JP5071118B2 - セラミック電子部品 - Google Patents

Description

本発明は各種電子機器の電気回路に活用されるセラミック電子部品に関するものである。

セラミック電子部品、特にセラミックコンデンサは、本体と、この本体内において所定間隔で対向させた内部電極と、この内部電極に電気的に接続されると共に、前記本体の外部に設けられた外部電極とを備えた構成となっている。

前記本体に接して設けられた外部電極は、たわみ性能や落下衝撃性能などの機械的強度向上を図るために導電性樹脂層を含む構成とすることがある。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特許第３３６３３６９号公報

上記従来のセラミック電子部品では、例えば第１導電層にガラスを含むため、セラミック本体と第１導電層が接している部位では、導電ペーストの焼付によってセラミック本体へガラス成分が拡散することによって、本体にストレスが生じてしまう。生じたストレスは、実装後の基板たわみや落下衝撃等の外的応力が加わることで、ストレスの残存するセラミック本体にクラックが発生する。

このクラックを緩和する目的で第２導電層に熱硬化性樹脂を用いる場合では、第１導電層とセラミック本体の接合強度の方が、第１導電層と第２導電層の接合強度の方が弱い場合が多いが、外的応力が加わったとき接合強度差によって第１導電層と第２導電層の接合界面での剥離が生じやすい傾向がある。

しかしながら、第１導電層と第２導電層の接合界面で剥離を生じる場合には必ず第１導電層に応力が発生するため、ガラス成分を含む第１導電層を含む構成では、本体部にはストレスが残存しており、セラミック本体にクラックが生じてしまう場合がある。

セラミック本体にクラックが生じた場合、セラミック部品として電気的性能に著しく欠陥を生じることになる。

そこで本発明は、外的応力に対し、セラミック本体へのクラック発生を抑制し、電気的性能を維持することを目的とするものである。

そしてこの目的を達成するために本発明は、本体と、この本体内において所定間隔で対向させた内部電極と、この内部電極に電気的に接続されると共に、前記本体の外部に設けられた外部電極とを備え、前記外部電極を、内部電極に電気的に接続されると共に、前記本体に接して設けられた樹脂外部電極と、この樹脂外部電極の外表面に設けられためっき電極とにより構成し、前記本体と前記樹脂外部電極の接合強度をＦ１、前記樹脂外部電極と前記めっき電極の接合強度をＦ２とした時、Ｆ１＞Ｆ２の関係を満たしているものである。

また、前記樹脂外部電極は、少なくとも前記本体側とめっき電極側表面部分が実質的な非酸化劣化層を有している。

また、前記樹脂外部電極中の実質的な非酸化劣化層部分における金属粉末は、酸化膨張による非粒成長状態となっている。

以上のように本発明は、前記外部電極を、内部電極に電気的に接続されると共に、前記本体に接して設けられた樹脂外部電極と、この樹脂外部電極の外表面に設けられためっき電極とにより構成し、前記本体と前記樹脂外部電極の接合強度をＦ１、前記樹脂外部電極と前記めっき電極の接合強度をＦ２とした時、Ｆ１＞Ｆ２を満足しているとともに、前記樹脂外部電極は、少なくとも前記本体側とめっき電極側表面部分が実質的な非酸化劣化層を有していることを特徴とし、さらに前記樹脂外部電極中の実質的な非酸化劣化層部分における金属粉末は、酸化膨張による非粒成長状態としたものであり、前記Ｆ１＞Ｆ２の関係より、実装後の基板たわみや落下衝撃等の外的応力が発生した場合においても、セラミック本体へのガラス拡散によるストレス残存もなく、かつ前記樹脂外部電極と前記めっき電極間の局所剥離によって外的応力を緩和するため、セラミック本体にクラックが生じることが抑制でき、樹脂外部電極においても内部電極との接続保持性やセラミック本体に対する封止性も損なうことがないため、セラミック部品としての電気的性能を維持することができることとなる。

図１、図２に示すように、本実施形態のセラミックコンデンサは、本体１と、この本体１内において所定間隔で対向させた内部電極２，３と、これらの内部電極２，３に電気的に接続されると共に、前記本体１の外部に設けられた外部電極４，５とから構成されている。

本体１はチタン酸バリウム系の材料で構成された板状のものであり、この本体１内の内部電極２，３は、ニッケルや銅により形成されたものである。

また、前記外部電極４，５は、内部電極２，３に電気的に接続されると共に、前記本体１に接して設けられた樹脂外部電極４ａ，５ａと、この樹脂外部電極４ａ，５ａの外表面に設けられためっき電極４ｂ，４ｃ，５ｂ，５ｃとにより構成されている。

めっき電極４ｂ，５ｂはニッケルめっきにより形成され、めっき電極４ｃ，５ｃはスズめっきによって形成されている。

また、前記本体１に接して設けられた樹脂外部電極４ａ，５ａは、図３に示すように、たとえばエポキシ系の樹脂ｘに銀粉末ｙとスズ粉末ｚが分散混入した状態となっており、樹脂ｘと溶剤と銀粉末ｙとスズ粉末ｚが混練された樹脂ペーストを、本体１の外部電極４，５対応部分に塗布後、約１５０〜４００℃の雰囲気中で加熱処理することにより、上記溶剤を揮発させ、上記の如く構成したものである。

本実施形態では、図３に示すように樹脂外部電極４ａ，５ａの少なくとも本体１側とめっき電極４ｂ,５ｂ側表面部分が、実質的な非酸化劣化層であるとともに、この実質的な非酸化劣化層部分における金属粉末は、酸化膨張による非粒成長状態であることである。

このため、前記本体１と前記樹脂外部電極４ａ，５ａの接合強度Ｆ１は、本体１側では樹脂ｘが実質的な非酸化劣化層であるから、酸化劣化した樹脂よりも樹脂本来の粘弾性を発揮することで外的応力に対し強固に接合できる。

一方、前記樹脂外部電極４ａ，５ａと前記めっき電極４ｂ，５ｂの接合強度Ｆ２は、めっき電極４ｂ，５ｂ側表面部分では、樹脂ｘが実質的な非酸化劣化層であることから樹脂の脆化がなく、酸化劣化した樹脂層より表面粗さが平滑となり、かつ実質的な非酸化劣化層部の金属粉末は非粒成長状態であるため、めっき電極４ｂ，５ｂのアンカー効果による接合強度を低く抑えることができる。

これにより、接合強度をＦ１＞Ｆ２とすることが可能となる。

つまり本発明に対する比較例では、図４に示すように第１導電層４ＡＡ，５ＡＡのガラス成分４ＡＣ，５ＡＣがセラミック本体１に拡散することで、本体にストレスが残存してしまい、実装後の部品に外的応力が生じて、熱硬化性樹脂からなる第２導電層４ＡＢ，５ＡＢが剥離する時に、第１導電層４ＡＡ，５ＡＡに応力がかかり、セラミック本体１にクラックを生じ、電気的性能や耐候信頼性面に著しい欠陥を生じることがあった。

図５は２０１２サイズの製品厚み０．６ｍｍの部品に対してたわみ試験を行った場合の構造欠損による静電容量低下品の発生率を示したものであり、図４に示す本発明に対する比較例では、セラミック本体のクラックにより２ｍｍ以上のたわみ量にて静電容量低下品の発生があるのに対し、図３に示した本実施形態品では、構造欠損に起因する静電容量低下品の発生はほとんどないものとなっている。

本実施形態では上述のごとく、セラミック本体と樹脂外部電極の接合強度をＦ１、樹脂外部電極とめっき電極の接合強度をＦ２とした時、Ｆ１＞Ｆ２を満足していることが、外的応力に対するセラミック本体部のクラックを抑制でき、かつ樹脂外部電極と内部電極の接続保持性を保持できるため、その結果として図５に示すような効果を得ることができたものである。

このような接合強度Ｆ１＞Ｆ２の関係は、樹脂外部電極４ａ，５ａの少なくとも本体１側とめっき電極４ｂ，５ｂ側表面部分を実質的な非酸化劣化層とするとともに、この実質的な非酸化劣化層部分における金属粉末を酸化膨張による非粒成長状態とするためには、例えば樹脂ｘと溶剤と銀粉末ｙとスズ粉末ｚが混練された樹脂ペーストを本体１の外部電極４，５対応部分に塗布後、約１５０〜４００℃の雰囲気中で加熱処理する時に、この加熱雰囲気を不活性雰囲気とすることにより形成できる。

つまり、アルゴン、ヘリウム、キセノン、チッソ、クリプトン等の不活性ガスを通常よりもはるかに多くした雰囲気中で上記樹脂ペーストの加熱処理をすることにより、樹脂外部電極４ａ，５ａの少なくとも本体１側とめっき電極４ｂ，５ｂ側表面部分を実質的な非酸化劣化層とすることができるのである。

樹脂外部電極４ａ，５ａの少なくとも本体１側とめっき電極４ｂ，５ｂ側表面部分を実質的な非酸化劣化層とする方法は他にも考えられるが、いずれにせよここを実質的な非酸化劣化層としようとする意志が重要で、このように樹脂外部電極４ａ，５ａの少なくとも本体１側とめっき電極４ｂ，５ｂ側表面部分を実質的な非酸化劣化層とすると、図３からも理解されるように、本体１に対しては樹脂本来の粘弾性を発揮することで外的応力に対し強固に接合でき、かつめっき電極４ｂ，５ｂに対しては樹脂の表面粗さを平滑とすることと金属粉末を非粒成長状態とすることでめっき電極４ｂ，５ｂのアンカー効果による接合強度を低く抑えることができるため、その結果として図５のごとく外的応力に対する本体のクラック抑制と電気的性能の維持が可能となる。

また、樹脂外部電極４ａ，５ａが、上述のごとく樹脂ｘと溶剤と銀粉末ｙとスズ粉末ｚが混練された樹脂ペーストから形成されたものであるが、この樹脂外部電極４ａ，５ａのめっき電極４ｂ，５ｂ側表面部分に形成されている実質的な非酸化劣化層部分における金属粉末（銀粉末ｙとスズ粉末ｚ）は、酸化膨張による非粒成長状態となっている。

なお、このように樹脂外部電極４ａ，５ａのめっき電極４ｂ，５ｂ側表面部分に形成されている実質的な非酸化劣化層部分における金属粉末（銀粉末ｙとスズ粉末ｚ）が、酸化膨張による非粒成長状態となっていることは、金属粉末（銀粉末ｙとスズ粉末ｚ）が丸い粒のまま残っていることから確認できるし、またこれら丸い粒の金属粉末（銀粉末ｙとスズ粉末ｚ）を取り囲む樹脂ｘと、これら丸い粒の金属粉末（銀粉末ｙとスズ粉末ｚ）間に隙間が形成されていないことからも確認できる。なお、上述した隙間とは樹脂の酸化や燃焼分解と金属粉末の酸化膨張による粒成長に起因するものである。

また、樹脂ｘが実質的な非酸化劣化層であることは、赤外分光分析等による分子構造の観察から容易に確認できる。

また、本体１と樹脂外部電極４ａ，５ａとめっき電極４ｂ，５ｂの接合強度の関係Ｆ１＞Ｆ２であることは、めっき電極４ｃ，５ｃ形成後に、たわみ試験、落下試験、振動試験、冷熱サイクル試験等の外的応力が発生する試験後の製品の断面を観察することで容易に確認できる。

そしてこのように接合強度Ｆ１＞Ｆ２となることから、上述した「実装後の基板たわみや落下衝撃等の外的応力が発生した場合においても、セラミック本体へのガラス拡散によるストレス残存もなく、かつ前記樹脂外部電極と前記めっき電極間の局所剥離によって外的応力を緩和するため、セラミック本体にクラックが生じることが抑制でき、樹脂外部電極においても内部電極との接続保持性やセラミック本体に対する封止性も損なうことがないため、その結果として図５のごとくセラミック部品としての電気的性能の低下を抑制できるものとなる」という効果に結びつくものと考えられる。

以上のように本発明は、前記外部電極を、内部電極に電気的に接続されると共に、前記本体に接して設けられた樹脂外部電極と、この樹脂外部電極の外表面に設けられためっき電極とにより構成し、前記本体と前記樹脂外部電極の接合強度をＦ１、前記樹脂外部電極と前記めっき電極の接合強度をＦ２とした時の関係式をＦ１＞Ｆ２としたものであり、外的応力によるクラックの発生を抑制でき、樹脂外部電極においても内部電極との接続保持性やセラミック本体に対する封止性も損なうことがないため、電気的性能の低下を抑制できるものとなる。

したがって、各種電子機器における電気回路形成に大いに活用できることとなる。

本発明の一実施形態を示す一部切り欠き斜視図 本発明の一実施形態を示す断面図 本発明の一実施形態を示す一部拡大断面図 本発明の一実施形態との比較を示す断面図 本発明の一実施形態と従来例の比較を示す特性図

符号の説明

１ 本体
２ 内部電極
３ 内部電極
４ 外部電極
４ａ 樹脂外部電極
４ｂ めっき電極
４ｃ めっき電極
４ＡＡ ガラスを含む第１導電層
４ＡＢ 熱硬化性樹脂からなる第２導電層
４ＡＣ ガラス成分
５ 外部電極
５ａ 樹脂外部電極
５ｂ めっき電極
５ｃ めっき電極
５ＡＡ ガラスを含む第１導電層
５ＡＢ 熱硬化性樹脂からなる第２導電層
５ＡＣ ガラス成分

Claims (2)

1. 本体と、この本体内において所定間隔で対向させた内部電極と、この内部電極に電気的に接続されると共に、前記本体の外部に設けられた外部電極とを備え、前記外部電極は、内部電極に電気的に接続されると共に、前記本体に接して設けられたガラスを含まない樹脂外部電極と、この樹脂外部電極の外表面に設けられためっき電極とを有したセラミック電子部品において、前記本体と前記樹脂外部電極の接合強度をＦ１、前記樹脂外部電極と前記めっき電極の接合強度をＦ２とした時、
   Ｆ１＞Ｆ２
   の関係を満たし、前記樹脂外部電極は、少なくとも前記本体側とめっき電極側表面部分が実質的な非酸化劣化層を有していることを特徴とするセラミック電子部品。
2. 前記樹脂外部電極中の実質的な非酸化劣化層部分における金属粉末は、酸化膨張による非粒成長状態であることを特徴とした請求項１に記載のセラミック電子部品。

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