JP4574246B2 - チップ型電子部品およびその製法 - Google Patents

Description

本発明は、チップ型電子部品およびその製法に関し、特に、積層セラミックコンデンサ、積層インダクタおよび抵抗体等、金属粉末とガラス粉末とを含む導体ペーストを塗布し、焼付けて形成される外部電極を具備するチップ型電子部品およびその製法に関する。

一般に、積層セラミックコンデンサ、インダクタおよび抵抗体等のチップ型電子部品は、セラミック積層体と導体層とからなる電子部品本体の端部に一対の外部電極を形成した形状となっている。

このような外部電極は、通常、金属粉末とガラス粉末と有機樹脂とを含む導体ペーストを、電子部品本体の端面に塗布し焼付けて形成される。

ところで、上記のような外部電極形成工程においては、外部電極中に含まれるガラス粉末が焼付け時に軟化流動するために、一度に焼付け処理される多数のチップ型電子部品の外部電極同士が接触部分でくっつき合い、製造歩留まりを低下させるという問題があった。

そこで、このような外部電極形成時のくっつき不良を低減するために、ガラス粉末の種類と溶融温度に着目したものが知られている（例えば、特許文献１）。この場合、ガラス粉末として結晶化ガラスを用いた際に、外部電極の焼付け温度を、そのガラス粉末の結晶化温度と再溶融温度との間に設定することにより、ガラス成分の軟化流動を抑制して、くっつき不良を低減するというものである。
特開２００１−３４５２３１号公報

上記公報に示した方法によれば、外部電極の焼結開始温度がガラス粉末の再溶融温度よりも低く設定されているために、くっつき不良は低減できるものの、このような焼付け処理では、外部電極を構成する金属成分と電子部品本体に形成されている導体層との接合性は不十分であり、特に、薄層化された導体層を有する積層セラミックコンデンサなどにおいては容量抜けが発生するという問題があった。

従って、本発明は、外部電極同士のくっつき不良を低減すると同時に、外部電極を構成する金属成分と電子部品本体に形成されている導体層との接合性を強固にしたチップ型電子部品を提供することを目的とする。

本発明のチップ型電子部品は、（１）セラミック積層体の内部に導体層を有する電子部品本体の端部に、金属粉末とガラス粉末とを含む導体ペーストを塗布して、２回以上の焼付工程を経て形成され、金属成分、ガラス成分および空隙の割合が、体積比で、それぞれ８０〜８５％、１０〜１５％、０〜５％である外部電極を具備することを特徴とする。特に、上記チップ型電子部品では、（２）ガラス成分が結晶化ガラスであることが望ましい。

即ち本発明によれば、外部電極の焼付けを２回以上行うことにより、外部電極同士のくっつき不良を低減し、かつ電子部品本体に形成された導体層と外部電極との接合性を高めることができる。即ち、外部電極の焼付けを一回で行おうとすると、焼付け温度をガラス成分の結晶化開始温度以上、再溶融温度以下に抑えなければならないために、焼付け温度が制限され、より高い温度が必要となる前記導体層と外部電極との接合が保たれないが、焼付け工程を二回以上行うことにより以下の改善ができる。つまり、一回目の焼付けを結晶化開始温度以上で行うことで、ガラスの結晶化を高めかつ外部電極を固くできる。これによりガラス成分の軟化流動を抑制でき、また外部電極の構造を安定化させることで、くっつき不良を抑制できる。次に、２回目以降の焼付けは、ガラス成分が結晶化し固定化されているために焼付けを高い温度で行うことができ、これにより内部電極と外部電極の接合性を向上できる。

また、こうして得られた外部電極は、金属成分、ガラス成分および空隙の割合が、体積比で、それぞれ８０〜８５％、１０〜１５％、０〜５％であり緻密化されているために、この後行うメッキ処理においてもメッキ液の浸入を防止でき、チップ型電子部品の絶縁信頼性を向上できる。特に、本発明によれば、外部電極の焼付け温度は、（３）１回目の焼付温度が、ガラス成分の結晶化開始温度よりも０〜５０℃高く、２回目以降が１５０〜２００℃高いことがより好ましく、さらには、（４）焼付工程により形成された前記外部電極が１層からなることがさらに望ましい。

そして、本発明のチップ型電子部品の製法は、（５）グリーンシート上に内部導体パターンとを複数積層した電子部品本体成形体を形成し、焼成して端面に導体層が露出した電子部品本体を形成する工程と、該電子部品本体の前記導体層が露出した端部に、金属粉末とガラス粉末とを含む導体ペーストを塗布して、焼付けを行い、導体ペーストを塗布することなく、より高い温度で焼付けを行って外部電極を形成する工程と、を具備することを特徴とし、（６）前記ガラス粉末として、結晶化ガラス粉末を用い、１回目の焼付け温度が前記ガラス粉末の結晶化開始温度よりも０〜５０℃高く、２回目の焼付け温度が前記ガラス粉末の結晶化開始温度よりも１５０〜２００℃高いことが望ましい。（７）前記金属粉末として、焼結開始温度が７００〜７５０℃のものを用い、前記ガラス粉末として、結晶化温度が６００〜７００℃であるとともに、再溶融温度が７５０〜９００℃であるものを用いることが望ましい。こうして外部電極に含まれるガラス成分の焼結および金属成分の焼結性を容易に高めることができる。

本発明のチップ型電子部品について積層セラミックコンデンサを例として詳細に説明する。図１は本発明のチップ型電子部品を示す断面図である。

本発明のチップ型電子部品は、電子部品本体１の端部に一対の外部電極３が形成されている。電子部品本体１は、セラミック層１ａが複数積層されたセラミック積層体１ｂの内部の前記セラミック層１ａ間に導体層１ｃを挟持するように配置されるとともに、その導体層１ｃはセラミック積層体１ｂの端部に露出するように形成されている。

ここで本発明にかかる外部電極３は、金属粉末とガラス粉末とを含む導体ペーストを塗布して、２回以上の焼付工程を経て形成されることを特徴とするものであり、金属成分、ガラス成分および空隙の割合が、体積比で、それぞれ８０〜８５％、１０〜１５％、０〜５％であることが重要である。

導体ペーストに含まれる金属粉末は、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃｕ／Ｎｉの群から選ばれる少なくとも１種が好ましく、一方、ガラス粉末は、ホウ珪酸ガラス、ホウ珪酸亜鉛ガラス、リチウム珪酸ガラス、希土類添加ガラス、チタン添加ガラスの群から選ばれる少なくと１種が好ましい。なお、導体層を構成する金属成分は、外部電極に合わせて上記金属粉末の中から卑金属もしくは貴金属を選択することが好ましい。そして、金属粉末の焼結開始温度がガラス粉末の結晶化開始温度より高く、かつ前記結晶化ガラスの再溶融温度よりも低いことが望ましい。

前記金属粉末の焼結開始温度は７００〜７５０℃、前記ガラス粉末の結晶化温度は６００〜７００℃、再溶融温度は７５０〜９００℃であることが望ましく、このため、本発明にかかる外部電極の焼付け温度は、ガラス成分の結晶化開始温度に対し、１回目の焼付温度が、ガラス成分の結晶化開始温度よりも０〜５０℃高く、２回目以降が１５０〜２００℃高いことがより好ましい。

そして、くっつき不良を低減でき、かつ導体層１ｃとの接合も強固にできる外部電極３を具備する本発明にかかるチップ型電子部品によれば、（４）導体層の厚みが１μｍ以下であるような極めて薄層化した導体層１ｃを有する電子部品本体１や、この電子部品本体１の面積に対して外部電極３の占める面積の比率が特に高くなるとされる、電子部品本体のサイズが１ｍｍ^３以下の電子部品本体に対して特に有効である。この場合、セラミック層１ａの厚みは高容量化という点で３μｍ以下、特に２μｍ以下がより好ましい。

これに対して外部電極３を１回の焼付工程により形成する場合には、金属粉末の焼結開始温度をガラス粉末の結晶化開始温度より高く、かつ前記結晶化ガラスの再溶融温度よりも低くしたとしても外部電極３と電子部品本体１中の導体層１ｃとの接合が弱くなり容量抜けが多くなり、また、金属成分、ガラス成分および空隙の割合が、上記本発明の範囲からはずれる場合には、外部電極３が緻密化せずメッキ時にメッキ液が浸入して絶縁不良となる恐れがある。

本発明にかかる試料として積層セラミックコンデンサを作製した。先ず、焼成後にセラミック層となる厚み３μｍのグリーンシートを作製した。このグリーンシートは、例えば、ＢａＴｉＯ_３原料粉末に対して、副成分としてＳｉ，Ｌｉおよびアルカリ土類金属を含むガラス粉末を混合したものである。

次に、このグリーンシート上に、Ｎｉ粉末と有機樹脂とからなる内部導体ペーストを用いてスクリーン印刷した。その際、内部導体の有効面積は０．４０ｍｍ^２とした。次に、この内部導体ペーストを印刷したグリーンシートを１００枚積層し、さらにその上下面に、内部導体ペーストを印刷していないグリーンシートをそれぞれ２０枚積層し、ホットプレスして一体化し、所定寸法に切断してコンデンサ本体成形体を作製した。

次に、このコンデンサ本体成形体を大気中で４００℃にて脱脂処理を行い、その後、１２５０℃（酸素分圧１０^−１１ａｔｍ）で２時間焼成し、続いて大気雰囲気中１０００℃で再酸化処理をして焼成体であるコンデンサ本体を作製した。こうしてサイズが１ｍｍ^３、または１．５ｍｍ^３、導体層厚みが１μｍまたは１．５μｍのコンデンサ本体を得た。

外部電極用の導体ペーストは、金属粉末として平均粒径が１μｍのＣｕ粉末（焼結開始温度が７２０℃）を用い、また、ガラス粉末として結晶性のリチウム珪酸ガラスおよび非結晶性のチタン添加ガラスを用い、これらの混合粉末１００質量部に対して有機樹脂（溶剤を含む）を２５質量部添加して調製した。

次に、外部電極を形成するために、まず焼成したコンデンサ本体をバレル研磨した後、このコンデンサ本体の両端部に前記導体ペーストを塗布し、焼付け処理を行った。ガラスの結晶化開始温度は６５０℃であった。

そして、窒素中において１回目の焼付けを表1に示すように６５０〜７００℃で行い、２回目の焼付けを８００〜８５０℃で行い、電子部品本体の端部に本発明の外部電極を形成した。焼付け処理する数量は１回分を１０，０００個とし、焼付け後に外部電極同士が接合されたものをくっつき不良としてその割合を評価した。また外部電極表面のガラス浮きも実体顕微鏡を用いて観察した。ガラス浮きは０．２μｍ以下を良とした。その後、不良でないものを選別し、その外部電極上に順にＮｉメッキ層およびＳｎメッキ層を順に施した。

次に、これらの積層セラミックコンデンサ各１００個の静電容量（Ｃ）、誘電損失および絶縁抵抗（Ｒ）を測定した。測定は、基準温度２５℃で行い、静電容量は、周波数１．０ｋＨｚ、入力信号レベル０．５Ｖｒｍｓの条件で測定し容量抜けを評価した。絶縁抵抗は１０Ｖ、１分の条件にて測定し、１０^８Ω以下を不良とした。

表１の結果から明らかなように、本発明によれば、２回以上の焼付け工程を施し、外部電極の金属成分、ガラス成分、および空隙の割合がいずれも８０〜８５％、１０〜１５％、０〜５％とした試料では、くっつき不良は１％以下、容量抜けが０．１％、絶縁抵抗不良も１％以下であった。さらには、導体層厚みが１μｍ以下であり、コンデンサ本体のサイズが１ｍｍ^３以下であっても、くっつき不良は１％以下、容量抜けが０．１％、絶縁抵抗不良も１％以下に維持できた。

これに対して、本発明外の試料として外部電極を１回の焼付工程により形成した場合、あるいは外部電極の金属成分、ガラス成分、空隙の割合が本発明の範囲外であった試料では、いずれかの試料で特性が劣り、最高値で、くっつき不良率が１．２％、容量抜け不良率が２．２％、絶縁抵抗不良率が７．７％であった。

本発明のチップ型電子部品を示す断面図である。

符号の説明

１ 電子部品本体
１ａ セラミック層
１ｂ セラミック積層体
１ｃ 導体層
３ 外部電極

Claims (7)

1. セラミック積層体の内部に導体層を有する電子部品本体の端部に、金属粉末とガラス粉末とを含む導体ペーストを塗布して、２回以上の焼付工程を経て形成され、金属成分、ガラス成分および空隙の割合が、体積比で、それぞれ８０〜８５％、１０〜１５％、０〜５％である外部電極を具備することを特徴とするチップ型電子部品。
2. 前記ガラス成分が結晶化ガラスである請求項１記載のチップ型電子部品。
3. １回目の焼付温度が、前記ガラス成分の結晶化開始温度よりも０〜５０℃高く、２回目以降が前記ガラス成分の結晶化開始温度よりも１５０〜２００℃高い請求項１または２に記載のチップ型電子部品。
4. 焼付工程により形成された前記外部電極が１層からなる請求項１乃至３のうちいずれかに記載のチップ型電子部品。
5. グリーンシートと、内部導体パターンとを複数積層した電子部品本体成形体を形成し、焼成して端面に導体層が露出した電子部品本体を形成する工程と、該電子部品本体の前記導体層が露出した端部に、金属粉末とガラス粉末とを含む導体ペーストを塗布して、焼付けを行い、導体ペーストを塗布することなく、より高い温度で焼付けを行って外部電極を形成する工程と、を具備することを特徴とするチップ型電子部品の製法。
6. 前記ガラス粉末として、結晶化ガラス粉末を用い、前記１回目の焼付け温度が前記ガラス粉末の結晶化開始温度よりも０〜５０℃高く、前記２回目の焼付け温度が前記ガラス粉末の結晶化開始温度よりも１５０〜２００℃高い請求項５記載のチップ型電子部品の製法。
7. 前記金属粉末として、焼結開始温度が７００〜７５０℃のものを用い、前記ガラス粉末として、結晶化温度が６００〜７００℃であるとともに、再溶融温度が７５０〜９００℃であるものを用いる請求項６記載のチップ型電子部品の製法。

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