CN1147138A - 片状电子零件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示片状电子零件及其制造方法，在基板1的表面形成电阻层4、一对上表面电极层2以及保护层6，在两端面形成由第1电极层3和钎焊料层的第2电极层7构成的外部电极的片状电阻，为了改善外部电极的机械强度，在第1电极层3使用表面具有多个突起的导电性金属粉和树脂混合的导电材料。

Description

片状电子零件及其制造方法

本发明涉及片状电阻器和片状电容器等片状电子零件及其制造方法。

近年来，对电子仪器小型化、轻型化的要求越来越高。在这种情况下，为了提高电路基板的配线密度，越来越需用非常小型的片状电子零件。而且对这样的片状电子零件，要求提高特性值的精度。例如精密级的片状电阻的需求一直在增加。

作为已有的片状电子零件的一个例子，举方形片状电阻为例，参照图9和图10加以说明。图9为已有的方形片状电阻的斜视图。图10是图9所示的B-B剖面的剖面结构图。

已有的方形片状电阻由氧化铝基板10、形成于该氧化铝基板10上的银系金属陶瓷材料的厚膜所形成的一对上表面电极层11、被做成与该上表面电极层11相连接的氧化钌系材料的厚膜所形成的电阻层12、完全覆盖该电阻层12的玻璃保护层14、以及与上表面电极11的一部分重叠形成的银系金属陶瓷材料的厚膜构成的一对端面电极13构成。而为了确保电极的钎焊性能，做成镀镍层15和钎料镀层16两层覆盖于上表面电极层11和端面电极13的表面，用端面电极13、镀镍层15和钎料镀层16三层构成外部电极。上表面电极层11和端面电极13是将银系金属陶瓷材料混合于树脂中的糊状物在约摄氏600度的温度下烧结形成的。作为端面电极13的另一个例子，还有使用在环氧树脂或酚醛树脂(phenol resin)中混入银粉的导电性树脂的例子。

但是，在端面电极13使用烧成的银系金属陶瓷材料的情况下，由于烧成时的加热使电阻层12的电阻值发生变化，引起作为片状电阻的端面电极13之间的电阻值发生变化。该电阻值的变化是近年来市场正在扩大的电阻值精度保持小于±1％或±0.5％的精密级方形片状电阻在制造过程中成品率下降的主要原因。

另一方面，在端面电极13使用混有银粉的导电性树脂的情况下，存在如下两个课题。其一是，与上述烧结电极相比，作为电极其机械强度低。银粉使用球状或鳞片状粉末，但是，球状粉末由于在导电性树脂中的固定力(anchoring force)弱，用作电极的强度也差。鳞片状的银粉是叩击粉碎制成的，因此，银粉表面经过防凝聚处理。所以银粉和树脂之间的界面强度低，作为电极的机械强度也低。

另一课题是，如图11和12所示，用辊18涂布导电性树脂17时，容易发生其表面成波纹状的成形不良现象，涂布表面的形状不稳定。亦即，在导电性树脂的情况下，为了用树脂粘合剂确保电极的强度，银粉的含有率有一个上限；而为了降低电阻值，银粉的颗粒直径又有一个下限。为此，在涂布导电性树脂时，使用具有2～3的小触变(thixotropy)指数的导电性树脂。但是，触变指数小则会发生如图11和12所示的拉丝现象。触变指数以用E型粘度计，在其设定条件为3°R14cone、1转/分时测得的粘度值除以设定条件为10转/分时粘度值得到的数值表示。

本发明的目的在于解决这样的课题，提供电学特性优异，且有机械强度好的外部电极的片状电子零件及其制造方法。

本发明是在片状主体的表面的一部分上设置外部电极的片状电子零件，其外部电极用具有多个突起的导电性金属粉和树脂粘结剂做成的导电材料构成。

采用这样的结构，由导电性金属粉的形状造成的固定效果使导电性金属粉和树脂粘接剂的结合增强，可以得到机械强度大的外部电极。而且在形成外部电极时，不需要摄氏600度那样的高温热处理，因而，可以得到电气特性优异的片状电子零件。

图1是本发明第1实施例的方形片状电阻的斜视图。

图2是图1所示的方形片状电阻的A-A剖面图。

图3是本发明第2实施例的方形片状电阻的剖面图。

图4是抗拉试验用的试样的斜视图。

图5是本发明第1电极层的模式剖面图。

图6表示本发明第3实施例和已有例的挠曲试验结果。

图7是说明本发明第3实施例和已有例的第1电极层的涂布状态的剖面图。

图8表示本发明第3实施例和已有例使用的导电性糊状物的粘度特性。

图9是已有的方形片状电阻的斜视图。

图10是图9所示的方形片状电阻的B-B剖面图。

图11说明已有的导电性糊状物的成形不良现象。

图12是图11的说明图中的C-C剖面图。

第1实施例

下面参照附图对本发明第1实施例加以说明。图1和图2表示片状电子零件中使用数量最多的方形片状电阻。

这种方形片状电阻由，用96重量％氧化铝的基板1、设置于基板1上的两端近旁的用银系金属陶瓷厚膜做成的一对上表面电极层2、与上表面电极层2的一部分重叠的氧化钌系厚膜的电阻层4、全面覆盖电阻层4的树脂保护层6、从端面向正面和背面延伸形成的厚度10～50微米的一对第1电极层3、以及覆盖第1电极层3的钎料涂膜层构成的第2电极层7构成。第1电极层3涂有一层导电的糊状物，它是由具有多个突起的铜粉和具有多个突起的镍粉的混和物中加入作为粘合剂的热硬化性聚合物经混合而成的导电性糊状物和硬化而成的。由第1电极层3和第2电极层7构成外部电极。

下面对这一方形片状电阻器的制造方法加以说明。首先准备好耐热性和绝缘性优异的96重量％氧化铝的基板1。在这一基板1上，为了分割为薄长方形和单片状，在未经加工的薄片上用金属模具预先形成分割用的沟。

接着，在基板1的表面网板印上银糊厚膜并使其干燥，再在带式连续烧结炉中，在高峰温度850℃下保持时间6分钟，进出炉时间为45分钟的温度曲线条件下进行烧成。形成上表面电极层2。再网板印刷以RuO₂为主成分的糊状电阻厚膜，使其与上表面电极层2的一部分重叠，并在传送带式连续烧结炉中，在最高温度摄氏850度下保温时间为6分钟，进出炉时间为45分钟的温度曲线条件下烧成，形成电阻层4。为了使上表面电极层2间的电阻层4的电阻值一致，还使用激光光束对电阻层4的一部分加以切断、破坏，以对电阻值进行修正。切断条件为：激光切断、30毫米/秒、15千赫兹、5瓦。

接着，用网板印刷由环氧树脂形成的糊状物完全覆盖电阻层4，使用传送带式连续硬化炉，在摄氏200度的温度下保温时间为30分钟、进出炉时间为50分钟的温度曲线条件下硬化，形成保护层6。然后，作为形成外部电极的准备工序，将基板1分割成一片片，并使其露出形成外部电极的地方。

为了装作成为第1电极层3的导电糊，准备了有多个突起的铜粉(粒径约2～30微米，表面被覆1微米以下的银)和具有多个突起的镍粉(粒径约2～10微米，表面被覆1微米以下的银)。然后，将铜粉和镍粉等量混合的混合粉83％和甲阶酚醛树脂(resol phenolresin)(例如酚醛树脂，phenol formadehyde)17％，用二甘醇-丁醚(diethylene glycol monobuthylether，又称buthyl carbitol)作为溶剂，用三支辊混练成为导电性树脂糊。这种导电性树脂糊被预先在不锈钢板上涂布成约200微米膜厚的均匀涂层用浸泡法在上述基板1分割成的片子的侧面到正面和背面的规定面上涂布。然后，用传送带式连续远红外线硬化炉在加热温度摄氏160度保温15分钟，进出炉时间40分钟的温度曲线条件下进行热处理，形成侧面部厚度约30～40微米的第1电极层3。

接着，在焊药中浸渍，然后在摄氏230度的熔融的钎焊液中浸渍10秒钟，在第1电极层3上形成钎焊涂膜层构成的第2电极层7。用这样的方法制成方形片状电阻。

第2实施例

下面用图3对本发明第2实施例加以说明。第2实施例是第1实施例的变形例，外部电极的结构及其形成方法不同于第1实施例。形成于基板1上的表面电极层2、电阻层4、保护层6的材料和这几层的形成方法于第1实施例的情况相同。

在本实施例中，第1电极层3的形成使用由80重量(％)具有多个突起的镍粉(平均粒径5微米)和20重量％环氧改性酚醛树脂(e-poxy-modified phenol resin)溶于二甘醇一丁醚(buthyl carbitol)，用三支辊混练制成的导电性树脂糊。将这种导电性树脂糊用辊涂布于薄长方形的基板1的规定位置是上。再用传送带式的连续远红外线硬化炉在加热温度摄氏160度，高峰时间15分钟、进出炉时间40分钟的温度曲线下进行热处理。用这样的方法在侧面部形成约30到40微米的第1电极层3。

接着，在将薄长方形基板1分割成以片片后，在露出的上表面电极层2和第1电极层3上用电镀形成镍涂膜层。然后，在镍涂膜层8上形成钎焊涂膜层构成的第2电极层，做成方形片状电阻。

上述第1和第2实施例所述的方形片状电阻的平均电阻值、电阻值分布、外部电极的抗拉强度与已有的方形片状电阻比较，示于表1。

                                表1

	实施例1	实施例2	已有品1	已有品2
					Rm(KΩ)	10.049	10.044	10.231	10.052
3σ/Rm(％)	0.13	0.14	0.154	0.22
					抗拉强度(kg/cm2)	约350	约350	约350	约150

还有，已有品1和已有品2的结构如图10所示，已有品1端面电极13使用银系金属陶瓷的烧成厚膜；已有品2使用银系树脂的厚膜。

平均电阻值和电阻值分布是从同一批产品的电阻值测定结果算出的。电阻值分布用3σ/Rm表示，σ为标准偏差，Rm为平均电阻值。抗拉强度试验方法是使用图4所示的片状电阻21的外部电极用钎焊料22连接于金属线23和24的试样，将金属线23加以固定，对金属线24进行拉伸。

由表1可知，本发明的制品具有明显优于已有品1的电阻值分布，经电阻修整后的电阻值偏移极小。而且没有已有品那样的高温烧成，因此，电阻值分布非常小。

本发明产品的抗拉强度和使用烧成电极的已有品1大致相同，比使用银系树脂电极的已有品大得多。这被认为是由于，如图5的模式图所示，外部电极使用表面具有多个突起的导电性金属粉9a，在导电性金属粉9a和硬化了的树脂粘合剂9b中，固定效果得以发挥的缘故。

第3实施例

下面也使用图3对本发明第3实施例加以说明。第3实施例和第2实施例的不同点在于，第1电极层3使用镍粉和碳粉的混合物作为导电粉末。形成于基板1上表面的电极层2、电阻层4、保护层6的材料及其制造方法与第2实施例的情况相同，其说明省略。

在形成第1电极层3之前，用凹凸状的固定件将薄长方形基板1加以固定，使电极形成面成水平。另一方面，为形成第1电极层3，准备了具有多个突起的、粒径为2～20微米的镍粉和锁状结构的、粒径约0.04微米的碳粉作为导电性粉末。然后，将80重量％的镍粉、5重量％的碳粉和15重量％的甲阶酚醛树脂(resol phenol)用二甘醇一丁醚(buthyl carbitol)作为溶剂用三支辊混练，制成导电性树脂糊。这种导电性树脂糊的触变(thixotropy)指数约为6。

接着将这种导电性树脂糊预先以约70微米的膜厚均匀地涂布在不锈钢辊上。然后，使辊旋转，同时使凹凸状的固定件移动，使辊上的糊状物接触基板1的侧面，涂布于其上。而后，用传送带式连续远红外硬化炉，加热到摄氏160度，高峰时间30分钟，进出炉时间40分钟的温度曲线进行热处理。以此形成侧面部的厚度约为30～40微米的第1电极层3。

而后，在将薄长方形基板1分割成一片片后，在露出的上表面电极层2和第1电极层3上用筒镀方式电镀形成镍涂膜层8和由钎焊料涂膜层形成的第2电极层7，做成方形片状电阻。

对于第3实施例得到的芯片型电阻进行了挠曲强度试验(试验方法根据日本工业标准JIS C-5202)。其结果与使用烧成电极的已有品1和使用树脂电极的已有品2比较，示于图6。并将第3实施例和已有品1、2的导电性糊的涂布状态示于图7。将导电性糊的粘度特性示于图8。

由图6可知，本实施例的挠曲强度与使用烧成电极的已有品1相当或更好，而明显比使用树脂电极的已有品2好。这被认为是具有突起的镍粉与树脂粘接剂的固定效果充分发挥作用的缘故。

如图7所示，在本实施例的情况下，可以看出，与已有品2相比，导电性树脂糊被涂布成稳定的形状。这被认为是由于添加了比表面大的细微的锁状结构的碳粉，导电性树脂糊的粘度特性得以改良，触变指数变高的缘故。而且已经确认，要形成稳定形状的第1电极层，导电性树脂糊的触变指最好在5～8的范围内。

从上述第1、第2、第3实施例可以看出，由于在外部电极使用有多个突起的导电性金属粉，得到了机械强度优异的外部电极。

还有，第1电极层3所含的导电性金属粉的量不限于上述实施例所示的比例，而可以是各种比例。但是，理想的导电性金属粉末量在60～96％的范围内。导电性金属粉的含量如果少于60％，则树脂粘接剂的量过多，电阻值变得太大，而触变指数变小。另一方面，如果导电性金属粉的量超过96％，则树脂粘接剂的量变得太少，外部电极的机械强度变得太差，因而是不适合的。

又，导电性金属粉的理想例子举了镍粉和铜粉的混合粉，但是也可以使用金、银、钯等贵金属粉和铁、铝、锡、锌等金属粉。再者，如第1实施例所示，用具有导电性的异种金属被覆的金属粉也可能适用，特别是用金、铂、银、钯这样的贵金属被覆的金属粉是理想的。

导电性金属粉的大小基本上是，在最大粒径为100微米以下即可，但是，最好是平均粒径为2～15微米。还有，金属粉的形状并不特别要求是球状或板状等，但是要求金属粉表面有凹凸、突起。凹凸、突起的大小及其分布状态的大小用粉的体积换算的比表面积(比表面积×真比重)表示。在上述实施例中，这一值以1.2～7.0/m²/cm³为适合。

在上述实施例中，举出了导电性金属粉为全部都有突起的金属粉的例子，但是，导电性金属粉的总量中有突起的金属粉含50重量％以上，不带突起的导电性金属粉根据需要添加也可以。而且，也可以添加用于通常的导电性糊状材料的导电性陶瓷粉或碳粉等代替导电性金属粉的添加。还有，被添加的导电性粉末理想的是银粉和碳粉。

树脂粘合剂举出了使用可溶性酚醛树脂(resol phenol树脂)的例子，但是只要不妨碍钎焊料的浸润性和电镀性能，而且能够确保充分低的电阻，也可以使用像线型酚醛(novolac)树脂、芳烷基(aralkyl)树脂那样的高耐热性苯酚树脂、酰亚胺(imide)系树脂、环氧系树脂、或这些树脂的共聚合物、变型物。但是，根据树脂的特性，苯酚系树脂在满足上述特性要求上最合适。

保护层6使用环氧系树脂，但是也可以使用聚酰亚胺(poly-imide)系树脂和丙烯酸(acrylic)系树脂等密封性优异的树脂。而即使在使用玻璃作为保护层6的情况下，电阻分布(3σ/Rm)也在0.5％左右，取得比使用烧成电极的已有品1的电阻分布要小的效果。但是，在该情况下，激光修整前必须进行预涂(precoat)玻璃的印刷和烧成。

第2电极层7也可以使用锡涂膜层代替钎焊料涂膜层。而第2电电极层7的形成方法，除了浸渍钎焊料的方法外，使用将锡或钎焊料为主成分的糊状物用浸渍或复印的方法覆盖在第1电极层3上面，然后在摄氏200度～280度的气氛中进行热处理的方法也能够得到与钎焊料浸渍方法相同的性能。而且，在大量制造片状电阻时，第2电极层7的形成使用电镀方法在成本上有利。而设于第1电极层3和第2电极层7之间的镍涂膜层8在大量生产的情况下也是采用电镀方法对成本有利。

在上述实施例中对片状电阻作了说明，但是本发明当然不限于此，而可以作出种种变形例。例如片状电容器和芯片电感器等具有如上所述的外部电极的片状电子零件就有可能使用本发明。因而，处于本发明的精神及范围内的变型例均属于本专利申请的范围。

Claims (20)

1.一种片状电子零件，其特征在于，由片状主体和设在所述片状主体表面的一部分的外部电极构成，

所述外部电极由表面具有多个突起的导电性金属粉和树脂粘合剂组成的导电材料构成。

2.根据权利要求1所述的片状电子零件，其特征在于，所述导电材料包含60～96重量％的所述导电性金属粉。

3.根据权利要求1所述的片状电子零件，其特征在于，所述导电性金属粉由铜粉和镍粉中的至少一种构成。

4.根据权利要求3所述的片状电子零件，其特征在于，所述导电性金属粉用从金、铂、银、钯中选出的一种贵金属被覆。

5.根据权利要求3所述的片状电子零件，其特征在于，所述导电材料还含有银粉。

6.根据权利要求1所述的片状电子零件，其特征在于，所述导电材料还含有碳粉，且所述导电性金属粉由镍粉构成。

7.根据权利要求6所述的片状电子零件，其特征在于，所述碳粉具有链状结构。

8.根据权利要求6所述的片状电子零件，其特征在于，所述片状主体由基板、在所述基板的上表面端部形成的一对上表面电极层、以及形成于所述基板上且电气连接于所述一对上表面电极层的电阻层构成；所述外部电极和所述上表面电极层电气连接。

9.根据权利要求1所述的片状电子零件，其特征在于，所述外部电极由用所述导电材料构成的第1电极层和设于所述第1电极层上的第2电极层组成，所述第2电极层由锡涂膜层和钎焊料涂膜层中的一种构成。

10.根据权利要求9所述的片状电子零件，其特征在于，所述第2电极层由电镀层构成。

11.根据权利要求9所述的片状电子零件，其特征在于，所述第1电极层与所述第2电极层之间设置镍涂膜层。

12.根据权利要求11所述的片状电子零件，其特征在于，所述镍涂膜层由电镀层构成。

13.一种片状电子零件的制造方法，其特征在于，包含：

片状主体的准备工序，

由表面具有多个突起的导电性金属粉和树脂粘合剂组成的导电材料的准备工序，

以及将所述导电材料涂布于所述片状主体的表面的一部分上使之硬化，形成外部电极的工序。

14.根据权利要求13所述的片状电子零件的制造方法，其特征在于，所述导电性金属粉至少由铜粉和镍粉中的一种构成。

15.根据权利要求13所述的片状电子零件的制造方法，其特征在于，所述导电材料还包含碳粉，并且所述导电性金属粉由镍粉构成。

16.根据权利要求15所述的片状电子零件的制造方法，其特征在于，所述形成外部电极的工序包含，在将所述导电材料涂布于辊上之后，使所述辊旋转，将所述导电材料涂布于所述片状主体表面的一部分上的工序。

17.根据权利要求16所述的片状电子零件的制造方法，其特征在于，所述导电材料的触变指数在5～8的范围内。

18.根据权利要求13所述的片状电子零件的制造方法，其特征在于，形成所述外部电极的工序由涂布所述导电材料、使之硬化、形成第1电极层的工序，和在所述第1电极层上形成由锡涂膜层和钎焊料涂膜层中的一种构成的第2电极层的工序组成。

19.根据权利要求18所述的片状电子零件的制造方法，其特征在于，所述形成第2电极层的工序，由在保持于摄氏200度～250度的温度下的锡和钎焊料中的一种的熔融液中浸渍的工序构成。

20.根据权利要求18所述的片状电子零件的制造方法，其特征在于，形成所述第2电极层的工序，由在复印以锡和钎焊料中的一种为主成分的糊状物后，用摄氏200度～280度的温度进行热处理的工序构成。

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