JP3965953B2 - 積層セラミック電子部品の焼成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、積層セラミックコンデンサ等の積層セラミック電子部品の焼成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、積層セラミックコンデンサ等の積層セラミック電子部品には、コストを低減するために、Ｎｉ、Ｃｕなどの卑金属が内部電極および外部電極に用いられている。
【０００３】
このような積層セラミック電子部品の一つである積層セラミックコンデンサは以下に示す方法で形成される。
【０００４】
Ｎｉを用いた内部電極をセラミック層となるセラミックグリーンシート表面に印刷し、この内部電極を印刷したセラミックグリーンシートを積層圧着してから所定の外形寸法に型抜きする。その後、切断して得られた生チップを脱脂し、焼成してセラミック焼結体を形成する。このセラミック焼結体の内部電極が外部に露出する面にＣｕを含む導電ペーストを塗布し、これを焼成して外部電極を形成する。この外部電極にはバレルメッキ等の方法によりＮｉ、Ｓｎ等の金属メッキを形成する。
【０００５】
ここで、脱脂後の焼成工程は、連続炉の炉内の温度分布と雰囲気とを所定値に設定し、ワークをこの炉内に通す方法で行われることがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の積層セラミックコンデンサの製造方法においては以下に示す解決すべき課題があった。
【０００７】
Ｎｉ，Ｃｕ等の卑金属を用いた積層セラミックコンデンサでは、焼成後に、内部電極を形成したセラミック層間の剥がれ（層間剥離）、内部電極と外部電極との電気的接続状態の劣化による容量不良、セラミックの焼結度が充分でないために生じる絶縁抵抗不良などが発生する場合があった。
【０００８】
このような不具合は、焼成炉内の特定の場所で発生したり、設定が同一条件であっても焼成炉が変われば、その発生率が変化したりしていた。
表１に焼成炉と焼成炉内の位置とをパラメータにして、層間剥離の発生率を調査した結果を示す。
【０００９】
【表１】
表１に示すように、焼成炉間、炉内の位置、および焼成順序により、前記不具合の発生有無、発生率に差が生じる。
【００１１】
この発明の目的は、焼成炉、炉内の位置等を変化させても、信頼性の高い、卑金属を用いた積層セラミック電子部品を安定して得ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、焼成工程における酸性雰囲気での熱処理後の時点での残留炭素量が積層セラミック電子部品に対して０．１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下である第１の焼成条件と、中性雰囲気での熱処理後の時点での残留炭素量が積層セラミック電子部品に対して重量割合が６００ｐｐｍ以下である第２の焼成条件と、還元性雰囲気での熱処理後の時点での残留炭素量が積層セラミック電子部品に対して重量割合が４００ｐｐｍ以下である第３の焼成条件と、を備え、第１乃至第３の焼成条件を順に満足させながら昇温し積層セラミック電子部品を焼成する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る積層セラミック電子部品である積層セラミックコンデンサの焼成方法について、図１を用いて説明する。
【００１５】
図１は焼成炉内の温度プロファイルを示したものである。
焼成炉に投入（搬送）された積層セラミックコンデンサは、図１に示すように、まず、３００℃に達するまで酸化性雰囲気下で焼成される。ここで２００℃までは、昇温速度▲１▼とし、２００℃以降は昇温速度▲２▼とする。次に、３００℃に達すると、雰囲気を中性に変更して８００℃まで、昇温速度▲３▼とし、８００℃に達すると、還元性雰囲気に変更し、昇温速度▲４▼として、所定の最高到達点温度まで昇温したのちに降温する。
【００１６】
ここで、昇温速度▲１▼〜▲４▼をパラメータとして、この焼成工程の３００℃時点での残留炭素量と各不良の発生率との関係を表２に示し、８００℃時点での残留炭素量と各不良の発生率との関係を表３に示す。
また、焼成後の残留炭素量と各不良の発生率との関係を表４に示す。
【００１７】
【表２】
【表３】
【表４】
表２に示すように、３００℃時点における残留炭素量が積層セラミックコンデンサ本体の０．１ｗｔ％以下ならば、ハガレが発生する。これは焼成工程の初期に焼成が進み過ぎたために内部電極が過度に酸化し、これによる体積膨脹のストレスにより発生するものと考えられる。一方、２．０ｗｔ％以上であると、後段の更に高温の焼成域にまで、炭素を持ち込むこととなり、電極の収縮過多が生じ、層間剥離や、内部電極と外部電極との接続性の低下による容量不良を発生すると考えられる。よって、３００℃時点での残留炭素量は積層セラミックコンデンサ本体に対して０．１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下とする。この結果を得るため、昇温速度▲１▼を毎分１．０℃〜５．０℃とし、昇温速度▲２▼は毎分０．０１℃〜３．３３℃とする。
【００２１】
次に、表３に示すように、８００℃時点における残留炭素量が６００ｐｐｍを超えると、層間剥離や容量不良が発生する。これは、８００℃を超える焼成域に持ち込まれる炭素量が多いために発生すると考えられる。よって、８００℃における残留炭素量は積層セラミックコンデンサ本体の６００ｐｐｍ以下とする。この結果を得るため、昇温速度▲３▼を毎分０．０１℃〜３．３３℃とする。
【００２２】
更に、表４に示すように、焼成後の残留炭素量が４００ｐｐｍを超えるとメッキ後に絶縁抵抗不良や層間剥離が発生する。これは、炭素が残留することにより、内部電極とセラミック層との界面の接合強度が低下するからと考えられる。
【００２３】
すなわち、界面に形成されたＮｉＯにより、接合強度が保たれているのだが、炭素が存在することにより、ＮｉＯが還元されてしまい、接合強度が低下する。このため、メッキ後に層間剥離が発生しやすくなり、その一部が絶縁抵抗不良となって発生する。よって、焼成終了時の残留炭素量は積層セラミックコンデンサ本体の４００ｐｐｍ以下とする。この結果を得るためには昇温速度▲４▼は毎分１．０℃〜２０．０℃とする。
【００２４】
これらの条件下で、積層セラミックコンデンサの焼成を行った結果を表５に示す。
【００２５】
【表５】
表５に示すように、残留炭素量管理、それを実現するための温度・雰囲気のプロファイルを確実に設定・管理することにより、層間剥離、容量不良、絶縁抵抗不良等の発生を防止できる。
【００２７】
このように所定の条件下で積層セラミックコンデンサを焼成することにより、安定して製造することができる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、焼成工程における３００℃の時点での残留炭素量を積層セラミック電子部品に対して０．１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下とし、８００℃の時点での残留炭素量を積層セラミック電子部品に対して５００ｐｐｍ以下とし、焼成の終了時に残留炭素量を積層セラミック電子部品に対して４００ｐｐｍ以下とすることにより、安定して積層セラミック電子部品を焼成し、製造することができる。
【００２９】
また、この発明によれば、焼成工程の投入から３００℃の時点迄を酸化性雰囲気、３００℃の時点から８００℃の時点迄を中性雰囲気、８００℃の時点から以降を還元性雰囲気とし、２００℃までの昇温速度を毎分１．０℃〜毎分５．０℃、２００℃〜８００℃の昇温速度を毎分０．０１℃〜毎分３．３３℃、８００℃以上の昇温速度を毎分１．０℃〜２０．０℃とすることにより、安定して残留炭素量を管理することができ、ひいては安定して積層セラミック電子部品を焼成・製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
Claims (1)
- Ｎｉ，Ｃｕまたはこれらの合金からなる内部電極を備えたセラミック層を積層した積層体を備えた積層セラミック電子部品の焼成方法であって、
焼成工程における酸性雰囲気での熱処理後の時点での残留炭素量が前記積層セラミック電子部品に対して０．１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下である第１の焼成条件と、
焼成工程における中性雰囲気での熱処理後の時点での残留炭素量が前記積層セラミック電子部品に対して重量割合が６００ｐｐｍ以下である第２の焼成条件と、
焼成工程における還元性雰囲気での熱処理後の時点での残留炭素量が前記積層セラミック電子部品に対して重量割合が４００ｐｐｍ以下である第３の焼成条件と、を備え、
第１乃至第３の焼成条件を順に満足させながら昇温する積層セラミック電子部品の焼成方法。
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