JP2867748B2

JP2867748B2 - チップ型積層セラミックスコンデンサ

Info

Publication number: JP2867748B2
Application number: JP3153214A
Authority: JP
Inventors: 幸一郎吉本
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JPH053132A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はチップ型積層セラミック
スコンデンサに係り、特に、面実装用のチップ型積層セ
ラミックスコンデンサとして、信頼性、コンデンサ性能
に優れ、かつ低コストなチップ型積層セラミックスコン
デンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】チップ型積層セラミックスコンデンサ
は、面実装用部品として広く用いられている。その構造
は、内部電極とセラミックス誘電体とを交互に積層しチ
ップの端面に、内部電極の取り出し部分を設け、その上
を覆うように外部接続用の端子電極が形成されたものと
なっている。この端子電極は、耐湿性を確保するため、
なるべく緻密な構造となるように作製される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】チップ型積層セラミッ
クスコンデンサは、端子電極を介して基板に装着されて
使用される。このため、基板の歪みや振動、基板とコン
デンサを構成するセラミックスとの熱膨張差などに起因
する応力は、端子電極を介してコンデンサチップに伝わ
り、コンデンサ内部にクラックを発生させる。これによ
り、コンデンサの実装時や基板の分割時に、容量低下、
絶縁不良等の不良が発生するという問題点があった。特
に、自動車への搭載などの過酷環境での使用時には、信
頼性が著しく低下するという問題があった。

【０００４】本発明は、上記従来の問題点を解決し、機
械的、熱的応力が加えられた場合でも、コンデンサ性能
の低下をひき起こすことがない、信頼性に優れた高性能
チップ型積層セラミックスコンデンサを提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のチップ型積層セ
ラミックスコンデンサは、内部電極とセラミックス誘電
体とが交互に積層されてなるコンデンサ本体の端面に、
該内部電極と導通する端子電極が設けられたチップ型積
層セラミックスコンデンサにおいて、該端子電極は金属
成分と、無機結合材とで構成され、かつ、内部に空孔が
複数個形成されたものであって、該空孔の内壁がガラス
で覆われていることを特徴とする。

【０００６】以下に本発明を図面を参照して詳細に説明
する。第１図は本発明のチップ型積層セラミックスコン
デンサの一実施例を示す端子電極近傍の断面図であり、
第２図〜第４図は、端子電極形成工程における微細構造
の変化を示す模式的断面図である。

【０００７】第１図に示す如く、実施例のチップ型積層
セラミックスコンデンサ１は、内部電極２とセラミック
ス誘電体３とが交互に積層されてなるコンデンサ本体４
の両端面に内部電極２と導通する端子電極５が形成され
たものである。なお、第１図は、コンデンサ１の一端側
のみを示し、他端側も同様な構成とされている。即ち、
図示の端子電極５は内部電極２ａ，２ｃ，２ｅに導通す
るものであるが、他端側にも内部電極２ｂ，２ｄと導通
する端子電極が設けられている。

【０００８】本発明において、この端子電極５は金属成
分と無機結合材とで構成され、かつ、内部に、内壁がガ
ラス６で覆われた空孔７が複数個形成されたものであ
る。

【０００９】以下に本発明に係る端子電極の形成方法に
ついて説明する。従来、端子電極は、一般に、金属粒子
（銀、パラジウム、金、白金、ニッケルなど）と無機結
合材及び有機ビヒクル（バインダー）からなる端子電極
ペーストを、コンデンサチップの両端に塗布し、空気中
又は窒素中で焼成して形成されている。ここで金属粒子
は内部電極との電気的な接続の目的で用いられ、無機結
合材は、端子電極をセラミックス素地に強固に接着させ
る作用を持ち、通常は無機ガラスが用いられる。このよ
うな方法において、次のようにガラスの軟化温度（用い
るガラス粒子の粒度）を調整することにより、本発明に
係る端子電極構造を実現することができる。

【００１０】無機結合材として添加するガラス粒子は通
常微粉末が用いられるが、本発明では微粉末と共に粗大
な粒子を用いる。この場合微粉末のガラス粒子は従来の
端子電極の無機結合材と同様、セラミックス素地への接
着のために作用する。一方、粗大粒子のガラス粉末は、
その軟化温度を端子電極金属の焼結完了温度以上に設定
する作用を奏する。このように、ガラスの軟化温度を上
げて、ガラス粒子のうちの粗大粒子は、金属粒子の焼結
完了後に溶融するように軟化温度を設定することによ
り、端子電極形成時の焼成工程では、端子電極形成材料
中の各成分は、その焼成温度に応じて以下のように変化
する。

【００１１】

【表１】

【００１２】ここで、金属粒子の粒径を適当に設定する
ことにより、焼結完了時に多少の空隙を残存させること
ができ、溶融した粗大ガラス粒子は、その空隙を満た
す。その後、更に温度を上げて焼成することにより、溶
融した粗大ガラス粒子が流動して金属焼結相の隙間に入
り込み、粗大ガラス粒子の存在した部分は空孔となり、
内壁がガラスで覆われた状態の空孔が形成される。

【００１３】即ち、端子電極形成材料をコンデンサチッ
プの端面に塗布した直後、室温では、第２図に示す如
く、有機ビヒクル１１をバインダーとして、金属粒子
（例えば、Ａｇ粒子）１２、微細ガラス粒子１３及び粗
大ガラス粒子１４が分散した状態である。

【００１４】次に、これを６００℃程度の温度で脱バイ
ンダー処理した後は、第３図に示す如く、有機ビヒクル
は既に消失し、焼結初期の金属粒子１５の間に、溶融し
て流動し始めた微細ガラス粒子１６と表面が若干流動状
態となった粗大ガラス粒子１７とが存在する状態とな
る。

【００１５】そして、更に焼成温度を上げ、７００〜８
００℃付近で焼結させると、第４図に示す如く、焼結が
完了した金属相１８間に溶融ガラス１９が流動して浸入
し、このガラスの溶融、流動により、粗大ガラス粒子が
存在していた部分に、ガラスが流動後、表面がガラス１
９で覆われた空孔２０が形成される。

【００１６】なお、ガラスの流動開始温度はその粒径に
依存し、粒径が小さいほど低温で流動を開始する。この
ため、用いるガラス粒子は、粗大粒子も微細粒子もその
組成は同一のものとすることができる。

【００１７】上記方法において、用いる金属粒子、微細
ガラス粒子及び粗大ガラス粒子の各々の粒径や割合、焼
成温度や焼成時間を適宜設定することにより、所望の空
孔率、空孔径ガラス被覆層厚さの端子電極を形成するこ
とができる。

【００１８】本発明においては、端子電極内部の空孔の
大きさは、その端子電極の厚み方向で１０〜５０μｍ程
度、端子電極の幅方向で３０〜１００μｍ程度、また、
その空孔率は５〜３０体積％程度、空孔の内壁を覆うガ
ラス層の厚さは０．１〜５μｍ程度であることが好まし
い。即ち、空孔の大きさ及び空孔率が上記範囲よりも小
さいと、本発明による改善効果が十分に得られず、逆に
上記範囲よりも大きいと、端子電極の機械的強度が不足
する。また、ガラス層の厚さが０．１μｍ未満では端子
電極の耐湿性が劣り、１０μｍを超えると本発明に十分
な空孔率、空孔径を確保できない。

【００１９】なお、本発明のチップ型積層セラミックス
コンデンサは、端子電極を上述の構成とすること以外
は、従来のチップ型積層セラミックスコンデンサと同様
の構成とすることができ、内部電極、セラミックス誘電
体の材質等に特に制限はない。

【００２０】

【作用】本発明においては、端子電極内に空孔が存在す
るため、そのヤング率が従来の緻密な端子電極に比べて
低いものとなる。このため、外部から機械的、熱的応力
が加えられた場合、この端子電極が柔軟に変形して、外
部からの応力を緩和する。この端子電力による応外緩衝
作用により、コンデンサチップ本体に加えられる応力が
軽減される。

【００２１】なお、空孔の存在は、強度の低下、耐湿性
の低下の原因となるが、本発明のチップ型積層セラミッ
クスコンデンサでは、空孔の内壁がガラスで覆われてい
るため、このガラス被覆層による補強効果及び遮断効果
により、端子電極の機械的強度及び耐湿性は十分に確保
される。

【００２２】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。実施例１下記コンデンサ本体を用い、その両端面に下記端子電極
を形成してチップ型積層セラミックスコンデンサを作製
し、後述の試験を行ない、結果を表２に示した。なお、
端子電極焼付後、電気めっき法によって端子電極表面に
Ｎｉとはんだの２層のめっきを施した。Ｎｉは市販のス
ルファミン酸浴、はんだは市販のスルホン酸浴を使用
し、めっき膜厚はＮｉが１ミクロン、はんだが５ミクロ
ンとした。

【００２３】コンデンサ本体：三菱マテリアル（株）製
「Ｃ３０Ｒ１Ｈ１０４Ｋ」静電容量＝１０２．０±１．５ｎＦ，ＪＩＳ−Ｒ特性，定格電圧＝５０Ｖ端子電極：三菱マテリアル（株）製Ａｇ電極Ａｇ７５重量％，無機結合材４．５重量％，有機ビヒク
ル残部。無機結合材はＰｂＯ−ＺｎＯ−ＳｉＯ₂ −Ｂ₂
Ｏ₃ 系ガラス（バルクの軟化点６１０℃）で、ガラス粒
径３〜１５ミクロンのものを５０％，５０〜７５ミクロ
ンのものを５０％混合して使用した。端子電極は光洋リ
ンドバーグ（株）製ベルト炉を用い、最高温度６６０℃
で保持５分、昇降温は３０分として焼成した。

【００２４】試験項目及び試験条件サーマルショック試験：表２に示す各温度の溶融は
んだ（Ｐｂ／Ｓｎ＝３７／６３）に、予熱を行わずにコ
ンデンサを浸漬し、３秒間加熱した後空気中で放冷し
た。その後、顕微鏡による外観検査を行い、クラック発
生の有無を検査した。クラック発生のない試料は絶縁抵
抗を測定し、絶縁不良の有無を検査し、試料１００個中
の不良発生数で示した。温度サイクル試験：アルミナ基板にコンデンサ
を実装し（リフローはんだ付け）、気相式温度衝撃試験
機にて以下の条件で温度サイクル試験を行った。静電容
量の低下、絶縁抵抗劣化を検査し、試料３０個中の不良
発生数で示した。検査は、２５，５０，１００，１５
０，２００サイクル終了後に行った。 −５５℃，３０分■室温３分■１２５℃３０分限界たわみ試験(n=5) ：ガラスエポキシ基板（厚さ
＝１．６ｍｍ，幅＝４０ｍｍ）にコンデンサを実装し、
強度試験器を用い、スパン９０ｍｍで３点曲げを行い、
容量低下が発生する押し込み量を測定した。結果は、試
料５個の最大、最小、平均値で示した。

【００２５】比較例１端子電極の無機結合材として、ガラス粒径が３〜１５ミ
クロンのものを１００％使用したこと以外は同様にして
チップ型積層セラミックスコンデンサを作製して試験を
行ない、結果を表２に示した。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２より、本発明のチップ型積層セラミッ
クスコンデンサは、従来のものに比べて、著しく優れた
耐熱応力性、耐歪応力性を示すことが明らかである。な
お、実施例１で作製したチップ型積層セラミックスコン
デンサの端子電極の空孔率、空孔径、空孔内壁のガラス
被覆層厚さを調べたところ、次のような値であった。空孔率：２５体積％空孔径：端子電極の厚み方向で２０〜３０μｍ、端子電極の幅方向で４０〜６０μｍガラス被覆層厚さ：１〜２μｍ

【００２８】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のチップ型積
層セラミックスコンデンサは、その端子電極により、外
部から加えられる機械的、熱的応力を緩和することがで
き、この結果、外部応力に強い、高信頼性で高性能のコ
ンデンサを提供することが可能とされる。本発明のチッ
プ型積層セラミックスコンデンサは、従来と同様の材料
及び設備を利用して低コストで作製可能であり、その工
業的有用性は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図で
ある。

【図２】第２図は端子電極形成工程における塗布直後の
微細構造を示す模式的断面図である。

【図３】第３図は端子電極形成工程における焼成初期の
微細構造を示す模式的断面図である。

【図４】第４図は端子電極形成工程における焼成後期の
微細構造を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１チップ型積層セラミックスコンデンサ２内部電極３セラミックス誘電体４コンデンサ本体５端子電極６ガラス７空孔

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部電極とセラミックス誘電体とが交互
に積層されてなるコンデンサ本体の端面に、該内部電極
と導通する端子電極が設けられたチップ型積層セラミッ
クスコンデンサにおいて、該端子電極は金属成分と、無
機結合材とで構成され、かつ、内部に空孔が複数個形成
されたものであって、該空孔の内壁がガラスで覆われて
いることを特徴とするチップ型積層セラミックスコンデ
ンサ。