JP2001237137A

JP2001237137A - 積層コンデンサ及びそのための外部電極導体ペースト

Info

Publication number: JP2001237137A
Application number: JP2000048782A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Iemura; 努家村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】半田を用いることなく安価に高い信頼性をもっ
て配線基板に実装することのできる積層コンデンサを提
供する。【解決手段】卑金属を内部電極３、４とし、外部電極
５、６がこれと同一又はこれと合金化しうる金属を含む
複数の金属成分とガラス成分とからなる積層コンデンサ
１０において、前記外部電極５、６が導電性樹脂接着剤
１２を介して配線基板１１に接着されるものであり、外
部電極の断面積に対する金属成分の面積占有率が６０〜
９５％であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、積層コンデンサ
及びそのための外部電極導体ペーストに属し、特に有害
な鉛を外部電極及びそれに接着させる材料に用いる必要
のない積層セラミックコンデンサ及びそのための外部電
極導体ペーストに属する。

【０００２】

【従来の技術】従来の積層セラミックコンデンサは、図
２に積層セラミックコンデンサ１の断面図として示すよ
うに、チタン酸バリウムなどの誘電体からなるセラミッ
ク焼結体のコンデンサ本体２で構成され、このコンデン
サ本体２の内部にはセラミック層（誘電体層）を介し
て、Ag又はAg-Pd合金などの貴金属材料あるいはNiなど
の卑金属材料からなる内部電極３，４が一方の端面と他
方の端面とに交互に導出するように配設されている。そ
して、一方の電位の内部電極３は外部電極５に、他方の
電位の内部電極４は外部電極６にそれぞれ電気的に導通
接続されている。

【０００３】外部電極５，６はそれぞれ三層構造の電極
層から構成されている。すなわち、コンデンサ本体２の
表面にAgまたはAg-Pd合金、あるいは、CuまたはCu合金
からなる導体ペーストを塗布し、そして、焼き付けるこ
とで形成された下地層７があり、この下地層７の表面に
半田喰われが生じ難い材料からなるニッケルメッキから
なる中間層８が形成され、さらに中間層８の上にスズ
（Sn）または半田（Sn-Pb合金）からなる表面層９が形
成されている。このように外部電極を三層構造とするの
は、内部電極との電気的接続を確実にすると同時に、配
線基板に半田付けにより実装する際の半田耐熱性及び半
田ヌレを向上させるためである。

【０００４】しかしながら、近年、半田による鉛公害
や、フラックスの洗浄剤として使われていたフロン系の
洗浄剤での大気汚染などが問題視されてきた。そこで、
半田付けにとって代わる、電気機器・部品アッセンブリ
ー用の接合剤として導電性樹脂接着剤が用いられてきて
いる。該導電性樹脂接着剤を用いて、コンデンサなどの
電子素子を配線基板上に実装する面実装型電子素子の実
装方法は、配線基板上に導電性樹脂接着剤を塗布する工
程と、上記基板上に任意の面実装型電子素子を搭載する
工程と、上記電子素子と基板を接合する為に導電性樹脂
接着剤を硬化する工程とからなる。上記、導電性樹脂接
着剤は、Ag、Cuなどの金属粉末がエポキシ樹脂等の熱硬
化性樹脂中に分散されたものであり、熱硬化によって固
化される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図２の積層セ
ラミックコンデンサを上記の導電性樹脂接着剤で実装し
た場合、外部電極の最外層がSn、Sn/Pbメッキであるこ
とから導電性樹脂接着剤とのヌレ性が悪く、基板との固
着強度が低く、温度サイクル等の急激な熱変化を受けた
場合、外部電極と導電性樹脂接着剤との界面で剥離し、
積層セラミックコンデンサが機能しなくなることがあっ
た。また、高温環境中で放置した場合、NiメッキとSn又
はSn/Pbメッキが拡散し、脆弱な層を形成し、極端な強
度劣化が生じることがあった。このため、従来から導電
性樹脂接着剤で実装する場合には、外部電極材質として
銀パラジウムが用いられていた。しかしながら、パラジ
ウムの価格の高騰により、製造コストが上がり、製品単
価が高く、客先の要求コストに応じることができなかっ
た。

【０００６】それ故、この発明の課題は、半田を用いる
ことなく安価に高い信頼性をもって配線基板に実装する
ことのできる積層コンデンサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
に、この発明の積層コンデンサは、金属材料を内部電極
とし、外部電極がこれと同一又はこれと合金化しうる金
属を含む複数の金属成分とガラス成分とからなる積層コ
ンデンサにおいて、前記外部電極が導電性樹脂接着剤を
介して配線基板に接着されるものであり、外部電極の断
面積に対する金属成分の面積占有率が６０〜９５％であ
ることを特徴とする。

【０００８】この発明では外部電極材料が、内部電極と
同一の金属材料又はこれと合金化しうる金属を含む複数
の金属成分とガラス成分からなるので、金属成分のうち
少なくとも一種は内部電極と低い抵抗で接続し、他の金
属成分としてガラス成分と濡れ性の良いものを選択する
ことができる。なお、内外両電極とも貴金属を含まない
材料で構成すると製造コストが低くなる。そして、金属
成分の面積占有率が上記の範囲にあることから、外部電
極が十分に且つ均一に緻密化する。従って、表面にメッ
キ層などが存在しなくてもほとんど酸化されることな
く、ガラス成分が浮き出すこともなく内部電極や導電性
樹脂接着剤との間で低い接点抵抗を維持する。

【０００９】上記面積占有率が６０％に満たないと、外
部電極の前駆体である外部電極導体ペースト中のビヒク
ルに起因する空隙又はガラス成分が過多となって水分が
混入し酸化されて容量が低下しやすくなる。他方、面積
占有率が９５％を超えると、金属成分同士が焼結しすぎ
てガラス成分が表面に浮き出してしまい、導電性樹脂接
着剤との導通が悪くなる。

【００１０】この発明の積層コンデンサにおいて好まし
いのは、前記内部電極を構成する卑金属がニッケルであ
って、前記外部電極を構成する金属成分がニッケル及び
銅であり、ニッケルが銅に対して微量以上５０重量％未
満、好ましくは１０重量％以上３０重量％以下含有され
ている場合である。

【００１１】この場合が好ましいのは、このように銅と
ニッケル及びその合金からなる外部電極を、導電性樹脂
接着剤を介して電気的接合をとるものに用いた場合、導
電性樹脂接着剤との密着性に優れ、かつ内部電極との接
合性が上がり、信頼性にも優れたものとなるからであ
る。

【００１２】ニッケルの比率が、５０wt%以上になる
と、外部電極表面が酸化し、非活性となり、接合部の導
通不良となるほか接合強度が低下する。また、ニッケル
が微量でも存在しないと、剛性が増して焼き付け後にコ
ンデンサ本体に強い焼きしまりによる応力がかかり、ク
ラックが生じることがある。また、外部電極のニッケル
含有率が高くなると内部電極と外部電極との間で拡散係
数の差が小さくなり、両者の接続性が弱くなり、容量値
の低下及び信頼性の低下などの不具合が生じる。

【００１３】この発明の積層コンデンサの外部電極に適
切な導体ペーストは、積層コンデンサの端面に塗布され
て焼き付け後に外部電極となりうるものであって、金属
粉末、ガラス粉末及び有機ビヒクルからなる外部電極導
体ペーストにおいて、前記金属粉末の個々の粒子が、前
記ガラス粉末と同組成の又は主成分を同じくするガラス
によって被覆されていることを特徴とする。

【００１４】このように金属粉末の個々の粒子表面にガ
ラス膜を形成することにより、金属成分とガラス成分と
の濡れ性が均一に向上し、ガラスと各金属とが均一に分
散し、耐酸化性が向上する。

【００１５】即ち、金属とガラスとの濡れ性は、金属の
種類によって異なる。従って、金属粉末とガラス粉末と
を混合してペースト化し、コンデンサ本体に焼き付けた
際、濡れ性の相違により、ガラス成分と金属成分とが分
離された状態となり、ある場所はガラスの浮きだしが多
く、別の場所は金属のみが剥き出しとなり、結局は金属
成分が酸化されることとなる。

【００１６】その点、この発明の導体ペーストは、予め
金属粉末の個々の粒子が所定のガラスによって被覆され
ているので、各粒子の濡れ性が等しくなり、均一に分散
する。そのため、空隙が残存することが少なく緻密化す
る。よって、内部電極及び導電性樹脂接着剤との電気的
接合、並びに誘電体及び導電性樹脂接着剤との機械的接
合がともに良好となる。

【００１７】金属粉末がニッケルと銅との組み合わせで
あるときは、銅粉末及びニッケル粉末の被覆前の粒径
は、ともに0.2〜2μmの球状粉であることが望ましい。
又、ガラス膜の被覆厚みは０．０１〜０．１μｍが好ま
しい。ガラス粉末及びガラス膜の組成としては、BaO-Si
O₂-B₂O₃系、ZnO-SiO₂-B₂O₃系、R２O-SiO₂-B₂O₃系のいず
れか単独又はこれらの組み合わせが好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の積層コンデンサの
実施形態を詳述する。図１は、本発明の積層セラミック
コンデンサ１０の断面構造を示す。

【００１９】図１の積層セラミックコンデンサ１０にお
いては、チタン酸バリウムなどの誘電体セラミックから
なるコンデンサ本体２の内部に誘電体層を介在してニッ
ケル（Ni）などの卑金属又は金、銀などの貴金属材料か
らなる内部電極３，４を配設している。上記構成のコン
デンサ本体２は、セラミックグリーンシートの所定の領
域に内部電極となる金属粉末のペーストを多数の長方形
が規則的に並ぶように印刷し、この印刷シートを所定の
枚数積層し、そして、これを積層方向にある寸法に切断
してチップ材を形成し、ついでこのチップ材を所定の雰
囲気、温度で焼成することによって作製する。

【００２０】次に、コンデンサ本体２の表面に銅又は銅
合金の粉末とニッケル又はニッケル合金の粉末とガラス
粉末とからなる外部電極導体ペーストをディッピングし
て塗布する。銅又は銅合金の粉末、ニッケル又はニッケ
ル合金の粉末としては、ガラス粉末と同じ組成のガラス
膜で予め被覆されたものを用いる。そして、塗布した外
部電極導体ペーストを所定の雰囲気及び温度で焼き付
け、外部電極5,6を形成することによって積層セラミッ
クコンデンサが完成する。この積層セラミックコンデン
サ１０は、導電性樹脂接着剤１２によってアルミナセラ
ミックなどを絶縁体とする配線基板１１のランド導体
（図示省略）に搭載される。

【００２１】

【実施例】厚さ０．０５〜０．２μｍのガラスが蒸着に
より被覆された銅粉末、同様にガラスが蒸着により被覆
されたニッケル粉末、被覆ガラスと同じ組成のガラスフ
リット及びビヒクル（有機溶剤＋バインダ）を所定量調
合し、混練し、外部電極導体ペーストを得た。ここで銅
粉末とニッケル粉末の混合比（被覆ガラス分を含む）
は、表１に示す割合のものを作製した。ガラスフリット
及び被覆ガラスの合計量は、金属粉末に対して5ｗｔ％
となるようにした。また、ビヒクルは、導体ペースト中
の30％となるようにした。尚、被覆前の銅粉末及びニッ
ケル粉末は、平均粒径1μｍの球形粉末を用いた。比較
のために、銅粉末及びニッケル粉末としてガラス膜で被
覆されていない以外は、上記と同一条件で外部電極導体
ペーストを調整した。

【００２２】

【表１】

【００２３】得られた各導体ペーストを、内部電極とし
てNiを用いたBaTiO₃系セラミック積層コンデンサ（容量
０.１μＦ、縦：2.0ｍｍ、横：1.2ｍｍ、厚み1.25ｍ
ｍ）本体の端面に塗布し、150℃にて10分間、乾燥を行
った。その後、Ｎ２100％の雰囲気下800℃で10分間焼き
付け、外部電極を形成した。こうして積層セラミックコ
ンデンサを完成した。

【００２４】この積層コンデンサを評価するために、積
層コンデンサの外部電極と接続すべきランド導体がAg/P
d合金からなるアルミナセラミック基板を準備した。そ
のランド導体に導電性樹脂接着剤（エイブルスティック
社製84-1LMI）を100μｍの厚みで印刷し、形成した導電
性樹脂接着剤の上に上記外部電極が接触するように、積
層コンデンサを搭載した。この状態で150℃ 60分間保持
することにより、導電性樹脂接着剤を硬化させ、積層コ
ンデンサの外部電極とアルミナセラミック基板のランド
導体を接合した。

【００２５】評価項目は、接合強度及び電気的信頼性と
した。接合強度は、積層コンデンサの側面から1mm/min
の速度で押し、コンデンサがセラミック基板から脱落し
たときの荷重を接合強度とした。これについては、高温
（150℃）、湿中（65℃RH）、温度サイクル（-55℃/30
分〜150℃/30分）で各1000時間後の値も測定した。

【００２６】次に、電気的信頼性については、初期の容
量値を測定し、続いて高温バイアス試験（125℃ 定格
電圧の２倍印加）、湿中バイアス試験（65℃95%RH）、
温度サイクル試験（-55℃/30分〜150℃/30分）を各々実
施し、試験後の容量値を測定することによって評価し
た。以上の測定結果を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２から明らかな通り、本発明の範囲に属
する積層コンデンサは、初期の固着強度が高く、さらに
高温、湿中、温度サイクル耐久テストを行っても、ほと
んど低下しなかった。

【００２９】これに対し、比較例の積層コンデンサでは
固着強度、高温、湿中、温度サイクル耐久性テストとも
に劣っていた。

【００３０】なお、本発明は上記の実施の形態例に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
で種々の変更や改良等は何ら差し支えない。

【００３１】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、半田など
の有害な接合材料を用いることなく信頼性の高い積層コ
ンデンサを安価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の積層コンデンサを示す厚み方向断
面図である。

【図２】従来の積層コンデンサを示す厚み方向断面図
である。

【符号の説明】

１、１０積層コンデンサ２コンデンサ本体３、４内部電極５、６外部電極７下地層８中間層９表面層１１アルミナセラミック基板（配線基板）１２導電性樹脂接着剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属材料を内部電極とし、外部電極がこ
れと同一又はこれと合金化しうる金属を含む複数の金属
成分とガラス成分とからなる積層コンデンサにおいて、前記外部電極が導電性樹脂接着剤を介して配線基板に接
着されるものであり、外部電極の断面積に対する金属成
分の面積占有率が６０〜９５％であることを特徴とする
積層コンデンサ。
【請求項２】前記外部電極を構成する金属成分がニッ
ケル及び銅であり、ニッケルが銅に対して微量以上５０
重量％未満含有されている請求項１に記載の積層コンデ
ンサ。
【請求項３】積層コンデンサの端面に塗布されて焼き
付け後に外部電極となりうるものであって、金属粉末、
ガラス粉末及び有機ビヒクルからなる外部電極導体ペー
ストにおいて、前記金属粉末の個々の粒子が、前記ガラス粉末と同組成
の又は主成分を同じくするガラスによって被覆されてい
ることを特徴とする外部電極導体ペースト。