JPH084054B2 - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は，積層セラミックコンデンサに関する。更
に，詳しくは，個別に焼成された極薄のセラミック薄板
をガラス層で接合接着した積層セラミックコンデンサに
関する。特に，本発明は，高周波特性のすぐれた積層セ
ラミックコンデンサの構造に関する。

［従来の技術］ 最近，電子機器の小型化に伴い，積層セラミックコン
デンサの小型化が進み，更に，高周波回路のためにも積
層セラミックコンデンサの作製が望まれている。

従来，積層セラミックコンデンサに用いられる誘電体
材料としては，チタン酸バリウム，酸化チタンを主成分
とするセラミック材料が，一般であるが，数十MHz〜数G
Hzという高周波帯域で用いるためには，その高周波帯域
における等価直列抵抗が数十ｍΩ程度であることが要求
され，その条件を満足する材料としては，薄層誘電体材
料としてマイカ（雲母）を用いたマイカコンデンサが多
く用いられている。

然し乍ら，マイカコンデンサはその原料であるマイカ
が天然のものであるために物性値のバラツキが大きく，
また，その量が限られているために，チタン酸バリウム
や酸化チタンを主成分とする積層セラミックコンデンサ
で，高周波帯域での等価直列抵抗値が数十ｍΩ程度であ
るものの開発が望まれていたが，これらの材料は誘電損
失が大きく，また，誘電体と金属導体を一緒に焼成する
ために，内部電極に用いる金属は,1200〜1400℃の温度
範囲でも誘電体と反応することなく，かつ，酸化もしな
いものでなければならないという制約があり，これらの
条件を満足する特性をもつものは得られていない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は，以上の従来の積層セラミックコンデ
ンサの欠点を解消することである。即ち，本発明は，数
十MHz〜数GHzの高周波帯域における等価直列抵抗が小さ
い積層セラミックコンデンサを提供することを目的とす
る。従って，本明細書において，［高周波領域］とは，
数十MHz〜数GHzの高周波範囲をいい，本発明の積層セラ
ミックコンデンサが特に使用されるに適する周波数であ
る。また，本発明は，寸法精度及び機械的強度にすぐれ
た積層セラミックコンデンサを提供することを目的とす
る。誘電体層として高周波領域における等価直列抵抗が
非常に小さいものよりなる積層セラミックコンデンサを
提供することを目的とする。また，本発明は，各層のセ
ラミック層の間に空隙を設けることなく，ガラス層をセ
ラミック層間に形成し，比較的に低温で溶着し，セラミ
ック層を多層化して重ね接合することにより，非常に薄
いセラミック薄板でも実用でき，積層構成できる積層セ
ラミックコンデンサを提供することを目的とする。ま
た，本発明は，電極形成用に金属導体層をガラス層を挾
んで形成するが，そのガラス層を挾んで形成された２つ
の導体層は等しい電位にし，高周波領域における等価直
列抵抗の小さい積層セラミックコンデンサを提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成］ ［問題点を解決するための手段］ 本願発明は、導電体層と導体層を互いに積層した積層
セラミックコンデンサにおいて，該誘電体層は、予め焼
成処理したセラミック薄板であり、そのセラミック薄板
の両表面或いは片面には、所望パターンの導体層を有
し、そのようなセラミック薄板を多数、ガラス接着層を
挾んで、積層して、前記ガラス接着層を溶融処理するこ
とによりガラス接着層のみが接合の役目をはたし、互い
に該セラミック薄板が接合積層された構造を有する積層
セラミックコンデンサを提供する。そして、２つの導体
層がガラス層を挾む構造がある場合、その２つの導体層
は、接続され、同電位であることが好ましい。また、導
体層は、銀、銅、パラジウム及びその組合わせより選択
された金属が好適である。更に、各々の焼成済みのセラ
ミック薄板の上に、厚膜スクリーン印刷法により、各々
の所望の導体パターンを形成し、更に、導体パターンを
含むセラミック薄板の全面にわたり、ガラスペースト
を、同様のスクリーン印刷法により塗布し、形成された
所望導体パターン及びガラスペースト層を有するセラミ
ック薄板を多数、積み重ね、次に、そのように積層形成
したセラミック薄板を低温で熱処理し、ガラスペースト
層を溶融し、積層されたセラミック薄板を接合形成する
工程により積層セラミックコンデンサが製造される。

本発明の積層セラミックコンデンサの構造は，セラミ
ック薄板層，その上に所定パターンで配置された電極導
体パターンを有し，そのようなセラミック薄板を多層に
ガラス層を介在させて組立ててガラスを溶融せしめ接着
接合したものである。

本発明では，焼成後のセラミック薄板を用いるため
に，上記の電極導体層パターン，介在ガラス層等を形成
するためにペースト印刷後に加熱処理するときにも，セ
ラミック薄板の収縮が生じなく，積層して接合すること
が容易なものである。従って，従来のグリーンシート積
層法に比較して，非常に薄いセラミック薄板でも多層形
成でき，加熱処理によるセラミック薄板の反りも生じる
ことが少ない。更に，電極導体層形成もガラス層が介在
して，電極導体層が外部に露出していないために，貴金
属以外の金属材料で形成された電極も利用できる。

セラミック薄板を多層化するために，ガラス層をスク
リーン印刷法により形成し，セラミック薄板間の接合層
とする。このようにしたセラミック薄板を積層して焼成
する。ガラス層は全面にわたり，空隙を設けずに印刷さ
れているために，セラミック薄板相互の接着が良好に行
なわれ，機械的強度が強い積層セラミックコンデンサが
得られる。

更に，接合層としてガラスを用いたことにより耐熱性
にすぐれ，多層セラミック薄板の気密封止性が良好にな
り，絶縁特性がよく，使用しやすい積層セラミックコン
デンサが得られた。また，ガラス層は，すぐれた電気的
絶縁性をもつために，ガラス層を挾んで上下のセラミッ
ク薄板に印刷された電極導体層は，良好な絶縁性を保持
することができる。更に，焼成後の非常に薄いセラミッ
ク薄板を使用しているために，多層の電極パターン，端
子部の位置合わせのためのマージンを小さくとることが
できる（小さくてもよい）。従って，高精度の電極パタ
ーンの実装が可能である。

誘電体層としては，一般に酸化チタン，チタン酸バリ
ウム，アルミナなどが用いられていた。本発明の積層セ
ラミックコンデンサでは，高周波領域回路に利用する場
合は，高周波領域での誘電損失が10^-4のオーダーと小さ
いが，一方，酸化チタン，チタン酸バリウムを主成分と
したものは，誘電率が数十〜数千と大きいのに対して，
アルミナを主成分では，高周波領域での誘電率が,10程
度と小さく。そのために，同様の容量を得ようとする
と，アルミナ層では，その厚さを薄くする必要がある。
従って，本発明の積層コンデンサで，高周波領域用のも
のは，誘電体層の材料は，高周波領域での誘電損失が小
さいことが必要であり，アルミナ（Al₂O₃）を主成分と
して,SiO₂,MgOなどを微量含んでいてもよい。従って，
本発明での高周波領域用コンデンサは，誘電体層の厚さ
は130μｍ以下が好適である。

極薄のセラミック薄板を用いると，複数のセラミック
薄板を積層する際に薄板が導く透光性になるために下層
の薄板に印刷されたパターンに対して位置合わせが容易
にでき，高精度の位置合わせが可能である。更に，積層
時に個々の薄板の反りを容易に補正でき，平面性の高い
積層セラミックコンデンサが容易に作製できる。

本発明の積層セラミックコンデンサは，内部電極を有
する多数のセラミック薄板を，それらの表面をガラス層
で接合することにより重ね接合した構造である。従っ
て，本発明の積層セラミックコンデンサは，例えば，第
１図の如き構造を持つものセラミック薄板，即ち，セラ
ミック薄板１の両表面に図示のごとく導体層２を形成
し，その上に図示の如くガラス層３を設けたものであ
る。このような構造のセラミック薄板を多数に積層し，
その積層体の上下にあるガラス層３をカバーするために
最上面と最下面に２枚のセラミック薄板を付着する。従
って，第２図の示すような構造のものである。

本発明の積層セラミックコンデンサは，特に，ガラス
層で導体層パターンが外部に露出しないために，導体層
を形成する金属材料の種類に比較的に自由度があり，選
択が自由である。そのために，高周波領域用の積層コン
デンサのためには，抵抗率の極小さい金属，電導率の良
好な金属，例えば，銀，銀パラジウム，銅等を用いる。
即ち，本発明の積層コンデンサの構造において，誘電体
層材料として，アルミナを主成分とするセラミックス
を，極薄の薄板にしたものを用い，導体層材料として，
電導率の良好な金属を用いると，高周波領域ですぐれた
性能，特性を有する積層コンデンサが得られる。

本発明に用いられるセラミック薄板は，高周波特性の
すぐれたものを得るため，誘電損失は低い方がよい。好
適には，誘電損失0.1以下の誘電体材料が望ましい。ま
た，セラミック薄板の厚さは，絶縁性が保持されれば，
小さい程高周波特性のすぐれたものが得られる。実用
上，高周波特性のすぐれた積層セラミックコンデンサを
得るためには，セラミック薄板の厚さは，約130μｍ以
下が望ましい。

このような電気絶縁性のすぐれ，極薄のセラミック薄
板を作るためには，金属アルコキシドを出発原料とし
て，ゾル−ゲル法により製造することが好適である。特
に，このようにして作られたアルミナ基板が好適であ
る。

用いるセラミック薄板の厚さは，上記のように薄けれ
ば薄いほど，高周波領域における特性がよりよくなり，
又，その出来上がった積層セラミックコンデンサを，薄
くすることができる。

また，上記の電極導体パターンを作成する方法として
は，印刷法により，説明したが，その中で，特に，スク
リーン印刷を用いた厚膜法が有用である。その他に，ホ
トエッチング技術も利用でき，ホトエッチングによる薄
膜作成法を用いることができる。また，その両方の技法
を用いることもできる。

導体パターン層形成に用いる材料としては，金，銀，
銅，パラジウムなど高い導電性を持つ金属であり，その
ペーストをスクリーン印刷法などによりセラミック薄板
表面上に印刷し，電極導体パターンとすることができ
る。

ガラス層の作成法は，上記のようにスクリーン印刷に
よる厚膜作成法でよく，有効である。

セラミック薄板各層を互いに接合するためのガラス層
形成には，比較的に低温で溶融するガラス，例えば，硼
珪酸ガラス，結晶化ガラスなどを使用できる。比較的低
温の融点を有し，取り扱い易いものがよい。この加熱処
理のときに，電極パターンを含むセラミック薄板に障害
を与えないためになるべく低温で接合できる材料を使用
する。ガラス溶融接合のための処理温度は好適には500
℃〜900℃程度であり，更に，好適には約800〜850℃で
ある。

実施例では，アルミナ基板を例として示したが，セラ
ミック基板としては，他に，高周波領域用以外には,BaO
−TiO₂等の誘電体基板，チタニア（TiO₂）系の誘電体材
料等をも利用できる。

本発明により得られる積層セラミックコンデンサは，
例えば，電子機器等に使用される高周波回路用のコンデ
ンサなどに使用され得る。

次に，本発明の積層セラミックコンデンサについて実
施例により説明するが，本発明は，次の実施例のものに
限定されるものではない。

［実施例］ 金属アルコキシド法等により成形され，焼成された厚
さ30〜120μｍの範囲の非常に薄く，アルミナ純度97％
以上のアルミナ薄板１を得る。第１図に示すように，ア
ルミナ薄板１の両表面に電極形成のための金属導体ペー
ストを印刷法により塗布し，乾燥し，焼成して電極導体
層２を形成した。この導体層形成のための金属は，銀，
銀パラジウム，銅などを用いる。高周波領域において，
抵抗率の小さい金属を用い，高周波特性のすぐれた積層
セラミックコンデンサを作製できる。

この両面に金属導体層を形成したアルミナ薄板１に全
体にスクリーン印刷法により，ガラスペーストを塗布
し，第１図の構造のものを作製する。次に，このような
構造の薄板を少なくとも１枚を積層したものと，導体層
を形成せずに，片面にガラスペーストを塗布したものを
２枚，積層したものの最上面及び最下面に重ねることに
より，第２図に示すような積層構造体を作製した。

この積層構造体を加圧しながら約800〜850℃で焼成し
た。次に，この焼成構造体を，個々のチップに切断し，
端子電極を形成して積層セラミックコンデンサを作製し
た。

このように作製された積層セラミックコンデンサは，
例えば,1GHzにおける等価直列抵抗の値が30〜60mΩの範
囲の測定値であった。

即ち，数十MHz〜数GHzのような高周波領域における等
価直列抵抗値が非常に小さい積層セラミックコンデンサ
が実現できた。

［発明の効果］ 本発明の積層セラミックコンデンサは，上記のような
構成をとることにより， 第１に，個別に焼成したセラミック薄板を用いること
により，即ち，セラミック材料の焼成収縮などによる寸
法精度の低下がなく，低温焼成で作られるために比較的
に高い精度が可能で，寸法精度及び多層電極パターンの
位置合わせ精度にすぐれた積層セラミックコンデンサが
製造できること，第２に，非常に薄い焼成セラミック薄
板を用いることにより，特に，高周波領域における誘電
体の等価直列抵抗値が非常に低くできるために，高周波
特性のすぐれた積層セラミックコンデンサが製造可能に
なったこと， 第３に，電極形成のための金属材料に，銀，銅，ニッ
ケルなどの安価な材料を使用できるために，比較的に安
価に積層セラミックコンデンサの作製が可能になったこ
と， 第４に，接合層としてガラスを用いたことにより耐熱
性，機械的強度，気密封止性及び層間の絶縁性にすぐれ
た積層セラミックコンデンサが製造可能になったことな
どの技術的効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は，本発明の積層セラミックコンデンサに用いる
１つのセラミック薄板の構成を示す説明断面図である。 第２図は，本発明の積層セラミックコンデンサの構成を
示す説明断面図である。 ［主要部分の符号の説明］ １……セラミック薄板 ２……電極導体層 ３……ガラス層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 疋田 和康 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬1019番地 (56)参考文献 特開 昭59−3909（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−34203（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体層と導体層を互いに積層した積層セ
   ラミックコンデンサにおいて、 該誘電体層は、予め焼成処理したセラミック薄板であ
   り、 そのセラミック薄板の両表面或いは片面には、所望パタ
   ーンの導体層を有し、 そのようなセラミック薄板を多数、ガラス接着層を挾ん
   で、積層して、前記ガラス接着層を溶融処理することに
   よりガラス接着層のみが接合の役目をはたし、互いに該
   セラミック薄板が接合積層された構造を有することを特
   徴とする前記積層セラミックコンデンサ。
2. 【請求項２】２つの導体層がガラス層を挾む構造がある
   場合、その２つの導体層は、接続され、同電位であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の積層セラミ
   ックコンデンサ。
3. 【請求項３】前記導体層は、銀、銅、パラジウム及びそ
   の組合わせより選択された金属であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の積層セラミックコンデン
   サ。
4. 【請求項４】各々の焼成済みのセラミック薄板の上に、
   厚膜スクリーン印刷法により、各々の所望の導体パター
   ンを形成し； 更に、導体パターンを含むセラミック薄板の全面にわた
   り、ガラスペーストを、同様のスクリーン印刷法により
   塗布し； 形成された所望導体パターン及びガラスペースト層を有
   するセラミック薄板を多数、積み重ね； 次に、そのように積層形成したセラミック薄板を低温で
   熱処理し、 ガラスペースト層を溶融し、積層されたセラミック薄板
   を接合形成することを特徴とする積層セラミックコンデ
   ンサの製法。