JP3850212B2

JP3850212B2 - 導電性ペースト及びそれを用いた積層セラミックコンデンサ

Info

Publication number: JP3850212B2
Application number: JP2000330138A
Authority: JP
Inventors: 守夫園田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2020-10-30
Also published as: JP2002134351A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅粉末及びニッケル粉末を含有した導電性ペーストに関し、詳しくは、浸漬塗布工法により積層セラミックコンデンサの外部電極を形成するのに適した導電性ペーストに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
積層セラミックコンデンサに代表されるチップ型電子部品は、一般に、チップ型電子部品の構成する誘電体ブロックの端面を導電性ペーストに浸漬して、誘電体ブロックの端面及び両端の端部にまで回り込んで導電性ペーストを付着させる浸漬塗布工法が用いられており、その後、誘電体ブロックに付着させた導電性ペーストを焼き付けることによって外部電極が形成されている。
【０００３】
積層セラミックコンデンサの外部電極を形成するために用いられる従来の導電性ペーストにおいては、通常、導電粉末（例えば銅粉末）として、球状粉末が使用されており、この粉末に、ガラスフリット及びべース樹脂と有機溶剤とで作製された有機ビヒクル等を混合して構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、導電性ペーストは、球状の銅粉末を用いているために、塗布、乾燥時における形状性が悪く、表面の平坦性や平滑性が確保できないという問題があった。
【０００５】
すなわち、図３に示すように、導電性ペーストを用いた積層セラミックコンデンサ２０の場合、外部電極２４の誘電体ブロック２１の端面から両主面にかけて回り込んだ部分の厚み（ｔ）（以後、表面厚みと呼ぶ）が厚くなりすぎる。従って、実装工程で用いられる自動実装機の真空吸引式吸着ノズル２６を、通常は主面側の外部電極２４が形成されていない部分に吸着させているが、吸着ノズル２６により積層セラミックコンデンサ２０を吸着する場合、吸着ノズル２６の下端面が接することになる誘電体ブロック２１の上面（吸着面）の外部電極２４が形成される部分と形成されていない部分の境界部に大きな段差が形成されるため、真空吸引による吸着信頼性が低下するというものである。
【０００６】
また、表面厚み（ｔ）が大きいため、誘電体ブロック２１の下面と実装基板２７との間に大きな隙間が形成され、吸着ノズル２６を積層セラミックコンデンサ２０に押し付けて吸着したりする際に、誘電体ブロック２１が大きく撓んでクラック２５が生じたり、場合によっては誘電体ブロック２１が割れてしまうという問題点があった。
【０００７】
さらに、このような積層セラミックコンデンサ２０を搬送し、実装基板２７に搭載する際には、複数の積層セラミックコンデンサ２０を収納するスティックケース、テーピング、バルクカセットなどに収納し、実装位置まで積層セラミックコンデンサを搬送して１つずつ実装することが行われる。
【０００８】
このとき、例えば図４に示すスティックケース２８は、収納された積層セラミックコンデンサが順次導出されるように、スティックケース２８の幅と積層セラミックコンデンサ２０の幅が略近似している。
【０００９】
このようなスティックケース２８に積層セラミックコンデンサ２０を収容して実装位置に導出する場合、表面厚み（ｔ）が大きいと、スティックケース２８内の途中で引っかかってしまい、積層セラミックコンデンサ２０をスティックケース２８から実装基板２７上の所定位置に実装する際に、安定して導出できなくなる。
さらに、バルク実装、すなわちバルクケース中に収容された積層セラミックコンデンサ２０が、フィーダー部に搬送され、吸着ノズル２６に吸着される場合も、フィーダー部において、同様の問題点があった。
【００１０】
一方、フレーク状の銅粉末を用いた場合、焼結性が悪くなるため、容量低下が起こるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、積層セラミックコンデンサの外部電極を形成するために用いた場合に、表面厚みを薄くして、実装時の不具合を解決し、またガラスフリット添加量を調節することにより、外部電極と誘電体ブロックとの接着強度を向上させることができ、しかも容量低下を起こすことがない導電性ペーストを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性ペーストは、少なくともニッケル粉末、フレーク状の銅粉末及びガラスフリットを含み、チップ型電子部品の所定の面に塗布することで外部電極として形成する導電性ペーストであって、前記銅粉末の最長径の平均が５〜１５μｍの範囲にあり、かつ前記ニッケル粉末の平均粒径が１．５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の導電性ペーストを図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の導電性ペーストを形成した積層セラミックコンデンサの外観斜視図であり、図２は、その断面図である。
【００１５】
図において、１０は積層セラミックコンデンサ、１は誘電体ブロックであり、２は誘電体ブロック１を構成する誘電体層、３は誘電体ブロック１内に形成した内部電極であり、４は本発明の導電性ペーストにより形成した外部電極である。
【００１６】
誘電体層２は、チタン酸バリウムを主成分とする非還元性誘電体材料及びガラス成分を含む誘電体材料からなり、その形状は、２．０ｍｍ×１．２ｍｍなどである。この誘電体層２が図上、上方向に積層して誘電体ブロック１が構成される。なお、誘電体層２の形状、厚み、積層数は容量値によって任意に変更することができる。
【００１７】
内部電極３は、ニッケルを主成分とする材料から構成されている。そして、誘電体層２の積層方向に隣接しあう２つの内部電極３は、互いに誘電体ブロック１の異なる端面側に延出し、各々異なる外部電極４に接続されている。その厚みは、１〜２μｍとしている。
【００１８】
外部電極４は下地導体膜４１からなる。その表面には、表面メッキ層４２を形成してもよい。下地導体膜４１は、少なくともニッケル粉末、フレーク状の銅粉末及びガラスフリットによって構成されている。表面メッキ層４２は、Ｎｉメッキ、Ｓｎメッキ、半田メッキなどが例示できる。
【００１９】
ここで、下地導体膜４１を形成する導電性ペーストは、フレーク状銅粉末の最長径の平均が５〜１５μｍの範囲にあり、かつニッケル粉末の平均粒径が１．５μｍ以下とするのが好ましい。
ここで、フレーク状銅粉末の最長径の平均を５μｍ未満にした場合、銅粉末の表面積が大きくなるため、焼き付けの際に酸化しやすくなり、銅粉末の酸化による容量低下が起こる。逆に、フレーク状銅粉末の最長径の平均を１５μｍより大きくした場合や、ニッケル粉末の平均粒径を１．５μｍより大きくした場合、焼結性及び膜密度が低下し、メッキ液や湿気に対する封止性が低下するため、熱衝撃（ΔＴ）試験において、クラックが発生する。
また、ニッケル粉末の平均粒径の下限は、製造の容易さの点から、約０．５μｍが妥当な値と考えられる。また、ニッケル粉末の形状は、特に制限はないが、平均粒径が１．５μｍ以下であることから、製造の容易さの点から、球状が望ましい。
なお、フレーク状粉末とは、形状としてほぼ平坦で微細な小片からなる粉末で、例えば、りん片状粉末があげられる。
【００２０】
また、フレーク状粉末の平均粒径とは、長辺における平均粒径のことをいう。また、フレーク状銅粉末とニッケル粉末の混合比としては、重量比率で銅粉末：ニッケル粉末＝１００：０〜５０：５０の範囲、好ましくは９０：１０〜７０：３０の範囲にあることが望ましい。これは、ニッケル粉末の割合がこの範囲より大きくなると、浸漬塗布後の形状不良が起こることによる。
【００２１】
また、銅粉末及びニッケル粉末１００重量％中に、ガラスフリット６〜１５重量％を含有させていることが望ましい。即ち、ガラスフリットの添加量を銅粉末に対して６重量％未満にした場合、誘電体ブロック１と外部電極４との接着強度が弱くなり、また、銅粉末の焼結性が低下し、ガラス自体による封止性も低下するため、信頼性が低下するという問題点がある。逆に、ガラスフリットの添加量を銅粉末に対して１５重量％より大きくした場合、過剰なガラスが外部電極４表面に浮き出たり、誘電体磁器表面に流れ出るなどの外観上の問題や、焼き付けの際にチップをのせる冶具に融着するという問題点がある。
本発明の導電性ペーストは、フレーク状銅粉末を用いているため、塗布する際に、表面の平坦性や平滑性が確保される。このことは、フレーク状銅粉末を用いているために、導電性ペーストの流動性が向上したためと考えられる。
これらのことから、本発明の導電性ペーストを用いた積層セラミックコンデンサは、表面厚み（ｔ）を極端に小さくすることができる。この表面厚み（ｔ）が小さいほど、実装時の吸着ノズル２６による吸着安定性に優れ、しかもスティックケース２８内に搬送しても、安定した出入れが可能である。しかし、外部電極４は、ガラスフリットを介して誘電体ブロック１の周囲面と接続しており、表面厚み（ｔ）が小さくなると、金属粉末と誘電体ブロック１の間に介在できるガラスフリット量が少なくなるため、外部電極４と誘電体ブロック１の周囲面固着強度が低下する。このため、表面厚み（ｔ）の値は５〜２０μｍの範囲にあることが望ましい。
ガラスフリットは、焼き付け温度が８００〜９００℃であるため、ガラスの種類としては、Ｂ、Ｂａ、Ｚｎ成分を含有し、かつ６００〜６５０℃に軟化点を有する酸化物ガラスであることが望ましい。これは、軟化点が高すぎると焼結性が低下し、また低すぎると外部電極４表面にガラスが染み出すことによる。また、環境汚染を防止するために、ガラスフリットはＰｂを含まないものが望ましい。かくして本発明の積層セラミックコンデンサ１０によれば、フレーク状の銅粉末の最長径の平均が５〜１５μｍの範囲にあり、かつニッケル粉末の平均粒径が１．５μｍ以下であるため、積層セラミックコンデンサ１０の外部電極４を形成するために用いた場合に、表面厚み（ｔ）を薄くして、実装時の不具合を解決し、またガラスフリット添加量を調節することにより、外部電極４と誘電体ブロック１との接着強度を向上させることができ、しかも容量低下を起こすことがない。
すなわち、フレーク状銅粉末を用いているため、塗布する際に、表面の平坦性や平滑性が確保されるものである。
このことから、吸着ノズル２６が接することになる誘電体ブロック１の上面の外部電極４が形成される部分と形成されていない部分との境界部に大きな段差が形成されることを防止して、真空吸引による吸着信頼性を向上させることができる。
また、表面厚み（ｔ）を小さくすることができるため、実装の際に、誘電体ブロック１の下面と実装基板２７の間に大きな隙間が形成されることを防止して、吸着ノズル２６を押し付けたときに誘電体ブロック１にクラックが生じたり、割れたりすることを防止することができる。
さらに、積層セラミックコンデンサをチップマウント装置によりバルク状態で取り扱う際に、種々の方向から加わる機械的衝撃による誘電体ブロック１の割れや外部電極４の剥がれなどを防止して、生産性を向上させることが可能になる。
【００２２】
同時に、表面厚み（ｔ）を小さくすることができ、さらにはばらつきを小さくすることができるため、実装の際に、積層セラミックコンデンサ１０のスティックケース２８や実装機のフィーダー部からの出入れが非常に容易となる。
また、フレーク状銅粉末にニッケル粉末を添加しているため、ニッケル粉末が銅粉末より酸化されにくいことから、焼き付けの際に酸化しにくくなり、銅粉末の酸化による容量低下が低減する。さらに、フレーク状銅粉末の最長径の平均が１５μｍ以下であり、かつニッケル粉末の平均粒径が１．５μｍ以下であるため、焼結性及び膜密度が向上し、メッキ液や湿気に対する封止性が良好になるため、熱衝撃（ΔＴ）試験におけるクラックが低減する。
なお、本発明は上記の実施の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々の変更や改良等は何ら差し支えない。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実験例を以下に示す。
【００２４】
表１に示すようなフレーク状銅粉末とニッケル粉末とを８０：２０の重量比率で混合しながら、金属成分１００重量％に対して、ホウケイ酸アルカリ酸化物系のガラスフリット１５重量％を添加し、さらに、アクリルバインダー等の樹脂成分、溶剤及び粘性適正剤を回転式混練機に投入し、３０〜６０分間、ペースト状になるまで仮混練する。次に３本ロールにて混練し、分散を促進させ、メッシュパスにて粗大粒、潰れた粉末などを除去した後、粘度・固形分等の特性を調整し、外部電極ペーストとする。
【００２５】
外部電極４の形成方法は、誘電体ブロック１の両端面部分に外部電極４の下地導体形成用の導電性ペーストをディッピング方法にて導電性ペーストを塗布し、１００〜２００℃にて乾燥を行い中性雰囲気（酸素濃度：１０〜３００ｐｐｍ）中で５００℃まで昇温する。その後、ガラスと銅粉末との濡れ性を向上し焼結性を促進させるため中性雰囲気（酸素濃度：１〜１００ｐｐｍ）中で、焼き付けピーク温度（８５０〜９５０℃）まで昇温する。続いて、焼き付けピーク温度で１０〜１５分保持して下地導体４１の焼き付けを行う。その後、ニッケル及びＳｎ、またはＳｎ―Ｐｂの電解メッキを行い、積層セラミックコンデンサ１０の外部電極４を得る。
具体的には、２０１２型（Ｌ寸法：２．０ｍｍ、Ｗ寸法：１．２ｍｍ）の容量値４．７μＦ、温度特性Ｆ特性、定格電圧１０Ｖとなる積層セラミックコンデンサとした。なお、焼成温度は、試料Ｎｏ．１は７５０℃、試料Ｎｏ．２〜１２は９００℃とした。
【００２６】
上記の製造方法に従って、表１に示すように、導電性ペーストにおいて、銅粉末の形状、平均粒径及びニッケル粉末の平均粒径、焼成温度を適宜変化させた積層セラミックコンデンサ１０を作製し、外部電極４の剥離、表面厚み（ｔ）、静電容量、熱衝撃（ΔＴ）試験、絶縁抵抗試験を行った。
【００２７】
なお、ここでいう平均粒子径は、レーザー散乱型粒度分布測定装置により測定することができる。本発明においては、前記装置としてマスターサイザー（マルバン社製）を用いて測定した。
【００２８】
また、外部電極４の剥離は、焼き付け直後のチップ５０個の端面の外観を金属顕微鏡で観察し、発生数を調査した。
【００２９】
また、表面厚み（ｔ）は、焼結体の研磨面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影し、得られたＳＥＭ像から求めた値に、倍率を掛けることにより算出し、２０μｍ未満であるものを良品、２０μｍ以上であるものを不良品とした。
【００３０】
また、静電容量（Ｃａｐ）は、インピーダンスアナライザーを用いて、１Ｖ、１ｋＨｚの条件で測定し、４．７μＦ以上であるものを良品、４．７μＦ未満であるものを不良品とした。
【００３１】
また、熱衝撃（ΔＴ）試験は、２００個のチップを２８０℃の高温半田槽に２秒浸し、クラックの発生数を調査した。
【００３２】
これらの結果を表１に記載する。
【００３３】
【表１】

【００３４】
なお、表１において試料Ｎｏ．に＊を付したものは、比較例である。
【００３５】
表１のように、導電性ペーストに含有するフレーク状銅粉末の最長径の平均が５〜１５μｍの範囲にあり、かつニッケル粉末の平均粒径が１．５μｍ以下である導電性ペースト（試料Ｎｏ．５〜７，９〜１１）では、外部電極４の剥離が０／５０個、表面厚み（ｔ）が２０μｍ未満となり、酸化による容量低下（容量抜け）がなく、熱衝撃（ΔＴ）試験におけるクラック発生数が０／２００個となる良好な積層セラミックコンデンサとなるものであることが理解される。
【００３６】
これに対し、銅粉末が球状であり、焼成温度が７５０℃の場合（試料Ｎｏ．１）は、表面厚み（ｔ）が３５μｍとなり、熱衝撃（ΔＴ）試験におけるクラックが１／２００個発生した。
【００３７】
また、銅粉末が球状であり、焼成温度が９００℃の場合（試料Ｎｏ．２）は、表面厚み（ｔ）が３２μｍとなり、過剰に焼結し、外部電極４の端部が焼き縮んで、磁器からの剥離が１／５０個発生した。
【００３８】
また、フレーク状銅粉末にニッケル粉末を添加しなかった場合（試料Ｎｏ．３）は、静電容量（Ｃａｐ）が４．５５μＦとなった。
【００３９】
また、フレーク状銅粉末の最長径の平均が２０μｍの場合（試料Ｎｏ．４）は、熱衝撃（ΔＴ）試験におけるクラックが１／２００個発生した。
【００４０】
一方、フレーク状銅粉末の最長径の平均が３μｍの場合（試料Ｎｏ．８）は、静電容量（Ｃａｐ）が２．８２μＦとなった。
【００４１】
また、ニッケル粉末の平均粒径が１．７μｍの場合（試料Ｎｏ．１２）は、熱衝撃（ΔＴ）試験におけるクラックが１／２００個発生した。
【００４２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の導電性ペーストは、フレーク状の銅粉末の最長径の平均が５〜１５μｍの範囲にあり、かつニッケル粉末の平均粒径が１．５μｍ以下であるため、積層セラミックコンデンサの外部電極を形成するために用いた場合に、表面厚みを薄くして、実装時の不具合を解決し、またガラスフリット添加量を調節することにより、外部電極と誘電体ブロックとの接着強度を向上させることができ、しかも容量低下を起こすことがない。
すなわち、フレーク状銅粉末を用いているため、塗布する際に、表面の平坦性や平滑性が確保されるものである。
このことから、本発明の導電性ペーストを用いた積層セラミックコンデンサは、表面厚み（ｔ）を極端に小さくすることができるため、吸着ノズルが接することになる誘電体ブロックの上面の外部電極が形成される部分と形成されていない部分との境界部に大きな段差が形成されることを防止して、真空吸引による吸着信頼性を向上させることができる。
また、表面厚み（ｔ）を小さくすることができるため、実装の際に、誘電体ブロックの下面と実装基板の間に大きな隙間が形成されることを防止して、吸着ノズルを押し付けたときに誘電体ブロックにクラックが生じたり、割れたりすることを防止することができる。
さらに、積層セラミックコンデンサをチップマウント装置によりバルク状態で取り扱う際に、種々の方向から加わる機械的衝撃による誘電体ブロックの割れや外部電極の剥がれなどを防止して、生産性を向上させることが可能になる。
【００４３】
同時に、表面厚み（ｔ）を小さくすることができ、さらにはばらつきを小さくすることができるため、実装の際に、積層セラミックコンデンサのスティックケースや実装機のフィーダー部からの出入れが非常に容易となる。
また、フレーク状銅粉末にニッケル粉末を添加しているため、ニッケル粉末が銅粉末より酸化されにくいことから、焼き付けの際に酸化しにくくなり、銅粉末の酸化による容量低下が低減する。さらに、フレーク状銅粉末の最長径の平均が１５μｍ以下であり、かつニッケル粉末の平均粒径が１．５μｍ以下であるため、焼結性及び膜密度が向上し、メッキ液や湿気に対する封止性が良好になるため、熱衝撃（ΔＴ）試験におけるクラックが低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導電性ペーストを用いた積層セラミックコンデンサの外観斜視図である。
【図２】本発明の導電性ペーストを用いた積層セラミックコンデンサの断面図である。
【図３】従来の導電性ペーストを用いた積層セラミックコンデンサの問題点を示す平面図である。
【図４】従来の導電性ペーストを用いた積層セラミックコンデンサの他の問題点を示す平面図である。
【符号の説明】
１０、２０積層セラミックコンデンサ
１、２１誘電体ブロック
２誘電体磁器層
３内部電極
４、２４外部電極
２５クラック
２６吸着ノズル
２７実装基板
２８スティックケース
ｔ表面厚み

Claims

少なくともニッケル粉末、フレーク状の銅粉末及びガラスフリットを含み、チップ型電子部品の所定の面に塗布することで外部電極として形成する導電性ペーストであって、
前記銅粉末の最長径の平均が５〜１５μｍの範囲にあり、かつ前記ニッケル粉末の平均粒径が１．５μｍ以下であることを特徴とする外部電極用導電性ペースト。
誘電体層を複数積層して成る誘電体ブロックの各層間に、ニッケルを主成分とする内部電極を配設するとともに、各内部電極を交互に対向する誘電体ブロックの端面側に延出させ、該各延出部を前記誘電体ブロックの端面に請求項１の導電性ペーストを用いて形成された外部電極に接続したことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。