CN114255992A - 陶瓷电子部件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具备能够在陶瓷电子部件的安装状态下缓解来自外部的机械应力、热应力的外部电极的陶瓷电子部件的制造方法。设置外部电极的工序包含：涂敷包含导电性金属以及玻璃的导电性膏，使得覆盖陶瓷坯体中的露出内部电极的部分，并进行烧附，由此形成烧附电极层的工序；以及在烧附电极层的表面通过电镀法形成镀敷膜的工序。烧附电极层包含金属部和以与金属部相接的状态进行分布的玻璃部。在形成烧附电极层之后，使用陶瓷坯体的莫氏硬度以下的莫氏硬度的粉体对烧附电极层的表面进行滚筒处理或喷砂处理，在烧附电极层中的玻璃部形成能够缓解来自外部的机械应力、热应力的裂缝。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷电子部件的制造方法，特别涉及在陶瓷电子部件具备的陶瓷坯体的表面形成外部电极的方法。
背景技术
像层叠陶瓷电容器那样的片状的陶瓷电子部件具备：陶瓷坯体，具有内部电极且内部电极的一部分露出在表面；以及外部电极，设置在陶瓷坯体的表面的一部分，与内部电极电连接。外部电极通常包含：烧附电极层，包含例如像铜那样的导电性金属以及玻璃；以及镀敷膜，设置在烧附电极层的表面。镀敷膜通过电镀法形成，例如包含镍层以及镍层上的锡层。
如上所述的陶瓷电子部件经由外部电极安装到基板。因此，起因于基板的形变、振动、基板和陶瓷坯体的热膨胀差等的应力有时通过外部电极传递到陶瓷坯体而使陶瓷坯体产生裂缝。
为了应对这样的课题，例如在日本特开平5-3132号公报(专利文献1)中，提出了在层叠陶瓷电容器中使外部电极中的烧附电极层中存在多个空孔。在专利文献1中，空孔的大小例如设为在烧附电极层的厚度方向上为10～50μm程度，在烧附电极层的宽度方向上为30～100μm程度。此外，空孔的内壁被玻璃覆盖，其厚度设为0.1～5μm程度。
由于上述的空孔的存在，从而能够降低烧附电极层的杨氏模量。因此，在层叠陶瓷电容器的安装状态下，在从外部施加了机械应力、热应力的情况下，烧附电极层能够柔软地变形而缓解来自外部的应力，其结果是，在专利文献1中，能够提供对外部应力的承受能力强、高可靠性且高性能的层叠陶瓷电容器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-3132号公报
伴随着陶瓷电子部件的小型化，必须推进外部电极特别是烧附电极层的薄层化。然而，若应用专利文献1记载的技术而使烧附电极层存在空孔，同时将烧附电极层薄层化，则空孔的存在会阻碍烧附电极层的致密性。
发明内容
发明要解决的课题
因此，本发明的目的在于，提供一种具备如下的外部电极的陶瓷电子部件的制造方法，该外部电极能够不依赖于空孔的存在而在陶瓷电子部件的安装状态下缓解来自外部的机械应力、热应力。
用于解决课题的技术方案
本发明面向陶瓷电子部件的制造方法，具备：准备陶瓷坯体的工序，所述陶瓷坯体具有内部电极且内部电极的一部分露出在表面；以及设置外部电极的工序，所述外部电极设置在陶瓷坯体的表面的一部分，并与内部电极电连接。
设置上述外部电极的工序包含：涂敷包含导电性金属以及玻璃的导电性膏，使得覆盖陶瓷坯体中的露出内部电极的部分，并进行烧附，由此形成烧附电极层的工序；以及在烧附电极层的表面通过电镀法形成镀敷膜的工序，为了解决上述的技术课题，特征在于，设置外部电极的工序在形成了烧附电极层之后且在形成镀敷膜之前还具备如下工序，即，使用陶瓷坯体中的从烧附电极层露出的部分的莫氏硬度以下的莫氏硬度的粉体对烧附电极层的表面进行滚筒处理或喷砂处理。
发明效果
根据本发明，在烧附电极层形成金属部和玻璃部，金属部包含导电性金属，玻璃部分布为与金属部相接，并包含玻璃，通过上述的滚筒处理或喷砂处理，在烧附电极层中的玻璃部形成以金属部和玻璃部的界面为起点并朝向玻璃部的内部方向的裂缝。裂缝发挥作用，使得在实质上不阻碍烧附电极层的致密性的情况下在陶瓷电子部件的安装状态下缓解来自外部的机械应力、热应力，因此能够使陶瓷电子部件对外部应力的承受能力强。
此外，因为在上述滚筒处理或喷砂处理中使用的粉体的莫氏硬度为陶瓷坯体中的从烧附电极层露出的部分的莫氏硬度以下，所以能够使得在陶瓷坯体中不易产生缺损、破裂。
附图说明
图1是示意性地示出应用基于本发明的一个实施方式的制造方法制造的作为陶瓷电子部件的层叠陶瓷电容器1的一部分的剖视图。
图2是示出在制造图1所示的层叠陶瓷电容器1的实验例中通过SEM/EDX拍摄了对烧附电极层12进行喷砂处理之后且形成镀敷膜之前的阶段的烧附电极层12的剖面的照片的图。
图3是示出在图2所示的实验例中通过SEM/EDX拍摄了在形成烧附电极层12之后处于玻璃部18浮于表面的状态的烧附电极层12的剖面的照片的图。
图4是示出在图2所示的实验例中通过SEM/EDX拍摄了对烧附电极层12进行了喷砂处理之后处于产生了由投射材料的附着造成的金属缺损部22的状态的烧附电极层12的剖面的照片的图。
附图标记说明
1：层叠陶瓷电容器；
2：陶瓷层；
3：陶瓷坯体；
9、10：内部电极；
11：外部电极；
12：烧附电极层；
13：镀敷膜；
14：镍层；
15：锡层；
17：金属部；
18：玻璃部；
19：裂缝；
21：由玻璃造成的金属缺损部；
22：由粉体的附着造成的金属缺损部。
具体实施方式
在对应用本发明涉及的制造方法制造的陶瓷电子部件进行说明时，采用作为陶瓷电子部件的一个例子的层叠陶瓷电容器。
参照图1，层叠陶瓷电容器1具备陶瓷坯体3，陶瓷坯体3包含层叠的多个陶瓷层2，多个陶瓷层2包含介电陶瓷。陶瓷坯体3具有相互对置的第1主面5以及第2主面6、将第1主面5与第2主面6之间连接的第1端面7、以及虽然未图示但是与第1端面7对置的第2端面，进而，虽然未图示，但是还具有相对于图1纸面平行地延伸且相互对置的第1侧面以及第2侧面。
陶瓷坯体3还分别具备多个第1内部电极9以及第2内部电极10，多个第1内部电极9以及第2内部电极10分别沿着陶瓷层2间的多个界面配置。陶瓷坯体3具有如下的层叠构造，即，使陶瓷层2介于第1内部电极9与第2内部电极10之间，并且陶瓷层2和第1内部电极9以及第2内部电极10中的任一者沿着层叠方向交替地配置。
第1内部电极9被引出至图示的第1端面7，在此，第1内部电极9的端缘在陶瓷坯体3的表面露出。另一方面，第2内部电极10被引出至未图示的第2端面，在此，第2内部电极10的端缘在陶瓷坯体3的表面露出。内部电极9以及10例如包含镍作为导电成分。
图示的外部电极，即，第1外部电极11设置为覆盖作为陶瓷坯体3的表面的一部分的第1端面7，并与第1内部电极9电连接。虽然未图示，与第1外部电极11对置的第2外部电极设置为覆盖作为陶瓷坯体3的表面的一部分的第2端面，并与第2内部电极10电连接。第1外部电极11和第2外部电极具有实质上相同的结构。因此，以下对第1外部电极11的结构进行详细说明，对于第2外部电极的结构将省略说明。
第1外部电极11设置为从第1端面7延伸至与其相邻的第1主面5以及第2主面6和第1侧面以及第2侧面的各一部分。外部电极11包含烧附电极层12和镀敷膜13，烧附电极层12例如包含像铜那样的导电性金属以及玻璃，镀敷膜13设置在烧附电极层12的表面。镀敷膜13例如包含镍层14以及镍层14上的锡层15。
设置第1外部电极11的工序包含如下工序：涂敷包含导电性金属以及玻璃的导电性膏，使得覆盖陶瓷坯体3中的露出了内部电极9的部分，并进行烧附，由此形成烧附电极层12；以及在烧附电极层12的表面通过电镀法形成镀敷膜13。进而，作为该实施方式的特征性结构，设置第1外部电极11的工序具备如下工序，即，在形成烧附电极层12之后，且在形成镀敷膜13之前，对烧附电极层12的表面进行滚筒处理或喷砂处理。
在上述的滚筒处理或喷砂处理中，使用陶瓷坯体3中的从烧附电极层12露出的部分的莫氏硬度以下的莫氏硬度的粉体。像这样，通过将粉体的莫氏硬度选择为与陶瓷坯体3中的从烧附电极层12露出的部分的莫氏硬度，即，陶瓷层2的莫氏硬度同等，或者比陶瓷层2的莫氏硬度低，从而能够使陶瓷坯体3中不易产生缺损、破裂。
在陶瓷层2例如包含钛酸钡的情况下，其莫氏硬度为8～8.5。因此，粉体的莫氏硬度优选设为8.5以下，更优选设为7.5以下。
如前所述，烧附电极层12通过涂敷包含导电性金属以及玻璃的导电性膏并进行烧附而形成。因此，如图2所示，烧附电极层12包含金属部17和玻璃部18，金属部17包含导电性金属，玻璃部18以与金属部17相接的状态进行分布，并包含玻璃。在图2中，明亮度更低的区域为玻璃部18。烧附电极层12中的玻璃量优选为17体积％以上。
通过上述的滚筒处理或喷砂处理，如图2所示，在烧附电极层12中的玻璃部18形成以金属部17和玻璃部18的界面为起点并朝向玻璃部18的内部方向的裂缝19。另外，在图2中，为了更清楚地显示裂缝19，用粗线描绘了裂缝19。裂缝19发挥作用，使得在层叠陶瓷电容器1的安装状态下缓解来自外部的机械应力、热应力，因此能够使层叠陶瓷电容器1对外部应力的承受能力强。此外，裂缝19实质上不会阻碍烧附电极层12的致密性。
在实施了滚筒处理或喷砂处理之后，如前所述，实施在烧附电极层12的表面通过电镀法形成镀敷膜13的工序。更具体地，首先，通过实施镀镍，从而形成镍层14，接下来，通过实施镀锡，从而形成锡层15。
在实施电镀法的情况下，优选在烧附电极层12的表面尽可能连续地存在金属。换言之，优选在烧附电极层12的表面中尽可能减少不存在金属部17的金属缺损部。
关于上述的烧附电极层12的表面处的金属缺损部，典型地，可能由于烧附电极层12包含的玻璃例如上浮而到达烧附电极层12的表面而产生。在图3中，示出了几个由到达烧附电极层12的表面的玻璃造成的金属缺损部21。另外，在图3中，为了更清楚地显示由玻璃造成的金属缺损部21，对该金属缺损部21附加了影线。
烧附电极层12的表面处的金属缺损部还可能由于在滚筒处理或喷砂处理中使用的粉体附着于烧附电极层12而产生。在图4中，示出了几个由粉体的附着造成的金属缺损部22。另外，在图4中，为了更清楚地显示由粉体的附着造成的金属缺损部22，对该金属缺损部22附加了影线。
因为玻璃是非导电性的，所以由玻璃造成的金属缺损部21在烧附电极层12的表面形成非导电性区域。粉体例如是以锆石、氧化锆为材质的粉体，因此是非导电性的，所以由粉体的附着造成的金属缺损部22在烧附电极层12的表面形成非导电性区域。
这样的金属缺损部21或22阻碍通过电镀法形成的镀敷膜13向烧附电极层12的表面的析出。其结果是，在形成镀敷膜13之后，可能产生焊料爆裂(浸入到烧附电极层12或镀敷膜13中的镀敷液由于焊接时的热而气化喷出，与此相伴地，焊料球飞散的现象)。为了使得不产生焊料爆裂，尽可能不形成金属缺损部21或22为宜。
已知金属缺损部21或22的产生、增加、消失以及减少与在滚筒处理或喷砂处理中使用的粉体的粒子形状有关系。
在粉体的粒子形状为无定形时，典型地，在粉体的粒子形状为带棱角的形状时，关于由玻璃造成的金属缺损部21，能够将此处的玻璃打碎而将其除去。即，能够使由玻璃造成的金属缺损部21消失或减少。然而，关于带棱角的粒子形状的粉体，粉体自身由于崩裂而被打碎得很细，因此其变得容易附着于烧附电极层12的表面，使由粉体的附着造成的金属缺损部22产生或增加。此外，特别是，在实施喷砂处理的情况下，带棱角的粒子形状的粉体(投射材料)容易扎入烧附电极层12的表面，这也会使由粉体的附着造成的金属缺损部22产生或增加。
另一方面，在粉体的粒子形状为球状时，在滚筒处理或喷砂处理中，粉体发挥作用，使得将存在于烧附电极层12的表面的金属部17压碎，由此，将烧附电极层12的表面处的金属部17的面积扩大，并且粉体将玻璃部18打碎并将其除去，因此烧附电极层12的最表面处的金属占有率变高。此外，粉体在其粒子形状为球状时不易附着于烧附电极层12的表面。其结果是，使烧附电极层12的表面处的由玻璃造成的金属缺损部21以及由粉体造成的金属缺损部22减少或消失。
此外，在粉体的粒子形状为球状时，能够防止烧附电极层12被过度削去，因此，容易确保烧附电极层12中的跨越陶瓷坯体3的棱线部分而延伸的部分的厚度。因此，能够维持层叠陶瓷电容器1的可靠性。
接着，对为了找出本发明中的优选的实施方式而实施的实验例进行说明。
准备了具有包含多个陶瓷层和多个内部电极的层叠构造的层叠陶瓷电容器用的陶瓷坯体，该多个陶瓷层包含钛酸钡。另一方面，准备了使铜粉末和玻璃粉末分散于丙烯酸清漆中的导电性膏。
接着，为了设置与内部电极电连接的外部电极，在陶瓷坯体的表面的一部分通过浸渍法印刷导电性膏并进行干燥，然后在网带炉中进行了烧成。由此，得到实现了与内部电极的电连接以及与陶瓷坯体的机械固定的成为外部电极的基底的烧附电极层。烧附电极层中的玻璃量设为了22体积％。
然后，使用表1所示的“投射材料”对烧附电极层的表面进行了喷砂处理。在表1中，关于“投射材料”，示出了“材质”、“粒子形状”以及“莫氏硬度”。另外，为了找出喷砂处理中的最佳条件，事先准备由与烧附电极层包含的玻璃相同的玻璃构成的玻璃板，调整了投射材料的喷吐量、喷吐速度，使得玻璃板由于投射材料的冲击力而被削去，即，在玻璃板产生微小裂缝，玻璃板破裂并且被切削。另外，已知为了在短时间内均匀地进行处理，作为投射材料，使用平均粒径为120μm以下的投射材料为宜。
接着，在喷砂处理后的烧附电极层的表面通过电镀法依次实施镀镍以及镀锡，完成了具备能够进行焊料安装的外部电极的层叠陶瓷电容器。
对于这样得到的作为试样的层叠陶瓷电容器，如表1所示，评价了“玻璃部裂缝”、“挠曲试验(产生裂缝)”以及“坯体的缺损破裂”。
更具体地，关于“玻璃部裂缝”，对外部电极进行CP剖面加工，并通过SEM/EDX对电极剖面进行观察，评价了在烧附电极层的玻璃部中“有”或“无”裂缝。
关于“挠曲试验”，对20个层叠陶瓷电容器实施挠曲强度试验，并求出了产生裂缝的试样数。
关于“坯体的缺损破裂”，观察10000个层叠陶瓷电容器的外观，求出了在陶瓷坯体中产生了缺损、破裂的试样的比例。
[表1]
参照表1，未实施喷砂处理的试样7应成为比较例，且理所当然地，关于“玻璃部裂缝”为“无”，关于“坯体的缺损破裂”也成为“0％”。此外，在“挠曲试验”中，在20个中的11个试样中确认到产生了裂缝。
相对于此，在实施了喷砂处理的试样1～试样6中，“玻璃部裂缝”均为“有”。
关于“玻璃部裂缝”以外的项目，若在试样1～试样6之间进行比较，则在使用了“莫氏硬度”为比钛酸钡的8～8.5高的9的投射材料的试样5以及试样6中，在“挠曲试验”中，20个层叠陶瓷电容器全部产生了裂缝，关于“坯体的缺损破裂”，在20％多的试样中产生了缺损破裂。
相对于此，在使用了“莫氏硬度”为与钛酸钡的8～8.5同等的8～8.5的投射材料的试样1以及试样2中，在“挠曲试验”中，20个层叠陶瓷电容器之中产生了裂缝的少至2～3个，关于“坯体的缺损破裂”，只不过在0.3～0.8％的试样中产生了缺损破裂。进而，在使用了“莫氏硬度”为比钛酸钡的8～8.5低的7.5的投射材料的试样3以及4中，在“挠曲试验”中，没有产生裂缝的试样，关于“坯体的缺损破裂”，也没有产生缺损破裂的试样。
根据上述的实验结果可知，投射材料的莫氏硬度优选为8.5以下，更优选为7.5以下。
在表1中，若在上述的试样1与试样2之间进行比较，则关于“挠曲试验”以及“坯体的缺损破裂”能够分别找出差异。即，关于“挠曲试验”，在试样1中为“3/20”，在试样2中为“2/20”。关于“坯体的缺损破裂”，在试样1中为“0.8％”，在试样2中为“0.3％”。可以推测，其原因在于“投射材料”的“粒子形状”。
对上述的“投射材料”的“粒子形状”进行了进一步研究。更具体地，对于作为试样的层叠陶瓷电容器，如表2所示，评价了“金属缺损部最大长度”以及“焊料爆裂(喷射状)”。
关于“金属缺损部最大长度”，对外部电极进行CP剖面加工，通过SEM/EDX对3个电极观察镍镀敷层和烧附电极层的界面，求出了烧附电极层的表面处的金属缺损部的最大长度。金属缺损部存在由玻璃造成的金属缺损部和由粉体的附着造成的金属缺损部。
关于“焊料爆裂”，在1000个试样之中，求出了产生了喷射状的焊料爆裂的试样的个数。
[表2]
将表1所示的“投射材料”的“粒子形状”转记到表2。在表2中，应关注的是试样彼此的比较，即，虽然表1所示的“投射材料”的“莫氏硬度”相同，但是“投射材料”的“粒子形状”像“无定形”或“球状”那样不同。即，应关注的是试样1和试样2的比较、试样3和试样4的比较、试样5和试样6的比较。
试样1、试样3以及试样5分别与试样2、试样4以及试样6相比，关于“金属缺损部最大长度”示出更大的值。其结果是，关于“焊料爆裂”，试样1、试样3以及试样5也成为“100个以上”。试样2、试样4以及试样6关于“焊料爆裂”分别成为像“3个”、“2个”以及“7个”这样一位数的小的数值。
这是因为，在像试样1、试样3以及试样5那样“投射材料”的“粒子形状”为“无定形(角状)”时，虽然关于由玻璃造成的金属缺损部，能够使其消失或减少，但是粉体自身由于崩裂而被打碎得很细，因此其变得容易附着于烧附电极层的表面，使由粉体的附着造成的金属缺损部产生或增加。图4是拍摄了试样3的烧附电极层的图。
另一方面，在像试样2、试样4以及试样6那样“投射材料”的“粒子形状”为“球状”时，投射材料发挥作用，使得将存在于烧附电极层的表面的金属部压碎，由此将烧附电极层的表面处的金属部的面积扩大，并且投射材料将玻璃部打碎并将其除去，因此“金属缺损部最大长度”变短至1.7μm、1.2μm以及1.8μm，烧附电极层的最表面处的金属占有率变高。因此，关于“焊料爆裂”，分别成为像“3个”、“2个”以及“7个”这样一位数的小的数值。图2是拍摄了试样4的烧附电极层的图。
另外，关于未实施喷砂处理的试样7，存在于烧附电极层的表面的由玻璃造成的金属缺损部被原样地维持，因此关于“金属缺损部最大长度”，示出比试样1、试样3以及试样5大的值，其结果是，关于“焊料爆裂”，试样7也成为“100个以上”。图3是拍摄了试样7的烧附电极层的图。
其中，在上述的试样5以及试样6中，如表1所示，使用了“莫氏硬度”比钛酸钡的8～8.5高的投射材料，例如，使用了“莫氏硬度”为9的投射材料，因此是本发明的范围外的试样。
以上，作为本发明涉及的陶瓷电子部件，对层叠陶瓷电容器进行了例示和说明，但是本发明只要具备陶瓷坯体，并且作为外部电极而具备使用导电性膏形成的烧附电极层以及通过电镀法形成在烧附电极层上的镀敷膜即可，还能够应用于其它陶瓷电子部件。
此外，外部电极具备的烧附电极层并不限于设置为与陶瓷坯体的表面相接，也可以是，在陶瓷坯体的表面上设置烧附电极层以外的基底电极层，并在该基底电极层上设置烧附电极层。
此外，在本说明书记载的各实施方式是例示性的，能够在不同的实施方式间进行结构的部分置换或组合。
Claims (4)
1.一种陶瓷电子部件的制造方法，具备：
准备陶瓷坯体的工序，所述陶瓷坯体具有内部电极且所述内部电极的一部分露出在表面；以及
设置外部电极的工序，所述外部电极设置在所述陶瓷坯体的表面的一部分，并与所述内部电极电连接，
设置所述外部电极的工序包含：
涂敷包含导电性金属以及玻璃的导电性膏，使得覆盖所述陶瓷坯体中的露出所述内部电极的部分，并进行烧附，由此形成烧附电极层的工序；
使用所述陶瓷坯体中的从所述烧附电极层露出的部分的莫氏硬度以下的莫氏硬度的粉体对所述烧附电极层的表面进行滚筒处理或喷砂处理的工序；以及
接着在所述烧附电极层的表面通过电镀法形成镀敷膜的工序。
2.根据权利要求1所述的陶瓷电子部件的制造方法，其中，
所述粉体的粒子形状为球状。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷电子部件的制造方法，其中，
所述粉体的莫氏硬度为8.5以下。
4.根据权利要求3所述的陶瓷电子部件的制造方法，其中，
所述粉体的莫氏硬度为7.5以下。
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