层叠陶瓷电子部件的制作方法与工艺

文档序号:13108706
技术领域本实用新型涉及一种电介质层极其薄的层叠陶瓷电子部件。

背景技术:
寻求电子设备的小型化以及薄型化,并且寻求其内部所收纳的层叠陶瓷电子部件的小型化以及薄型化。因此,寻求减薄层叠陶瓷电子部件中的电介质层。例如,如专利文献1所示,已知如果减薄层叠陶瓷电子部件中的电介质层,则其制造时会产生裂纹,并且公开了用于防止该裂纹的方法。然而,一直以来,电介质层的厚度的极限为1μm左右,但是,根据最近的技术革新,公开了使电介质层的厚度为0.5μm以下的技术。一直以来,在将电介质层的厚度减薄至0.5μm以下、进一步减薄至0.4μm以下的情况下,没有确立与通过怎样的技术手段来防止裂纹的产生,并且确保静电电容相关的技术。专利文献1:日本特开平7-74047号公报

技术实现要素:
本实用新型鉴于这样的实际情况,其目的在于,提供一种即使在将电介质层的厚度减薄的情况下,也可以抑制裂纹产生,并且静电电容的降低少的层叠陶瓷电子部件。本实用新型人们对于上述目的进行了专门研究,结果发现了:通过仅满足特定的尺寸关系,从而可以提供一种即使在将电介质层的厚度减薄至0.5μm以下、进一步减薄至0.4μm以下的情况下,也可以抑制裂纹产生,并且静电电容的降低少的层叠陶瓷电子部件,至此完成了本实用新型。即,本实用新型所涉及的层叠陶瓷电子部件,其特征在于,所述层叠陶瓷电子部件是具有交替层叠有多个电介质层和多个内部电极层而形成的陶瓷素体、以及在陶瓷素体的表面与所述内部电极层连接的至少一对外部电极的层叠陶瓷电子部件,所述电介质层的厚度为0.4μm以下,所述陶瓷素体的沿着宽度方向的宽度尺寸(W0)为0.59mm以下,沿着所述陶瓷素体的宽度方向,从所述陶瓷素体的外表面到所述内部电极层的端部为止的间隙尺寸(Wgap)为0.010~0.025mm,所述间隙尺寸与所述宽度尺寸的比率(Wgap\/W0尺寸)为0.025以上。根据本实用新型,可以提供一种即使在将电介质层的厚度减薄至0.5μm以下、进一步减薄至0.4μm以下的情况下,也可以抑制裂纹产生,并且静电电容的降低少的层叠陶瓷电子部件,优选,所述内部电极层的厚度(te)与所述电介质层的厚度(td)的比率(te\/td)为1.05以下。优选,在将构成沿着层叠方向位于所述内部电极层之间的所述电介质层的第1电介质颗粒的平均粒径记为Di,将位于外装区域的第2电介质颗粒的平均粒径记为Dg的情况下,Dg\/Di≥1,其中,所述外装区域位于沿着所述层叠方向所述内部电极层夹持所述电介质层而层叠的内装区域的层叠方向外侧。或者,优选,在将构成沿着层叠方向位于所述内部电极层之间的所述电介质层的第1电介质颗粒的平均粒径记为Di,将构成位于与任意一方的所述外部电极连接的所述内部电极层的引出部之间的引出区域的第3电介质颗粒的平均粒径记为Dh的情况下,Dh\/Di≥1。在处于这样的关系的时候,即使电介质层薄层化,静电电容也进一步提高。一般来说,报告了随着电介质层变薄,相对介电常数降低。然而,本实用新型人们发现了:通过控制特定区域的电介质颗粒的粒径,从而即使将电介质层减薄,也可以抑制相对介电常数的降低。附图说明图1是本实用新型的一个实施方式所涉及的层叠陶瓷电容器的概略截面图。图2是沿着图1所示的II-II线的截面图。图3是表示图1所示的层叠陶瓷电容器的制造过程中的生片的层叠工序的概略截面图。图4是表示沿着图3所示的IV-IV线的内部电极层的图案的一部分的平面图。图5A是将图3所示的生片与层叠后的层叠体的X-Z轴平面平行的概略截面图。图5B是将图3所示的生片与层叠后的层叠体的Y-Z轴平面平行的概略放大截面图。符号的说明2…层叠陶瓷电容器、4…电容器素体、6…第1端子电极、8…第2端子电极、10…内侧电介质层、10a…内侧生片、11…外装区域、11a…外侧生片、12…内部电极层、12A,12B…引出部、12a…内部电极图案层、13…内装区域、13a…内部层叠体、14…电容区域、15A,15B…引出区域、16…侧面保护区域、20…阶差吸收层。具体实施方式以下基于附图所示的实施方式来说明本实用新型。层叠陶瓷电容器的整体结构首先,作为本实用新型所涉及的层叠陶瓷电子部件的一个实施方式,对层叠陶瓷电容器的整体结构进行说明。如图1所示,本实施方式所涉及的层叠陶瓷电容器2具有电容器素体4、第1端子电极6和第2端子电极8。电容器素体4具有内侧电介质层10和内部电极层12,在内侧电介质层10之间交替层叠有内部电极层12。交替层叠有内侧电介质层10和内部电极层12的部分为内装区域13。电容器素体4在其层叠方向Z(Z轴)的两端面具有外装区域11。外装区域11层叠多个比构成内装区域13的内侧电介质层10厚的电介质层而形成。交替层叠的一方的内部电极层12具有相对于形成于电容器素体4的Y轴方向第1端部的外侧的第1端子电极6的内侧电连接的引出部12A。另外,交替层叠的另一方的内部电极层12具有相对于形成于电容器素体4的Y轴方向第2端部的外侧的第2端子电极8的内侧电连接的引出部12B。内装区域13具有电容区域14和引出区域15A、15B。电容区域14是沿着层叠方向内部电极层12夹持内侧电介质层10而层叠的区域。引出区域15A是位于与外部电极6连接的内部电极层12的引出部12A之间的区域。引出区域15B是位于与外部电极8连接的内部电极层12的引出部12B之间的区域。如图2所示,在电容器素体4的X轴方向的两端部形成有侧面保护区域16。侧面保护区域16由与构成内侧电介质层10和\/或外装区域11的电介质层的电介质材质相同或者不同的电介质材质构成。另外,引出区域15A和15B由与构成内侧电介质层10相同的电介质材质或者不同的电介质材质构成。构成内侧电介质层10以及外装区域11的电介质层的材质可以相同,也可以不同,没有特别的限定,例如,由ABO3等的钙钛矿结构的电介质材料构成。在ABO3中,A为例如Ca、Ba、Sr等的至少一种,B为Ti、Zr等的至少一种。A\/B的摩尔比没有特别的限定,为0.980~1.020。内部电极层12的材质没有特别的限定,例如可以使用Ni、Cu、Ag、Pd、Al等金属或者其合金。端子电极6和8的材质也没有特别的限定,通常可以使用Ni、Pd、Ag、Au、Cu、Pt、Rh、Ru、Ir等的至少一种或者其合金。通常使用Cu、Cu合金、Ni或者Ni合金等或Ag、Ag-Pd合金、In-Ga合金等。层叠陶瓷电容器2的形状或尺寸可以根据目的或用途适当确定。在层叠陶瓷电容器2为长方体形状的情况下,通常纵向尺寸L0(参照图1)为0.2~5.7mm,在本实施方式中,优选为0.3~3.2mm,进一步优选为0.38~2.1mm,特别优选为0.38~1.60mm。另外,在图1中,将层叠陶瓷电容器2的纵向尺寸L0作为电容器素体4的Y轴方向长度来描绘,与包括端子电极6和8的层叠陶瓷电容器2的Y轴方向长度大致相同。在附图中,为了容易图示,将端子电极6和8的厚度描绘得比实际厚,实际上分别为10~50μm左右,与纵向尺寸L0相比极其薄。另外,在附图中,X轴、Y轴以及Z轴相互垂直,Z轴与内侧电介质层10和内部电极层12的层叠方向一致,Y轴与引出区域15A和15B(引出部12A和12B)被形成的方向一致。如图2所示,层叠陶瓷电容器2的高度尺寸H0通过内侧电介质层10以及内部电极层12的层叠数等而变化,通常为0.2~3.2mm,在本实施方式中,优选为0.2~1.6mm。另外,层叠陶瓷电容器2的高度尺寸H0在图2中作为电容器素体4的Z轴方向的厚度来描绘,由于图1所示的端子电极6和8的厚度充分薄,因此,与包含它们的厚度大致相同。层叠陶瓷电容器2的宽度尺寸W0通常为0.2~5.0mm,在本实施方式中,为0.59mm以下,优选为0.10~0.59mm,进一步优选为0.15~0.59mm,特别优选为0.185~0.47mm。在电介质层的厚度为0.4μm以下的情况下,如果宽度尺寸W0变得过大,则容易在制造后的电容器素体产生裂纹。作为其原因,认为如下所述。认为如果电介质层的厚度变小,则在作为电容形成部的内装区域13,内部电极层的密度相对变大,从而烧成时作用于构成侧面保护区域16或外装区域11的陶瓷层与内部电极之间的应力变大等。特别是如果电介质层的厚度为0.4μm以下,并且宽度尺寸W0成为0.80mm以上,则作为电容形成部的内装区域13中的内部电极的密度大,进一步在陶瓷电容器内所占的面积(体积)也大,因此,应力的影响大,容易产生裂纹。各内侧电介质层10的厚度td(参照图2)通常为数μm~数十μm,在本实施方式中,为0.4μm以下,优选为0.4~0.1μm,进一步优选为0.4~0.3μm。内部电极层12的厚度te(参照图2)优选与内侧电介质层10的厚度相同程度,进一步优选以te\/td小于1.25的方式确定,特别优选以te\/td成为0.95~1.05的方式确定。通过这样构成,从而裂纹抑制效果提高。另外,在本实施方式中,图2所示的各侧面保护区域16的X轴方向的宽度Wgap与沿着陶瓷素体4的宽度方向(X轴方向),从陶瓷素体4的外表面(X轴方向的端面)到内部电极层12的端部为止的间隙尺寸一致。该宽度Wgap为0.010~0.025mm,优选为0.015~0.025mm。如果该宽度Wgap过小,则容易产生裂纹;如果该宽度Wgap过大,则处于静电电容的降低变大的趋势。该宽度Wgap由与电容器2的宽度尺寸W0的关系确定,在本实施方式中,它们的比率Wgap\/W0为0.025以上,如果该比率过小,则处于容易发生裂纹的趋势。另外,在电容器素体4的X轴方向的两侧上形成的各侧面保护区域16的X轴方向的宽度Wgap分别将满足上述的条件作为条件,可以相互相同,也可以相互不同。另外,外装区域11的厚度t0(参照图1)没有特别的限定,优选为15~200μm,进一步优选为15~80μm的范围。通过设定为这样的厚度t0,从而抑制裂纹,并且谋求保护内部电极层12或内侧电介质层10,而且有助于尺寸的小型化。在电容器素体4的Z轴方向的两侧上形成的外装区域11的厚度t0分别以满足上述的条件为条件,可以相互相同,也可以相互不同。特别是在本实施方式中,在将构成内侧电介质层10的第1电介质颗粒的平均粒径作为Di,将位于外装区域11的第2电介质颗粒的平均粒径作为Dg的情况下,优选处于Dg\/Di≥1,进一步优选处于Dg\/Di≥1.05,特别优选处于Dg\/Di≥1.15的关系。通过这样构成,即使电介质层薄层化,静电电容也进一步提高。一般来说,报告了随着电介质层变薄,相对介电常数降低。然而,本实用新型人们发现了:通过控制特定区域的电介质颗粒的粒径,从而即使减薄电介质层,也可以抑制相对介电常数的降低。另外,在本实施方式中,在将构成内侧电介质层10的第1电介质颗粒的平均粒径作为Di,将构成引出区域15A和15B的第3电介质颗粒的平均粒径作为Dh的情况下,优选处于Dh\/Di≥1,进一步优选处于Dh\/Di≥1.1,特别优选处于Dh\/Di≥1.2的关系。通过这样构成,即使电介质层薄层化,静电电容也进一步提高。一般来说,报告了随着电介质层变薄,相对介电常数降低。然而,本实用新型人们发现了:通过控制特定区域的电介质颗粒的粒径,从而即使减薄电介质层,也可以抑制相对介电常数的降低。作为即使将电介质层减薄也可以抑制相对介电常数的降低的理由,例如认为如下所述。即,认为通过使构成外装区域11或者引出区域15A和15B的电介质颗粒的平均粒径大于电容区域14中的电介质颗粒的平均粒径,从而对电容区域14的电介质赋予压缩应力。因此,认为相对介电常数不会提高。由于层叠陶瓷电容器2的电容区域14的电介质是多晶体,因此,不限定压缩方向,但是认为特别是增大外装区域11或者引出区域15A和15B的电介质的结晶粒径有助于相对介电常数的提高。特别地,确认了电介质层10的厚度为0.5μm以下特别有效果。在具有比0.5μm厚的电介质层的情况下,即使没有对层叠陶瓷电容器的电容区域的电介质赋予压缩应力(即使没有控制颗粒比率)相对介电常数也高,但是在0.5μm以下的电介质层中,可以抑制相对介电常数的降低,相反地可以提高相对介电常数。从这样的观点出发,关于能够由与引出区域15A和15B同样的电介质颗粒构成的侧面保护区域16中的电介质颗粒,也可以说是同样的情况。即,在将构成内侧电介质层10的第1电介质颗粒的平均粒径作为Di,将构成侧面保护区域16的第4电介质颗粒的平均粒径作为Dh’的情况下,优选处于Dh’\/Di≥1,进一步优选处于Dh’\/Di≥1.1,特别优选处于Dh’\/Di≥1.2的关系。层叠陶瓷电容器的制造方法接着,对作为本实用新型的一个实施方式的层叠陶瓷电容器2的制造方法进行说明。首先,为了制造烧成后构成图1所示的内侧电介质层10的内侧生片10a以及成为构成外装区域11的外侧电介质层的外侧生片11a,准备内侧生片用膏体以及外侧生片用膏体。内侧生片用膏体以及外侧生片用膏体通常由将陶瓷粉末和有机载体(vehicle)混炼而得到的有机溶剂系膏体或者水系膏体构成。作为陶瓷粉末的原料,可以从成为复合氧化物或氧化物的各种化合物,例如碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物、有机金属化合物等中适当选择并混合来使用。陶瓷粉体的原料在本实施方式中作为平均粒径为0.45μm以下、优选为0.1~0.3μm左右的粉体来使用。另外,为了使内侧生片极其薄,优选使用比生片厚度小的粉体。有机载体是将粘合剂溶解于有机溶剂中而成的。有机载体中使用的粘合剂没有特别的限定,可以从乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛等通常的各种粘结剂中适当选择。另外,使用的有机溶剂也没有特别的限定,可以根据印刷法或薄片法等利用的方法,从二氢松油醇、丁基卡必醇、丙酮、甲苯等各种有机溶剂中适当选择。在生片用膏体中也可以根据需要含有从各种分散剂、增塑剂、电介质、副成分化合物、玻璃粉、绝缘体等中选择的添加物。作为增塑剂,可以列举邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸苄基丁基酯等的邻苯二甲酸酯、己二酸、磷酸酯、二醇类等。接着,准备用于形成图1所示的内部电极层12的内部电极图案层用膏体。内部电极图案层用膏体通过将由上述的各种导电性金属或合金构成的导电材料、或者烧成后成为上述的导电材料的各种氧化物、有机金属化合物、树脂盐酸等与上述的有机载体混炼而调制。另外,在内部电极图案层用膏体中也可以根据需要含有作为普通材料的陶瓷粉末。普通材料起到抑制烧成过程中导电性粉末烧结的作用。使用上述调制的内侧生片用膏体和内部电极图案层用导体,如图3所示,将烧成后成为内侧电介质层10的内侧生片10a与烧成后成为内部电极层12的内部电极图案层12a交替层叠,制造烧成后成为内装区域13的内部层叠体13a。然后,在制造内部层叠体13a之后,或者在其之前,使用外侧生片用膏体,形成烧成后成为外装区域11的外侧电介质层的外侧生片11a。具体来说,首先,通过刮刀法等在作为支撑体的载体薄片(例如PET薄膜)上形成内侧生片10a。内侧生片10a在形成于载体薄片上之后进行干燥。接着,在上述形成的内侧生片10a的表面上使用内部电极图案层用膏体,形成内部电极图案层12a,得到具有内部电极图案层12a的内侧生片10a。然后,将得到的具有内部电极图案层12a的内侧生片10a交替层叠,得到内部层叠体13a。另外,作为内部电极图案层12a的形成方法,没有特别的限定,可以列举印刷法、转印法等。另外,也可以通过粘结层来层叠具有内部电极图案层12a的内侧生片10a。外侧生片11a与内侧生片10a同样地形成于作为支撑体的载体薄片上。外侧生片11a在形成于载体薄片上之后进行干燥。另外,外侧生片11a的厚度比内侧生片10a充分厚。如图4所示,在内侧生片10a的表面形成有内部电极图案层12a,在它们的相互间,形成沿着内部电极图案层12a的长边方向Y的间隙30和沿着内部电极图案层12a的短边方向X的间隙32,它们从平面看成为格子状的图案。也可以在这些格子状的图案的间隙30和32形成图3所示的阶差吸收层20。另外,在图3中仅图示间隙32。通过在这些间隙30和32形成阶差吸收层20,从而在生片10a的表面没有由内部电极图案层12a产生的阶差,并且也有助于防止最终得到的电容器素体4的变形。阶差吸收层20与例如内部电极图案层12a同样地,通过印刷法等形成。阶差吸收层20包含与生片10a同样的陶瓷粉末和有机载体,但是,与生片11a不同,为了通过印刷来形成,以容易进行印刷的方式调整。作为印刷法,可以列举丝网印刷、凹版印刷等,没有特别的限定,优选为丝网印刷。用于形成阶差吸收层20的印刷膏体中的有机结合材料成分(高分子树脂+增塑剂)和各种添加物可以使用与生片用浆料中所使用的相同的物质。但是,它们未必需要与生片用浆料中所使用的完全相同,也可以不同。阶差吸收层20的厚度没有特别的限定,相对于内部电极图案层12a的厚度,优选为50~100%的厚度。另外,代替将内部层叠体13a层叠于外侧生片11a,也可以在外侧生片11a直接交替层叠规定数量的内侧生片10a和内部电极图案层12a。另外,也可以预先制作交替层叠有多片内侧生片10a和多片内部电极图案层12a而成的层叠体单元,将它们层叠规定数量于外侧生片11a。如图5A和图5B所示,将得到的生坯层叠体4a沿着例如切断线C切断成规定的尺寸,从而成为生坯芯片。生坯芯片通过固化干燥除去增塑剂并被固化。固化干燥后的生坯芯片与媒介物和研磨液一起投入到筒状容器内,通过水平离心滚筒研磨机等进行滚筒研磨。滚筒研磨后的生坯芯片用水清洗并进行干燥。对于干燥后的生坯芯片进行脱粘结剂工序、烧成工序、根据需要进行的退火工序,由此可以得到图1所示的电容器素体4。另外,图5A和图5B到底为概略截面图,层叠数量或尺寸关系等与实际的不同。对由此得到的烧结体(元件主体4),通过滚筒研磨等施以端面研磨,烧结端子电极用膏体而形成端子电极6、8。然后,根据需要,在端子电极6、8上通过进行镀敷等而形成焊垫层。另外,端子电极用膏体可以与上述的内部电极图案层用膏体同样地进行调制。由此制造的层叠陶瓷电容器2通过焊接等安装于印刷基板等上,并被使用于各种电子设备等。根据本实施方式的层叠陶瓷电容器2,电介质层10的厚度为0.4μm以下,宽度尺寸W0为0.59mm,间隙尺寸Wgap为0.010~0.025mm,间隙尺寸与宽度尺寸的比率Wgap\/W0尺寸为0.025以上。因此,即使在将电介质层的厚度减薄的情况下,也可以抑制裂纹产生,而且静电电容的降低少。另外,本实用新型不限定于上述的实施方式,可以在本实用新型的范围内进行各种改变。例如,在上述的通常的制造方法中,作为用于形成构成图1和图2所示的内侧电介质层10、外装区域11、引出区域15A和15B的各电介质颗粒的原料,电介质膏体所含的电介质颗粒的粒径大致相同。因此,作为结果得到的图1和图2所示的层叠陶瓷电容器2中,如果将被内部电池层12夹持的电介质层10的厚度减薄至0.4μm以下,则被内部电极层12夹持的电介质层10的电介质颗粒相比于没有被内部电极层夹持的区域11、15A和15B的电介质颗粒,平均粒径更大。作为其原因,认为是由于被内部电极层12夹持的电介质层10的电介质颗粒容易发生晶粒生长。即,在上述的实施方式中,在将构成电介质层10的第1电介质颗粒的平均粒径作为Di,将位于外装区域11的第2电介质颗粒的平均粒径作为Dg的情况下,Dg\/Di<1。另外,在上述的实施方式中,在将构成引出区域15A和15B的第3电介质颗粒的平均粒径作为Dh的情况下,Dh\/Di<1。再有,在将构成侧面保护区域16的第4电介质颗粒的平均粒径作为Dh’的情况下,Dh’\/Di<1。因此,在本实用新型的其它实施方式所涉及的制造方法中,与用于形成构成外装区域11和\/或引出区域15A、15B的各电介质颗粒的电介质膏体原料中所含的电介质颗粒的平均粒径相比,增大作为用于构成图1和图2所示的内侧电介质层10的电介质膏体原料的电介质颗粒的平均粒径。或者,相反地,与作为用于构成内侧电介质层10的电介质膏体原料的电介质颗粒的平均粒径相比,减小用于形成构成外装区域11和\/或引出区域15A、15B的各电介质颗粒的电介质膏体原料中所含的电介质颗粒的平均粒径。作为其结果,在烧成后的电容器素体4中,可以满足Dg\/Di≥1或Dh\/Di≥1或Dh’\/Di≥1的关系、或者全部这些关系。作为其理由,可以认为如下所述。电介质膏体原料的电介质颗粒,粒径越小,则相对于热越有活性,因此,烧成时,容易发生晶粒生长。因此,通过相比于用于构成作为电容部的内侧电介质层10的电介质颗粒的平均粒径,减小构成外装区域11和\/或引出区域15A、15B的电介质颗粒的平均粒径,从而相比于用于构成作为电容部的内侧电介质层10的电介质颗粒,构成外装区域11和\/或引出区域15A、15B的电介质颗粒更容易发生晶粒生长。于是,其结果,可以进一步增大外装区域11和\/或引出区域15A、15B的电介质颗粒。在处于这样的关系时,即使内侧电介质层10薄层化,静电电容也进一步提高。一般来说,报告了随着电介质层10变薄,相对介电常数降低。然而,本实用新型人们发现了:通过控制特定区域的电介质颗粒的粒径,从而即使减薄电介质层10,也可以抑制相对介电常数的降低。再有,在本实用新型中,也可以用改变电介质膏体原料的电介质颗粒的平均粒径以外的方法,使烧成后的电容器素体4满足上述的关系。例如,与作为用于构成内侧电介质层10的电介质膏体原料的电介质颗粒的组成相比,也可以使用于形成构成外装区域11和\/或引出区域15A、15B的各电介质颗粒的电介质膏体原料所含的电介质颗粒的组成不同。例如,也可以将用于形成构成外装区域11和\/或引出区域15A、15B的各电介质颗粒的电介质膏体原料所含的电介质颗粒的组成作为更容易发生晶粒生长的组成。或者,在外装区域11,即使通过使没有连接于端子电极6、8的虚设电极介于外侧电介质生片11a之间等,也能够控制烧成后的电介质颗粒的粒径。另外,本实用新型的层叠陶瓷电子部件不限于层叠陶瓷电容器,可以应用于其它的层叠型陶瓷电子部件。作为其它的层叠型陶瓷电子部件,为电介质层经由内部电极而被层叠的全部的电子部件,例如可以列举带通滤波器、电感器、层叠三端子滤波器、压电元件、PTC热敏电阻、NTC热敏电阻、压敏电阻等。[实施例]以下基于更详细的实施例来说明本实用新型,但是本实用新型不限定于这些实施例。实施例1首先,作为主原料的原料粉体准备平均粒径为100nm的{(Ba1-x-yCaxSry)O...
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