JPH0332905B2 - - Google Patents

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JPH0332905B2
JPH0332905B2 JP59207369A JP20736984A JPH0332905B2 JP H0332905 B2 JPH0332905 B2 JP H0332905B2 JP 59207369 A JP59207369 A JP 59207369A JP 20736984 A JP20736984 A JP 20736984A JP H0332905 B2 JPH0332905 B2 JP H0332905B2
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JP
Japan
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ceramic
dielectric ceramic
external connection
connection electrode
layer
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JP59207369A
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English (en)
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JPS6184815A (ja
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Atsuo Senda
Sotoshi Numata
Takuji Nakagawa
Yoshifumi Ogiso
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Priority to US06/782,217 priority patent/US4604676A/en
Priority to DE19853535059 priority patent/DE3535059A1/de
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明はセラミツクコンデンサ、特に高温時
における絶縁抵抗の劣化を防止した高信頼性のセ
ラミツクコンデンサに関する。
(従来の技術) 近年、電子部品の小型化、軽量化に伴ない、セ
ラミツクコンデンサについても小型化、軽量化の
追求が行われている。特に、セラミツクコンデン
サについては、小型化が進められるのと並行して
大容量化の検討が行われており、その手段として
薄膜化が試みられている。
セラミツクコンデンサの薄膜化の手段として
は、次のような改良手段が考えられる。
スパツタリング法、真空蒸着法、イオンプレ
ーテイング法、気相蒸着法などの真空薄膜形成
手段により薄膜状の誘電体セラミツク層を形成
する方法。
誘電体セラミツク材料の微結晶化を図つて誘
電体セラミツク層の膜厚をできるだけ薄膜状と
する方法。
薄膜状の半導体セラミツク層の結晶粒界に絶
縁層を形成して粒界絶縁型の誘電体セラミツク
層を得る方法。
上記〜の方法において、複数の誘電体セ
ラミツク層の間に内部電極を形成し、積層型の
セラミツクコンデンサを構成して、さらに大容
量化を図る方法などがある。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記の方法により誘電体セラミ
ツク層を薄膜化した上で、容量取出のための電極
を、スパツタリング法、真空蒸着法、イオンプレ
ーテイング法、気相蒸着法、あるいは無電解メツ
キ法により形成してセラミツクコンデンサを構成
した場合、種々のトラブルの発生が見られる。特
に顕著に現われるのは高温使用時での絶縁抵抗の
劣化である。
このトラブルの最も大きな原因となつているの
は、誘電体セラミツクが金属酸化物からなるこ
と、一方電極が金属からなることによるものであ
る。すなわち、このような組み合わせによると、
誘電体セラミツクを構成する金属酸化物と電極を
構成する金属とが接触する界面において、酸素の
授受が不可避的な現象として起こることが考えら
れる。この酸素の授受は常温においては認められ
にくいが、温度が高くなるにつれて酸素の授受が
行われるようになる。
たとえば、誘電体セラミツクがTiO2、電極が
Cuからなるセラミツクコンデンサを例にして説
明すると、高温状態、たとえば150℃において、
TiO2およびCuは次のように変化する。
TiO2還元 ――→ TiO2−x Cu酸化 ――→ CuOx (0<x<2) このように誘電体セラミツクと電極との間で酸
素の授受が起ると、誘電体セラミツクの誘電率
(ε)が変化するものはもちろんのこと、絶縁抵
抗(IR)が大きく変化し、その値は概ね2桁以
上低下する。
このような現象は誘電体セラミツク層を薄膜化
したときに特に顕著に現われ、上記したセラミツ
クコンデンサの薄膜化のための改良手段〜に
よつて得られたセラミツクコンデンサに当て嵌る
事柄である。
(発明の目的) したがつて、この発明は高温使用時において誘
電体セラミツクを還元させない構造とすることに
より、誘電率の変化や絶縁抵抗の劣化が生じない
高信頼性のセラミツクコンデンサを提供すること
を目的とする。
(発明の構成) すなわち、この発明は誘電体セラミツクと、該
誘電体セラミツクの表面に形成された外部接続用
電極との間に酸化ニツケル層を介在せしめたこと
を特徴とするセラミツクコンデンサである。
ここで、誘電体セラミツクとしては、たとえば
チタン酸バリウム系、チタン酸ストロンチウム系
などの高誘電率系のもの、またたとえば酸化チタ
ン系、チタン酸マグネシウム系、酸化マグネシウ
ム−酸化チタン系、酸化硅素系などの温度補償系
のもの、あるいは半導体セラミツクの結晶粒界を
絶縁体化した粒界絶縁型の誘電体セラミツクなど
が含まれる。
また誘電体セラミツクの厚みが50μm以下のも
のについて、酸化ニツケル層を誘電体セラミツク
と外部接続用電極の間に介在させた場合にその効
果が強く現われる。つまり、誘電体セラミツクの
厚みが50μmを越えると、高温使用時において電
極による誘電体セラミツクの還元が生じていると
しても、誘電体セラミツクが十分な厚みを有する
ため、誘電率の変化や絶縁抵抗の劣化が顕著には
現れない。したがつて、この発明における誘電体
セラミツクとしては厚みが50μm以下のものにつ
いて特に有効である。しかしながら、50μmを越
える厚みの誘電体セラミツクについてこの発明を
適用しても何ら不都合はなく、誘電体セラミツク
と外部接続用電極との間に酸化ニツケル層を介在
させることは任意である。
酸化ニツケル層の形成手段としては、たとえば
スパツタリング法、イオンプレーテイング法、真
空蒸着法、気相蒸着法、無電解メツキ法などの薄
膜形成手段が用いられる。このうちスパツタリン
グ法で酸化ニツケル層を形成する場合、たとえば
金属ニツケルをターゲツトとして用い、スパツタ
リング中の雰囲気をアルゴンと酸素の混合気体と
することにより実施することができる。また真空
蒸着法で酸化ニツケル層を形成する場合、たとえ
ば金属ニツケルまたは金属ニツケル粉末を加熱す
るとともに、酸素含有雰囲気中で蒸発させること
によつて酸化ニツケル層を形成することができ
る。さらに気相蒸着法や無電解メツキ法の場合に
は、ニツケル層を形成したのち、熱酸化により酸
化ニツケル層を形成することができる。
この酸化ニツケル層の膜厚としては2μm以下の
範囲で形成することが好ましい。これは2μmを越
えるとE.S.Rが高くなるからである。外部接続用
電極としては、特に金属の種類を限定するもので
はなく、一般に用いられる金属、たとえば、Ag、
Au、Cr、Zr、V、Ni、Zn、Cu、Sn、Pb−Sn、
Mn、Mo、W、Ti、Pd、Alなどの1種あるいは
2種以上の組み合せがあり、またこの外部接続用
電極は多層構造としてもよく、その例としては
Cr−Cu、Cr−Ni−Agなどがある。
またこの発明にかかるセラミツクコンデンサの
構造例としては、単一層の誘電体セラミツクから
なるセラミツクコンデンサ、積層型のセラミツク
コンデンサなどがある。また上記した各種のセラ
ミツクコンデンサを粒界絶縁型とした場合にもこ
の発明が適用される。
(実施例) 以下、この発明を実施例に従つて詳細に説明す
る。
実施例 1 セラミツク誘電体原料粉末として次に示す組成
のものを準備した。
Nd2Ti2O7:63モル%、BaTiO3:14モル%、
TiO2:23モル% この原料粉末をバインダであるポリビニルアル
コール、界面活性剤、分散剤、水とともに混合し
てスラリーを作成した、次いでこのスラリーを用
いてドクターブレード法により厚み35μmのセラ
ミツクグリーンシートを作成した。
このセラミツクグリーンシートを長さ7.0mm、
幅5.0mmの大きさに切断し、このシート上に
Ag70wt%、Pd30wt%のAg−Pdペーストを印刷
した。このように内部電極を形成したセラミツク
グリーンシートを11枚積み重ね、その積層体の端
面に内部電極が露出するようにした。この積層体
を空気中1250℃で焼成して焼結ユニツトを得た。
得られた積層体の各誘電体層の厚みは20μmであ
つた。
次に、この積層焼結ユニツトの内部電極が露出
する端面にスパツタリング法によりまず酸化ニツ
ケル層を形成した。
この酸化ニツケル層の形成は次の条件により行
つた。
スパツタ雰囲気:10%の酸素を含有するアル
ゴン 圧 力:3×10-3Torr ターゲツト:直径5インチ、厚み2mmのニツ
ケル板 電 圧:500VD.C. 電 流:2.0A スパツタ時間:5分 窒化ニツケル層の膜厚:2000Å 続いて、酸化ニツケル層の上に第1層の外部接
続用電極として、まず半田耐熱層としてのNi層
をスパツタリング法により形成した。
このNi層の形成は次のような条件により行つ
た。
スパツタ零囲気:アルゴン 圧 力:2×10-3Torr ターゲツト:直径5インチ、厚み2mmのニツ
ケル板 電 圧:480VD.C. 電 流:2.0A 時 間:15分 膜 厚:5000Å さらに、Ni層の上に第2層の外部接続用電極
としてAg層をスパツタリング法により形成した。
このAg層は半田付け可能な層としての役割を果
たすものである。
Ag層の形成は、次のような条件により行つた。
スパツタ雰囲気:アルゴン 圧 力:2×10-3Torr ターゲツト:直径5インチ、厚み5mmのAg
板 電 圧:540VD.C. 電 流:2.0A 時 間:6分 膜 厚:1μm 上記工程を経て得られた積層コンデンサにつき
次の条件で高温加速負荷寿命試験を行つた。つま
り、このコンデンサを150℃の温度雰囲気に設置
し、定格電圧(50V)の6倍の電圧である300V
を印加し、100時間後の絶縁抵抗(IR)を測定し
たところ1011Ωであつた。ちなみに、この積層コ
ンデンサの絶縁抵抗(IR)の初期値は1011Ωであ
つた。また、温度45℃、相対温度95%の雰囲気に
設置し、定格電圧50Vを印加し、500時間後の絶
縁抵抗(IR)を測定したところ1011Ωであり、初
期値のそれにくらべて変化が見られなかつた。
比較例 1 実施例1で得られた積層焼結ユニツトに酸化ニ
ツケル層を形成せずに、実施例1と同じ条件で第
1層の外部接続用電極であるNiおよび第2層の
外部接続用電極であるAg層を形成し、積層コン
デンサを作成した。
この積層コンデンサについて実施例1と同様に
試験を行つたところ、絶縁抵抗(IR)は10時間
後に10Ω9に低下し、25時間後には106Ωにまで劣
化した。
実施例 2 SrTiO3:99.3モル%、Y2O3:0.3モル%、
SiO2:0.2モル%、Al2O3:0.2モル%の組成とな
るように、各成分を秤量し、この秤量原料に有機
バインダを10重量%加え、ボールミルにて16時間
回転し、十分に混合、粉砕を行つた。これを造粒
後、1000Kg/cm2の圧力で成形して円板状の成形体
を得た。この成形体を1350℃、2時間の条件で焼
成した。得られた磁器の表面にPb、Biなどの金
属酸化物を塗布し、1000〜1200℃の温度で熱処理
を行い、磁器の粒晶粒界を絶縁体化し、粒界絶縁
型半導体磁器素体を作成した。この半導体磁器素
体を用い、実施例1と同様の方法によりその表面
に酸化ニツケル層、第1層の外部接続用電極およ
び第2層の外部接続用電極を形成し、粒界絶縁型
半導体磁器コンデンサを作成した。
このコンデンサについて、実施例1に記載の高
温加速負荷寿命試験を行つた。その結果、初期値
の絶縁抵抗(IR)が1010Ωであつたのに対し、
100時間後のそれは1010Ωであり、ほとんど絶縁
抵抗(IR)の劣化がないことが確認できた。
比較例 2 実施例2で得られた粒界絶縁型半導体磁器素体
を用い、この磁気素体の表面に酸化ニツケル層を
形成せずに、実施例1と同じ条件で第1層の外部
接続用電極であるNi層および第2層の外部接続
用電極であるAg層を形成し、粒界絶縁型半導体
磁器コンデンサを作成した。
このコンデンサについて実施例1と同様に試験
を行つたところ、絶縁抵抗(IR)は10時間後に
107Ωに低下し、25時間後には105Ωにまで劣化し
た。
実施例 3 アルミナ基板上に、下部電極としてAg層、Ni
層を実施例1と同様の方法により順次形成し、さ
らに酸化ニツケル層をこれも実施例1と同様の方
法により形成した。
次いで、酸化ニツケル層の上に誘電体セラミツ
クであるSiO2膜を高周波スパツタリング法によ
り5000Åの厚みに形成した。
なお、SiO2膜を高周波スパツタリング法によ
り形成する条件は次のとおりである。
スパツタ雰囲気:5%の酸素を含有するアル
ゴン 圧 力:5×10-3Torr ターゲツト:直径5インチ、厚み5mmの石英
板 投入電力:500W 時 間:100分 SiO2膜厚:5000Å そののち、SiO2膜の上に酸化ニツケル層を実
施例1と同様の方法により形成し、さらにその上
にNi層、Ag層を実施例1と同様の方法により順
次形成し、SiO2からなる薄膜コンデンサを作成
した。
このコンデンサについて実施例1に記載の高温
加速負荷寿命試験を行つた。その結果、初期値の
絶縁抵抗(IR)が1013Ωであつたのに対し、100
時間後のそれは1013Ωであつた。
比較例 3 実施例3による薄膜コンデンサを作成する際に
おいて、酸化ニツケル層を形成せずに、その他に
ついては実施例3に記載の方法を実施することに
よつて薄膜コンデンサを作成した。
このコンデンサについて実施例1と同様に試験
を行つたところ、絶縁抵抗は108Ωにまで低下し
た。
(効 果) 以上のようにこの発明によれば、誘電体セラミ
ツクと外部接続用電極との間に酸化ニツケル層を
介在させることにより、高温使用時において見ら
れる電極による誘電体セラミツクの還元を防止す
ることができ、その結果電気特性の劣化、特に絶
縁抵抗の劣化を生じさせないという効果をもたら
すものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 誘電体セラミツクと、該誘電体セラミツクの
    表面に形成された外部接続用電極とを含むセラミ
    ツクコンデンサにおいて、 前記誘電体セラミツクと前記外部接続用電極と
    の間に酸化ニツケル層が形成されていることを特
    徴とするセラミツクコンデンサ。 2 基板上に第1の外部接続用電極が形成され、
    該第1の外部接続用電極の上に誘電体セラミツク
    が形成され、該誘電体セラミツクの上に第2の外
    部接続用電極が形成されてなるセラミツクコンデ
    ンサにおいて、 前記誘電体セラミツクと第1の外部接続用電極
    および第2の外部接続用電極との間に酸化ニツケ
    ル層が形成されている特許請求の範囲第1項記載
    のセラミツクコンデンサ。 3 複数層の誘電体セラミツクと、該誘電体セラ
    ミツクを介して互いに積層された状態で配置され
    静電容量を形成するための複数層の内部電極とか
    らなる積層型の誘電体セラミツク素体に、前記内
    部電極の所定のものに接続される静電容量取出の
    ための1対の外部接続用電極が形成された積層型
    のセラミツクコンデンサにおいて、 前記誘電体セラミツク素体と前記外部接続用電
    極との間に酸化ニツケル層が形成されている特許
    請求の範囲第1項記載のセラミツクコンデンサ。 4 前記誘電体セラミツクの厚みは50μm以下で
    ある特許請求の範囲第1項〜第3項記載のセラミ
    ツクコンデンサ。 5 前記酸化ニツケル層の厚みは2μm以下である
    特許請求の範囲第1項〜第3項記載のセラミツク
    コンデンサ。 6 前記外部接続用電極はスパツタリング法、真
    空蒸着法、イオンプレテイング法、気相蒸着法、
    あるいは無電解メツキ法のいずれかにより形成さ
    れたものである特許請求の範囲第1項〜第3項記
    載のセラミツクコンデンサ。
JP20736984A 1984-10-02 1984-10-02 セラミツクコンデンサ Granted JPS6184815A (ja)

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US06/782,217 US4604676A (en) 1984-10-02 1985-09-30 Ceramic capacitor
DE19853535059 DE3535059A1 (de) 1984-10-02 1985-10-01 Keramikkondensator

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JPS6184815A JPS6184815A (ja) 1986-04-30
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5115573A (en) * 1974-07-31 1976-02-07 Hitachi Ltd Sentakukiniokeru itokuzuhoshufuirutaa
JPS6023957Y2 (ja) * 1982-05-17 1985-07-17 ジエコ−株式会社 電極構造

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