JPH0355816A - 粒界絶縁層形半導体セラミックコンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 童墓±曵旦里透且 本発明は電子回路などに一般的に用いられる粒界絶縁層
形半導体セラミックコンデンサおよびその製造方法に関
し、より詳細には低電圧および中高圧用において耐電圧
性能、寿命特性などが改善された粒界絶縁層形半導体セ
ラミックコンデンサおよびその製造方法に関する． 藍朱坐技盗 従来のセラミックコンデンサの一例を第４図および第５
図に示す．このセラミックコンデンサは、いわゆる単板
状セラミックコンデンサであり、円板状に形成されたセ
ラミック誘電体１０の二主面にそれぞれ電極１１，電極
１２が形成され（第４図）、電極１１および電極ｌ２と
セラミック誘電体１０とは略同心状に位置している（第
５図）。

上記したセラミックコンデンサの製造方法の概略工程を
第６図に示す． このようなセラミックコンデンサの焼成工程には、結晶
粒を成長させ、半導体化させる還元雰囲気中での一次焼
成と、セラミック基板内に形成される粒子間に粒界絶縁
層を形成するため、一次焼成後の基板表面に拡散物質を
塗布した後、大気中で焼成する二次焼成とがある． 二次焼成は基板内での粒子間の絶縁化を図るため、すな
わち粒界絶縁層を形成するために、ＢｉＪｓなどの拡散
物質をペースト状にしてスクリーン印刷などによって基
板表面に塗布し、その後一次焼成よりも低い温度で焼成
するのが普通である． 日が　゛しようとする課 上記のような従来の製造方法においては、前記拡散物質
を基板内で縦方向のみでなく横方向にも均一に拡散させ
て粒界絶縁層を形成することが、耐電圧性能、寿命特性
などに優れた信頼性の高いコンデンサを得る上で重要な
課題となっている．しかし、前記拡散物質を横方向にも
均一に拡散させることは非常に難しく、セラミック誘電
体１０の端部部分に不均一な粒界絶縁層の部分が形成さ
れ易く、このことがコンデンサとしての信頼性を低下さ
せる原因となっていた。

しがち単板状セラミックコンデンサでは、セラミック誘
電体１０上に形成された電極１１．１２の端部に電界が
集中し、該部分で絶縁性が破壊されショートなどの重大
故障が発生しやすく、セラミックコンデンサとしての信
頼性を高めるためには、前記端部部分での耐電圧性能、
寿命特性などを高めることが重要な課題となっていた。

このような課題（耐電圧性能などを向上させること）を
解決するために、たとえば特開昭６４−２８８０７号公
報には、電極の縁端部における電界の集中を弱め、セラ
ミックコンデンサーとしての耐電圧特性を高める方法が
開示されている。

上記公報によれば、磁気誘電体の金属酸化物より６酸化
性向の強い金属を主成分とする電極材料を磁気誘電体に
焼付けることによって電極を形成し、その後、電極の縁
端部から磁気誘電体上に跨ってリング状の空気を遮断す
る絶縁層を焼付けることで前記課題を解決している． 上記方法によれば、磁気誘電体中であって、かつ絶縁層
に覆われた電極の真下の領域に、絶縁層に覆われていな
い部分よりも絶縁抵抗値が特に小さい領域を形成するこ
とによって電極縁端部における電位傾度を緩和し、セラ
ミックコンデンサとしての耐電圧を向上させている． この方法は電極の形成後に空気遮断のための前記絶縁層
を形成するものであり、単板状セラミックコンデンサ（
ＳｒＴｉＯｓ系およびＢａＴｉＯｓ系）のみに応用可能
な方法であり、粒界絶縁層形半導体セラミックコンデン
サには応用できず、適用範囲が限定されるといった課題
があった．また前記絶縁層をリング状に形成するため製
造に手間取るといった課題もあった． 本発明は上記したような課題に鑑みなされたものであっ
て、セラミックコンデンサとしての耐電圧性能、寿命特
性などにおいて優れた、信頼性の高い製品を提供するこ
とを目的とし、また適用範囲の広いしかも製造も容易な
セラミックコンデンサの製造方法を提供することを目的
とする．課　　　゛　るための　１ 上記目的を達成するために本発明に係る粒界絶縁層形半
導体セラミックコンデンサは、誘電体の相対向する二主
面にそれぞれ電極が形成された粒界絶縁層形半導体セラ
ミックコンデンサにおいて、前記電極の周辺下部に形成
された誘電体の絶縁抵抗率と、前記電極の中央下部に形
成された誘電体の絶縁抵抗率とが異なるように構成され
ていることを特徴とし、 また、誘電体の相対向する二主面にそれぞれ電極が形成
された粒界絶縁層形半導体セラミックコンデンサにおい
て、前記電極の周辺下部にバリスタ効果を有する誘電体
部分が構成されていることを特徴としている． また、粒界絶縁層形半導体セラミックコンデンサの製造
方法において、セラミック原料の成形行程と２次焼成工
程との間に、成形体の周辺部と中央部とに異なる拡散物
質を塗布する工程を含むことを特徴としている， 毘里 上記構成によれば、誘電体の相対向する二主面にそれぞ
れ電極が形成された粒界絶縁層形半導体セラミックコン
デンサにおいて、前記電極の周辺下部に形成された誘電
体の絶縁抵抗率と、前記電極の中央下部に形成された誘
電体の絶縁抵抗率とが異なるように構成されているので
、前記電極の縁端部における電位の傾斜度が緩和される
．したがって、前記電極の縁端部における電界の集中を
回避することができセラミックコンデンサとしての耐電
圧性能が向上する． また、電極間に電圧を印加した場合、該電圧によるセラ
ミックコンデンサ上の電界強度分布は通常、！極の形成
されている領域と電極の形成されていない領域とで極端
に変化するものであるが、本発明に係る粒界絶縁層形半
導体セラミックコンデンサでは電極の周辺下部にバリス
タ効果を有する誘電体が構成されているために前記電極
の縁端部における電位の変化度が緩和されたものになり
、セラミックコンデンサとしての破壊電圧が改善されて
耐電圧性能が向上する． また、例えば、ＳｒＴｉＯｓ系粒界絶縁層形セラミック
コンデンサであるＳｒＴｉＯｓ−ＮｂｉＯａ−ＣｕＯ系
の半導体セラミックスにＮａｚＯを含む拡散物質を塗布
した後二次焼成することにより、バリスタ効果が得られ
ることがフルラース記念講演会・講演要旨集（６１−１
／２４１などによって一般的に知られている。

したがって、塗布する拡散物質によっては、電極の縁端
部から電極の形成されていない領域に跨って誘電体にバ
リスタ領域が形成され、電極の縁端部における電界の集
中が回避される。

そして、成形体の周辺部と中央部とに異なる拡散物質を
塗布することによって、電極の縁端部近傍における誘電
体の絶縁抵抗率と電極の中央部近傍における誘電体の絶
縁抵抗率とが異なったものとなり、前記電極の縁端部近
傍の絶縁抵抗率が小さくなることによって、電極の縁端
部近傍における電界の集中が回避される．これらのこと
によって、粒界絶縁層形セラミックコンデンサとしての
耐電圧特性が向上する。

叉施舅 以下、本発明に係る実施例を図面に基づき説明する．な
お、従来例と機能を同一にする構成部品については同一
の符合を付すこととする。

第１図は本発明に係る粒界絶縁層形セラミックコンデン
サの一例を示す断面図であり、セラミック誘電体１０の
相対向する二主面にそれぞれ電極１１、電極１２が形成
されている。そして、セラミック誘電体１０における電
極１１の縁端部近傍部分のみがバリスタ効果を有する領
域１５となっている． 製造方法としては、セラミックの主原料であるＳｒＴｉ
ＯｓにＮｂ．Ｏ．を０．１　〜０．２モル％および焼成
助剤として酸化銅（ＣｕＯ　）を０．１〜０．２モル％
の範囲で添加し、加圧成形したものに一次焼成を施し半
導体化する．この後、該焼結体中に形成されている粒界
層を絶縁化して粒界絶縁層形半導体セラミックコンデン
サを得るために、一次焼成後の焼結体の一生面にＢｉａ
ｓｓおよびＣｕＯからなる拡散物質を全面にわたり塗布
し乾燥させる．そして電極１１の端部近傍におけるセラ
ミック誘電体ｌＯ領域をバリスタ化するため、あるいは
電界の集中を弱めるために前記拡散物質にＮａｘＯを含
ませた別の拡散物質を前記焼結体の一生面周縁部に塗布
し乾燥させ、この後二次焼成を行ない焼結体中に粒界絶
縁層を形成する．その後、銀ペーストを両面に塗布し焼
付けることで銀電極を形成して粒界絶縁層形半導体セラ
ミックコンデンサを得た．上記のようにして製造した直
径８ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ，コンデンサ容量０．０４７
μＦのコンデンサについて、従来の製造方法（一種類の
拡散物質を塗布して二次焼成する方法）で得たものと比
較したところ、従来の方法に係る粒界絶縁層形半導体セ
ラミックコンデンサの破壊電圧の平均値が２５０ｖであ
ったのに対して、本実施例に係る製造方法によって得た
粒界絶縁層形半導体セラミックコンデンサの破壊電圧は
３００ｖ〜５００Ｖと著しく向上した。

また、寿命特性（雰囲気温度８５℃、負荷電圧６２．５
Ｖ印加）に関しても、従来の製造方法によるものの場合
、５０００Ｈｒにおいて不良率２．１％であったものが
、本実施例に係る製造方法によって得たものは同じ５０
００Ｈｒにおいて不良率１．０％以下にまで減少し、良
好な結果が得られた． 絶縁抵抗率、静電容量に関しては、ほぼ同じ値を得た． また、前記拡散物質の塗布量を変化させると破壊電圧の
変化がみられた． これは電極１１の縁端部近傍に形成されるバリスタ効果
を有する領域１５が、第１図に示した一部の領域から第
２図（ａｌ　に示したように上下方向に全体的に広がっ
た領域へと変化するためと考えられる． これは、従来のコンデンサと容量性バリスタ（フルラー
ス記念講演会・講演要旨集による）とが並列に接続され
た第２図（ｂｌのような回路図で示される。

容量性バリスタは、絶縁抵抗率が従来の粒界絶縁層形半
導体セラミックコンデンサに比較して、二桁程度低いた
め特殊な用途（バリスタ、ノイズリミッタなど）にのみ
使用されていた．しかし、本実施例ではコンデンサ部分
が容量性バリスタ部分に比較してかなり大きな面積を占
めているため、実際の絶縁抵抗は一桁程度しか減少せず
、通常のコンデンサと同様に使用できる。

また、容量性バリスタはコンデンサと比較してエネルギ
ー耐量が非常に大きいため、拡散物質の不均一な拡散に
よって発生するセラミック誘電体ｌＯの端部の欠陥が同
量発生してもコンデンサとしては破壊されにくい特徴を
有している。

また、本実施例では第１図に示すように片面のみにバリ
スタ効果を有する領域１５を形成したが、第３図に示し
たように成形体の両面に前記拡散物質を塗布してバリス
タ効果を有する領域１５を形成した方が、耐電圧特性、
寿命特性などが向上する． なお、拡散物質の塗布量のみをコントロールするだけで
なく、二次焼成温度と焼成時間とをコントロールするこ
とにより、第１図乃至第２図の状態および第３図乃至第
２図の状態が形成され、上記と同様に耐電圧特性、寿命
特性などの向上を図ることができる． 完１レＢ乱果 以上詳述したように、本発明に係る粒界絶縁層形半導体
セラミックコンデンサは電極の周辺下部に形成された誘
電体の絶縁抵抗率と、前記電極の中央下部に形成される
誘電体の絶縁抵抗率とが異なるように構成されているの
で、前記電極の縁端部近傍における電位の傾斜度を緩和
することができる．したがって、前記電極の縁端部近傍
における電界の集中を回避することができセラミックコ
ンデンサとしての耐電圧性能を向上させることができる
． また、粒界絶縁層形セラミックコンデンサ上に形成され
た電極間に電圧を印加した場合、該電圧によるセラミッ
クコンデンサ上の電界強度分布は通常、電極の形成され
ている領域と電極の形成されていない領域で極端に変化
するものであるが、本発明に係るセラミックコンンデン
サでは電極の周辺下部にバリスタ効果を有する誘電体部
分が構成されているために前記電極の縁端部近傍におけ
る電位の変化度が緩和されたものとなる。したがって、
ノイズなどの予期せぬ突発的高電圧が印加されても、コ
ンデンサ自体としての破壊は回避することができる。こ
のため，耐電圧性能、寿命特性を向上させることができ
る． また、製造方法においても、セラミック原料の成形行程
と２次焼成工程との間に、成形体の周辺部と中央部とに
異なる拡散物質を塗布する工程を含んでいるので、該粒
界絶縁層形半導体セラミックコンデンサの端部にバリス
タ効果を有する部分を形成することができる．したがっ
て、電極の縁端部近傍における電界の集中を回避するこ
とができる． また、塗布する拡散物質の種類によって、電極の縁端部
を構成する誘電体の絶縁抵抗率と電極の中央部を構成す
る誘電体の絶縁抵抗率とを異なったものにすることもで
き、前記電極の縁端部近傍の絶縁抵抗率を下げることに
よって、前記と同様電極の縁端部における電界の集中を
回避することもでき、粒界絶縁層形セラミックコンデン
サとしての耐電圧性能を向上させることができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る粒界絶縁層形セラミックコンデン
サの一実施例を示す断面図、第２図（ａ）はバリスタ領
域が完全に両面に達した場合を示す断面図、第２図ｆｂ
ｌは第２図（ａ）の等価回路図、第３図はバリスタ領域
を両面の一部に形成した場合の断面図、第４図は従来の
粒界絶縁層形セラミックコンデンサを示す断面図、第５
図は第４図の平面図、第６図は従来の粒界絶縁層形セラ
ミックコンデンサの製造方法を説明する工程図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘電体の相対向する二主面にそれぞれ電極が形成
   された粒界絶縁層形半導体セラミックコンデンサにおい
   て、前記電極の周辺下部に形成された誘電体の絶縁抵抗
   率と、前記電極の中央下部に形成された誘電体の絶縁抵
   抗率とが異なるように構成されていることを特徴とする
   粒界絶縁層形半導体セラミックコンデンサ。
2. （２）誘電体の相対向する二主面にそれぞれ電極が形成
   された粒界絶縁層形半導体セラミックコンデンサにおい
   て、電極の周辺下部にバリスタ効果を有する誘電体部分
   が構成されていることを特徴とする粒界絶縁層形半導体
   セラミックコンデンサ。
3. （３）セラミック原料の成形行程と２次焼成工程との間
   に、成形体の周辺部と中央部とに異なる拡散物質を塗布
   する工程を含むことを特徴とする粒界絶縁層形半導体セ
   ラミックコンデンサの製造方法。