CN1354481A - 导电胶以及使用它的陶瓷电子部件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导电胶,它即使在玻璃粉的含有量以及烧接温度发生稍许变动的情况下也能够稳定地确保连接强度并且能够抑制陶瓷元件的发热。它是含有导电成分、有机载体以及至少包含结晶化玻璃的玻璃粉的导电胶,选择结晶熔融温度为相对于导电胶的烧接温度n(℃)在n－100～n+40(℃)的范围内的结晶化玻璃。

Description

导电胶以及使用它的陶瓷电子部件
技术领域
本发明涉及导电胶以及使用它形成端子电极的陶瓷电子部件，特别地，涉及适合于形成耐压数百V～数kV的陶瓷电容的端子电极的导电胶以及这种陶瓷电容。
背景技术
对于以往的陶瓷电子部件特别是耐压数百V～数kV的中高压用的陶瓷电容，使用于形成其端子电极的导电胶主要由导电成分、有机载体以及玻璃粉形成。端子电极是将这样的导电胶涂覆在陶瓷元件的端面并且将其烧接形成。
特别地，当导电胶中含有玻璃粉时，在对其进行烧接时玻璃粉软化流动促进导电成分烧结，同时能够提高相对于端子电极的陶瓷元件的连接强度。
然而，对于这样的用途，当导电胶中的玻璃粉的含有量相对于预先设定的设计值增加几个体积％时，或者当其烧接温度上升几℃时，导电胶烧接时熔融的玻璃会渗透到陶瓷元件的内部。这样，当对于被玻璃渗透的陶瓷电子部件施加高电压以及高频信号时，陶瓷元件本体会发生劣化、介电正切tanδ上升。结果是存在陶瓷电子部件的损耗系数增大并且陶瓷元件发热的问题。
另一方面，当玻璃粉的含有量相对于设计值减少几个体积％时，或者其烧接温度下降数℃时，存在端子电极的连接强度下降、端子电极与陶瓷元件间会产生剥离的问题。
本发明为了解决上述问题，提供一种导电胶以及采用该导电胶形成端子电极的陶瓷电子部件，该导电胶即使在相对于设计值玻璃粉的含有量与烧接温度发生变化，也能够确保所形成的端子电极的连接强度并且能够抑制陶瓷元件的发热。
发明内容
为达成上述目的，本发明的导电胶是含有导电成分、有机载体以及包含结晶化玻璃的玻璃粉并且在温度n(℃)烧接的导电胶，所述结晶化玻璃的结晶熔融温度Tm(℃)相对于导电胶的烧接温度n满足n-100≤Tm≤n+40。
又，本发明的导电胶的结晶化玻璃含有量最好是占有导电胶100体积％中的1～25体积％。
本发明的陶瓷电子部件具备陶瓷元件以及形成在陶瓷元件上的端子电极，所述端子电极采用本发明的导电胶而形成。
附图简述
图1表示发明的一实施形态的陶瓷电子部件的剖视图。
图2表示本发明另一实施形态的陶瓷电子部件剖视图。
符号说明
1，11陶瓷电子部件
2，12陶瓷元件
3，14端子电极
具体实施形态
本发明的导电胶包含结晶化玻璃，其特点在于，该结晶化玻璃的结晶熔化温度(℃)相对于导电胶的烧接温度n(℃)在n-100～n+40的范围内。如此，由于在导电胶中含有具有上述结晶熔融温度的结晶化玻璃，相对于预订的设计值即使玻璃粉的含有量以及烧接温度发生稍许变动，在陶瓷元件上也能够形成连接强度高的端子电极，又，能够获得损耗以及发热少的陶瓷电子部件。
对此，当结晶化玻璃的结晶熔融温度相对于导电胶的烧接温度下降超过100℃时，由于玻璃成分渗透到陶瓷元件的比例过大，因此，当施加高压以及高频信号时，陶瓷元件会发热。另一方面，当结晶化玻璃的结晶熔融温度相对于导电胶的烧接温度上升超过40℃时，在端子电极与陶瓷元件的界面上的玻璃量过少，端子电极的连接强度会劣化。
又，本发明的结晶化玻璃是指玻璃制作时为非晶体的玻璃而当加热玻璃则至少一部分发生结晶化的玻璃。又，结晶熔融温度是指玻璃加热时结晶后的玻璃开始熔融的温度。又，烧接温度是指在陶瓷元件上涂覆导电胶之后使得导电成分开始烧结时的温度，陶瓷电子部件的端子电极形成用导电胶的情况下，一般以比导电成分的熔点再低100～200℃前后的温度进行烧接。
又，结晶化玻璃的含有量最好为导电胶体积100％中的1～25体积％。当下低于体积1％时，含有结晶化玻璃的效果很弱、端子电极的连接强度不充分。另一方面，当超过25体积％时，由于渗透到陶瓷元件的玻璃的比例增加，陶瓷元件发热。
又，没有对于导电成分的种类以及含有量进行特别地限定，例如能够适用从Ag，Ag-Pd，Au，Pt等的昂贵金属粉末以及Ni，Cu等贱的金属粉末中选出的至少一种，能够使用含有导电胶100体积％中的30～50体积％左右。
又，没有特别地对于有机载体的种类以及含有量进行限定，例如能够使用将乙基纤维素(echyl cellulose)等的有机粘合剂重量20％溶解到松油醇等溶剂重量80％后的有机载体，能够使用使得含有导电胶100体积％中的30～60重量％左右的有机载体。
又，没有特别限定结晶化玻璃的种类，例如，能够采用对于B-Bi-碱土类-O系玻璃将Bi2O3量控制在30莫尔％左右的玻璃粉等。又，没有特别限定结晶熔融温度，例如能够通过添加Al2O3进行适宜调制。又，当Al2O3的含有量增多时，结晶化玻璃的结晶熔融温度向低温移动，另一方面当Al2O3含有量变少时，结晶化熔融温度向高温侧移动。
其次，对于本发明的陶瓷电子部件的一实施形态参照图1进行详细说明。即，陶瓷电子部件1由陶瓷元件2、端子电极3，3、锡焊4，4、引导端子5，5、外部树脂6构成。
陶瓷元件2又将陶瓷生片烧接后的圆板型的烧接体形成。端子电极3、3由形成在陶瓷元件2的两主面上的一对电极膜形成。软焊4、4形成在端子电极3、3上使得端子电极3、3与引导端子5、5分别电性并且机械性地接合。外部树脂6覆盖陶瓷元件2以及端子3、3与锡焊4、4。
陶瓷元件2可以采用例如由具有作为电介质、绝缘体、半导体、压电体、磁体的功能的材料所形成的元件。又，图1所示的陶瓷元件2的形状为圆板型，而陶瓷元件2的形状并没有特别限定于圆板型，例如能够采用方型的只要具备形成端子电极3，3的足够的面积。
端子电极3，3是在陶瓷元件2的两主面上涂布本发明的导电胶后进行干燥烧接而形成。又，端子电极的形状大小并没有仅限于本发明的实施形态，例如，能够形成在陶瓷元件2两主面的全面上或者使得具有任意形状的间隙宽度，在任何情况下都可以获得本发明的效果。又，并没有将端子电极的层数限定于本发明的实施形态，例如，可以在第1层端子电极上再形成第2层端子电极、也可以再形成数层。
没有将锡焊4、4的材料、形状以及大小限定于本实施形态，例如，形成在端子电极3、3的整个面上，或者端子电极3、3的任意的一部分上都可以。
引线端子5、5的材质、形状以及大小并不限于本发明的实施形态，例如能够采用将由CU、Fe、Ni、Au等形成的金属线为芯部材料根据需要在金属线表面镀Sn、Cu、Pd、Au、Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu的引导端子。又，与端子电极3接合的引导端子5的数目也并不限定于本发明的实施形态，也可以将2个以上的引导端子5与1个端子电极3接合。
外部树脂6例如可以列举环氧树脂、硅树脂等，并没有特别限定于此，能够适当地采用一些代表性的树脂，只要绝缘性、耐湿性。耐冲击性、耐热性等良好即可。又，并不一定需要具备外部树脂6，而或者也可以形成多层外部树脂6。
对于本发明的陶瓷端子部件的另一实施形态参照图2进行详细说明。即，陶瓷电子部件11由陶瓷元件12、内部电极13，13、端子电极14，4以及镀膜15，5构成。
陶瓷元件12是以BaTiO3为主要成分的电介质材料构成的陶瓷层12多层叠层后的生陶瓷元件烧接而成的。
内部电极13、3位于陶瓷元件12内的陶瓷层12a之间，在多层生的陶瓷层12a上印刷导电胶，与生的陶瓷层同时进行烧接，内部电极13、3的各自的边缘露出陶瓷元件12的端面之一。
端子电极14，4为了使得与露出在陶瓷元件12端面的内部电极13，3的一端电性并且机械性地接合而本发明的导电胶涂布在陶瓷元件12的端面进行烧接。
镀膜15、5例如可以由Sn以及Si等的无电解镀膜、锡焊等形成，在端子电极14，4上至少形成一层。
又，本发明的陶瓷电子部件的陶瓷元件12的材料并不限于上述的实施形态，例如也可以由PbZrO3等其他的电介质材料、绝缘体、磁体、半导体构成。又，陶瓷元件12也可以由一枚的陶瓷层12a构成，也可以由数层形成。又，本发明的陶瓷电子部件的内部电极13的个数并不限于上述的实施形态，并不一定要具备，而也可以形成数层。又，镀膜15、5并不一定要具备，而也可以形成数层。
(实施例)
以下，对于根据实施例对于本发明进行具体说明。
(实施例1)
在本实施例中，采用包含结晶化温度与结晶熔融温度相互不同的结晶化玻璃粉的导电胶并且对于在相同的800℃下烧接时的连接强度与发热温度进行实验。
首先，准备作为原材料的Bi2O3、H3BO3、Al2(OH)6、CaCO3、SrO、BaCO3，将它们调和成规定的组成比例之后，投入白金制的坩埚中，在炉中以900～1300℃下维持60分钟并且使之熔化。其次，在确认试料完全熔融之后，从炉中取出投入到纯水之中使得形成玻璃。其次，将获得珠状的玻璃珠在球磨机中粉碎获得下述表1所示的试料1～12的玻璃粉。又，试料1～12的玻璃粉在制作时利用X光衍射法确认为非晶体。又，利用DTA曲线以及高温X光衍射法确认试料1～9的玻璃粉当温度升高时结晶。即试料1～9的玻璃粉为结晶化玻璃。结晶化温度以及结晶熔融温度分别如表1所示。
其次，将平均粒子直径为0.3μm的Ag粉末33体积％、试料1～12的玻璃粉体积6％、使乙基纤维素20重量％溶解到松油醇80重量％的有机载体的61体积％进行混合，采用3个辊式破碎机进行混合，获得下述表1所示的试料1～12的导电胶。
其次，准备具有作为中高压用陶瓷电容的功能的陶瓷元件，在该陶瓷元件的两端面上利用网板印刷法形成3mmφ的电极膜，将其干燥之后，在空气中以800℃进行烧接，由此形成端子电极。然后，在上述端子电极上对于引导线附加锡焊，然后再采用外部树脂进行覆盖而获得试料1～12的陶瓷电子部件。
这里，对于试料1～12的陶瓷部件施加3kVp-p，采用热电偶测定外部树脂表面的温度，求出相对于室温25℃的发热温度ΔT(℃)，总和起来进行评价，这些在表1中进行归纳。又，对于评价方面，将发热温度ΔT低于30℃的试料作为“0”、高于30℃的试料作为“×”。
                                表1
  试料     组成系   结晶化温度(℃)   结晶熔融温度(℃)   烧接温度(℃)   烧接温度-结晶熔融温度(℃)  连接强度(N) 发热温度ΔT(℃) 评价
    1  B-Bi-Al-Ca-O系   604   682 800     118     32     43.2 ×
    2   648   798     2     43     24.2 0
    3   657   843     -43     23     34.3 ×
    4  B-Bi-Al-Sr-O系   551   695     105     34     38.4 ×
    5   541   793     7     45     22.6 0
    6   534   845     -45     22     34.8 ×
    7  B-Bi-Al-Ba-O系   507   619     181     29     40.2 ×
    8   513   802     -2     41     24.1 0
    9   528   863     -63     18     35.1 ×
    10  B-Bi-Al-Ca-O系 非晶体玻璃粉      -     24     39.4 ×
    11  B-Bi-Al-Sr-O系      -     23     38.3 ×
    12  B-Bi-Al-Ba-O系      -     23     39.7 ×
从表1可知，与其组成无关地在采用结晶化玻璃的试料1～9中，结晶熔融温度相对于作为烧接温度的800℃在-100～+40℃的范围内，即含有结晶熔融温度在700～840℃的范围内的结晶化玻璃的导电胶的试料2、5、8的陶瓷电子部件发热温度ΔT较低为22.6～24.2℃。
对此，虽然为结晶化玻璃，而结晶熔融温度为750～830℃的范围外的试料1、3、4、6、7、9的陶瓷电子部件发热温度ΔT较高为34.3～43.2℃。
又，不含结晶化玻璃的试料10～12的陶瓷电子部件与组成无关任何情况下发热温度ΔT都较高。
(实施例2)
在本实施例中，对于采用实施例1作成的试料2、5、8而以不同的温度进行烧接时的连接强度与发热特性进行实验。
首先，准备试验例1作成的试料2、5、8的导电胶以及陶瓷元件，除了分别以780℃、820℃进行烧接之外其他与实施例1相同进行制作，获得试料2a、2b、5a、5b、8a、8b的陶瓷电子部件。
这里，对于试料料2a、2b、5a、5b、8a、8b的陶瓷电子部件求得发热温度ΔT(℃)，总和起来进行评价，与实施例1作成的试料2、5、8同时将它们归纳在表2中。又，对于发热温度ΔT(℃)的测定方法以及评价采用与实施例1相同的方法。
                                 表2
试料     组成系 结晶化温度(℃)   结晶熔融温度(℃)   烧接温度(℃)   烧接温度-结晶熔融温度(℃) 连接强度(N) 发热温度ΔT(℃) 评价
    2a  B-Bi-Al-Ca-O系   648   798     780     -18     41     25.1     0
    2     800     2     43     24.2     0
    2b     820     22     40     24.9     0
    5  B-Bi-Al-Sr-O系   541   793     780     -13     42     23.5     0
    5     800     7     45     22.6     0
    5b     820     27     40     24.3     0
    8  B-Bi-Al-Ba-O系   513   802     780     -22     40     25.0     0
    8a     800     -2     41     24.1     0
    8b     820     18     39     25.2     0
如表2可知，设计为以800℃烧接的导电胶的烧接温度即使稍微发生变动，也能够大致稳定地确保所形成的端子电极的连接强度并且陶瓷元件的发热温度ΔT(℃)仅略微发生变动。
(实施例3)
在本实施例中，对于采用改变了实施例1中作成的试料2、5、8的玻璃粉含有量的导电胶并且在相同的800℃下烧接时的连接强度与发热温度特性进行实验。
首先，将平均粒子直径为0.3μm的Ag粉末33体积％、试料2、5、8的玻璃粉4体积％或8体积％、使乙基纤维素20重量％溶解到松油醇重量80％的有机载体61体积％进行混合，采用3个辊式破碎机进行混匀，获得试料2c、2d、5c、5d、8c、8d的导电胶。
其次，准备试料料2c、2d、5c、5d、8c、8d的导电胶以及陶瓷元件，与实施例1同样地进行制作，获得试料料2c、2d、5c、5d、8c、8d的陶瓷电子部件。
这里，求出试料料2c、2d、5c、5d、8c、8d的陶瓷电子部件的发热温度ΔT(℃)，总和起来进行评价，与实施例1作成的试料2、5、8同时地归纳在表3中。又，对于发热温度ΔT(℃)的测定方法以及评价，采用与实施例1相同的方法。
表3
试料     组成系   结晶化温度(℃)   结晶熔融温度(℃)   玻璃添加量(体积％) 烧接温度(℃) 连接强度(N) 发热温度ΔT(℃) 评价
    2c     B-Bi-Al-Ca-O系   648   798     4 800     42     24.6     0
    2     6     43     24.2     0
    2d     8     43     24.4     0
    5c     B-Bi-Al-Sr-O系   541   793     4     44     23.5     0
    5     6     45     22.6     0
    5d     8     45     22.9     0
    8c    B-Bi-Al-Ba-O系   513   802     4     40     25.7     0
    8     6     41     24.1     0
    8d     8     41     25.2     0
如表3可知，设计为导电胶中的含有量为6体积％的玻璃粉含有量即使发生稍许变动，也能够大致稳定地确保所形成的端子电极的连接强度并且陶瓷元件的发热温度ΔT(℃)也仅略微变化。
上述本发明的导电胶是含有导电成分、有机载体以及至少含有结晶化玻璃的玻璃粉的导电胶，通过相对于导电胶的烧接温度n(℃)在n-100～n+40的范围内选择结晶化玻璃的结晶熔融温度，即使相对于设计值玻璃粉的含有量与烧接温度发生变动，也能够稳定地确保连接强度并且能够抑制陶瓷元件的发热，特别地能够形成适合于中高压用途的陶瓷电子部件。
又，本发明的陶瓷电子部件具备陶瓷元件、形成在陶瓷元件上的端子电极，其特点在于端子电极采用本发明的导电胶而形成，由此即使相对于设计值玻璃粉的含有量以及烧接温度发生变化，也能够稳定地确保端子电极的连接强度并且可以抑制陶瓷元件的发热。

Claims (3)

1.一种导电胶，它是含有导电成分、有机载体以及包含有结晶化玻璃的玻璃粉并且在温度n(℃)烧接的导电胶，其特征在于，
所述结晶化玻璃的结晶熔融温度Tm(℃)相对于导电胶的烧接温度n满足n-100≤Tm≤n+40。
2.如权利要求1所述的导电胶，其特征在于，
所述结晶化玻璃占有导电胶100体积％中的1～25体积％。
3.一种陶瓷电子部件，具备陶瓷元件以及形成在陶瓷元件上的端子电极，其特征在于，
所述端子电极采用权利要求1或2所述的导电胶而形成。
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