JPH0133928B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、厚膜コンデンサの製造方法、特に回
路基板上に他の電子部品と集積化して直接作りこ
むことができ、回路の集積小型化が図れて、実装
の手間を除くことができ、また、接着のための成
分を必要としない厚膜コンデンサの製造方法に関
するものである。

粒界障壁を利用した境界層型（粒界層型ともい
う）のセラミツクコンデンサは、比較的小型で大
容量のものが得られ、耐圧も高く熱的安定性にも
優れていることから、電子回路に広く用いられる
ようになつてきた。その代表的なものとして、チ
タン酸ストロンチウム（SrTiO₃）およびチタン
酸バリウム（BaTiO₃）を主成分とする境界層型
セラミツクコンデンサがある。その組成や製法に
は種々あるが、基本的には、半導体化した
SrTiO₃結晶粒子またはBaTiO₃結晶粒子と、添加
物によつて形成された境界層（障壁）からなる微
細構造を有しており、その大きな静電容量は粒界
に依存している。

SrTiO₃境界層型セラミツクコンデンサの代表
的なものとしては、SrTiO₃に0.5モル％前後の
Bi₂O₃とMnO₂を加え、円板状に成型して、1000
℃以上の温度の窒素雰囲気中で焼成した後、800
℃前後の温度の酸化性雰囲気中で粒界に添加物の
酸化物膜を形成することによつて得られる。たと
えば、特開昭51−147751号公報には、TiO₂と
SrOに微量の金属タンタルを加え、中性または還
元性の雰囲気中において1350〜1380℃の範囲内の
温度で焼成し、得られた焼結体の表面にCu₂O、
Bi₂O₃、Pb₃O₄およびMnO₂などを塗布し、1100
〜1300℃の温度の空気中において拡散させること
により、良好な特性の境界層型磁器コンデンサの
得られることが記載されている。

このような境界層型のセラミツクコンデンサに
おいて、静電容量の大きさは電極間に直列に接続
された粒界の数に反比例する。したがつて、静電
容量は素子厚みで制御することができる。しか
し、焼結体であるため、ある程度以上薄いものを
得ることは製造技術的に困難である。通常の研磨
技術によつて得られるSrTiO₃境界層型セラミツ
クコンデンサの厚みは、もつとも薄いもので
300μｍ程度である。BaTiO₃境界層型セラミツク
コンデンサについても同様である。

このような境界層型磁器コンデンサの優れた性
質を活かして大容量化を図るために、磁器シート
と電極とを複数枚積層し一体化して焼成すること
で小型、大容量積層磁器コンデンサが得られるこ
とが知られている（例：特開昭55−72023号公
報）。

一方、近年、半導体IC、LSIの発展に伴い、電
子部品が急速に小型、軽量化されており、これら
を利用して、各種の小型軽量民生用電子機器が開
発されている。そのためには、もつと小型、軽量
で回路にコンパクトに組み込める、すなわち回路
基板上に他の電子部品と集積化して直接作りこむ
ことができ、回路の集積小型化が図れ、実装の手
間のいらない大容量コンデンサが必要とされてい
る。

境界層型磁器コンデンサまたは積層磁器コンデ
ンサは、回路基板に実装する場合、各電極に形成
された電極と回路端子とをリード線で接続する必
要がある。電極を直接半田付けできるようにチツ
プ化したものもあるが、いずれにしても十分な集
積小型化は困難であり、また実装の手間を必要と
する。

このような難点を改善するために、塗布技術な
どを用いた種々の厚膜コンデンサが知られてい
る。しかし、従来の厚膜コンデンサの製造方法で
は、基板との接着を図るために、コンデンサとし
ては本来不必要な成分が加えられる。たとえば特
開昭51−45271号公報には、誘電体成分にガラス
成分とペースト成分を適当な混練してペースト状
とし、塗布技術によつて基板上に塗布し、焼き付
ける方法が記載されている。ガラス成分は、通常
硼素、珪素またはこれらの化合物を主成分とする
ものであり、これらの誘電率は２〜５程度で、磁
器コンデンサに用いる通常の材料の誘電率よりも
桁違いに小さい。したがつて、これら誘電率の小
さい成分を含まざるを得ない塗布焼付け型の厚膜
コンデンサにおいては、100％誘電体成分からな
る磁器コンデンサよりも、同じ寸法、形状におい
て、特性のよいものは得られない。

本発明はこのような従来の方法にあつた課題を
解決するためになされたもので、回路基板上に他
の電子部品と集積化して直接作り込むことがで
き、回路の集積小型化が図れ、実装の手間のいら
ない、基板との接着のための成分を必要としない
厚膜コンデンサの製造方法を提供するものであ
る。

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例 １ 研磨、洗浄されたアルミナセラミツク基板に、
白金ペーストを印刷し、1050℃の温度で焼付けを
した。次に、印刷焼付けられた白金電極上に、
SrTiO₃が97.6モル％、MnO₂が0.4モル％、SiO₂
が1.6モル％、Bi₂O₃が0.4モル％である組成の粉
体を、ブラズマ溶射法によつて吹き付け、約
100μｍの厚膜を形成した。その後、温度1100℃
の窒素中で熱処理を施し、冷却させてから、温度
800℃の空気中で再度熱処理をした。さらに、前
記厚膜の上面に、マスクを用いてAlの蒸着電極
を設けた。

図に上述のようにして得られた素子の断面の構
造を示す。図において、１はアルミナセラミツク
基板、２は白金電極、３はSrTiO₃を主成分とす
る膜、４はAl電極である。

この素子の電極２，４の誘電特性を調べた結
果、約0.01μF／mm²の静電容量を有することがわか
つた。これは、コンデンサとして十分利用できる
値である。

走査型電子顕微鏡を用いて膜の微細構造を調べ
た結果、SrTiO₃を主成分とする膜の厚みは約50μ
ｍに収縮しており、細かいSrTiO₃微結晶粒子と
添加物の一部分が析出した粒界層領域とからなつ
ていることがわかつた。

次に、比較のために、熱処理を施していない、
SrTiO₃を主成分とする膜に、同様にしてAl電極
を設けて誘電特性を測定したところ、この素子の
場合には0.001μF／mm²以下の静電容量しか得られ
ず、コンデンサとして用いるのに不適当であつ
た。

この膜について走査型電子顕微鏡を用いて微細
構造を観察した結果、SrTiO₃を主成分とする膜
は均質な膜となつており、本実施例で見られたよ
うな粒界構造は認められなかつた。

これから明らかなように、実施例ではプラズマ
溶射という手法によつて、接着のためのガラス成
分を必要とせずに、焼結タイプのSrTiO₃境界層
型セラミツクコンデンサと同一組成からなる厚膜
を基板上に形成し、そこに熱処理によつて添加物
を析出させ、SrTiO₃微結晶粒子と粒界層を形成
させており、厚膜であるにもかかわらず、焼結タ
イプのSrTiO₃境界層型セラミツクコンデンサに
劣らない優れた特性の境界層型セラミツクコンデ
ンサが得られる。また、この境界層型セラミツク
コンデンサは、プラズマ溶射時に金属などからな
るマスクを用いることにより、基板上の必要な場
所にのみ溶射し、回路基板上の必要部分にのみコ
ンデンサを形成することができる。

したがつて、耐熱性の部品であれば、溶射前に
溶射されない部分に作り込んでおくことができ、
また耐熱性に問題がある部品については、容射熱
処理後に形成することにより、一体に集積化する
ことができる。

なお、本実施例では特定の原料を用いた場合に
ついて説明したが、SrTiO₃を主成分とし、粒界
で大きな静電容量を生ずるのに有効な添加物を含
むものであれば、いずれを用いても同様の手法で
厚膜コンデンサを形成し得ることは明らかであ
り、実際に各種希土類元素やBaTiO₃などを添加
物として含むものを用いても、同様のプロセスで
厚膜コンデンサを形成することができる。また本
実施例では、熱処理の温度を1100℃および800℃
としたが、粒界が形成される温度以上であれば、
コンデンサとしての性能を示すことがわかつた。
本実施例の組成の場合には500℃以上の温度での
熱処理によつてコンデンサとしての特性が得られ
た。すなわち、熱処理温度を、粒界の形成される
温度、言い換えれば、熱によつて膜内でSrTiO₃
の微結晶化が起こり、その粒界に添加物が偏析し
始める温度以上とすれば、コンデンサとしての性
質を示すことがわかつた。

基板上に形成する電極は、膜の熱処理温度で抵
抗が大幅に上昇するものでなければ、白金にこだ
わる必要はなく、たとえば金などを用いてもよ
い。

実施例 ２ BaTiO₃が99.4モル％で、Dy₂O₃が0.1モル％、
SiO₂が0.5モル％である原料粉末を使用し、実施
例１と同一の手法で、図に示す構造の素子を作製
した。

この実施例においても、SrTiO₃の場合とほぼ
同等の誘電特性が得られ、コンデンサとして十分
使用できることがわかつた。すなわち、実施例１
で主成分として用いたSrTiO₃に代えてBaTiO₃を
用いても、同様の製法により良好な特性の厚膜コ
ンデンサの得られることがわかつた。

その微細構造を観察した結果、実施例１とほぼ
同じ結果を得た。したがつて、BaTiO₃を主成分
とした場合にも、熱処理温度、添加物について
SrTiO₃を主成分とした場合と同じの考え方がで
きることは明らかである。

実施例１、２で用いたプラズマ溶射装置は、溶
射トーチ、粉末送給装置、制御装置および電源か
ら構成されている。まずガスを溶射トーチ内のア
ーク発生部に導き、数1000℃の高温に加熱する。
これによりガスはプラスマ状態となつてノズルか
ら噴出する。このプラスマジエツトの中に溶射用
原料粉末を送給用ガス流にのせて送り込むと、原
料粉末は溶融状態となつて基板表面に高速度で溶
射され、皮膜状に析出する。上記各実施例ではガ
スに不活性ガスを用い、アーク電流を900Aとし、
３〜５分溶射を行つて厚膜を形成した。膜厚は、
溶射時間を変えることによつて、通常20〜500μ
ｍの間で制御でき、厚み方向に使用した場合の耐
電圧と静電容量を制御することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば20〜500μｍの範囲内において任意の膜厚の厚
膜コンデンサを形成することができ、しかも回路
基板として用いられるアルミナなどのセラミツク
回路基板上の他の電子部品と集積化して直接作り
得ることから、回路の集積小型化が図れ、実装の
手間を除くことができるものである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例で得られる厚膜コンデン
サの断面図である。 １……アルミナセラミツク基板、２……白金電
極、３……SrTiO₃を主成分とする膜、４……Al
電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ チタン酸ストロンチウムまたはチタン酸バリ
   ウムを主成分とし、境界層形のセラミツクコンデ
   ンサを形成するのに有効な添加物を含む粉末を、
   あらかじめ第１の電極を設けた基板上の必要部分
   にのみ、プラズマ溶射法によつて吹き付けて前記
   基板と一体に厚膜を形成した後、熱処理を行い、
   この熱処理によつて、厚膜内部にチタン酸ストロ
   ンチウムまたはチタン酸バリウムを主成分とする
   結晶粒子と、添加物の偏析した粒界層とを形成せ
   しめ、しかる後、前記厚膜上に第２の電極を形成
   することを特徴とする厚膜コンデンサの製造方
   法。