JP2009117547A - 電子部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電極をメッキレスとすることで、品質劣化を大きく低減することが可能な電子部品及びその製造方法を提供する。
【解決手段】バリスタの製造方法は、バリスタ素体１２を用意する工程と、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によってセラミック粉が被覆された金属被覆セラミック粉２８を含有する導電ペーストを用意する工程と、バリスタ素体１２に導電ペーストを塗布して乾燥することにより導電塗膜２６Ａをバリスタ素体１２の側面１２ａに形成する工程と、導電塗膜２６Ａを焼き付けることにより外部電極を形成する工程とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子部品及びその製造方法に関する。

従来、電圧非直線性を発現するバリスタ素体と、バリスタ素体の内部にその一部が互いに対向するように配置された第１及び第２の内部電極と、バリスタ素体の外表面に形成されると共に第１の内部電極と電気的に接続された第１の外部電極及びバリスタ素体の外表面に形成されると共に第２の内部電極と電気的に接続された第２の外部電極とを備えるバリスタが知られている（例えば、特許文献１参照）。第１及び第２の外部電極は、それぞれ、バリスタ素体に設けられたＡｇ焼付電極層と、Ａｇ焼付電極層を覆うＮｉメッキ層と、Ｎｉメッキ層を覆うＳｎメッキ層とによって構成されている。
特開２００５−０５１０５２号公報

上記のような従来のバリスタにおいて、外部電極をＡｇ焼付電極層、Ｎｉメッキ層及びＳｎメッキ層の三層構造としているのは、次の理由による。すなわち、Ａｇ焼付電極層のみであるとはんだ付けの際にはんだ喰われが発生してしまうため、耐はんだ喰われ性を有するＮｉを用いてＡｇ焼付電極層にメッキを施すことで、Ｎｉメッキ層を形成している。

ところが、Ｎｉメッキ層ははんだ濡れ性が低くはんだ付けし難いので、はんだ濡れ性を有するＳｎを用いてＮｉメッキ層にメッキを施すことで、Ｓｎメッキ層を形成している。従って、このような三層構造の外部電極をバリスタその他の電子部品の外部電極として採用することで、耐はんだ喰われ性及びはんだ濡れ性に優れた外部電極とすることが可能となる。なお、ここで、「はんだ喰われ」とは、はんだ付けの対象となっている部材が、溶融したはんだに溶け込む現象をいう。

しかしながら、外部電極の製造の際にメッキを施す工程が含まれていることにより、種々の悪影響が発生していた。

具体的には、ＮｉメッキやＳｎメッキを施す際に、Ａｇ焼付電極層が形成されている領域をはみ出してセラミック素体にメッキが形成されたり（このような現象は一般に「メッキ伸び」と呼ばれている）、Ａｇ焼付電極層以外の部分にメッキが付着したり（このような現象は一般に「メッキ付着」と呼ばれている）することがある。このようなメッキ伸びやメッキ付着は、近年におけるバリスタその他の電子部品の小型化に伴い、外部電極間の短絡（ショート）の発生原因として顕著となってきており、好ましくない。

また、バリスタやコンデンサ等の、セラミック素体内に内部電極が配置されている電子部品の製造過程においてメッキを施す工程が含まれていると、セラミック素体と内部電極との間の空隙にメッキ液が侵入してしまうことがある。このとき、バリスタやコンデンサの特性が発現される内部電極の対向部分にまでメッキ液が侵入すると、メッキ液によるセラミック素体の溶解や還元作用等によって電子部品の特性を大きく劣化させる要因となり、好ましくない。

そこで、本発明は、外部電極をメッキレスとする（すなわち、メッキを施さなくても耐はんだ喰われ性及びはんだ濡れ性に優れた外部電極とする）ことで、品質劣化を大きく低減することが可能な電子部品及びその製造方法を提供することを目的とする。

ところで、外部電極をメッキレスとするために、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金といった耐はんだ喰われ性及びはんだ濡れ性に優れている材料をセラミック素体に直接形成することが考えられる。

しかしながら、外部電極をこれらの金属のみによって構成した場合、これらの金属の熱膨張率が大きいことから、外部電極が熱衝撃（急激な温度変化）に対して脆弱となってしまう。また、これらの金属は焼付け時における収縮率が大きく、これらの金属の融点は、１０００℃〜１７００℃程度であり、Ａｇの融点（約９２０℃程度）と比較して非常に高いこととも相俟って、焼付け後に外部電極がセラミック素体から剥がれてしまうということがある。

そこで、本発明者等は、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金を用いた場合でも上記のような不具合が発生し難い電子部品及びその製造方法について、さらに鋭意研究を行った。その結果、本発明者等は、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によってセラミック粉が被覆された金属被覆セラミック粉を含有する導電ペーストを用いることにより、外部電極をメッキレスとし、且つ、上記のような不具合の発生を大きく低減することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る電子部品の製造方法は、セラミック素体を用意する素体用意工程と、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によってセラミック粉が被覆された金属被覆セラミック粉を含有する導電ペーストを用意する導電ペースト用意工程と、セラミック素体に導電ペーストを塗布して乾燥することにより導電塗膜を形成する導電塗膜形成工程と、導電塗膜を焼き付けることにより外部電極を形成する外部電極形成工程とを備えることを特徴とする。

本発明に係る電子部品の製造方法では、導電ペーストが、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によってセラミック粉が被覆された金属被覆セラミック粉を含有している。ここで、セラミック粉の焼付け時における収縮率はＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金の焼付け時における収縮率と比較して十分小さい。そのため、セラミック素体に塗布された導電塗膜を焼付ける際、セラミック粉がＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金の収縮を緩和する緩衝材として機能する。その結果、外部電極をＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金のみによって構成した場合と比較して、焼付け後に外部電極がセラミック素体から剥がれてしまう虞が大きく低減されることとなる。

また、本発明に係る電子部品の製造方法によって電子部品を製造した場合、外部電極は、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によって構成された金属膜内に、複数のセラミック粒子が点在するように配置された状態となっている。つまり、外部電極が、耐はんだ喰われ性及びはんだ濡れ性に優れたＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によって形成されることとなるので、外部電極をメッキレスとすることができる。その結果、メッキを施すことに起因する短絡や電子部品の特性劣化が発生する虞がなくなると共に工程数の削減に寄与することとなる。

また、セラミック粒子の熱膨張率はＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金の熱膨張率と比較して小さいので、外部電極全体として熱膨張又は熱収縮が抑制されることとなる。その結果、耐熱衝撃性に優れた外部電極とすることが可能となる。以上より、本発明に係る電子部品の製造方法によれば、製造される電子部品の信頼性及び品質を大きく向上することができることとなる。

一方、本発明に係る電子部品は、セラミック素体と、セラミック素体の外表面に配置された外部電極とを備え、外部電極は、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によって構成された金属膜内に、複数のセラミック粒子が点在するように配置されて形成されていることを特徴とする。

本発明に係る電子部品では、外部電極が、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によって構成された金属膜内に、複数のセラミック粒子が点在するように配置されて形成されている。そのため、外部電極をメッキレスとすることができる。その結果、メッキを施すことに起因する短絡や電子部品の特性劣化が発生する虞がなくなると共に工程数の削減に寄与することとなる。また、セラミック粒子の熱膨張率はＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金の熱膨張率と比較して小さいので、外部電極全体として熱膨張又は熱収縮が抑制されることとなる。その結果、耐熱衝撃性に優れた外部電極とすることが可能となる。

好ましくは、外部電極の外表面には、複数のセラミック粒子が露出していない。このようにすると、外部電極の外表面に露出したセラミック粒子によってはんだ濡れ性が低下するといったようなことがなくなる。

本発明によれば、外部電極をメッキレスとする（すなわち、メッキを施さなくても耐はんだ喰われ性及びはんだ濡れ性に優れた外部電極とする）ことで、品質劣化を大きく低減することが可能な電子部品及びその製造方法を提供することができる。

本発明に係る電子部品の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では、電子部品の一つであるバリスタ１０を例にとって説明している。

（バリスタの構成）
まず、図１〜図３を参照して、バリスタ１０の構成について説明する。バリスタ１０は、バリスタ素体１２と、バリスタ素体１２の内部に配置された一対の内部電極１４Ａ，１４Ｂと、バリスタ素体１２の長手方向における側面１２ａ，１２ｂにそれぞれ形成された一対の外部電極１６Ａ，１６Ｂとを備える。

バリスタ素体１２は、略直方体形状を呈している。バリスタ素体１２は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を主成分として含むと共に、副成分として希土類金属元素、Ｃｏ、ＩＩＩｂ族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、アルカリ金属元素（Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）及びアルカリ土類金属元素（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）等の金属単体やこれらの酸化物を含んで構成されており、電圧非直線性（以下、「バリスタ特性」と称する）を発現する。

内部電極１４Ａ，１４Ｂは、共に矩形状の薄肉板状体であり、例えばＡｇ、Ｐｄ又はＡｇ−Ｐｄ合金によって形成することができる。内部電極１４Ａは、その一端がバリスタ素体１２の側面１２ａに引き出されており、外部電極１６Ａと電気的に接続されている。内部電極１４Ｂは、その一端がバリスタ素体１２の側面１２ｂに引き出されており、外部電極１６Ｂと電気的に接続されている。

内部電極１４Ａの一部と内部電極１４Ｂの一部とは、バリスタ素体１２内においてバリスタ素体１２の一部を挟んで互いに対向している。そのため、バリスタ素体１２のうち部電極１４Ａの一部と内部電極１４Ｂの一部とによって挟まれている部分が、バリスタ特性を発現する領域として機能する。

外部電極１６Ａ，１６Ｂは、特に図３にて詳しく示されるように、金属膜１８内に複数のセラミック粒子２０及び複数のガラス粒子２２が点在するように配置されて形成されている。つまり、いずれのセラミック粒子２０及びガラス粒子２２同士の間にも金属膜１８が介在しており、いずれのセラミック粒子２０及びガラス粒子２２も外部電極１６Ａ，１６Ｂの外表面に露出していない。

金属膜１８は、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によって構成されている。セラミック粒子２０は、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２等によって形成されている。ガラス粒子２２は、例えばシリカ系ガラス、亜鉛系ガラス等によって形成されている。

（バリスタの製造方法）
続いて、図３〜図５を参照して、バリスタ１０の製造方法について説明する。

まず、シート積層工法、印刷積層工法その他の公知の方法により、内部に内部電極１４Ａ，１４Ｂが配置されたバリスタ素体１２を用意する。

続いて、導体ペースト２４（図４参照）を用意する。具体的には、金属被覆セラミック粉２８（図５参照）、ガラス粉３０（図５参照）、有機バインダ３２（図５参照）及び有機溶剤を混合することによって得ることができる。

金属被覆セラミック粉２８は、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によってセラミック粉が被覆されて構成されている。金属被覆セラミック粉２８は、一粒のセラミック粉がＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によって被覆されたものであると好ましいが、数粒のセラミック粉がまとまったものがＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によって被覆されたものであってもよい。

ガラス粉３０は、例えばシリカ系、亜鉛系等のガラスフリットを用いることができる。このようなガラス粉３０を導体ペースト２４に混ぜることにより、焼付け時の温度を下げることができる。

続いて、バリスタ素体１２の側面１２ａ，１２ｂに外部電極１６Ａ，１６Ｂを形成する。具体的には、導体ペースト２４を板上において所定の厚さ（例えば１００μｍ〜３００μｍ程度）となるようにし（図４の（ａ）参照）、バリスタ素体１２の側面１２ａを下方に向けつつバリスタ素体１２を降下させて、バリスタ素体１２の側面１２ａを導体ペースト２４に浸漬する（図４の（ｂ）参照）。

そして、バリスタ素体１２を引き上げ、所定温度（例えば１００℃〜１５０℃程度）にて所定時間（例えば５分〜２０分程度）乾燥することで、バリスタ素体１２の側面１２ａに導電塗膜２６Ａを形成する（図４の（ｃ）参照）。その後、同様の手順にて、バリスタ素体１２の側面１２ｂに導電塗膜２６Ｂを形成する（図４の（ｄ）〜（ｆ）参照）。このとき、導電塗膜２６Ａ，２６Ｂは、図５に示されるように、有機バインダ３２中に金属被覆セラミック粉２８及びガラス粉３０が混在した状態となっている。

続いて、導電塗膜２６Ａ，２６Ｂを所定温度（例えば６００℃〜９００℃程度）にて所定時間（例えば１０分〜３０分程度）焼付ける。これにより、金属被覆セラミック粉２８を構成するセラミック粉が焼結してセラミック粒子２０となり、ガラス粉３０が焼結してガラス粒子２２となり、金属被覆セラミック粉２８を構成するＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金が溶融して他の金属被覆セラミック粉２８を構成するＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金と一体となることで金属膜１８となり、外部電極１６Ａ，１６Ｂが形成されることとなる（図３参照）。

以上のような本実施形態においては、導電ペースト２４が、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によってセラミック粉が被覆された金属被覆セラミック粉２８を含有している。ここで、セラミック粉の焼付け時における収縮率はＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金の焼付け時における収縮率と比較して十分小さい。そのため、バリスタ素体１２に塗布された導電塗膜２６Ａ，２６Ｂを焼付ける際、セラミック粉がＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金の収縮を緩和する緩衝材として機能する。その結果、外部電極をＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金のみによって構成した場合と比較して、焼付け後に外部電極１６Ａ，１６Ｂがバリスタ素体１２から剥がれてしまう虞が大きく低減されることとなる。

また、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によってセラミック粉が被覆された金属被覆セラミック粉２８を含有する導電ペースト２４を用いているため、焼付け時にセラミック粉同士が凝集して大きな塊となることが防止される。そのため、焼付け時におけるセラミック粉の表面積が全体として大きくなる。その結果、焼結温度を低くすることが可能となる。

また、本実施形態においては、バリスタ１０の外部電極１６Ａ，１６Ｂが、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によって構成された金属膜１８内に、複数のセラミック粒子２０が点在するように配置されて形成されている。つまり、外部電極１６Ａ，１６Ｂが、耐はんだ喰われ性及びはんだ濡れ性に優れたＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によって形成されることとなるので、外部電極１６Ａ，１６Ｂをメッキレスとすることができる。その結果、メッキを施すことに起因する短絡やバリスタ１０の特性劣化が発生する虞がなくなると共に工程数の削減に寄与することとなる。

また、セラミック粒子２０の熱膨張率はＰｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金の熱膨張率と比較して小さいので、外部電極１６Ａ，１６Ｂ全体として熱膨張又は熱収縮が抑制されることとなる。その結果、耐熱衝撃性に優れた外部電極１６Ａ，１６Ｂとすることが可能となる。以上より、本発明によれば、バリスタ１０の信頼性及び品質を大きく向上することができることとなる。

また、本実施形態においては、外部電極１６Ａ，１６Ｂの外表面にセラミック粒子２０が露出していない。そのため、外部電極１６Ａ，１６Ｂの外表面に露出したセラミック粒子２０によってはんだ濡れ性が低下するといったようなことがなくなる。

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、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記した実施形態ではバリスタ１０を一例として説明したが、これに限られず、コンデンサ、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタ、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタ、圧電素子、多層基板等の種々の電子部品に本発明を適用することができる。

図１は、本実施形態に係るバリスタを示す斜視図である。 図２は、本実施形態に係るバリスタを示す横断面図である。 図３は、図２の外部電極部分を拡大して示す図である。 図４は、本実施形態に係るバリスタの製造工程を説明するための図である。 図５は、塗布された導電塗膜の様子を説明するための図である。

符号の説明

１０…電子部品、１２…バリスタ素体、１４Ａ，１４Ｂ…内部電極、１６Ａ，１６Ｂ…外部電極、１８…金属膜、２０…セラミック粒子、２２…ガラス粒子。

Claims (3)

1. セラミック素体を用意する素体用意工程と、
   Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によってセラミック粉が被覆された金属被覆セラミック粉を含有する導電ペーストを用意する導電ペースト用意工程と、
   前記セラミック素体に前記導電ペーストを塗布して乾燥することにより導電塗膜を形成する導電塗膜形成工程と、
   前記導電塗膜を焼き付けることにより外部電極を形成する外部電極形成工程とを備えることを特徴とする電子部品の製造方法。
2. セラミック素体と、
   前記セラミック素体の外表面に配置された外部電極とを備え、
   前記外部電極は、Ｐｔ若しくはその合金又はＡｕ若しくはその合金によって構成された金属膜内に、複数のセラミック粒子が点在するように配置されて形成されていることを特徴とする電子部品。
3. 前記外部電極の外表面には、前記複数のセラミック粒子が露出していないことを特徴とする請求項２に記載された電子部品。

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