JP2000077258A - セラミック電子部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電ペーストの塗布・焼付けにより外部電極
が形成されているセラミック電子部品であって、耐湿性
に優れたものを提供する。 【解決手段】 セラミック焼結体２の端面２ａ，２ｂを
覆うように導電ペーストを塗布し、焼き付けることによ
り外部電極７，８が形成されている積層コンデンサ１で
あって、外部電極７，８の表面における金属粒子の平均
粒径が１０μｍ以下であり、外部電極７，８の表面の特
性Ｘ線分析によるガラス分布面積割合が１０〜２０％の
範囲にある、積層コンデンサ１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば積層セラミ
ックコンデンサのようなセラミック電子部品及びその製
造方法に関し、より詳細には、導電ペーストの塗布・焼
付けにより外部電極が形成されているセラミック電子部
品及びその製造方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、積層コンデンサなどのセラミック
電子部品に外部電極を形成する方法として、導電ペース
トの塗布・焼付け法が多用されている。すなわち、金属
粒子、ガラスフリット、有機バインダ樹脂及び有機溶剤
等を混練してなる導電ペーストをセラミック焼結体の端
面に付与し、例えば５０℃／分程度の昇温速度で５００
〜９００℃の温度まで昇温し、焼き付けることにより外
部電極が形成されていた。

【０００３】この場合、焼付けにより、有機バインダ樹
脂及び溶剤等は飛散し、金属粒子が焼結される。すなわ
ち、金属粒子同士が接触するように焼結され、かつガラ
スフリットが溶融し、金属粒子間の一部にガラスが存在
している電極膜が形成される。

【０００４】ところが、上記のようにして得られた外部
電極では、ときとして表面にポアが生じ、水分が外部か
ら侵入し易いという問題があった。そのため、外部電極
表面にはんだ付け性を高めるためのＳｎめっき膜などを
湿式めっき法により形成した場合、めっき液が内部に侵
入することがあった。また、積層コンデンサの使用時
に、高湿度環境の下では湿気が内部に侵入しがちであっ
た。

【０００５】そこで、導電ペーストに導電性樹脂を混練
することにより、上述したポアに起因する問題を解決す
る方法が特開平８−３７１２７号公報に開示されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、導電性
樹脂を用いた場合、水分の侵入により導電性樹脂自体が
劣化し、やはり、耐湿性が低下しがちであった。

【０００７】本発明の目的は、導電ペーストの塗布・焼
付けにより形成された外部電極を有するセラミック電子
部品であって、外部電極表面のポアが少なく、従って耐
湿性が高められたセラミック電子部品及びその製造方法
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、セラミック焼結体と、セラミック焼結体の外表面に
電極材料としての金属粒子及びガラスフリットを含む導
電ペーストを塗布し、焼き付けることにより形成された
外部電極とを備えるセラミック電子部品において、前記
外部電極表面層の金属粒子の平均粒径が１０μｍ以下で
あり、かつ外部電極表面の特性Ｘ線分析によるガラス分
布面積割合が１０〜２０％の範囲にあることを特徴とす
る。

【０００９】請求項２に記載の発明では、前記セラミッ
ク焼結体内に、該セラミック焼結体の外表面に引出され
た複数の内部電極が形成されている。請求項３に記載の
発明では、前記複数の内部電極がセラミック層を介して
厚み方向に重なり合うように配置されている。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
何れかに記載のセラミック電子部品の製造方法であっ
て、セラミック焼結体を用意する工程と、前記セラミッ
ク焼結体の外表面に、平均粒径１０μｍ以下の金属粒子
とガラスフリットとを含む導電ペーストを付与する工程
と、前記導電ペーストを１５０℃／分〜２３０℃／分の
昇温速度で昇温しつつ焼き付け、外部電極を形成する工
程とを備えることを特徴とする。

【００１１】請求項５に記載の発明では、前記金属粒子
として、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｐｂ及びＮｉからなる群か
ら選択した１種以上が用いられる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１（ａ）は、本発明の一実施例
に係るセラミック電子部品としての積層コンデンサを示
す断面図である。

【００１３】積層コンデンサ１は、チタン酸バリウム系
誘電体セラミックスよりなるセラミック焼結体２を有す
る。セラミック焼結体２は直方体状の形状を有し、内部
には内部電極３〜６がセラミック層を介して厚み方向に
重なり合うように配置されている。内部電極３，５は、
端面２ａに引き出されている。内部電極４，６は、端面
２ａと対向し合っている反対側の端面２ｂに引き出され
ている。

【００１４】端面２ａ，２ｂを覆うように、それぞれ、
第１，第２の外部電極７，８が形成されている。外部電
極７，８は、端面２ａ，２ｂを覆っているだけでなく、
セラミック焼結体２の上面２ｃ及び下面２ｄ並びに図示
されない一対の側面にも至るように形成されている。

【００１５】第１，第２の外部電極７，８は、それぞ
れ、導電ペーストの塗布・焼付けにより形成されてい
る。本実施例では、外部電極７，８は、平均粒径１０μ
ｍ以下の金属粒子と、ガラスフリットと、有機バインダ
樹脂と、溶剤等を含む導電ペーストを塗布し、焼き付け
ることにより形成されている。この場合、導電ペースト
の焼付けに際しては、従来に比べて速い昇温速度、すな
わち１５０℃〜２３０℃／分の昇温速度で昇温しつつ８
００℃程度の温度に１〜１０分維持することにより行わ
れる。なお、焼付けに際しての温度及び焼付け温度に維
持する時間については、使用する金属粒子の種類によっ
て適宜調整される。

【００１６】また、外部電極７，８の外表面には、はん
だ食れ防止するために、Ｎｉめっき膜９，１０が形成さ
れている。さらに、Ｎｉめっき膜９，１０の外側には、
はんだ付け性を高めるために、Ｓｎめっき膜１１，１２
が形成されている。

【００１７】Ｎｉめっき膜９，１０及びＳｎめっき膜１
１，１２は、それぞれ、湿式めっき法により形成されて
いる。本実施例の特徴は、外部電極７，８が、平均粒径
１０μｍ以下と粒径の小さい金属粒子を含む導電ペース
トを用い、上記のように速い昇温速度で温度を高めて焼
き付けることにより形成されていることにある。このよ
うに粒径が小さい金属粒子を含む導電ペーストを用い、
速い速度で昇温して焼き付けることにより、外部電極
７，８の表面層の緻密性が高められ、かつポアの生成が
抑制される。これは、以下の理由によると考えられる。

【００１８】平均粒径が１０μｍ以下の金属粒子を含む
導電ペーストを用いた場合、外部電極７、８の緻密性が
高められる。すなわち、金属粒子間の隙間が小さくな
り、それによって表面層の緻密性が高められる。

【００１９】なお、表面層とは、外部電極７，８の表面
近傍をいい、外表面から２０μｍ程度の厚みの層をいう
ものとする。加えて、昇温速度を高めると、焼付けに際
して導電ペースト中のガラスフリットが溶融するが、溶
融した後、ガラスがあまり移動しないうちに焼付けが終
了することになる。

【００２０】従って、図２にハッチングを付して示すよ
うに外部電極７において、ガラス１３が均一に分散され
た状態で固化する。なお、１４は金属粒子を示す。他
方、昇温速度が遅い場合には、図３に示すように、外部
電極表面近傍において溶融したガラス１３がセラミック
焼結体２側に移動し、外部電極７の表面においてポアが
形成されることになる。

【００２１】すなわち、本実施例では、昇温速度が速い
ため、上記のように溶融したガラスが移動するまでに、
焼付けが終了するため、外部電極表面においてガラスが
多く存在し、それによって外部電極表面のポアの生成を
抑制することができる。

【００２２】そのため、本実施例では、外部電極７，８
の外表面のガラスの分布面積割合が１０〜２０％の範囲
とされている。ガラスの分布面積割合が１０％未満の場
合には、外部電極表面に存在するガラスが少なくなり、
言い換えれば、金属粒子間にポアが生成し、外部電極
７，８の耐湿性が低下する。また、上記ガラスの分布面
積割合が２０％を超えると、ポアの生成は抑制されるも
のの、ガラスが多く分布しすぎ、外部電極７，８の導電
性が低下する。

【００２３】なお、上記ガラス分布面積割合とは、特性
Ｘ線分析により測定される値であり、具体的にはＸ線強
度のマップデータのようにして測定される。次に、具体
的な実験例を説明する。先ず、周知の積層コンデンサの
製造方法に従って、セラミック焼結体２を用意した。す
なわち、チタン酸バリウム系誘電体セラミックスからな
るセラミックグリーンシート上に、Ｐｄ粉末と、さらに
有機バインダ樹脂及び溶剤を含む内部電極用導電ペース
トを印刷した。この内部電極形成用導電ペーストが印刷
されたセラミックグリーンシートを積層し、上下に無地
のセラミックグリーンシートを積層し、得られた積層体
を厚み方向に加圧し、積層体を得た。しかる後、積層体
を焼成し、１．０×０．５×０．５ｍｍの寸法のセラミ
ック焼結体２を得た。

【００２４】上記セラミック焼結体２の端面２ａ，２ｂ
に、種々の平均粒径のＡｇ粒子１００重量部に対し、ガ
ラスフリット５重量部、有機バインダ樹脂及び溶剤を混
合してなる導電ペーストを塗布し、後述の各条件で焼き
付けることにより外部電極７，８を形成し、積層コンデ
ンサを得た。

【００２５】金属粒子の粒径及び外部電極の焼付け条件
については、下記の表１に示すように種々変更し、試料
番号１〜８の各積層コンデンサを得た。なお、下記の表
１における外部電極焼付け条件は、焼付け温度、焼付け
温度に維持した時間及び昇温速度を示す。

【００２６】上記のようにして得た外部電極７，８につ
いて、金属粒子寸法及び表面層のガラス分布面積割
合を以下の要領で測定した。 金属粒子寸法…外部電極７，８の表面を二次電子顕微
鏡を用い、１００μｍ×１００μｍの領域について観察
し、この領域に存在する金属粒子の平均粒径を算出し
た。

【００２７】ガラス分布面積割合…特性Ｘ線分析によ
り、外部電極７，８表面の２００×２００μｍの領域に
おいてガラスが存在している部分の面積の割合を測定し
た。上記金属粒子粒径及びガラス面積分布割合を下
記の表１に示す。

【００２８】次に、上記のようにして得た積層コンデン
サの外部電極７，８の外表面に湿式めっき法により、厚
み約３．０μｍのＮｉめっき膜９，１０及び厚み約２．
０μｍのＳｎめっき膜１１，１２を形成した。このよう
にして得られた積層コンデンサについて、はんだ付け
性及び耐湿負荷試験を以下の要領で行った。

【００２９】はんだ付け性…上記積層コンデンサを、
２１０℃で２秒、共晶はんだに浸漬後、端子電極の各々
の面の９０％以上が切れ目なく新しいはんだで覆われて
いるものを良品とした。

【００３０】耐湿負荷試験…積層コンデンサを８５℃
及び相対湿度８５％の環境に置き、定格電圧を印加し、
５００時間経過後に、静電容量、挿入損失、絶縁抵抗を
測定し、静電容量変化：±２０％以上、挿入損失変化：
７．５％以上、絶縁抵抗：１０⁹ Ω以下となった場合不
良とした。この耐湿負荷試験における不良品の割合を下
記の表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】なお、表１における試料番号１について
は、導電ペースト中のガラスフリット含有割合は金属粒
子１００重量部に対し３重量部とした。表１から明らか
なように、試料番号１の積層コンデンサでは、はんだ付
け性は良好であったものの、耐湿負荷試験において、７
２個の積層コンデンサの内１０個の不良品が生じた。こ
の試料番号１の積層コンデンサの外部電極表面を図４に
略図的に示す。図４において、２１は金属粒子を、ハッ
チングを付して示す参照番号２２はガラスの存在部分を
示す。図４に示すように、試料番号１の積層コンデンサ
では、外部電極表面において、大きな粒径（２３μｍ）
の金属粒子２１が存在し、それらの金属粒子２１間の一
部にのみガラス２２が存在していた。従って、表１から
明らかなように、ガラス分布面積割合は３％と低かっ
た。よって、金属粒子２１，２１間に多くのポアが存在
し、耐湿不良が多く発生したものと考えられる。

【００３３】同様に、試料番号２，３の積層コンデンサ
においても、最高温度での維持時間が長く、金属粒子の
粒径が１２μｍ以上と大きいため、ガラス分布面積割合
が５％及び７％と低かった。試料番号２の積層コンデン
サの外部電極表面を図５に略図的に示す。ガラス２２
が、やはり金属粒子２１内の一部にのみ存在していた。
そのため、同様にポアが多く存在し、耐湿不良が発生し
た。

【００３４】これに対して、試料番号４〜５の積層コン
デンサでは、外部電極表面の金属粒子の粒径が１０μｍ
以下であり、ガラス分布割合が１０〜２０％の範囲であ
るためか、はんだ付け性が良好であるだけなく、耐湿不
良が発生しなかった。試料番号４の積層コンデンサの外
部電極表面を図１（ｂ）に模式的に示す。

【００３５】図１（ｂ）から明らかなように、比較的小
さな粒径の金属粒子１４が分散しており、かつハッチン
グを付して示すように、金属粒子１４間にガラス１３が
均一に分散されていた。もっとも、ガラス分布面積割合
は、表１から明らかなように１２％程度であり、それ以
外の部分は、金属粒子１４で占められているので、金属
粒子１４同士はかなりの割合で直接接触されている。

【００３６】試料番号６の積層コンデンサでは、耐湿不
良が発生しなかったものの、はんだ付け性が不十分であ
った。これは、金属粒子の粒径は１０μｍと小さいが、
昇温速度が２５０℃／分と速過ぎたためか、ガラス分布
面積割合が２２％と高くなり、表面における金属粒子の
存在割合が低下し過ぎ、Ｎｉめっき膜及びＳｎめっき膜
１１，１２を良好に形成することができなかったためと
考えられる。

【００３７】試料番号７の積層コンデンサでは、耐湿負
荷試験において、耐湿不良が発生したが、これは、焼付
け温度に維持する時間が３分間と短く、昇温速度が２５
０℃／分と速過ぎたため、外部電極部分の金属が未焼結
となったものと考えられる。

【００３８】試料番号８の積層コンデンサでは、金属粒
子の粒径は８μｍと１０μｍ以下であるものの、昇温速
度が５０℃／分と低く、そのため、ガラスがセラミック
ユニット側に移動し、表面におけるガラス分布割合が３
％と低かった。また、ガラス分布割合が３％と低いため
か、はんだ付け性は良好であるものの、耐湿負荷試験に
おいて不良品が発生した。

【００３９】従って、外部電極表面の金属粒子の粒径１
０μｍ以下とし、ガラス分布割合を１０〜２０％の範囲
とすることにより、表面にめっき膜を良好に形成するこ
とができるだけでなく、耐湿性を効果的に高めることが
わかる。

【００４０】なお、上記実施例では、セラミック電子部
品として積層コンデンサ１を示したが、本発明は、積層
バリスタ、積層型圧電セラミック部品などの様々な積層
セラミック電子部品の外表面に導電ペーストの塗布・焼
付けにより外部電極を形成する方法に広く用いることが
できる。さらに、積層型セラミック電子部品に限らず、
一対の内部電極が同じ高さ位置で対向されたセラミック
焼結体を用いたセラミック・サーミスタや単にセラミッ
ク素体の外表面に塗布・焼付けにより外部電極を形成す
るセラミック電子部品にも適用することができる。

【００４１】もっとも、内部電極を有する積層セラミッ
ク電子部品においては、セラミック焼結体の内部電極が
引き出されている部分からの湿気の侵入等が問題となる
ため、本発明により耐湿性を効果的に高めることができ
る。

【００４２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明に係るセラミック
電子部品では、外部電極が導電ペーストの塗布・焼付け
により形成されており、かつ外部電極表面層の金属粒子
の平均粒径が１０μｍ以下であり、外部電極表面の特性
Ｘ線分析によるガラス分布面積割合が１０〜２０％の範
囲にあるため、外部電極表面におけるポアの発生を効果
的に抑制することができ、耐湿性に優れたセラミック電
子部品を提供することができる。また、ガラス分布面積
割合が２０％以下であるため、外表面にＮｉめっき膜や
Ｓｎめっき膜などのめっき膜を良好な状態で湿式めっき
法により形成することができ、それによって、はんだ付
け性等の良好なセラミック電子部品を提供することがで
きる。

【００４３】請求項２に記載の発明では、セラミック焼
結体内に、セラミック焼結体の外表面に引き出された複
数の内部電極が形成されているので、本発明に従って外
部電極を形成することにより、内部電極がセラミック焼
結体外表面に引き出されている部分からの湿気の侵入を
効果的に抑制することができる。

【００４４】請求項３に記載の発明では、複数の内部電
極がセラミック層を介して厚み方向に重なり合うように
配置されており、それによって積層セラミック電子部品
が構成されている。この場合においても、内部電極が引
き出されているセラミック焼結体外表面からの湿気等の
侵入を効果的に抑制することができ、従って耐湿性に優
れた積層セラミック電子部品を提供することができる。

【００４５】請求項４に記載の発明に係るセラミック電
子部品の製造方法では、平均粒径が１０μｍの金属粒子
及びガラスフリットを含む導電ペーストを付与した後、
１５０℃／分〜２３０℃／分の昇温速度で昇温しつつ焼
き付けて外部電極が形成される。従って、上述したよう
に、外部電極表面層の金属粒子の粒径が１０μｍ以下で
あり、外部電極表面の特性Ｘ線分析によるガラス分布面
積割合が１０〜２０％の範囲にある本発明に係るセラミ
ック電子部品を提供することができる。

【００４６】請求項５に記載の発明では、金属粒子とし
て、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｐｂ及びＮｉからなる群から選
択した一種以上を用いるため、従来から汎用されている
これらの外部電極形成用金属粒子を用いて、耐湿性に優
れたセラミック電子部品を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実
施例に係るセラミック電子部品としての積層コンデンサ
の断面図及び外部電極表面の状態を模式的に示す図。

【図２】導電ペーストの焼付けに際しての昇温速度が適
度に速い場合のガラスの分布状態を説明するための部分
切欠断面図。

【図３】導電ペーストを焼付けに際しての昇温速度が遅
い場合のガラスの分布状態を説明するための部分切欠断
面図。

【図４】試料番号１の条件に従って導電ペーストを焼き
付けた際の外部電極表面を模式的に示す図。

【図５】試料番号２の積層コンデンサにおける外部電極
表面を模式的に示す図。

【符号の説明】

１…積層コンデンサ ２…セラミック焼結体 ２ａ，２ｂ…端面 ３〜６…内部電極 ７，８…外部電極 ９，１０…Ｎｉめっき膜 １１，１２…Ｓｎめっき膜 １３…ガラス １４…金属粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E001 AB03 AC10 AE02 AE03 AF00 AF06 AH01 AH07 AH09 AJ03 5E082 AA01 AB03 BC19 BC40 EE04 EE23 EE35 FG26 FG27 FG54 GG10 GG11 GG26 GG28 JJ03 JJ05 JJ12 JJ21 LL01 LL02 LL35 MM22 MM24 PP09 PP10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック焼結体と、セラミック焼結体
   の外表面に電極材料としての金属粒子及びガラスフリッ
   トを含む導電ペーストを塗布し、焼き付けることにより
   形成された外部電極とを備えるセラミック電子部品にお
   いて、 前記外部電極表面層の金属粒子の平均粒径が１０μｍ以
   下であり、かつ外部電極表面の特性Ｘ線分析によるガラ
   ス分布面積割合が１０〜２０％の範囲にあることを特徴
   とする、セラミック電子部品。
2. 【請求項２】 前記セラミック焼結体内に、該セラミッ
   ク焼結体の外表面に引出された複数の内部電極が形成さ
   れている、請求項１に記載のセラミック電子部品。
3. 【請求項３】 前記複数の内部電極がセラミック層を介
   して厚み方向に重なり合うように配置されている、請求
   項２に記載のセラミック電子部品。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れかに記載のセラミッ
   ク電子部品の製造方法であって、 セラミック焼結体を用意する工程と、 前記セラミック焼結体の外表面に、平均粒径１０μｍ以
   下の金属粒子とガラスフリットとを含む導電ペーストを
   付与する工程と、 前記導電ペーストを１５０℃／分〜２３０℃／分の昇温
   速度で昇温しつつ焼き付け、外部電極を形成する工程と
   を備えることを特徴とする、セラミック電子部品の製造
   方法。
5. 【請求項５】 前記金属粒子として、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃ
   ｕ、Ｐｂ及びＮｉからなる群から選択した１種以上を用
   いる、請求項４に記載のセラミック電子部品の製造方
   法。