JPH05211110A - 積層セラミックキャパシタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 本発明は、セラミック誘電体層の間に形成し
た気孔層内部に熔融金属を注入し、内部電極を形成する
注入電極法による積層セラミックキャパシタの製造方法
において、内部電極形成用熔融金属を気孔層内部に注入
する前に、セラミック誘電体の両側面に銀又は白金／銀
のペーストを塗布、焼付けることで、１次外部電極４
ａ，４ａ′を形成した後に、気孔層からセラミック誘電
体の外部表面に向って形成した注入通路を通じて熔融金
属を注入し、内部電極３を形成する方法である。 【効果】 本発明の注入通路を通じた内部電極３注入方
式は、従来の多孔性浸透性膜を通ずる方法に比べ、比較
的低い圧力下でも、迅速に熔融金属の注入を行うことが
できる長所がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック誘電体に形
成した気孔層の内部に熔融金属を注入して内部電極を形
成する、電極注入法による積層セラミックキャパシタの
製造方法に関する。特に内部電極成形用熔融金属を気孔
層内部に注入する前に、セラミック誘電体の両端部に外
部電極ペーストを塗布、焼付けた後、セラミック誘電体
内部の気孔層から外部に延長形成された注入通路を通じ
て熔融金属を注入し、内部電極を形成する積層セラミッ
クキャパシタの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に積層セラミックキャパシタは、
セラミック誘電体の誘電常数が高く、単位厚さ当り静電
容量を極大化させることができるという特性があるため
に広範囲に使用されている。

【０００３】積層セラミックキャパシタの製造原価節減
のために、一般的な積層セラミックキャパシタの内部電
極の貴金属を低価の金属で代替するための、電極注入法
による積層セラミックキャパシタの概略的な構造は、図
１に示すように、多数の薄い誘電体シートを積層焼結し
てなるセラミック誘電体（１）の間に形成した気孔層
（２）内に、内部電極（３）を形成し、その内部電極
（３）を一端部がセラミック誘電体（１）の両側面に位
置する外部電極（４）（４´）に接続した形態をなして
いる。

【０００４】このような一般的な積層セラミックキャパ
シタは、次のような製造工程で製造される。

【０００５】先ず、薄いセラミック誘電体シート上に、
スクリーン印刷かペインティング等の方法で、カーボン
粉末とアルミナもしくはＢａＴｉＯ₃ 等のセラミック粉
末を有機溶媒及び樹脂と混合してなるカーボンペースト
を塗布した誘電体シートを、多数枚順次積層した状態
で、この積層体を５００℃以下の温度で加熱して長時間
維持することで、カーボンペースト中のカーボン、有機
溶媒及び樹脂を燃焼させて除去した後、更に１，１００
−１，４００℃に昇温し、２時間程度維持した後に、冷
却を行う、一連の工程を通じ、セラミック誘電体（１）
の内部に気孔層（２）を形成するのと併せて、セラミッ
ク誘電体（１）が最適の焼結密度と電気的特性を有する
微細構造をもつようになる。このとき焼結工程で形成し
た気孔層（２）の厚さは、カーボンペーストの粘度及び
スクリーン印刷時に使用したメッシュの大きさにより多
少の差異があるが、約３−１０μm となる。

【０００６】次に、セラミック誘電体（１）の気孔層
（２）の内部に、熔融金属を注入して内部電極（３）を
形成するが、内部電極（３）形成用金属には主に低価で
融点の低いＰｂもしくはＰｂ合金又はＳｎもしくはＳｎ
合金が主に使用され、内部電極（３）形成用金属の完全
な注入及び注入金属の冷却のためには、熔湯と冷却雰囲
気の圧力を約３．０MPa になるように維持しなければな
らない。

【０００７】冷却が完了したセラミック誘電体（１）
は、その両端部に外部電極（４）（４´）を焼付け、内
部電極（３）と外部電極（４）（４´）を電気的に接続
することで、積層セラミックキャパシタの製造が完了す
る。

【０００８】ところが、このような従来の注入電極法に
よる積層セラミックキャパシタの製造工程中、最も大き
な問題点となる工程は、内部電極の注入後、外部電極を
形成する過程で発生する。

【０００９】これをより詳細に説明すれば、気孔層の内
部に満たされた熔融金属は、冷却に伴う凝固時に収縮す
るため、セラミック誘電体の両側面に位置する内部電極
金属の外側端部は、セラミック誘電体の側面から内部に
後退した地点に位置するようになり、外部電極を形成す
るために銀又は白金／銀からなるペーストをセラミック
誘電体の両側面に塗布する工程で、内部電極と外部電極
間の接続が困難になるという問題点がある。

【００１０】そして、通常的に、外部電極用銀又は白金
／銀ペースト或はＮｉ等の金属ペーストは、セラミック
誘電体との堅固な接着のために、内部電極の融点より高
い６００−８００℃の範囲の温度に加熱し、焼付けなけ
ればならないから、焼付け工程中に内部電極が再熔解
し、気孔層の外部に流れ出るのを避けることができない
という短所がある。

【００１１】このため、米国特許第４，５８４，６２９
号明細書には、セラミック誘電体の気孔層内部に電極物
質を注入する前段階工程で、セラミック誘電体の両側面
にスパッタリング又はメッキを行い、金属薄膜を形成す
ることで、以後に気孔層内部に注入した熔融金属が外部
に流れ出る現象を防止すると同時に、内、外部電極間の
接触を向上させる方法が知られている。

【００１２】しかし、このような金属薄膜形成方法は、
薄膜形成のための蒸着とか、メッキ等の別途の複雑な工
程を必要とし、セラミック誘電体の両側端面以外の部分
で、金属薄膜が形成されるのを防止するためのマスキン
グ作業をしなければならない等の製造工程の煩わしさを
招来する一方、内部電極注入後に外部電極を形成するた
めの電極ペーストの焼付け時に、内部電極金属の融点以
上である６００℃以上の温度で加熱しなければならない
ので、内部電極が再熔解して流れ出るのを避けることが
できないという問題点がある。

【００１３】また、米国特許第４，０７１，８８０号及
び同第４，６５２，９６７号明細書には、セラミック誘
電体の両側面、即ち気孔層の一端部が露出している表面
上に、内部金属の注入前に金属又はセラミックからなる
多孔性の浸透性膜（penetrable barrier）を形成し、内
部電極形成用熔融金属がこれら多孔性浸透性膜を通過し
て気孔層内部に注入できるようにした後、これら浸透性
膜中、金属浸透性膜の場合には、これを外部電極の一部
として使用し、セラミック浸透性膜の場合には、内部電
極が露出するまでセラミック浸透性膜を磨き出した後、
外部電極を形成する方法が提案されている。

【００１４】しかしながら、このような浸透性膜の形成
方法で、セラミック浸透性膜を形成する場合には、セラ
ミックキャパシタが小型化する程、外部電極処理のため
にセラミック浸透性膜を磨き出す作業が容易ではなく、
金属浸透性膜を形成する場合には、浸透性膜の気孔を通
じて気孔層内部に電極物質を注入するのは、浸透性膜が
無い場合に比べて非常に難しくなるので、電極物質を気
孔層内部に充填するには、注入圧力を高めることは勿
論、注入時間を延長しなければならない等の製造工程上
の困難を抱えている。

【００１５】これに加え、内部電極金属の注入時間が長
くなるか、注入圧力を上昇すれば、気孔層内に注入され
た熔融電極金属が、凝固前にセラミック誘電体表面の欠
陥によって誘電体内部に浸入するに従い、内部電極と誘
電体層の間の厚さが実質的に減少し、内部絶縁抵抗が減
少し、甚々しい場合にはキャパシタ内部電極間の短絡を
招来するようになる。

【００１６】また、浸透性膜を、キャパシタの外部電極
に通常使用する銀又は白金／銀ペーストを焼付けて形成
し、Ｐｂ又はＰｂ合金を内部電極に注入する場合には、
注入時間が長くなる程浸透性膜を構成している銀が熔融
鉛により溶脱（leaching）し、除去されるに従い、浸透
性膜の電気伝導度が喪失し、外部電極の一部として使用
するのが不可能になる心配がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の注入電極法によるセラミックキャパシタの製造方法が
抱えている、上記の欠点と問題点を解決するものであっ
て、気孔層をセラミック誘電体の前後表面の略中央部と
連通した別途の注入通路を持つように形成し、内部電極
の注入前に、セラミック誘電体の両側面部に一次外部電
極層を焼付けた後、熔融金属中に浸し、上記注入通路を
通じて熔融金属の注入が低圧下で迅速に行えるようにし
た積層セラミックキャパシタの製造方法を提供すること
である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来の電極注
入法による積層セラミックキャパシタの製造時に、内部
電極を形成するための熔融金属が、セラミック誘電体の
側面上に露出した気孔層の一端部を通じて流入できるよ
うにする方式とは異なって、内部電極の注入前に、予め
気孔層の一端部が位置するセラミック誘電体の両側面
に、銀又は白金／銀等の電極ペーストを塗布、焼付け、
一次外部電極層を形成することで、気孔層の開口端部を
閉塞した状態で、別途に形成した注入通路を通じて熔融
金属の注入ができるようにし、内部電極と外部電極間の
完全な接続を行うことができる特徴がある。

【００１９】

【実施例】実施例１ このような本発明の積層セラミックキャパシタの製造方
法の実施例について図２乃至図６に示した製造工程を参
照し、具体的に説明すれば次の通りである。

【００２０】先ず、図２に示すように、２０−１００μ
m 厚さの誘電体シート（５）上に、カーボン粉末と５−
５０wt％のアルミナ又はＢａＴｉＯ₃ 等のセラミック粉
末を有機溶媒及び樹脂と混合してなるカーボンペースト
（６）を、スクリーン印刷又はペインティングの方法で
塗布する際に、カーボンペースト（６）の一側端部が誘
電体シート（５）の端部と一致するように塗布すると同
時に、誘電体シート（５）の内側に位置するカーボンペ
ースト（６）の前方端面又は後方端面の一定幅を、誘電
体シート（５）の端部側に延長するように塗布し、以後
の注入通路形成のための突出部（７）を形成する。

【００２１】このような誘電体シート（５）を多数枚積
層するに際して、全部の誘電体シート（５）は、カーボ
ンペースト（６）塗布面が上側を向くようにするが、上
下互いに隣接する誘電体シート（５）の突出部（７）の
形成位置は、反対方向になるようにする。

【００２２】このように積層が完了したセラミック誘電
体（１）は、図３及び図４に示すように、５００℃以下
の加熱によりカーボンペースト中の有機物質が燃焼除去
され、その位置に気孔層（２）及び注入通路（８）が形
成される。続いて１，１００−１，４００℃の焼結温度
で焼結を行うと、セラミック誘電体（１）は電気的特性
の優れた微細構造に変化する。このとき、注入通路
（８）の長さは内部電極の長さの１／１００−１／１０
程度が望ましい。

【００２３】次に、図５に示すようにセラミック誘電体
（１）の両側面に銀又は白金／銀、又はその他の金属か
らなる電極ペーストを塗布、焼付けることで、外部電極
の一部として使用する一次外部電極（４ａ）（４´ａ）
を形成した後、これをＰｂもしくはＰｂ合金又はＳｎも
しくはＳｎ合金の熔湯中に浸し、注入通路（８）を通じ
て気孔層（２）の内部に熔融金属を流入し、図６に示す
ように気孔層（２）の内部が熔融金属で満たされ、内部
電極（３）の一端部と一次外部電極（４ａ）（４′ａ）
間に完全な接続ができる。

【００２４】このように注入通路（８）を通じて内部電
極（３）の注入が完了した後に、図６に示すように一次
外部電極（４ａ）（４′ａ）上に、はんだづけ（solder
ing)が容易であって、容易に酸化しないＮｉ又はＮｉ合
金層をベースト法又は金属蒸着法、電解メッキ又は無電
解メッキの方法で形成し、２次外部電極（４ｂ）（４′
ｂ）を構成することで、積層セラミックキャパシタが得
られる。

【００２５】実施例２ 上記の実施例１では、セラミック誘電体の両側面に１次
外部電極の形成後、内部電極の注入を行い、再びその１
次外部電極上に２次的にＮｉ又はＮｉ合金層を形成して
なる外部電極の場合について説明したが、これと異なる
外部電極形成方法として、銀又は白金／銀合金からなる
１次外部電極を形成した後、続いて連続的に１次外部電
極の上にＮｉ又はＮｉ合金の金属層を被覆し、完全な形
態の外部電極を形成した後に、注入通路を通じて熔融金
属を注入して内部電極とする方式を取ることもできる。

【００２６】

【発明の効果】このように、本発明では、気孔層に別途
の注入通路を形成し、内部電極を注入することにより、
従来の方法に比べて熔融金属の注入時間が相当に短縮さ
れ、注入圧力を低くすることができる効果があるが、こ
のような効果は静電容量と関連し、従来の多孔性浸透性
膜を経て注入する方式との対比のために、本発明の注入
通路を通じた内部電極注入方式で製造した積層セラミッ
クキャパシタと、従来の銀ペーストを焼付け形成した多
孔性浸透性膜を通じて内部電極を注入する積層セラミッ
クキャパシタを、１分間に亙りＰｂ熔湯中に浸し、Ｐｂ
内部電極注入時の注入圧力による静電容量を測定した。
その結果は表１の通りである。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１に示すように、本発明の注入通路を通
じた内部電極注入方法では、０．５MPa の圧力でも、気
孔層内に熔融金属の完全な注入ができるのに対して、焼
付けた多孔性浸透性膜を通じて内部電極金属を注入する
場合には、１．５MPa の高い注入圧力を必要とする。万
一注入圧力が０．５MPa 程度である場合には、多孔性浸
透性膜を通じて電極金属を気孔層内部に完全に注入する
には、５０分以上の長時間を必要とする。

【００２９】以上の事実から、本発明の注入通路を通じ
た電極注入方式が、従来の多孔性浸透性膜を通じた電極
注入方式に比べ、ずっと低い圧力で短時間内に電極金属
の注入を行うことができることがわかる。

【００３０】そして、本発明の方法では、内部電極の注
入前に、予め形成して置いた１次外部電極の内面と、内
部電極の端部間に、完全な接続ができているので、内部
電極金属の凝固以後にも、内部電極と１次外部電極（又
は外部電極）間の接続状態がそのまま維持できる利点が
ある。

【００３１】一方、本発明は、２次外部電極を電解メッ
キ又は無電解メッキ、或は蒸着法を利用して形成する場
合には、１次外部電極を焼付けた後に、内部電極金属を
注入することにより、外部電極の焼付け温度に関係無
く、適当な内部電極金属の種類を選択することができる
が、本発明の方法により製造した積層セラミックキャパ
シタを実際使用する場合に、はんだづけ又は基板上に表
面実装時に、加熱温度が内部電極の融点よりも高くなる
と、内部電極が再熔融して注入通路を通じて外部に流れ
出る心配がある。そのため、内部電極注入用金属は、は
んだづけ又は表面実装時の最大加熱温度である２５０℃
以下の融点を持つＰｂもしくはＰｂ合金又はＳｎ−Ｃｕ
等のＳｎ合金を使用するのが望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電極注入法による積層セラミックキャパ
シタの断面図。

【図２】カーボンペーストが塗布された誘電体シートの
積層以前の状態。

【図３】積層焼結したセラミック誘電体の正面図。

【図４】図３のセラミック誘電体の断面図。

【図５】セラミック誘電体の両側面に１次外部電極を形
成した状態。

【図６】内部電極の注入が完了した本発明の積層セラミ
ックキャパシタの断面図。

【符号の説明】

１ セラミック誘電体 ２ 気孔層 ３ 内部電極 ４ａ、４′ａ １次外部電極 ４ｂ、４′ｂ ２次外部電極 ５ 誘電体シート ６ カーボンペースト ７ 突出部 ８ 注入通路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可燃性物質からなるカーボンペーストが
   塗布された誘電体シートを多数枚積層して焼結し、生成
   した気孔層の内部に熔融金属を注入し、内部電極を形成
   する積層セラミックキャパシタの製造法において、気孔
   層にセラミック誘電体の表面と連通する注入通路を形成
   し、セラミック誘電体の両側面に金属電極ペーストを塗
   布、焼付けて１次外部電極を形成した後、上記注入通路
   を通じて熔融金属を注入して内部電極を形成し、さらに
   上記１次外部電極上にＮｉ又はＮｉ合金層の２次外部電
   極を形成することを特徴とする積層セラミックキャパシ
   タの製造方法。
2. 【請求項２】 可燃性物質からなるカーボンペーストが
   塗布された誘電体シートを多数枚積層焼結し、生成した
   気孔層の内部に熔融金属を注入し、内部電極を形成する
   積層セラミックキャパシタの製造方法において、気孔層
   にセラミック誘電体の表面と連通する注入通路を形成
   し、セラミック誘電体の両側面に銀又は白金／銀の金属
   ペーストを塗布、焼付けて１次外部電極を形成し、さら
   に１次外部電極上にメッキ又は蒸着又は電極ペースト焼
   付ける方法でＮｉ又はＮｉ合金層を被覆して外部電極を
   形成した後、上記注入通路を通じて熔融金属を注入して
   内部電極を形成することを特徴とする積層セラミックキ
   ャパシタの製造方法。
3. 【請求項３】 内部電極形成用金属が、ＰｂもしくはＰ
   ｂ合金又はＳｎもしくはＳｎ合金であることを特徴とす
   る請求項１又は２の積層セラミックキャパシタの製造方
   法。