JP7171171B2 - セラミック電子部品及びセラミック電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
このような現象を防止するため、以下のような技術が知られている。
例えば特許文献1には、導電性ペーストに主成分となり得る金属粉末よりも高い融点の金属添加物を加えて焼き付けするセラミック電子部品の製造方法が記載されている。
特許文献2には、外部電極用のペーストを塗布した後、金属粉を付着させた状態で焼き付けを行うセラミック電子部品の製造方法が記載されている。
特許文献3には、外部電極の焼き付け時に融着を防止しながら各チップを配置するチップ状電子部品用トレーを用いたセラミック電子部品の製造方法が記載されている。
また、特許文献3に記載の製造方法は、各チップを配置するためのチップ状電子部品用トレーが必要であった。
このように、特許文献1~3に記載の解決方法は、いずれもコストや工数が増加するという問題があった。
上記セラミック素体は、内部電極を有する。
上記外部電極は、Ba、Zn、Si及びOを含む複数の結晶粒子を有し、上記内部電極と接続され上記セラミック素体の表面に形成される。
上記複数の結晶粒子は、棒状結晶粒子であってもよい。
これにより、結晶粒子が外部電極表面側に多く析出し、当該表面からのガラスの析出を抑制することができる。したがって、ガラスが溶融することによる部品間の融着をより効果的に防止することができる。
上記セラミック素体の表面に、バリウム(Ba)、亜鉛(Zn)及びケイ素(Si)を含む電極材料が塗布される。
上記電極材料を加湿された雰囲気下で焼き付けることで、Ba、Zn、Si及びOを含む結晶粒子が析出され、上記内部電極と接続された外部電極が形成される。
図面には、相互に直交するX軸、Y軸、及びZ軸が適宜示されている。X軸、Y軸、及びZ軸は全図において共通である。
なお、セラミック素体11は、図1~3に示すような直方体形状でなくてもよい。例えば、セラミック素体11の各面は曲面であってもよく、セラミック素体11は全体として丸みを帯びた形状であってもよい。
内部電極12,13は、典型的にはニッケル(Ni)を主成分として構成され、積層セラミックコンデンサ10の内部電極として機能する。なお、内部電極12,13は、ニッケル以外に、銅(Cu)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)の少なくとも1つを主成分としていてもよい。
上記高誘電率の誘電体セラミックスとして、チタン酸バリウム(BaTiO3)系材料の多結晶体、つまりバリウム(Ba)及びチタン(Ti)を含むペロブスカイト構造の多結晶体が用いられる。これにより、大容量の積層セラミックコンデンサ10が得られる。
なお、セラミック層18は、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)系、チタン酸カルシウム(CaTiO3)系、チタン酸マグネシウム(MgTiO3)系、ジルコン酸カルシウム(CaZrO3)系、チタン酸ジルコン酸カルシウム(Ca(Zr,Ti)O3)系、ジルコン酸バリウム(BaZrO3)系、酸化チタン(TiO2)系などで形成されてもよい。
保護部17は、容量形成部16におけるX軸方向両端面以外の面を被覆する。保護部17は、主に、容量形成部16の周囲を保護し、内部電極12,13の絶縁性を確保する機能を有する。
以下、保護部17の両主面11e,11f側の領域をカバー領域、両側面11c,11d側の領域をサイドマージン領域と称する。
外部電極14,15は、端面11a,11bを覆い、かつ、両側面11c,11d及び両主面11e,11fに延出していてもよい。この場合、外部電極14,15のいずれにおいても、X-Z平面に平行な断面及びX-Y平面に平行な断面の形状がU字状となっている。
図4は、外部電極14,15をZ軸方向から見た拡大断面図である。図5は、外部電極14,15の表面Sの拡大平面図である。
表面領域R1は、外部電極14,15の厚み方向(例えばX軸方向)に直交する方向(例えばZ軸方向)から見た外部電極14,15の断面において、外部電極14,15の厚み方向の中心に沿って延在する仮想的な中心線Lよりも外部電極14,15の表面S側の領域をいうものとする。
内部領域R2は、上記外部電極14,15の上記断面において、中心線Lよりもセラミック素体11側の領域をいうものとする。
図6は、積層セラミックコンデンサ10の製造方法を示すフローチャートである。図7及び図8は、積層セラミックコンデンサ10の製造過程を示す図である。以下、積層セラミックコンデンサ10の製造方法について、図6に沿って、図7及び図8を適宜参照しながら説明する。
ステップS01では、容量形成部16を形成するための第1セラミックシート101及び第2セラミックシート102と、保護部17のカバー領域を形成するための第3セラミックシート103と、を準備する。そして、図7に示すように、これらのセラミックシート101,102,103を積層し、未焼成のセラミック素体111を作製する。
ステップS02では、ステップS01で得られた未焼成のセラミック素体111を焼結させることにより、図1~3に示すセラミック素体11を作製する。つまり、ステップS02により、容量形成部116が容量形成部16になり、保護部117が保護部17になる。
ステップS03では、ステップS02で得られたセラミック素体11の表面に電極材料を塗布する。
金属粉末全体におけるフレーク状の金属粉末の割合は、例えば、60%以上95%以下とすることができる。これにより、棒状結晶粒子Pを多く析出させつつ、焼き付け後の電極の密度も十分に高めることができる。
ステップS04では、塗布された電極材料を焼き付けることで、バリウム(Ba)、亜鉛(Zn)、ケイ素(Si)及び酸素(O)を含む棒状結晶粒子が析出され、内部電極12,13と接続された外部電極14,15を形成する。
本実施形態の積層セラミックコンデンサ10は、バリウム(Ba)、亜鉛(Zn)及びケイ素(Si)を含む電極材料を、加湿された雰囲気下で焼き付けることで、Ba,Zn,Si及び酸素(O)を含む棒状結晶粒子Pを析出させることができる。これにより、焼き付け時に、ガラスが溶融することによる積層セラミックコンデンサ10間の融着を防止することができる。
電極材料の焼き付け時に、昇温とともにケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、バリウム(Ba)等のガラス成分が溶融し液相焼結する。これと同時に、Zn等の元素を中心とする棒状結晶粒子Pの種結晶が形成され、ガラス成分の一部を取り込んで当該結晶が成長することで、棒状結晶粒子Pが形成されると推測される。さらに、加湿された雰囲気下で焼き付けることにより、水蒸気の存在によって棒状結晶粒子Pに含まれる元素の気化が抑制され、棒状結晶粒子Pの析出を促進できると考えられる。
本実施形態の実施例及び比較例として、上記の製造方法に基づいて積層セラミックコンデンサ10のサンプルを作製し、外部電極の焼き付けの雰囲気と棒状結晶粒子の析出有無、部品間の融着の度合い等について調べた。
実施例1,2,及び3及び比較例のサンプルは、いずれも、バリウム(Ba)、亜鉛(Zn)及びケイ素(Si)と、銅粉とを含む電極材料をセラミック素体11の端面11a,11bにディップ工法により塗布し、焼き付けた。焼き付けの雰囲気は、実施例1~3では、窒素ガスに水分を含ませ加湿したもの(加湿の有無:あり)とし、比較例は、窒素ガスに水分を含ませないものとした(加湿の有無:なし)。実施例1~3の各サンプルの露点温度は表に示す。また、焼き付けは、各実施例及び比較例とも、2000個のサンプルを密集させた状態で行った。
図9に、解析結果の一例を示す。図中の符号Eは、実施例2の結果を示し、Cは比較例の結果を示す。また、ピークに付された記号のうち、丸印は銅(Cu)を示し、四角印はチタン酸バリウム(BaTiO3)を示し、三角印はバリウム亜鉛シリケート(BaZnSiO4)を示す。
一方で、実施例2の外部電極14,15の表面Sからは、Cu、BaTiO3に加えてBaZnSiO4も検出された。
この結果から、実施例1~3で観察された棒状結晶粒子は、BaZnSiO4であり、本実施形態の棒状結晶粒子Pであることが確認された。
11…セラミック素体
12,13…内部電極
14,15…外部電極
P…棒状結晶粒子
R1…表面領域
R2…内部領域
Claims (9)
- 内部電極を有するセラミック素体と、
Ba、Zn、及びSiを主成分とするガラス成分を含有するとともに、Ba、Zn、Si及びOを主成分として含み、かつBを含まない複数の棒状結晶粒子を有し、前記複数の結晶粒子の少なくとも一部が表面に析出し、前記内部電極と接続され前記セラミック素体の表面に形成された焼結金属膜である外部電極と
を具備するセラミック電子部品。 - 請求項1に記載のセラミック電子部品であって、
前記外部電極を、前記外部電極の表面から前記外部電極の厚みの半分の深さ以内の表面領域と、前記表面領域と前記セラミック素体に隣接する内部領域とに区分したときに、前記複数の結晶粒子は、前記内部領域よりも前記表面領域に多く分布する
セラミック電子部品。 - 請求項1又は2に記載のセラミック電子部品であって、
前記複数の結晶粒子は、それぞれ、長手方向に20μm以下の長さを有する
セラミック電子部品。 - 請求項1から3のうちいずれか一項に記載のセラミック電子部品であって、
前記外部電極は、銅を含む
セラミック電子部品。 - 請求項1から4のうちいずれか一項に記載のセラミック電子部品であって、
前記外部電極の表面にメッキ膜をさらに具備する
セラミック電子部品。 - 内部電極を有するセラミック素体を形成し、
前記セラミック素体の表面に、Ba、Zn及びSiを主成分とするガラス成分を含む電極材料を塗布し、
前記電極材料を加湿された雰囲気下で焼き付けることで、Ba、Zn、Si及びOを主成分として含み、かつBを含まない棒状結晶粒子が表面に析出され、前記内部電極と接続された焼結金属膜である外部電極を形成する
セラミック電子部品の製造方法。 - 請求項6に記載のセラミック電子部品の製造方法であって、
前記電極材料は、フレーク状の金属粉末を含む
セラミック電子部品の製造方法。 - 請求項6又は7に記載のセラミック電子部品の製造方法であって、
前記電極材料は、銅を含む
セラミック電子部品の製造方法。 - 請求項6から8のうちいずれか一項に記載のセラミック電子部品の製造方法であって、
前記外部電極の表面にメッキ膜を形成する
セラミック電子部品の製造方法。
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