JPH07335477A - セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｎｉ、Ｃｕまたはこれらの合金からなる内部
導体及び外部電極を有するセラミック電子部品におい
て、内部導体と外部電極との電気的接続の信頼性を高め
ることができ、かつ外部電極の焼結密度を高め得る製造
方法を提供する。 【構成】 Ｎｉ、Ｃｕまたはこれらの合金からなる外部
導体を有する焼結体を用意し、該焼結体の外表面にＮ
ｉ、Ｃｕまたはこれらの合金を含む外部電極ぺを塗布
し、焼き付けるに際し、酸素濃度２０ｐｐｍ以下で熱処
理することにより脱バインダ工程を実施し、しかる後酸
素濃度３０〜１００ｐｐｍに高めて外部電極を焼き付け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内部導体及び内部導体
に接続される外部電極を有するセラミック電子部品の製
造方法に関し、特に、ＮｉやＣｕのような卑金属よりな
る内部導体及び外部電極を有するセラミック電子部品の
製造方法に関する。

【０００２】本発明は、積層コンデンサ、積層型圧電共
振子、セラミック多層基板のような積層型セラミック電
子部品のほか、内部導体を有するセラミック電子部品の
製造方法一般において利用することができる。

【０００３】

【従来の技術】近年、セラミック電子部品のコストを低
減するために、内部導体や外部電極材料として、Ａｇや
Ｐｄなどの貴金属に代えて、ＮｉあるいはＣｕなどの卑
金属の使用が進められている。

【０００４】積層コンデンサを例にとり、卑金属を用い
た場合の電極形成方法を説明する。まず、Ｎｉよりなる
複数の内部電極がセラミック層を介して積層された焼結
体を用意する。この焼結体の両端面に、Ｃｕ含有外部電
極ペーストを塗布し、焼き付けることにより、外部電極
を形成する。

【０００５】外部電極ペーストは金属粉末、ガラス、有
機バインダ及び溶剤を混練して調製されているため、上
記外部電極の焼き付けに際しては、最初に有機物を燃焼
・飛散させる脱バインダ工程を行い、次に、外部電極を
焼き付けて完成させる外部電極の焼き付け工程を行う。

【０００６】ところで、外部電極材料として、Ｃｕを用
いた場合には、Ｃｕの酸化を防止するために、窒素ガス
等を炉内に供給し、非酸化性雰囲気下において焼き付け
が行われている。

【０００７】また、上記Ｃｕペーストは、平均粒径２μ
ｍ程度のＣｕ粉末１００重量％に、ガラス成分として、
ホウ硅酸亜鉛系ガラス及びホウ硅酸鉛系ガラスの混合物
を４重量％添加し、さらに上記固形分が全体の７５重量
％となるようにブチルセルソルブなどの溶剤に対しアク
リル系樹脂を３０重量％溶解させた有機ビヒクルを加え
て混練することにより調製されている。

【０００８】上記Ｃｕペーストの焼き付けに際しては、
例えば図２に示すプロファイルに従って焼き付けが行わ
れている。すなわち、まず、炉内において、酸素濃度１
００ｐｐｍ程度の雰囲気とし、Ｃｕペースト中の有機物
を燃焼・飛散させ、約６５０℃の温度を超えたあたりか
ら、酸素濃度を１０ｐｐｍ程度に低下させてＣｕの酸化
を防止しつつ外部電極の焼き付けを行っていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
Ｃｕペーストを用いた外部電極の形成法では、脱バイン
ダに際しては、有機物の燃焼を促進させるために酸素分
圧を高くし、その後のＣｕの焼結に際し酸素濃度を低下
させてＣｕの酸化を防止していた。

【００１０】ところで、Ｃｕペーストの焼き付けに際
し、酸素濃度を高くした場合には、Ｃｕの焼結密度が高
められ、耐衝撃性等に優れた外部電極を形成し得るもの
の、内部電極と外部電極との電気的接続の信頼性が劣化
するため取得静電容量が低下するという問題があった。

【００１１】他方、酸素濃度を低く設定した場合には、
内部電極と外部電極との合金化が促進し、外部電極と内
部電極との電気的接続性が高められる。しかしながら、
外部電極の焼結密度が十分に高められず、外部電極中に
空孔を生じ易くなる。その結果、外部電極表面にめっき
層を形成する場合、めっき液が外部電極から内部に侵入
し、内部欠陥が発生したり、絶縁抵抗が劣化したりする
という問題が生じがちであった。

【００１２】すなわち、従来の外部電極形成方法では、
ＣｕやＮｉなどの卑金属を含む外部電極ペーストを用い
た場合、内部電極と外部電極との接続の信頼性を高める
こと、並びに外部電極の密度を高めることの双方を両立
することは非常に困難であった。

【００１３】本発明の目的は、卑金属を用いて内部導体
及び外部電極が構成されているセラミック電子部品にお
いて、内部導体と外部電極との電気的接続の信頼性に優
れ、かつ外部電極密度の高められているセラミック電子
部品を安定に得ることを可能とする方法を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｎｉもしくは
Ｃｕまたはこれらの合金からなる内部導体を有する焼結
体を用意する工程と、前記焼結体の外表面に内部導体に
電気的に接続される外部電極を形成するために、該焼結
体の外表面にＮｉもしくはＣｕまたはこれらの合金を含
む外部電極ペーストを付与する工程と、前記外部電極ペ
ーストを酸素濃度２０ｐｐｍ以下の雰囲気で熱処理し、
脱バインダする工程と、前記脱バインダ工程の後に、酸
素濃度３０〜１００ｐｐｍの雰囲気において外部電極ペ
ーストを焼き付けて外部電極を完成させる工程とを備え
ることを特徴とする、セラミック電子部品の製造方法で
ある。

【００１５】本発明においては、まず、ＮｉもしくはＣ
ｕまたはこれらの合金からなる内部導体を有する焼結体
が用意されるが、この内部導体及び焼結体については特
に限定されるものではない。すなわち、例えば積層コン
デンサに用いられる焼結体のように、複数の内部電極が
内部導体として焼結体内に構成されているものであって
もよく、あるいは、１つの内部導体がセラミック焼結体
内に配置された他の焼結体であってもよい。また、内部
導体は、ＮｉもしくはＣｕまたはこれらの合金からなる
ものであれば、その形成方法は特に問わない。すなわ
ち、例えばＮｉもしくはＣｕまたはこれらの合金を含む
導電ペーストをセラミックグリーンシート上に印刷し、
該セラミックグリーンシートを含む積層体を焼成するこ
とにより、上記内部導体を有する焼結体を得てもよく、
あるいは、セラミックグリーンシート上に蒸着・めっき
もしくはイオンプレーティングなどの薄膜形成法によ
り、ＮｉもしくはＣｕまたはこれらの合金からなる内部
電極を形成し、しかる後、内部電極の形成されたセラミ
ックグリーンシートを積層し、得られた積層体を焼成す
ることにより焼結体を得てもよい。

【００１６】次に、上記焼結体の外表面に、外部電極ペ
ーストを付与する。外部電極ペーストは、上述したよう
に、Ｎｉ、Ｃｕまたはこれらの合金を含むものが用いら
れ、Ｎｉ、Ｃｕまたはこれらの合金粉末の他、有機バイ
ンダ、ガラス及び溶剤を配合し、混練することにより得
られる。外部電極ペーストの付与は、焼結体の外表面に
内部導体に電気的に接続されるように、外部電極ペース
トを印刷等の適宜の方法により塗布することにより行わ
れる。

【００１７】本発明では、上記外部電極ペーストを焼き
付けて外部電極を完成させるに際し、まず、酸素濃度２
０ｐｐｍ以下の雰囲気で熱処理が行われて脱バインダが
行われる。この脱バインダ工程において、外部電極ペー
スト中に含まれていた有機物が燃焼・飛散される。もっ
とも、本発明では、酸素濃度が２０ｐｐｍ以下の雰囲気
で熱処理されるため、有機物の全てが該脱バインダ工程
において燃焼・飛散されず、炭化物が若干残ることにな
る。

【００１８】本発明では、上記脱バインダ工程の後に、
酸素濃度が３０〜１００ｐｐｍと高められた雰囲気で、
外部電極ペーストの焼き付けが行われる。すなわち、酸
素濃度を高めることにより、外部電極が緻密に焼結され
る。

【００１９】なお、本発明における酸素濃度とは、炉内
の酸素濃度設定値ではなく、炉内に投入された電子部品
が実際にさらされている雰囲気の酸素濃度をいうものと
する。この酸素濃度は、部品を投入した状態で電子部品
周囲の濃度を実際に測定することにより得られる。

【００２０】

【発明の作用及び効果】一般に、金属の電極を焼き付け
により形成する場合には、低温域で完全に有機成分を燃
焼させてから高温域で焼結を進める方法が採用されてい
る。しかしながら、有機成分を完全に燃焼させると、外
部電極中の雰囲気が酸化雰囲気となり、内部導体まで酸
化が及び、外部電極と内部電極との接合が不完全とな
る。他方、高温域で酸素濃度を抑制すると、外部電極を
構成する金属成分の酸化を抑制し得るものの、ガラスと
金属とが馴染み難くなり、外部電極の焼結が抑制され
る。

【００２１】本願発明者は、脱バインダ工程では、酸素
濃度２０ｐｐｍ以下に設定することにより、樹脂の完全
な燃焼を抑制すれば、外部電極内を還元雰囲気とするこ
とができ、それによって内部導体の酸化を抑制し、内部
導体と外部電極との接合の信頼性を高め得ることを見出
した。また、焼き付け工程においては、逆に酸素濃度を
高めることにより、外部電極を若干酸化ぎみとすること
により、ガラス成分との濡れ性を高めて焼結を促進する
ことができ、それによって外部電極の緻密化を果たし得
ることを見出した。

【００２２】本発明では、外部電極ペーストの焼き付け
に際し、上記のように、酸素濃度２０ｐｐｍ以下と低く
して脱バインダが行われるため、脱バインダ工程終了後
に、残炭化物が外部電極中に存在することになる。他
方、この残炭化物が、外部電極中に存在したままで、次
の焼き付け工程が行われるため、焼き付けに際しては、
残炭化物が残存しているためか、後述の実施例から明ら
かなように、内部導体と外部電極との間の合金化が促進
され、内部導体と外部電極との間の電気的接続の信頼性
が高められる。また、上記焼き付け工程は、酸素濃度３
０〜１００ｐｐｍで行われるため、外部電極の緻密化が
果たされ、従って、耐機械的衝撃性に優れた外部電極を
形成し得る。

【００２３】よって、本発明によれば、内部導体との電
気的接続の信頼性に優れ、めっき液等の侵入による内部
欠陥の生じがたい信頼性に優れたセラミック電子部品を
提供することが可能となり、しかも、外部電極焼き付け
時に酸素濃度が高められているため、外部電極の焼結密
度も高められる。

【００２４】

【実施例の説明】以下、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。本実施例
は、目的とする静電容量が１μＦであり、図１に模式的
に示す構造を有する積層コンデンサの製造方法に適用し
たもので ある。図１に示す積層コンデンサ１では、焼
結体２内に複数の内部電極３ａ〜３ｄがセラミック層を
介して重なり合うように配置されている。焼結体２の端
面２ａ，２ｂには、外部電極４，５が形成されている。

【００２５】まず、図１に示す焼結体２を用意した。す
なわち、セラミックグリーンシート上に、Ｎｉ含有導電
ペーストをスクリーン印刷し、該導電ペーストの印刷さ
れたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、上下に
導電ペーストの印刷されていないセラミックグリーンシ
ートを積層して積層体を得た。得られた積層体を厚み方
向に加圧した後、焼成することにより、導電ペーストを
焼き付けて内部電極を完成させるとともに、該内部電極
がセラミック層を介して積層されている焼結体２を得
た。この焼結体の外形寸法は、２．０×１．２５×１．
２５ｍｍである。

【００２６】次に、上記焼結体２の両端面２ａ，２ｂ上
に、Ｃｕペーストを積層コンデンサ１個あたり０．１５
ｍｇとなるように塗布し、乾燥することにより試料を用
意した。使用したＣｕペーストは、Ｃｕ粉末（平均粒径
２μｍ）に対して、ガラスフリット（ホウ硅酸亜鉛系ガ
ラス及びホウ硅酸バリウム系ガラスの混合物）を５重量
％と、これらの固形分を樹脂分としてのアクリル系樹脂
等を含む有機ビヒクルを用いて混練し、ペースト中の固
形分を７０重量％とした。

【００２７】上記Ｃｕペーストを、種々の条件で焼き付
けた。使用した条件は以下の通りである。 脱バインダ工程…脱バインダ工程については、外部電極
ペーストの塗布された焼結体を炉内で加温し、６５０℃
の温度まで昇温することにより行った。この脱バインダ
工程については、酸素濃度が５、１０、２０及び４０ｐ
ｐｍの４種類の条件で行った。

【００２８】焼き付け工程…脱バインダ工程に続き、６
５０℃の温度から８５０℃の温度まで昇温し、外部電極
を焼き付けた。５、１５、３０、１００及び１５０ｐｐ
ｍの５種類の酸素濃度の雰囲気で行った。

【００２９】上記のようにして、外部電極を焼き付けて
積層コンデンサを得た後、静電容量を測定した。結果を
下記の表１に示す。表１は、各条件において５００個の
積層コンデンサの静電容量を測定し、その最小値が、
０．８μＦ以上の場合○印を、０．８μＦ未満０．７μ
Ｆ以上の場合△印を、０．３μＦ未満の場合×印を付す
ることにより表した。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１から明らかなように、脱バインダ工程
において、酸素濃度を２０ｐｐｍ以下とし、焼き付け工
程において酸素濃度１００ｐｐｍ以下とすることによ
り、静電容量の低下が生じ難いことがわかる。

【００３２】また、上記のようにして得られた積層コン
デンサの外部電極上に、湿式めっき法により、Ｎｉめっ
き層及びＳｎめっき層を形成し、しかる後、絶縁抵抗を
測定した。結果を表２に示す。

【００３３】表２は、各条件で外部電極が焼き付けられ
た積層コンデンサ５００個のうち、絶縁抵抗が最小値の
ものにつき、絶縁抵抗が１×１０¹⁰Ω以上の場合に○印
を、１×１０⁸ Ω以上、１×１０¹⁰Ω未満のものに△印
を、１×１０⁸ Ω未満のものに×印を付することによ
り、絶縁抵抗の評価を示した。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２から明らかなように、焼き付け工程に
おいて、酸素濃度を２５〜１１５ｐｐｍとすることによ
り、絶縁抵抗の劣化が生じ難いことがわかる。従って、
表１及び表２に示す結果から、脱バインダ工程において
は、酸素濃度を２０ｐｐｍ以下とし、焼き付け工程にお
いては、酸素濃度２５〜１００ｐｐｍとすることによ
り、内部電極と外部電極との電気的接続の信頼性を高
め、目的とする静電容量を確実に得ることができ、かつ
外部電極が緻密に焼結されており、めっき層を形成した
としても絶縁抵抗の低下が生じ難い積層コンデンサの得
られることがわかる。

【００３６】よって、上記実施例から明らかなように、
図３に示すプロファイルに従って、脱バインダ工程及び
焼き付け工程を実施すれば、上記のように、静電容量が
大きく、かつ絶縁抵抗の劣化の生じ難い積層コンデンサ
が得られる。

【００３７】なお、上記実施例では、外部電極をＮｉ、
内部電極Ｃｕで構成したが、逆に、内部導体をＣｕで、
外部電極をＮｉで構成しても、同様に、外部電極の形成
に際し、酸素濃度雰囲気を上記と同様に制御することに
より、内部導体と外部電極との電気的接続の信頼性を高
め、かつ緻密の外部電極を形成し得ることが確かめられ
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミック電子部品の一例としての積層コンデ
ンサを示す断面図。

【図２】従来の外部電極焼き付け工程のプロファイルを
示す図。

【図３】本発明の一実施例における焼き付け工程のプロ
ファイルを示す図。

【符号の説明】

１…積層コンデンサ（セラミック電子部品） ２…焼結体 ３ａ〜３ｄ…内部電極（内部導体） ４，５…外部電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＮｉもしくはＣｕまたはこれらの合金か
   らなる内部導体を有する焼結体を用意する工程と、 前記焼結体の外表面に内部導体に電気的に接続される外
   部電極を形成するために、該焼結体の外表面にＮｉもし
   くはＣｕまたはこれらの合金を含む外部電極ペーストを
   付与する工程と、 前記外部電極ペーストを酸素濃度２０ｐｐｍ以下の雰囲
   気で熱処理し、脱バインダする工程と、 前記脱バインダ工程の後に、酸素濃度３０〜１００ｐｐ
   ｍの雰囲気において外部電極ペーストを焼き付けて外部
   電極を完成させる工程とを備えることを特徴とする、セ
   ラミック電子部品の製造方法。
2. 【請求項２】 前記セラミック電子部品が積層セラミッ
   ク電子部品であり、前記内部導体が複数の内部電極であ
   る、請求項１に記載のセラミック電子部品の製造方法。