JP2004128470A

JP2004128470A - セラミック電子部品

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Publication number: JP2004128470A
Application number: JP2003200853A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Saito; 斉藤　芳則; Kazuaki Kawabata; 川端　和昭; Tomotaka Hirata; 平田　朋孝; Takaya Kato; 加藤　貴也; Hiroshi Sekido; 関堂　宏
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: JP4442135B2

Abstract

【課題】セラミックで形成された基体の端面に形成された焼付け電極上に、良好にめっき電極が形成され、かつめっき液による特性劣化のないセラミック電子部品を得る。
【解決手段】積層セラミックコンデンサ１０は、誘電体セラミック層１４と内部電極層１６とからなる基体１２を含む。基体１２の端面に、第１の焼付け電極２０、第２の焼付け電極２２、第１のめっき電極２４、第２のめっき電極２４からなる外部電極１８を形成する。第１の焼き付け電極２０は、固形分として金属粉末とガラスフリットとＳｉＯ_２　とを含み、前記ＳｉＯ_２　の含有量は固形分１００重量％のうち０．５〜３重量％である導電ペーストを８４０℃以上で焼き付けることによって形成する。第２の焼付け電極２２は、金属粉末とガラスフリットとを含む導電ペーストを８４０℃未満で焼き付けることにより形成する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、セラミック電子部品に関し、特に、たとえば積層セラミックコンデンサなどのようなセラミックで形成された基体に焼付け電極およびめっき電極を形成したセラミック電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来のセラミック電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサを示す図解図である。積層セラミックコンデンサ１は、基体２を含む。基体２は、複数の誘電体セラミック層３と内部電極層４とが交互に積層された構造を有する。隣接する内部電極層４は、基体２の対向する端面に交互に引き出される。内部電極層４が引き出された基体２の端面には、それぞれ外部電極５が形成される。外部電極５は、基体２の端面に焼き付けられる焼付け電極６と、第１のめっき電極７と、第２のめっき電極８とを含む。
【０００３】
焼付け電極６は、金属粉末、ガラスフリット、有機バインダ樹脂、溶剤などを含む導電ペーストを基体２の端面に塗布し、焼き付けることによって形成される。積層セラミックコンデンサ１の外部電極５として、たとえばＡｇ粉末を含む導電ペーストを焼き付けた電極のみを形成した場合、積層セラミックコンデンサ１の実装時に半田食われを引き起こす可能性がある。そこで、半田食われを防止するために、焼付け電極６の外面にＮｉなどからなる第１のめっき電極７が形成され、さらに半田付け性を高めるために、第１のめっき電極７上にＳｎや半田などからなる第２のめっき電極８が形成される。
【０００４】
しかしながら、焼付け電極６の表面に各種めっき電極を形成するとき、焼付け電極６が緻密でない場合、めっき液が焼付け電極を通過し、セラミックで形成された基体内にめっき液が侵入することがあった。基体内にめっき液が侵入すると、セラミック電子部品の特性の劣化を引き起こす。たとえば、積層セラミックコンデンサでは、めっき液の侵入により、絶縁抵抗が低下することになる。
【０００５】
その対策として、焼付け電極用の導電ペーストにガラスフリットとＳｉＯ_２　粉末とを加えることが提案されている。このように、ガラスフリットを加えることにより、緻密な焼付け電極を得ることができ、さらにＳｉＯ_２　粉末を加えることにより、焼付け電極中のガラス成分の耐薬品性を高めることができる。そのため、めっき液によるガラス成分の溶解を防止することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２６０１４７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、焼付け電極を形成するための導電ペーストにＳｉＯ_２　粉末を加えることにより、めっき液によるガラス成分の耐薬品性を向上させることができるが、焼付け電極の焼結を十分に進めることができる焼付条件下では、焼付け電極表面にＳｉＯ_２　により耐薬品性が向上したガラス成分が染み出すことがある。この場合、染み出したガラス成分の上には、めっき電極が形成されず、セラミック電子部品をプリント基板などに実装する際に、半田付き性が悪くなるという問題がある。このように、ＳｉＯ_２　粉末を含む導電ペーストを用いて焼付け電極を形成すると、めっき液の侵入防止とめっき付き性を両立させることが困難であった。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、セラミックで形成された基体の端面に形成された焼付け電極上に、良好にめっき電極が形成され、かつめっき液による特性劣化のないセラミック電子部品を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、セラミックで形成された基体と、基体の端面に形成される第１の焼付け電極と、第１の焼付け電極上に形成される第２の焼付け電極と、第２の焼付け電極上に形成されるめっき電極とを含み、第１の焼付け電極は、固形分として金属粉末とガラスフリットとＳｉＯ_２　とを含み、前記ＳｉＯ_２の含有量は固形分１００重量％のうち０．５〜３重量％である導電ペーストを基体の外面に塗布して焼き付けたものであり、第２の焼付け電極は、金属粉末とガラスフリットとを含む導電ペーストを第１の焼付け電極上に塗布して焼き付けたものであって、前記第１の焼付け電極の焼付け温度が８４０℃以上であり、前記第２の焼付け電極の焼付け温度が８４０℃未満であることを特徴とする、セラミック電子部品である。
このようなセラミック電子部品において、第１の焼付け電極および第２の焼付け電極を形成するための導電ペーストに含まれる金属粉末は銅であり、第２の焼付け電極の焼付温度が７５０℃〜８３０℃であることが好ましい。
【００１０】
セラミックで形成された基体に２層の焼付け電極を形成し、基体に近い第１の焼付け電極を形成するための導電ペーストにＳｉＯ_２　粉末を加え、８４０℃以上の焼付け温度で焼き付けることにより、ＳｉＯ_２　粉末がガラス成分と反応してガラス成分の耐薬品性を向上させた焼付け電極を形成することができる。そして、その表面に金属粉末とガラスフリットとを含む第２の焼付け電極を８４０℃未満で焼付けることにより、第１の焼付け電極から第２の焼付け電極へ耐薬品性の向上したガラス成分が移動して第２の焼付け電極表面に染み出すことを防止することができる。また、第１の焼付け電極を形成するための導電ペーストに含まれる固形分１００重量％のうち、ＳｉＯ_２　粉末の含有量が０．５重量％未満の場合、焼付け電極中のガラス成分の耐薬品性を向上させるという効果が得られない。また、導電ペーストに含まれる固形分１００重量％のうち、ＳｉＯ_２　粉末の含有量が３重量％を超えた場合、第１の焼付け電極を焼き付ける時に基体に加わる収縮応力が大きくなり、外部電極の締め付けによって基体に内部クラックが生じる。
さらに、第１および第２の焼付け電極に用いられる金属粉末としては、たとえば銅を用いることができ、銅を含有する第２の焼付け電極の焼付け温度として、７５０℃〜８３０℃の焼付温度が選択される。
【００１１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明のセラミック電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサを示す図解図である。積層セラミックコンデンサ１０は、基体１２を含む。基体１２は、複数の誘電体セラミック層１４と内部電極層１６とが交互に積層した構造を有する。隣接する内部電極層１６は、基体１２の対向する端面に交互に引き出される。
【００１３】
内部電極層１６が引き出された基体１２の端面には、それぞれ外部電極１８が形成される。外部電極１８は、基体１２の端面に形成される第１の焼付け電極２０を含む。第１の焼付け電極２０は、金属粉末、ガラスフリット、ガラスフリットに含まれるＳｉＯ_２　とは別にＳｉＯ_２　粉末、有機バインダ樹脂、溶剤などで形成された導電ペーストを基体１２に塗布し、焼き付けることによって形成される。導電ペーストに用いられる金属粉末としては、たとえば銅などが用いられる。また、ガラスフリットとしては、ホウケイ酸亜鉛系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスなどが用いられる。また、第１の焼付け電極２０に用いられるガラスフリットとして、ガラス転移温度が４５０℃〜６００℃のものが用いられる。なお、導電ペーストには、基体１２に用いられるセラミックと同じセラミック粉末を添加するようにしてもよい。これは、第１の焼付け電極２０の焼付け時に、金属粉末の急激な焼結による粒成長を抑えるためのものである。また、ガラスフリットには、ＳｉＯ_２　が含まれていても含まれていなくてもよい。
【００１４】
このような導電ペーストにおいて、固形分１００重量％のうち、ガラスフリットは、４〜６重量％の割合で含まれている。また、固形分１００重量％のうち、ＳｉＯ_２　粉末は、０．５〜３重量％の割合で含まれている。
【００１５】
さらに、第１の焼付け電極２０上には、第２の焼付け電極２２が形成される。第２の焼付け電極２２は、金属粉末、ガラスフリット、有機バインダ樹脂、溶剤などで形成された導電ペーストを第１の焼付け電極２０上に塗布し、焼き付けることによって形成される。導電ペーストに用いられる金属粉末としては、たとえば銅などが用いられる。また、ガラスフリットとしては、ホウケイ酸亜鉛系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスなどが用いられる。なお、導電ペーストには、基体１２に用いられるセラミックと同じセラミック粉末を添加するようにしてしてもよい。これは、第２の焼付け電極２２の焼付け時に、金属粉末の急激な焼結による粒成長を抑えるためのものである。また、第２の焼付け電極２２に用いられるガラスフリットとして、ガラス転移温度が４５０℃〜６００℃のものが用いられる。さらに、ガラスフリットには、ＳｉＯ_２　が含まれていても含まれていなくてもよい。
【００１６】
第２の焼付け電極２２上には、第１のめっき電極２４が形成される。第１のめっき電極２４の材料としては、たとえばＮｉなどが用いられる。この第１のめっき電極２４は、積層セラミックコンデンサ１０をプリント基板などに実装する際に、焼付け電極の半田食われを防止するために形成される。
【００１７】
さらに、第１のめっき電極２４上には、第２のめっき電極２６が形成される。第２のめっき電極２６の材料としては、たとえばＳｎや半田などが用いられる。この第２のめっき電極２６は、積層セラミックコンデンサ１０をプリント基板などに実装する際に、半田付き性を良好にするために形成される。
【００１８】
この積層セラミックコンデンサ１０では、第１の焼付け電極２０を形成するための導電ペーストにＳｉＯ_２　粉末が加えられ、８４０℃以上の焼付け温度で焼き付けられているため、ＳｉＯ_２　がガラスフリットと反応してガラスフリットにＳｉＯ_２　の一部が溶け込み、ガラス成分の耐薬品性を向上させている。そのため、めっき液によるガラス成分の溶解を防止して、基体１２内にめっき液が侵入することを抑えることができる。
【００１９】
ＳｉＯ_２　の含有量は、導電ペースト中の固形分１００重量％のうち、０．５〜３重量％の割合であることが好ましい。ＳｉＯ_２　の含有量が０．５重量％未満の場合、ガラス成分の耐薬品性を向上させるという効果を十分に得ることができない。また、ＳｉＯ_２　の含有量が３重量％を超えると、第１の焼付け電極２０を焼き付けるときに基体１２に加わる収縮応力が大きくなり、外部電極の締め付けによって基体１２に内部クラックが生じる。
【００２０】
また、ガラスフリットの含有量は、導電ペースト中の固形分１００重量％のうち、４〜６重量％の割合であることが好ましい。ガラスフリットの含有量が４重量％未満の場合、焼き付けによって形成された第１の焼付け電極２０の緻密性が損なわれ、シール性が低下する。さらに、ガラスフリットの含有量が６重量％を超えると、第１の焼付け電極２０を焼き付ける時に基体１２に加わる収縮応力が大きくなり、外部電極の締め付けによって基体１２に内部クラックが生じる。
【００２１】
また、第２の焼付け電極２２内のガラス成分は、ある程度めっき液に対する溶解性があり、めっき付き性を良好にすることができる。このように、めっき液に対して、ある程度の溶解性を有するガラス成分として、ホウケイ酸亜鉛系ガラスあるいはホウケイ酸鉛系ガラスなどのガラスフリットが用いられる。このように、第２の焼付け電極２２に含まれるガラス成分については、めっき液に対してある程度の溶解性があり、良好にめっき電極を形成することができるが、第１の焼付け電極２０によって、基体１２へのめっき液の侵入が防止される。したがって、第１の焼付け電極２０と第２の焼付け電極２２とを形成することにより、基体１２へのめっき液の侵入の防止と、めっき付き性の向上という相反する目的を達成することができる。
【００２２】
なお、第２の焼き付け電極２２の焼付温度が８４０℃以上になると、第１の焼付け電極２０に含まれるＳｉＯ_２　が第２の焼付け電極２２の表面に析出し、めっき付き性が劣化する場合がある。そのため、第２の焼付け電極２２の焼付温度は、８４０℃未満にする必要がある。逆に第２の焼付け電極の焼付け温度を８４０℃未満にすれば、第２の焼付け電極中にＳｉＯ_２　が含まれていても、ＳｉＯ_２　がガラスフリットと反応することを抑えることができるため、第２の焼付け電極のガラス成分の耐薬品性は向上しない。したがって、第２の焼付け電極２２を形成するための導電ペーストにＳｉＯ_２　粉末が加えられていてもよい。
【００２３】
また、第２の焼付け電極２２を形成するための導電ペーストに含まれるガラスフリットのガラス転移温度（Ｔｇ）は、４５０℃〜６００℃の範囲にあることが好ましい。Ｔｇが４５０℃未満になると、第２の焼付け電極２２の表面へのガラスの染み出しが多くなり、表面へのめっき付き性が低下する。これは、銅を含有する焼付け電極の焼付け温度としては、７５０℃以上が良好であるため、この温度と比較して第２の焼付け電極２２を形成するための導電ペーストに含まれるガラスフリットのガラス転移温度が低すぎると、第２の焼付け電極２２の焼き付け時に、ガラス成分が流動しやすくなり、第１の焼付け電極２０の耐薬品性が向上されたガラス成分やＳｉＯ_２　と反応し、耐薬品性が向上したガラス成分が第２の焼付け電極２２の表面に染み出すためである。さらに、Ｔｇが６００℃より高くなると、第２の焼付け電極２２の焼付け時にガラス成分が流動しにくくなるため、焼結助剤としての効果が低下する。
【００２４】
なお、セラミック電子部品としては、積層セラミックコンデンサに限らず、インダクタ、ＬＣ複合素子など、セラミックを用いた基体に外部電極を形成したセラミック電子部品に、この発明を適用することができる。
【００２５】
【実施例】
誘電体セラミック層と内部電極層とが積層された積層セラミックコンデンサ用の基体に、外部電極を形成した。そのため、表１に示す導電ペーストを用いて、焼付け電極を形成した。さらに、焼付け電極の上に、めっき電極を形成し、めっき付き不良、内部クラック、絶縁抵抗不良について評価した。そして、その結果を表１に示した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
表１において、実施例１〜実施例５については、５００℃のガラス転移温度を有するホウケイ酸亜鉛系ガラスフリットを４．０重量％、基体に用いられたセラミックと同じセラミック粉末を１．０重量％、ＳｉＯ_２　粉末を０．５〜３重量％、固形分の残部として銅粉を含む導電ペーストを８４０℃以上で焼き付けて、第１の焼付け電極を形成した。さらに、５００℃のガラス転移温度を有するホウケイ酸亜鉛系ガラスフリットを４．０〜６．０重量％、基体に用いられたセラミックと同じセラミック粉末を１．０重量％、ＳｉＯ_２　粉末を０〜２重量％、固形分の残部として銅粉を含む導電ペーストを７５０〜８３０℃で焼き付けて、第２の焼付け電極を形成した。また、比較例１〜比較例４については、第２の焼付け電極を形成しないで、１層の焼付け電極上にめっき電極を形成した。
【００２８】
実施例１〜５に示すように、ＳｉＯ_２　を含む第１の焼付け電極を形成し、さらに第２の焼付け電極を形成した場合、めっき液の侵入による絶縁抵抗不良の発生を抑えたままで、良好なめっき付き性を得ることができる。また、第２の焼付け電極の焼付温度が７５０〜８３０℃では、第２の焼付け電極表面への耐薬品性の向上したガラス成分の析出はなく、めっき付き性は良好であった。
また、実施例５では、第２の焼付け電極を形成するための導電ペーストにＳｉＯ_２　粉末が含まれているが、８４０℃未満である８００℃で焼き付けているため、ガラスフリットとＳｉＯ_２　が反応し難いため、ガラス成分の耐薬品性が向上していない。そのため、めっき付き性は良好である。
【００２９】
それに対して、比較例１〜４に示すように、ＳｉＯ_２　を含まない焼付け電極を用いたり、ＳｉＯ_２　を含む焼付け電極が１層だけの場合、焼付温度を変化させても、絶縁抵抗とめっき付き性の両立は困難である。
すなわち、比較例１では、ＳｉＯ_２　を含まないため、めっき液の侵入により絶縁抵抗不良が発生している。また、比較例２では、焼付け温度を上げることで焼付け電極表面へ多量のガラスを染み出させることにより、絶縁抵抗不良は比較例１に比べて低くなっているものの、めっき付き不良が発生している。さらに、比較例３では、ＳｉＯ_２　を含むものの焼付け温度が８３０℃であるため、ガラスフリットとＳｉＯ_２　が反応せず耐薬品性が向上しないため、絶縁抵抗不良が発生している。また、比較例４では、焼付け温度が８４０℃であるため、ガラスフリットとＳｉＯ_２　が反応して耐薬品性が向上した結果、絶縁抵抗不良がなくなっているが、耐薬品性の向上したガラス成分が焼付け電極表面に染み出すことによりめっき付き不良が発生している。
【００３０】
さらに、比較例５に示すように、第１の焼付け電極中のＳｉＯ_２　の含有量が０．５重量％未満の場合、ＳｉＯ_２添加による効果が十分に得られず、絶縁抵抗不良が発生した。また、比較例６に示すように、ＳｉＯ_２　の含有量が３．０重量％を超えると、焼付け電極を焼き付ける時に基体に加わる収縮応力が大きくなり、外部電極の締め付けによって基体に内部クラックが生じている。
【００３１】
また、比較例７、８に示すように、第２の焼付け電極の焼付け温度が８４０℃以上である場合、耐薬品性が向上したガラスが第２の焼付け電極表面に染み出し、めっき付き不良が生じている。比較例７のように、第２の焼付け電極にＳｉＯ_２　が含まれていない場合でも、第２の焼付け電極の焼付け温度が８４０℃以上になると、第１の焼付け電極のＳｉＯ_２　や耐薬品性の向上したガラス成分と反応して、第２の焼付け電極のガラス成分の耐薬品性が向上するためである。また、比較例８のように、第２の焼付け電極の焼付け温度が８４０℃以上であり、第２の焼付け電極にＳｉＯ_２　が含まれている場合は、さらにめっき付き性が悪くなる傾向にある。
【００３２】
【発明の効果】この発明によれば、ＳｉＯ_２　を含む導体ペーストを用いて８４０℃以上の焼付け温度で第１の焼付け電極を形成することにより、耐薬品性の高い電極を形成することができる。さらに、その上に導電ペーストを用いて８４０℃未満の焼付け温度で第２の焼付け電極を形成することにより、めっき付き性の高い電極を形成することができる。そのため、めっき電極を形成する際に、基体へのめっき液の侵入を抑えることができるとともに、良好なめっき電極を形成することができる。それにより、特性の劣化を抑えることができ、かつプリント基板などへの半田付けが容易なセラミック電子部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のセラミック電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサを示す図解図である。
【図２】従来のセラミック電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサを示す図解図である。
【符号の説明】
１０　積層セラミックコンデンサ
１２　基体
１４　誘電体セラミック層
１６　内部電極層
１８　外部電極
２０　第１の焼付け電極
２２　第２の焼付け電極
２４　第１のめっき電極
２６　第２のめっき電極

Claims

セラミックで形成された基体、
前記基体の端面に形成される第１の焼付け電極、
前記第１の焼付け電極上に形成される第２の焼付け電極、および
前記第２の焼付け電極上に形成されるめっき電極を含み、
前記第１の焼付け電極は、固形分として金属粉末とガラスフリットとＳｉＯ_２　とを含み、前記ＳｉＯ_２　の含有量は固形分１００重量％のうち０．５〜３重量％である導電ペーストを前記基体の外面に塗布して焼き付けたものであり、
前記第２の焼付け電極は、金属粉末とガラスフリットとを含む導電ペーストを前記第１の焼付け電極上に塗布して焼き付けたものであって、
前記第１の焼付け電極の焼付け温度が８４０℃以上であり、
前記第２の焼付け電極の焼付け温度が８４０℃未満であることを特徴とする、セラミック電子部品。
前記第１の焼付け電極および前記第２の焼付け電極を形成するための導電ペーストに含まれる金属粉末は銅であり、前記第２の焼付け電極の焼付温度が７５０℃〜８３０℃であることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック電子部品。