JP3613214B2 - 導電性ペーストならびにセラミック電子部品 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ペーストならびにセラミック電子部品に関するもので、特にチップ型セラミック電子部品の端子電極形成に好適な導電性ペーストならびにセラミック電子部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、セラミック電子部品の端子電極は、例えばセラミック素体に導電性ペーストをディッピング等の方法により塗布した電極膜を乾燥させた後、焼付けることで形成される。このような用途に用いられる導電性ペーストは、一般に少なくとも導電成分と、有機ビヒクルと、溶剤と、さらにガラスフリット等の無機バインダを含有することが多い。また、有機ビヒクルとしては、主にエチルセルロース,ニトロセルロース,アクリル樹脂等の有機バインダを、ターピネオール,2−ブトキシエタノール,ジエチレングリコールモノブチルエーテル等の有機溶剤に溶解させたものが用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の導電性ペーストの場合、ディッピング等により導電性ペーストをセラミック素体に塗布した電極膜を乾燥させた際に、電極膜の表面に皺が発生する場合があった。皺の発生は外観上好ましくないばかりか、焼付け後の端子電極に亀裂が発生し、セラミック電子部品の信頼性が著しく低下する問題がある。
【0004】
電極膜の表面に皺が発生する原因としては、導電性ペースト中の溶剤が、電極膜の乾燥時に急激に揮発することが挙げられる。従来の有機ビヒクルに用いる有機溶剤は、有機バインダを溶解するものが選択されているため、溶剤が揮発すると有機ビヒクル中の有機バインダが析出する。ところが、電極膜の乾燥が熱風乾燥等による場合、電極膜の表面から溶剤が優先的に揮発するため、乾燥初期の段階では、電極膜の表面に有機バインダが析出して皮膜が形成される。さらに乾燥が進行すると、揮発した溶剤量に相当する体積分だけ電極膜が収縮するが、上述した有機バインダの皮膜の面積は、収縮後の電極膜の表面積よりも大きいため、皮膜が余って皺が発生する。
【0005】
乾燥初期の段階で、電極膜の表面に有機バインダの皮膜が発生しないようにするためには、乾燥温度を低くするか、より沸点の高い溶剤を使用する方法が考えられる。しかしながら、乾燥時間が長くなり生産性に劣る問題があり、乾燥が不十分である場合には、後工程で端子電極(電極膜)が剥離する問題がある。
【0006】
本発明の目的は、上述の問題点を解消すべくなされたもので、乾燥後の電極膜に皺が発生すること、ならびに焼付け後に亀裂が発生することが抑制された端子電極を形成し得る導電性ペースト、ならびに外観に優れかつ電気的特性の信頼性が確保されたセラミック電子部品を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の導電性ペーストは、少なくとも導電成分と、有機ビヒクルと、を含有し、有機ビヒクルは、有機バインダと、有機バインダを溶解し得る第1溶剤と、有機バインダを溶解し得ない第2溶剤と、を含有し、第1溶剤の沸点は、第2溶剤の沸点または蒸留温度の終点より20℃以上高く、第2溶剤の含有量は、有機ビヒクル100重量%のうち30〜70重量%であることを特徴とする。
【0008】
なお、本発明において、有機バインダを溶解し得ない第2溶剤とは、室温における有機バインダの飽和溶液濃度が約1%未満であって、有機バインダを溶解し得る第1溶剤の溶解度の1/10以下の溶解度を有する溶剤をいう。
【0009】
また、上述の導電性ペーストは、第1溶剤の沸点が第2溶剤の沸点または蒸留温度の終点より30℃以上高いことが好ましい。
【0010】
また、本発明の導電性ペーストは、さらに無機バインダを含有してもよい。
【0011】
本発明のセラミック電子部品は、セラミック素体と、セラミック素体に接するように形成された端子電極と、を備え、端子電極は、上述した本発明の導電性ペーストを用いて形成されていることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の導電性ペーストは、有機ビヒクルを構成する溶剤として、有機バインダを溶解し得る第1溶剤と、有機バインダを溶解しない第2溶剤の2種類を用い、第1溶剤の沸点は第2溶剤の沸点または蒸留温度の終点より20℃以上高いことに特徴がある。第2溶剤が含まれていることにより、乾燥初期の段階では、低沸点である第2溶剤が優先的に揮発する。このとき、第2溶剤には有機バインダが溶解していないため、第2溶剤の揮発に伴う有機バインダの析出が起こらず、電極膜の表面に有機バインダの皮膜が形成されない。次いで、より高沸点の第1溶剤が揮発するが、第2溶剤の含有により導電性ペースト全体に占める第1溶剤の量が比較的少なくされているため、第1溶剤の揮発に伴う有機バインダの析出は少なく、第1溶剤量に相当する体積分だけ電極膜が収縮しても皺の発生が抑制される。
【0013】
なお、第2溶剤の含有量は、有機ビヒクル100重量%のうち30〜70重量%であることを要する。第2溶剤の含有量が30重量%以上であれば、皺発生の抑制効果が十分に発揮される。他方、第2溶剤の含有量が70重量%以下であれば、有機ビヒクルがゲル化することなく、また有機ビヒクル中の第2溶剤が経時的に分離することがないため、ディッピング可能な程度の流動特性ならびに分散安定性に優れた導電性ペーストが得られる。
【0014】
また、高沸点である第1溶剤と低沸点である第2溶剤との沸点の温度差は、少なくとも20℃以上であることを要し、好ましくは30℃以上である。沸点の温度差が30℃以上である場合に、皺発生の抑制効果が十分に発揮される。なお、混合溶剤の沸点が不明確である場合には、第2溶剤の沸点を蒸留温度の終点と読み替えることができる。
【0015】
また、本発明の導電性ペーストは、さらに無機バインダを含有することを妨げない。無機バインダとしては、特に限定はしないが、例えばB−Si−Ba−O系ガラスフリット,B−Si−Zn−O系ガラスフリット,B−Si−Pb−O系ガラスフリット等、従来から公知である種々のガラスフリットを適宜選択して用いることができる。
【0016】
また、本発明の導電性ペーストにおける導電成分としては、特に限定はしないが、例えばAg,Pd,Au,Pt等の貴金属類から選ばれる少なくとも1種、あるいはNi,Cu,Al等の卑金属類から選ばれる少なくとも1種の導電性粉末を適宜選択して用いることができる。
【0017】
また、有機バインダならびに溶剤としては、特に限定はしないが、例えば有機バインダとしては、従来から公知であるエチルセルロース,ニトロセルロース,アクリル樹脂等が挙げられ、高沸点である第1溶剤としては、ジエチレングリコールモノブチルエーテルが挙げられ、低沸点である第2溶剤としては、有機ビヒクルを溶解しない炭化水素系の混合溶剤等を適宜調整して用いることができる。
【0018】
また、本発明の導電性ペーストにおける導電成分ならびに有機バインダの含有割合は、特に限定はしないが、例えば導電成分としてAg粉末76重量%と、有機ビヒクル24重量%と、を混合したものが挙げられる。
【0019】
本発明のセラミック電子部品の一つの実施形態について、図1に基づいて詳細に説明する。すなわち、セラミック電子部品1は、セラミック素体2と、内部電極3,3と、端子電極4,4と、めっき膜5,5とから構成される。
【0020】
セラミック素体2は、BaTiO3を主成分とする誘電体材料からなるセラミック層2aが複数積層された生のセラミック素体が焼成されてなる。
【0021】
内部電極3,3は、セラミック素体2内のセラミック層2a間にあって、複数の生のセラミック層2a上に導電性ペーストが印刷され、生のセラミック層とともに積層されてなる生のセラミック素体と同時焼成されてなり、内部電極3,3のそれぞれの端縁は、セラミック素体2の何れかの端面に露出するように形成されている。
【0022】
端子電極4,4は、セラミック素体2の端面に露出した内部電極3,3の一端と電気的かつ機械的に接合されるように、本発明の導電性ペーストがセラミック素体2の端面に塗布され焼付けられてなる。
【0023】
めっき膜5,5は、例えば、SnやNi等の無電解めっきや、はんだめっき等からなり、端子電極4,4上に少なくとも1層形成されてなる。
【0024】
なお、本発明のセラミック電子部品のセラミック素体2の材料は、上述の実施形態に限定されることなく、例えばPbZrO3等その他の誘電体材料や、絶縁体、磁性体、半導体材料からなっても構わない。また、セラミック素体2は、1枚のセラミック層2aから構成されていてもよく、また何層形成されていても構わない。また、本発明の積層セラミック電子部品の内部電極3の枚数は、上述の実施形態に限定されることなく、必ずしも備えている必要はなく、また何層形成されていても構わない。また、めっき膜5,5は、必ずしも備えている必要はなく、また何層形成されていても構わない。
【0025】
【実施例】
まず、有機バインダとしてエチルセルロース、第1溶剤としてジエチレングリコールモノブチルエーテル(沸点230℃)、第2溶剤としてシェルゾールD40(蒸留温度、初留点162℃、終点197℃:昭和シェル石油製)を準備し、表1に示した割合で混合し、試料A〜Eの有機ビヒクルを作製した。
【0026】
なお、シェルゾールD40溶剤は、室温におけるエチルセルロースの飽和溶液濃度が1%未満であって、本発明において、有機バインダを溶解し得ない溶剤に相当するものである。
【0027】
次いで、比較例として、上述した試料A〜Eの有機ビヒクルと同じ有機バインダならびに第1溶剤を準備し、第2溶剤を含有させることなく、表1に示した割合で混合し、試料Fの有機ビヒクルを作製した。
【0028】
次いで、比較例として、上述した試料A〜Eの有機ビヒクルと同じ有機バインダならびに第1溶剤と、第1溶剤との沸点温度差が30℃以上であるが、有機バインダであるエチルセルロースを溶解する2−ブトキシエタノール(沸点170℃)を準備し、表1に示した割合で混合し、試料Gの有機ビヒクルを作製した。
【0029】
次いで、比較例として、上述した試料A〜Eの有機ビヒクルと同じ有機バインダならびに第1溶剤と、有機バインダであるエチルセルロースを溶解しないが、第1溶剤の沸点との沸点温度差が20℃未満であるn−ドデカン(沸点216℃)を準備し、表1に示した割合で混合し、試料Hの有機ビヒクルを作製した。
【0030】
【表1】
【0031】
次いで、試料A〜D,F〜Hの有機ビヒクル25重量%と、導電成分として銀粉末70重量%と、無機バインダとしてB−Si−Pb−O系ガラスフリット5重量%と、をそれぞれ準備して混合し、ボールミルを用いて分散させて、試料1〜7の導電性ペーストを作製した。なお、試料Eの有機ビヒクルは、作成後数時間の放置でゲル化し、ディッピングに必要なペースト流動性が得られないため、導電性ペーストを作製することなく評価を中止した。
【0032】
次いで、内部電極を備え、コンデンサとして機能するチップ形状のセラミック素体の両端面に、試料1〜7の導電性ペーストをディッピングの手法により塗布して、端子電極となるべき電極膜を形成し、これを150℃の熱風オーブンにて乾燥させて、乾燥電極膜を備える試料1〜7の焼付け前セラミック電子部品をそれぞれ100個ずつ得た。そこで、試料1〜7の焼付け前セラミック電子部品の乾燥電極膜の外観形状を観察して皺発生率を算出し、これらを表2にまとめた。なお、皺発生率は、乾燥電極膜に皺が生じている焼き付け前セラミック電子部品の個数を計数し、全数100個に対する割合とした。
【0033】
次いで、試料1〜7の焼成前セラミック電子部品の乾燥電極膜を600℃で焼付けして、外形寸法が3.2mm×2.5mm×1.5mmである試料1〜7のセラミック電子部品を得た。そこで、試料1〜7のセラミック電子部品の端子電極の外観形状を観察して亀裂発生率を算出し、また上述した皺発生率ならびに亀裂発生率に基づいて評価を与え、これらを表2にまとめた。なお、亀裂発生率は、端子電極に亀裂が発生しているセラミック電子部品の個数を計数し、全数100個に対する割合とした。また、評価は、本発明の範囲内となった試料について○、本発明の範囲外である試料について×とした。
【0034】
【表2】
【0035】
表2から明らかであるように、有機バインダを溶解する第1溶剤と、有機バインダを溶解しない第2溶剤とを含有し、かつ第2溶剤の含有量が有機ビヒクル100重量%のうち30〜70重量%である試料A〜Cの有機ビヒクルを用いた試料1〜3のセラミック電子部品は、皺発生率ならびに亀裂発生率が何れも0%であり、本発明の範囲内となった。
【0036】
これに対して、第2溶剤の含有量が有機ビヒクル100重量%のうち20重量%である試料Dの有機ビヒクルを用いた試料4のセラミック電子部品は、皺発生率が70%で亀裂発生率が50%であり、何れも高く劣ったため本発明の範囲外となった。
【0037】
また、第2溶剤を含有しない試料F、有機バインダを溶解する第2溶剤を含有する(有機バインダを溶解しない第2溶剤を含有しない)試料G、ならびに有機バインダを溶解しないが、第1溶剤の沸点との沸点温度差が20℃未満である試料Hの有機ビヒクルを用いた試料5〜7のセラミック電子部品は、皺発生率が100%で亀裂発生率が80〜100%であり、何れも高く劣った。
【0038】
【発明の効果】
以上のように本発明の導電性ペーストは、少なくとも導電成分と、有機ビヒクルと、を含有し、有機ビヒクルは、有機バインダと、有機バインダを溶解し得る第1溶剤と、有機バインダを溶解し得ない第2溶剤と、を含有し、第1溶剤の沸点は、第2溶剤の沸点または蒸留温度の終点より20℃以上高く、第2溶剤の含有量は、有機ビヒクル100重量%のうち30〜70重量%であることを特徴とすることで、乾燥後の電極膜に皺が発生すること、ならびに焼付け後に亀裂が発生することが抑制された端子電極を備える、電気的特性の信頼性が確保されたセラミック電子部品を提供できる。
【0039】
また、本発明のセラミック電子部品は、セラミック素体と、セラミック素体に接するように形成された端子電極と、を備え、端子電極は、本発明の導電性ペーストを用いて形成されていることを特徴とすることで、乾燥後の電極膜に皺が発生すること、ならびに焼付け後に亀裂が発生することが抑制され、電気的特性の信頼性が確保される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一つの実施の形態のセラミック電子部品の断面図である。
【符号の説明】
1, セラミック電子部品
2, セラミック素体
4, 端子電極
Claims (4)
- 少なくとも導電成分と、有機ビヒクルと、を含有し、
前記有機ビヒクルは、有機バインダと、前記有機バインダを溶解し得る第1溶剤と、前記有機バインダを溶解し得ない第2溶剤と、を含有し、
前記第1溶剤の沸点は、前記第2溶剤の沸点または蒸留温度の終点より20℃以上高く、
前記第2溶剤の含有量は、有機ビヒクル100重量%のうち30〜70重量%であることを特徴とする、導電性ペースト。 - 前記第1溶剤の沸点は、前記第2溶剤の沸点または蒸留温度の終点より30℃以上高いことを特徴とする、請求項1に記載の導電性ペースト。
- さらに、無機バインダを含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の導電性ペースト。
- セラミック素体と、セラミック素体に接するように形成された端子電極と、を備えるセラミック電子部品であって、
前記端子電極は、請求項1〜3の何れかに記載の導電性ペーストを用いて形成されていることを特徴とする、セラミック電子部品。
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