DE212021000512U1

DE212021000512U1 - Elektronisches Bauteil

Info

Publication number: DE212021000512U1
Application number: DE212021000512.8U
Authority: DE
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2023-08-22
Anticipated expiration: 2031-12-08
Also published as: WO2022163140A1; JPWO2022163140A1; US20230360843A1; CN116724367A

Abstract

Elektronisches Bauteil, aufweisend:
eine keramische Basis, die ein Cu-Element enthält; eine Außenelektrode, die teilweise eine Oberfläche der Basis bedeckt; und ein Cu-Segregat, das ein Cu-Element enthält,
wobei die Außenelektrode eine darunterliegende Elektrodenschicht auf der Basis aufweist,
die darunterliegende Elektrodenschicht einen Leiterabschnitt, der einen Leiter enthält, und einen Glasabschnitt, der Glas enthält, aufweist, und
das Cu-Segregat mit der Basis und dem Glasabschnitt an einer Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt in Kontakt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil.
Technischer Hintergrund
Ein bekanntes mehrschichtiges Spulenbauteil umfasst eine Außenelektrode, die Glas enthält, das auf der Oberfläche einer Basis aus einem Ferrit-Sinterkörper gebildet ist.
Patentdokument 1 offenbart ein mehrschichtiges Spulenbauteil, das eine aus einem Ferrit-Sinterkörper hergestellte Basis, eine Spule, die durch elektrisches Koppeln einer Vielzahl von in der Basis nebeneinander angeordneten inneren Leitern gebildet wird, und eine Außenelektrode, die an einer Stirnflächenseite der Basis angeordnet ist, aufweist, wobei eine Oberfläche der Basis mit einer Glas enthaltenden Isolierschicht bedeckt ist.
Liste der Bezugsnahmen
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2017-204565
Darstellung der Erfindung
Technisches Problem
Das in Patentdokument 1 beschriebene mehrschichtige Spulenbauteil weist jedoch eine schlechte Haftung zwischen der Basis und der Außenelektrode auf und bietet Raum für Verbesserungen der Haftung.
Die vorliegende Erfindung erfolgte, um das oben genannte Problem zu lösen und zielt darauf ab, ein elektronisches Bauteil mit hoher Haftung zwischen einer Basis und einer Außenelektrode bereitzustellen.
Lösung des Problems
Eine Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine keramische Basis, die ein Cu-Element enthält, eine Außenelektrode, die eine Oberfläche der Basis teilweise bedeckt, und ein Cu-Segregat, das ein Cu-Element enthält, wobei die Außenelektrode eine darunterliegende Elektrodenschicht auf der Basis aufweist, die darunterliegende Elektrodenschicht einen Leiterabschnitt, der einen Leiter enthält, und einen Glasabschnitt, der Glas enthält, aufweist, und das Cu-Segregat mit der Basis und dem Glasabschnitt an einer Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt in Kontakt ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung kann ein elektronisches Bauteil mit hoher Haftung zwischen einer Basis und einer Außenelektrode bereitgestellt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[1] 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines elektronischen Bauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[2] 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II aus 1.
[3] 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels eines elektronischen Bauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[4] 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV aus 3.
[5] 5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für den Zustand einer Grenzfläche zwischen einer Basis und einem Glasabschnitt in einer Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
[6] 6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für den Zustand einer Grenzfläche zwischen einer Basis und einem Glasabschnitt in einer Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
[7] 7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für den Zustand einer Grenzfläche zwischen einer Basis und einem Glasabschnitt in einer Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
[8] 8 ist ein Elementabgleichsbild von Cu an einer Grenzfläche zwischen einer Basis und einem Glasabschnitt eines elektronischen Bauteils gemäß Beispiel 2.
[9] 9 ist ein Elementabgleichsbild von Si im selben Sichtfeld wie in 8.
[10] 10 ist ein überlagertes Bild aus 8 und 9.
[11] 11 ist ein Elementabgleichsbild von Cu an der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt des elektronischen Bauteils gemäß Beispiel 2.
[12] 12 ist ein Elementabgleichsbild von Si im gleichen Sichtfeld wie in 11.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ein elektronisches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, ohne von dem Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Es versteht sich, dass die folgenden Ausführungsformen beispielhaft sind und dass die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen teilweise ersetzt oder kombiniert werden können. In der zweiten Ausführungsform und den nachfolgenden Ausführungsformen werden die der ersten Ausführungsform gemeinsamen Aspekte nicht beschrieben, sondern nur unterschiedliche Punkte. Insbesondere werden nicht in jeder Ausführungsform die gleichen funktionellen Vorteile der gleichen Struktur beschrieben.
Die nachstehenden Zeichnungen sind schematisch und können hinsichtlich der Abmessungen, Maßstab des Seitenverhältnisses und dergleichen von tatsächlichen Erzeugnissen abweichen.
Eine Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine keramische Basis, die ein Cu-Element enthält, eine Außenelektrode, die eine Oberfläche der Basis teilweise bedeckt, und ein Cu-Segregat, das ein Cu-Element enthält, wobei die Außenelektrode eine darunterliegende Elektrodenschicht auf der Basis aufweist, die darunterliegende Elektrodenschicht einen Leiterabschnitt, der einen Leiter enthält, und einen Glasabschnitt, der Glas enthält, aufweist, und das Cu-Segregat mit der Basis und dem Glasabschnitt an einer Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt in Kontakt ist.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines elektronischen Bauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ein in 1 dargestelltes elektronisches Bauteil 1 umfasst eine Basis 10 und eine Außenelektrode 20, welche die Oberfläche der Basis 10 teilweise bedeckt.
Die Basis 10 hat eine annähernd rechteckige Parallelepiped-Form mit einer ersten Stirnfläche 10a und einer zweiten Stirnfläche 10b, die einander in der Längsrichtung L zugewandt sind, mit einer ersten Seitenfläche 10c und einer zweiten Seitenfläche 10d, die einander in der Breitenrichtung W senkrecht zu der Längsrichtung L zugewandt sind, und mit einer oberen Fläche 10e und einer unteren Fläche 10f, die einander in der Dickenrichtung T senkrecht zu der Längsrichtung L und zu der Breitenrichtung W zugewandt sind.
Die Außenelektrode 20 ist derart vorgesehen, dass sie die erste Stirnfläche 10a und die zweite Stirnfläche 10b bedeckt. Die Außenelektrode 20, welche die erste Stirnfläche 10a bedeckt, ist teilweise derart geformt, dass sie die erste Seitenfläche 10c, die zweite Seitenfläche 10d, die obere Fläche 10e und die untere Fläche 10f der Basis 10 teilweise umgibt. Die Außenelektrode 20, welche die zweite Stirnfläche 10b bedeckt, ist teilweise derart geformt, dass sie die erste Seitenfläche 10c, die zweite Seitenfläche 10d, die obere Fläche 10e und die untere Fläche 10f der Basis 10 teilweise umgibt.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II aus 1.
Wie in 2 dargestellt, befindet sich im Innern der Basis 10 eine Leiterschicht 40. Die Leiterschicht 40 liegt an der ersten Stirnfläche 10a und der zweiten Stirnfläche 10b der Basis 10 frei und ist elektrisch mit der Außenelektrode 20 verbunden. Die Leiterschicht 40 bildet in ihrer Gesamtheit eine Spule. Die Spulenachse einer durch die Leiterschicht 40 gebildeten Spule ist parallel zu der Längsrichtung L.
Die Außenelektrode 20 hat eine auf der Basis 10 angeordnete unterliegende Elektrodenschicht 21 und eine auf der Oberfläche der unterliegenden Elektrodenschicht 21 angeordnete Deckschicht 27.
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels eines elektronischen Bauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ein in 3 dargestelltes elektronisches Bauteil 2 umfasst eine Basis 11 und eine Außenelektrode 20, welche die Oberfläche der Basis 11 teilweise bedeckt. Die Basis 11 hat die Form einer Hantel mit einem säulenförmig gewickelten Kernabschnitt 60, der mit einem Wickeldraht 43 umwickelt ist, und mit einem Flansch 61, der mit beiden Endabschnitten des gewickelten Kernabschnitts 60 in Längsrichtung L verbunden ist. Der Wickeldraht 43 ist um den gewickelten Kernabschnitt 60 der Basis 11 gewickelt. Obwohl in der Figur nicht dargestellt, ist ein Endabschnitt des Wickeldrahts 43 mit der Außenelektrode 20 verbunden.
4 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie IV-IV aus 3.
Wie in 4 dargestellt, hat die Basis 11 keine Leiterschicht im Inneren.
Die Außenelektrode 20 weist die an der Basis 11 angeordnete untere Elektrodenschicht 21 und die an der Oberfläche der unteren Elektrodenschicht 21 angeordnete Deckschicht 27 auf.
[Basis]
In einer Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Basis um eine Keramik, die ein Cu-Element enthält.
Beispiele der Keramik, die ein Cu-Element enthalten, sind bekannte Keramiken wie Ferrit, Aluminiumoxid, Bariumtitanat und Zn-Keramiken, die ein Cu-Element enthalten.
Die Keramik, die ein Cu-Element enthält, kann einen Zusatzstoff enthalten, wie etwa Mn₃O₄, Co₃O₄, SnO₂, Bi₂O₃, oder SiO₂.
Die Basis hat bevorzugt einen Cu-Elementgehalt von 6 Mol-% oder mehr und 10 Mol-% oder weniger.
Der Cu-Elementgehalt der Basis umfasst nicht das Cu-Element, welches das Cu-Segregat an der Oberfläche der Basis bildet.
Der Cu-Elementgehalt der Basis kann als ein Wert gemessen werden, bei dem der Einfluss der Segregation beseitigt wird, indem die Basis poliert wird, um einen Querschnitt von 10 µm oder mehr von der Oberfläche der Basis nach innen freizulegen, und eine wellenlängen-dispersive Röntgenfluoreszenzmessung (WD-XRF) mit einem Punktdurchmesser von φ1 µm oder mehr durchgeführt wird. Die WDRFA-Messung kann an etwa fünf Proben durchgeführt werden, um die Schwankungen je nach Messpunkt weiter zu verringern.
Der Fe-Gehalt der Basis beträgt bevorzugt 40 Mol-% oder mehr und 49,5 Mol-% oder weniger bezogen auf Fe₂O₃.
Das Ni/Zn-Molverhältnis der Basis beträgt bevorzugt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, 1,8 oder mehr und 2,8 oder weniger.
Die Form der Basis ist zum Beispiel, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, eine kubische Form, eine rechteckige Parallelepipedform, eine H-Form, eine I-Form oder eine Ringform.
Obwohl die Basis beliebige Außenabmessungen haben kann, hat eine kleinere Basis eine kleinere Kontaktfläche zwischen der Basis und der Außenelektrode und erschwert die Verbesserung der Haftung zwischen der Basis und der Außenelektrode erheblich.
Die Außenabmessungen der Basis betragen zum Beispiel bevorzugt 5,7 mm oder weniger in der Länge x 5,0 mm oder weniger in der Breite x 5,0 mm oder weniger in der Höhe, besonders bevorzugt 1,6 mm oder weniger in der Länge x 0,8 mm oder weniger in der Breite x 0,8 mm oder weniger in der Höhe.
Die Basis kann im Inneren eine Leiterschicht aufweisen.
Eine im Inneren der Basis gebildete Leiterschicht kann ein passives Element bilden, zum Beispiel eine Spule, einen Kondensator, einen Widerstand oder einen Thermistor. Im Inneren der Basis kann eine Vielzahl von passiven Elementen gebildet sein.
Ein passives Element, das im Inneren der Basis ausgebildet ist, kann eine beliebige Ausrichtung haben. So kann die Spulenachse einer im Inneren der Basis ausgebildeten Spule horizontal oder vertikal zu der Bauteilseite eines elektronischen Bauteils verlaufen. Ferner kann die Anzahl der im Inneren der Basis ausgebildeten Spulen eine, zwei oder mehr sein.
Ein elektronisches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer in der Basis ausgebildeten Spule ist zum Beispiel ein Mehrschichtspulen-Bauteil und kann je nach Art des durch eine Leiterschicht gebildeten passiven Elements ein Mehrschicht-Kondensator-Bauteil, ein Mehrschicht-Widerstands-Bauteil, ein Mehrschicht-Thermistor-Bauteil oder dergleichen sein.
Es ist möglich, dass die Basis im Innern keine Leiterschicht aufweist.
In diesem Fall kann die Basis mit einem Wickeldraht umwickelt sein und auch als Wickelkern verwendet werden.
Ein elektronisches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die Basis mit einem Wickeldraht umwickelt ist, ist zum Beispiel ein gewickeltes Spulenbauteil. Die Anzahl der Spulen, die durch Wickeln eines Wicklungsdrahts um die Basis gebildet werden, kann eine, zwei oder mehr sein.
[Außenelektrode]
Bei einer Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung bedeckt die Außenelektrode teilweise die Oberfläche der Basis.
Die Außenelektrode hat eine darunterliegende Elektrodenschicht auf der Basis.
Die darunterliegende Elektrodenschicht hat einen Leiterabschnitt, der einen Leiter enthält, und einen Glasabschnitt, der Glas enthält.
In der darunterliegenden Elektrodenschicht sorgt der Leiterabschnitt für die elektrische Leitfähigkeit und der Glasabschnitt für eine bessere Haftung auf der Basis.
Der Leiterabschnitt enthält bevorzugt als Leiter zumindest ein Metallelement, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Ni-Element, einem Sn-Element, einem Pd-Element, einem Au-Element, einem Ag-Element, einem Pt-Element, einem Bi-Element, einem Zn-Element und einem Cu-Element besteht. Ferner ist es bevorzugt, elektrisch leitfähige Partikel zu enthalten, welche diese Metallelemente enthalten.
Der Leiterabschnitt enthält bevorzugt ein Ag-Element als Leiter. Das Ag-Element hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Eine darunterliegende Elektrodenschicht, die einen Leiter mit einem Ag-Element als Leiter enthält, kann auf einfache Weise gebildet werden.
Die durchschnittliche Teilchengröße der elektrisch leitfähigen Teilchen beträgt bevorzugt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, 1,0 µm oder mehr und 15 µm oder weniger.
Das Gewichtsverhältnis des Leiterabschnitts in der darunterliegenden Elektrodenschicht beträgt bevorzugt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, 71 Gew.-% oder mehr und 98 Gew.-% oder weniger.
Beispiele des Glas sind B-Si-Glas, Ba-B-Si-Glas, B-Si-Zn-Glas, B-Si-Zn-Ba-Glas und B-Si-Zn-Ba-Ca-Al-Glas. Ferner können auch Alkalimetallgläser wie Na-Si-Glas, K-Si-Glas und Li-Si-Glas, Erdalkalimetallgläser wie Mg-Si-Glas, Ca-Si-Glas, Ba-Si-Glas und Sr-Si-Glas sowie Ti-Si-Glas, Zr-Si-Glas und Al-Si-Glas verwendet werden.
Das Glas kann kristallines Glas sein.
Das Gewichtsverhältnis des Glases in der darunterliegenden Elektrodenschicht beträgt bevorzugt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, 2 Gew.-% oder mehr und 15 Gew.-% oder weniger.
Wenn das Gewichtsverhältnis des Glases in der darunterliegenden Elektrodenschicht 15 Gew.-% oder weniger beträgt, hat die darunterliegende Elektrodenschicht keinen zu hohen Widerstandswert. Wenn das Gewichtsverhältnis des Glases in der darunterliegenden Elektrodenschicht 2 Gew.-% oder mehr beträgt, kann die darunterliegende Elektrodenschicht eine erhöhte Dichte aufweisen, und eine Plattierungslösung und Feuchtigkeit werden daran gehindert, in die darunterliegende Elektrodenschicht einzudringen oder durch die darunterliegende Elektrodenschicht in die Basis zu gelangen.
Auf der Oberfläche der darunterliegenden Elektrodenschicht kann ferner eine Deckschicht vorgesehen sein.
Bei Der Deckschicht handelt es sich bevorzugt um eine Plattierungsschicht, die an der Oberfläche der darunterliegenden Elektrodenschicht vorgesehen ist.
Die Plattierungsschicht enthält bevorzugt zumindest ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cu, Ni, Sn, Pd, Au, Ag, Pt, Bi und Zn. Die Plattierungsschicht kann eine einzige Schicht oder zwei oder mehr Schichten sein. Bevorzugt ist die Plattierungsschicht eine Schicht, die eine Nickelplattierungsschicht und eine Zinnplattierungsschicht auf der darunterliegenden Elektrodenschicht aufweist. Die Nickelplattierungsschicht verhindert, dass Wasser in die Basis eindringt, und die Zinnplattierungsschicht verbessert die Montagefähigkeit des elektronischen Bauteils.
Die Außenelektrode hat bevorzugt eine Dicke von 10 µm oder mehr und 20 µm oder weniger.
Bei der Außenelektrode, die nur aus der darunterliegenden Elektrodenschicht gebildet ist, entspricht die Dicke der darunterliegenden Elektrodenschicht der Dicke der Außenelektrode.
Andererseits ist bei der Außenelektrode, die ferner eine auf der Oberfläche der darunterliegenden Elektrodenschicht gebildete Deckschicht aufweist, die Dicke der Außenelektrode die Summe aus der Dicke der darunterliegenden Elektrodenschicht und der Dicke der Deckschicht.
Die Dicke der darunterliegenden Elektrodenschicht, die Dicke der Deckschicht und die Dicke der Außenelektrode können durch Betrachtung eines Querschnitts der Außenelektrode in Dickenrichtung mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) gemessen werden.
[Cu Segregat]
In einer Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Cu-Segregat, das das Cu-Element enthält, an der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt in Kontakt mit der Basis und dem Glasabschnitt.
Das Cu-Segregat an der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt verbessert die Haftung zwischen der Basis und dem Glasabschnitt.
Das Cu-Segregat kann überall auf der Basis vorhanden sein und ist bevorzugt an der Korngrenze der Keramik der Basis vorhanden. Die Korngrenze der Keramik des Grundkörpers hat eine konkave Form auf der Oberfläche des Grundkörpers. Somit bewirkt das Cu-Segregat an der Korngrenze mit der konkaven Form einen Verankerungseffekt, der die Haftung zwischen dem Cu-Segregat und der Basis weiter verbessert.
Das Cu-Segregat kann eine beliebige Zusammensetzung haben, die zumindest das Element Cu enthält, zum Beispiel Cu, CuO oder Cu₂O. Das Cu-Segregat kann Glas enthalten.
Eine Vielzahl von Cu-Segregaten kann an der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt vorhanden sein. Eine Vielzahl von Cu-Segregaten an der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt kann die Haftung zwischen der Basis und dem Glasabschnitt weiter verbessern.
Das Vorhandensein von Cu-Segregat an der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt kann durch Beobachtung der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt in einem Schnitt des elektronischen Bauteils mittels Rasterelektronenmikroskop-Energiedispersions-Röntgenspektrometrie (SEM-EDX) bestätigt werden.
Die Form eines Cu-Segregats in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt kann durch Messung der Konzentrationsverteilung des Cu-Elements anhand eines durch SEM-EDX erhaltenen Elementabgleichsbilds in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt bestimmt werden.
In einer Basis aus Ferrit enthält die Basis ein Fe-Element als Hauptbestandteil, das Cu-Segregat enthält ein Cu-Element als Hauptbestandteil, und der Glasabschnitt der darunterliegenden Elektrodenschicht enthält ein Si-Element als Hauptbestandteil. Somit können die Basis, das Cu-Segregat und der Glasabschnitt in einem Elementabgleichsbild durch Vergleich der Konzentrationen des Fe-Elements, des Cu-Elements und des Si-Elements in dem Elementabgleichsbild unterschieden werden.
Bei einer Basis aus einer anderen Keramik als Ferrit können die Basis, das Cu-Segregat und der Glasabschnitt in einem Elementabgleichsbild durch Vergleich der Konzentrationen des Elements der Hauptkomponente der Keramik, des Cu-Elements und des Si-Elements unterschieden werden. Das Element des Hauptbestandteils der Keramik kann zum Beispiel ein Al-Element in einer Basis aus Aluminiumoxid, ein Ti-Element oder ein Ba-Element in einer Basis aus Bariumtitanat für einen Kondensator oder ein Zn-Element in einer Basis aus einer Zn-Keramik für einen Thermistor sein.
Wenn Kupferplattierung für die Deckschicht der Außenelektrode verwendet wird, können das Cu-Segregat und die Kupferplattierungsschicht durch Messung der Konzentrationsverteilung eines O-Elements unterschieden werden.
In der Kupferplattierungsschicht, die hauptsächlich aus reinem Kupfer gebildet ist, wird das Element O nur selten detektiert. Im Gegensatz dazu wird ein O-Element, das von CuO oder Cu₂O stammt, im Cu-Segregat detektiert.
Wie oben beschrieben können selbst bei Verwendung einer Kupferplattierung als Deckschicht das Cu-Segregat und die Kupferplattierungsschicht voneinander unterschieden werden. Die Kupferplattierungsschicht und das Cu-Segregat im selben Sichtfeld verringern jedoch die Empfindlichkeit der Konzentrationsverteilung des Cu-Elements im Cu-Segregat. Wenn das Cu-Segregat mit SEM-EDX untersucht wird, ist es daher bevorzugt, dass die Kupferplattierungsschicht nicht im selben Sichtfeld vorhanden ist.
Das Cu-Segregat kann eine beliebige Form haben und kann körnig, keilförmig oder geschichtet sein.
Die Form des Cu-Segregats kann durch den Wert des Seitenverhältnisses und dadurch bestimmt werden, ob das Cu-Segregat zur Basis hin vorsteht oder nicht.
Das Seitenverhältnis des Cu-Segregats wird durch das Verhältnis [La/Lb] einer Länge La zu einer Länge Lb dargestellt (im Folgenden auch als Seitenverhältnis bezeichnet), wobei La die Länge des Cu-Segregats in der Richtung bezeichnet, in der sich die Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt erstreckt, und Lb die Länge des Cu-Segregats in einer Richtung senkrecht zu der Richtung von La bezeichnet. Die Länge Lb entspricht dem Abstand zwischen zwei imaginären Linien, die durch die Punkte auf dem Cu-Segregat gehen, die der Basis am nächsten und am weitesten von der Basis entfernt sind, und die parallel zu der Richtung verlaufen, in der sich die Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt erstreckt.
Ein Cu-Segregat mit einer zur Basis hin vorstehenden Form hat unabhängig vom Seitenverhältnis des Cu-Segregats eine Keilform.
Wenn das Cu-Segregat keine Keilform hat, ist die Form mit einem Seitenverhältnis von 3 oder weniger eine körnige Form, und die Form mit einem Seitenverhältnis von mehr als 3 ist eine Schichtform.
Bei dem keilförmigen Cu-Segregat kann das Cu-Segregat mit Ausnahme des zur Basis hin vorstehenden Abschnitts eine körnige Form oder eine Schichtform haben.
Ein geschichtetes Cu-Segregat ist nur in einem Teil der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt vorhanden und bedeckt nicht die gesamte Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels des Zustands einer Grenzfläche zwischen einer Basis und einem Glasabschnitt in einer Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 5 dargestellt, umfasst die darunterliegende Elektrodenschicht 21 einen Glasabschnitt 23, der Glas enthält, und einen Leiterabschnitt 25, der einen Leiter enthält. Obwohl der Glasabschnitt 23 in 5 der Einfachheit halber relativ groß dargestellt ist, ist das Größenverhältnis zwischen dem Glasabschnitt 23 und dem Leiterabschnitt 25 nicht auf die in der Zeichnung dargestellte Struktur beschränkt. In 5 ist ein Teil der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 dargestellt, und ein Teil des Leiterabschnitts 25 steht in Kontakt mit der Basis 10. Somit ist die darunterliegende Elektrodenschicht 21 als Ganzes elektrisch leitfähig.
Ein Cu-Segregat 30 (31, 32, 33) befindet sich an der Grenzfläche zwischen der Basis 10 und dem Glasabschnitt 23 und ist in Kontakt mit der Basis 10 und dem Glasabschnitt 23. Ein Abschnitt ohne das Cu-Segregat 30 in der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 (die darunterliegende Elektrodenschicht 21 unmittelbar über der Basis 10) hat eine Dicke, die der durch den Doppelpfeil T₀ angegebenen Länge entspricht. Die Dicke T₀ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 kann von Ort zu Ort variieren.
In 5 ist zu erkennen, dass an der Grenzfläche zwischen dem Glasabschnitt 23 und der Basis 10 eine Vielzahl von Cu-Segregaten vorhanden ist.
Das Cu-Segregat 31 weist einen Vorsprung 31a auf, der in Richtung der Basis 10 vorsteht. Man kann also sagen, dass das Cu-Segregat 31 unabhängig vom Seitenverhältnis eine Keilform hat.
Ob ein Cu-Segregat zur Basis hin vorsteht oder nicht, wird bestimmt, indem man die Form der Basisoberfläche ohne das Cu-Segregat in einem Teil mit dem Cu-Segregat von der Form der Basisoberfläche in einem Teil ohne das Cu-Segregat auf der Oberfläche der Basis schätzt. Das Vorhandensein eines Cu-Segregats innerhalb der geschätzten Grundfläche (auf der Grundflächenseite) wird als ein zur Grundfläche hin vorstehendes Cu-Segregat betrachtet.
Ein Cu-Segregat kann nicht in Richtung der Basis, sondern in Richtung des Glasbereichs (in Richtung der darunterliegenden Elektrodenschicht) vorstehen. Die Form eines Cu-Segregats, das nicht in Richtung der Basis, sondern nur in Richtung des Glasbereichs vorsteht, wird anhand des Seitenverhältnisses als körnig oder geschichtet bestimmt.
Die Länge des Cu-Segregats 32 in der Richtung, in der sich die Grenzfläche zwischen der Basis 10 und dem Glasabschnitt 23 erstreckt (im Folgenden auch als Querrichtung bezeichnet), ist die durch den Doppelpfeil La₂ angegebene Länge. Die Länge des Cu-Segregats 32 in der Richtung senkrecht zur Querrichtung (im Folgenden auch als Längsrichtung bezeichnet) ist die durch den Doppelpfeil Lb2 angegebene Länge. Das Cu-Segregat 32 hat ein Seitenverhältnis [La₂/Lb₂] von etwa 1,4. Somit hat das Cu-Segregat 32 eine körnige Form.
Die Dicke des Cu-Segregats 32 ist die durch den Doppelkopfpfeil Lb₂ angegebene Länge, und die Dicke der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 unmittelbar über dem Cu-Segregat 32 ist die durch den Doppelkopfpfeil T₂ angegebene Länge.
Das Cu-Segregat 32 hat eine Form, die nicht in Richtung der Basis 10 vorsteht. In 5 ist die Summe aus der Dicke Lb2 des Cu-Segregats 32 und der Dicke T₂ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 unmittelbar über dem Cu-Segregat 32 gleich der Dicke T₀ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21.
Die Dicke T₀ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 ist größer als die Dicke T₂ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 unmittelbar über dem Cu-Segregat 32. Die Dicke T₀ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21, die größer ist als die Dicke T₂ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 unmittelbar über dem Cu-Segregat 32, führt dazu, dass die darunterliegende Elektrodenschicht eine geringere Oberflächenunebenheit aufweist, die durch das Vorhandensein des Cu-Segregats verursacht wird, und dass die darunterliegende Elektrodenschicht eine glattere Oberfläche aufweist.
Das Cu-Segregat 33 hat eine Länge La₃ in der Querrichtung und eine Länge Lb₃ in der Längsrichtung und weist ein Seitenverhältnis [La₃/Lb₃] von etwa 1,9 auf. Somit hat das Cu-Segregat 33 eine körnige Form.
Die Dicke des Cu-Segregats 33 ist die durch den Doppelkopfpfeil Lb₃ angegebene Länge, und die Dicke der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 unmittelbar über dem Cu-Segregat 33 ist die durch den Doppelkopfpfeil T₃ angegebene Länge.
Das Cu-Segregat 33 hat eine Form, die nicht von der Basis 10 vorsteht. In 5 ist die Summe aus der Dicke Lb₃ des Cu-Segregats 33 und der Dicke T₃ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 unmittelbar über dem Cu-Segregat 33 gleich der Dicke T₀ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21.
Die Dicke T₀ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 ist größer als die Dicke T₃ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 unmittelbar über dem Cu-Segregat 33.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels des Zustands einer Grenzfläche zwischen einer Basis und einem Glasabschnitt in einer Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ein Cu-Segregat 34 hat eine Länge, die durch den Doppelkopfpfeil La₄ in Querrichtung angegeben ist, und eine Länge, die durch den Doppelkopfpfeil Lb₄ in Längsrichtung angegeben ist. Das Längenverhältnis [La₄/Lb₄] beträgt etwa 10. Somit hat das Cu-Segregat 34 eine Schichtform.
Das geschichtete Cu-Segregat verteilt sich nicht über die gesamte Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt, sondern nur über einen Teil der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt.
Die Dicke des Cu-Segregats 34 ist die durch den Doppelkopfpfeil Lb₄ angegebene Länge, und die Dicke der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 unmittelbar über dem Cu-Segregat 34 ist die durch den Doppelkopfpfeil T₄ angegebene Länge.
Das Cu-Segregat 34 hat eine Form, die nicht über die Basis 10 vorsteht. In 6 ist die Summe aus der Dicke Lb₄ des Cu-Segregats 34 und der Dicke T₄ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 unmittelbar über dem Cu-Segregat 34 gleich der Dicke T₀ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21.
Die Dicke T₀ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 ist größer als die Dicke T₄ der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 unmittelbar über dem Cu-Segregat 34.
Die Form eines Cu-Segregats hängt mit der Dicke des Glasabschnitts unmittelbar über dem Cu-Segregat zusammen.
Wenn der Glasabschnitt unmittelbar über einem Cu-Segregat eine Dicke von weniger als 0,5 µm hat, neigt das Cu-Segregat dazu, eine körnige oder keilförmige Form zu haben.
Wenn hingegen der Glasabschnitt unmittelbar über einem Cu-Segregat eine Dicke von 0,5 µm oder mehr aufweist, neigt das Cu-Segregat dazu, eine Schichtform zu haben.
Bei der Bestimmung der Form eines Cu-Segregats wird ein Teil, in dem das Cu-Segregat mit dem Glasabschnitt vermischt ist, ebenfalls als Teil des Cu-Segregats betrachtet. Somit wird die Form als ein Cu-Segregat bestimmt, das den Teil umfasst, in dem das Cu-Segregat mit dem Glasabschnitt vermischt ist. Die Grenze zwischen dem Glasabschnitt und dem Teil, in dem das Cu-Segregat mit dem Glasabschnitt vermischt ist, kann durch elementares Mapping eines Si-Elements und eines Cu-Elements unter Verwendung von SEM-EDX identifiziert werden.
Die Form und das Seitenverhältnis eines Cu-Segregats und die Dicke des Glasabschnitts unmittelbar über dem Cu-Segregat können mittels SEM-EDX gemessen werden.
Die Form und das Seitenverhältnis eines Cu-Segregats werden für jedes Cu-Segregat bestimmt.
Die Dicke des Glasabschnitts unmittelbar über einem Cu-Segregat wird anhand eines SEM-EDX-Bildes, das so aufgenommen wurde, dass das Cu-Segregat und der Glasabschnitt in einem Sichtfeld enthalten sind, als der Mindestwert der Länge jedes Cu-Segregats von einem Punkt auf der oberen Oberfläche des Cu-Segregats bis zu einem Punkt auf der oberen Oberfläche des Glasabschnitts unmittelbar über dem Cu-Segregat in Längsrichtung definiert.
Die Dicke des Glasabschnitts 23 unmittelbar über dem Cu-Segregat 31 in 5 entspricht zum Beispiel der durch den Doppelkopfpfeil T₁ angegebenen Länge. Die Dicke des Glasabschnitts 23 unmittelbar über dem Cu-Segregat 34 in 6 entspricht der durch den Doppelkopfpfeil T₅ angegebenen Länge.
Die Dicke der darunterliegenden Elektrodenschicht unmittelbar über einem Cu-Segregat wird anhand eines SEM-EDX-Bildes, das so aufgenommen wurde, dass das Cu-Segregat und die darunterliegende Elektrodenschicht in einem Sichtfeld enthalten sind, als Mindestwert der Länge jedes Cu-Segregats von einem Punkt auf der oberen Oberfläche des Cu-Segregats bis zu einem Punkt auf der oberen Oberfläche der darunterliegenden Elektrodenschicht unmittelbar über dem Cu-Segregat in Längsrichtung definiert.
Die Dicke der darunterliegenden Elektrodenschicht in einem Abschnitt ohne Cu-Segregat ist der Durchschnittswert der Längen von der Oberfläche der Basis bis zu der oberen Oberfläche der darunterliegenden Elektrodenschicht, gemessen an drei Positionen. Bei den drei ausgewählten Positionen handelt es sich um Punkte mit der maximalen Länge, der minimalen Länge und der mittleren Länge von der Oberfläche der Basis bis zu der oberen Oberfläche der darunterliegenden Elektrodenschicht bei visueller Beobachtung.
Obwohl die Beispiele beschrieben wurden, in denen sich der Glasabschnitt unmittelbar über einem Cu-Segregat befindet, kann es auch ein Cu-Segregat geben, über dem sich der Leiterabschnitt anstelle des Glasabschnitts befindet.
Daher kann es in der darunterliegenden Elektrodenschicht ein Cu-Segregat geben, das nicht mit dem Glasabschnitt bedeckt ist.
Wenn mehrere Cu-Segregate vorhanden sind, ist es ausreichend, wenn zumindest ein Cu-Segregat an der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt vorhanden ist, und die anderen Cu-Segregate können an der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Leiterabschnitt oder an der Grenzfläche zwischen der Basis und der Deckschicht vorhanden sein. Somit kann eine Vielzahl von Cu-Segregaten an der Grenzfläche zwischen der Basis und der darunterliegenden Elektrodenschicht vorhanden sein.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels des Zustands einer Grenzfläche zwischen einer Basis und einem Glasabschnitt in einer Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die darunterliegende Elektrodenschicht 21 ist auf der Oberfläche der Basis 10 in 7 zu sehen. Die darunterliegende Elektrodenschicht 21 weist eine Vielzahl von Glasabschnitten 23 (23a, 23b) und den Leiterabschnitt 25 auf.
An den Grenzflächen zwischen der Basis 10 und den Glasabschnitten 23a bzw. 23b befinden sich Cu-Segregate 30a und 30b.
Auf der Oberfläche der Basis 10 gibt es einen Bereich, der nicht mit den Glasabschnitten 23 bedeckt ist, und dieser Bereich ist mit dem Leiterabschnitt 25 bedeckt. Ein Cu-Segregat 30c befindet sich nicht in den Glasabschnitten 23, sondern in einem Abschnitt, der mit dem Leiterabschnitt 25 bedeckt ist. Somit befindet sich der Leiterabschnitt 25 unmittelbar über dem Cu-Segregat 30c.
In 7 kann auch gesagt werden, dass eine Vielzahl von Glasabschnitten in einer darunterliegenden Elektrodenschicht vorhanden ist, ein Cu-Segregat an der Grenzfläche zwischen einem der Vielzahl von Glasabschnitten und der Basis vorhanden ist und ein Cu-Segregat, das ein Cu-Element enthält, an der Grenzfläche zwischen zumindest einem der übrigen Glasabschnitte und der Basis vorhanden ist.
Eine Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit einer glashaltigen Isolierschicht versehen sein, welche die Oberfläche des Grundkörpers teilweise bedeckt.
Das Glas, aus dem die darunterliegende Elektrodenschicht gebildet ist, kann in geeigneter Weise als das Glas verwendet werden, aus dem die Isolierfolie gebildet ist. Das Glas, aus dem die Isolierfolie gebildet ist, kann jedoch mit dem Glas, aus dem die darunterliegende Elektrodenschicht gebildet ist, identisch sein oder sich von diesem unterscheiden.
An der Grenzfläche zwischen der Basis und der Isolierschicht kann ein Cu-Segregat vorhanden sein.
Auf einem Teil der Oberfläche der Basis, der nicht von der darunterliegenden Elektrodenschicht bedeckt ist, kann auch ein Cu-Segregat vorhanden sein.
Das elektronische Bauteil gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine hohe Anhaftung zwischen der Basis und der Außenelektrode auf. Das elektronische Bauteil gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf ein mehrschichtiges Spulenbauteil oder ein gewickeltes Spulenbauteil beschränkt und kann ein beliebiges Bauteil sein, das als Basis eine Keramik enthält, die ein Cu-Element enthält.
[Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen]
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt zur Herstellung einer Keramikfolie durch Formen eines keramischen Rohmaterials, das ein Cu-Element enthält, zu einer Folie, einen Schritt zur Bildung eines Leitermusters, bei dem ein Leitermuster als Durchgangsloch und ein Spulenmuster auf der Keramikfolie gebildet wird, einen Schritt zur Herstellung eines mehrschichtigen Körpers durch Stapeln der keramischen Folien, einen Brennschritt zum Brennen des mehrschichtigen Körpers, um eine keramische Basis herzustellen, und einen Schritt zur Bildung einer darunterliegenden Elektrodenschicht, um eine darunterliegende Elektrodenschicht zu bilden, die einen Leiterabschnitt, der einen Leiter enthält, und einen Glasabschnitt, der Glas enthält, auf der Oberfläche der Basis aufweist.
[Vorbereitungsschritt für Keramikfolien]
Bei der Herstellung von Keramikfolien wird ein keramisches Rohmaterial, das ein Cu-Element enthält, zu einer Folie bzw. Platte (Englisch: „sheet“) geformt.
Wenn ein Ferrit-Rohstoff als keramischer Rohstoff verwendet wird, kann ein pulverförmiger Ferrit-Rohstoff zum Beispiel durch Abwiegen und Nassmischen von Fe₂O₃, ZnO, CuO und NiO in einem vorbestimmten Verhältnis und anschließendes Pulverisieren, Trocknen und Kalzinieren der Mischung hergestellt werden.
Anschließend werden ein keramisches Rohmaterial, ein organisches Bindemittel, wie ein Poly(vinylbutyral)harz, ein organisches Lösungsmittel, wie Ethanol oder Toluol, und dergleichen gemischt und dann pulverisiert, um eine keramische Aufschlämmung herzustellen. Anschließend wird die Keramikaufschlämmung durch ein Rakelverfahren oder dergleichen zu einer Folie mit einer vorbestimmten Dicke geformt und dann in eine vorbestimmte Form ausgestanzt, um eine Keramikfolie herzustellen.
Das keramische Rohmaterial hat bevorzugt einen Cu-Elementgehalt von 6 Mol-% oder mehr und 10 Mol-% oder weniger. Bei einem höheren Cu-Element-Gehalt des keramischen Rohmaterials ist es wahrscheinlicher, dass sich ein Cu-Segregat auf der Oberfläche der Basis bildet.
Die Keramikfolie hat bevorzugt einen Gehalt an organischem Bindemittel von 25 Gew.-% oder mehr und 35 Gew.-% oder weniger.
Das organische Bindemittel in der Keramikfolie enthält Kohlenstoff, der sich beim Brennen mit dem Luftsauerstoff verbindet und die Sauerstoffkonzentration senkt. Ein höherer Gehalt an organischem Bindemittel führt daher tendenziell zu einer niedrigeren Sauerstoffkonzentration beim Brennen und folglich zu einem höheren Auftreten von Cu-Segregaten an der Oberfläche der Basis.
Die Dicke der Keramikfolie beträgt bevorzugt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, 15 µm oder mehr und 50 µm oder weniger.
[Schritt zur Bildung von Leitermustern]
Bei der Bildung des Leitermusters wird eine elektrisch leitende Paste, wie etwa eine Ag-Paste, durch ein Siebdruckverfahren oder dergleichen auf jede Keramikfolie aufgetragen, um ein Leitermuster zu bilden. Um ein Leitermuster als Durchgangsleiter auszubilden, wird ein Durchgangsloch vorab durch Bestrahlung eines vorbestimmten Abschnitts einer Keramikfolie mit einem Laser ausgebildet und mit einer elektrisch leitenden Paste gefüllt.
[Mehrschicht-Körper Vorbereitungsschritt]
Die Keramikfolien werden gestapelt und dann durch warmes isostatisches Pressen (WIP) oder dergleichen unter Druck verbunden, um einen mehrschichtigen Körper herzustellen.
Die Anzahl der zu stapelnden Keramikfolien beträgt bevorzugt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, 30 oder mehr und 100 oder weniger.
[Brennschritt]
In dem Brennschritt wird der mehrschichtige Körper gebrannt, um eine Basis herzustellen.
Die Brennbedingungen sind derart, dass sich ein Cu-Segregat aus dem Cu in der Basis an der Oberfläche der Basis abscheidet.
Ob sich auf der Oberfläche der Basis ein Cu-Segregat bildet oder nicht hängt nicht nur von der Zusammensetzung des keramischen Rohmaterials ab, sondern auch von der Kohlenstoffmenge in dem Mehrschichtkörper, der Brenntemperatur (Maximaltemperatur), der Aufheizgeschwindigkeit, der Brennatmosphäre, dem Material des Brennofens und dergleichen. Wenn diese Bedingungen richtig gewählt sind, scheidet sich ein Cu-Segregat auf der Oberfläche der Basis ab.
So scheidet sich bei ungeeigneten Brennbedingungen auch bei Verwendung des keramischen Rohmaterials mit gleicher Zusammensetzung kein Cu-Segregat auf der Oberfläche der Basis aus.
Die Brenntemperatur (Höchsttemperatur) in dem Brennschritt beträgt bevorzugt 1000°C oder mehr und 1300°C oder weniger.
Bei einer Brenntemperatur (Maximaltemperatur) von 1000°C oder mehr in dem Brennschritt neigt die Oberfläche der Basis zur Bildung eines Cu-Segregat.
Die Sauerstoffkonzentration in der Brennschritt beträgt bevorzugt 15 Volumenprozent oder weniger, besonders bevorzugt 5 Volumenprozent oder weniger. Bei einem Sauerstoffgehalt von 15 Volumenprozent oder weniger in der Brennatmosphäre bildet sich auf der Oberfläche der Basis ein Cu-Segregat.
Das Ausgleichsgas in dem Brennschritt ist bevorzugt Stickstoff oder Argon.
Die Aufheizgeschwindigkeit in dem Brennvorgang beträgt bevorzugt 10°C/min oder weniger.
Eine kürzere Zeit bis zum Erreichen der Brenntemperatur führt zu einem höheren Auftreten von Cu-Segregaten an der Oberfläche der Basis.
Ein Ofenmaterial, aus dem der Brennofen zum Brennen des Mehrschichtkörpers gebildet ist, ist bevorzugt ein Material mit hoher Dichte, zum Beispiel eine Mischung aus Aluminiumoxid und Silizium.
Wenn ein Ofenmaterial, aus dem ein Brennofen gebildet ist, aus einem Material mit hoher Dichte gebildet ist, neigt es zur Bildung von Cu-Segregat.
[Schritt zur Bildung der darunterliegenden Elektrodenschicht]
In dem Schritt der Bildung der darunterliegenden Elektrodenschicht wird eine darunterliegende Elektrodenschicht, die einen Leiterabschnitt, der einen Leiter enthält, und einen Glasabschnitt, der Glas enthält, aufweist, an der Oberfläche der in dem Brennschritt vorbereiteten Basis gebildet.
Die darunterliegende Elektrodenschicht kann durch Auftragen einer Paste, die elektrisch leitende Partikel und Glas enthält (im Folgenden als Glaspaste bezeichnet), auf die Oberfläche der Basis und Brennen (Brennen) der Paste gebildet werden.
Die Glaspaste kann neben den elektrisch leitenden Partikeln und dem Glas auch ein Harz und ein Dispersionsmedium enthalten.
Beispiele der elektrisch leitfähigen Teilchen sind elektrisch leitfähige Teilchen, die zumindest ein Metallelement enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Ni-Element, einem Sn-Element, einem Pd-Element, einem Au-Element, einem Ag-Element, einem Pt-Element, einem Bi-Element, einem Zn-Element und einem Cu-Element besteht.
Die durchschnittliche Teilchengröße der elektrisch leitfähigen Teilchen beträgt bevorzugt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, 0,5 µm oder mehr und 10 µm oder weniger.
Eine größere durchschnittliche Teilchengröße der elektrisch leitenden Teilchen, aus denen die Glaspaste gebildet ist, führt dazu, dass die Glaspaste vor dem Sintern eine größere Anzahl von Hohlräumen aufweist und die darunterliegende Elektrodenschicht durch das Einbrennen eine geringere Dicke hat. Dadurch bildet sich tendenziell ein körniges oder keilförmiges Cu-Segregat.
Andererseits führt eine geringere durchschnittliche Teilchengröße der elektrisch leitfähigen Teilchen, aus denen die Glaspaste gebildet ist, dazu, dass die Glaspaste vor dem Sintern eine geringere Anzahl von Hohlräumen aufweist und die darunterliegende Elektrodenschicht durch das Einbrennen eine größere Dicke erhält. So bildet sich tendenziell ein geschichtetes Cu-Segregat.
Beispiele des Glases umfassen B-Si-Glas, Ba-B-Si-Glas, B-Si-Zn-Glas, B-Si-Zn-Ba-Glas und B-Si-Zn-Ba-Ca-Al-Glas. Ferner können auch Alkalimetallgläser wie Na-Si-Glas, K-Si-Glas und Li-Si-Glas, Erdalkalimetallgläser wie Mg-Si-Glas, Ca-Si-Glas, Ba-Si-Glas und Sr-Si-Glas sowie Ti-Si-Glas, Zr-Si-Glas und Al-Si-Glas verwendet werden.
Das Glas kann kristallines Glas sein.
Die durchschnittliche Teilchengröße des Glases, aus dem die Glaspaste gebildet ist, beträgt bevorzugt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, 0,5 µm oder mehr und 10 µm oder weniger.
Eine größere durchschnittliche Teilchengröße des Glases, aus dem die Glaspaste gebildet ist, führt tendenziell dazu, dass die Glaspaste beim Einbrennen weniger fließfähig ist und die darunterliegende Elektrodenschicht eine größere Dicke aufweist. Daher besteht die Neigung, ein geschichtetes Cu-Segregat zu bilden.
Andererseits führt eine geringere durchschnittliche Teilchengröße des Glases, aus dem die Glaspaste gebildet ist, dazu, dass die Glaspaste beim Einbrennen flüssiger wird und die darunterliegende Elektrodenschicht eine geringere Dicke aufweist. Daher besteht die Neigung, ein körniges oder keilförmiges Cu-Segregat zu bilden.
Die Temperatur, bei der die Glaspaste gebrannt wird (Brenntemperatur), beträgt bevorzugt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, 750°C oder mehr und 900°C oder weniger.
Eine Brenntemperatur von 750°C oder mehr und 900°C oder weniger führt tendenziell zu einem höheren Auftreten von Cu-Segregat auf der Oberfläche der Basis. Ferner können Cu-Segregat und Glas, das im Glasabschnitt der darunterliegenden Elektrodenschicht enthalten ist, leicht eine Mischung bilden, was die Haftung zwischen der Basis und der darunterliegenden Elektrodenschicht verbessern kann.
Das Brennen wird bevorzugt in einer nicht oxidierenden Atmosphäre durchgeführt.
Das Brennen in einer nicht oxidierenden Atmosphäre bei 825°C oder mehr kann die Segregation von Cu an der Oberfläche der Basis fördern. Dadurch kann die Haftung zwischen der Basis und der darunterliegenden Elektrodenschicht weiter verbessert werden.
Das Harz in der Glaspaste kann ein Poly(vinylbutyral)-Harz sein.
Der Harzgehalt der Glaspaste beträgt bevorzugt 20 Gew.-% oder mehr und 30 Gew.-% oder weniger.
Der Harzgehalt der Glaspaste in einem solchen Bereich kann zu einer verstärkten Segregation von Cu an der Oberfläche der Basis führen.
Auf der Oberfläche der darunterliegenden Elektrodenschicht wird bevorzugt eine Deckschicht gebildet.
Bei der Deckschicht handelt es sich bevorzugt um eine Plattierungsschicht, die durch eine Plattierungsbehandlung gebildet wird.
Die Plattierungsschicht enthält bevorzugt zumindest ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cu, Ni, Sn, Pd, Au, Ag, Pt, Bi und Zn. Die Plattierungsschicht kann eine einzige Schicht oder zwei oder mehr Schichten sein. Die Plattierungsschicht ist bevorzugt eine Schicht mit einer Nickelplattierungsschicht und einer Zinnplattierungsschicht, die auf der darunterliegenden Elektrodenschicht vorgesehen sind.
Nach der Bildung der Plattierungsschicht kann eine weitere Erhitzung erfolgen.
Das Verfahren zur Herstellung der Basis kann ein anderes sein als das oben beschriebene Verfahren der Platten- bzw. Folienlaminierung.
Ein anderes Verfahren als das Folienlaminierungsverfahren ist zum Beispiel ein Drucklaminierungsverfahren (Aufbau-Verfahren). Neben dem oben beschriebenen Verfahren kann auch ein fotolithografisches Verfahren zur Herstellung einer Verdrahtung oder einer Durchkontaktierung auf einer Folien- bzw. Plattenoberfläche verwendet werden.
Ein elektronisches Bauteil mit einer Leiterschicht im Inneren einer Basis, wie in den 1 und 2 dargestellt, kann zum Beispiel durch die oben beschriebenen Schritte hergestellt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt zur Herstellung einer Basis, bei dem ein keramisches Rohmaterial, das ein Cu-Element enthält, geformt wird, um eine keramische Basis herzustellen, die ein Cu-Element enthält, einen Schritt zur Bildung einer darunterliegenden Elektrodenschicht, die einen Leiterabschnitt, der einen Leiter enthält, und einen Glasabschnitt, der Glas enthält, auf der Oberfläche der Basis aufweist, und einen Schritt zur Bildung einer Spule, bei dem ein Wickeldraht zu einer Spule um die Oberfläche der Basis gewickelt wird.
[Basis-Vorbereitungsschritt]
Der keramische Rohstoff, der in der ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann zweckmäßigerweise als keramischer Rohstoff für den Schritt der Herstellung der Basis verwendet werden.
Ein bekanntes Verfahren zur Pulverformung kann als Verfahren zur Formung eines keramischen Rohmaterials in eine vorbestimmte Form verwendet werden. Dem keramischen Rohmaterial kann je nach Bedarf ein Harz, ein Bindemittel oder Ähnliches zugesetzt werden. Ein durch Formgebung eines keramischen Rohmaterials hergestellter Grünkörper wird gebrannt, um eine Basis herzustellen. Der Grünkörper wird so gebrannt, dass sich auf der Oberfläche des Grundkörpers ein Cu-Segregat bildet.
Die nach dieser Methode hergestellte Basis ist eine Basis ohne Leiterschicht im Innern.
[Schritt zur Bildung der darunterliegenden Elektrodenschicht]
Der Schritt zur Bildung der darunterliegenden Elektrodenschicht in der zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung ist derselbe wie der Schritt zur Bildung der darunterliegenden Elektrodenschicht in der ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
[Schritt der Spulenbildung]
Im Schritt der Spulenbildung wird ein Wicklungsdraht, der eine Spule bilden soll, um die Oberfläche der Basis gewickelt, und jedes Ende der Spule wird mit einer Außenelektrode verbunden. Der Wicklungsdraht, der zu einer Spule werden soll, kann durch ein beliebiges Verfahren mit einer Außenelektrode verbunden werden, zum Beispiel durch ein Bondverfahren, das Thermokompressionsbonden verwendet.
Die Anzahl der Wicklungen des Wickeldrahts und der Durchmesser des Wickeldrahts können entsprechend der für das elektronische Bauteil erforderlichen Spezifikation geändert werden.
Ein elektronisches Bauteil mit einem Wickeldraht, der zum Beispiel als Spule um einen Basis gewickelt ist, wie in den 3 und 4 dargestellt, kann durch diese Schritte hergestellt werden.
BEISPIELE
Eine Ausführungsform eines elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung wird in den folgenden Beispielen näher erläutert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
[Basis-Vorbereitungsschritt]
Ein Ferrit-Rohmaterial mit einem konstanten Fe-Gehalt, einem Ni/Zn-Molverhältnis von 2,3 und einem Cu-Gehalt von 8 Mol-% wurde in eine Hantelform mit einem Wickeldrahtteil und einem Flansch gebracht, um einen Grünkörper herzustellen.
Der Grünkörper wurde 1 Stunde lang bei 1100°C gebrannt, um eine keramische Basis herzustellen. Die Atmosphäre während des Brennens entsprach dem atmosphärischen Druck und einem Sauerstoffpartialdruck von 10 Volumenprozent.
[Schritt zur Bildung der Außenelektrode]
Eine Glaspaste wurde durch Mischen einer Mischung aus einer Glasfritte (Borosilikatglas) und Ag-Teilchen im Verhältnis 5:95 (Gewichtsverhältnis) und einem Lösungsmittel hergestellt, auf die Oberfläche der im Brennschritt hergestellten Basis aufgetragen und 40 Minuten lang bei 650°C gebrannt, um eine darunterliegende Elektrodenschicht zu bilden. Auf der Oberfläche der darunterliegenden Elektrodenschicht wurde eine Plattierungsbehandlung durchgeführt, um eine Nickelplattierungsschicht als eine Deckschicht zu bilden, wodurch ein elektronisches Bauteil gemäß Beispiel 1 hergestellt wird. Die Segregationsmenge von Cu-Segregat wird bei einer höheren Einbrenntemperatur leichter erhöht. Daher beträgt die Einbrenntemperatur bevorzugt 750°C oder mehr, und die Fließfähigkeit eines Cu-Segregats wird bei einer Einbrenntemperatur von 850°C oder mehr verbessert.
(Beispiel 2, Vergleichsbeispiele 1 bis 3)
Elektronische Bauteile gemäß Beispiel 2 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Cu-Gehalt auf 6 Mol-%, 4 Mol-%, 1 Mol-% und 0 Mol-% geändert wurde, ohne den Fe-Gehalt und das Ni/Zn-Molverhältnis des Ferrit-Rohmaterials zu ändern. Die Basis jedes Beispiels und der Vergleichsbeispiele hatte etwa die gleiche Sinterdichte wie Beispiel 1.
(Vergleichsbeispiel 4)
Ein elektronisches Bauteil gemäß Vergleichsbeispiel 4 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Brenntemperatur (Höchsttemperatur) des Grünkörpers auf 950°C oder weniger geändert wurde, ohne die Zusammensetzung des Ferrit-Rohmaterials zu ändern. Die Basis von Vergleichsbeispiel 4 hatte etwa die gleiche Sinterdichte wie Beispiel 1.
[Messung des Cu-Gehalts der Basis]
Der mittels WD-XRF gemessene Cu-Gehalt der Basis war in allen Beispielen und Vergleichsbeispielen gleich dem Cu-Gehalt des Ferrit-Rohmaterials.
[Beobachtung durch SEM-EDX]
Bei dem elektronischen Bauteil gemäß Beispiel 2 wurden zwei Bereiche in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Basisteil und dem Glasabschnitt mittels SEM-EDX für die Elementzuordnung von Cu und die Elementzuordnung von Si untersucht. 8, 9, 11 und 12 zeigen die Ergebnisse.
Bei den elektronischen Bauteilen gemäß Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 wurde die Nähe der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt mittels SEM-EDX untersucht. Bei dem elektronischen Bauteil nach Beispiel 1 wurde an der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt ein Cu-Segregat in Kontakt mit der Basis und dem Glas beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde bei den elektronischen Bauteilen gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 kein Cu-Segregat beobachtet.
8 ist ein Elementabgleichsbild von Cu an der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt des elektronischen Bauteils gemäß Beispiel 2. 9 ist ein Elementabgleichsbild von Si im gleichen Sichtfeld wie in 8. 10 ist ein überlagertes Bild aus 8 und 9.
Die Ergebnisse der 8, 9 und 10 zeigen, dass das elektronische Bauteil gemäß Beispiel 2 einen Bereich mit hoher Cu-Konzentration (Cu-Segregate 31, 32 und 33) an der Grenzfläche zwischen der Basis 10 und dem Glasabschnitt 23 aufweist. Es konnte bestätigt werden, dass auf der linken Seite der 8, 9 und 10 ein keilförmiges Cu-Segregat 31 und auf der rechten Seite der 8, 9 und 10 eine Vielzahl von körnigen Cu-Segregaten (Cu-Segregate 32 und 33) vorhanden war. Die Dicke des Glasabschnitts 23 unmittelbar über dem keilförmigen Cu-Segregat 31 in den 8, 9 und 10 betrug 0,4 µm. Die Seitenverhältnisse des körnigen Cu-Segregats 32 und 33 in den 8, 9 und 10 reichten von etwa 1,2 bis 1,9, wobei alle kleiner als 3 waren. Die Dicke des Glasabschnitts 23 unmittelbar über dem körnigen Cu-Segregat 32 betrug 0,3 µm.
11 ist ein Elementabgleichsbild von Cu an der Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt des elektronischen Bauteils gemäß Beispiel 2. 12 ist ein Elementabgleichsbild von Si im gleichen Sichtfeld wie in 11. Die SEM-EDX-Messpositionen in den 11 und 12 unterscheiden sich von den SEM-EDX-Messpositionen in den 8 und 9.
Die Ergebnisse aus 11 zeigen, dass das elektronische Bauteil gemäß Beispiel 2 einen Bereich mit hoher Cu-Konzentration (Cu-Segregat 34) an der Grenzfläche zwischen der Basis 10 und dem Glasabschnitt 23 aufweist.
In 11 stellen die weißen Punkte, die eine hohe Cu-Konzentration anzeigen, Abschnitte dar, die nicht durchgängig entlang der Grenzfläche zwischen der Basis 10 und der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 sind. Die in 12 gezeigte Si-Elementzuordnung von SEM-EDX zeigte, dass die Si-Konzentration in diesen Abschnitten niedriger ist als die Si-Konzentration in der darunterliegenden Elektrodenschicht 21, und es wird angenommen, dass Cu-Segregate in diesen Abschnitten das Glas enthalten, das die darunterliegende Elektrodenschicht 21 bildet. Man kann also sagen, dass die Cu-Segregate 34 an der Grenzfläche zwischen der Basis 10 und der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 in den 11 und 12 kontinuierlich entlang der Grenzfläche zwischen der Basis 10 und der darunterliegenden Elektrodenschicht 21 angeordnet sind und insgesamt eine Schichtform aufweisen. Das Seitenverhältnis der geschichteten Cu-Segregate 34 betrug mehr als 3, und die Dicke des Glasabschnitts 23 unmittelbar über den Cu-Segregaten 34 betrug 5 µm oder mehr.
Die Ergebnisse der 8, 9, 10, 11 und 12 zeigen, dass an der Grenzfläche zwischen dem Glasabschnitt und der Basis des elektronischen Bauteils eine Vielzahl von Cu-Segregaten mit unterschiedlichen Formen vorhanden sind.
[Bewertung der Trennung]
Die Haftung zwischen einer Basis und einer darunterliegenden Elektrodenschicht wurde mit der folgenden Methode bewertet. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
Die Grenzfläche zwischen der Basis und der darunterliegenden Elektrodenschicht wurde durch Polieren des elektronischen Bauteils freigelegt und mit SEM-EDX beobachtet, um die Basis und die darunterliegende Elektrodenschicht auf Trennung zu prüfen. Derselbe Vorgang wurde an insgesamt fünf Proben durchgeführt, und die Häufigkeit der Trennung wurde als Trennung [%] bewertet. [Tabelle 1]

Beispiel 1 Beispiel 2 Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2 Vergleichsbeispiel 3 Vergleichsbeispiel 4

Cu-Gehalt der Basis [mol%] 8 6 4 1 0 8

Trennung [%] 0 0 40 80 100 20
Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, dass ein elektronisches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Haftung zwischen der Basis und der darunterliegenden Elektrodenschicht aufweist.
Industrielle Anwendbarkeit
Ein elektronisches Bauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise als Bauteil verwendet werden, zum Beispiel als Induktivität, als Antenne, als Rauschfilter, als Absorber für elektromagnetische Wellen, als LC-Filter in Kombination mit einem Kondensator oder dergleichen.
Liste der Bezugszeichen

1, 2: elektronisches Bauteil
10, 11: Basis
10a: erste Stirnfläche der Basis
10b: zweite Stirnfläche der Basis
10c: erste Seitenfläche der Basis
10d: zweite Seitenfläche der Basis
10e: Oberseite der Basis
10f: Unterseite der Basis
20: Außenelektrode
21: darunterliegende Elektrodenschicht
23, 23a, 23b: Glasabschnitt
25: Leiterabschnitt
27: Deckschicht
30, 30a, 30b, 30c, 31, 32, 33, 34: Cu-Segregat
31a: Vorsprung von Cu-Segregat, das hin zu der Basis vorsteht
40: Leiterschicht
43: Wickeldraht
60: gewickelter Kernabschnitt
61: Flansch
L: Längsrichtung
La2, La3, La4: Länge von Cu-Segregat in Querrichtung
Lb2, Lb3, Lb4: Länge von Cu-Segregat in Längsrichtung
T: Dickenrichtung
T0: Dicke der darunterliegenden Elektrodenschicht
T1, T5: Dicke von Glasabschnitt unmittelbar über dem Cu-Segregat
T2, T3, T4: Dicke der darunterliegenden Elektrodenschicht unmittelbar über Cu-Segregat
W: Breitenrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017204565 [0004]

Claims

Elektronisches Bauteil, aufweisend: eine keramische Basis, die ein Cu-Element enthält; eine Außenelektrode, die teilweise eine Oberfläche der Basis bedeckt; und ein Cu-Segregat, das ein Cu-Element enthält, wobei die Außenelektrode eine darunterliegende Elektrodenschicht auf der Basis aufweist, die darunterliegende Elektrodenschicht einen Leiterabschnitt, der einen Leiter enthält, und einen Glasabschnitt, der Glas enthält, aufweist, und das Cu-Segregat mit der Basis und dem Glasabschnitt an einer Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt in Kontakt ist.
Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 1, wobei das Cu-Segregat teilweise hin zu der Basis vorsteht und eine Keilform aufweist.
Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 1, wobei das Cu-Segregat eine körnige Form mit einem Verhältnis [La/Lb] einer Länge La zu einer Länge Lb von 3 oder weniger aufweist, wobei La eine Länge des Cu-Segregats in einer Richtung bezeichnet, in der sich die Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt erstreckt, und Lb eine Länge des Cu-Segregats in einer Richtung senkrecht zu der Richtung von La bezeichnet.
Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der Glasabschnitt unmittelbar über dem Cu-Segregat eine Dicke von weniger als 0,5 µm aufweist.
Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 1, wobei das Cu-Segregat eine Schicht mit einem Verhältnis [La/Lb] einer Länge La zu einer Länge Lb von mehr als 3 ist, wobei La eine Länge des Cu-Segregats in einer Richtung bezeichnet, in der sich die Grenzfläche zwischen der Basis und dem Glasabschnitt erstreckt, und Lb eine Länge des Cu-Segregats in einer Richtung senkrecht zu der Richtung von La bezeichnet.
Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 5, wobei der Glasabschnitt unmittelbar über dem Cu-Segregat eine Dicke von 0,5 µm oder mehr aufweist.
Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Vielzahl der Cu-Segregate an der Grenzfläche zwischen der Basis und der darunterliegenden Elektrodenschicht vorhanden ist.
Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 7, wobei die darunterliegende Elektrodenschicht eine Vielzahl von Glasabschnitten aufweist, das Cu-Segregat an einer Grenzfläche zwischen einem der Vielzahl von Glasabschnitten und der Basis vorhanden ist, und ein Cu-Segregat, das ein Cu-Element enthält, an einer Grenzfläche zwischen zumindest einem der verbleibenden Glasabschnitte und der Basis vorhanden ist.
Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 7, wobei eine Vielzahl der Cu-Segregate an der Grenzfläche zwischen dem Glasabschnitt und der Basis vorhanden ist.
Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Leiterabschnitt, der die darunterliegende Elektrodenschicht bildet, ein Ag-Element als Leiter enthält.