JP4591537B2 - 積層セラミック電子部品 - Google Patents
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Description
しかしながら、上記の方法の場合、セラミック層と内部電極との間の段差を吸収することはできても、焼成時において、内部電極とセラミック層との焼結収縮挙動の違いにより、内部電極端部とセラミック層との間に微細な隙間が生じ、湿気などの水分がこの隙間に浸入し、耐湿不良を引き起こすという問題点がある。
しかし、この特許文献2の方法においても、セラミックと内部電極の、両者の焼結収縮挙動を完全にマッチさせることは極めて困難であり、上記隙間に起因する耐湿不良の問題点は必ずしも十分に解決されていないのが実情である。
また、段差吸収部分は、もともとチップの外表面に近いため、焼成工程で熱が伝わりやすく焼結しやすい上、SiO2の添加によりさらに焼結温度が低下し、側面側ギャップ部が過焼結となって、コンデンサ本体の構造欠陥や強度低下を招きやすいという問題点がある。
しかし、この特許文献3の方法の場合、NiとCuの合金は、焼成雰囲気などにより容易に酸化還元反応を生じるため、酸化反応による体積膨張の後に、還元反応による体積減少が生じることで、段差部に隙間が生じてしまうため、耐湿性に対する信頼性を十分に確保することは困難であるのが実情である。
複数のセラミック層が積層されてなり、互いに対向する第1の側面および第2の側面と、互いに対向する第1の端面および第2の端面と、を有するセラミック焼結体と、
前記セラミック焼結体内部に形成され、前記第1の端面に引き出された、Niを含む第1の内部電極と、
特定の前記セラミック層を介して前記第1の内部電極と対向するようにして前記セラミック焼結体内部に形成され、前記第2の端面に引き出された、Niを含む第2の内部電極と、
前記セラミック焼結体の前記第1の端面に形成され、前記第1の内部電極と電気的に接続される第1の外部端子電極と、
前記セラミック焼結体の前記第2の端面に形成され、前記第2の内部電極と電気的に接続され、前記第1の外部端子電極とは異なる電位に接続される第2の外部端子電極と、
を備える積層セラミック電子部品であって、
前記セラミック焼結体は、
前記セラミック層のうち、前記第1の内部電極および前記第2の内部電極に挟まれ、容量形成に寄与する有効層部と、
前記第1、第2の内部電極の側部と前記セラミック焼結体の第1、第2の側面との間、および、前記有効層部の側部と前記セラミック焼結体の第1、第2の側面との間に存在する側面側ギャップ部と、
を含み、
前記側面側ギャップ部における、前記第1、第2の内部電極と接する領域から前記セラミック焼結体の側面に至るまでの領域が、前記有効層部に比べてMg濃度が高いMgリッチ領域とされていることを特徴としている。
前記端面側ギャップ部のうち、少なくとも前記第1、第2の内部電極と隣接する領域が、前記有効層部に比べてMg濃度が高いMgリッチ領域とされていることが望ましい。
なお、耐還元性セラミック材料として、BaTiO3などにMgOを添加したものを用いる場合には、Mgリッチ領域がこの有効層部のMgOに由来するMgよりもしかるべく高い含有率でMgを含んでいることが要件となる。
なお、端面には外部端子電極が形成されるため、外部端子電極により水分の浸入抑制効果が得られるため、端面側には特にMgリッチ領域を設けなくてもよい場合が少なくないが、この端面側にもMgリッチ領域を設けることにより、さらに耐湿信頼性を高めることができる。
なお、Mg濃度がセラミック焼結体の外側から内側に向かって低下するような濃度勾配を持つ構成とする方法としては、焼成前の生チップをMgを含むバインダーに浸漬し、Mgを含浸させた後、生チップを焼成する方法などが例示される。
図1は本発明の一実施形態にかかる積層セラミック電子部品(この実施形態では積層セラミックコンデンサ)の構成を示す斜視図、図2は図1のA−A線断面図、図3は図1のB−B線断面図、図4は本発明の実施形態1にかかる積層セラミックコンデンサの構成を説明するための図である。
なお、この実施形態1では、ギャップ部全体にわたってMgをほぼ均一に分布させるようにしているが、必ずしもMgはギャップ部全体にわたって均一に分布している必要はなく、ギャップ部の内部電極近傍部分にMgが存在していればよい。また、Mgはこの実施形態1の場合のように、セラミック焼結体の側面にまで至るようにギャップ部全体に分布していてもよく、また、ギャップ部の内部電極近傍部分に偏析するように分布していてもよい。
(1)まず、誘電体セラミックを主たる成分とするセラミックグリーンシート、Ni粉末を導電材料として含有する内部電極用導電性ペースト、外部端子電極用導電性ペーストを準備する。
セラミックグリーンシートや各種導電性ペーストには、バインダーおよび溶剤が含まれるが、公知の有機バインダーや有機溶剤を用いることができる。
(2)それから、図6(a)に示すように、セラミックグリーンシート41上に、例えばスクリーン印刷などにより島状に導電性ペースト42を印刷し、内部電極パターン42pを形成する。
(3)それから、図6(b)に示すように、セラミックグリーンシート41上の内部電極パターン42pが形成されていない部分に、側面側ギャップ部GSおよび端面側ギャップ部GE用のセラミックペースト43を印刷する。
このセラミックペーストを構成するセラミック材料として、下地となるセラミックグリーンシート41を構成するセラミック材料に比べてMgの含有率の高いセラミック材料を用いたものを使用している。
なお、ギャップ部においてMgを偏って分布させる場合には、例えば、Mgの含有率の異なる複数種類のセラミックペーストを準備し、隣接して順に印刷する方法などを用いることが可能である。
(4)次に、図6(b)に示すセラミックグリーンシート41を長さ方向に交互に所定の距離だけずらしながら積層し、マザーブロックを作製する。なお、最外層には内部電極パターンが形成されていない外層用グリーンシートを積層する。
なお、マザーブロックは、必要に応じて、静水圧プレスなどの手段により積層方向に圧着する。
(5)次に、マザーブロックを所定のカットラインLに沿って、所定のサイズにカットして生チップを切り出す(図6(c)参照)。なお、図6(c)では、便宜上、セラミックグリーンシート1枚を取り出して、カットラインLを示している。なお、必要に応じて、生チップをバレル研磨などの方法で研磨して、生チップの稜線部および角部に丸みをつけてもよい。
(6)次に、生チップ(生のセラミック積層体)を焼成する。焼成温度は、900〜1300℃であることが好ましい。焼成雰囲気は、大気、N2などの雰囲気を適宜使い分ける。
(7)次に、焼成されたセラミック積層体の両端面に導電性ペーストを塗布し、焼き付けて外部端子電極を形成する。焼き付け温度は、700〜900℃であることが好ましい。焼き付け雰囲気は、大気、N2などの雰囲気を適宜使い分ける。
これにより、図1〜4に示すような構成を有する積層セラミックコンデンサが得られる。
図7は本発明の他の実施形態(実施形態2)にかかる積層セラミック電子部品(この実施形態では積層セラミックコンデンサ)の要部構成を示す断面図であって、実施形態1の図1のB−B線断面図に相当する図、図8は本発明の実施形態2にかかる積層セラミックコンデンサの構成を説明するための図である。
なお、その他の構成は、上記実施形態1の場合と同様である。
この実施形態2の積層セラミックコンデンサを製造するにあたっては、実施形態1の積層セラミックコンデンサの製造方法における工程(3)において、セラミックグリーンシート上の内部電極パターンの周辺領域(内部電極パターンが形成されていない部分)に、下地となるセラミックグリーンシートを構成するセラミック材料と同じセラミック材料を用いたセラミックペーストを塗布する。
それから、マザーブロックを、必要に応じて、静水圧プレスなどの手段により積層方向に圧着する。
そして、得られた生チップの両側面を、MgOを1mol/Lの割合で含む有機バインダー溶液に浸漬して、生チップにMg分を含浸させた後、乾燥させる。
図9は本発明の他の実施形態(実施形態3)にかかる積層セラミック電子部品(この実施形態では積層セラミックコンデンサ)の要部構成を示す断面図であって、実施形態1の図1のB−B線断面図に相当する図、図10は本発明の実施形態3にかかる積層セラミックコンデンサの構成を説明するための図である。
一方、図10に示すように端面側ギャップ部GEにはMgリッチ領域が形成されていない。
この実施形態3の構成の場合にも、高い耐湿性を備え、小型化した場合にも耐湿性に対する信頼性の高い積層セラミックコンデンサを得ることができる。
図11(a)に示すように、セラミックグリーンシート41上に、例えばスクリーン印刷などにより帯状に導電性ペースト42を印刷し、内部電極パターン42pを形成する。
なお、マザーブロックは、必要に応じて、静水圧プレスなどの手段により積層方向に圧着する。
なお、この生チップは、一方端面だけでなく、両側面にも内部電極パターンが露出した構造となる点で、実施形態1および2の生チップとはその構成を異にしている。
なお、ギャップ部においてMgを偏って分布させる場合には、例えば、Mgの含有率の異なる複数種類のセラミックペーストを準備し、順に塗布、乾燥を行って重ね塗りする方法などを用いることが可能である。
また、この方法の場合、内部電極のうちの、最外層の内部電極より外側のセラミック層の、側面側ギャップ部の垂直投影領域にもMgリッチ領域が形成される。
その他の工程については実施形態1と同様である。
まず、耐還元性のチタン酸バリウム系セラミック粉末を主体とするセラミックスラリーを用いて、厚み2.0μmの矩形のセラミックグリーンシートを成形した。上記耐還元性のチタン酸バリウム系セラミック粉末、すなわち、有効層部用のセラミック材料として、この実施例1では、BaTiO3を99mol%、Y2O3を1mol%の割合で含有し、MgOを含有しない材料(MgO添加量:0mol%の材料)を用いた。
そして、このセラミックグリーンシート上に、内部電極形成用の導電性ペーストとして、平均粒径0.3μmのニッケル粉末100重量部と有機バインダー3.0重量部を配合した導電性ペーストを、短辺の幅が800μmになるようにスクリーン印刷し、内部電極パターンを形成した。
得られたセラミック焼結体の、内部電極の露出面である両端面に、導電性ペーストを塗布し、焼き付けることにより、外部端子電極を形成し、積層セラミックコンデンサA(試料A)を得た。
試験条件は、温度125℃、湿度95%RH、直流電圧5V印加、保持時間144時間とし、試験後に常温で直流電圧10Vを印加し、抵抗値1.0×10E6Ω以下のものを耐湿不良と判定した。
実施例1の積層セラミックコンデンサ(試料)A、B、C、D、および比較例1の積層セラミックコンデンサ(試料)E各500個について調べた耐湿試験前の選別不良率と、選別後の良品各100個について調べた耐湿試験不良率の測定結果を表1に示す。
まず、耐還元性のチタン酸バリウム系セラミック粉末を主体とするセラミックスラリーを用いて、厚み2.0μmの矩形のセラミックグリーンシートを成形した。上記耐還元性のチタン酸バリウム系セラミック粉末としては、具体的には、BaTiO3を99mol%、Y2O3を1mol%の割合で含有し、MgOを含有しない材料(MgO添加量:0mol%)を用いた。
そして、このセラミックグリーンシート上に、内部電極形成用の導電性ペーストとして、平均粒径0.3μmのニッケル粉末100重量部と有機バインダー3.0重量部を配合した導電性ペーストを、短辺の幅が800μmになるようにスクリーン印刷し、内部電極パターンを形成した。
この生チップを乾燥させた後、1300℃の温度で焼成し、長さ1.6mm×幅0.8mm×厚み0.8mmのセラミック焼結体を得た。
なお、この積層セラミックコンデンサF(試料F)は、上述の実施形態2で説明した構成を有する積層セラミックコンデンサに相当する積層セラミックコンデンサであり、セラミック焼結体の両側面側がMgリッチ領域となっており、かつ、Mgリッチ領域においては、Mg濃度がセラミック焼結体の外側から内側に向かって低下するような濃度勾配を有する積層セラミックコンデンサ(図7,図8参照)である。
その結果を表2に示す。
すなわち、表2に示すように、実施例2の積層セラミックコンデンサF、G、および比較例2の積層セラミックコンデンサHの耐湿試験前の不良率は同等であるが、耐湿試験不良率については、実施例2の試料である積層セラミックコンデンサF,Gの方が比較例2の積層セラミックコンデンサHよりも大幅に低いことが確認された。特に、試料Gでは耐湿試験不良率が0%であった。
まず、耐還元性のチタン酸バリウム系セラミック粉末を主体とするセラミックスラリーを用いて、厚み2.0μmの矩形のセラミックグリーンシートを成形した。
上記耐還元性のチタン酸バリウム系セラミック粉末、すなわち、有効層部用のセラミック材料として、この実施例3では、BaTiO3を99mol%、Y2O3を1mol%の割合で含有する主成分100mol%に対して、添加物としてMgOを1mol%の割合で配合した材料を用いた。
そして、このセラミックグリーンシート上に、内部電極形成用の導電性ペーストとして、平均粒径0.3μmのニッケル粉末100重量部と有機バインダー3.0重量部を配合した導電性ペーストを、短辺の幅が800μmになるようにスクリーン印刷し、内部電極パターンを形成した。
得られたセラミック焼結体の、内部電極の露出面である両端面に、導電性ペーストを塗布し、焼き付けることにより、外部端子電極を形成し、積層セラミックコンデンサI(試料I)を得た。
試験条件は、温度125℃、湿度95%RH、直流電圧5V印加、保持時間144時間とし、試験後に常温で直流電圧10Vを印加し、抵抗値1.0×10E6Ω以下のものを耐湿不良と判定した。
実施例3の積層セラミックコンデンサ(試料)I,J,K,L、および比較例3の積層セラミックコンデンサ(試料)M各500個について調べた耐湿試験前の選別不良率と、選別後の良品各100個について調べた耐湿試験不良率の測定結果を表3に示す。
また、MgOの添加量が1.5mol%である、実施例の試料Iの場合、耐湿試験前の不良率は0.20%であったが、耐湿試験不良率は0%であり、MgOの添加量が2mol%である、実施例の試料Kの場合、耐湿試験前の不良率は0.40%であったが、耐湿試験後の不良率は0%であった。
また、比較例3の試料Mでは、耐湿試験後に良品と判定されているものであっても、試験前に比べて試験後の抵抗値が低下しているものが多く認められた。
したがって、本発明は、種々の用途に用いられる、積層セラミックコンデンサ、積層サーミスタ、積層インダクタなどの積層セラミックコンデンサなどに好適に利用することができる。
2 第2の内部電極
3 セラミック層
3a 有効層部
3b 外層
10 セラミック焼結体
11 セラミック焼結体の第1の端面
12 セラミック焼結体の第2の端面
13b 垂直投影領域
21 セラミック焼結体の第1の側面
22 セラミック焼結体の第2の側面
31 第1の外部端子電極
32 第2の外部端子電極
41 セラミックグリーンシート
42 導電性ペースト
42p 内部電極パターン
43 セラミックペースト
GE 端面側ギャップ部
GE1 端面側ギャップ部の、第1、第2の内部電極と隣接する領域
GS 側面側ギャップ部
GS1 側面側ギャップ部の、第1、第2の内部電極と隣接する領域
L カットライン
MR Mgリッチ領域
Claims (7)
- 複数のセラミック層が積層されてなり、互いに対向する第1の側面および第2の側面と、互いに対向する第1の端面および第2の端面と、を有するセラミック焼結体と、
前記セラミック焼結体内部に形成され、前記第1の端面に引き出された、Niを含む第1の内部電極と、
特定の前記セラミック層を介して前記第1の内部電極と対向するようにして前記セラミック焼結体内部に形成され、前記第2の端面に引き出された、Niを含む第2の内部電極と、
前記セラミック焼結体の前記第1の端面に形成され、前記第1の内部電極と電気的に接続される第1の外部端子電極と、
前記セラミック焼結体の前記第2の端面に形成され、前記第2の内部電極と電気的に接続され、前記第1の外部端子電極とは異なる電位に接続される第2の外部端子電極と、
を備える積層セラミック電子部品であって、
前記セラミック焼結体は、
前記セラミック層のうち、前記第1の内部電極および前記第2の内部電極に挟まれ、容量形成に寄与する有効層部と、
前記第1、第2の内部電極の側部と前記セラミック焼結体の第1、第2の側面との間、および、前記有効層部の側部と前記セラミック焼結体の第1、第2の側面との間に存在する側面側ギャップ部と、
を含み、
前記側面側ギャップ部における、前記第1、第2の内部電極と接する領域から前記セラミック焼結体の側面に至る領域が、前記有効層部に比べてMg濃度が高いMgリッチ領域とされていることを特徴とする、積層セラミック電子部品。 - 前記側面側ギャップ部のうち、前記第1、第2の内部電極それぞれと同じ高さに位置する領域が、前記Mgリッチ領域とされていることを特徴とする、請求項1記載の積層セラミック電子部品。
- 前記側面側ギャップ部全体が、前記Mgリッチ領域とされていることを特徴とする、請求項1記載の積層セラミック電子部品。
- 前記セラミック焼結体は、前記第1、第2の内部電極の端部と前記セラミック焼結体の第1、第2の端面との間、および、前記有効層部の端部と前記セラミック焼結体の第1または第2の端面との間に存在する端面側ギャップ部を含み、
前記端面側ギャップ部のうち、少なくとも前記第1、第2の内部電極と隣接する領域が、前記有効層部に比べてMg濃度が高いMgリッチ領域とされていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の積層セラミック電子部品。 - 前記第1、第2の内部電極のうちの、最外層の内部電極より外側のセラミック層の、前記側面側ギャップ部の垂直投影領域および前記端面側ギャップ部の垂直投影領域の少なくとも一方が前記有効層部に比べてMg濃度が高いMgリッチ領域とされていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の積層セラミック電子部品。
- 前記有効層部を構成するセラミック材料の主成分100mol%に対するMgの添加割合に比べて、前記Mgリッチ領域を構成するセラミック材料の主成分100mol%に対するMgの添加割合を0.5〜1.0mol%多くしたことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の積層セラミック電子部品。
- 前記Mgリッチ領域において、Mg濃度がセラミック焼結体の外側から内側に向かって低下するような濃度勾配を有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の積層セラミック電子部品。
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