JP2007234773A - セラミック電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 セラミック素体の外表面に直接導電性樹脂層を形成する場合において、内部電極と外部電極との電気的導通性をより向上させることが可能なセラミック電子部品を提供すること。
【解決手段】 セラミック素体１０と、セラミック素体１０内に形成された内部電極２０と、セラミック素体１０の外表面に形成された外部電極３０と、を備え、外部電極３０は、セラミック素体１０側に、内部電極２０の厚さ以下の平均粒径を有する第１の金属粉末、及び、熱硬化性樹脂を含む樹脂層形成用組成物を硬化させてなる導電性樹脂層４０を有する、セラミック電子部品。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セラミック電子部品に関する。

セラミック電子部品としては、内部電極を有するセラミック素体の外表面に、内部電極と電気的に接続する外部電極を設けたものが知られており、この外部電極に金属粉末を含む導電性樹脂層を設けたものが知られている。そして、このようなセラミック電子部品は、一般に外部電極を基板に半田付けすることによって、基板に実装される。

こうしたセラミック電子部品としては、例えば、積層セラミックコンデンサが挙げられる。積層セラミックコンデンサにおける上記外部電極の形成方法としては、金属粉末を含む導電ペーストをセラミック素体の外表面に塗布し、焼き付けて電極層を形成した後、その電極層上に上記導電性樹脂層を形成する方法がある。しかし、上記電極層を形成する場合、製造コストが高くなるとともに、耐湿性に問題が生じる場合があるため、電極層を形成することなく、セラミック素体の外表面に直接導電性樹脂層を形成する方法が検討されている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特公平７−６６８９４号公報 特開平６−２６７７８４号公報 特開平１０−１７２３４６号公報 特開平１０−１７２８５９号公報

しかしながら、セラミック素体の外表面に直接導電性樹脂層を形成する場合、焼き付けにより電極層を形成する場合と比較して、内部電極と外部電極との電気的導通性が低下する傾向がある。また、近年、積層セラミックコンデンサ等のセラミック電子部品には、更なる小型化が要求されており、それに伴い、セラミック電子部品を構成する内部電極には、更なる薄膜化が要求されている。そして、セラミック素体の外表面に直接導電性樹脂層を形成したセラミック電子部品では、内部電極の薄膜化を進めた場合、内部電極と外部電極との導通が不十分になりやすいことを本発明者らは見出した。

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、セラミック素体の外表面に直接導電性樹脂層を形成する場合において、内部電極と外部電極との電気的導通性をより向上させることが可能なセラミック電子部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、セラミック素体と、上記セラミック素体内に形成された内部電極と、上記セラミック素体の外表面に形成された外部電極と、を備え、上記外部電極は、上記セラミック素体側に、上記内部電極の厚さ以下の平均粒径を有する第１の金属粉末、及び、熱硬化性樹脂を含む樹脂層形成用組成物を硬化させてなる導電性樹脂層を有する、セラミック電子部品を提供する。

かかるセラミック電子部品によれば、内部電極と外部電極との電気的導通性をより向上させることができる。これは、導電性樹脂層中に含有される第１の金属粉末の平均粒径を内部電極の厚さ以下とすることにより、内部電極の側面と第１の金属粉末との接触確率が飛躍的に向上し、それによって良好な電気的接続が確保されたためであると考えられる。そして、内部電極と外部電極との電気的導通性が向上することにより、セラミック電子部品の電気特性、特にセラミック電子部品をコンデンサに用いた場合の静電容量をより向上することができる。ここで、第１の金属粉末の平均粒径を内部電極の厚さ以下にすることで、内部電極と第１の金属粉末との接触確率が飛躍的に向上する理由について以下に説明する。

図２及び図３は、セラミック電子部品におけるセラミック素体と導電性樹脂層との接触界面を拡大した部分断面図である。図２及び図３に示すように、セラミック電子部品において、セラミック素体は内部電極２０及び誘電体層２２を有し、このセラミック素体の外表面に、金属粉末５０を含む導電性樹脂層４０が接触している。なお、図２及び３では、便宜上、金属粉末５０を２つだけ記載しているが、実際には多数の金属粉末５０が導電性樹脂層４０中に含有されている。ここで、金属粉末５０が略球状であり、且つ、２つの金属粉末５０が隣接していると仮定すると、内部電極の厚さＴと金属粉末５０の粒径ｄとが等しい場合には、図２に示すように、内部電極２０と２つの金属粉末５０とは２点で接触することが可能となる。そして、隣接する２つの金属粉末５０が図２中の上下に移動して内部電極２０との位置関係が変わったとしても、２つの金属粉末５０の少なくとも一方は内部電極２０に必ず接触することになる。これに対し、内部電極の厚さＴよりも金属粉末５０の粒径ｄが大きい場合には、図３に示すように、隣接する２つの金属粉末５０が互いに妨げ合い、両方とも内部電極２０に接触しない場合が生じ得ることになる。また、隣接する２つの金属粉末５０が図３中の上下に移動して内部電極２０との位置関係が変わったとしても、２つの金属粉末５０のうちの少なくとも一方は必ず他方の金属粉末５０に妨げられて、内部電極２０に接触できないことになる。

このように、内部電極２０の厚さＴよりも金属粉末５０の粒径ｄの方が大きい場合には、隣接する金属粉末５０同士が妨げ合う結果、２つの金属粉末５０の双方が内部電極２０と接触しない場合が生じ得るのに対し、内部電極２０の厚さＴと金属粉末５０の粒径ｄとが等しいか又は粒径ｄの方が小さい場合には、隣接する金属粉末５０同士が妨げ合うことで双方が内部電極２０と接触しない場合は生じ得ず、内部電極２０と２つの金属粉末５０とは必ず１点以上で接触することになる。以上のことから、金属粉末の平均粒径が内部電極の厚さ以下の場合には、金属粉末の平均粒径が内部電極の厚さよりも大きい場合と比較して、内部電極と金属粉末との接触確率が飛躍的に向上し、電気的導通性が向上するものと考えられる。

なお、上記説明においては、金属粉末の形状及び配置を特定しているが、その結果は全体の傾向に反映されると考えられる。したがって、上記の理由により、本発明のセラミック電子部品によれば、内部電極と外部電極との電気的導通性をより向上させることができ、セラミック電子部品の電気特性、特にコンデンサに用いた場合の静電容量をより向上することができると考えられる。

また、本発明のセラミック電子部品において、上記第１の金属粉末の平均粒径は、上記内部電極の厚さの１／８倍以下であることが好ましい。

内部電極の厚さと第１の金属粉末の平均粒径とが上記の関係を満たすことにより、内部電極と外部電極との電気的導通性を更に向上させることができるとともに、セラミック電子部品をコンデンサに用いた場合の静電容量を更に向上させることができる。

更に、本発明のセラミック電子部品において、上記導電性樹脂層を形成するための上記樹脂層形成用組成物は、上記内部電極の厚さよりも大きい平均粒径を有する第２の金属粉末を更に含むことが好ましい。

導電性樹脂層が上記第２の金属粉末を更に含んで形成されていることにより、内部電極と外部電極との電気的導通性の向上に加え、導電性樹脂層内部における導電性を更に向上させることができる。

本発明によれば、セラミック素体の外表面に直接導電性樹脂層を形成する場合において、内部電極と外部電極との電気的導通性をより向上させることが可能なセラミック電子部品を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、実施形態に係る積層セラミックコンデンサＣ１の断面図である。積層セラミックコンデンサＣ１は、図１に示すように、セラミック素体１０と、２つの外部電極３０とを備えている。

セラミック素体１０では、内部電極２０が誘電体層２２を介して積層されている。実際の積層セラミックコンデンサＣ１では、誘電体層２２の間の境界が視認できない程度に一体化されている。セラミック素体１０内に形成された内部電極２０は、内部電極２０の積層方向に平行なセラミック素体１０の対向する２側面に交互に引き出されている。

ここで、内部電極２０は、積層型の電気素子の内部電極として通常用いられる導電材料から構成される。このような導電材料としては、例えばＮｉやＮｉ合金が挙げられる。また、内部電極２０の厚さは、２μｍ以下であることが好ましく、０．３〜１．８μｍであることがより好ましい。

外部電極３０は、セラミック素体１０の外表面に形成されている。外部電極３０は、導電性樹脂層４０と、第１の電極層４２と、第２の電極層４４とを有する。

導電性樹脂層４０は、内部電極２０の厚さ以下の平均粒径を有する第１の金属粉末、及び、熱硬化性樹脂を含む樹脂層形成用組成物を硬化させてなる層である。なお、本発明における平均粒径は、動的光散乱法にて測定されるものである。

第１の金属粉末としては、例えば、貴金属であるＡｇや、卑金属であるＮｉ、Ｃｕ等が用いられる。また、第１の金属粉末の形状は、球状、鱗片状等のいずれの形状でもよいが、本発明の効果をより十分に得る観点から、球状であることが好ましい。この第１の金属粉末の平均粒径は、内部電極２０の厚さ以下であれば特に制限されないが、内部電極２０と外部電極３０との電気的導通性を更に向上させる観点から、内部電極２０の厚さの１／２倍以下であることが好ましく、１／８倍以下であることがより好ましく、１／１６〜１／４０倍であることが特に好ましい。なお、樹脂層形成用組成物は、平均粒径の異なる複数の第１の金属粉末を含んでいてもよい。

熱硬化性樹脂としては特に制限されないが、例えば、フェノール樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド等を用いることができる。

また、樹脂層形成用組成物は、上記第１の金属粉末に加え、内部電極２０の厚さよりも大きい平均粒径を有する第２の金属粉末を更に含むことが好ましい。かかる第２の金属粉末を第１の金属粉末と併用することにより、内部電極２０と外部電極３０との電気的導通性の向上に加え、導電性樹脂層４０内部における導電性をも向上させることができ、誘電正接（ｔａｎδ）を低減することができる。第２の金属粉末としては、第１の金属粉末と同様に、例えば、貴金属であるＡｇや、卑金属であるＮｉ、Ｃｕ等が用いられる。また、第２の金属粉末の形状は、球状、鱗片状等のいずれの形状でもよいが、導電性樹脂層４０内部における導電性をより向上させる観点から、鱗片状であることが好ましい。この第２の金属粉末の平均粒径は、内部電極２０の厚さより大きければ特に制限されないが、導電性樹脂層４０内部における導電性をより向上させる観点から、２〜２０μmであることが好ましい。なお、樹脂層形成用組成物は、平均粒径の異なる複数の第２の金属粉末を含んでいてもよい。また、第１の金属粉末と第２の金属粉末とが混合した状態のものの粒度分布を動的光散乱法により測定した場合には、第１の金属粉末及び第２の金属粉末のそれぞれの粒度分布のピークが現れ、２つのピーク粒径を有する粒度分布となる。

樹脂層形成用組成物が第１の金属粉末及び第２の金属粉末を含む場合、第１の金属粉末の含有量は、金属粉末全量を基準として１０質量％以上であることが好ましく、２０〜８０質量％であることがより好ましい。この含有量が１０質量％未満であると、含有量が１０質量％以上である場合と比較して、内部電極２０と外部電極３０との電気的導通性の向上が不十分となる傾向にある。

また、樹脂層形成用組成物中の全金属粉末の含有量は、樹脂層形成用組成物の固形分全量を基準として６０〜９５質量％であることが好ましい。この含有量が６０質量％未満であると、含有量が上記範囲内である場合と比較して、導電性樹脂層４０内部における導電性が不十分となる傾向にあり、９５質量％を超えると、含有量が上記範囲内である場合と比較して、熱硬化性樹脂の量が不足するため、セラミック素体１０と導電性樹脂層４０との密着性が低下する傾向にある。

樹脂層形成用組成物は、必要に応じて溶媒を更に含むものである。溶媒としては、上記熱硬化性樹脂を溶解又は分散可能なものであれば公知の溶媒を特に制限なく使用することができる。溶媒として具体的には、例えば、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、セロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、テルピネオール等が挙げられる。

導電性樹脂層４０は、セラミック素体１０の内部電極２０が露出している部分を含む外表面に上記樹脂層形成用組成物を塗布し、乾燥及び熱硬化を行うことによって形成することができる。ここで、熱硬化時の温度は、使用する硬化性樹脂に応じて適宜調節される。また、熱硬化時の加熱処理により、金属粉末は表面が一部溶融して内部電極２０との導通がより十分に確保されるとともに、導電性樹脂層４０内部で金属粉末同士の接続性も向上し、金属粉末の含有量が比較的低い場合であっても十分な導電性が得られることとなる。

第１の電極層４２は、Ｎｉを主成分として含む層である。第１の電極層４２は、導電性樹脂層４０上に、導電性樹脂層４０を覆うように形成されている。第１の電極層４２は、導電性樹脂層４０表面をＮｉでメッキ処理することによって形成することができる。

第２の電極層４４は、ＳｎあるいはＳｎ合金を主成分として含む層である。第２の電極層４４は、第１の電極層４２上に、第１の電極層４２を覆うように形成されている。第３の電極層４４は、第１の電極層４２表面をＳｎ又はＳｎ合金でメッキ処理することによって形成することができる。

以上説明した構成を有する積層セラミックコンデンサＣ１によれば、上述した第１の金属粉末を含む導電性樹脂層４０をセラミック素体１０の外表面に形成することにより、内部電極２０と外部電極３０との電気的導通性をより向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。また、上記実施形態では、本発明をコンデンサに適用した例を示しているが、これに限られることはない。本発明は、例えば圧電体素子（圧電アクチュエータ）、インダクタ、バリスタ、サーミスタ等にも適用可能であり、積層セラミックコンデンサに適用した場合と同様に、内部電極と外部電極との電気的導通性をより向上させることができる。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
厚さ１．６μｍのＮｉの内部電極と、チタン酸バリウム系セラミック誘電体層とを複数交互に積層させ、セラミック素体を作製した。次に、平均粒径０．０４μｍの略球状のＡｇ粉末（第１のＡｇ粉末）５０質量部、平均粒径５μｍの鱗片状のＡｇ粉末（第２のＡｇ粉末）５０質量部、エポキシ樹脂１０質量部及びブチルカルビトール２０質量部を混合して樹脂層形成用ペーストを作製した。得られたペーストをセラミック素体の両端部の外表面に塗布し、１５０℃で３０分間乾燥した後、２００℃で６０分間加熱した。これにより、エポキシ樹脂を硬化させるとともに、Ａｇ粉末を焼結させ、導電性樹脂層を形成した。その後、電解メッキ法により、導電性樹脂層上にＮｉメッキ膜及びＳｎメッキ膜を順次形成し、外部電極を作製した。以上により、図１に示したものと同様の構成を有する積層セラミックコンデンサを作製した。

（実施例２）
平均粒径０．０４μｍの略球状のＡｇ粉末５０質量部及び平均粒径５μｍの鱗片状のＡｇ粉末５０質量部に代えて、平均粒径１．６μｍの略球状のＡｇ粉末を単独で１００質量部用いた以外は実施例１と同様にして、積層セラミックコンデンサを作製した。

（実施例３）
平均粒径０．０４μｍの略球状のＡｇ粉末５０質量部及び平均粒径５μｍの鱗片状のＡｇ粉末５０質量部に代えて、平均粒径０．８μｍの略球状のＡｇ粉末を単独で１００質量部用いた以外は実施例１と同様にして、積層セラミックコンデンサを作製した。

（実施例４）
平均粒径０．０４μｍの略球状のＡｇ粉末５０質量部に代えて、平均粒径０．４μｍの略球状のＡｇ粉末５０質量部を用いた以外は実施例１と同様にして、積層セラミックコンデンサを作製した。

（実施例５）
平均粒径０．０４μｍの略球状のＡｇ粉末５０質量部に代えて、平均粒径０．２μｍの略球状のＡｇ粉末５０質量部を用いた以外は実施例１と同様にして、積層セラミックコンデンサを作製した。

（実施例６）
平均粒径０．０４μｍの略球状のＡｇ粉末５０質量部に代えて、平均粒径０．１μｍのＡｇ粉末５０質量部を用いた以外は実施例１と同様にして、積層セラミックコンデンサを作製した。

（比較例１）
平均粒径０．０４μｍの略球状のＡｇ粉末５０質量部及び平均粒径５μｍの鱗片状のＡｇ粉末５０質量部に代えて、平均粒径５μｍの略球状のＡｇ粉末を単独で１００質量部用いた以外は実施例１と同様にして、積層セラミックコンデンサを作製した。

（比較例２）
平均粒径０．０４μｍの略球状のＡｇ粉末５０質量部及び平均粒径５μｍの鱗片状のＡｇ粉末５０質量部に代えて、平均粒径３μｍの略球状のＡｇ粉末を単独で１００質量部用いた以外は実施例１と同様にして、積層セラミックコンデンサを作製した。

＜初期容量の測定＞
実施例１〜６及び比較例１〜２の積層セラミックコンデンサについて、ＬＣＲメーターを用い、印加電圧１Ｖ、周波数１ｋＶの測定条件にて初期静電容量（μＦ）を測定した。その結果を表１に示す。

表１に示した結果から明らかなように、実施例１〜６の積層セラミックコンデンサは、比較例１〜２の積層セラミックコンデンサと比較して、初期静電容量が向上していることが確認された。このことから、実施例１〜６の積層セラミックコンデンサは、比較例１〜２の積層セラミックコンデンサと比較して、内部電極と外部電極との電気的導通性が向上していることが確認された。

以上より、本発明のセラミック電子部品によれば、内部電極と外部電極との電気的導通をより向上させることが可能であることが確認された。

実施形態に係る積層コンデンサの断面図である。 セラミック素体と導電性樹脂層との接触界面を拡大した部分断面図である。 セラミック素体と導電性樹脂層との接触界面を拡大した部分断面図である。

符号の説明

Ｃ１…積層セラミックコンデンサ、１０…セラミック素体、２０…内部電極、２２…誘電体層、３０…外部電極、４０…導電性樹脂層、４２…第１の電極層、４４…第２の電極層、５０…金属粉末。

Claims (3)

1. セラミック素体と、
   前記セラミック素体内に形成された内部電極と、
   前記セラミック素体の外表面に形成された外部電極と、
   を備え、
   前記外部電極は、前記セラミック素体側に、前記内部電極の厚さ以下の平均粒径を有する第１の金属粉末、及び、熱硬化性樹脂を含む樹脂層形成用組成物を硬化させてなる導電性樹脂層を有する、セラミック電子部品。
2. 前記第１の金属粉末の平均粒径が、前記内部電極の厚さの１／８倍以下である、請求項１に記載のセラミック電子部品。
3. 前記樹脂層形成用組成物は、前記内部電極の厚さよりも大きい平均粒径を有する第２の金属粉末を更に含む、請求項１又は２記載のセラミック電子部品。

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