JP4483799B2 - Manufacturing method of multilayer capacitor - Google Patents
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Description
本発明は、積層コンデンサの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a multilayer capacitor.
従来、下記特許文献1や下記特許文献2に開示されているような積層コンデンサの作製には、誘電体層を構成するセラミック誘電体の粉末からなる層と、内部電極層を構成する内部電極ペーストからなる層とを交互に複数層重ねた積層体を形成し、この積層体を焼成した後、外部電極を設けるという方法が採用されている。 Conventionally, in the production of multilayer capacitors as disclosed in the following Patent Document 1 and Patent Document 2, a layer made of ceramic dielectric powder constituting a dielectric layer and an internal electrode paste constituting an internal electrode layer A method is adopted in which a laminate in which a plurality of layers are alternately stacked is formed, the laminate is fired, and then external electrodes are provided.
ここで、誘電体層の形成には、セラミック誘電体粉末と有機バインダ及び有機溶剤等とを混合してスラリー化した誘電体ペーストをドクターブレード法などの方法でシート状にし、適宜乾燥して作製されたセラミック成形体が用いられる。また、内部電極層の形成に用いられる内部電極ペーストは、ニッケル等の金属粉末を有機バインダ及び有機溶剤等に分散させてペースト状にしたものである。そして上述した積層体は、通常、内部電極ペーストをシート状のセラミック成形体表面にスクリーン印刷し、内部電極ペーストに含まれる有機溶剤を乾燥させた後、この成形体を複数枚重ねて加圧成形して作製される。 Here, for the formation of the dielectric layer, a dielectric paste prepared by mixing ceramic dielectric powder, an organic binder, an organic solvent and the like into a slurry is formed into a sheet by a method such as a doctor blade method, and is appropriately dried. A ceramic molded body is used. The internal electrode paste used for forming the internal electrode layer is a paste obtained by dispersing a metal powder such as nickel in an organic binder and an organic solvent. In the above-described laminate, the internal electrode paste is usually screen-printed on the surface of the sheet-like ceramic molded body, the organic solvent contained in the internal electrode paste is dried, and then a plurality of the molded bodies are stacked and pressed. Is produced.
この積層体はチップ化されると共に焼成されて、セラミック素子が形成される。そして、このセラミック素子の端面のうち、内部電極層が露出している端面に外部電極を設けて、積層コンデンサの作製が完了する。
しかしながら、上述した従来の製造方法を用いて積層コンデンサを作製した場合、得られた積層コンデンサの耐電圧が理論的な耐電圧よりも小さくなる不具合、及び、クラックの発生によりコンデンサ特性が劣化する不具合が生じることがあった。発明者らは、これらの不具合について研究を重ねた結果、積層コンデンサの耐電圧を向上させることができ、且つ、クラックの発生を抑制することができる技術を新たに見出した。 However, when a multilayer capacitor is manufactured using the conventional manufacturing method described above, the breakdown voltage of the obtained multilayer capacitor is smaller than the theoretical breakdown voltage, and the capacitor characteristics are deteriorated due to the occurrence of cracks. Sometimes occurred. As a result of repeated research on these problems, the inventors have newly found a technique that can improve the withstand voltage of the multilayer capacitor and can suppress the occurrence of cracks.
すなわち、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、耐電圧の向上及びクラックの抑制が図られた積層コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。 That is, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a multilayer capacitor in which withstand voltage is improved and cracks are suppressed.
本発明に係る積層コンデンサの製造方法は、電極ペーストをグリーンシートに塗布するステップと、グリーンシートに塗布された電極ペーストを乾燥するステップと、
電極ペーストが乾燥したグリーンシートを複数枚重ねて積層体を形成するステップと、積層体を焼成して、内部電極層と誘電体層とが交互に積層された積層コンデンサを作製するステップとを有し、電極ペーストの導体粉の最大粒径が、電極ペーストを乾燥するステップの後の電極ペーストの平均厚さに対して16%〜60%の範囲内であることを特徴とする。
The multilayer capacitor manufacturing method according to the present invention includes a step of applying an electrode paste to a green sheet, a step of drying the electrode paste applied to the green sheet,
There are a step of stacking a plurality of green sheets dried with electrode paste to form a multilayer body, and a step of firing the multilayer body to manufacture a multilayer capacitor in which internal electrode layers and dielectric layers are alternately stacked. The maximum particle size of the conductive powder of the electrode paste is characterized by being in the range of 16% to 60% with respect to the average thickness of the electrode paste after the step of drying the electrode paste.
発明者らは、鋭意研究の末、電極ペーストの導体粉の最大粒径が、電極ペーストを乾燥するステップの後の電極ペーストの平均厚さに対して16%〜60%の範囲内である場合に、積層コンデンサの耐電圧を向上させることができ、且つ、クラックの発生を抑制することができることを新たに見出した。 The inventors have conducted intensive research and the case where the maximum particle size of the conductive powder of the electrode paste is in the range of 16% to 60% with respect to the average thickness of the electrode paste after the step of drying the electrode paste. In addition, it has been newly found that the withstand voltage of the multilayer capacitor can be improved and the occurrence of cracks can be suppressed.
本発明によれば、耐電圧の向上及びクラックの抑制が図られた積層コンデンサの製造方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the multilayer capacitor by which the withstand voltage was improved and the crack was suppressed is provided.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments that are considered to be the best in carrying out the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or equivalent element, and the description is abbreviate | omitted when description overlaps.
図1に、本発明の実施形態に係る積層コンデンサの概略断面図を示す。図1に示すように、積層コンデンサ10は、最外層である2層の表層11と、表層11に挟まれた約300層の誘電体層12と、上下に配置された誘電体層12のそれぞれの間に介在する内部電極層14とを有する六面体形状のコンデンサ素体(セラミック素子)16を備えている。すなわち、コンデンサ素体16は、約600層の積層構造を有しており、誘電体層12と内部電極層14とが交互に積層されている。また、コンデンサ素体16の端面のうち、コンデンサ素体16の厚さ方向に延在し、互いに対向する一対の端面16a,16bそれぞれには、その端面16a,16bの全領域を覆うように一対の外部電極18,18が設けられている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a multilayer capacitor according to an embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 1, the
さらに、上下に配置された内部電極層14同士は、誘電体層12により互いに電気的に絶縁されており、また、互いに異なる一方の外部電極18に接続されている。従って、一対の外部電極18,18間に所定の電圧を印加した場合には、上下で対向する内部電極層14の間には電荷が蓄えられる。
Further, the
表層11及び誘電体層12は、ともにBaTiO3を主成分とする層であり、各表層11の厚さはおよそ50μm、各誘電体層12の厚さはおよそ1〜4μmである。これら表層11及び誘電体層12は、後述するグリーンシートを焼成して形成される。また内部電極層14は、Niを主成分として含有する金属層であり、その厚さはおよそ1μmである。各外部電極18は、金属の中でも高い導電性を有するCuを主成分とする多孔質体であり、その表面18aの算術平均粗さは約1μmである。
Both the
以下、上述した積層コンデンサ10を作製する方法について、図2〜4を参照しつつ説明する。ここで、図2は積層コンデンサ10を作製する手順を示したフロー図であり、図3は積層コンデンサ10を作製する手順を示した工程図であり、図4はグリーンシートの印刷パターンを示した部分拡大図である。
Hereinafter, a method for producing the
積層コンデンサ10を作製するにあたり、まずBaTiO3系のグリーンシート20を、以下の手順により準備する。まず、図2のステップ11として、BaTiO3粉末と有機バインダ・有機溶剤等とを混合してスラリー化する。そのスラリー化により得られたペーストを、ステップ12として、例えばPETフィルム等のキャリアフィルム上にドクターブレード法を用いてシート成形し、所定厚さのグリーンシート20を300枚作製する。なお、併せて、グリーンシート20よりも厚さの厚い、表層11となるべきグリーンシート21も準備する。
In producing the
なお、グリーンシート20,21の作製と並行して、内部電極層14となるべき電極ペースト(内部電極ペースト)22も準備しておく。この電極ペースト22は、Ni粉(導体粉)を有機バインダ及び有機溶剤に分散させてペースト状にしたものである。有機バインダには、公知のものを利用可能であり、例えばセルロース系樹脂、エポキシ樹脂、アリール樹脂、アクリル樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、アルキド樹脂、ロジンエステル等のバインダを用いることができる。また有機溶剤も、公知のものを利用可能であり、例えばブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、テレピン油、α−テレビネオール、エチルセロソルブ、ブチルフタレート等の溶剤を用いることができる。この電極ペースト22には、共材としてBaTiO3粉末が添加されている。BaTiO3粉末は、誘電体層12(及びグリーンシート20)の主成分であるBaTiO3が同じであるため、電極ペースト22へのBaTiO3粉末の添加により、電極ペースト22とグリーンシート20との間における収縮率及び焼結開始温度の相違が有意に緩和される。
In parallel with the production of the
続いて、図2のステップ13として、グリーンシート20の表面20aに、スクリーン印刷法により所定パターンの電極ペースト22を塗布する。より詳しく説明すると、図4に示すように、グリーンシート表面20aの、1個の積層セラミックチップコンデンサに対応する矩形領域24(例えば、1.0mm×0.5mm)のうち3辺の縁領域以外の領域に、電極ペースト22が塗布される。
Subsequently, as Step 13 in FIG. 2, an
次に、図2のステップ14として、グリーンシート20に塗布された電極ペースト22を所定条件により乾燥する。電極ペースト22の乾燥条件としては、例えば、乾燥温度60℃〜120℃、乾燥時間10分程度が好適である。
Next, as
そして、図2のステップ15として、電極ペースト22が乾燥したグリーンシート20を複数枚重ねて、積層体26を形成する。この積層体26を形成するには、まず電極ペースト22が上になるようにしてグリーンシート21上に積層し(図3(a)参照)、その後、同様の方法を用いて作製した約300枚のグリーンシート20を、電極ペースト22の位置が交互に変わるように順次積層する(図3(b)参照)。最後に、積層されたグリーンシート20上に何も塗布されていないグリーンシート21を被せると共に、積層方向からプレスして、隣り合うグリーンシート21、グリーンシート20及び電極ペースト22を互いに圧着させる。以上の手順により、グリーンシート20と電極ペースト22とが交互に積層された積層体26が作製される。
Then, as step 15 in FIG. 2, a plurality of
さらに、この積層体26に対して所定の脱バインダ処理をおこなうと共に、1個のコンデンサに対応する矩形領域24ごとに切断してチップ化する(図3(c)参照)。
Further, a predetermined binder removal process is performed on the laminated
その後、図2のステップ16として、チップ化した積層体26を密閉匣鉢(さや)中で例えば、1200℃程度で2時間焼成することにより、グリーンシート21、グリーンシート20及び電極ペースト22はそれぞれ上述した表層11、誘電体層12及び内部電極層14になり、積層体26は誘電体層12と内部電極層14とが交互に積層されたコンデンサ素体16になる。さらに、コンデンサ素体16を水及び研磨媒体を含むバレル内で処理することにより表面研磨をおこなう。なお、この表面研磨は、積層体26の段階でおこなってもよい。
Thereafter, as
最後に、図2のステップ17として、コンデンサ素体16の端面のうち、積層方向に延在し互いに対向する一対の端面16a,16bを覆うように、外部電極18を形成して、積層コンデンサ10が完成する(図3(d)参照)。
Finally, as step 17 in FIG. 2, an
ここで、積層コンデンサ10の作製に用いる電極ペースト22について、より詳しく説明する。
Here, the
上述したとおり、電極ペースト22には、導体粉としてNi粉が含まれている。そして、上述した実施形態においては、電極ペースト22に含まれるこのNi粉の最大粒径が、電極ペースト22を乾燥するステップ(すなわち、ステップ14)の後の電極ペースト22の平均厚さに対して16%〜60%の範囲内となるように調整されている。
As described above, the
発明者らは、鋭意研究の末、電極ペースト22のNi粉の最大粒径をこのような範囲にすることで、作製される積層コンデンサ10の耐電圧を有意に向上させることができ、且つ、クラックの発生を抑制することができることを新たに見出した。
As a result of intensive studies, the inventors can significantly improve the withstand voltage of the
以上のような効果が得られるのは、以下のようなメカニズムによるものであると考えられる。 It is considered that the above effect is obtained by the following mechanism.
すなわち、電極ペースト22に含まれるNi粉の粒径が小さい場合には、本焼成時(ステップ16)における電極ペースト22の収縮率が高くなり、グリーンシート20の収縮率から大きくズレてしまう。そして、本焼成時における電極ペースト22とグリーンシート20との間の収縮率が相異するために、積層コンデンサ10にクラックが生じるものと考えられる。
That is, when the particle size of the Ni powder contained in the
一方、電極ペースト22に含まれるNi粉の粒径が大きい場合には、グリーンシート20に塗布された電極ペースト22に厚さバラツキが生じやすくなり、電極ペースト22の表面に凹凸が生じてしまう。そのため、積層体26を作製する際に電極ペースト22とグリーンシート20とをプレスした際に、電極ペースト22表面の凹凸の影響により、電極ペースト22の厚さバラツキがグリーンシート20の厚さバラツキを誘発する。その結果、誘電体層12に部分的に層厚が小さい箇所が生じてしまって、積層コンデンサ10の耐電圧が理論的よりも低くなるものと考えられる。
On the other hand, when the particle size of the Ni powder contained in the
そこで、発明者らは、Ni粉の最大粒径を上述した範囲に調整した電極ペースト22を用いて、作製される積層コンデンサ10の耐電圧の向上及びクラック発生の抑制との両方を実現させることに成功した。
Therefore, the inventors achieve both improvement of the withstand voltage and suppression of crack generation of the produced
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、導体粉は、Ni粉に限らず、例えばAg、Pd、Cu、Ag−Pd合金などでもよい。また、セラミック粉体はBaTiO3粉末に限らず、(BaxCaySr1−x−y)(TizZr1−z)O3(例えば、CaTiO3やSrTiO3)などでもよい。さらに、素子の積層数は、300層に限定されず、適宜増減させることができる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, the conductor powder is not limited to Ni powder, but may be Ag, Pd, Cu, an Ag—Pd alloy, or the like. Further, the ceramic powder is not limited to BaTiO 3 powder, but may be (Ba x Ca y Sr 1-xy ) (Ti z Zr 1-z ) O 3 (for example, CaTiO 3 or SrTiO 3 ). Furthermore, the number of stacked elements is not limited to 300 layers, and can be increased or decreased as appropriate.
以下、本発明の効果をより一層明らかなものとするため、実施例を用いて説明する。 Hereinafter, in order to further clarify the effects of the present invention, description will be made using examples.
実施例に用いた試料#1〜#5は、グリーンシート上に電極ペーストを塗布した後に乾燥させた試料であり、上述した実施形態と同様の方法により作製した。なお、試料の各種寸法は、層間1.0μm、内部電極厚1.0μm、外層(表層)厚30μm、外観寸法:長さ1.0mm×幅0.5mm×高さ0.5mmとした。 Samples # 1 to # 5 used in the examples are samples dried after applying an electrode paste on a green sheet, and were prepared by the same method as in the above-described embodiment. The various dimensions of the sample were an interlayer of 1.0 μm, an internal electrode thickness of 1.0 μm, an outer layer (surface layer) thickness of 30 μm, and external dimensions: length 1.0 mm × width 0.5 mm × height 0.5 mm.
本実施例に用いた電極ペーストは、Ni粉を導体粉として含み、Ni粉、セラミックス粉(共材)、有機ビヒクル(エチルセルロース及びターピネオール)を混練して作製した。そして、この電極ペーストをグリーンシート上に塗布した後、乾燥温度60℃〜120℃、乾燥時間10分程度の乾燥条件により乾燥させて、平均厚さが1.2μmの電極ペーストを得た。なお、電極ペーストの平均厚さは、図5(a)に示すように電極ペースト(22)の5つの領域(A1〜A5)における厚さの平均値であり、各領域の厚さは図5(b)に示すような最小厚さh1と最大厚さh2の中間値((h1+h2)/2)とした。 The electrode paste used in this example includes Ni powder as a conductor powder, and was prepared by kneading Ni powder, ceramic powder (co-material), and organic vehicle (ethyl cellulose and terpineol). And after apply | coating this electrode paste on a green sheet, it was made to dry on drying conditions with a drying temperature of 60 to 120 degreeC, and drying time about 10 minutes, and obtained the electrode paste whose average thickness is 1.2 micrometers. The average thickness of the electrode paste is the average value of the thicknesses in the five regions (A1 to A5) of the electrode paste (22) as shown in FIG. 5A, and the thickness of each region is shown in FIG. An intermediate value ((h 1 + h 2 ) / 2) between the minimum thickness h 1 and the maximum thickness h 2 as shown in FIG.
各試料#1〜#5は、電極ペーストに含まれるNi粉の最大粒径のみが異なっている。すなわち、試料#1〜#5のNi粉の最大粒径は、それぞれ、0.17μm、0.20μm、0.50μm、0.70μm、0.80μmとした。 Each sample # 1 to # 5 is different only in the maximum particle size of the Ni powder contained in the electrode paste. That is, the maximum particle diameters of the Ni powders of Samples # 1 to # 5 were 0.17 μm, 0.20 μm, 0.50 μm, 0.70 μm, and 0.80 μm, respectively.
そして、上記試料それぞれについて、破壊電圧(V)及びクラック発生率(ppm)を測定した。その測定結果は、図6の表に示すとおりであった。 And about each of the said sample, the breakdown voltage (V) and the crack generation rate (ppm) were measured. The measurement results were as shown in the table of FIG.
図6に示した表から、Ni粉最大粒径を電極ペースト平均厚さで割った値が16%〜60%の範囲内である試料#2〜#4では、破壊電圧及びクラック発生率ともに、実用上問題のない範囲に収まっていた。しかしながら、Ni粉最大粒径を電極ペースト平均厚さで割った値が16%よりも小さい試料#1では、クラック発生率が非常に高くなっていた。また、Ni粉最大粒径を電極ペースト平均厚さで割った値が60%を超えている試料#5では、破壊電圧が実用に適さないほどに低くなっていた。 From the table shown in FIG. 6, in samples # 2 to # 4 where the value obtained by dividing the Ni powder maximum particle size by the electrode paste average thickness is in the range of 16% to 60%, both the breakdown voltage and the crack generation rate are It was within a range where there was no practical problem. However, in Sample # 1 where the value obtained by dividing the maximum Ni powder particle size by the average electrode paste thickness is smaller than 16%, the crack occurrence rate was very high. Further, in sample # 5 in which the value obtained by dividing the Ni powder maximum particle size by the average electrode paste thickness exceeds 60%, the breakdown voltage was low enough to be unsuitable for practical use.
10…セラミックコンデンサ、11…表層,12…誘電体層、14…内部電極層、16…コンデンサ素体、18…外部電極、18a…外部電極表面、20,21…グリーンシート、20a…表面、22…電極ペースト、26…積層体。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電極ペーストをグリーンシートに塗布するステップと、
前記グリーンシートに塗布された前記電極ペーストを乾燥するステップと、
前記電極ペーストが乾燥した前記グリーンシートを複数枚重ねて積層体を形成するステップと、
前記積層体を焼成して、内部電極層と誘電体層とが交互に積層された積層コンデンサを作製するステップとを有し、
前記電極ペーストを準備するステップにおいて、前記電極ペーストに含まれる導体粉の最大粒径が、前記電極ペーストを乾燥するステップの後の乾燥された前記電極ペーストの平均厚さに対して16%〜60%の範囲内となるように調整されることを特徴とする積層コンデンサの製造方法。
Preparing an electrode paste;
A step of applying the electrode paste on the green sheet,
Drying the electrode paste applied to the green sheet;
Forming a laminate by stacking a plurality of the green sheets dried with the electrode paste; and
Firing the multilayer body to produce a multilayer capacitor in which internal electrode layers and dielectric layers are alternately stacked, and
In the step of preparing the electrode paste , the maximum particle size of the conductor powder contained in the electrode paste is 16% to 60% with respect to the average thickness of the dried electrode paste after the step of drying the electrode paste. % Is adjusted so that it falls within the range of%.
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