JP4211783B2 - Conductive paste and multilayer ceramic electronic components - Google Patents
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Description
この発明は、導電性ペーストおよび積層セラミック電子部品に関するもので、特に、積層セラミック電子部品の外部電極を形成するために好適に用いられる導電性ペースト、およびこの導電性ペーストを用いて外部電極が形成された積層セラミック電子部品に関するものである。 The present invention relates to a conductive paste and a multilayer ceramic electronic component, and in particular, a conductive paste suitably used for forming an external electrode of a multilayer ceramic electronic component, and an external electrode formed using the conductive paste. The present invention relates to a laminated ceramic electronic component.
この発明にとって興味ある積層セラミック電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサの一般的な構造が図1に断面図で示されている。 A general structure of a multilayer ceramic capacitor as an example of a multilayer ceramic electronic component of interest to the present invention is shown in a sectional view in FIG.
図1に示すように、積層セラミックコンデンサ1は、積層された複数のセラミック層2、およびセラミック層2間の界面に沿って形成された複数の内部導体膜3をもって構成された、積層体4を備えているとともに、積層体4の外表面上であって、積層体4の各端部上に形成された2つの外部電極5を備えている。 As shown in FIG. 1, a multilayer
内部導体膜3は、各々の端縁の一部が積層体4の外表面にまで届くように形成されて外部電極5に電気的に接続されるが、一方の外部電極5に電気的に接続される内部導体膜3と他方の外部電極5に電気的に接続される内部導体膜3とが積層方向に交互に配置されている。 The
また、外部電極5上には、半田濡れ性や耐熱性などを向上させる目的で、たとえば、ニッケルによる第1のめっき膜6が形成され、さらにその上に、錫または半田による第2のめっき膜7が形成される。 On the
このような積層セラミックコンデンサ1において、通常、外部電極5は、導電性金属粉末とガラス粉末と有機ビヒクルとを含有する導電性ペーストを、積層体4の各端部に塗布し、これを焼き付けることによって形成される。 In such a multilayer
ところで、内部導体膜3に含まれる導電成分として、最近では、卑金属、特にニッケルが用いられることが多くなってきている。このように、内部導体膜3がニッケルを主成分とする場合、外部電極5を形成するために用いられる導電性ペーストに含まれる導電性金属粉末としては、銅粉末を用いることが好ましい(たとえば、特許文献1および2参照)。これは、外部電極5の形成のために導電性ペーストを焼き付ける際、内部導体膜3に含まれるニッケルと外部電極5のための導電性ペーストに含まれる銅との間で固相拡散が起こり、Ni−Cu合金を生成して、内部導体膜3と外部電極5との良好な接合状態を確保できるためである。 By the way, as a conductive component contained in the
しかしながら、上述したように、外部電極5の形成のための導電性ペーストが銅を含み、他方、内部導体膜3の形成のための導電性ペーストがニッケルを含む場合において、外部電極5を形成するために導電性ペーストを焼き付けると、外部電極5に含まれる銅が内部導体膜3に含まれるニッケルに過剰に拡散することがある。 However, as described above, when the conductive paste for forming the
このような銅の過剰な拡散は、内部導体膜3を太らせ、そのときに発生する応力によって、積層体4にクラックを生じさせることになる。積層体4で発生したクラックは、積層セラミックコンデンサ1の信頼性を低下させる。 Such excessive diffusion of copper thickens the
上述のような外部電極5に含まれる銅の、内部導体膜3への過剰な拡散を防ぐため、外部電極5の形成のための導電性ペーストの焼付け温度を低くすることが考えられる。 In order to prevent excessive diffusion of copper contained in the
しかしながら、導電性ペーストを低温で焼き付けると、外部電極5の緻密性を十分に確保できないことがある。そのため、前述しためっき膜6および7の形成のためのめっき工程において、めっき液が、外部電極5に存在するオープンポアを通して、あるいは外部電極5に含まれるガラス成分を溶解しながら、積層体4中に浸入し、セラミック層2の電気絶縁性を低下させることがある。 However, when the conductive paste is baked at a low temperature, the denseness of the
なお、外部電極5の緻密性を高めるためには、より高温で焼き付ければよいことになるが、このように高温で焼き付けると、前述したような外部電極5に含まれる銅の内部導体膜3への過剰な拡散が生じることに起因する問題を引き起こすばかりでなく、外部電極5に含まれるガラス成分の流動性が増し、このガラス成分が外部電極5の表面に浮き出し、めっき膜6および7の形成のためのめっき工程において、めっき不良を招くことがある。
そこで、この発明の目的は、上述のような問題を解決し得る、導電性ペーストおよびこれを用いて外部電極が形成された積層セラミック電子部品を提供しようとすることである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a conductive ceramic paste and a multilayer ceramic electronic component in which external electrodes are formed using the conductive paste, which can solve the above-described problems.
この発明は、積層セラミック電子部品の外部電極を形成するために用いられる、導電性ペーストにまず向けられる。この発明に係る導電性ペーストは、銅粉末とガラス粉末と有機ビヒクルとを含有するが、上述した技術的課題を解決するため、さらにFe 2 O 3 粉末を含有することを特徴としている。そして、Fe 2 O 3 粉末は、銅粉末およびFe 2 O 3 粉末の合計体積に対して、3〜40体積%含有し、ガラス粉末は、銅粉末、Fe 2 O 3 粉末およびガラス粉末の合計体積に対して、10〜25体積%含有することを特徴としている。 The present invention is first directed to a conductive paste used for forming an external electrode of a multilayer ceramic electronic component. The conductive paste according to the present invention contains copper powder, glass powder, and an organic vehicle, and is characterized by further containing Fe 2 O 3 powder in order to solve the technical problems described above. Then, Fe 2 O 3 powder, based on the total volume of copper powder and Fe 2 O 3 powder contains 3 to 40 vol%, the glass powder, the total volume of copper powder, Fe 2 O 3 powder and a glass powder In contrast, it is characterized by containing 10 to 25% by volume.
この発明は、また、積層された複数のセラミック層と、セラミック層間の界面に沿って形成された、ニッケルを主成分とする内部導体膜とをもって形成された積層体、ならびに、内部導体膜に電気的に接続されるように積層体の外表面上に形成された、銅を主成分とする外部電極を備える、積層セラミック電子部品にも向けられる。 The present invention also provides a laminate formed of a plurality of laminated ceramic layers and an inner conductor film mainly composed of nickel formed along an interface between the ceramic layers, and an electric current applied to the inner conductor film. In addition, the present invention is also directed to a multilayer ceramic electronic component including an external electrode mainly composed of copper, which is formed on the outer surface of the multilayer body so as to be connected electrically.
この発明に係る積層セラミック電子部品において、上記外部電極が、前述したこの発明に係る導電性ペーストを焼結させて得られた焼結体からなることを特徴としている。 The multilayer ceramic electronic component according to the present invention is characterized in that the external electrode is made of a sintered body obtained by sintering the conductive paste according to the present invention described above.
この発明は、また、チタンを含有する複合酸化物を主成分とする、積層された複数のセラミック層と、セラミック層間の界面に沿って形成された、ニッケルを主成分とする内部導体膜とをもって構成された積層体、ならびに、内部導体膜に電気的に接続されるように積層体の外表面上に形成された、銅を主成分とする外部電極を備える、積層セラミック電子部品にも向けられる。 The present invention also includes a plurality of laminated ceramic layers mainly composed of a composite oxide containing titanium, and an internal conductor film mainly composed of nickel formed along an interface between the ceramic layers. Also directed to a multilayer ceramic electronic component including an external electrode composed mainly of copper and formed on the outer surface of the multilayer body so as to be electrically connected to the internal conductor film. .
上記積層セラミック電子部品において、この発明では、外部電極が、前述したこの発明に係る導電性ペーストを焼結させて得られた焼結体からなるもので、ガラス成分として、鉄酸化物およびチタン酸化物を含有するホウケイ酸亜鉛系ガラスを含み、セラミック層とこれに接する外部電極との界面に、ニッケル、亜鉛、チタンおよび鉄を含有するスピネル構造の結晶相を生成している反応層が形成されていることを特徴としている。 In the multilayer ceramic electronic component, according to the present invention, the external electrode is made of a sintered body obtained by sintering the conductive paste according to the present invention described above, and the glass component includes iron oxide and titanium oxide. A reaction layer that contains a spinel structure crystal phase containing nickel, zinc, titanium, and iron is formed at the interface between the ceramic layer and the external electrode in contact with it. It is characterized by having.
この発明に係る導電性ペーストは、前述したように、所定量のFe 2 O 3 粉末を含有している。このFe 2 O 3 の含有は、導電性ペーストを積層セラミック電子部品の外部電極の形成のために用いたとき、次のような効果をもたらす。 As described above, the conductive paste according to the present invention contains a predetermined amount of Fe 2 O 3 powder. The inclusion of Fe 2 O 3 brings the following effects when the conductive paste is used for forming the external electrodes of the multilayer ceramic electronic component.
まず、導電性ペーストに含有されるFe 2 O 3 は、酸素供与効果があり、焼付け時に還元されて、酸素を放出する。この放出された酸素は、導電性ペーストの脱脂を促進し、導電性ペーストに含有される銅粉末の焼結性を向上させ、結果として、外部電極の緻密性を向上させる。 First, Fe 2 O 3 contained in the conductive paste has an oxygen donating effect and is reduced during baking to release oxygen. This released oxygen promotes degreasing of the conductive paste, improves the sinterability of the copper powder contained in the conductive paste, and as a result, improves the denseness of the external electrode.
また、導電性ペーストの焼付け時において、導電性ペーストに含有されるガラス成分中にFe 2 O 3 が溶解し、このようにFe 2 O 3 が溶解したガラス成分と積層体に備えるセラミック層を構成するセラミックとが反応し、セラミック層とこれに接する外部電極との界面に反応層が形成される。 Further, during baking of the conductive paste, Fe 2 O 3 is dissolved in the glass component contained in the conductive paste, and thus the ceramic component provided in the laminate with the glass component in which Fe 2 O 3 is dissolved is configured. The ceramic which reacts reacts, and a reaction layer is formed at the interface between the ceramic layer and the external electrode in contact therewith.
この反応層は、まず、外部電極の成分が内部導体膜へ過剰に拡散することを防止し、その結果、外部電極に含まれる銅が、内部導体膜に含まれる、たとえばニッケルに過剰に拡散することによって、内部導体膜が太ることを防止し、積層体においてクラックを生じさせにくくすることができる。 This reaction layer first prevents the components of the external electrode from excessively diffusing into the internal conductor film, and as a result, the copper contained in the external electrode is excessively diffused into, for example, nickel contained in the internal conductor film. As a result, the internal conductor film can be prevented from being thickened, and cracks can be hardly generated in the laminate.
また、反応層の存在は、積層体へのめっき液の浸入を効果的に防止する。前述した外部電極の緻密性の向上も、また、めっき液の浸入の防止に寄与する。さらに、導電性ペースト中のガラス成分は、前述したように、ここにFe 2 O 3 が溶解することによって、その耐めっき液溶解性が向上する。このガラス成分の耐めっき液溶解性の向上も、また、めっき液の浸入を防止するのに寄与する。 In addition, the presence of the reaction layer effectively prevents the plating solution from entering the laminate. The above-described improvement in the density of the external electrode also contributes to the prevention of the penetration of the plating solution. Further, as described above, the dissolution resistance of the plating solution is improved by dissolving Fe 2 O 3 in the glass component in the conductive paste. The improvement of the plating solution solubility of the glass component also contributes to preventing the penetration of the plating solution.
このようなことから、この発明によれば、電気絶縁性や耐候性などの信頼性に優れた積層セラミック電子部品を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a monolithic ceramic electronic component having excellent reliability such as electrical insulation and weather resistance.
[図1]図1は、この発明にとって興味ある積層セラミック電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサ1を図解的に示す断面図である。
[図2]図2は、図1に示した積層セラミックコンデンサ1の部分Aを拡大して図解的に示す断面図であり、この発明に係る導電性ペーストを用いて形成された外部電極5とセラミック層2との界面に形成された反応層8を図解するものである。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a multilayer
FIG. 2 is an enlarged sectional view schematically showing a portion A of the multilayer
1 積層セラミックコンデンサ
2 セラミック層
3 内部導体膜
4 積層体
5 外部電極
6,7 めっき膜
8 反応層DESCRIPTION OF
この発明に係る導電性ペーストは、積層セラミック電子部品の外部電極を形成するために用いられるものである。以下に、図1を再び参照しながら、この発明に係る導電性ペーストが積層セラミックコンデンサ1において適用された場合について説明する。なお、積層セラミックコンデンサ1の基本的構成についての説明は、前述の説明を援用する。 The conductive paste according to the present invention is used for forming an external electrode of a multilayer ceramic electronic component. Hereinafter, the case where the conductive paste according to the present invention is applied to the multilayer
積層セラミックコンデンサ1において、外部電極5は、この発明に係る導電性ペーストを積層体4の外表面上に付与し、乾燥させた後、焼成することによって得られた焼結体から構成される。 In the multilayer
導電性ペーストは、銅粉末とガラス粉末と有機ビヒクルとに加えて、Fe 2 O 3 粉末を含有している。ここで、銅粉末は、銅または銅を主成分とする金属からなるものである。また、ガラス粉末としては、たとえばホウケイ酸亜鉛系ガラスからなるものが好適に用いられる。 The conductive paste contains Fe 2 O 3 powder in addition to copper powder, glass powder, and organic vehicle. Here, the copper powder is made of copper or a metal containing copper as a main component . Also, as the glass powder, for example it is preferably used consisting of borosilicate zinc glass.
この発明に係る導電性ペースト中のFe 2 O 3 粉末は、銅粉末およびFe 2 O 3 粉末の合計体積に対して、3〜40体積%含有するようにされる。また、ガラス粉末は、銅粉末、Fe 2 O 3 粉末およびガラス粉末の合計体積に対して、10〜25体積%含有するようにされる。 The Fe 2 O 3 powder in the conductive paste according to the present invention is contained in an amount of 3 to 40% by volume based on the total volume of the copper powder and the Fe 2 O 3 powder. Furthermore, glass powder, copper powder, with respect to the total volume of Fe 2 O 3 powder and glass powder, is adapted to contain 10-25 vol%.
図2は、図1に示した積層セラミックコンデンサ1の部分Aを拡大して図解的に示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an enlarged portion A of the multilayer
図2に示すように、この発明に係る導電性ペーストを用いて外部電極5が形成されたとき、積層体4に備えるセラミック層2とこれに接する外部電極5との界面には、反応層8が形成される。 As shown in FIG. 2, when the
セラミック層2を構成するセラミックとして、たとえばBaTiO3のようなチタンを含有する複合酸化物を主成分とするものが用いられ、内部導体膜3がニッケルを主成分とし、外部電極5を形成するために用いられる導電性ペーストにおいて、ガラス粉末として、ホウケイ酸亜鉛系ガラスからなるものが用いられたとき、外部電極5は、ガラス成分として、鉄酸化物およびチタン酸化物を含有するホウケイ酸亜鉛系ガラスを含む状態となり、反応層8においては、ニッケル、亜鉛、チタンおよび鉄を含有するスピネル構造の結晶相を生成することが確認されている。As the ceramic constituting the
前述したように、導電性ペースト中のFe 2 O 3 粉末の含有量を、銅粉末およびFe 2 O 3 粉末の合計体積に対して、3〜40体積%と限定したのは、次の理由による。 As described above, the content of Fe 2 O 3 powder in the conductive paste is limited to 3 to 40% by volume with respect to the total volume of copper powder and Fe 2 O 3 powder for the following reason. .
すなわち、Fe 2 O 3 粉末の含有量が3体積%未満では、Fe 2 O 3 粉末の含有の効果が十分に発揮されない。そのため、Fe 2 O 3 による酸素供与効果が少なく、導電性ペーストの脱脂を十分に促進し得ず、外部電極5の緻密性を十分に向上させることができない。また、セラミック層2とこれに接する外部電極5との界面に、外部電極5中のガラス成分とセラミックとの反応による反応層が生成されにくく、外部電極5に含有される銅の内部導体膜3中への過剰な拡散を抑制することができず、積層体4においてクラックが生じやすくなってしまう。
That, Fe in 2 O 3 content of the powder is less than 3 vol%, Fe 2 O 3 powder the effect of inclusion of is not sufficiently exhibited. Therefore, the oxygen donating effect by Fe 2 O 3 is small, the degreasing of the conductive paste cannot be sufficiently promoted, and the denseness of the
他方、Fe 2 O 3 粉末の含有量が40体積%を超えると、導電性ペースト中の銅粉末の焼結が抑制され、得られた外部電極5がポーラスな状態となってしまい、積層セラミックコンデンサ1の信頼性が低下する。
On the other hand, when the content of the Fe 2 O 3 powder exceeds 40% by volume, the sintering of the copper powder in the conductive paste is suppressed, and the obtained
また、前述したように、導電性ペースト中のガラス粉末の含有量を、銅粉末、Fe 2 O 3 粉末およびガラス粉末の合計体積に対して、10〜25体積%と限定したのは、10体積%未満であると、外部電極5においてガラス成分によって空隙を十分に埋めることができないために、外部電極5がポーラスな状態となり、他方、25体積%を超えると、外部電極5の表面にガラス成分が比較的多く析出し、めっき不良を招くことがあるからである。
In addition, as described above, the content of the glass powder in the conductive paste is limited to 10 to 25% by volume with respect to the total volume of the copper powder, the Fe 2 O 3 powder, and the glass powder. If it is less than%, the
なお、導電性ペーストの焼付け時の脱脂を促進するため、導電性ペーストに含有されるFe 2 O 3 粉末の酸素供与効果によることに代えて、焼付け時の雰囲気の酸素濃度を上げることが考えられるが、このように、雰囲気の酸素濃度を上げても、外部電極5の表面層の脱脂は促進される可能性があるが、外部電極5の内部では脱脂の十分な促進を望むことができない。
In order to promote degreasing during baking of the conductive paste, it is conceivable to increase the oxygen concentration in the atmosphere during baking instead of the oxygen donating effect of the Fe 2 O 3 powder contained in the conductive paste. However, even if the oxygen concentration in the atmosphere is increased as described above, degreasing of the surface layer of the
また、導電性ペーストにFe 2 O 3 粉末を含有させることに代えて、導電性ペーストに含有されるガラス成分にFe 2 O 3 を含有させることも考えられる。しかしながら、ガラス成分中のFe 2 O 3 は、導電性ペースト中に粉末として含有されるFe 2 O 3 に比べると、焼付け工程において還元されにくく、したがって、酸素供与効果が低い。 Moreover, it can be considered that the glass component contained in the conductive paste contains Fe 2 O 3 instead of containing the Fe 2 O 3 powder in the conductive paste. However, Fe 2 O 3 in the glass component is less likely to be reduced in the baking process than Fe 2 O 3 contained as a powder in the conductive paste, and therefore the oxygen donating effect is low.
また、Fe 2 O 3 に代えて、たとえば酸化コバルトまたは酸化ニッケルなどの金属−酸化物の平衡酸素分圧が比較的高い酸化物(還元されやすい酸化物)を用いることも考えられるが、これら酸化コバルトや酸化ニッケルは、Fe 2 O 3 よりも還元されやすいため、酸素を放出するタイミングが早すぎ、そのため、脱脂を促進する効果は薄い。 Further, instead of Fe 2 O 3 , it is conceivable to use an oxide (an oxide that is easily reduced) having a relatively high equilibrium oxygen partial pressure of a metal-oxide such as cobalt oxide or nickel oxide. Since cobalt and nickel oxide are more easily reduced than Fe 2 O 3, the timing of releasing oxygen is too early, and therefore the effect of promoting degreasing is weak.
次に、この発明の範囲を決定するため、およびこの発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。 Next, experimental examples carried out to determine the scope of the present invention and to confirm the effects of the present invention will be described.
表1に示すような体積%をもって、銅粉末、Fe2O3粉末、ガラス粉末および有機ビヒクルを、3本ロールによって混合および分散処理し、試料1〜20の各々に係る導電性ペーストを得た。
With volume percent as shown in Table 1, to obtain a copper powder, F e 2 O 3 powder, a glass powder and an organic vehicle were mixed and dispersed by a three-roll, a conductive paste according to each of the
なお、試料1〜20のうち、試料1と試料9、試料2と試料10、試料3と試料11、試料4と試料12、試料5と試料15、試料6と試料18、および試料7と試料19は、それぞれ、組成に関しては互いに同一であるが、後述する「焼付けピーク温度」が異なっている。 Among
表1の「Fe2O3粉末」の欄において括弧内に示した数値は、銅粉末およびFe2O3粉末の合計体積に対する、Fe2O3粉末の体積%を示している。また、表1の「ガラス粉末」の欄において括弧内に示した数値は、銅粉末、Fe2O3粉末およびガラス粉末の合計体積に対する、ガラス粉末の体積%を示している。The numerical values shown in parentheses in the column of “Fe 2 O 3 powder” in Table 1 indicate the volume% of the Fe 2 O 3 powder with respect to the total volume of the copper powder and the Fe 2 O 3 powder. The numerical values shown in parentheses in the column of “glass powder” in Table 1 indicate the volume percentage of the glass powder with respect to the total volume of the copper powder, the Fe 2 O 3 powder and the glass powder.
また、ガラス粉末としては、平均粒径が2μmであり、軟化点530〜560℃のホウケイ酸亜鉛系ガラスからなるものを用いた。また、有機ビヒクルとしては、主にアクリル樹脂からなる有機バインダを、主にテルピネオールからなる有機溶剤に溶解させたものを用いた。 Further, as the glass powder, one made of zinc borosilicate glass having an average particle diameter of 2 μm and a softening point of 530 to 560 ° C. was used. As the organic vehicle, an organic binder mainly composed of an acrylic resin was dissolved in an organic solvent mainly composed of terpineol.
次に、BaTiO3を主成分としかつ各厚みが2μmとされたセラミック層およびニッケルを主成分とする内部導体膜が形成された、積層セラミックコンデンサのための積層体を用意した。この積層体を得るため、還元性雰囲気中において、1200〜1400℃の温度での焼成工程を実施した。Next, a multilayer body for a multilayer ceramic capacitor was prepared in which a ceramic layer mainly composed of BaTiO 3 and a thickness of 2 μm and an internal conductor film composed mainly of nickel were formed. In order to obtain this laminated body, the baking process at the temperature of 1200-1400 degreeC was implemented in reducing environment.
次に、上記積層体の両端部に、表1に示した試料1〜20の各々に係る導電性ペーストを浸漬により塗布し、150℃の温度で15分間乾燥させた後、酸素濃度100ppm以下のN2−O2雰囲気中において焼き付けを実施し、導電性ペーストの焼結体からなる外部電極を形成した。Next, a conductive paste according to each of
ここで、表2の「焼付けピーク温度」の欄に示すように、試料1〜8については、最高温度820℃を10分間付与する焼付け条件を適用し、試料9〜20については、最高温度880℃を10分間付与する焼付け条件を適用した。 Here, as shown in the column of “baking peak temperature” in Table 2, the baking conditions for applying the maximum temperature of 820 ° C. for 10 minutes are applied to the
次に、上記外部電極上に、電気めっきによって、ニッケルめっき膜を形成し、さらにその上に錫めっき膜を形成し、各試料に係る積層セラミックコンデンサを得た。 Next, a nickel plating film was formed on the external electrode by electroplating, and a tin plating film was further formed thereon to obtain a multilayer ceramic capacitor according to each sample.
次に、このようにして得られた各試料に係る積層セラミックコンデンサについて、表2に示すように、「反応層の厚み」、「めっき不良率」、「緻密性」および「高温負荷試験不良率」をそれぞれ評価した。 Next, as shown in Table 2, for the multilayer ceramic capacitors according to the respective samples thus obtained, “reaction layer thickness”, “plating failure rate”, “denseness”, and “high temperature load test failure rate” Was evaluated.
「反応層の厚み」については、積層セラミックコンデンサの断面をSEM(走査型電子顕微鏡)にて観察することによって求めた。 The “reaction layer thickness” was determined by observing the cross section of the multilayer ceramic capacitor with a SEM (scanning electron microscope).
「めっき不良率」については、積層セラミックコンデンサの外部電極上の錫めっき膜を剥離した状態で、外部電極を50倍の実体顕微鏡にて観察し、ニッケルめっき膜の下地の銅を主成分とする外部電極が露出しているものをめっき不良品と判定し、このようなめっき不良品の発生率を求めたものである。 Regarding the “plating failure rate”, with the tin plating film on the external electrode of the multilayer ceramic capacitor peeled off, the external electrode was observed with a stereo microscope at a magnification of 50 times, and the underlying copper of the nickel plating film was the main component. The case where the external electrode is exposed is determined as a defective plating product, and the occurrence rate of such defective plating products is obtained.
「緻密性」については、各試料に係る積層セラミックコンデンサに蛍光液を真空含浸させた後、積層セラミックコンデンサに形成されている錫めっき膜、ニッケルめっき膜および銅を主成分とする外部電極を電解剥離して、積層体表面に到達した蛍光液を観察することによって評価したものである。蛍光液が認められた場合には、緻密性が劣り、表2において「×」で示し、蛍光液が認められない場合には、緻密性が良好であるとして、表2において「○」で示した。 For “denseness”, the multilayer ceramic capacitor of each sample is vacuum impregnated with a fluorescent solution, and then the tin plating film, nickel plating film, and external electrode mainly composed of copper formed on the multilayer ceramic capacitor are electrolyzed. Evaluation was made by observing the fluorescent solution that had peeled off and reached the surface of the laminate. When the fluorescent solution is recognized, the denseness is inferior and is indicated by “x” in Table 2. When the fluorescent solution is not recognized, the denseness is good and indicated by “◯” in Table 2. It was.
「高温負荷試験不良率」は、積層セラミックコンデンサの信頼性を評価するために求めたもので、105℃の温度下で、9.5Vの直流電圧を100時間印加した後の積層セラミックコンデンサの絶縁抵抗が107Ω未満となったものを不良品と判定し、18個の積層セラミックコンデンサ中での不良品の発生率を求めたものである。The “high temperature load test failure rate” is obtained in order to evaluate the reliability of the multilayer ceramic capacitor. The insulation of the multilayer ceramic capacitor after applying a 9.5 V DC voltage for 100 hours at a temperature of 105 ° C. A product having a resistance of less than 10 7 Ω is determined as a defective product, and the occurrence rate of defective products in 18 multilayer ceramic capacitors is obtained.
表1および表2において、試料番号に*を付したものは、この発明の範囲外のものである。 In Tables 1 and 2, the sample numbers marked with * are outside the scope of the present invention.
まず、表1に示すように、ガラス粉末の含有率に関して、試料8および17では、ガラス粉末が、導電性ペーストの体積に対して、7.5体積%、すなわち、銅粉末、Fe2O3粉末およびガラス粉末の合計体積に対して、30体積%というように、25体積%を超えて含有しているので、外部電極の表面にガラス成分が比較的多く析出し、表2に示すように、高いめっき不良率を示した。First, as shown in Table 1, regarding the content of the glass powder, in
他方、試料13では、表1に示すように、ガラス粉末が、導電性ペーストの体積に対して、1.25体積%、すなわち、銅粉末、Fe2O3粉末およびガラス粉末の合計体積に対して、5体積%というように、10体積%未満にすぎないので、外部電極においてガラス成分によって空隙を十分に埋めることができず、表2に示すように、緻密性が劣り、また、高い高温負荷試験不良率を示した。On the other hand, in Sample 13, as shown in Table 1, the glass powder was 1.25% by volume with respect to the volume of the conductive paste, that is, the total volume of the copper powder, Fe 2 O 3 powder and glass powder. Therefore, the gap is not sufficiently filled with the glass component in the external electrode, such as 5% by volume, and as shown in Table 2, the denseness is inferior and the high temperature is high. The load test failure rate was shown.
次に、Fe2O3粉末の含有率に関して、表1に示すように、試料1〜3および9〜11では、Fe2O3粉末が、導電性ペーストの体積に対して、0.4体積%以下、すなわち、銅粉末およびFe2O3粉末の合計体積に対して、2体積%以下というように、3体積%未満である。そのため、反応層を生成しやすくするFe2O3の効果がほとんど得られないか全く得られないため、表2に示すように、薄い反応層しか形成されず、導電性ペースト中の銅の内部導体膜への過剰な拡散を抑制することができず、積層体にクラックが多数生じ、高い高温負荷試験不良率を示した。Next, with respect to Fe 2 O 3 powder content of, as shown in Table 1, in Sample 1-3 and 9 to 11, Fe 2 O 3 powder, the volume of the conductive paste, 0.4 volume %, That is, less than 3% by volume, such as 2% by volume or less with respect to the total volume of the copper powder and the Fe 2 O 3 powder. Therefore, since the effect of Fe 2 O 3 that makes it easy to generate a reaction layer is hardly obtained or not obtained at all, only a thin reaction layer is formed as shown in Table 2, and the inside of the copper in the conductive paste Excessive diffusion into the conductor film could not be suppressed, and a large number of cracks occurred in the laminate, indicating a high high temperature load test failure rate.
なお、特に表2を参照しながら、上記試料1〜3と試料9〜11との間で比較すると、焼付けピーク温度を880℃と高くした試料9〜11によれば、焼付けピーク温度が820℃と比較的低い試料1〜3に比べて、緻密性の改善が図られているが、高温負荷試験不良率については、それほどの改善を図ることができなかった。 In particular, referring to Table 2, when comparing the
他方、Fe2O3粉末の含有率に関して、表1に示すように、試料20では、Fe2O3粉末が、導電性ペーストの体積に対して、10体積%、すなわち、銅粉末およびFe2O3粉末の合計体積に対して、50体積%というように、40体積%を超えて含有している。そのため、表2に示すように、反応層が生成されやすくなったものの、外部電極の焼結が抑制され、緻密性が悪く、高い高温負荷試験不良率を示した。On the other hand, with respect to Fe 2 O 3 powder content of, as shown in Table 1, in
これらに対して、表1に示すように、Fe2O3粉末の含有率が、銅粉末およびFe2O3粉末の合計体積に対して、3〜40体積%であり、かつ、ガラス粉末の含有率が、銅粉末、Fe2O3粉末およびガラス粉末の合計体積に対して、10〜25体積%であるという条件を満たす、この発明の範囲内にある試料4〜7、12、14〜16、18および19について考察する。For these, as shown in Table 1, Fe 2 O 3 powder content is, the total volume of copper powder and Fe 2 O 3 powder, 3 to 40 vol%, and a glass powder Samples 4 to 7, 12, and 14 in the scope of the present invention satisfying the condition that the content is 10 to 25% by volume with respect to the total volume of the copper powder, the Fe 2 O 3 powder, and the glass powder. Consider 16, 18, and 19.
この発明の範囲内にある上記試料のうち、表2に示すように、880℃といった比較的高い焼付けピーク温度が適用された試料12、14〜16、18および19では、いずれも、十分な厚みの反応層が形成され、めっき不良率、緻密性および高温負荷試験不良率のいずれについても良好な結果を示した。 Among the above samples within the scope of the present invention, as shown in Table 2, samples 12, 14-16, 18 and 19 to which a relatively high baking peak temperature of 880 ° C. was applied, all have a sufficient thickness. The reaction layer was formed, and good results were shown for all of the defective plating rate, the denseness, and the high temperature load test defective rate.
他方、試料4〜7では、表2に示すように、焼付けピーク温度が820℃と比較的低いため、特に試料5、6および7において、緻密性が劣り、高い高温負荷試験不良率を示した。しかしながら、これら試料5、6および7を、これら各々と同じ組成を有する試料15、18および19と比較すればわかるように、焼付けピーク温度を880℃と高くすれば、緻密性および高温負荷試験不良率をともに改善することができる。 On the other hand, in Samples 4-7, as shown in Table 2, the baking peak temperature was relatively low at 820 ° C., so in
以上のように、所定量のFe2O3粉末を導電性ペーストに含有させることによって、めっき不良を生じさせないようにしながら、緻密であり、かつ高温負荷試験で良好な結果をもたらす、外部電極を形成することができる。As described above, by including a predetermined amount of Fe 2 O 3 powder in the conductive paste, an external electrode that is dense and brings good results in a high-temperature load test while preventing plating defects from occurring. Can be formed.
これは、外部電極形成のための焼き付け時において、Fe2O3が外部電極中のガラス成分に溶解するとともに、BaTiO3を主成分とするセラミック層に含まれるチタンが外部電極中のガラス成分に溶解かつ拡散することによって、外部電極中のガラス成分の耐めっき液溶解性が向上したためであり、かつ、セラミック層と外部電極との界面に反応層が形成され、この反応層が外部電極成分の内部導体膜への過剰な拡散を防止したためである。This is because, during baking for forming the external electrode, Fe 2 O 3 is dissolved in the glass component in the external electrode, and titanium contained in the ceramic layer mainly composed of BaTiO 3 becomes the glass component in the external electrode. This is because dissolution and diffusion improved the plating solution solubility of the glass component in the external electrode, and a reaction layer was formed at the interface between the ceramic layer and the external electrode. This is because excessive diffusion to the inner conductor film is prevented.
なお、前述した反応層は耐酸性を有している。このことは、外部電極を形成した積層セラミックコンデンサの断面を酸性の錫めっき液に浸漬しても、反応層がめっき液に溶解しないことから確認された。 In addition, the reaction layer mentioned above has acid resistance. This was confirmed from the fact that the reaction layer did not dissolve in the plating solution even when the cross section of the multilayer ceramic capacitor on which the external electrode was formed was immersed in an acidic tin plating solution.
また、反応層の結晶構造を高温XRD(X線回折)で、また、構成元素をSAM(走査型オージェ電子顕微鏡)で分析したところ、ニッケル、亜鉛、チタンおよび鉄を含有するスピネル構造の結晶相を生成していることが確認された。 Further, when the crystal structure of the reaction layer was analyzed by high temperature XRD (X-ray diffraction) and the constituent elements were analyzed by SAM (scanning Auger electron microscope), the crystal phase of spinel structure containing nickel, zinc, titanium and iron It was confirmed that
また、上記実験例では、積層セラミック電子部品が積層セラミックコンデンサであって、セラミック層を構成するセラミックがBaTiO3を主成分とするものの場合であったが、BaTiO3系に限らず、チタンを含有する複合酸化物を主成分とするセラミックからセラミック層が構成された積層セラミック電子部品全般について、同様の効果を得ることができる。In the above experimental example, the multilayer ceramic electronic component is a multilayer ceramic capacitor, and the ceramic constituting the ceramic layer is based on BaTiO 3 as a main component. However, the ceramic component is not limited to the BaTiO 3 system and contains titanium. The same effect can be obtained for all the multilayer ceramic electronic components in which the ceramic layer is composed of the ceramic mainly composed of the composite oxide.
Claims (3)
銅粉末とFe 2 O 3 粉末とガラス粉末と有機ビヒクルとを含有し、
Fe 2 O 3 粉末は、銅粉末およびFe 2 O 3 粉末の合計体積に対して、3〜40体積%含有し、
ガラス粉末は、銅粉末、Fe 2 O 3 粉末およびガラス粉末の合計体積に対して、10〜25体積%含有する、
導電性ペースト。A conductive paste used for forming an external electrode of a multilayer ceramic electronic component,
Containing copper powder, Fe 2 O 3 powder, glass powder and organic vehicle,
Fe 2 O 3 powder, based on the total volume of copper powder and Fe 2 O 3 powder contains 3 to 40 vol%,
Glass powder, copper powder, with respect to the total volume of Fe 2 O 3 powder and glass powder, containing 10 to 25 vol%,
Conductive paste.
前記外部電極は、請求項1に記載の導電性ペーストを焼結させて得られた焼結体からなる、積層セラミック電子部品。A laminated body composed of a plurality of laminated ceramic layers and an internal conductor film mainly composed of nickel formed along an interface between the ceramic layers, and electrically connected to the internal conductor film A multilayer ceramic electronic component comprising external electrodes mainly composed of copper, formed on the outer surface of the multilayer body as described above,
The said external electrode is a multilayer ceramic electronic component which consists of a sintered compact obtained by sintering the electrically conductive paste of Claim 1.
前記外部電極は、請求項1に記載の導電性ペーストを焼結させて得られた焼結体からなるもので、ガラス成分として、鉄酸化物およびチタン酸化物を含有するホウケイ酸亜鉛系ガラスを含み、
前記セラミック層とこれに接する前記外部電極との界面に、ニッケル、亜鉛、チタンおよび鉄を含有するスピネル構造の結晶相を生成している反応層が形成されている、
積層セラミック電子部品。A laminate comprising a plurality of laminated ceramic layers mainly composed of a composite oxide containing titanium, and an internal conductor film mainly composed of nickel formed along an interface between the ceramic layers. And a multilayer ceramic electronic component comprising external electrodes mainly composed of copper formed on the outer surface of the multilayer body so as to be electrically connected to the internal conductor film,
The external electrode is made of a sintered body obtained by sintering the conductive paste according to claim 1, and zinc borosilicate glass containing iron oxide and titanium oxide is used as a glass component. Including
At the interface between the ceramic layer and the external electrode in contact with the ceramic layer, a reaction layer is formed that generates a crystal phase having a spinel structure containing nickel, zinc, titanium, and iron.
Multilayer ceramic electronic components.
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