JPS59175176A - 電歪効果素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は縦効果を利用した電歪効果素子の製造方法に関
するものである。

電歪効果の大きな材料を用いて積層チップコンデンサ構
造の素子を構成すると低電圧で大きな歪の発生する電歪
効果素子（以下素子と略記する）が得られる。第１図（
ａ）、（ｂ）にこの素子の構造を示す。

第１図（ａ）は正面から見たときの断面図であり、（ｂ
）は上から見た平面図である。１は電歪材料、２および
２′は電歪材料内部に形成された内部電極で、片方の端
部は電歪材料表面に露出している。

３および３′は内部電極の露出した端部を電気的に接続
する外部電極を示している。内部電極はこの外部電極に
より一層おきに電気的に接続されている。第１図（ｂ）
において４は積層方向に内部電極の重なる部分、５は重
ならない部分、６は内部電極の存在しない部分を示して
いる。このような構造の素子では図１（ｂ）から明らか
なように内部電極の重なる部分が素子の中央部分のみに
存在する。

外部電極３および３′の間に電圧を印加すると基本的に
はプラス側内部電極およびマイナス側内部電極の重なっ
た部分４だけが電界強度が高くなる。

端面に近い周辺部すなわち内部電極の重なりがない部分
５および内部電極の存在しない部分６は電界強度が弱い
ため、その部分が変形しないばかシでなく、素子全体の
変形を阻害する動きをする。

従ってこのような構造の素子では材料固有の歪量を得る
ことができず、また変形する部分としない部分の境界に
応力集中が起こり、高電圧を印加したりあるいは長時間
電圧を印加すると素子が破壊する欠点がある。

上記の欠点を改善した素子として本発明者等は第２図（
ａ）　、　（ｂ）に示すような、内部電極の全ての端部
が電歪材料表面に露出している構造の素子を先に提案し
た。第２図（ａ）はこの構造の素子を正面から見た図で
あり中）は（ａ）を電極部分で切断し上から見たときの
断面図である。２０および２１は電歪材料、２２および
２２′は内部電極、２３は内部電極を一層おきに接続す
るワイヤー（プラス側）、２４は同じくワイヤー（マイ
ナス側）である。２５および２６はそれぞれプラス電極
端子およびマイナス電極端子である。

内部電極は第２図（１））から明らかなように素子の断
面積全部を占めており、第１図に示すような、内部電極
ではさまれない周辺部は存在しない。この構造の素子に
おいては内部電極は一層おきにワイヤーで電気的に接続
され電極端子２５および２６が取り出されている。両電
極端子間に電圧を印加すると、図中矢印で示すように内
部電極２２から２２′に向かって内部電極に垂直に電界
が発生する。電歪材料は一般に電界の方向に電界の絶対
値に比例して伸長し、電界と垂直な方向には収縮する。

この構造の素子においては内部電極間の電界強度分布は
素子の表面に形成され保護膜の動きをする電歪材料２０
の部分をのぞいて均一となる。

そのためこの構造の素子は第１図に示した構造の素子に
較べてはるかに均一に変形し応力集中が発生しない。従
って材料固有の大きな歪を示しまた変形に際して破壊し
ない特長がある。

ところが電歪材料に高電界をかけるために内部電極の間
隔は２５０μｍ程度であり、ワイヤを用いて一層おきに
接続する方法は工業的には極めて困難である。

そこで本発明者等は先に内部電極の端部が露出している
素子表面に絶縁材料を塗布し焼成して内部電極の露出端
を一層おきに被い、その上から外部電極を側面全体に一
様に塗布することにより内部電極を電気的に接続する方
法を提案した。

しかし印刷法により塗布する場合、流動性の絶縁材料を
使用しなければならず、微細な絶縁パターンを安定に形
成することは困難である。また同じ理由により塗布厚み
の制御も困難である。不必要に厚い絶縁材料は素子の変
形を阻害する。また厚みが不充分の場合は絶縁耐圧を低
下させる。

本発明の目的はこれら２つの問題点を解決し、内部電極
端部が素子表面に露出している電歪効果（５） 素子の内部電極間を安定で効率よく電気的に接続できる
電歪効果素子の製造方法を提供することである。

すなわち本発明は電歪材料と内部電極とが交互に積層さ
れ、該内部電極と一層おきにそれぞれ接続する２つの外
部電極が形成された積層コンデンサ型構造の積層体で積
層方向に平行で、しかも外部電極形成面と異なる２つの
面に内部電極層が露出している構造の積層体を作製する
工程と、該積層体の一方の外部電極と該積層体の外側に
設置する電極板との間に直流電圧を印加し、電気泳動法
によって前記内部電極露出面の一方の面において、一層
おきの内部電極層上とその近傍に絶縁材料を形成する工
程と、当該積層体の絶縁材料を形成した面及び内部電極
層と異々る内部電極露出面及び内部電極層とその近傍に
前記外部電極と異なる外部電極と前記電極板との間に直
流電圧を印加し、同じく電気泳動法によって絶縁材料を
形成する工程と、当該絶縁材料が形成された積層体の外
部電極形成部近傍を切断する工程とを具備する電歪効（
６） 果素子の製造方法である。

素子表面に露出している内部電極とその周辺にのみ絶縁
材料膜を形成しようとする場合、あらかじめ何らかのパ
ターンを用意しこれを露出している内部電極に位置合わ
せするのが通常考えられる方法であるが、今考えている
電歪効果素子にとの方法を適用すると１００ミクロン程
度の位置合わ４　　　　　せ精度が要求される。同時に
電歪効果素子の内部電極間距離も決められた値にそろえ
ることが必要となる。とれら２つの問題点が電歪効果素
子の電気的接続を困難なものにしている。

今、発想を転換して内部電極の露出部を絶縁パターン形
成に利用できれば位置ずれの問題点は解消され、内部電
極間距離が不規則な素子にも適用できる。

一方、電気泳動法により懸濁液中で帯電したガラス粉末
を導電性物体の表面に付着させる技術が知られている。

これは例えばガラス粉末粒子がプラスに帯電する時は、
ガラス粉末を付着させたい導電性物体と対向電極とを懸
濁液中に置き、対向電極から付着させたい導電性物体の
方向に電界が発生するように両者の間に直流電圧を印加
するものである。印加する電圧は通常直流１０Ｖ〜２０
０Ｖ程度である。帯電したガラス粒子は電界によって力
を受けて移動し、導電性物体表面に付着する。

これを焼成し固着させることにより導電性物体表面に数
ミクロンないし数百ミクロンの厚みのガラス膜が形成さ
れる。この方法によればガラス粉末は目的とする導電性
物体表面にのみ付着し、絶縁性物質または目的とする導
電性物体と電気的に接続していない導電性物体表面上に
は付着しないと言われている。以上のような特徴を有す
るためこの電気泳動法を内部電極を含む電歪材料積層体
に適用することにより、端面に露出した内部電極上とそ
の周辺にのみ絶縁物質を付着させることができ、これを
焼成固着させて完全な精度の絶縁パターンを形成する事
ができる。

内部電極の露出部全てに帯状の絶縁パターンを形成する
のは容易であるが、既に述べたように電歪効果素子を電
気的に接続するには一層おきの内部電極の露出部および
その周辺の電歪材料表面にのみ絶縁材料を形成させるこ
とが必要である。本発明の方法はとの問題点を解決し、
電気泳動法を用いた絶縁パターン形成によシミ歪効果素
子を電気的に接続する方法を提案するものである。

まず第３図に示すような構造の多数の内部電極とそれら
を外部で接続する外部電極とを有する電歪材料積層体を
作製する。内部電極は端面に露出しており、一層おきに
２組にまとめられて、それぞれ両端の２つの仮設外部電
極に接続されている。

図中番号３２で示す内部電極の露出部とその周辺に絶縁
材料を付着させるには、まず裏側を余分な付着が生じな
いように粘着テープ等で保護してから積層体を帯電した
ガラス粉末を含む懸濁液中にひたす。対向電極板を表側
の面の前に置き、対向電極板と外部電極３３との間に直
流電圧を印加する。プラスに帯電したガラス粉末は対向
電極板から内部電極露出部に向って発生した電界によっ
て力を受けて懸濁液中を移動し外部電極３３と接続して
いる内部電極露出部３２の上とその周辺にの（９） み付着し、外部電極３５と接続している内部電極露出部
３４には付着しない。これを懸濁液から引き上げて乾燥
させ焼成し、固着させると内部電極の露出部を一層おき
に被う帯状のガラス被膜が形成される。その様子を第４
図に示す。帯状のガラス被膜４２が一層おきに形成され
、内部電極４２は露出したままになっている。

次に裏側の面にも同様に、絶縁パターンを形成する。ま
ず、表側の面を余分な付着が生じないように粘着テープ
等で被い前記の閂濁液中にひだす。

対向電極板を裏側の面の前に設置し、対向電極板と外部
電極４５との間に電圧を印加し、ガラス粉末粒子を内部
Ｎ、極露出部４４上に付着させる。その後焼成固着し帯
状のガラス被膜を形成する。

次に両面に帯状のガラス被膜を形成した電歪材料積層体
を第５図（ａ）に示す破線部を切断し、電歪効果素子の
最終的な寸法にする。少なくとも外部電極近傍の２個所
は切断する。両端の仮設外部電極のついた２つの小片５
０は電歪効果素子としては使用できない。第５図のよう
に切断すると一個（１０） の電歪材料積層体より電歪効果素子５１が複数偏行られ
る。第５図（１））にガラス被膜の形成された電歪効果
素子を示す。次に第６図で示すように帯状のガラス被膜
および露出した内部電極を横断して被うような外部電極
６６を表側と裏側にそれぞれ形成すれば電歪効果素子を
電気的に接続することができる。

本発明の方法に使用するガラス材料の備えるべき性質と
しては、まず第一に複数回焼成温度に達しても製造上問
題を生じないという条件から一度結晶化すると再び軟化
点を超えて加熱しても軟化しない性質を持つ結晶化ガラ
スであることがあげられる。その中でも機械的強度、ち
みつさ、絶縁性にすぐれかつ熱膨張係数が電歪材料と同
程度であることが必要である。

本発明の方法を電歪効果素子の電気的接続に使用するこ
とによシ次のような効果が得られる。内部電極の露出部
とその周辺にのみガラス粉末が付着するので絶縁パター
ンの精度はほぼ理想的である。印刷法等の場合と異なり
、形成したい絶縁パターンとそれを適用する積層体の内
部電極間距離とを合わせる必要が々く、一般に収縮率お
よび最終形状のコントロールが困難であるセラミ、り材
料の製造方法としては優れたプロセスと考えられる。付
着が電気化学的反応であるため、厚みおよび巾の均一性
が得られる。内部電極の露出したところへ付着が集中す
る性質があるために部分的な欠落、欠陥が生じにりく、
焼成固着後その上に外部電極を形成し電圧を印加しても
絶縁耐圧の局部的に低い部分が存在せず、全体として高
い絶縁耐圧が得られる。

以下実施例に従って本発明の詳細な説明を行なう０ まず第３図に示すような構造の多数の内部電極と１組の
仮設外部電極とを有する電歪材料積層体をして以下の方
法により作製する。

マグネシウムニオブ酸鉛（Ｐ　ｂ　（Ｍｇ１／３Ｎ　ｂ
　２／３）０、）およびチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯｓ）を
主成分とする電歪材料予焼粉末に微量の有機バインダー
を添加し、これを有機溶媒中に分散させたスラリーを準
備した。通常の積層セラミ、クコンデンサの製造に使用
されるキャスティング製膜装置によシこのスラリーをマ
イラーフィルム上に数百ミクロンの厚さに塗布し乾燥さ
せた。これをフィルムから剥離し、電歪材料グリーンシ
ートを得た。一部のグリーンシートには更に内部電極と
して白金ペーストをスクリーン印刷した。これらのグリ
ーンシートを数１０枚重ね、熱プレスにより圧着一体化
した後１２５０℃で焼成し、電歪材料積層体を得た。

これを内部電極が一層おきに表面に露出するような位置
で切断し仮設外部電極を塗布焼付けし更に側面を切断し
て第３図に示すような内部電極が露出している積層体を
得た。このようにして得られた電歪材料積層体に電気泳
動法を適用する。第３図において３０は保護膜部分の電
歪材料、３１は歪を生じる電歪材料をそれぞれ示す。内
部電極３２゜３４はそれぞれ３３と３５で示す仮設外部
電極に接続しており、他の内部電極は一層おきに交互に
２つの仮設外部電極に接続されている。

次に付着物であるガラス粉末を含む懸濁液を以（１３） 下の方法で作製する。ホウケイ酸亜鉛系結晶ガラス粉末
３０ｇ、エタノール２ｇＯｍｚ、５％ヨウ素エタノール
溶液１０ｍｔを高速ホモジナイザーで混合する。ヨウ素
が電解質の役割を果たし、ガラス粉末はプラスに帯電し
ている。３０分間超音波をかけゾヒ後、３０分間静置し
て沈殿物を除去し残りの懸濁液を使用する。

前記電歪材料積層体の内部電極が露出している片面を粘
着テープで被い懸濁液にぬれるのを防いだ後前記懸濁液
を満たした容器に沈める。付着させたい面の前方１ｍの
距離のところに付着させたい面より大きい面積を持つス
テンレス製対向電極板を沈める。対向電極板を直流電源
のプラス端子に接続し、仮設外部電極３３をマイナス端
子に接続し、２０Ｖ３００ｆＦＪ’償圧を印加する。紙
工後乾燥させると、内部電極露出部３２の上とその周辺
の電歪材料表面に巾２００ミクロンのガラス粉末の付着
が得られた。

裏面の粘着テープを取り除いた後、７０５℃で１０分間
保持することにより焼成しガラス被膜を（１４） 電歪材料に固着させた。その様子を第４図に示す。

第４図において４０は保護膜部の電歪材料、４１は歪を
生じる電歪材料をそれぞれ示す。帯状のガラス被膜４２
は仮設外部電極４３とつながる内部電極の露１．（４部
とその周辺に形成される。第４図で４４は露出したまま
になっている内部電極、４５はそれらをまとめている仮
設外部電極をそれぞれ示す。

次に反対側の面にガラス被膜を形成する。まず既にガラ
ス被膜を形成した面を粘着テープで被い保饅した後、外
部電極４５を直流電源のマイナス端子に接続し一回目と
同様な方法で電圧を印加して内部電極４４の露出部とそ
の周辺にガラス粉末を付着させる。これを−回目と同様
に焼成して帯状のガラス被膜を形成する。

以上のように表側と裏側にガラス被膜を形成した電歪材
料積層体を第５図（ａ）の破線で示す位置で切断する。

図中番号５０で示す仮設外部電極のついた小片５０２個
は使用できず、その間の小片５１が電歪効果素子となる
。得られた電歪効果素子を第５図（ｂ）に示す。図中番
号５２は保護膜部の電歪材料、５３は歪を生じる電歪材
料、５４は露出した内部電極をそれぞれ示す。複数の内
部電極のうｊ玄 ちたとえば上から数えて奇数番目の内部型Ｗ表側の面で
は５６で示すガラス被膜に被われているが、裏側では露
出している。逆に５４で示す偶数番目の内部電極は表側
では露出しているが裏側では５７で示すガラス被膜によ
シ被われている。

得られた電歪効果素子は第６図に示すように２つの外部
電極を表側と裏側に形成することによシ容易に電気的に
接続され、これら外部電極間に電圧を印加することによ
り保護膜部を除く電歪材料全体に均一な電界が生じ、大
きな歪を発生する。

図中番号６０は保護膜部の電歪材料、６１は歪を生じる
電歪材料をそれぞれ示す。図中番号６２゜６３はそれぞ
れマイナス端子とプラス端子に接続している内部電極を
示す。図中番号６４．６５はそれぞれ６２と６３で示す
内部電極上に形成されたガラス被膜である。図中番号６
６は表側に形成された外部電極であり、６３で示す多数
の内部電極とつながっておりこれらをまとめている。さ
らに裏側にも６２で示す内部電極をまとめる外部電極が
存在する。

電気的に接続された電歪効果素子は全体をフッ素樹脂で
コートし素子の耐湿性を向上させる。

以上の実施例から明らかなように本発明の方法に従えば
多数の内部電極が全て端面に露出した積層型電歪効果素
子を確実に電気的に接続することができ歩留まりが大幅
に向上した。さらにこの方法は電気化学的手法であるた
め試料側々の個別の調整、セツティングが簡単で大量に
同時処理が可能であり、装置が簡便なことと併せコスト
が低減できる利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は積層チップコンデンサ型の電歪効果素子の構成
図、（ａ）は横方向から見た断面図、（ｂ）は縦方向か
らの透視図である。図中番号１は電歪材料、２と２′は
内部電極、３と３′は外部電極、４は内部電極の重な逆
部分、５は内部電極の重ならない（１７） 部分、６は内部電極のない部分をそれぞれ示す。 第２図は内部電極が素子端面に露出している積層型電歪
効果素子の構成図、（ａ）は側面図、（ｂ）は縦方向の
断面図である。図中番号２１と２１′は電歪材料、２２
と２２′は内部電極、２３と２４は内部電極を接続する
ワイヤー、２５と２６は電極端子をそれぞれ示す。 第３図は本発明の方法が適用される電歪材料積層体の外
観図。図中番号３０．３１はそれぞれ保護膜部および歪
を発生する電歪材料である。３２と３３は外部電極であ
る０３４と３５は外部電極である。 第４図は内部電極鱈出部とその周辺部の電歪材料上に形
成されたガラス被膜が形成された第３図の電歪材料積層
体の外観図。４２はガラス被膜である。 第５図（ａ）は両面にガラス被膜の形成された電歪材料
積層体の外観図。第５図（ｂ）は第５図（ａ）の破線（
１８） 第６図は外部電極の形成された第５図（ｂ）で示した電
歪効果素子の外観図。６０．６１は電歪材料、６２．６
３は内部電極、６４．６５はガラス被膜、６６は外部電
極、Ｇ７，６８は外部端子である。 （１９） 第１図 第２図 ４ｚ 蔓　５　図 （ａ） 亭　Ｓ　図 Ｃｂ） ８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電歪材料と内部電極とが交互に積層され、該内部電極と
   一層おきにそれぞれ接続する２つの外部電極が形成され
   た積層コンデンサ型構造の積層体で積層方向に平行で、
   しかも外部電極形成面と異なる２つの面に内部電極層が
   露出している構造の積層体を作製する工程と、該積層体
   の一方の外部電極と該積層体の外側に設置する電極板と
   の間に直流電圧を印加し、電気泳動法によって前記内部
   電極露出面の一方の面において、一層おきの内部電極層
   上とその近傍に絶縁材料を形成する工程と、当該積層体
   の絶縁材料を形成した面及び内部電極層と異なる内部電
   極露出面及び内部電極層とその近傍に前記外部電極と異
   なる外部電極と前記電極板との間に直流電圧を印加し、
   電気泳動法によって絶縁材料を形成する工程と、当該絶
   縁材料が形成された積層体の外部電極形成部近傍を切断
   する工程とを具備する電歪効果素子の製造方法。