DE60033386T2

DE60033386T2 - Keramische paste für kondensatorelektroden

Info

Publication number: DE60033386T2
Application number: DE60033386T
Authority: DE
Inventors: Takashi Nagoya-city OHASHI; Minoru Nagoya-city OHARA; Kazunori Meguro-ku IMAI
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Du Pont KK
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Du Pont KK
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: US20030033956A1; EP1178493A4; EP1178493A1; DE60033386D1; US6565774B2; EP1178493B1; JP2001184942A; JP3908426B2; WO2001048762A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Paste zur Bildung einer keramischen Kondensatorelektrode.
Stand der Technik
Ein Kondensator ist ein elektronischer Bauteil, in dem ermöglicht wird, dass eine dielektrische Schicht, die zwischen zwei Elektrodenschichten angeordnet ist, eine elektrostatische Kapazität aufweist. Wie in 1 dargestellt weist ein Kondensator 1 eine Struktur auf, in der zwei Elektrodenschichten 3 auf der oberen und unteren Oberfläche einer dielektrischen Schicht 2 angeordnet sind. In den letzten Jahren wurden keramische Kondensatoren eingesetzt, die ein keramisches Dielektrikum aus Bariumtitanat (BaTiO₃) oder dergleichen einsetzen, um dem Kondensator Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, etc. zu verleihen.
Um dem Bedarf nach kleineren elektrischen Geräten gerecht zu werden, sind die Kondensatoren ebenfalls kleiner geworden. Heutzutage besteht ein allgemeiner Trend, dass solche kleinen keramische Kondensatoren als Elektrodenschicht einen Film einsetzen, der mit einer Paste gebildet wird und verwenden außerdem eine laminierte Struktur, wie in 2 dargestellt, um eine kleine Größe und doch eine große Kapazität zu erzielen.
Herkömmliche keramische Kondensatoren weisen jedoch eine unzureichende Haftung des Elektrodenschichtfilms an der dielektrischen Schicht auf; deshalb besteht das Problem, dass sich bei Verwendung die Elektrodenschicht schrittweise von der dielektrischen Schicht ablöst.
Das Ablösen der Elektrodenschicht von der dielektrischen Schicht führt zur Bildung eines Spalts zwischen der Elektrodenschicht und der dielektrischen Schicht, und in dem Spalt entsteht eine Luftschicht, die eine niedrige dielektrische Konstante aufweist. In der Folge wird die Kapazität des Kondensators mit der Zeit aus dem oben stehend dargelegten Grund beeinträchtigt, und der Kondensator kann seine gewünschte Funktion nicht mehr erfüllen.
Herkömmliche keramische Kondensatoren weisen in manchen Fällen auch Durchgangslöcher in der Elektrodenschicht auf. Aufgrund der unterschiedlichen Größe dieser Durchgangslöcher variiert die effektive Elektrodenfläche des Kondensators (welche die Kapazität des Kondensators bestimmt) unter den Kondensatoren. In der Folge bestehen unter den Kondensatoren große Unterschiede in Bezug auf die Kapazität, und es besteht die Unannehmlichkeit einer geringen Ausbeute in Bezug auf die Kondensatoreigenschaften.
Wenn ein keramischer Kondensator mit laminierter Struktur hergestellt wird, werden auf einer dielektrischen Schicht (die später ein Ende des hergestellten laminierten Kondensators wird) abwechselnd Elektrodenschichten und dielektrische Schichten ausgebildet, wonach das resultierende Laminat ein Mal gebrannt wird. Wenn jede Elektrodenschicht, die zwischen zwei dielektrischen Schichten angeordnet ist, Durchgangslöcher aufweist, dehnen sich zu dieser Zeit, während des Brennens, die Luft in den Durchgangslöchern und das durch das Brennen erzeugte Gas in den Löchern aus und erhöhen den Innendruck der Löcher; in der Folge kommt es zu einer Zwischenschichtablösung zwischen der dielektrischen Schicht und der Elektrodenschicht, wodurch es auf der dielektrischen Schicht zu Blasen- und Sprungbildung kommt, und es bestand ebenfalls das. Problem der Reduktion der Ausbeute des hergestellten keramischen Kondensators. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass das Brennen über eine lange Zeit hinweg erfolgt; ein solches Brennen verursacht jedoch Steigerungen der Betriebskosten und der Vorlaufzeit, wodurch es zu höheren Produktionskosten kommt.
JP 05334911 offenbart eine Platinpaste, die zwei Arten von Platinpulver umfasst, d.h. ein kugelförmiges Platinpulver (30–80 Gew.-%) und ein Platinpulver mit undefinierter Form (10–60 Gew.-%), die in einem organischen Bindemittel dispergiert sind.
JP 0811612 und JP 08096623 offenbaren leitfähige Pasten, die Metallpulver (Ag, Cu, Ag gemischt mit Pd, Pt und Au; Ag, Ag-Pd-Legierungspulver) umfassen, wobei die Pulver aus Gemischen von kugelförmigen Metallteilchen, flachen Metallteilchen und/oder Metallteilchen mit undefinierter Form in Anteilen von jeweils 50–70 Gew.-%, 20–50 Gew.-% bzw. 5–20 Gew.-% (in JP 0811612 ) oder 100:0 bis 50:50 (kugelförmige:flache Pulver in JP 08096623 ) bestehen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Situation entwickelt. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Paste für die Bildung einer keramischen Kondensatorelektrode bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Elektrodenschicht eines keramischen Kondensators zu bilden, die sich kaum von der dielektrischen Schicht des Kondensators ablöst und zu einer gesteigerten Kondensatorausbeute in der Herstellung von keramischen Kondensatoren führt.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Paste für die Bildung einer keramischen Kondensatorelektrode nach Anspruch 1 bereitgestellt, die aus 10 bis 14 Gew.-% eines organischen Bindemittels und 86 bis 90 Gew.-% eines Platinpulvers besteht, wobei das Platinpulver pro 100 Gew.-% des Pulvers 54 bis 60 Gew.-% eines kugelförmigen Partikelpulvers, 36 bis 40 Gew.-% eines schuppenförmigen Partikelpulvers und 0 bis 10 Gew.-% eines Partikelpulvers mit undefinierter Form umfasst, wobei sich letzteres Partikelpulver auf Platinpulver mit undefinierter oder unbestimmter Form bezieht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Kondensators.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines keramischen Kondensators mit einer laminierten Struktur.
3(a) und 3(b) zeigen Beispiele der Partikelstruktur eines kugelförmigen Partikelpulvers. 3(a) ist ein durch die Betrachtung durch ein Sekundärelektronenmikro skop 2.000fach vergrößertes Foto, und 3(b) ist ein durch die Betrachtung durch ein Sekundärelektronenmikroskop 7.500fach vergrößertes Foto.
4(a) und 4(b) zeigen ein Beispiel für die Partikelstruktur eines schuppenförmigen Partikelpulvers. 4(a) ist ein durch die Betrachtung durch ein Sekundärelektronenmikroskop 2.000fach vergrößertes Foto, und 4(b) ist ein durch die Betrachtung durch ein Sekundärelektronenmikroskop 7.500fach vergrößertes Foto.
5(a) und 5(b) zeigen ein Beispiel für die Partikelstruktur eines Partikelpulvers mit undefinierter Form. 5(a) ist ein durch die Betrachtung durch ein Sekundärelektronenmikroskop 2.000fach vergrößertes Foto, und 5(b) ist ein durch die Betrachtung durch ein Sekundärelektronenmikroskop 7.500fach vergrößertes Foto.
Beste Art der Durchführung der Erfindung
Die Paste für die Bildung der Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus 10 bis 14 Gew.-% eines organischen Bindemittels und 86 bis 90 Gew.-% eines Platinpulvers, wobei das Platinpulver pro 100 Gew.-% des Pulvers 54 bis 60 Gew.-% eines kugelförmigen Partikelpulvers, 36 bis 40 Gew.-% eines schuppenförmigen Partikelpulvers und 0 bis 10 Gew.-% eines Partikelpulvers mit undefinierter Form umfasst.
Der Gehalt des Platinpulvers in der Paste für die Bildung der Elektrode wird deshalb mit 86 bis 90 Gew.-% angegeben, weil es bei einem Gehalt von weniger als 86 Gew.-% zu einer Abnahme der Filmdichte und bei einem Gehalt von mehr als 90 Gew.-% zu einer Verschlechterung der Bedruckbarkeit kommt. Noch bevorzugter beträgt der Platinpulvergehalt 88 bis 90 Gew.-% und der Gehalt des organischen Bindemittels 10 bis 12 Gew.-%.
Der Anteil des kugelförmigen Partikelpulvers am 100 Gew.-% des Platinpulvers wird mit 54 bis 60 Gew.-%, der Anteil des schuppenförmigen Partikelpulvers mit 36 bis 40 Gew.-% und der Anteil des Partikelpulvers mit undefinierter Form mit 0 bis 10 Gew.-% angegeben, weil dadurch ermöglicht wird, dass der gebildete Elektrodenschicht film des Kondensators eine Dichte von 80% oder mehr, eine Oberflächenrauheit (Ra) von 0,4 bis 0,6 μm und eine Haftfestigkeit von 2 kg oder mehr aufweist.
Wenn die Filmdichte 80% oder mehr beträgt, ist es möglich, die Verschlechterung der Kondensatoreigenschaften und die Dispersion der Kondensatorkapazität zu verhindern. Hierin ist die "Filmdichte" ein Konzept, das die Kompaktheit des Elektrodenfilms angibt und sich auf einen Wert bezieht [(gesamte Elektrodenfläche – Lochfläche)/(gesamte Elektrodenfläche)], der erhalten wird, indem Fotos einer Elektrodenoberfläche an verschiedenen Stellen unter Verwendung eines Elektronenmikroskops oder eines metallurgischen Mikroskops erstellt werden und die Lochfläche und die gesamte Elektrodenfläche berechnet werden. Eine höhere Filmdichte deutet demnach darauf hin, dass die Durchgangslöcher, die in dem auf der Elektrodenschicht ausgebildeten Film entstehen, eine geringere Größe und Anzahl aufweisen.
In der vorliegenden Erfindung wird durch die Angabe der Anteile der Platinpulver mit den verschiedenen Partikelformen in bestimmten Bereichen die Filmdichte gesteuert, wobei die Größe und Anzahl der Durchgangslöcher reduziert werden. Die Verschlechterung der Kondensatoreigenschaften kann so verhindert werden. Die Filmdichte beträgt aufgrund der Angabe der Anteile der Platinpulver mit verschiedenen Partikelformen in den oben angeführten Bereichen auch deshalb mehr als 80%, weil das ausgewogene Mischen von drei Pulverarten mit verschiedenen Partikelformen eine höhere Packungsdichte des Pulvers in der Paste und eine geringer Kontraktion während des Brennens ermöglicht.
Durch das Festlegen der Oberflächenrauheit (Ra) des Elektrodenschichtfilms bei 0,4 bis 0,6 μm und der Haftfestigkeit des Films bei 2 kg oder mehr kann die Haftung des Films an der dielektrischen Schicht verbessert werden, und das Ablösen des Elektrodenschichtfilms von der dielektrischen Schicht kann im Wesentlichen vollständig verhindert werden. Durch das Festlegen der Oberflächenrauheit (Ra) des Films in dem oben genannten Bereich wird die Haftung des Films verstärkt, ohne dass die Filmdichte gesenkt wird; das liegt daran, dass das Platin in der laminierten Konden satorstruktur durch eine chemische Bindungskraft, die durch die Diffusion von Platin in das Grundmaterial hervorgerufen wird, und auch durch physikalische Bindungskraft an dem Grundmaterial haftet, die durch einen Anker-Effekt hervorgerufen wird, der mit der Oberflächenrauheit in engem Zusammenhang steht. Hierin ist "Oberflächenrauheit (Ra)" ein Wert, der durch JIS B 0601 erhalten wird. "Haftfestigkeit" ist ein Konzept, das die Haftung zwischen dem Grundmaterial und dem Leiter angibt und sich auf eine Zugfestigkeit bezieht, die erhalten wird, wenn ein L-förmiger Leitungsdraht aus zinnbeschichtetem, weichem Kupfer mit 0,6 mm Durchmesser auf ein Leitermuster in der Größe von 2 mm × 2 mm durch Löten angebracht wird und dann senkrecht mit einer Zuggeschwindigkeit von 20 mm/s an diesem gezogen wird. Durch die Angabe der Anteile der Platinpulver mit verschiedenen Partikelformen in den oben genannten Bereichen wird die Oberflächenrauheit (Ra) in einem Bereich von 0,4 bis 0,6 μm gesteuert; das liegt daran, dass das schuppenförmige Partikelpulver mit großen Teilchendurchmessern das Gerüst der Elektrodenschicht darstellt, wobei die kugelförmigen Partikelpulver und die Partikelpulver mit undefinierten Formen jeweils geringe Teilchendurchmesser aufweisen und die Lücken in dem Gerüst füllen, wodurch die Oberflächenrauheit nach dem Brennen stabilisiert wird. Die Haftfestigkeit beträgt 2 kg oder mehr, weil das kugelförmige Partikelpulver und das Partikelpulver mit undefinierter Form jeweils einen kleinen Teilchendurchmesser und eine hohe Oberflächenaktivität aufweisen, weshalb sie leicht in das Grundmaterial diffundieren können.
3(a) und 3(b), 4(a) und 4(b) und 5(a) und 5(b) zeigen jeweils Fotos von durch ein Sekundärelektronenmikroskop betrachtetem kugelförmigem Partikelpulver, schuppenförmigem Partikelpulver bzw. Partikelpulver mit undefinierter Form. Das kugelförmige Partikelpulver ist ein Pulver mit im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln mit einem Durchmesser in Submikrometergröße; das schuppenförmige Partikelpulver ist ein Pulver aus flachen Partikeln, dessen größte Durchmesser Mikrometergröße aufweisen; und das Partikelpulver mit unbestimmter Form ist ein Pulver, dessen primäre Partikel Durchmesser in Å-Größe aufweisen, wobei große Partikel, die an manchen Stellen zu sehen sind, sekundäre Partikel sind, die durch die Agglomeration von primären Partikeln entstehen.
Wie oben beschrieben, werden die Anteile der Platinpulver mit verschiedenen Partikelformen, die die Paste bilden, für die Paste für die Bildung einer erfindungsgemäßen Elektrode in den oben angeführten Bereichen angegeben; dadurch weist ein aus der Paste hergestellter Elektrodenschichtfilm eine gesteuerte Dichte, eine gesteuerte Oberflächenrauheit (Ra) und eine gesteuerte Haftfestigkeit auf; dadurch bleibt die Dispersion der Kondensatorkapazität gering und die Verschlechterung der Kondensatoreigenschaften wird verhindert.
In dem Platinpulver, aus dem die vorliegende Paste für die Bildung der Elektrode besteht, betragen die Anteile des kugelförmigen Partikelpulvers, des schuppenförmigen Partikelpulvers und des Partikelpulvers mit undefinierter Form noch bevorzugter jeweils 57 bis 60 Gew.-%, 38 bis 40 Gew.-% bzw. 0 bis 5 Gew.-%.
Die vorliegende Erfindung wird untenstehend anhand der Beispiele detaillierter beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs durch die Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
12 Gew.-% eines organischen Bindemittels und 88 Gew.-% eines Platinpulvers (das aus 57 Gew.-% eines kugelförmigen Partikelpulvers, 38 Gew.-% eines schuppenförmigen Partikelpulvers und 5 Gew.-%. eines Partikelpulvers mit unbestimmter Form bestand) wurden vermischt, um eine Paste zur Herstellung einer Elektrode zu erhalten. Die Paste wurde auf die obere und untere Seite einer dielektrischen Schicht aufgetragen, um Elektrodenschichten zu bilden, wonach sie gebrannt wurde, um einen keramischen Kondensator, wie in 1 dargestellt, herzustellen.
Der untere Elektrodenfilm des Kondensators wies eine Dichte von 88%, eine Oberflächenrauheit (Ra) von 0,45 μm und eine Haftfestigkeit von 2,4 kg auf.
In dem oben beschriebenen keramischen Kondensator bestand die dielektrische Schicht aus Bleizirkonattitanat und wies eine Dicke von 20 μm auf. Die Elektrodenschichten waren 4 μm dick.
Bei 25 solcher Kondensatoren wurden Kapazität und Dispersion der Kapazität gemessen. Außerdem wurden sie 1.000 h lang fortlaufend in Betrieb genommen, wonach das Ablösen der Elektrodenschicht von der dielektrischen Schicht gemessen wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt.
(Beispiele 2 bis 9)
Ein keramischer Kondensator wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Durch das eingesetzte Mischverhältnis des Platinpulvers und des organischen Bindemittels in der Paste für die Herstellung der Elektrode und die Anteile der Platinpulver mit verschiedenen Partikelformen, die in Tabelle 1 angeführt werden, wurde ermöglicht, dass der untere Elektrodenfilm des keramischen Kondensators eine Dichte, eine Oberflächenrauheit (Ra) und eine Haftfestigkeit aufweist, die ebenfalls alle in Tabelle 1 angeführt sind.
Bei 25 solcher Kondensatoren wurden Kapazität und Dispersion der Kapazität gemessen. Außerdem wurde das Ablösen der Elektrodenschicht von der dielektrischen Schicht auf dieselbe Weise wie in Beispiel gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt.
(Vergleichsbeispiel 1)
16 Gew.-% eines organischen Bindemittels und 84 Gew.-% des in Beispiel 1 verwendeten Platinpulvers (das aus 35,7 Gew.-% eines kugelförmigen Partikelpulvers, 40,5 Gew.-% eines schuppenförmigen Partikelpulvers und 23,8 Gew.-% eines Partikelpulvers mit unbestimmter Form bestand) wurden vermischt, um eine Paste zur Herstellung einer Elektrode zu erhalten. Unter Verwendung der Paste wurde dersel be keramische Kondensator wie in Beispiel 1 hergestellt. Der untere Elektrodenfilm des Kondensators wies eine Dichte von 70%, eine Oberflächenrauheit (Ra) von 0,63 μm und eine Haftfestigkeit von 1,5 kg auf.
Bei 25 solcher Kondensatoren wurden Kapazität und Dispersion der Kapazität gemessen. Außerdem wurde das Ablösen der Elektrodenschicht von der dielektrischen Schicht auf dieselbe Weise wie in Beispiel gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt.
(Vergleichsbeispiele 2 bis 5)
Ein keramischer Kondensator wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Durch das eingesetzte Mischverhältnis des Platinpulvers und des organischen Bindemittels in der Paste für die Herstellung der Elektrode und die Anteile der Platinpulver mit verschiedenen Partikelformen, die in Tabelle 1 angeführt werden, wurde ermöglicht, dass der untere Elektrodenfilm des keramischen Kondensators eine Dichte, eine Oberflächenrauheit (Ra) und eine Haftfestigkeit aufweist, die ebenfalls alle in Tabelle 1 angeführt sind.
Bei 25 solcher Kondensatoren wurden Kapazität und Dispersion der Kapazität gemessen. Außerdem wurde das Ablösen der Elektrodenschicht von der dielektrischen Schicht auf dieselbe Weise wie in Beispiel gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt.
Der Film des Kondensators aus Vergleichsbeispiel 2 kräuselte sich, wodurch eine Messung der Filmdichte oder der Kapazität des Kondensators unmöglich wurde.
Wie aus dem Vergleich der Beispiele mit den Vergleichsbeispielen deutlich hervorgeht, können durch das Festlegen eines Mischverhältnisses des Platinpulvers und des organischen Bindemittels, die einen Elektrodenschichtfilm des Kondensators bilden, und der Dichte, der Oberflächenrauheit (Ra) und der Haftfestigkeit des Films auf bestimmte Werte das Ablösen des Elektrodenschichtfilms von der dielektrischen Schicht des Kondensators und die Blasenbildung der dielektrischen Schicht verhindert werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
In der Paste zur Bildung der Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Anteile der Platinpulver mit verschiedenen Partikelformen, aus denen die Paste besteht, in bestimmten Bereichen festgelegt. Deshalb weist der Elektrodenschichtfilm in dem keramischen Kondensator, der unter Verwendung der Paste nach Anspruch 1 hergestellt wird, eine Dichte, eine Oberflächenrauheit (Ra) und eine Haftfestigkeit auf, die alle bei bestimmten Werten festgelegt sind; die Haftung der Elektrodenschicht an der dielektrischen Schicht kann verbessert werden; und die in der Elektrodenschicht entstehenden Durchgangslöcher können klein gehalten werden.

Claims

Paste zur Bildung keramischer Kondensatorelektroden, die zu 10 bis 14 Gew.-% aus einem organischen Bindemittel und zu 86 bis 90 Gew.-% aus Platinpulver besteht, wobei das Platinpulver in 100 Gew.-% des Platinpulvers 54 bis 60 Gew.-% eines kugelförmigen Partikelpulvers, 36 bis 40 Gew.-% eines schuppenförmigen Partikelpulvers und 0 bis 10 Gew.-% eines Partikelpulvers mit undefinierter Form enthält.
Paste zur Bildung von Elektroden nach Anspruch 1, die zu 10 bis 12 Gew.-% aus einem organischen Bindemittel und zu 88 bis 90 Gew.-% aus einem Platinpulver besteht.
Paste zur Bildung von Elektroden nach Anspruch 1, wobei das Platinpulver in 100 Gew.-% des Pulvers 57 bis 60 Gew.-% eines kugelförmigen Partikelpulvers, 38 bis 40 Gew.-% eines schuppenförmigen Partikelpulvers und 0 bis 5 Gew.-% eines Partikelpulvers mit undefinierter Form enthält.
Paste zur Bildung von Elektroden nach Anspruch 1, die einen Elektrodenschichtfilm für einen keramischen Kondensator bilden kann, wobei der Elektrodenschichtfilm eine Dichte von 80% oder mehr, eine Oberflächenrauheit (Ra) von 0,4 bis 0,6 μm und eine Haftfestigkeit von 2 kg oder mehr aufweist.