JP6015779B2 - セラミック電子部品およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、セラミック電子部品およびその製造方法に関する。
電子部品に用いられているセラミックは、電子部品の機能の高度化による材料改良によって、酸やアルカリなどによる化学的浸食に対して弱くなり易く、また、セラミック自体の機械的強度も低くなる場合がある。
そこで、この対策として、電子部品のセラミック素子表面を、特許文献1のようにガラスでコーティングしたり、あるいは、特許文献2に示すように樹脂でコーティングしたりする技術が提案されている。
電子部品のセラミック素子表面をコーティングすることによって、めっき処理時のめっき液や実装時のフラックスによるセラミック素子への化学的浸食の影響が軽減できる。そして、セラミック素子表面をコーティングすることによって、めっき処理時において、セラミック素子表面へのめっき成長が抑制され、電子部品の導電性不具合が低減できる。
さらに、セラミック素子表面をコーティングすることによって、電子部品の内部に水分、めっき液、フラックスなどが浸入することを防止でき、電子部品の信頼性の劣化、あるいは、内部電極へのめっき析出による電気特性劣化を防ぐことができる。
また、コーティング膜を形成することによって、セラミック素子の機械的強度を向上させる効果も認められる。
しかしながら、特許文献1のように、電子部品のセラミック素子表面を、ガラスでコーティングする場合は、焼成工程が必要であり、製造コストが高価になる。また、ガラスコーティングは、電子部品の全面に施される(塗布される)ため、セラミック素子表面にのみ選択的に膜形成することができない。すなわち、外部電極の表面にも膜を形成してしまうことで導通性や実装性に不具合が生じる。従って、外部電極の形成前に電子部品の全面にガラスコーティング膜を形成して、外部電極を形成する電子部品の端面のガラスコーティング膜を除去する工程が必要になり、製造コストがアップする。
なお、ガラスコーティング膜を除去する工程を行わずに外部電極を形成することも可能であるが、外部電極に接した界面のガラスコーティング膜の構成元素の一部が、焼成時に、外部電極の内部に拡散する。しかし、この場合、ガラスコーティング膜を適切な厚みに調整する必要があり、量産時の管理が煩雑になる。
また、特許文献2のように、電子部品のセラミック素子表面を、樹脂でコーティングする場合は、ガラスコーティングの場合と同様に、樹脂コーティングは、電子部品の全面に施される(塗布される)ため、セラミック素子表面のみに選択的に膜形成することができない。従って、外部電極の形成前に電子部品の全面に樹脂コーティング膜を形成して、外部電極を形成する電子部品の端面の樹脂コーティング膜を除去する工程が必要になり、製造コストがアップする。
また、外部電極形成後に樹脂コーティングが行われる場合は、電子部品の所定のセラミック素子面に、それぞれパターン印刷などの方法で樹脂が塗布される必要があり、樹脂コーティング膜の形成作業が煩雑であり、製造コストが高価になる。
それゆえに、本発明の目的は、セラミック電子部品のセラミック素子表面にのみ選択的にコーティング膜を形成することができるセラミック電子部品およびその製造方法を提供することである。
本発明は、
セラミック素子と、セラミック素子表面に設けられたコーティング膜および電極と、を備えたセラミック電子部品であって、
コーティング膜が、樹脂と、セラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と、を含んでいること、を特徴とする、セラミック電子部品である。
セラミック素子と、セラミック素子表面に設けられたコーティング膜および電極と、を備えたセラミック電子部品であって、
コーティング膜が、樹脂と、セラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と、を含んでいること、を特徴とする、セラミック電子部品である。
セラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素は、セラミック素子から溶け出して析出された状態で、コーティング膜に含まれている。そして、セラミック素子の構成元素は、Ba、Ti、Ca、Zr、Fe、Ni、Cu、Zn、Mn、Co、Al、Siのうち少なくとも1種を含む。また、外部電極には、めっき皮膜が形成されていてもよい。
本発明では、コーティング膜が、樹脂と、セラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と、を含んでおり、電子部品のセラミック素子表面にのみ選択的にコーティング膜が形成される。
また、本発明のセラミック電子部品は、樹脂の熱分解温度が240℃以上であることが好ましい。そして、樹脂は、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、フッ素系樹脂のうち少なくとも1種を含むことが好ましい。これにより、セラミック電子部品は高耐熱性を有する。
また、本発明のセラミック電子部品は、コーティング膜が加熱により架橋したものであることが好ましい。これにより、短時間でコーティング膜を形成することができる。
また、本発明は、
セラミック素子と、セラミック素子表面に設けられたコーティング膜および電極と、を備えたセラミック電子部品の製造方法であって、
セラミック素子表面をエッチングしてセラミック素子の構成元素をイオン化する機能を有する樹脂含有溶液を、セラミック素子表面に付与し、セラミック素子からイオン化されて析出したセラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と樹脂とを含むコーティング膜を、セラミック素子表面に形成すること、を特徴とする、セラミック電子部品の製造方法である。
セラミック素子と、セラミック素子表面に設けられたコーティング膜および電極と、を備えたセラミック電子部品の製造方法であって、
セラミック素子表面をエッチングしてセラミック素子の構成元素をイオン化する機能を有する樹脂含有溶液を、セラミック素子表面に付与し、セラミック素子からイオン化されて析出したセラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と樹脂とを含むコーティング膜を、セラミック素子表面に形成すること、を特徴とする、セラミック電子部品の製造方法である。
樹脂含有溶液をセラミック素子表面に付与する方法としては、浸漬や塗布などの方法がある。また、樹脂とは、カルボキシル基やアミノ基などの極性基を有する状態に調整されたものであり、有機物もしくは有機物と無機物の複合物として、水系の溶媒中に溶解可能もしくは分散可能なものを意味する。
そして、本発明のセラミック電子部品の製造方法は、外部電極がセラミック素子に形成された後に、コーティング膜がセラミック素子表面に形成されてもよい。あるいは、コーティング膜がセラミック素子表面に形成された後に、外部電極がセラミック素子に形成されてもよい。あるいは、外部電極がセラミック素子に形成され、かつ、外部電極の表面にめっき処理がされた後に、コーティング膜がセラミック素子表面に形成されてもよい。
本発明の樹脂含有溶液は、樹脂を水系の溶媒に分散したものであり、セラミックをエッチング(溶解)する成分と溶解したセラミックイオンと樹脂成分を反応させる成分を有する。
本発明では、樹脂含有溶液が、セラミック素子表面をエッチングして(溶解して)セラミック素子の構成元素をイオン化する。そして、樹脂含有溶液に溶解(分散)している樹脂成分が、イオン化したセラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と反応することによって、樹脂成分の電荷が中和される。その結果、樹脂成分が、セラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と共に沈降する。
具体的には、水系の溶媒に安定に分散しているアニオン性の樹脂成分がセラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と反応することで、不安定化してセラミック素子表面に沈降する。
本発明では、樹脂含有溶液が、セラミック素子表面をエッチングして(溶解して)セラミック素子の構成元素をイオン化する。そして、樹脂含有溶液に溶解(分散)している樹脂成分が、イオン化したセラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と反応することによって、樹脂成分の電荷が中和される。その結果、樹脂成分が、セラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と共に沈降する。
具体的には、水系の溶媒に安定に分散しているアニオン性の樹脂成分がセラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と反応することで、不安定化してセラミック素子表面に沈降する。
イオン化したセラミック素子の構成元素と樹脂含有溶液との反応は、セラミック素子表面において起こり易いため、反応物がセラミック素子表面に固定化されるものと思われる。これに対して、外部電極ではエッチング反応がほとんど起こらないため、イオン化したセラミック素子の構成元素が少なく、樹脂含有溶液との反応は起こらない。そのため、コーティング膜はセラミック素子表面のみに選択的に析出する。
セラミック素子表面に固定化した樹脂反応物はゲル状態であり、セラミック素子表面に密着しているため、樹脂含有溶液による処理後に水洗工程を経ることで、余分に付着した樹脂含有溶液を洗い流すことができる。
セラミック素子表面に固定化した樹脂反応物はゲル状態であり、セラミック素子表面に密着しているため、樹脂含有溶液による処理後に水洗工程を経ることで、余分に付着した樹脂含有溶液を洗い流すことができる。
本発明によれば、セラミック素子表面にのみ選択的にコーティング膜を形成することができる。従って、製造コストが安価なセラミック電子部品を得ることができる。また、化学的作用によりコーティング膜が形成されるため、複雑な形状や微細構造の電極を有しているセラミック電子部品にも適応できる。
また、樹脂含有溶液に含まれるエッチング成分によってセラミック素子表面の溶解が起こるため、表面が溶解したセラミック素子表面上にコーティング膜が形成されることになる。セラミック素子表面が溶解されると、表面凹凸が大きくなり、コーティング膜との密着力が向上する。
また、樹脂含有溶液に含まれるエッチング成分によってセラミック素子表面の溶解が起こるため、表面が溶解したセラミック素子表面上にコーティング膜が形成されることになる。セラミック素子表面が溶解されると、表面凹凸が大きくなり、コーティング膜との密着力が向上する。
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を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
本発明に係るセラミック電子部品およびその製造方法の一実施の形態を説明する。
1.セラミック電子部品
本発明に係るセラミック電子部品について、バリスタを例にして説明する。
1.セラミック電子部品
本発明に係るセラミック電子部品について、バリスタを例にして説明する。
図1は、本発明に係るセラミック電子部品であるバリスタ10を示す断面図である。バリスタ10は、略直方体のセラミック素子1と、セラミック素子1の左右の端部に形成された外部電極6a,6bと、セラミック素子1の4つの側面を覆うように形成されているコーティング膜8と、を備えている。
セラミック素子本体1は、厚み方向において、複数のセラミック層2と、セラミック層2を介して互いに対向している複数対の内部電極4a,4bと、を積み重ねた積層体である。
セラミック層2は、Mn、Co、Sn、Crが固溶したZnO結晶粒子の焼結体の粒界に、Bi2O3が第2相として存在するセラミック材料からなる。
内部電極4aは、その端部がセラミック素子1の左端面に引き出され、外部電極6aに電気的に接続されている。内部電極4bは、その端部がセラミック素子1の右端面に引き出され、外部電極6bに電気的に接続されている。そして、内部電極4a,4bの対向している部分にて、バリスタ機能が発揮される。内部電極4a,4bは、Ag、Cu、Ni、Pd、または、これら金属の合金などからなる。
外部電極6a,6bは、それぞれ、その表面にめっき皮膜7a,7bが形成されている。めっき皮膜7a,7bは、外部電極6a,6bを保護し、かつ、外部電極6a,6bのはんだ付け性を良好にする。
外部電極6a,6b以外の領域のセラミック素子1の表面上には、コーティング膜8が形成されている。コーティング膜8は、樹脂と、セラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と、を含んでいる。
コーティング膜8に含まれているセラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素は、セラミック素子1のセラミック層2の一部が溶け出して析出したものである。より具体的には、セラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素は、セラミック層2のZnO、Bi2O3、MnO、Co2O3、SnO2、Cr2O3などからそれぞれ溶け出して析出したZn、Bi、Mn、Co、Sn、Crなどである。
コーティング膜8に含まれている樹脂は、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、フッ素系樹脂などである。バリスタ10は、通常、はんだによる実装工程を経るため、コーティング膜8は高耐熱性(240℃以上)を有することが好ましい。従って、熱分解温度が240℃以上である樹脂が好ましい。ここで、耐熱性は、(ポリ塩化ビニリデン系樹脂、アクリル系樹脂)<エポキシ系樹脂<(ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂)の関係になる。
以上の構成からなるバリスタ10は、コーティング膜8が、樹脂と、セラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と、を含んでおり、バリスタ10のセラミック素子表面にのみ選択的にコーティング膜8を形成することができる。従って、製造コストが安価なバリスタ10を得ることができる。
2.セラミック電子部品の製造方法
次に、本発明に係るセラミック電子部品の製造方法を、バリスタ10を例にして説明する。図2は、バリスタ10の製造方法を示すフローチャートである。
次に、本発明に係るセラミック電子部品の製造方法を、バリスタ10を例にして説明する。図2は、バリスタ10の製造方法を示すフローチャートである。
工程S1で、Mn、Co、Sn、Crが固溶したZnO結晶粒子の焼結体の粒界に、Bi2O3が第2相として存在するセラミック材料に、有機バインダ、分散剤および可塑剤などが添加されて、シート成形用スラリーが作製される。
次に、工程S2で、シート成形用スラリーは、ドクターブレード法によりシート状に成形され、矩形のセラミックグリーンシートとされる。
次に、工程S3で、セラミックグリーンシート上に、Agを含有する内部電極ペーストがスクリーン印刷法で塗布され、内部電極4a,4bとなるべき電極ペースト膜が形成される。
次に、工程S4で、電極ペースト膜が形成されたセラミックグリーンシートは、電極ペースト膜の端部の引き出し方向が互い違いになるように複数枚積層され、圧着される。この積層セラミックグリーンシートは、個々のセラミック素子1となるべき寸法に切断され、複数の未焼成のセラミック素子1とされる。
次に、工程S5で、未焼成のセラミック素子1は、400〜500℃の温度で脱バインダ処理される。その後、未焼成のセラミック素子1は、900〜1000℃の温度で2時間焼成され、焼結したセラミック素子1とされる。セラミックグリーンシートと電極ペースト膜とは同時焼成され、セラミックグリーンシートはセラミック層2となり、電極ペースト膜は内部電極4a,4bとなる。
そして、この後の工程では、[方法1]〜[方法3]の3種類の製造方法が示されている。
(a)[方法1]の場合
[方法1]の製造方法の場合は、工程S6で、焼結したセラミック素子1の両端部に、外部電極ペースト(AgPd合金ペースト)が塗布される。その後、焼結したセラミック素子1は、900℃の温度で外部電極ペーストが焼き付けられ、内部電極4a,4bにそれぞれ電気的に接続された外部電極6a,6bが形成される。
[方法1]の製造方法の場合は、工程S6で、焼結したセラミック素子1の両端部に、外部電極ペースト(AgPd合金ペースト)が塗布される。その後、焼結したセラミック素子1は、900℃の温度で外部電極ペーストが焼き付けられ、内部電極4a,4bにそれぞれ電気的に接続された外部電極6a,6bが形成される。
次に、工程S7で、セラミック素子1は、樹脂含有溶液が浸漬法により付与され、もしくは、スピンコーティングにより塗布される。樹脂含有溶液は、セラミック素子1の表面をエッチングして、セラミック素子1の構成元素をイオン化する機能を有し、かつ、水系の溶媒に溶解もしくは分散した樹脂成分を含む。さらに、樹脂含有溶液は、樹脂成分を溶解もしくは分散するための中和剤および必要に応じて溶解したセラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と反応させるための界面活性剤などを含む。なお、樹脂含有溶液が付与された後、セラミック素子1は、必要に応じて純水などの極性溶媒により洗浄される。
従って、樹脂含有溶液は、セラミック素子1の表面をエッチングして(溶解して)セラミック素子1の構成元素をイオン化する。樹脂含有溶液のエッチング(溶解)作用は、バリスタ10の場合、主成分がZnOであるため、ハロゲンなどのエッチング促進成分を添加しなくても、樹脂含有溶液の構成成分だけで、エッチング(溶解)反応を起こすことができる。すなわち、樹脂含有溶液のpHが、Znがイオンとして安定に存在するpH領域(pH<5、pH>11)に設定されることにより、エッチング(溶解)反応は進行する。
そして、樹脂含有溶液に溶解(分散)している樹脂成分が、イオン化したセラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と反応することによって、樹脂成分の電荷が中和される。その結果、樹脂成分が、セラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と共に沈降し、セラミック素子表面のみに選択的に析出する。従って、析出した樹脂成分には、溶解してイオン化したセラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素が取り込まれている。
一方、樹脂成分は、外部電極6a,6bが形成されている部分には析出しない。この場合、セラミック素子1と外部電極6a,6bとの界面では、樹脂成分が外部電極6a,6bの表面に若干延在していることがある。これは、析出反応が、外部電極6a,6bの表面にて進行しているのではなく、セラミック素子表面に析出した樹脂成分が、外部電極6a,6b側に若干延在している状態であると見られる。
樹脂含有溶液に含まれる樹脂は、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、フッ素系樹脂などであるけれども、基本的には本処理によって析出する樹脂であればよく、その種類は問わない。
こうして、セラミック素子1からイオン化されて析出したセラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と樹脂とを含むコーティング膜8が、セラミック素子表面に形成される。その後、コーティング膜8は加熱処理がされる。加熱処理は、析出した樹脂含有溶液の樹脂成分同士の架橋反応を促進するためであり、樹脂成分の種類によって加熱条件は異なる。一般的に、架橋反応は高温下で進行し易い。しかし、高温になり過ぎると、樹脂成分の分解反応が大きくなってしまう。従って、樹脂成分に合わせて、最適な温度と時間を設定する必要がある。
次に、工程S8で、めっき皮膜7a,7bが、電解または無電解めっき法により、外部電極6a,6bの上に形成される。めっき皮膜7a,7bは、例えば、下層のNiめっき膜と上層のSnめっき膜とで構成された2重構造を採用している。図3は、[方法1]の製造方法によって外部電極6bが形成されている部分の拡大断面図である。
こうして、セラミック素子表面にのみ選択的にコーティング膜8を形成することができる。従って、製造コストが安価なバリスタ10が、量産性良く製造できる。また、化学的作用によりコーティング膜8が形成されるため、複雑な形状や微細構造の外部電極6a,6bを有しているバリスタ10にも適応できる。
(b)[方法2]の場合
また、[方法2]の製造方法の場合は、工程S9で、セラミック素子1は、樹脂含有溶液が浸漬法により付与され、もしくは、スピンコーティングにより塗布される。樹脂含有溶液は、セラミック素子1の表面をエッチングして(溶解して)セラミック素子1の構成元素をイオン化する。そして、樹脂含有溶液に溶解(分散)している樹脂成分が、イオン化したセラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と反応することによって、樹脂成分の電荷が中和される。その結果、樹脂成分が、セラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と共に沈降し、セラミック素子1の略全表面に析出する。従って、析出した樹脂成分には、溶解してイオン化したセラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素が取り込まれている。なお、樹脂含有溶液が付与された後、セラミック素子1は、必要に応じて純水などの極性溶媒により洗浄される。
また、[方法2]の製造方法の場合は、工程S9で、セラミック素子1は、樹脂含有溶液が浸漬法により付与され、もしくは、スピンコーティングにより塗布される。樹脂含有溶液は、セラミック素子1の表面をエッチングして(溶解して)セラミック素子1の構成元素をイオン化する。そして、樹脂含有溶液に溶解(分散)している樹脂成分が、イオン化したセラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と反応することによって、樹脂成分の電荷が中和される。その結果、樹脂成分が、セラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と共に沈降し、セラミック素子1の略全表面に析出する。従って、析出した樹脂成分には、溶解してイオン化したセラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素が取り込まれている。なお、樹脂含有溶液が付与された後、セラミック素子1は、必要に応じて純水などの極性溶媒により洗浄される。
こうして、セラミック素子1からイオン化されて析出したセラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と樹脂とを含むコーティング膜8が、セラミック素子1の略全表面に形成される。その後、コーティング膜8は加熱処理がされる。なお、このとき、セラミック素子1の左右の両端面において露出される内部電極4a,4bの引き出し部には、コーティング膜8は形成されていない。
次に、工程S10で、セラミック素子1の両端部に、外部電極ペーストが塗布される。その後、セラミック素子1は、コーティング膜8が熱分解しない温度で外部電極ペーストが焼き付けられ、内部電極4a,4bにそれぞれ電気的に接続された外部電極6a,6bが形成される。
次に、工程S11で、めっき皮膜7a,7bが、電解または無電解めっき法により、外部電極6a,6bの上に形成される。図4は、[方法2]の製造方法によって外部電極6bが形成されている部分の拡大断面図である。
(c)[方法3]の場合
また、[方法3]の製造方法の場合は、工程S12で、セラミック素子1の両端部に、外部電極ペーストが塗布される。その後、セラミック素子1は、900℃の温度で外部電極ペーストが焼き付けられ、内部電極4a,4bにそれぞれ電気的に接続された外部電極6a,6bが形成される。
また、[方法3]の製造方法の場合は、工程S12で、セラミック素子1の両端部に、外部電極ペーストが塗布される。その後、セラミック素子1は、900℃の温度で外部電極ペーストが焼き付けられ、内部電極4a,4bにそれぞれ電気的に接続された外部電極6a,6bが形成される。
次に、工程S13で、めっき皮膜7a,7bが、電解または無電解めっき法により、外部電極6a,6bの上に形成される。
次に、工程S14で、セラミック素子1は、樹脂含有溶液が浸漬法により付与され、もしくは、スピンコーティングにより塗布される。樹脂含有溶液は、セラミック素子1の表面をエッチングして(溶解して)セラミック素子1の構成元素をイオン化する。そして、樹脂含有溶液に溶解(分散)している樹脂成分が、イオン化したセラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と反応することによって、樹脂成分の電荷が中和される。その結果、樹脂成分が、セラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と共に沈降し、セラミック素子表面のみに選択的に析出する。従って、析出した樹脂成分には、溶解してイオン化したセラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素が取り込まれている。一方、樹脂成分は、外部電極6a,6bが形成されている部分には析出しない。なお、樹脂含有溶液が付与された後、セラミック素子1は、必要に応じて純水などの極性溶媒により洗浄される。
こうして、セラミック素子1からイオン化されて析出したセラミック素子1の構成元素のうちカチオン性の元素と樹脂とを含むコーティング膜8が、セラミック素子1の表面に形成される。その後、コーティング膜8は加熱処理がされる。図5は、[方法3]の製造方法によって外部電極6bが形成されている部分の拡大断面図である。
次に、本発明に係るセラミック電子部品について、バリスタ以外の例として、積層セラミックコンデンサ、積層コイル、PTCサーミスタ、NTCサーミスタ、およびLTCC基板を説明する。
(a)積層セラミックコンデンサ
本発明に係るセラミック電子部品である積層セラミックコンデンサは、図1に示した前記バリスタ10と同様の構造を有しているため、その詳細な説明を省略する。
本発明に係るセラミック電子部品である積層セラミックコンデンサは、図1に示した前記バリスタ10と同様の構造を有しているため、その詳細な説明を省略する。
この積層セラミックコンデンサでは、外部電極以外の領域のセラミック素子表面上に、コーティング膜が形成されている。コーティング膜は、樹脂と、セラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と、を含んでおり、積層セラミックコンデンサのセラミック素子表面にのみ選択的に形成されている。
セラミック素子を構成しているセラミック層は、主成分のPb(Mg,Nb)O3−PbTiO3−Pb(Cu,W)−ZnO−MnO2に、還元防止剤のLi2O−BaO−B2O3−SiO2を混合したセラミック材料や、CaZrO3−CaTiO3を主成分とするセラミック材料などからなる。従って、コーティング膜に含まれているセラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素は、セラミック層のPb(Mg,Nb)O3−PbTiO3−Pb(Cu,W)−ZnO−MnO2、Li2O−BaO−B2O3−SiO2、CaZrO3−CaTiO3などからそれぞれ溶け出して析出したPb、Mg、Nb、Ti、Ba、Li、Zn、Mn、Si、Ca、Zrなどである。
コーティング膜に含まれている樹脂は、バリスタの場合と同様に、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、フッ素系樹脂などである。
(b)積層コイル
本発明に係るセラミック電子部品である積層コイルは、周知の積層コイルと同様の構造を有しているため、その詳細な説明を省略する。
本発明に係るセラミック電子部品である積層コイルは、周知の積層コイルと同様の構造を有しているため、その詳細な説明を省略する。
この積層コイルでは、外部電極以外の領域のセラミック素子表面上に、コーティング膜が形成されている。コーティング膜は、樹脂と、セラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と、を含んでおり、積層コイルのセラミック素子表面にのみ選択的に形成されている。
セラミック素子を構成しているセラミック層は、Cu−Zn系フェライト、Ni−Zn系フェライトなどの磁性セラミック材料からなる。従って、コーティング膜に含まれているセラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素は、セラミック層のCu−Zn系フェライト、Ni−Zn系フェライトなどからそれぞれ溶け出して析出したSr、Sn、Fe、Ni、Cu、Zn、Mn、Coなどである。
コーティング膜に含まれている樹脂は、バリスタの場合と同様に、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、フッ素系樹脂などである。
(c)PTCサーミスタおよびNTCサーミスタ
本発明に係るセラミック電子部品であるPTCサーミスタおよびNTCサーミスタは、周知のサーミスタと同様の構造を有しているため、その詳細な説明を省略する。
本発明に係るセラミック電子部品であるPTCサーミスタおよびNTCサーミスタは、周知のサーミスタと同様の構造を有しているため、その詳細な説明を省略する。
PTCサーミスタおよびNTCサーミスタでは、外部電極以外の領域のセラミック素子表面上に、コーティング膜が形成されている。コーティング膜は、樹脂と、セラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と、を含んでおり、PTCサーミスタおよびNTCサーミスタのセラミック素子表面にのみ選択的に形成されている。
PTCサーミスタのセラミック素子を構成しているセラミック層は、例えば、主成分としてのBaTiO3に、半導体化剤としてのY2O3、硬化剤としてのSiO2及びAl2O3、特性改善剤としてのMnO2をそれぞれ添加して混合したセラミック材料からなる。従って、PTCサーミスタのコーティング膜に含まれているセラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素は、セラミック層のBaTiO3、Y2O3、SiO2、Al2O3、MnO2からそれぞれ溶け出して析出したBa、Ti、Y、Si、Mnなどである。
一方、NTCサーミスタのセラミック素子を構成しているセラミック層は、例えば、Mn3O4、NiO、Co2O3などを混合したセラミック材料からなる。従って、NTCサーミスタのコーティング膜に含まれているセラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素は、セラミック層のMn3O4、NiO、Co2O3などからそれぞれ溶け出して析出したMn、Ni、Coなどである。
コーティング膜に含まれている樹脂は、バリスタの場合と同様に、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、フッ素系樹脂などである。
(d)LTCC基板(低温共焼結セラミック多層基板)
図6は、本発明に係るセラミック電子部品であるLTCC基板30を示す断面図である。LTCC基板30は、セラミック素子21と、セラミック素子21に形成されたスルーホール電極26a,26b,26cと、セラミック素子21を覆うように形成されているコーティング膜28と、を備えている。
図6は、本発明に係るセラミック電子部品であるLTCC基板30を示す断面図である。LTCC基板30は、セラミック素子21と、セラミック素子21に形成されたスルーホール電極26a,26b,26cと、セラミック素子21を覆うように形成されているコーティング膜28と、を備えている。
セラミック素子21は、厚み方向において、複数のセラミック層22と、複数の内部回路電極層24a,24bと、を積み重ねた積層体である。スルーホール電極26a,26b,26cは、内部回路電極層24a,24bとセラミック素子1の表裏面とを電気的に接続している。
セラミック層22は、LTCCセラミック材料(例えば、結晶化ガラスに、Al2O3、ZrSiO4などを混合したもの)からなる。
スルーホール電極26a,26b,26cは、必要に応じて、その表面にめっき皮膜が形成される。
スルーホール電極26a,26b,26c以外の領域のセラミック素子21の表面上には、コーティング膜28が形成されている。コーティング膜28は、樹脂と、セラミック素子21の構成元素のうちカチオン性の元素と、を含んでいる。
コーティング膜28に含まれているセラミック素子21の構成元素のうちカチオン性の元素は、セラミック層22の一部が溶け出して析出したものである。より具体的には、セラミック素子21の構成元素のうちカチオン性の元素は、セラミック層22のLTCCセラミック材料からそれぞれ溶け出して析出したSi、Al、B、Caなどである。
コーティング膜に含まれている樹脂は、バリスタの場合と同様に、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、フッ素系樹脂などである。
以上の構成からなるLTCC基板30では、コーティング膜28が、樹脂と、セラミック素子21の構成元素のうちカチオン性の元素と、を含んでおり、LTCC基板30のセラミック素子表面にのみ選択的にコーティング膜28を形成することができる。従って、製造コストが安価なLTCC基板30を得ることができる。
1.実施例および比較例
実施例および比較例の各セラミック電子部品(バリスタ、積層セラミックコンデンサ、積層コイル、PTCサーミスタ、NTCサーミスタ、LTCC基板)が作製され、特性評価が行われた。
実施例および比較例の各セラミック電子部品(バリスタ、積層セラミックコンデンサ、積層コイル、PTCサーミスタ、NTCサーミスタ、LTCC基板)が作製され、特性評価が行われた。
2.実施例および比較例の作製
(a)実施例1〜実施例14
表1に示すように、前記実施の形態の[方法1]の製造方法によって、コーティング膜8をセラミック素子1の表面に設けたバリスタ10を作製した。
(a)実施例1〜実施例14
表1に示すように、前記実施の形態の[方法1]の製造方法によって、コーティング膜8をセラミック素子1の表面に設けたバリスタ10を作製した。
樹脂含有溶液としては、樹脂成分が水系の溶媒に分散した市販のラテックスに、必要に応じてエッチング促進成分と界面活性剤を添加したものが使用された。
実施例1〜実施例3の樹脂含有溶液は、樹脂成分としてのアクリル系樹脂(商品名:Nipol LX814A(日本ゼオン製))に、エッチング促進成分としての硫酸を添加して、pHをそれぞれ2.0、3.0、4.0に調整したものを用いた。
実施例4〜実施例6の樹脂含有溶液は、樹脂成分としてのアクリル系樹脂(商品名:Nipol LX814A(日本ゼオン製))に、エッチング促進成分としての硫酸を添加して、pHをそれぞれ2.0、3.0、4.0に調整したものを用いた。これに界面活性剤としてニューレックス(登録商標、日油製)を1vol%添加した。樹脂含有溶液は固形分濃度が10%になるように調整した。
実施例7の樹脂含有溶液は、樹脂成分としてのポリ塩化ビニリデン系樹脂(商品名:サランラテックスL232A(旭化成ケミカルズ製))に、エッチング促進成分としての10%硫酸を1vol%濃度で添加した後、水酸化カリウム溶液にてpHを3.0に調整したものを用いた。
実施例8の樹脂含有溶液は、樹脂成分としてのポリ塩化ビニリデン系樹脂(商品名:サランラテックスL232A(旭化成ケミカルズ製))の未調整品を用いた(pHは2.0)。
実施例9の樹脂含有溶液は、樹脂成分としてのシリコーン系樹脂(商品名:X−51−1318(信越化学工業製))に、エッチング促進成分としての硫酸を添加して、pHを3.0に調整したものを用いた。
実施例10の樹脂含有溶液は、樹脂成分としてのシリコーン系樹脂(商品名:X−51−1318(信越化学工業製))に、エッチング促進成分としての硫酸を添加して、pHを3.0に調整したものを用いた。これに界面活性剤としてニューレックス(登録商標、日油製)を1vol%添加した。樹脂含有溶液は固形分濃度が10%になるように調整した。
実施例11の樹脂含有溶液は、アクリル系樹脂(商品名:Nipol LX814A(日本ゼオン製))に、エッチング促進成分としての塩酸を添加して、pHを4.0に調整したものを用いた。
実施例12の樹脂含有溶液は、アクリル系樹脂(商品名:Nipol LX814A(日本ゼオン製))に、エッチング促進成分としての塩酸を添加して、pHを4.0に調整したものを用いた。これに界面活性剤としてニューレックス(登録商標、日油製)を1vol%添加した。樹脂含有溶液は固形分濃度が10%になるように調整した。
実施例13の樹脂含有溶液は、アクリル系樹脂(商品名:Nipol LX814A(日本ゼオン製))に、エッチング促進成分として硝酸を添加して、pHを4.0に調整したものを用いた。
実施例14の樹脂含有溶液は、アクリル系樹脂(商品名:Nipol LX814A(日本ゼオン製))に、エッチング促進成分としての硝酸を添加して、pHを4.0に調整したものを用いた。これに界面活性剤としてニューレックス(登録商標、日油製)を1vol%添加した。樹脂含有溶液は固形分濃度が10%になるように調整した。
コーティング膜8は、セラミック素子1を室温の樹脂含有溶液に3分間浸漬した後、純水で水洗して、80〜150℃で30分間熱処理することによって、セラミック素子1の表面に形成された。
(b)実施例15〜実施例39
表1に示すように、前記実施の形態の[方法1]の製造方法によって、コーティング膜をそれぞれのセラミック素子の表面に設けた、積層セラミックコンデンサ(実施例15、20、25、30、35)、積層コイル(実施例16、21、26、31、36)、PTCサーミスタ(実施例17、22、27、32、37)、NTCサーミスタ(実施例18、23、28、33、38)、LTCC基板(実施例19、24、29、34、39)が作製された。
表1に示すように、前記実施の形態の[方法1]の製造方法によって、コーティング膜をそれぞれのセラミック素子の表面に設けた、積層セラミックコンデンサ(実施例15、20、25、30、35)、積層コイル(実施例16、21、26、31、36)、PTCサーミスタ(実施例17、22、27、32、37)、NTCサーミスタ(実施例18、23、28、33、38)、LTCC基板(実施例19、24、29、34、39)が作製された。
実施例15〜実施例19の樹脂含有溶液は、樹脂成分としてのアクリル系樹脂(商品名:Nipol LX814A(日本ゼオン製))に、エッチング促進成分としての硫酸を添加して、pHを3.0に調整したものを用いた。
実施例20〜実施例24の樹脂含有溶液は、樹脂成分としてのアクリル系樹脂(商品名:Nipol LX814A(日本ゼオン製))に、エッチング促進成分としての硫酸を添加して、pHを3.0に調整したものを用いた。これに界面活性剤としてニューレックス(登録商標、日油製)を1vol%添加した。樹脂含有溶液は固形分濃度が10%になるように調整した。
実施例25〜実施例29の樹脂含有溶液は、樹脂成分としてのエポキシ系樹脂(商品名:モデピクス302(荒川化学工業製))に、エッチング促進成分としての硫酸を添加して、pHを3.0に調整したものを用いた。これに界面活性剤としてニューレックス(登録商標、日油製)を5vol%添加した。樹脂含有溶液は固形分濃度が10%になるように調整した。
実施例30〜実施例34の樹脂含有溶液は、樹脂成分としてのシリコーン系樹脂(商品名:POLON−MF−56(信越化学工業製))に、エッチング促進成分としての硫酸を添加して、pHを3.0に調整したものを用いた。これに界面活性剤としてニューレックス(登録商標、日油製)を5vol%添加した。樹脂含有溶液は固形分濃度が10%になるように調整した。
実施例35〜実施例39の樹脂含有溶液は、樹脂成分としてのアクリル系樹脂(商品名:Nipol SX−1706A(日本ゼオン製))に、エッチング促進成分としての硫酸を添加して、pHを3.0に調整したものを用いた。これに界面活性剤としてニューレックス(登録商標、日油製)を5vol%添加した。樹脂含有溶液は固形分濃度が10%になるように調整した。
コーティング膜は、セラミック素子を室温の樹脂含有溶液に10分間浸漬した後、純水で水洗して、80〜150℃で30分間熱処理することによって、セラミック素子の表面に形成された。
(c)比較例1〜比較例6
表1に示すように、セラミック素子の表面にコーティング膜が形成されていないバリスタ(比較例1)、積層セラミックコンデンサ(比較例2)、積層コイル(比較例3)、PTCサーミスタ(比較例4)、NTCサーミスタ(比較例5)、LTCC基板(比較例6)が作製された。
表1に示すように、セラミック素子の表面にコーティング膜が形成されていないバリスタ(比較例1)、積層セラミックコンデンサ(比較例2)、積層コイル(比較例3)、PTCサーミスタ(比較例4)、NTCサーミスタ(比較例5)、LTCC基板(比較例6)が作製された。
3.実施例および比較例における特性評価および評価方法
作製された実施例1〜39および比較例1〜6の各セラミック電子部品に対して、以下の特性評価が行なわれた。
作製された実施例1〜39および比較例1〜6の各セラミック電子部品に対して、以下の特性評価が行なわれた。
(a)セラミック素子部のめっき非析出性(選択析出性)
セラミック素子部の表面(外部電極以外の領域であって、コーティング膜の表面を含む)の電解めっき析出性は、電解Niめっきおよび電解Snめっき後の外観目視検査によって判断した。セラミック素子部の表面に電解めっきが析出していない場合は「○」とした。セラミック素子部の表面に島状の電解めっきが析出している場合、もしくは、外部電極端部から突起状の電解めっきがセラミック素子側に延在して析出している場合は「△」とした。セラミック素子部の全表面に電解めっきが析出している場合は「×」とした。
セラミック素子部の表面(外部電極以外の領域であって、コーティング膜の表面を含む)の電解めっき析出性は、電解Niめっきおよび電解Snめっき後の外観目視検査によって判断した。セラミック素子部の表面に電解めっきが析出していない場合は「○」とした。セラミック素子部の表面に島状の電解めっきが析出している場合、もしくは、外部電極端部から突起状の電解めっきがセラミック素子側に延在して析出している場合は「△」とした。セラミック素子部の全表面に電解めっきが析出している場合は「×」とした。
(b)めっき付き性
めっき付き性は、電解Niめっきおよび電解Snめっき後の外観目視検査によって判断した。このめっき付き性の評価は、外部電極にはコーティング膜が形成されていないことを評価することも含まれている。外部電極の全表面に電解めっきが付いている場合は「○」とした。外部電極の表面の少なくとも一部に電解めっきが付いていない場合「×」とした。
めっき付き性は、電解Niめっきおよび電解Snめっき後の外観目視検査によって判断した。このめっき付き性の評価は、外部電極にはコーティング膜が形成されていないことを評価することも含まれている。外部電極の全表面に電解めっきが付いている場合は「○」とした。外部電極の表面の少なくとも一部に電解めっきが付いていない場合「×」とした。
4.実施例および比較例における特性評価結果
表1は実施例1〜39および比較例1〜6の特性評価の結果を示す。
表1は実施例1〜39および比較例1〜6の特性評価の結果を示す。
表1より、比較例1〜比較例6の場合(コーティング膜が形成されていないセラミック電子部品の場合)は、めっき付き性は良好であるけれども、セラミック素子部のめっき非析出性が悪いことが認められる。
一方、実施例1〜実施例39の場合(コーティング膜が形成されているセラミック電子部品の場合)は、セラミック素子部のめっき非析出性およびめっき付き性が共に良好であることが認められる。
なお、この発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。
1 セラミック素子
2 セラミック層
4a,4b 内部電極
6a,6b 外部電極
8 コーティング膜
10 バリスタ
21 セラミック素子
22 セラミック層
24a,24b 内部回路電極層
26a,26b,26c スルーホール電極
28 コーティング膜
30 LTCC基板
2 セラミック層
4a,4b 内部電極
6a,6b 外部電極
8 コーティング膜
10 バリスタ
21 セラミック素子
22 セラミック層
24a,24b 内部回路電極層
26a,26b,26c スルーホール電極
28 コーティング膜
30 LTCC基板
Claims (11)
- セラミック素子と、前記セラミック素子表面に設けられたコーティング膜および電極と、を備えたセラミック電子部品であって、
前記コーティング膜が、樹脂と、前記セラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と、を含んでいること、を特徴とする、セラミック電子部品。 - 前記セラミック素子の構成元素は、Ba、Ti、Ca、Zr、Fe、Ni、Cu、Zn、Mn、Co、Al、Siのうち少なくとも1種を含むこと、を特徴とする、請求項1に記載のセラミック電子部品。
- 前記樹脂の熱分解温度が240℃以上であること、を特徴とする、請求項1または請求項2に記載のセラミック電子部品。
- 前記樹脂が、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、フッ素系樹脂のうち少なくとも1種を含むこと、を特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のセラミック電子部品。
- 前記コーティング膜が加熱により架橋したものであること、を特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかに記載のセラミック電子部品。
- 前記電極にめっき皮膜が形成されていること、を特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれかに記載のセラミック電子部品。
- セラミック素子と、前記セラミック素子表面に設けられたコーティング膜および電極と、を備えたセラミック電子部品の製造方法であって、
前記セラミック素子表面をエッチングして前記セラミック素子の構成元素をイオン化する機能を有する樹脂含有溶液を、前記セラミック素子表面に付与する工程と、
前記セラミック素子からイオン化されて析出したセラミック素子の構成元素のうちカチオン性の元素と樹脂とを含むコーティング膜を、セラミック素子表面に形成する工程を有する、セラミック電子部品の製造方法。 - 前記樹脂含有溶液が前記セラミック素子表面に付与された後、洗浄される工程を有する、請求項7に記載のセラミック電子部品の製造方法。
- 前記電極が前記セラミック素子に形成された後に、前記コーティング膜が前記セラミック素子表面に形成されること、を特徴とする、請求項7または請求項8に記載のセラミック電子部品の製造方法。
- 前記コーティング膜が前記セラミック素子表面に形成された後に、前記電極が前記セラミック素子に形成されること、を特徴とする、請求項7または請求項8に記載のセラミック電子部品の製造方法。
- 前記電極が前記セラミック素子に形成され、かつ、前記電極の表面にめっき処理がされた後に、前記コーティング膜が前記セラミック素子表面に形成されること、を特徴とする、請求項7または請求項8に記載のセラミック電子部品の製造方法。
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