JP5251589B2

JP5251589B2 - セラミックコンデンサの製造方法

Info

Publication number: JP5251589B2
Application number: JP2009040124A
Authority: JP
Inventors: 昭宏藤井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-02-24
Also published as: JP2010199168A

Description

この発明はセラミックコンデンサの製造方法に関する。

積層セラミックコンデンサには、Ｎｉなどの卑金属からなる内部電極を有し、かつ、Ｃｕなどの卑金属からなる外部電極を有するものがある。そして、積層セラミックコンデンサのセラミック素体を構成するセラミック材料はＢａＴｉＯ₃などの酸化物であり、中性雰囲気または還元雰囲気で焼成されると、還元されて特性が劣化するおそれがあるため、酸化雰囲気で焼成されることが望まれる。

また、卑金属からなる外部電極を還元雰囲気で焼き付けると、外部電極ペーストに含まれるバインダなどの樹脂成分の燃焼が不十分となり、結果として外部電極中にポアが形成され、積層セラミックコンデンサの信頼性が低下する。一方、外部電極を酸化雰囲気で焼き付けると、バインダ（樹脂分）の燃焼効率が上がり、外部電極の焼結が進み易くなる。この結果、外部電極は緻密となり、耐水性能や耐めっき液性能が向上する。しかし、外部電極を酸化雰囲気で焼き付けると、内部電極と外部電極との接合部に酸化膜が生じ易いため、内部電極と外部電極との間の電気的接合状態が悪化し、静電容量低下や等価直列抵抗（ＥＳＲ）増加を招くという問題がある。等価直列抵抗が大きいコンデンサを高周波用途で使用した場合、内部電極と外部電極との接合部での発熱異常が起きる。このように、外部電極の焼き付けに際しても、焼き付け条件を考慮する必要がある。そこで、例えば特許文献１には、酸化雰囲気と還元雰囲気とを切り替えながら外部電極を焼き付ける方法が記載されている。

特開２００３−２３４２５７号公報

しかしながら、特許文献１のように、酸化雰囲気と還元雰囲気とを切り替えながら外部電極を焼き付ける方法は、焼き付け条件の管理が複雑かつ煩雑であり、雰囲気のばらつきによるセラミックコンデンサの電気特性のばらつきが生じ易いという不具合があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、耐水性能を確保しつつ、静電容量や誘電損失などの電気特性が良好なセラミックコンデンサを得ることができる製造方法を提供することである。

この発明は、セラミック素体と、セラミック素体の外表面上に設けられた第１外部電極および第２外部電極と、セラミック素体の内部に設けられ、第１外部電極と接合している第１内部電極および第２外部電極と接合している第２内部電極と、を有するセラミックコンデンサの製造方法であって、第１外部電極と第２外部電極との間に交流電流を流して、第１外部電極と第１内部電極との接合部および第２外部電極と第２内部電極との接合部にそれぞれ生じた酸化膜を除去する工程を備えたこと、を特徴とする、セラミックコンデンサの製造方法である。

この発明では、一対の外部電極間に交流電流を流すことによって、外部電極と内部電極との接合部に交流電流が流れ、外部電極と内部電極との接合部に生じた酸化膜が破壊され、外部電極と内部電極との間の導通が確保される。

また、この発明は、交流電流が０．１ｍＡ以上の高周波電流であることを特徴とする。これにより、外部電極と内部電極との接合部に交流電流が十分に流れ、外部電極と内部電極との接合部に生じた酸化膜が確実に破壊される。

また、この発明は、第１外部電極および第２外部電極が酸化雰囲気で焼き付けられていることを特徴とする。これにより、外部電極を緻密に形成することができると共に、酸化雰囲気と還元雰囲気とを切り替えながら外部電極を焼き付ける必要がなくなり、焼き付け条件の管理が簡素かつ容易になり、雰囲気のばらつきによるセラミックコンデンサの電気特性のばらつきが生じにくくなる。

さらに、この発明は、第１外部電極および第２外部電極が卑金属からなることを特徴とする。これにより、酸化雰囲気で焼き付けすると酸化し易い卑金属からなる外部電極を有するセラミックコンデンサであっても、優れた電気特性が得られる。

この発明によれば、一対の外部電極間に交流電流を流すことによって、外部電極と内部電極との接合部に交流電流が流れ、外部電極と内部電極との接合部に生じた酸化膜を破壊することができ、外部電極と内部電極との間の導通を確保することができる。この結果、静電容量や誘電損失などの電気特性が良好なセラミックコンデンサを得ることができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。

本発明に係るセラミックコンデンサの製造方法の一実施形態を説明するための外観斜視図である。図１に示したセラミックコンデンサの断面図である。セラミック素体の分解斜視図である。

本発明に係るセラミックコンデンサの製造方法の一実施形態について説明する。なお、以下はセラミックコンデンサを個産した場合を例にして説明するが、量産する場合には、複数のセラミックコンデンサを含むマザー積層体として製造される。図１は積層セラミックコンデンサ１０の外観斜視図であり、図２はその断面図であり、図３はセラミック素体２の分解斜視図である。セラミックコンデンサ１０は、セラミック素体２と、セラミック素体２の両端部の外表面上に形成された一対の外部電極３，４とを有している。

セラミック素体２は、図３に示すように、内部電極パターン２２，２３を表面に形成したセラミックグリーンシート２０ｃ〜２０ｈと、電極パターンが形成されていない外層用セラミックグリーンシート２０ａ，２０ｂ，２０ｉ，２０ｊとを積み重ねて構成した積層体である。セラミックグリーンシート２０ａ〜２０ｊの材料としては、ＢａＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＣａＺｒＯ₃などの主成分からなる誘電体セラミックに、周知の有機バインダや有機溶剤が添加されているものが用いられる。また、これらの主成分にＭｎ化合物、Ｆｅ化合物、Ｃｒ化合物、Ｃｏ化合物、Ｎｉ化合物などの副成分を添加したものを用いてもよい。特に、本実施形態では、セラミックコンデンサ１０に高周波が印加されるため、高周波印加による発熱が少ない温度補償系のセラミック材料を用いることが好ましく、具体的には、ＣａＴｉＯ₃、ＣａＺｒＯ₃などのεが小さいセラミックを用いることが好ましい。セラミックグリーンシート２０ｃ〜２０ｈの厚みは、焼成後の内部電極パターン２２，２３間のセラミック層の厚みが０．５〜１０μｍになるように設定することが好ましい。

内部電極パターン２２，２３は、セラミックグリーンシート２０ｃ〜２０ｈ上に、例えばスクリーン印刷などにより導電性ペーストを塗布して形成される。内部電極パターン２２はセラミックグリーンシート２０ｃ，２０ｅ，２０ｇの左辺に露出している。内部電極パターン２３はセラミックグリーンシート２０ｄ，２０ｆ，２０ｈの右辺に露出している。そして、内部電極パターン２２，２３は、積層された状態ではセラミックグリーンシート２０ｃ〜２０ｇを間にして対向するように配置されている。この対向部分により所定の電気特性が得られる。内部電極パターン２２，２３の材料としては、例えばＮｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｄ合金，Ａｕ、もしくは、これらのいずれか一つを主成分とする合金が用いられる。内部電極パターン２２，２３の厚みは、焼成後に０．３〜２．０μｍになるように設定することが好ましい。

以上のセラミックグリーンシート２０ａ〜２０ｊは、図３に示すように積層されてセラミック積層体とされる。このとき、必要に応じてセラミック積層体を静水圧プレスなどにより積層方向にプレスしてもよい。次に、セラミック積層体を所定のサイズにカットした後、バレル研磨してセラミック積層体のコーナー部および稜部に丸みを形成する。次に、セラミック積層体を焼成する。焼成温度はセラミックグリーンシート２０ａ〜２０ｊや内部電極パターン２２，２３の材料にもよるが、９００〜１３００℃であることが好ましい。こうして、セラミック素体２が形成される。

次に、印刷法などにより、セラミック素体２の両端部にそれぞれ、外部電極用導電性ペーストを塗布し、７００〜９００℃の温度で焼き付けて外部電極３，４を形成する。外部電極３は内部電極パターン２２の一端部に接合し，外部電極４は内部電極パターン２３の一端部に接合している。外部電極３，４の材料としては、例えばＮｉ，Ｃｕもしくは、これらのいずれか一つを主成分とする合金が用いられる。このとき、焼き付け雰囲気を酸化雰囲気とし、外部電極用導電性ペースト中のバインダ（樹脂分）の燃焼効率を上げ、外部電極３，４の焼結を進めて外部電極３，４を緻密化する。外部電極３，４の厚み（最も厚い部分）は、１０〜５０μｍになるように設定することが好ましい。なお、セラミック積層体を焼成する前に、外部電極用導電性ペーストをセラミック積層体に塗布し、セラミック積層体の焼成と同時に外部電極３，４を焼き付ける方法であってもよい。

次に、セラミック素体２の外部電極３，４間に交流電流を流して、外部電極３，４の焼き付けの際に内部電極パターン２２，２３と外部電極３，４とのとの接合部にそれぞれ生じた酸化膜を除去する。このとき、交流電流は０．１ｍＡ以上の高周波電流であることが好ましい。これにより、外部電極３，４と内部電極パターン２２，２３との接合部に交流電流が十分に流れ、外部電極３，４と内部電極パターン２２，２３との接合部に生じた酸化膜が確実に破壊される。また、交流電流の上限は１０ｍＡとすることが好ましい。交流電流が１０ｍＡを超えると、コンデンサ１０が異常発熱を起こしてショート不良になるからである。

次に、外部電極３，４が形成されたセラミック素体２を、バレル研磨などの物理的表面処理を行ったり、エッチングなどの化学的表面処理を行ったりして、外部電極３，４の焼き付けの際に生じた外部電極３，４表面の酸化膜を除去する。この後、外部電極３，４の表面にめっき層を形成する。めっき層の材料としては、例えばＮｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｕ，もしくは、これらのいずれか一つを主成分とする合金が用いられる。めっき層一層当たりの厚みは、１〜１０μｍになるように設定することが好ましい。さらに、外部電極３，４とめっき層との間に、応力緩和用の導電性樹脂層を形成してもよい。

以上のセラミックコンデンサ１０の製造方法によれば、外部電極３，４間に交流電流を流すことによって、外部電極３，４と内部電極パターン２２，２３との接合部に交流電流が流れ、外部電極３，４の焼き付けの際に外部電極３，４と内部電極パターン２２，２３との接合部に生じた酸化膜を破壊することができ、外部電極３，４と内部電極パターン２２，２３との間の導通を確保することができる。この結果、酸化雰囲気で焼き付けすると酸化し易い卑金属からなる外部電極３，４を有するセラミックコンデンサ１０であっても、優れた電気特性（静電容量や誘電損失など）を得ることができる。

また、外部電極３，４が酸化雰囲気で焼き付けられて形成されているので、外部電極３，４を緻密に形成することができ、耐水性能や耐めっき液性能を向上させることができる。さらに、酸化雰囲気と還元雰囲気とを切り替えながら外部電極３，４を焼き付ける必要がなくなり、焼き付け条件の管理が簡素かつ容易になり、雰囲気のばらつきによるセラミックコンデンサ１０の電気特性のばらつきが生じにくくなる。

なお、この発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。セラミック素体は、必ずしも複数のセラミックシートからなる積層体である必要はなく、一体型のバルクであってもよい。

以下の製造方法によってセラミックコンデンサの試料を作成し、電気的特性などを評価した。すなわち、ＣａＺｒＯ₃を主体とする比誘電率（εｒ）が３０で、厚さ２０μｍのセラミックグリーンシートに、Ｎｉを主体とした内部電極パターンを印刷法で形成した。その後、このセラミックグリーンシートを数枚積み重ね、さらに外層用セラミックグリーンシートを積み重ね圧着してセラミック積層体とした。そして、このセラミック積層体を２７０℃で脱脂した後、１２５０〜１３５０℃にて焼成してセラミック素体とした。

次に、焼成後のセラミック素体にＣｕペーストを塗布して焼き付け、外部電極を形成した。このとき、Ｃｕペーストを還元雰囲気と酸化雰囲気の２種類の雰囲気でそれぞれ焼き付けた。その後、電解めっき法によってＮｉ層、Ｓｎ層を順に外部電極表面上に形成した。

こうして得られたセラミックコンデンサにおいて、外部電極用Ｃｕペーストを還元雰囲気中で焼き付けたセラミックコンデンサは、静電容量が設計通り１０００ｐＦ（Ｑ＞１０００）の値であった。なお、Ｑはｔａｎδの逆数で、数値が大きいほど外部電極と内部電極パターンとの接合部での等価直列抵抗が低いことを示す。しかし、外部電極用Ｃｕペーストを酸化雰囲気中で焼き付けたセラミックコンデンサは、外部電極と内部電極パターンとの接合部に生じた酸化膜によって電気的接合不良となり、表１の「高周波印加前」に示したような電気特性となった。この電気的接合不良のセラミックコンデンサの一対の外部電極間に６３０Ｖｐ−ｐ（３００ｋＨｚ）の高周波電圧を１０時間印加した後の電気特性を表１の「高周波印加後」に示す。表１より、高周波電圧を印加することで、３個のセラミックコンデンサの全てが良品レベル（約１０００ｐＦ、Ｑ＞１０００）の電気特性をもつまでになっていることが認められる。

また、本実施例では、セラミックコンデンサの一対の外部電極間に６３０Ｖｐ−ｐ（３００ｋＨｚ）の高周波電圧を印加しているが、外部電極と内部電極パターンとの接合部改善のポイントは交流電流値（２πｆＣＶ、ｆ：周波数、Ｃ：静電容量、Ｖ：電圧）である。交流電流値と接合部改善性の関係は表２に示した。表２の交流電流値は１個のセラミックコンデンサ当りの電流値である。表２より、交流電流は０．１ｍＡ以上の高周波電流であることが好ましいことが認められる。

２セラミック素体
３，４外部電極
５，６金属端子
１０セラミックコンデンサ

Claims

セラミック素体と、前記セラミック素体の外表面上に設けられた第１外部電極および第２外部電極と、前記セラミック素体の内部に設けられ、前記第１外部電極と接合している第１内部電極および前記第２外部電極と接合している第２内部電極と、を有するセラミックコンデンサの製造方法であって、
前記第１外部電極と前記第２外部電極との間に０．１ｍＡ以上の高周波交流電流を流して、前記第１外部電極と前記第１内部電極との接合部および前記第２外部電極と前記第２内部電極との接合部にそれぞれ生じた酸化膜を除去する工程を備えたこと、を特徴とする、セラミックコンデンサの製造方法。
前記第１外部電極および前記第２外部電極は酸化雰囲気で焼き付けられていることを特徴とする、請求項１に記載のセラミックコンデンサの製造方法。
前記第１外部電極および前記第２外部電極が卑金属からなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のセラミックコンデンサの製造方法。