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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-27
(45)【発行日】2024-10-07
(54)【発明の名称】セラミック電子部品およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
   H01G 4/30 20060101AFI20240930BHJP
【FI】
H01G4/30 201F
H01G4/30 513
H01G4/30 311E
H01G4/30 201M
H01G4/30 201N
H01G4/30 517
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2019208102
(22)【出願日】2019-11-18
(65)【公開番号】P2021082685
(43)【公開日】2021-05-27
【審査請求日】2022-11-02
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000204284
【氏名又は名称】太陽誘電株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004370
【氏名又は名称】弁理士法人片山特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】田原 幹夫
(72)【発明者】
【氏名】中村 智彰
【審査官】田中 晃洋
(56)【参考文献】
【文献】特開2015-035589(JP,A)
【文献】特開2015-008313(JP,A)
【文献】特開2017-103321(JP,A)
【文献】特開2006-278557(JP,A)
【文献】特開2019-102578(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01G 4/30
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セラミックを主成分とする誘電体層と、内部電極層と、が交互に積層された積層構造と、前記積層構造の積層方向の上面及び下面に設けられたカバー層と、を備え、略直方体形状を有し、積層された複数の前記内部電極層が交互に対向する2端面に露出するように形成された積層チップと、
前記2端面から、前記積層チップの4側面にかけて形成された1対の外部電極と、を備え、
前記外部電極は、前記積層方向において対向する2側面と他の2側面とのいずれか一方の2側面の少なくとも一方に凹部を有し、他方の2側面には凹部を有さず、
前記外部電極が、前記積層方向において対向する2側面の少なくとも一方に前記凹部を有する場合、前記積層方向と前記2端面が対向する対向方向とに直交する方向において対向し、前記積層構造の前記誘電体層、前記内部電極層、及び前記カバー層の端面を前記上面から前記下面まで覆う第1のサイドマージン部が前記他の2側面を構成し、前記第1のサイドマージン部と前記カバー層とが前記積層方向において対向する2側面を構成し、前記第1のサイドマージン部と前記カバー層とは異なる特性を有し、前記凹部は前記第1のサイドマージン部の材料であるセラミック誘電体層グリーンシートの特性と前記カバー層の材料であるカバーシートの特性との違いにより形成されており、
前記外部電極が、前記他の2側面の少なくとも一方に前記凹部を有する場合、前記上面及び前記下面に設けられた前記カバー層が前記積層方向において対向する2側面を構成し、前記積層構造の前記他の2側面のそれぞれから前記内部電極層に至るまでの第2のサイドマージン部と前記上面及び前記下面に設けられた前記カバー層とが前記他の2側面を構成し、前記第2のサイドマージン部と前記カバー層とは異なる特性を有し、前記凹部は前記第2のサイドマージン部の材料であるセラミック誘電体層グリーンシートの特性と前記カバー層の材料であるカバーシートの特性との違いにより形成されている
ことを特徴とするセラミック電子部品。
【請求項2】
前記外部電極が、前記積層方向において対向する2側面の少なくとも一方に前記凹部を有する場合、前記第1のサイドマージン部の密度は、前記カバー層の密度よりも小さく、前記第1のサイドマージン部の密度は一様であり、前記カバー層の密度は一様であり、
前記外部電極が、前記他の2側面の少なくとも一方に前記凹部を有する場合、前記カバー層の密度は、前記第2のサイドマージン部の密度よりも小さく、前記カバー層の密度は一様であり、前記第2のサイドマージン部の密度は一様である、
ことを特徴とする請求項1に記載のセラミック電子部品。
【請求項3】
前記凹部の周縁において、前記外部電極が前記凹部を有する前記積層チップの側面から最も遠い頂点と前記外部電極が前記凹部を有する前記積層チップの側面に最も近い頂点とを結んだ直線の中点と、前記外部電極が前記凹部を有する前記積層チップの側面との距離をtとし、前記凹部が最も深くなる点と前記中点との距離をdとした場合に、X=d/tで表される凹みレベルXが、25%以上75%以下である、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に項記載のセラミック電子部品。
【請求項4】
前記凹部が形成されている面が、回路基板への実装面となる、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項記載のセラミック電子部品。
【請求項5】
前記セラミック電子部品が有する6面のうち、前記凹部が形成されている面を除く5面を覆う被覆部を備える、
請求項1から請求項4のいずれか1項記載のセラミック電子部品。
【請求項6】
セラミック誘電体層グリーンシートと、内部電極層形成用導電ペーストと、を交互に積層し、最外層を前記セラミック誘電体層グリーンシートの密度よりも密度が低く、前記密度が一様なカバーシートとし、積層された複数の内部電極層形成用導電ペーストを交互に対向する2端面に露出させることによって、略直方体形状のセラミック積層体を形成し、
前記セラミック積層体の前記2端面から、前記セラミック積層体の4側面にかけて金属ペーストを塗布し、
前記セラミック誘電体層グリーンシートの密度と、前記カバーシートの密度との違いにより前記セラミック積層体の積層方向及び前記2端面の対向方向に直交する方向において対向する2側面の少なくとも一方の側面上の前記金属ペーストに凹部を形成し、前記積層方向において対向する2側面上の前記金属ペーストには凹部を形成せず、
前記金属ペーストと前記セラミック積層体とを同時に焼成する、
ことを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。
【請求項7】
セラミック誘電体層グリーンシートと、内部電極層形成用導電ペーストと、を交互に積層することによって積層構造を形成し、
前記積層構造の積層方向の上面及び下面に密度が一様なカバーシートを配置し、
前記積層構造をカットすることによって、内部電極層が1つおきに露出する2端面と、前記内部電極層の全てが露出する2側面とを形成し、
前記内部電極層の全てが露出する2側面に、前記カバーシートの密度よりも密度が低く、前記密度が一様なサイドマージンシートを配置することによって、積層された複数の内部電極層形成用導電ペーストが交互に対向する2端面に露出する、略直方体形状のセラミック積層体を形成し、
前記セラミック積層体の前記2端面から、前記セラミック積層体の4側面にかけて金属ペーストを塗布し、
前記カバーシートの密度と前記サイドマージンシートの密度との違いにより前記積層方向において対向する2側面の少なくとも一方の側面上の前記金属ペーストに凹部を形成し、前記4側面のうち前記対向する2側面以外の側面上の前記金属ペーストには凹部を形成せず、
前記金属ペーストと前記セラミック積層体とを同時に焼成する、
ことを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、セラミック電子部品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電子機器の小型化及び高性能化に伴い、回路基板における積層セラミックコンデンサ等の電子部品の実装スペースを縮小するため、外部電極の端面への半田の濡れ上がりにより形成される半田フィレットの形状制御(例えば、特許文献1及び2)や、ランドパターンの縮小(例えば、特許文献3及び4)が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2013-026392号公報
【文献】特開2017-103321号公報
【文献】特開2014-086606号公報
【文献】特開2016-219624号公報
【文献】特開2013-012561号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1~4に記載の技術では、積層セラミックコンデンサ及び回路基板における半田の接合面積が小さくなってしまうため、積層セラミックコンデンサと回路基板との接合強度が低下することが懸念される。
【0005】
そこで、例えば、特許文献5に示すように、外部電極の周面に凹部を形成することによって、積層セラミックコンデンサ及び回路基板との間に存在する半田の量を増やし、積層セラミックコンデンサと回路基板との接合強度を高めることが考えられる。
【0006】
特許文献5では、外部電極形成用の導電ペーストのバインダ量を調整することで、外部電極の周面に凹部を形成している。この場合、所定の深さを有する凹部を安定して形成することができず、完成品によっては十分な接合強度が得られない場合がある。
【0007】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、セラミック電子部品と回路基板との接合強度を確保することができるセラミック電子部品およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係るセラミック電子部品は、セラミックを主成分とする誘電体層と、内部電極層と、が交互に積層された積層構造と、前記積層構造の積層方向の上面及び下面に設けられたカバー層と、を備え、略直方体形状を有し、積層された複数の前記内部電極層が交互に対向する2端面に露出するように形成された積層チップと、前記2端面から、前記積層チップの4側面にかけて形成された1対の外部電極と、を備え、前記外部電極は、前記積層方向において対向する2側面と他の2側面とのいずれか一方の2側面の少なくとも一方に凹部を有し、他方の2側面には凹部を有さず、前記外部電極が、前記積層方向において対向する2側面の少なくとも一方に凹部を有する場合、前記積層方向と前記2端面が対向する対向方向とに直交する方向において対向し、前記積層構造の前記誘電体層、前記内部電極層、及び前記カバー層の端面を前記上面から前記下面まで覆う第1のサイドマージン部が前記他の2側面を構成し、前記第2のサイドマージン部と前記カバー層とが前記積層方向において対向する2側面を構成し、前記第1のサイドマージン部と前記カバー層とは異なる特性を有し、前記凹部は前記第1のサイドマージン部の材料であるセラミック誘電体層グリーンシートの特性と前記カバー層の材料であるカバーシートの特性との違いにより形成されており、前記外部電極が、前記他の2側面の少なくとも一方に凹部を有する場合、前記上面及び前記下面に設けられた前記カバー層が前記積層方向において対向する2側面を構成し、前記積層構造の前記他の2側面のそれぞれから前記内部電極層に至るまでの第2のサイドマージン部と前記上面及び前記下面に設けられた前記カバー層とが前記他の2側面を構成し、前記第2のサイドマージン部と前記カバー層とは異なる特性を有し、前記凹部は前記第2のサイドマージン部の材料であるセラミック誘電体層グリーンシートの特性と前記カバー層の材料であるカバーシートの特性との違いにより形成されている、ことを特徴とする。
【0009】
前記外部電極が、前記積層方向において対向する2側面の少なくとも一方に凹部を有する場合、前記第1のサイドマージン部の密度は、前記カバー層の密度よりも小さく、前記第1のサイドマージン部の密度は一様であり、前記カバー層の密度は一様であり、前記外部電極が、前記他の2側面の少なくとも一方に凹部を有する場合、前記カバー層の密度は、前記第2のサイドマージン部の密度よりも小さく、前記カバー層の密度は一様であり、前記第2のサイドマージン部の密度は一様である、としてもよい。
【0011】
上記セラミック電子部品において、前記凹部の周縁において、前記外部電極が前記凹部を有する前記積層チップの側面から最も遠い頂点と前記外部電極が前記凹部を有する前記積層チップの側面に最も近い頂点とを結んだ直線の中点と、前記外部電極が前記凹部を有する前記積層チップの側面との距離をtとし、前記凹部が最も深くなる点と前記中点との距離をdとした場合に、X=d/tで表される凹みレベルXが、25%以上75%以下であるとしてもよい。
【0012】
上記セラミック電子部品において、前記凹部が形成されている面が、回路基板への実装面となるとしてもよい。
【0013】
上記セラミック電子部品は、前記セラミック電子部品が有する6面のうち、前記凹部が形成されている面を除く5面を覆う被覆部を備えていてもよい。
【0014】
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、セラミック誘電体層グリーンシートと、内部電極層形成用導電ペーストと、を交互に積層し、最外層を前記セラミック誘電体層グリーンシートの密度よりも密度が低く、前記密度が一様なカバーシートとし、積層された複数の内部電極層形成用導電ペーストを交互に対向する2端面に露出させることによって、略直方体形状のセラミック積層体を形成し、前記セラミック積層体の前記2端面から、前記セラミック積層体の4側面にかけて金属ペーストを塗布し、前記セラミック誘電体層グリーンシートの密度と、前記カバーシートの密度との違いにより前記セラミック積層体の積層方向及び前記2端面の対向方向に直交する方向において対向する2側面の少なくとも一方の側面上の前記金属ペーストに凹部を形成し、前記積層方向において対向する2側面上の前記金属ペーストには凹部を形成せず、前記金属ペーストと前記セラミック積層体とを同時に焼成する、ことを特徴とする。
【0016】
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、セラミック誘電体層グリーンシートと、内部電極層形成用導電ペーストと、を交互に積層することによって積層構造を形成し、前記積層構造の積層方向の上面及び下面に密度が一様なカバーシートを配置し、前記積層構造をカットすることによって、内部電極層が1つおきに露出する2端面と、前記内部電極層の全てが露出する2側面とを形成し、前記内部電極層の全てが露出する2側面に、前記カバーシートの密度よりも密度が低く、前記密度が一様なサイドマージンシートを配置することによって、積層された複数の内部電極層形成用導電ペーストが交互に対向する2端面に露出する、略直方体形状のセラミック積層体を形成し、前記セラミック積層体の前記2端面から、前記セラミック積層体の4側面にかけて金属ペーストを塗布し、前記カバーシートの密度と前記サイドマージンシートの密度との違いにより前記積層方向において対向する2側面の少なくとも一方の側面上の前記金属ペーストに凹部を形成し、前記4側面のうち前記対向する2側面以外の側面上の前記金属ペーストには凹部を形成せず、前記金属ペーストと前記セラミック積層体とを同時に焼成する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、セラミック電子部品と回路基板との接合強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】第1実施形態に係る積層セラミックコンデンサの部分断面斜視図である。
図2図2(A)は、図1のC-C線の部分断面図であり、図2(B)は、図1のC-C線断面図である。
図3図3(A)は、図1のA-A線断面図であり、図3(B)は、図1のB-B線断面図である。
図4図4は、凹みレベルXについて説明するための図である。
図5図5は、第1実施形態に係る積層セラミックコンデンサを基板の実装面に実装した状態を示す図である。
図6図6は、第1実施形態に係る積層セラミックコンデンサの製造方法を例示するフローチャートである。
図7図7(A)~図7(C)は、凹部が形成されるメカニズムについて説明する図である。
図8図8は、第2実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100の部分断面斜視図である。
図9図9(A)は、図8のA-A線断面図であり、図9(B)は、図8のC-C線断面図である。
図10図10は、第2実施形態に係る積層セラミックコンデンサを基板の実装面に実装した状態を示す図である。
図11図11は、第2実施形態に係る積層セラミックコンデンサの製造方法を例示するフローチャートである。
図12図12(A)は、変形例に係る積層セラミックコンデンサの斜視図であり、図12(B)は、図12(A)のC-C線断面図である。
図13図13は、変形例に係る積層セラミックコンデンサの製造方法を例示するフローチャートである。
図14図14(A)~図14(D)は、変形例に係る積層セラミックコンデンサの製造方法を説明するための図である。
図15図15は、実施例及び変形例における凹みレベルの設計値に対する凹みレベルの実測値を示すグラフである。
図16図16は、凹みレベルXに対する接合強度を示すグラフである。
図17図17は、露出部の長さについて説明するための図である。
図18図18は、異なる露出部の長さにおける、凹みレベルXと接合強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。
【0021】
(第1実施形態)
まず、積層セラミックコンデンサについて説明する。図1は、第1実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100の部分断面斜視図である。図1で例示するように、積層セラミックコンデンサ100は、直方体形状を有する積層チップ10と、積層チップ10のいずれかの対向する2端面に設けられた外部電極20a,20bとを備える。なお、積層チップ10の当該2端面以外の4面を側面と称する。外部電極20a,20bは、4つの側面に延在している。ただし、外部電極20a,20bは、4つの側面において互いに離間している。
【0022】
積層チップ10は、誘電体として機能するセラミック材料を含む誘電体層11と、内部電極層12とが、交互に積層された構成を有する。各内部電極層12の端縁は、積層チップ10の外部電極20aが設けられた端面と、外部電極20bが設けられた端面とに、交互に露出している。それにより、各内部電極層12は、外部電極20aと外部電極20bとに、交互に導通している。また、積層チップ10において、4つの側面のうち、誘電体層11と内部電極層12との積層方向(以下、積層方向と称する。)の上面と下面とに対応する2側面は、カバー層13によって形成されている。カバー層13は、セラミック材料を主成分とする。例えば、カバー層13の主成分材料は、誘電体層11の主成分材料と同じである。
【0023】
積層セラミックコンデンサ100のサイズは、例えば、長さ0.25mm、幅0.125mm、高さ0.125mmであり、または長さ0.4mm、幅0.2mm、高さ0.2mm、または長さ0.6mm、幅0.3mm、高さ0.3mmであり、または長さ1.0mm、幅0.5mm、高さ0.5mmであり、または長さ3.2mm、幅1.6mm、高さ1.6mmであり、または長さ4.5mm、幅3.2mm、高さ2.5mmであるが、これらのサイズに限定されるものではない。
【0024】
誘電体層11は、例えば、一般式ABO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ABO3-αを含む。例えば、当該セラミック材料として、BaTiO(チタン酸バリウム),CaZrO(ジルコン酸カルシウム),CaTiO(チタン酸カルシウム),SrTiO(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Ba1-x-yCaSrTi1-zZr(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1)等を用いることができる。誘電体層11の平均厚みは、例えば、1μm以下である。
【0025】
内部電極層12は、Ni(ニッケル),Cu(銅),Sn(スズ)等の卑金属を主成分とする。内部電極層12として、Pt(白金),Pd(パラジウム),Ag(銀),Au(金)などの貴金属やこれらを含む合金を主成分として用いてもよい。内部電極層12の平均厚みは、例えば、1μm以下である。
【0026】
図2(A)は、外部電極20bの断面図であり、図1のC-C線の部分断面図である。積層チップ10の表面においては、主としてセラミック材料が露出している。したがって、積層チップ10の表面に下地層無しでめっき層を形成することは困難である。そこで、図2(A)で例示するように、外部電極20bは、積層チップ10の表面に形成された下地導体層21上に、めっき層が形成された構造を有する。めっき層は、下地導体層21に接して覆う第1めっき層22と、第1めっき層22に接して覆う第2めっき層23とを備える。下地導体層21と第1めっき層22との間に、下地めっき層を備えてもよい。下地導体層21は、Cu,Ni,Al(アルミニウム),Zn(亜鉛),Ag,Au,Pd,Ptなどの金属、またはこれらの2以上の合金(例えば、CuとNiとの合金)を主成分とし、下地導体層21の緻密化のためのガラス成分、下地導体層21の焼結性を制御するための共材、などのセラミックを含んでいる。ガラス成分は、Ba(バリウム),Sr(ストロンチウム),Ca(カルシウム),Zn,Al,Si(ケイ素),B(ホウ素)等の酸化物である。共材は、例えば、セラミック誘電体層11の主成分と同じ材料を主成分とするセラミック成分である。めっき層は、Cu,Ni,Al,Zn,Snなどの金属またはこれらの2以上の合金を主成分とする。
【0027】
図2(B)は、図1のC-C線断面図であり、図3(A)は、図1のA-A線断面図であり、図3(B)は、図1のB-B線断面図である。図3(A)に示すように、積層チップ10において、積層チップ10の2側面から内部電極層12に至るまでの部分をサイドマージン部16と称する。すなわち、サイドマージン部16は、誘電体層11と内部電極層12とが積層された積層構造において、積層された複数の内部電極層12が積層チップ10の2側面側に延びた端部を覆うように設けられた部分である。
【0028】
図1図2(B)、図3(A)、及び図3(B)に示すように、外部電極20a,20bはそれぞれ、積層方向において対向する2側面以外の2側面の少なくとも一方に凹部24を有し、積層チップ10の積層方向において対向する2側面(上面及び下面)には凹部24を有さない。ここで、凹部24を有さないとは、外部電極20a,20bの厚みtに対する凹部24の深さdの割合を凹みレベルX(=(d/t)×100[%])と定義した場合に、凹みレベルXが25%未満であることを意味する。なお、外部電極20a,20bの厚みtは、図4に示すように、凹部24の周縁において、外部電極20a,20bが凹部24を有する積層チップ10の側面から最も遠い頂点P1と積層チップ10の側面に最も近い頂点P2とを結んだ直線の中点CPと、積層チップ10の側面との間の距離である。また、凹部24の深さdは、中点CPと凹部24が最も深くなる点(外部電極20a,20bが最も薄くなる点)との距離である。異なる特性(例えば密度)を有する材料が用いられたサイドマージン部16とカバー層13とからなる側面上の外部電極20a,20bに凹部24が形成されているため、凹部24は、所望の凹みレベルXを有することができる。積層チップ10の積層方向の側面(積層方向における上面及び下面)は、特性が均一のカバー層13からなるため、所望の凹みレベルXを有する凹部24を形成することは難しい。
【0029】
本第1実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100によれば、積層チップ10の4側面にかけて形成された1対の外部電極20a,20bは、積層チップ10の積層方向において対向する2側面と他の2側面とのいずれか一方の2側面(第1実施形態では、他の2側面)の少なくとも一方に凹部24を有し、他方の2側面(第1実施形態では、積層方向において対向する2側面)には、凹部24を有さない。図5に示すように、凹部24を回路基板に対向させた状態で、積層セラミックコンデンサ100を回路基板Sの実装面101に半田付け(実装)することで、凹部24によって、積層セラミックコンデンサ100及び回路基板Sとの間に存在する半田Hの量を、凹部24を有さない場合と比較して多くすることができるので、積層セラミックコンデンサ100と回路基板Sとの間の接合強度を確保することができる。
【0030】
なお、凹みレベルXが小さくなるほど、凹部24の深さdが小さくなるため、積層セラミックコンデンサ100を回路基板に実装する際に半田Hの量が少なくなり、所定の接合強度が確保できない可能性がある。そこで、凹みレベルXは、25%以上が好ましい。一方、凹みレベルXが大きすぎると、外部電極20a,20bの厚みが不足し、素体が露出したり、信頼性が低下するおそれがある。したがって、凹みレベルXは、75%以下が好ましい。
【0031】
なお、積層セラミックコンデンサ100の外部電極20a,20bは、最も薄い部分における外部電極20a,20bの厚みが所定値以上に確保されていれば、2端面に凹部を有していてもよい。
【0032】
次に、第1実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100の製造方法について説明する。図6は、第1実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100の製造方法を示すフローチャートである。
【0033】
(原料粉末作製工程)
まず、誘電体層11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(マグネシウム),Mn(マンガン),V(バナジウム),Cr(クロム),希土類元素(Y(イットリウム),Sm(サマリウム),Eu(ユウロピウム),Gd(ガドリニウム),Tb(テルビウム),Dy(ジスプロシウム),Ho(ホロミウム),Er(エルビウム),Tm(ツリウム)およびYb(イッテルビウム))の酸化物、並びに、Co(コバルト),Ni,Li(リチウム),B,Na(ナトリウム),K(カリウム)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。
【0034】
(積層工程)
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、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1.0μm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。
【0035】
次に、誘電体グリーンシートの表面に、内部電極層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12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12の主成分金属と、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スラリーと異なるものを使用することが好ましい。また、内部電極層形成用導電ペーストには、共材として、誘電体層11の主成分であるセラミック材料を分散させてもよい。
【0036】
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12と誘電体層11とが互い違いになるように、かつ内部電極層12が誘電体層11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)だけ積層する。
【0037】
積層したパターン形成シートの上下にカバー層13となるカバーシートを圧着させ、所定チップ寸法(例えば1.0mm×0.5mm)にカットする。このとき、サイドマージン部16を形成する誘電体グリーンシートの密度よりも密度が小さいカバーシートを用いる。これにより、略直方体形状のセラミック積層体が得られる。
【0038】
(塗布工程)
積層工程で得られたセラミック積層体を、250~500℃のN雰囲気中で脱バインダした後に、図7(A)に示すように、セラミック積層体の両端面から4側面にかけて、外部電極20a,20bの下地導体層21となる金属ペースト21aをディップ法等で塗布して乾燥させる。
【0039】
このとき、図7(B)に示すように、カバー層13となるカバーシート13aの密度が、サイドマージン部16を形成する誘電体グリーンシート11aの密度よりも低いため、金属ペースト21a中の水分は、サイドマージン部16への浸透速度(矢印AR2参照)よりも速い浸透速度で、カバーシート13aへ浸透する(矢印AR1参照)。この結果、金属ペースト21aは、カバーシート13a側(外側)から乾燥し、収縮する。これにより、矢印AR3に示すように、中央部のまだ乾燥していない金属ペースト21aが外側(カバーシート13a側)に引っ張られる。これにより、乾燥していない金属ペースト21aの端部の溶剤濃度が減少し、表面張力が高くなる。そのため、図7(C)に示すように、中央部からの物質移動によって、乾燥していない金属ペースト21aの端部が厚くなり、中央部が凹み、凹部24が形成される。このように、カバーシート13aと誘電体グリーンシート11aとに、特性が異なる材料を用いることができるため、カバーシート13aと誘電体グリーンシート11aとの間の特性の違いを利用して、カバーシート13aと誘電体グリーンシート11aとから形成される側面上の外部電極20a,20bには、所望の凹みレベルXを有する凹部24を形成することが可能となる。一方、セラミック積層体の積層方向の上面及び下面はカバーシート13aにより形成されるため、特性の違いを利用して凹部24を形成することができず、所望の凹みレベルXを有する凹部24を形成することは難しい。
【0040】
(焼成工程)
その後、金属ペーストとセラミック積層体とを、例えば、Hが1.5体積%程度の還元雰囲気中において、900℃~1050℃程度の温度で2時間程度焼成する。これにより、誘電体層11および内部電極層12の焼成と、下地導体層21の焼き付けとを同時に行うことができ、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。
【0041】
(再酸化処理工程)
その後、Nガス雰囲気中で600℃~1000℃で再酸化処理を行ってもよい。
【0042】
(めっき層形成工程)
次に、半製品の下地導体層21上に、電解めっきにより第1めっき層22を形成する。さらに、第1めっき層22上に、電解めっきにより第2めっき層23を形成する。
【0043】
以上説明したように、図6に示す第1実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100の製造方法によれば、積層チップ10の2端面から4側面にかけて形成された外部電極20a,20bが、積層チップ10の積層方向において対向する2側面以外の2側面の少なくとも一方に凹部24を有し、積層チップ10の積層方向において対向する2側面には、凹部24を有さない積層セラミックコンデンサ100を製造することができる。凹部24を回路基板に対向させた状態で、積層セラミックコンデンサ100を回路基板の実装面に半田付け(実装)することで、凹部24によって、積層セラミックコンデンサ100及び回路基板との間に存在する半田の量を、凹部24を有さない場合と比較して多くすることができるので、積層セラミックコンデンサ100と回路基板との間の接合強度を確保することができる。なお、セラミック積層体の4側面のうち対向する2側面以外の側面上の金属ペーストには凹部24を形成しないとは、凹みレベルXが25%以上となる凹部24を形成しないとの意味である。
【0044】
また、第1実施形態において、カバーシート13aの密度は、誘電体グリーンシート11aの密度よりも小さい。これにより、カバーシート13aと誘電体グリーンシート11aに同じ材料を使用し、下地導体層形成用導電ペースト中のバインダ量を調整することによって凹部24を形成する場合と比較して、所定の接合強度を確保するのに十分な深さを有する凹部24を安定して形成することができる。したがって、積層セラミックコンデンサ100と回路基板との間の接合強度を確保することができる。
【0045】
(第2実施形態)
図8は、第2実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100Aの部分断面斜視図である。図9(A)は、図8のA-A線断面図であり、図9(B)は、図8のC-C線断面図である。
【0046】
積層セラミックコンデンサ100Aは、積層チップ10において、4つの側面のうち、積層方向において対向する2側面(積層方向における上面及び下面)の少なくとも一方に凹部24が形成され、他の2側面には凹部24が形成されていない点が、積層セラミックコンデンサ100(図1参照)と異なる。なお、凹部24が形成されていないとは、第1実施形態において説明した凹みレベルXが25%未満であることをいう。
【0047】
図9(A)に示すように、積層セラミックコンデンサ100Aでは、積層チップ10において、積層方向において対向する2側面は、カバー層13とサードマージン部16とによって形成されている。一方、積層チップ10において、他の2側面は、サイドマージン部16によって形成されている。異なる特性(例えば密度)を有する材料が用いられたサイドマージン部16とカバー層13とからなる側面(積層方向における上面及び下面)上の外部電極20a,20bに凹部24が形成されているため、凹部24は、所望の凹みレベルXを有することができる。一方、積層チップ10の2端面の対向方向及び積層方向に直交する方向の2側面は、特性が均一のサイドマージン部16からなるため、所望の凹みレベルXを有する凹部24を形成することは難しい。他の構成は、積層セラミックコンデンサ100と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【0048】
本第2実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100Aによれば、積層チップ10の4側面にかけて形成された1対の外部電極20a,20bは、積層方向において対向する2側面と他の2側面とのいずれか一方の2側面(第2実施形態では、積層方向において対向する2側面)の少なくとも一方に凹部24を有し、他方の2側面(第2実施形態では、2端面の対向方向及び積層方向に直交する方向において対向する2側面)には、凹部24を有さない。図10に示すように、凹部24を回路基板に対向させた状態で、積層セラミックコンデンサ100Aを回路基板Sの実装面101に半田付け(実装)することで、凹部24によって、積層セラミックコンデンサ100及び回路基板Sとの間に存在する半田Hの量を、凹部24を有さない場合と比較して多くすることができるので、積層セラミックコンデンサ100Aと回路基板Sとの間の接合強度を確保することができる。
【0049】
なお、積層セラミックコンデンサ100Aにおいても、外部電極20a,20bは、最も薄い部分における外部電極20a,20bの厚みが所定値以上に確保されていれば、2端面に凹部を有していてもよい。
【0050】
次に、第2実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100Aの製造方法について説明する。図11は、第2実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100Aの製造方法を示すフローチャートである。なお、図6に示した積層セラミックコンデンサ100の製造方法と異なる点についてのみ説明し、その他については詳細な説明を省略する。
【0051】
(原料粉末作製工程)
原料粉末作製工程では、サイドマージン部16を形成するためのサイドマージン材料を用意する。誘電体層11を形成するための誘電体材料の作製工程と同様の工程により得られたチタン酸バリウムのセラミック粉末に、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、Mn,V,Cr,希土類元素の酸化物、並びに、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。
【0052】
(積層工程)
誘電体グリーンシートの表面に、内部電極層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12のパターンを配置する。次に、内部電極層12の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12と誘電体層11とが互い違いになるように、かつ内部電極層12が誘電体層11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)だけ積層する。次に、上下にカバー層13となるカバーシートを積層し、圧着する。その後、得られた積層体を、所定寸法にカットして、内部電極層12のパターンが1つおきに露出する2端面と、全ての内部電極層12のパターンが露出する2側面とを有する積層体を形成する。
【0053】
(サイドマージン部形成工程)
サイドマージン材料に、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、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、基材上に例えば帯状のサイドマージンシートを塗工して乾燥させる。積層体の全ての内部電極層12のパターンが露出する2側面にサイドマージン部16となるサイドマージンシートを貼り付ける。このとき、カバーシートよりも密度が小さいサイドマージンシートを用いることで、カバーシートとサイドマージンシートとから形成される側面上の外部電極20a,20bには、所望の凹みレベルXを有する凹部24を形成することが可能となる。
【0054】
以上、図11に示す第2実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100Aの製造方法によれば、積層チップ10の2端面から4側面にかけて形成された外部電極20a,20bが、積層方向において対向する2側面の少なくとも一方に凹部24を有し、他の2側面(2端面の対向方向及び積層チップ10の積層方向と直交する方向において対向する2側面)には、凹部24を有さない積層セラミックコンデンサ100Aを製造することができる。凹部24を回路基板に対向させた状態で、積層セラミックコンデンサ100Aを回路基板の実装面に半田付け(実装)することで、凹部24によって、積層セラミックコンデンサ100A及び回路基板との間に存在する半田の量を、凹部24を有さない場合と比較して多くすることができるので、積層セラミックコンデンサ100Aと回路基板との間の接合強度を確保することができる。なお、セラミック積層体の4側面のうち対向する2側面以外の側面上の金属ペーストには凹部24を形成しないとは、凹みレベルXが25%以上となる凹部24を形成しないとの意味である。
【0055】
また、本実施形態に係る製造方法において、サイドマージンシートの密度は、カバーシート13aの密度よりも小さい。これにより、下地導体層形成用導電ペースト中のバインダ量を調整することによって凹部24を形成する場合と比較して、所定の接合強度を確保するのに十分な深さを有する凹部24を安定して形成することができる。したがって、積層セラミックコンデンサ100Aと回路基板との間の接合強度を確保することができる。また、サイドマージン部16に、誘電体層11となるセラミック誘電体層グリーンシートとは異なる組成のサイドマージンシートを使用することができるため、カバーシート及びサイドマージンシートの材料選択の自由度が向上する。
【0056】
上記第1及び第2実施形態に係る製造方法では、カバーシートの密度をセラミック誘電体層グリーンシートの密度よりも小さくする、あるいは、サイドマージンシートの密度をカバーシートの密度よりも小さくすることによって、凹部24を形成していたが、これに限られるものではない。金属ペーストとセラミック積層体とを焼成する前に凹部24が形成できるのであれば、例えば、表面処理等の他の方法によって凹部24を形成してもよい。
【0057】
(変形例)
図12(A)は、変形例に係る積層セラミックコンデンサ100Bの斜視図であり、図12(B)は、図12(A)におけるC-C線断面図である。変形例に係る積層セラミックコンデンサ100Bは、積層セラミックコンデンサ100と、被覆部60と、を備える。なお、積層セラミックコンデンサ100の代わりに、積層セラミックコンデンサ100Aを用いてもよい。
【0058】
被覆部60は、例えば、樹脂製であり、積層セラミックコンデンサ100の6面のうち、凹部24が形成された2面のいずれか一方の面を除いた5面を覆っている。したがって、積層セラミックコンデンサ100Bには、図12(B)に示すように、積層セラミックコンデンサ100の外部電極20a,20bが被覆部60に覆われずに露出する露出部25a,25bが形成されている。
【0059】
被覆部60を形成する樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂等の熱硬化性樹脂や、ラジカル重合型やカチオン重合型当の紫外線硬化性樹脂などが選択可能である。本実施形態では、熱硬化性樹脂を用いて被覆部60が形成されているものとする。図12(A)では、被覆部60が透明または半透明の樹脂で形成されている例を示しているが、被覆部60は、不透明の樹脂で形成されていても着色されていてもよい。
【0060】
変形例に係る積層セラミックコンデンサ100Bによれば、積層セラミックコンデンサ100が有する6面のうち、凹部24が形成されている面を除く5面を覆う被覆部60を備える。外部電極20a,20bにおいて被覆部60に覆われた領域には、半田が濡れ上がることできない。このため、半田の濡れ上がり量が小さくなり、実装スペースを縮小することができる。また、被覆部60によって半田の濡れ上がり量が小さくなると、接合強度が低下することが懸念されるが、積層セラミックコンデンサ100Bは、回路基板への実装面に凹部24が形成されているため、凹部24が形成されていない場合と比較して積層セラミックコンデンサ100Bと回路基板との間に存在する半田の量を多くすることができ、接合強度を確保することができる。さらに、凹部24が形成されている面を除く5面が被覆部60に覆われているため、積層セラミックコンデンサ100Bの回路基板への実装面を特定することが容易である。
【0061】
次に、変形例に係る積層セラミックコンデンサ100Bの製造方法について説明する。図13は、積層セラミックコンデンサ100Bの製造方法を示すフローチャートである。
【0062】
(テープ貼付工程)
図14(A)に示すように、図6又は図11の製造方法で製造した積層セラミックコンデンサ100において、外部電極20a,20bに凹部24が形成された2面のうちいずれか一方の面をテープTに張り付ける。
【0063】
(樹脂被覆工程)
テープTに貼り付けた積層セラミックコンデンサ100を未硬化樹脂60aで被覆する。例えば、図14(B)に示すように、テープTの積層セラミックコンデンサ100が貼り付けられた面とは反対側の面を保持板Fに固定し、積層セラミックコンデンサ100が下側を向くように保持板Fを配置し、未硬化樹脂60aを収容する浴槽に積層セラミックコンデンサ100を対向させる。次に、図14(C)に示すように、保持板Fを下方に移動させて、積層セラミックコンデンサ100を未硬化樹脂60aに浸漬させる。このとき、テープTが未硬化樹脂60aに接触しないようにする。その後、図14(D)に示すように、積層セラミックコンデンサ100を上方に引き上げる。これにより、積層セラミックコンデンサ100の表面に未硬化樹脂60aが付着し、積層セラミックコンデンサ100が未硬化樹脂60aによって被覆される。
【0064】
(硬化工程)
未硬化樹脂60aを仮硬化させた後、積層セラミックコンデンサ100をテープTから剥離する。その後、仮硬化させた樹脂を本硬化させる。以上の工程によって、変形例に係る積層セラミックコンデンサ100Bが得られる。
【0065】
なお、上記実施形態及び変形例においては、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したいが、それに限られない。例えば、バリスタやサーミスタなどの、他の電子部品を用いてもよい。
【実施例
【0066】
実施形態に係る積層セラミックコンデンサを作製し、凹みレベルXのバラツキについて調べた。
【0067】
(実施例1~3)
実施例1~3では、カバーシートの密度をサイドマージン部16を形成するセラミック誘電体グリーンシートの密度よりも小さくすることによって、外部電極20a,20bの2側面に凹部24を有する積層セラミックコンデンサ100を作製した。凹みレベルXの設計値を25、50、及び75とした積層セラミックコンデンサ100をそれぞれ100個作製した。積層セラミックコンデンサ100は、長さ1.0mm、幅0.5mm、高さ0.5mmである。
【0068】
比較例1~3では、誘電体グリーンシートの密度とカバーシートの密度とを同一とし、下地導体層形成用の金属ペーストのバインダ量を変更することで、外部電極20a,20bの4側面に凹部24を形成した。凹みレベルXの設計値を25、50、及び75とした積層セラミックコンデンサをそれぞれ100個作製した。なお、比較例1~3では、4側面に形成された凹部24のうち、積層方向の上面に形成された凹部24の凹みレベルXを計測した。積層方向の上面に形成される凹部24の凹みレベルXが設計値にとなるように、下地導体層形成用の金属ペーストのバインダ量を変更したからである。
【0069】
表1は、凹みレベルXの設計値に対する、凹みレベルXの実測値を示す。図15は、凹みレベルXの設計値に対する凹みレベルXの実測値のばらつきを示すグラフである。
【表1】
【0070】
表1及び図15に示すように、カバーシートの密度をサイドマージン部16の密度よりも低くすることによって、外部電極20a,20bの2側面に凹部24を形成することにより、凹みレベルXの設計値に対するばらつきを小さくすることができることがわかる。すなわち、所望の凹みレベルXを有する凹部24を安定して形成することができることがわかった。一方、比較例1~3では、凹みレベルXの設計値に対するばらつきが大きく、下地導体層形成用の金属ペーストのバインダ量を変更することで凹部24を形成すると、不良品率が高くなることが懸念される。
【0071】
(実施例4)
誘電体グリーンシートの密度とカバーシートの密度との密度差を変えることによって、凹みレベルXが異なる積層セラミックコンデンサ100を作製した。作製した積層セラミックコンデンサ100を、凹部24を回路基板に対向させるようにして回路基板に半田付けし、プッシュプルゲージにて積層セラミックコンデンサ100と回路基板との接合強度を測定した。積層セラミックコンデンサ100は、長さ1.0mm、幅0.5mm、高さ0.5mmである。
【0072】
図16は、凹みレベルXと接合強度との関係を示すグラフである。図16に示すように、凹みレベルXが増加するにつれて接合強度が増加する傾向が確認できる。凹部24が形成されていない場合(凹みレベルX=0%)の接合強度と比較して、凹みレベルXが25%では、接合強度が約5%上昇し、凹みレベルXが50%では、接合強度が約16%上昇し、凹みレベルXが75%では、接合強度が約37%上昇した。また、凹みレベルXが25%未満となると、接合強度を増加させる効果がほとんどないことがわかった。
【0073】
(実施例5~16)
図14(C)に示す積層セラミックコンデンサ100を未硬化樹脂60aに浸漬させるときの、未硬化樹脂60aの表面とテープTとの距離を変えることによって、露出部25a,25bの長さを変え、変形例に係る積層セラミックコンデンサ100Bを作製した。露出部25a,25bの長さは、図17に示すように、積層チップ10の側面から被覆部60の端部までの距離Lとした。
【0074】
実施例5~7では、凹みレベルXの設計値を25%,50%、75%として得られた凹みレベルXが異なる積層セラミックコンデンサ100に被覆部60を形成し、露出部25a,25bの長さを30μmとした。実施例8~10では、凹みレベルXの設計値を25%,50%、75%として得られた凹みレベルXが異なる積層セラミックコンデンサ100に被覆部60を形成し、露出部25a,25bの長さを50μmとした。実施例11~13では、凹みレベルXの設計値を25%,50%、75%として得られた凹みレベルXが異なる積層セラミックコンデンサ100に被覆部60を形成し、露出部25a,25bの長さを100μmとした。実施例14~16では、凹みレベルXの設計値を25%,50%、75%として得られた凹みレベルXが異なる積層セラミックコンデンサ100に被覆部60を形成し、露出部25a,25bの長さを150μmとした。
【0075】
(比較例4~7)
比較例4~7では、凹部24を形成していない、すなわち、凹みレベルXが0%の積層セラミックコンデンサ100に被覆部60を形成し、露出部25a,25bの長さをそれぞれ30μm、50μm、100μm、及び150μmとした。
【0076】
作製した積層セラミックコンデンサ100Bを、凹部24を回路基板に対向させるようにして回路基板に半田付けし、プッシュプルゲージにて積層セラミックコンデンサ100Bと回路基板との接合強度を測定した。積層セラミックコンデンサ100Aは、長さ1.0mm、幅0.5mm、高さ0.5mmである。
【0077】
表2及び図18は、各露出部の長さに対する凹みレベルXと接合強度との関係を示している。
【表2】
【0078】
表2及び図18から明らかなように、凹みレベルXが高いほど、接合強度が高くなる傾向が確認できる。また、凹みレベルXが25%以上になると、接合強度が高くなることが確認できる。
【0079】
凹部24を有さない積層セラミックコンデンサに被覆部60を付与する場合、積層セラミックコンデンサが小形状(特に低背品)であると、製造装置の精度によっては、製造歩留まりを低下させてしまう恐れがある。具体的には、積層セラミックコンデンサが被覆部60によって目標値よりも多く覆われてしまい、半田の濡れ上がりを抑制しつつ、回路基板との接合強度を確保できる露出部25a,25bの長さ(例えば、50~150μm)に対して、製造された積層セラミックコンデンサの露出部25a,25bの長さが短くなってしまった場合(例えば、50μm未満)、積層セラミックコンデンサと回路基板との接合強度が基準値以下となってしまう。したがって、露出部25a,25bの長さが下限値を下回ったものは、不良品として処理しなければならない。一方、変形例に係る積層セラミックコンデンサ100Aでは、凹部24を有するため、露出部25a,25bの長さが目標値よりも短くなっても、接合強度を確保することができる。そのため、歩留まりの低下を抑制することができる。
【0080】
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。
【符号の説明】
【0081】
10 積層チップ
11 誘電体層
12 内部電極層
13 カバー層
16 サイドマージン部
20a,20b 外部電極
21 下地導体層
24 凹部
60 被覆部
100,100A,100B 積層セラミックコンデンサ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18