(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
セラミック誘電体層と、鉄族以外の遷移金属を主成分とする内部電極層と、が交互に積層され、積層された複数の前記内部電極層が交互に異なる端面に露出するように形成されたセラミック積層体と、
前記セラミック積層体の前記内部電極層が露出する端面に形成された少なくとも1対の外部電極と、を備え、
前記外部電極は、7重量%未満のガラスを含有し鉄族以外の遷移金属もしくは貴金属を主成分とし前記セラミック積層体に接して設けられた下地導体層と、前記下地導体層を覆い前記下地導体層の厚みに対して1/2以上の厚みを有し鉄族以外の遷移金属を主成分とする第1めっき膜と、前記第1めっき膜を覆い、鉄族以外の遷移金属のうち前記第1めっき膜の主成分の遷移金属とは異なる遷移金属を主成分とする第2めっき膜と、を備え、
前記下地導体層の前記第1めっき膜側の表面にボイドが形成されていることを特徴とする積層セラミックコンデンサ。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。
【0015】
(実施形態)
図1(a)および
図1(b)は、実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100を例示する図である。なお、
図1(a)および
図1(b)で例示する積層セラミックコンデンサ100は一実施形態であって、
図1(a)および
図1(b)に示す形状以外のものにも適用できる。また、アレイに用いることもできる。
【0016】
図1(a)で例示するように、積層セラミックコンデンサ100は、略直方体形状のセラミック積層体10と、少なくとも1対の外部電極20a,20bとを備える。セラミック積層体10は、セラミック誘電体層30と内部電極層40とが交互に積層された構造を有する。セラミック積層体10において、積層された複数の内部電極層40は、交互に異なる端面に露出するように積層されている。本実施形態においては、積層された複数の内部電極層40は、対向する2端面に交互に露出するように積層されている。外部電極20aは、当該2端面の一方に設けられている。外部電極20bは、当該2端面の他方に設けられている。
【0017】
セラミック誘電体層30は、一般式ABO
3で表されるペロブスカイト構造を有するセラミック材料を主成分とする。なお、当該ペロブスカイト構造は、化学量論組成から外れたABO
3−αを含む。例えば、当該セラミック材料として、CaZrO
3(ジルコン酸カルシウム)、BaTiO
3(チタン酸バリウム)、CaTiO
3(チタン酸カルシウム)、SrTiO
3(チタン酸ストロンチウム)、ペロブスカイト構造を形成するBa
1-x−yCa
xSr
yTi
1−zZr
zO
3(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1)等を用いることができる。
【0018】
内部電極層40は、鉄族(Fe,Co,Ni)以外の遷移金属成分(Cu等)を主成分とする導電薄膜である。
【0019】
外部電極20a,20bは、セラミック積層体10に接して設けられた下地導体層21と、下地導体層21に接して覆う第1めっき膜22と、第1めっき膜22に接して覆う第2めっき膜23とを備える。下地導体層21は、ガラスを含有し、鉄族以外の遷移金属(Cu等)もしくは貴金属(Ag,Au,Pt,Pd等)を主成分とする。下地導体層21が鉄族以外の遷移金属もしくは貴金属を主成分とすることから、良好な高周波特性を得ることができる。下地導体層21は、例えば、4μm〜10μm程度の厚みを有する。
【0020】
図1(b)は、下地導体層21の拡大図である。
図1(b)で例示するように、下地導体層21において、ガラス24が分散している。下地導体層21に含まれるガラス24は、セラミック積層体10への下地導体層21の焼き付け時に軟化した後に硬化することから、下地導体層21とセラミック積層体10との密着性の効果を奏する。下地導体層21のガラス含有量が多いと、第1めっき膜22にめっきの不連続が生じることがある。そこで、下地導体層21は、7重量%未満のガラスを含有する。ガラスは、特に限定されるものではないが、1種以上の網目形成酸化物と1種以上の網目修飾酸化物とを含む非晶質体である。例えば、網目形成酸化物として、B
2O
3,SiO
2などを用いることができる。網目修飾酸化物として、Al
2O
3,ZnO,CuO,Li
2O,Na
2O,K
2O,MgO,CaO,BaO,ZrO
2,TiO
2等を用いることができる。
【0021】
下地導体層21においては、ガラス24が下地導体層21の外側表面に偏析する傾向にある。この場合、下地導体層21においてガラス24が脱落することによって生じたボイド、第1めっき膜22の形成時にめっき液へガラス24が溶出することによって生じたボイド等に、第1めっき膜22の形成時にめっき液などの水分が残留することがある。それにより、積層セラミックコンデンサ100の半田実装時に、半田爆ぜが生じるおそれがある。そこで、第1めっき膜22は、下地導体層21の厚みに対して1/2以上の厚みを有する。この場合、第1めっき膜22が十分な厚みを有することから、半田爆ぜを抑制することができる。なお、下地導体層21が厚くなれば下地導体層21表面へのガラス24の偏析量が多くなる傾向にある。したがって、下地導体層21が厚くなればなるほど第1めっき膜22を厚くすることによって、半田爆ぜを抑制することができる。そこで、第1めっき膜22の厚みの絶対値を規定するのではなく、下地導体層21の厚みに対する相対値として、第1めっき膜22は下地導体層21の厚みに対して1/2以上の厚みを有しているのである。
【0022】
ところで、積層セラミックコンデンサ100の実装時に用いる半田との親和性を考慮すると、第1めっき膜22の形成にNiめっきを用いることが好ましい。しかしながら、高周波帯の電気特性を考慮すると、Niなどの比透磁率の高い鉄族遷移金属成分が信号線上に存在することは、高周波領域における表皮効果により抵抗成分が増加する。その結果、誘電損失の増大を招くことになる。そこで、本実施形態においては、第1めっき膜22の主成分として鉄族以外の遷移金属(Cu等)を用いる。それにより、高周波数帯での誘電損失を小さくすることができる。
【0023】
第2めっき膜23は、鉄族以外の遷移金属のうち、第1めっき膜22の主成分の遷移金属とは異なる遷移金属を主成分とする。例えば、積層セラミックコンデンサ100の実装に用いる半田との親和性を考慮して、第2めっき膜23は、Sn等の遷移金属を主成分とすることが好ましい。
【0024】
続いて、積層セラミックコンデンサ100の製造工程について説明する。
図2は、積層セラミックコンデンサ100の製造方法のフローを例示する図である。
【0025】
(原料粉末作製工程)
まず、セラミック誘電体層30の主成分であるセラミック材料の粉末に、目的に応じて所定の添加化合物を添加する。添加化合物としては、Mg,Mn,V,Cr,希土類元素(Y,Dy,Tm,Ho,Tb,YbおよびEr)の酸化物、並びに、Sm,Eu,Gd,Co,Ni,Li,B,Na,KおよびSiの酸化物もしくはガラスが挙げられる。例えば、まず、セラミック材料の粉末に添加化合物を含む化合物を混合して仮焼を行う。続いて、得られたセラミック材料の粒子を添加化合物とともに湿式混合し、乾燥および粉砕してセラミック材料の粉末を調製する。
【0026】
次に、得られたセラミック材料の粉末に、ポリビニルブチラール(PVB)樹脂等のバインダと、エタノール、トルエン等の有機溶剤と、フタル酸ジオクチル(DOP)等の可塑剤とを加えて湿式混合する。得られたスラリーを使用して、例えばダイコータ法やドクターブレード法により、基材上に例えば厚み0.8μm以下の帯状の誘電体グリーンシートを塗工して乾燥させる。
【0027】
(積層工程)
次に、誘電体グリーンシートの表面に、内部電極形成用導電ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷等により印刷することで、内部電極層40のパターンを配置する。内部電極層形成用導電ペーストは、内部電極層40の主成分金属の粉末と、バインダと、溶剤と、必要に応じてその他助剤とを含んでいる。バインダおよび溶剤は、上記したセラミックペーストと同様のものを使用できる。また、内部電極形成用導電ペーストには、共材として、セラミック誘電体層30の主成分であるセラミック材料を分散させてもよい。
【0028】
次に、内部電極層パターンが印刷された誘電体グリーンシートを所定の大きさに打ち抜いて、打ち抜かれた誘電体グリーンシートを、基材を剥離した状態で、内部電極層40とセラミック誘電体層30とが互い違いになるように、かつ内部電極層40がセラミック誘電体層30の長さ方向両端面に端縁が交互に露出して極性の異なる一対の外部電極に交互に引き出されるように、所定層数(例えば200〜500層)だけ積層し、略直方体形状の成型体を得る。なお、積層体の上下にはカバー層となる誘電体グリーンシートが積層されている。
【0029】
(焼成工程)
次に、得られた成型体を、例えば、H
2が1.5体積%程度の還元雰囲気中において、950℃程度の温度で2時間程度焼成する。それにより、セラミック誘電体層30および内部電極層40の焼成を行うことができ、焼結体が得られる。
【0030】
(下地導体層21の焼き付け工程)
次に、得られた焼結体の内部電極層パターンが露出する2端面に、下地導体層形成用導電ペーストを塗布する。下地導体層形成用導電ペーストは、下地導体層21の主成分金属の粉末と、バインダと、溶剤と、必要に応じてその他助剤とを含んでいる。バインダおよび溶剤は、上記したセラミックペーストと同様のものを使用できる。また、下地導体層形成用導電ペーストには、下地導体層21のセラミック積層体10への密着性を得るために、ガラスを形成する焼結助剤を分散させる。下地導体層形成用導電ペーストにおける当該焼結助剤の含有量を7重量%未満とする。焼結助剤としてB
2O
3およびSiO
2から選択される1種以上の網目形成酸化物と、Al
2O
3,ZnO,CuO,Li
2O,Na
2O,K
2O,MgO,CaO,BaO,ZrO
2およびTiO
2から選択される1種以上の網目修飾酸化物と用いる。次に、窒素雰囲気中で、上記焼結体を得るための焼成温度よりも低い温度(例えば、800℃〜900℃程度の温度)で焼成する。それにより、下地導体層21が焼き付けられ、積層セラミックコンデンサ100の半製品を得ることができる。なお、ガラスを下地導体層21に均一に分散するためには、上記焼結助剤には細かさが要求される。また、下地導体層21におけるガラスが大きすぎると、ガラスの偏析、ボイド発生等の不具合が生じる。そこで、焼結助剤の粒子径は、上記主成分金属の粒子径と同等もしくはそれ以下が好ましく、上記主成分金属の粒子径の1/2以下であることがより好ましい。
【0031】
(第1めっき形成工程、第2めっき形成工程)
次に、半製品の下地導体層21上に、電解めっきにより第1めっき膜22を形成する。この場合において、第1めっき膜22の厚みTが下地導体層21の厚みtに対してt/2≦Tを満たすように電解めっきを行う。なお、積層セラミックコンデンサ100の大型化を抑制するために、t/2≦T≦tを満たすように厚みtを調整することが好ましい。さらに、第1めっき膜22上に、電解めっきにより第2めっき膜23を形成する。
【0032】
本実施形態によれば、下地導体層21が7重量%未満のガラスを含有している。この場合、第1めっき膜22の不連続を抑制しつつ、セラミック積層体10への下地導体層21の密着性を得ることができる。第1めっき膜22の不連続を抑制する観点から、下地導体層21のガラス含有量は、6重量%以下であることが好ましい。セラミック積層体10への下地導体層21の密着性の観点からは、下地導体層21のガラス含有量は、2重量%を上回ることが好ましく、3重量%以上であることがより好ましい。第1めっき膜22が、下地導体層21の厚みtに対してt/2≦Tを満たす厚みTを有することから、第1めっき膜22が十分に厚くなる。それにより、半田爆ぜを抑制することができる。積層セラミックコンデンサ100の小型化の観点から、厚みTは、t/2≦T≦tを満たすことが好ましい。また、下地導体層21が鉄族以外の遷移金属または貴金属を主成分とし、第1めっき膜22および第2めっき膜23が鉄族以外の遷移金属を主成分とすることから、高周波帯での誘電損失を小さくすることができる。
【実施例】
【0033】
以下、実施形態に係る積層セラミックコンデンサを作製し、特性について調べた。
【0034】
(実施例1〜11)
上記実施形態に係る製造方法に従って、積層セラミックコンデンサ100を作製した。
【0035】
セラミック誘電体層30の主成分のセラミック材料として、CaZrO
3を用いた。なお、Zrに対するCaのモル比率(Ca/Zr)を1.05とした。セラミック誘電体層30に、BN(3.5mol%)、SiO
2(3.5mol%)、Li
2CO
3(1.75mol%)、およびMnCO
3(3.5mol%)を添加材として添加した。内部電極層40の主成分として、Cuを用いた。外部電極20a,20bの下地導体層21の主成分としてCuを用い、焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を3〜6部含ませた。第1めっき膜22には、Cuを用いた。いずれの実施例においても、第1めっき膜22の厚みを下地導体層21の厚みの1/2以上とした。第2めっき膜23には、Snを用いた。いずれの実施例においても、第2めっき膜23の厚みを2.5μmとした。
【0036】
実施例1〜11の積層セラミックコンデンサ100の略形状、静電容量、下地導体層21の厚み、第1めっき膜22の厚み、第2めっき膜23の厚み、高周波特性(Q値)、高周波特性良否、電極密着性、めっき付き性、および実装性良否を
図3に示す。電極密着性は、外部電極20a,20bの密着性である。当該密着性の試験については、IEC60068−2−21に記載された固着性試験に準拠して行った。ただし、基板から製品が外れるまで加圧し、基板から製品が外れたら、その故障(破壊)モードを確認し、下地導体層21と第1めっき膜22との間で剥離していれば「○」と判定し、セラミック誘電体層30および内部電極層40の焼結体と下地導体層21との間で剥離していれば「△」と判定した。めっき付き性は、下地導体層21に対する第1めっき膜22のめっき付き性である。第1めっき膜22の形成後に端面を目視で確認し、ピンホールなどのようにめっきが不連続な部分が有る場合には「×」と判定し、全面がめっき膜で覆われていれば「○」と判定した。実装性の良否は、積層セラミックコンデンサ100の半田実装時において半田爆ぜが生じなかった場合に「○」とし、半田爆ぜが生じた場合に「×」とした。
【0037】
比較例1では、焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を7部含ませた以外は、実施例1と同じ作製条件とした。
【0038】
比較例2では、焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を7部含ませた以外は、実施例2と同じ作製条件とした。
【0039】
比較例3では、焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を7部含ませた以外は、実施例3と同じ作製条件とした。
【0040】
比較例4では、焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を7部含ませた以外は、実施例4と同じ作製条件とした。
【0041】
比較例5では、焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を7部含ませた以外は、実施例5と同じ作製条件とした。
【0042】
比較例6では、焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を7部含ませた以外は、実施例6と同じ作製条件とした。
【0043】
比較例7では、焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を7部含ませた以外は、実施例7と同じ作製条件とした。
【0044】
比較例8では、焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を7部含ませた以外は、実施例8と同じ作製条件とした。
【0045】
比較例9では、焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を7部含ませた以外は、実施例9と同じ作製条件とした。
【0046】
比較例10では、焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を7部含ませた以外は、実施例10と同じ作製条件とした。
【0047】
比較例11では、焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を7部含ませた以外は、実施例11と同じ作製条件とした。
【0048】
比較例12では、下地導体層21の厚み4μmに対して、第1めっき膜22の厚みを1μmとした。焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を3〜7部含ませた。その他は、実施例1〜11と同じ作製条件とした。
【0049】
比較例13では、下地導体層21の厚み6μmに対して、第1めっき膜22の厚みを2μmとした。焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を3〜7部含ませた。その他は、実施例1〜11と同じ作製条件とした。
【0050】
比較例14では、下地導体層21の厚み6μに対して第1めっき膜22の厚みを3μmとし、第1めっき膜22にNiを用いた。焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を3〜7部含ませた。その他は、実施例1〜11と同じ作製条件とした。
【0051】
比較例15では、下地導体層21の厚み6μmに対して第1めっき膜22の厚みを2μmとし、下地導体層21にNiを用いた。焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を3〜7部含ませた。その他は、実施例1〜11と同じ作製条件とした。
【0052】
比較例16では、下地導体層21の厚み6μmに対して第1めっき膜22の厚みを4μmとし、下地導体層21にNiを用いた。焼結助剤としてBaO−ZnO系のガラス成分を3〜7部含ませた。その他は、実施例1〜11と同じ作製条件とした。
【0053】
図3に示すように、実施例1〜11のいずれにおいても、良好な電極密着性および良好なめっき付き性が得られた。これは、7重量%未満のガラス成分を下地導体層21に含ませたからであると考えられる。次に、
図3に示すように、実施例1〜11のいずれにおいても、良好な実装性が得られた。これは、第1めっき膜22の厚みを下地導体層21の厚みの1/2以上としたことによって第1めっき膜22が十分に厚くなったからであると考えられる。また、実施例1〜11では、良好な高周波特性が得られた。これは、下地導体層21、第1めっき膜22および第2めっき膜23に鉄族遷移金属以外の遷移金属(Cu)を用いたからであると考えられる。
【0054】
これに対して、比較例1〜11のように、ガラス成分を7部とした場合にはめっき付き性が得られなかった。これは、下地導体層21におけるガラス含有量が多くなったことで第1めっき膜22に不連続が発生したからであると考えられる。
【0055】
比較例12,13では、半田実装時に半田爆ぜが生じた。これは、第1めっき膜22の厚みを下地導体層21の厚みの1/2未満としたことで第1めっき膜22を十分に厚くすることができず、下地導体層21に生じるボイドにおける水分の残留を抑制できなかったからであると考えられる。
【0056】
次に、実施例1〜11では、良好な高周波特性が得られた。これは、下地導体層21および第1めっき膜22に、鉄族遷移金属以外の遷移金属(Cu)を用いたからであると考えられる。
【0057】
これに対して、比較例14〜16では、良好な高周波特性が得られなかった。これは、下地導体層21および第1めっき膜22のいずれかにおいて鉄族遷移金属であるNiを用いたからであると考えられる。
【0058】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。