JP4882778B2 - Manufacturing method of multilayer ceramic electronic component - Google Patents
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本発明は、誘電体層と電極層とが交互に積層された積層セラミック電子部品の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a multilayer ceramic electronic component in which dielectric layers and electrode layers are alternately stacked.
例えば積層セラミックコンデンサに代表される積層セラミック電子部品は、通常、複数の誘電体層と電極層とが交互に積層されるとともに積層方向両側に外装誘電体層が配され、積層方向の両端面に一対の外部電極が設けられた構造とされている。近年の電子機器の小型化に伴い、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おいても小型化・大容量化が求められており、これに対応して、積層セラミック電子部品を構成する誘電体層や電極層にもさらなる薄層化及び多層化が求められている。 For example, in a multilayer ceramic electronic component typified by a multilayer ceramic capacitor, a plurality of dielectric layers and electrode layers are usually stacked alternately, and an exterior dielectric layer is disposed on both sides in the stacking direction. The structure is provided with a pair of external electrodes. With the recent miniaturization of electronic devices, there has been a demand for miniaturization and large capacity in multilayer ceramic electronic components such as multilayer ceramic capacitors. Further thinning and multilayering of electrode layers are also required.
このような構造の積層セラミック電子部品は、例えば以下のような方法で製造される。すなわち、先ず、誘電体粉末、バインダ、有機溶剤等を含む塗料を準備し、この塗料をドクターブレード法等を用いてPETフィルム等の支持体上に塗布、乾燥させた後、PETフィルムを剥離して内装グリーンシートを得る。次に、導電材料を含む電極前駆体層を前記内装グリーンシート上に形成する。次に、電極前駆体層が形成された内装グリーンシートを積層するとともに、積層方向両側に外装誘電体層となる外装グリーンシートを積層し、チップ状に切断してグリーンチップとする。このグリーンチップを焼成した後、外部電極を形成することにより積層セラミック電子部品が製造される。電極層に含まれる導電材料としては、一般にPdやPd合金が用いられているが、Pdは高価であるため、近年では比較的安価なNiやNi合金等の卑金属が使用されるようになってきている。 The multilayer ceramic electronic component having such a structure is manufactured, for example, by the following method. That is, first, a paint containing a dielectric powder, a binder, an organic solvent, etc. is prepared, and this paint is applied onto a support such as a PET film using a doctor blade method and dried, and then the PET film is peeled off. To get an interior green sheet. Next, an electrode precursor layer containing a conductive material is formed on the interior green sheet. Next, the interior green sheet on which the electrode precursor layer is formed is laminated, and an exterior green sheet to be an exterior dielectric layer is laminated on both sides in the stacking direction, and cut into a chip shape to obtain a green chip. After the green chip is fired, a multilayer ceramic electronic component is manufactured by forming external electrodes. As the conductive material contained in the electrode layer, Pd or Pd alloy is generally used. However, since Pd is expensive, in recent years, relatively inexpensive base metals such as Ni and Ni alloy have been used. ing.
しかしながら、Ni等の卑金属は、グリーンシートを構成する誘電体粉末よりも低い温度で焼結するという性質を有しているため、電極層に使用されると次のような理由により製品歩留まりの低下を引き起こす。すなわち、電極前駆体層に含まれるNiの影響により、電極前駆体層と内装グリーンシートとが交互に積層された部分(内装部)の焼結温度が、その周囲の電極前駆体層の形成されていない領域及び外装グリーンシート(外装部)に比較して低くなるため、内装部と外装部とで焼成時の収縮挙動に差を生じ、その結果、デラミネーション等の構造欠陥が発生するからである。 However, since base metals such as Ni have the property of sintering at a lower temperature than the dielectric powder constituting the green sheet, the product yield decreases when used in the electrode layer for the following reasons. cause. That is, due to the influence of Ni contained in the electrode precursor layer, the sintering temperature of the portion where the electrode precursor layer and the interior green sheet are alternately laminated (interior portion) is formed in the surrounding electrode precursor layer. This is because it is lower than the unexposed area and the exterior green sheet (exterior part), which causes a difference in shrinkage behavior during firing between the interior part and the exterior part, resulting in structural defects such as delamination. is there.
そこで、前記収縮挙動の差に起因する問題を解決するための手法が提案されている。例えば特許文献1においては、最外層に配される一対の保護層用のグリーンシートとして、焼成による収縮開始温度が内部セラミック層用のグリーンシートよりも低いグリーンシートを用いる積層セラミック電子部品の製造方法が開示されており、保護層用のグリーンシートの焼成による収縮開始温度を低くするために、保護層用のグリーンシートに焼結助剤を含有させたり、保護層用のグリーンシートの密度を高めるためにグリーンシートを作成するスラリーの粉砕時間・混合時間を長くしている。
Therefore, a method for solving the problem caused by the difference in the contraction behavior has been proposed. For example, in
また、特許文献2においては、外層セラミック層の焼成に際しての収縮率の変化率が最大となる温度と内部電極積層部のセラミック層の内部電極が形成された状態での焼成に際しての収縮率の変化率が最大となる温度との差が60℃以下となるようにする積層セラミック電子部品の製造方法が開示されており、内部電極積層部のセラミック層を構成するセラミックスのAサイトイオンのモル濃度AとBサイトイオンのモル濃度Bとの比A/Bに比べて、外層セラミック層におけるモル比A/Bを低くすることが開示されている。
Further, in
さらに、特許文献3においては、保護層の表面から所定の深さまでを形成するセラミック粒子を内層のセラミック層を形成するセラミック粒子より小さくした積層セラミック電子部品が開示されている。
しかしながら、前記特許文献1記載の発明のように、保護層用のグリーンシートを作成するスラリーの粉砕時間・混合時間を長くすると、製造時間が長くなるため製造効率の低下が問題となる。また、保護層用のグリーンシートに焼結助剤を含有させる場合、必要な材料数が増加するため材料コストの上昇を招き、さらには、保護層用のグリーンシートに添加した焼結助剤が内部セラミック層用のグリーンシートへ拡散し、特性や信頼性を低下させるおそれがある。
However, as in the invention described in
ところで、電極層に誘電体粉末(共材)を添加することにより前記収縮差を低減する技術が知られており、一定の効果を得ることができるとされる。しかしながら、本発明者らの検討の結果、誘電体層の薄層化及び多層化の進んだ積層セラミック電子部品においては、電極層に微細な共材を添加することによって、大きな焼結挙動の差を生じ、焼成過程で、内装部のコーナー部から外装誘電体層と内装誘電体層周囲の無電極領域との境界付近にかけてデラミネーションのような構造欠陥が発生することがわかった。前記収縮挙動差が生じる理由は、微細化された共材の焼結温度が電極層中の導電材(Ni)と同程度かそれより低くなるため、焼成の早い段階で電極層が収縮し、この影響を受けて内装部が外装部より先に収縮するからである。 By the way, a technique for reducing the shrinkage difference by adding dielectric powder (co-material) to the electrode layer is known, and a certain effect can be obtained. However, as a result of the study by the present inventors, in a multilayer ceramic electronic component in which the dielectric layer has been made thinner and multilayered, a large difference in sintering behavior can be obtained by adding a fine co-material to the electrode layer. It was found that structural defects such as delamination occurred from the corner portion of the interior portion to the vicinity of the boundary between the exterior dielectric layer and the electrodeless region around the interior dielectric layer during the firing process. The reason for the difference in shrinkage behavior is that the sintering temperature of the miniaturized co-material is the same as or lower than that of the conductive material (Ni) in the electrode layer, so the electrode layer shrinks at an early stage of firing, This is because the interior part contracts before the exterior part under this influence.
特に、積層セラミック電子部品の誘電体層の薄層化及び多層化が進むと、該積層セラミック電子部品に占める電極層の構成割合が大きくなるため、電極層に添加した共材の影響は大きくなる。前記特許文献2に記載される技術は、このように誘電体層の薄層化及び多層化が進んだ積層セラミック電子部品における共材の影響を軽減するには、充分なものではない。
In particular, as the dielectric layer of a multilayer ceramic electronic component becomes thinner and multi-layered, the composition ratio of the electrode layer in the multilayer ceramic electronic component increases, so the influence of the co-material added to the electrode layer increases. . The technique described in
また、誘電体層の薄層化を図るために誘電体層用の誘電体粉末を微細化した場合に、特許文献3に示すように誘電体層用の誘電体粉末(内層のセラミック層を形成するセラミック粒子)に比べて外装誘電体層用の誘電体粉末(保護層の表面から所定の深さまでを形成するセラミック粒子)の粒径を小さくすると、外装グリーンシートの通気性が低下して積層体の形成が困難となる。また、通気性を確保するために外装グリーンシートを内装グリーンシートと同程度に薄く形成すると、外装グリーンシートの使用枚数が増加する結果、歩留まり低下や積層工程時間の長時間化を引き起こし、製造効率の低下を招く。
In addition, when the dielectric powder for the dielectric layer is miniaturized in order to reduce the thickness of the dielectric layer, as shown in
そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、誘電体層の薄層化及び多層化が進んだ場合であっても、材料コストの上昇、製造効率の低下及び特性の低下を生じることなく、歩留まりの向上を図ることが可能な積層セラミック電子部品の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and even when the dielectric layer is thinned and multilayered, the material cost is increased, the production efficiency is decreased, and the characteristics are increased. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a multilayer ceramic electronic component capable of improving the yield without causing a decrease in the above.
前述の目的を達成するために、本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法は、誘電体粉末を含む内装グリーンシートと導電材料を含む電極前駆体層とを交互に積層して内装部を形成し、当該内装部の前記積層方向両側に外装グリーンシートを積層した後、焼成することにより誘電体層と電極層とが交互に積層された積層セラミック電子部品を製造するに際し、前記電極前駆体層に誘電体粉末を添加し、前記内装グリーンシートに含まれる誘電体粉末の平均粒径をRa、前記電極前駆体層に添加する誘電体粉末の平均粒径をRbとしたときに、Rb/Ra≦1/2となるように設定するとともに、前記外装グリーンシートにも前記電極前駆体層と同様の誘電体粉末を添加することを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, a method for manufacturing a multilayer ceramic electronic component according to the present invention forms an interior part by alternately laminating interior green sheets containing dielectric powder and electrode precursor layers containing a conductive material. In manufacturing the multilayer ceramic electronic component in which the dielectric layers and the electrode layers are alternately stacked by stacking the exterior green sheets on both sides in the stacking direction of the interior portion, the electrode precursor layer When the dielectric powder is added to the inner green sheet, the average particle size of the dielectric powder contained in the interior green sheet is Ra, and the average particle size of the dielectric powder added to the electrode precursor layer is Rb. It is set so that ≦ 1/2, and the same dielectric powder as that of the electrode precursor layer is added to the exterior green sheet.
誘電体層を薄層化及び多層化するために電極前駆体層に微細な共材(誘電体粉末)を添加する場合、すなわち、内装グリーンシートに含まれる誘電体粉末の平均粒径Raと電極前駆体層に添加する誘電体粉末の平均粒径Rbの比Rb/Raが1/2以下となるように設定した場合、電極前駆体層に添加した誘電体粉末の影響により、内装部と外装グリーンシートとの焼結挙動の差が大きくなる。そこで、以上のような製造方法においては、共材と同様の誘電体粉末を外装グリーンシートにも添加することで、外装グリーンシートの収縮開始温度を低くして内装部との焼結挙動差の低減を図り、構造欠陥の発生を抑える。ここで、外装グリーンシートに添加する誘電体粉末は、電極前駆体層に用いる共材と同じであるので、必要な材料数が増えることがなく、また、製造効率の低下を招くこともない。さらに、特性への影響の小さい領域である外装グリーンシートに前記誘電体粉末を添加するので、積層セラミック電子部品の特性低下が抑えられる。 When a fine co-material (dielectric powder) is added to the electrode precursor layer to make the dielectric layer thin and multilayer, that is, the average particle diameter Ra of the dielectric powder contained in the interior green sheet and the electrode When the ratio Rb / Ra of the average particle diameter Rb of the dielectric powder added to the precursor layer is set to 1/2 or less, the interior portion and the exterior are affected by the influence of the dielectric powder added to the electrode precursor layer. The difference in sintering behavior with the green sheet increases. Therefore, in the above manufacturing method, the same dielectric powder as the co-material is also added to the exterior green sheet, so that the shrinkage start temperature of the exterior green sheet is lowered and the difference in sintering behavior from the interior portion is reduced. Reduce the occurrence of structural defects. Here, since the dielectric powder added to the exterior green sheet is the same as the co-material used for the electrode precursor layer, the number of necessary materials does not increase and the production efficiency does not decrease. Furthermore, since the dielectric powder is added to the exterior green sheet which is a region having a small influence on the characteristics, deterioration of the characteristics of the multilayer ceramic electronic component can be suppressed.
以上のような積層セラミック電子部品の製造方法によれば、誘電体層の薄層化及び多層化が進んだ場合であっても、焼成過程で生じる構造欠陥の発生を抑え、歩留まりの向上を図ることができる。また、以上のような積層セラミック電子部品の製造方法によれば、製造コストや製造時間の増加を抑え、良好な特性を維持しつつ、前記歩留まり向上効果を得ることができる。 According to the method for manufacturing a multilayer ceramic electronic component as described above, even when the dielectric layer is thinned and multilayered, the occurrence of structural defects that occur during the firing process is suppressed, and the yield is improved. be able to. Moreover, according to the manufacturing method of the multilayer ceramic electronic component as described above, the yield improvement effect can be obtained while suppressing an increase in manufacturing cost and manufacturing time and maintaining good characteristics.
以下、本発明を適用した積層セラミック電子部品の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a multilayer ceramic electronic component to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、製造対象となる積層セラミック電子部品について、図1を参照して説明する。本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサ1は、複数の誘電体層2と電極層3とを有する素子本体を有する。電極層3は、素子本体の対向する2端面に各側端面が交互に露出するように積層されており、素子本体の両側端部に配置された一対の外部電極(図示は省略する。)と各々導通するように形成される。素子本体においては、誘電体層2及び電極層3の積層方向の両外側端部に外装誘電体層4が配置されている。また、素子本体においては、外部電極の形成されない端面に、誘電体層からなる無電極領域5が形成されており、外装誘電体層4と無電極領域5とからなる外装部6が、誘電体層2と電極層3とが交互に積層されてなる内装部7を保護している。
First, a multilayer ceramic electronic component to be manufactured will be described with reference to FIG. A multilayer
素子本体の形状は特に制限されるものではないが、通常、直方体状とされる。その寸法も特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法に設定すればよい。例えば、縦0.6mm〜5.6mm(好ましくは0.6mm〜3.2mm)×横0.3mm〜5.0mm(好ましくは0.3mm〜1.6mm)×厚み0.1mm〜1.9mm(好ましくは0.3mm〜1.6mm)程度である。 The shape of the element body is not particularly limited, but is usually a rectangular parallelepiped shape. The dimensions are not particularly limited, and may be set to appropriate dimensions according to the application. For example, length 0.6 mm to 5.6 mm (preferably 0.6 mm to 3.2 mm) × width 0.3 mm to 5.0 mm (preferably 0.3 mm to 1.6 mm) × thickness 0.1 mm to 1.9 mm (Preferably about 0.3 mm to 1.6 mm).
誘電体層2及び外装誘電体層4は、誘電体磁器組成物で構成される。誘電体磁器組成物としては、組成式ABO3(式中、Aサイトは、Sr、Ca及びBaから選ばれる少なくとも1種の元素で構成される。Bサイトは、Ti及びZrから選ばれる少なくとも1種の元素で構成される。)で表されるペロブスカイト型結晶構造を持つ誘電体酸化物を主成分として含有することが好ましい。ここで、酸素(O)量は、前記組成式の化学量論組成から若干偏倚してもよい。前記誘電体酸化物の中でも、AサイトをBaで主として構成し、BサイトをTiで主として構成し、チタン酸バリウムとすることが好ましい。より好ましくは、組成式BamTiO2+m(式中、0.995≦m≦1.010であり、0.995≦Ba/Ti≦1.010である。)で表されるチタン酸バリウムである。
The
誘電体磁器組成物中には、主成分の他、各種副成分が含まれていてもよい。副成分としては、Sr、Zr、Y、Gd、Tb、Dy、V、Mo、Zn、Cd、Ti、Sn、W、Ba、Ca、Mn、Mg、Cr、Si及びPの酸化物から選ばれる少なくとも1種が例示される。副成分を添加することにより、主成分の誘電特性を劣化させることなく低温焼成が可能となる。また、誘電体層2を薄層化した場合の信頼性不良が低減し、長寿命化が可能となる。
The dielectric ceramic composition may contain various subcomponents in addition to the main component. Subcomponents are selected from oxides of Sr, Zr, Y, Gd, Tb, Dy, V, Mo, Zn, Cd, Ti, Sn, W, Ba, Ca, Mn, Mg, Cr, Si and P. At least one is exemplified. By adding the subcomponent, low temperature firing is possible without deteriorating the dielectric properties of the main component. Further, the reliability failure when the
内装部を構成する誘電体層2の積層数や厚み等の諸条件は、用途等に応じ適宜決定すればよい。誘電体層2の厚みについては0.5μm〜50μm程度であり、好ましくは5μm以下である。積層セラミックコンデンサの小型化・大容量化を図る観点では、誘電体層2の厚みは3μm以下であり、誘電体層2の積層数は150層以上とすることが好ましい。外装誘電体層4の厚みも、用途に応じて適宜決定すればよく、例えば20μm〜数百μm程度である。
Various conditions such as the number of laminated layers and the thickness of the
電極層3に含まれる導電材料は特に制限されないが、例えばNi、Cu、Ni合金又はCu合金等の卑金属を用いることができる。電極層3の厚みは、用途等に応じて適宜決定すればよく、例えば0.5μm〜5μm程度であり、好ましくは1.5μm以下である。
Although the conductive material contained in the
外部電極に含まれる導電材料は特に制限されないが、通常、Cu、Cu合金、Ni、Ni合金、Ag、Ag−Pd合金等が用いられる。Cu、Cu合金、Ni及びNi合金は、安価な材料なため有利である。外部電極の厚みは、用途等に応じて適宜決定すればよく、例えば10μm〜50μm程度である。 The conductive material contained in the external electrode is not particularly limited, but usually Cu, Cu alloy, Ni, Ni alloy, Ag, Ag—Pd alloy or the like is used. Cu, Cu alloy, Ni and Ni alloy are advantageous because they are inexpensive materials. What is necessary is just to determine the thickness of an external electrode suitably according to a use etc., for example, it is about 10 micrometers-50 micrometers.
以下、積層セラミックコンデンサの製造方法の一例について、図2を参照しながら説明する。 Hereinafter, an example of a method for manufacturing a multilayer ceramic capacitor will be described with reference to FIG.
先ず、図2(a)に示すように、焼成後に誘電体層2を構成する内装グリーンシート11、電極層3を構成する電極前駆体層12、及び外装誘電体層4を構成する外装グリーンシート13を準備する。次に、内装グリーンシート11を複数積層するとともに、その積層方向両側に外装グリーンシート13を単層又は複層で積層し、必要に応じて切断し、積層体14を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, an interior
積層体14は、図2(b)に示すように、複数の電極前駆体層12と電極前駆体層12に挟まれた内装グリーンシート11とからなる内装部15と、外装グリーンシート13と内装グリーンシート11のうち電極前駆体層12の形成されていない部分である無電極領域とからなる外装部16とから構成されている。本実施形態では、外装部16を構成する外装グリーンシート13に、電極前駆体層12に共材として用いた誘電体粉末を添加する。
As shown in FIG. 2B, the
内装グリーンシート11は、誘電体層2の原料となる誘電体粉末を含むグリーンシート用塗料を調製し、ドクターブレード法等により支持体としてのキャリアシート上に前記グリーンシート用塗料を塗布し、乾燥させることにより得られる。グリーンシート用塗料は、誘電体層2の原料となる誘電体粉末と有機ビヒクル又は水系ビヒクルとを混練することにより調製される。
The interior
内装グリーンシート11に用いる誘電体粉末としては、前述の主成分や副成分の酸化物や複合酸化物を用いることができる。また、焼成により酸化物や複合酸化物となる各種化合物、例えば炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金属化合物等からも適宜選択して用いることができる。
As the dielectric powder used for the interior
前記誘電体粉末の平均粒径が大きすぎると、内装グリーンシート11を薄く成膜することが難しくなるため誘電体層2の薄層化が難しくなり、逆に誘電体粉末の平均粒径が小さすぎると、誘電体粉末の比表面積が増大し、焼成時に異常粒成長するおそれがある。したがって、内装グリーンシート11に含まれる誘電体粉末の平均粒径は、0.1μm〜1.0μmであることが好ましい。
If the average particle size of the dielectric powder is too large, it is difficult to form a thin film of the interior
有機ビヒクルとは、バインダを有機溶剤中に溶解したものである。有機ビヒクルに用いるバインダは特に制限されず、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等の通常の各種バインダから適宜選択すればよい。また、有機ビヒクルに用いる有機溶剤も特に限定されず、テルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエン等の各種有機溶剤から適宜選択すればよい。水系ビヒクルとは、水溶性のバインダや分散剤を水中に溶解したものであり、水溶性バインダとしては特に制限されず、例えばポリビニルアルコール、セルロース、水溶性アクリル樹脂等を用いればよい。 An organic vehicle is obtained by dissolving a binder in an organic solvent. The binder used for the organic vehicle is not particularly limited, and may be appropriately selected from ordinary various binders such as ethyl cellulose and polyvinyl butyral. Moreover, the organic solvent used for the organic vehicle is not particularly limited, and may be appropriately selected from various organic solvents such as terpineol, butyl carbitol, acetone, and toluene. The water-based vehicle is obtained by dissolving a water-soluble binder or dispersant in water, and the water-soluble binder is not particularly limited. For example, polyvinyl alcohol, cellulose, water-soluble acrylic resin, or the like may be used.
また、前記内装グリーンシート11の所定領域に電極層3の原料を含む内部電極ペーストを印刷することにより、電極前駆体層12を形成する。内部電極ペーストは、前述した導電材料と共材と前述した有機ビヒクルとを混練することにより調製される。
Moreover, the
前記電極前駆体層12には、共材として誘電体粉末を添加する。誘電体層2の厚みが3μm以下、誘電体層2の積層数が150層以上であるように、積層セラミックコンデンサ1の誘電体層2を薄層化及び多層化する場合、電極層3の厚みもこれに対応して例えば1.5μm以下に薄層化する必要があるが、電極層3の薄層化に対応するには、電極前駆体層12に用いる共材も微細化する必要がある。共材の微細化の程度は、共材として用いる誘電体粉末の平均粒径Rbと、誘電体層2となる内装グリーンシート11に含まれる誘電体粉末の平均粒径Raとの関係で表すことができる。本実施形態では、内装グリーンシート11に含まれる誘電体粉末の平均粒径をRa、電極前駆体層12に添加する誘電体粉末の平均粒径をRbとしたときに、Rb/Ra≦1/2である関係を満たすように、電極前駆体層12に添加する誘電体粉末は微細化されている。
Dielectric powder is added to the
電極前駆体層12における誘電体粉末の添加量は、5質量%〜30質量%であることが好ましい。前記範囲未満である場合、共材としての効果が不十分となり、前記範囲を上回る場合、内装部15と外装部16との焼結挙動の差が大きくなり、構造欠陥が増加するおそれがある。
The addition amount of the dielectric powder in the
電極前駆体層12に添加する誘電体粉末としては、前述の主成分や副成分の酸化物や複合酸化物を用いることができる。また、焼成により酸化物や複合酸化物となる各種化合物、例えば炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金属化合物等からも適宜選択して用いることができる。
As the dielectric powder to be added to the
一方、外装誘電体層4を形成する外装グリーンシート13を準備する。外装グリーンシート13は、外装誘電体層4の原料となる誘電体粉末を含む外装グリーンシート用塗料を調製し、ドクターブレード法等により支持体としてのキャリアシート上に前記外装グリーンシート用塗料を塗布し、乾燥させることにより得られる。外装グリーンシート用塗料は、外装誘電体層4の原料となる誘電体粉末と有機ビヒクル又は水系ビヒクルとを混練することにより調製される。有機ビヒクル又は水系ビヒクルは、内装グリーンシート11の形成で使用可能なものを使用することができる。
On the other hand, an exterior
本実施形態では、外装グリーンシート13にも、電極前駆体層12に添加した誘電体粉末と同様の誘電体粉末を添加する。外装グリーンシート13に微細な誘電体粉末を添加することで、外装部16と内装部15との焼結挙動の差が低減するため、電極前駆体層12に添加した誘電体粉末に起因する構造欠陥の発生を抑えることができ、歩留まりの向上を図ることができる。
In the present embodiment, a dielectric powder similar to the dielectric powder added to the
外装グリーンシート13には、前記誘電体粉末を0.1質量%〜20質量%添加することが好ましい。誘電体粉末の添加量が0.1質量%未満の場合には本発明の効果を充分に得られないおそれがあり、添加量が20質量%を上回る場合には外装グリーンシート13の通気性が悪化し、支持体からの剥離が困難となるおそれがある。
It is preferable to add 0.1 to 20% by mass of the dielectric powder to the exterior
外装グリーンシート13は、当然ながら、前記添加用の誘電体粉末以外の誘電体粉末を含んでいる。共材以外に外装グリーンシート13に含まれる誘電体粉末としては、前述の主成分や副成分の酸化物や複合酸化物、また、焼成により酸化物や複合酸化物となる各種化合物、例えば炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金属化合物等を用いることができる。その粒径は、例えば0.1μm〜1.0μmとすることができる。
The exterior
積層体14を形成した後、脱バインダ処理、焼成、並びに、誘電体層2及び外装誘電体層4を再酸化させるための熱処理を行い、焼結体(素子本体)を得る。脱バインダ処理、焼成及び再酸化のための熱処理は、これらを連続して行ってもよく、それぞれを独立に行ってもよい。
After the
脱バインダ処理は、通常の条件で行えばよいが、電極層3の導電材にNi、Ni合金等の卑金属を用いる場合、下記の条件で行うことが好ましい。すなわち、昇温速度を5〜300℃/時間、特に10〜50℃/時間とし、保持温度を200〜400℃、特に250〜340℃とし、保持時間を0.5〜20時間、特に1〜10時間とし、雰囲気を加湿したN2とH2との混合ガスとする。
The binder removal treatment may be performed under normal conditions, but when a base metal such as Ni or Ni alloy is used for the conductive material of the
焼成は下記の条件で行うことが好ましい。すなわち、昇温速度を50〜500℃/時間、特に200〜300℃/時間とし、保持温度を1100〜1350℃、特に1150〜1300℃とし、保持時間を0.5〜8時間、特に1〜3時間とし、雰囲気を加湿したN2とH2との混合ガスとする。 Firing is preferably performed under the following conditions. That is, the temperature rising rate is 50 to 500 ° C./hour, particularly 200 to 300 ° C./hour, the holding temperature is 1100 to 1350 ° C., particularly 1150 to 1300 ° C., and the holding time is 0.5 to 8 hours, particularly 1 to 1. The mixed gas of N 2 and H 2 is humidified for 3 hours.
焼成に際して、雰囲気中の酸素分圧は、10−2Pa以下とすることが好ましい。前記範囲を上回ると電極層3が酸化するおそれがある。ただし、酸素分圧が低すぎると、電極材料が異常焼結を起こし、電極層3が途切れる傾向にある。したがって、焼成雰囲気の酸素分圧は、10−2Pa〜10−8Paとすることが好ましい。
In firing, the oxygen partial pressure in the atmosphere is preferably 10 −2 Pa or less. If it exceeds the above range, the
焼成後の熱処理は、保持温度又は最高温度を通常は1000℃以上、好ましくは1000℃〜1100℃として行う。前記範囲未満の場合、誘電体材料の酸化が不十分なために絶縁抵抗寿命が短くなる傾向にあり、前記範囲を上回ると、電極層3中の導電材(Ni)が酸化し、積層セラミックコンデンサの容量や寿命に悪影響を及ぼすおそれがある。
The heat treatment after firing is performed at a holding temperature or maximum temperature of usually 1000 ° C. or higher, preferably 1000 ° C. to 1100 ° C. If it is less than the above range, the insulation resistance life tends to be short due to insufficient oxidation of the dielectric material. If it exceeds the above range, the conductive material (Ni) in the
前記熱処理の雰囲気は焼成よりも高い酸素分圧とし、好ましくは10−3Pa〜1Pa、より好ましくは10−2〜1Paである。前記範囲未満の場合には誘電体層の再酸化が困難となり、逆に前記範囲を上回ると電極層3が酸化するおそれがある。前記熱処理の条件は、保持時間を0〜6時間、特に2〜5時間とし、冷却速度を50〜500℃/時間、特に100〜300℃/時間とし、雰囲気を加湿したN2ガス等とする。
The atmosphere of the heat treatment is an oxygen partial pressure higher than that of firing, and is preferably 10 −3 Pa to 1 Pa, more preferably 10 −2 to 1 Pa. If it is less than the above range, it is difficult to reoxidize the dielectric layer. Conversely, if it exceeds the above range, the
次に、得られた焼結体である素子本体に外部電極を形成し、図1に示す積層セラミックコンデンサ1を得る。外部電極は、焼結体にバレル研磨、サンドブラスト等により端面研磨を施し、外部電極用塗料を焼き付けることにより形成すればよい。
Next, external electrodes are formed on the element body, which is the obtained sintered body, to obtain the multilayer
内装グリーンシート11に含まれる誘電体粉末の平均粒径Raと電極前駆体層12に共材として添加した誘電体粉末の平均粒径Rbとが、Rb/Ra≦1/2となるように設定した場合、内装部と外装部との焼結挙動の差が大きくなり、焼成過程でデラミネーション等の構造欠陥が発生する。前記構造欠陥は、内装グリーンシート11の面積よりも電極前駆体層12の面積を小とし、焼成後の積層セラミックコンデンサ1において周囲に無電極領域5が形成されるようにした場合、内装部7のコーナー部から無電極領域5と外装誘電体層4との境界に沿って多く発生する。
The average particle size Ra of the dielectric powder contained in the interior
そこで、以上のように、電極前駆体層12に共材として添加した誘電体粉末と同様の誘電体粉末を外装グリーンシート13にも添加することで、焼結挙動の差を解消し、前記構造欠陥を低減し、歩留まりの向上を図ることができる。ここで、外装グリーンシート13には電極前駆体層12に用いた共材と同じ誘電体粉末を添加するから、新たな材料を用意したり、特別な製造工程を追加する必要はない。また、焼成後に外装部16となる部分に前記誘電体粉末を添加するため、積層セラミックコンデンサ1の特性には影響を及ぼさない。したがって、材料コストの上昇や製造時間の長時間化、さらには特性低下を招くことなく、前記歩留まり向上効果を得ることができる。
Therefore, as described above, the same dielectric powder as the dielectric powder added as a co-material to the
また、本発明は、焼成後の積層セラミックコンデンサ1における誘電体層2の厚みが3μm以下であり、電極層3の厚みが1.5μm以下であり、誘電体層2の積層数が150層以上である場合、特に効果が大きい。これは、積層セラミックコンデンサ1の誘電体層2の薄層化及び多層化が進むと電極層3の構成割合が大きくなり、結果として電極層3に用いた共材の影響による歩留まり低下が著しくなるからである。
In the present invention, the thickness of the
なお、前述の実施形態では、電極前駆体層12に添加した誘電体粉末と同様の誘電体粉末を外装グリーンシート13に添加する場合について説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、内装グリーンシート11の面積よりも電極前駆体層12の面積を小とした場合、電極前駆体層12のうち外部電極と接続されない辺の周囲に内装グリーンシート11のうち電極前駆体層12が形成されていない無電極領域が形成されるが、この無電極領域と外装グリーンシート13との両方、すなわち、外装部16全体に、前記誘電体粉末を添加してもよい。外装部16全体にも電極前駆体層12に添加した誘電体粉末を添加することで、より高い効果が得られる。ただしこの場合、特性への影響を避ける観点から、内装グリーンシート11においては、外装部16に対応する無電極領域のみに前記誘電体粉末を添加し、内装部15に対応する電極形成領域には前記誘電体粉末を添加しないことが好ましい。
In the above-described embodiment, the case where a dielectric powder similar to the dielectric powder added to the
また、本発明は、積層セラミックコンデンサ以外の積層セラミック電子部品全般に適用可能であることは言うまでもない。 Needless to say, the present invention is applicable to all multilayer ceramic electronic components other than multilayer ceramic capacitors.
実験1
本実験では、電極前駆体層に共材として添加した誘電体粉末と同様の粉末を外装グリーンシートへ添加したときの効果について検討した。
<サンプル1>
先ず、内装グリーンシート用塗料を準備した。原料誘電体粉末をボールミルを用いて混合、解砕し、内装グリーンシート用塗料を得た。原料誘電体粉末としては、誘電体粉末A、MgCO3、MnCO3、Y2O3、V2O5、及び(Ba,Ca)SiO3を用いた。ここで用いた誘電体粉末AはBaTiO3粉末であり、その平均粒径Raは0.35μmであった。
In this experiment, the effect when a powder similar to the dielectric powder added as a co-material to the electrode precursor layer was added to the exterior green sheet was examined.
<
First, an interior green sheet paint was prepared. The raw material dielectric powder was mixed and pulverized using a ball mill to obtain an interior green sheet paint. Dielectric powder A, MgCO 3 , MnCO 3 , Y 2 O 3 , V 2 O 5 , and (Ba, Ca) SiO 3 were used as the raw material dielectric powder. The dielectric powder A used here was a BaTiO 3 powder, and the average particle size Ra thereof was 0.35 μm.
次に、内部電極ペーストを準備した。平均粒径0.20μmのNi粉末と、誘電体粉末B(共材)と、有機ビヒクルとを3本ロールにより混練し、スラリー化して内部電極ペーストを得た。前記Ni粉末の平均粒径は0.20μmであった。ここで、共材に用いた誘電体粉末BはBaTiO3粉末であり、その平均粒径Rbは0.1μmであった。 Next, an internal electrode paste was prepared. Ni powder having an average particle size of 0.20 μm, dielectric powder B (co-material), and an organic vehicle were kneaded with three rolls and slurried to obtain an internal electrode paste. The average particle diameter of the Ni powder was 0.20 μm. Here, the dielectric powder B used for the co-material was BaTiO 3 powder, and the average particle size Rb was 0.1 μm.
前記内装グリーンシート用塗料を使用して、PETフィルム上に乾燥後の厚みが2.4μmとなるように内装グリーンシートを形成した。この内装グリーンシートの所定領域上に、前記内部電極ペーストを使用して電極前駆体層を印刷した後、PETフィルムからシートを剥離した。 Using the interior green sheet paint, an interior green sheet was formed on a PET film so that the thickness after drying was 2.4 μm. The electrode precursor layer was printed on the predetermined area of the interior green sheet using the internal electrode paste, and then the sheet was peeled from the PET film.
一方、外装グリーンシートを準備した。原料誘電体粉末をボールミルを用いて混合、解砕し、外装グリーンシート用塗料を得た。原料誘電体粉末としては、BaTiO3(平均粒径0.35μm)、MgCO3、MnCO3、Y2O3、及びV2O5、(Ba,Ca)SiO3を用いた。前記外装グリーンシート用塗料を使用してPETフィルム上に乾燥後の厚みが8μmとなるように成膜した後、PETフィルムからシートを剥離し、外装グリーンシートを得た。サンプル1では、電極前駆体層の共材として使用したものと同様の誘電体粉末、すなわち誘電体粉末B(BaTiO3粉末)を外装グリーンシートに添加した。誘電体粉末Bの添加量は0.01質量%とした。すなわち、前記原料誘電体粉末A(BaTiO3(平均粒径0.35μm))100質量部に対し、誘電体粉末Bを0.01質量部添加した。
Meanwhile, an exterior green sheet was prepared. The raw material dielectric powder was mixed and pulverized using a ball mill to obtain a coating for an exterior green sheet. As the raw material dielectric powder, BaTiO 3 (average particle size 0.35 μm), MgCO 3 , MnCO 3 , Y 2 O 3 , V 2 O 5 , (Ba, Ca) SiO 3 were used. Using the coating material for exterior green sheets, a film was formed on a PET film so that the thickness after drying was 8 μm, and then the sheet was peeled from the PET film to obtain an exterior green sheet. In
次に、電極前駆体層を形成した内装グリーンシートを複数積層するとともに、この積層方向の両側に外装グリーンシートを複数積層し、加圧して積層体を作製した。得られた積層体を所定サイズに切断してグリーンチップを得た後、脱バインダ処理、焼成及びアニールを行って、焼結体を得た。得られた焼結体の端面をサンドブラストにて研磨した後、焼結体の長手方向端面に外部電極を形成し、積層セラミックコンデンサ試料を得た。本実施例では、外装グリーンシートの種類を変えることにより、サンプル1の積層セラミックコンデンサ試料を得た。
Next, a plurality of interior green sheets on which the electrode precursor layer was formed were stacked, and a plurality of exterior green sheets were stacked on both sides in the stacking direction, and pressed to prepare a stack. The obtained laminate was cut into a predetermined size to obtain a green chip, and then a binder removal treatment, firing and annealing were performed to obtain a sintered body. After polishing the end surface of the obtained sintered body by sand blasting, external electrodes were formed on the end surface in the longitudinal direction of the sintered body to obtain a multilayer ceramic capacitor sample. In this example, a multilayer ceramic capacitor sample of
得られた積層セラミックコンデンサの寸法は、1.0mm×0.5mm×0.5mmであり、内装部を構成する誘電体層の積層数は160であり、1層あたりの前記誘電体層の厚みは1.6μm、電極層の厚みは1.0μm、外装誘電体層の厚みは45μmであった。内装部の誘電体層の厚みは、次のように求めた。すなわち、積層セラミックコンデンサを積層方向に沿って切断し、切断面を研磨した後、研磨面を金属顕微鏡により観察し、観察した画像についてデジタル処理を行うことにより、誘電体層の平均厚みを求め、これを前記内装部の誘電体層の厚みとした。 The dimensions of the obtained multilayer ceramic capacitor are 1.0 mm × 0.5 mm × 0.5 mm, the number of laminated dielectric layers constituting the interior portion is 160, and the thickness of the dielectric layer per layer is Was 1.6 μm, the thickness of the electrode layer was 1.0 μm, and the thickness of the exterior dielectric layer was 45 μm. The thickness of the dielectric layer in the interior portion was determined as follows. That is, after cutting the multilayer ceramic capacitor along the stacking direction and polishing the cut surface, the polished surface is observed with a metal microscope, and by performing digital processing on the observed image, the average thickness of the dielectric layer is obtained, This was taken as the thickness of the dielectric layer of the interior part.
<サンプル2〜13>
サンプル2〜8では、外装グリーンシート中の共材(誘電体粉末B)の添加量を表1に示すように変化させ、その他はサンプル1と同様にして積層セラミックコンデンサを作製した。サンプル9〜サンプル11では、Rb/Raを表1に示すように変化させ、その他はサンプル1と同様にして積層セラミックコンデンサを作製した。また、比較例として、外装グリーンシートに共材(誘電体粉末B)を添加せずに積層セラミックコンデンサを作製した(サンプル12)。さらに、比較例として、Rb/Ra>1/2となるように設定して積層セラミックコンデンサを作製した(サンプル13)。
<
In
<評価>
各種サンプルを100個作製したときの欠陥数を求めた。外部電極を形成する前の焼成済みの積層セラミックコンデンサ試料について図1に示すような方向でサンプルを切断し、切断面を研磨し、研磨面を顕微鏡観察したときに、デラミネーション等の構造欠陥が確認されたものを欠陥有りとした。
<Evaluation>
The number of defects when 100 samples were prepared was determined. When the sintered multilayer ceramic capacitor sample before forming the external electrode is cut in the direction as shown in FIG. 1, the cut surface is polished, and the polished surface is observed with a microscope, structural defects such as delamination are found. What was confirmed was considered to be defective.
表1から、通常の外装グリーンシートを用いたサンプル12では多数の構造欠陥が発生しているのに対し、外装グリーンシートに共材(誘電体粉末B)を添加したサンプルでは、構造欠陥の発生数が減少することが確認された。特に、共材添加量を0.1質量%以上とすることで、構造欠陥を確実に抑えることができた。ただし、共材添加量を多くしたサンプル8では、外装グリーンシートの通気性が低下し、PETフィルムから剥離するときに外装グリーンシートに破損が生じたため、積層体の作製が不可能であった。したがって、外装グリーンシートへの共材の添加量は、0.1質量%〜20質量%とすることが好適であることがわかる。
From Table 1, many structural defects occur in
また、サンプル9〜サンプル11の結果から明らかなように、Rb/Ra≦1/2とすることで、構造欠陥の発生が抑えられている。一方、サンプル13の結果より、Rb/Ra>1/2となるように設定している積層セラミックコンデンサにおいては、誘電体粉末Bが添加されてない外装グリーンシートを用いた場合であっても構造欠陥の発生頻度は低かった。しかしながら、Rb/Ra>1/2となるような条件では、誘電体層を薄層化及び多層化することができず、小型且つ大容量の積層セラミックコンデンサを得ることが難しい。したがって、Rb/Ra≦1/2となるように電極前駆体層中の共材を微細化し、且つ、外装グリーンシートに共材を添加することによって、積層セラミックコンデンサの薄層化及び多層化による小型化大容量化と構造欠陥の発生抑制とを両立可能であることが確認された。
Further, as apparent from the results of Samples 9 to 11, the occurrence of structural defects is suppressed by setting Rb / Ra ≦ 1/2. On the other hand, from the results of
実験2
本実験では、外装グリーンシートへの共材(誘電体粉末B)の添加の効果について検討した。
In this experiment, the effect of adding the common material (dielectric powder B) to the exterior green sheet was examined.
<サンプル14>
サンプル14では、外装グリーンシートへの共材(誘電体粉末B)の添加量を表2に示すように設定することにより、外装グリーンシート中の誘電体粉末全体の平均粒径が0.30μmとなるように調整した。すなわち、サンプル14では、組成は同じだが粒度分布が異なる2種類の誘電体粉末を外装グリーンシートに用いた。その他はサンプル1と同様にして積層セラミックコンデンサを作製した。
<
In
<サンプル15>
サンプル15では、共材(誘電体粉末B)を添加せず、予め平均粒径0.30μmのBaTiO3粉末を用いて外装グリーンシートを作製した。その他はサンプル1と同様にして積層セラミックコンデンサを作製した。
各積層セラミックコンデンサについて前記評価を行った。結果を表2に示す。
<
In
Said evaluation was performed about each multilayer ceramic capacitor. The results are shown in Table 2.
以上の結果から、外装グリーンシート中の誘電体粉末全体の粒子サイズを小さくするのではなく、外装グリーンシートに微細な誘電体粉末を添加することで、本発明の効果を得られることが確認された。 From the above results, it was confirmed that the effect of the present invention can be obtained by adding fine dielectric powder to the exterior green sheet, rather than reducing the particle size of the entire dielectric powder in the exterior green sheet. It was.
1 積層セラミックコンデンサ、2 誘電体層、3 電極層、4 外装誘電体層、5 無電極領域、6 外装部、7 内装部、11 グリーンシート、12 電極前駆体層、13 外装グリーンシート、14 積層体、15 内装部、16 外装部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電極前駆体層に誘電体粉末を添加し、前記内装グリーンシートに含まれる誘電体粉末の平均粒径をRa、前記電極前駆体層に添加する誘電体粉末の平均粒径をRbとしたときに、Rb/Ra≦1/2となるように設定するとともに、
前記外装グリーンシートにも前記電極前駆体層と同様の誘電体粉末を添加することを特徴とする積層セラミック電子部品の製造方法。 An interior green sheet containing dielectric powder and an electrode precursor layer containing a conductive material are alternately laminated to form an interior part, and an exterior green sheet is laminated on both sides of the interior part in the stacking direction, and then fired. When manufacturing a multilayer ceramic electronic component in which dielectric layers and electrode layers are alternately stacked,
When dielectric powder is added to the electrode precursor layer, the average particle diameter of the dielectric powder contained in the interior green sheet is Ra, and the average particle diameter of the dielectric powder added to the electrode precursor layer is Rb. And Rb / Ra ≦ 1/2, and
A method for producing a multilayer ceramic electronic component, comprising adding a dielectric powder similar to that of the electrode precursor layer to the exterior green sheet.
The area of the electrode precursor layer is made smaller than the area of the interior green sheet so that an electrodeless region is formed around the fired multilayer ceramic electronic component. The method for producing a multilayer ceramic electronic component according to any one of the above.
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