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JP7044534B2 - 積層セラミック電子部品及びその製造方法 - Google Patents

積層セラミック電子部品及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、サイドマージン部が後付けされる積層セラミック電子部品及びその製造方法に関する。
近年、電子機器の小型化及び高性能化に伴い、電子機器に用いられる積層セラミックコンデンサに対する小型化及び大容量化の要望がますます強くなってきている。この要望に応えるためには、積層セラミックコンデンサの内部電極を拡大することが有効である。内部電極を拡大するためには、内部電極の周囲の絶縁性を確保するためのサイドマージン部を薄くする必要がある。
この一方で、一般的な積層セラミックコンデンサの製造方法では、各工程(例えば、内部電極のパターニング、積層シートの切断など)の精度により、均一な厚さのサイドマージン部を形成することが難しい。したがって、このような積層セラミックコンデンサの製造方法では、サイドマージン部を薄くするほど、内部電極の周囲の絶縁性を確保することが難しくなる。
特許文献1には、サイドマージン部を後付けする技術が開示されている。つまり、この技術では、積層シートを切断することにより、側面に内部電極が露出した積層体が作製され、この積層体の側面にサイドマージン部が設けられる。これにより、均一な厚さのサイドマージン部を形成可能となるため、サイドマージン部を薄くする場合にも、内部電極の周囲の絶縁性を確保することができる。
特開2012-209539号公報
サイドマージン部が後付けされた積層セラミックコンデンサでは、水分が積層体の側面とサイドマージン部との間に沿って侵入しやすくなる。また、サイドマージン部を薄くするほど、水分がサイドマージン部を厚さ方向に通過して積層体の側面まで到達しやすくなる。これにより、積層セラミックコンデンサでは、積層体の側面に露出した内部電極間の絶縁性が確保されにくくなる。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、耐湿性に優れた積層セラミック電子部品及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る積層セラミック電子部品は、積層体と、サイドマージン部と、を具備する。
上記積層体は、第1方向に積層された複数のセラミック層と、上記複数のセラミック層の間に配置された複数の内部電極と、上記第1方向を向いた主面と、上記第1方向に直交する第2方向を向き、上記複数の内部電極が露出した側面と、を有する。
上記サイドマージン部は、上記側面上に配置された平坦部と、上記平坦部から上記主面上まで延び、上記平坦部よりもポア率が低い、丸みを帯びた端部と、を有する。
この構成では、サイドマージン部の端部が積層体の主面上まで延びているため、積層体とサイドマージン部との間に侵入した水分が積層体の側面における内部電極が配置された領域まで到達するまでの経路が長くなる。これにより、積層セラミック電子部品では、高い耐湿性が得られる。
また、このサイドマージン部では、端部のポア率が低いため、端部の内部に水分が侵入しにくい。このため、このサイドマージン部の端部は、丸みを帯びて平坦部よりも薄くなっているものの、水分の通過を阻止することができる。これにより、積層セラミック電子部品では、更に高い耐湿性が得られる。
上記端部のポア率が5%以下であってもよい。
上記平坦部の厚さが10μm以上であり、上記平坦部のポア率が10%以下であってもよい。
これらの構成では、積層セラミック電子部品の耐湿性を更に向上させることができる。
本発明の一形態に係る積層セラミック電子部品の製造方法では、第1方向に積層された複数のセラミック層と、上記複数のセラミック層の間に配置された複数の内部電極と、上記第1方向に直交する第2方向を向き、上記複数の内部電極が露出した側面と、を有する積層体が作製される。
JIS K 6251に準拠した測定方法のヤング率が10kPa以上20MPa以下のベース部材上にセラミックシートが配置される。
上記ベース部材上の上記セラミックシートが上記積層体の上記側面で打ち抜かれる。
上記ベース部材がシリコーン系エラストマーで形成されていてもよい。
この構成により、上記のような耐湿性に優れた積層セラミック電子部品を製造することができる。
耐湿性に優れた積層セラミック電子部品及びその製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの斜視図である。 上記積層セラミックコンデンサのA-A'線に沿った断面図である。 上記積層セラミックコンデンサのB-B'線に沿った断面図である。 上記積層セラミックコンデンサの図3の領域V1を拡大して示す部分断面図である。 上記積層セラミックコンデンサの製造方法を示すフローチャートである。 上記製造方法のステップS01で作製される未焼成の積層体の斜視図である。 上記製造方法のステップS02を模式的に示す断面図である。 上記製造方法のステップS02を模式的に示す断面図である。 図8の領域V2を拡大して示す部分断面図である。 上記製造方法のステップS02を模式的に示す断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図面には、適宜相互に直交するX軸、Y軸、及びZ軸が示されている。X軸、Y軸、及びZ軸は全図において共通である。
[積層セラミックコンデンサ10の全体構成]
図1~3は、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサ10を示す図である。図1は、積層セラミックコンデンサ10の斜視図である。図2は、積層セラミックコンデンサ10の図1のA-A'線に沿った断面図である。図3は、積層セラミックコンデンサ10の図1のB-B'線に沿った断面図である。
積層セラミックコンデンサ10は、セラミック素体11と、第1外部電極14と、第2外部電極15と、を備える。セラミック素体11は、典型的には、Z軸方向を向いた2つの主面と、Y軸方向を向いた2つの側面と、X軸方向を向いた2つの端面と、を有する六面体として構成される。
外部電極14,15は、セラミック素体11の端面を覆い、セラミック素体11を挟んでX軸方向に対向している。外部電極14,15は、セラミック素体11の端面から主面及び側面に延出している。これにより、外部電極14,15では、X-Z平面に平行な断面、及びX-Y平面に平行な断面がいずれもU字状となっている。
なお、外部電極14,15の形状は、図1に示すものに限定されない。例えば、外部電極14,15は、セラミック素体11の端面から一方の主面のみに延び、X-Z平面に平行な断面がL字状となっていてもよい。また、外部電極14,15は、いずれの主面及び側面にも延出していなくてもよい。
外部電極14,15は、電気の良導体により形成されている。外部電極14,15を形成する電気の良導体としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、錫(Sn)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銀(Ag)、金(Au)などを主成分とする金属又は合金が挙げられる。
セラミック素体11は、誘電体セラミックスで形成され、積層体16と、サイドマージン部17と、を有する。積層体16は、Z軸方向を向いた2つの主面Mと、Y軸方向を向いた2つの側面Sと、を有する。サイドマージン部17は、積層体16の2つの側面Sをそれぞれ被覆している。
積層体16は、X-Y平面に沿って延びる平板状の複数のセラミック層がZ軸方向に積層された構成を有する。積層体16は、容量形成部18と、カバー部19と、を有する。カバー部19は、容量形成部18をZ軸方向上下から被覆し、積層体16の2つの主面Mを構成している。
容量形成部18は、複数のセラミック層の間に配置され、X-Y平面に沿って延びるシート状の複数の第1内部電極12及び第2内部電極13を有する。内部電極12,13は、Z軸方向に沿って交互に配置されている。つまり、内部電極12,13は、セラミック層を挟んでZ軸方向に対向している。
内部電極12,13は、容量形成部18のY軸方向の全幅にわたって形成され、積層体16の両側面Sに露出している。セラミック素体11では、積層体16の両側面Sを覆うサイドマージン部17によって、積層体16の両側面Sにおける隣接する内部電極12,13間の絶縁性が確保される。
第1内部電極12はセラミック素体11の一方の端部のみに引き出され、第2内部電極13はセラミック素体11の他方の端部のみに引き出されている。これにより、第1内部電極12は第1外部電極14のみに接続され、第2内部電極13は第2外部電極15のみに接続されている。
このような構成により、積層セラミックコンデンサ10では、第1外部電極14と第2外部電極15との間に電圧が印加されると、第1内部電極12と第2内部電極13との間の複数のセラミック層に電圧が加わる。これにより、積層セラミックコンデンサ10では、第1外部電極14と第2外部電極15との間の電圧に応じた電荷が蓄えられる。
セラミック素体11では、内部電極12,13間の各セラミック層の容量を大きくするため、高誘電率の誘電体セラミックスが用いられる。高誘電率の誘電体セラミックスとしては、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)に代表される、バリウム(Ba)及びチタン(Ti)を含むペロブスカイト構造の材料が挙げられる。
なお、セラミック層は、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)系、チタン酸カルシウム(CaTiO)系、チタン酸マグネシウム(MgTiO)系、ジルコン酸カルシウム(CaZrO)系、チタン酸ジルコン酸カルシウム(Ca(Zr,Ti)O)系、ジルコン酸バリウム(BaZrO)系、酸化チタン(TiO)系などで構成してもよい。
内部電極12,13は、電気の良導体により形成されている。内部電極12,13を形成する電気の良導体としては、典型的にはニッケル(Ni)が挙げられ、この他にも銅(Cu)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銀(Ag)、金(Au)などを主成分とする金属又は合金が挙げられる。
なお、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ10は、積層体16及びサイドマージン部17を備えていればよく、その他の構成について適宜変更可能である。例えば、第1及び第2内部電極12,13の枚数は、積層セラミックコンデンサ10に求められるサイズや性能に応じて、適宜決定可能である。
[サイドマージン部17の詳細構成]
図3に示すように、サイドマージン部17は、Z軸方向中央に配置された平坦部17aと、Z軸方向両端部に配置された端部17bと、を有する。平坦部17aは、Y軸方向の厚さがほぼ均一な平板状に形成されている。端部17bは、平坦部17aからZ軸方向外側に延び、積層体16の側面Sから主面Mに少しだけ回り込んでいる。
図4は、図3の一点鎖線で囲んだ領域V1を拡大して示す積層セラミックコンデンサ10の部分断面図である。つまり、図4は、図3の右上に示されたサイドマージン部17の端部17bの近傍を示している。なお、サイドマージン部17では、他の3つの端部17bも、図4に示す端部17bと同様に構成されている。
サイドマージン部17の平坦部17aと端部17bとのZ軸方向の境界は、容量形成部18とカバー部19との境界に対応する。つまり、端部17bは、内部電極12,13のうちのZ軸方向の最外層よりもZ軸方向外側の領域と規定される。図4に示す端部17bは、Z軸方向最上部の第1内部電極12のZ軸方向上側に配置されている。
サイドマージン部17の端部17bは、湾曲部17b1と、延出部17b2と、を含む。湾曲部17b1は、平坦部17aから積層体16の側面Sと主面Mとを接続する稜部RまでZ軸方向に延びる。延出部17b2は、湾曲部17b1から連続して、積層体16の稜部Rから積層体16の主面Mに沿ってY軸方向内側に延びる。
このように、積層体16の稜部Rは、サイドマージン部17の端部17bに覆われることによって保護されている。このため、セラミック素体11では、外部からの衝撃が積層体16の稜部Rに直接加わらない。したがって、セラミック素体11では、積層体16の稜部Rを起点とするクラックなどの損傷の発生を防止することができる。
また、サイドマージン部17の湾曲部17b1は、丸みを帯びている。つまり、湾曲部17b1の外面は、凸状に湾曲している。したがって、サイドマージン部17の端部17bで構成されるセラミック素体11の稜部には、局所的な外力が加わりにくい。このため、積層セラミックコンデンサ10では、高い耐衝撃性が得られる。
更に、サイドマージン部17では、端部17bにおいて平坦部17aよりもポアPの分散量が少ない。つまり、サイドマージン部17では、端部17bのポア率が平坦部17aのポア率よりも低い。ここで、ポア率は、サイドマージン部17の断面を撮像した画像におけるポアPの面積の割合と規定される。
平坦部17aのポア率は、端部17bとの境界からZ軸方向に所定の範囲内にある領域において求めることができる。平坦部17aの所定の範囲は、例えば、端部17bとの境界におけるY軸方向の寸法の3倍とすることができる。端部17bのポア率は、端部17bの全領域において求めることができる。
これにより、端部17bの内部に水分が侵入しにくくなる。したがって、端部17bは、平坦部17aから離れるにつれて厚さが小さくなるものの、水分がY軸方向に通過することを阻止することができる。これにより、積層セラミックコンデンサ10では、高い耐湿性を得ることができる。
サイドマージン部17では、端部17bのポア率が5%以下であることが好ましい。また、平坦部17aのY軸方向の厚さが10μm以上であり、かつ平坦部17aのポア率が10%以下であることが更に好ましい。これらにより、積層セラミックコンデンサ10の耐湿性が更に向上する。
また、サイドマージン部17では、端部17bが積層体16の側面Sから主面Mにわたって切れ目なく延びている。つまり、積層体16とサイドマージン部17との間に侵入した水分が容量形成部18まで到達するまでの経路が、延出部17b2の分だけ延長されており、また積層体16の稜部Rにおいて屈曲している。
これにより、積層セラミックコンデンサ10では、水分が容量形成部18まで到達しにくくなる。サイドマージン部17では、このような水分の侵入経路を延長する作用を効果的に得るために、積層体16の側面SよりもY軸方向内側への延出部17b2の延出量が5μm以上であることが好ましい。
このように、積層セラミックコンデンサ10では、サイドマージン部17の端部17bの作用によって、積層体16の側面Sにおける容量形成部18が配置された領域への水分の侵入を抑制することができる。したがって、積層セラミックコンデンサ10では、高い耐湿性が得られる。
[積層セラミックコンデンサ10の製造方法]
図5は、積層セラミックコンデンサ10の製造方法を示すフローチャートである。図6~10は積層セラミックコンデンサ10の製造過程を模式的に示す図である。以下、積層セラミックコンデンサ10の製造方法について、図5に沿って、図6~10を適宜参照しながら説明する。
(ステップS01:積層体作製)
ステップS01では、図6に示す未焼成の積層体16を作製する。積層体16は、内部電極12,13が適宜パターニングされた複数の未焼成の誘電体グリーンシートが積層されて構成されている。これにより、積層体16には、未焼成の容量形成部18及びカバー部19が形成されている。
(ステップS02:サイドマージン部形成)
ステップS02では、ステップS01で作製された積層体16の側面Sに未焼成のサイドマージン部17を設けることにより、未焼成のセラミック素体11を作製する。以下、ステップS02において、積層体16の側面Sに未焼成のサイドマージン部17を設ける方法の一例について説明する。
まず、図7に示すように、平板状のベース部材Eの上にセラミックシート17sを配置し、テープTで一方の側面Sを保持した積層体16の他方の側面Sをセラミックシート17sに対向させる。ベース部材Eは、例えば、シリコーン系エラストマーなどのヤング率が低く柔らかい材料で形成される。
セラミックシート17sは、未焼成のサイドマージン部17を形成するための大判の誘電体グリーンシートとして構成される。セラミックシート17sは、例えば、ロールコーターやドクターブレードなどを用いることにより、均一な厚さの平坦なシートとして成形することができる。
次に、図8に示すように、積層体16の側面Sでセラミックシート17sを押圧する。積層体16は、セラミックシート17sとともにヤング率が低いベース部材Eに局所的に深く沈み込む。これにより、セラミックシート17sの積層体16とともに沈み込んだ部分がサイドマージン部17として切り離される。
図9は、図8の一点鎖線で囲んだ領域V2を拡大して示す部分断面図である。サイドマージン部17の平坦部17aは、積層体16の側面Sとベース部材Eとに挟まれて、Y軸方向にほぼ均一な押圧力を受ける。このため、平坦部17aでは、セラミックシート17sの平坦な形状が保たれる。
この一方で、サイドマージン部17の端部17bは、その周囲のベース部材Eからの押圧力によって、角が潰れて丸みを帯びる。これにより、湾曲部17b1が形成される。また、端部17bは、セラミックシート17sから切り離される際に、積層体16の主面Mに沿って引き延ばされる。これにより、延出部17b2が形成される。
このように、ステップS02では、湾曲部17b1及び延出部17b2に塑性加工が加わる。湾曲部17b1及び延出部17b2では、塑性変形の過程において徐々に空隙が消滅していくことにより緻密化が進む。このため、端部17bを構成する湾曲部17b1及び延出部17b2では、平坦部17aよりも緻密性が高くなる。
ベース部材Eのヤング率は、10kPa以上20MPa以下であることが好ましく、10kPa以上1MPa以下であることが更に好ましい。これにより、積層体16の稜部Rに沿ってセラミックシート17sに加わるせん断力が抑制され、湾曲部17b1及び延出部17b2をより良好に形成することができる。
そして、図10に示すように、積層体16をベース部材Eから離間するようにY軸方向上方に移動させると、積層体16の側面Sに貼り付いたサイドマージン部17のみがベース部材Eから離間する。これにより、積層体16の一方の側面Sにサイドマージン部17が形成される。
続いて、積層体16を、図10に示すテープTとは異なるテープに転写することにより、積層体16の側面SのY軸方向の向きを反転させる。そして、サイドマージン部17が形成されていない積層体16の反対側の側面Sにも、上記と同様の要領でサイドマージン部17を形成する。これにより、未焼成のセラミック素体11が得られる。
なお、サイドマージン部17を形成する方法は、湾曲部17b1及び延出部17b2を含む端部17bを形成可能であればよく、上記の方法に限定されない。例えば、任意の公知の手法で積層体16の側面Sに形成したサイドマージン部17に対して事後的な塑性加工によって湾曲部17b1及び延出部17b2を形成してもよい。
(ステップS03:焼成)
ステップS03では、ステップS02で得られた未焼成のセラミック素体11を焼成することにより、図1~3に示す積層セラミックコンデンサ10のセラミック素体11を作製する。セラミック素体11のサイドマージン部17では、緻密性の高い端部17bのポア率が、平坦部17aのポア率よりも低くなる。
ステップS03における焼成温度は、セラミック素体11の焼結温度に基づいて決定することができる。例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)系材料を用いる場合には、焼成温度は1000~1300℃程度とすることができる。また、焼成は、例えば、還元雰囲気下、又は低酸素分圧雰囲気下において行うことができる。
(ステップS04:外部電極形成)
ステップS04では、ステップS03で得られたセラミック素体11のX軸方向両端部に外部電極14,15を形成することにより、図1~3に示す積層セラミックコンデンサ10を作製する。ステップS04における外部電極14,15の形成方法は、公知の方法から任意に選択可能である。
以上により、積層セラミックコンデンサ10が完成する。この製造方法では、内部電極12,13が露出した積層体16の側面Sにサイドマージン部17が後付けされるため、セラミック素体11における複数の内部電極12,13の端部のY軸方向の位置が、0.5μm以内のばらつきでZ軸方向に沿って揃う。
[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、上記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10について説明したが、本発明は積層セラミック電子部品全般に適用可能である。このような積層セラミック電子部品としては、例えば、チップバリスタ、チップサーミスタ、積層インダクタなどが挙げられる。
10…積層セラミックコンデンサ
11…セラミック素体
12,13…内部電極
14,15…外部電極
16…積層体
17…サイドマージン部
17a…平坦部
17b…端部
17b1…湾曲部
17b2…延出部
18…容量形成部
19…カバー部
M…主面
S…側面
R…稜部
E…ベース部材
T…テープ

Claims (5)

  1. 第1方向に積層された複数のセラミック層と、前記複数のセラミック層の間に配置された複数の内部電極と、前記第1方向を向いた主面と、前記第1方向に直交する第2方向を向き、前記複数の内部電極が露出した側面と、を有する積層体と、
    前記側面上に配置された平坦部と、前記平坦部から前記主面上まで延び、前記平坦部よりもポア率が低い、丸みを帯びた端部と、を有するサイドマージン部と、
    を具備する積層セラミック電子部品。
  2. 請求項1に記載の積層セラミック電子部品であって、
    前記端部のポア率が5%以下である
    積層セラミック電子部品。
  3. 請求項1又は2に記載の積層セラミック電子部品であって、
    前記平坦部の厚さが10μm以上であり、
    前記平坦部のポア率が10%以下である
    積層セラミック電子部品。
  4. 第1方向に積層された複数のセラミック層と、前記複数のセラミック層の間に配置された複数の内部電極と、前記第1方向に直交する第2方向を向き、前記複数の内部電極が露出した側面と、を有する積層体を作製し、
    ヤング率が10kPa以上20MPa以下のベース部材上にセラミックシートを配置し、
    前記ベース部材上の前記セラミックシート前記積層体の前記側面で塑性変形を加えながら、前記セラミックシートを打ち抜く
    積層セラミック電子部品の製造方法。
  5. 請求項4に記載の積層セラミック電子部品の製造方法であって、
    前記ベース部材がシリコーン系エラストマーで形成されている
    積層セラミック電子部品の製造方法。
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