JP3003405B2 - 導電ペースト及びそれを用いたセラミック電子部品の電極形成方法 - Google Patents

導電ペースト及びそれを用いたセラミック電子部品の電極形成方法

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JP3003405B2 JP4233165A JP23316592A JP3003405B2 JP 3003405 B2 JP3003405 B2 JP 3003405B2 JP 4233165 A JP4233165 A JP 4233165A JP 23316592 A JP23316592 A JP 23316592A JP 3003405 B2 JP3003405 B2 JP 3003405B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、導電ペーストに関
し、詳しくは、圧電セラミック素子などのセラミック電
子部品素子上に電極を形成するために用いられる導電ペ
ースト及びそれを用いたセラミック電子部品の電極形成
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、圧電セラミック素子上に電極を
形成する方法としては、従来より、Ag粉末と低粘度ガ
ラスを混合したAgペーストを厚膜印刷し、空気中で焼
成することにより電極を形成する方法が一般に使用され
ている。
【0003】この電極形成方法に用いられるAgペース
トは、導電材料であるAgが低い比抵抗を有し、電極材
料として適しているとともに、貴金属であるにもかかわ
らず比較的安価であり、また、空気中で加熱(焼成)し
ても酸化されないため、還元されやすい圧電セラミック
などを用いるセラミック電子部品の電極形成用の導電ペ
ーストとして適している。さらに、空気中で焼成するこ
とが可能であることから、量産性に優れた厚膜形成方法
を適用して電極を効率よく形成することができるという
利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、拡がり振動を
利用する圧電フィルタや、発振子のように、圧電セラミ
ック素子を金属端子(例えば、スプリング端子)で接
続、保持する構造のセラミック電子部品においては、金
属端子との接触部において、電極が金属端子の押圧力、
素子の振動や摺動などにより、凝着摩耗を起こして接続
状態が不安定になり、十分な接続信頼性を確保すること
ができないという問題点がある。
【0005】本願発明は、上記問題点を解決するもので
あり、圧電セラミック素子などのセラミック電子部品素
子を金属端子で接続、保持する構造のセラミック電子部
品においても、金属端子との接触部における凝着摩耗を
防止して接続信頼性を向上させることが可能な電極を形
成するのに適した導電ペースト及び該導電ペーストを用
いたセラミック電子部品の電極形成方法を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、発明者等は種々の実験、検討を行い、Ag粉末と
ガラスフリットとを含有する導電ペーストにおいて、ガ
ラスフリットとして、異なる作業点(所定の流動状態
(粘度)となる温度)を有するガラスフリットを組み合
わせた複合ガラスフリットを用いることにより、圧電セ
ラミック素子などのセラミック電子部品素子上に塗布、
焼成することにより形成した電極の耐凝着摩耗性を改善
できることを知り、さらに実験、検討を重ねて本願発明
を完成した。
【0007】すなわち、本願発明の導電ペーストは、圧
電セラミック素子などのセラミック電子部品素子上に電
極などを形成するために用いられる導電ペーストであっ
て、Ag粉末55〜65重量部と、作業点の異なるガラ
スフリットを組み合わせた複合ガラスフリット8〜15
重量部と、残部の有機ワニスとを含有する導電ペースト
であって、前記複合ガラスフリットが、600〜700
℃の作業点を有するガラスフリットA100重量部と、
850〜950℃の作業点を有するガラスフリットB1
00〜150重量部とを配合したものであることを特徴
としている。なお、上記本願発明において、作業点と
は、加熱、昇温した場合にガラスフリットが軟化して所
定の粘度(約104ポイズ)になる温度を意味する。
【0008】また、本願発明のセラミック電子部品の電
極形成方法は、上記の導電ペーストを圧電セラミック素
子などのセラミック電子部品素子上に印刷した後、大気
中などの酸化性雰囲気下において750〜850℃の温
度で焼成することを特徴とする。
【0009】なお、本願発明の導電ペーストにおいて、
複合ガラスフリットの、作業点が低い方のガラスフリッ
トAと、残部の作業点が高い方のガラスフリットBの割
合は、ガラスフリットA100重量部に対してガラスフ
リットBが100〜150重量%の範囲にあることが好
ましいが、これは、ガラスフリットAに対するガラスフ
リットBの割合が100重量部未満になると、電極の耐
摩耗性が低下し、また、150重量部を越えると、圧電
特性、特に電気機械結合係数が低下することによる。
【0010】また、ガラスフリットAとして、作業点が
600〜700℃のガラスフリットを用い、ガラスフリ
ットBとして、作業点が850〜950℃のガラスフリ
ットを用いるようにしたのは、上記のように作業点の異
なるガラスフリットを組合せることにより、焼成工程に
おいて、まず、作業点の低い方のガラスフリットAが軟
化、流動し、セラミック電子部品素子との接着(接合)
に寄与し、また、作業点の高いガラスフリットBは軟化
するが、流動領域には至らないため、Agの粒子層中に
混在して電極の硬度を上げることができるためである。
【0011】また、Ag粉末と複合ガラスフリットの配
合割合は、Ag粉末55〜65重量部に対して複合ガラ
スフリットが8〜15重量部の範囲にあることが好まし
いが、これは、複合ガラスフリットの割合がこの範囲を
下回ると、圧電セラミック素子などのセラミック電子部
品素子への接着力及び耐摩耗性が低下し、また、この範
囲を上回ると電極としての特性が劣化するなどの問題が
生じることによる。
【0012】
【実施例】以下、本願発明の実施例を比較例とともに示
してその特徴をさらに詳しく説明する。
【0013】[導電ペーストの調製]表1に示すような
割合で、Ag粉末,ガラスフリットA,B,及び有機ワ
ニスを配合して導電ペーストを調製する。
【0014】なお、表1において、ガラスフリットAの
種類の欄の,,の符号は、用いられたガラスフリ
ットAの種類が下記の,,のいずれかであること
を示している。 PbO−B23−SiO2系ガラスフリット ZnO−B23−SiO2系ガラスフリット Bi23−B23−SiO2系ガラスフリット これら,,のガラスフリットAは、作業点(ここ
では、ガラスの粘度が104ポイズになる温度)が60
0〜700℃のガラスフリットである。
【0015】また、ガラスフリットBは、 BaO−CaO−B23−SiO2系 のガラスフリットで、作業点が850〜950℃のガラ
スフリットである。
【0016】そして、上記ガラスフリットAとガラスフ
リットBを、表1に示すような割合(ガラスフリットA
100重量部,ガラスフリットB100〜150重量
部)で配合した。
【0017】また、有機ワニスとしては、エチルセルロ
ースをブチルカルビトールに溶解したものを用い、表1
における、Ag粉末、ガラスフリットA,B、有機ワニ
スの合計量が100重量部になるように、有機ワニスの
配合量を調整した。
【0018】[電極の形成]上記のようにして調製した
導電ペーストを、圧電セラミック素子であるPb(Z
r,Ti)O3系のセラミック基板上に、スクリーン印
刷法により印刷し、150℃で乾燥させた後、大気中で
750〜850℃で焼成することにより、セラミック基
板上に電極を形成する。なお、大気中などの酸化性雰囲
気下で焼成することにより、セラミック電子部品素子の
還元を防止して特性の低下を避けることができる。
【0019】[特性の評価]上記のようにして電極を形
成したセラミック基板(圧電セラミック素子)を60℃
のオイルに浸漬し、3.0kV/mmの電圧を印加して分
極処理を施した。それからこのようにして作成した試料
について、インピーダンスアナライザを用いて誘電率ε
と電気機械結合係数Kを測定、算出した。
【0020】また、表面性試験機を用いて端子金属片
を、上記試料の電極面に1kgの荷重で押し当てなが
ら、同一箇所を100回摺動させ、電極の摩耗によるセ
ラミック面露出の有無を観察することにより耐摩耗性を
比較した。
【0021】このようにして測定、算出した誘電率ε、
電気機械結合係数K,耐摩耗性についてのデータを表1
に示す。
【0022】
【表1】
【0023】なお、表1において、試料番号に*印を付
したものは、本願発明の範囲外の従来例、比較例を示し
ており、その他のものは、本願発明の範囲内の実施例を
示している。表1に示すように、試料番号1の導電ペー
ストは、作業点が焼成温度より少し低いガラスフリット
Aのみを配合した従来の導電ペーストであり、この導電
ペーストを用いた場合、焼成工程で粘度が低下して圧電
セラミック素子との界面にガラスが移行するため、圧電
セラミック素子との接着性は高くなるが、電極表層がほ
ぼAg単独で構成され、凝着摩耗が生じやすくなる。
【0024】また、試料番号2の導電ペーストは、作業
点が焼成温度より少し高いガラスフリットBのみを配合
した導電ペーストであり、この導電ペーストを用いた場
合、焼成工程での粘度が高く、圧電セラミック素子との
界面にガラスが移行せず、Ag中に分散したまま残るた
め、電極とセラミック(圧電セラミック素子)の接着性
が低下し、電極の剥離が生じやすくなり、信頼性が低下
する。
【0025】また、試料番号10,11の導電ペースト
は、複合ガラスフリットの配合割合が本願発明の範囲を
上回る比較例の導電ペーストであり、この導電ペースト
を用いた場合、耐摩耗性は向上するが、ガラスフリット
の配合割合の増加により、圧電セラミック素子に対し電
極の締めつけが進み、電気機械結合係数Kが低下する。
【0026】一方、この実施例の導電ペースト(試験番
号3〜9)は、Agの焼結粒子の間がガラスフリットB
に基づく高粘度のガラスで埋められ、凝着摩耗の発生が
抑制される。また、電極とセラミックの界面は、ガラス
フリットAに基づく低粘度のガラスが移行して良好な接
着性を得ることができるとともに、誘電率ε、電気機械
結合係数Kを良好に保持することが可能になる。すなわ
ち、本願発明の実施例の導電ペーストを用いて電極を形
成することにより、電気機械結合係数,セラミック(電
子部品素子)への接着強度などに優れ、かつ、金属端子
(例えば、スプリング端子)で接続、保持するようなセ
ラミック電子部品の場合にも、接触部で、凝着摩耗を生
じにくく、十分な接続信頼性、耐久性を有する電極を形
成することが可能になる。
【0027】また、上記実施例では、圧電セラミックと
してPb(Zr,Ti)O3焼結体を用いた場合につい
て説明したが、本願発明の導電ペーストは、Pb(Z
r,Ti)O3の一部を他の元素で置換したり、あるい
は他の成分を添加したりしたPb(Zr,Ti)O3
の圧電セラミックや、さらには、Pb(Zr,Ti)O
3以外の他の種類の圧電セラミックからなる素子上に電
極を形成する場合にも用いることが可能であり、その場
合にも良好な特性を有する電極を形成することができ
る。さらに、圧電セラミック素子以外のセラミック電子
部品素子に電極を形成する場合にも適用することが可能
である。
【0028】なお、上記実施例では、圧電セラミック素
子に電極を形成する場合について説明したが、本願発明
の導電ペーストは、電極に限らず、圧電セラミック素子
などのセラミック電子部品素子に配線などの導体パター
ンを形成する場合にも有効に使用することが可能であ
る。
【0029】また、使用するガラスフリットの種類につ
いても、上記実施例のガラスフリットA,Bに限らず、
本願発明の要旨の範囲内の、種々の成分あるいは組成の
ガラスフリットを組合せて使用することが可能である。
【0030】
【発明の効果】上述のように、本願発明の導電ペースト
は、Ag粉末と、作業点の異なるガラスフリット(作業
点600〜700℃のガラスフリットと、作業点850
〜950℃のガラスフリット)からなる複合ガラスフリ
ットとを所定の割合で含有しており、かつ、本願発明の
セラミック電子部品の電極形成方法は、セラミック電子
部品素子に該導電ペーストを塗布し、大気中などの酸化
性雰囲気下で750℃〜850℃で焼成するようにして
いるので、セラミック電子部品素子の還元を防止しつつ
焼成することが可能で、耐摩耗性に優れ、接続信頼性が
高く、かつ、特性の低下がなく、量産性に優れた厚膜電
極を得ることができる。
【0031】特に、セラミック電子部品素子を金属端子
で接続、保持する構造のセラミック電子部品に電極を形
成する場合においても、電極のセラミック電子部品素子
への接着性を低下させることなく、金属端子との接触部
における凝着摩耗を防止し、接続信頼性を向上させるこ
とが可能な電極を形成することができる。
【0032】また、接点強度を向上させることができる
ため、例えば、圧電セラミック素子をスプリング端子な
どの端子により保持する場合に、接点面積を縮小するこ
とが可能になり、波形不良の発生を防止して、共振特性
を向上させることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01H 1/02 H01H 1/02 A (56)参考文献 特開 平4−206401(JP,A) 特開 平4−28110(JP,A) 特開 昭63−292504(JP,A) 特開 昭56−128503(JP,A) 特開 平4−282(JP,A) 特開 昭63−274108(JP,A) 特開 昭49−30893(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 1/16 - 1/22 H01L 41/04 H05K 1/09 H01C 10/08 H01H 1/02 C09D 5/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ag粉末55〜65重量部と、作業点の
    異なるガラスフリットを組み合わせた複合ガラスフリッ
    ト8〜15重量部と、残部の有機ワニスとを含有する導
    電ペーストであって、前記複合ガラスフリットが、60
    0〜700℃の作業点を有するガラスフリットA100
    重量部と、850〜950℃の作業点を有するガラスフ
    リットB100〜150重量部とを配合したものである
    ことを特徴とする導電ペースト。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の導電ペーストを圧電セラ
    ミック素子などのセラミック電子部品素子上に印刷した
    後、大気中などの酸化性雰囲気下において750〜85
    0℃の温度で焼成することを特徴とするセラミック電子
    部品の電極形成方法。
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