば、メッキ液の浸入に起因するコンデンサ本体におけるクラックの発生、あるいはコンデンサの誘電損失や絶縁抵抗などの電気的特性の劣化を防止することができ、耐熱衝撃性に優れた高信頼性の積層セラミックコンデンサを提供することができる。
【００１２】
本発明の積層セラミックコンデンサにおいて内部電極および誘電体磁器層の端面を積層方向に屈曲させるには、種々の方法を用いることができる。例えば、内部電極パターンを印刷したセラミックグリーンシートを所望の層数積層して圧着し、それを切断してグリーンチップを作製する際に切断の方法および条件を適切に選択することにより、切断後のグリーンチップにおいて内部電極パターンとセラミックグリーンシートとの端面をともに積層方向に一様に屈曲させることができる。そして、それを焼成することによって、切断された端面近傍において内部電極および誘電体磁器層のそれぞれ端面が積層方向に屈曲したコンデンサ本体を得ることができる。従って、本発明の積層セラミックコンデンサはそのようにして容易に作製することができるため、製造工程や製造コストが増加することもなく、耐熱衝撃性に優れた高信頼性の積層セラミックコンデンサを安価に提供することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の積層セラミックコンデンサを実施例に基づいて詳述する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。
【００１４】
図１は本発明の積層セラミックコンデンサの構成例を示す断面図である。図１の積層セラミックコンデンサ７において８はコンデンサ本体であり、その内部には誘電体磁器層９と内部電極１０ａ・１０ｂとが交互に積層されている。１１ａ・１１ｂは外部電極、１２ａ・１２ｂはその上に形成された金属メッキ膜であり、外部電極１１ａ・１１ｂはコンデンサ本体８の両端面において内部電極１０ａ・１０ｂの端部とそれぞれ電気的に接続している。そして同図に範囲Ａで示したように、本発明の積層セラミックコンデンサ７では、内部電極１０ａ・１０ｂおよび誘電体磁器層９のそれぞれ端面が、コンデンサ本体８の端面近傍Ａで積層方向すなわち同図においては下方に一様に屈曲して形成されている。
【００１５】
本発明の積層セラミックコンデンサ７において内部電極１０ａ・１０ｂおよび誘電体磁器層９のそれぞれ端面をコンデンサ本体８の端面近傍で積層方向に屈曲させるに当たっては、図１に示したように両端面において同方向に曲げてもよいし、両端面でそれぞれ逆方向に曲げてもよい。また、その屈曲部分の形状は断面が曲線状となるように湾曲させた形状でもよく、屈曲部分の曲率も一定であっても変化させてもよい。また、１段または多段に折れ曲がった形状でもよいし、それらを組み合わせた形状であってもよい。
【００１６】
図１中にＡで示した内部電極１０ａ・１０ｂおよび誘電体磁器層９の屈曲部分の長さは、作製する積層セラミックコンデンサの寸法や特性に応じて適宜設定するが、３０〜１００ μｍの長さとするのが好ましく、それにより本発明の作用効果を顕著に高めることができる。
【００１７】
コンデンサ本体８の端面近傍において内部電極１０ａ・１０ｂおよび誘電体磁器層９のそれぞれ端面を積層方向に屈曲させる方法としては、上述したように種々の方法を用いることができるが、中でもグリーンチップに切断する際の切断方法および条件によれば、比較的簡便にかつ低コストで行なうことができるという点で好適である。
【００１８】
例えば切断によって内部電極１０ａ・１０ｂおよび誘電体磁器層９の端面を屈曲させたコンデンサ本体８を得るには、約５０〜１００ ℃に加熱したダイシング刃を用いて乾式で切断する方法がある。これによれば、ダイシング刃の熱および摩擦熱により切断面を柔らかくできるため内部電極１０ａ・１０ｂおよび誘電体磁器層９の端面を積層方向に一様に屈曲させることができ、その屈曲部分の長さもダイシング刃の熱を調整することによって所望の範囲に設定することができる。
【００１９】
本発明の積層セラミックコンデンサ７の誘電体磁器層９には、種々の誘電体材料を用いることができ、例えばＢａＴｉＯ_３・ＬａＴｉＯ_３・ＣａＴｉＯ_３・ＮｄＴｉＯ_３・ＭｇＴｉＯ_３・ＳｒＴｉＯ_３・ＣａＺｒＯ_３・ＳｒＳｎＯ_３・ＢａＴｉＯ_３にＮｂ_２Ｏ_５・Ｔａ_２Ｏ_５・ＺｎＯ・ＣｏＯ等を添加した組成物や、ＢａＴｉＯ_３の構成原子であるＢａをＣａで、ＴｉをＺｒやＳｎで部分的に置換した固溶体等のチタン酸バリウム系材料、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３・Ｐｂ（Ｆｅ，Ｎｄ，Ｎｂ）Ｏ_３系ペロブスカイト型構造化合物、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３等の２成分系組成物、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３−Ｐｂ（Ｍｇ_１／２Ｗ_１／２）Ｏ_３・Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３・Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−Ｐｂ（Ｓｍ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３等の３成分系組成物、あるいはそれらにＭｎＯ・ＭｎＯ_２・ＣｕＯ・ＢａＴｉＯ_３等を添加したもの等の鉛系リラクサー材料などが挙げられる。コンデンサ本体８の形成に際しては、これらの誘電体粉末を有機バインダと十分に混合したスリップからセラミックグリーンシートに成形したものを使用する。
【００２０】
内部電極１０ａ・１０ｂを形成する材料としては、例えばＰｄ・Ａｇ・Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｕ・Ｐｂおよびそれらの合金が挙げられる。内部電極１０ａ、１０ｂの形成に当たっては、このような電極材料粉末をバインダと混合粉砕してペースト状にした導電性ペーストを用いる。この導電性ペーストをスクリーン印刷法などによってセラミックグリーンシート上に内部電極パターンとして印刷して、積層・圧着し、焼成して焼結させることにより、所望の内部電極１０ａ・１０ｂを形成する。
【００２１】
外部電極１１ａ・１１ｂを形成する材料は内部電極１０ａ・１０ｂとほぼ同様であり、必要に応じてガラスフリットなどを添加して、導電性ペーストとしてコンデンサ本体８の端面に塗布・焼成することにより所望の外部電極１１ａ・１１ｂを形成する。あるいはスパッタリング等の薄膜形成法による導体膜によって形成してもよい。この外部電極１１ａ・１１ｂは、コンデンサ本体８の端面のみでなく、必要に応じて側面に回り込ませて形成してもよい。
【００２２】
外部電極１１ａ・１１ｂ上に形成する金属メッキ膜１２ａ・１２ｂの材料としては、Ｎｉ・Ｎｉ−Ｓｎ・Ａｕなどがあり、電解メッキや無電解メッキなどのメッキ法によって形成する。
【００２３】
また、積層セラミックコンデンサ７を回路基板に半田実装する場合は、リフロー法やフロー半田法などが用いられる。
【００２４】
以下に本発明のチップ型積層セラミックコンデンサの具体例を示す。
〔例１〕
まず、誘電体磁器層の材料としてチタン酸バリウムを主成分とするＸ７Ｒ特性の材料粉末を用意し、有機バインダと混合後、得られたスリップを用いてドクターブレード法によって厚さ１５μｍのセラミックグリーンシートを成形した。
【００２５】
このセラミックグリーンシートに、ＰｄまたはＡｇ−Ｐｄ粉末に有機バインダを添加して混合した導電性ペーストを用いて、スクリーン印刷法により内部電極パターンを印刷した。
【００２６】
その後、印刷した内部電極パターンが交互に櫛形構造になるように９０層積層し、１００ ℃で熱圧着して、図３に断面図で示すような構造の積層体１３を得た。図３に示すように、積層体１３はセラミックグリーンシート１４と内部電極パターン１５とが交互に櫛形構造になるように積層されている。ここで同図中の一点鎖線は、グリーンチップを得るために積層体１３を切断する位置を示している。
【００２７】
次に、この積層体１３を約５０〜１００ ℃に加熱したダイシング刃を用いて、回転数１０，０００回転／分、スピード１０ｃｍ／秒の条件で乾式で切断してグリーンチップを作製した。
【００２８】
そして、このグリーンチップを脱バインダ処理した後１，３００℃で２時間焼成を行ない、面取り処理を行なって本発明の実施例の試料Ａを作製した。
【００２９】
また比較例として、積層体１３を以下のようにして切断してグリーンチップを作製した。一つは上記のダイシング刃を用いて、刃を加熱せずに回転数１０，０００回転／分、スピード１０ｃｍ／秒の条件で湿式で切断した。もう一つは厚み１００μｍのレザー刃を用いて押し切りにより切断した。これらに同様に脱バインダ処理・焼成・面取り処理を行なって、比較例の試料Ｂ（湿式ダイシング刃切断）およびＣ（レザー刃押し切り切断）を作製した。
【００３０】
これらの試料ＡおよびＢ・Ｃの内部電極および誘電体磁器層の形状を、クロスセクション処理を行なって金属顕微鏡により観察したところ、試料Ａの内部電極および誘電体磁器層のそれぞれ端面は図１に示すように端面近傍で積層方向に一様に屈曲しており、その屈曲部分の長さは５０μｍであった。これに対して試料ＢおよびＣの内部電極および誘電体磁器層のそれぞれ端面は、図２に示すように端面に至るまで直線状の平坦な形状であった。
【００３１】
〔例２〕
次に、〔例１〕で作製した試料ＡおよびＢ・Ｃについて、以下のようにして外部電極を形成し、メッキ浴に対する耐熱衝撃性を評価・比較した。
【００３２】
まず、試料ＡおよびＢ・Ｃの内部電極が引き出された端面に、Ａｇ粉末に有機バインダを添加して混合した導電性ペーストを塗布し、７００ ℃で焼付けて厚み１００μｍの外部電極を形成した。
【００３３】
次いで、ワット浴でＮｉメッキをかけ続けて硫酸浴でＳｎメッキをかけた。
【００３４】
そして、メッキが終了した各試料をそれぞれ２００個ずつ、３００ ℃・３６０ ℃・４００ ℃の半田槽に３秒間投入して熱衝撃を加えた。その後、取り出した試料を４０倍の双眼顕微鏡で観察して、熱衝撃によるクラックが発生している試料数を調べて比較した。
【００３５】
また、それぞれの試料について絶縁抵抗を測定し、抵抗値が１×１０^４ＭΩ以下となって絶縁不良を起こしている試料数を調べて比較した。
【００３６】
これらの耐熱衝撃性の評価結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
表１の結果より分かるように、本発明の試料Ａにおいては３００ ℃および３６０℃ではクラックの発生が見られず、４００ ℃でわずかに１個の発生が見られただけであった。これに対して試料ＢおよびＣではかなりのクラック発生が見られた。
【００３９】
また、絶縁不良の発生も本発明の試料Ａでは見られず、これに対して試料ＢおよびＣでは３６０℃以上で絶縁不良の発生が見られた。
【００４０】
これらの結果より本発明の試料Ａは、内部電極および誘電体磁器層がコンデンサ本体の端面まで平坦に形成された従来の積層セラミックコンデンサ試料Ｂ・Ｃより、耐熱衝撃性に優れていることが確認できた。
【００４１】
〔例３〕
次に〔例１〕で作製した試料ＡおよびＢ・Ｃについて、外部電極を形成せずに、〔例２〕と同様にしてメッキ浴に対する耐熱衝撃性を評価・比較した。
【００４２】
そして〔例２〕と同様にして、メッキが終了した各試料をそれぞれ２００個ずつ、３００ ℃・３６０ ℃・４００ ℃の半田槽に３秒間投入して熱衝撃を加えた。その後、取り出した試料を４０倍の双眼顕微鏡で観察して、熱衝撃によるクラックが発生している試料数を調べて比較した。
【００４３】
この耐熱衝撃性の評価結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】

【００４５】
表２の結果より分かるように、本発明の試料Ａにおいては３００℃および３６０℃ではクラックの発生が見られず、４００ ℃でわずかに３個の発生が見られただけであった。これに対して試料ＢおよびＣでは３００℃でも４〜５個、３６０℃では５０個前後、４００ ℃では１００個近くと、かなりのクラック発生が見られた。
【００４６】
これらの結果によっても本発明の試料Ａは、内部電極および誘電体磁器層がコンデンサ本体の端面まで平坦に形成された従来の積層セラミックコンデンサ試料Ｂ・Ｃより、耐熱衝撃性に優れていることが確認できた。
【００４７】
〔例４〕
次に試料ＡおよびＢ・Ｃそれぞれ２，０００個を用いて、３４０ ℃のフロー半田によって基板への半田実装を行なった。これらを９０℃・６５％ＲＨの温湿度環境の湿中槽に投入して１Ｖ／１秒の条件のパルス電圧印加試験を９６時間行なった。そして、試験後のそれぞれの試料について絶縁抵抗を測定し、抵抗値が１×１０^４ＭΩ以下となって絶縁不良を起こしている試料数を調べて比較した。
【００４８】
この評価結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】

【００５０】
表３の結果より分かるように、本発明の試料Ａにおいては絶縁不良の発生は見られず、これに対して試料Ｂでは１０個、試料Ｃでは１５個の絶縁不良の発生が見られた。
【００５１】
これらの結果によっても本発明の試料Ａは、内部電極および誘電体磁器層がコンデンサ本体の端面まで平坦に形成された従来の積層セラミックコンデンサ試料Ｂ・Ｃより、耐熱衝撃性に優れて高信頼性であることが確認できた。
【００５２】
以上のように、本発明の積層セラミックコンデンサによれば、内部電極および誘電体磁器層の端面がコンデンサ本体の端面近傍においてそれぞれ積層方向に屈曲していることにより、内部電極および内部電極と誘電体磁器層との界面などのコンデンサ本体へのメッキ浴液の浸入を防止することができることから、耐熱衝撃性に優れ、電気的特性も劣化しない、高信頼性の積層セラミックコンデンサを提供することができた。
【００５３】
また本発明の積層セラミックコンデンサは、例えば上述のように積層体をグリーンチップに切断する際の方法や条件の選択によって容易に作製することができるので、従来の積層セラミックコンデンサと比べても製造工数や製造コストが増加することがない。そのため、耐熱衝撃性に優れた高信頼性の積層セラミックコンデンサを安価に提供できるものである。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の積層セラミックコンデンサによれば、内部電極および誘電体磁器層のそれぞれ端面が積層方向に屈曲していることにより、外部電極上への金属メッキ膜の形成時のメッキ浴液のコンデンサ本体内部への浸入を防止して、耐熱衝撃性を高め、電気的特性の劣化を防止した、高信頼性の積層セラミックコンデンサを提供することができた。
【００５５】
また本発明の積層セラミックコンデンサによれば、内部電極および誘電体磁器層のそれぞれ端面を積層方向に屈曲してメッキ浴液のコンデンサ本体内部への浸入を防止することにより、外部電極上への金属メッキ膜の形成のみならず回路基板への半田実装を行なっても特性や信頼性が低下しない、耐熱衝撃性に優れた積層セラミックコンデンサを提供することができた。
【００５６】
さらに、本発明の積層セラミックコンデンサは容易に作製することができ、従来の積層セラミックコンデンサと比べても製造工数や製造コストが増加することがないので、耐熱衝撃性に優れた高信頼性の積層セラミックコンデンサを安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層セラミックコンデンサの構成例を示す断面図である。
【図２】従来の積層セラミックコンデンサの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の積層セラミックコンデンサの実施例における積層体の構成ならびに切断位置を示す断面図である。
【符号の説明】
１、７・・・・・・・・・・・積層セラミックコンデンサ
２、８・・・・・・・・・・・コンデンサ本体
３、９・・・・・・・・・・・誘電体磁器層
４ａ、４ｂ、１０ａ、１０ｂ・・・内部電極
５ａ、５ｂ、１１ａ、１１ｂ・・・外部電極
６ａ、６ｂ、１２ａ、１２ｂ・・・金属メッキ膜

Claims

誘電体磁器層と内部電極とを交互に積層して形成されたコンデンサ本体と、該コンデンサ本体の端面に形成され、かつ上記内部電極に電気的に接続されるとともに、表面に金属メッキ膜を有する外部電極とを備えた積層セラミックコンデンサにおいて、
前記内部電極および該内部電極に挟まれた誘電体磁器層のそれぞれの同一端面が、積層方向の同一方向に屈曲し、該屈曲部の長さが３０〜１００μｍであること特徴とする積層セラミックコンデンサ。