(57)【要約】【課題】焼結による層間剥離等の構造欠陥がなく、内部電極膜厚の安定した積層セラミックコンデンサを提供する。【解決手段】セラミックグリーンシート３０に、セラミック粉末と、該セラミック粉末間で所定の温度で液相焼結を生じさせるためのセラミック焼結助材とを含み、内部電極ペースト４０ａ，４０ｂに、金属粉末とセラミック粉末とを含み、該セラミック粉末を所定温度の焼結により液相を生じない材料とすることで、焼結により液相が発生せず、金属粒子のセラミック層への拡散が抑制される。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に内部電極ペーストが所定のパターンで形成されたセラミックグリーンシートを複数層積層し、所定の温度で焼結することで形成されるセラミック焼結体からなる積層セラミック電子部品において、
前記セラミックグリーンシートは、セラミック粉末と、該セラミック粉末間で前記所定の温度で液相焼結を生じさせるためのセラミック焼結助材とを含み、
前記内部電極ペーストは、金属粉末と、前記セラミック粉末とを含み、
前記セラミック粉末は、前記所定の温度の焼結により液相を生じない材料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】
金属粉末と、セラミックグリーンシートに用いられる前記所定温度の焼結により液相を生じないセラミック粉末とを有機溶剤でペースト化した、請求項１に記載の積層セラミック電子部品に用いる内部電極ペースト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内部電極とセラミック層とを交互に所定数積層してなる積層セラミック電子部品および、前記内部電極を形成するための内部電極ペーストに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
積層セラミック電子部品は、複数の内部電極とセラミック層とをそれぞれ交互に積層、焼結させたセラミック焼結体に、前記内部電極に接続する外部電極を形成することによって構成されている。このような積層セラミック電子部品のセラミック焼結体は、次のような工程で形成される。
【０００３】
まず、セラミック粉末とバインダとを溶剤で混合したセラミックスラリーをセラミックグリーンシートに成形する。次に、このセラミックグリーンシートの表面に、焼結することで内部電極となる金属粉末とバインダとを溶剤で混合した内部電極ペーストを所定のパターンで印刷する。次に、それぞれに内部電極ペーストのパターンが形成された複数のセラミックグリーンシートを積層してプレスすることでマザー基板を形成する。次に、マザー基板を各電子部品となる大きさに切断することで複数の素体を形成し、該素体を焼成することでセラミック焼結体を形成する。
【０００４】
しかし、セラミックグリーンシートと内部電極ペーストとでは、焼結過程での収縮率および膨張率が異なるので、内部電極とセラミック層との間で層間剥離などの構造欠陥が生じたり、セラミック焼結体内部に大きな層間応力を蓄えてしまう。層間応力を蓄えてしまうと、後の工程で外力等により内部破壊が生じる可能性がある。
【０００５】
このような問題に対する方法の一つとして、従来、内部電極ペーストにセラミックグリーンシートを構成する材料と同じ材料を添加する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この方法を用いることで、内部電極とセラミック層との間で、収縮率および膨張率の差が小さくなり、層間剥離等の構造欠陥を低減することができる。さらに、内部電極内のセラミックとセラミック層内のセラミックとが結合するため層間の結合強度が増加する。
【０００７】
一方、特許文献１においてセラミック層のセラミック粉末として用いられているＢａＴｉＯ３　は比較的焼結温度が低いため、内部電極材料との共焼成が可能であるが、例えば、ＣａＺｒＯ３　のように焼結温度の高いセラミック材料の場合、内部電極材料と共焼成するためにセラミック焼結助材を添加してＣａＺｒＯ３　の焼結を促進させて比較的低い温度で焼結するようにしている。
【０００８】
このように、焼結温度の高いセラミック材料にセラミック焼結助材を添加して用いる積層セラミック電子部品において、前述したように内部電極とセラミック層との間で収縮率および膨張率の差を小さくするために内部電極にセラミック材料を添加する場合、セラミック焼結助材も一緒に添加していた。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−１７２８５５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の積層セラミック電子部品においては、次に示す解決すべき課題が存在した。
【００１１】
前述のように、内部電極およびセラミック層が焼結していく過程では、液相焼結が生じる。液相焼結とは、金属粒子同士間やセラミック粒子同士間に液相を生じさせ、液相中に生じる原子間力により結合（焼結）する現象をいう。すなわち、各粒子間の液相の生成により金属粒子同士やセラミック粒子同士が引き寄せられるようにして焼結する。
【００１２】
ところで、導電ペーストとセラミックグリーシートの界面では、焼結過程において、内部電極ペースト内の金属粒子がセラミックグリーンシート側に拡散し、セラミックグリーンシート内のセラミック粒子が内部電極側に拡散する。しかし、前述のように、それぞれ金属粒子同士およびセラミック粒子同士が引き寄せられて焼結するので、前記相互の拡散量はあまり多くない。
【００１３】
しかしながら、内部電極ペースト内にセラミック粉末およびセラミック焼結助材等を添加しておくと、焼結過程で内部電極ペーストに添加されたセラミック粉末およびセラミック焼結助材のセラミック粒子が、セラミックグリーンシート内のセラミック粉末やセラミック焼結助材のセラミック粒子と結合するように、セラミックグリーンシート側に移動する。この際、移動するセラミック粉末やセラミック焼結助材のセラミック粒子が金属粉末とともに、セラミックグリーンシート側に移動してしまう。このため、内部電極ペースト内の金属粉末がセラミックグリーンシート側に多く拡散してしまい、安定した内部電極膜厚を得ることができない。
【００１４】
このように、内部電極ペースト内にセラミック粉末とセラミック焼結助材とを添加すると、焼結時に内部電極ペースト内からセラミックグリーンシート側に拡散する金属粉末の量が増加するため、焼成後の内部電極の厚みが薄くなってしまい、内部電極において部分的に電極切れが生じ、所定の電気容量を得られなくなってしまう可能性が生じる。
【００１５】
この発明の目的は、焼結による層間剥離等の構造欠陥が発生することなく、安定した内部電極膜厚を得ることで所望の電気特性を有する高信頼性の積層セラミック電子部品およびこのための内部電極ペーストを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、セラミックグリーンシートに、セラミック粉末と、該セラミック粉末間で所定の温度で液相焼結を生じさせるためのセラミック焼結助材とを含み、内部電極ペーストに金属粉末とセラミック粉末とを含み、該セラミック粉末を所定温度の焼結により液相を生じない材料とすることを特徴としている。
【００１７】
この構成では、内部電極ペースト内に添加されたセラミック粉末により、焼結時のセラミックグリーンシートと内部電極ペーストとの収縮率や膨張率の違いによる層間応力を低減させる。また、焼結により内部電極内のセラミックスとセラミック層のセラミックスとが結合して、層間強度が増加する。さらに、セラミック粉末は焼結温度において液相を生じない材料であるので、焼結時にセラミック粉末とともに内部電極用金属粉末がセラミックグリーンシート側に拡散することが抑制される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る積層セラミック電子部品およびこれに用いる内部電極ペーストについて、図を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る積層セラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサの構造を示す断面図である。
図２は図１に示す積層セラミックコンデンサの製造工程を示す状態図である。
【００２０】
本実施形態では、積層セラミック電子部品の一例として積層セラミックコンデンサについて説明する。
【００２１】
図１に示すように積層セラミックコンデンサは、複数のセラミック層３と内部電極４ａ，４ｂとを交互に積層焼結したセラミック焼結体２の内部電極４ａ，４ｂが露出する端面２１，２２からこれらの端面にそれぞれ接する四面にかけて外部電極５ａ，５ｂをそれぞれ設けた構造となっている。
【００２２】
この積層セラミックコンデンサの製造方法は次の通りである。
図２（ａ）に示すように、まず、セラミックグリーンシート３０の表面にそれぞれ内部電極ペースト４０ａ，４０ｂのいずれかが形成されており、内部電極ペースト４０ａが形成されたセラミックグリーンシート３０と内部電極ペースト４０ｂが形成されたセラミックグリーンシート３０とが順に所定枚数積層されている。これらの内部電極ペースト４０ａ，４０ｂがそれぞれ形成された複数のセラミックグリーンシート３０の積層体の上下には、内部電極ペーストが形成されていないセラミックグリーンシート３０が配置されている。この積層体をプレスすることで、図２（ｂ）に示すような素体２０が形成される。
【００２３】
ここで、セラミックグリーンシート３０は、セラミック粉末、セラミック焼結助材、バインダおよび溶剤から構成されており、内部電極ペースト４０ａ，４０ｂは、焼結することで内部電極４ａ，４ｂとなる金属粉末と、バインダと、セラミックグリーンシート３０に用いた、焼結時の温度で液相を生じない材料からなるセラミック粉末と、これらを混合してペースト化する溶剤とから構成されている。
【００２４】
なお、図２（ａ），（ｂ）では、一つの積層セラミックコンデンサになる一素体２０のみを図示しているが、実際の製造では、これらの素体２０が複数配列形成される構造のマザー基板が形成され、該マザー基板から各素体単位に切り出すことで、素体２０が形成される。
【００２５】
次に、素体２０を所定の温度、雰囲気、時間で焼成することで、内部電極ペースト４０ａ，４０ｂ内では、各金属粒子同士が液相焼結する。同時に、セラミックグリーンシート３０内では、セラミック粒子同士が液相焼結する。このようにして、図２（ｃ）に示すように内部電極４ａ，４ｂとセラミック層３とからなるセラミック焼結体２が形成される。
【００２６】
次に、内部電極４ａ，４ｂとセラミック層３とを交互に積層した構造のセラミック焼結体２の内部電極４ａ，４ｂが露出する端面２１，２２からこれらの面に接する四面にかけて外部電極用導電ペースト５０ａ，５０ｂが、図２（ｄ）に示すように塗布され、焼結されることで、図１に示す積層セラミックコンデンサが形成される。
【００２７】
前述のように、内部電極ペースト内にセラミック粉末を添加することで、内部電極ペースト内にセラミックグリーンシートと同成分のセラミック粉末が含有されるので、焼結時に、セラミックグリーンシートと内部電極ペーストと間の熱履歴による収縮率や膨張率の差が低減される。これにより、焼結により内部電極とセラミック層との間に発生する応力を抑制することができ、層間剥離等の構造不良の発生を抑えることができる。また、内部電極内のセラミックスとセラミック層のセラミックスとが結合するため、層間強度を高めることができる。
【００２８】
さらに、セラミック粉末が焼結時の温度で液相を生じないことにより、内部電極内のセラミック粉末同士およびセラミック粉末と金属粉末とは殆ど液相結合しない。このため、内部電極内のセラミックスがセラミック層のセラミックスと結合する際に金属粉末がセラミック粉末とともにセラミック層に拡散することが抑制される。これにより、焼結しても内部電極膜厚が薄くなるのを防止することができる。
【００２９】
次に、前述のような材料および工程で製造した積層セラミックコンデンサについて、内部電極膜厚、焼結中の液相発生状態および内部電極用金属のセラミック層への拡散に関する実験結果を示す。
【００３０】
実験に用いた積層セラミックコンデンサでは、セラミック層が焼結後に２２μｍになるようにセラミックグリーンシートを形成し、内部電極総数を４層にした。また、焼成条件は、低温で脱脂を行った後、最高到達温度を９００℃として、還元雰囲気中で２時間の焼成とした。
【００３１】
セラミックグリーンシートは、セラミック粉末であるＣａＺｒＯ３　と、セラミック焼結助材としてのＳｉＯ２　、ＭｎＣＯ３　およびガラス（Ｂ−Ｓｉ−Ｌｉ系）、バインダおよび溶剤を添加したセラミックスラリーにより作製した。
【００３２】
内部電極ペーストは、金属粉末であるＣｕと、前記セラミック粉末であるＣａＺｒＯ３　と、バインダと、これらの混練する有機溶剤とからなる。なお、セラミック粉末は金属粉末に対して１０ｗｔ％添加した。
【００３３】
このように形成された積層セラミックコンデンサをイオンビームでチップ中央部まで研磨し、その表面状態をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で観察し、この画像に基づいて内部電極の膜厚を定量化した。表１に、前記観察により定量化した焼成後の内部電極の膜厚の最大値と、内部電極の欠損（内部電極切れ）の有無とを示す。
【００３４】
【表１】
2004111728.tif 000003
【００３５】
表１に示すように、従来のような内部電極ペーストにセラミック粉末とセラミック焼結助材を添加した場合には、焼成後の内部電極膜厚は最大で１．５μｍであり、部分的に内部電極の欠損が発生した。一方、本発明に係る内部電極ペーストにセラミック粉末のみを添加した場合には、焼成後の内部電極膜厚は最大で３．０μｍであり、内部電極全体に亘って欠損は発生しなかった。
【００３６】
次に、焼成過程における内部電極の焼結状態の変化を調査するため、５００℃〜９００℃までの１００℃毎での素体（セラミック焼結体）の内部構造を、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）を用いて観察をおこなった。この観察により、素体（セラミック焼結体）内部での液相の発生状態を調査した。さらに、前記各温度での素体（セラミック焼結体）内部の元素分布を、ＷＤＸ（波長分散型Ｘ線エネルギー分光法）を用いて観察し、セラミック層内にＣｕが拡散したか否かを確認した。
【００３７】
ＴＥＭの結果を表２に、ＷＤＸの結果を表３に示す。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
【表３】
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【００４０】
表２、表３に示すように、従来の内部電極ペーストを用いた場合には、焼成温度が７００℃以上になると内部電極ペーストに液相が発生し、同時に、内部電極用のＣｕがセラミック層に拡散した。しかし、本発明の内部電極ペーストを用いることにより、Ｃｕの焼結温度である９００℃になっても、セラミック粉末であるＣａＺｒＯ３　による液相は発生せず、セラミック層へのＣｕの拡散が抑制されている。
【００４１】
このように、本発明に係る内部電極ペーストを用いることにより、安定して内部電極が形成された積層セラミックコンデンサが製造される。
【００４２】
なお、本実施形態では、内部電極用の金属としてＣｕを用いたが、Ｎｉ等の卑金属、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ等の貴金属を用いてもよく、電子部品の内部電極用に用いられるものであればどのような金属でもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、積層セラミックコンデンサについて示したが、他の積層セラミック電子部品にも、本発明は適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
この発明によれば、セラミックグリーンシートに、セラミック粉末と、該セラミック粉末間で所定の温度で液相焼結を生じさせるためのセラミック焼結助材とを含み、内部電極ペーストに、金属粉末とセラミック粉末とを含み、該セラミック粉末を所定温度の焼結により液相を生じない材料とするので、焼結時にセラミック粒子とともに内部電極用の金属粒子がセラミックグリーンシート側に拡散することが抑制される。これにより、安定した膜厚で内部電極が形成され、高信頼性を有する積層電子部品を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る積層セラミックコンデンサの概要を示す断面図
【図２】図１に示す積層セラミックコンデンサの製造工程を示す概要状態図
【符号の説明】
１−積層セラミックコンデンサ
２−セラミック焼結体
３−セラミック層
４ａ，４ｂ−内部電極
５ａ，５ｂ−外部電極
２０−素体
２１，２２−素体２０およびセラミック焼結体２の端面
３０−セラミックグリーンシート
４０ａ，４０ｂ−内部電極ペースト
５０ａ，５０ｂ−外部電極用導電ペースト
【図１】
2004111728.tif 000006
【図２】
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