(57)【要約】  【課題】  セラミック層を薄層化して電圧を印加した場合でも高い耐電圧を得ることのできる積層型電子部品を提供する。  【解決手段】  セラミック層５と内部電極層７とが交互に積層された電子部品本体１を備えており、内部電極層７を挟んで上下両側に配置されるセラミック層５同士が内部電極層７を部分的に貫通するセラミック結合材９と一体化されているとともに、内部電極層７は、電子部品本体１を断面視したときに、セラミック層５を介して配置された２層間で、積層方向の同じ位置に重ならないように配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック層と内部電極層とが交互に積層された電子部品本体を備えている積層型電子部品であって、前記内部電極層を挟んで上下両側に配置される前記セラミック層同士が前記内部電極層を部分的に貫通するセラミック結合材と一体化されているとともに、前記内部電極層は、前記電子部品本体を断面視したときに、前記セラミック層を介して配置された２層間で、積層方向の同じ位置に重ならないように配置されていることを特徴とする積層型電子部品。
【請求項２】
前記内部電極層は、前記電子部品本体を断面視したときに、前記セラミック層を介して配置された２層の積層方向の同じ位置に、前記内部電極層の無い部位を有することを特徴とする請求項１に記載の積層型電子部品。
【請求項３】
前記内部電極層は、断面視したときの平均アスペクト比が３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型電子部品。
【請求項４】
前記内部電極層の無い部位の長さの割合が、単位長さあたり３０〜９０％であることを特徴とする請求項２に記載の積層型電子部品。
【請求項５】
前記セラミック層は、チタン酸バリウムを主成分として含有するとともに、ジルコニウムを含んでいることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の積層型電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数のセラミック層と複数の内部電極層とを交互に積み重ねた後、一体的に焼成して作製された積層型の電子部品が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような積層型電子部品において、セラミック層および内部電極層の積層数が例えば数百層にも及ぶものにおいては、内部電極層とともにセラミック層も同様に薄層化されていることから、積層型電子部品に電圧が印加された際に、セラミック層が受ける電界強度が高くなり、これにより耐電圧が低下するという問題がある（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−５８３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、高い耐電圧を得ることのできる積層型電子部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の積層型電子部品は、セラミック層と内部電極層とが交互に積層された電子部品本体を備えている積層型電子部品であって、前記内部電極層を挟んで上下両側に配置される前記セラミック層同士が前記内部電極層を部分的に貫通するセラミック結合材と一体化されているとともに、前記内部電極層は、前記電子部品本体を断面視したときに、前記セラミック層を介して配置された２層間で、積層方向の同じ位置に重ならないように配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高い耐電圧を示す積層型電子部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）は、本発明の積層型電子部品の一実施形態を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ部の拡大図、（ｄ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】（ａ）は、従来の積層型電子部品に対して電圧が印加されたときの電界分布を部分的に示したものであり、（ｂ）は、本実施形態の積層型電子部品に電圧が印加されたときの電界分布を部分的に示したものである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１（ａ）は、本発明の積層型電子部品の一実施形態を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ部の拡大図、（ｄ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図１（ｂ）において、ｗ１、ｗ２およびｗ３として記した部分は、セラミック層５を介して配置された内部電極層７の２層間で、積層方向の同じ位置に重ならない部分の幅を示すものであり、この場合、２層の内部電極層７間の両層に内部電極層７の無い部位の割合は、（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３）／ｗ０の関係で表される。また、図１（ｄ）は、積層型電子部品を積層方向に透視したときの内部電極層７を示したものであ
るが、内部電極層７の面内に形成した白い部分は内部電極層７を貫通しているセラミック結合材９を表したものである。図２（ａ）は、従来の積層型電子部品に対して電圧が印加されたときの電界分布を部分的に示したものであり、図２（ｂ）は、本実施形態の積層型電子部品に電圧が印加されたときの電界分布を部分的に示したものである。
【０００９】
本発明の積層型電子部品の一例として、以下のように積層型のコンデンサを例にして説明する。
【００１０】
本実施形態の積層型電子部品は、図１（ａ）に示すように、電子部品本体１の対向する両端部に外部電極３を有している。電子部品本体１は、図１（ｂ）（ｃ）および（ｄ）に示すように、セラミック層５と内部電極層７とが交互に複数層に亘って積層された構成となっている。内部電極層７は外部電極３側に延出されて外部電極３に接続されている。
【００１１】
本実施形態の積層型電子部品では、図１（ｃ）に示すように、内部電極層７を挟んで上下両側に配置されるセラミック層５同士が内部電極層７を部分的に貫通するセラミック結合材９と一体化されている。この場合、セラミック結合材９の場所は、図１（ｃ）において、セラミック層５の主面に平行な方向（横方向）に途切れて並んだ内部電極層７間に形成された部分（図１（ｃ）の符号９）である。
【００１２】
これにより、内部電極層７を介して配置されたセラミック層５同士の接合性を高めることが可能になる。
【００１３】
また、本実施形態の積層型電子部品において、内部電極層７は、電子部品本体１を断面視したときに、セラミック層５を介して配置された２層間で、積層方向の同じ位置に重ならないように配置されている。
【００１４】
通常、セラミック層５と内部電極層７とが多層に積層された積層型電子部品においては、静電容量等を高めるという理由から、セラミック層５間に配置された内部電極層７は、その有効面積を極力広く確保することが効果的であると言われている。
【００１５】
ところが、図２（ａ）に示す従来の積層型電子部品の場合のように、内部電極層７が断面視したときの面内で連結しており、内部電極層７同士のほとんどが積層方向の同じ位置に重なっているような構造においては、セラミック層５を介して配置されている２層の内部電極層７間に分布する電気力線１１がセラミック層５の主面にほぼ垂直な方向となる。
【００１６】
これに対し、本実施形態の積層型電子部品では、図２（ｂ）に示すように、電子部品本体１を断面視したときに、内部電極層７がセラミック層５を介して配置された２層の内部電極層７間で積層方向の同じ位置に内部電極層７の無い部位を有する構成となっている。言い換えると、セラミック層５を介して配置された２層の内部電極層７の積層方向の同じ位置において、どちらかに内部電極層７の無い部位があり、両層の内部電極層７が重ならないように配置された構成となっている。
【００１７】
これにより、本実施形態の積層型電子部品では、セラミック層５を介して配置されている２層の内部電極層７間に分布する電気力線１１が、図２（ｂ）に示すように、セラミック層５の主面に垂直な方向から有限の角度（θ）で斜め方向に向いた状態となる。
【００１８】
つまり、図２（ｂ）に基づけば、電気力線１１の長さａ’は、ａ／ｃｏｓθとなり（ａ’＝ａ／ｃｏｓθ）、内部電極層７間の最短距離である垂直方向の距離ａよりも長くなる。
【００１９】
このため、本実施形態の積層型電子部品では、図２（ａ）に示した従来の積層型電子部品に比較して、セラミック層５を介して配置された２層の内部電極層７間に広がる電気力線１１の密度が低くなることから、セラミック層５における電界強度が低くなる。
【００２０】
その結果、図２（ａ）（ｂ）に示した内部電極層７の構造の異なる積層型電子部品に対して、同じ値の電圧を印加した場合には、図２（ｂ）に示した本実施形態の積層型電子部品の方が、図２（ａ）に示した従来の積層型電子部品に比較して耐電圧を高くすることができる。
【００２１】
なお、図１（ｃ）および図２（ｂ）においては、内部電極層７の無い部位はセラミック結合材９が存在する構成となっているが、内部電極層７の無い部位が空隙であっても良い。また、内部電極層７の無い部位の頻度としては、積層型電子部品における全層のうちの５０％以上の層に少なくとも１カ所以上形成されていることが望ましく、特には、各層に形成されていることが望ましい。
【００２２】
本実施形態の積層型電子部品では、電子部品本体１を断面視したときに、セラミック層５を介して配置された２層の内部電極層７の積層方向の同じ位置に内部電極層７の無い部位を有することが望ましい。セラミック層５を介して配置された２層の内部電極層７の積層方向の同じ位置に内部電極層７の無い部位を有する構造であると、内部電極層７がさらにまばらに存在するようになることから、セラミック層７を介して対向する内部電極層７間の電気力線１１の長さａ’がさらに長くなり、また、電気力線１１の密度が低下するため、電界強度がさらに低下し、耐電圧が向上する。
【００２３】
また、本実施形態の積層型電子部品では、図１（ｂ）（ｃ）および図２（ｂ）に示す方向から見たときの断面に露出した内部電極層７は平均アスペクト比が３以下であることが望ましい。セラミック結合材９間に露出した内部電極層７の平均アスペクト比が３以下であると、内部電極層７の断面の形状が細長いというよりは楕円形状に近くなるために、内部電極層７の平均アスペクト比が３よりも大きい場合に比較して、対向する内部電極層７へ向かう電気力線１１が内部電極層７の周囲にも回り込むように分布するようになる。その結果、セラミック層５の主面に垂直な方向に向く電気力線１１の密度をさらに低下させることができる。こうして積層型電子部品の耐電圧をさらに高めることができる。
【００２４】
ここで、内部電極層７のアスペクト比とは、図２（ｂ）に示すように、積層型電子部品を断面に露出した個々の内部電極層７の最大径Ｌと、これの中央部における垂直な方向の長さＳとの比（Ｌ／Ｓ）として表される値のことであり、平均アスペクト比は、内部電極層７のアスペクト比を測定した、例えば、１０カ所以上の箇所で測定した値から求めた平均値である。
【００２５】
本実施形態の積層型電子部品では、セラミック結合材９は、セラミック層５と同じ主成分を有するものであることが望ましい。セラミック結合材９がセラミック層５と同じ主成分を有するものであると、セラミック層５とセラミック結合材９とが一体化しやすくなり、内部電極層７を介して配置されたセラミック層５同士の接合性をさらに高めることができる。また、セラミック層５とセラミック結合材９との熱膨張係数が近いことから熱サイクル等において両者間に発生する歪みも小さくなり破壊し難いものとなる。
【００２６】
また、本実施形態の積層型電子部品では、セラミック層７を介して配置された２層の内部電極層７において、積層方向の同じ位置に内部電極層７の無い部位の長さの割合が、単位長さあたり３０〜９０％であることが望ましい。積層方向の同じ位置に内部電極層７の無い部位の長さの割合が単位長さあたり３０％以上であると、図２（ｂ）に示した内部電極層７間のセラミック層５内に分布する電気力線１１の長さａ’がより長くなるために、
積層型電子部品の内部のセラミック層５間における電界強度をさらに低くすることができる。
【００２７】
一方、積層方向の同じ位置に内部電極層７の無い部位の長さの割合が、単位長さあたり９０％以下である場合には、内部電極層７の有効面積を確保することができることから、静電容量などの誘電特性を向上させることができる。
【００２８】
内部電極層７の無い部位の長さの割合（または、セラミック結合材９間に在る内部電極層７の長さの割合）は、積層型電子部品を断面研磨した試料を、走査型電子顕微鏡を用いて観察し、撮影した写真から図１（ｃ）に示すような方法によって求める。
【００２９】
内部電極層７の平均アスペクト比は、内部電極層７の長さの割合を求めた画像の写真を用いて、図２（ｂ）に示すような方法により求める。
【００３０】
また、本実施形態の積層型電子部品では、セラミック層５がチタン酸バリウムを主成分として含有するとともに、ジルコニウムを含んでいることが望ましい。セラミック層をチタン酸バリウムにより形成し、これにさらにジルコニウム（ここでは、例えば、アルカリ土類元素の酸化物と化合したジルコン酸化合物の状態で存在する）を含ませるようにすると、チタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子の粒子径のばらつきを小さくすることができるとともに、ジルコニウムがチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子の表面付近に固溶するため、結晶粒子の表面付近のショットキー障壁が高くなり、これにより耐電圧をさらに高めることができる。
【００３１】
本実施形態の積層型電子部品を構成する内部電極層７の金属としては、ニッケル（１２．８×１０−６／℃）、銅（１６．８×１０−６／℃）、パラジウム（１１．８×１０−６／℃）および銀（１８．９×１０−６／℃）から選ばれる１種もしくはこれらの合金を適用することが好ましい。
【００３２】
セラミック層５の材料としては、コンデンサ、アクチュエータ、インダクタ、フィルタなどに適用されるセラミック材料が好ましく、例えば、チタン酸バリウム、チタンジルコン酸鉛、フェライト、マグネシア，カルシア，五酸化ニオブおよび二酸化チタン等から選ばれる少なくとも２種の金属酸化物により構成される複合酸化物などが好ましい。これらの材料の熱膨張係数としては９×１０−６〜１１×１０−６／℃であることが好ましい。
【００３３】
また、上述した積層型電子部品の場合、セラミック層５の平均厚みは０．６〜３０μｍ、内部電極層７の平均厚みは０．５〜２０μｍであり、また、内部電極層７の積層数は１００層以上であることが望ましい。
【００３４】
次に、本実施形態の積層型電子部品を製造する方法についてコンデンサを例にして説明する。まず、セラミック層５の材料として、誘電体粉末を準備し、これに有機ビヒクルを加えてセラミックスラリを調製し、次いで、ドクターブレード法またはダイコータ法などのシート成形法を用いてセラミックグリーンシートを作製する。
【００３５】
次に、ニッケル粉末を主成分金属とする電極ペーストを調製する。この場合、ニッケル粉末としては、ニッケル粉末中に平均粒径が０．２μｍ以下の微粒のニッケル粉末を含んでいるものを用いることが望ましい。
【００３６】
次に、電極ペーストを用いてセラミックグリーンシートの主面上に矩形状の内部電極パターンの形成されたパターンシートを形成する。
【００３７】
このとき、内部電極層７の断面の形状が図１（ｃ）（ｄ）に示すような構造となるようにするためには、電極パターンを形成するときの条件を調整し、電極パターンの面内に厚い部分と薄い部分とがほぼ交互に繰り返されるような形状にする。具体的には、従来の積層型電子部品を構成する内部電極層を形成する印刷用スクリーンよりも、線径が太くかつ開口率を低下させたものを用いる。また、内部電極パターンを印刷したパターンシートを積層する際に、交互に１〜２０μｍほどずらすようにする。
【００３８】
また、このとき、電極パターンとなる電極ペースト中に内部電極層７の主成分金属の焼結速度を遅らせる助剤を添加してもよい。助剤としては、アルカリ土類元素を含むジルコン酸化合物が好ましい。
【００３９】
次に、パターンシートを複数層重ねてコア積層体を形成する。次に、このコア積層体の上下面に電極パターンを形成していないセラミックグリーンシートを所定の枚数だけ重ね、加圧加熱処理を行って電子部品本体１となる積層体を複数個有する母体積層体を形成する。
【００４０】
次に、この母体積層体を切断することにより積層体にする。次に、作製した積層体を所定の条件にて焼成することにより電子部品本体１を作製する。次に焼成により得られた電子部品本体１の内部電極層７が露出した端面を含む端部に外部電極３を形成して積層型電子部品を完成させる。
【００４１】
こうして得られた積層型電子部品は、内部電極層７が、セラミック層５を介して配置された２層間で、積層方向の同じ位置に重ならないように配置された部位を有しているために、セラミック層５における電界分布の密度が低くなり、これによりセラミック層５内の電界強度が低くなることから、耐電圧の高い積層型電子部品を得ることができる。
【００４２】
以上はコンデンサを例に説明したが、本発明はコンデンサに限らず、アクチュエータ、インダクタおよびフィルタなど、セラミック層５と内部電極層７とが多層に積層された他の積層型電子部品にも幅広く適用することができる。この場合、アクチュエータ、インダクタおよびフィルタなどを製造する場合には、それぞれに適用されるセラミック層５用の材料および内部電極層７の材料ならびに製造方法を適用することは言うまでもない。
【実施例】
【００４３】
以下、具体的に積層型のコンデンサを作製して本発明の効果を確認した。まず、セラミック層用の材料として以下の誘電体粉末を調製した。誘電体粉末の原料粉末として、チタン酸バリウム粉末、ＭｇＯ粉末、Ｙ２Ｏ３粉末およびＭｎＣＯ３粉末を準備した。これらの各種粉末を、チタン酸バリウム粉末量を１００モルとしたときに、ＭｇＯ粉末を０．５モル、Ｙ２Ｏ３粉末を１モル、ＭｎＣＯ３粉末を０．５モル添加し、さらに、チタン酸バリウム粉末１００質量部に対して、ガラス粉末（ＳｉＯ２＝５５，ＢａＯ＝２０，ＣａＯ＝１５，Ｌｉ２Ｏ＝１０（モル％））を１質量部添加して誘電体粉末を調製した。次いで、この誘電体粉末を直径５ｍｍのジルコニアボールを用いて、溶媒としてトルエンとアルコールとからなる混合溶媒を添加し湿式混合した。
【００４４】
次に、湿式混合した粉末を、ポリビニルブチラール樹脂を溶解させたトルエンおよびアルコールの混合溶媒中に投入し、直径５ｍｍのジルコニアボールを用いて湿式混合してセラミックスラリを調製し、ドクターブレード法により厚みが約４μｍのセラミックグリーンシートを作製した。
【００４５】
次に、このセラミックグリーンシートの上面に矩形状の電極パターンを形成してパターンシートを形成した。電極パターンを形成するための電極ペーストは、Ｎｉ粉末４５質量
％に対して、共材としてチタン酸バリウム粉末を２０質量％と、エチルセルロース５質量％およびオクチルアルコール９５質量％からなる有機ビヒクル３０質量％を３本ロールで混練したものを用いた。Ｎｉ粉末は粒度分布において累積％表示したときに１０〜９０％の範囲にある粒径が０．０５〜０．２μｍであるものを用いた。また、電極ペーストとして、さらにジルコン酸バリウム粉末を１０質量％の割合で添加したものを調製した。
【００４６】
電極パターンの印刷には、従来の構造の積層型電子部品用の内部電極パターンを形成するのに用いた印刷用メッシュの線形を１としたときに、線径が１．２〜１．４倍、開口率が０．７〜１．０倍であるものを用いた。また、電極パターンを印刷したパターンシートを積層する際に、積層ずれの長さを含めて３〜５μｍほど積層方向に交互にずらして積層した。
【００４７】
次に、電極パターンを有するパターンシートを複数層重ね、次いで、この積層体の上下面にそれぞれ電極パターンを形成していないセラミックグリーンシートを重ね、加圧加熱処理を行って電子部品本体となる積層体を複数個有する母体積層体を形成した。この後、この母体積層体を、所定の寸法に切断して積層体を形成した。積層体における内部電極層の積層数は１４７層とした。
【００４８】
次に、作製した積層体を大気中にて脱脂した後、水素−窒素の混合ガス雰囲気にて酸素分圧が１０−８Ｐａの条件にて、最高温度を１１５０℃として最高温度での保持時間を２時間として焼成を行い、電子部品本体を作製した。作製した電子部品本体のサイズは１００５型に相当するものであり、そのサイズはおおよそ、０．９５ｍｍ×０．５０ｍｍ×０．５０ｍｍであった。また、セラミック層の平均厚みは２．０μｍ、積層部の中央に位置する内部電極層の１層の平均厚みは１．０μｍであった。
【００４９】
なお、作製した電子部品本体から得られる静電容量の設計値（セラミック絶縁体層を挟んで内部電極層が上下で重なっている有効面積の領域に空隙が無い状態で発現する静電容量）は１．１μＦと見積もった。
【００５０】
次に、作製した電子部品本体に窒素雰囲気中（酸素分圧：１０−６Ｐａ）、９００〜１０００℃で５時間の熱処理を行った。
【００５１】
次に、作製した電子部品本体にバレル研磨処理を行い、電子部品本体の端面に内部電極層を十分に露出させた。
【００５２】
次に、バレル研磨した電子部品本体の端部に銅ペーストを塗布し、約８００℃、酸素分圧を１Ｐａ、最高温度の保持時間を０．２時間とする条件で加熱して外部電極を形成した。
【００５３】
次に、この外部電極の表面に、順に、電解めっき法によりＮｉメッキ膜およびＳｎメッキ膜を形成して積層型のコンデンサを作製した。
【００５４】
次に、作製した積層型のコンデンサについて以下の評価を行った。
【００５５】
内部電極層の形成状態は、研磨した積層型電子部品の断面を走査型電子顕微鏡によって観察し、撮影した画像写真を用いて評価した。
【００５６】
作製した試料は、いずれも内部電極層を挟んで上下両側に配置されるセラミック層同士が内部電極層を部分的に貫通するセラミック結合材と一体化されていた。
【００５７】
また、ジルコン酸バリウムを添加した電極ペーストを用いて作製したコンデンサは、走査型電子顕微鏡に付設の元素分析器での分析から、セラミック層中にジルコニウム成分が拡散していることが確認された。この場合、ジルコニウムは酸化物となって存在していた。
【００５８】
セラミック層を介して配置された２層の内部電極層間で、積層方向の同じ位置に内部電極層が重ならない部位の割合の評価は、積層型電子部品の積層断面の上層、中層および下層の３カ所について電子部品本体内のセラミック層の主面に平行な方向の中央部分を、それぞれ１００μｍ×１００μｍの範囲で断面の写真を撮り、図１（ｃ）に示した方法によって内部電極層の無い部位の割合を求めた。この場合、内部電極層の無い部位の割合は、撮影した３カ所の平均値とした。また、同じ写真の画像から内部電極層の平均アスペクト比を求めた。
【００５９】
静電容量は温度２５℃、周波数１．０ｋＨｚ、測定電圧を１Ｖｒｍｓとして測定し、その平均値を求めた。試料数は各３０個とした。耐電圧は絶縁抵抗計を用いて測定した。試料数は各１０個とした。
【００６０】
【表１】
2015070048.tif 000003
【００６１】
表１の結果から明らかなように、コンデンサを断面視したときに、セラミック層を介して配置された２層間で、積層方向の同じ位置に重ならないように内部電極層が配置されている構成とした試料Ｎｏ．２〜６では耐電圧がいずれも２５５Ｖ以上であった。これらの試料は、コンデンサを断面視したときに、セラミック層を介して配置された２層の内部電極層の積層方向の同じ位置に内部電極層の無い部位を有するものであった。
【００６２】
この中で、２層の内部電極層間で、積層方向の同じ位置に内部電極層の無い部位の長さの割合が単位長さあたり３８〜８３％であった試料Ｎｏ．２〜５では、静電容量が０．９７μＦ以上であった。
【００６３】
また、コンデンサを断面視したときの評価で、内部電極層の平均アスペクト比が３以下であった試料Ｎｏ．３〜６では、耐電圧が２８０Ｖ以上であった。
【００６４】
また、セラミック層にジルコニウムを含有させた試料（試料Ｎｏ．４、５）では、耐電圧が３０５Ｖ以上であった。
【００６５】
これに対し、電子部品本体を断面視したときに、セラミック層を介して配置された２層の内部電極層間で、内部電極層が積層方向の同じ位置に重ならないように配置された部位
を有しない（断面において内部電極層が連結している）試料（試料Ｎｏ．１）では、耐電圧が２３０Ｖと低かった。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・電子部品本体
３・・・外部電極
５・・・セラミック層
７・・・内部電極層
９・・・セラミック結合材
【図２】
2015070048.tif 000004
【図１】
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