CN1849678A - 电极糊、陶瓷电子部件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可抑制爆裂的产生的电极糊、陶瓷电子部件及其制造方法。本发明的陶瓷电容器(10)的制造方法的特征在于：适用于具备介电体层(12)与内部电极层(14)交互层叠的电容器素体(16)和在电容器素体(16)的内部电极层(12)露出的端面(16a)形成的外部电极(18)的陶瓷电容器(10)的制作，且包含于电容器素体(16)的端面(16a)涂布包含Cu粉末和由比NiCu更差的Ni构成的Ni粉末的外部电极糊的步骤，和烧制涂布有外部电极糊的电容器素体16的步骤，Ni粉末对于Cu粉末的重量比为0.5～10wt％，并且Ni粉末的平均粒径为0.2～10μm，因此可以抑制爆裂的产生。

Description

电极糊、陶瓷电子部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及电极糊、陶瓷电子部件及其制造方法。

背景技术

以前，在叠层陶瓷电容器等的陶瓷电子部件的制作中，采用以下方法：形成叠层体，该叠层体包含构成介电体层的陶瓷介电体粉末形成的层和构成内部电极层的内部电极糊形成的层交互重合的多个层，烧制该叠层体后，设置外部电极。

这里，在介电体层的形成中，使用混合陶瓷介电体粉末和有机粘合剂和有机溶剂等，以刮刀(doctor blade)法等方法使浆化的介电体糊成为薄片状，适当干燥后制作的陶瓷成形体。而且，用于内部电极层的形成的内部电极糊是将镍等金属粉末分散于有机粘合剂和有机溶剂等，使其成为糊状。且上述叠层体通常将内部电极糊筛网(screen)印刷到薄片状的陶瓷成形体表面，使包含于内部电极糊的有机溶剂干燥后，重合多片该成形体，加压成形后制成。

通过将该叠层体芯片化并加以烧制形成陶瓷元件。且在该陶瓷元件的端面中，在内部电极层露出的端面设置有外部电极。在该外部电极的形成中，使用将铜等金属粉末分散于粘合剂和溶剂等、成为糊状的外部电极糊。即，在陶瓷元件的端面涂布该外部电极糊后，烧制涂布有外部电极糊的陶瓷元件，通过烧结外部电极糊内的金属粉末，形成作为多孔质烧结体的外部电极。其中，这样的外部电极例如如下述专利文献1～专利文献5等中有公开。

通常，向基板等焊锡安装陶瓷电子部件之前，为提高连接可靠性和湿润性，在外部电极的表面实施铜或镍、锡等电镀处理。

然而，在上述现有的陶瓷电子部件中，存在如下问题。即，存在外部电极的空隙的电镀中有水分渗入，由于该渗入的水分，在陶瓷电子部件安装时产生“爆裂”的问题。该“爆裂”是指在安装时加热外部电极时，渗入至外部电极的空隙的水分蒸发，由于该蒸汽压力焊锡弹出的现象。当产生这种爆裂时，可能产生弹出的焊锡附着在陶瓷电子部件或其它安装部件、印刷配线等事态，造成短路等问题。

专利文献1：日本专利特开平5-275272号公报

专利文献2：日本专利特开平8-306580号公报

专利文献3：日本专利特开2002-198253号公报

专利文献4：日本专利特开平7-335477号公报

专利文献5：日本专利特开平10-144559号公报

发明内容

本发明为解决上述问题开发完成，其目的在于提供一种可控制爆裂的产生的电极糊、陶瓷电子部件及其制造方法。

本发明的陶瓷电子部件的制造方法，其特征在于：适用于制作具备介电体层与电极层交互层叠的陶瓷元件、和形成在陶瓷元件的电极层露出的端面的外部电极的陶瓷电子部件，具有：在陶瓷元件的端面涂布包含由Cu构成的第一粉末和由比Cu更差的金属构成的第二粉末的外部电极糊的步骤；和烧制涂布有外部电极糊的陶瓷元件的步骤，第二粉末对于第一粉末的重量比为0.5～10wt％，并且第二粉末的平均粒径为0.2～10μm。

在该陶瓷电子部件的制造方法中，外部电极糊中除以Cu构成的第一粉末之外，还包含由比Cu更差的金属构成的第二粉末。发明人们经过锐意研究后新发现，将仅含规定量的由比Cu更差的金属构成、具有规定范围的粒径的第二粉末的外部电极糊涂布在陶瓷元件制作陶瓷电子部件时，在陶瓷电子部件的外部电极保持足够的强度的状态下，可有效抑制爆裂的发生。

而且，优选构成第二粉末的比Cu更差的金属是镍、钴和钛中的至少一种金属。

本发明的陶瓷电子部件，是在介电体层与电极层交互层叠的陶瓷元件的、电极层露出的端面，涂布包含由Cu构成的第一粉末和由比Cu更差的金属构成的第二粉末的外部电极糊，烧制涂布有外部电极糊的陶瓷元件而获得，其特征在于：第二粉末对于第一粉末的重量比为0.5～10wt％，并且第二粉末的平均粒径为0.2～10μm。

在制作该陶瓷电子部件上使用的外部电极糊中，除以Cu构成的第一粉末之外，还包含由比Cu更差的金属构成的第二粉末。发明人们经过锐意研究后新发现，在将仅含规定量的由比Cu更差的金属构成、具有规定范围的粒径的第二粉末的外部电极糊涂布在陶瓷元件制作的陶瓷电子部件中，在外部电极保持足够的强度之状态下，可有效抑制爆裂的发生。

而且，优选构成第二粉末的比Cu更差的金属是镍、钴和钛中的至少一种金属。

本发明的电极糊，其特征在于，具备：粘合剂；由Cu构成的平均粒径不到20μm的第一粉末；和由比Cu更差的金属构成的第二粉末，第二粉末对于第一粉末的重量比为0.5～10wt％，并且第二粉末的平均粒径为0.2～10μm。

在该电极糊中，除以Cu构成的第一粉末之外，还包含由比Cu更差的金属构成的第二粉末。发明人们经过锐意研究新发现，将这样的电极糊用作例如陶瓷电子部件的制作时使用的外部电极糊，可制作出具有充分的强度，并可有效抑制爆裂产生的外部电极。

而且，优选构成第二粉末的比Cu更差的金属是镍、钴和钛中的至少一种金属。

根据本发明，可提供一种能够控制爆裂的产生的电极糊、陶瓷电子部件及其制造方法。

附图说明

图1是本发明的实施方式的陶瓷电容器的概略剖面图。

图2是表示生胚薄片(green sheet)的印刷图案的局部放大图。

图3是表示制作陶瓷电容器的步骤的示意图。

图4(a)是烧制未添加镍粉末的电极糊所获得的外部电极的剖面照片，图4(b)是烧制添加有镍粉末的电极糊所获得的外部电极的剖面照片。

图5是表示本发明的实施例的实验结果的图表。

图6是表示实施例的强度测定中所使用的基板的概略平面图。

图7是表示实施例中的强度测定的方法的示意图。

符号说明

10陶瓷电容器

11表层

12介电体层

14内部电极层

16电容器素体

18外部电极

18a外部电极表面

20、21生胚薄片

20a表面

22内部电极糊

26叠层体

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的电极糊、陶瓷电子部件和实施其制造方法的最佳方式。其中，对于同一或同等要素赋予相同符号，当说明重复时省略其说明。

图1是表示本发明的实施方式的陶瓷电容器的概略剖面图。如图1所示，作为陶瓷电子部件的一种的陶瓷电容器10具备六面体形状的电容器素体(陶瓷元件)16，其包含作为最外层的双层表层11，夹在表层11的大约300层的介电体层12，和介于上下配置的各介电体层12之间的内部电极层14。即，电容器素体16具有大约600层的叠层构造，介电体层12与内部电极层14交互叠层。而且，在电容器素体16的端面中，延伸在电容器素体16的厚度方向，并分别在相互相对的一对端面16a、16b，以覆盖其端面16a、16b的整个区域的方式设置有一对外部电极18、18。

进而，上下配置的内部电极层14之间通过介电体层12相互电绝缘，此外，互相连接于不同的一个外部电极18。因此，当在一对外部电极18、18之间施加规定电压时，在上下相对的内部电极层14之间积蓄电荷。其中，该陶瓷电容器10的静电电容与上下相对的内部电极层14的相对面积的大小成比例。

表层11和介电体层12均是以BaTiO₃为主要成分的层，各表层11的厚度大约为50μm，各介电体层12的厚度为大约1～4μm。这些表层11和介电体层12烧制下述生胚薄片(陶瓷成形体)而形成。而且，内部电极层14是含有以Ni为主要成分的金属层，其厚度为大约1μm。各外部电极18是以金属中具有高导电性的Cu为主要成分的多孔质体，其表面18a的算术平均粗糙度为大约1μm。

以下，对于制造上述陶瓷电容器10的方法，参照图2和图3加以说明。此处，图2是表示生胚薄片的印刷图案的局部放大图，图3是表示制作陶瓷电容器的步骤的示意图。

在制作陶瓷电容器10时，如图2所示，首先准备BaTiO₃系的介电体生胚薄片20。该生胚薄片20是通过刮刀法使混合BaTiO₃粉末与有机粘合剂并浆化的介电体糊成为薄板状。此外，准备两片厚度比生胚薄片20厚的、作为表层11的生胚薄片21。

继而，在生胚薄片20的表面20a，通过筛网印刷法涂布规定图案的内部电极糊22并使其干燥。即，在生胚薄片表面20a的对应于一个电容器的矩形区域24中三边边缘区域之外的区域涂布内部电极糊22(参照图2)。该内部电极糊22是使镍粉末分散于有机粘合剂和有机溶剂并成为浆状。有机粘合剂可使用众所周知的物质，例如可使用纤维素树脂、环氧树脂、烯丙基树脂、丙烯基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、醇酸树脂、松香酯等粘合剂。而且，有机溶剂也可使用众所周知的物质，例如可使用二甘醇一丁醚、二甘醇丁醚醋酸酯、松节油、α-松油醇、乙二醇一乙醚、丁基酞酸酯等溶剂。

而且，该内部电极糊22中添加有BaTiO₃粉末作为公共材料。BaTiO₃粉末与作为介电体层12(和生胚薄片20)的主要成分的BaTiO₃相同，所以通过向内部电极糊22添加BaTiO₃粉末，可有效缓和内部电极糊22与生胚薄片20之间的收缩率和烧结开始温度的差异。

继而，将涂布有如上所述的内部电极糊22的生胚薄片20叠层在生胚薄片21之上，使内部电极糊22在上方(参照图3(a))。而且，将以同样的方法制作的大约300片的生胚薄片20以交互变换内部电极糊22的位置的方式依次叠层(参照图3(b))。继而，在叠层的生胚薄片20上覆盖无任何涂布的生胚薄片21，并从叠层方向按压，使相邻的生胚薄片21、生胚薄片20和内部电极糊22相互挤压。这样，制作生胚薄片20与内部电极糊22交互叠层的叠层体26。

继而，将该叠层体26切断成一个个对应于一个电容器的矩形区域24并碎片(chip)化(参照图3(c))。之后，通过例如1200℃左右的温度烧制经过芯片化的叠层体26，生胚薄片21、生胚薄片20和内部电极糊22分别成为上述表层11、介电体层12和内部电极层14，叠层体26成为介电体层12与内部电极层14交互叠层的电容器素体16。进而，通过在包含水和研磨媒体的桶内对电容器素体16进行处理，从而进行表面研磨。其中，该表面研磨可在叠层体26的阶段进行。

最后，以覆盖电容器素体16的端面中，在叠层方向延伸并相互相对的一对端面16a、16b的方式形成外部电极18，完成陶瓷电容器10(参照图3(d))。以下，就外部电极18的形成方法加以具体的说明。

首先，准备包含铜粉末(第一粉末)、镍粉末(第二粉末)和有机粘合剂的外部电极用的导电性糊(外部电极糊)。这里，镍粉末的平均粒径为0.2μm，镍粉末相对于铜粉末的重量比为2wt％。继而，将该外部电极糊涂布在电容器素体16的端面16a、16b。之后，对涂布有外部电极糊的电容器素体16实施在中性气氛中或还原气氛中800℃下的热处理，烧结外部电极糊，形成外部电极18。

之后，在外部电极18的表面18a，实施铜或镍、锡等的电镀处理。在外部电极18实施这样的电镀处理，可提高将陶瓷电容器10安装在基板上时使用的焊锡与外部电极18的连接可靠性和湿润性。

对如上所述制作的陶瓷电容器10加以说明。

如上所述，在外部电极糊中不仅包含铜粉末，还包含镍粉末。参照图4说明烧制这样的外部电极糊所获得的外部电极。图4(a)是烧制未添加镍粉末的电极糊所获得的外部电极的剖面照片，(b)是烧制添加有镍粉末的电极糊所获得的外部电极的剖面照片。从该图4可知，在外部电极糊中未添加镍时(参照图4(a))，外部电极中未形成太多空隙，而形成的那些空隙被铜等金属成分包围，几乎密闭。另一方面，在外部电极糊中添加镍时(参照图4(b))，外部电极中形成较多的空隙，多孔性提高，空隙几乎未密闭。即，通过在电极糊添加镍，可形成更加多孔质的外部电极。

发明者等对于具有高多孔性的外部电极18是否产生爆裂进行调查，发现这样的外部电极可有效控制爆裂。而且，在外部电极糊添加钴或钛等比铜差(离子化倾向低)的金属替代镍时，也可控制爆裂。可认为其原因在于：在外部电极糊添加比铜差的金属时，通过该金属可控制铜的过度烧结，形成具有有效控制爆裂的多孔性的外部电极18，从而安装时涂布在外部电极18的电镀的水分容易蒸发到空气中。

其中，根据发明者等进行的实验，可知要获得上述抑制爆裂的效果，相对于Cu粉末的镍粉末的重量比和镍粉末的平均粒径是重要因素。即，相对于Cu粉末的镍粉末的重量比必需为0.5～10wt％，且镍粉末的平均粒径必需为0.2～10μm。此外，相对于Cu粉末的镍粉末重量比小于0.5wt％时，或镍粉末的平均粒径大于10μm时，镍对于铜的烧结抑制无法充分进行，因此外部电极的多孔性降低。另一方面，当相对于Cu粉末的镍粉末的重量比大于10wt％时，或者镍粉末的平均粒径小于0.2μm时，镍对于铜的烧结抑制过度，因此造成外部电极的多孔性变得过高，对于外部电极的强度产生不良影响。

实施例

以下，通过实施例具体说明本发明的内容。

首先，就实施例一中使用的外部电极糊加以说明。在本实施例中使用的外部电极糊是混合作为主要成分的Cu粉末、相对于Cu粉末重量比为2wt％且平均粒径为0.2μm的Ni粉末，有机粘合剂、分散剂和有机溶剂等，同时以球磨机或滚碎机等分散、成为糊状。继而，使用该外部电极糊形成陶瓷电容器的外部电极。Cu端子电极的烧制付着在中性气氛中或还原气氛中在800℃的温度下进行，获得作为试料的陶瓷电容器。继而，对该试料调查空隙程度、空隙率、爆裂不良和外部电极强度。而且，改变添加的金属种类或相对于Cu粉末的重量比和平均粒径，共准备14种试料，并对各试料调查空隙程度、空隙率、爆裂不良和外部电极强度(参照图5)。

这里“实施例二”试料是将“实施例一”试料中使用的Ni粉末的平均粒径换为2μm的试料。“实施例三”试料是将“实施例一”试料中使用的Ni粉末的平均粒径换为10μm的试料。“实施例四”试料是将“实施例一”试料中使用的Ni粉末的平均粒径换为2μm，并将相对于Cu粉末的重量比换为0.5wt％的试料。“实施例五”试料是将“实施例一”试料中使用的Ni粉末的平均粒径换为2μm，并将相对于Cu粉末的重量比换为1wt％的试料。“实施例六”试料是将“实施例一”试料中使用的Ni粉末的平均粒径换为2μm，并将相对于Cu粉末的重量比换为4wt％的试料。“实施例七”试料是将“实施例一”试料中使用的Ni粉末的平均粒径换为2μm，并将相对于Cu粉末的重量比换为10wt％的试料。

“实施例八”试料是取代“实施例一”试料中使用的Ni粉末，使用平均粒径为2μm且相对于Cu粉末的重量比为2wt％的Co粉末的试料。“实施例九”试料是取代“实施例一”试料中使用的Ni粉末，使用平均粒径为2μm且相对于Cu粉末的重量比为2wt％的Ti粉末的试料。

而且，为加以比较，作为“比较例一”试料，准备有未添加Ni粉末的试料。“比较例二”试料是将“实施例一”试料中使用的Ni粉末的平均粒径换为0.05μm，并将相对于Cu粉末的重量比换为2wt％的试料。“比较例三”试料是将“实施例一”试料中使用的Ni粉末的平均粒径换为20μm，并将相对于Cu粉末的重量比换为2wt％的试料。“比较例四”试料是将“实施例一”试料中使用的Ni粉末的平均粒径换为2μm，并将相对于Cu粉末的重量比换为0.1wt％的试料。“比较例五”试料是将“实施例一”试料中使用的Ni粉末的平均粒径换为2μm，并将相对于Cu粉末的重量比换为20wt％的试料。

这里，“空隙程度”是指表示端子电极中什么都没有充填的空间的程度的项目，通过SEM进行的剖面观察测定。而且所谓“空隙率”是指使用基于端子电极的烧结样本的体积与重量导出的密度(实际密度)和端子电极的构成成分的理论密度，由下式(1)计算得出其值，是将上述空隙程度数值化的值。

α＝(1-d_r/d_t)·100  …(1)

此处α为空隙率，d_r为实际密度，d_t为理论密度。

图6是表示本实施例中使用的用于强度测定的基板的概略平面图。

即，在玻璃布基材环氧树脂制的模拟性安装基板(100mm×40mm)30上，形成排列在一个轴方向且相对的一对带状铜箔(宽度1.0mm)32A、32B，在该铜箔32A、32B之上形成有阻焊(solder resist)膜34。此外，各铜箔32A、32B的两端部36a、36b、38a、38b露出。继而，以外部电极位于两铜箔32A、32B的相对的端部36a、38a上的方式，在安装基板30上设置试料(未图示)。其中，两铜箔32A、32B的间隔距离(图中的符号a)、试料的设置宽度(图中的符号b)和两铜箔32A、32B的相对的端部36a、38a的宽度(图中的符号c)根据JIS标准化，例如若为C3225型的试料，则a＝2.2mm，b＝5.0mm，c＝2.9mm。

另一方面，通过金属掩膜(厚度：0.25mm)在用于强度测定的试料的外部电极涂布焊锡。继而，通过软熔(reflow)焊锡方式(峰值温度：240℃)，在基板30上安装试料。继而，使用图7所示形状的按压头40，在变位速度30mm/min的条件下，在试料42的大致中央部施加负重。继而，判断施加5N以内的负重不会损坏的试料为良，被损坏的试料为不良。其中，所谓试料的损坏是指例如外部电极44的一部分或全部从试料主体剥离的情形。

如图5的图表所示，在“实施例一”试料～“实施例九”试料中，“爆裂不良”和“外部电极强度”均显示良好结果。另一方面，使用“比较例一”试料、“比较例三”试料和“比较例四”试料产生爆裂不良，使用“比较例二”试料和“比较例五”试料时外部电极强度未达到基准值。其中，“实施例二”试料和“实施例六”试料的空隙率分别为34.06％、38.85％。而且，“比较例一”的空隙率为25.98％。从这些空隙率的数据可知，使用空隙率为大约34～39％的外部电极不易产生爆裂。

本发明不仅限于上述实施方式，可进行各种变形。例如，陶瓷电子部件不仅限于陶瓷电容器，例如，也可以是压电芯片部件或片式变阻器(chip varistor)部件等各种电子部件。

Claims (6)

1.一种陶瓷电子部件的制造方法，其特征在于：

适用于制作具备介电体层与电极层交互层叠的陶瓷元件、和形成在所述陶瓷元件的所述电极层露出的端面的外部电极的陶瓷电子部件，具有：

在所述陶瓷元件的所述端面涂布包含由Cu构成的第一粉末和由比Cu更差的金属构成的第二粉末的外部电极糊的步骤；和

烧制涂布有所述外部电极糊的所述陶瓷元件的步骤，

其中，所述第二粉末对于所述第一粉末的重量比为0.5～10wt％，并且所述第二粉末的平均粒径为0.2～10μm。

2.如权利要求1所述的陶瓷电子部件的制造方法，其特征在于：

构成所述第二粉末的比所述Cu更差的金属是镍、钴和钛中的至少一种金属。

3.一种陶瓷电子部件，是在介电体层与电极层交互层叠的陶瓷元件的、所述电极层露出的端面，涂布包含由Cu构成的第一粉末和由比Cu更差的金属构成的第二粉末的外部电极糊，烧制涂布有所述外部电极糊的所述陶瓷元件而获得，其特征在于：

所述第二粉末对于所述第一粉末的重量比为0.5～10wt％，并且所述第二粉末的平均粒径为0.2～10μm。

4.如权利要求3所述的陶瓷电子部件，其特征在于：

构成所述第二粉末的比所述Cu更差的金属为镍、钴和钛中的至少一种金属。

5.一种电极糊，其特征在于，具备：

粘合剂；

由Cu构成的第一粉末；和

由比Cu更差的金属构成的第二粉末，

其中，所述第二粉末对于所述第一粉末的重量比为0.5～10wt％，并且所述第二粉末的平均粒径为0.2～10μm。

6.如权利要求5所述的电极糊，其特征在于：

构成所述第二粉末的比所述Cu更差的金属为镍、钴和钛中的至少一种金属。

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