(57)【要約】【課題】高信頼性でかつ小型で高容量の積層セラミックコンデンサおよびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】誘電体層１１を構成する誘電体粒子の平均粒径を誘電体層１１の層方向で異ならせたもので、内部電極層１２の周辺部分１２Ｂ近傍の誘電体粒子１３Ｂの平均粒径を、内部電極層１２の中央部分１２Ａ近傍の誘電体粒子１３Ａの平均粒径に比して小さくしている。これにより、誘電率が大きく単位体積当たりの静電容量を大きくすることが可能となるとともに、ショート不良や信頼性不良を発生しやすい部位である内部電極層１２の周辺部分１２Ｂ近傍の誘電体粒子１３Ｂの平均粒径を小さくしているので、ショート不良や信頼性不良の発生を抑制することができ、高信頼性でかつ小型で高容量の積層セラミックコンデンサとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部電極層と誘電体層とを有する積層セラミックコンデンサであって、前記誘電体層を構成する誘電体粒子の平均粒径を誘電体層の層方向で異ならせたもので、前記内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を、前記内部電極層の中央部分近傍の誘電体粒子の平均粒径に比して小さくした積層セラミックコンデンサ。
【請求項２】
内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を、中央部分近傍の誘電体粒子の平均粒径の１．３分の１以下とした積層セラミックコンデンサ。
【請求項３】
誘電体粉末を含むセラミック生シートと、内部電極となる導電性金属粉末と誘電体粉末とを含む導電性ペースト膜とを交互に積層して積層体を形成する工程を備え、前記導電性ペースト膜に含まれる誘電体粉末の単位面積当たりの重量を、導電性ペースト膜の面方向で異ならせたもので、前記導電性ペースト膜の周辺部分に含まれる誘電体粉末の単位面積当たりの重量を、前記導電性ペースト膜の中央部分に含まれる誘電体粉末の単位面積当たりの重量に比して少なくした積層セラミックコンデンサの製造方法。
【請求項４】
導電性ペースト膜の周辺部分の厚さを中央部分の厚さに比して薄くすることにより、前記導電性ペースト膜の周辺部分に含まれる誘電体粉末の単位面積当たりの重量を、前記導電性ペースト膜の中央部分に含まれる誘電体粉末の単位面積当たりの重量に比して少なくした請求項３に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層セラミックコンデンサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子回路の高密度化に伴う電子部品の小型化に対する要求は高く、積層セラミックコンデンサの小型化、大容量化が急速に進んでいる。その実現のために、積層セラミックコンデンサにおける１層あたりの誘電体層を薄層化するという方法がとられている。また、誘電体層の薄層化に伴い、１層の誘電体層を構成する誘電体粒子の数は少なくなってきており、誘電体粒子の構造はコンデンサの特性に大きく影響するので、誘電体粒子の構造の制御が極めて重要になってきている。
【０００３】
そして、たとえば特許文献１では、誘電体粒子を微細化し、積層セラミックコンデンサを薄層化した場合においても、誘電体層の１層あたりの平均粒子数を３ 以上、６以下とすることにより、ショート不良率を低く抑え、Ｂ特性を満足する良好な温度特性を有し、且つ、良好なＤＣバイアス特性を有する積層セラミックコンデンサを実現する技術が提案されている。また、特許文献２では、誘電体層を構成する誘電体粒子における内部電極層と平行な方向の平均粒径を、誘電体層の厚みよりも大きくすることにより、単位体積当たりの静電容量が大きく、小型化しても大容量を有する積層セラミックコンデンサを実現する技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１２９８０２号公報
【特許文献２】特開２００２−３０５１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、誘電体粒子を微細化した場合には、誘電体粒子を微細化すると誘電率が減少し、単位体積当たりの静電容量が大きな積層セラミックコンデンサを実現することが困難となる。また一方、誘電体粒子を大きくした場合には、単位体積当たりの静電容量を大きくすることが可能となるが、温度特性等の電気特性が悪化し、また、誘電体層を薄層化した場合にショート不良や信頼性不良を発生しやすいという問題を有している。したがって、誘電体層を薄層化した場合にショート不良や信頼性不良を抑制し、かつ高い誘電率を得ることは、困難とされていた。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、誘電体層を薄層化、高積層化した場合でもショート不良や信頼性不良を抑制し、高信頼性でかつ小型で高容量の積層セラミックコンデンサおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、内部電極層と誘電体層とを有する積層セラミックコンデンサであって、前記誘電体層を構成する誘電体粒子の平均粒径を誘電体層の層方向で異ならせたもので、前記内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を、前記内部電極層の中央部分近傍の誘電体粒子の平均粒径に比して小さくした積層セラミックコンデンサであり、内部電極層の中央部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を大きくすることにより、誘電率が大きく単位体積当たりの静電容量を大きくすることが可能となるとともに、ショート不良や信頼性不良を発生しやすい部位である内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を小さくしているので、ショート不良や信頼性不良の発生を抑制することができ、高信頼性でかつ小型で高容量の積層セラミックコンデンサとなる。
【０００７】
また、本発明は、誘電体粉末を含むセラミック生シートと、内部電極となる導電性金属粉末と誘電体粉末とを含む導電性ペースト膜とを交互に積層して積層体を形成する工程を備え、前記導電性ペースト膜に含まれる誘電体粉末の単位面積当たりの重量を、導電性ペースト膜の面方向で異ならせたもので、前記導電性ペースト膜の周辺部分に含まれる誘電体粉末の単位面積当たりの重量を、前記導電性ペースト膜の中央部分に含まれる誘電体粉末の単位面積当たりの重量に比して少なくした積層セラミックコンデンサの製造方法であり、これにより、導電性ペースト膜に含まれる誘電体粉末が誘電体層の粒成長を促進する成分として働くため、導電性ペースト膜の中央部分の誘電体粉末を多くしているので内部電極層の中央部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を大きくすることができ、誘電率が大きく単位体積当たりの静電容量を大きくすることが可能となる。また、導電性ペースト膜の周辺部分の誘電体粉末を少なくしているので内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の粒成長を抑制し平均粒径を小さくできる。したがって、ショート不良や信頼性不良の発生を抑制することができ、高信頼性でかつ小型で高容量の積層セラミックコンデンサを容易に生産性良く製造することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の積層セラミックコンデンサによれば、誘電率が大きく単位体積当たりの静電容量を大きくすることが可能となるとともに、ショート不良や信頼性不良の発生を抑制することができ、高信頼性でかつ小型で高容量の積層セラミックコンデンサとなる。
【０００９】
また、本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法によれば、内部電極層の中央部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を大きくすることができ、誘電率が大きく単位体積当たりの静電容量を大きくすることが可能となり、また、内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の粒成長を抑制し平均粒径を小さくできる。したがって、ショート不良や信頼性不良の発生を抑制することができ、高信頼性でかつ小型で高容量の積層セラミックコンデンサを容易に生産性良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面に基づき詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態における積層セラミックコンデンサの概略断面図であり、図２および図３は、図１に示す誘電体層の要部拡大断面図であり、図２は、内部電極層の中央部分近傍の誘電体層の拡大断面図であり、図３は、内部電極層の周辺部分近傍の誘電体層の拡大断面図である。
【００１２】
図１、図２および図３に示すように、本発明の一実施の形態における積層セラミックコンデンサ１０は、誘電体層１１を構成する誘電体粒子の平均粒径を誘電体層１１の層方向で異ならせたもので、内部電極層１２の周辺部分１２Ｂ近傍の誘電体粒子１３Ｂの平均粒径を、内部電極層１２の中央部分１２Ａ近傍の誘電体粒子１３Ａの平均粒径に比して小さくしている。
【００１３】
上記したように、本実施の形態における積層セラミックコンデンサ１０は、内部電極層１２の中央部分１２Ａ近傍の誘電体粒子１３Ａの平均粒径を大きくすることにより、誘電率が大きく単位体積当たりの静電容量を大きくすることが可能となるとともに、ショート不良や信頼性不良を発生しやすい部位である内部電極層１２の周辺部分１２Ｂ近傍の誘電体粒子１３Ｂの平均粒径を小さくしているので、ショート不良や信頼性不良の発生を抑制することができ、高信頼性でかつ小型で高容量の積層セラミックコンデンサが得られる。
【００１４】
（実施例）
続いて、本発明の実施の形態における積層セラミックコンデンサの製造方法について、本発明の実施の形態における積層セラミックコンデンサの初期特性および信頼性の評価結果とともに、実施例に基づき以下に詳細に説明する。
【００１５】
まず、平均粒子径約０．２μｍのチタン酸バリウムを主成分とし、これに希土類元素の酸化物やＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＭｎＯ2などの添加物を加えたセラミック原料粉末を混合し、仮焼し、粉砕して平均粒子径約０．２μｍの誘電体粉末を作製した。
【００１６】
この誘電体粉末と、ポリビニルブチラール樹脂やアクリル樹脂などのバインダー、フタル酸エステルなどの可塑剤、酢酸ブチルなどの溶剤とを混合してセラミックスラリーとした。このセラミックスラリーをドクターブレードなどの方法を用いて、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと称する）フィルム上に塗布、乾燥してセラミック生シートを作製して準備した。この時、その乾燥後の厚みを約２μｍとしたセラミック生シートを準備した。
【００１７】
また一方で、ＰＥＴフィルム上に内部電極となる導電性ペースト膜を形成して準備した。内部電極となる導電性ペースト膜は、以下のようして、準備した。
【００１８】
まず、内部電極となる導電性金属粉末として金属ニッケル粉末を用い、これを主成分とし、これに誘電体粉末として平均粒子径約０．０５μｍのチタン酸バリウムを金属ニッケル粉末の重量に対し２０ｗｔ％の比率で添加し、ポリビニルブチラール樹脂などのバインダー、フタル酸エステルなどの可塑剤、酢酸ブチルなどの溶剤と混合してニッケルペーストを作製して準備した。
【００１９】
このニッケルペーストを用い、グラビア印刷法により、ＰＥＴフィルム上に内部電極となるパターン状に塗布、乾燥して、導電性ペースト膜を形成し準備した。なお、内部電極となる導電性ペースト膜のパターンは、その寸法、形状および位置を、後の工程で切断、分離した時、個片の積層セラミックコンデンサが得られるように矩形状のパターンを縦横に多数個配列したパターンとした。
【００２０】
そして、この時の１個の矩形状のパターンの導電性ペースト膜は、図４に示すように、その断面形状が中央部分で厚く、周辺部分で薄い形状とした。なお、図４に示したのは、１個の矩形状のパターンの短手方向の断面形状、つまり、積層セラミックコンデンサの内部電極とした時に図１に示した断面となる方向の断面形状であるが、矩形状のパターンの長手方向の断面形状についても同様に、その断面形状が中央部分で厚く、周辺部分で薄い形状とした。
【００２１】
上記で準備したセラミック生シートと導電性ペースト膜とを用い、これらを交互に積層して、導電性ペースト膜の層数が３００層の積層体を作製し、この積層体を焼成後に１．６ｍｍ×０．８ｍｍの寸法となるように所定の寸法で切断、分離し、個片の積層体グリーンチップとした。この積層体グリーンチップを焼成し外部電極を形成して、本実施例の積層セラミックコンデンサを作製した。
【００２２】
一方、比較のために、上記のニッケルペーストを用い、スクリーン印刷法により、ＰＥＴフィルム上に内部電極となるパターン状に塗布、乾燥して、上記とは別の比較例の導電性ペースト膜を形成し準備した。なおこの時も、内部電極となる導電性ペースト膜のパターンは、その寸法、形状および位置を、後の工程で切断、分離した時、個片の積層セラミックコンデンサが得られるように矩形状のパターンを縦横に多数個配列したパターンとした。そして、この時の１個の矩形状のパターンの導電性ペースト膜は、図５に示すように、その断面形状は、中央部分、周辺部分ともにほぼ同じ厚みの形状であった。なお、図５に示したのは、１個の矩形状のパターンの短手方向の断面形状、つまり、積層セラミックコンデンサの内部電極とした時に図１に示した断面となる方向の断面形状であるが、矩形状のパターンの長手方向の断面形状についても同様に、中央部分、周辺部分ともにほぼ同じ厚みの形状であった。
【００２３】
上記の実施例と同じセラミック生シートと、上記の比較例の導電性ペースト膜とを用い、これらを交互に積層して、導電性ペースト膜の層数が３００層の積層体を作製し、この積層体を焼成後に１．６ｍｍ×０．８ｍｍの寸法となるように所定の寸法で切断、分離し、個片の積層体グリーンチップとした。この積層体グリーンチップを焼成し外部電極を形成して、比較例の積層セラミックコンデンサを作製した。
【００２４】
次いで、上記で得られた本実施例の積層セラミックコンデンサおよび比較例の積層セラミックコンデンサについて評価した。評価としては、誘電体層の誘電体粒子の平均粒径、静電容量、ショート不良率、および信頼性試験として高温負荷試験後の絶縁抵抗の劣化を評価した。これらの評価結果を（表１）に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
誘電体粒子の平均粒径の測定方法としては、得られた積層セラミックコンデンサを、内部電極に垂直で外部電極を形成した端面に平行な面（図１に示した面）で切断し、その切断面を研磨し、ケミカルエッチングを施し、その後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察を行い、誘電体粒子の断面積を円の面積に換算して直径を算出し、その直径の１．５倍を粒径とした。また、観察測定としては、それぞれ各１０個の積層セラミックコンデンサを試料として、内部電極層の中央部分近傍および周辺部分近傍の誘電体層について、１００００倍のＳＥＭ写真を各５視野撮影し、１視野について各１０個の誘電体粒子の大きさを測定して平均値を求めた。なお、上記において内部電極層の周辺部分近傍の誘電体層とは、上記の切断面における内部電極層の両端部から内部電極層の長さに対してそれぞれ１０％までの両領域の誘電体層を指している。
【００２７】
静電容量については、２０℃の恒温槽中でデジタルＬＣＲメータにて、測定周波数１ｋＨｚ、測定電圧１．０Ｖｒｍｓで測定を行い、ショート不良を除いた試料１００個の平均値として評価した。また、ショート不良率は、１００個のコンデンサ試料について抵抗値を測定し、抵抗値が１０Ω以下のものをショート不良として、その不良個数を求めた。
【００２８】
信頼性試験としての高温負荷試験は、次のようにして評価した。絶縁抵抗計を用い定格電圧６．３Ｖを１分間印加後の抵抗値を測定し、抵抗値が１００ＭΩ以上のものを良品として各１００個選別し、これらの試料の平均値を初期値とした。これら各１００個に試料について、８５℃の恒温槽中で定格電圧６．３Ｖを印加した状態で１０００時間放置し、その後取出して、絶縁抵抗計を用い、定格電圧６．３Ｖを１分間印加後の抵抗値を測定し、これらの平均値を試験後値とした。また、抵抗値が２ＭΩ以下のものを絶縁抵抗劣化不良とした。
【００２９】
（表１）に示したように、本実施例の積層セラミックコンデンサ１０の誘電体層１１の誘電体粒子の平均粒径は、誘電体層１１の層方向で異なり、内部電極層１２の周辺部分１２Ｂ近傍の誘電体粒子１３Ｂの平均粒径が０．３０μｍであり、内部電極層１２の中央部分１２Ａ近傍の誘電体粒子１３Ａの平均粒径が０．３９μｍであり、周辺部分近傍の誘電体粒子１３Ｂの平均粒径は、中央部分近傍の誘電体粒子１３Ａの平均粒径に比して小さく、中央部分近傍の誘電体粒子１３Ａの平均粒径の１．３分の１である。
【００３０】
本実施例の積層セラミックコンデンサ１０において、誘電体層１１の内部電極層１２の周辺部分近傍の誘電体粒子１３Ｂの平均粒径を中央部分近傍の誘電体粒子１３Ａの平均粒径に比して小さくできたのは、次の理由による。導電性ペースト膜に含まれる平均粒子径約０．０５μｍのチタン酸バリウムの誘電体粉末が誘電体層の粒成長を促進する成分として働くため、導電性ペースト膜を中央部分で厚くし含まれる誘電体粉末の単位面積当たりの重量を多くしているので、内部電極層の中央部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を大きくすることができ、また、導電性ペースト膜を周辺部分で薄くし含まれる誘電体粉末の単位面積当たりの重量を少なくしているので内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の粒成長を抑制し平均粒径を小さくできる。なお、中央部分と周辺部分とで導電性ペースト膜に含まれる誘電体粉末の単位面積当たりの重量を変える方法としては、上記のように厚さを変える方法のほかに、導電性ペースト膜として中央部分と周辺部分とで誘電体粉末の添加量を変える方法によることもできる。
【００３１】
一方、比較例では、導電性ペースト膜を、中央部分、周辺部分ともにほぼ同じ厚みで含まれる誘電体粉末の量をほぼ同じにしたので、比較例の積層セラミックコンデンサの誘電体層の誘電体粒子の平均粒径は誘電体層の層方向で異なることがなく、内部電極層の周辺部分近傍および中央部分近傍ともに平均粒径が０．３７μｍである。
【００３２】
そして、（表１）に示した評価結果から明らかなように、本実施例の積層セラミックコンデンサは、比較例の積層セラミックコンデンサとほぼ同様の値の静電容量であるにもかかわらず、比較例の積層セラミックコンデンサに比べて、ショート不良および高温負荷試験後の絶縁抵抗の劣化が極めて少なく、本実施例により、信頼性の高い積層セラミックコンデンサが歩留まり良く得られることがわかる。これは、以下の理由によると考えられる。
【００３３】
ショート不良については次のように考えられる。比較例では、周辺部分の導電性ペースト膜が厚いので、セラミック生シートと導電性ペースト膜とを積層加圧して積層体を作製する時に、導電性ペースト膜の有無による大きな段差により導電性ペースト膜の周辺部分に加圧力が集中しやすく、この部分でセラミック生シートが薄くなる方向に変形し導電性ペースト膜同士が近接する。そして、この部分である内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子は、焼成時に粒成長し粒径が大きくなるとともに、誘電体粒子周辺に存する導電性ペーストの金属ニッケル粉末を移動させ、近接した導電性ペースト膜同士の金属ニッケル粉末が接続されショート不良となる。これに対して、本実施例では、周辺部分の導電性ペースト膜が薄いので、導電性ペースト膜の有無による段差が小さく、導電性ペースト膜の周辺部分のセラミック生シートの変形は少なく導電性ペースト膜同士は近接しにくい。そして、この部分である内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子は、焼成時にあまり粒成長せず粒径が小さいので、誘電体粒子周辺に存する導電性ペーストの金属ニッケル粉末は移動することがなく、隣の層の導電性ペースト膜の金属ニッケル粉末と接続することがないので、ショート不良の発生を少なくできる。
【００３４】
また、高温負荷試験後の絶縁抵抗の劣化については次のように考えられる。一般的に、セラミックコンデンサにおいては電圧の印加によりセラミック誘電体粒子にひずみを生じ、このひずみ量は、誘電体粒子の誘電率が大きいほど大きくなる（いわゆる電歪現象）。そして、積層セラミックコンデンサにおいては、内部電極層の存する誘電体層では、電圧の印加により誘電体層の厚み方向に伸びる方向のひずみを生じるが、内部電極層のない周囲の誘電体セラミック部分では、ひずみを生じない。このため、内部電極層の有無の境界部分では、このひずみの有無による応力により、誘電体層に微小なクラックが生じやすく絶縁抵抗の劣化をもたらしやすい。そして、上記したように、電歪によるひずみ量は、誘電率が大きいほど大きくなるので、誘電体粒子の粒径が大きく誘電率が大きいほど、誘電体層に微小なクラックが生じやすくなり絶縁抵抗の劣化をもたらしやすくなる。
【００３５】
上記の理由により、比較例では、内部電極層の有無の境界部分の近傍である内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の平均粒径が大きく誘電率が大きいため、誘電体層に微小なクラックが生じ絶縁抵抗が劣化し、絶縁抵抗劣化不良が１００個中２個発生したものと考える。これに対して、本実施例では、内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の平均粒径が小さいので、誘電体層にクラックが生じず絶縁抵抗の劣化不良を発生していないものと考える。
【００３６】
以上の結果から、本発明の積層セラミックコンデンサは、内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を、内部電極層の中央部分近傍の誘電体粒子の平均粒径に比して小さくした積層セラミックコンデンサであり、内部電極層の中央部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を大きくすることにより、誘電率が大きく単位体積当たりの静電容量を大きくすることが可能となるとともに、ショート不良や信頼性不良を発生しやすい部位である内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を小さくしているので、ショート不良や絶縁抵抗の劣化不良といった信頼性不良の発生を抑制することができ、高信頼性でかつ小型で高容量の積層セラミックコンデンサとなることがわかる。
【００３７】
なお、内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を内部電極層の中央部分近傍の誘電体粒子の平均粒径に比して小さくすることにより、上記の効果が得られるが、内部電極層の周辺部分近傍の誘電体粒子の平均粒径を中央部分近傍の誘電体粒子の平均粒径の１．３分の１以下とすることにより、より顕著な上記の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る積層セラミックコンデンサおよびその製造方法は、誘電率が大きく単位体積当たりの静電容量を大きくすることが可能となるとともに、ショート不良や信頼性不良の発生を抑制することができ、薄層化、高積層化した場合においても高信頼性の積層セラミックコンデンサを歩留まり良く製造することができ、小型で高容量の積層セラミックコンデンサおよびその製造方法として特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施の形態における積層セラミックコンデンサの概略断面図
【図２】同積層セラミックコンデンサの内部電極層の中央部分近傍の誘電体層の拡大断面図
【図３】同積層セラミックコンデンサの内部電極層の周辺部分近傍の誘電体層の拡大断面図
【図４】実施の形態における導電性ペースト膜の断面形状を示す図
【図５】比較例における導電性ペースト膜の断面形状を示す図
【符号の説明】
【００４０】
１０  積層セラミックコンデンサ
１１  誘電体層
１２  内部電極層
１２Ａ  内部電極層の中央部分
１２Ｂ  内部電極層の周辺部分
１３Ａ、１３Ｂ  誘電体粒子
【図１】
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【図２】
2008258468.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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