JP5718167B2 - 電子部品 - Google Patents
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Description
本発明は、複数のセラミック絶縁層及び複数の内部電極層を積層してなる電極積層部とその電極積層部の積層途中となる位置に設けられた中間層部とを備えた電子部品に関するものである。
この種の電子部品として、セラミックコンデンサ（例えば、特許文献１参照）が実用化されている。具体的には、特許文献１のセラミックコンデンサは、複数のセラミック絶縁層及び複数の内部電極層を積層してなる電極積層部を備える。この電極積層部において、内部電極層及びセラミック絶縁層の積層方向に貫通形成された貫通孔が複数設けられ、各貫通孔内には、内部電極層に接続されるビア電極が形成されている。このセラミックコンデンサにおいて、電極積層部の積層途中となる中央部には厚肉のセラミック層（中間層部）が設けられている。また、電極積層部における複数の内部電極層において、ビア電極が貫通する領域にクリアランスホールが一層おきに設けられている。このため、電極積層部においてクリアランスホールが設けられているビア電極の周囲では、内部電極層の層数が半分になり、その部分だけ厚さが薄く形成される。電極積層部を構成するセラミック絶縁層は薄いため、そのセラミック絶縁層の延びだけでは、電極積層部における厚みの差を補うことはできない。これに対して、電極積層部の中央に厚肉のセラミック層を設けると、そのセラミック層の延びによって厚みの差を抑制することが可能となる。この場合、電極積層部における複数のセラミック絶縁層の曲げが少なくなり、曲げ部分でのクラックの発生が回避される。
また、複数の導体層と複数のセラミック絶縁層とからなる電極積層体において中間層部を設けた積層チップインダクタ（例えば、特許文献２参照）が開示されている。このチップインダクタでは、焼成時において導体層とセラミック絶縁層との収縮率の差によって生じる内部応力が中間層部により吸収される。なお、中間層部は、誘電体、ガラス等の絶縁体、磁性体及びこれらと金属粉末の混合物より選ばれた材料から形成されている。
ところで、特許文献１のセラミックコンデンサにおいて、電極積層部の積層数を多くしてコンデンサ容量を大きくする場合、中間層部はコンデンサ表面から離れた位置に設けられる。このため、焼成時において、中間層部のセラミックグリーンシートに含まれる有機成分が脱脂され難く、未焼成のまま残る場合がある。この場合、中間層部の緻密化が他のセラミック絶縁層（電極積層部の絶縁層）よりも困難となる。その結果、電極積層部において中間層部に近接する内部電極層とセラミック絶縁層とのデラミネーションが誘発され、コンデンサとしての信頼性が低下してしまう。また、有機成分由来の炭素等が中間層部に残留すると、絶縁抵抗の低下や高温加速寿命の低下をもたらしてしまう。
また、特許文献２のチップインダクタでは、導体層とセラミック絶縁層との界面に生じる内部応力を緩和するために中間層部が設けられている。つまり、特許文献２のチップインダクタは、中間層部の緻密化を考慮したものではない。このため、チップインダクタにおいて電極積層部の積層数を多くすると、上記特許文献１のセラミックコンデンサと同様に、中間層部の緻密化が困難となるといった問題が生じてしまう。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、中間層部の緻密化を図り、信頼性の高い電子部品を提供することにある。
そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、複数のセラミック絶縁層及び複数の内部電極層を積層してなる電極積層部と、前記電極積層部の積層方向の外面を覆うように設けられたセラミック絶縁層からなるカバー層部と、前記電極積層部の積層途中となる位置に設けられ、前記電極積層部を構成するセラミック絶縁層よりも厚肉のセラミック絶縁層からなる中間層部と、前記電極積層部の積層方向に延びて前記複数の内部電極層に接続された複数のビア電極とを備えた電子部品であって、前記中間層部は、自身の厚さの１／１０以下の粒径を持つ金属粒子がセラミック粒子に対して１体積％以上３０体積％以下の割合で混合された材料により形成されていることを特徴とする電子部品がある。
手段１に記載の発明によると、電極積層部の積層途中となる位置に厚肉のセラミック絶縁層からなる中間層部が設けられており、その中間層部には金属粒子が混合されている。この場合、金属粒子を混合させることで焼成時における中間層部の焼結開始温度が低下するため、中間層部をより緻密なセラミック焼結体とすることができる。また、焼成前の中間層部において、中間層部用のグリーンシートには、有機成分（バインダなどの有機物）が含まれているが、その有機成分に金属粒子が接触する。従って、焼成時には、金属粒子が有機物燃焼用の触媒として作用し、効率よく脱脂されて、有機成分が確実に燃焼する。なお、金属粒子の体積割合が１％未満となると、金属粒子と有機成分との接触が不足して、十分な触媒作用を得られなくなる。これに対して、本発明では１％以上の体積割合で金属粒子が混合されるため、上述した触媒作用を十分に得ることができる。また、金属粒子の体積割合が３０％を超えると、中間層部において金属粒子同士が接触し、絶縁抵抗がとれなくなる。さらに、中間層部の緻密化がより低温から開始されてしまうため、電極積層部やカバー層部に対して焼成温度（例えば１１００℃〜１４００℃）における収縮率に大きな差異が生じる。この場合、電子部品に撓みや反りが発生してしまう。これに対して、本発明では、金属粒子の体積割合を３０％以下とすることにより、中間層部において十分な絶縁抵抗を得ることができるとともに、撓みや反りを抑えることができる。また、金属粒子のサイズが必要以上に大きくなると、中間層部の電気絶縁性を確保できなくなる場合があるが、本発明では、中間層部の厚さの１／１０以下の粒径を持つ金属粒子を使用することで、中間層部の電気絶縁性を十分に確保することができる。このように、本発明の電子部品では、中間層部における絶縁性を損なうことなくその緻密化が促進される。このため、内部電極層とセラミック絶縁層とのデラミネーションの発生を確実に防止することができる。
金属粒子は、ニッケル、コバルト及び白金族から選択される少なくとも１種類の金属または２種類以上の合金の粒子からなることが好ましい。なお、白金族としては白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）の６元素を指す。このような金属粒子は、触媒作用を有するため、中間層部を確実に緻密化することができる。特に、ニッケルは、内部電極層の形成材料として一般的に用いられる材料であり、他の金属と比較して低コストである。このため、金属粒子としてニッケル粒子を用いると、電子部品の製造コストを抑えることができる。また、バナジウム、モリブデン、タングステン、マンガン、銅などの卑金属は、有機化合物の酸化反応触媒として知られているが、セラミックの焼成雰囲気では酸化、溶融等の問題があり使用できない。一方、ニッケルは、耐酸化性に優れ、高融点（１４５０℃）であるため、酸化、溶融等の問題も生じることはない。
中間層部を構成する厚肉のセラミック絶縁層は、電極積層部を構成するセラミック絶縁層の２０倍以下の厚みを有することが好ましい。この場合、電子部品における中間層部が占める厚みの割合が著しく大きくなるといった問題が回避される。このため、電子部品のサイズを製品の規格範囲内となるよう抑えることができる。
中間層部は、電極積層部の積層方向における中央部位に位置することが好ましい。電子部品において、電極積層部の中央部ほど有機成分が抜け難いが、金属粒子を中間層部に混合させることでその触媒作用により有機成分を確実に燃焼させることができる。
電子部品としては、セラミック絶縁層が誘電体層として機能するセラミックコンデンサを挙げることができる。また、セラミックコンデンサとしては、複数のビア電極が全体としてアレイ状に配置されたビアアレイタイプのセラミックコンデンサがより好ましい。このビアアレイタイプのセラミックコンデンサでは、コンデンサのインダクタンスの低減化が図られ、ノイズ吸収や電源変動平滑化のための高速電源供給が可能となる。また、コンデンサ全体の小型化が図りやすい。さらに、小さい割りに高静電容量が達成しやすく、より安定した電源供給が可能となる。
電極積層部の外面を覆うカバー層部は、金属粒子を含んで形成されてもよいし、金属粒子を含まずに形成されてもよい。
カバー層部には、中間層部に含まれる金属粒子よりも粒径が大きな金属粒子が添加されていてもよい。このようにすると、カバー層部の強度を十分に確保することができる。また、カバー層部は、電極積層部の表層側に設けられるため、金属粒子が少なくてもセラミック絶縁層は緻密化する。このため、カバー層部は、中間層部に含まれる金属粒子の体積割合よりも少なくなるよう金属粒子が添加されていてもよい。
また、電極積層部をｎ分割（ｎは３以上の自然数）するよう複数の位置に中間層部を設け、中央部側に位置する中間層部ほど他の中間層部よりも金属粒子の体積割合が多くなるよう構成してもよい。このようにすると、各中間層部の緻密化を均一な状態に調整することが可能となる。
電子部品を製造する際に使用する中間層部の形成材料としては、比表面積が０．４ｍ２／ｇ以上であり、平均粒径が０．０５μｍ以上の金属粉末を添加することが好ましい。このように金属粉末の比表面積を大きくすると、触媒効果を十分に得ることができる。また、金属粉末を小さくしすぎると、セラミック材料中に金属粉末を均一に分散させることが困難となるが、平均粒径が０．０５μｍ以上の金属粉末を用いれば、セラミック材料中に金属粉末を均一に分散させることができる。さらに、セラミック材料中において金属粉末の分散が不十分となり金属粉末が偏って存在すると、その部分の燃焼開始温度が著しく低下する。この場合、その部分の焼結が過剰に進行して周囲の部分との収縮差が拡大してデラミネーションが発生しやすくなる。また、金属粉末同士が結合して凝集することで大きな金属粒子となりやすいため、中間層部の絶縁抵抗が低下することが懸念される。これに対して、平均粒径が０．０５μｍ以上の金属粉末を用いれば、そのようなデラミネーションや絶縁抵抗の低下の問題を回避することができる。
セラミック絶縁層としては、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、酸化チタン、ニオブ酸鉛などのうちの１つまたは２つ以上組み合わせた誘電体セラミックの焼結体を使用することが好ましい。誘電体セラミックの焼結体を使用した場合、静電容量の大きなセラミックコンデンサを実現しやすくなる。また、セラミック誘電体層として、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックの焼結体を使用してもよいし、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックの焼結体を使用してもよい。
内部電極層、及びビア電極としては、メタライズ導体であることが好ましい。なお、メタライズ導体は、金属粉末を含む導体ペーストを従来周知の手法、例えばメタライズ印刷法で塗布した後に焼成することにより、形成される。同時焼成法によってメタライズ導体及びセラミック絶縁層を形成する場合、メタライズ導体中の金属粉末は、セラミック絶縁層の焼成温度よりも高融点である必要がある。例えば、セラミック絶縁層がいわゆる高温焼成セラミック（例えばチタン酸バリウム等）からなる場合には、メタライズ導体中の金属粉末として、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等やそれらの合金が選択可能である。セラミック絶縁層がいわゆる低温焼成セラミック（例えばガラスセラミック等）からなる場合には、メタライズ導体中の金属粉末として、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等やそれらの合金が選択可能である。
以下、本発明をセラミックコンデンサに具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１及び図２に示されるように、本実施の形態のセラミックコンデンサ１０１は、いわゆるビアアレイタイプのコンデンサ（電子部品）である。セラミックコンデンサ１０１を構成するセラミック焼結体１０４は、１つのコンデンサ主面１０２（図１では上面）、１つのコンデンサ裏面１０３（図１では下面）、及び、４つのコンデンサ側面１０６を有している。そのサイズは、例えば、縦５．０ｍｍ×横４．８ｍｍ×厚さ０．８ｍｍ程度である。
セラミック焼結体１０４は、電極積層部１０７と、カバー層部１０８と、中間層部１０９とを備える。電極積層部１０７は、複数のセラミック誘電体層１０５（セラミック絶縁層）と、複数の内部電極層１４１，１４２とを交互に積層した構造を有し、セラミック焼結体１０４の上側と下側との２つの領域に分割して設けられている。電極積層部１０７に形成されている内部電極層は電源用内部電極層１４１とグランド用内部電極層１４２とを有し、セラミック誘電体層１０５を介してそれら電源用内部電極層１４１とグランド用内部電極層１４２とが交互に積層配置されている。なお、各電極積層部１０７において、内部電極層１４１，１４２の層数はそれぞれ１００層程度となっている。
セラミック誘電体層１０５は、高誘電率セラミックの一種であるチタン酸バリウムの焼結体からなり、電源用内部電極層１４１及びグランド用内部電極層１４２間の誘電体（絶縁体）として機能する。つまり、電源用内部電極層１４１とグランド用内部電極層１４２とは、セラミック誘電体層１０５を介して電気的に絶縁されている。電源用内部電極層１４１及びグランド用内部電極層１４２は、いずれもニッケルを主成分として形成されたメタライズ導体である。
セラミック焼結体１０４には、多数のビア１３０が形成されている。これらのビア１３０は、セラミック焼結体１０４をその厚さ方向（積層方向）に貫通するとともに、セラミック焼結体１０４の全面にわたって格子状（アレイ状）に配置されている。各ビア１３０内には、セラミック焼結体１０４のコンデンサ主面１０２及びコンデンサ裏面１０３間を連通する複数のコンデンサ内ビア導体１３１，１３２（ビア電極）が、ニッケルを主材料として形成されている。なお本実施の形態において、ビア１３０の直径は約１００μｍに設定されているため、ビア導体１３１，１３２の直径も約１００μｍに設定されている。
各電源用コンデンサ内ビア導体１３１は、電極積層部１０７の積層方向に延びて各電源用内部電極層１４１を貫通しており、それら同士を互いに電気的に接続している。各グランド用コンデンサ内ビア導体１３２は、電極積層部１０７の積層方向に延びて各グランド用内部電極層１４２を貫通しており、それら同士を互いに電気的に接続している。各電源用コンデンサ内ビア導体１３１及び各グランド用コンデンサ内ビア導体１３２は、全体としてアレイ状に配置されている。なお、図２では、説明の便宜上、コンデンサ内ビア導体１３１，１３２を５列×７列で図示したが、実際にはさらに多くの列が存在している。また、電極積層部１０７における複数の内部電極層１４１，１４２において、各ビア導体１３１，１３２が貫通する領域にクリアランスホール１３３，１３４が一層おきに設けられている。
詳しくは、図１及び図３に示されるように、内部電極層１４１にはビア導体１３２が貫通する領域にクリアランスホール１３３が形成されており、内部電極層１４１とビア導体１３２とは電気的に絶縁されている。また同様に、内部電極層１４２にはビア導体１３１が貫通する領域にクリアランスホール１３４が形成されており、内部電極層１４２とビア導体１３１とは電気的に絶縁されている。クリアランスホール１３３，１３４内における内部電極層１４１，１４２とビア導体１３１，１３２との間には、セラミック誘電体層１０５が介在している。
図１に示されるように、カバー層部１０８は、電極積層部１０７の積層方向の外面を覆うように設けられている。すなわち、上側のカバー層部１０８は、電極積層部１０７の上端面を覆うように設けられ、下側のカバー層部１０８は、電極積層部１０７の下端面を覆うように設けられている。カバー層部１０８は、複数のセラミック絶縁層１５０を積層した構造を有している。各セラミック絶縁層１５０は、電極積層部１０７におけるセラミック誘電体層１０５と同じ材料（具体的には、チタン酸バリウム）を用い、電極積層部１０７のセラミック誘電体層１０５よりも厚く形成されている。なお、本実施の形態において、セラミック誘電体層１０５の厚さは３μｍ程度であり、セラミック絶縁層１５０の厚さは２０μｍ程度である。また、カバー層部１０８は、例えば３層のセラミック絶縁層１５０からなり、カバー層部１０８の厚さは６０μｍ程度となっている。
セラミック焼結体１０４のコンデンサ主面１０２となるカバー層部１０８の上面上には、複数の主面側電源用表層電極１１１と複数の主面側グランド用表層電極１１２とが設けられている。主面側電源用表層電極１１１は、電源用コンデンサ内ビア導体１３１におけるコンデンサ主面１０２側の端面に対して直接接続されており、主面側グランド用表層電極１１２は、グランド用コンデンサ内ビア導体１３２におけるコンデンサ主面１０２側の端面に対して直接接続されている。
セラミック焼結体１０４のコンデンサ裏面１０３となるカバー層部１０８の下面上には、複数の裏面側電源用表層電極１２１と複数の裏面側グランド用表層電極１２２とが設けられている。裏面側電源用表層電極１２１は、電源用コンデンサ内ビア導体１３１におけるコンデンサ裏面１０３側の端面に対して直接接続されており、裏面側グランド用表層電極１２２は、グランド用コンデンサ内ビア導体１３２におけるコンデンサ裏面１０３側の端面に対して直接接続されている。よって、電源用表層電極１１１，１２１は電源用コンデンサ内ビア導体１３１及び電源用内部電極層１４１に導通しており、グランド用表層電極１１２，１２２はグランド用コンデンサ内ビア導体１３２及びグランド用内部電極層１４２に導通している。
各表層電極１１１，１１２，１２１，１２２は、ニッケルを主材料として形成された円形の島状電極であり、表面が図示しない銅めっき層によって全体的に被覆されている。なお本実施の形態では、各表層電極１１１，１１２，１２１，１２２の直径が約３２０μｍに設定されている。
中間層部１０９は、電極積層部１０７を分割するようその電極積層部１０７の積層途中となる位置であって、セラミック焼結体１０４の中央部位となる位置に設けられている。つまり、本実施の形態のセラミック焼結体１０４では、上側の電極積層部１０７と下側の電極積層部１０７との間に中間層部１０９が配置されている。中間層部１０９は、電極積層部１０７のセラミック誘電体層１０５よりも厚く形成された厚肉のセラミック絶縁層１５２を複数積層してなり、電極積層部１０７のような内部電極層１４１，１４２は設けられていない。なお、本実施の形態において、厚肉のセラミック絶縁層１５２は２０μｍ程度であり、中間層部１０９は、例えば３層のセラミック絶縁層１５２からなる。
各セラミック絶縁層１５２は、電極積層部１０７におけるセラミック誘電体層１０５と同じ材料であるチタン酸バリウムのセラミック粒子に対して１体積％〜３０体積％の割合で金属粒子１５４（例えば、ニッケルやコバルトなどの金属粒子）が混合された材料を用いて形成されている。本実施の形態の金属粒子１５４は、中間層部１０９の厚さ（例えば６０μｍ）の１／１０以下の粒径（例えば、６μｍ以下）を持つ粒子である。
本実施の形態のセラミックコンデンサ１０１は、以下のように作製される。
先ず、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）の粉末に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ２）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などを混合した誘電体粉末（平均粒径が０．５μｍの粉末）を準備する。そして、その誘電体粉末に分散剤及び可塑剤を加え、それらをエタノール及びトルエンの混合溶媒中にて湿式混合する。その後、ブチラール系バインダを添加してさらに混合する。そして、得られたスリラーをドクターブレード法によりシート状に成形して、グリーンシートを製造する。なおここでは、電極積層部用のグリーンシートとして、厚さが約５μｍ（焼成後では約３μｍ）のシートを成形するとともに、カバー層部用のグリーンシートとして、厚さが約３０μｍ（焼成後では約２０μｍ）のシートを成形する。
中間層部用のグリーンシートは、上述した誘電体粉末に対して金属粒子１５４を添加する以外は、電極積層部用及びカバー層部用のグリーンシートと同様の手法によって作製される。この中間層部用のグリーンシートは、厚さが約３０μｍ（焼成後では約２０μｍ）のシート状に成形される。なお、金属粒子１５４の添加方法としては、金属単体の金属粉末として添加してもよいし、金属塩の形態で誘電体粉末と予め混合し還元仮焼することで添加してもよい。また、酸化物粉末の形態で添加し、同様に還元仮焼を行って金属粒子を得るようにしてもよい。
そして、電極積層部用のグリーンシートに内部電極用ニッケルペーストをスクリーン印刷して乾燥させる。これにより、電源用内部電極層１４１となる電源用内部電極部と、グランド用内部電極層１４２となるグランド用内部電極部とが形成される。なおここで、内部電極用ニッケルペーストは、導電性粒子（平均粒径が０．２μｍのニッケル粉末）と、共素地材料（平均粒径が０．１μｍのチタン酸バリウム粉末）と、有機ビヒクルとを、１２％：３％：８５％の体積割合で湿式混合することで作製される。有機ビヒクルは、セルロース系樹脂と、有機溶剤（テルピネオール、ブチルカルビトール系溶剤）とからなる。湿式混合は三本ロール式の混合機を用いて行われ、その湿式混合によって、印刷時の粘度が約１１Ｐａ・ｓとなるよう内部電極用ニッケルペーストが調整される。また、各グリーンシートにおいて、電源用内部電極部とグランド用内部電極部とに設けられるクリアランスホールの口径は４００μｍ程度である。
電極積層部１０７に対応する部位では、電源用内部電極部が形成されたグリーンシートとグランド用内部電極部が形成されたグリーンシートとを交互に積層する。なお、上側の電極積層部１０７及び下側の電極積層部１０７についてそれぞれ１００枚のグリーンシートが積層される。また、カバー層部１０８に対応する部位では、例えば３枚のカバー層部用のグリーンシートを積層するとともに、中間層部１０９に対応する部位では、例えば３枚の中間層部用のグリーンシートを積層する。この後、６０℃〜８０℃の温度条件で約３００ｋｇｆ／ｃｍ２の押圧力をシート積層方向に付与することにより、各グリーンシートを一体化してグリーンシート積層体を形成する。なお、グリーンシート積層体の厚さは約１ｍｍである。
さらに、レーザー加工機を用いてグリーンシート積層体に口径１２０μｍのビア１３０を５００μｍのピッチで多数個貫通形成する。その後、図示しないスクリーン印刷装置を用いて、ビア導体用ニッケルペーストを各ビア１３０内に充填する。なお、ビア導体用ニッケルペーストは、導電性粒子（平均粒径が２．５μｍのニッケル粉末）と、共素地材料（平均粒径が０．５μｍのチタン酸バリウム粉末）と、有機ビヒクルとを、４０％：１６％：４４％の体積割合で湿式混合することで作製される。このビア導体用ニッケルペーストの粘度は約１０００Ｐａ・ｓである。
次に、グリーンシート積層体をスクリーン印刷装置にセットするとともに、グリーンシート積層体の上面上にメッシュマスクを重ね合わせて配置する。メッシュマスクは、表層電極１１１，１１２，１２１，１２２を形成すべき箇所がメッシュ部（開口部）となっている。このメッシュマスクを配置した状態で、メッシュマスクの上面に表層電極用ペーストを供給した後、スキージの移動によってそのペーストを刷り込むようにする。この結果、メッシュマスクのメッシュ部を介してグリーンシート積層体の上面側に主面側電源用表層電極１１１及び主面側グランド用表層電極１１２となる表層電極部がパターン形成される。また同様に、グリーンシート積層体の下面上に表層電極用ペーストをスクリーン印刷し、グリーンシート積層体の下面側にて裏面側電源用表層電極１２１及び裏面側グランド用表層電極１２２となる表層電極部をパターン形成する。
なお、表層電極用ペーストは、平均粒径が３μｍのニッケル粉末と共素地材料（チタン酸バリウム粉末）との無機固形成分を８０質量％の割合で含むとともに、有機ビヒクル成分を２０質量％の割合で含んでいる。この表層電極用ペーストの粘度は約１００Ｐａ・ｓである。
また、スクリーン印刷後において、グリーンシート積層体からメッシュマスクを引き離す。この後、スクリーン印刷装置からグリーンシート積層体を取り外してグリーンシート積層体の乾燥を行い、各表層電極部をある程度固化させる。次に、グリーンシート積層体を、大気中２５０℃〜３００℃の温度で１０時間〜２０時間脱脂し、さらに水蒸気を含む還元雰囲気下にて１２８０℃の温度で所定時間焼成を行う。その結果、チタン酸バリウム及びペースト中のニッケルが同時焼結し、セラミック焼結体１０４となる。
次に、得られたセラミック焼結体１０４が有する各表層電極１１１，１１２，１２１，１２２に対して無電解銅めっき（厚さ１０μｍ程度）を行う。その結果、各表層電極１１１，１１２，１２１，１２２の上に銅めっき層が形成される。なおこの状態のものは、セラミックコンデンサ１０１となるべき製品領域を平面方向に沿って縦横に複数配列した多数個取り用のセラミック焼結体１０４（パネル状のセラミック焼結体）である。そして、このパネル状のセラミック焼結体１０４を分割することで、３６０個のセラミックコンデンサ１０１が同時に得られる。
本発明者らは、上記の製造方法において、中間層部１０９に添加する金属粉末の粒径や種類を変更してセラミックコンデンサ１０１（実施例１〜１６、比較例１〜８）を作製し、それらコンデンサ１０１について以下の評価１〜評価３を行った。その評価結果を図４に示している。
評価１では、作製した全試料について異常個所（デラミネーション等の空隙）の有無を超音波探傷法にて判定し、異常個所のなかった試料の個数から歩留まりを求めた。なお、超音波探傷法とは、音響レンズにより集束した超音波パルスを試料に入射させてそのパルスの反射エコーを検出し、検出信号を画像処理することで映像を取得する非破壊検査方法である。次に、異常の判定を行った３〜５個の試料について断面を鏡面研磨し、さらにデジタル顕微鏡を用い、超音波探傷法で見つかった異常個所がセラミック誘電体層１０５と内部電極層１４１，１４２との間の剥離（デラミネーション）、またはセラミック誘電体層１０５中のクラックであることを確認した。
評価２では、室温において２０Ｖの電圧を３０秒間印加して、評価１で異常の見つかった試料も含めた全ての試料の絶縁抵抗（Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を測定した。ここで、１×１０８Ω以上の試料が９７％以上の歩留まりの場合を合格（○）として以下の評価３を行い、９７％未満の歩留まりの場合には不合格（×）として以下の評価３は行わなかった。
評価３では、絶縁抵抗が１×１０８Ω以上であった１００個の試料について、１５０℃の雰囲気温度で１０Ｖ／μｍの電界を印加して高温加速寿命試験（ＨＡＬＴ：Ｈｉｇｈｌｙ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｌｉｆｅ Ｔｅｓｔ）を行った。故障の判定基準は、絶縁抵抗が１×１０６Ωを下回った時点とし、試料全体の平均故障寿命（ＭＴＴＦ：Ｍｅａｎ Ｔｉｍｅ Ｔｏ Ｆａｉｌｕｒｅ）を算出した。この平均故障寿命の値が大きいものほど長寿命となる。
またここで、焼成前の中間層部１０９に添加した金属粉末の平均粒径及び比表面積は、以下のようにして求めた。具体的には、走査型電子顕微鏡を用い、金属粉末が３００個程度入る視野にてＳＥＭ写真を撮影し、そのＳＥＭ写真を画像解析することで金属粉末の平均粒径を算出した。金属粉末の比表面積は、従来周知のＢＥＴ法により求めた。なお、ＢＥＴ法とは、気相吸着法による粉体の表面測定法の一つであり、吸着等温式を用いて、１ｇの試料が有する総表面積（比表面積）を算出する方法である。
焼成後の中間層部１０９に存在する金属粒子１５４の体積割合及び平均粒径については、セラミック焼結体１０４の厚さ方向に切断した断面を鏡面研磨し、その断面画像を走査型電子顕微鏡を用いて撮影することで求める。具体的には、金属粒子１５４が１００個程度入る視野で反射電子像を撮影する。そして、その視野内に占める金属相の面積割合を画像解析により算出し、１０視野分の面積割合の平均値を金属粒子１５４の体積割合として推定している。また、金属粒子１５４の平均粒径は、金属粒子１５４が１００個程度入る視野で撮影し、断面画像の画像解析によって算出した。
図４に示されるように、実施例１〜１６では、中間層部１０９における金属粒子１５４の体積割合が１．０％〜３０％となるように金属粉末の添加量を調整してセラミックコンデンサ１０１を作製している。また、各実施例１〜１６では、金属粒子１５４の粒径を中間層部１０９の厚さの１／１０以下としている。
より詳しくは、実施例１〜８では、金属粉末として平均粒径が０．４μｍ、比表面積が２．５ｍ２／ｇのニッケル（Ｎｉ）粉末を使用している。実施例９では、平均粒径が０．０５μｍ、比表面積が１３ｍ２／ｇのニッケル粉末を使用している。実施例１０では、平均粒径が２．５μｍ、比表面積が０．４ｍ２／ｇのニッケル粉末を使用している。実施例１１では、平均粒径が０．５μｍ、比表面積が２．３ｍ２／ｇのコバルト（Ｃｏ）粉末を使用している。実施例１２では、平均粒径が０．４μｍ、比表面積が２．５ｍ２／ｇのニッケル粉末と平均粒径が０．５μｍ、比表面積が２．０ｍ２／ｇのコバルト粉末とを１：１の割合で混合した金属粉末を使用している。実施例１３では、ニッケルを９０重量％、コバルトを１０重量％含む合金からなり、平均粒径が０．７μｍ、比表面積が１．５ｍ２／ｇの金属粉末を使用している。実施例１４では、平均粒径が０．５μｍ、比表面積が１５ｍ２／ｇのロジウム（Ｒｈ）粉末を使用している。実施例１５では、平均粒径が０．５μｍ、比表面積が１．２ｍ２／ｇのパラジウム（Ｐｄ）粉末を使用している。実施例１６では、平均粒径が０．５μｍ、比表面積が２．９ｍ２／ｇの白金（Ｐｔ）粉末を使用している。
また、実施例８については、電極積層部１０７を３分割するように２つの中間層部１０９を設けたセラミックコンデンサ１０１Ａを作製している（図５参照）。このセラミックコンデンサ１０１Ａでは、各中間層部１０９をそれぞれ２０μｍの厚さで形成している。また、実施例８以外の実施例１〜７，９〜１６のセラミックコンデンサ１０１については、１つの中間層部１０９を厚さ方向の略中央部に６０μｍの厚さで形成している（図１参照）。
実施例１〜１６のセラミックコンデンサ１０１，１０１Ａのように、触媒作用を持つ金属粒子１５４を中間層部１０９に添加し、その中間層部１０９における金属粒子１５４の体積割合を１％〜３０％とすることで、セラミック焼成時における中間層部１０９の緻密化が可能となる。この結果、評価１のように、セラミック誘電体層１０５と内部電極層１４１，１４２との間のデラミネーションやセラミック誘電体層１０５中のクラックの発生を回避することができ、製品歩留まりを１００％にすることができた。また、実施例１〜１６のセラミックコンデンサ１０１，１０１Ａでは、中間層部１０９に存在する金属粒子１５４の平均粒径が０．４μ〜２．５μｍであり、中間層部１０９の厚さの１／１０以下のサイズとなっている。このため、評価２において十分な絶縁抵抗を得ることができる。さらに、評価３の高温加速寿命においても１１９時間以上の寿命を確保することができた。
一方、比較例１〜３では、実施例１〜８と同様に平均粒径が０．４μｍ、比表面積が２．５ｍ２／ｇのニッケル粉末を使用しているが、金属粒子１５４の体積割合が３０％以上となるようにセラミックコンデンサ１０１を作製している。これら比較例１〜３のセラミックコンデンサ１０１では、中間層部１０９の緻密化が低温から開始されてしまうため、焼成温度における収縮率に差異が生じ、撓みや反り生じてしまう。この結果、評価１のように、デラミネーションやクラックが発生することで、製品歩留まりが低下する。また、中間層部１０９における金属粒子１５４の割合が多くなると、金属粒子１５４同士が接触する。このため、評価２のように絶縁抵抗がとれなくなる。
比較例４では、実施例１〜８と同様に平均粒径が０．４μｍ、比表面積が２．５ｍ２／ｇのニッケル粉末を使用しているが、金属粒子１５４の体積割合が０．５％となるようにセラミックコンデンサ１０１を作製している。この場合、中間層部１０９における金属粒子１５４が少なく十分な触媒作用を得ることができない。このため、中間層部１０９における緻密化が困難となり、デラミネーションやクラックが発生して製品歩留まりが悪化する。さらに、実施例のセラミックコンデンサ１０１よりも高温加速寿命が短くなり、電子部品としての信頼性が低下する。
また、比較例５では、平均粒径が７μｍ、比表面積が０．２ｍ２／ｇのニッケル粉末を使用し、金属粒子１５４の体積割合が１０％となるようにセラミックコンデンサ１０１を作製している。このセラミックコンデンサ１０１では、金属粒子１５４の平均粒径が中間層部１０９の厚さの１／１０以上となるため、十分な電気絶縁性を確保することができない。さらに、比較例６では、平均粒径が０．５μｍ、比表面積が２．０ｍ２／ｇの鉄（Ｆｅ）粉末を使用してセラミックコンデンサ１０１を作製している。この場合、セラミック焼成時にて鉄が酸化して膨張するため、作製した全てのセラミックコンデンサ１０１においてデラミネーションやクラックが発生してしまう。
なお、比較例７では、中間層部１０９に金属粉末を添加しないでセラミックコンデンサ１０１を作製している。このセラミックコンデンサ１０１では、中間層部１０９の緻密化が困難であるため、デラミネーションやクラックが発生し、製品歩留まりが悪化する。また、実施例１〜１６と比較すると、高温加速寿命も短くなる。また、比較例８では、中間層部１０９を形成しないでセラミックコンデンサを作製している。この場合、焼成時において内部電極層１４１，１４２とセラミック誘電体層１０５との収縮率の差によって生じる内部応力を中間層部１０９で吸収することができない。このため、作製される全てのセラミックコンデンサでデラミネーションやクラックが発生してしまう。
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）本実施の形態のセラミックコンデンサ１０１，１０１Ａでは、電極積層部１０７の積層途中となる位置に厚肉のセラミック絶縁層１５２からなる中間層部１０９が設けられている。そして、その中間層部１０９には、セラミック粒子に対して１体積％以上３０体積％以下の割合で金属粒子１５４が混合されている。このように、セラミック粒子に金属粒子１５４を含ませることで、中間層部１０９の焼結開始温度が低下するため、中間層部１０９をより緻密なセラミック焼結体とすることができる。また、焼成前のグリーンシート積層体において、中間層部１０９用のグリーンシートには、有機成分（バインダなどの有機物）が含まれているが、１％以上の体積割合で金属粒子１５４が混合されるため、その有機成分に金属粒子１５４が確実に接触する。本実施の形態で用いられる金属粒子１５４は、ニッケル、コバルト及び白金族から選択される少なくとも１種類の金属または２種類以上の合金の粒子からなる。従って、焼成時には、金属粒子１５４が有機物燃焼用の触媒として作用し、効率よく脱脂されて、有機成分が確実に燃焼する。また、金属粒子１５４の体積割合を３０％以下とすることにより、中間層部１０９において十分な絶縁抵抗を得ることができるとともに、撓みや反りを抑えることができる。さらに、本実施の形態では、中間層部１０９の厚さの１／１０以下の粒径を持つ金属粒子１５４を使用することで、中間層部１０９の電気絶縁性を十分に確保することができる。このように、本実施の形態のセラミックコンデンサ１０１，１０１Ａでは、中間層部１０９における絶縁性を損なうことなくその緻密化が促進される。このため、内部電極層１４１，１４２とセラミック誘電体層１０５とのデラミネーションの発生やセラミック誘電体層１０５中のクラックの発生を確実に防止することができる。
（２）本実施の形態のセラミックコンデンサ１０１，１０１Ａでは、電極積層部１０７において、コンデンサ内ビア導体１３１，１３２が貫通する領域にクリアランスホール１３３，１３４が一層おきに設けられている。従って、電極積層部１０７において、コンデンサ内ビア導体１３１，１３２の周囲は内部電極層１４１，１４２の層数が半分になり、その部分だけ厚さが薄く形成される。本実施の形態では、電極積層部１０７の積層途中に厚肉のセラミック絶縁層１５２からなる中間層部１０９が設けられているので、その厚肉のセラミック絶縁層１５２の延びによって厚みの差を抑制することができる。この結果、電極積層部１０７における複数のセラミック誘電体層１０５の曲げが少なくなり、曲げ部分でのクラックの発生を回避することができる。また、中間層部１０９のセラミック絶縁層１５２が電極積層部１０７のセラミック誘電体層１０５の２０倍以下（本実施の形態では約７倍）の厚みであるため、セラミックコンデンサ１０１における中間層部１０９が占める厚みの割合が著しく大きくなるといった問題が回避される。このため、セラミックコンデンサ１０１のサイズを製品の規格範囲内となるよう抑えることができる。
（３）本実施の形態のセラミックコンデンサ１０１では、電極積層部１０７の中央部位に中間層部１０９が位置している。この場合、焼成前のグリーンシート積層体においてその中央部ほど有機成分が抜け難くなる。しかし、本実施の形態のように中間層部１０９用グリーンシートに金属粒子１５４を混合させることで、その触媒作用により有機成分を確実に燃焼させることができる。
（４）本実施の形態の場合、中間層部用のグリーンシートの形成材料として、比表面積が０．４ｍ２／ｇ以上であり、平均粒径が０．０５μｍ以上の金属粉末を添加している。このように、金属粉末の比表面積を大きくすると、触媒効果を十分に得ることができる。また、金属粉末の平均粒径が０．０５μｍ以上であるので、セラミック材料中に金属粉末を均一に分散させることができる。この結果、焼成時において、金属粉末同士が結合して凝集するといった問題が回避され、絶縁抵抗の低下を防止することができる。また、グリーンシートにおける有機成分の燃焼開始温度が均一になるので、セラミックの緻密化が均一に進行し、デラミネーションの発生が回避される。
（５）本実施の形態のセラミックコンデンサ１０１，１０１Ａでは、電源用コンデンサ内ビア導体１３１及びグランド用コンデンサ内ビア導体１３２がそれぞれ交互に隣接して配置されている。また、電源用コンデンサ内ビア導体１３１及びグランド用コンデンサ内ビア導体１３２を流れる電流の方向が互いに逆向きになるように設定されている。このようにすると、コンデンサ１０１におけるインダクタンス成分の低減化が図られ、イズ吸収や電源変動平滑化のための高速電源供給が可能となる。また、コンデンサ全体の小型化が図りやすい。さらに、小さい割りに高静電容量が達成しやすく、より安定した電源供給が可能となる。
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態のセラミックコンデンサ１０１，１０１Ａでは、電極積層部１０７を２分割または３分割するように１つまたは２つの中間層部１０９を設けるものであったが、これに限定されるものではない。電極積層部１０７を４分割以上にするように３つ以上の中間層部１０９を設けてもよい。また、３つ以上の中間層部１０９を設ける場合、中央部側に配置される中間層部１０９ほどセラミックの緻密化が困難となる。このため、中央部側に位置する中間層部１０９ほど他の中間層部１０９よりも金属粒子１５４の体積割合が多くなるようセラミックコンデンサを構成してもよい。このようにすると、各中間層部１０９においてセラミックの緻密化を過不足なく行うことができ、電子部品としての信頼性を高めることができる。
・上記実施の形態のセラミックコンデンサ１０１では、カバー層部１０８を構成するセラミック絶縁層１５０は、金属粒子１５４を含まずに形成されていたが、中間層部１０９と同様に金属粒子１５４を含有するセラミック絶縁層にてカバー層部１０８を構成してもよい。この場合、中間層部１０９と同じサイズの粒径の金属粒子１５４を含んでカバー層部１０８を形成してもよいし、中間層部１０９よりも粒径が大きな金属粒子１５４を含んでカバー層部１０８を形成してもよい。ここで、金属粒子１５４の粒径を大きくすると、カバー層部１０８の強度を十分に高めることができ、実用上好ましいものとなる。また、カバー層部１０８は表層部にあるため、中間層部１０９のような緻密化の問題は生じ難く、セラミック絶縁層１５０に含まれる有機成分を容易に脱脂できる。このため、カバー層部１０８のセラミック絶縁層１５０において、金属粒子１５４の体積割合が中間層部１０９のセラミック絶縁層１５２よりも小さくなるように金属粒子１５４を添加してもよい。
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
（１）手段１において、前記金属粒子は、有機物燃焼用触媒の機能を有することを特徴とする電子部品。
（２）手段１において、前記カバー層部は、前記金属粒子を含まないことを特徴とする電子部品。
（３）手段１において、前記カバー層部には、前記中間層部に含まれる前記金属粒子よりも粒径が大きな金属粒子が添加されていることを特徴とする電子部品。
（４）手段１において、前記カバー層部には、前記中間層部に含まれる前記金属粒子の体積割合よりも少なくなるよう前記金属粒子が添加されていることを特徴とする電子部品。
（５）手段１において、前記中間層部は、前記電極積層部をｎ分割（ｎは３以上の自然数）するよう複数の位置に設けられ、中央部位に位置する中間層部は、他の中間層部よりも金属粒子の体積割合が多くなっていることを特徴とする電子部品。
（６）手段１に記載の電子部品の製造方法であって、前記中間層部の形成材料に、比表面積が０．４ｍ２／ｇ以上であり、平均粒径が０．０５μｍ以上の金属粉末を添加するようにしたことを特徴とする電子部品の製造方法。
１０１，１０１Ａ…電子部品としてのセラミックコンデンサ
１０５…セラミック絶縁層としてのセラミック誘電体層
１０７…電極積層部
１０８…カバー層部
１０９…中間層部
１３１…ビア電極としての電源用コンデンサ内ビア導体
１３２…ビア電極としてのグランド用コンデンサ内ビア導体
１４１…内部電極層としての電源用内部電極層
１４２…内部電極層としてのグランド用内部電極層
１５０…カバー層部を構成するセラミック絶縁層
１５２…中間層部を構成する厚肉のセラミック絶縁層
１５４…金属粒子
１０５…セラミック絶縁層としてのセラミック誘電体層
１０７…電極積層部
１０８…カバー層部
１０９…中間層部
１３１…ビア電極としての電源用コンデンサ内ビア導体
１３２…ビア電極としてのグランド用コンデンサ内ビア導体
１４１…内部電極層としての電源用内部電極層
１４２…内部電極層としてのグランド用内部電極層
１５０…カバー層部を構成するセラミック絶縁層
１５２…中間層部を構成する厚肉のセラミック絶縁層
１５４…金属粒子
Claims (5)
- 複数のセラミック絶縁層及び複数の内部電極層を積層してなる電極積層部と、
前記電極積層部の積層方向の外面を覆うように設けられたセラミック絶縁層からなるカバー層部と、
前記電極積層部の積層途中となる位置に設けられ、前記電極積層部を構成するセラミック絶縁層よりも厚肉のセラミック絶縁層からなる中間層部と、
前記電極積層部の積層方向に延びて前記複数の内部電極層に接続された複数のビア電極とを備えた電子部品であって、
前記中間層部は、自身の厚さの１／１０以下の粒径を持つ金属粒子がセラミック粒子に対して１体積％以上３０体積％以下の割合で混合された材料により形成されている
ことを特徴とする電子部品。 - 前記金属粒子は、ニッケル、コバルト及び白金族から選択される少なくとも１種類の金属または２種類以上の合金の粒子からなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
- 前記中間層部を構成する厚肉のセラミック絶縁層は、前記電極積層部を構成するセラミック絶縁層の２０倍以下の厚みを有することを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品。
- 前記中間層部は、前記電極積層部の積層方向における中央部位に位置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子部品。
- 前記電子部品は、前記セラミック絶縁層が誘電体層として機能するセラミックコンデンサであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子部品。
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