JPH11251173A

JPH11251173A - 積層セラミック電子部品

Info

Publication number: JPH11251173A
Application number: JP10050537A
Authority: JP
Inventors: Takanori Nakamura; 孝則中村; Takeshi Yamana; 毅山名; Nobuyuki Wada; 信之和田; Takaharu Miyazaki; 孝晴宮崎
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 1999-09-17
Anticipated expiration: 2018-03-03
Also published as: KR19990077544A; DE19909300A1; JP3644235B2; KR100317467B1; TW432413B; CN1135578C; US6270906B1; CN1227957A

Abstract

(57)【要約】【課題】デラミネーションのような構造欠陥がなく、
内部電極およびセラミック層の薄層化を可能にした、積
層セラミックコンデンサのような積層セラミック電子部
品を提供する。【解決手段】内部電極８，９の厚みを０．２〜０．７
μｍと薄くすることによって、セラミック層２の厚みを
３μｍ以下に薄くしても、デラミネーションが生じにく
くする。好ましくは、セラミック層２のセラミックグレ
インの平均粒径を０．５μｍ以下とし、内部電極８，９
とセラミック層２との界面における凹凸を小さくし、ま
た、内部電極８，９を形成するために用いられるペース
ト中のニッケル等の金属粉末の平均粒径を１０〜２００
ｎｍとし、内部電極８，９の金属充填密度および平滑性
を向上させ、内部電極８，９のカバレッジの低下を防止
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば積層セ
ラミックコンデンサのような積層セラミック電子部品に
関するもので、特に、内部電極における改良に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ペロブスカイト構造を有する
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸
カルシウムなどのセラミック誘電体材料は、その高い比
誘電率を利用して、コンデンサ材料として広く用いられ
てきた。また、受動部品であるコンデンサは、近年の電
子部品の小型化の流れから大きい静電容量と小型化が望
まれている。

【０００３】一方、セラミック誘電体を誘電体層に用い
た積層セラミックコンデンサは、空気中で１３００℃程
度の高温で焼成することが必要であったため、内部電極
としてパラジウム、白金などの貴金属またはこれらの合
金が使用されてきた。しかし、これらの電極材料は非常
に高価であり、製品コストに占める電極材料コストの割
合が高く、コストダウンが困難であった。

【０００４】上記問題を解決するため、積層セラミック
コンデンサの内部電極材料の卑金属化が進められ、焼成
時に、電極を酸化させないために中性または還元性雰囲
気で焼成できる耐還元性を考慮したセラミック誘電体材
料が種々開発されてきた。このような卑金属内部電極材
料としては、コバルト、ニッケル、銅などがあるが、コ
ストや耐酸化性の点から、ニッケルが主に用いられてい
る。

【０００５】現在、積層セラミックコンデンサは、さら
なる小型化、大容量化が求められており、そのため、セ
ラミック誘電体材料の高誘電率化、およびセラミック誘
電体からなるセラミック層の薄層化が検討され、同時
に、電極についても、その薄層化が検討されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】積層セラミックコンデ
ンサの内部電極は、一般に、金属粉末を含むペーストを
スクリーン印刷などの印刷法により付与することによっ
て形成される。このようなペーストに含有される金属粉
末として、たとえばニッケル粉末が用いられるとき、ニ
ッケル粉末としては、液相法や化学気相法によって作製
された平均粒径が０．２５μｍを超えるものが多く使用
されている。しかしながら、このように粒子径が大きい
と、内部電極の薄膜化が困難である。

【０００７】また、平均粒径が０．２５μｍ程度もある
ニッケル粉末を使用した場合には、誘電体セラミックの
誘電特性を引き出すために内部電極の厚みを０．８μｍ
以上とすることが必要であった。また、内部電極間に位
置するセラミック層を薄くすることは、積層セラミック
コンデンサの静電容量を向上させるための最も有効な手
段であるが、たとえば、内部電極の厚み０．８μｍに対
して、セラミック層の厚みが３μｍ以下になると、内部
電極材料とセラミックとの収縮率の違いにより、デラミ
ネーションといった積層セラミックコンデンサにとって
致命的な構造欠陥が頻繁に生じる。

【０００８】また、ニッケル粉末の平均粒径および／ま
たはセラミック原料粉末の平均粒径が大きい場合には、
内部電極とセラミック層との界面での凹凸が大きくな
り、焼成後において、内部電極のカバレッジ（有効電極
面積）の低下（電極切れの増大）の問題がもたらされ、
このことが、積層セラミックコンデンサの信頼性の低下
につながっている。

【０００９】そこで、この発明の目的は、積層セラミッ
クコンデンサのような積層セラミック電子部品におい
て、構造欠陥なく、内部電極およびセラミック層の薄層
化を可能とする技術を提供し、大容量というような高性
能な、しかも小型の積層セラミック電子部品を高い信頼
性をもって提供しようとすることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、セラミック
原料粉末を焼結させて得られた複数の積層されたセラミ
ック層と、これらセラミック層間の特定の界面に沿って
位置されかつ金属粉末を焼結させて得られた内部電極と
を含む、積層体を備える、積層セラミック電子部品に向
けられるものであって、上記のような技術的課題を解決
するため、内部電極の厚みを０．２〜０．７μｍとした
ことを特徴としている。

【００１１】この発明は、上述した積層体の相対向する
各端面上に形成される外部電極をさらに備え、セラミッ
ク層はセラミック誘電体からなり、複数の内部電極が、
いずれかの外部電極に電気的に接続されるように、それ
ぞれの端縁を端面に露出させた状態でそれぞれ形成され
ている、そのような積層セラミックコンデンサに対して
特に有利に適用される。

【００１２】この発明において、好ましくは、セラミッ
ク層を構成する焼結後のセラミックグレインの平均粒径
が０．５μｍ以下とされる。また、この発明の好ましい
実施形態において、内部電極を形成するために金属粉末
を含むペーストが使用されるが、このペースト中の金属
粉末の平均粒径は１０〜２００ｎｍとされることが好ま
しい。この場合、金属粉末としては、卑金属、より特定
的には、ニッケルまたはニッケル合金のようなニッケル
を含む金属からなる粉末が有利に用いられる。

【００１３】また、この発明において、内部電極を形成
するため、好ましくは、金属粉末を含むペーストが印刷
法により付与される。また、この発明において、セラミ
ック層を形成するための焼結前のセラミック原料粉末の
平均粒径は、５００ｎｍ以下であることが好ましい。ま
た、この発明は、内部電極に接するセラミック層の厚み
が３μｍ以下である場合に特に有利に適用される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、この発明が図１に示すよ
うな構造の積層セラミックコンデンサ１に適用された場
合の実施形態について説明する。図１を参照して、積層
セラミックコンデンサ１は、複数の積層されたセラミッ
ク誘電体からなるセラミック層２を有する積層体３と、
この積層体３の第１および第２の端面４および５上にそ
れぞれ設けられる第１および第２の外部電極６および７
とを備える。積層セラミックコンデンサ１は、全体とし
て直方体形状のチップタイプの電子部品を構成する。

【００１５】積層体３の内部には、第１の内部電極８と
第２の内部電極９とが交互に配置される。第１の内部電
極８は、第１の外部電極６に電気的に接続されるよう
に、各端縁を第１の端面４に露出させた状態でセラミッ
ク層２間の特定の複数の界面に沿ってそれぞれ形成さ
れ、第２の内部電極９は、第２の外部電極７に電気的に
接続されるように、各端縁を第２の端面５に露出させた
状態でセラミック層２間の特定の複数の界面に沿ってそ
れぞれ形成される。

【００１６】この積層セラミックコンデンサ１を製造す
るため、出発原料として、チタン酸バリウムなどの主原
料すなわちセラミック原料粉末と特性改質などを目的と
した添加物とが用意される。セラミック原料粉末として
は、好ましくは、後述する理由により、たとえば仮焼温
度を調整することによって、平均粒径が５００ｎｍ以下
とされたものが用いられる。

【００１７】これらセラミック原料粉末および添加物
は、所定量ずつ秤量され、湿式混合を経て、混合粉とさ
れる。より具体的には、各添加物成分は、酸化物粉末あ
るいは炭酸化物粉末の形態で、セラミック原料粉末に混
合する方法によって添加され、湿式混合される。このと
き、各添加物を有機溶媒に可溶な状態とするため、アル
コキシドとしたり、アセチルアセトネートまたは金属石
鹸のような化合物としてもよい。また、各添加物成分を
含む溶液を、セラミック原料粉末の表面に付与し、熱処
理するなどの方法も可能である。

【００１８】次いで、上述の混合粉に有機バインダおよ
び溶媒を添加することによって、セラミックスラリーが
調製され、このセラミックスラリーを用いて、セラミッ
ク層２となるセラミックグリーンシートが作製される。
セラミックグリーンシートの厚みは、後述する理由によ
り、好ましくは、焼成後における厚みが３μｍ以下にな
るように設定される。

【００１９】次いで、特定のセラミックグリーンシート
上に、内部電極８および９となるべき導電性ペースト膜
がスクリーン印刷などの印刷法によって形成される。こ
の導電性ペースト膜の厚みは、焼成後における厚みが
０．２〜０．７μｍとなるように設定される。上述の導
電性ペースト膜を構成するペーストは、金属粉末、バイ
ンダおよび溶剤を含むもので、金属粉末としては、後述
する理由により、平均粒径が１０〜２００ｎｍのものを
用いるのが好ましい。一例として、Ｎｉ粉末、エチルセ
ルロースバインダおよびテルピネオールなどの溶剤を含
むペーストが用いられる。このペーストは、平均粒径が
１０〜２００ｎｍといった極めて小さい粒径のＮｉ粉末
の凝集を解きまたは防止し、これらを良好に分散させる
ため、たとえば３本ロールミルなどを用いて入念に調製
される。

【００２０】上述した金属粉末、より特定的にはＮｉ粉
末は、たとえば、化学気相法、水素アーク放電法、また
はガス中蒸発法によって好適に作製することができる。
化学気相法は、塩化ニッケルを加熱することによって蒸
発させ、得られた塩化ニッケル蒸気を、不活性ガスで搬
送しながら、所定の温度で水素と接触させながら反応さ
せ、それによって、ニッケル粉を生成する方法である。
ニッケル粉は、このニッケル粉を含む反応ガスを冷却す
ることによって捕集される。

【００２１】水素アーク放電法は、水素ガスを含む雰囲
気下でアーク放電を行ない、ニッケルを溶融・蒸発させ
ることによって、気相からニッケル微粉末を生成する方
法である。より具体的には、アークあるいはプラズマな
どの加熱装置が設置された反応器内部を、水素または非
酸化性水素含有化合物ガスおよびそれらのガスとＡｒ、
Ｈｅ、Ｘｅなどの不活性ガスとの混合ガス雰囲気とす
る。雰囲気中の水素あるいは非酸化性水素含有化合物
は、アークまたはプラズマの熱により、容易に活性化
（励起、分解、解離、イオン化など）され、その結果生
じた活性種（励起水素分子、水素分子イオン、水素原
子、水素原子イオン、遊離基、遊離基イオンなど）が、
アークまたはプラズマの熱により溶融したニッケルと活
発に反応し、溶融ニッケル中に溶解する。溶融ニッケル
中に過飽和量（平衡論的溶解量以上）の水素を溶解させ
ると、溶融ニッケルから水素が放出する際に局所的な高
温状態を形成し、ニッケルの蒸発が促進され、ニッケル
蒸気が放出される。このニッケル蒸気を凝縮・冷却する
ことにより、ニッケル微粉末が生成される。

【００２２】ガス中蒸発法は、不活性ガス（Ａｒ、Ｈ
ｅ、Ｘｅなど）を充填した容器内で、ニッケルインゴッ
トを高周波誘導加熱などの加熱手段により溶融し、ニッ
ケル蒸気が生成するまで加熱を行ない、生成したニッケ
ル蒸気を雰囲気中の不活性ガスと接触させることによっ
て冷却・固化を行ない、それによって、ニッケル微粉末
を生成する方法である。

【００２３】次いで、上述のように導電性ペースト膜を
形成したセラミックグリーンシートを含む複数のセラミ
ックグリーンシートが積層され、プレスされた後、必要
に応じてカットされる。このようにして、複数のセラミ
ックグリーンシート、およびセラミックグリーンシート
間の特定の界面に沿ってそれぞれ形成された複数の内部
電極８および９となる導電性ペースト膜を積層したもの
であって、内部電極８および９となる導電性ペースト膜
の各端縁を端面４または５に露出させている、生の状態
の積層体３が作製される。

【００２４】次いで、この積層体３は還元性雰囲気下で
焼成される。このとき、好ましくは、後述する理由によ
り、セラミック層２を構成する焼結後のセラミックグレ
インの平均粒径は、０．５μｍ以下となるように設定さ
れる。次いで、焼成された積層体３における第１および
第２の内部電極８および９の露出した各端縁にそれぞれ
電気的に接続されるように、積層体３の第１および第２
の端面４および５上に、それぞれ、第１および第２の外
部電極６および７が形成される。

【００２５】外部電極６および７の材料組成は、特に限
定されるものではない。具体的には、内部電極８および
９と同じ材料を使用することができる。また、たとえ
ば、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃｕ合金などの種
々の導電性金属粉末の焼結層、または、上記導電性金属
粉末とＢ₂Ｏ₃−Ｌｉ₂Ｏ−ＳｉＯ₂−ＢａＯ系、Ｂ₂
Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＢａＯ系、Ｌｉ₂Ｏ−ＳｉＯ₂−Ｂａ
Ｏ系、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ ₂−ＺｎＯ系、などの種々のガ
ラスフリットとを配合した焼結層によって構成されるこ
とができる。このような外部電極６および７の材料組成
は、積層セラミックコンデンサ１の用途、使用場所など
を考慮して適宜選択される。

【００２６】なお、外部電極６および７は、前述のよう
に、その材料となる金属粉末ペーストを焼成後の積層体
３上に塗布して焼き付けることによって形成されてもよ
いが、焼成前の積層体３上に塗布して、積層体３の焼成
と同時に焼き付けることによって形成されるようにして
もよい。その後、必要に応じて、外部電極６および７
は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ｃｕ合金等からなるめっき層１
０および１１によってそれぞれ被覆される。また、さら
に、これらめっき層１０および１１上に、半田、錫等か
らなる第２のめっき層１２および１３が形成されてもよ
い。

【００２７】この発明において、内部電極８および９の
厚みについて、また、この発明に係る好ましい実施形態
では、内部電極８および９を形成するために使用される
ペーストに含まれるＮｉ粉末、セラミック層２を形成す
るための焼結前のセラミック原料粉末およびセラミック
層を構成する焼結後のセラミックグレインのそれぞれの
平均粒径、ならびにセラミック層２の厚みについて、前
述したように、好ましい範囲が規定される。なお、この
明細書において、「平均粒径」と言うときは、粉末また
はグレインの電子顕微鏡写真を画像解析して求めた個数
基準の粒度分布における５０％粒子相当径（Ｄ₅₀）を意
味している。

【００２８】この発明において、内部電極８および９の
厚みを０．７μｍ以下と規定したのは、０．７μｍを超
えると、セラミック層２の厚みが３μｍ以下のように薄
くされた場合に、ニッケルを含む内部電極８および９と
セラミック層２との収縮率の差によって生ずるデラミネ
ーションの発生が避けられないためである。言い換える
と、内部電極８および９の厚みを０．７μｍ以下とする
ことによって、上述のように、セラミック層２の厚みを
問題なく３μｍ以下とすることができ、積層セラミック
コンデンサ１の大容量化に貢献できる。

【００２９】他方、内部電極８および９の厚みを０．２
μｍ以上と規定したのは、０．２μｍ未満にすると、焼
成時において、内部電極８および９に含まれるニッケル
がセラミック層２に含まれるセラミックと反応し、それ
によって、ニッケルの酸化が生じたり、この酸化によっ
てデラミネーションが起こり、内部電極としての機能を
果たせなくなるためである。

【００３０】また、セラミック層２を構成する焼結後の
セラミックグレインの平均粒径を、好ましくは、０．５
μｍ以下と規定したのは、以下の理由による。すなわ
ち、セラミックグレインの平均粒径が０．５μｍ以下の
場合には、内部電極８および９とセラミック層２との間
の界面での凹凸が小さくなる。この効果により、内部電
極８および９において、電極切れが減少し、電極のカバ
レッジ（有効電極面積）が大きくなり、さらには界面凹
凸部にかかる電界集中が抑制される。これらのことか
ら、高温負荷試験などでの寿命時間が長くなり、積層セ
ラミックコンデンサの信頼性がより向上することにな
る。

【００３１】また、内部電極８および９に使用するペー
スト中のＮｉ粉末の平均粒径を、好ましくは、１０〜２
００ｎｍに規定したのは、以下の理由による。すなわ
ち、Ｎｉ粉末の平均粒径が１０ｎｍ未満になった場合に
は、スクリーン印刷などの印刷法に適用可能な粘度をも
って、ペーストを作製することが困難になる。また、仮
に、そのような粘度の高いペーストを用いてスクリーン
印刷したとしても、高粘度のために、内部電極８および
９となる導電性ペースト膜を平滑に形成することが困難
で、「かすれ」やピンホールを生じ、これらが原因とな
って、カバレッジの低下や電極切れがもたらされること
がある。

【００３２】他方、Ｎｉ粉末の平均粒径が２００ｎｍを
超える場合には、ニッケル粒子が大き過ぎるため、内部
電極８および９となる導電性ペースト膜を平滑に形成す
ることが困難となり、カバレッジを低下させてしまう。
また、内部電極８および９とセラミック層２との間の界
面での凹凸が大きくなる。また、セラミック層２を形成
するための焼結前のセラミック原料粉末の平均粒径を、
好ましくは、５００ｎｍ以下に規定したのは、このよう
にセラミック原料粉末の平均粒径を５００ｎｍ以下にし
た場合、グリーンシートにおけるセラミック充填率が向
上し、また、グリーンシートの平滑性が良好となり、た
とえば３μｍ以下の厚みのセラミック層を問題なく形成
することができるようになるためである。

【００３３】なお、内部電極８および９を形成するため
のペースト中のＮｉ粉末の平均粒径を前述のような好ま
しい範囲内に選ぶばかりでなく、これに加えて、セラミ
ック層２を形成するための焼結前のセラミック原料粉末
の平均粒径を上述のような好ましい範囲内に選ぶように
すると、カバレッジ、信頼性などの点で、さらに好まし
い結果が得られる。

【００３４】以上説明した実施形態は、積層セラミック
電子部品が積層セラミックコンデンサである場合につい
てのものであったが、実質的に同様の構造を含む、たと
えば多層セラミック基板などの他の積層セラミック電子
部品に対しても、この発明を適用することができる。ま
た、内部電極を形成するためのペーストに含まれる金属
粉末としては、上述したようなニッケル粉末の他、ニッ
ケル合金、あるいは銅もしくは銅合金のような他の卑金
属、さらには、貴金属の粉末であってもよい。

【００３５】

【実施例】次に、この発明をより具体的な実施例に基づ
き詳細に説明する。なお、この発明の範囲内における実
施可能な形態は、このような実施例のみに限定されるも
のではない。たとえば、この実施例では、誘電体セラミ
ックについては、チタン酸バリウム系のみを例示してい
るが、この他に、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カ
ルシウムなどを主成分とするペロブスカイト構造を示す
誘電体セラミックによっても、同様の効果が確認されて
いる。

【００３６】この実施例において作製しようとする積層
セラミックコンデンサは、図１に示すような構造の積層
セラミックコンデンサ１である。１．試料の作製：まず、セラミック原料粉末としてのチ
タン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）粉末を加水分解法で作
製し、このＢａＴｉＯ₃粉末を、表１に示すように、種
々の「仮焼温度」で仮焼することによって、粉末として
の平均粒径（Ｄ₅₀）が０．１〜０．８μｍの範囲で変え
られた複数種類のＢａＴｉＯ₃粉末Ａ〜Ｅをそれぞれ用
意した。

【００３７】

【表１】

【００３８】次に、上述のＢａＴｉＯ₃粉末Ａ〜Ｅの各
々に、表２に示すように、添加物（αＤｙ＋βＭｇ＋γ
ＭｎおよびＳｉ焼結助剤）を、酸化物粉末あるいは炭酸
化物粉末の形態で、種々のモル部をもって添加し混合す
ることによって、複数種類のセラミック組成物を作製し
た。

【００３９】

【表２】

【００４０】表２の「セラミック組成物の種類」におい
て、「ａ」が添えられているもの（たとえばＡａなど）
は、焼成してもセラミックはグレイン成長しない系であ
り、焼結後のセラミックのグレイン径と原料粉末径と
は、実質的に同じである。他方、「ｂ」が添えられてい
るもの（たとえばＡｂなど）は、焼成時にグレイン成長
しやすい系であり、セラミックグレインの平均粒径は、
原料粉末の平均粒径に比べて大きくなる。

【００４１】次に、表２に示したチタン酸バリウム系の
各セラミック組成物の粉末に、ポリビニルブチラール系
バインダおよびエタノール等の有機溶剤を加えて、ボー
ルミルにより湿式混合し、セラミックスラリーを調製し
た。次いで、このセラミックスラリーにドクターブレー
ド法を適用することによって、セラミックグリーンシー
トを成形した。このとき、ドクターブレードのスリット
幅を調整することによって、４．２μｍおよび１．４μ
ｍの各厚みのセラミックグリーンシートを作製した。な
お、セラミックグリーンシートにおける４．２μｍおよ
び１．４μｍの各厚みは、後述する評価結果からわかる
ように、積層工程および焼成工程を経た後でのセラミッ
ク層における３μｍおよび１μｍの各厚みに相当する。

【００４２】他方、平均粒径が５ｎｍ、１５ｎｍ、５０
ｎｍ、１００ｎｍ、１８０ｎｍ、および２５０ｎｍとい
うように変えられた球状のＮｉ粉末をそれぞれ作製し
た。より具体的には、これらＮｉ粉末のうち、平均粒径
が５ｎｍおよび１５ｎｍのものは、前述したガス中蒸発
法で作製し、平均粒径が５０ｎｍおよび１００ｎｍのも
のは、水素アーク放電法で作製し、平均粒径が１８０ｎ
ｍおよび２５０ｎｍのものは、化学気相法で作製した。

【００４３】次に、これら各Ｎｉ粉末４２wt％に対し
て、エチルセルロース系バインダ６wt％をテルピネオー
ル９４wt％に溶解して作製した有機ビヒクル４４wt％と
テルピネオール１４wt％とを加えて、３本ロールミルに
より入念に分散混合処理を行なうことによって、良好に
分散したＮｉ粉末を含有するペーストを調製した。次
に、前述の各セラミックグリーンシート上に、これらＮ
ｉペーストをスクリーン印刷し、内部電極となる導電性
ペースト膜を形成した。このとき、スクリーンパターン
の厚みを変更することによって、導電性ペースト膜の乾
燥後の厚みが、１．２μｍ、１．０μｍ、０．６μｍ、
０．３μｍ、および０．１５μｍとそれぞれなる各試料
を作製した。なお、導電性ペースト膜の乾燥後における
１．２μｍ、１．０μｍ、０．６μｍ、０．３μｍ、お
よび０．１５μｍの各厚みは、後述する評価結果からわ
かるように、積層工程および焼成工程を経た後での内部
電極における０．８μｍ、０．７μｍ、０．４μｍ、
０．２μｍ、および０．１μｍの各厚みに相当する。

【００４４】次いで、セラミックグリーンシートを、上
述の導電性ペースト膜の引き出されている側が、互い違
いとなるように複数層積層し、熱プレスして一体化し
た。次いで、一体化したプレス体を所定の寸法にカット
し、生の積層体としての生チップを得た。この生チップ
を、Ｎ₂雰囲気中にて３００℃の温度に加熱し、バイン
ダを燃焼させた後、酸素分圧１０^-9〜１０^-12ＭＰａの
Ｈ₂−Ｎ₂−Ｈ₂Ｏガスからなる還元性雰囲気中におい
て、後掲の表３〜表５の「焼成温度」に示す１１００〜
１３００℃の範囲内のいずれかの最高焼成温度で２時間
保持するプロファイルで焼成した。

【００４５】焼成後の積層体の両端面にＢ₂Ｏ−Ｌｉ₂
Ｏ−ＳｉＯ₂−ＢａＯ系のガラスフリットを含有する銀
ペーストを塗布し、Ｎ₂雰囲気中において６００℃の温
度で焼き付け、内部電極と電気的に接続された外部電極
を形成した。このようにして得られた積層セラミックコ
ンデンサの外形寸法は、幅が５．０mm、長さが５．７m
m、厚さが２．４mmであり、内部電極間に介在するセラ
ミック層の厚みは３μｍまたは１μｍであった。また、
有効誘電体セラミック層の総数は５であり、１層当たり
の対向電極の面積は１６．３×１０^-6ｍ²であった。

【００４６】２．試料の評価：次いで、これら得られた
積層セラミックコンデンサの各試料について、以下のよ
うな要領で、その積層構造、電気特性および信頼性を評
価した。得られた積層セラミックコンデンサのセラミッ
ク層を構成する焼結後のセラミックグレインの平均粒径
は、積層セラミックコンデンサの断面研磨面を化学エッ
チング処理し、走査型電子顕微鏡で観察することによっ
て求めた。

【００４７】内部電極およびセラミック層の各厚みは、
積層セラミックコンデンサの断面研磨面を、走査型電子
顕微鏡で観察することによって求めた。積層セラミック
コンデンサの層間剥離（デラミネーション）について
は、試料断面を研磨し、顕微鏡観察することによって目
視判定し、全試料数に対する層間剥離の発生した試料数
の比率（剥離発生率）を求めた。

【００４８】内部電極の被覆面積率（カバレッジ）は、
試料の内部電極面を剥離し、電極面に穴が空いている様
子を顕微鏡写真に撮り、これを画像解析処理することに
よって定量化した。以上の構造評価の結果で良好と判断
された試料について、以下の電気特性を評価した。

【００４９】静電容量（Ｃ）および誘電体損失（tan
δ）については、これらを自動ブリッジ式測定器を用い
てＪＩＳ規格５１０２に従って測定し、得られた静電容
量から比誘電率（ε）を算出した。高温負荷試験につい
ては、温度１５０℃にして１０ｋＶ／mmの直流電圧を印
加しながら、その絶縁抵抗の経時変化を測定し、各試料
の絶縁抵抗値（Ｒ）が１０ ⁵Ω以下になった時点を故障
として、故障に至る時間の平均すなわち平均寿命時間を
求めた。

【００５０】以上の各結果を、表３、表４、および表５
に示す。各表の試料番号に＊が付された条件は、この発
明の範囲から逸脱したものである。３．内部電極の厚みおよびＮｉ粉末の平均粒径につい
て：以下の表３は、表１の「ＢａＴｉＯ₃粉末の種類」
として平均粒径が０．２μｍの「Ｂ」を用いながら、表
２の「セラミック組成物の種類」としてグレイン成長し
ない「Ｂａ」を用いることによって、積層セラミックコ
ンデンサのセラミック層を構成する焼結後のセラミック
グレインの平均粒径が０．２μｍとなった各試料につい
て、セラミック層の厚みが３μｍおよび１μｍの各場合
において、内部電極の厚みを種々に変え、この内部電極
の厚みと層間剥離（デラミネーション）発生率との関係
を主として示したものである。

【００５１】

【表３】

【００５２】表３において、＊が付された試料１〜４お
よび１７〜２０は、内部電極の厚みが０．８μｍであ
り、高い比率でデラミネーションが発生している。ま
た、同様に＊が付された試料１４〜１６および３０〜３
２は、内部電極の厚みが０．１μｍであり、これについ
ても高い比率でデラミネーションが発生している。後者
のデラミネーションは、ニッケルの酸化によるものであ
る。

【００５３】これに対して、試料５〜１３および２１〜
２９のように、内部電極の厚みが０．２〜０．７μｍの
範囲内にあるときには、デラミネーションは発生しない
か、ほとんど発生していない。以上の結果より、セラミ
ック層の厚みが３μｍ以下の場合において、デラミネー
ションの発生をなくし、あるいは抑制できる内部電極の
厚みは、０．２〜０．７μｍであることがわかる。

【００５４】また、内部電極の厚みを問題なく０．２〜
０．７μｍにすることができるニッケル粉末の特性、特
に平均粒径にについて考察する。試料５および２１は、
それぞれ、ニッケル粉末の平均粒径が２５０ｎｍであ
り、カバレッジの低下、取得容量の低下が生じている。
また、試料１３および２９は、それぞれ、ニッケル粉末
の平均粒径が５ｎｍであり、この場合においても、カバ
レッジの低下、取得容量の低下が生じている。

【００５５】これに対して、試料６〜１２および２２〜
２８のように、ニッケル粉末の平均粒径を１０〜２００
ｎｍにすることで、カバレッジの低下が少なく、高い静
電容量を確保することができる。以上の結果からわかる
ように、内部電極の厚みが０．２〜０．７μｍであれ
ば、３μｍ以下のセラミック層厚を持った積層セラミッ
クコンデンサにおいても、デラミネーション等の構造欠
陥を生じないようにすることができる。また、カバレッ
ジの低下が少なく、高い静電容量を確保できるようにす
るには、ニッケル粉末の平均粒径を１０〜２００ｎｍに
すればよいことがわかる。

【００５６】４．グレイン成長しないセラミック組成物
を用いた場合のグレイン平均粒径について：以下の表４
は、表１の「ＢａＴｉＯ₃粉末の種類」として平均粒径
が０．１μｍの「Ａ」、０．３μｍの「Ｃ」、０．５μ
ｍの「Ｄ」、および０．８μｍの「Ｅ」をそれぞれ用い
ながら、表２の「セラミック組成物の種類」としてグレ
イン成長しない「Ａａ」、「Ｃａ」、「Ｄａ」、および
「Ｅａ」をそれぞれ用いることによって、積層セラミッ
クコンデンサのセラミック層を構成する焼結後のセラミ
ックグレインの平均粒径を０．１μｍ、０．３μｍ、
０．５μｍ、および０．８μｍと変えた各試料につい
て、セラミック層の厚みが３μｍおよび１μｍの各場合
において、内部電極の厚みと層間剥離（デラミネーショ
ン）発生率との関係を主として示したものである。

【００５７】

【表４】

【００５８】前の表３に示した試料と同様、表４におい
て、＊が付された試料４１、４６、５１および５６は、
内部電極の厚みが０．８μｍであり、高い比率でデラミ
ネーションが発生している。また、同様に＊が付された
試料４５、５０、５５および６０は、内部電極の厚みが
０．１μｍであり、これについても高い比率でデラミネ
ーションが発生している。後者のデラミネーションは、
ニッケルの酸化によるものである。

【００５９】これに対して、試料４２〜４４、４７〜４
９、５２〜５４および５７〜５９のように、内部電極の
厚みが０．２〜０．７μｍの範囲内にあるときには、デ
ラミネーションは発生していない。以上の結果からも、
セラミック層の厚みが３μｍ以下の場合において、デラ
ミネーションの発生をなくし、あるいは抑制できる内部
電極の厚みは、０．２〜０．７μｍであることがわか
る。

【００６０】また、表４に示す各試料において、セラミ
ック原料粉末の平均粒径が１００〜８００ｎｍの範囲に
あり、グレインの平均粒径は０．１〜０．８μｍの範囲
にあるが、セラミック原料粉末およびグレインが大きい
と、内部電極とセラミック層との界面の凹凸が大きくな
るため、平均寿命が短くなる傾向が認められる。すなわ
ち、試料４２、４３、５２および５３のように、セラミ
ック原料粉末の平均粒径が８００ｎｍであり、グレイン
の平均粒径が０．８μｍになると、平均寿命が５０時間
未満と短くなっている。

【００６１】これに対して、試料４４、４７〜４９、５
４、および５７〜５９のように、グレインの平均粒径が
０．５μｍ以下であると、平均寿命が５０時間以上と信
頼性が高くなる特徴が認められる。以上の結果からわか
るように、内部電極の厚みが０．２〜０．７μｍであれ
ば、３μｍ以下のセラミック層厚を持った積層セラミッ
クコンデンサであっても、デラミネーションの発生を抑
制できる。また、グレインの平均粒径が０．５μｍ以下
であれば、平均寿命を長くすることができる。

【００６２】５．グレイン成長しやすいセラミック組成
物を用いた場合のグレイン平均粒径について：以下の表
５は、表１の「ＢａＴｉＯ₃粉末の種類」として平均粒
径が０．１μｍの「Ａ」、０．３μｍの「Ｃ」、０．５
μｍの「Ｄ」、および０．８μｍの「Ｅ」をそれぞれ用
いながら、表２の「セラミック組成物の種類」としてグ
レイン成長しやすい「Ａｂ」、「Ｃｂ」、「Ｄｂ」、お
よび「Ｅｂ」をそれぞれ用いるとともに、焼成温度を調
整することによって、積層セラミックコンデンサのセラ
ミック層を構成する焼結後のセラミックグレインの平均
粒径を０．２〜１．０μｍの範囲で変えた各試料につい
て、セラミック層の厚みが３μｍおよび１μｍの各場合
において、内部電極の厚みと層間剥離（デラミネーショ
ン）発生率との関係を主として示したものである。

【００６３】

【表５】

【００６４】前の表３および表４に示した試料と同様、
表５において、＊が付された試料６１、６５、７５およ
び７９は、内部電極の厚みが０．８μｍであり、高い比
率でデラミネーションが発生している。また、同様に＊
が付された試料６９、７２、８３および８６は、内部電
極の厚みが０．１μｍであり、これについても高い比率
でデラミネーションが発生している。後者のデラミネー
ションは、ニッケルの酸化によるものである。

【００６５】これに対して、試料６２〜６４、６６〜６
８、７０、７１、７３、７４、７６〜７８、８０〜８
２、８４、８５、８７および８８のように、内部電極の
厚みが０．２〜０．７μｍの範囲内にあるときには、デ
ラミネーションは発生していない。以上の結果からも、
セラミック層の厚みが３μｍ以下の場合において、デラ
ミネーションの発生をなくし、あるいは抑制できる内部
電極の厚みは、０．２〜０．７μｍであることがわか
る。

【００６６】また、表５に示す各試料のセラミック原料
の平均粒径は１００〜８００ｎｍの範囲にあり、グレイ
ンの平均粒径は０．２〜１．０μｍの範囲にあるが、こ
の表５に示す各試料においても、セラミック原料の平均
粒径およびグレインが大きい場合、あるいはセラミック
原料の平均粒径は小さいがグレインが大きい場合、内部
電極とセラミック層との界面の凹凸が大きくなるため、
平均寿命が短くなる傾向が認められる。

【００６７】すなわち、試料６２〜６４、７３、７４、
７６〜７８、８７および８８では、いずれも、グレイン
の平均粒径が０．７μｍ以上である。このうち、試料６
２および７６では、セラミック原料粉末の平均粒径が８
００ｎｍと既に大きいが、試料６３、６４、７３、７
４、７７、７８、８７および８８では、セラミック原料
粉末の平均粒径が５００ｎｍ以下であっても、グレイン
の平均粒径は０．７μｍ以上となっている。特に、試料
７３、７４、８７および８８は、セラミック原料粉末の
平均粒径は１００μｍと小さいが、焼成温度を１２５０
℃まで上げて、グレインの平均粒径を１．０μｍまで成
長させている。このように、セラミック原料粉末の平均
粒径に関わらず、グレインの平均粒径が０．７μｍ以上
になると、平均寿命が５０時間未満と短くなっている。

【００６８】これに対して、試料６６〜６８、７０、７
１、８０〜８２、８４および８５のように、セラミック
原料粉末の平均粒径が３００ｎｍまたは１００ｎｍとい
うように５００ｎｍ以下であるばかりでなく、グレイン
の平均粒径が０．５μｍ以下であると、平均寿命が５０
時間以上と信頼性が高くなる特徴が認められる。また、
試料６６および８０は、それぞれ、ニッケル粉末の平均
粒径が２５０ｎｍであり、カバレッジの低下、取得容量
の低下が生じている。また、試料７１および８５は、そ
れぞれ、ニッケル粉末の平均粒径が５ｎｍであり、この
場合においても、カバレッジの低下、取得容量の低下が
生じている。

【００６９】これに対して、試料６２〜６４、６７、６
８、７０、７３、７４、７６〜７８、８１、８２、８
４、８７および８８のように、ニッケル粉末の平均粒径
を１０〜２００ｎｍにすることで、カバレッジの低下が
少なく、高い静電容量を確保することができる。以上の
結果からわかるように、内部電極の厚みが０．２〜０．
７μｍであれば、３μｍ以下のセラミック層厚を持った
積層セラミックコンデンサであっても、デラミネーショ
ンの発生を抑制できる。また、セラミックのグレイン成
長が起こったとしても、グレインの平均粒径が０．５μ
ｍ以下であれば、平均寿命を長くすることができる。ま
た、内部電極において使用するニッケル粉末の平均粒径
が１０〜２００ｎｍであれば、積層セラミックコンデン
サの静電容量が高くなり、カバレッジの低下が少ないこ
とがわかる。

【００７０】６．積層セラミックコンデンサの断面の走
査型電子顕微鏡写真：図２および図３には、積層セラミ
ックコンデンサの断面研磨面を走査型電子顕微鏡によっ
て撮影した写真が示されている。図２は、この発明に係
る積層セラミックコンデンサを示すもので、ここには、
複数のセラミック層１４およびこれらセラミック層１４
間の界面に沿って位置する内部電極層１５が現れてい
る。また、図３は、従来の積層セラミックコンデンサを
示すもので、ここには、複数のセラミック層１６および
これらセラミック層１６間の界面に沿って位置する内部
電極層１７が現れている。

【００７１】上述した内部電極層１５および１７は、こ
れら積層セラミックコンデンサに形成されていたニッケ
ルを含む内部電極を、撮影に当たり、塩化第二銅によっ
てエッチング処理することによって除去した後に残され
た空洞となっている。図２に示したこの発明に係る積層
セラミックコンデンサは、セラミック層１４の厚みを
２．０μｍ、内部電極（内部電極層１５）の厚みを０．
５μｍにそれぞれ設定したものであり、図３に示した従
来の積層セラミックコンデンサは、セラミック層１６の
厚みを２．５μｍ、内部電極（内部電極層１７）の厚み
を１．４μｍにそれぞれ設定したものである。

【００７２】図２から、この発明に係る積層セラミック
コンデンサによれば、内部電極（内部電極層１５）とセ
ラミック層１４との界面における凹凸が小さく、また、
内部電極（内部電極層１５）の厚みが０．５μｍと薄い
にも関わらず、電極切れが生じていないことがわかる。
これに対して、図３に示した従来の積層セラミックコン
デンサにおいては、内部電極（内部電極層１７）とセラ
ミック層１６との界面における凹凸が比較的大きく、ま
た、内部電極（内部電極層１７）の厚みが１．４μｍと
比較的厚いにも関わらず、一部において電極切れが生じ
ている。また、図３に示した部分では明らかではない
が、この従来の積層セラミックコンデンサでは、デラミ
ネーションも発生した。

【００７３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、内部
電極の厚みが０．２〜０．７μｍであるため、セラミッ
ク層の厚みが３μｍ以下に薄くなった場合でも、積層セ
ラミック電子部品のデラミネーションの発生を抑制する
ことができる。このことは、この発明が積層セラミック
コンデンサに適用された場合、積層セラミックコンデン
サの小型かつ大容量化を図るのに極めて有効である。

【００７４】この発明において、セラミック層を構成す
る焼結後のセラミックグレイン平均粒径が０．５μｍ以
下であるとき、内部電極とセラミック層との界面におけ
る凹凸が小さくなり、電界集中が抑制でき、高温負荷試
験などでの平均寿命時間が長くなり、信頼性を高くする
ことができる。また、この発明において、内部電極を形
成するために金属粉末を含むペーストが使用され、この
ペースト中の金属粉末として、平均粒径が１０〜２００
ｎｍの範囲内のものが使用されると、内部電極における
金属粉末の充填密度および平滑性が向上するため、上述
した０．２〜０．７μｍというような薄い厚みの内部電
極であっても、セラミック層を構成するセラミックの誘
電特性のような電気的特性を十分に引き出し得るカバレ
ッジを実現し、内部電極としての機能を十分果たすこと
が可能となる。また、内部電極を形成するため、スクリ
ーン印刷等の印刷法を問題なく適用できるので、内部電
極の形成工程を能率的に進めることができる。

【００７５】上述した金属粉末として、卑金属からなる
粉末が用いられると、材料コストの低減を図ることがで
き、また、卑金属としてニッケルを含む金属が用いられ
ると、銅等に比べてより高い耐酸化性を期待することが
できる。また、この発明において、セラミック層を形成
するための焼結前のセラミック原料粉末として、平均粒
径が５００ｎｍ以下のものを使用すれば、セラミック層
におけるセラミック充填率および平滑性が向上するた
め、厚みが３μｍ以下といった薄層のセラミック層を問
題なく形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態による積層セラミックコ
ンデンサ１を示す断面図である。

【図２】この発明のより具体的な実施例に係る積層セラ
ミックコンデンサの断面を走査型電子顕微鏡によって撮
影した図である。

【図３】従来の積層セラミックコンデンサの断面を走査
型電子顕微鏡によって撮影した図である。

【符号の説明】

１積層セラミックコンデンサ（積層セラミック電子部
品）２セラミック層３積層体４，５端面６，７外部電極８，９内部電極１４セラミック層１５内部電極層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮崎孝晴京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック原料粉末を焼結させて得られ
た複数の積層されたセラミック層と、前記セラミック層
間の特定の界面に沿って位置されかつ金属粉末を焼結さ
せて得られた内部電極とを含む、積層体を備える、積層
セラミック電子部品であって、前記内部電極の厚みが
０．２〜０．７μｍであることを特徴とする、積層セラ
ミック電子部品。
【請求項２】前記積層体の相対向する各端面上に形成
される外部電極をさらに備え、前記セラミック層はセラ
ミック誘電体からなり、複数の前記内部電極が、いずれ
かの前記外部電極に電気的に接続されるように、それぞ
れの端縁を前記端面に露出させた状態でそれぞれ形成さ
れ、それによって、積層セラミックコンデンサを構成し
ている、請求項１に記載の積層セラミック電子部品。
【請求項３】前記セラミック層を構成する焼結後のセ
ラミックグレインの平均粒径が０．５μｍ以下である、
請求項１または２に記載の積層セラミック電子部品。
【請求項４】前記内部電極を形成するために前記金属
粉末を含むペーストが使用され、前記ペースト中の前記
金属粉末の平均粒径が１０〜２００ｎｍである、請求項
１ないし３のいずれかに記載の積層セラミック電子部
品。
【請求項５】前記金属粉末は、卑金属からなる、請求
項４に記載の積層セラミック電子部品。
【請求項６】前記卑金属は、ニッケルを含む金属であ
る、請求項５に記載の積層セラミック電子部品。
【請求項７】前記内部電極は、前記金属粉末を含むペ
ーストが印刷法により付与される工程を経て形成された
ものである、請求項４ないし６のいずれかに記載の積層
セラミック電子部品。
【請求項８】前記セラミック層を形成するための焼結
前の前記セラミック原料粉末の平均粒径が５００ｎｍ以
下である、請求項１ないし７のいずれかに記載の積層セ
ラミック電子部品。
【請求項９】前記内部電極に接する前記セラミック層
の厚みは、３μｍ以下である、請求項１ないし８のいず
れかに記載の積層セラミック電子部品。