説明

導電性ペースト

【課題】 積層セラミック電子部品の内部電極に用いられ、導電性金属粉末と有機ビヒクルとを含む導電性ペーストに関し、導電性ペーストの焼結時において、導電性金属粉末の収縮を安定して制御させる。
【解決手段】 導電性金属粉末と、有機ビヒクルと、ABO3(AはBa、Ca、Srから選ばれる少なくとも1種であってBaを必ず含み、Bは、Ti、Zr、Hfから選ばれる少なくとも一種であってTiを必ず含む。)で表されるペロブスカイト型化合物を主成分とするセラミック粉末と、を含む導電性ペーストにおいて、前記セラミック粉末が、硝酸塩および硫酸塩のうち少なくとも1種を含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば積層セラミックコンデンサ等の積層セラミック電子部品の内部導体に用いられる、導電性ペーストに関する。
【背景技術】
【0002】
積層セラミック電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサは、以下のようにして製造されるのが一般的である。
【0003】
まず、その表面に、所望のパターンを有する内部導体膜が導電成分を含む導電性ペーストによって形成された、誘電体セラミック原料を含むセラミックグリーンシートが用意される。誘電体セラミック原料としては、たとえば、BaTiO3を主成分とするものが用いられる。
【0004】
次に、上述した内部導体膜が形成されたセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートが積層され、熱圧着され、それによって一体化された生の積層体が作製される。
【0005】
次に、この生の積層体は焼成され、それによって、焼結後の積層体が得られる。この積層体は、上述したセラミックグリーンシートによって与えられる複数のセラミック層を備える積層構造を有し、積層体の内部には、前述した内部導体膜が、セラミック層を介して静電容量を生じさせるように配置されている。
【0006】
次いで、積層体の外表面上には、静電容量を取り出すため内部導体膜の特定のものに電気的に接続される外部電極が形成される。このようにして、積層セラミックコンデンサが完成される。
【0007】
このような積層セラミックコンデンサにおいて、小型化かつ大容量化を目的として、近年、セラミック層の薄層化および多層化が進んでいる。しかしながら、セラミック層の薄層化および多層化を図るためには、セラミック層と内部導体膜との間での焼成時の収縮挙動を可能な限り合わせることが重要な課題となる。
【0008】
通常、焼成時の昇温過程において、内部導体膜に含まれる導電性金属粉末の収縮開始温度は、セラミック層の収縮開始温度よりも大幅に低い。このように、両者の間で収縮挙動に差がある場合、積層セラミックコンデンサの内部に比較的大きな応力が生じ、耐熱衝撃性などが低下するとともに、深刻な場合には、クラックやセラミック層と内部導体膜との間での剥離が生じる。
【0009】
これらの問題を解決するため、セラミック層に含まれるセラミック原料と同じ組成または異なる組成の種々のセラミック原料粉末を、内部導体膜を形成するために用いられる導電性ペーストに添加し、それによって、内部導体膜の収縮挙動を、セラミック層の収縮挙動に近づける方法が、たとえば特許文献1において提案されている。
【0010】
上述した公報では、導電性ペーストに、Zrや希土類元素の酸化物などを添加し、導電性ペーストに含まれる導電性金属粉末の焼結を抑制し、その収縮挙動をセラミック層における収縮挙動に近づけることが記載されていて、これによって、クラックやセラミック層と内部導体膜との間での剥離を生じにくくすることに成功している。
【特許文献1】特開平6−290985号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
近年のエレクトロニクス技術の発展に伴い、電子部品の小型化が急速に進行し、積層セラミックコンデンサにあっても、その小型化かつ大容量化の要望が益々高まっている。たとえば、積層セラミックコンデンサにおいて、そのセラミック層の厚みは1μm以下のものが実用化されようとしている。
【0012】
他方、内部導体膜の厚みは、0.5〜1μm程度であり、そのため、セラミック層の厚みは内部導体膜の厚みに近づいてきている。その結果、焼成時におけるセラミック層と内部導体膜との間での収縮挙動の差による問題が、益々顕著になっており、そのため、積層セラミックコンデンサの構造上の欠陥をより引き起こしやすくなってきている。
【0013】
しかしながら、前述した特開平6−290985号公報に記載された方法では、内部導体膜の収縮挙動が不安定となり、製品の不良率が高くなるという不具合があった。これは、内部導体膜の収縮挙動を制御するセラミック粉末が、導電性金属粉末との濡れ性に乏しく、セラミック粉末と導電性金属粉末とが均一に分散しなかったためである。
【0014】
このような背景の下、積層セラミックコンデンサの益々の小型化かつ大容量化が進んでも、積層セラミックコンデンサの構造上の欠陥を生じさせることなく、また、セラミック層の電気的特性にも実質的な悪影響を及ぼさない、内部導体膜の形成のための導電性ペーストの実現が望まれる。同様のことが、上述した積層セラミックコンデンサに限らず、他の積層セラミック電子部品についても言える。
【0015】
そこで、本発明の目的は、上述したような要望を満たし得る導電性ペーストを提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
すなわち本発明は、導電性金属粉末と、有機ビヒクルと、ABO3(AはBa、Ca、Srから選ばれる少なくとも1種であってBaを必ず含み、Bは、Ti、Zr、Hfから選ばれる少なくとも一種であってTiを必ず含む。)で表されるペロブスカイト型化合物を主成分とするセラミック粉末と、を含む導電性ペーストにおいて、前記セラミック粉末が、硝酸塩および硫酸塩のうち少なくとも1種を含むことを特徴とする。
【0017】
また、前記導電性金属粉末の主成分は、NiまたはNi合金であることが望ましい。
【0018】
さらに、前記セラミック粉末の平均粒径D50値が、前記導電性金属粉末の1/5以下である場合、本発明の効果がより顕著に奏される。
【0019】
また、前記セラミック粉末は、Re化合物(ReはLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuおよびYのうち少なくとも一種を示す)、Mg化合物、Mn化合物およびNi化合物のうち少なくとも1種を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【0020】
本発明の導電性ペーストによれば、導電性金属粉末とセラミック粉末との濡れが良好であり、分散性が良好である。それゆえ、本発明の導電性ペーストを積層セラミック電子部品の内部導体膜に適用し、セラミック層と内部導体膜を同時に焼成した際、内部導体の収縮開始温度を安定して制御することが期待できる。
【0021】
したがって、デラミネーション等の不良率の低い積層セラミック電子部品が得られることが期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
本発明の導電性ペーストは、導電性金属粉末と、有機ビヒクルと、そして、導電性金属粉末の収縮挙動を制御するセラミック粉末とを含む。本発明において特徴的なのはセラミック粉末であり、ABO3で表されるペロブスカイト型化合物を主成分とし、特にチタン酸バリウムが好適である。これは、積層セラミックコンデンサにはチタン酸バリウム系誘電体セラミックが好んで使用されるという背景より、内部導体膜中のセラミック粉末の成分が誘電体セラミック層の成分に近いほうが、内部導体膜とセラミック層との収縮をマッチングさせやすいためである。
【0023】
また、セラミック粉末のチタン酸バリウムは、そのバリウムの一部がカルシウムやストロンチウムで置換されてもよいし、さらに、チタンの一部がジルコニウムやハフニウムで置換されていてもよい。これらの置換があっても、本発明の効果は損なわない。
【0024】
そして、本発明の導電性ペーストにおけるセラミック粉末は、硝酸塩および硫酸塩のうち少なくとも1種を含むことが特徴である。
【0025】
通常のチタン酸バリウム系セラミック粉末では、セラミック粉末の表面には、炭酸塩が多数検出される。本発明では、鋭意研究により、この表面における炭酸塩が導電性金属粉末とセラミック粉末との濡れ性を低下させていることを見出した。
【0026】
そして、このセラミック粉末の表面を硝酸塩または硫酸塩で改質すると、上記炭酸塩の悪影響が排除され、導電性金属粉末とセラミック粉末との濡れ性が向上する。導電性ペースト中のセラミック粉末における炭酸塩、硝酸塩、および硫酸塩は、フーリエ変換赤外線分光法(以下、「FT−IR」と記す)等の分析法により検出される。
【0027】
また、本発明の導電性ペーストでは、その導電性金属粉末の主成分がNiまたはNi合金であることが好ましい。この場合、本発明におけるセラミック粉末の濡れ性向上の作用が特に顕著となる。
【0028】
さらに、本発明の導電性ペーストでは、そのセラミック粉末の平均粒径D50値が、導電性金属粉末の平均粒径D50値の1/5以下であることが好ましい。通常、セラミック粉末の平均粒径が小さくなるほど導電性金属粉末との均一分散性が低下する傾向があるため、セラミック粉末の平均粒径が1/5以下に小さくなると、本発明の作用効果がより顕著となる。
【0029】
また、本発明の導電性ペーストでは、そのセラミック粉末に副成分として、Re化合物(ReはLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuおよびYのうち少なくとも一種を示す)、Mg化合物、Mn化合物およびNi化合物のうち少なくとも1種を含んでいてもよい。これらの化合物は内部導体の収縮挙動の制御をより精密に行うために添加されるものであるが、これらの化合物が存在しても本発明の作用効果は保たれる。また、これらの化合物は、従来より、セラミック粉末と導電性金属との濡れ性低下を防ぐために、予めチタン酸バリウム系粉末と熱処理合成されることが望ましかった。しかしながら、本発明の導電性ペーストにおいては、これらの化合物を予め熱処理合成する必要はないため、製造工程がより簡便となる。
【0030】
次に、本発明の導電性ペーストの製造方法について、本発明の特徴部分であるセラミック粉末を中心として説明する。
【0031】
まず第1の方法を説明する。チタン酸バリウム系セラミック粉末を用意する。この時点では、セラミック粉末の表面は炭酸塩が多く検出される。このセラミック粉末を、硝酸イオンおよび/または硫酸イオンを含む溶媒中に投入し、加熱しながら一定時間攪拌すると、セラミック粉末の表面が改質され、硝酸塩および/または硫酸塩が検出されるようになる。表面改質前の炭酸塩の含有割合は低下する。
【0032】
なお、加熱しながら攪拌する工程を、オートクレーブ等を用いた水熱条件下で行うと、上記表面改質がさらに効率的・効果的に行われる。
【0033】
次に、第2に方法を説明する。これは、チタン酸バリウム系粉末を湿式合成により合成することを前提とするものである。Ti前駆体とBa前駆体よりチタン酸バリウムを溶媒中にて合成する際、この溶媒中に硝酸イオンおよび/または硫酸イオンを含有させておくと、表面に硝酸塩および/または硫酸塩で改質されたチタン酸バリウム系粉末が合成される。
【0034】
この第2の方法を第1の方法と比較すると、湿式合成が前提となるのでコストが高いという問題があるが、製造工程が1工程減るという利点もある。
【0035】
なお、Re化合物やMg化合物、Mn化合物、Ni化合物などの副成分は、硝酸塩および/または硫酸塩を付与する前に、チタン酸バリウム系粉末に付与されていることが、濡れ性を向上させるうえで好ましい。また、これらの副成分は、Ba化合物とTi化合物とを合成する際に共に合成されていてもよい。
【0036】
以上のようにして表面の改質されたセラミック粉末は、従来より公知の方法により、導電性金属粉末と有機ビヒクルと混合され、導電性ペーストが得られる。
【実施例】
【0037】
[実施例1] 四塩化チタンの加水分解により得た含水酸化チタンスラリーを用意し、この酸化チタンスラリーより限外ろ過にて塩素を取り除いた後、酸化チタンスラリーに硝酸ディスプロシウムを添加した。このとき硝酸ディスプロシウムは、チタン100モル部に対して3モル部とした。
【0038】
次に、この酸化チタンスラリーに、チタン100モル部に対して100モル部となるよう無水水酸化バリウムを加え、オートクレーブ中で200℃、15MPaの条件にて、2時間水熱処理を行った。次いで乾燥を行い、1次粒子径が約20nmのチタン酸バリウム系粉末を得た。
【0039】
得られたチタン酸系バリウム粉末に対し、FT−IR(拡散反射法)分析を行ったところ、炭酸塩を示すピークと比較して、硝酸塩の生成を示すピークが強く確認された。NとCの含有率を表1に示す。
【0040】
次に、上記チタン酸バリウム系セラミック粉末25gと、テルピネオール75gを1mmφジルコニアビーズ700gとともに500mlポリポットに投入し、24時間ポット架にて回転させ、十分に分散させたセラミックスラリーを得た。このセラミックスラリーの粒度分布を、動的光散乱方式の粒度分布計を用いて測定した。この結果を表1および図1に示す。
【0041】
次いで、平均粒径0.2μmのニッケル粉末を45重量%、上記チタン酸バリウム系セラミック粉末を5重量%、エチルセルロース/テルピネオールの重量比が1/9である有機ビヒクル35重量%と、テルピネオールを15重量%とを混合し、3本ロールミルを用いて分散混合処理を行った。このようにして、導電性ペーストを得た。
【0042】
この導電性ペーストを、スクリーン印刷にてガラス板上に塗布し、乾燥させてできた塗膜を走査型電子顕微鏡にて観察した。その写真を図2(a)に示す。
【0043】
さらに、この導電性ペーストの塗膜の表面の表面粗さRaを測定した。測定は、非接触型表面粗さ計を用い、JISB0601-1994に従って行われた。この結果を表2に示す。
【0044】
また、この導電性ペーストを乾燥させ、5mmφ×10mmのサイズのペレット状に成形し、焼結前の成形体を用意した。この成形体を、窒素雰囲気中において加熱して焼結させ、その際の長さ方向の熱収縮曲線を熱機械分析法により測定した。この結果を図3に示す。
【0045】
[実施例2] 四塩化チタンの加水分解により得た含水酸化チタンスラリーを用意し、この酸化チタンスラリーより限外ろ過にて塩素を取り除いた後、酸化チタンスラリーに硝酸を添加した。このとき硝酸の含有量は、チタン100モル部に対して3モル部とした。
【0046】
次に、この酸化チタンスラリーに、チタン100モル部に対して100モル部となるよう無水水酸化バリウムを加え、オートクレーブ中で200℃、15MPaの条件にて、2時間水熱処理を行った。次いで乾燥を行い、1次粒子径が約20nmのチタン酸バリウム系粉末を得た。
【0047】
得られたチタン酸系バリウム粉末に対し、実施例1と同様の方法にて、FT−IR分析を行ったところ、炭酸塩を示すピークと比較して、硝酸塩の生成を示すピークが強く確認された。NとCの含有率を表1に示す。
【0048】
次に、実施例1と同様にして、テルピネオール中に上記セラミック粉末の分散したセラミックスラリーを作製し、粒度分布を測定した。この結果を表1および図1に示す。
【0049】
次いで、実施例2のセラミック粉末を用いる以外は実施例1と同じ条件にて、導電性ペーストを作製した。
【0050】
この導電性ペーストにおいて、実施例1と同じ方法にて、塗膜を走査型電子顕微鏡にて観察した。その写真を図2(b)に示す。さらに、実施例1と同じ方法にて、この導電性ペーストの塗膜の表面の表面粗さRaを測定した。この結果を表2に示す。
【0051】
また、実施例1と同じ方法にて、この導電性ペーストの焼結前の成形体を用意し、焼結時の熱収縮曲線を熱機械分析法により測定した。この結果を図3に示す。
【0052】
[実施例3]
四塩化チタンの加水分解により得た含水酸化チタンスラリーを用意し、この酸化チタンスラリーより限外ろ過にて塩素を取り除いた後、酸化チタンスラリーに硝酸カルシウムと無水水酸化バリウムを添加した。このとき、チタン100モル部に対する硝酸カルシウムと無水水酸化バリウムの含有量は、それぞれ3モル部と97モル部であった。
【0053】
次に、オートクレーブ中で200℃、15MPaの条件にて、2時間水熱処理を行った。次いで乾燥を行い、1次粒子径が約20nmのチタン酸バリウム系粉末を得た。
【0054】
得られたチタン酸系バリウム粉末に対し、実施例1と同様の方法にて、FT−IR分析を行ったところ、炭酸塩を示すピークと比較して、硝酸塩の生成を示すピークが強く確認された。
【0055】
[実施例4]
四塩化チタンの加水分解により得た含水酸化チタンスラリーを用意し、この酸化チタンスラリーより限外ろ過にて塩素を取り除いた後、酸化チタンスラリーに硫酸を添加した。このとき硫酸の含有量は、チタン100モル部に対して3モル部とした。
【0056】
次に、この酸化チタンスラリーに、チタン100モル部に対して100モル部となるよう無水水酸化バリウムを加え、オートクレーブ中で200℃、15MPaの条件にて、2時間水熱処理を行った。次いで乾燥を行い、1次粒子径が約20nmのチタン酸バリウム系粉末を得た。
【0057】
得られたチタン酸系バリウム粉末に対し、実施例1と同様の方法にて、FT−IR分析を行ったところ、炭酸塩を示すピークと比較して、硫酸塩の生成を示すピークが強く確認された。
【0058】
[比較例1]四塩化チタンの加水分解により得た含水酸化チタンスラリーを用意し、この酸化チタンスラリーより限外ろ過にて塩素を取り除いた後、酸化チタンスラリーに水酸化ディスプロシウムを添加した。このときの水酸化ディスプロシウムの含有量は、チタン100モル部に対して3モル部とした。
【0059】
次に、この酸化チタンスラリーに、チタン100モル部に対して100モル部となるよう無水水酸化バリウムを加え、オートクレーブ中で200℃、15MPaの条件にて、2時間水熱処理を行った。次いで乾燥を行い、1次粒子径が約20nmのチタン酸バリウム系粉末を得た。
【0060】
得られたチタン酸系バリウム粉末に対し、実施例1と同様の方法にて、FT−IR分析を行ったところ、炭酸塩を示すピークが強く検出され、硝酸塩または硫酸塩の生成を示すピークは検出されなかった。NとCの含有率を表1に示す。
【0061】
次に、実施例1と同様にして、テルピネオール中に上記セラミック粉末の分散したセラミックスラリーを作製し、粒度分布を測定した。この結果を表1および図1に示す。
【0062】
次いで、実施例2のセラミック粉末を用いる以外は実施例1と同じ条件にて、導電性ペーストを作製した。
【0063】
この導電性ペーストにおいて、実施例1と同じ方法にて、塗膜を走査型電子顕微鏡にて観察した。その写真を図2(c)に示す。さらに、実施例1と同じ方法にて、この導電性ペーストの塗膜の表面の表面粗さRaを測定した。この結果を表2に示す。
【0064】
また、実施例1と同じ方法にて、この導電性ペーストの焼結前の成形体を用意し、焼結時の熱収縮曲線を熱機械分析法により測定した。この結果を図3に示す。
【0065】
[比較例2]四塩化チタンの加水分解により得た含水酸化チタンスラリーを用意し、この酸化チタンスラリーより限外ろ過にて塩素を取り除いた後、水酸化バリウムを添加した。このときの水酸化バリウムの含有量は、チタン100モル部に対して100モル部とした。
【0066】
次に、オートクレーブ中で200℃、15MPaの条件にて、2時間水熱処理を行った。このようにして、チタン酸バリウム系粉末を含むスラリーを得た。
【0067】
次いで、このチタン酸バリウム系粉末を含むスラリーに酸化ディスプロシウムを、チタン100モル部に対して3モル部添加し、混合し、乾燥した粉末を700℃において2時間熱処理を行った。このようにして、1次粒子径が約50nmのチタン酸バリウム系粉末を得た。
【0068】
得られたチタン酸系バリウム粉末に対し、実施例1と同様の方法にて、FT−IR分析を行ったところ、炭酸塩を示すピークが強く検出され、硝酸塩または硫酸塩の生成を示すピークは検出されなかった。NとCの含有率を表1に示す。
【0069】
次に、実施例1と同様にして、テルピネオール中に上記セラミック粉末の分散したセラミックスラリーを作製し、粒度分布を測定した。この結果を表1および図1に示す。
【0070】
次いで、実施例2のセラミック粉末を用いる以外は実施例1と同じ条件にて、導電性ペーストを作製した。
【0071】
この導電性ペーストにおいて、実施例1と同じ方法にて、塗膜を走査型電子顕微鏡にて観察した。その写真を図2(d)に示す。さらに、実施例1と同じ方法にて、この導電性ペーストの塗膜の表面の表面粗さRaを測定した。この結果を表2に示す。
【0072】
また、実施例1と同じ方法にて、この導電性ペーストの焼結前の成形体を用意し、焼結時の熱収縮曲線を熱機械分析法により測定した。この結果を図3に示す。
【0073】
【表1】

【0074】
【表2】

【0075】
以上、実施例1、2、および比較例1、2の結果より、チタン酸バリウム系粉末に対し、何等かの形で硝酸または硫酸を付与した実施例1、2については、比較例1、2と比べて、テルピネオール中における凝集粒子径が小さくなり、有機溶剤中における分散性が良好なことがわかった(図1参照)。
【0076】
また、表2のの結果より、チタン酸バリウム系粉末に対し、何等かの形で硝酸または硫酸を付与した実施例1、2については、比較例1、2と比べて、塗膜の表面粗さが小さくなることがわかった。これは、実施例1、2のほうが比較例1、2に比べてセラミック粉末の金属粉末に対する濡れ性が向上していることを示す。
【0077】
また、図3の熱収縮曲線においては、比較例1、2の収縮開始がかなり低温から始まっているのに対し、実施例1、2の収縮はかなり低水準に抑えられることがわかった。
【0078】
以上の結果より、実施例1、2の試料は、導電性ペースト中の分散性が良好であり、かつ焼結時の熱収縮も効果的に抑制可能であるため、積層セラミック電子部品の内部導体として有用であることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【0079】
【図1】テルピネオール中のセラミック粉末の粒度分布。
【図2】導電性ペースト塗膜の顕微鏡写真。
【図3】導電性ペースト成形体の熱収縮曲線。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電性金属粉末と、有機ビヒクルと、ABO3(AはBa、Ca、Srから選ばれる少なくとも1種であってBaを必ず含み、Bは、Ti、Zr、Hfから選ばれる少なくとも一種であってTiを必ず含む。)で表されるペロブスカイト型化合物を主成分とするセラミック粉末と、を含む導電性ペーストにおいて、
前記セラミック粉末が、硝酸塩および硫酸塩のうち少なくとも1種を含むことを特徴とする、導電性ペースト。
【請求項2】
前記導電性金属粉末の主成分が、NiまたはNi合金である、請求項1に記載の導電性ペースト。
【請求項3】
前記セラミック粉末の平均粒径D50値が、前記導電性金属粉末の1/5以下である、請求項1または2に記載の導電性ペースト。
【請求項4】
前記セラミック粉末が、Re化合物(ReはLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuおよびYのうち少なくとも一種を示す)、Mg化合物、Mn化合物およびNi化合物のうち少なくとも1種を含む、請求項1〜3の導電性ペースト。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2008−71513(P2008−71513A)
【公開日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−246618(P2006−246618)
【出願日】平成18年9月12日(2006.9.12)
【出願人】(000006231)株式会社村田製作所 (3,635)
【Fターム(参考)】