JP3681900B2 - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体層と内部電極層とを交互に積層してなる積層セラミックコンデンサに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、積層セラミックコンデンサとしては、図５に示すように、誘電体層１１と内部電極層１２とを交互に積層し、内部電極層１２の端部を交互にコンデンサ本体１３の対向する端面に露出させ、この部分にそれぞれ外部電極を形成することにより、内部電極層１２の一端を外部電極に接続していた。
【０００３】
このような積層セラミックコンデンサの一般的な製造方法は、例えば、誘電体セラミック粉末を有機バインダーに分散させたセラミックスラリーをシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製し、スクリーン印刷法などにより、このセラミックグリーンシートの上に導電性ペーストを塗布し、内部電極パターンを印刷する。
【０００４】
そして、この内部電極パターンが印刷されたセラミックグリーンシートを複数積層し、該積層成形体の上下面に内部電極パターンが印刷されていないセラミックグリーンシートを複数枚積み重ねる。こうして得られた積層成形体を内部電極層の一端が端面に露出するようにしてチップ状に切断し、これを焼成し、コンデンサ本体を作製する。
【０００５】
そして、コンデンサ本体の端面を研磨して、その端面に内部電極層の端面を露出させ、コンデンサ本体の端面に導電性ペーストを塗布し、これを焼き付けて外部電極を形成し、積層セラミックコンデンサを作製していた。
【０００６】
また、他の積層セラミックコンデンサの製造方法として、チップ状に切断された未焼成の積層成形体を焼成する前に、その端部に予め導電性ペーストを塗布し、焼成と同時に導電性ペーストを焼き付けるという製造方法もある。
【０００７】
さらに、積層成形体を得る方法も、セラミックグリーンシートを使用する、いわゆるシート法の他に、セラミックペーストと導電性ペーストとを交互に印刷していく、いわゆる印刷法も採用されている。
【０００８】
ところで、従来の積層セラミックコンデンサにおける内部電極層１２は、図５に示すように、同一厚みとされていた。また、内部電極層１２の他端部は、コンデンサ本体１３の端面に露出しないように導電性ペーストの塗布面積を考慮し、外部電極と電気的に絶縁されていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、積層セラミックコンデンサでは、一般に内部電極層１２と誘電体層１１との焼成収縮率が異なるため、焼成後においては内部応力が発生し、構造欠陥が発生しやすく、静電容量の温度特性が悪化するという問題があった。そして、近年においては、高容量を達成するために積層数を増加することが行われているが、積層数を増加する程内部応力が大きくなり、構造欠陥が発生したり、静電容量の温度特性の悪化が大きいという問題があった。
【００１０】
また、上記積層セラミックコンデンサでは、導電性ペーストの印刷パターンの制御により外部電極との絶縁を確保していたため、印刷の精度による外部電極との短絡を防止するために、印刷パターンの外部電極端と外部電極との間隔を大きく設定する（いわゆる大きなマージン領域を形成する）必要があり、容量が発生する有効電極面積が小さくなり、静電容量が小さくなるという問題があった。
【００１１】
本発明は、構造欠陥を抑制し、静電容量の温度特性を向上させることができる積層セラミックコンデンサを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記問題について鋭意検討した結果、積層セラミックコンデンサの内部電極層の一部あるいは全体の厚みを、その内部電極層の上下に設けられる内部電極層の厚みと異なるように設定することにより、誘電体層と内部電極層との焼成収縮率の差にもかかわらず、積層セラミックコンデンサの内部応力を小さくすることができることを見出し、本発明に至った。
【００１３】
即ち、本発明の積層セラミックコンデンサは、誘電体層と内部電極層とを交互に積層してなるコンデンサ本体の両端に一対の外部電極を設けてなり、前記内部電極層の一端が前記外部電極に電気的に接続され、他端が前記外部電極と電気的に絶縁された積層セラミックコンデンサであって、前記内部電極層に層厚部を設けるとともに、該層厚部の厚みが、該層厚部と前記誘電体層を介して対向する位置の内部電極層の厚みよりも厚いものである。
【００１４】
ここで、内部電極層の層厚部の厚みが、該層厚部と誘電体層を介して対向する位置の内部電極層の厚みの１．２〜３倍であることが重要であり、また、層厚部は、内部電極層の外部電極に電気的に接続される側に形成されていることが重要であり、さらに、内部電極層の他端部が酸化され、外部電極と電気的に絶縁されていることが望ましい。
【００１５】
【作用】
本発明の積層セラミックコンデンサでは、内部電極層に層厚部を設けるとともに、この内部電極層の層厚部の厚みを、該層厚部と誘電体層を介して対向する位置の内部電極の厚みよりも厚くすることにより、誘電体層に作用する応力の方向を分散することができ、誘電体層と内部電極層との焼成収縮率の差にもかかわらず、内部応力が小さくなり、これにより、構造欠陥が少なくなり、静電容量の温度特性を良好にできる。
【００１６】
また、内部電極層の層厚部の厚みを、該層厚部と誘電体層を介して対向する位置の内部電極の厚みの１．２〜３倍の厚みとすることにより、内部応力をより小さくできる。
【００１７】
さらに、層厚部を、内部電極層の外部電極に電気的に接続される側に形成することにより、さらに内部応力を小さくできるととともに、内部電極層の電流密度が均一になるため、積層セラミックコンデンサの等価直列抵抗を低くすることができ、高周波電流に対する電力損失を小さくすることができる。
【００１８】
また、内部電極層の他端部を酸化し、外部電極と電気的に絶縁することにより、印刷パターンの制御によっていわゆる誘電体マージン領域を形成した従来の積層セラミックコンデンサよりも有効電極面積を大きくすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の積層セラミックコンデンサは、図１に示すようにコンデンサ本体１の対向する両端にそれぞれ外部電極２が形成されている。図２は、コンデンサ本体１の断面を示すもので、複数の誘電体層３と複数の内部電極層４とが交互に積層されている。内部電極層４の一端はコンデンサ本体１の両端面に露出し、図示しないが、外部電極２に電気的に接続され、他端が印刷パターンの制御により外部電極２と電気的に絶縁されている。
【００２０】
そして、図２に示したように、それぞれの外部電極２に接続される内部電極層４毎に、第１内部電極層４ａ、第２内部電極層４ｂとされており、これらの第１内部電極層４ａ、第２内部電極層４ｂは交互に形成され、第１内部電極層４ａの厚みが第２内部電極層４ｂの厚みよりも厚く形成されている。つまり、第１内部電極層４ａの全体が層厚部とされており、第１内部電極層４ａの厚みは、第２内部電極層４ｂの厚みの３倍の厚みとされている。
【００２１】
内部電極層４に用いられる金属としては、パラジウム、ニッケル、銀、銅、またはそれらの合金等があるが、これらのうちでも、安価であるという理由から、ニッケルからなる内部電極材料を用いることが望ましい。内部電極層４中には、金属を主成分とするものであれば良く、金属の他に金属の酸化物やガラス等を含有していても良いが、金属のみからなる場合が最も望ましい。
【００２２】
本発明の積層セラミックコンデンサは、例えば、先ず、誘電体層となるグリーンシートを作製することにより得られる。グリーンシートは、例えば、チタン酸バリウムを主成分とし、酸化イットリウム、炭酸マンガンおよび酸化マグネシウムを加えた誘電体粉末に、水および分散剤を加え、ボールミルにて混合粉砕した後、有機バインダーを混合し、得られたスラリーを所定厚みのテープ状に成形することにより得られる。
【００２３】
誘電体層の材料としては、チタン酸バリウムを主成分とし、この主成分１００モル部に対して、酸化マグネシウムを０．５〜８モル部、炭酸マンガンを０．０５〜０．５モル部、酸化イットリウムを０．３〜４モル部添加含有したものを用いることが誘電率などの特性を向上するという点から望ましい。一方、例えば、ニッケル粉末に有機可塑剤を加えた導電性ペーストを作製する。
【００２４】
そして、上記グリーンシートの上面に、例えば、スクリーン印刷法により上記導電性ペーストを塗布する。このとき、第１内部電極層４ａ用の印刷パターンは導電性ペーストを複数回印刷することにより、第２内部電極層４ｂの印刷パターンよりも厚い導電膜を形成する。この後、導電性ペーストを塗布したグリーンシートを積層する。
【００２５】
そして、得られた積層成形体を所定寸法に切断したのち、酸素分圧３×１０-8〜３×１０-3Ｐａ、温度１１５０〜１３００℃で０．５〜３時間焼成し、次に、酸素分圧１×１０-2〜２×１０4 Ｐａ、温度９００〜１１５０℃で１〜５時間熱処理し、コンデンサ本体を作製する。
【００２６】
次に、銅粉末に有機可塑剤を加えたペーストを作製し、このペーストを、前記内部電極層と交互に電気的に接続するようにコンデンサ本体の両端に塗布し、焼き付けることにより外部電極を形成し、本発明の積層セラミックコンデンサを作製する。尚、上記例では、複数回の印刷によって厚みを厚く形成したが、本発明は上記例に限定されるものではない。
【００２７】
以上のように構成された積層セラミックコンデンサでは、第１内部電極層４ａの全体の厚みを、その上下に設けられる第２内部電極層４ｂの厚みよりも厚く設定することにより、誘電体層３に加わる応力の方向を分散させることができ、誘電体層３と内部電極層４との焼成収縮率の差にもかかわらず、内部応力が小さくなり、これにより、構造欠陥が少なくなり、静電容量の温度特性を良好にできる。
【００２８】
また、上下に設けられた第１内部電極層４ａの厚みを、第２内部電極層４ｂの厚みの３倍の厚みとしたので、内部応力をより小さくでき、構造欠陥がより少なくなり、静電容量の温度特性をより良好にできる。
【００２９】
図３は、本発明の積層セラミックコンデンサの他の例を示すもので、この形態では、第１内部電極層４ａおよび第２内部電極層４ｂの外部電極２と接続される側の厚みがそれぞれ厚く形成されている。即ち、第１内部電極層４ａの左側半分、第２内部電極層４ｂの右側半分が層厚部６とされ、その他の部分は層厚部６よりも薄く形成されている。
【００３０】
即ち、内部電極層４ａ、４ｂの層厚部６と誘電体層３を介して対向する位置の内部電極層４ａ、４ｂの厚みは、層厚部６よりも薄く形成され、その厚みの比は１：３とされている。
【００３１】
以上のように構成された積層セラミックコンデンサは、上記した製造方法とほぼ同様の製造方法により作製できる。そして、得られた積層セラミックコンデンサについても、上記態様とほぼ同様の効果を得ることができるが、さらに、内部電極層４ａ、４ｂの外部電極２に接続される側に層厚部６を形成したので、層厚部６において電流密度が均一化し、積層セラミックコンデンサの等価直列抵抗を低くすることができ、高周波電流に対する電力損失を小さくすることができ、高周波用の積層セラミックコンデンサとして好適に利用することができる。
【００３２】
図４は、本発明の積層セラミックコンデンサのさらに他の例を示すもので、この形態では、第１内部電極層４ａおよび第２内部電極層４ｂの外部電極２と接続される側の厚みが厚く形成されている。即ち、第１内部電極層４ａの左側端部、第２内部電極層４ｂの右側端部が層厚部６とされ、その他の部分は層厚部６よりも薄く形成されており、第１内部電極層４ａの層厚部６以外の部分と第２内部電極層４ｂの層厚部６以外の部分は同一厚みとされている。
【００３３】
そして、本態様では第１内部電極層４ａの右側端部、および第２内部電極層４ｂの左側端部が酸化されて酸化部７が形成され、第１内部電極層４ａの右側端部、第２内部電極層４ｂの左側端部と外部電極２とが電気的に絶縁されている。
【００３４】
このような積層セラミックコンデンサは、グリーンシートの上面に、例えば、スクリーン印刷法により上記導電性ペーストを塗布する。このとき、膜厚部６については複数回導電性ペーストを印刷することにより形成する。この後、導電性ペーストを塗布したグリーンシートを積層し、得られた積層成形体を所定寸法に切断したのち焼成し、内部電極層の両端が端面に露出したコンデンサ本体を作製する。
【００３５】
次に、酸素分圧１×１０-2〜２×１０4 Ｐａ、温度９００〜１１５０℃で１〜５時間熱処理することにより、第２内部電極層４ｂの左側端部、および第１内部電極層４ａの右側端部が酸化され、第２内部電極層４ｂの左側端部、第１内部電極層４ａの右側端部と外部電極２とが電気的に絶縁される。この後、外部電極２を形成することにより、本発明の積層セラミックコンデンサが得られる。
【００３６】
尚、内部電極層４の端部の厚みが薄い部分については酸化されやすいため、上記熱処理により酸化し、外部電極２と絶縁されるが、層厚部６の端面については上記熱処理によっても酸化されにくく、コンデンサ本体１に外部電極２を形成すると、層厚部６と外部電極２とが導通することになる。
【００３７】
以上のように構成された積層セラミックコンデンサでも、上記態様とほぼ同様の効果を得ることができるが、さらに、層厚部６において電流密度が均一化されるので、積層セラミックコンデンサの等価直列抵抗を低くすることができ、高周波電流に対する電力損失を小さくすることができるとともに、印刷パターンの制御によって誘電体マージン領域を形成した従来の積層セラミックコンデンサよりも有効電極面積を大きくでき、静電容量を大きくすることができる。
【００３８】
【実施例】
先ず、チタン酸バリウムを主成分とし、この主成分１００モル部に対して、酸化イットリウムを１モル部、酸化マグネシウムを２モル部、酸化マンガンを０．１モル部添加した誘電体粉末に、水及び分散剤を加え、ＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルにて混合粉砕した後、有機バインダーを混合し、得られたスラリーを厚み１３μｍのテープ状に成形した。
【００３９】
一方、内部電極として、ニッケル粉末に有機可塑剤を加えた導電性ペーストを用意し、上記テープ上にスクリーン印刷法にて形成し、テープを積層した。この際、第２内部電極層４ｂと第１内部電極層４ａの厚みの比率が１：１．２、１：２．０、１：３．０、および１：４．０になるように導電性ペーストを塗布し、印刷パターンを形成した。
【００４０】
比較のため、単一の厚みを有する内部電極層を有し、マージン領域を形成した成形体も用意した。
【００４１】
得られた成形体を切断したのち、酸素分圧１×１０-6Ｐａ、温度１２６０℃で２時間焼成し、次に、酸素分圧１×１０1 Ｐａ、温度１０００℃で１時間熱処理を行った。次に、焼結体の両端面に銅ペーストを８００℃で焼き付け、内部電極層４と電気的に接続する外部電極２を形成し、図２に示すような内部電極層４の厚みが異なる４種類の積層セラミックコンデンサを作製した。また図５に示すような従来の積層セラミックコンデンサを作製した。
【００４２】
図２の積層セラミックコンデンサでは、誘電体層３の厚みが９μｍ、有効誘電体層数が１００層、外形寸法が２ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、有効電極面積が０．７８ｍｍ2 であり、（第１内部電極層４ａの厚み、第２内部電極層４ｂの厚み）が（１．２μｍ、１．０μｍ）、（１．６μｍ、０．８μｍ）、（１．５μｍ、０．５μｍ）、（１．６μｍ、０．４μｍ）であった。
【００４３】
図５の比較例の積層セラミックコンデンサは、誘電体層１１の厚みが９μｍ、有効誘電体層数１００層、外形寸法２ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、有効電極面積０．７８ｍｍ2 であり、内部電極層１２の厚みは１．２μｍであった。
【００４４】
次にこれらの試料を、ＬＣＲメーター４２８４Ａを用いて、周波数１．０ｋＨｚ、入力信号レベル１．０Ｖｒｍｓにて＋２５℃及び＋１２５℃における静電容量を測定した。
【００４５】
この結果、内部電極層が全ての層において単一の厚みによって構成されていた図５の比較例の場合、静電容量が０．５μＦ、＋２５℃の静電容量に対する１２５℃の静電容量の変化率は−１６％であったのに対して、内部電極層を一層おきに１：１．２〜１：３．０の比率で異なる厚みを持つように形成した図２の積層セラミックコンデンサの場合、＋２５℃での静電容量はそれぞれ０．５μＦであり、静電容量の変化率は−１１％、−１２％、−１３％であった。インピーダンスアナライザ４１９４Ａで測定した透過直列抵抗は８７ｍΩであった。
【００４６】
また、膜厚の比を１：４．０の比率で異なる厚みを持つように形成した場合には、静電容量が０．５μＦ、静電容量の変化率は−１４％であった。
【００４７】
実施例２
実施例１と同様にして図３に示すように積層セラミックコンデンサを作製した。この際、層厚部６の厚みと対向する内部電極層４の厚みの比を２：１とし、内部電極層４の膜厚部６の占める割合を全長の１／２とした。作製した積層セラミックコンデンサの層厚部６の厚みは１．６μｍ、対向する内部電極層４の厚みが０．８μｍであり、誘電体層３の厚み９μｍ、有効誘電体層数１００層、外形寸法２ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、有効電極面積０．７８ｍｍ2 であった。
【００４８】
このような積層セラミックコンデンサの静電容量が０．５μＦ、＋２５℃の静電容量に対する１２５℃の静電容量の変化率は−１１％であり、インピーダンスアナライザ４１９４Ａで測定した等価直列抵抗は６４ｍΩであった。
【００４９】
実施例３
実施例１と同様にして図４に示すような積層セラミックコンデンサを作製した。この際、内部電極層４ａ、４ｂの他端部を熱処理により酸化し、外部電極２と電気的に絶縁した。
【００５０】
この時の層厚部６の厚みは、対向する内部電極層４ａ、４ｂの厚みの２倍とし、内部電極層４の層厚部６の占める割合を全長の１／５とした。作製した積層セラミックコンデンサの層厚部６の厚みは１．６μｍ、対向する内部電極層４の厚みが０．８μｍであり、中央部付近の誘電体層３の厚み９μｍ、有効誘電体層数１００層、外形寸法２ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、有効電極面積０．９４ｍｍ2 であった。
【００５１】
このような積層セラミックコンデンサの静電容量が０．６μＦ、＋２５℃の静電容量に対する１２５℃の静電容量の変化率は−１１％であり、インピーダンスアナライザ４１９４Ａで測定した等価直列抵抗は７０ｍΩであった。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の積層セラミックコンデンサは、内部電極層に層厚部を設けるとともに、この層厚部は、前記内部電極層の外部電極に電気的に接続される側に形成されるとともに、前記層厚部の厚みが、この層厚部と誘電体層を介して対向する位置の内部電極層の厚みよりも１．２〜３倍厚く、かつ、前記層厚部と前記誘電体層を介して対向する位置の前記内部電極層の厚みが一様となるように形成したので、誘電体層と内部電極層との焼成収縮率の差にもかかわらず、内部応力が小さくなり、これにより、構造欠陥が少なくなり、静電容量の温度特性を良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】積層セラミックコンデンサの側面図である。
【図２】本発明の積層セラミックコンデンサのコンデンサ本体の断面図である。
【図３】本発明の他の積層セラミックコンデンサのコンデンサ本体の断面図である。
【図４】本発明のさらに他の積層セラミックコンデンサのコンデンサ本体の断面図である。
【図５】従来の積層セラミックコンデンサのコンデンサ本体の断面図である。
【符号の説明】
１・・・コンデンサ本体
２・・・外部電極
３・・・誘電体層
４・・・内部電極層
６・・・層厚部
７・・・酸化部
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体層と内部電極層とを交互に積層してなる積層セラミックコンデンサに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、積層セラミックコンデンサとしては、図５に示すように、誘電体層１１と内部電極層１２とを交互に積層し、内部電極層１２の端部を交互にコンデンサ本体１３の対向する端面に露出させ、この部分にそれぞれ外部電極を形成することにより、内部電極層１２の一端を外部電極に接続していた。
【０００３】
このような積層セラミックコンデンサの一般的な製造方法は、例えば、誘電体セラミック粉末を有機バインダーに分散させたセラミックスラリーをシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製し、スクリーン印刷法などにより、このセラミックグリーンシートの上に導電性ペーストを塗布し、内部電極パターンを印刷する。
【０００４】
そして、この内部電極パターンが印刷されたセラミックグリーンシートを複数積層し、該積層成形体の上下面に内部電極パターンが印刷されていないセラミックグリーンシートを複数枚積み重ねる。こうして得られた積層成形体を内部電極層の一端が端面に露出するようにしてチップ状に切断し、これを焼成し、コンデンサ本体を作製する。
【０００５】
そして、コンデンサ本体の端面を研磨して、その端面に内部電極層の端面を露出させ、コンデンサ本体の端面に導電性ペーストを塗布し、これを焼き付けて外部電極を形成し、積層セラミックコンデンサを作製していた。
【０００６】
また、他の積層セラミックコンデンサの製造方法として、チップ状に切断された未焼成の積層成形体を焼成する前に、その端部に予め導電性ペーストを塗布し、焼成と同時に導電性ペーストを焼き付けるという製造方法もある。
【０００７】
さらに、積層成形体を得る方法も、セラミックグリーンシートを使用する、いわゆるシート法の他に、セラミックペーストと導電性ペーストとを交互に印刷していく、いわゆる印刷法も採用されている。
【０００８】
ところで、従来の積層セラミックコンデンサにおける内部電極層１２は、図５に示すように、同一厚みとされていた。また、内部電極層１２の他端部は、コンデンサ本体１３の端面に露出しないように導電性ペーストの塗布面積を考慮し、外部電極と電気的に絶縁されていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、積層セラミックコンデンサでは、一般に内部電極層１２と誘電体層１１との焼成収縮率が異なるため、焼成後においては内部応力が発生し、構造欠陥が発生しやすく、静電容量の温度特性が悪化するという問題があった。そして、近年においては、高容量を達成するために積層数を増加することが行われているが、積層数を増加する程内部応力が大きくなり、構造欠陥が発生したり、静電容量の温度特性の悪化が大きいという問題があった。
【００１０】
また、上記積層セラミックコンデンサでは、導電性ペーストの印刷パターンの制御により外部電極との絶縁を確保していたため、印刷の精度による外部電極との短絡を防止するために、印刷パターンの外部電極端と外部電極との間隔を大きく設定する（いわゆる大きなマージン領域を形成する）必要があり、容量が発生する有効電極面積が小さくなり、静電容量が小さくなるという問題があった。
【００１１】
本発明は、構造欠陥を抑制し、静電容量の温度特性を向上させることができる積層セラミックコンデンサを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記問題について鋭意検討した結果、積層セラミックコンデンサの内部電極層の一部あるいは全体の厚みを、その内部電極層の上下に設けられる内部電極層の厚みと異なるように設定することにより、誘電体層と内部電極層との焼成収縮率の差にもかかわらず、積層セラミックコンデンサの内部応力を小さくすることができることを見出し、本発明に至った。
【００１３】
即ち、本発明の積層セラミックコンデンサは、誘電体層と内部電極層とを交互に積層してなるコンデンサ本体の両端に一対の外部電極を設けてなり、前記内部電極層の一端が前記外部電極に電気的に接続され、他端が前記外部電極と電気的に絶縁された積層セラミックコンデンサであって、前記内部電極層に層厚部を設けるとともに、該層厚部の厚みが、該層厚部と前記誘電体層を介して対向する位置の内部電極層の厚みよりも厚いものである。
【００１４】
ここで、内部電極層の層厚部の厚みが、該層厚部と誘電体層を介して対向する位置の内部電極層の厚みの１．２〜３倍であることが重要であり、また、層厚部は、内部電極層の外部電極に電気的に接続される側に形成されていることが重要であり、さらに、内部電極層の他端部が酸化され、外部電極と電気的に絶縁されていることが望ましい。
【００１５】
【作用】
本発明の積層セラミックコンデンサでは、内部電極層に層厚部を設けるとともに、この内部電極層の層厚部の厚みを、該層厚部と誘電体層を介して対向する位置の内部電極の厚みよりも厚くすることにより、誘電体層に作用する応力の方向を分散することができ、誘電体層と内部電極層との焼成収縮率の差にもかかわらず、内部応力が小さくなり、これにより、構造欠陥が少なくなり、静電容量の温度特性を良好にできる。
【００１６】
また、内部電極層の層厚部の厚みを、該層厚部と誘電体層を介して対向する位置の内部電極の厚みの１．２〜３倍の厚みとすることにより、内部応力をより小さくできる。
【００１７】
さらに、層厚部を、内部電極層の外部電極に電気的に接続される側に形成することにより、さらに内部応力を小さくできるととともに、内部電極層の電流密度が均一になるため、積層セラミックコンデンサの等価直列抵抗を低くすることができ、高周波電流に対する電力損失を小さくすることができる。
【００１８】
また、内部電極層の他端部を酸化し、外部電極と電気的に絶縁することにより、印刷パターンの制御によっていわゆる誘電体マージン領域を形成した従来の積層セラミックコンデンサよりも有効電極面積を大きくすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の積層セラミックコンデンサは、図１に示すようにコンデンサ本体１の対向する両端にそれぞれ外部電極２が形成されている。図２は、コンデンサ本体１の断面を示すもので、複数の誘電体層３と複数の内部電極層４とが交互に積層されている。内部電極層４の一端はコンデンサ本体１の両端面に露出し、図示しないが、外部電極２に電気的に接続され、他端が印刷パターンの制御により外部電極２と電気的に絶縁されている。
【００２０】
そして、図２に示したように、それぞれの外部電極２に接続される内部電極層４毎に、第１内部電極層４ａ、第２内部電極層４ｂとされており、これらの第１内部電極層４ａ、第２内部電極層４ｂは交互に形成され、第１内部電極層４ａの厚みが第２内部電極層４ｂの厚みよりも厚く形成されている。つまり、第１内部電極層４ａの全体が層厚部とされており、第１内部電極層４ａの厚みは、第２内部電極層４ｂの厚みの３倍の厚みとされている。
【００２１】
内部電極層４に用いられる金属としては、パラジウム、ニッケル、銀、銅、またはそれらの合金等があるが、これらのうちでも、安価であるという理由から、ニッケルからなる内部電極材料を用いることが望ましい。内部電極層４中には、金属を主成分とするものであれば良く、金属の他に金属の酸化物やガラス等を含有していても良いが、金属のみからなる場合が最も望ましい。
【００２２】
本発明の積層セラミックコンデンサは、例えば、先ず、誘電体層となるグリーンシートを作製することにより得られる。グリーンシートは、例えば、チタン酸バリウムを主成分とし、酸化イットリウム、炭酸マンガンおよび酸化マグネシウムを加えた誘電体粉末に、水および分散剤を加え、ボールミルにて混合粉砕した後、有機バインダーを混合し、得られたスラリーを所定厚みのテープ状に成形することにより得られる。
【００２３】
誘電体層の材料としては、チタン酸バリウムを主成分とし、この主成分１００モル部に対して、酸化マグネシウムを０．５〜８モル部、炭酸マンガンを０．０５〜０．５モル部、酸化イットリウムを０．３〜４モル部添加含有したものを用いることが誘電率などの特性を向上するという点から望ましい。一方、例えば、ニッケル粉末に有機可塑剤を加えた導電性ペーストを作製する。
【００２４】
そして、上記グリーンシートの上面に、例えば、スクリーン印刷法により上記導電性ペーストを塗布する。このとき、第１内部電極層４ａ用の印刷パターンは導電性ペーストを複数回印刷することにより、第２内部電極層４ｂの印刷パターンよりも厚い導電膜を形成する。この後、導電性ペーストを塗布したグリーンシートを積層する。
【００２５】
そして、得られた積層成形体を所定寸法に切断したのち、酸素分圧３×１０-8〜３×１０-3Ｐａ、温度１１５０〜１３００℃で０．５〜３時間焼成し、次に、酸素分圧１×１０-2〜２×１０4 Ｐａ、温度９００〜１１５０℃で１〜５時間熱処理し、コンデンサ本体を作製する。
【００２６】
次に、銅粉末に有機可塑剤を加えたペーストを作製し、このペーストを、前記内部電極層と交互に電気的に接続するようにコンデンサ本体の両端に塗布し、焼き付けることにより外部電極を形成し、本発明の積層セラミックコンデンサを作製する。尚、上記例では、複数回の印刷によって厚みを厚く形成したが、本発明は上記例に限定されるものではない。
【００２７】
以上のように構成された積層セラミックコンデンサでは、第１内部電極層４ａの全体の厚みを、その上下に設けられる第２内部電極層４ｂの厚みよりも厚く設定することにより、誘電体層３に加わる応力の方向を分散させることができ、誘電体層３と内部電極層４との焼成収縮率の差にもかかわらず、内部応力が小さくなり、これにより、構造欠陥が少なくなり、静電容量の温度特性を良好にできる。
【００２８】
また、上下に設けられた第１内部電極層４ａの厚みを、第２内部電極層４ｂの厚みの３倍の厚みとしたので、内部応力をより小さくでき、構造欠陥がより少なくなり、静電容量の温度特性をより良好にできる。
【００２９】
図３は、本発明の積層セラミックコンデンサの他の例を示すもので、この形態では、第１内部電極層４ａおよび第２内部電極層４ｂの外部電極２と接続される側の厚みがそれぞれ厚く形成されている。即ち、第１内部電極層４ａの左側半分、第２内部電極層４ｂの右側半分が層厚部６とされ、その他の部分は層厚部６よりも薄く形成されている。
【００３０】
即ち、内部電極層４ａ、４ｂの層厚部６と誘電体層３を介して対向する位置の内部電極層４ａ、４ｂの厚みは、層厚部６よりも薄く形成され、その厚みの比は１：３とされている。
【００３１】
以上のように構成された積層セラミックコンデンサは、上記した製造方法とほぼ同様の製造方法により作製できる。そして、得られた積層セラミックコンデンサについても、上記態様とほぼ同様の効果を得ることができるが、さらに、内部電極層４ａ、４ｂの外部電極２に接続される側に層厚部６を形成したので、層厚部６において電流密度が均一化し、積層セラミックコンデンサの等価直列抵抗を低くすることができ、高周波電流に対する電力損失を小さくすることができ、高周波用の積層セラミックコンデンサとして好適に利用することができる。
【００３２】
図４は、本発明の積層セラミックコンデンサのさらに他の例を示すもので、この形態では、第１内部電極層４ａおよび第２内部電極層４ｂの外部電極２と接続される側の厚みが厚く形成されている。即ち、第１内部電極層４ａの左側端部、第２内部電極層４ｂの右側端部が層厚部６とされ、その他の部分は層厚部６よりも薄く形成されており、第１内部電極層４ａの層厚部６以外の部分と第２内部電極層４ｂの層厚部６以外の部分は同一厚みとされている。
【００３３】
そして、本態様では第１内部電極層４ａの右側端部、および第２内部電極層４ｂの左側端部が酸化されて酸化部７が形成され、第１内部電極層４ａの右側端部、第２内部電極層４ｂの左側端部と外部電極２とが電気的に絶縁されている。
【００３４】
このような積層セラミックコンデンサは、グリーンシートの上面に、例えば、スクリーン印刷法により上記導電性ペーストを塗布する。このとき、膜厚部６については複数回導電性ペーストを印刷することにより形成する。この後、導電性ペーストを塗布したグリーンシートを積層し、得られた積層成形体を所定寸法に切断したのち焼成し、内部電極層の両端が端面に露出したコンデンサ本体を作製する。
【００３５】
次に、酸素分圧１×１０-2〜２×１０4 Ｐａ、温度９００〜１１５０℃で１〜５時間熱処理することにより、第２内部電極層４ｂの左側端部、および第１内部電極層４ａの右側端部が酸化され、第２内部電極層４ｂの左側端部、第１内部電極層４ａの右側端部と外部電極２とが電気的に絶縁される。この後、外部電極２を形成することにより、本発明の積層セラミックコンデンサが得られる。
【００３６】
尚、内部電極層４の端部の厚みが薄い部分については酸化されやすいため、上記熱処理により酸化し、外部電極２と絶縁されるが、層厚部６の端面については上記熱処理によっても酸化されにくく、コンデンサ本体１に外部電極２を形成すると、層厚部６と外部電極２とが導通することになる。
【００３７】
以上のように構成された積層セラミックコンデンサでも、上記態様とほぼ同様の効果を得ることができるが、さらに、層厚部６において電流密度が均一化されるので、積層セラミックコンデンサの等価直列抵抗を低くすることができ、高周波電流に対する電力損失を小さくすることができるとともに、印刷パターンの制御によって誘電体マージン領域を形成した従来の積層セラミックコンデンサよりも有効電極面積を大きくでき、静電容量を大きくすることができる。
【００３８】
【実施例】
先ず、チタン酸バリウムを主成分とし、この主成分１００モル部に対して、酸化イットリウムを１モル部、酸化マグネシウムを２モル部、酸化マンガンを０．１モル部添加した誘電体粉末に、水及び分散剤を加え、ＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルにて混合粉砕した後、有機バインダーを混合し、得られたスラリーを厚み１３μｍのテープ状に成形した。
【００３９】
一方、内部電極として、ニッケル粉末に有機可塑剤を加えた導電性ペーストを用意し、上記テープ上にスクリーン印刷法にて形成し、テープを積層した。この際、第２内部電極層４ｂと第１内部電極層４ａの厚みの比率が１：１．２、１：２．０、１：３．０、および１：４．０になるように導電性ペーストを塗布し、印刷パターンを形成した。
【００４０】
比較のため、単一の厚みを有する内部電極層を有し、マージン領域を形成した成形体も用意した。
【００４１】
得られた成形体を切断したのち、酸素分圧１×１０-6Ｐａ、温度１２６０℃で２時間焼成し、次に、酸素分圧１×１０1 Ｐａ、温度１０００℃で１時間熱処理を行った。次に、焼結体の両端面に銅ペーストを８００℃で焼き付け、内部電極層４と電気的に接続する外部電極２を形成し、図２に示すような内部電極層４の厚みが異なる４種類の積層セラミックコンデンサを作製した。また図５に示すような従来の積層セラミックコンデンサを作製した。
【００４２】
図２の積層セラミックコンデンサでは、誘電体層３の厚みが９μｍ、有効誘電体層数が１００層、外形寸法が２ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、有効電極面積が０．７８ｍｍ2 であり、（第１内部電極層４ａの厚み、第２内部電極層４ｂの厚み）が（１．２μｍ、１．０μｍ）、（１．６μｍ、０．８μｍ）、（１．５μｍ、０．５μｍ）、（１．６μｍ、０．４μｍ）であった。
【００４３】
図５の比較例の積層セラミックコンデンサは、誘電体層１１の厚みが９μｍ、有効誘電体層数１００層、外形寸法２ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、有効電極面積０．７８ｍｍ2 であり、内部電極層１２の厚みは１．２μｍであった。
【００４４】
次にこれらの試料を、ＬＣＲメーター４２８４Ａを用いて、周波数１．０ｋＨｚ、入力信号レベル１．０Ｖｒｍｓにて＋２５℃及び＋１２５℃における静電容量を測定した。
【００４５】
この結果、内部電極層が全ての層において単一の厚みによって構成されていた図５の比較例の場合、静電容量が０．５μＦ、＋２５℃の静電容量に対する１２５℃の静電容量の変化率は−１６％であったのに対して、内部電極層を一層おきに１：１．２〜１：３．０の比率で異なる厚みを持つように形成した図２の積層セラミックコンデンサの場合、＋２５℃での静電容量はそれぞれ０．５μＦであり、静電容量の変化率は−１１％、−１２％、−１３％であった。インピーダンスアナライザ４１９４Ａで測定した透過直列抵抗は８７ｍΩであった。
【００４６】
また、膜厚の比を１：４．０の比率で異なる厚みを持つように形成した場合には、静電容量が０．５μＦ、静電容量の変化率は−１４％であった。
【００４７】
実施例２
実施例１と同様にして図３に示すように積層セラミックコンデンサを作製した。この際、層厚部６の厚みと対向する内部電極層４の厚みの比を２：１とし、内部電極層４の膜厚部６の占める割合を全長の１／２とした。作製した積層セラミックコンデンサの層厚部６の厚みは１．６μｍ、対向する内部電極層４の厚みが０．８μｍであり、誘電体層３の厚み９μｍ、有効誘電体層数１００層、外形寸法２ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、有効電極面積０．７８ｍｍ2 であった。
【００４８】
このような積層セラミックコンデンサの静電容量が０．５μＦ、＋２５℃の静電容量に対する１２５℃の静電容量の変化率は−１１％であり、インピーダンスアナライザ４１９４Ａで測定した等価直列抵抗は６４ｍΩであった。
【００４９】
実施例３
実施例１と同様にして図４に示すような積層セラミックコンデンサを作製した。この際、内部電極層４ａ、４ｂの他端部を熱処理により酸化し、外部電極２と電気的に絶縁した。
【００５０】
この時の層厚部６の厚みは、対向する内部電極層４ａ、４ｂの厚みの２倍とし、内部電極層４の層厚部６の占める割合を全長の１／５とした。作製した積層セラミックコンデンサの層厚部６の厚みは１．６μｍ、対向する内部電極層４の厚みが０．８μｍであり、中央部付近の誘電体層３の厚み９μｍ、有効誘電体層数１００層、外形寸法２ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、有効電極面積０．９４ｍｍ2 であった。
【００５１】
このような積層セラミックコンデンサの静電容量が０．６μＦ、＋２５℃の静電容量に対する１２５℃の静電容量の変化率は−１１％であり、インピーダンスアナライザ４１９４Ａで測定した等価直列抵抗は７０ｍΩであった。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の積層セラミックコンデンサは、内部電極層に層厚部を設けるとともに、この層厚部は、前記内部電極層の外部電極に電気的に接続される側に形成されるとともに、前記層厚部の厚みが、この層厚部と誘電体層を介して対向する位置の内部電極層の厚みよりも１．２〜３倍厚く、かつ、前記層厚部と前記誘電体層を介して対向する位置の前記内部電極層の厚みが一様となるように形成したので、誘電体層と内部電極層との焼成収縮率の差にもかかわらず、内部応力が小さくなり、これにより、構造欠陥が少なくなり、静電容量の温度特性を良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】積層セラミックコンデンサの側面図である。
【図２】本発明の積層セラミックコンデンサのコンデンサ本体の断面図である。
【図３】本発明の他の積層セラミックコンデンサのコンデンサ本体の断面図である。
【図４】本発明のさらに他の積層セラミックコンデンサのコンデンサ本体の断面図である。
【図５】従来の積層セラミックコンデンサのコンデンサ本体の断面図である。
【符号の説明】
１・・・コンデンサ本体
２・・・外部電極
３・・・誘電体層
４・・・内部電極層
６・・・層厚部
７・・・酸化部
Claims (2)
- 誘電体層と内部電極層とを交互に積層してなるコンデンサ本体の両端に一対の外部電極を設けてなり、前記内部電極層の一端が前記外部電極に電気的に接続され、他端が前記外部電極と電気的に絶縁された積層セラミックコンデンサであって、前記内部電極層に層厚部を設けるとともに、該層厚部は、前記内部電極層の前記外部電極に電気的に接続される側に形成されるとともに、前記層厚部の厚みが、該層厚部と前記誘電体層を介して対向する位置の内部電極層の厚みよりも１．２〜３倍厚く、かつ、前記層厚部と前記誘電体層を介して対向する位置の前記内部電極層の厚みが一様であることを特徴とする積層セラミックコンデンサ。
- 内部電極層の他端部が酸化され、外部電極と電気的に絶縁されていることを特徴とすることを特徴とする請求項１記載の積層セラミックコンデンサ。
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