CN101030476B - 电子部件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够减少在与基板等的接合部分上的裂缝的产生的电子部件。作为本发明的电子部件的一个例子的电容器(1)(叠层陶瓷电容器)具备：素体(10)(陶瓷)和形成于素体(10)的两侧面的一对外部电极(20)。素体(10)交替层叠有电介体层(12)和内部电极(14)。外部电极(20)具有从素体(10)一侧起按以下顺序形成各电极层的结构：与内部电极(14)连接的第1电极层；包含环氧树脂的固化物的第2电极层(导电性树脂层)，该环氧树脂的固化物含有分子量2000以上且具有多个环氧基的环氧化合物作为主剂；由Ni形成的第3电极层以及由Sn形成的第4电极层。

Description

电子部件
技术领域
本发明涉及电子部件、特别是使用陶瓷材料的电子部件。
背景技术
电容器、电感器等很多使用陶瓷材料的电子部件具有这样的结构，即其具备由陶瓷材料形成的素体、设置于素体内部的内部电极以及以与该内部电极相连接的方式设置在素体表面上的外部电极。对于这种电子部件，一直以来都在研究用于抑制由于素体与外部电极的物性差而产生的素体的裂缝等的方法。
例如，在日本特开平11-219849号公报中，记载了以下内容：在具有上述结构的电子部件的一例叠层陶瓷电容器中，使外部电极为从素体侧开始具备第1～第3导体层的3层结构，并设置含有树脂成分的层作为第2导体层，同时，使各层之间的接合强度在规定的范围内。在该叠层陶瓷电容器中，由于由第2导体层吸收外力，因而素体中的裂缝难以产生。
如上所述的电子部件被安装在印刷电路板等的基板上而使用。在这种情况下，一般通过将外部电极焊接在基板上的端子部分，使电子部件与设置在基板上的电路等电连接，同时固定在基板上。
但是，本发明者们进行研究后明确了，在安装了电子部件的基板等上加上热冲击时，由于受热引起的基板和电子部件的膨胀、收缩的程度大不相同，在由电子部件和基板的焊接而产生的接合部应力集中因而裂缝容易进入。因此，往往即使如上述的现有文献所述，在减少了素体中的裂缝的产生的叠层陶瓷电容器的情况中，也不能充分防止这种接合部上的裂缝的产生。
发明内容
因此，本发明是鉴于这样的情况而做出的，目的是提供能充分减少在与基板的接合部分上的裂缝的产生的电子部件。
为达到上述目的，本发明的电子部件，其特征在于，具备：陶瓷素体，设置于陶瓷素体的内部的内部电极以及设置于陶瓷素体的表面且与内部电极电连接的外部电极；外部电极具有包含环氧树脂的固化物的导电性树脂层，该环氧树脂的固化物含有分子量为2000以上且具有多个环氧基的环氧化合物作为主剂。
外部电极所具有的导电性树脂层含有环氧树脂固化物，该环氧树脂固化物包含分子量为2000以上的环氧化合物作为主剂。该环氧树脂固化物，由于作为其原料的主剂的分子链长，固化结构中形成有交联结构的比例适当地变小。因此，该环氧树脂固化物具有柔软的特性。因此，与包含使用分子量小于2000的环氧化合物作为主剂的环氧树脂固化物的情况相比，包含该环氧树脂固化物的导电性树脂层也更柔软。因此，本发明的电子部件，即使在通过外部电极的焊接等而被安装在基板上的状态下受到热冲击，由于与基板的体积变化之差而被施加到接合部的应力，也被外部电极中的柔软的导电性树脂层充分缓和。其结果是，本发明的电子部件，在与基板的接合部上难以产生裂缝。
在本发明的电子部件中，更优选环氧树脂还包含酚醛树脂作为固化剂。这样，环氧树脂固化物，在其结构中良好地具有交联结构，其结果是，使得导电性树脂层的应力缓和性更加优异。
此外，更优选环氧化合物为两末端具有环氧基的直链状的双官能团环氧化合物。由此，因为进一步良好地减少了环氧树脂固化物中的交联结构的比例，同时，主剂的分子链自身也能够变得柔软，所以进一步提高了包含该环氧树脂固化物的导电性树脂层的柔软性。
附图说明
图1为表示优选的实施方式相关的叠层陶瓷电容器的剖面结构的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的优选的实施方式。在此，本发明不一定限于附图的尺寸比例。在以下的说明中，作为电子部件的一个例子，对叠层陶瓷电容器进行说明。
图1为表示优选的实施方式相关的叠层陶瓷电容器(以下简称“电容器”)的剖面结构的示意图。图示的电容器1由素体(陶瓷素体)10、在该素体10的两个侧面形成的一对外部电极20构成。
素体10以将电介体层12配置在两个外侧的方式交替层叠有电介体层12和内部电极14。实际上，相邻的电介体层12彼此间被一体化为其边界在视觉上难以辨认的程度。内部电极14被设置为只有一个端部露出于形成有素体10的外部电极20的端面。配置在素体10内的多个(在此为5个)内部电极12，大致平行地配置为使得上述端部交替地露出于素体10的相对的端面。
电介体层12由含有陶瓷材料的介电材料构成。为了得到作为电容器的优良的特性，优选具有高介电常数的材料作为包含于介电材料中的陶瓷材料。例如优选钛酸钡(BaTiO3)类材料、铅复合钙钛矿化合物类材料、钛酸锶(SrTiO3)类材料等。
作为内部电极14，可以举出，例如由Ni或Ni合金形成的电极。作为Ni合金，优选含有95质量％以上的Ni和Mn、Cr、Co、Al等的至少一种的合金。
外部电极20分别形成于与素体10中电介体层12和内部电极14的层叠方向平行且相互面对的两个端面上。该外部电极20为4层结构，从素体10侧开始，依次具有第1电极层22、第2电极层24、第3电极层26及第4电极层28。
第1电极层22与素体10紧贴而设置，与被引出至素体10的端面的内部电极14相连接。第1电极层22由与内部电极14电连接良好的金属材料构成。作为这种金属材料优选Ag或Cu。
第2电极层24为含有环氧树脂固化物和导电材料的导电性树脂层。该第2电极层24主要由导电材料等的粒子构成，成为环氧树脂固化物充满该粒子的间隙的结构。优选Ag作为第2电极层24中所包含的导电材料。
在第2电极层24中，优选导电材料和环氧树脂固化物的合计质量中，导电材料含70～95质量％，更优选含80～90质量％。如果该导电材料的含量不足70质量％，会有第2电极层24不具有足够的导电性的情况；而超过95质量％时，环氧树脂固化物的含量相对过少，存在第2电极层24的柔软性不足的趋势。
用于形成环氧树脂固化物的环氧树脂包含分子量为2000以上且具有多个环氧基的环氧化合物作为主剂。作为环氧化合物，优选在两个末端具有环氧基的直链状的双官能团环氧化合物。作为这样的环氧化合物，优选双酚型环氧化合物，可示例有用下述通式(1)表示的化合物。具体地说，优选双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂等。
式中，X为用下述化学式(2a)～(2e)表示的2价的基，n为4以上的整数。
-C(CH3)2-  (2a)     -CH2-  (2b)     -CH(CH3)-  (2c)
-SO2-  (2d)        -CPh2-  (2e)
如上所述，作为主剂的环氧化合物具有2000以上的分子量。在此，“分子量”指平均分子量，具体地说，可以使用通过凝胶渗透色谱法测定的数平均分子量。换言之，分子量2000以上的环氧化合物为具有成为分子量2000以上的长度的分子链的化合物。具体地说，在环氧化合物为用上述通式(1)表示的化合物的情况下，该通式中n优选为5以上，更优选为6～20，进一步优选为6～15。
包含分子量为2000以上的环氧化合物作为主剂的环氧树脂的固化物，由于主剂的分子链长因而适当减少了交联结构，成为柔软的固化物。于是，由于包含该固化物的第2电极层24也同样变得柔软，所以即使外部电极20被固定在基板上等时由于基板的变形等而在接合部产生应力，也可以使其缓和。
从更良好地得到这种效果的观点出发，优选作为主剂的环氧化合物的分子量为3000以上。但是，当环氧化合物的分子量超过10000时，可能产生第2电极层24的与第1或第3电极层22、26的附着性变差的不利状况，因此优选环氧化合物的分子量的上限值为10000左右。
优选除了上述主剂之外，环氧树脂还含有固化剂。通过含有固化剂，在环氧树脂中良好地形成交联结构。作为固化剂，可以适用酚醛树脂、胺、酸酐等的公知的环氧树脂固化剂。其中，优选酚醛树脂作为固化剂。通过包含酚醛树脂作为固化剂，可以得到不但具有适度的柔软性，耐热性也优异的固化物。作为酚醛树脂，可以举出热塑型酚醛树脂(novolac type phenolic resin)和热固型酚醛树脂(resol typephenolic resin)等，其中优选热塑型酚醛树脂。
环氧树脂含有酚醛树脂作为固化剂时，优选主剂环氧化合物和固化剂酚醛树脂被配制为，环氧化合物/酚醛树脂按照质量比成为50/50～95/5。环氧化合物和酚醛树脂的合计质量中，如果环氧化合物的含量不足50质量％，则固化物的弹性率过高，难以得到如上所述的应力缓和性优良的第2电极层24。而超过95质量％时，固化物中未反应的环氧基增多而容易吸收水分，有与相邻的层的粘结性降低的情况。从得到具有良好的应力缓和性和粘结性的第2电极层24的观点出发，优选上述环氧化合物的含量为50～95质量％，更优选为60～90质量％。
第2电极层24含有上述环氧树脂的固化物。该环氧树脂固化物主要由链状的聚合结构和交联结构构成，上述链状的聚合结构由主剂环氧化合物或其聚合物构成，上述交联结构由上述固化剂形成为连接两个以上的聚合结构。该交联结构主要是通过聚合结构中的环氧基与固化剂中的能够与环氧基反应的官能团进行反应并生成键而形成。作为固化剂的上述官能团，当固化剂为酚醛树脂时，可以举出该树脂所具有的羟基。
第3电极层26为形成为覆盖第2电极层24的表面的金属层。例如可以举出由Ni构成的层。此外，第4电极层28为形成为进一步覆盖第3电极层26的表面的金属层。例如可以举出由Sn构成的层。由于这些第3和第4电极层26、28，外部电极20与基板上的端子的电连接变得良好。此外，还可以良好地进行外部电极20在基板的端子等上的焊接。
下面，说明具有上述结构的电容器1的优选制造方法。
首先，准备构成电介体层12的介电材料的原料。例如，作为陶瓷材料的原料，可以举出构成陶瓷材料的各金属元素的氧化物等。将该原料混合后，在800～1300℃左右进行预烧结，将该预烧结物用喷射磨和球磨等粉碎至所需粒径。其后，在粉碎物中添加粘结剂和增塑剂等，得到用于形成电介体层12的膏(以下称为“电介体膏”)。
此外，将构成内部电极14的金属或合金等的粉末与粘结剂、溶剂等一起混合，调制用于形成内部电极14的膏(以下称为“内部电极膏”)。
接着，将电介体膏和内部电极膏交替涂布，由此得到电介体膏层和内部电极膏层被交替层叠的层压体。将该层压体根据需要切断成所希望的尺寸后，进行通过加热等除去各膏层中的粘结剂(脱粘结剂)的处理。随后，将层压体在N2或H2等惰性气氛下在1200～1400℃下进行主烧结，得到素体10。通过该主烧结，电介体膏层和内部电极膏层分别成为电介体层12和内部电极层14。
接着，在素体10中露出有内部电极14的端部的两个端面上烧接构成第1电极层22的Ag等的金属，在该端面上形成第1电极层22。具体地说，例如，在上述端面上涂布了在金属中添加了粘结剂等的导电膏后，在800℃左右的温度下进行烧结，由此可以形成第1电极层22。
接着，涂布用于形成上述第2电极层24的含有导电材料和环氧树脂的导电膏(导电性树脂材料)使其覆盖第1电极层22。涂布后，进行在150～250℃左右的加热从而使导电膏中的环氧树脂固化，由此在第1电极层22的表面上形成第2电极层24。
进一步，通过电解电镀等湿式电镀法，形成由Ni等形成的第3电极层26使其覆盖第2电极层24。接着，同样在第3电极层26的表面上，形成由Sn等形成的第4电极层28。这样，得到具有如图1所示的结构的电容器1。
如以上这样构成的电容器1，在外部电极20中，具备如上所述适度柔软的第2电极层24。通过外部电极20的焊接等将电容器1固定在基板等上时，由于电容器1和基板等由热引起的体积变化之差通常很大，在受到热冲击时，有将它们相接合的焊接部分处容易集中应力的趋势。但是，在电容器1中，这样的应力能够被外部电极20中的柔软的第2电极层24充分缓和。因此，即使由于热冲击等产生上述应力时，在电容器1与基板的接合部(焊接部分)也难以产生裂缝等。
此外，本发明的电子部件，不限于上述实施方式的叠层陶瓷电容器(电容器1)。例如，首先，电容器1只要至少具有与第2电极层24相当的导电性树脂层作为外部电极20即可。即，外部电极20可以只由第2电极层24构成，也可以具有比如上所述的四层还多的层结构。并且，外部电极20由多层构成时，第2电极层24(导电性树脂层)的形成位置不限于从素体10侧开始的第二层。但是，从良好地进行外部电极20的焊接等的观点出发，优选外部电极20的最外侧的层不是第2电极层24，而是有利于焊接的Sn等的金属层。
此外，本发明的电子部件，不限于上述的叠层陶瓷电容器，只要是具有在陶瓷素体的表面具备外部电极的结构的陶瓷电子部件，就没有特别的限制。作为这样的陶瓷电子部件，可以举出压电体元件、电感器、变阻器、热敏电阻等。
[实施例]
以下，通过实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明不限于这些实施例。
[电容器的制造]
(实施例1)
首先准备素体，它是将由钛酸钡形成的电介体层和由镍形成的内部电极层交替配置使得电介体层位于两个外侧而得到的素体。接着，在该素体上相对的一对端面上涂布导电膏，该导电膏含有Cu、玻璃粉及作为有机粘结剂的有机纤维素，之后，在800℃下烧结，在素体的两个端面上形成第1电极层。
接着，在第1电极层的表面上涂布导电膏，该导电膏包含35重量％的平均粒径为1μm的粒状Ag粉末、35重量％的平均粒径为10μm的片状Ag粉末、10重量％的分子量为2900的双酚A型环氧树脂(主剂)、2重量％的热塑型酚醛树脂(固化剂)以及18重量％的丁醚(溶剂)。接着，进行200℃、60分钟的加热，使导电膏固化，从而在第1电极层上形成了第2电极层。
其后，通过电解电镀法在第2电极层的表面上依次形成Ni电镀层和Sn电镀层，从而分别形成第3电极层及第4电极层，完成在素体的两个端面上具备四层结构的外部电极的电容器。
(实施例2)
除了使用包含33.7重量％的平均粒径为1μm的粒状Ag粉末、33.7重量％的平均粒径为10μm的片状Ag粉末、9.6重量％的分子量为3800的双酚A型环氧树脂(主剂)、1.9重量％的热塑型酚醛树脂(固化剂)以及21.1重量％的丁醚(溶剂)作为用于形成第2电极层的导电膏之外，与实施例1同样得到了电容器。
(比较例1)
除了使用包含35重量％的平均粒径为1μm的粒状Ag粉末、35重量％的平均粒径为10μm的片状Ag粉末、8重量％的分子量为1650的双酚A型环氧树脂(主剂)、4重量％的热塑型酚醛树脂(固化剂)以及18重量％的丁醚(溶剂)作为用于形成第2电极层的导电膏之外，与实施例1同样得到了电容器。
[热冲击试验]
制作通过将外部电极焊接在基板上而将实施例1～2和比较例1的电容器元件分别固定在基板上的样品。对该样品进行施加规定的循环数的热冲击的热冲击试验，该热冲击以在-55℃下冷却30分钟和在125℃下加热30分钟作为一个循环，试验后，确认焊接部分是否产生裂缝。热冲击试验分别在使循环次数为1000、2000及3000个循环的条件下进行。此外，在各热冲击试验中，将对应于各个实施例及比较例的样品各50个用于试验，对50个样品中看到产生裂缝的样品数进行计数。将其作为产生裂缝的样品数。在表1中表示所得的结果。
[表1]
Figure G07184781720070307D000081
由表1确认了，与比较例1的电容器相比，实施例1及2的电容器，即使通过外部电极的焊接安装在基板上并受到热冲击的情况下，在焊接部分也难以产生裂缝等。
如上所述，根据本发明相关的电子部件，即使在通过外部电极的焊接等接合在基板上的状态下受到热冲击的情况下，也能够缓和施加在与基板的接合部的应力，可以减少在此接合部的裂缝的产生。

Claims (3)

1.一种电子部件，其特征在于，
具备：
陶瓷素体；
设置于所述陶瓷素体的内部的内部电极；以及
设置于所述陶瓷素体的表面并与所述内部电极电连接的外部电极；
所述外部电极具有含有环氧树脂的固化物的导电性树脂层，该环氧树脂的固化物含有分子量为2900～3800的用下述通式(1)表示的环氧化合物作为主剂，
Figure FSB00000487801900011
式中，X为用下述化学式(2a)～(2e)之一表示的2价的基，n为6～15的整数，
-C(CH3)2-  (2a)  -CH2-  (2b)  -CH(CH3)-  (2c)
-SO2-  (2d)  -CPh2-  (2e)；
所述外部电极从所述陶瓷素体侧开始依次具有：由金属材料构成的第1电极层、由所述导电性树脂层构成的第2电极层、作为金属层的第3电极层以及作为金属层的第4电极层。
2.如权利要求1所述的电子部件，其特征在于，
所述环氧树脂还含有酚醛树脂作为固化剂。
3.如权利要求1所述的电子部件，其特征在于，
所述环氧化合物具有用所述化学式(2e)表示的2价的基作为X。
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