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Dokumentenidentifikation DE19909300A1 09.09.1999
Titel Monolithisches Keramisches Elektronikbauteil
Anmelder Murata Mfg. Co., Ltd., Nagaokakyo, Kyoto, JP
Erfinder Nakamura, Takanori, Nagaokakyo, JP;
Yamana, Tsuyoshi, Nagaokakyo, JP;
Wada, Nobuyuki, Nagaokakyo, JP;
Miyazaki, Takaharu, Nagaokakyo, JP
Vertreter Rechts- und Patentanwälte Lorenz Seidler Gossel, 80538 München
DE-Anmeldedatum 03.03.1999
DE-Aktenzeichen 19909300
Offenlegungstag 09.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.09.1999
IPC-Hauptklasse H01G 4/12
IPC-Nebenklasse H01G 4/005   
Zusammenfassung In einem monolithischen keramischen Elektronikbauteil, das aus einem Laminat (3), das mehrere laminierte Keramiklagen (2) enthält, die jeweils aus einer gesinterten keramischen Rohmaterialpulverlage hergestellt sind und aus einer Innenelektrode (8, 9) besteht, die aus einem gesinterten Metallpulver hergestellt ist und die längs einer vorbestimmten Berührungsfläche zwischen den Keramiklagen (2) liegt, haben die Keramiklagen (2) eine Dicke von bis zu 3 µm, die Keramikkörner der Keramiklagen nach der Sinterung eine mittlere Teilchengröße von bis zu 0,5 µm und die Innenelektrode eine Dicke von 0,2 µm bis 0,7 µm. Durch die dünnen Innenelektroden wird Delamination verhindert. Durch die angegebene mittlere Teilchengröße der Keramikkörner der Keramiklagen sind Ausbuchtungen und Einsprünge an den Berührungsflächen zwischen den Innenelektroden (8, 9) und den Keramiklagen verringert. Durch die angegebene mittlere Teilchengröße des Metallpulvers läßt sich der Metallfüllfaktor und die Glätte der Innenelektrode (8, 9) steigern und dadurch ihre Bedeckung erhöhen (Figur 1).

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein monolithisches keramisches Elektronikbauteil, wie z. B. einen monolithischen Keramikkondensator und insbesondere eine verbesserte innere Elektrode desselben.

Stand der Technik

Bisher wurden dielektrische Keramikmaterialien wie z. B. Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Calziumtitanat und dergleichen, die eine perowskitartige Struktur haben, wegen ihrer hohen Dielektrizitätskonstanten als Kondensatorwerkstoffe verwendet. Mit der seit einiger Zeit bestehenden Tendenz zur Verkleinerung elektronischer Bauteile sind Kondensatoren als passive Bauteile mit hoher elektrostatischer Kapazität und kleinen Abmessungen gewünscht.

Für monolithische Keramikkondensatoren, die in ihren dielektrischen Schichten dielektrische Keramikmaterialien enthalten, ist es erforderlich, die dielektrischen Keramikmaterialien bei hohen Temperaturen, z. B. bei 1300°C in der Atmosphäre zu brennen. Deshalb wurden für die Innenelektroden Edelmetalle wie z. B. Palladium, Platin und dergleichen und deren Legierungen verwendet. Allerdings sind diese Elektrodenwerkstoffe sehr kostspielig und die Werkstoff kosten haben einen großen Anteil an den Produktkosten. Deshalb ließen sich die Produktkosten nur schwer verringern.

Um die oben erwähnten Schwierigkeiten zu überwinden, hat man versucht, unedle Metalle für die inneren Elektroden eines monolithischen Keramikkondensators einzusetzen. Als Ergebnis wurden eine Vielzahl dielektrischer Keramikstoffe mit Antireduktionseigenschaften derart entwickelt, daß sie in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre gebrannt werden können, was die Oxidation ihrer Elektroden verhindert. Solche unedlen Metalle für die Innenelektroden enthalten Kobalt, Nickel, Kupfer und dergleichen. Unter dem Gesichtspunkt der Herstellungskosten und der Antioxidationseigenschaften ist hauptsächlich Nickel verwendet worden.

Gegenwärtig besteht immer noch Bedarf an noch kleineren monolithischen Keramikkondensatoren mit höherer Kapazität. Aus diesem Grund hat man dielektrische Keramikmaterialien mit höherer Dielektrizitätskonstanten erforscht, deren aus dielektrischen Keramikmaterialien bestehenden Keramikschichten noch dünner sein können. Außerdem hat man verdünnte Innenelektroden entwickelt.

Im allgemeinen werden die Innenelektroden monolithischer Keramikkondensatoren durch einen Druckvorgang, wie z. B. durch Siebdruck aus Metallpulver enthaltenden Pasten gebildet. Z. B. dienen in den meisten Fällen für die in solchen Pasten enthaltenen Metallpulver Nickelpulver, die durch ein Verfahren aus der flüssigen Phase oder durch chemische Dampfabscheidung gewonnen werden und die eine mittlere Teilchengröße über 0,25 µm haben. Jedoch ist es wegen dieser verhältnismäßig großen Teilchen schwierig, dünne Innenelektroden zu bilden.

Wenn Nickelpulver mit einer mittleren Teilchengröße von ungefähr 0,25 µm verwendet werden, mußte die Dicke der Innenelektrode wenigstens 0,8 µm sein, um die dielektrischen Eigenschaften der dielektrischen Keramikmaterialien zu verwirklichen.

Um die elektrostatische Kapazität der monolithischen Keramikkondensatoren zu erhöhen, ist es am wirksamsten, eine dünne Keramikschicht zwischen die Innenelektroden zu legen. Wenn jedoch die Keramikschicht eine Dicke von 3 µm oder weniger hat und gleichzeitig die Innenelektroden jeweils eine Dicke von 0,8 µm haben, tritt oftmals wegen dem unterschiedlichen Schrumpfverhalten der Materialien der Innenelektroden und der Keramikschichten ein Aufblättern oder eine Delamination auf. Dies ist einer der großen Fehler monolithischer Keramikkondensatoren.

Falls das Nickelpulver und/oder das Pulver des keramischen Rohmaterials eine große mittlere Teilchengröße haben, bilden sich große Ausbuchtungen und Einsprünge an den Berührungsflächen zwischen den Innenelektroden und den Keramikschichten. Beim Brennen der Pulver entsteht deshalb die Schwierigkeit, daß die Bedeckung (effektive Elektrodenflächen) der Innenelektroden verringert ist (ein Anwachsen der Häufigkeit von Elektrodenbrüchen). Dies bedingt, daß sich die Zuverlässigkeit des monolithischen Keramikkondensators verringert.

Kurzfassung der Erfindung

Dementsprechend ist es Aufgabe dieser Erfindung, ein monolithisches keramisches Elektronikbauteil, wie z. B. einen monolithischen Keramikkondensator anzugeben, der keine Strukturfehler hat, dessen Innenelektroden und Keramikschichten verdünnt werden können und der sehr gute Leistungsmerkmale, wie z. B. eine hohe Kapazität, geringe Abmessungen und eine hohe Zuverlässigkeit hat.

Diese Erfindung richtet sich auf ein monolithisches keramisches Elektronikbauteil, ausgestattet mit einem Laminat, das mehrere laminierte Keramiklagen hat, die jeweils aus gesinterten Keramikrohmaterialpulverlagen bestehen und mit einer Innenelektrode, die aus einem gesinterten Metallpulver besteht, und die entlang einer vorbestimmten Berührungsfläche zwischen den Keramiklagen liegt.

Um die oben beschriebenen technischen Probleme zu lösen, ist das monolithische keramische Elektronikbauteil dadurch gekennzeichnet, daß die Keramiklagen jeweils eine Dicke von bis zu 3 µm haben und die Keramikkörner dieser Keramiklagen nach der Sinterung eine mittlere Teilchengröße von bis zu 0,5 µm aufweisen und die Innenelektrode eine Dicke von 0,2 µm-0,7 µm hat.

Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße monolithische keramische Elektronikbauteil außerdem eine Außenelektrode, die an jeweils entgegengesetzten Stirnflächen des Laminats gebildet ist, die Keramiklagen bestehen aus dielektrischem Keramikmaterial, und die mehreren Innenelektroden sind so geformt, daß eine Kante jeder Innenelektrode an einer der Stirnflächen des Laminats freiliegt und mit der Außenelektrode elektrisch in Kontakt steht, wodurch ein monolithischer Keramikkondensator gebildet ist.

Bevorzugt dient zur Bildung der Innenelektrode eine Metallpulver enthaltende Paste, wobei das Metallpulver in der Paste eine Dicke von 10 nm bis 200 nm hat. In diesem Fall wird als Metallpulver ein unedles Metall, bevorzugt ein aus Nickel oder einer Nickellegierung bestehendes Metallpulver verwendet.

Bevorzugt wird die das Metallpulver enthaltende Paste zur Bildung der Innenelektroden aufgedruckt.

Bevorzugt hat das Pulver des keramischen Rohmaterials vor der Sinterung zur Bildung der Keramiklagen eine mittlere Teilchengröße von bis zu 500 nm.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines eine Ausführungsform dieser Erfindung darstellenden monolithischen Keramikkondensators 1;

Fig. 2 ist ein fotografisches Bild, das einen Querschnitt durch einen einem konkreteren Ausführungsbeispiel dieser Erfindung entsprechenden monolithischen Keramikkondensator zeigt und das mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen ist; und

Fig. 3 ist ein fotografisches Bild, das einen mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommenen Querschnitt eines herkömmlichen monolithischen Keramikkondensators zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Nachstehend wird ein einer Ausführungsform dieser Erfindung entsprechender monolithischer Keramikkondensator 1 beschrieben, dessen Struktur in Fig. 1 dargestellt ist.

Bezogen auf Fig. 1 enthält ein monolithischer Keramikkondensator 1 ein Laminat 3, das aus Keramiklagen 2 besteht, die aus mehreren laminierten dielektrischen Keramikmaterialien zusammengesetzt sind, und eine erste und zweite Außenelektrode 6 und 7, die jeweils an einer ersten und zweiten Stirnfläche 4 und 5 des Laminats 3 angebracht sind. Der monolithische Keramikkondensator 1 bildet ein chipartiges Elektronikbauteil, das die Form eines Quaders hat.

Erste Innenelektroden 8 und zweite Innenelektroden 9 sind abwechselnd in das Laminat 3 eingebettet. Jede erste Innenelektrode 8 ist jeweils längs einer vorgegebenen Berührungsfläche der Keramiklagen 2 gebildet, und eine Seitenkante jeder ersten Innenelektrode 8 liegt an der ersten Stirnfläche 4 frei und ist dort elektrisch mit der Außenelektrode 6 verbunden. Jede zweite Innenelektrode 9 ist entlang einer vorbestimmten Berührungsfläche der Keramiklagen 2 gebildet, und eine Seitenkante der zweiten Innenelektrode 9 liegt an der zweiten Stirnfläche 5 frei und ist dort mit der Außenelektrode 7 elektrisch kontaktiert.

Zur Herstellung des monolithischen Keramikkondensators 1 werden ein keramisches Rohmaterialpulver, das Bariumtitanat oder dergleichen als Hauptrohstoff enthält und außerdem Zusätze zur Modifikation der Kennwerte als Anfangsrohstoffe vorbereitet. Als keramisches Rohmaterialpulver wird bevorzugt Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von bis zu 500 nm, eingestellt durch Regelung der Calziniertemperatur verwendet. Der Grund dafür wird später beschrieben.

Vorbestimmte Mengen des keramischen Rohmaterialpulvers und der Zusatzstoffe werden gewogen und durch ein Naßmischungsverfahren vermischt und man erhält daraus ein Mischpulver. Insbesondere wird jeder Zusatzstoff in Form seines Oxidpulvers oder Karbonatpulvers zugesetzt und durch ein Naßmischverfahren mit dem keramischen Rohmaterialpulver vermischt. In diesem Fall kann jeder Zusatzstoff in ein Alkoxid oder eine Verbindung umgesetzt werden, wie z. B. Acetylacetonat oder Metallseife, so daß er in organischem Lösungsmittel lösbar ist. Eine die jeweiligen Zusatzstoffe enthaltende Lösung kann auf die Oberflächen des keramischen Rohmaterialpulvers aufgetragen und dann wärmebehandelt werden.

Daraufhin wird organischer Binder und ein Lösungsmittel dem oben beschriebenen Mischpulver zugesetzt und ein Keramikbrei bereitet. Mit dem Keramikbrei wird ein keramisches Rohblatt zur Bildung jeder Keramiklage 2 geformt. Die Dicke jedes keramischen Rohblatts ist so festgelegt, daß dessen Dicke nach dem Brennen bis zu 3 µm beträgt.

Dann wird auf das keramische Rohblatt ein elektrisch leitfähiger pastöser Film, z. B. durch Siebdruck oder dergleichen aufgedruckt, um jeweils die ersten und zweiten Innenelektroden 8 und 9 zu bilden. Die Dicke des leitfähigen pastösen Films ist so festgelegt, daß die Dicke der Innenelektrode nach dem Brennen im Bereich von 0,2 bis 0,7 µm liegt.

Die zur Bildung des oben erwähnten pastösen Films dienende Paste enthält Metallpulver, einen Binder und ein Lösungsmittel. Bevorzugt hat das Metallpulver eine mittlere Teilchengröße von 10 bis 200 nm. Der Grund dafür wird später beschrieben. Z. B. wird eine Nickelpulver, einen Ethylzellulosebinder und ein Lösungsmittel wie z. B. Terpineol oder dergleichen enthaltende Paste verwendet. Die Paste wird sorgfältig mittels einer drei Walzen enthaltenden Mühle oder dergleichen bereitet, um das Nickelpulver, das eine mittlere Teilchengröße von 10 bis 200 nm hat, zu verteilen oder um eine Aufflockung des Pulvers zu vermeiden und um das Pulver ausreichend zu dispergieren.

Das oben beschriebene Metallpulver, insbesondere das Nickelpulver kann günstig durch chemische Dampfabscheidung, Wasserstoffbogenentladung oder Verdampfen im Gas bereitet werden.

Bei der chemischen Dampfabscheidung wird Nickelchlorid erhitzt und verdampft und der dadurch erzeugte Nickelchloriddampf, getragen von einem Edelgas, in Berührung mit Wasserstoff bei einer vorbestimmten Temperatur zur Reaktion gebracht, wodurch Nickelpulver entsteht. Das Nickelpulver wird durch Abkühlen des das Nickelpulver enthaltenden Reaktionsgases angesammelt.

Die Wasserstoffbogenentladungsmethode enthält eine Bogenentladung in einer wasserstoffgashaltigen Umgebung, um Nickelfeinpulver zu schmelzen und zu verdampfen. Aus der Gasphase wird ein Nickelfeinpulver geformt. Insbesondere wird ein Wasserstoff oder eine nicht oxidierende Wasserstoffgasverbindung enthaltendes Gas oder ein Mischgas des obigen Gases mit einem Edelgas wie z. B. Ar, He, Xe oder dergleichen in ein Reaktionsgefäß geleitet, wo ein einen Lichtbogen, Plasma oder dergleichen verwendender Heizer liegt, um eine Mischgasatmosphäre zu erzeugen. Durch die mit dem Lichtbogen oder durch das Plasma erzeugte Hitze, läßt sich das Wasserstoff oder die nicht oxidierende wasserstoffhaltige Verbindung in der Atmosphäre leicht aktivieren (anregen, aufspalten, dissoziieren, ionisieren und dergleichen). Die sich einstellenden aktiven Spezies (angeregte Wasserstoffmoleküle, Wasserstoffmolekülionen, Wasserstoffatome, Wasserstoffatomionen, Ionen freier Radikale und dergleichen) reagieren positiv mit dem Nickel, das durch die vom Lichtbogen oder vom Plasma erzeugte Hitze geschmolzen wird und lösen sich in dem geschmolzenen Nickel. Wenn der Wasserstoff in der Nickelschmelze in einer die Übersättigungsmenge übersteigenden Menge gelöst ist (mehr als die Sättigungsmenge im Gleichgewicht), wird Wasserstoff aus der Nickelschmelze frei. In diesem Fall wird örtlich ein Zustand hoher Temperatur erzeugt, der die Verdampfung von Nickel fördert, d. h., daß Nickeldampf frei wird. Der Nickeldampf wird kondensiert und abgekühlt und so das Nickelfeinpulver erzeugt.

Das Verfahren zur Verdampfung im Gas umfaßt das Erhitzen und Schmelzen eines Nickelblocks mit einer Heizvorrichtung, z. B. mit einem Hochfrequenz-Induktionsheizgerät oder dergleichen in einem Edelgas (Ar, He, Xe oder dergleichen) enthaltenden Gefäß. Das Erhitzen wird fortgesetzt, bis Nickeldampf erzeugt wird. Der erzeugte Nickeldampf wird mit dem in der Atmosphäre enthaltenen Edelgas in Kontakt gebracht, um ihn abzukühlen und zu verfestigen, so daß auf diese Weise feines Nickelpulver erzeugt wird.

Mehrere Rohblätter mit den darauf in der oben beschriebenen Weise gebildeten Filmen aus leitfähiger Paste werden laminiert, gepreßt und, wenn nötig, geschnitten. Auf diese Weise wird das Laminat 3 in seinem Rohzustand gebildet, indem mehrere keramische Rohblätter mit den darauf längs vorbestimmten Berührungsflächen zwischen den keramischen Rohblättern gebildeten Filmen aus leitfähiger Paste, die die Innenelektroden 8 und 9 bilden, laminiert werden, und die die Innenelektroden 8 und 9 bildenden Filme aus leitfähiger Paste liegen mit ihren Seitenkanten jeweils an den Stirnflächen 4 und 5 frei.

Dann wird das Laminat 3 in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt. In diesem Fall beträgt die nach der Sinterung gemessene mittlere Korngröße der die Keramiklagen 2 bildenden Keramikkörner bis zu 0,5 µm. Der Grund dafür wird später beschrieben.

Danach werden die erste und zweite Außenelektrode 6 und 7 jeweils an der ersten und zweiten Stirnseite 4 und 5 des Laminats 3 derart gebildet, daß die Außenelektroden elektrisch mit den Seitenkanten der ersten und zweiten Innenelektroden 8 und 9 im gebrannten Laminat 3 verbunden sind.

Die Stoffzusammensetzung für die Außenelektroden 6 und 7 ist nicht besonders beschränkt. Insbesondere sind dieselben Stoffe wie für die Innenelektroden 8 und 9 verwendbar. Zusätzlich können beispielsweise die Außenelektroden 6 und 7 aus gesinterten Lagen aus einer Vielfalt von elektrisch leitfähigen Metallpulvern gebildet werden, wie z. B. Ag, Pd, Ag-Pd, Cu, Cu-Legierungen oder dergleichen, oder auch aus gesinterten Lagen der oben erwähnten leitfähigen Metallpulver, die mit Glasfritten der Art B2O3-Li2O-SiO2- BaO, B2O3-SiO2-BaO, Li2O-SiO2-BaO, B2O3-SiO3-ZnO oder dergleichen bestehen. Die Materialzusammensetzung für die Außenelektroden 6 und 7 wird sorgfältig ausgewählt, abhängig von der Verwendung, den Einsatzorten und dergleichen des monolithischen Keramikkondensators 1.

Die Außenelektroden 6 und 7 können durch Auftragen einer ein Metallpulver enthaltenden Paste als Stoff der Außenelektrode 6 und 7 auf das Laminat 3 nach dem Brennen und anschließendes Brennen, wie oben beschrieben, gebildet werden. Die Außenelektroden 6 und 7 können durch Aufbringen der Paste auf das Laminat 3 vor dem Brennen und dann durch gleichzeitiges Brennen der Paste und des Laminats 3 gebildet werden.

Danach werden die Außenelektroden 6 und 7, wenn nötig, jeweils mit Plattierlagen 10 und 11 beschichtet, die z. B. aus Ni, Cu oder einer Ni-Cu-Legierung bestehen. Außerdem können auf die Plattierlagen 10 und 11 zweite Plattierlagen 12 und 13 aus Lot, Zinn oder dergleichen aufgebracht werden.

Die Erfindung definiert die Dickenbereiche der Innenelektroden 8 und 9, die mittlere Teilchengröße der Keramikkörner nach der Sinterung, die die Keramiklagen 2 bilden und die Dicke der Keramiklagen 2. Außerdem definiert die Erfindung die bevorzugten Bereiche der mittleren Teilchengröße des in der die Innenelektroden 8 und 9 bildenden Paste enthaltenen Nickelpulvers und die mittlere Teilchengröße des zur Bildung der Keramikschicht in der oben beschriebenen Weise verwendeten Keramikrohmaterialpulvers vor dem Sintern. In dieser Beschreibung bedeutet "mittlere Teilchengröße" eine 50% der Teilchen entsprechende Größe (D50) der Teilchengrößenverteilung auf numerischer Basis, ermittelt durch eine Bildauswertung einer elektronenmikroskopischen Fotografie des Pulvers oder der Körnchen.

Die Erfindung definiert die Dicke der Innenelektroden 8 und 9 bis zu 0,7 µm. Einer der Gründe dafür ist, daß, wenn die Keramiklagen 2 dünn sind, z. B. eine Dicke von bis zu 3 µm haben, dickere Innenelektroden 8 und 9, die Nickel enthalten und die Keramiklagen 2 nicht vor einer durch unterschiedliche Schrumpfung zwischen den Lagen verursachten Delamination bewahrt werden könnten.

Anders gesagt kann, wenn die Innenelektroden 8 und 9 eine Dicke von bis zu 0,7 µm haben, die Dicke der Keramiklagen 2 ohne Schwierigkeiten auf 3 µm oder weniger festgelegt werden. Dies trägt zur großen Kapazität des monolithischen Keramikkondensators bei.

Zusätzlich ist die Dicke der Innenelektroden 8 und 9 zu wenigstens 0,2 µm definiert. Dies liegt daran, daß das in den Innenelektroden 8 und 9 enthaltene Nickel, wenn die Dicke der Innenelektroden weniger als 0,2 µm beträgt, mit der in den Keramiklagen 2 enthaltenen Keramik während der Calzinierung reagiert und dadurch eine Oxidation des Nickels und wegen dieser Oxidation eine Delamination verursacht werden. In diesem Fall können die Innenelektroden ihre Funktionen nicht erfüllen.

Weiterhin definiert die Erfindung die mittlere Teilchengröße der die Keramiklagen 2 bildenden Keramikkörnchen nach dem Sintern zu maximal 0,5 µm. Der Grund dafür ist folgender. Wenn die mittlere Teilchengröße der Keramikkörnchen bis zu 0,5 µm reicht, wird die Größe der Einsprünge und Ausbuchtungen an der Berührungsfläche zwischen den Innenelektroden 8 und 9 und der Keramiklage 2 verringert. Dieser Effekt verhindert Elektrodenbruch der Innenelektroden 8 und 9, erhöht die Bedeckung (effektive Elektrodenfläche) der Elektrode und unterbindet eine mit den Einsprüngen und Ausbuchtungen an den Berührungsflächen einhergehende Konzentration des elektrischen Feldes. Dieser Umstand trägt zu einer Verlängerung der durch einen Hochtemperaturbelastungstest gemessenen Lebensdauer bei. Auf diese Weise läßt sich die Zuverlässigkeit des monolithischen Keramikkondensators steigern.

Die mittlere Teilchengröße des in der zur Bildung der Innenelektroden 8 und 9 dienenden Paste enthaltenen Nickelpulvers ist bevorzugt im Bereich von 10 bis 200 nm definiert. Der Grund dafür ist folgender.

Wenn die mittlere Teilchengröße des Nickelpulvers unter 10 nm liegt, ist die Einstellung einer für einen Druckvorgang wie z. B. Siebdruck ausreichenden Viskosität der Paste erschwert. Auch wenn die Paste, die eine so hohe Viskosität hat, durch Siebdruck aufgedruckt wird, lassen sich die Filme aus leitfähiger Paste, die die Innenelektroden 8 und 9 bilden, nur schwer mit hoher Glätte ausbilden. Durch Verkratzen und Kraterbildung entstehen Fehler, die die Bedeckung reduzieren und Elektrodenbruch verursachen können.

Andererseits ist es, wenn die mittlere Teilchengröße des Nickelpulvers 200 nm überschreitet, schwierig die die Innenelektroden 8 und 9 bildenden Filme aus leitfähiger Paste mit ausreichend hoher Glätte zu bilden, so daß die Bedeckung verringert ist. Außerdem entstehen Ausbuchtungen und Einsprünge an den Berührungsflächen zwischen den Innenelektroden 8 und 9 mit der Keramiklage 2.

Die mittlere Teilchengröße des die Keramiklagen bildenden Keramikrohmaterialpulvers vor dem Sintern ist bevorzugt bis maximal 500 nm definiert. Dies liegt daran, daß der Keramikfüllfaktor im Rohblatt erhöht und die Glätte des Rohblatts erhöht sind, wenn die mittlere Teilchengröße des Keramikrohmaterialpulvers bis zu 500 nm beträgt, so daß die in einer Dicke von bis zu 3 µm gebildete Keramiklage ohne Schwierigkeiten hergestellt werden kann.

Durch die Auswahl nicht nur des oben beschriebenen bevorzugten Bereichs der mittleren Teilchengröße des in der die Innenelektroden 8 und 9 bildenden Paste enthaltenen Nickelpulvers sondern auch des bevorzugten Bereichs der mittleren Teilchengröße des zur Bildung der Keramiklagen 2 dienenden Keramikrohmaterialpulvers vor der Sinterung ergibt vorteilhaft verbesserte Ergebnisse in Bedeckung, Zuverlässigkeit und dergleichen.

In der oben beschriebenen Ausführungsform wird als monolithisches keramisches Elektronikbauteil ein monolithischer Keramikkondensator beschrieben. Jedoch kann diese Erfindung auch bei andersartigen monolithischen keramischen Elektronikbauteilen wie z. B. bei einem mehrlagigen Keramiksubstrat und dergleichen angewendet werden, das im wesentlichen dieselbe Struktur wie der monolithische Keramikkondensator hat.

Als Metallpulver, das in der die Innenelektroden bildenden Paste enthalten ist, stehen Pulver aus Nickellegierungen und anderen unedlen Metallen wie z. B. Kupfer und Kupferlegierungen und Edelmetallpulver zusätzlich zu dem oben genannten Nickelpulver zur Verfügung.

Beispiel

Nun wird die Erfindung bezogen auf besondere Beispiele im einzelnen beschrieben. Es ist verständlich, daß die praktische Ausführung dieser Erfindung, so lange sie nicht von dem in den Patentansprüchen definierten Umfang abweicht, nicht auf das nachfolgende Beispiel beschränkt ist. Z. B. ist als dielektrisches Keramikmaterial in dem beschriebenen Beispiel nur eine Bariumtitanat-Keramikart beschrieben. Jedoch hat man nachgewiesen, daß sich dieselben Vorteile wie mit der Bariumtitanatkeramik auch mit anderen dielektrischen Keramikarten erzielen lassen, die eine perowskitartige Struktur haben und die als Hauptkomponente Strontiumtitanat, Calziumtitanat und dergleichen verwenden.

Ein die in Fig. 1 gezeigte Struktur aufweisender monolithischer Keramikkondensator 1 wurde in dem Beispiel erzeugt.

1. Bereitung der Probe

Zuerst wird Bariumtitanatpulver (BaTiO3) als keramisches Rohmaterialpulver durch Hydrolisieren bereitet. Das BaTiO3- Pulver wurde bei den verschiedenen in Tabelle 1 aufgelisteten Calziniertemperaturen calziniert und so verschiedenartige BaTiO3-Pulver A-E bereitet, deren mittlere Partikelgrößen (D50) im Bereich von 0,1 bis 0,8 µm lagen. TABELLE 1



Danach wurden den oben beschriebenen BaTiO3-Pulvern A-E Zusätze (αDy + βMg + γMn und Si-Sinterhilfsmittel) in Form des in Tabelle 2 gezeigten Karbonatpulvers in unterschiedlichen durch Mol-Teile angegebenen Mengen zugesetzt und vermischt. Auf diese Weise wurden verschiedenartige Keramikzusammensetzungen bereitet. TABELLE 2



In der in Tabelle 2 enthaltenen Spalte die mit "Art der Keramikzusammensetzung" bezeichnet ist, geben die Bezugszeichen mit einem Zusatz "a" (z. B. Aa) die Arten der bei der Sinterung kein Kornwachstum bildenden Keramiken an. In diesem Fall ist die Teilchengröße nach der Sinterung im wesentlichen dieselbe wie die des Keramikrohmaterialpulvers. Die mit dem Zusatz "b" versehenen Bezugszeichen (z. B. Ab) geben Keramikarten an, die bei der Sinterung unmittelbares Kornwachstum zeigten. In diesem Fall wurden die mittleren Teilchengrößen der Keramikkörner größer als die der Rohmaterialpulver.

Jeder der in Tabelle 2 gezeigten Keramikzusammensetzung der Bariumtitanatart wurde Polyvinylbutyralbinder und ein organisches Lösungsmittel wie z. B. Ethanol oder dergleichen zugesetzt und naß mit einer Kugelmühle vermischt und dadurch ein Keramikbrei erzeugt. Darauffolgend wurde der Keramikbrei mittels einer Rakel in die Form eines keramischen Rohblatts gebracht. Dafür wurde die Schlitzweite der Rakel so eingestellt, daß keramische Rohblätter einer Dicke von 4,2 µm oder 1,4 µm entstanden. Die Dicken von 4,2 µm und 1,4 µm der keramischen Rohblätter entsprechen jeweils den Dicken von 3 µm und 1 µm der Keramiklagen, nachdem diese laminiert und gebrannt wurden, wie in den später beschriebenen Ergebnissen und der Auswertung ersichtlich ist.

Getrennt davon wurden Nickelpulver aus sphärischen Nickelteilchen mit jeweils unterschiedlichen Teilchengrößen von 5 nm, 15 nm, 50 nm, 100 nm, 180 nm und 250 nm vorbereitet. Genauer wurden unter diesen Nickelpulvern die Pulver mit der mittleren Teilchengröße von 5 nm und 15 nm mit dem oben beschriebenen Verdampfungsverfahren im Gas bereitet, die Pulver mit der mittleren Teilchengröße 50 nm und 100 nm mit dem Wasserstoffbogenentladungsverfahren und die Pulver mit den mittleren Teilchengrößen 180 nm und 250 nm mit chemischer Dampfabscheidung erzeugt.

Danach wurden zu 42 Gew.-% der jeweiligen Nickelpulver 44 Gew.-% eines organischen Bindemittels, das durch Auflösen von 6 Gew.-% eines ethylzelluloseartigen Binders in 94 Gew.-% Terpineol bereitet wurde und 14 Gew.-% Terpineol zugesetzt, genügend gemischt und mittels einer Dreiwalzenmühle dispergiert. Auf diese Weise wurde eine Paste bereitet, in der das Nickelpulver in ausreichender Verteilung enthalten war.

Auf die oben beschriebenen Keramikrohblätter wurden jeweils die Nickelpasten durch Siebdruck aufgedruckt. In diesem Fall wurden Proben mit 1,2 µm, 1,0 µm, 0,6 µm, 0,3 µm und 0,15 µm Dicke, die nach dem Trocknen der Filme aus den leitfähigen Pasten gemessen wurde, bereitet. Die Dicken 1,2 µm, 1,0 µm, 0,6 µm, 0,3 µm und 0,15 µm, wie sie nach dem Trocknen der Filme aus den leitfähigen Pasten gemessen wurden, entsprechen jeweils den Dicken 0,8 µm, 0,7 µm, 0,4 µm, 0,2 µm und 0,1 µm der Innenelektroden nach dem Laminier- und Brennvorgang.

Darauffolgend wurden eine Vielzahl keramischer Rohblätter in mehrere Lagen so laminiert, daß die oben beschriebenen Filme aus leitfähiger Paste abwechselnd an den Stirnseiten des Laminats freiliegen und anschließend unter Erwärmung zu einem einstückigen Körper gepreßt. Dann wurde der einstückige gepreßte Körper in eine vorbestimmte Größe zerschnitten und ergab einen Rohchip in Form eines Rohlaminats. Das Rohlaminat wurde bei 300° in einer N2- Atmosphäre erhitzt, um den Binder auszubrennen und anschließend in einer reduzierenden Atmosphäre aus H2-N2-H2O- Gas bei einem Sauerstoffpartialdruck von 10-9 bis 10-12 MPa zwei Stunden lang gebrannt. Die Brenntemperatur folgte einem in den mit "Brenntemperatur" bezeichneten Spalten in den hier enthaltenen Tabellen 3, 4 und 5 angegebenen Profil, bei dem die jeweiligen Rohchips zwei Stunden bei einer maximalen Brenntemperatur im Bereich von 1100 bis 1300°C gehalten wurden.

Nach dem Brennen wurden die beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Laminats mit einer Glasfritte der Art B2O-Li2O-SiO2-BaO enthaltenden Silberpaste beschichtet und in einer N2-Atmosphäre bei einer Temperatur von 600°C gebrannt, um elektrisch mit den Innenelektroden verbundene Außenelektroden zu bilden.

Die Außenabmessungen des so erzeugten monolithischen Keramikkondensators waren 5,0 mm Breite, 5,7 mm Länge und 2,4 mm Dicke. Die Dicke der zwischen den Innenelektroden liegenden Keramiklagen war 3 µm oder 1 µm. Die Anzahl der effektiven dielektrischen Keramiklagen betrug 5 und die Fläche der gegenüberliegenden Elektroden pro Lage betrug 16,3 × 10-6 m2.

2. Auswertung der Proben

Die jeweiligen Proben der auf diese Weise erzeugten monolithischen Keramikkondensatoren wurden wie folgt hinsichtlich ihrer Laminatstrukturen, elektrischen Kennwerte und Zuverlässigkeit ausgewertet.

Um die mittleren Teilchengrößen der die Keramiklagen der monolithischen Keramikkondensatoren bildenden Keramiklagen zu bestimmen, wurden die polierten Abschnitte der monolithischen Keramikkondensatoren chemisch geätzt und mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht.

Außerdem wurden, um die Dicke der Innenelektroden und der Keramiklagen zu ermitteln, die polierten Abschnitte der monolithischen Keramikkondensatoren mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht.

Hinsichtlich der Delamination oder Aufblätterung der monolithischen Keramikkondensatoren wurden Abschnitte der Proben poliert und mit einem Mikroskop visuell untersucht. Somit wurde das Verhältnis der Anzahl der Proben, bei denen eine Delamination auftrat (Delaminationsauftrittsverhältnis) auf Grundlage der Gesamtzahl der geprüften Proben ermittelt.

Um die Bedeckung (die mit einer Elektrode bedeckte Fläche) der Innenelektroden quantitativ zu ermitteln, wurden die Innenelektroden von der Probe abgelöst und eine mit einem Mikroskop hergestellte Fotografie der so gebildeten leeren Löcher durch eine Bildanalyse der Fotografie bewertet.

Die hinsichtlich ihrer Struktur als gut bewerteten Proben wurden auf folgende elektrisch Kennwerte geprüft.

Die elektrostatische Kapazität (C) und der dielektrische Verlust (tan δ) wurden nach der JIS-Norm Nr. 5102 mittels einer automatischen Meßbrücke gemessen, die Dielektrizitätskonstante (ε) wurde aus der gemessenen elektrostatischen Kapazität berechnet.

Für einen Hochfeuchtigkeitsbelastungstest wurde die zeitabhängige Änderung des Isolationswiderstandes jeder Probe ermittelt, während eine Gleichspannung von 10 kV/mm bei einer Temperatur von 150°C angelegt war. Die Zeit während der sich der Isolationswiderstand (R) der Probe auf 105 Ω oder weniger verringerte, wurde als Ausfallzeit der Probe genommen. Die mittlere Lebensdauer der Proben, das ist die mittlere Zeitdauer, bis die Proben ausfielen, wurde ermittelt.

Die so erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen 3, 4 und 5 enthalten. Die Kennwerte der Proben, deren Probennummern mit einem Stern "*" versehen wurden, weichen von dem Umfang dieser Erfindung ab.

3. Dicke der Innenelektroden und mittlere Teilchengröße des Nickelpulvers

Die nachstehende Tabelle 3 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke der Innenelektroden und dem Auftrittsverhältnis der Delamination der unten beschriebenen Proben, deren Keramiklagen 3 µm oder 1 µm dick sind und deren Innenelektroden unterschiedliche Dicken haben. D. h., die obigen Proben wurden aus der Keramikzusammensetzung hergestellt, die kein Kornwachstum hat und die in der Spalte "Art der Keramikzusammensetzung" in Tabelle 2 mit dem Bezugszeichen Ba bezeichnet ist, und BaTiO3-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 0,2 µm enthält, welches durch das Bezugszeichen B in der Spalte "Art des BaTiO3-Pulvers" in Tabelle 1 angegeben ist und das nach dem Brennen eine mittlere Keramikteilchengröße von 0,2 µm zeigt.



In Tabelle 3 zeigten die Proben Nr. 1-4 und 17-20, die jeweils mit einem "*" bezeichnet sind, eine Dicke der Innenelektroden von 0,8 µm. Das Auftrittsverhältnis der Delamination war hoch. In den Proben 14-16 und 30-32, die ebenfalls mit dem "*" bezeichnet sind, war die Dicke der Innenelektroden 0,1 µm. In diesem Fall trat ebenfalls Delamination mit hohem Auftrittsverhältnis auf. In den Proben 14-16 und 30-32 trat Delamination wegen der Oxidation von Nickel auf.

Andererseits trat, wenn die Innenelektrodendicke im Bereich von 0,2-0,7 µm liegt, wie bei den Proben Nr. 5-13 und 21-28 Delamination nie oder selten auf.

Die oben beschriebenen Ergebnisse zeigen, daß Delamination vermieden oder verhindert werden kann, wenn die Dicke der Innenelektrode im Bereich von 0,2-0,7 µm liegt, wenn die Dicke der Keramiklage bis zu 3 µm reicht.

Nachstehend werden die Kennwerte, insbesondere die mittlere Teilchengröße des Nickelpulvers, mit dem die Dicke der Innenelektrode im Bereich von 0,2-0,7 eingestellt werden konnte, diskutiert.

Bei den Proben Nr. 5 und 21 ist die mittlere Teilchengröße des Nickelpulvers 250 nm. Die Bedeckung und die erreichte Kapazität waren verringert. Bei den Proben Nr. 13 und 29 ist die mittlere Teilchengröße des Nickelpulvers 5 nm. In diesem Fall waren auch die Bedeckung und die erreichte Kapazität verringert.

Andererseits zeigte sich bei den Proben Nr. 6-12 und 22-28, daß die Verringerung der Bedeckung vermindert werden kann und eine hohe elektrostatische Kapazität erreichbar ist, wenn die mittlere Teilchengröße des Nickelpulvers in den Bereich von 10-200 nm gelegt wird. Strukturfehler wie z. B. Delamination und dergleichen lassen sich vermeiden, obwohl der monolithische Keramikkondensator eine Keramikfilmdicke von bis zu 3 µm hat, wenn die Dicke der Innenelektrode im Bereich von 0,2-0,7 µm liegt. Um eine geringere Verringerung der Bedeckung und eine hohe elektrostatische Kapazität sicherzustellen, liegt die mittlere Teilchengröße des Nickelpulvers bevorzugt im Bereich 10-200 nm.

4. Mittlere Teilchengröße der Körner der Keramikzusammensetzung, die kein Kornwachstum zeigte

Die nachstehende Tabelle 4 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke der Innenelektroden und dem Delaminationsauftrittsverhältnis der unten beschriebenen Proben, bei denen die mittlere Teilchengröße der die Keramiklagen des monolithischen Keramikkondensators bildenden Keramikkörner nach der Sinterung unterschiedlich sind, d. h., daß sie 0,1 µm, 0,3 µm, 0,5 µm und 0,8 µm dick sind, und die Dicke der Keramiklage 3 µm oder 1 µm beträgt. Die obigen Proben wurden aus Keramikzusammensetzungen hergestellt, die in der Spalte "Art der Keramikzusammensetzung" in Tabelle 2 mit den kein Kornwachstum angebenden Bezugszeichen Aa, Ca, Da und Ea angegeben sind und die BaTiO3-Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,1 µm, 0,3 µm, 0,5 µm und 0,8 µm enthalten, wie sie in der Spalte "Art des BaTiO3-Pulvers" in Tabelle 1 jeweils mit den Bezugszeichen A, C, D und E angegeben sind.



In Tabelle 4 beträgt, wie bei den in der obigen Tabelle 3 gezeigten Proben, bei den Proben Nr. 41, 46, 51 und 56, die jeweils mit dem Zusatz "*" versehen sind, die Dicke der Innenelektroden 0,8 µm. Delamination tritt mit hohem Verhältnis auf. Die Proben Nr. 45, 50, 55 und 60, die jeweils mit einem "*" versehen sind, haben eine Dicke der Innenelektroden von 0,1 µm. In diesem Fall tritt Delamination auch mit hohem Verhältnis auf. Bei den Proben Nr. 45, 50, 55 und 60 geschieht die Delamination wegen der Oxidation des Nickels.

Andererseits tritt Delamination nicht auf, wenn die Dicke der Innenelektroden im Bereich 0,2-0,7 µm liegt, wie dies die Proben Nr. 42-44, 47-49, 52-54 und 57-59 zeigen.

Anhand der oben beschriebenen Ergebnisse wird deutlich, daß Delamination verhindert oder unterbunden werden kann, wenn die Dicke der Keramikschicht bis zu 3 µm beträgt und der Dickenbereich der Innenelektroden von 0,2-0,7 µm reicht.

Bei den in Tabelle 4 aufgelisteten Proben ergab sich folgende Tendenz. D. h., daß die Ausbuchtungen und Einsprünge an den Berührungsflächen zwischen den Innenelektroden und den Keramiklagen groß und dadurch die mittlere Lebensdauer dieser Proben verkürzt sind, wenn das Keramikrohmaterialpulver und die Körner eine große Abmessung haben, auch wenn die mittlere Teilchengröße der Keramikrohmaterialpulver im Bereich von 100-800 nm liegt. Besonders ist die mittlere Lebensdauer verhältnismäßig kurz, d. h., kürzer als 50 Std., wenn die mittlere Teilchengröße des keramischen Rohmaterialpulvers 800 nm und die mittlere Größe der Körner 0,8 µm beträgt.

Andererseits ist die Zuverlässigkeit gesteigert, z. B. beträgt die mittlere Lebensdauer 50 Std. oder länger, wenn die mittlere Teilchengröße der Körner bis zu 0,5 µm reicht, wie die Proben Nr. 44, 47-49, 54 und 57-59 zeigen.

Die oben angeführten Ergebnisse zeigen, daß Delamination auch vermieden werden kann, wenn der monolithische Keramikkondensator eine Filmdicke der Keramiklage von bis zu 3 µm hat, wenn die Dicke der Innenelektroden im Bereich von 0,2 bis 0,7 µm liegt. Wenn die mittlere Teilchengröße der Körner bis 0,5 µm reicht, läßt sich die mittlere Lebensdauer verlängern.

5. Mittlere Teilchengröße für die zu leichtem Kornwachstum fähige Keramikzusammensetzung

Die nachstehende Tabelle 5 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke der Innenelektroden und dem Delaminationsauftrittsverhältnis der nachstehend beschriebenen Proben, deren mittlere Teilchengrößen im Bereich von 0,2 bis 1,0 µm der Keramikkörnchen, die die Keramiklagen in einer Dicke von 3 µm oder 1 µm der monolithischen Keramikkondensatoren bilden, nach der Sinterung anders sind, was durch Kontrolle der Brenntemperatur erreicht wird. Die obigen Proben wurden aus den Keramikzusammensetzungen, die mit den Bezugszeichen Ab, Cb, Db und Eb in der Spalte "Art der Keramikzusammensetzung" in Tabelle 2 angegeben sind und die ein leichtes Kornwachstum zeigen und BaTiO3-Pulver mit mittleren Teilchengrößen von 0,1 µm, 0,3 µm, 0,5 µm und 0,8 µm haben, die in Tabelle 1 in der mit "Art des BaTiO3- Pulvers" bezeichneten Spalte mit den Bezugszeichen A, C, D und E bezeichnet sind.



In Tabelle 5 ist bei den mit einem "*" versehenen Proben Nr. 61, 65, 75 und 79 die Dicke der Innenelektroden 0,8 µm und es tritt mit hohem Verhältnis Delamination auf, wie auch bei den oben beschriebenen, in den Tabellen 3 und 4 gezeigten Proben. Außerdem ist bei den mit "*" bezeichneten Proben Nr. 69, 72, 83 und 86 die Dicke der Innenelektroden 0,1 µm, und auch hier tritt Delamination mit hohem Verhältnis auf. Bei den Proben Nr. 69, 72, 83 und 86 tritt Delamination wegen Oxidation von Nickel auf.

Andererseits tritt, wie die Proben Nr. 62-64, 66-68, 70, 71, 73, 74, 76-78, 80-8 2, 84, 85, 87 und 88 zeigen, keine Delamination auf, wenn die Dicke der Innenelektroden im Bereich von 0,2-0,7 µm liegt.

Anhand der obigen Beschreibung erkennt man, daß Delamination verhindert oder unterbunden werden kann, wenn die Dicke der Keramiklagen bis zu 3 µm beträgt und die Dicke der Innenelektroden von 0,2 µm bis 0,7 µm reicht.

Die mittleren Größen der Teilchen der Keramikrohmaterialpulver der in Tabelle 5 gezeigten Proben liegen im Bereich von 100-800 nm, und die mittlere Teilchengröße der Körnchen liegt im Bereich von 0,2-1,0 µm Hinsichtlich jeder der in Tabelle 5 gezeigten Proben, bei denen die mittlere Teilchengröße des Rohmaterialpulvers und die Teilchengröße groß sind, treten große Ausbuchtungen und Einsprünge an den Berührungsflächen zwischen den Innenelektroden und den Keramikschichten auf. Aus diesem Grund ergibt sich die Neigung, daß die mittlere Lebensdauer verkürzt ist.

Insbesondere beträgt bei den Proben Nr. 62-64, 73, 74, 76- 78, 87 und 88 die mittlere Teilchengröße der Körner wenigstens 0,7 µm Von diesen Proben ist bei der Probe Nr. 62 und 76 die mittlere Teilchengröße des Keramikrohmaterialpulvers bereits groß, nämlich 800 nm. Bei den Proben Nr. 63, 64, 73, 74, 77, 78, 87 und 88 beträgt die mittlere Teilchengröße der Körner wenigstens 0,7 µm, obwohl die mittlere Teilchengröße des Keramikrohmaterialpulvers bis 500 nm reicht. Besonders wächst bei den Proben Nr. 73, 74, 87 und 88, obwohl die mittlere Teilchengröße des Keramikrohmaterialpulvers gering ist, nämlich 100 µm, die mittlere Teilchengröße der Körner auf bis zu 1,0 µm durch den Anstieg der Brenntemperatur auf 1250°C. Wenn die mittlere Teilchengröße der Körner 0,7 µm oder größer ist, ist, unabhängig von der mittleren Teilchengröße des Keramikrohmaterialpulvers, die mittlere Lebensdauer kurz, nämlich kürzer als 50 Std.

Andererseits erkennt man die Neigung, daß sich die Zuverlässigkeit verbessert, und die mittlere Lebensdauer länger als 50 Std. ist, wie die Proben Nr. 66-68, 70, 71, 80-82, 84 und 85 zeigen, wenn die mittlere Teilchengröße des Keramikrohmaterialpulvers unter 500 nm, nämlich 300 nm oder 100 nm und auch die mittlere Teilchengröße der Körner 0,5 µm oder weniger betragen.

In den Proben Nr. 66 und 80 ist die mittlere Teilchengröße des Nickelpulvers 250 nm, und die Bedeckung und die sich ergebende Kapazität sind verringert. In den Proben Nr. 71 und 85 beträgt die mittlere Teilchengröße des Nickelpulvers 5 nm. Auch in diesem Fall sind sowohl die Bedeckung als auch die sich ergebende Kapazität verringert.

Andererseits lassen sich bei den Proben Nr. 62-64, 67, 68, 70, 73, 74, 76-78, 81, 82, 84, 87 und 88 aufgrund der im Bereich von 10-200 nm liegenden mittleren Teilchengröße des Nickelpulvers hohe elektrostatische Kapazitäten erzielen.

Wie die oben beschriebenen Ergebnisse zeigen, läßt sich Delamination auch in den Fällen der monolithischen Keramikkondensatoren verhindern, deren Keramiklagen eine Dicke von bis zu 3 µm haben, wenn die Dicke der Innenelektroden im Bereich von 0,2-0,7 µm liegt. Zusätzlich kann die mittlere Lebensdauer trotz Kornwachstums der Keramikmaterialien verlängert werden mit der Bedingung, daß die mittlere Teilchengröße der Körner bis zu 0,5 µm reicht. Wenn die mittlere Teilchengröße des für die Innenelektroden verwendeten Nickelpulvers im Bereich von 10-200 liegt, ist die elektrostatische Kapazität des monolithischen Keramikkondensators erhöht, und die Verringerung der Bedeckung geringer.

6. Rasterelektronenmikroskopische Fotografie des Querschnitts durch einen monolithischen Keramikkondensators

Die Fig. 2 und 3 sind mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommene Fotografien der polierten Querschnitte der monolithischen Keramikkondensatoren.

Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen monolithischen Keramikkondensator. In dieser Fotografie sind mehrere Keramiklagen 14 und Innenelektrodenlagen 15 zu erkennen, die längs den Berührungsflächen zwischen den Keramiklagen 14 liegen. Fig. 3 zeigt einen bekannten monolithischen Keramikkondensator, bei dem mehrere Keramiklagen 16 und Innenelektroden 17 entlang den Berührungsflächen zwischen den Keramiklagen 16 vorgesehen sind.

Die oben erwähnten, in den monolithischen Keramikkondensatoren gebildeten, Nickel enthaltenden Innenelektrodenlagen 15 und 17 wurden durch eine Ätzung mit Kupfer(II)- Chlorid vor dem Fotografieren entfernt, so daß die Hohlräume übrig bleiben.

Für den erfindungsgemäßen monolithischen Keramikkondensator, wie in Fig. 2 gezeigt, haben die Keramiklagen 14 jeweils eine Dicke von 2,0 µm und die Innenelektroden (Innenelektrodenlagen 15) jeweils eine Dicke von 0,5 µm. Bei dem bekannten, in Fig. 3 gezeigten monolithischen Keramikkondensator sind jeweils die Dicken der Keramiklagen 16 zu 2,5 µm und die der Innenelektroden (Innenelektrodenlagen 17) jeweils zu 1,4 µm festgelegt.

Anhand der Fig. 2 ist zu erkennen, daß bei dem erfindungsgemäßen monolithischen Keramikkondensator die Ausbuchtungen und Einsprünge an den Berührungsflächen zwischen den Innenelektroden (Innenelektrodenlagen 15) und den Keramiklagen 14 klein sind und kein Elektrodenbruch trotz der dünnen Innenelektroden (Innenelektrodenlagen 15) in einer Dicke von 0,5 µm auftritt.

Andererseits hat der in Fig. 3 gezeigte bekannte monolithische Keramikkondensator verhältnismäßig große Ausbuchtungen und Einsprünge an den Berührungsflächen zwischen den Innenelektroden (Innenelektrodenlagen 17) und den Keramiklagen 16, und Elektrodenbruch tritt trotz dünner Innenelektroden (Innenelektrodenlagen 17) auf, deren Dicke 1,4 µm beträgt. Weiterhin tritt Delamination in dem bekannten monolithischen Keramikkondensator auf, obwohl dies die Fotografie der Fig. 3 nicht deutlich zeigt.

Wie die obige Beschreibung zeigt, sind bei dem erfindungsgemäßen monolithischen Keramikkondensator die Innenelektroden in einer Dicke von 0,2 µm bis 0,7 µm gebildet. Deshalb läßt sich Delamination bei dem keramischen Elektronikbauteil verhindern, wenn jede der Keramiklagen dünn ist, nämlich eine Dicke von bis zu 3 µm hat. Für den Fall der Anwendung der Erfindung bei einem monolithischen Keramikkondensator ist eine unterbundene Delamination sehr effektiv, wenn ein sehr kleiner monolithischer Keramikkondensator mit hoher Kapazität realisiert wird.

Erfindungsgemäß haben die die Keramiklagen bildenden Keramikkörner nach dem Sintern eine mittlere Keramikteilchengröße von bis zu 0,5 µm. Deshalb sind die Ausbuchtungen und Einsprünge an den Berührungsflächen zwischen den Innenelektroden und den Keramiklagen gering, und dadurch kann eine Konzentration des elektrischen Feldes verhindert werden. Deshalb läßt sich die im Hochtemperaturbelastungstest oder dergleichen gemessene mittlere Lebensdauer verlängern und die Zuverlässigkeit steigern.

Bevorzugt wird zur Bildung der Innenelektroden eine Metallpulver enthaltende Paste verwendet und das verwendete Metallpulver der Paste hat eine mittlere Teilchengröße von 10 nm bis 200 nm. Dann läßt sich die Fülldichte und die Glätte des Metallpulvers in den Innenelektroden steigern und dadurch läßt sich eine hohe Bedeckung erreichen, so daß diese zur Verwirklichung elektrischer Kennwerte ausreichend ist, wie z. B. der dielektrischen Kennwerte der die Keramiklagen bildenden Keramik, auch wenn die Innenelektroden dünn, nämlich 0,2 bis 0,7 µm dick sind. Auf diese Weise ist eine zufriedenstellende Funktion der Innenelektroden gesichert. Zur Bildung der Innenelektroden wird ohne Schwierigkeiten ein Druckverfahren, wie z. B. Siebdruck verwendet. Damit läßt sich ein effizientes Verfahren zur Bildung der Innenelektroden ausführen.

Bevorzugt wird als das oben beschriebene Metallpulver Pulver eines unedlen Metalls verwendet. Dies zielt auf eine Verringerung der Materialkosten. Als unedles Metall kann ein nickelhaltiges Metall verwendet werden. In diesem Fall können hohe Antioxidationseigenschaften im Vergleich mit Fällen erwartet werden, wo Kupfer oder dergleichen eingesetzt wurde.

Bevorzugt hat das bei der Erfindung zur Bildung der Keramiklagen verwendete keramische Rohmaterialpulver vor der Sinterung eine mittlere Teilchengröße von bis zu 400 nm. In diesem Fall sind der Keramikfüllfaktor und die Glätte der Keramiklagen gesteigert. Deshalb können dünne Keramiklagen jeweils in einer Dicke von bis zu 3 µm ohne Schwierigkeiten gebildet werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Monolithisches keramisches Elektronikbauteil, das aus einem Laminat (3), das mehrere laminierte Keramiklagen (2) enthält, die jeweils aus einer gesinterten keramischen Rohmaterialpulverlage hergestellt sind und aus einer Innenelektrode (8, 9) besteht, die aus einem gesinterten Metallpulver hergestellt ist und die längs einer vorbestimmten Berührungsfläche zwischen den Keramiklagen (2) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramiklagen (2) eine Dicke von bis zu 3 µm, die Keramikkörner der Keramiklagen nach der Sinterung eine mittlere Teilchengröße von bis zu 0,5 µm und die Innenelektrode eine Dicke von 0,2 µm bis 0,7 µm haben.
  2. 2. Monolithisches keramisches Elektronikbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil außerdem eine Außenelektrode (6, 7) enthält, gebildet an den jeweils einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Laminats (3), die Keramiklagen aus einer dielektrischen Keramikmasse bestehen und die mehreren Innenelektroden (8, 9) so gebildet sind, daß eine Kante jeder Innenelektrode (8, 9) an einer der Stirnseiten des Laminats (3) freiliegt und dort mit der Außenelektrode (6, 7) elektrisch verbunden ist, wodurch ein monolithischer Keramikkondensator (1) gebildet ist.
  3. 3. Monolithisches keramisches Elektronikbauteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Metallpulver enthaltende Paste zur Bildung der Innenelektrode (8, 9) verwendet wird, wobei das Metallpulver in der Paste eine mittlere Teilchengröße von 10 nm bis 200 nm hat.
  4. 4. Monolithisches keramisches Elektronikbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver aus unedlem Metall besteht.
  5. 5. Monolithisches keramisches Elektronikbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das unedle Metall Nickel enthält.
  6. 6. Monolithisches keramisches Elektronikbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenelektrode (8, 9) durch ein die das Metallpulver enthaltende Paste aufdruckendes Druckverfahren gebildet wird.
  7. 7. Monolithisches keramisches Elektronikbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Bildung der Keramiklagen (2) verwendete keramische Rohmaterialpulver vor der Sinterung eine mittlere Teilchengröße von bis zu 500 nm hat.






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