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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Anschluss für elektrisches oder elektronisches Bauelement mit einem Keramikkörper, zweischichtigen Außenelektroden, Anschlussleitern und Lot, und betrifft weiterhin ein elektrisches Bauelement mit wenigstens einem elektrischen Anschluss.
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Ein herkömmliches keramisches Elektronikbauelement wird unter Bezug auf 1A und 1B beschrieben. Wie in der Zeichnung dargestellt, umfasst ein keramisches Elektronikbauelement 11 einen hauptsächlich aus einem dielektrischen Material, Isolator, Halbleiter, piezoelektrischem Material, magnetischem Material oder dergleichen bestehenden Keramikkörper 12; an beiden Hauptflächen des Keramikkörpers 12 ausgebildete Außenelektroden 13; mit den entsprechenden Außenelektroden 13 mittels Lot 14 verbundene Anschlussleiter 15 sowie einen äußeren Harzabschnitt 16, welcher so ausgebildet ist, dass er den Keramikkörper 12, die Außenelektroden 13, das Lot 14 und Teile der Anschlussleiter 15 bedeckt.
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Die Außenelektroden 13 umfassen durch Sputtern oder Aufdampfung gebildete Dünnschichten oder Dickschichten und Plattierungsschichten, die zum Beispiel ein Edelmetall wie Ag oder Pd oder eine Legierung derselben oder ein unedles Metall wie Ni oder Cu oder eine Legierung derselben als leitenden Bestandteil umfassen. Als Lot 14 wird eine Sn/Pb als Hauptbestandteil enthaltende Legierung häufig verwendet. Der Anschlussleiter 15 umfasst zum Beispiel einen aus Cu, Fe oder dergleichen bestehenden Kern, welcher durch Sn-Pb- oder Sn-Plattieren beschichtet wird.
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Wenn das keramische Elektronikbauelement nach dem herkömmlichen Verfahren über einen langen Zeitraum einer Hochtemperaturumgebung ausgesetzt wird, werden jedoch an den Verbindungsgrenzflächen zwischen der Außenelektrode und dem Lot und zwischen der Außenelektrode und dem Keramikkörper aufgrund von Interdiffusion zwischen dem in dem Lot enthaltenen Sn und dem leitenden Bestandteil der hauptsächlich aus Ag, Cu, Ni oder dergleichen bestehenden Außenelektrode intermetallische Verbindungen ausgebildet. Da die intermetallische Verbindung starr und brüchig ist, nimmt die Verbindungszuverlässigkeit ab und es kommt zu Abtrennen zwischen dem Keramikkörper und der Außenelektrode, wenn die gesamte Außenelektrode in die intermetallische Verbindung umgewandelt wird, was zu einer Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften führt.
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Aus
DE 3004736C2 ist ein elektrischer Anschluß für ein elektrisches Bauelement bekannt, das einen Keramikkörper aufweist, auf den Außenelektroden aufgebracht sind, wobei die Außenelektroden aus einer ersten auf den Keramikkörper aufgebrachten ersten Elektrodenschicht und einer auf dieser aufgebrachten zweiten Elektrodenschicht bestehen, wobei ein Anschlußdraht mittels eines Lotes mit der Außenelektrode verbunden ist. Als Lot kommt hier z. B. Sn zur Verwendung.
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Aus
DE 69524912T2 und
EP 0612578 A1 sind ein bleifreies Lot auf Basis einer Zn-Sn-Ag-Legierung bekannt, wobei der Zn-Gehalt 9 bzw. maximal 6 Gewichtsprozent beträgt. Hierbei kommt es jedoch beim Schmelzen zu intermetallischen Verbindungen, welche die Verbindungszuverlässigkeit herabsetzen. Aus
US 5985212A ist ein bleifreies Lot auf der Basis einer Zn-Sn-Cu-Legierung bekannt.
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Wird Sn/Pb-Lot verwendet, wird eine Pb-reiche Phase an der Grenzfläche zwischen der intermetallischen Verbindung und dem Lot aufgrund der Diffusion von Sn erzeugt. Wenn das keramische Elektronikbauelement einen Aufbau aufweist, bei dem die weiche Pb-reiche Phase und die starre, brüchige intermetallische Verbindung zueinander in Kontakt gebracht werden, kommt es bei Ausüben von Beanspruchung zu Rissbildung in der Außenelektrode, etc., was zu einer Verschlechterung der Verbindungszuverlässigkeit führt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein keramisches Elektronikbauelement zur Hand zu geben, bei dem stabile elektrische Eigenschaften sichergestellt werden, selbst wenn es über einen langen Zeitraum einer Hochtemperaturumgebung ausgesetzt wird, und welches eine zufriedenstellende Verbindungsfestigkeit zwischen dem Keramikkörper und den Außenelektroden und zwischen den Außenelektroden und den Anschlussleitern aufweist. Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Anschluss für ein elektrisches Bauelement gemäß Anspruch 1 sowie ein elektrisches Bauelement gemäß Anspruch 7 gelöst.
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In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein keramisches Elektronikbauelement einen Keramikkörper mit mindestens einer Außenelektrode daran und einen mittels Sn-haltigem Lot mit den Außenelektroden verbundene Anschlussleiter. Jede Außenelektrode beinhaltet eine auf dem Keramikkörper ausgebildete erste Elektrodenschicht und eine auf der ersten Elektrodenschicht ausgebildete zweite Elektrodenschicht, und die zweite Elektrodenschicht enthält einen mindestens Zn, Ag und/oder Cu und Sn enthaltenden leitenden Bestandteil. Der Zn-Gehalt in der zweiten Elektrodenschicht beträgt etwa 4 Masseprozent oder mehr bezogen auf 100 Masseprozent des leitenden Bestandteils und liegt innerhalb der Löslichkeitsgrenze, so dass er keine intermetallischen AgZn- und/oder CuZn-Verbindungen ausbildet.
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Bei dem keramischen Elektronikbauelement, bei welchem der Anschlussleiter mit Lot mit der zweiten Elektrodenschicht verbunden wird, muss ein Bilden der intermetallischen AgZn- und/oder CuZn-Verbindungen nach dem Löten verhindert werden, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu verwirklichen. Übrigens wird die Löslichkeitsgrenze für ein Nichtbilden der intermetallischen AgZn- und/oder CuZn-Verbindungen nicht direkt und ausschließlich durch den Zn-Gehalt bestimmt. Sie wird durch die Abkühlgeschwindigkeit vom schmelzflüssigen Zustand in den Festzustand und die Festzustandstemperatur nach dem Abkühlen bestimmt. Insbesondere bei Ausführen des Lötens bei der vorliegenden Erfindung, wird der Nichtgleichgewichtszustand herbeigeführt, da die Abkühlgeschwindigkeit hoch ist, und es ist nicht möglich, die Löslichkeitsgrenze mit Hilfe des Zn-Gehalts numerisch auszudrücken. Daher wird der Zn-Gehalt als innerhalb der Löslichkeitsgrenze liegend definiert, welche keine intermetallischen AgZn- und/oder CuZn-Verbindungen bildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein keramisches Elektronikbauelement einen Keramikkörper, auf dem Keramikkörper ausgebildete Außenelektroden und mittels Sn-haltigem Lot mit den Außenelektroden verbundene Anschlussleiter. Jede Außenelektrode beinhaltet eine auf dem Keramikkörper ausgebildete erste Elektrodenschicht und eine auf der ersten Elektrodenschicht ausgebildete zweite Elektrodenschicht, und in der ersten Elektrodenschicht und/oder der zweite Elektrodenschicht ist aufgrund des Flusses und der Konzentration des Zn in der zweiten Elektrodenschicht eine Trennschicht ausgebildet.
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Vorzugsweise liegt die Trennschicht in der ersten Elektrodenschicht und wird innerhalb eines Bereichs von etwa 2 μm von der Grenzfläche zu dem Keramikkörper ausgebildet.
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Vorzugsweise besteht die ersten Elektrodenschicht aus einer Dünnschicht oder einer Dickschicht und enthält einen mindestens Ag und/oder Cu enthaltenden leitenden Bestandteil.
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Vorzugsweise sind die Anschlussleiter mit einer Legierung beschichtet, die abgesehen von zufälligen Verunreinigungen oder einem anderen Metall als Pb kein Pb enthält, und das Lot enthält abgesehen von zufälligen Verunreinigungen kein Pb.
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Vorzugsweise wird die zweite Elektrodenschicht durch Schmelztauchen, d. h. Eintauchen in eine Metallschmelze gebildet.
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Ein keramisches Elektronikbauelement umfasst zweischichtige Außenelektroden, welche jeweils eine auf einem Keramikkörper ausgebildete erste Elektrodenschicht und eine auf der ersten Elektrodenschicht ausgebildete zweite Elektrodenschicht beinhalten. Die zweite Elektrodenschicht enthält einen mindestens Zn, Ag und/oder Cu und Sn enthaltenden leitenden Bestandteil.
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Wenn das keramische Elektronikbauelement nach dem Vorsehen der zweiten Elektrodenschicht auf dem keramischen Elektronikbauelement einer thermischen Alterung unterzogen wird, wird Zn in der zweiten Elektrodenschicht in der Nähe der Grenzfläche zur ersten Elektrodenschicht konzentriert, um eine Trennschicht zu bilden. Die Trennschicht fließt bei Fortschreiten der thermischen Alterung in die erste Elektrodenschicht und erreicht dann die Nähe der Grenzfläche zwischen der ersten Elektrodenschicht und dem Keramikkörper. Da die Trennschicht die Interdiffusion zwischen dem in dem auf der zweiten Elektrodenschicht ausgebildeten Lot enthaltenen Sn und dem Ausgangsmetall in der ersten Elektrodenschicht unterdrückt, wird das Bilden der intermetallischen Verbindungen an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht und dem Lot und an der Grenzfläche zwischen dem Keramikkörper und der ersten Elektrodenschicht unterbunden, und somit werden das Abtrennen zwischen der Außenelektrode und dem Lot und das Abtrennen zwischen dem Keramikkörper und der Außenelektrode verhindert. Daher werden selbst bei Aussetzen einer Hochtemperaturumgebung über einen langen Zeitraum stabile elektrische Eigenschaften sichergestellt und es wird eine zufriedenstellende Verbindungsfestigkeit zwischen dem Keramikkörper und den Außenelektroden und zwischen den Außenelektroden und den Anschlussleitern erhalten. Ferner muss die Trennschicht nicht unbedingt in dem gesamten Bereich oder in gleichem Maße in der zweiten Elektrodenschicht bzw. der ersten Elektrodenschicht ausgebildet werden, und die Trennschicht kann im Wesentlichen als Schicht unterschiedlicher Dicke ausgebildet werden, so dass Interdiffusion mit dem Ausgangsmetall in der ersten Elektrodenschicht unterbunden wird.
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Der Zn-Gehalt in der zweiten Elektrodenschicht muss bei etwa 4 Masseprozent oder mehr bezogen auf 100 Masseprozent des die zweite Elektrodenschicht bildenden leitenden Bestandteils ausmachen und muss innerhalb der nicht die intermetallischen AgZn- und/oder CuZn-Verbindungen bildenden Löslichkeitsgrenze liegen. Wenn der Zn-Gehalt bei 4 Masseprozent oder mehr liegt, wird in der zweiten Elektrodenschicht oder der ersten Elektrodenschicht eine Trennschicht gebildet und Interdiffusion zwischen Sn in dem Lot und dem Ausgangsmetall in der ersten Elektrodenschicht wird unterbunden. Das heißt, das Bilden der intermetallischen Verbindungen an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht und dem Lot und an der Grenzfläche zwischen dem Keramikkörper und der ersten Elektrodenschicht wird unterbunden, was zu einer Verbesserung der Verbindungszuverlässigkeit zwischen dem Keramikkörper und der Außenelektrode und zwischen der Außenelektrode und dem Lot führt. Wenn der Zn-Gehalt innerhalb der Löslichkeitsgrenze liegt, in welcher spröde intermetallische AgZn- und/oder CuZn-Verbindungen in β-, γ- und ε-Phasen (die in Hansens binärem Phasendiagramm gezeigt werden) nicht gebildet werden, wird die Verbindungszuverlässigkeit zwischen dem Keramikkörper und der Außenelektrode und zwischen der Außenelektrode und dem Lot gewahrt, da das Bilden der intermetallischen Verbindungen an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrodenschicht und dem Lot und an der Grenzfläche zwischen dem Keramikkörper und der ersten Elektrodenschicht unterbunden wird. Daher werden selbst bei Aussetzen einer Hochtemperaturumgebung über einen langen Zeitraum stabile elektrische Eigenschaften sichergestellt und es wird eine zufriedenstellende Verbindungsfestigkeit zwischen dem Keramikkörper und den Außenelektroden und zwischen den Außenelektroden und den Anschlussleitern erhalten. Da Zn ein unedles Metall ist, lässt es sich im Allgemeinen mühelos einem elektrolytischen Ätzen unterziehen, was zu einer Verminderung der mechanischen Festigkeit der Außenelektrode führt. Wenn der Zn-Gehalt jedoch innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, tritt ein derartiges Problem nicht auf.
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Die Trennschicht liegt vorzugsweise in der ersten Elektrodenschicht und wird innerhalb eines Bereichs von etwa 2 μm von der Grenzfläche zum Keramikkörper gebildet. Wie vorstehend beschrieben, fließt bei Fortschreiten des thermischen Alterns das konzentrierte Zn in der zweiten Elektrodenschicht in die erste Elektrodenschicht und erreicht dann die Nähe der Grenzfläche zwischen der ersten Elektrodenschicht und dem Keramikkörper. Es diffundiert jedoch nicht ohne weiteres in den Keramikkörper. Wenn die aufgrund der Zn-Konzentration gebildete Trennschicht in der ersten Elektrodenschicht und in der Nähe der Grenzfläche zum Keramikkörper liegt, sammelt sich daher bei Fortschreiten des thermischen Alterns Zn, das darin fließt,. In einem solchen Fall weist die innerhalb von etwa 2 μm von der Grenzfläche zum Keramikkörper gebildete Trennschicht die gleichmäßigste Dicke auf, was vorteilhaft ist.
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Die Anschlussleiter sind vorzugsweise mit einer Legierung beschichtet, die abgesehen von zufälligen Verunreinigungen oder einem anderen Metall als Pb kein Pb enthält, und das Lot enthält vorzugsweise abgesehen von zufälligen Verunreinigungen kein Pb. Wenn in den Anschlussleitern und dem Lot kein Pb vorhanden ist, ist das Erzeugen einer Pb-reichen Phase nicht einfach, selbst wenn Sn in dem Lot diffundiert wird, und daher kommt es bei Anlegen von Spannung an den Außenelektroden nicht so leicht zu Rissbildung, was zu einer Verbesserung der Verbindungszuverlässigkeit führt.
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1A ist eine teilweise Schnittansicht eines herkömmlichen keramischen Elektronikbauelements und 1B ist eine Längsschnittansicht entlang der Linie c2 c2 aus 1A.
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2A ist eine teilweise Schnittansicht eines keramischen Elektronikbauelements in einer erfindungsgemäßen Ausführung und 2B ist eine Längsschnittansicht entlang der Linie c1-c1 aus 2A.
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Unter Bezug auf 2A und 2B wird ein keramisches Elektronikbauelement in einer erfindungsgemäßen Ausführung beschrieben. Wie in der Zeichnung gezeigt, umfasst ein keramisches Elektronikbauelement 1 einen Keramikkörper 2, Außenelektroden 3, Lötabschnitte 4, Anschlussleiter 5 und einen äußeren Harzabschnitt 6. Jede Außenelektrode 3 umfasst eine erste Elektrodenschicht 3a und eine zweite Elektrodenschicht 3b.
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Der Keramikkörper 2 besteht aus einem scheibenförmigen gesinterten Pulverpressling, der durch Brennen einer keramischen ungesinterten Platte erhalten wird. Die ersten Elektrodenschichten 3a werden auf beiden Hauptflächen des Keramikkörpers 2 gebildet. Die zweiten Elektrodenschichten 3b werden auf den ersten Elektrodenschichten 3a gebildet.
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Die Lötabschnitte 4 werden so auf den Außenelektroden 3 gebildet, dass sie die zweiten Elektrodenschichten 3b und die Anschlussleiter 5 mit einander verbinden.
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Der äußere Harzabschnitt 6 wird so gebildet, dass er den Keramikkörper 2, die Außenelektroden 2, die Lötabschnitte 4 und Teile der Anschlussleiter 5 bedeckt.
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Der Keramikkörper 2 kann zweckmäßigerweise aus einem aus der Gruppe bestehend aus dielektrischen Materialien, Isolatoren, Halbleitern, piezoelektrischen Materialien und magnetischen Materialien gewählten Material bestehen. Ferner ist der in 2A gezeigte Keramikkörper 2 zwar eine Scheibe, doch ist die Form des Keramikkörpers 2 nicht hierauf beschränkt und es kann zum Beispiel ein rechteckiger Keramikkörper verwendet werden, solange er ausreichend Bereiche zum Bilden der Außenelektroden 3 aufweist.
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Die auf den beiden Hauptflächen des Keramikkörpers 2 gebildeten ersten Elektrodenschichten 3a können Elektrodenschichten sein, welche einen leitenden Bestandteil enthalten, welcher zum Beispiel Ag und/oder Cu enthält, und welche aus durch Sputtern oder Aufdampfen und elektrolytisches/elektroloses Plattieren gebildeten Dünnschichten oder aus durch Drucken einer leitenden Paste gebildeten Dickschichten bestehen. Die Form und Größe der ersten Elektrodenschicht 3a ist nicht auf die erfindungsgemäße Ausführung beschränkt und es können zum Beispiel über den gesamten Hauptflächen des Keramikkörpers 2 erste Elektrodenschichten gebildet werden oder können so gebildet werden, dass sie eine Spaltbreite in einer vorbestimmten Form aufweisen. In jedem Fall können die Wirkungen der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Die Anzahl der die erste Elektrodenschicht 3a bildenden Schichten ist nicht auf die in der erfindungsgemäßen Ausführung gezeigte beschränkt und die erste Elektrodenschicht kann aus mehreren Unterschichten bestehen.
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Die zweiten Elektrodenschichten 3b enthalten einen leitenden Bestandteil, der mindestens Zn, Ag und/oder Cu und Sn enthält, und können aus auf den ersten Elektrodenschichten 3a durch Sputtern, Schmelztauchen oder dergleichen gebildeten Dünnschichten bestehen. Die Form und Größe der zweiten Elektrodenschicht 3b ist nicht auf die erfindungsgemäße Ausführung beschränkt und es können zum Beispiel zweite Elektrodenschichten über den gesamten Flächen der ersten Elektrodenschichten 3a gebildet werden oder können so gebildet werden, dass sie eine Spaltbreite in einer vorbestimmten Form aufweisen. In jedem Fall können die Wirkungen der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Die zweite Elektrodenschicht 3b kann aus mehreren Unterschichten bestehen.
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Für die Lötabschnitte 4 wird vorzugsweise ein Lot verwendet, welches abgesehen von zufälligen Verunreinigungen kein Pb enthält, welches nicht umweltfreundlich ist, wenngleich das übliche Lot auf Sn-Basis verwendet werden kann. Zum Beispiel können typische Lote auf Sn-Ag-Basis, auf Sn-Cu-Basis, Sn-Ag-Cu-Basis und auf Sn-Sb-Basis zweckmäßigerweise verwendet werden. Die Form und Größe des Lotabschnitts 4 sind nicht auf die erfindungsgemäße Ausführung beschränkt und der Lotabschnitt 4 kann zum Beispiel über der gesamten Fläche der zweiten Elektrodenschicht 3b oder über einen vorbestimmten Teil der zweiten Elektrodenschicht 3b ausgebildet werden. Als Lötverfahren können zum Beispiel Tauchlöten oder Aufschmelzlöten eingesetzt werden.
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Als Anschlussleiter 5 enthalten die Anschlussleiter 5 mit Ausnahme von zufälligen Verunreinigungen vorzugsweise kein Pb, welches keine umweltfreundliche Substanz ist, auch wenn alle bekannten Anschlussleiter zweckmäßigerweise verwendet werden können. Zum Beispiel kann ein aus Cu, Fe, Ni, Au oder dergleichen bestehender Metalldraht als Kern der Anschlussleiter verwendet werden und es wird nach Bedarf unter Verwendung von Sn, Cu, Pd, Au, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Ag-Cu oder dergleichen Plattieren an der Oberfläche des Metalldrahts vorgenommen. Ferner können zwei oder mehr Anschlussleiter 5 mit der zweiten Elektrodenschicht 3b verbunden werden.
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Zwar kann der äußere Harzabschnitt 6 aus einem Epoxidharz, einem Silikon oder dergleichen bestehen, doch kann jedes Harz zweckmäßigerweise verwendet werden, solange es ausgezeichnete Isoliereigenschaften, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Stoßfestigkeit, Wärmebeständigkeit, etc. aufweist. Der äußere Harzabschnitt 6 ist nicht unbedingt erforderlich, und der äußere Harzabschnitt 6 kann eine beliebige Anzahl an Schichten aufweisen.
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Beispiele
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Es wurden Keramikkondensatoren als Beispiele für das erfindungsgemäße keramische Elektronikbauelement gebildet. Zuerst wurden mehrere scheibenförmige Keramikkörper mit einem Durchmesser von 8 mm, die Bariumtitanat als Hauptbestandteil enthielten und die als Kondensatordielektrikum fungierten, hergestellt. Es wurden erste Elektrodenschichten über den Hauptflächen jedes Keramikkörpers bei einer Dicke von etwa 5 μm gebildet, mit einer Spalte von 1 mm um den Scheibenumfang (d. h. die Schicht hatte einen Durchmesser von 6 mm), mit dem in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigten Schichtaufbau und Zusammensetzung. Das heißt, es wurden Paare erster Elektrodenschichten bestehend aus Ag-Dickschichten, Cu-Dickschichten, gesputterten Monel/Cu-Schichten und elektrolosen Cu-Plattierschichten gebildet.
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Als Nächstes wurden zweite Elektrodenschichten mit einer Dicke von etwa 2 μm über den gesamten Flächen der ersten Elektrodenschichten jedes Kondensators abhängig von der Zusammensetzung der ersten Elektrodenschichten mittels Sn-Ag-Zn-Schmelztauchen, Sn-Cu-Zn-Schmelztauchen, Sn-Ag-Schmelztauchen oder Sn-Cu-Schmelztauchen gebildet. Der Zn-Gehalt bezogen auf 100 Masseprozent des die zweite Elektrodenschicht bildenden leitenden Bestandteils wird in Tabelle 1 gezeigt. Der Zn-Gehalt wurde anhand des durch einen energiedispersiven Röntgen-Mikroanalysator (EDX) ermittelten Gehalts gemessen.
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Als Nächstes wurden Anschlussleiter, die Cu als Kerne enthielten, auf welchen Sn-Plattieren durchgeführt wurde, und Lot mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen hergestellt. Die Anschlussleiter wurden bei der Flüssigphasentemperatur +30°C pro Lot an die zweiten Elektrodenschichten angelötet. Dadurch wurden Keramikkondensatoren der Beispiele 1 bis 15 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 9 erhalten. TABELLE 1
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Bezüglich der Keramikkondensatoren der Beispiele 1 bis 15 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 9 wurde eine Querschnittsbeobachtung durchgeführt, um zu prüfen, ob in den zweiten Elektrodenschichten intermetallische AgZn- und/oder CuZn-Verbindungen gebildet wurden und ob Trennschichten gebildet wurden, in welchen Zn konzentriert war. Diese Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt. Bezüglich der 10 Teststücke pro Probe wurde die anfängliche Verbindungsfestigkeit der Anschlussleiter gemessen und nachdem die Teststücke bei einer hohen Temperatur von 125°C 2.000 Stunden lang an Luft belassen wurden, wurde die Verbindungsfestigkeit der Anschlussleiter erneut gemessen. Es wurden die Durchschnittswerte berechnet und dann wurde die Abnahme der Verbindungsfestigkeit berechnet. Diese Ergebnisse werden ebenfalls in Tabelle 2 gezeigt.
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Die Bildung der Trennschichten wurde durch Analysieren der Verteilung von Zn im Querschnitt mit Hilfe eines wellenlängendispersiven Röntgen-Mikroanalysators (WDX) bestätigt.
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Zum Messen der Verbindungsfestigkeit der Anschlussleiter wurden ein Paar Anschlussleiter für die Probe von einander weggezogen und es wurde die maximale Festigkeit gemessen, bei der der Anschlussleiter von der Außenelektrode gelöst wurde bzw. bei der die Außenelektrode von dem Keramikkörper gelöst wurde. Um die Abnahme der Verbindungsfestigkeit zu ermitteln, wurde eine Differenz zwischen dem Messergebnis nach dem Unterziehen einer hohen Temperatur und dem anfänglichen Messergebnis durch das Messergebnis nach dem Unterziehen einer hohen Temperatur dividiert. TABELLE 2
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Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, ist bezüglich der Keramikkondensatoren der Beispiele 1 bis 15, bei denen der Zn-Gehalt in der zweiten Elektrodenschicht 4 Masseprozent oder mehr beträgt und innerhalb der nicht intermetallische AgZn- und/oder CuZn-Verbindungen bildenden Löslichkeitsgrenze liegt, d. h. in der zweiten Elektrodenschicht werden keine intermetallischen AgZn- und/oder CuZn-Verbindungen gebildet, die anfängliche Verbindungsfestigkeit bei 23,5 bis 42,2 N hinreichend hoch und die Abnahme der Verbindungsfestigkeit nach Unterziehen einer hohen Temperatur beträgt –12% bis –20%, was alles unabhängig vom Material und dem Aufbau der ersten Elektrodenschicht und der Lotart ausgezeichnet ist. Bei jedem dieser Keramikkondensatoren der Beispiele 1 bis 15 ist das Zn in der ersten und/oder zweiten Elektrodenschicht konzentriert.
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Bezüglich der Keramikkondensatoren der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 5 dagegen, bei denen die zweite Elektrodenschicht durch Sn-Ag- oder Sn-Cu-Schmelztauchen (ohne Zn-Gehalt) gebildet wird, ist die Abnahme der Verbindungsfestigkeit bei –80% bis –87% signifikant hoch.
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Bezüglich der Keramikkondensatoren des Vergleichsbeispiels 3 und der Vergleichsbeispiele 6 bis 8, bei denen der Zn-Gehalt in der zweiten Elektrodenschicht unter etwa 4 Masseprozent bezogen auf 100 Masseprozent des leitenden Bestandteils beträgt, ist die Abnahme der Verbindungsfestigkeit bei –51% bis –62% hoch.
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Bezüglich der Vergleichsbeispiele 4 und 9, bei denen der Zn-Gehalt in der zweiten Elektrodenschicht außerhalb der Löslichkeitsgrenze liegt, bei welcher intermetallische AgZn- und/oder CuZn-Verbindungen nicht gebildet werden, d. h. intermetallische AgZn- und/oder CuZn-Verbindungen werden gebildet, ist die Abnahme der Verbindungsfestigkeit bei –42% bis –53% hoch.
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Als Nächstes wird bei jedem der Keramikkondensatoren der Beispiele 1 bis 6 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 eine äußere Beschichtung aufgebracht, um den Keramikkörper, die Außenelektroden, Teile der Anschlussleiter und der Lotabschnitte zu bedecken, und dadurch wurden beschichtete Keramikkondensatoren der Beispiele 1 bis 6 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 erzeugt.
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Die beschichteten Keramikkondensatoren der Beispiele 1 bis 6 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden bei einer Umgebung von 125°C 2.000 Stunden lang belassen und dann wurde eine Wechselspannung von 3 kVp-p angelegt. In dieser Phase wurde die Wärmeerzeugung (Δ°C) gemessen. Die Wärmeerzeugung (Δ°C) ist als die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Produkts und der Temperatur der Testatmosphäre (125°C) festgelegt. Diese Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.
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TABELLE 3
| Probe | | Keramisches Elektronikbauelement |
| Wärmeerzeugung (Δ°C) | Bewertung der Produkteigenschaften |
| Beispiel | 1 | 17,5 | Ausgezeichnet |
| 2 | 17,4 | Ausgezeichnet |
| 3 | 17,6 | Ausgezeichnet |
| 4 | 17,2 | Ausgezeichnet |
| 5 | 17,3 | Ausgezeichnet |
| 6 | 17,2 | Ausgezeichnet |
| Vergleichsbeispiel | 1 | 31,3 | Mangelhaft |
| 2 | 32,7 | Mangelhaft |
| 3 | 28,2 | Mangelhaft |
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Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, ist die Wärmeerzeugung bei 17,2 bis 17,6°C bei den beschichteten Keramikkondensatoren der Beispiele 1 bis 6 gering.
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Bei den beschichteten Keramikkondensatoren der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 beträgt die Wärmeerzeugung dagegen 28,2 bis 32,7°C, was um etwa 10°C über den Beispielen 1 bis 6 liegt. Der Grund hierfür ist, dass aufgrund der Beschleunigung der Interdiffusion zwischen Sn und Ag an der gemeinsamen Grenzfläche zwischen dem Lot und der Außenelektrode es aufgrund dem Unterziehen einer hohen Temperatur zu anomaler Wärmeerzeugung kommt, wenn an diesem Abschnitt eine hohe Spannung angelegt wird, da zwischen dem Keramikkörper und den Außenelektroden keine elektrisch leitende Verbindung erfolgen kann. Wenn das Einwirken einer hohen Temperatur über einen längeren Zeitraum erfolgt, ist es nicht möglich, das elektronische Bauelement mit zufriedenstellenden Produkteigenschaften zu erhalten, da die Interdiffusion zwischen Sn und Ag weiter beschleunigt wird.
