JP3840936B2

JP3840936B2 - セラミック電子部品

Info

Publication number: JP3840936B2
Application number: JP2001278636A
Authority: JP
Inventors: 昭宏藤井; 謙治河端; 修司渡部; 満永島; 真一小林; 修山岡
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: JP2003086452A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はセラミック電子部品に関し、特にセラミック素子の表面に形成される電極にリード端子が取り付けられる、たとえばセラミックコンデンサやセラミックフィルタなどのセラミック電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、セラミックコンデンサは、セラミック誘電体からなる板状のセラミック素子の両主面に電極が形成され、これらの電極にリード端子がそれぞれはんだで接合された構造を有している。
従来のセラミックコンデンサには、電極として、はんだ付けが容易な金属であるＡｇやＣｕなどを導電成分とする電極ペーストを塗布し焼付けることによって形成される焼付け電極や湿式めっき法によって形成されるめっき電極が採用されている。
また、従来のセラミックコンデンサには、電極として、はんだに含まれているＳｎの拡散が生じにくく安価な金属であるＺｎやＮｉなどを導電成分とする電極ペーストを塗布し焼付けることによって形成される焼付け電極や湿式めっき法によって形成されるめっき電極の採用が検討されている。
しかしながら、ＡｇやＣｕなどからなる焼付け電極やめっき電極を用いたセラミックコンデンサでは、高温下（たとえば１５０℃程度の温度）で使用した場合、リード端子を接合するために用いられているはんだに含まれているＳｎが電極内に拡散し、セラミック素子と電極との密着力が低下し、場合によっては、セラミックコンデンサの誘電損失が増加したり、セラミック素子と電極との間に発生した空隙でコロナ放電が生じてセラミック素子や電極が破壊したりするという問題がある。
また、ＺｎやＮｉなどからなる焼付け電極やめっき電極を用いたセラミックコンデンサでは、電極にリード端子をはんだで接合しにくいため、リード線をはんだで接合するためには、信頼性上問題があるとされている塩素系フラックスを用いたり、接合用の電極を別に設けたりする必要があるという問題がある。
そこで、リード端子の電極へのはんだ付け性が良好でありかつ高温下で使用してもはんだ食われの進行がないセラミックコンデンサ（磁器コンデンサ）が、たとえば特開平１０−１４９９４３号に提案されている。特開平１０−１４９９４３号に開示されているセラミックコンデンサは、セラミック素子の表面にスパッタリング法などの乾式めっき法によって３層構造の電極を形成し、３層構造の電極にリード端子をはんだで接合したセラミックコンデンサである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平１０−１４９９４３号に開示されているセラミックコンデンサでは、高温に晒された場合、リード端子を接合するためのはんだに含まれているＰｂおよびＢｉが電極およびセラミック素子の界面に拡散されてしまい、電極およびセラミック素子の界面へのＰｂおよびＢｉの拡散によるリード端子の引張強度の劣化の進行を防ぐことが難しい。
また、近年、地球環境保護のために、Ｐｂを含まないはんだを使用する市場の要求が高まっている。
そこで、セラミックコンデンサにおいて、Ｐｂを含まないはんだでリード端子を電極に接合することが考えられる。
ところが、Ｐｂを含まないはんだは、Ｐｂを含むはんだと比べて、液相線温度が上昇し、高温下での接合が必要となるため、セラミックコンデンサにおいて、Ｐｂを含まないはんだを使用すれば、はんだによるリード端子の接合時に電極が酸化され、導電性が劣化するなどの要因によってコンデンサ特性の劣化の問題が生じる。
なお、上述のような問題は、セラミックフィルタなど他のセラミック電子部品においても存在する。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、リード端子の電極へのはんだ付け性が良好であり、高温下でのはんだによるリード端子の接合時の電極の酸化による特性の劣化が少なく、高温下での使用による電極の劣化が少なく、しかも、高温下での使用によるリード端子の引張強度の劣化が少ない、セラミック電子部品を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかるセラミック電子部品は、セラミック素子と、セラミック素子の表面に形成される電極と、電極に取り付けられるリード端子とを含むセラミック電子部品であって、電極は、セラミック素子の表面に密着するように形成され、Ｎｉ−Ｔｉ合金からなる第１電極層と、第１電極層上に形成され、Ｃｕからなる第２電極層と、第２電極層上に形成され、Ｎｉ−Ｔｉ合金からなる第３電極層と、第３電極層上に形成され、Ｃｕからなる第４電極層とを備えた４層構造を有し、リード端子は、４層構造を有する電極に、ＰｂもＢｉも含まないはんだで接合される、セラミック電子部品である。
この発明にかかるセラミック電子部品では、はんだがＳｎ−Ｃｕからなることが、後述の理由によって好ましい。
また、この発明にかかるセラミック電子部品では、第１電極層、第２電極層、第３電極層および第４電極層は、たとえばスパッタリング法などの乾式めっき法で形成される。
【０００６】
この発明にかかるセラミック電子部品では、電極の第１電極層、第２電極層、第３電極層および第４電極層は、それぞれ次の機能を有する。
第１電極層は、セラミック素子と電極との適度な結合性を確保する機能を有する。
第２電極層は、高温下での電極の導電性を確保し特性の劣化を防止する機能を有する。
第３電極層は、はんだの成分の拡散が電極の第２電極層にまで進行しないように、はんだの成分の拡散を防止する機能を有する。
第４電極層は、電極の良好なはんだ濡れ性を確保し、リード端子の電極へのはんだ付け性を良好にする機能を有する。
さらに、この発明にかかるセラミック電子部品では、リード端子を接合するためのはんだがＰｂもＢｉも含まないので、高温下で使用されても、リード端子を接合するためのはんだからＰｂおよびＢｉが拡散されることがなく、電極およびセラミック素子の界面へのＰｂおよびＢｉの拡散によるリード端子の引張強度の劣化が防がれる。
したがって、この発明によれば、リード端子の電極へのはんだ付け性が良好であり、高温下でのはんだによるリード端子の接合時の電極の酸化による特性の劣化が少なく、高温下での使用による電極の劣化が少なく、しかも、高温下での使用によるリード端子の引張強度の劣化が少ない、セラミック電子部品が得られる。
また、この発明にかかるセラミック電子部品において、はんだがＳｎ−Ｃｕからなる場合、はんだ濡れ性がよくなり、電極食われが起こりにくくなる点で好ましい。
さらに、この発明にかかるセラミック電子部品では、第１電極層および第３電極層がＮｉ−Ｔｉ合金からなるので、引張強度が低下しにくく、しかも、電気的特性やコストおよび工程の面から好ましく、また、第２電極層および第４電極層がＣｕからなるので、導電性やコストの面から好ましい。
【０００７】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例）
図１はこの発明の一実施例であるセラミックコンデンサを示す側面断面図解図であり、図２はそのセラミックコンデンサの正面断面図解図である。図１および図２に示すセラミックコンデンサ１０は、ＳｒＴｉＯ₃ 系のセラミック誘電体からなる円板状のセラミック素子１２を含む。このセラミック素子１２は、直径が１３ｍｍに形成され、厚さが０．５ｍｍに形成される。
【０００９】
セラミック素子１２の両主面には、電極１４ａおよび１４ｂがそれぞれ形成される。一方の電極１４ａは、セラミック素子１２側から順に第１電極層１６ａ、第２電極層１８ａ、第３電極層２０ａおよび第４電極層２２ａを備えた４層構造を有する。同様に、他方の電極１４ｂも、セラミック素子１２側から順に第１電極層１６ｂ、第２電極層１８ｂ、第３電極層２０ｂおよび第４電極層２２ｂを備えた４層構造を有する。
【００１０】
第１電極層１６ａおよび１６ｂは、Ｎｉ−Ｔｉ合金（Ｔｉ７．５ｗｔ％合金）からなり、それぞれの厚さが２００ｎｍになるように、セラミック素子１２の表面に密着するように形成される。
第２電極層１８ａおよび１８ｂは、Ｃｕからなり、それぞれの厚さが３００ｎｍになるように、第１電極層１６ａおよび１６ｂ上に形成される。
第３電極層２０ａおよび２０ｂは、Ｎｉ−Ｔｉ合金（Ｔｉ７．５ｗｔ％合金）からなり、それぞれの厚さが１００ｎｍになるように、第２電極層１８ａおよび１８ｂ上に形成される。
第４電極層２２ａおよび２２ｂは、Ｃｕからなり、それぞれの厚さが１００ｎｍになるように、第３電極層２０ａおよび２０ｂ上に形成される。
【００１１】
上述の第１電極層１６ａ、１６ｂ、第２電極層１８ａ、１８ｂ、第３電極層２０ａ、２０ｂおよび第４電極層２２ａ、２２ｂは、セラミック素子１２を１０^-2Ｐａの真空中で１００℃に加熱した後、セラミック素子１２の両主面にスパッタリング法によって形成される。
【００１２】
電極１４ａおよび１４ｂの第４電極層２２ａおよび２２ｂには、Ｓｎめっき軟銅線からなる直径０．６ｍｍのリード端子２４ａおよび２４ｂが、Ｓｎ−Ｃｕ（Ｓｎ／Ｃｕ＝９９．３／０．７）からなるはんだ２６ａおよび２６ｂではんだ付けされ接合される。
【００１３】
このセラミックコンデンサ１０では、電極１４ａおよび１４ｂの第１電極層１６ａおよび１６ｂは、セラミック素子１２と電極１４ａおよび１４ｂとの適度な結合性を確保する機能を有する。
また、電極１４ａおよび１４ｂの第２電極層１８ａおよび１８ｂは、高温下での電極１４ａおよび１４ｂの導電性を確保し特性の劣化を防止する機能を有する。
さらに、電極１４ａおよび１４ｂの第３電極層２０ａおよび２０ｂは、はんだ２６ａおよび２６ｂの成分であるＳｎの拡散が電極１４ａおよび１４ｂの第２電極層１８ａおよび１８ｂにまで進行しないように、はんだ２６ａおよび２６ｂの成分の拡散を防止する機能を有する。
また、電極１４ａおよび１４ｂの第４電極層２２ａおよび２２ｂは、電極１４ａおよび１４ｂの良好なはんだ濡れ性を確保し、リード端子２４ａおよび２４ｂの電極１４ａおよび１４ｂへのはんだ付け性を良好にする機能を有する。
さらに、このセラミックコンデンサ１０では、リード端子２４ａおよび２４ｂを接合するためのはんだ２６ａおよび２６ｂがＳｎ−ＣｕからなりＰｂもＢｉも含まないので、高温下で使用されても、はんだ２６ａおよび２６ｂからＰｂやＢｉが拡散されることがなく、電極１４ａおよび１４ｂとセラミック素子１２との界面へのＰｂやＢｉの拡散によるリード端子２４ａおよび２４ｂの引張強度の劣化が防がれる。
【００１４】
したがって、このセラミックコンデンサ１０では、リード端子２４ａおよび２４ｂの電極１４ａおよび１４ｂへのはんだ付け性が良好であり、高温下でのはんだ２６ａおよび２６ｂによるリード端子２４ａおよび２４ｂの接合時の電極１４ａおよび１４ｂの酸化による特性の劣化が少なく、高温下での使用による電極１４ａおよび１４ｂの劣化が少なく、しかも、高温下での使用によるリード端子２４ａおよび２４の引張強度の劣化が少ない。
さらに、このセラミックコンデンサ１０では、電極１４ａおよび１４ｂの第４電極層２２ａおよび２２ｂがＣｕからなり、かつ、はんだがＳｎ−Ｃｕからなるので、はんだ濡れ性がよく、電極食われが起こりにくい。
【００１５】
（比較例１）
図３は比較例１のセラミックコンデンサを示す正面断面図解図である。図３に示す比較例１のセラミックコンデンサ３０は、図１および図２に示す実施例のセラミックコンデンサ１０と比べて、Ｓｎ−Ｐｂ（Ｓｎ／Ｐｂ＝６／４）からなるはんだ２７ａおよび２７ｂで電極１４ａおよび１４ｂの第４電極層２２ａおよび２２ｂにリード端子２４ａおよび２４ｂがはんだ付けされ接合される。
【００１６】
（比較例２）
図４は比較例２のセラミックコンデンサを示す正面断面図解図である。図４に示す比較例２のセラミックコンデンサ４０は、図１および図２に示す実施例のセラミックコンデンサ１０と比べて、電極１４ａおよび１４ｂが、第１電極層１７ａおよび１７ｂと第２電極層１９ａおよび１９ｂとの２層構造を有する。第１電極層１７ａおよび１７ｂは、Ｎｉ−Ｃｕ合金からなり、それぞれの厚さが４００ｎｍになるように、セラミック素子１２の表面に実施例と同様のスパッタリング法で形成される。また、第２電極層１９ａおよび１９ｂは、Ｃｕからなり、それぞれの厚さが３００ｎｍになるように、第１電極層１７ａおよび１７ｂ上に実施例と同様のスパッタリング法で形成される。
【００１７】
図１および図２に示す実施例、図３に示す比較例１および図４に示す比較例２のセラミックコンデンサ１０、３０および４０を１５０℃の高温下に放置した場合の放置時間とリード端子の引張強度との関係を調べた。その結果を図５のグラフに示す。
【００１８】
図５のグラフに示す結果より、Ｐｂを含むはんだを用いた比較例１のセラミックコンデンサ３０では、リード端子の引張強度が、高温下での放置時間の長さに従って低下していくことが分かる。
また、２層構造の電極を用いた比較例２のセラミックデンデンサ４０では、リード端子の引張強度が、高温下に放置する以前から低いことが分かる。
それに対して、４層構造の電極を用いるとともにＰｂおよびＢｉを含まないはんだを用いた実施例のセラミックコンデンサ１０では、リード端子の引張強度が高温下に１００時間放置した後も高い強度を維持しているという顕著な効果を奏することが分かる。
【００１９】
なお、上述に実施例ではＳｒＴｉＯ₃ 系のセラミック誘電体からなる円板状のセラミック素子が用いられているが、この発明では、他の材料からなるセラミック素子が用いられてもよく、また、他の形状のセラミック素子が用いられてもよい。
【００２０】
また、上述の実施例では電極の第１電極層および第３電極層にＮｉ−Ｔｉ合金が用いられているが、Ｎｉ−Ｔｉ合金の代わりに、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、ＣｒおよびＮｉのうちの１種の金属またはこれらの金属のうちの２種以上の合金が用いられても同様の効果を奏する。
なお、第１電極層および第３電極層に用いる上記の金属またはそれらの合金の中でも、Ｎｉ−Ｔｉが、引張強度が低下しにくく、しかも、電気的特性やコストおよび工程の面から最も好ましいものである。
【００２１】
さらに、上述の実施例では電極の第２電極層および第４電極層にＣｕが用いられているが、Ｃｕの代わりに、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕからなる群より選ばれる少なくとも１種が用いられても同様の効果を奏する。
なお、第２電極および第４電極に用いる上記の金属の中でも、Ｃｕが、導電性やコストの面から最も好ましいものである。
【００２２】
また、上述の実施例では電極の第１電極層、第２電極層、第３電極層および第４電極層がそれぞれ特定の厚みを有するが、この発明ではそれらの厚みは任意に変更されてもよい。
【００２３】
さらに、上述の実施例では電極の第１電極層、第２電極層、第３電極層および第４電極層がスパッタリング法で形成されているが、スパッタリング法の代わりに蒸着など他の乾式めっき法で形成されてもよい。
【００２４】
また、上述の実施例ではＳｎ−Ｃｕからなるはんだが用いられているが、この発明ではＰｂもＢｉも含まない他の材料からなるはんだが用いられてもよい。
【００２５】
また、上述の実施例はセラミック誘電体からなるセラミック素子を用いたセラミックコンデンサであるが、この発明はセラミックフィルタなど他のセラミック電子部品にも適用され得る。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、リード端子の電極へのはんだ付け性が良好であり、高温下でのはんだによるリード端子の接合時の電極の酸化による特性の劣化が少なく、高温下での使用による電極の劣化が少なく、しかも、高温下での使用によるリード端子の引張強度の劣化が少ない、セラミック電子部品が得られる。
また、この発明にかかるセラミック電子部品において、電極の第４電極層がＣｕからなり、かつ、はんだがＳｎ−Ｃｕからなる場合、はんだ濡れ性がよく、電極食われが起こりにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例であるセラミックコンデンサを示す側面断面図解図である。
【図２】図１に示すセラミックコンデンサの正面断面図解図である。
【図３】比較例１のセラミックコンデンサを示す正面断面図解図である。
【図４】比較例２のセラミックコンデンサを示す正面断面図解図である。
【図５】実施例、比較例１および比較例２のセラミックコンデンサを１５０℃の高温下に放置した場合の放置時間とリード端子の引張強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０セラミックコンデンサ
１２セラミック素子
１４ａ、１４ｂ電極
１６ａ、１６ｂ第１電極層
１８ａ、１８ｂ第２電極層
２０ａ、２０ｂ第３電極層
２２ａ、２２ｂ第４電極層
２４ａ、２４ｂリード端子
２６ａ、２６ｂはんだ

Claims

セラミック素子、前記セラミック素子の表面に形成される電極、および前記電極に取り付けられるリード端子を含むセラミック電子部品であって、
前記電極は、
前記セラミック素子の表面に密着するように形成され、Ｎｉ−Ｔｉ合金からなる第１電極層、
前記第１電極層上に形成され、Ｃｕからなる第２電極層、
前記第２電極層上に形成され、Ｎｉ−Ｔｉ合金からなる第３電極層、および
前記第３電極層上に形成され、Ｃｕからなる第４電極層を備えた４層構造を有し、
前記リード端子は、前記４層構造を有する電極に、ＰｂもＢｉも含まないはんだで接合される、セラミック電子部品。
前記はんだはＳｎ−Ｃｕからなる、請求項１に記載のセラミック電子部品。
前記第１電極層、前記第２電極層、前記第３電極層および前記第４電極層は、乾式めっき法で形成される、請求項１または請求項２に記載のセラミック電子部品。