JP5287869B2 - 積層セラミック電子部品およびその製造方法 - Google Patents
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Description
Niを導電成分として含む内部電極およびBaTiO3を主成分とするセラミック層を備える積層セラミックコンデンサのための生の積層体を、残留カーボン量が約1000重量ppmとなるまで脱脂処理した後、以下の表1に示すような熱処理条件にて熱処理し、実施例および比較例の各々に係る焼結後の積層体を得た。
以下の表2に示すように、昇温速度を種々に変更し、内部電極においてカバレッジ80%以上が得られる最小電極厚を求めた。なお、この実験例2では、内部電極として、Ni箔を用いたもの(Ni箔電極)と、Ni球状粉末を含む導電性ペーストを用いたもの(Ni球状電極)との2種類の試料を作製した。なお、Ni球状粉末を含む導電性ペーストについては、充填率が40〜50%程度の比較的低い充填率のものを用いた。
セラミック層を構成するセラミックが、Li、B、Pb等の揮発成分を含む場合、これら揮発成分の熱処理後における残留量は、積層体のサイズや熱処理時の焼成炉への積層体のチャージ量によって変動することが経験的に知られている。したがって、この変動が、実用化段階においては、特性の安定を阻害するといった問題を招く。しかしながら、この発明のように、昇温速度を高くすることにより、セラミックの焼結収縮時間を短時間化することができるため、揮発成分の残留量の変動を大幅に抑制することができる。
上述したように、この発明によれば、内部電極の薄層化および高カバレッジ化を実現できるが、これらは、昇温速度に加えて、最高温度保持時間によっても影響される。図10には、電極厚0.3μm相当のNi内部電極を有する積層セラミックコンデンサのための積層体を得るため、昇温速度40℃/秒で1380℃にまで到達した後、この1380℃での保持時間と電極カバレッジとの関係が示されている。
この実験例5では、熱処理工程での酸素分圧(PO2)として、表4および図11に示すように、100ppm、1000ppmおよび10000ppmの3種類の雰囲気を採用した。表4および図11には、100ppm、1000ppmおよび10000ppmの3種類の酸素分圧下での室温から最高温度までの平均昇温速度とNi電極酸化度との関係が示されている。なお、これら酸素分圧の調整は、窒素雰囲気中への所定量の酸素導入によって行なった。
実験例6では、通常の直方体形状を持つ積層セラミックコンデンサについて、試料1〜4をそれぞれ作製し、かつ評価した。試料1〜4の概略を述べると、次のとおりである。試料1は、この発明の範囲内の実施例であり、LW面およびLT面の各々の内側に境界面が存在するものである。他方、試料2〜4は、この発明の範囲外の比較例である。特に、試料2は、LW面の内側にのみ境界面が存在するもの、試料3は、LT面の内側にのみ境界面が存在するもの、試料4は、いずれにも境界面が存在しないものである。
<比較的小径のセラミック原料粉末A>
BaCO3粉末とTiO2粉末とを、Ba/Tiモル比が1.001になるように秤量して、ZrO2ボールを用いたミルにて湿式混合粉砕した。湿式粉砕で得たスラリーを乾燥後、900℃以上に加熱し、平均粒子径が0.2μmのBaTiO3粉末を作製した。このBaTiO3粉末100モル部に対し、0.5モル部のDy2O3粉末、1.2モル部のMgCO3粉末、0.2モル部のMnCO3粉末、および1.0モル部のBaCO3粉末をそれぞれ添加し、さらにSiO2換算で1.2モル部のSiO2ゾルを添加して、ZrO2ボールを使ったミルにより湿式混合粉砕を行ない、その後、湿式混合粉砕で得たスラリーを乾燥し、セラミック原料粉末Aを作製した。
BaCO3粉末とTiO2粉末とを、Ba/Tiモル比が1.001になるように秤量して、ZrO2ボールを用いたミルにて湿式混合粉砕した。湿式粉砕で得たスラリーを乾燥後、1000℃以上に加熱し、平均粒子径が0.5μmのBaTiO3粉末を作製した。このBaTiO3粉末100モル部に対し、0.25モル部のDy2O3粉末、1.2モル部のMgCO3粉末、0.2モル部のMnCO3粉末、および1.0モル部のBaCO3粉末をそれぞれ添加し、さらにSiO2換算で1.7モル部のSiO2ゾルを添加して、ZrO2ボールを使ったミルにより湿式混合粉砕を行ない、その後、湿式混合粉砕で得たスラリーを乾燥し、セラミック原料粉末Bを作製した。
セラミック原料粉末Aに、ポリブチラール系バインダと可塑剤とを添加し、エチルアルコール類を加えて、ZrO2ボールミルにより湿式混合粉砕してスラリー化し、グラビアコーターで厚みが2.8μmのセラミックグリーンシートAを成形した。
<試料1>
セラミックグリーンシートA上に、ニッケルを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷し、内部電極となる導電性ペースト膜パターンを形成した。その後、導電性ペースト膜が形成されたセラミックグリーンシートAを、導電性ペースト膜の引き出されている側が互い違いになるように280枚積層して内層部とし、さらに、この内層部を挟み込む外層部を形成するため、導電性ペースト膜を形成していないセラミックグリーンシートAを積層した。片側の外層部の厚みは145μmであった。次に、このようにして得られたグリーン積層ブロックAに対してダイシングソーを適用して、片側のサイドギャップ部の厚さが145μmになるようにグリーン積層ブロックAをカットし、多数のグリーン積層チップAを得た。
セラミックグリーンシートA上に、ニッケルを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷し、内部電極となる導電性ペースト膜パターンを形成した。その後、導電性ペースト膜が形成されたセラミックグリーンシートAを、導電性ペースト膜の引き出されている側が互い違いになるように280枚積層して内層部とし、さらに、この内層部を挟み込む外層部を形成するため、導電性ペースト膜を形成していないセラミックグリーンシートBを積層した。片側の外層部の厚みは145μmであった。次に、このようにして得られたグリーン積層ブロックBに対してダイシングソーを適用して、片側のサイドギャップ部の厚さが145μmになるようにグリーン積層ブロックBをカットし、多数のグリーン積層チップBを得た。
セラミックグリーンシートA上に、ニッケルを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷し、内部電極となる導電性ペースト膜パターンを形成した。その後、導電性ペースト膜が形成されたセラミックグリーンシートAを、導電性ペースト膜の引き出されている側が互い違いになるように280枚積層して内層部とし、さらに、この内層部を挟み込む外層部を形成するため、導電性ペースト膜を形成していないセラミックグリーンシートAを積層した。片側の外層部の厚みは145μmであった。次に、このようにして得られたグリーン積層ブロックCに対してダイシングソーを適用して、片側のサイドギャップの厚さが10μmになるようにグリーン積層ブロックCをカットした。次に、このように切り分けた個片のLT面となるべき表面に、セラミックススラリーCを、所定の厚み分だけ塗布し、乾燥させ、サイドギャップの厚みを片側で145μmとした。さらにカットを進め、グリーン積層チップCを得た。
試料1の場合と同じ工程を適用して、多数のグリーン積層チップDを得た。なお、グリーン積層チップDは、前述のグリーン積層チップAと同じ性状を有するものである。
上記のように作製したグリーン積層チップA〜Dを、N2気流中、280℃で熱処理し、バインダを燃焼除去した。引き続き、これらを、N2/H2/H2O気流中、酸素分圧:10-9.6MPaの雰囲気下で焼成した。
試料1に係る積層セラミックコンデンサの積層体のLT面に平行な断面を観察したところ、外層部における、最も外側の内部電極から約45μmの距離に、その内外でグレイン径分布の互いに異なる境界面が観察された。同様に、積層体のLW面に平行な断面を観察したところ、サイドギャップ部における、内部電極の側縁から約45μmの距離にも、同様の境界面が観察された。
2,12 積層体
3 セラミック層
4,5 内部電極
8,9 外部電極
13 大グレイン領域
14 小グレイン領域
15 境界面
16 素子部分
Claims (7)
- 積層された複数のセラミック層と前記セラミック層間の特定の界面に沿って形成される内部電極とを備える、積層体と、
特定の前記内部電極と電気的に接続されるように前記積層体の外表面上に形成される外部電極と
を備え、
前記積層体は、前記セラミック層を構成するセラミックのグレイン径に関して、これが比較的大きい大グレイン領域と比較的小さい小グレイン領域とに分類され、前記大グレイン領域は前記小グレイン領域の外側に位置し、前記大グレイン領域と前記小グレイン領域との境界面は、前記積層体における前記内部電極の存在する部分を囲みながら前記積層体の外表面の内側に位置しており、
前記大グレイン領域での前記セラミックのグレイン径分布におけるD 80 値は、前記小グレイン領域での前記セラミックのグレイン径分布におけるD 80 値の5倍以上である、
積層セラミック電子部品。 - 積層された複数のセラミック層と前記セラミック層間の特定の界面に沿って形成される内部電極とを備える、積層体と、
特定の前記内部電極と電気的に接続されるように前記積層体の外表面上に形成される外部電極と
を備え、
前記積層体は、その長さ方向寸法Lおよびその幅方向寸法Wによって規定されるLW面と、その長さ方向寸法Lおよびその厚み方向寸法Tによって規定されるLT面と、その幅方向寸法Wおよびその厚み方向寸法Tによって規定されるWT面とを有する直方体形状であり、
前記外部電極は前記WT面上に形成され、
前記積層体は、前記セラミック層を構成するセラミックのグレイン径に関して、これが比較的大きい大グレイン領域と比較的小さい小グレイン領域とに分類され、前記大グレイン領域は前記小グレイン領域の外側に位置し、前記大グレイン領域と前記小グレイン領域との境界面は、前記積層体における前記内部電極の存在する部分の外側であって、少なくとも前記LW面および前記LT面に沿って連続的に延びるように前記積層体の外表面の内側に位置しており、
前記大グレイン領域での前記セラミックのグレイン径分布におけるD 80 値は、前記小グレイン領域での前記セラミックのグレイン径分布におけるD 80 値の5倍以上である、
積層セラミック電子部品。 - 積層された複数のセラミック層と前記セラミック層間の特定の界面に沿って形成される内部電極とを備える、生の積層体を用意する工程と、
前記生の積層体を焼結させるため、焼成する工程と
を備え、
前記焼成する工程は、室温から最高温度までの平均昇温速度を40℃/秒以上とする温度プロファイルにて熱処理する工程を備える、積層セラミック電子部品の製造方法。 - 前記熱処理する工程は、室温から最高温度までの平均昇温速度を100℃/秒以上とする温度プロファイルにて実施される、請求項3に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記熱処理する工程の前に、前記生の積層体を脱脂する工程をさらに備える、請求項3または4に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記内部電極は導電成分として卑金属を含み、前記熱処理する工程は、前記卑金属の平衡酸素分圧に対して酸化側の雰囲気ガスを供給した雰囲気中で実施される、請求項3ないし5のいずれかに記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記熱処理する工程において、前記最高温度到達後、温度保持することなく、冷却される、請求項3ないし6のいずれかに記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
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