JP3604040B2 - セラミック積層電子部品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層コンデンサなどのセラミック積層電子部品及びその製造方法に関し、特に、内部電極の構造が改良されたセラミック積層電子部品及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1は、従来の積層コンデンサの断面図である。積層コンデンサ1は、誘電体セラミックスよりなるセラミック焼結体2を用いて構成されている。セラミック焼結体2内には、複数の内部電極3〜7がセラミック層を介して重なり合うように配置されている。また、セラミック焼結体2の両端面2a,2bを覆うように、外部電極8,9が形成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記積層コンデンサ1では、等価直列抵抗を低減することが求められているが、従来の積層コンデンサ1では、等価直列抵抗を十分に低減することが困難であった。
【0004】
すなわち、積層コンデンサ1において、等価直列抵抗を十分に低くすることが困難であるのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、図2(a)に図1のA−A線に沿う部分の断面図で示すように、異なる電位に接続される内部電極3,5,7と、内部電極4などとは、セラミック層を介して厚み方向に重なり合っている。ところが、この内部電極3の横断面を図2(b)に拡大して示すように、内部電極3は、その幅方向両端において、厚みが中央部分に比べて薄くなっていた。すなわち、幅方向両側の端縁3a,3b近傍において、内部電極3の厚みが中央部分に比べて薄くなっていた。また、端縁3a,3b近傍において極端に厚みが薄くなっていない場合であっても、端縁3a,3b近傍の厚みは中央部分とほぼ同等の厚みとなっていた。
【0005】
他方、内部電極3〜7では、その外周縁に電界が集中する。そして、等価直列抵抗は、内部電極3〜7の外周縁のうち、上記端縁部分3a,3bの電気抵抗に依存する。
【0006】
従って、図2(b)に示すように、内部電極3において端縁3a,3b近傍の厚みが薄くなっているため、等価直列抵抗が十分に低くなっていないものと考えられる。
【0007】
本発明の目的は、内部電極の端縁における等価直列抵抗の上昇を抑制し得る構造を備えたセラミック積層電子部品を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミック焼結体内において複数の内部電極がセラミック層を介して重なり合う構造を有するセラミック積層電子部品において、前記内部電極が導電ペーストのスクリーン印刷及びセラミック焼結体の焼成時の焼付けにより形成されており、かつ前記内部電極がセラミック焼結体内において重なり合っている他の内部電極と重なり合うように延ばされている方向と直交する方向を内部電極の幅方向とし、該内部電極の幅方向断面形状を幅方向に第1〜第3の部分に3等分したときに、中央の第2の部分の断面積/第2の部分の幅方向寸法で表される第2の部分の導電ペーストの焼付けにより形成された焼成後の前記内部電極の平均厚みt2と、第1,第3の部分の断面積/第1,第3の部分の幅方向寸法で表される第1,第3の部分の導電ペーストの焼付けにより形成された焼成後の前記内部電極の平均厚みt1,t3との間に、
【0009】
【数2】
【0010】
の関係が満たされ、第2の部分と第1,第3の部分の境界において第1,第3の部分方向に沿って厚みが増大しているように前記内部電極が構成されていることを特徴とする、セラミック積層電子部品である。
本発明は、上記のように、セラミック焼結体内において複数の内部電極がセラミック層を介して重なり合う構造を有するセラミック積層電子部品に関するものであり、このような構造を備える限り、積層コンデンサだけでなく、セラミック多層基板、積層型のセラミック圧電部品、CR複合部品などの種々のセラミック積層電子部品に適用し得るものである。従って、上記セラミック焼結体は、誘電体セラミックスからなるものに限られず、圧電性セラミックスや磁性セラミックスからなるものであってもよい。
【0011】
本発明において、上記内部電極の幅方向とは、内部電極がセラミック焼結体内において重なり合っている他の内部電極と重なり合うように延ばされている方向と直交する方向をいう。例えば、積層コンデンサでは、ある内部電極と、異なる電位に接続される他方の内部電極とが重なり合うように延ばされている方向と直交する方向、すなわち内部電極の焼結体端面から内部に延ばされている方向と直交する方向をいう。
【0012】
本発明のセラミック積層電子部品では、上記内部電極の幅方向断面形状は、上述した式(1)及び(2)を満たすように構成されていることを特徴とする。すなわち、幅方向両側の第1,第3の部分の平均厚みt1 ,t3 が、中央の第2の部分の平均厚みt2 の1.1倍を超える大きさとされる。従って、電界が内部電極幅方向両側の端縁において集中したとしても、端縁近傍の導電性が高められているため、等価直列抵抗を効果的に低減することができる。
【0013】
また、本発明のセラミック積層電子部品の製造方法は、セラミックグリーンシート上に内部電極をスクリーンメッシュを用いて印刷する工程と、少なくとも内部電極の形成された複数枚のセラミックグリーンシートを積層して積層体を得る工程と、前記積層体を焼成して焼結体を得る工程とを備え、前記スクリーンメッシュとして、前記積層体を焼成した後の前記内部電極がセラミック焼結体内において重なり合っている他の内部電極と重なり合うように延ばされている方向と直交する方向を内部電極が形成される部分の幅方向としたとき、内部電極が形成される部分の幅方向中央部分に比べて両側の部分の印刷厚みが厚くなるように、該両側の部分のメッシュの開きが中央部分のメッシュの開きに比べて大きくされているスクリーンメッシュを用いることを特徴とする、セラミック積層電子部品の製造方法である。
【0014】
従って、上記製造方法では、内部電極のスクリーン印刷に際し、幅方向両側の部分のメッシュの開きが中央部分のメッシュの開きに比べて大きくされているスクリーンメッシュを用いているため、内部電極の印刷に際し、中央部分に比べて、幅方向両側の部分の厚みを厚く印刷することができ、それによって上記本発明にかかるセラミック積層電子部品を容易に製造することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図3は、本発明の一実施形態にかかる積層コンデンサの断面図であり、図4は、図3のB−B線に沿う部分に相当する積層コンデンサの平面断面図である。
【0016】
積層コンデンサ11では、チタン酸バリウム系セラミック粉末のような誘電体セラミック粉末を用いて構成されたセラミック焼結体12が用いられている。セラミック焼結体12の内部には、複数の内部電極13〜17がセラミック層を介して重なり合うように配置されている。このうち、内部電極13,15,17は、セラミック焼結体12の一方の端面12aに引き出されている。また、内部電極14,16は、他方端面12bに引き出されている。
【0017】
端面12a,12b上には、それぞれ、外部電極18,19が形成されている。
本実施形態の積層コンデンサ11の特徴は、上記内部電極13〜17の形状にある。これを、内部電極13を代表して説明する。
【0018】
内部電極13の横断面、すなわち図4のC−C線に沿う断面を拡大して図5に示す。図5から明らかなように、内部電極13の厚みは、幅方向に沿って均一とはされていない。すなわち、内部電極13を幅方向に3等分した場合に得られる仮想の部分を、それぞれ、第1〜第3の部分13A〜13Cとする。
【0019】
いま、第1〜第3の部分13A〜13Cのそれぞれの平均厚みt1 〜t3 を、下記のように定義する。
t1 =第1の部分13Aの断面積/(W/3)
t2 =第2の部分13Bの断面積/(W/3)
t3 =第3の部分13Cの断面積/(W/3)
なお、上記Wは、内部電極13の幅方向の寸法を示す。
【0020】
本実施形態では、第2の部分の平均厚みt2 と、第1,第3の部分の平均厚みt1 ,t3 との間に前述した式(1),(2)の関係を満たすように、平均厚みt1 〜t3 が選ばれている。従って、端縁13a,13b近傍における電気的導電性が高められており、他の内部電極14〜17についても同様に構成されている。従って、内部電極13〜17の幅方向両側の端縁における電界集中が起こっても、全体としての等価直列抵抗を低めることが可能となる。
【0021】
なお、本実施形態の積層コンデンサ11は、内部電極13〜17が、上記のように構成されていることを除いては、従来より周知の積層コンデンサと同様に構成されている。従って、外部電極18,19は、例えば、端面12a,12b上に導電ペーストを塗布し、焼き付けることにより形成される。また、導電ペーストとしてAg含有導電ペーストを用いた場合には、その上に半田くわれを防止するためにNi層をめっきにより形成し、さらに半田付け性を高めるために最外側にSn層をめっきにより形成してもよい。
【0022】
また、上記積層コンデンサ11の製造に際しては、内部電極13〜17がセラミック層を介して重なり合っている焼結体12を用意するが、このセラミック焼結体12の製造工程についても特に限定されるものではない。すなわち、▲1▼内部電極が形成された複数枚のセラミックグリーンシートを用意し、積層し、上下に必要に応じて無地のセラミックグリーンシートを積層し、厚み方向に加圧することにより積層体を得、得られた積層体を焼成することによりセラミック焼結体12を得る方法、▲2▼セラミックグリーンシートと内部電極とを別々の支持体上において形成しておき、転写法により交互に転写していき積層体を得、得られた積層体を焼成する方法、あるいは▲3▼積層ステージ上において、セラミックペーストを塗布・乾燥し、次に内部電極を構成するための導電ペーストを塗布し、乾燥させる工程を繰り返すことにより積層体を得、得られた積層体を焼成する方法などを適宜採用することができる。
【0024】
もっとも、本発明の製造方法では、上記セラミック焼結体12は、以下の工程を経て製造される。
まず、平面形状が矩形の複数枚のセラミックグリーンシートを得る。次に、セラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷により導電ペーストを印刷し内部電極を形成する。この場合スクリーン印刷用のスクリーンメッシュとしては、図6(a)及び(b)に示すスクリーンメッシュ21が用いられる。スクリーンメッシュ21では、内部電極の平面形状に応じた内部電極印刷部21aが形成されている。もっとも、1つの内部電極印刷部21a近傍を図6(b)に拡大して示すように、1つの内部電極印刷部21a内においては、中央の領域23に比べて、矩形枠状の外周縁近傍の領域22の方がメッシュの開きが大きくされている。すなわち、スクリーン印刷により平面形状が矩形となるように導電ペーストを印刷した場合、印刷された導電ペーストの外周縁近傍の矩形枠状の領域が、中央の領域に比べて厚くなるように、上記メッシュの開きに差がつけられている。このメッシュの開きの差を、上述した式(1)及び(2)を満たすように内部電極の厚みが制御されるように調整しておけば、上記スクリーンメッシュ21を用いることにより、図5に横断面図で示した内部電極13を容易に形成することができる。
【0025】
本発明の製造方法の実施形態では、上記内部電極をスクリーン印刷によりセラミックグリーンシート上に形成した後、上述した各種の方法に従って積層コンデンサが製造される。従って、内部電極の幅方向両側の端縁近傍の厚みを中央領域に比べて厚くしてなる本発明の積層コンデンサを比較的容易に提供することができる。
【0026】
【実施例】
長さ2mm、幅1.25mmの平面形状を有し、かつ設計静電容量が100pFの積層コンデンサを内部電極の平均厚みt1 〜t3 を変化させて種々作製した。下記の表1に、作製した試料番号1〜7の積層コンデンサにおける内部電極平均厚みの比(t1 +t3 )/2t2 を示す。なお、内部電極の形状の制御は、上記実施形態で説明したように、内部電極をスクリーン印刷して形成する際に、導電ペーストの金属含有率及び電極パターン形状を調整することにより行った。
【0027】
なお、第1,第3の領域の平均厚みt1 ,t3 は等しくなるように上記内部電極を形成した。
上記のようにして得た試料番号1〜7の各積層コンデンサにつき、等価直列抵抗及び静電容量を測定した。等価直列抵抗は、100MHzにおいて測定した値である。結果を下記の表1に示す。
【0028】
また、試料番号2の積層コンデンサを基準とし、それぞれの積層コンデンサの内部電極の上記第1〜第3の部分の断面積の和を100とし、他の試料番号の積層コンデンサにおける上記幅方向断面積の和の比を、下記の表1に合わせて示す。
【0029】
【表1】
【0030】
表1から明らかなように、試料番号1から試料番号5に移るに連れ、すなわち(t1 +t3 )/2t2 の値が大きくなるに連れて、等価直列抵抗を低減し得ることがわかる。言い換えれば、中央の第2の領域の平均厚みt2 に比べて、第1,第3の領域の平均厚みt1 ,t3 の厚みを増大させることにより、等価直列抵抗を低減し得ることがわかる。
【0031】
また、試料番号1,2では、上記比が0.96以下であるため、等価直列抵抗は130mΩ以上と高いのに対し、試料番号3〜7では、等価直列抵抗が120mΩ以下と効果的に低められることがわかる。
【0032】
加えて、試料番号7では、断面積の割合が90.3と低く、内部電極構成金属の付着量が少ないことがわかる。そのためか、等価直列抵抗が118mΩと若干高められていることがかわる。しかしながら、試料番号7の積層コンデンサにおいても、試料番号2に比べれば、十分に等価直列抵抗が低められていることがわかる。
【0033】
さらに、試料番号6では、上記断面積の比が100.6と試料番号2の積層コンデンサに比べてさほど変わらないことがわかる。すなわち、試料番号6の積層コンデンサの結果から明らかなように、内部電極構成用の金属の付着量をさほど変化させることなく、等価直列抵抗値を低くし得ることがわかる。言い換えれば、逆に、等価直列抵抗値を同等とする場合には、内部電極を構成するための金属の使用量を低減し得ることがわかる。
【0034】
【発明の効果】
以上のように、本発明のセラミック積層電子部品では、内部電極の幅方向に沿う断面を幅方向に沿って3等分してなる第1〜第3の領域の平均厚みt1 〜t3 が、上記特定の範囲とされているため、すなわち中央の第2の領域に比べて両側の第1,第3の領域の平均厚みが厚くされているため、等価直列抵抗の増大を抑制することができる。よって、等価直列抵抗値の低いセラミック積層電子部品を容易に提供することができる。また、同等の等価直列抵抗値を実現する場合には、内部電極構成用の金属の使用量を低減することができ、従ってより安価にセラミック積層電子部品を製造することが可能となる。
【0035】
また、本発明の製造方法では、上記内部電極が形成される部分の幅方向中央部分に比べて両側の部分の印刷厚みが厚くなるように、内部電極印刷部分において幅方向両側の部分のメッシュの開きが中央部分のメッシュの開きに比べて大きくされているスクリーンメッシュを用いて内部電極がスクリーン印刷法により形成される。従って、本発明のセラミック積層電子部品を容易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の積層コンデンサの断面図。
【図2】(a)及び(b)は、それぞれ、図1に示した積層コンデンサのA−A線に沿う部分の断面図及び内部電極の横断面を拡大して示す断面図。
【図3】本発明の一実施形態に係る積層コンデンサを示す断面図。
【図4】図3に示した積層コンデンサのB−B線に沿う部分に相当する平面断面図。
【図5】図3に示した積層コンデンサの内部電極の横断面を拡大して示し、図4のC−C線に沿う断面図。
【図6】(a)及び(b)は、本発明の製造方法についての実施形態で用いられるスクリーンメッシュの平面図及び該スクリーンメッシュの要部を拡大して示す模式的平面図。
【符号の説明】
11…積層コンデンサ
12…セラミック焼結体
13〜17…内部電極
13A〜13C…第1〜第3の領域
13a,13b…内部電極の幅方向両側の端縁
21…スクリーンメッシュ
21a…内部電極印刷部分
22…外周縁近傍の領域
23…中央領域
Claims (2)
- セラミック焼結体内において複数の内部電極がセラミック層を介して重なり合う構造を有するセラミック積層電子部品において、
前記内部電極が導電ペーストのスクリーン印刷及びセラミック焼結体の焼成時の焼付けにより形成されており、かつ前記内部電極がセラミック焼結体内において重なり合っている他の内部電極と重なり合うように延ばされている方向と直交する方向を内部電極の幅方向とし、該内部電極の幅方向断面形状を幅方向に第1〜第3の部分に3等分したときに、中央の第2の部分の断面積/第2の部分の幅方向寸法で表される第2の部分の導電ペーストの焼付けにより形成された焼成後の前記内部電極の平均厚みt2と、第1,第3の部分の断面積/第1,第3の部分の幅方向寸法で表される第1,第3の部分の導電ペーストの焼付けにより形成された焼成後の前記内部電極の平均厚みt1,t3との間に、
- セラミックグリーンシート上に内部電極をスクリーンメッシュを用いて印刷する工程と、
少なくとも内部電極の形成された複数枚のセラミックグリーンシートを積層して積層体を得る工程と、
前記積層体を焼成して焼結体を得る工程とを備え、
前記スクリーンメッシュとして、前記積層体を焼成した後の前記内部電極がセラミック焼結体内において重なり合っている他の内部電極と重なり合うように延ばされている方向と直交する方向を内部電極が形成される部分の幅方向としたとき、内部電極が形成される部分の幅方向中央部分に比べて両側の部分の印刷厚みが厚くなるように、該両側の部分のメッシュの開きが中央部分のメッシュの開きに比べて大きくされているスクリーンメッシュを用いることを特徴とする、セラミック積層電子部品の製造方法。
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