JPH0341710A

JPH0341710A - 積層セラミックコンデンサ

Info

Publication number: JPH0341710A
Application number: JP1176805A
Authority: JP
Inventors: Harunobu Sano; 晴信佐野; Yoshiaki Kono; 芳明河野
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1991-02-22
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: DE4021364C2; US5021921A; DE4021364A1; JP2852372B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、内部電極が層状に埋設された積層誘電体セラ
ミックの両端に外部電極として機能する導ＩＥＮが形成
された積層セラミックコンデンサに関する。

従来の技術一般に、積層セラミックコンデンサは、複数の誘電体セ
ラミック層と、各誘電体セラミック層の間に配置された
複数の内部電極と、誘電体セラミック層の両端面におい
て内部電極と接続された外部電極とから構成されている
。

従来、内部電極としては、誘電体セラミックが焼結する
温度で溶融せず、かつ、セラミックが半導体化しない高
い酸素分圧下で焼成されても酸化されない金属が材料と
して用いられてきた。そして、誘電体セラミック層間に
内部電極を埋設した積層誘電体セラミックを形成した後
に、例えば銀ペーストを塗布、焼成することにより、外
部電極が形成されていた。

ところで、この種の積層セラミックコンデンサは、配線
用基板に半田付は接続した際、半田中に銀が溶融して取
り込まれる所謂銀くわれが生じていた。これがため、積
層セラミックコンデンサの劣化が著しいことから、従来
、積層セラミックコンデンサの製作工程において、外部
電極の上に被膜を形成している。即ち、前記積層誘電体
セラミックが形成された段階で、その両端面に銀等の貴
金属を含む導電層を形成した後、この上にニッケル、銅
等の如き耐熱性を有し、半田に溶融しがたい金属材料を
メッキし、銀くわれを防止する様にしていた。さらに、
近時は、このメッキ被膜の上に半田の付着を良好にする
ことを目的として、半田をメッキする試みもなされてい
る。

発明が解決しようとする課題しかしながら、積層誘電体セラミック上に多層の被膜を
形成することで、銀くわれ、半田付は性は改善されるが
、電気的特性が低下するという問題点があった。つまり
、前記積層誘電体セラミックの両端に形成された銀等の
導を層には、通常、微細な空隙（ポーラス細孔）が生じ
るが、その上にメッキ被膜を形成するために、メッキ槽
の液中に前記積層誘電体セラミックを浸漬すると、導電
層の空隙にメッキ液が侵入し、これが拡散されて内部電
極と積層誘電体セラミックの接合界面にまで及び、接合
界面の密着強度を低下させるばかりか、誘電率や絶縁抵
抗等が変化し、コンデンサとしての電気的特性の劣化を
招来していた。

また、従来の積層セラミックコンデンサは、外部電極を
形成する前の素体の状態において、誘電容量を取り出す
ために、内部電極と積層誘電体セラミックの接合界面が
外部に露出する状態となっており、この接合界面の機械
的強度が低いのでそこに亀裂が発生しやすく、積層セラ
ミックコンデンサ自体の寿命が短くなる現象があった。

即ち、積層誘電体セラミックと内部電極の接合界面が外
部に露出している端面に外部電極を形成する過程におい
て、曲げ等の応力に対する機械的強度が劣る前記接合界
面に応力が集中すると、接合界面で亀裂が発生したり、
最悪の場合には内部電極が剥離することになる。

そこで、本発明の課題は、外部電極上に施されるメッキ
液が、内部電極側に侵入することを防止し、コンデンサ
としての電気的特性の劣化を抑制し、信頼性の高い積層
セラミックコンデンサを提供することにある。

課題を解決するための手段以上の課題を解決するために、本発明に係る積層セラミ
ックコンデンサは、複数の誘電体セラミック層と、該誘
電体セラミック層の両端面において露出した内部電極部
分が誘電体セラミックの半導体層からなり、内部電極の
他の部分は金属導体層からなることを特徴とする。また
、本発明に係る他の積層セラミックコンデンサは、前記
構成に加えて、メッキ処理にて形成された外部電極と内
部電極の半導体層との間にさらに誘電体セラミックの半
導体層が形成されていることを特徴とする。

前記半導体層は、例えば、誘電体セラミック層を半導体
化させる半導体化剤により形成され、好ましくは、誘電
体セラミック層に含まれるセラミック粉末に半導体化剤
を含有させたものから形成される。前記半導体層と接続
される外部電極は、例えば、導電性金属粉末を主成分と
する導電性ペーストの焼付は層又は導電性金属のメッキ
層にて形成され、とりわけ前記焼付は層の上にメッキ層
が形成されたものであることが好ましい。

作用以上の構成により、内部電極の金属導体層と外部電極と
の間に半導体層が形成されているので、内部電極と外部
電極とは電気的には接続されているが、構造的には半導
体層で分断されている。これにより、外部電極に半田付
は時の銀くわれを防止するための被膜をメッキ処理にて
形成する際、この被膜形成時にメッキ液は半導体層によ
り遮断され、内部電極側に侵入することがない。従って
、積層誘電体セラミック層の内部に不要物が侵入するこ
とはなく、コンデンサとしての電気的特性が劣化するこ
とはない。

実施例以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

［実施例１コ本発明に係る積層セラミックコンデンサは、第１図に示
す様に、内部電極３を介在して複数枚の誘電体セラミッ
ク２を積層して得られた積層誘電体セラミック１の両端
面に外部電極６及びニッケル、銅などのメッキ被膜７、
半田、錫などのメッキ被膜８が形成され、直方体形状の
チップタイプとされている。内部電極３は金属導体部３
ａと半導体部３ｂとで構成され、半導体部３ｂが誘電体
セラミック２の両端面に露出すると共に外部電極６と接
続している。

次に、製造工程順に説明する。

まず、積層誘電体セラミック１を形成する。この積層誘
電体セラミック１は次の様にして製造される。即ち、第
２図に示す様に、材料粉末をスラノー化してシート状と
した誘電体セラミック２（グリーンシート）を用意し、
その−面にＰｄ等の金属導体ペーストを塗布して金属導
体部３ａとなる導電ペースト層を形成すると共に、半導
体化剤にバインダを混入したペーストを塗布して半導体
部３ｂとなるペースト層を形成する。内部電極３（金属
導体部３ａ、半導体部３ｂ）となるペースト層を有する
誘電体セラミック２は必要枚数積層され、第３図に示す
如く、内部電極３を有しない誘電体セラミック４にて挾
んで圧着し、積層体とし、焼成する。

内部電極３となるペースト層は、第２図、第３図に示す
様に、外部電極６と電気的に接続される半・導体部３ｂ
が誘電体セラミック２の端部２ａに露出しており、金属
導体部３ａは他端部２ｂには露出せず、いずれの端面に
も露出していない。半導体部３ｂとなるペーストは、例
えば、誘電体セラミックを半導体化させる半導体化剤に
バインダを混入したペーストであっても、あるいは誘電
体セラミックに含まれるセラミック粉末に前記半導体化
剤を混合したものにバインダを混入したペーストであっ
てもよい。

続いて、以上の如く焼成された積層誘電体セラミック１
の端面に、外部電極６を形成する。この外部電極６は、
銀等の金属粉末からなる導電性ペーストを塗布した後焼
付けにより形成される。この後、外部′ｗｔ極６上にニ
ッケル、銅などのメッキを施し、メッキ被膜７を形成す
る。最後に、このメッキ被膜７の上に半田、錫などのメ
ッキを施してメッキ被膜８を形成し、チップ型の積層セ
ラミックコンデンサを得る。

具体的には、誘電体セラミックの組成材料として、Ｂａ
１ｉＯｓを８４．３５ｍｏ１％、Ｂａ１ｒｎｓを１５．
６５ｍｏ１％加えたも（７）１００ｗｔ％に対し、Ｍｎ
Ｃ０＊を０．０７ｗｔ％（７）割合で添加した混合粉末
を用いた。これら原料粉末にバインダとしてＰＶＡ（ポ
リビニルアルコール）を用いると共に、界面活性剤、分
散剤及び水を加えて混練し、スラリーを得た。続いて、
このスラリー　をドクターブレード法によりシート状に
形成し、厚み３５μｍのグリーンシートを形成した。こ
の後、グリーンシートの一面にＰｄペーストをスクリー
ン印刷法にて印刷し、金属導体部３ａとなる導電ペース
ト層を形成した。同時に、半導体部３ｂを形成するため
に、半導体化剤として１０ｗｔ％のＬａ、Ｏ。

に対してエチルセルロース樹脂、ブチルセロソルブ溶剤
からなるペーストを加えて混練し、半導体止剤ペースト
を得た。そして、このペーストをグリーンシートの一端
部２ａにスクリーン印刷法にて印刷した。内部電極３と
なるペースト層を有するグリーンシートは所要の静電容
量に応じて複数枚を積層した。この際、半導体化剤ペー
ストが印刷された一端部２ａと、印刷されていない他端
部２ｂとが交互に積み重ねられる（第３図参照）。さら
に、この状態で熱圧着されることにより、金属導体部３
ａが端部２ａ、２ｂに露出していない未焼成の積層体が
得られた。

次に、この積層体を乾燥した後、空気中にて１３００’
Ｃで２時間焼成し、積層体の磁器化と半導体部３ｂの形
成を同時に行なった。これによって、誘電体セラミック
中に半導体化剤が拡散され、半導体部３ｂと金属導体部
３ａとが電気的に接続された構造の積層誘電体が得られ
た。

続いて、前記積層誘電体の両端面に外部電極６を形成す
る。この外部電極６は、半導体部３ｂが一層ごとに露出
した両端面に銀ペーストを塗布し、空気中にて８００℃
で焼き付けることにより形成した。この後、この外部電
極６の上にメッキ被膜７を形成する。このメッキ材とし
ては、硫酸ニッケルあるいは塩化ニッケルとホウ酸から
なるニッケルメッキ液を用意し、バレルメッキ法にて外
部電極６上にニッケルメッキした。最後に、このメッキ
被膜７の上にメッキ被膜８を形成した。このメッキには
、ＡＳ浴（アルカノールスルホン酸）からなる半田メッ
キ液を用意し、バレルメッキ法にてメッキ被膜７上に半
田メッキした。

この様にして形成された第１図に示す積層セラミックコ
ンデンサは、下記の通りである。

外形寸法　幅：　　　　　　　３．２ｍｍ長さ＝　　　
　　　　１゜６ｍｍ厚み：　　　　　　１．２ｍｍセラミック単位厚さ、　　　　２０μｍ有効誘電体総数
＝１９一層当りの対向電極面積：　　４．３ｍｍ２ところで、
本実施例１の積層セラミックコンデンサの電気的特性を
知るために従来品を比較例として同一条件の下に試験を
行なった。なお、この試験に際しては、半導体部３ｂの
有無による差異を測定するため、比較例及び本発明例と
も外部電極６の焼付は後のものと、半田メッキ被膜８の
形成後のものとをそれぞれ試料として用いた。

まず、静電容量（Ｃ）及び誘電損失（ｔａｎ＆　）を測
定するために、自動ブリッジ式測定器を用い、各試料に
１ｋＨ＊、Ｉ　Ｖｒｍｓの電圧を印加した０次に、絶縁
抵抗（１’ｔ）を測定するために、絶縁抵抗計を用い、
５０Ｖの電圧を２分間印加した。そして、静電容量（Ｃ
）と絶縁抵抗（Ｒ）とのＣＲ積を求めた。

以上の試験による測定結果は、下記表−１の通りである
。

［以下余　白］以上の表−１から理解される様に、本発明例の積層セラ
ミックコンデンサは、半導体部３ｂの形成後も電気的特
性は低下することなく、高信頼性を有することが明らか
となった。

即ち、銀焼付は後及び半田メッキ後の測定結果を比較例
と比較した場合、比較例は、静電容量（Ｃ）が０．１６
μＦから０．１μＦに低下し、逆に、誘電損失（ｔａｎ
δ〉が１．６％から１０％に増加している。

また、ＣＲ積は５０００ΩＦ、　２００ΩＦにまで極端
に下がったことが認められる。この様に、比較例は、電
気的特性の低下が著しく、これは、積層誘電体セラミッ
クの内部に不要物が混入していることを示すもので、半
田メッキ時に、メッキ液が外部電極６及びニッケルメッ
キ被膜７からなる導を層のポーラス細孔に侵入し、さら
に、誘電体セラミック２と内部電極３とからなる端部に
まで達して、積層誘電体セラミック１内に拡散されてい
ることを裏付けるものである。

一方、本発明例は、静電容量（Ｃ）が共に０，１６μＦ
であり、誘電損失（ｔａｎδ）も共に１．７％である。

また、ＣＲ積は共に５０００ΩＦであって、差異が生じ
ていない、この様に、本発明例の電気的特性には、全く
変化が認められない。従って、内部電極３と外部電極６
とは、電気的に適正に接続されていることが判る。これ
は積層誘電体セラミック１中に不要物が存在しないこと
を示すもので、銀焼付は後に半田メッキを施した際、前
記導ｉ層のポーラス細孔にメッキ液が侵入しても、半導
体部３ｂによって内部への侵入が遮断され、誘電体セラ
ミック２と金属導体部３ａとの接合界面にまで至らない
ことが確認される。そして、この積層セラミックコンデ
ンサは、配線用基板に半田付は接続された際、メッキ被
膜７が施されているので銀くわれの問題もなく、確実に
接続される。

また、前記本発明例は、半導体部３ｂを形成することで
、機械的強度にも優れていることが明らかとなった。即
ち、外部電極６を形成する前の積層誘電体チップは、静
電容量を取り出すために従来品とは異なり金属導体部３
ａと誘電体セラミック２の接合界面が直接外部に露出し
ておらず、半導体部３ｂが接合されている。従って、半
導体部３ｂは内部の金属導体部３ａと誘電体セラミック
２の接合界面を保護すると同時に、その接合界面の端部
の密着強度を向上させる。これにより、外部電極用ベー
ストの塗布及び焼付けの工程で自動機で処理する際、積
層誘電体チップを整列させるのに曲げ応力や衝撃力が積
層誘電体チップの半導体部３ｂに作用しても、金属導体
部３ａと誘電体セラミック２の接合界面に集中されるこ
とはなく、この部分の密着強度が高められているので、
亀裂を生じることはない。従って、コンデンサが早期に
劣化するという従来の問題点も解消される。

［実施例２］本実施例２は、第４図に示す様に、内部電極３を金属導
体部３ａと半導体部３ｂとで構成すると共に、半導体部
３ｂが一層ごとに露出した積層誘電体セラミック１の両
端面に半導体層５を形成し、さらにその上に外部電極と
して機能させるためにメッキ被膜７．８を形成したもの
である。製造工程は基本的には前記実施例１と同様であ
る。即ち、第２図に示す誘電体セラミック２（グリーン
シート）上に金属導体部３ａとなるペースト層及び半導
体部３ｂとなるペースト層を形成し、第３図に示す如く
、内部電極３を有しない誘電体セラミック４にて圧着す
る。その後、積層誘電体セラミック１の両端面（半導体
部３ｂが露出している）に半導体化剤にバインダを混入
したペーストを塗布し、所定温度で焼成する。これにて
、半導体層５を両端面に有する積層誘電体が得られ、半
導体層５の上にメッキ被膜７，８が形成されている。メ
ッキ被膜７はニッケル、銅など、メッキ被膜８は半田、
錫などからなる点は前記実施例１と同じである。

具体的には、まず、前記実施例１と同様の誘電体セラミ
ックの組成材料であるＢａＴｉＯｓを８４．３５ｍｏ１
％、ＢａＺｒ０ｍを１５．６５ｍｏ１％カ口えたもの１
００ｗｔ％に対し、ＭｎＣＯ５を０．０７ｗｔ％の割合
で添加した混合粉末を用いて、前記実施例１と同様の工
程で、厚み３５μｍのグリーンシートを形成した。この
後、グリーンシートの一面に金属導体部３ａとなるＰｄ
ペーストをスクリーン印刷法にて印刷し、乾燥後、半導
体部３ｂとなる半導体化剤ペーストをスクリーン印刷法
にて一端部２ａに印刷した。半導体化剤ペーストは、実
施例１と同様にＬａｚＯｓがｔｏｗｔ％となる様にエチ
ルセルロース樹脂、ブチルセロソルブ溶剤を加えたもの
を使用した。この内部電極３となるペースト層を有する
グリーンシートを、第３図に示した様に、端部２ａ、２
ｂを交互に重ねて積層し、熱圧着により半導体化剤ペー
ストが端部２ａに露出した積層体を得た。

次に、前記半導体化剤ペーストを積層体の両端面に塗布
し、乾燥することにより、金属導体ペーストが外部に露
出していない未焼成の積層体を得た。

続いて、この積層体を乾燥した後、空気中にて１３００
°Ｃで２時間焼成し、積層体の磁器化と半導体部３ｂ及
び半導体層５の形成を同時に行なった。これにより、誘
電体セラミックの端面に半導体化剤が拡散され、半導体
層５と内部の金属導体部３ａとが半導体部３ｂを介して
電気的に接続された構造の積層誘電体が得られた。

その後、前記実施例１と同様の工程にて半導体Ｎ５上に
メッキ被膜７．８を形成し、積層セラミックコンデンサ
１を得た。さらに、比較検討するために、半導体層５上
に実施例１と同様の工程でＡｇペーストを塗布、焼付け
たものを用意した。

なお、この様にして製作された積層セラミックコンデン
サは、外形寸法その他は前記実施例１と同様である。ま
た、電気的特性を知るための試験も実施例１と同一の条
件で行なわれ、比較例として採用された従来品も同じ試
料を用いた。

以上の試験による測定結果は、下記表−２の通りである
。

［以下糸　白コ以上の表−２から理解される様に、実施例２における本
発明例の積層セラミックコンデンサも、前記実施例１の
ものと同様に電気的特性が変化することなく高信頼性を
備えていることが明らかとなった。即ち、銀焼付は後及
び半田メッキ後の測定結果は、本実施例２の場合、静電
容量（Ｃ）が共に０．１６μＦであり、誘電損失（ｔａ
ｎ６ｉ　）も共に１．６％であった。また、ＣＲ積は共
に５０００ΩＦであって、これら電気的特性は全く変化
が認められなかった。

これは、実施例１と同様に、メッキを施した際、半導体
層５の存在によってメッキ液が内部電極３と誘電体セラ
ミック２との接合界面に侵入せず、不要物が積層誘電体
セラミック１の内部に存在しないことを示すものである
。勿論、銀くわれの問題もなく、積層セラミックコンデ
ンサは基板に対し適正に接続される。

ところで、本発明に係る積層セラミックコンデンサは、
金属導体部３Ｂと外部電極６あるいは金属導体部３ａと
メッキ被膜７，８とが直接的に接触することなく、半導
体部３ｂないし半導体層５を介して電気的に接続さ１．
ている。このため、前記諸特長を備える他に以下の作用
効果を奏する。

即ち、積層セラミックコンデンサは、半田付は性の向上
を図るため、外部電極の上からメッキ被膜を介して半田
メッキ被膜を形成している。この半田に主として使用さ
れる錫には、一般に多くの金属と合金を作り易い性質を
有しており、特に高温においては著しい。そして、この
金属化合物は、経時的に積層誘電体セラミックの内部に
拡散され、やがては内部電極に広がっていく。この場合
、組成材料が化学変化するためか、コンデンサとしての
電気的特性、例えば誘電率や静電容量が著しく低下する
現象が生じる場合がある。

しかし、本発明に係る積層セラミックコンデンサは、前
記の様に積層誘電体セラミック１と外部電極６との間に
半導体部３ｂさらには半導体層５を形成しているので、
半田メッキ被膜８が錫であっても内部電極３側まで侵入
せず、その拡散も遮断される。従って、積層誘電体セラ
ミック１のコンデンサとしての電気的特性は安定に保た
れる。この様に、本発明に係る積層セラミックコンデン
ザは、半田の組成材料により悪影響を及ぼされることは
ない。

［他の実施例］なお、本発明に係る積層セラミックコンデンサは前記実
施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種
々に変更可能である。

特に、半導体部３ｂ、半導体層５を形成するための半導
体化剤は種々の組成成分のものを用いることができ、誘
電体セラミック材料等も同様である。

また、半導体化剤を積層体の両端面に付着させる方法は
、スパッタリング、気相蒸着、スプレー浸漬等種々の手
法が採用可能であり、これらの手法は導電層を形成する
際にも採用可能である。

及里立羞玉以上詳述した様に、本発明によれば、内部！極を構成す
る金属導体層部分を誘電体セラミック層内に埋設し該積
層誘電体セラミックの端面露出部分ないし外部電極との
間に半導体部ないし半導体層を形成したため、外部電極
にメッキ被膜を形成する際、メッキ被膜が半導体部ない
し半導体層に遮断されて内部電極側に侵入することが防
止される。従って、積層誘電体セラミックの内部におい
ては、不要物が存在せず、コンデンサとしての電気的特
性が劣化することなく、高信頼性を有する。

また、半導体部ないし半導体層は内部電極と誘電体セラ
ミックとの接合界面の端面に形成されるため、その接合
界面を保護し、該接合界面の端面部分における密着強度
が高められ、外部電極を形成する際、曲げ応力や衝撃力
が作用した場合、接合界面に亀裂等が生じることなく、
被膜の剥離も防止される。従って、積層セラミックコン
デンサの劣化が軽減され、長寿命に保たれる効果もある
。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明に係る積層セラミックコンデンサの一例
を示す中央縦断面図、第２図は積層前の誘電体セラミッ
クの一例を示す平面図、第３図は第２図のものの誘電体
セラミック積層時の分解斜視図である。第４図は積層セ
ラミックコンデンサの他の例を示す中央縦断面図である
。１・・・積層セラミックコンデンサ、２・・・誘電体セ
ラミック、３・・・内部電極、３ａ・・・金属導体部、
３ｂ・・・半導体部、５・・・半導体層、６・・・外部
電極、７・・・メッキ被膜、８・・・メッキ被膜。

Claims

【特許請求の範囲】

１．複数の誘電体セラミック層と、それぞれの端縁が該
誘電体セラミック層の両端面に露出する様に該誘電体セ
ラミック層を介して互いに積層された状態で配置されて
静電容量を形成するための複数の内部電極と、前記誘電
体セラミック層の両端面に配置され前記内部電極の端縁
露出部に接続された外部電極とを備えた積層セラミック
コンデンサにおいて、前記内部電極が金属導体層からなる部分と誘電体セラミ
ックの半導体層からなる部分とで構成され、前記内部電
極の半導体層が前記誘電体セラミック層の両端面に露出
して前記外部電極と接続していること、を特徴とする積層セラミックコンデンサ。
２．前記外部電極がメッキ処理により形成されている一
方、前記内部電極の端縁露出部と前記外部電極との間に
誘電体セラミックの半導体層が形成されていることを特
徴とする請求項１記載の積層セラミックコンデンサ。
３．前記半導体層は誘電体セラミック層を半導体化させ
る半導体化剤により形成されていることを特徴とする請
求項１又は２記載の積層セラミックコンデンサ。
４．前記半導体層は誘電体セラミック層に含まれるセラ
ミック粉末に半導体化剤を含有させたものにより形成さ
れていることを特徴とする請求項１又は２記載の積層セ
ラミックコンデンサ。
５．前記外部電極は導電性金属粉末を主成分とする導電
性ペーストの焼付け層にて形成されていることを特徴と
する請求項１記載の積層セラミックコンデンサ。
６．前記焼付け層の上にメッキ層が形成されていること
を特徴とする請求項５記載の積層セラミックコンデンサ
。