CN1841596B - 层叠陶瓷电子零部件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可以降低剥离、层离、裂纹等发生的层叠陶瓷电子零部件。陶瓷基体(10)包括保护层(40)和功能层(20)。保护层(40)设置在功能层(20)的至少一个面上。内部电极(30)埋设在功能层(20)中。缓冲层(50)具有与陶瓷基体(10)的烧结收缩率不同的烧结收缩率，并埋设在保护层(40)中。
Description
技术领域
本发明涉及层叠陶瓷电子零部件。
背景技术
装载着层叠陶瓷电容器、多层陶瓷基板等层叠陶瓷电子零部件的电子设备，要求高性能化、高功能化，同时还要求小型化。在层叠陶瓷电子零部件方面，也应该瞄准这些技术动向，要求通过更进一步的薄层化、多层化、高密度化来提高特性和实现小型化。
层叠陶瓷电子零部件通常包括埋设了内部电极的功能层和在功能层的两面设置的保护层。一般而言，由于在保护层中没有埋设内部电极，所以相应地烧结收缩率和热膨胀系数(以下称为烧结收缩率等)与功能层不同。例如，层叠陶瓷电容器的保护层与功能层相比较，常常是烧结收缩率较大，热膨胀系数较小。
如果功能层和保护层的烧结收缩率等不同，则在层叠陶瓷电子零部件的制造工序中，存在的问题是在双方的边界附近产生较大的应力，从而容易导致剥离、层离、裂纹等问题的发生。特别在应力得以残留的状态下，通过热处理(退火)或者烧结，存在容易产生裂纹等问题。
专利文献1以防止层离和裂纹为目的，公开了一种通过调整保护层的粘合剂含量，从而调整功能层和保护层的烧结收缩率以防止裂纹的技术。
但是，专利文献1由于必须需要多个粘合剂含量不同的薄片，所以出现了生产工序变得复杂这样的问题。
另外，功能层以及保护层在其边界部分的应力和物理的应变，由于伴随着薄层化和多层化而增大，所以因近年来层叠陶瓷电子零部件的薄层化、多层化以及高密度化，上述的问题变得更加显著。
专利文献1：特开2003-309039号公报
发明内容
本发明的一个目的在于：提供一种可以减少剥离、层离、裂纹等发生的层叠陶瓷电子零部件。
本发明的又一个目的在于：提供一种电气特性良好的层叠陶瓷电子零部件。
本发明的另一个目的在于：提供一种可以谋求生产成品率得以提高的层叠陶瓷电子零部件。
本发明的再一个目的在于：提供一种容易制造的层叠陶瓷电子零部件。
为实现上述的目的，本发明的层叠陶瓷电子零部件包括陶瓷基体、内部电极和缓冲层。陶瓷基体包括保护层和功能层。保护层设置在功能层的至少一个面上。内部电极埋设在功能层中。缓冲层埋设在保护层中，并且具有与陶瓷基体的烧结收缩率不同的烧结收缩率。
在上述本发明的层叠陶瓷电子零部件中，由于内部电极埋设在功能层中，所以埋设了内部电极的功能层的烧结收缩率，就成为内部电极的烧结收缩率和在其周围存在的陶瓷基体的烧结收缩率所合成的烧结收缩率。
另一方面，由于在保护层中埋设了缓冲层，所以埋设了缓冲层的保护层的烧结收缩率，就成为缓冲层的烧结收缩率和其周围的陶瓷基体的烧结收缩率所合成的烧结收缩率。
在本发明中，缓冲层具有与陶瓷基体的烧结收缩率不同的烧结收缩率。缓冲层的烧结收缩率例如可以进行选择，以便使埋设了内部电极的功能层的烧结收缩率和埋设了缓冲层的保护层的烧结收缩率达到相近的数值。
如果埋设了内部电极的功能层的烧结收缩率和埋设了缓冲层的保护层的烧结收缩率达到相近的数值，则可以降低在功能层-保护层的边界附近产生的应力，从而可以减少以前成为问题的在边界附近的剥离、层离、裂纹等。例如，即使在进行热处理(退火)或者烧结的情况下，也可以抑制剥离、层离、裂纹等发生。
而且在保护层覆盖功能层的同时，缓冲层埋设在保护层的内部，所以即使在层叠陶瓷电子零部件的表面附近产生剥离、层离、裂纹等的情况下，也可以用缓冲层来阻止裂纹等的发展。因此，可以避免对内部电极的影响，从而获得良好的电气特性。另外，可以防止使内部电极露出的不良现象(所谓覆盖剥落)的发生，从而使生产成品率得以提高。
再者，由于缓冲层埋设在保护层的内部，所以保护层被缓冲层分割成层状，从虚拟的角度来说，相当于减薄了保护层的厚度。由此，保护层的追踪性变得良好，从而难以产生剥离、层离、裂纹等。
本发明的层叠陶瓷电子零部件正如专利文献1所记载那样，由于不需要粘合剂含量不同的薄片，所以可以简化生产工序。例如，如果将构成功能层的陶瓷基体以及构成保护层的陶瓷基体设计为相同的材料组成，并将内部电极和缓冲层设计为相同的材料组成，则可以简单地制造本发明的层叠陶瓷电子零部件。
另外，根据缓冲层的层数、厚度、形状等的不同，可以很容易地调整保护层的烧结收缩率，所以生产成品率好，而且比较容易制造。
作为其它的方案，不是着眼于缓冲层的烧结收缩率，而是着眼于缓冲层的热膨胀系数，这样也可以使缓冲层具有与陶瓷基体不同的热膨胀系数。在这种情况下，也可以得到同样的作用效果。
如上所述，根据本发明，可以得到如下的效果。
(a)能够提供一种可以减少剥离、层离、裂纹等发生的层叠陶瓷电子零部件。
(b)能够提供一种电气特性良好的层叠陶瓷电子零部件。
(c)能够提供一种可以谋求生产成品率得以提高的层叠陶瓷电子零部件。
(d)能够提供一种容易制造的层叠陶瓷电子零部件。
关于其具体实例，下面参照附图进行更详细的说明。附图只不过是本发明的例示。
附图说明
图1是表示本发明的层叠陶瓷电子零部件的一个实施例的正面剖面图。
图2是图1的2-2向剖面放大图。
图3是图2的3-3向剖面图。
图4是表示本发明的层叠陶瓷电子零部件产生裂纹时的状态的剖面图。
图5是表示比较例的层叠陶瓷电子零部件产生裂纹时的状态的剖面图。
图6是层叠陶瓷电容器的特性图。
图7是表示本发明的层叠陶瓷电子零部件的又一实施例的剖面图。
图8是表示本发明的层叠陶瓷电子零部件的另一实施例的剖面图。
图9是表示本发明的层叠陶瓷电子零部件的再一实施例的剖面图。
图10是表示本发明的层叠陶瓷电子零部件的再一实施例的剖面图。
图11是表示本发明的层叠陶瓷电子零部件的再一实施例的剖面图。
图12是表示本发明的层叠陶瓷电子零部件的再一实施例的剖面图。
具体实施方式
图1是表示本发明的层叠陶瓷电子零部件的一个实施例的正面剖面图，图2是图1的2-2向剖面放大图，图3是图2的3-3向剖面图。图示的层叠陶瓷电子零部件例如为层叠陶瓷电容器、层叠陶瓷电感器、多层陶瓷基板等。
图示的层叠陶瓷电子零部件包括：陶瓷基体10、内部电极30和缓冲层50。陶瓷基体10包括功能层20和保护层40。
保护层40是用于保护功能层20的，覆盖着功能层20。在图中，保护层40设置在功能层20的上下面，但也可以只设置在功能层20的上面或下面。
构成功能层20的陶瓷基体以及构成保护层40的陶瓷基体，既可以是同一的组合物，也可以是互不相同的组合物。功能层20和保护层40例如可以用陶瓷电介质构成。
功能层20和保护层40可以不管双方的边界线能否识别。正如后面所叙述的那样，在陶瓷基体10之中，埋设着内部电极30的部分成为功能层20，埋设着缓冲层50的部分则成为保护层40。
内部电极30是层叠陶瓷电子零部件的电路元件，埋设在功能层20内。在图中，内部电极30具有相互对置的电极301、302。内部电极30例如也可以是构成电感器的线路、电路图案等。内部电极30既可以是图示的层叠构造，也可以是单层构造。
外部电极71、72设置在陶瓷基体10的侧端。外部电极71与电极301电导通，外部电极72与电极302电导通。
缓冲层50用于调整烧结收缩率、或热膨胀系数(以下称烧结收缩率等)，并埋设在保护层40中。
缓冲层50具有与陶瓷基体10的烧结收缩率不同的烧结收缩率。例如，设合成内部电极30的烧结收缩率和其周围的陶瓷基体的烧结收缩率而给出的功能层20的烧结收缩率为α1，设合成缓冲层50的烧结收缩率和其周围的陶瓷基体的烧结收缩率而给出的保护层40的烧结收缩率为α2，设构成保护层40的陶瓷基体的烧结收缩率为α3，则此时优选设定的是|α1-α2|＜|α1-α3|。
另外，缓冲层50也可以具有与陶瓷基体10的热膨胀系数不同的热膨胀系数。例如，设合成内部电极30的热膨胀系数和其周围的陶瓷基体的热膨胀系数而给出的功能层20的热膨胀系数为β1，设合成缓冲层50的热膨胀系数和其周围的陶瓷基体的热膨胀系数而给出的保护层40的热膨胀系数为β2，设构成保护层40的陶瓷基体的热膨胀系数为β3，则此时优选设定的是|β1-β2|＜|β1-β3|。
缓冲层50的烧结收缩率或热膨胀系数与陶瓷基体10、内部电极30的组成、烧结收缩率等相对应，可以进行任意的设定。例如，优选将缓冲层50设定为：与内部电极30具有相同的组合物，表现出相同的热行为，具有相同的烧结收缩率，或具有相同的热膨胀系数。
例如在层叠陶瓷电容器中，优选将缓冲层50设定为：具有比其周围的陶瓷基体的烧结收缩率小的烧结收缩率，或具有比缓冲层50周围的陶瓷基体的热膨胀系数大的热膨胀系数。
缓冲层50既可以是导电性的，也可以是非导电性的。在图中，缓冲层50是不作为电路元件发挥作用的电极(伪电极：dummy electrode)。
缓冲层50既可以是图示的单层构造，也可以是层叠构造(参照图11)。缓冲层50的层数、配置、厚度、形状等是任意的。例如，缓冲层50的厚度既可以是均匀的，也可以是不均匀的。另外，缓冲层50的形状既可以是对称形状，也可以是不对称形状。
关于缓冲层50的形成区域，优选的是从内部电极30的层叠方向看，只在形成有内部电极30的面的内部形成，即宽度比内部电极30的宽度狭小。这是因为缓冲层50有可能在陶瓷基体10的表面露出，从而在电学性能方面产生不良影响。
例如这是因为：缓冲层50有可能在陶瓷基体10的两侧端露出，缓冲层50的一侧与外部电极71电导通，另一侧与外部电极72电导通，从而产生短路不良现象。
在图2中，保护层40因为在其中埋设有缓冲层50，所以虚拟的厚度成为厚度t1、t2。厚度t1、t2优选为100μm或以下。
在上述本发明的层叠陶瓷电子零部件中，由于内部电极30埋设在功能层20内，所以功能层20的烧结收缩率就成为内部电极30的烧结收缩率和在其周围存在的陶瓷基体10的烧结收缩率所合成的烧结收缩率。
另一方面，由于在保护层40埋设了缓冲层50，所以保护层40的烧结收缩率就成为缓冲层50的烧结收缩率和其周围的陶瓷基体10的烧结收缩率所合成的烧结收缩率。
缓冲层50具有与陶瓷基体10的烧结收缩率不同的烧结收缩率。缓冲层50的烧结收缩率例如可以进行选择，以便使埋设了内部电极30的功能层20的烧结收缩率与埋设了缓冲层50的保护层40的烧结收缩率达到相近的数值。
如果埋设了内部电极30的功能层20的烧结收缩率与埋设了缓冲层50的保护层40的烧结收缩率达到相近的数值，则可以降低在功能层20-保护层40的边界附近所产生的应力，从而可以减少以前成为问题的在边界附近的剥离、层离、裂纹等。例如，即使在进行热处理(退火)或者烧结的情况下，也可以抑制剥离、层离、裂纹等发生。
与此相对照，当像以前那样在保护层中不设置缓冲层时，埋设了内部电极的功能层和没有埋设内部电极的保护层，其烧结收缩率大为不同，由于双方边界附近产生的应力的作用，容易产生剥离、层离、裂纹等现象。
图4是表示本发明的层叠陶瓷电子零部件的表面产生裂纹时的剖面图。图5是表示比较例的层叠陶瓷电子零部件的表面产生裂纹时的剖面图。比较例的电子零部件在没有缓冲层50这一点上，是与本发明的层叠陶瓷电子零部件不同的。
如图4所示，在本发明中，由于保护层40覆盖着功能层20，同时缓冲层50埋设在保护层40的内部，所以即使在层叠陶瓷电子零部件的表面附近产生了剥离、层离、裂纹等的情况下，裂纹也会集中在缓冲层50，从而难以扩展到内部电极30。这样，通过用缓冲层50来阻止裂纹的发展，可以避免对内部电极30的影响，从而获得良好的电气特性。另外，可以防止使内部电极30露出的不良现象(所谓覆盖剥落)的发生，从而使生产成品率得以提高。
与此相对照，图5所示的比较例因为没有设置缓冲层50，所以表面发生的裂纹达到了内部电极30。
再者，在本发明中，由于缓冲层50埋设在保护层40的内部，所以因保护层40被缓冲层50分割成层状，保护层40的追踪性变得良好，从而难以产生剥离、层离、裂纹等。
图6是对于层叠陶瓷电容器、表示缓冲层的层数和裂纹发生率之间的关系的图。
图6是对于尺寸为3.2mm×1.6mm×1.6mm的层叠陶瓷电容器、表示湿式滚磨后的裂纹发生率的图。当设定功能层的内部电极的间隔为L1时，则最外壳的内部电极和缓冲层的间隔L2为L1的5倍。当缓冲层有多层时(参照图11)，缓冲层之间的间隔设定为与间隔L2相同。缓冲层为长方形图案时，其厚度为1.5μm。
如图6所示，从没有缓冲层(层数＝0)开始，因缓冲层1层、2层地增加，裂纹的发生率得以降低。特别当缓冲层设定为2层或更多层时，裂纹发生率几乎为零，可以得到非常好的特性。
再者，本发明的层叠陶瓷电子零部件如专利文献1所记载的那样，由于不需要粘合剂含量不同的薄片，所以可以简化生产工序。例如，如果将构成功能层20的陶瓷基体及构成保护层40的陶瓷基体设定为相同的材料组成，并将内部电极30和缓冲层50设定为相同的材料组成，则可以简单地制作本发明的层叠陶瓷电子零部件。
图示的层叠陶瓷电子零部件例如可以按照以下的工序制作。首先，采用薄片法或印刷法，形成成为陶瓷基体10的陶瓷坯片，在陶瓷坯片上印刷导电性浆料，以形成内部电极30或缓冲层50。
其次，依次层叠形成有内部电极30或缓冲层50的陶瓷坯片而形成层叠构造体，撕碎层叠构造体，实施脱粘合剂工序、烧结工序、热处理(退火)工序。接着实施研磨(湿式滚磨)工序、外部电极形成工序，便可以得到图1所示的成品。此外，本发明的陶瓷电子零部件也可以用薄片形成方法以外的方法进行制作。
本发明的层叠陶瓷电子零部件根据缓冲层50的层数、厚度、形状等的不同，可以容易地调整保护层40的烧结收缩率，所以生产成品率得以提高，可以容易地进行制作。
作为其它的方案，不是着眼于缓冲层的烧结收缩率，而是着眼于缓冲层的热膨胀系数，这样也可以使缓冲层具有与陶瓷基体不同的热膨胀系数。在这种情况下，也可以得到同样的作用效果。
也就是说，与着眼于缓冲层的烧结收缩率的情况相同，如果功能层的热膨胀系数和保护层的热膨胀系数的数值达到相近的数值，则可以获得优良的作用效果：如功能层-保护层的边界附近所产生的应力得以降低、能够抑制裂纹等的发生等。
图7～图12是在本发明的层叠陶瓷电子零部件中，用于说明改变缓冲层50的形状、配置、层数的情况。在图7～图12中，关于与图1～图6中出现的构成部分相当的部分，在此标记相同的参照符号，并省略重复说明。各自的实施例借助于共同的构成部分，可以得到同样的作用效果，在此省略重复说明。
图7～图10是与上述图3相对应的剖面图。在图7中，缓冲层50呈楕圆形状。在图8中，缓冲层50为长方形，被分断为2个。在图9中，缓冲层50是所谓的环状，在中心位置有槽口501。在图10中，缓冲层50为长方形，被分断成4个。
图11、图12是与上述图2相对应的剖面图。在图11中，缓冲层50设置为2层，保护层40的虚拟的厚度分别为厚度t1、t2、t3。在图12中，缓冲层50由电介质层构成。
上面参照优选的实施例，就本发明的内容进行了具体的说明，但基于本发明基本的技术构思和示范，本领域的技术人员可以采用各种变化的方案，这是不言自明的。
Claims (8)
1.一种层叠陶瓷电子零部件，其包括陶瓷基体、内部电极和缓冲层，其中所述陶瓷基体包括保护层和功能层；所述保护层设置在所述功能层的至少一个面上；所述内部电极埋设在所述功能层中；所述缓冲层埋设在所述保护层中，并且具有与所述陶瓷基体的烧结收缩率不同的烧结收缩率；其中，
设合成所述内部电极的烧结收缩率和其周围的陶瓷基体的烧结收缩率而给出的所述功能层的烧结收缩率为α1，设合成所述缓冲层的烧结收缩率和其周围的陶瓷基体的烧结收缩率而给出的所述保护层的烧结收缩率为α2，设构成所述保护层的陶瓷基体的烧结收缩率为α3，则此时
|α1-α2|＜|α1-α3|。
2.根据权利要求1所述的层叠陶瓷电子零部件，其中所述缓冲层具有比其周围的陶瓷基体小的烧结收缩率。
3.根据权利要求1所述的层叠陶瓷电子零部件，其中所述缓冲层具有与所述内部电极相同的组成。
4.根据权利要求1所述的层叠陶瓷电子零部件，其中所述缓冲层是伪电极，且与所述内部电极是电绝缘的。
5.一种层叠陶瓷电子零部件，其包括陶瓷基体、内部电极和缓冲层，其中所述陶瓷基体包括保护层和功能层；所述保护层设置在所述功能层的至少一个面上；所述内部电极埋设在所述功能层中；所述缓冲层埋设在所述保护层中，并且具有与所述陶瓷基体不同的热膨胀系数；其中，
设合成所述内部电极的热膨胀系数和其周围的陶瓷基体的热膨胀系数而给出的所述功能层的热膨胀系数为β1，设合成所述缓冲层的热膨胀系数和其周围的陶瓷基体的热膨胀系数而给出的所述保护层的热膨胀系数为β2，设构成所述保护层的陶瓷基体的热膨胀系数为β3，则此时
|β1-β2|＜|β1-β3|。
6.根据权利要求5所述的层叠陶瓷电子零部件，其中所述缓冲层具有比其周围的陶瓷基体大的热膨胀系数。
7.根据权利要求5所述的层叠陶瓷电子零部件，其中所述缓冲层具有与所述内部电极相同的组成。
8.根据权利要求5所述的层叠陶瓷电子零部件，其中所述缓冲层是伪电极，且与所述内部电极是电绝缘的。
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