JPH06318531A - 積層型セラミック電子部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内部電極の端縁における平滑性が高められて
おり、従って内部電極先端と他方の外部電極との間で電
界集中が生じ難く、絶縁破壊を引き起こし難い、信頼性
に優れた積層セラミック電子部品を得る。 【構成】 圧電体セラミックスよりなる焼結体１におい
て、セラミック層と薄膜形成法により形成された金属膜
よりなる内部電極２〜７とが交互に積層されており、焼
結体の一対の対向側面に所定の内部電極に電極的に接続
された第１，第２の外部電極１８，１９が形成されお
り、第１又は第２の外部電極と電気的に接続される内部
電極先端と、第２又は第１の外部電極との間に形成され
た空域に絶縁材料１２〜１７を充填することにより絶縁
層が形成されており、内部電極２〜７の先端側の端縁の
ばらつきが、設計値に対して±５μｍ以内とされてい
る、積層型圧電アクチュエータ２１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば積層コンデンサ
や積層圧電アクチュエータなどの積層型セラミック電子
部品に関し、特に、内部電極並びに内部電極と外部電極
との間の電気的絶縁を確保するための構造が改良された
積層セラミック電子部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、積層コンデンサや積層型
圧電アクチュエータのように、内部電極を間に介して複
数のセラミック層を積層してなる積層セラミック電子部
品が種々の用途で用いられている。この種の積層セラミ
ック電子部品の製造方法を、積層コンデンサを例にとり
説明する。

【０００３】従来の一般的な積層コンデンサの製造方法
では、矩形のセラミックグリーンシートの一方主面上
に、一方端縁から他方端縁側に向かって延び、但し他方
端縁側には至らないようにギャップ領域を残して導電ペ
ーストを印刷する。次に、上記導電ペーストが印刷され
た複数のセラミックグリーンシートを、上記ギャップ領
域が厚み方向に交互に位置するように積層し、積層体を
得る。しかる後、積層体を厚み方向に圧着した後、焼成
することにより焼結体を得、焼結体の一対の対向側面に
それぞれ外部電極を形成する。このようにして、内部電
極が厚み方向において一層おきに一対の対向側面に形成
された外部電極に交互に電気的に接続された積層コンデ
ンサが得られる。

【０００４】しかしながら、上記製造方法では、内部電
極がセラミックグリーンシート上に導電ペーストを印刷
することにより形成されていたため、内部電極と、その
内部電極が電気的に接続されてはならない外部電極との
間のギャップ領域を精度よくコントロールすることが困
難であった。その結果、ギャップ領域の幅、すなわち内
部電極と他方側の外部電極との間の距離を大きくせざる
を得ず、内部電極の先端において歪み応力が集中しが
ちであること並びにより一層の小型化を図ることがで
きないこと、等の問題があった。

【０００５】他方、特開平２−２２４３１１号には、焼
結体を電気化学的な方法でエッチングして溶解除去する
ことにより、上記ギャップ領域を形成し、ギャップ領域
の幅を高精度にコントロールし得る方法が提案されてい
る。すなわち、この方法では、セラミックグリーンシー
ト上の全面に導電ペーストを印刷して内部電極を形成
し、次に、導電ペーストが印刷された複数枚のセラミッ
クグリーンシートを積層して積層体を得る。さらに、上
記積層体を焼結した後に、焼結体の一対の対向側面にお
いて、最終的にその対向側面に露出させるべきでない内
部電極について電気化学的にエッチングし、内部電極の
露出されていた部分及びその近傍を溶解除去して空隙を
形成する。さらに、該空隙に合成樹脂等の絶縁性材料を
充填し、しかる後一対の対向側面に、それぞれ、外部電
極を形成する方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開平２−２２４３１
１号に開示されている方法では、上記のように焼結体の
一対の対向側面に露出している内部電極を、電気化学的
方法でエッチングして空隙を形成するものであるため、
上記ギャップ領域を狭くすることができる。

【０００７】しかしながら、導電ペーストを印刷し、セ
ラミックスの焼成に際して該導電ペーストを焼き付ける
ことにより電極を形成するものであるため、電極材料の
連続性が十分でなく、内部電極の先端のギャップ領域に
臨む端縁の平滑性が必ずしも十分なものとはならなかっ
た。従って、ギャップ領域の幅を狭めた焼結体を得よう
とした場合、充填された絶縁材料の一部において電界集
中が生じやすく、絶縁破壊を引き起こしやすいという問
題があった。

【０００８】本発明の目的は、内部電極の先端側のギャ
ップ領域の幅を高精度に制御することが可能とされてお
り、かつ内部電極の先端のギャップ領域の部分端縁の平
滑性が高められており、従って絶縁破壊を引き起こし難
い積層セラミック電子部品を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、セラミック層と薄膜形成法により形成された金属膜
からなる内部電極とが交互に積層された焼結体と、前記
焼結体の側面に形成されおり、かつ所定の内部電極に電
気的に接続された第１，第２の外部電極とを備え、前記
第１又は第２の外部電極と電気的に接続された内部電極
の先端と、前記第２又は第１の外部電極との間に絶縁層
が形成されており、かつ前記内部電極の先端側の端縁が
設計値に対して内部電極面方向において±５μｍ以内の
範囲にある積層型セラミック電子部品である。

【００１０】また、請求項２に記載の発明では、前記内
部電極の先端と、該内部電極が電気的に接続されていな
い側の外部電極との間の距離が５〜７０μｍの範囲とさ
れている請求項１に記載の積層型セラミック電子部品と
されている。

【００１１】請求項３に記載の発明では、上記内部電極
が、厚み方向において交互に第１，第２の外部電極に電
気的に接続されており、かつセラミック層が圧電体セラ
ミックスにより構成されている。従って、請求項３に記
載の発明の積層セラミック電子部品は、例えば積層型圧
電アクチュエータとして用いられる。

【００１２】また、請求項４に記載の発明のように、上
記セラミック層を誘電体セラミックスにより構成しても
よく、その場合には、積層コンデンサを構成することが
できる。

【００１３】

【作用】本発明の積層セラミック電子部品では、内部電
極が、薄膜形成法により成形された金属膜により構成さ
れている。従って、導電ペーストを印刷して形成された
内部電極に比べ、電極材料が緻密かつ正確に付与されて
いるため、電極材料の連属性が飛躍的に高められてい
る。よって、第１又は第２の外部電極と電気的に接続さ
れた内部電極の先端部分においても、内部電極端縁部分
の平滑性が高められるので、第２又は第１の外部電極と
の間の絶縁層が高精度に構成され得る。

【００１４】内部電極の先端において、該先端側の端縁
に５μｍを超える凹凸が存在する場合、電界集中が起こ
りやすく、相手方の外部電極との間で絶縁破壊が生じや
すい。そこで、請求項１に記載の発明では、内部電極先
端側の端縁が設計値に対して±５μｍ以下の範囲に入る
ように構成されているため、上記のような絶縁破壊の発
生が確実に抑制される。

【００１５】

【発明の効果】請求項１に記載のセラミック電子部品で
は、上記内部電極が薄膜形成法により形成されているた
め、内部電極先端部分の平滑性が高められている。従っ
て、ギャップ領域の幅を狭めて、より小型の積層セラミ
ック電子部品を得ようとする場合であっても、内部電極
先端部分における電界集中が生じ難く、絶縁破壊の生じ
難い信頼性に優れた積層セラミック電子部品を構成する
ことができる。

【００１６】しかも、請求項１に記載の発明では、上記
のように内部電極の先端側の端縁が設計値に対して５μ
ｍの範囲内とされているため、電界集中が起こりがた
く、従って相手方の外部電極との間における絶縁破壊が
生じ難い。よって、特に、内部電極先端と相手方の外部
電極との間のギャップ領域の幅の小さい小型の積層電子
部品を得ようとした場合、請求項１に記載の発明によれ
ば、絶縁破壊を生じ難い小型の積層型セラミック電子部
品を提供することができる。すなわち、請求項１に記載
の発明によれば、信頼性に優れた、より小型の積層型セ
ラミック電子部品を提供することが可能となる。

【００１７】また、電気化学的な方法により内部電極の
一部をエッチングして空隙を形成し、それによってギャ
ップ領域を構成する場合には、ギャップ領域の幅を容易
に小さくすることができるが、この場合においても、内
部電極先端部分の平滑性が高められるため、より小型の
積層セラミック電子部品を提供することができる。

【００１８】さらに、請求項２に記載の発明によれば、
内部電極の先端と相手側の外部電極との間の距離が５μ
ｍ以上、７０μｍ以下とされている。これは、内部電極
の先端と相手方の外部電極との間の距離が５μｍ未満で
は、内部電極先端部分における電界集中が仮に起こらな
いとしても、外部電極との距離が近すぎるため、充分な
絶縁性を確保し得ないからである。また、７０μｍ以下
としたのは、７０μｍを超えると積層電子部品の小型化
の要請に対応できないからである。

【００１９】また、請求項３に記載の発明によれば、複
数の内部電極が厚み方向において交互に第１又は第２の
外部電極に電気的に接続され、セラミック層が圧電セラ
ミックスにより構成されているため、上記のように絶縁
破壊が生じ難く、信頼性に優れた積層型圧電アクチュエ
ータを提供することができる。

【００２０】さらに、請求項４に記載の発明によれば、
セラミック層が誘電体セラミックスにより構成されてい
るため、上記のように電界集中が生じ難く、信頼性に優
れ、さらに単位面積当たりの取得容量を高め得る積層コ
ンデンサを提供することが可能となる。

【００２１】

【実施例の説明】以下、図面を参照しつつ本発明の非限
定的な実施例を説明することにより、本発明を明らかに
する。

【００２２】第１の実施例 Ｐｂ（Ｍｇ_1/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ を主成分とする材料粉末
を有機バインダーと共に溶媒中に分散し、セラミックス
ラリーを得た。得られたスラリーを用い、１０μｍの均
一な厚みのセラミックグリーンシートを作製した。

【００２３】上記セラミックグリーンシートの一方主面
に、銀を主成分とする内部電極を蒸着により形成し、し
かる後、６０ｍｍ×４０ｍｍの大きさに打ち抜いた。上
記のようにして用意され、かつ内部電極が一方主面に形
成された複数枚のセラミックグリーンシートと、さらに
内部電極の形成されていないセラミックグリーンシート
とを積層し、厚み方向に圧着した後、９００℃の温度で
焼成し、焼結体を得た。

【００２４】得られた焼結体をダイヤモンドカッターに
より厚み方向に切断し、３ｍｍ×３ｍｍの矩形形状の平
面形状を有する焼結体を得た。上記のようにして切断し
て得られた焼結体を図１（ａ）に断面図で示す。焼結体
１では、複数の内部電極２〜７がセラミック層を介して
厚み方向に重なり合うように配置されている。この内部
電極２〜７が、上述したように蒸着法により形成されて
いる。

【００２５】次に、図１（ｂ）で示すように、焼結体１
の端面１ａを覆うように共通電極８を形成した。次に、
図２に示すように、硝酸銀水溶液９中に上記焼結体１を
浸漬し、同じく硝酸銀水溶液９中に浸漬された銀電極１
０と、上記共通電極８との間に１．０Ｖの電位差を１０
分間与え、図１の焼結体１の側面１ｂ側に露出している
内部電極２〜７のうち、共通電極８に電気的に接続され
ている内部電極２，４，６の側面１ｂに露出している部
分及びその近傍を溶解・除去した。内部電極２，４，６
が部分的に溶解除去された焼結体を図３（ａ）に示す。
図３（ａ）に示されているように、内部電極２，４，６
と側面１ｂとの間に、空隙Ａが形成されている。この空
隙Ａの幅すなわち内部電極２，４，６の先端と側面１ｂ
との間の距離は１５μｍであった。

【００２６】また、内部電極２，４，６の先端側端縁
は、設計値（直線形状）に対し、電極の面方向（第３図
（ａ），（ｂ）では、左右の方向）で、±３μｍのばら
つきの範囲内であった。

【００２７】次に、上記空隙Ａに電気泳動法により絶縁
材料としてＰｂ−Ｓｉ−Ａｌ系ガラス微粉末を充填し、
８５０℃の温度で熱処理し、図３（ｂ）に示す絶縁層１
２，１４，１６を形成した。

【００２８】さらに、焼結体１において、図３（ｂ）の
一点鎖線Ｂで示す部分まで該焼結体１を共通電極８が形
成されている側から研磨し、内部電極２〜７を側面１ａ
´に露出させた。この状態を図４に示す。

【００２９】次に、焼結体１の側面１ｂに、図５に示す
ように共通電極１８を形成し、上記と同様にして、硝酸
銀水溶液中に浸漬し電気化学的にエッチングすることに
より、共通電極１８に電気的に接続されている内部電極
３，５，７の側面１ａ´に露出されている部分及びその
近傍を除去し、空隙Ｃを形成した。

【００３０】さらに、上記空隙Ｃに、空隙Ａに絶縁層を
形成した場合と同様にして、絶縁層１３，１５，１７を
形成した（図６参照）。次に、焼結体１の側面１ａ´上
に共通電極１９を形成し、図７及び図８に示す積層型圧
電アクチュエータ２１を得た。なお、積層型圧電アクチ
ュエータ２１においては、上記共通電極１８，１９が、
それぞれ、外部と電気的に接続される外部電極を構成し
ている。

【００３１】図９及び図１０を参照して、本実施例の製
造方法における内部電極端縁の平滑性と、従来の導電ペ
ーストの印刷により形成された内部電極の場合の端縁の
状態とを説明する。図９（ａ）に平面断面図に示すよう
に、焼結体３１内において、従来法では内部電極３２が
ある高さ位置において全面に形成されていたとしても、
図示のように電極材料の連続性が充分でない。従って、
焼結体３１をエッチングし、図９（ｂ）に示すようにギ
ャップ領域Ｘを形成した場合、内部電極３２の端縁３２
ａが充分な連続性を有しない。

【００３２】これに対して、本実施例の製造方法では、
図１０（ａ）に示すように、薄膜形成法により内部電極
４２が焼結体４１のある高さ位置において緻密にかつ正
確に形成されている。従って、上記電気化学的方法によ
りエッチングしてギャップ領域４３を形成した場合、内
部電極４２の端縁４２ａが図示のように充分な平滑性を
有することになる。

【００３３】上記のように、本実施例の積層圧電アクチ
ュエータ２１では、ギャップ領域を構成するための空隙
Ａ，Ｃが、電気化学的なエッチング方法により形成され
ているため、内部電極先端位置が、設計値に対して、電
極面方向で±３μｍと小さなばらつきとなり、また、幅
１５μｍと非常に狭い幅のギャップ領域を高精度に形成
することができる。しかも、内部電極２〜７が蒸着法に
より形成されており、内部電極２〜７の上記空隙Ａ，Ｃ
に臨む先端部分の平滑性が保たれているため、幅１５μ
ｍのギャップ領域に絶縁層１２〜１７を形成したとして
も、該絶縁層１２〜１７における電界集中は生じ難い。

【００３４】なお、本願発明者は、上記実施例の積層圧
電アクチュエータ２１において、ギャップ領域の幅を種
々変更して実験を行ったところ、ギャップ領域の幅が５
μｍ未満では電界集中が生じ易く、従って上記ギャップ
領域の幅は５μｍ以上とすることが必要であることが確
かめられた。

【００３５】また、上記内部電極の先端側の端縁を、内
部電極の面方向において設計値に対して大きくばらつく
ように形成したところ、該ばらつきが±５μｍを超える
と内部電極と相手方の外部電極との間の絶縁破壊が生じ
易いことが認められた。従って、内部電極先端側の端縁
が、設計値に対して内部電極の面方向において±５μｍ
以内のばらつき内に収まるように、内部電極を形成する
ことが必要であることがわかった。

【００３６】第２の実施例 Ｐｂ（Ｍｇ_1/3 Ｎｂ_2/3)Ｏ₃ を主成分とするセラミック
粉末を有機バインダと共に溶媒中に分散し、セラミック
スラリーを得た。得られたスラリーを用い、１０μｍの
均一な厚みのセラミックグリーンシートを作製した。こ
のセラミックグリーンシートの一方主面に銀からなる内
部電極を蒸着により形成し、６０ｍｍ×４０ｍｍの大き
さに打ち抜いた。

【００３７】上記のように内部電極が一方主面に形成さ
れたセラミックグリーンシート及び内部電極が印刷され
ていないセラミックグリーンシートを複数枚積層し、厚
み方向に圧着して積層体を得、得られた積層体を９００
℃の温度で焼成して焼結体を得た。得られた焼結体を、
平面形状が１．０ｍｍ×１．５ｍｍの矩形形状となるよ
うに切断し、焼結体を得た。

【００３８】上記のようにして得た焼結体を用いたこと
を除いては、以降の工程を第１の実施例と全く同様にし
て実施し、最終的に焼結体の対向側面に外部電極がそれ
ぞれ形成された積層コンデンサを得た。

【００３９】本実施例の積層コンデンサの製造方法にお
いても、電気化学的なエッチング方法によりギャップ領
域が形成されるため、内部電極の先端側端縁のばらつき
を±５μｍ以内にでき、また幅１５μｍと非常に幅の狭
いギャップ領域を高精度に形成することが可能とされて
いる。しかも、内部電極が銀を蒸着することにより形成
されているため、内部電極における電極材料の連続性が
高められているため、上記電気化学的なエッチングによ
り除去された内部電極端縁における平滑性も高められて
いる。従って、エッチング後に空隙に充填された絶縁材
料において、異常な電界集中が生じ難い。

【００４０】第１，第２の実施例は、それぞれ、積層型
圧電アクチュエータ及び積層コンデンサの製造に適用し
たものであるが、本発明の積層セラミック電子部品の製
造方法は、その他、積層型コンデンサを含む複合部品や
積層型圧電共振部品等の積層型セラミック電子部品の製
造方法に広く適用することができる。

【００４１】また、第１，第２の実施例では、複数の内
部電極が焼結体の厚み方向において交互に焼結体の対向
側面に最終的に露出されていたが、本発明が適用される
積層型セラミック電子部品としてはこのような構造を有
するものに限定されない。例えば、絶縁耐圧を高めるた
めに、１の内部電極をセラミック層を介して隔てられた
２枚の内部電極で構成した積層コンデンサのように、複
数枚の内部電極を一組の内部電極群とし、複数組の内部
電極群が厚み方向において交互に一対の対向側面に露出
されている積層型セラミック電子部品にも適用し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１の実施例
で用意される焼結体及び該焼結体の１の側面に共通電極
を形成した状態を示す各断面図。

【図２】前記化学的な方法で内部電極端縁及びその近傍
をエッチングする方法を示す略図的側面図。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施例において、
エッチングにより空隙が形成された状態及び該空隙に絶
縁材料を充填した状態を示す各断面図。

【図４】絶縁層が形成された焼結体の他方端面を研磨す
ることにより他方端面に内部電極が露出された状態を示
す断面図。

【図５】他方側面上に電気化学的エッチング方法により
空隙を形成した状態を示す断面図。

【図６】図５に示した焼結体において空隙に絶縁材料を
充填した状態を示す断面図。

【図７】第１の実施例により得られた積層圧電アクチュ
エータを示す断面図。

【図８】第１の実施例により得られた積層圧電アクチュ
エータの斜視図。

【図９】（ａ）及び（ｂ）は、従来法において形勢され
た内部電極及び該内部電極の一の端縁及びその近傍を電
気化学的エッチングにより溶解除去した状態を示す部分
切欠平面図。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の方
法において形成された内部電極及び該内部電極の一の端
縁及びその近傍を電気化学的方法により溶解除去した状
態を示す各部分切欠平面図。

【符号の説明】

１…焼結体 １ａ，１ｂ…側面 ２〜７…内部電極 １２〜１７…絶縁層 １８，１９…共通電極（外部電極）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック層と、薄膜形成法により形成
   された金属膜からなる内部電極とが交互に積層された焼
   結体と、 前記焼結体の側面に形成されおり、かつ所定の内部電極
   に電気的に接続された第１，第２の外部電極とを備え、 前記第１又は第２の外部電極と電気的に接続された内部
   電極の先端と、前記第２又は第１の外部電極との間に絶
   縁層が形成されており、かつ前記内部電極の先端側の端
   縁が設計値に対して内部電極面方向において±５μｍ以
   内の範囲にある積層型セラミック電子部品。
2. 【請求項２】 前記内部電極の先端と、該内部電極が電
   気的に接続されていない側の外部電極との間の距離が５
   〜７０μｍの範囲とされている、請求項１に記載の積層
   型セラミック電子部品。
3. 【請求項３】 前記内部電極が焼結体の厚み方向におい
   て、交互に第１又は第２の外部電極と電気的に接続され
   ており、前記セラミック層が圧電体セラミックスよりな
   る請求項１に記載の積層型セラミック電子部品。
4. 【請求項４】 前記セラミック層が誘電体セラミックス
   よりなる請求項１に記載の積層型セラミック電子部品。