JP5556854B2 - セラミック電子部品の製造方法及びセラミック電子部品 - Google Patents

セラミック電子部品の製造方法及びセラミック電子部品 Download PDF

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Description

本発明は、セラミック電子部品の製造方法及びセラミック電子部品に関する。
従来、セラミックコンデンサなどのセラミック電子部品が種々の用途に使用されている。例えば特許文献1には、その一例として、誘電体セラミック層を構成するセラミックよりも、大きく粒成長したセラミックが内部電極層内に配置された積層セラミックコンデンサが開示されている。特許文献1には、内部電極層内に大きく粒成長したセラミックを配することにより誘電体セラミック層と内部電極層との間の層間剥離(デラミネーション)を抑制できる旨が記載されている。
特開2003−77761号公報
近年、セラミック電子部品の信頼性をさらに高めたいという要望が高まってきている。
本発明は、セラミック電子部品の信頼性の改善を図ることを主な目的とする。
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、第1及び第2の主面、第1及び第2の側面並びに第1及び第2の端面を有するセラミック素体と、セラミック素体内に配されており、第1の端面から一の方向に沿って延びる第1の内部電極と、第1の内部電極とセラミック層を介して対向するようにセラミック素体内に配されており、第2の端面から一の方向に沿って延びる第2の内部電極と、第1の端面の上に設けられており、第1の内部電極と接続された第1の外部電極と、第2の端面の上に設けられており、第2の内部電極と接続された第2の外部電極とを備え、セラミック素体が、第1の内部電極を貫通しており、第1の内部電極を介して隣り合うセラミック層を架橋している架橋部を有するセラミック電子部品の製造方法に関する。本発明に係るセラミック電子部品の製造方法では、第1または第2の内部電極を構成するための導電性ペースト層が表面上に形成された、セラミック素体を構成するためのセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートを積層することによりグリーンシート積層体を作製する。グリーンシート積層体を焼成することによりセラミック素体を作製する焼成工程を行う。焼成工程において、グリーンシート積層体の表層が、グリーンシート積層体の中央部よりも先に焼成されるような速度でグリーンシート積層体を加熱する。
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法のある特定の局面では、焼成工程におけるグリーンシート積層体が、少なくとも500℃以上の温度領域において、50℃/秒〜150℃/秒で昇温される。
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法の別の特定の局面では、導電性ペースト層の第1または第2の内部電極の第1または第2の端面側の端部を構成するための部分が、導電性ペースト層の第1または第2の内部電極の一の方向における中央部を構成するための部分よりも厚くなるように、導電性ペースト層を形成する。
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法の他の特定の局面では、導電性ペースト層は、セラミック成分を含む。
本発明に係るセラミック電子部品は、セラミック素体と、第1の内部電極と、第2の内部電極と、第1の外部電極と、第2の外部電極とを備える。セラミック素体は、第1及び第2の主面、第1及び第2の側面並びに第1及び第2の端面を有する。第1の内部電極は、セラミック素体内に配されている。第1の内部電極は、第1の端面から一の方向に沿って延びている。第2の内部電極は、第1の内部電極とセラミック層を介して対向するようにセラミック素体内に配されている。第2の内部電極は、第2の端面から一の方向に沿って延びている。第1の外部電極は、第1の端面の上に設けられている。第1の外部電極は、第1の内部電極と接続されている。第2の外部電極は、第2の端面の上に設けられている。第2の外部電極は、第2の内部電極と接続されている。セラミック素体は、架橋部を有する。架橋部は、第1の内部電極を貫通している。架橋部は、第1の内部電極を介して隣り合うセラミック層を架橋している。第1の内部電極は、第1の対向部と、第1の引き出し部とを有する。第1の対向部は、第2の内部電極とセラミック層を介して対向している。第1の引き出し部は、第1の対向部よりも第1の端面側に位置している。第1の引き出し部は、第1の外部電極に接続されている。第1の引き出し部における架橋部の単位面積あたりの数が、第1の対向部における架橋部の単位面積あたりの数よりも少ない。
本発明に係るセラミック電子部品のある特定の局面では、第1の引き出し部の第1の端面側の端部が、第1の対向部の一の方向における中央部よりも厚い。
本発明に係るセラミック電子部品の他の特定の局面では、第1の引き出し部における架橋部の単位面積あたりの数が、第1の対向部における架橋部の単位面積あたりの1/5以下である。
本発明に係るセラミック電子部品のさらに他の特定の局面では、第1の引き出し部における架橋部の単位面積あたりの数が、第1の対向部における架橋部の単位面積あたりの1/10以下である。
本発明に係るセラミック電子部品のさらに別の特定の局面では、第1の引き出し部の第1の端面側の端部に架橋部が設けられていない。
本発明に係るセラミック電子部品のまた他の特定の局面では、架橋部は、セラミック成分及びガラス成分の少なくとも一方を含む。
本発明に係るセラミック電子部品のまた別の特定の局面では、第2の内部電極は、第2の対向部と、第2の引き出し部とを有する。第2の対向部は、第1の対向部とセラミック層を介して対向している。第2の引き出し部は、第2の対向部よりも第2の端面側に位置している。第2の引き出し部は、第2の外部電極に接続されている。第2の引き出し部における架橋部の単位面積あたりの数が、第2の対向部における架橋部の単位面積あたりの数よりも少ない。
本発明に係るセラミック電子部品のさらにまた他の特定の局面では、第2の引き出し部の第2の端面側の端部が、第2の対向部の一の方向における中央部よりも厚い。
本発明に係るセラミック電子部品のさらにまた別の特定の局面では、第2の引き出し部の第2の端面側の端部に架橋部が設けられていない。
本発明によれば、セラミック電子部品の信頼性の改善を図ることができる。
本発明の一実施形態に係るセラミック電子部品の略図的斜視図である。 図1の線II−II部分の略図的断面図である。 図1の線III−III部分の略図的断面図である。 本発明の一実施形態におけるセラミック電子部品の製造方法を説明するための略図的断面図である。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
図1は、本実施形態に係るセラミック電子部品1の略図的斜視図である。図2は、図1の線II−II部分の略図的断面図である。図3は、図1の線III−III部分の略図的断面図である。
セラミック電子部品1は、セラミック素体10を備えている。セラミック素体10は、互いに平行な第1及び第2の端面10e、10f(図2を参照)を有する。具体的には、セラミック素体10は、略直方体状である。セラミック素体10は、第1及び第2の主面10a、10bと、第1及び第2の側面10c、10dと、第1及び第2の端面10e、10fとを有する。第1及び第2の主面10a、10bは、それぞれ、長さ方向L及び幅方向Wに沿って延びている。第1の主面10aと第2の主面10bとは、互いに平行である。第1及び第2の側面10c、10dは、それぞれ、長さ方向L及び厚み方向Tに沿って延びている。第1の側面10cと第2の側面10dとは、互いに平行である。第1及び第2の端面10e、10fは、それぞれ、幅方向W及び厚み方向Tに沿って延びている。第1の端面10eと第2の端面10fとは互いに平行である。
なお、「略直方体」には、角部や稜線部が面取りされた直方体や、角部や稜線部が丸められた直方体が含まれるものとする。
セラミック素体10は、適宜のセラミック材料により構成することができる。セラミック素体10を構成するセラミック材料は、セラミック電子部品1の特性などにより適宜選択される。
例えば、セラミック電子部品1がセラミックコンデンサである場合は、セラミック素体10を、誘電体セラミックを主成分とする材料により構成することができる。誘電体セラミックの具体例としては、例えば、BaTiO、CaTiO、SrTiO、CaZrOなどが挙げられる。セラミック素体10には、例えば、Mn化合物、Co化合物、希土類元素化合物、Si化合物などの副成分を適宜添加されていてもよい。
図2及び図3に示されるように、セラミック素体10の内部には、第1及び第2の内部電極11,12が設けられている。第1及び第2の内部電極11,12は、それぞれ、長さ方向L及び幅方向Wに沿って設けられている。第1及び第2の内部電極11,12は、厚み方向Tにおいてセラミック層10gを介して対向している。第1の内部電極11は、第1の端面10eに引き出されている。第1の内部電極11は、第1の端面10eから長さ方向Lに沿って延びている。第1の内部電極11は、第2の端面10f並びに第1及び第2の側面10c、10dには引き出されていない。
第2の内部電極12は、第2の端面10fに引き出されている。第2の内部電極12は、第2の端面10fから長さ方向Lに沿って延びている。第2の内部電極12は、第1の端面10e並びに第1及び第2の側面10c、10dには引き出されていない。このため、セラミック素体10の長さ方向Lにおける両端部には、第1及び第2の内部電極11,12のうちの一方のみが設けられた領域が存在している。
第1の内部電極11は、第1の外部電極13に接続されている。第1の外部電極13は、第1の端面10eの上に設けられている。本実施形態では、第1の外部電極13は、第1の端面10eの上のみならず、第1及び第2の主面10a、10b並びに第1及び第2の側面10c、10dの上にも設けられている。
第2の内部電極12は、第2の外部電極14に接続されている。第2の外部電極14は、第2の端面10fの上に設けられている。本実施形態では、第2の外部電極14は、第2の端面10fの上のみならず、第1及び第2の主面10a、10b並びに第1及び第2の側面10c、10dの上にも設けられている。
第1及び第2の内部電極11,12並びに第1及び第2の外部電極13,14は、それぞれ、適宜の導電材料により構成することができる。具体的には、第1及び第2の内部電極11,12並びに第1及び第2の外部電極13,14は、それぞれ、Ni,Cu,Ag,Pd,Au,Pt,Snなどの少なくとも一種により構成することができる。第1及び第2の外部電極13,14のそれぞれは、例えば、複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。
図2に示されるように、第1の内部電極11は、第1の対向部11aと、第1の引き出し部11bとを有する。第1の引き出し部11bは、第1の対向部11aよりも第1の端面10e側(L1側)に位置している。第1の引き出し部11bの第1の端面10e側の端部は、第1の対向部11aの長さ方向Lにおける中央部よりも厚い。第1の内部電極11は、第1の引き出し部11bにおいて第1の外部電極13と電気的に接続されている。
第2の内部電極12は、第2の対向部12aと、第2の引き出し部12bとを有する。第2の引き出し部12bは、第2の対向部12aよりも第2の端面10f側(L2側)に位置している。第2の引き出し部12bの第2の端面10f側の端部は、第2の対向部12aの長さ方向Lにおける中央部よりも厚い。第2の内部電極12は、第2の引き出し部12bにおいて第2の外部電極14と電気的に接続されている。
第1の対向部11aと第2の対向部12aとは、セラミック層10gを介して対向している。第1の引き出し部11bは、第2の内部電極12の第1の端面10e側(L1側)の先端よりもL1側に位置している。このため、第1の引き出し部11bは、第2の内部電極12とは対向していない。第2の引き出し部12bは、第1の内部電極11の第2の端面10f側(L2側)の先端よりもL2側に位置している。このため、第2の引き出し部12bは、第1の内部電極11とは対向していない。
セラミック素体10は、複数の第1の架橋部10hと、複数の第2の架橋部10jとを有する。複数の第1の架橋部10hは、それぞれ、第1の内部電極11を貫通しており、その第1の内部電極11を介して隣り合うセラミック層10g同士を架橋している。複数の第2の架橋部10jは、それぞれ、第2の内部電極12を貫通しており、その第2の内部電極12を介して隣り合うセラミック層10g同士を架橋している。これら第1及び第2の架橋部10h、10jによって、隣り合うセラミック層10gが固定されている。よって、セラミック層10gと内部電極11,12との層間剥離(デラミネーション)が発生することが抑制されている。その結果、優れた信頼性が実現されている。
なお、第1及び第2の架橋部10h、10jは、それぞれ、例えば、セラミック成分やガラス成分により構成することができる。第1及び第2の架橋部10h、10jは、例えば、セラミック層10gと主成分が同じであるセラミック成分(所謂共材)を含んでいてもよい。
なお、第1及び第2の架橋部10h、10jに加えて、空隙が、第1及び第2の内部電極11、12を貫通して形成される場合もある。
ところで、セラミック層と内部電極とのデラミネーションを抑制する観点からは、内部電極の全体にわたって架橋部を設けることが好ましい。しかしながら、引き出し部に架橋部を設けた場合、内部電極と外部電極との電気的接続の確実性が低下する場合がある。
ここで、本実施形態では、各第1の内部電極11において、第1の外部電極13と電気的に接続されている、第1の引き出し部11bにおける架橋部10hの単位面積あたりの数が、第1の対向部11aにおける架橋部10hの単位面積あたりの数よりも少ない。このため、第1の内部電極11と第1の外部電極13との安定的な接続及び第1の内部電極11と第1の外部電極13との間の低い電気抵抗を維持しつつ、第1の内部電極11とセラミック層10gとのデラミネーションを抑制することができる。
なお、第1の対向部11aにおける架橋部10hの単位面積あたりの数は、図2に示す断面の中央部分の一定面積、たとえば縦50μm×横10μmに含まれる、第1の対向部11aの架橋部10hの数とすることができる。そして、第1の引き出し部11bにおける架橋部10hの単位面積あたりの数は、上記した第1の対向部11aにおける架橋部10hの数を数えた図2に示す断面の中央部分の一定面積(例えば、縦50μm×横10μm)を、図2において第1の端面10eに接するまで左方向に水平移動させた、同じ一定面積(縦50μm×横10μm)に含まれる、第1の引き出し部11bの架橋部10hの数とすることができる。
また、各第2の内部電極12において、第2の外部電極14と電気的に接続されている、第2の引き出し部12bにおける架橋部10jの単位面積あたりの数が、第2の対向部12aにおける架橋部10jの単位面積あたりの数よりも少ない。このため、第2の内部電極12と第2の外部電極14との安定的な接続及び第2の内部電極12と第2の外部電極14との間の低い電気抵抗を維持しつつ、第2の内部電極12とセラミック層10gとのデラミネーションを抑制することができる。
なお、第2の対向部12aにおける架橋部10jの単位面積あたりの数は、図2に示す断面の中央部分の一定面積、たとえば縦50μm×横10μmに含まれる、第2の対向部12aの架橋部10jの数とすることができる。そして、第2の引き出し部12bにおける架橋部10jの単位面積あたりの数は、上記した第2の対向部12aにおける架橋部10jの数を数えた図2に示す断面の中央部分の一定面積(縦50μm×横10μm)を、図2において第2の端面10fに接するまで右方向に水平移動させた、同じ一定面積(縦50μm×横10μm)に含まれる、第2の引き出し部12bの架橋部10jの数とすることができる。
内部電極11,12とセラミック層10gとのデラミネーションを抑制する観点からは、第1の引き出し部11bにおける架橋部10hの単位面積あたりの数が、第1の対向部11aにおける架橋部10hの単位面積あたりの数の1/5以下であることが好ましく、1/10以下であることがより好ましい。第1の引き出し部11bの第1の端面10e側の端部に架橋部10hが実質的に設けられていないことが好ましい。第2の引き出し部12bにおける架橋部10jの単位面積あたりの数が、第2の対向部12aにおける架橋部10jの単位面積あたりの数の1/5以下であることが好ましく、1/10以下であることがより好ましい。第2の引き出し部12bの第2の端面10f側の端部に架橋部10jが実質的に設けられていないことが好ましい。
なお、セラミック電子部品1の製造方法は、特に限定されない。セラミック電子部品1は、例えば、以下の要領で製造することができる。
まず、セラミックグリーンシート20(図4を参照)を用意する。セラミックグリーンシート20は、例えば、セラミックペーストをスクリーン印刷法などの印刷法により印刷することにより作製することができる。
次に、セラミックグリーンシート20の上に導電性ペーストをスクリーン印刷法などの印刷法により塗布することにより、第1または第2の内部電極11,12を構成するための導電性ペースト層21,22を形成する。導電性ペースト層21,22は、後の焼成工程において架橋部10h、10jを構成する共材としてのセラミック成分やガラス成分を含んでいることが好ましい。
次に、導電性ペースト層21,22が形成されていないセラミックグリーンシート20と、導電性ペースト層21が形成されたセラミックグリーンシート20と、導電性ペースト層22が形成されたセラミックグリーンシート20とを適宜積層することによりグリーンシート積層体を作製する。積層後、グリーンシート積層体にプレスを施してもよい。
次に、グリーンシート積層体を焼成することにより、内部に第1及び第2の内部電極11,12を有するセラミック素体10を作製する。この焼成工程において、グリーンシート積層体の表層が、グリーンシート積層体の中央部よりも先に焼成されるような高い速度でグリーンシート積層体を加熱する。例えば、グリーンシート積層体への加熱温度は、少なくとも500℃以上の焼成温度領域において、50℃/秒〜150℃/秒で昇温される。そうすることにより、グリーンシートの中央部においては、導電性ペースト層21,22に含まれていたセラミック成分やガラス成分が凝集し、架橋部10h、10jが形成される。一方、引き出し部11b、12bの端面10e、10f側の端部においては、中央部よりも焼成速度が高くなるため、セラミック成分やガラス成分などが凝集して架橋部が生じ難い。従って、引き出し部11b、12bの端面10e、10f側の端部における架橋部10h、10jの数が相対的に少ない内部電極11,12を有するセラミック素体10を完成させることができる。
第1及び第2の外部電極13,14は、例えば、セラミック素体10の上に、導電性ペーストを塗布し、焼成することにより形成することもできるし、メッキにより形成することもできる。また、第1及び第2の外部電極13,14は、グリーンシート積層体の上に導電性ペーストを塗布しておき、グリーンシート積層体とともに導電性ペースト層を焼成することにより形成してもよい。
引き出し部11b、12bの端面10e、10f側の端部における架橋部10h、10jの数をより少なくする観点からは、導電性ペースト層21,22の、第1または第2の内部電極11,12の第1または第2の端面10e、10f側の端部を構成するための部分が、導電性ペースト層21,22の第1または第2の内部電極11,12の長さ方向Lにおける中央部を構成するための部分よりも厚くなるように導電性ペースト層21,22を形成することが好ましい。導電性ペースト層21,22の、第1または第2の内部電極11,12の第1または第2の端面10e、10f側の端部を構成するための部分の厚みが、導電性ペースト層21,22の第1または第2の内部電極11,12の長さ方向Lにおける中央部を構成するための部分の厚みの1.5倍〜2.5倍であることが好ましく、1.8倍〜2.2倍であることがより好ましい。
また、引き出し部11b、12bの端部を厚くすることにより、引き出し部11b、12bの外部電極13,14における電気抵抗を低くすることができる。
1…セラミック電子部品
10…セラミック素体
10a…第1の主面
10b…第2の主面
10c…第1の側面
10d…第2の側面
10e…第1の端面
10f…第2の端面
10g…セラミック層
10h…第1の架橋部
10j…第2の架橋部
11…第1の内部電極
11a…第1の対向部
11b…第1の引き出し部
12…第2の内部電極
12a…第2の対向部
12b…第2の引き出し部
13…第1の外部電極
14…第2の外部電極
20…セラミックグリーンシート
21,22…導電性ペースト層

Claims (13)

  1. 第1及び第2の主面、第1及び第2の側面並びに第1及び第2の端面を有するセラミック素体と、
    前記セラミック素体内に配されており、前記第1の端面から一の方向に沿って延びる第1の内部電極と、
    前記第1の内部電極とセラミック層を介して対向するように前記セラミック素体内に配されており、前記第2の端面から前記一の方向に沿って延びる第2の内部電極と、
    前記第1の端面の上に設けられており、前記第1の内部電極と接続された第1の外部電極と、
    前記第2の端面の上に設けられており、前記第2の内部電極と接続された第2の外部電極と、
    を備え、
    前記セラミック素体が、前記第1の内部電極を貫通しており、前記第1の内部電極を介して隣り合う前記セラミック層を架橋している架橋部を有するセラミック電子部品の製造方法であって、
    前記第1または第2の内部電極を構成するための導電性ペースト層が表面上に形成された、前記セラミック素体を構成するためのセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートを積層することによりグリーンシート積層体を作製する工程と、
    前記グリーンシート積層体を焼成することにより前記セラミック素体を作製する焼成工程と、
    を備え、
    前記焼成工程において、前記グリーンシート積層体の表層が、前記グリーンシート積層体の中央部よりも先に焼成されるような速度で前記グリーンシート積層体を加熱する、セラミック電子部品の製造方法。
  2. 前記焼成工程における前記グリーンシート積層体が、少なくとも500℃以上の温度領域において、50℃/秒〜150℃/秒で昇温される、請求項1に記載のセラミック電子部品の製造方法。
  3. 前記導電性ペースト層の前記第1または第2の内部電極の第1または第2の端面側の端部を構成するための部分が、前記導電性ペースト層の前記第1または第2の内部電極の前記一の方向における中央部を構成するための部分よりも厚くなるように、前記導電性ペースト層を形成する、請求項1または2に記載のセラミック電子部品の製造方法。
  4. 前記導電性ペースト層は、セラミック成分を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のセラミック電子部品の製造方法。
  5. 第1及び第2の主面、第1及び第2の側面並びに第1及び第2の端面を有するセラミック素体と、
    前記セラミック素体内に配されており、前記第1の端面から一の方向に沿って延びる第1の内部電極と、
    前記第1の内部電極とセラミック層を介して対向するように前記セラミック素体内に配されており、前記第2の端面から前記一の方向に沿って延びる第2の内部電極と、
    前記第1の端面の上に設けられており、前記第1の内部電極と接続された第1の外部電極と、
    前記第2の端面の上に設けられており、前記第2の内部電極と接続された第2の外部電極と、
    を備え、
    前記セラミック素体が、前記第1の内部電極を貫通しており、前記第1の内部電極を介して隣り合う前記セラミック層を架橋している架橋部を有し、
    前記第1の内部電極は、
    前記第2の内部電極と前記セラミック層を介して対向している第1の対向部と、
    前記第1の対向部よりも前記第1の端面側に位置しており、第1の外部電極に接続された第1の引き出し部と、
    を有し、
    前記第1の引き出し部における前記架橋部の単位面積あたりの数が、前記第1の対向部における前記架橋部の単位面積あたりの数よりも少ない、セラミック電子部品。
  6. 前記第1の引き出し部の前記第1の端面側の端部が、前記第1の対向部の前記一の方向における中央部よりも厚い、請求項5に記載のセラミック電子部品。
  7. 前記第1の引き出し部における前記架橋部の単位面積あたりの数が、前記第1の対向部における前記架橋部の単位面積あたりの1/5以下である、請求項5または6に記載のセラミック電子部品。
  8. 前記第1の引き出し部における前記架橋部の単位面積あたりの数が、前記第1の対向部における前記架橋部の単位面積あたりの1/10以下である、請求項7に記載のセラミック電子部品。
  9. 前記第1の引き出し部の前記第1の端面側の端部に前記架橋部が設けられていない、請求項5〜8のいずれか一項に記載のセラミック電子部品。
  10. 前記架橋部は、セラミック成分及びガラス成分の少なくとも一方を含む、請求項5〜9のいずれか一項に記載のセラミック電子部品。
  11. 前記第2の内部電極は、
    前記第1の対向部と前記セラミック層を介して対向している第2の対向部と、
    前記第2の対向部よりも前記第2の端面側に位置しており、前記第2の外部電極に接続された第2の引き出し部と、
    を有し、
    前記第2の引き出し部における前記架橋部の単位面積あたりの数が、前記第2の対向部における前記架橋部の単位面積あたりの数よりも少ない、請求項5〜10のいずれか一項に記載のセラミック電子部品。
  12. 前記第2の引き出し部の前記第2の端面側の端部が、前記第2の対向部の前記一の方向における中央部よりも厚い、請求項11に記載のセラミック電子部品。
  13. 前記第2の引き出し部の前記第2の端面側の端部に前記架橋部が設けられていない、請求項11または12に記載のセラミック電子部品。
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