JP4983307B2 - 積層型電子部品およびその製造方法 - Google Patents
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内部電極層と層間誘電体層とが交互に積層された内層部と、
前記内層部の積層方向の上端面および下端面に配置され、外側誘電体層から構成される上側外層部および下側外層部と、からなる素子本体を有する積層型電子部品であって、
前記内部電極層は、前記素子本体の積層方向に平行な一対の対向する端面に、交互に露出するように形成され、前記内部電極層が露出している一対の端面には、一対の端子電極が形成され、
前記層間誘電体層の積層数は100層以上であり、
一対の前記端子電極が形成された端面と平行な面で前記素子本体を切断した際における切断面において、
前記切断面における複数の前記内部電極層の長さ方向における前記内部電極層の平均長さが0.15mm以上であり、
前記切断面における複数の前記内部電極層の長さ方向の一方の端部を第1端部、他方の端部を第2端部、
前記内部電極層のうち、前記上側外層部側から15層目までの各内部電極層を上側電極層、前記下側外層部側から15層目までの各内部電極層を下側電極層とし、
前記上側電極層における、第1端部および第2端部から内部電極層中心側に向かって40μmの長さの部分を、それぞれ上側電極層第1コーナー部、上側電極層第2コーナー部、
前記下側電極層における、第1端部および第2端部から内部電極層中心側に向かって40μmの長さの部分を、それぞれ下側電極層第1コーナー部、下側電極層第2コーナー部とした場合に、
前記内部電極層の形成部分に存在し、実質的に空隙となっている電極空隙部に関し、
前記上側電極層第1コーナー部における電極空隙部の存在個数N1、前記上側電極層第2コーナー部における電極空隙部の存在個数N2、前記下側電極層第1コーナー部における電極空隙部の存在個数N3、および前記下側電極層第2コーナー部における電極空隙部の存在個数N4の平均値〔(N1+N2+N3+N4)/4〕が、1以上、20以下であることを特徴とする。
前記上側外層部側および前記下側外層部側から、それぞれ15層目までの合計30層の各層間誘電体層を構成する誘電体粒子の平均結晶粒径Rfo[μm]と、
それ以外の部分に位置する層間誘電体層を構成する誘電体粒子の平均結晶粒径Rfc[μm]と、が0.55≦Rfo/Rfc≦0.95である。
なお、本発明において、層間誘電体層の平均厚みは、前記積層型電子部品を構成する全ての層間誘電体層の積層数をnとした場合に、前記上側外層部側および前記下側外層部側から、それぞれ、0.05×n層の層間誘電体層を除いた層間誘電体層の厚みを平均することにより求めることができる。
内部電極層と層間誘電体層とが交互に積層された内層部と、
前記内層部の積層方向の上端面および下端面に配置され、外側誘電体層から構成される上側外層部および下側外層部と、からなる素子本体を有する積層型電子部品を製造する方法であって、
焼成後に前記層間誘電体層となり、誘電体原料を含有する層間グリーンシートを形成する工程と、
焼成後に前記外側誘電体層となり、誘電体原料を含有する外側グリーンシートを形成する工程と、
前記層間グリーンシートの表面に、焼成後に内部電極層となる電極ペースト膜を形成する工程と、
前記電極ペースト膜を有する層間グリーンシートを、前記層間グリーンシートの合計の積層数が100層以上となるように積層し、内層部用積層体を得る工程と、
前記内層部用積層体の積層方向の上端面および下端面に前記外側グリーンシートを積層し、グリーンチップを得る工程と、
前記グリーンチップを焼成する工程と、を有し、
焼成後に前記層間誘電体層となる層間グリーンシートに関し、前記内層部用積層体の積層方向の上端面および下端面から、それぞれm層目(ただし、mは、1以上、30以下)までに位置することとなる層間グリーンシートを外側層間グリーンシート、それ以外の部分に位置することとなる層間グリーンシートを内側層間グリーンシートとした場合に、
前記外側グリーンシートに含有される誘電体原料、および前記外側層間グリーンシートに含有される誘電体原料として、同じ焼結開始温度を有する誘電体原料を使用するとともに、前記外側グリーンシートおよび前記外側層間グリーンシートに含有される誘電体原料の焼結開始温度Tgo[℃]と、前記内側層間グリーンシートに含有される誘電体原料の焼結開始温度Tgc[℃]との関係をTgo<Tgcとすることを特徴とする。
図1は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの断面図、
図2は図1に示すII−II線に沿う積層セラミックコンデンサの概略断面図、
図3は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの要部断面図、
図4(A)は本発明の実施例に係る積層セラミックコンデンサの要部断面写真、図4(B)は比較例に係る積層セラミックコンデンサの要部断面写真、
図5(A)、図5(B)は積層セラミックコンデンサの平側クラックを説明するための図である。
図1に示すように、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、層間誘電体層2と内部電極層3とが交互に積層された構成のコンデンサ素子本体10を有する。このコンデンサ素子本体10の両側端部には、素子本体10の内部で交互に配置された内部電極層3と各々導通する一対の端子電極4,4が形成してある。内部電極層3は、各側端面がコンデンサ素子本体10の対向する2端部の表面に交互に露出するように積層してある。一対の端子電極4,4は、コンデンサ素子本体10の両端部に形成され、交互に配置された内部電極層3の露出端面に接続されて、コンデンサ回路を構成する。
層間誘電体層2および外側誘電体層20は、誘電体磁器組成物で構成される。誘電体層2,20を構成する誘電体磁器組成物の組成は、特に限定されないが、たとえば、{(Ba(1−x−y) Cax Sry )O}A (Ti(1−z) Zrz )B O2 で表される誘電体酸化物を含む主成分を有するものが挙げられる。なお、A,B,x,y,zは、いずれも任意の範囲である。誘電体磁器組成物中に主成分と共に含まれる副成分としては、Sr,Y,Gd,Tb,Dy,V,Mo,Ho,Yb,Zn,Cd,Ti,Sn,W,Ba,Ca,Mn,Mg,Cr,Si,およびPの酸化物から選ばれる1種類以上を含む副成分が例示される。
なお、本実施形態において、層間誘電体層の平均厚みは、前記積層型電子部品を構成する全ての層間誘電体層の積層数をnとした場合に、前記上側外層部側および前記下側外層部側から、それぞれ、0.05×n層の層間誘電体層を除いた層間誘電体層の厚みを平均することにより求めることができる。
内部電極層3に含有される導電材は特に限定されないが、誘電体層2,20の構成材料として、耐還元性を有する材料を使用する場合には、卑金属を用いることができる。導電材として用いる卑金属としては、Ni、Cu、Ni合金またはCu合金が好ましい。内部電極層3の主成分をNiなどの卑金属にした場合には、誘電体が還元されないように、低酸素分圧(還元雰囲気)で焼成するという方法がとられている。
次に、内部電極層3の微細構造について、図2、図3を使用して説明する。図2は、図1に示すII−II線に沿う概略断面図(長さ方向の断面図)であり、図3は、内部電極層3の微細構造を示す要部断面図である。なお、図2においては、図1と比較して、素子本体10の内部の構造を簡素化して表してある。また、図2に示す断面においては、内部電極層3は各側端面に露出することなく、両側面に配置された側面余白部22により保護された構成となっている。この側面余白部22は、層間誘電体層2や外側誘電体層20と同様に誘電体磁器組成物で構成されている。図2に示す断面における、内部電極層3の幅方向(W方向)の長さは、内層部100に含有されている複数の内部電極層3の平均値で、0.15〜4.0mmであり、好ましくは0.2〜1.4mmである。
端子電極4に含有される導電材は特に限定されないが、通常、CuやCu合金あるいはNiやNi合金等を用いる。なお、AgやAg−Pd合金等も、もちろん使用可能である。なお、本実施形態では、安価なNi,Cuや、これらの合金を用いることができる。
端子電極4の厚さは用途等に応じて適宜決定されればよいが、通常、10〜50μm程度であることが好ましい。
次に、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの製造方法について説明する。
(1)まず、焼成後に図1に示す層間誘電体層2、外側誘電体層20を構成することになるセラミックグリーンシート(層間グリーンシート、外側グリーンシート)を製造するために、各グリーンシート用ペーストを準備する。
グリーンシート用ペーストは、誘電体原料を塗料化することにより調製される。グリーンシート用ペーストは、誘電体原料と有機ビヒクルとを混練した有機系の塗料であってもよく、水系の塗料であってもよい。
本実施形態においては、外側層間グリーンシートおよび内側層間グリーンシートの厚みは、互いに同じ厚みとしても良いし、互いに異なる厚みとしても良い。また、これらの厚みを異なるものとする場合には、外側層間グリーンシートおよび内側層間グリーンシートのいずれを厚いシートとしても良い。
このようにして製造された本発明の積層セラミックコンデンサは、ハンダ付等によりプリント基板上などに実装され、各種電子機器等に使用される。
たとえば、上述した実施形態では、本発明に係る積層型電子部品として積層セラミックコンデンサを例示したが、本発明に係る積層型電子部品としては、積層セラミックコンデンサに限定されず、上記構成を有するものであれば何でも良い。
外側グリーンシート用ペースト、外側層間グリーンシート用ペーストの作製
まず、出発原料として、主成分原料としてのBaTiO3 粉末と、副成分原料としてのMgO、MnO、Y2 O3 、V2 O5 、SiO2 およびCr2 O3 とを準備した。そして、これらの出発原料をボールミルにより16時間湿式混合することにより、誘電体原料を調製した。なお、本実施例では、誘電体原料として平均粒子径Rgoが0.3μmの原料を使用した。
誘電体原料として平均粒子径Rgcが0.35μmの原料を使用した以外は、外側グリーンシート用ペーストおよび外側層間グリーンシート用ペーストと同様にして、内側層間グリーンシート用ペーストを作製した。
Ni粒子:44.6重量部と、平均粒径0.1μmのBaTiO3 粉末:8重量部と、テルピネオール:52重量部と、エチルセルロース:3重量部と、ベンゾトリアゾール:0.4重量部とを、3本ロールにより混練し、スラリー化して電極層用ペーストを作製した。
次いで、上記にて調製した各ペーストを使用して、以下の方法により、グリーンチップを形成した。
まず、外側層間グリーンシート用ペースト、および内側層間グリーンシート用ペーストを用いて、PETフィルム上に、乾燥後の厚みが2.5μmとなるように層間グリーンシートを形成した。すなわち、本実施例では、外側層間グリーンシートおよび内側層間グリーンシートの厚みを共に同じ厚みである2.5μmとした。
そして、この上に電極層用ペーストを用いて、電極ペースト膜を所定パターンで印刷した後、PETフィルムからシートを剥離することにより、電極ペースト膜を有する各層間グリーンシートを得た。
一方、これとは別に、外側グリーンシート用ペーストを用いて、PETフィルム上に、乾燥後の厚みが10μmとなるように外側グリーンシートを形成した後、PETフィルムからシートを剥離した。
脱バインダ処理条件は、昇温速度:30℃/時間、保持温度:250℃、温度保持時間:8時間、雰囲気:空気中とした。
焼成条件は、昇温速度:200℃/時間、保持温度:1250℃、温度保持時間:2時間、冷却速度:300℃/時間、雰囲気ガス:加湿したN2 +H2 混合ガス(酸素分圧:10−2Pa)とした。
アニール条件は、昇温速度:200℃/時間、保持温度:1000℃、温度保持時間:2時間、冷却速度:300℃/時間、雰囲気ガス:加湿したN2 ガス(酸素分圧:10−1Pa)とした。
なお、焼成およびアニールの際の雰囲気ガスの加湿には、水温を5〜75℃としたウエッターを用いた。
得られたコンデンサ試料を、その切断面が、図2に示す断面(端子電極4を形成した端面に平行な面)となるように切断し、その切断面を研磨した。そして、その研磨面について、顕微鏡により観察を行い、上側外層部200側、下側外層部300側から、それぞれ15層目までの合計30層の各層間誘電体層2を構成する誘電体粒子の平均結晶粒径Rfo[μm]と、それ以外の部分に位置する層間誘電体層2を構成する誘電体粒子の平均結晶粒径Rfc[μm]と、を測定した。各層間誘電体層の平均結晶粒径は、コード法により、誘電体粒子の形状を球と仮定して、誘電体粒子の平均結晶粒径を測定した。平均結晶粒径は、測定点数250点の平均値とした。そして、得られた結果より、焼成後の誘電体粒子の平均結晶粒径比(Rfo/Rfc)を求めた。結果を表1に示す。
得られたコンデンサ試料を、その切断面が、図2に示す断面(端子電極4を形成した端面に平行な面)となるように切断し、その切断面を研磨した。そして、その研磨面について、顕微鏡により観察を行い、上側電極層第1、第2コーナー部における電極空隙部の存在個数N1、N2、下側電極層第1、第2コーナー部における電極空隙部の存在個数N3、N4を求め、これらの平均値〔(N1+N2+N3+N4)/4〕を算出し、電極空隙部存在個数とした。本実施例では、測定サンプル5個の平均値とした。結果を表1に示す。
得られた各コンデンサ試料について、端子電極の焼付け、めっき処理を行ったコンデンサ試料を研磨し、図2に示す断面(端子電極4を形成した端面に平行な面)を顕微鏡にて観察することにより、平側クラックの発生の有無を確認した。本実施例では、図5(A)または図5(B)に示すような、平面(上面または下面)から、素子本体内部を経て、側面(端子電極4を形成していない端面)にかけて発生したクラックを平側クラックとし、その発生の有無を確認した。平側クラックの有無の確認は、100個のコンデンサ試料について行った。断面検査の結果、100個のコンデンサ試料に対する、平側クラックの発生した試料の数を求めた。結果を表1に示す。
得られた各コンデンサ試料について、焼上げ素地を研磨し、図2に示す断面(端子電極4を形成した端面に平行な面)における積層状態を目視にて観察することにより、内部電極層3と層間誘電体層2との界面におけるデラミネーションの発生の有無を確認した。デラミネーションの有無の確認は、100個のコンデンサ試料について行った。断面検査の結果、100個のコンデンサ試料に対する、デラミネーションの発生した試料の数を求めた。結果を表1に示す。
外側グリーンシート用ペーストに含有させる誘電体原料、および内側層間グリーンシート用ペーストに含有させる誘電体原料として、同じ誘電体原料(平均粒子径0.35μm)を使用した以外は、実施例1と同様にして、積層セラミックコンデンサの試料(試料番号9)を作製した。すなわち、Rgo/Rgc=1.00とした。そして、得られたコンデンサ試料について、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
外側グリーンシート用ペーストおよび外側層間グリーンシート用ペーストに含有させる誘電体原料の平均粒子径Rgoと、内側層間グリーンシート用ペーストに含有させる誘電体原料の平均粒子径Rgcと、の比(Rgo/Rgc)を、表2に示すように変化させた以外は、実施例1の試料番号5と同様にして、積層セラミックコンデンサの試料(試料番号10〜15)を作製した。そして、得られたコンデンサ試料について、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
外側層間グリーンシートの厚みを、表3に示すように変化させた以外は、実施例1の試料番号3と同様にして、積層セラミックコンデンサの試料(試料番号16〜18)を作製した。そして、得られたコンデンサ試料について、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表3に示す。
すなわち、実施例4においては、外側層間グリーンシートの層数を2層に固定し、外側層間グリーンシートの厚みを変化させた複数の試料を作製した。
10… コンデンサ素子本体
2… 層間誘電体層
20… 外側誘電体層
22… 側面余白部
3… 内部電極層
30… 電極空隙部
4… 端子電極
100… 内層部
200… 上側外層部
Claims (8)
- 内部電極層と層間誘電体層とが交互に積層された内層部と、
前記内層部の積層方向の上端面および下端面に配置され、外側誘電体層から構成される上側外層部および下側外層部と、からなる素子本体を有する積層型電子部品であって、
前記内部電極層は、前記素子本体の積層方向に平行な一対の対向する端面に、交互に露出するように形成され、前記内部電極層が露出している一対の端面には、一対の端子電極が形成され、
前記層間誘電体層の積層数は100層以上であり、
一対の前記端子電極が形成された端面と平行な面で前記素子本体を切断した際における切断面において、
前記切断面における複数の前記内部電極層の長さ方向における前記内部電極層の平均長さが0.15mm以上であり、
前記切断面における複数の前記内部電極層の長さ方向の一方の端部を第1端部、他方の端部を第2端部、
前記内部電極層のうち、前記上側外層部側から15層目までの各内部電極層を上側電極層、前記下側外層部側から15層目までの各内部電極層を下側電極層とし、
前記上側電極層における、第1端部および第2端部から内部電極層中心側に向かって40μmの長さの部分を、それぞれ上側電極層第1コーナー部、上側電極層第2コーナー部、
前記下側電極層における、第1端部および第2端部から内部電極層中心側に向かって40μmの長さの部分を、それぞれ下側電極層第1コーナー部、下側電極層第2コーナー部とした場合に、
前記内部電極層の形成部分に存在し、実質的に空隙となっている電極空隙部に関し、
前記上側電極層第1コーナー部における電極空隙部の存在個数N1、前記上側電極層第2コーナー部における電極空隙部の存在個数N2、前記下側電極層第1コーナー部における電極空隙部の存在個数N3、および前記下側電極層第2コーナー部における電極空隙部の存在個数N4の平均値〔(N1+N2+N3+N4)/4〕が、1以上、20以下であることを特徴とする積層型電子部品。 - 前記上側外層部側および前記下側外層部側から、それぞれ15層目までの合計30層の各層間誘電体層を構成する誘電体粒子の平均結晶粒径Rfo[μm]と、
それ以外の部分に位置する層間誘電体層を構成する誘電体粒子の平均結晶粒径Rfc[μm]と、が0.55≦Rfo/Rfc≦0.95である請求項1に記載の積層型電子部品。 - 前記層間誘電体層の平均厚みが3μm以下である請求項1または2に記載の積層型電子部品。
- 前記内部電極層の厚みが2μm以下である請求項1〜3のいずれかに記載の積層型電子部品。
- 前記内部電極層に含まれる導電材がNiまたはNi合金である請求項1〜4のいずれかに記載の積層型電子部品。
- 内部電極層と層間誘電体層とが交互に積層された内層部と、
前記内層部の積層方向の上端面および下端面に配置され、外側誘電体層から構成される上側外層部および下側外層部と、からなる素子本体を有する積層型電子部品を製造する方法であって、
焼成後に前記層間誘電体層となり、誘電体原料を含有する層間グリーンシートを形成する工程と、
焼成後に前記外側誘電体層となり、誘電体原料を含有する外側グリーンシートを形成する工程と、
前記層間グリーンシートの表面に、焼成後に内部電極層となる電極ペースト膜を形成する工程と、
前記電極ペースト膜を有する層間グリーンシートを、前記層間グリーンシートの合計の積層数が100層以上となるように積層し、内層部用積層体を得る工程と、
前記内層部用積層体の積層方向の上端面および下端面に前記外側グリーンシートを積層し、グリーンチップを得る工程と、
前記グリーンチップを焼成する工程と、を有し、
焼成後に前記層間誘電体層となる層間グリーンシートに関し、前記内層部用積層体の積層方向の上端面および下端面から、それぞれm層目(ただし、mは、1以上、30以下)までに位置することとなる層間グリーンシートを外側層間グリーンシート、それ以外の部分に位置することとなる層間グリーンシートを内側層間グリーンシートとした場合に、
前記外側グリーンシートに含有される誘電体原料、および前記外側層間グリーンシートに含有される誘電体原料として、同じ焼結開始温度を有する誘電体原料を使用するとともに、前記外側グリーンシートおよび前記外側層間グリーンシートに含有される誘電体原料の焼結開始温度Tgo[℃]と、前記内側層間グリーンシートに含有される誘電体原料の焼結開始温度Tgc[℃]との関係を−100℃≦Tgo−Tgc≦−5℃とすることを特徴とする積層型電子部品の製造方法。 - 前記外側グリーンシートに含有される誘電体原料、および前記外側層間グリーンシートに含有される誘電体原料として、同じ平均粒子径を有する誘電体原料を使用するとともに、前記外側グリーンシートおよび前記外側層間グリーンシートに含有される誘電体原料の平均粒子径をRgo[μm]とし、前記内側層間グリーンシートに含有される誘電体原料の平均粒子径をRgc[μm]とした場合に、前記RgoとRgcとの関係を、Rgo<Rgcとする請求項6に記載の積層型電子部品の製造方法。
- 前記RgoとRgcとの関係を、0.50≦Rgo/Rgc≦0.95とする請求項7に記載の積層型電子部品の製造方法。
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