JP5566274B2

JP5566274B2 - 積層型電子部品

Info

Publication number: JP5566274B2
Application number: JP2010263834A
Authority: JP
Inventors: 将太向山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: JP2012114353A

Description

本発明は高い耐電圧が要求される積層型電子部品に関するものである。

図４（ａ）は、従来の積層型電子部品の一例である積層セラミックコンデンサの断面模式図であり、（ｂ）は絶縁層の上面側および下面側に形成された電極を透視した平面図である。積層セラミックコンデンサや積層型圧電素子等の積層型電子部品は、一般的に、セラミックグリーンシート上に内部電極となる導体パターンを形成したシートを内部電極１０１ａ、１０１ｂが一定の寸法で交互にずれるように積み重ねて圧着させた後、所望形状のチップに切断した後、焼成し、次いで、焼結させた積層体１０５の両端部に積層方向に交互に現れる内部電極１０１ａ、１０１ｂを外部電極１０９と接続した構造となっている。

近年、積層セラミックコンデンサや積層型圧電素子等の積層型電子部品は、携帯電話等のモバイル機器のような小型の電子機器に組み込まれる電子部品として、ますます小型化の要求が高まっており、このためセラミック層をより薄層化する試みが行われている（例えば、特許文献１、２を参照）。

特開２０１０−８０６７６号公報特表２０１０−５０７２２２号公報

しかしながら、積層型電子部品は、セラミック層である絶縁層の厚みを薄くしていくと、一定の電圧が印加されたときの絶縁層１層当たりにかかる電界強度が実質的に高くなり耐電圧が低くなるという問題があった。

従って、本発明は、耐電圧の高い積層型電子部品を提供することを目的とする。

本発明の積層型電子部品は、一対の電極と該一対の電極間に挟まれた絶縁層とを有する積層体と、該積層体の対向する端面に設けられ、前記一対の電極のうち一方の電極が、前記積層体の対向する端面の一方側で接続され、他方の電極が前記絶縁層の対向する端面の他方側で接続されている外部電極とを備え、前記電極は、前記外部電極に接続される側の端面の端が切り欠かれており、前記電極の前記外部電極と接続されていない側の端面の端に前記電極の端面から延びた尖鋭部を有し、かつ前記積層体を積層方向から平面視したとき、一の前記電極の前記尖鋭部の先端部分が、他の前記電極の切り欠かれている領域内に位置するように配置されていることを特徴とする。

また、上記積層型電子部品では、前記積層体を積層方向から平面視したときに、前記尖鋭部の全体が前記電極の切り欠かれている領域に位置するように配置されていることが望ましい。

本発明によれば、耐電圧の高い積層型電子部品を得ることができる。

本実施形態の積層型電子部品の一例を示す概略断面図である。（ａ）は、図１の積層型電子部品を積層方向に平面視したときに、絶縁層を上面側および下面側から挟む電極を透視した模式図であり、（ｂ）は、電極の尖鋭部の領域の拡大図である。本実施形態の積層型電子部品の他の例を示す平面図である。（ａ）は、従来の積層型電子部品の一例である積層セラミックコンデンサの断面模式図であり、（ｂ）は絶縁層の上面側および下面側に形成された電極を透視した平面図である。

本実施形態の積層型電子部品について、図１の概略断面図をもとに詳細に説明する。図１は、本実施形態の積層型電子部品の一例を示す概略断面図である。図２（ａ）は、図１の積層型電子部品を積層方向に平面視したときに、絶縁層を上面側および下面側から挟む電極を透視した模式図であり、（ｂ）は、電極の尖鋭部の領域の拡大図である。

本実施形態の積層型電子部品は、一対の電極１ａ、１ｂと、該一対の電極１ａ、１ｂ間に挟まれた絶縁層３とを有する積層体５と、この積層体５の対向する端面に設けられ外部電極９とを備えている。

本実施形態の積層型電子部品を構成する外部電極９は、積層体５を構成する一対の電極１ａ、１ｂのうち一方の電極（ここでは電極１ａ）と、積層体５の対向する端面の一方側で接続されており、また、他方の電極（ここでは電極１ｂ）は絶縁層３の対向する端面の他方側で接続された構成となっている。

なお、図１に示した積層型電子部品は、１層の絶縁層３をその上面および下面に配置された電極１ａ、１ｂが挟む単純な構造を示しているが、本発明の積層型電子部品は絶縁層３と電極１ａ、１ｂとが数百層にも及ぶ場合も含む。

また、本実施形態の積層型電子部品では、図２（ａ）（ｂ）に示すように、電極１ｂは、外部電極９に接続される側の端面が切り欠かれており（図２（ｂ）において、点Ａ、Ｂ、Ｃで囲まれた三角形の領域：符号１２）、また、電極１ａの外部電極９と接続されていない側の端面の端に電極１ａの端面１ａａから延びた尖鋭部１０を有している（図２（ｂ）において、点Ｂ、Ｄ、Ｅで囲まれた三角形の領域）。

さらに、積層体５を積層方向から平面視したとき、一の電極１ａの尖鋭部１０の先端部分１０ａが、他の電極１ｂの切り欠かれている領域１２（図２（ｂ）において、点Ａ、Ｂ、Ｃで囲まれた三角形の領域）内に位置するように配置されている。

このような構成によれば、積層型電子部品に高い電圧が印加されても、絶縁層３を上面側および下面側から挟持する電極１ａ、１ｂに設けられた尖鋭部１０に電界集中が誘起され、その結果、絶縁層３の絶縁破壊は、常に、この尖鋭部１０が起点となるように発生するため、破壊箇所が特定され、絶縁破壊電圧のばらつきを低減することができる。

特に、本実施形態の積層型電子部品では、積層体５を積層方向に見たときに、一方の電極１ａの尖鋭部１０の少なくとも先端部分１０ａが他の電極１ｂの切り欠かれている領域１２内に位置するように配置されていることから、電界集中の発生する尖鋭部１０の先端部分１０ａが、積層体５を積層方向にみたときに電極１ａ、１ｂに重ならない構造となっている。このため絶縁層３の厚みが薄くなっても積層体５の積層方向における尖鋭部１０
間の距離を絶縁層３の１層の厚みよりも大きくでき、これにより積層型電子部品の耐電圧を高めることができる。

ここで、尖鋭部１０とは、図２（ｂ）を基に説明すると、例えば、電極１ａの外部電極９と接続されていない側の端面１ａａから突き出た部分の全体をいい、上記したように、図２（ｂ）における点Ｂ、Ｄ、Ｅで囲まれた三角形の領域のことである。

また、尖鋭部１０の先端部分１０ａとは、図２（ｂ）によれば、積層体５を積層方向に見たときに、例えば、絶縁層３の上面側に位置する電極１ａに設けられた尖鋭部１０が、絶縁層３を介して対向している一方の電極１ｂと重なっている部分を除いた先端側のみの領域（図２（ｂ）の点Ｂ、Ｄ、Ｆ）のことである。

図３は、本実施形態の積層型電子部品の他の例を示す平面図である。図３に示すように、本実施形態の積層型電子部品では、積層体５を積層方向から平面視したときに、尖鋭部１０の全体が電極１ａ、１ｂの切り欠かれている領域１２に位置するように配置されていることが望ましい。

すなわち、本実施形態の積層型電子部品における他の構造は、電極１ａの尖鋭部１０の全体（図３（ｂ）の点Ｂ、Ｄ、Ｅ）が絶縁層３を介して対向している一方の電極１ｂと全く重ならない構造となっている。この場合には、尖鋭部１０が起点となって発生する絶縁破壊電圧を絶縁層３の１層当たりが有する電界強度よりもさらに高めることができ、これにより積層型電子部品の耐電圧をさらに高めることができる。

絶縁層３は結晶粒子と粒界相とから構成されており、その平均厚みは、例えば、０．５〜３μｍと薄く、これにより積層型電子部品の小型化とともに、例えば、積層セラミックコンデンサであれば高容量化を図ることができ、積層型圧電素子であれば変位量を大きくすることができる。

電極１ａ、１ｂの材料は、ＡｇまたはＰｄ、もしくはＡｇとＰｄの合金、あるいは、ＮｉまたはＣｕ、もしくはＣｕとＮｉの合金のいずれでも好適に用いることができるが、高積層化しても製造コストを抑制できるという点で、ニッケル（Ｎｉ）や銅（Ｃｕ）またはこれらの合金が望ましい。

積層体５の両端部に形成されている外部電極９の材料もまた、内部電極３と同様の材料を用いるのが良い。

次に、本実施形態の積層型電子部品を製造する方法について説明する。まず、絶縁層となるセラミック粉末を準備し、これに専用の有機ビヒクルを加えてセラミックスラリを調製し、次いで、ドクターブレード法やダイコータ法などのシート成形法を用いてセラミックグリーンシートを形成する。この場合、セラミックグリーンシートの厚みは絶縁層３の薄層化と積層体５の多層化を実現するという点で１〜６μｍが好ましい。

次に、得られたセラミックグリーンシートの主面上に矩形状の電極パターンを印刷して形成する。ここで、電極パターンの形状としては、図２に示した電極１ａ、１ｂの形状を形成できる印刷用スクリーンを用いる。次に、図２（ａ）（ｂ）に示した電極１ａ、１ｂの形状の電極パターンを有するセラミックグリーンシートを複数枚用意し、電極パターンに尖鋭部１０となる部分と電極の切り欠かれている領域１２となる部分とが積層方向に見たときに、交互に同じ領域に配置されるように積層してシート積層体を形成する。

次に、シート積層体を格子状に切断して、電極パターンの端部が露出するように積層成
形体を形成する。このような積層工法により、切断後の積層成形体の端面に電極パターンが交互に露出したものを形成できる。この場合、積層成形体の端面に露出している電極パターンは、積層成形体を焼成して電極１ａ、１ｂとなったときに外部電極９に接続される側の端面が切り欠かれた状態となっており、一方、外部電極９と接続されていない側の電極１ａ、１ｂの端面１ａａ、１ｂｂの端には端面１ａａ、１ｂｂから延びた尖鋭部１０となる部分が形成されている。そして、積層成形体を積層方向に見たときに、尖鋭部１０となる部分が電極パターンの切り欠かれている領域内に位置するように配置されている形状となっている。

次に、積層成形体を脱脂した後焼成する。焼成温度は用いる原料粉末および内部電極の材料の組合せによって種々変更して、絶縁層３がより高い密度となるように調整するのがよい。

次に、この積層体５の対向する端面に、外部電極ペーストを塗布して焼付けを行い外部電極９を形成する。また、この外部電極９の表面には実装性を高めるためにメッキ膜を形成してもよい。

次に、本実施形態の積層型電子部品の例として、コンデンサ材料を用いた例を示すが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

まず、原料粉末として、純度が９９．９％のチタン酸バリウム粉末を用意した。次に、原料粉末と添加物と焼結助剤を、トルエンおよびアルコールの混合溶媒中に添加し混合してセラミックスラリを調整した。添加物はチタン酸バリウム１００モルに対して、バナジウムをＶ_２Ｏ_５換算で０．０８モル、マグネシウムをＭｇＯ換算で０．６モル、イットリウムをＹ_２Ｏ_３換算で０．６モルおよびマンガンをＭｎＯ換算で０．０５モルとした。また、結助剤として、ＳｉＯ_２＝５５，ＢａＯ＝２０，ＣａＯ＝１５，Ｌｉ_２Ｏ＝１０（モル％）の組成を有するガラス粉末を準備し、その焼結助剤の添加量はＢＴ粉末１００質量部に対して１質量部になるように調整した。

次に、原料粉末と添加物と焼結助剤とを、ポリビニルブチラール樹脂と、トルエンおよびアルコールの混合溶媒中に投入し、直径１ｍｍのジルコニアボールを用いて湿式混合してセラミックスラリを調製し、ドクターブレード法により、所定厚みのセラミックグリーンシートを作製した。

次に、このセラミックグリーンシートの上面にＮｉを主成分とする導体ペーストを図２、図３の形状の内部電極となるようにパターンを形成した。内部電極パターンを形成するための導体ペーストは、平均粒径が０．３μｍのＮｉ粉末１００質量部に対してＢＴ粉末を１０質量部添加したものを用いた。なお、比較例として、図４の内部電極パターンのものを準備した。

次に、内部電極パターンを印刷したセラミックグリーンシートを３００枚積層し、その上面側および下面側に内部電極パターンを印刷していないセラミックグリーンシートを焼成後の積層体の厚みを一定にする枚数だけ積層し、プレス機を用いて温度６０℃、圧力１０^７Ｐａ、時間１０分の条件で密着させて母体積層成形体を作製し、しかる後、この母体積層成形体を所定の寸法に切断して積層成形体を形成した。

次に、積層成形体を大気中で脱バインダ処理した後、水素−窒素中、昇温速度を３００℃／ｈとし、１１６０℃で焼成して積層体を作製した。作製した積層体は、続いて、窒素雰囲気中１０００℃で４時間再酸化処理を行った。この積層体の大きさは１．９１×１．
２５×１．３３ｍｍ^３であった。絶縁層の厚みは表１に示した。内部電極の１層の有効面積は、図２の内部電極の形状で１．７５ｍｍ^２、図３の内部電極の形状で１．７４ｍｍ^２、図４の内部電極の形状で１．７６ｍｍ^２であった。なお、有効面積とは、積層体の異なる端面にそれぞれ露出するように積層方向に交互に形成された内部電極同士の重なる部分の面積のことである。

次に、積層体をバレル研磨した後、積層体の両端部にＣｕ粉末とガラスとを含んだ外部電極ペーストを塗布し、８５０℃で焼き付けを行って外部電極を形成した。その後、電解バレル機を用いて、この外部電極の表面に、順にＮｉメッキ及びＳｎメッキを行い、積層型電子部品としてコンデンサを作製した。

次に、これらのコンデンサについて直流での昇圧破壊試験を行った。計測器は（株）計測技術研究所の７７４２総合安全試験アナライザーを使用し、昇圧速度は１０Ｖ/秒とし
た。サンプル数各１０個について測定を行い、その平均値の結果を表１に示す。

表１から明らかなように、図２および図３のパターン形状の電極により形成した試料Ｎｏ．１〜８は、図４のパターン形状の電極により形成した試料Ｎｏ．９〜１２に比較して、同じ厚みの絶縁層同士で比較したときに、いずれの試料も耐電圧（絶縁層の単位厚み当たりの破壊電圧）が高かった。

特に、電極が図３の形状であり、電極の尖鋭部の全体が電極の切り欠かれている領域に重なっている試料Ｎｏ．５〜８は、同じ厚みの絶縁層同士で比較したときに、いずれの試料も電極が図２の形状の試料Ｎｏ．１〜４よりも耐電圧が高かった。

これに対し、電極が尖鋭部および電極の切り欠かれている領域を有しない試料Ｎｏ．９〜１２は、同じ厚みの絶縁層同士で比較したときに、いずれの試料も本発明の試料（試料Ｎｏ．１〜９）よりも耐電圧が低かった。

１ａ、１ｂ・・・電極
３・・・・・・・絶縁層
５・・・・・・・積層体
９・・・・・・・外部電極
１０・・・・・・尖鋭部
１０ａ・・・・・先端部分
１２・・・・・・電極の切り欠かれている領域

Claims

一対の電極と該一対の電極間に挟まれた絶縁層とを有する積層体と、該積層体の対向する端面に設けられ、前記一対の電極のうち一方の電極が、前記積層体の対向する端面の一方側で接続され、他方の電極が前記絶縁層の対向する端面の他方側で接続されている外部電極とを備え、前記電極は、前記外部電極に接続される側の端面の端が切り欠かれており、前記電極の前記外部電極と接続されていない側の端面の端に前記電極の端面から延びた尖鋭部を有し、かつ前記積層体を積層方向から平面視したとき、一の前記電極の前記尖鋭部の先端部分が、他の前記電極の切り欠かれている領域内に位置するように配置されていることを特徴とする積層型電子部品。
前記積層体を積層方向から平面視したときに、前記尖鋭部の全体が前記電極の切り欠かれている領域に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型電子部品。