JP6470228B2 - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents
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Description
本発明は、金属粒子と誘電体粒子とを含む外部電極を用いた積層セラミックコンデンサに関する。
従前の積層セラミックコンデンサでは、コンデンサ本体に対する外部電極の密着力を高めるために、外部電極ペーストとして、コンデンサ本体の内部電極層を除く部分の主成分である誘電体材料を共材として含有したものを、外部電極作製時に用いることが知られている（例えば特許文献１を参照）。この外部電強ペーストは、例えばコンデンサ本体の表面一部に塗布し乾燥した後に焼き付け処理（焼成処理）を施すことによって所期の外部電極となる。
ところで、共材を含有した外部電極ペーストを用いて作製された外部電極は、誘電体粒子と金属粒子の結合箇所での割れが発生するおそれがあり、誘電体粒子を含まない場合に比べて、外部電極の膜面内方向への強度が低下し、ビッカース硬度等の硬度が低下する懸念がある。とりわけ、この懸念は、積層セラミックコンデンサに対する小型化の要求を満足するために、外部電極の厚さを薄くした場合、例えば１０μｍ以下とした場合に大きくなる。
本発明の課題は、金属粒子と誘電体粒子とを含む外部電極を用いた場合でも外部電極の硬度低下を抑制できる積層セラミックコンデンサを提供することにある。
前記課題を解決するため、本発明に係る積層セラミックコンデンサは、金属粒子と誘電体粒子とを含む外部電極を用いた積層セラミックコンデンサであって、前記外部電極における前記金属粒子と前記誘電体粒子との界面に、前記金属粒子と同一金属元素の金属酸化物が存在している。
本発明に係る積層セラミックコンデンサによれば、金属粒子と誘電体粒子とを含む外部電極を用いた場合でも外部電極の硬度低下を抑制できる。
先ず、図１及び図２を用いて、本発明を適用した積層セラミックコンデンサ１０の構造について説明する。この説明では、図１（Ａ）の左右方向を長さ方向、図１（Ａ）の上下方法を幅方向、図１（Ｂ）の上下方向を高さ方向と表記するとともに、各方向に沿う寸法を長さ、幅、高さと表記する。
積層セラミックコンデンサ１０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示したように、略直方体状のコンデンサ本体１１と、コンデンサ本体１１の長さ方向一端部に設けられた第１外部電極１２と、コンデンサ本体１１の長さ方向他端部に設けられた第２外部電極１３とを備えている。
コンデンサ本体１１は、図１（Ｂ）に示したように、複数の内部電極層１１ａ１が誘電体層１１ａ２を介して積層された容量部１１ａと、容量部１１ａの高さ方向両側それぞれを覆う誘電体カバー部１１ｂとを有している。複数の内部電極層１１ａ１は略同じ矩形状輪郭と略同じ厚さを有しており、これらの端縁は高さ方向において第１外部電極１２と第２外部電極１３に交互に接続されている。なお、図１（Ｂ）では、図示の便宜上、計１２の内部電極層１１ａ１を描いているが、内部電極層１１ａ１の数に特段の制限はない。
コンデンサ本体１１の内部電極層１１ａ１を除く部分、即ち、容量部１１ａの各誘電体層１１ａ２の主成分と各誘電体カバー部１１ｂの主成分は、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、ジルコン酸カルシウム、チタン酸ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸バリウム、酸化チタン等の誘電体材料（誘電体セラミック材料）である。また、各内部電極層１１ａ１の主成分は、ニッケル、銅、パラジウム、銀、これらの合金等の金属材料である。
第１外部電極１２は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示したように、コンデンサ本体１１の長さ方向一端面を覆う部分と、コンデンサ本体１１の幅方向両面の一部を覆う部分と、コンデンサ本体１１の高さ方向両面の一部を覆う部分とを連続して有しており、幅方向両面の一部を覆う部分と高さ方向両面の一部を覆う部分の長さは略同じである。第２外部電極１３は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示したように、コンデンサ本体１１の長さ方向他端面を覆う部分と、コンデンサ本体１１の幅方向両面の一部を覆う部分と、コンデンサ本体１１の高さ方向両面の一部を覆う部分とを連続して有しており、幅方向両面の一部を覆う部分と高さ方向両面の一部を覆う部分の長さは略同じである。ちなみに、第１外部電極１２と第２外部電極１３それぞれの厚さは、コンデンサ本体１１のサイズに拘わらず５〜３０μｍの範囲内、薄型の場合には５〜１０μｍの範囲内で設定されている。
第１外部電極１２と第２外部電極１３それぞれの主成分は、ニッケル、銅、パラジウム、銀、これらの合金等の金属材料、好ましくはニッケル、銅等の卑金属材料（卑金属の合金も含む）である。また、第１外部電極１２と第２外部電極１３は、副成分として、コンデンサ本体１１の内部電極層１１ａ１を除く部分の主成分である誘電体材料（先に述べたチタン酸バリウム等）を含んでいる。
走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ−ＥＤＸ）によって得た画像に基づいて描いた図２から分かるように、第１外部電極１２と第２外部電極１３それぞれは、前記主成分対応の金属粒子ＭＰと前記副成分対応の誘電体粒子ＤＰとが入り交じって相互に密着している態様となっている。また、金属粒子ＭＰと誘電体粒子ＤＰとの界面には、金属粒子ＭＰと同一金属元素の金属酸化物ＭＯが存在している。この金属酸化物ＭＯは、金属粒子ＭＰと誘電体粒子ＤＰとの界面全体に及んで存在する訳ではなく、両者の界面に断続的に存在している。ちなみに、金属酸化物ＭＯの厚さは、概ね５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内にある。
一例を挙げて補足すれば、第１外部電極１２と第２外部電極１３それぞれの主成分がニッケルで副成分がチタン酸バリウムの場合、図２に示した金属粒子ＭＰはニッケル粒子、誘電体粒子ＤＰはチタン酸バリウム粒子、金属酸化物ＭＯはニッケル酸化物である。
次に、図１及び図２に示した積層セラミックコンデンサ１０の製法例について説明する。なお、ここで説明する製法はあくまでも一例であって、図１及び図２に示した積層セラミックコンデンサ１０の製法を制限するものではない。
容量部１１ａの各誘電体層１１ａ２の主成分と各誘電体カバー部１１ｂの主成分がチタン酸バリウムで、各内部電極層１１ａ１の主成分がニッケルで、第１外部電極１２と第２外部電極１３それぞれの主成分がニッケルである積層セラミックコンデンサ１０を製造するときには、先ず、セラミックスラリーとして、チタン酸バリウム粉末と、有機溶剤と、有機バインダーと、必要に応じて分散剤等の添加剤を含有したスラリーを用意する。また、内部電極ペーストとして、ニッケル粉末と、有機溶剤と、有機バインダーと、必要に応じて分散剤等の添加剤を含有したペーストを用意する。さらに、外部電極ペーストとして、ニッケル粉末と、共材としてのチタン酸バリウム粉末と、酸化促進剤としての酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末と、有機溶剤と、有機バインダーと、必要に応じて分散剤等の添加剤を含有したペーストを用意する。なお、外部電極ペーストにおける酸化マグネシウムの粉末は、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）等の酸素元素を含む他のマグネシウム化合物の粉末で代用してもよい。
続いて、キャリアフィルムの表面にセラミックスラリーを塗工して乾燥することにより、第１シートを作製する。また、この第１シートの表面に内部電極ペーストを印刷して乾燥することにより、内部電極層パターン群が形成された第２シートを作製する。
続いて、第１シートから取り出した単位シートを所定枚数に達するまで積み重ねて熱圧着する作業を繰り返すことにより、一方の誘電体カバー部１１ｂに対応した部位を形成する。続いて、第２シートから取り出した単位シート（内部電極層パターン群を含む）を所定枚数に達するまで積み重ねて熱圧着する作業を繰り返すことにより、容量部１１ａに対応した部位を形成する。続いて、第１シートから取り出した単位シートを所定枚数に達するまで積み重ねて熱圧着する作業を繰り返すことにより、他方の誘電体カバー部１１ｂに対応した部位を形成する。最後に、積み重ねられた全体を本熱圧着することにより、未焼成積層シートを作製する。
続いて、未焼成積層シートを格子状に切断することにより、コンデンサ本体１１に対応した未焼成コンデンサ本体を作製する。続いて、ディップやローラ塗布等の手法によって、未焼コンデンサ本体の長さ方向両端部それぞれに外部電極ペーストを塗布して乾燥することにより、未焼成外部電極を作製する。続いて、未焼成外部電極を有する未焼成コンデンサ本体を焼成炉に投入し、還元雰囲気下で、且つ、チタン酸バリウムとニッケルに応じた温度プロファイルにて多数個一括で焼成（脱バインダ処理と焼成処理を含む）を行う。
以上の製法例によって製造された積層セラミックコンデンサ１０の場合、第１外部電極１２と第２外部電極１３それぞれは、ニッケル粒子（図２の金属粒子ＭＰを参照）とチタン酸バリウム粒子（図２の誘電体粒子ＤＰを参照）が入り交じって相互に密着している態様となる。また、ニッケル粒子とチタン酸バリウム粒子との界面には、酸化促進剤の作用によって形成された、ニッケル粒子と同一元素のニッケル酸化物、具体的には一酸化ニッケル（ＮｉＯ、図２の金属酸化物ＭＯを参照）が断続的に存在する。
次に、図１及び図２に示した積層セラミックコンデンサ１０によって得られる効果について説明する。
図１及び図２に示した積層セラミックコンデンサ１０によれば、金属粒子ＭＰと誘電体粒子ＤＰとを含む第１外部電極１２及び第２外部電極１３を用いた場合でも、金属粒子ＭＰと誘電体粒子ＤＰとの界面に金属粒子ＭＰと同一元素の金属酸化物ＭＯが存在しているため、この金属酸化物ＭＯによって金属粒子ＭＰと誘電体粒子ＤＰとの結合力を増加して、第１外部電極１２と第２外部電極１３それぞれの硬度低下を抑制できる。しかも、この硬度低下の抑制によって、第１外部電極１２と第２外部電極１３それぞれがコンデンサ本体１１から剥離する現象も抑制できる。
また、金属酸化物ＭＯが金属粒子ＭＰと誘電体粒子ＤＰとの界面に断続的に存在しているため、金属酸化物ＭＯと金属粒子ＭＰとの界面での格子定数の違い等に由来する歪が低減し、残留応力が低下するとともに、金属酸化物ＭＯと誘電体粒子ＤＰの接触面積が確保されるため、界面の強度が増し、結果として、外部電極の膜全体の硬度が向上する。さらに、金属粒子ＭＰを卑金属元素の金属粒子とすれば、貴金属元素の金属粒子を用いる場合に比べてコスト低減に貢献できる。
なお、図１に示した第１外部電極１２と第２外部電極１３それぞれの形状は、図３（Ａ）に示した形状であったもよい。即ち、図３（Ａ）に示した第１外部電極１２-1は、コンデンサ本体１１の長さ方向一端面を覆う部分と、コンデンサ本体１１の高さ方向両面の一部を覆う部分とを連続して有しており、第２外部電極１３-1は、コンデンサ本体１１の長さ方向他端面を覆う部分と、コンデンサ本体１１の高さ方向両面の一部を覆う部分とを連続して有している。また、図１に示した第１外部電極１２と第２外部電極１３それぞれの形状は、図３（Ｂ）に示した形状であってもよい。即ち、図３（Ｂ）に示した第１外部電極１２-2は、コンデンサ本体１１の長さ方向一端面を覆う部分と、コンデンサ本体１１の高さ方向一面の一部を覆う部分とを連続して有しており、第２外部電極１３-2は、コンデンサ本体１１の長さ方向他端面を覆う部分と、コンデンサ本体１１の高さ方向一面の一部を覆う部分とを連続して有している。つまり、図３（Ａ）に示した外部電極形状であっても、図３（Ｂ）に示した外部電極形状であっても、前記同様の効果を得ることができる。
また、図１に示した第１外部電極１２と第２外部電極１３それぞれの層構造は、図３に示した第１外部電極１２-1と第２外部電極１３-1、並びに、第１外部電極１２-2と第２外部電極１３-2を含め、必ずしも単層構造である必要はない。つまり、第１外部電極と第２外部電極それぞれの表面にメッキ膜等の別の金属膜を１層以上形成した多層構造としても、前記同様の効果を得ることができる。
さらに、図１を用いた説明では、積層セラミックコンデンサ１０の長さ、幅及び高さの関係やこれらの寸法値を明示していないが、長さ、幅及び高さの関係は長さ＞幅＝高さの他、長さ＞幅＞高さや、長さ＞高さ＞幅や、幅＞長さ＝高さや、幅＞長さ＞高さや、幅＞高さ＞長さであってもよく、長さ、幅及び高さの寸法値にも特段の制限はない。つまり、積層セラミックコンデンサ長さ、幅及び高さの関係やこれら寸法値が如何様な場合でも、前記同様の効果を得ることができる。
１０…積層セラミックコンデンサ、１１…コンデンサ本体、１１ａ…容量部、１１ａ１…内部電極層、１１ａ２…誘電体層、１１ｂ…誘電体カバー部、１２，１２-1，１２-2…第１外部電極、１３，１３-1，１３-2…第２外部電極、ＭＰ…金属粒子、ＤＰ…誘電体粒子、ＭＯ…金属酸化物。
Claims (3)
- 金属粒子と誘電体粒子とを含む外部電極を用いた積層セラミックコンデンサであって、
前記外部電極における前記金属粒子と前記誘電体粒子との界面に、前記金属粒子と同一金属元素の金属酸化物が存在している、
積層セラミックコンデンサ。 - 前記金属酸化物は、前記金属粒子と前記誘電体粒子との界面に断続的に存在している、
請求項１に記載の積層セラミックコンデンサ。 - 前記金属粒子の金属元素は、卑金属元素である、
請求項１又は２に記載の積層セラミックコンデンサ。
Priority Applications (2)
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