JPS6184815A - 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、特に高温時にあける
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口化の検討が行われてお
り、その手段として′ａｌ１９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、真空蒸着法、イオンブレーティン
グ法、気相蒸着法などの真空？ｉＪ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。

■誘電体セ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ック層を
薄膜化した上で、容量取出のための電極をスパッタリン
グ法、真空蒸着法、イオンブレーティング法、気相蒸着
法、あるいは無電解メッキ法により形成してセラミック
コンデンサを構成した場合、種々のトラブルの琵生が見
られる。特に顕著に現われるのは高温使用時での絶縁１
氏抗の劣化である。

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、一方電也が金
属からなることによるものである。

寸なわら、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。

こめ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Ｖ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、高
温状態、たとえば１５０”Ｃにおいて、Ｔｉ○２Ｉ−３
よびＣｕは次のように変化する。

岐（し く：、ｕ　　　　−Ｃｕ　Ｏｘ （０＜Ｘ＜　　２＞ このように誘電体セラミックと？Ｅ、　ｆｆｌ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）
が変化するのはちちろんのこと、絶縁抵抗（［Ｒ）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ック層を薄膜化したとぎ
に特に顕著に現われ、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■〜■によって得られたセラミ
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、この発明は高温使用時において誘電体セラ
ミックを２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〉 すなわら、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接続用゛電極との間に
酸化ニッケル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ウム−ｎす化チタン系、酸化珪素
系などの温度補償系のもの、あるい９ま半導体セラミッ
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。

また誘電体セラミックの厚みが５０μｍ以下のものにつ
いて、酸化ニッケル層をＷ　ｆｆｉ体セクセラミック部
接続用電極の間に介在させた場合にその効県が強く現わ
れる。つまり、誘電体セラミックの厚みが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−０したがって、この発明にＪ３り
る誘電体セラミックとしては厚みが５０μｎ１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ッ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１本セラミックと外部接
続用電極との間に酸化ニッケル層を介在さ仕ることは任
意である。

酸化ニッケル図の形成手段としてｔよ、たとえばスパッ
タリング法、イオンブレーティング法、真空蒸着法、気
相蒸着法、無電解メッキ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ニッケル層を形
成する場合、たとえば金属ニッケル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。Ｊ：た
真空蒸着法で酸化ニッケル層を形成する場合、たとえば
金属ニッケルまたは金属ニッ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って酸化ニ
ッ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ッキ法の場合には、ニッケ
ル層を形成したのら、熱酸化により酸化ニッケル層を形
成することができる。

この酸化ニッケル層の膜厚とし℃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Ａｑ　、
Ａｕ　、Ｃｒ　、Ｚｒ　、Ｖ、Ｎｉ　、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｓ
ｎ、Ｐｂ−３ｎ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐ（１，ＡＮ
などの１種あるいは２種以１の組み合わ１！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−△９などがお
る。

またこの発明にかがるセラミックコンデンサの（、＋４
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を粒
界絶縁型とした場合にもこの発明力（適用される。

（実施例） 以下、この発明を実施例に従って詳細に説明する３゜ 実施例１゜ レラミック誘電体原料゛ｆ））末として次に示す組成の
ものをＱ　＠　した。

Ｎｄ　２　Ｔｉ　２０７　　：６３モル％、３ａ　Ｔｉ
　　０３　　：１４モル％、Ｔ’！０２　：２３モル％
この原料水５）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７．０ｍｍ、幅５
．０ｍ１ｌｌの大きさに切断し、このシート上にＡ　０
７０ｗｔ％、Ｐ　６３０ｗｔ％のＡ（＋−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ｆｔｆ＜ＦＦｐ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°Ｃで焼成して焼結ユニットを得た。得られた
積層体の各誘電体層の厚みは２０μｍ　Ｔ：めった。

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ニッケル層を形成し
た。

この酸化ニッケル層の形成は次の条件により行った。

スパッタ雰囲気：イＯ％の酸素を含有するアルゴン 圧カニ　　２ｘｌＯＴｏｒｒ ターゲット：直径５インチ、厚み２ｍｍのニッケル板 電圧：　　５００ＶＤ、　Ｃ。

電流：２．ＯＡ スパッタ時間＝　５分 酸化ニッケル層の膜ｊ学：　２０００Ａ続いて、酸化ニ
ッケル層の上に第１層の外部接続用電極として、まず半
田耐熱層としてのＮ　ｉ　Ｆｊをスパッタリング法によ
り形成した。

このＮｉ層の形成は次のような条件により行った。

スパッタ雰囲気：アルゴン ＝３ 圧カニ　　２ｘｌＯＴｏｒｒ ターゲット：直（￥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 膜斤：　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層をスパッタリング法により形成した。

このへ〇層は半田付は可（１ヒな層としての役割を県す
ものである。

Ａｑ層の形成は、次のような条件により１ｊつた。

スパッタ雰囲気；アルゴン 圧カニ　　２ｘ１０　　Ｔｏｒｒ ターゲット：直径５インチ、厚み５ｍｍのＡｑ板雷圧：
　　５４０ＶＤ、　Ｃ。

電流：　　２．ＯＡ 時間：６分 膜Ｅ：　　　１　μｍ 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
印加し、１００時間後の絶縁抵抗（ＩＲ）を測定したと
ころ１０　　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１０１１Ω
であった。また、温度４５℃、相対湿度９５％の雰囲気
に設置し、定格゛電圧５０Ｖを印加し、５００時間曳の
箭縁抵抗（ｌＲ）を測定したところ１０　　Ωであり、
初期値のそれにくらべて変化が見られなかつ　Ｉこ　。

比較例１ 実施例１で得られたｆＩＶｒ焼結ユニットに酸化ニッケ
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（々であるＮ１層および第２層の外部接続用電
極であるＡＣｌ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（ＩＲ）は１０時間９　　　　　
　　　　　　　ε 後に１０Ωに低下し、２５時間後には１０　　Ωにまで
劣化しｔこ。

実施例２ Ｓｒ　Ｔｉ　　Ｏｓ　　：　９９．３モル％、Ｙ２　Ｏ
ｎ　　：　　０．３モル％、５ｉ０２　　二　〇、２モ
ル％、Ａり２０り　：０．２モル％の組成となるように
、各成分を秤量し、この秤量原料に有償バインダを１０
（■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１４だ。この
成形体を１３５０℃、２時間の条件で焼成した。司られ
た磁器の表面にｐｂ、３ｉなどの金属酸化物を塗布し、
１０００〜１２００℃の温度で熱処理を行い、磁器の結
晶粒界゛を絶縁体化し、粒界絶縁型半導体ｌ１ｔｉ器素
体を作成した。　この半導体もｕ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ッケル層、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
荷寿命試験を行った。その結果、初期値の絶縁抵抗（Ｉ
Ｒ）が１０　０であったのに対し、１００時間後のそれ
は＋ｏ’ｏＯであり、はとんど絶縁抵抗（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ｖｔｉ器素体の表面に酸化ニッケル層を形成せず
に、実施例１と同じ条件で第１層の外部接続用雷（うで
あるＮ１層および第２層の外部接続用電極であるＡｆｔ
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１０７０に
低下し、２５時間後には１０うΩにまで劣化し　ｌこ　
。

実施例３゜ アルミナ基板上に、下部電極としてＡｇ層、Ｎ１層を実
施例１と同様の方法により順次形成し、さらに酸化ニッ
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、酸化ニッケル層の上に誘電体セラミックである
３ｉ０２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 圧カニ　　５ｘ１０　　Ｔｏｒｒ ターゲット：直径５インチ、厚み５ｍｍの石英板投入電
カニ　　５００Ｗ 時間；１００分 ３ｉ０２膜厚：　５０００八 そののら、３ｉ０２膜の上に酸化ニッケル層を実施例１
と同様の方法により形成し、さらにその上にＮ１層、Ａ
Ｃ１層を実施例１と同様の方？ムにより順次形成し、Ｓ
ｉＯ２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（直の絶縁抵抗（Ｉ
Ｒ）が１０　　ΩであつＩこのに対し、１００時間後の
それは１０　　Ωであった。

比較例３゜ 実施例３によるｉ膜コンデンサを作成する際において、
酸化ニッケル層を形成せずに、その（ｌ！！については
実施例３に記載の方法を実施スることによってａ　１％
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、絶縁抵抗は１０８Ωにまで（氏下しｌこ　。

（効果） 以上のようにこの光［！１１によれば、誘電体セラミッ
クと外部１＆続用電極との間に酸化ニッケル層を介在さ
せることにより、高温使用時において児られる電作によ
る誘電体セラミックの２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
ｌ！ないという効果をもたらすものである。

ＶＩｈ＋　　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
   化ニッケル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ニッケル層が形成され
   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
   に酸化ニッ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）前記酸化ニッケル層の厚みは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。