JPS6184811A - セラミツクコンデンサ - 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） この発明はセラミックコンデンサ、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ックコンデ
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、セラミック
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、セラミッ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人容退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。

セラミッ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。

■スパッタリング法、真空熱着法、イオンブレーティン
グ法、気相感着法などの真空薄膜形成手段により薄膜状
の誘電体セラミック層を形成する方法。

■誘電体レラミック材料の微結晶化を図って誘電体セラ
ミッ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ッ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ック層を得る方法。

■上記■〜■の方法において、複数の誘電体セラミック
層の間に内部電極を形成し、積層型のセラミックコンデ
ンサを構成して、さらに人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ック層を
薄膜化した上で、容但取出のための電（へてセラミック
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。特に題名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っているのは、誘電
体セラミッ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
ミッ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。

口の酸素初授受は常温にＪ３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、誘電体セラミックがＴｉＯ２、電極がＣｕか
らなるセラミックコンデンサを例にして説明すると、品
温状態、たとえば１５０°Ｃにおいて、ＴｉＯ２および
Ｃｕは次のように変化する。

ＴｉＯ２」ＬニーＴｉ　０２−ｘ Ｃ１１−貴一転１ＣすＯｘ （０（ｘ　　（２） このように誘電体セラミックと電極との間で酸素の授受
が起ると、誘電体セラミックの誘電率〈ε）が変化する
のはもらろｌυのこと、絶縁低抗匂 （ＩＲ）が大きく変化し、そのＪｉｆｆは概敬・２桁以
上低下する。

このような減少は誘電体セラミック層を薄膜化したとき
に特に￥ＣＩ著に現われ、上記したセラミックコンデン
サの薄膜化のための改良手段■〜■によって畳られたセ
ラミックコンデンサに当て嵌る事柄である。

（発明の目的） したがって、この発明は高（晶使用時において誘電体セ
ラミックを還元させない（工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
ッ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ックと、該誘電体セ
ラミックの表面に形成された外部置型用電極との間に酸
化鉱層を介在せしめたことを特徴とするセラミックコン
デンサである。

ここで、誘電体セラミックとしては、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、酸化マグネシラ縫 ムー酸化チタン系、酸化ｌ素糸、などの温度補償系のも
の、あるいは半導体セラミッ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ックなどが含まれる。

また誘電体レラミックの厚みが５０μｍ以下のものにつ
いて、酸化鉄層を誘電体セラミッ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
、誘電体セラミックの厚みが５０μ川を越えると、高温
使用時において電極による誘電体セラミックの還元が生
じているとしても、誘電体セラミッ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。

したかって、この発明における誘電体セラミックとして
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味セラミッ
クについてこの発明を適用しても＜ｉＴＩら不都合はな
く、誘電体セラミックと外部接続用電極との間に酸化鉄
層を介在させることは任意である。

酸化鉄層の形成手段としては、たとえばスパッタリング
法、イオンブレーティング法、臭突蒸着イｌい気（ｇＦ
着法などの薄膜形成手段が用いられる。

このうちスパッタリング法で酸化鉄層を形成する場合、
たとえば金属鉄をターゲットとして用い、スパッタリン
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鉄層を形成する場合、たとえば金
属鉄または金属鉄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って０ワ化鉄層を形成する
ことができる。さらに気相蒸着法の場合には、鉄層を形
成したのち、熱酸化により酸化鉄層を形成することがで
きる。

この酸化鉄層の膜厚としては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ｎ、Ｑｕ
、３ｎ、Ｐｂ−３ｎ、Ｍｎ、Ｍｏ、’Ｗ、Ｔｉ、Ｐｄ、
Ａｆｆｉなどの一種あるいは２種以上の組み合わせがあ
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−Ｎ　ｉ−Ａ　Ｑ
などがある。。

またこの発明にかかるセラミックコンデンサの購造例と
しては、単一層の誘電体セラミックからなるセラミック
コンデンサ、積層型のセラミックコンデンサなどがある
。また上記した各種のセラミックコンデンサ上を粒界絶
縁型とした場合にもこの発明が適用される。

（実力４独１シリ〉 以下、この発明を実施例にしたがって詳細に説明する。

実施Ｐｉ１１１゜ レラミック誘電体原１１扮末として次に示す組成のらの
を準備した。

Ｎｄ　２　Ｔｉ　２０７　　：６３モル％、３ａ　Ｔｉ
　　０３　　：１４モル％、ＴｉＯ２：２３モル％ この原お口う）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のセラミックグリーンシート
を作成した。

このセラミックグリーンシートを長さ７．０　ｍ　ｍ、
幅５．０　ｍ　ｍの大きざに切断し、このシート上にＡ
　ｇｙｏｗｔ％、ｐ　ｄ３０ｖｔ％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
ッ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ットを得た。（１られ
た積層体の各誘電体層の厚みは２０ｃｚｍであった。

次に、この積層焼結ユニットの内部電極が露出する端面
にスパッタリング法によりまず酸化鉄層を形成した。

この酸化鉄層の形成は次の条件により行った。

スパッタ雰囲気：１０％の酸素を含有するアルゴン 圧力　　　　　　：　　２ｘ　１０−３　Ｔ　ｏｒｒタ
ーゲット　　：直径５インチ、厚み１ｍｍの鉄板 電圧　　　　　：　　５００ＶＤ、　Ｃ。

電流　　　　　：　　２．ＯＡ スパッタ時間　：　５分 酸化１人層の膜Ｊ’７　：　２０００Ａ続いて、酸化鉄
層の上に第１層の外部接続用型（Φとして、よｆ半田耐
熱層としてのＮｉ層をスパッタリング法により形成した
。

このＮ１層の形成は次のような条件により行っｔこ。

スパッタ雰囲気：アルゴン 圧力　　　　　　：　　２ｘ１０−３　Ｔｏｒｒターゲ
ット　　：直径５インチ、厚み２ｍｍのニッケル板 電圧　　　　　：　　４８０ＶＤ、　Ｃ。

電流　　　　　：　　２．ＯＡ 時間　　　　　：１５分 膜厚　　　　　：　５０００Ａ さらに、Ｎｉ層の上に第２層の外部接続用電極としてＡ
ｇ）ｔ５をスパッタリング法により形成した。

このＡｑ層は半田付は可能な層としての役割を果たすも
のである。

八（ｌｌｉ’ｙ’ｉの形成は次のような条件により行っ
′た。

スパッタ雰囲気；アルゴン 圧力　　　　　：　　２ｘｌＯ−３Ｔｏｒｒターゲット
　　：直径５インチ、厚み５ｍｍのＡａ板 電圧　　　　　二　５４０ＶＤ、Ｃ：。

電流　　　　　：　　２，０Ａ ｖｆ間　　　　　　　＝　６分 膜庇厚　　　　　；　１μ亀 上記した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った。

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
印化し、１００時間後の絶縁抵抗（ＩＲ）を測定したと
ころ１０１１・Ωであった。ちなみに、この積層コンデ
ンサの絶縁抵抗（ＩＲ）の初期値は１０１Ｔ　　Ωであ
った。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った。

比較例１ 実施例１で１けられた積層焼結ユニットに酸化鉄１１４
を形成往ずに、実施例１と同じ条件で第１層の外部１秒
袂１１４電極で必るＮ１層および第２層の外部接続用型
ｔへである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
ったところ、絶縁抵抗（［Ｒ）は１０時間後に１０９Ω
に低下し、２５時間後には１０６Ωにまで劣化した。

実施例２ Ｓ　「「’　Ｉ　　Ｏ３：　９９．３モル％、Ｊ＞’２
０３　　：　　０．３モＪＬ／　％、Ｓ：　０２　：　
　０，２モＡｚ％、ＡＱ２０３　：　　０，２モル％の
組成となるように、各成分を秤量し、この秤量原料に何
１本バインダを１０徂Ｍ％加え、ボー−ルミルにて　１
６時間回転し、十分に混合、粉砕を行った。これを造粒
後、１００ＯＫ　ＣＩ　／　ｃｍ２の圧力で成形して円
板状の成形体を４４７だ。この成形体を１３５０’Ｃ１
２時間の条件で焼成した。得られたｖｔｉ器の表面にＰ
ｂ、Ｂｉな°どの金属酸化物を塗布し、１０００〜１２
００℃の温度ｊ熱処理を行い、ｖｄ器の結晶粒界を絶縁
体化し、粒界絶縁型半導体磁器素体を作成した。

イＡζ この半導体磁器累次を用い、実施例１ど同様の方法によ
りその表面に酸化鉄層、第１闇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１
１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
負荷寿命試験を行った。その結果、初期値の絶縁抵抗（
ＩＲ）が１Ｑ１ｆ）・Ωであったのに対し、１００時間
後のそれは１０１０　　Ωであり、はとＩν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、
この磁器素体の表面に酸化鉄層を形成せずに、実施例１
と同じ条件で第１層の外部接続用電極であるＮ１層およ
び第２層の外部接続用電通であるＡ（］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と同様に試験を行った
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１ｓ（１３゜ アルミナ塁板上に、下部電極としてＡＣＩ層、Ｎ１層を
実施例１と同様の方法により順次形成し、さらに酸化鉄
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、酸化鉄層の上に誘電体セラミックであるＳｉＯ
２膜を高周波スパッタリング法により５０００Ａの厚み
に形成した。

なお、ＳｉＯ２膜を高周波スパッタリング法により形成
する条件は次のとおりである。

スパッタ雰囲気＝　５％の酸素を含有するアルゴン 圧力　　　　　　：　　５ｘｌＯ−３Ｔｏｒｒターゲッ
ト　　：直径５インチ、厚み５ｍｍの石英板 投入“電力　　　：　　ｓｏｏｗ 時間　　　　　　：１００分 ５ｉ０２喚厚　：　５０００Ａ そののち、５１０２膜の上に酸化鉄層を実施例１ど同様
の方法により形成し、さらにその上にＮ１層、ＡＣＩ層
を実施例１と同様の方法により順次形成し、５１０２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
寿命試験を行った。その結果、初′期値の絶縁抵抗（Ｉ
Ｒ）が１０１３　０であったのに対し、１００時間時間
上れは１０１３　　Ωであった。

比較例３゜ 実施例３による薄膜コンデンサを作成り゛る際において
、酸化鉄層を形成せずに、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っ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１４同様に試験を行った
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、誘電体セラミックと外
部接続用電極との間に酸化鉄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（〜による誘電体セラ
ミックの還元を防止することかでき、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
をもたらりものである。

特　　許　　出　　願　　人 株式会社村田製作所

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘電体セラミックと、該誘電体セラミックの表面
   に形成された外部接続用電極とを含むセラミックコンデ
   ンサにおいて、前記誘電体セラミックと前記外部接続用
   電極との間に酸化鉄層が形成されていることを特徴とす
   るセラミックコンデンサ。
2. （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ックが形成され
   、該誘電体セラミックの上に第２の外部接続用電極が形
   成されてなるセラミックコンデンサにおいて、前記誘電
   体セラミックと第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鉄層が形成されている特許請求
   の範囲第（１）項記載のセラミックコンデンサ。
3. （３）複数層の誘電体セラミックと、該誘電体セラミッ
   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
   電体セラミック素体に、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ックコンデンサにおいて、前
   記誘電体セラミック素体と前記外部接続用電極との間に
   酸化鉄層が形成されている特許請求の範囲第（１）項記
   載のセラミックコンデンサ。
4. （４）前記誘電体セラミックの厚みは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
   ックコンデンサ。
5. （５）前記酸化鉄層の厚みは２μｍ以下である特許請求
   の範囲第（１）項〜第（３）項記載のセラミックコンデ
   ンサ。
6. （６）前記外部接続用電極はスパッタリング法、真空蒸
   着法、イオンプレティング法、気相蒸着法あるいは無電
   解メッ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）項記載のセラミックコ
   ンデンサ。