JP2003197029A - 焼結型電極用導電性粉末、それを用いた導電性塗料、およびその導電性塗料を用いた積層セラミック電子部品と積層セラミックコンデンサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層セラミック電子部品の製造工程におい
て、内部電極の薄層化による内部電極切れや、クラック
やデラミネーション等の構造欠陥を抑制するために、内
部電極材料として適した特性をもつ表面処理ニッケル粉
末を提供すること、およびそれを用いた導電性塗料、さ
らにはこれにより高品質な積層セラミック電子部品を提
供することを目的とする。 【解決手段】 積層セラミック電子部品の内部電極用導
電性粉末の粒子表面をアルミニウムまたはシリコンを含
む有機化合物で処理し、その結果、内部電極とセラミッ
ク層との収縮特性の差を改善しようとするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層セラミックコ
ンデンサーなどの積層セラミック電子部品に用いられる
焼結型内部電極材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大容量化、低ＥＳＲ化を図るため
に積層セラミックコンデンサーの開発が業界で盛んに行
われている。図３に従来の積層セラミックコンデンサー
の構造断面図を示す。同図において、1は積層されたセ
ラミック層内に存在する内部電極、2は複数の内部電極
とセラミック層から成るセラミック体の外周部に、内部
電極と電気的に接続するように形成された外部電極であ
る。同図に示されるような積層セラミックコンデンサー
等の積層セラミック電子部品の焼結型内部電極材料とし
て使用されるニッケル粉末は、バインダー中に分散させ
てペースト化し、セラミックスグリーンシート上に印刷
する。その後、内部電極1が印刷されたセラッミクスグ
リーンシートを多数積層して加熱圧着し、還元雰囲気中
で焼成する。その時、ニッケル粉末が焼結し内部電極1
となる。内部電極の厚みとしては通常、焼成後で２〜３
μｍであるが、近年、積層セラミックコンデンサーの小
型高性能化に伴い、セラミック層の薄層化とともに内部
電極をより薄くする必要が生じてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし内部電極が薄く
なると、内部電極とセラミック層との収縮特性の差か
ら、焼結にともなって応力が発生し、その応力開放のた
めにクラックやデラミネーションなどの構造欠陥が発生
するといった問題が生じる。

【０００４】また、内部電極の薄層化により、分散不良
に起因する内部電極切れの問題も生じる。従って、積層
セラミック電子部品の小型高性能化を実現するために、
セラミック層に近い収縮特性を有し、かつ分散させやす
いニッケル粉末が必要とされている。

【０００５】本発明は、積層セラミック電子部品の製造
工程において、内部電極の薄層化により生じる内部電極
切れや、クラックやデラミネーション等の構造欠陥を抑
制するために、内部電極材料として適した特性をもつ表
面処理導電性粉末を提供すること、およびそれを用いた
導電性塗料、さらにはこれにより高品質な積層セラミッ
ク電子部品を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、積層セラミック電子部品の内部電極材料
である導電性粉末の粒子表面をアルミニウムまたはシリ
コンを含む有機化合物で処理し、その結果として、導電
性粉末の分散性を向上させ、かつ内部電極とセラミック
層との収縮特性の差を改善しようとするものである。さ
らに、アルミニウムまたはシリコンで表面処理された導
電性粉末を用いて導電性塗料を作製し、その導電性塗料
を用いて積層セラミック電子部品、積層セラミックコン
デンサーを作製することにより、クラックやデラミネー
ション等の構造欠陥を抑制しようとするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明はニッケル粉末表面をアル
ミニウムまたはシリコンを含む有機化合物で処理するこ
とを特徴とする。アルミニウムまたはシリコンを含む有
機化合物としてはアルミ系カップリング剤またはシラン
系カップリング剤が好ましい。これによりニッケル粉末
表面が前記有機化合物で被覆されるため、導電性塗料作
製時における樹脂との親和性および溶媒親和性が向上
し、塗料中においてニッケル粉末の分散性が向上する。

【０００８】また、ニッケル粉末表面を上記アルミニウ
ムまたはシリコンを含んだ有機化合物で処理する方法と
しては特に定めないが、前記有機化合物を適当な溶剤に
溶かした後、ニッケル粉末を加えることによりニッケル
粉末表面に前記有機化合物を吸着させるなどの方法を用
いることができる。

【０００９】さらに本発明においては、表面処理された
ニッケル粉末をバインダー溶剤とともに混練分散してペ
ースト化し、導電性塗料とする。

【００１０】また、本発明の積層セラミック電子部品
は、例えば以下のようにして作製される。得られた導電
性塗料をセラミックスグリーンシート上に所定の厚みで
印刷し、未焼成の内部電極層を形成する。その後、内部
電極が印刷されたセラミックスグリーンシートを多数積
層して加熱圧着し、グリーンチップを作製する。あるい
は、導電性塗料をベースフィルムの上に同時に印刷し、
内部電極シートを形成する。その後、内部電極シートを
セラミックスグリーンシート上に加熱圧着することで内
部電極層のみをセラミックスグリーンシートに転写形成
する。得られた内部電極形成セラミックスグリーンシー
トを多数積層して加熱圧着し、グリーンチップを形成す
る。以上のようにして得られたグリーンチップを所定の
方法で焼成を行い、必要に応じて外部電極を形成し、積
層セラミック電子部品を作成する。本発明の導電性塗料
を用いて内部電極層を形成することにより、均質かつ高
分散で凝集のない内部電極層を作製することができる。

【００１１】ニッケル粉末のペースト中での分散性を確
保するには、ペースト中での濡れ性向上が重要であり、
有機化合物による粉末の表面処理が有効に作用する。一
方、薄層の内部電極においては、焼成収縮のタイミング
がセラミックのそれよりも早いと内部電極切れが発生し
導通不良となってしまうため、ニッケル粉末の焼結収縮
のタイミングを遅らせる必要がある。本発明者らは、微
量の金属酸化物の混入により、そのタイミングを遅らせ
ることができることを見出した。高分散薄層電極におい
て、均質に微量の金属酸化物を混在させるためには、有
機金属をカップリング処理によってニッケル粉末に一分
子層吸着を行うことが好ましい。処理した有機金属は、
焼成時に容易に酸化物となり、ニッケル焼結のタイミン
グを遅延させるように作用する。

【００１２】本発明においては、ニッケル粉末表面にア
ルミニウムまたはシリコンが存在することになるが、こ
れらは焼成時に内部電極の表面に移行した後、セラミッ
ク層に拡散する。従って、拡散した結果としてセラミッ
クの電気特性に影響を与えるような元素は使用すること
ができないが、本発明者らは、この要求を満たすものと
して、アルミニウムおよびシリコンを見い出した。これ
らの元素はセラミック層に含まれており、かつ積層セラ
ミック電子部品、例えば積層セラミックコンデンサーで
は誘電特性等の電気特性を左右する元素ではないため、
内部電極からセラミック層に拡散しても積層セラミック
電子部品の電気特性上の影響はなく、さらにガラス質で
の結着性により内部電極とセラミック層との結合が良好
になる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の具体例を説明する。

【００１４】（実施例１）アルミネート系カップリング
剤（味の素ファインテクノ（株）製）１ｇをイソプロピ
ルアルコール１０００ｍｌに分散させた後、ニッケル粉
末（粒径０．２から０．５μｍ）１００ｇを入れ６０分
間攪拌した。その後ろ過・乾燥をし、粒子表面がアルミ
ネート系カップリング剤で処理されたニッケル粉末を得
た。得られたニッケル粉末をペレット状に加圧成形した
後、ＴＭＡ測定措置を用いて窒素雰囲気中で焼成収縮率
を調べた。その測定結果を（表１）に示す。

【００１５】（実施例２）アルミネート系カップリング
剤の代わりにシラン系カップリング剤（信越化学工業
（株）製）を使用した以外は実施例１と同様に行った。
その測定結果を（表１）に示す。

【００１６】（実施例３）アルミネート系カップリング
剤の重量を０．５ｇとした以外は実施例１と同様に行っ
た。その測定結果を（表１）に示す。

【００１７】（比較例１）実施例で用いたニッケル粉末
にカップリング剤で表面処理をせず未処理の状態で使用
した以外は、実施例１と同様に行った。その測定結果を
（表１）に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】（表１）の結果から明らかなように、実施
例１、２の表面処理ニッケル粉末は比較例１の未処理ニ
ッケル粉末と比較して、高温での収縮率が極めて小さく
なっている。また、カップリング剤の重量を半分にした
実施例３においても、比較例１の未処理ニッケル粉末よ
りも、高温での収縮率が小さくなっている。積層セラミ
ックコンデンサー等に用いられるセラミック層は、一般
的に１０００℃付近まで収縮しないことからセラミック
層との収縮率の差が緩和されていると判断できる。

【００２０】（実施例４）実施例１で作製した表面処理
ニッケル粉末を導電材料とし、バインダーとしてエチル
セルロース、溶媒としてターピネオールを用いて所定比
で配合した後、三本ロールで混練し、導電性塗料を作製
した。作製した導電性塗料をキャリアフィルム上に所定
のパターンに所定の厚みで印刷し乾燥を行った。一般的
なニッケル内部電極用Ｂ特性誘電材料を用いて、従来方
法で作製された厚み５μｍの誘電体セラミックシート
に、得られた電極層を熱転写し内部電極層付のセラミッ
クグリーンシートを作製し、このシートを積層すること
で積層セラミックコンデンサーのグリーン体を作製し
た。このグリーン体チップを脱脂後、還元雰囲気下で１
２５０℃で２時間焼成した。その後、外部電極を焼付
け、誘電体厚み３μｍ、内部電極厚み１μｍ、有効層５
０層の積層セラミックコンデンサーを作製した。このコ
ンデンサーを用いて、クラック発生率、導通不良率を調
べた。クラック発生率に関しては、図１でのａに示す方
向で積層セラミックコンデンサーを切断し、その断面を
観察した。導通不良率に関しては、図１でのｂに示す方
向で積層セラミックコンデンサーを切断し、図２に示す
ようにその切断面に外部電極３を形成して、このときの
コンデンサーの抵抗値を測定した。両外部電極間で内部
電極がきちんと接続がとれていれば（ショート）、測定
抵抗値は所定範囲（バラツキがある為）内の低抵抗値に
なるはずであり、両電極間できちんと接続がとれていな
ければ、測定抵抗値は高抵抗値となるはずである。そこ
で、コンデンサーの抵抗値を測定し、抵抗値が所定範囲
内の低い値を示したものを導通良好と判断し、サンプル
の実際の抵抗評価を行い、また、抵抗値が所定値よりも
高いものを導通不良とした。サンプル２００個の測定に
おける評価結果を（表２）に示す。

【００２１】（実施例５）実施例２で作製した表面処理
ニッケル粉末を用いた以外は、実施例４と同様に行っ
た。サンプル２００個の測定での評価結果を（表２）に
示す。

【００２２】（実施例６）実施例３で作製した表面処理
ニッケル粉末を用いたい外は、実施例４と同様に行っ
た。サンプル２００個の測定での評価結果を（表２）に
示す。

【００２３】（比較例２）比較例１で作製した未処理の
ニッケル粉末を用いた以外は、実施例４と同様に行っ
た。サンプル２００個の測定での評価結果を（表２）に
示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】（表２）の結果から明らかなように、実施
例４、５の表面処理ニッケル粉末は比較例２の未処理ニ
ッケル粉末と比較して、クラックの発生が抑制され、か
つ導通不良が改善されている。また、実施例６の表面処
理ニッケル粉末も比較例２の未処理ニッケル粉末よりも
クラックの発生が抑制され、かつ導通不良が改善されて
いる。そのため、内部電極の焼結収縮のタイミングを遅
延でき、かつセラミック層と内部電極との密着性を向上
させたことにより、良好な特性を具現化することができ
た。

【００２６】なお、本実施例では、積層セラミック電子
部品の一例として積層セラミックコンデンサーを用いた
例にて説明したが、積層セラミックコンデンサーに限ら
ず、それ以外の例えば積層バリスタ、積層アクチュエー
ターなどの他の積層セラミック電子部品に適用しても本
実施例と同様の効果が得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明白なように、本発明の
導電性粉末は、ニッケル粉末表面をアルミニウムまたは
シリコンを含む有機化合物で処理することにより、積層
セラミック電子部品の内部電極材料として適した特性を
もつようになる。また、アルミニウムまたはシリコンを
含む有機化合物で表面処理されたニッケル粉末を用いて
導電性塗料を作製することにより、分散性の良い導電性
塗料を得ることができる。

【００２８】さらに、その導電性塗料を用いて積層セラ
ミック電子部品、積層セラミックコンデンサーを作成す
ることにより、セラミック層と内部電極との収縮特性の
差が緩和され、かつガラス成分によりセラミック層と内
部電極との密着性が良くなり、内部電極切れや、クラッ
ク、デラミネーション等の構造欠陥を抑制することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における積層セラミックコンデンサーの
外観の斜視図

【図２】導通不良検査に用いた積層セラミックコンデン
サーの断面図

【図３】従来の積層セラミックコンデンサーの断面図

【符号の説明】

１ 内部電極 ２ 外部電極 ３ 切断面に形成した外部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 棚橋 正和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4K018 AA08 AC03 AC04 BA04 BC09 BC29 FA09 JA16 KA37 KA39 5E001 AB03 AC09 AG01 AH01 5G301 DA10 DD02 DE03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ニッケル粉末表面がアルミニウムまたはシ
   リコンを含む有機化合物で処理されていることを特徴と
   する焼結型電極用導電性粉末。
2. 【請求項２】前記有機化合物がカップリング処理でニッ
   ケル粉末表面に結合されている請求項１記載の焼結型電
   極用導電性粉末。
3. 【請求項３】少なくとも導電性粉末と樹脂成分とを含有
   する焼結型電極形成用導電性塗料において、前記導電性
   粉末中に請求項１記載の導電性粉末が少なくとも５０体
   積％含まれていることを特徴とする導電性塗料。
4. 【請求項４】セラミック内部に電極層が内在するよう
   に、セラミック層と電極層とが交互に積層された構造を
   有する積層セラミック電子部品において、内部の電極層
   を形成するための電極塗料として請求項３記載の導電性
   塗料を用いた積層セラミック電子部品。
5. 【請求項５】セラミック内部に電極層が内在するよう
   に、セラミック層と電極層とが交互に積層された構造を
   有する積層セラミックコンデンサーにおいて、内部の電
   極層を形成するための電極塗料として請求項３記載の導
   電性塗料を用いた積層セラミックコンデンサー。
6. 【請求項６】前記積層セラミック電子部品のセラミック
   層を形成するセラミック材料がガラス成分を含んでいる
   請求項４記載の積層セラミック電子部品。