JPH0374822A - 積層セラミック部品の製造方法 - Google Patents

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 本発明は積層セラミック部品の製造方法に関するもので
ある。

従来の技術 積層セラミック部品はチップコンデンサ、チップインダ
クタ、多層配線基板などに多く見られる。とりわけセラ
ミックコンデンサでは、最も電極材料と誘電体材料の積
層化技術が進み、積層数も数１０層〜１００層に及んで
いる。今後とも、ますます高密度実装技術の進展ととも
に各種チップ部品に対する高積層化技術の開発は進めら
れるものと思われる。このように高積層化が進むと電極
材料は材料コスト的に高価なことから、コストに占める
ウエートがますます高くなる一方である。そして、電極
材料は電子部品において重要な材料であり、低コスト化
が最も望まれている材料の一つである。

一般的に、チップコンデンサに用いられる誘電体磁器（
例えばチタン酸バリウム）の焼結温度は高いことから、
内部電極にはＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ。

Ａｇなどの融点が高く、しかも高温で酸化されにくい貴
金属が使われてきた。しかし近年、低コスト化が要望さ
れ、それに呼応してＢａＴｉ０：＋系の磁器誘電体では
、Ａｇの構成比が多いＡｇ−Ｐｄ合金が使用できる低温
焼結型の磁器誘電体の開発が活発になってきた（例えば
、特開昭６２−２０２０１号公報などがある）。また、
高誘電率を示す鉛系誘電体もＰ　ｂ　（Ｍｇ＋ｚ：＋Ｎ
　ｂ２ｚ：＋）　０３を主原料とした、９００℃〜９５
０℃で焼結されるものが既に市販されている。しかしな
がら、これらの誘電体の電極にも、依然としてＡｇの構
成比は多くなったとは言うものの、Ａｇ−Ｐｄ系の高価
な材料が使用されている。現状では、前記のような理由
から依然としてチップコンデンサに占める電極のコスト
が高く、チップコンデンサのコストを下げる有効な手段
には至っていない。そ・こで最近では、Ａｇよりもはる
かにコストが安いＣｕ。

Ｎｉなどの卑金属を内部電極に使用する検討が種種なさ
れている（例えば特開昭５８−６８８０３号公報などが
ある）。しかし、これらの方法も焼結時には内部電極の
酸化を防ぐために窒素中または還元雰囲気中で焼成する
必要があり、コストに占めるガス代が無視でき゛ないこ
とや、中性ガス雰囲気とはいえ高温で焼成するため誘電
体が還元気味になり、十分に焼結しなかったりして特性
のバラツキが起こるなどの問題がある。

発明が解決しようとする課題 前記したように低温焼結の可能なセラミック材料が開発
され、電極ペーストもＡｇ−Ｐｄ、あるいはＡｇの含有
量の多い低コストなものに移行されつつあるが、それで
もＣｕ、Ｎｉなどに比べ１０倍もの価格差があり、その
コストに占める割合は非常に高く、低価格で小型大容量
な積層セラミックコンデンサ、セラミックチップインダ
クタ、あるいは高密度実装を実現できるセラミック積層
回路基板などの各種積層セラミック部品を得るという目
的を満足し得ていない。また、最近では特開昭６３−１
５４０７号公報に開示されるようなＣｕ。

Ｎｉなどの卑金属を用いた積層セラミックコンデンサが
開発されつつあるが、これらの方法も焼結時には内部電
極の酸化を防ぐために窒素中あるいは還元雰囲気中で焼
成する必要があり、窒素の純度管理や焼成時の酸素濃度
管理をしなければならず、コストに占めるガス代も無視
できない。さらには、中性ガス雰囲気中とはいえ、高温
で焼成するため誘電体が還元気味になり、焼結が不十分
になりやすく、内部電極の卑金属材料が誘電体セラミッ
ク中に拡散して特性の変動を起こすなどの問題がある。

本発明は前記のような課題を解決し、安価な電極材料を
使用し、しかもプロセス的にもガス代を節約できるとと
もに特性のバラツキが少ない積層セラミック部品の製造
方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明は前記問題点を解決するため、セラミック材料と
有機バインダーと可塑剤とを含む生シート上に酸化ニッ
ケルを主成分とするペーストで内部電極を形成したもの
を、複数枚積層して積層体を形成する工程と、前記積層
体を空気中で脱バインダー及び焼成して焼結体を形成す
る工程と、前記焼結体を水素または水素を含む混合ガス
中で熱処理して前記酸化ニッケル層を還元し内部電極と
する工程と、この内部電極に導通する外部端子電極を前
記積層体外に形成する工程とにより、積層セラミック部
品を得ようとするものである。

作用 前記のような本発明の方法によれば、セラミック材料の
焼結温度は酸化ニッケルの拡散する温度以下で焼結する
ことができるため、空気中で酸化ニッケルのまま焼成し
てもニッケルのセラミック材料への拡散は防止できる。

そして、セラミック材料の焼結後にセラミック材料が還
元されない温度にて還元されることにより、酸化ニッケ
ルをニッケルに変えて内部電極とする。ここで、酸化ニ
ッケルは融点が１９９８℃と高く熱的に安定な材料であ
り、２００℃以上の温度にて還元性のガス、例えば水素
ガス、アンモニアガスにて還元することによって金属ニ
ッケルとなることが知られている。本発明はこのように
して還元されたニッケルにて内部電極を形成して積層セ
ラミック部品が形成できるようになるのである。したが
って、本発明は電極とセラミック材料との焼結を空気中
で行えるため、窒素などの中性ガス雰囲気中あるいは水
素などの還元雰囲気中で焼成する必要がなく、雰囲気処
理の必要、な工程は、焼結後に酸化ニッケルをニッケル
に還元する工程のみになり、大幅なガス化の節約と中性
雰囲気、還元雰囲気中における焼成時のような特性のバ
ラツキがなくなるむどの大きな利点が得られることとな
る。

実施例 以下に本発明の実施例について具体的に説明する。

〈実施例１〉 まず、誘電体材料としてチタン酸バリウムを主成分とす
る高誘電率系誘電体材料を用いて、その平均粒径が０．
２μｍに分布した誘電体粉体材料をポリポット中に各２
００ｇ採取し、それぞれにポリビニルブチラール２０ｇ
、プチルベンジルフタレー）９ｇ、　　トルエン１５０
ｃｃ、　　エタノール８０ｃｃを加えて撹拌後、ボール
ミル中で１６Ｈｒ混合し、スラリーを作製した。次に、
このスラリーを用いてドクターブレード法で有機フィル
ム上に造膜して、厚さ４０μｍの生シートを得た。

次いで、平均粒径が０．５μｍ、　　１．０μｍ、　　
１．５μｍの酸化ニッケル（Ｎ　ｉ　Ｏ）各１０ｇと、
ポリブチルメタアクリレート（ＰＢＭＡ）をターピネオ
ールに溶かしたビヒクル３ｃｃを加え、三段ロールで混
練し、酸化ニッケルペーストを作製した。この導体ペー
ストを前記加工済の生シート上にスクリーン印刷して電
極パターンを形成した。

同様にして作製した電極形成済生シートを生シート上の
電極が生シートを介して対抗電極として構成されるよう
に積層した。ここで、生シート１層当たりの厚みは４０
μｍ１コンデンサとして作用する有効面積は２．４１１
Ｉ１１２で５層の積層体とした。

次に、熱プレスで７０℃−２５０ｋｇ／ｃａｒの圧力で
ラミネートしてシートを圧縮成型した後、所定の寸法に
切断した。このようにして誘電体材料と酸化ニッケル材
料との積層体を用意した。第１図に積層後の断面を示し
、１はチタン酸バリウム化合物を含有する誘電体生シー
ト、２は酸化ニッケル内部電極である。

次に、この積層体を空気中で１００℃／’　ｈ　ｒの昇
降温速度で１２５０℃で２時間保持し、脱バインダーと
焼結を同時に行った。焼成後、焼結体を水素１００％の
雰囲気炉中で２５０℃で２時間熱処理し、酸化ニッケル
をニッケルに還元した。還元後、外部電極を取付けるた
め、金属ニッケルペーストを塗布し、窒素雰囲気中にて
６００℃で焼付け、内部電極２に導通する外部電極を積
層体外に設けて積層セラミックコンデンサを作製した。

第２図に本発明方法による製造工程図を示している。

このようにして得られた積層セラミックコンデンサの特
性を比較するため、静電容量、誘電損失、絶縁抵抗など
の電気特性を測定した。本発明の方法と従来方法（パラ
ジウム電極を内部電極として構成され、積層数その他は
同一条件で作製された積層セラミックコンデンサ）の特
性を比較するため、従来方法で積層セラミックコンデン
サを作製したものを比較に供した。下記の第１表に静電
容量、誘電損失、絶縁抵抗（ＩＲ）などの特性結果を示
す。

く　　第　　１　　表　　〉 第１表から明らかなように、本発明方法によれば従来の
方法と比べてチップコンデンサ特性として十分に満足す
るものが得られることが解る。また、電極材料コストは
パラジウムに比較して圧倒的に安価であり、工程的に還
元工程を含むが、還元温度が低いことと水素濃度管理が
厳しくないことから、チップコンデンサを大量に処理す
ることができるために、プロセスコスト、材料コストを
考慮して約１０分の１に製造コストが下げられることが
可能である。

〈実施例２〉 多層配線基板を作製するために、Ａｊ’２０３を主成分
とし、フリットとしてホウケイ酸鉛系のガラスが２　ｗ
　ｔ％添加された平均粒径が０．５μｍと２μｍに分布
した絶縁体材料２種類をポリポット中に各２００ｇ採取
し、以下実施例１と同様にして４０μｍの生シート２種
類を得た。次に、平均粒径が１．３μｍの炭酸ニッケル
１０ｇと、ポリブチルメタアクリレート（ＰＢＭＡ）を
ターピネオールに溶かしたビヒクル３ｃｃを加え、三段
ロールで混練し、炭酸ニッケルペーストを作製した。そ
して、多層配線基板は配線回路が構成されたシートが３
次元的に配置されたものであり、作製方法はスルホール
工程を追加するのみにてほぼ前記実施例１と同様にして
、印刷、積層、スルホール工程を繰り返し、各回路ブロ
ック単位に切断、焼成を行って得られるものである。そ
して、焼成後、焼結体を水素５０％、窒素５０％の雰囲
気炉中で２５０℃、４時間還元処理し、空気中焼成によ
って炭酸ニッケルから酸化ニッケルに変化したところの
酸化ニッケルを金属ニッケルに還元した。このようにし
て得られた多層配線基板は、電極としてのニッケルは抵
抗値が実用上十分に低く、マイグレーションに優れ、絶
縁層としてのＡｌ２Ｏ３層は優れた絶縁抵抗などの電気
特性を示した。

なお、本実施例では絶縁層としてＡｊ！２０：＋を主体
とする材料のみを例示したが、酸化ニッケルの融点以下
で焼結するセラミック絶縁体材料（例えばフォルステラ
イト、ステアタイト、マグネンア、チタニア系絶縁体材
料）であれば、本発明の方法を適用できることは言うま
でもない。

また、ニッケルの酸化物として炭酸ニッケルを用いたが
、焼結温度にて酸化ニッケルとなる水酸化ニッケル、硝
酸ニッケルを用いても、さらには酸化ニッケルを含むこ
れらの混合粉を用いても本発明の方法を適用できること
は容易に考えられる。

〈実施例３〉 磁性体粒子として粒径１．５μｍのＮｉ−Ｚｎフェライ
ト粉を準備し、ポリポット中に２００ｇ採取し、以下実
施例１と同様にして４０μｍの生シートを得た。一方、
硝酸ニッケルをバインダーとしてエチルセルローズ、溶
媒としてα−テレピネオールを用いてペースト化する。

その後、磁性体シートと硝酸ニッケルペーストを用いて
生シート上に交互に印刷、積層、スルホール印刷を行い
、硝酸ニッケルの印刷パターンがスパイラル状に構成さ
れる電極構成とする。こ、れはスパイラル状に構成され
た電極を磁性粒子が埋めこんだ構造をしている。

そして、印刷、積層されたインダクター材料はチップサ
イズに切断され、１２５０℃−２時間の焼成条件にて焼
成される。このようにして焼結されたインダクタンス部
品は水素１０％−アンモニア１０％−窒素８０％の雰囲
気中にて２３０℃＝３時間の還元条件にて還元し、ニッ
ケル電極を形成する。このようにして得られたインダク
タンス部品は１００ｍＨの特性を有するチップインダク
タが得られた。

発明の効果

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　セラミック材料と有機バインダーと可塑剤とを
   含む生シート上に酸化ニッケルを主成分とするペースト
   で内部電極を形成したものを、複数枚積層して積層体を
   形成する工程と、前記積層体を空気中で脱バインダー及
   び焼成して焼結体を形成する工程と、前記焼結体を水素
   または水素を含む混合ガス中で熱処理して前記酸化ニッ
   ケル層を還元し内部電極とする工程と、この内部電極に
   導通する外部端子電極を前記積層体外に形成する工程よ
   りなることを特徴とする積層セラミック部品の製造方法
   。
2. （２）内部電極材料に熱処理することによって酸化ニッ
   ケルとなる水酸化ニッケル，炭酸ニッケル，硝酸ニッケ
   ルのうち、少なくともいずれか１種類かあるいは酸化ニ
   ッケルを含むこれらの混合粉を用いることを特徴とする
   請求項１記載の積層セラミック部品の製造方法。