JPH06267785A - 積層セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

積層セラミック電子部品の製造方法

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JPH06267785A
JPH06267785A JP5052406A JP5240693A JPH06267785A JP H06267785 A JPH06267785 A JP H06267785A JP 5052406 A JP5052406 A JP 5052406A JP 5240693 A JP5240693 A JP 5240693A JP H06267785 A JPH06267785 A JP H06267785A
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ceramic
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electronic component
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Hideyuki Kanai
秀之 金井
Yohachi Yamashita
洋八 山下
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の未焼結セラミック材料層間に電極材料
層が形成された積層物を短時間にかつ均一に焼結するこ
とが可能な積層セラミック電子部品の製造方法を提供す
る。 【構成】 複数の未焼結セラミック材料層間に電極材料
層が形成された積層物をマイクロ波加熱により焼結する
工程を具備したことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、積層セラミックコンデ
ンサ、積層セラミックアクチュエータおよび積層セラミ
ックバリスタに代表される積層セラミック電子部品の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より誘電体磁器組成物からなるセラ
ミック層間に内部電極を配置した構造の積層セラミック
コンデンサが広く知られており、前記積層セラミックコ
ンデンサとして好適な誘電体磁器組成物が数多く開発さ
れている。かかる誘電体磁器組成物に対して要求される
電気的特性としては、大きな誘電率、小さい誘電率温度
係数、低誘電損失、低誘電率バイアス電界依存性および
低絶縁抵抗等が挙げられる。また、前記誘電体磁器組成
物には前述した電気的特性が要求されることに加えて、
セラミック材料としての優れた特性が要望される。具体
的には、焼結体中にポア、ボイドが少ないこと、焼結温
度が比較的低温であること、等の特性が要求されてい
る。
【0003】前記セラミックコンデンサ用誘電体磁器組
成物としては、一般にBaTiO3を主成分とするチタ
ン酸バリウム系誘電体磁器組成物が知られている。これ
に対し、近年、低温焼結が可能な誘電体磁器組成物とし
てPbをAサイトに含む複合ペロブスカイト型誘電体磁
器組成物が注目されている。この誘電体磁器組成物は、
一般式Pb(M1,M2)O3 [ただし、M1はMg、
Zn、Ni、Co、Fe、Mn、Inの群から選ばれる
少なくとも1種、M2はNb、W、Ta、Sbの群から
選ばれる少なくとも1種を示す]で表わされるものであ
る。例えば、特開昭57−57204号には鉄・ニオブ
酸鉛を主体とした誘電体率磁器組成物が、特開昭55−
51759号にはマグネシウム・ニオブ酸鉛を主体とし
た誘電体磁器組成物が、特開昭55−144609号に
はマグネシウム・タングステン酸鉛を主体とした誘電体
磁器組成物が、特開昭58−217462号にはマグネ
シウム・鉄・タングステン酸鉛を主体とした誘電体磁器
組成物が、それぞれ開示されている。これらの複合ペロ
ブスカイト型誘電体磁器組成物は、焼結温度が900〜
1100℃と従来のチタン酸バリウム系誘電体磁器組成
物の焼結温度(1200〜1300℃)よりも低いため
に、積層セラミックコンデンサの内部電極として安価な
銀濃度が高い、例えばAg/Pdを使用できるという特
徴を有する。
【0004】ところで、前記積層セラミック電子部品
(例えば積層セラミックコンデンサ)を製造するには、
例えば前記誘電体磁器組成物粉末にバインダ、溶剤等を
添加してスラリーを調製し、前記スラリーをキャスティ
ング等により成形してグリーンシート(未焼結セラミッ
ク材料層)とし、このグリーンシート上に内部電極材料
層を厚膜技術、例えば印刷法等により形成した後、所定
枚数を積層、圧着、脱脂し、さらにこの積層物を焼結す
る方法が採用されている。
【0005】従来、前記積層物を焼結するには電気炉等
の高温炉内で100〜300℃/時間の昇温速度で1〜
4時間熱処理する方法が行われている。しかしながら、
このような高温炉内での焼結を採用する積層セラミック
電子部品の製造方法においては次のような問題があっ
た。
【0006】(1)前記高温炉内での焼結は、前記未焼
結セラミック材料層と電極材料層のうち前記電極材料層
を先に焼結させる。その結果、前記電極材料層は前記未
焼結セラミック材料層に先だって収縮が起こるため、内
部電極の破断や前記電極材料の凝集による内部電極の厚
さのばらつきに起因したデラミネーション(セラミック
層と内部電極との層間剥離)を生じる。前記内部電極が
破断して網目状になると、例えば積層セラミックコンデ
ンサの場合には容量ばらつきを招く。また、前記デラミ
ネーションが生じると積層セラミックコンデンサの絶縁
耐圧や信頼性を劣化させる。
【0007】(2)前記高温炉内での焼結は、その時間
が長くかかるため、例えば内部電極材料としてAgを含
むペーストを用いた場合にはAgが未焼結セラミック材
料層に拡散する。その結果、形成されセラミック層の電
気的特性等を劣化させる。
【0008】(3)前記高温炉内での熱分布は不均一で
あるため、前記積層物が不均一な熱分布下で焼結がなさ
れる。その結果、セラミック層に多くのポア、ボイドが
形成されるため、誘電特性のばらつき、絶縁耐圧、信頼
性の低下を招く。
【0009】(4)特にPbOを含む未焼結セラミック
材料では、PbOが焼結中に蒸発するため、焼結後のセ
ラミック層の組成が調合組成からずれ、所期目的の特性
を有する積層セラミック電子部品が得られなくなる。ま
た、蒸発したPbOが粒界に偏析し、積層セラミック電
子部品の耐湿負荷特性、高温負荷特性のような信頼性が
低下する。
【0010】前記(2)、(4)の問題を解決する方法
として短時間で昇温する急速昇温焼結法が知られてい
る。しかしながら、この急速昇温焼結法は前記積層物の
表面と内部との温度差の増大を一層助長するため、前記
(1)、(3)の問題がより顕著に起こる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複数
の未焼結セラミック材料層間に電極材料層が形成された
積層物を短時間にかつ均一に焼結することが可能な積層
セラミック電子部品の製造方法を提供しようとするもの
である。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる積層セラ
ミック電子部品は、複数の未焼結セラミック材料層間に
電極材料層が形成された積層物をマイクロ波加熱により
焼結する工程を具備したことを特徴とするものである。
本発明に係わる積層セラミック電子部品とは、積層セラ
ミックコンデンサ、積層セラミックアクチュエータ、積
層セラミックバリスタを意味するものである。
【0013】前記未焼結セラミック材料としては、例え
ばBaTiO3 を主成分とするチタン酸バリウム系誘電
体磁器組成物、一般式Pb(M1,M2)O3 [ただ
し、M1はMg、Zn、Ni、Co、Fe、Mn、In
の群から選ばれる少なくとも1種、M2はNb、W、T
a、Sbの群から選ばれる少なくとも1種を示す]で表
わされる複合ペロブスカイト型誘電体磁器組成物等を挙
げることができる。前記一般式で表わされる誘電体磁器
組成物として、鉄・ニオブ酸鉛[Pb(Fe1/3Nb
2/3 )O3 ]、マグネシウム・ニオブ酸鉛[Pb(Mg
1/3 Nb2/3 )O3]、マグネシウム・タングステン酸
鉛[Pb(Mg1/2 1/2 )O3 ]、鉄・タングステン
酸鉛[Pb(Fe1/2 1/2 )O3 ]およびこれらの混
合物等を挙げることができる。なお、前記一般式のPb
の一部をCa、Sr、Baから選ばれる少なくとも1種
の元素で置換することを許容する。前記電極材料として
は、例えばAg/Pd合金粉末、Pd粉末を含むペース
ト、またはNi、Coの粉末を含むペースト等を用いる
ことができる。
【0014】前記積層物は、例えば前記誘電体磁器組成
物の未焼結粉末にバインダーや溶剤等を加え、スラリー
化してグリーンシート(未焼結セラミック材料層)を形
成し、このグリーンシート上に電極材料層を厚膜技術
(例えば印刷法等)により形成した後、所定の枚数を積
層、圧着、脱脂を行うことにより作製される。前記誘電
体磁器組成物の未焼結粉末は、例えば水熱合成法、共沈
法、金属アルコキシドを用いた化学合成法等の各種の合
成法により得られる。
【0015】前記積層物を焼結するためのマイクロ波加
熱は、マイクロ波が前記積層物中の電極材料層の面に可
能な限り平行な方向から照射されるように行われること
が好ましい。これは、前記マイクロ波が前記積層物中の
電極材料層の面に垂直に照射されると、前記電極材料層
がマイクロ波の前記積層物内部への照射を阻止するから
である。特に、前記マイクロ波の電界方向が前記積層物
中の電極材料層の面と垂直方向に照射されるようにマイ
クロ波加熱を行うことが一層好ましい。なお、本発明に
係わる積層セラミック電子部品の製造方法は前記マイク
ロ波加熱による焼結を行った後、通常、外部電極の形成
工程等がなされる。
【0016】
【作用】本発明によれば、複数の未焼結セラミック材料
層間に電極材料層が形成された積層物をマイクロ波加熱
により焼結することによって、次のような作用、効果を
発揮することができる。
【0017】(1)前記マイクロ波加熱により前記積層
物の前記未焼結セラミック材料層を優先的に焼結するこ
とができる。その結果、前記積層物の電極材料層が先に
焼結して、収縮することに伴う内部電極の破断、デラミ
ネーションの発生を抑制ないし防止し、電気的特性およ
び信頼性の優れた積層セラミック電子部品を製造するこ
とができる。
【0018】(2)前記マイクロ波加熱は、前記積層物
を短時間で焼結できるため、例えば電極材料としてAg
を含むペーストを用いてもAgが前記未焼結セラミック
材料層に拡散するのを抑制することができる。その結
果、良好な電気的特性を有するセラミック層を備えた積
層セラミック電子部品を製造することができる。
【0019】(3)前記マイクロ波加熱は、前記積層物
を短時間で焼結できるため、例えばPbOを含む誘電体
磁器組成物を未焼結セラミック材料として用いた場合、
PbOが焼結中に蒸発するのを抑制することができる。
その結果、前記未焼結セラミック材料の調合組成と近似
した組成を有するセラミック層を形成できるため、所期
目的の特性を有する積層セラミック電子部品を製造する
ことができる。また、PbOの蒸発を抑制できるため、
前記PbOの粒界への偏析、これに伴う耐湿負荷特性、
高温負荷特性のような信頼性の低下を改善することがで
きる。特に、水熱合成法、共沈法、金属アルコキシド法
により合成された前記誘電体磁器組成物の未焼結粉末
は、PbOが蒸発し易いが、前述したような短時間で焼
結できるため、前記水熱合成法のような化学合成法によ
り合成された前記誘電体磁器組成物の未焼結粉末を有効
に使用することが可能になる。
【0020】(4)前記マイクロ波加熱は、前記積層物
中の前記未焼結セラミック材料層を優先的にかつ均一に
焼結できるため、ポア、ボイドの少ないセラミック層を
形成でき、安定した電気特性、優れた絶縁耐圧、高い信
頼性を有する積層セラミック電子部品を製造することが
できる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 実施例
【0022】出発材料としてPb、Ba、Mg、Nb、
Zn、Tiの酸化物または炭酸塩を、(Pb0.875 Ba
0.125 )[(Mg1/3 Nb2/3 0.5 (Zn1/3 Nb
2/3 0.3 Ti0.2 ]O3 の組成になるように配合し、
ボールミルで混合した後、900℃で仮焼した。つづい
て、この仮焼体をボールミル等で粉砕、乾燥し、さらに
バインダおよび有機溶剤を加えてスラリーを調製した
後、ドクターブレード型キャスタを用いて厚さ15μm
のグリーンシートを作製した。ひきつづき、前記グリー
ンシート上に70wt%Ag/30wt%Pdの合金粉
末を含むペーストを印刷して所望のパターン形状を有す
る電極材料層を形成した後、前記電極材料層を有する前
記グリーンシートを10枚重ね、さらに上下に前記グリ
ーンシートと同組成で厚さが200μmのカバーシート
を重ね、積層圧着した。その後、所定の形状に切断し、
バインダを脱脂することにより得られた積層物を、マイ
クロ波加熱により焼結した。マイクロ波加熱は、マイク
ロ波照射後数秒間でマイクロ波電源からの出力を1kw
に設定し、マイクロ波が前記積層物の前記電極材料層と
平行な方向から照射されるように行った。この時の積層
物の表面温度を光高温計で測定したところ、1050℃
であり、前記マイクロ波の照射後30分間で前記積層物
が緻密化された。次いで、焼結後に外部電極として銀ペ
ーストを800℃で焼き付けて3.3mm×1.6mm
×1.2mmの積層セラミックコンデンサを製造した。 比較例1
【0023】実施例と同様な積層物を電気炉内で100
℃/hrで昇温し、1050℃で2時間焼結を行なった
以外、実施例と同様な方法により積層セラミックコンデ
ンサを製造した。 比較例2 実施例と同様な積層物を1050℃に保持した電気炉内
で3時間焼結を行なった以外、実施例と同様な方法によ
り積層セラミックコンデンサを製造した。
【0024】得られた実施例および比較例1、2の積層
セラミックコンデンサについて、内部電極の厚さ、内部
電極の状態、デラミネーションの発生の有無、設計容量
値C0 (0.3μF)に対する変動率、積層セラミック
コンデンサ100個当りの容量偏差、耐湿負荷試験での
不良率および絶縁耐圧を測定した。これらの結果を下記
表1に示す。
【0025】なお、前記設計容量値C0 (0.3μF)
に対する変動率は得られた積層セラミックコンデンサを
100個抽出してこれらコンデンサのうち容量値の最も
小さいものから評価した。前記標準偏差は、積層セラミ
ックコンデンサ100個当たりの標準容量偏差σの設定
容量値C0 に対する比100σ/C0 ×100(%)で
表わした。
【0026】前記耐湿負荷試験は、前記各積層セラミッ
クコンデンサ50個に対し85℃、95%RHの高温高
湿度雰囲気中で直流16Vの電圧を200時間印加する
ことにより行った。前記絶縁耐圧は、前記各積層セラミ
ックコンデンサ50個に対し200V/秒の昇圧速度で
電圧を印加することにより測定した。
【0027】
【表1】
【0028】前記表1から明らかなように実施例の積層
セラミックコンデンサは、内部電極の破断、デラミネー
ションの発生がなく、未焼結セラミック材料の一成分で
あるPbOの蒸発抑制がなされ、さらにセラミック層へ
のポア、ボイドの発生が防止されることによって、絶縁
耐圧、耐湿負荷特性、高温負荷特性などの電気的特性が
優れ、高い信頼性を有することがわかる。
【0029】なお、前記実施例ではドクターブレード型
キャスタにより未焼結セラミック材料層であるグリーン
シートを作製したが、ゾル−ゲル手法を用いて厚さ数μ
m以下のグリーンシートを形成してもよく、また厚膜技
術により未焼結セラミック材料層および電極材料層を順
次印刷して積層物を作製してもよい。
【0030】前記実施例では、積層セラミック電子部品
として積層セラミックコンデンサを例にして説明した
が、積層セラミックアクチュエータ、積層セラミックバ
リスタも実施例とほぼ同様な方法により製造することが
できる。
【0031】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、複
数の未焼結セラミック材料層間に電極材料層が形成され
た積層物を短時間にかつ均一に焼結できることによっ
て、内部電極の破断、デラミネーションの発生やセラミ
ック層へのポア、ボイドの発生を抑制ないし防止でき、
ひいては絶縁耐圧、耐湿負荷特性、高温負荷特性等の電
気的特性および信頼性の優れた積層セラミック電子部品
の製造方法を提供することができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の未焼結セラミック材料層間に電極
    材料層が形成された積層物をマイクロ波加熱により焼結
    する工程を具備したことを特徴とする積層セラミック電
    子部品の製造方法。
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