JPH0151003B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、磁器コンデンサに関する。 磁器コンデンサの電極を形成する場合、従来
は、酸化銀AgOの微粉末を導電成分とし、これ
に低融点フリツトガラスを含有させた銀ペースト
を、スクリーン印刷法等の手段で誘電体磁器素体
上に塗布し、かつ焼付けて構成するのが一般的で
あつた。この銀ペースト焼付電極は電気的性質に
優れ、高周波特性が良好で、信頼性が高く、しか
も電極皮膜形成が容易かつ簡便である等の長所を
有する。 しかしながら、次のような欠点もあつた。 (イ) 銀は有限の資源であつてコスト的に高く、こ
のためコストダウンに限界があつた。因に通常
の磁器コンデンサにおいては、全体のコストに
対する電極コストの割合は2/3程度と、極めて
大きなウエートを占めている。 (ロ) 電極にプリント回路基板の導体パターンやリ
ード線等の外部電極を半田付けした場合、半田
中に銀が拡散移行する「半田喰われ現象」が発
生し、電極密着性が低下したり、或は静電容量
不足等の機能的障害を招き易い。 (ハ) シルバーマイグレーシヨンが発生し、絶縁耐
電圧の低下等、信頼性を損ない易い。特に、半
田付け時のサーマルシヨツク等によつて、誘電
体磁器素体にマイクロクラツクが入るのを完全
に防止することが不可能であるため、このマイ
クロクラツク内に銀が拡散移行し、シルバーマ
イグレーシヨンの進行が助長され、信頼性を低
下させる欠点がある。 上述の銀焼付け電極の欠点を除去する手段とし
て、無電解メツキ法またはこれと電気メツキ法と
の組合せにより、ニツケルや銅等の卑金属より成
る電極を形成する方法も試みられているが、メツ
キ膜が酸化され易く、リード線等の外部導体との
半田付けに当つて特殊な活性フラツクスを必要と
し、また、化学的処理によつて素体に付着しもし
くは浸透したメツキ液の残留イオンが寿命特性を
劣化させる。しかも、ニツケル無電解メツキ電極
とした場合には、ニツケル自体が銀に比べて電気
伝導度、半田付け性等の物性的特性に劣ること、
高周波特性が悪く、信頼性に欠けることなどの欠
点を生じる。さらに、従来の銀ペーストの焼付け
印刷という単純な工程に比べて、誘電体磁器素体
表面を粗面化した後、無電解メツキ処理を施し、
次に外周研磨して電極を独立させる工程を経なけ
ればならず、製造工程が非常に複雑になる欠点も
ある。しかも、外周研磨を施す場合に、誘電体磁
器素体の厚さが薄いと研磨力によつて素体が簡単
に破損し割れてしまうため、素体の厚さがある程
度以上のものに限定して適用しなければならない
という制約があつた。 このほか、真空蒸着法やスパツタリングなどの
気相法によつて金属薄膜を形成する方法も試みら
れている。この気相法に用いられている代表的金
属は、電気的性質が銀に類似する銅であるが、素
体に対する金属薄膜の付着力が弱く、電極が剥離
し易い上に、電極の膜厚の厚いものを連続的に量
産することが困難であるという欠点があり、更に
設備費が高価なため、結果的にコスト高になる欠
点もあつた。 本発明は上述する従来の問題点を解決し、銀ペ
ーストを用いた場合に不可避であつた半田喰われ
現象やシルバーマイグレーシヨン等を発生するこ
とがなく、高周波特性、信頼性、半田付け性およ
び寿命特性等が非常に良好で、しかも、取得静電
容量が大きく、誘電体損失の小さな高性能の磁器
コンデンサを提供することを目的とする。 この目的を達成するため、本発明に係る磁器コ
ンデンサは、銅微粉末と、ホウケイ酸鉛、ホウケ
イ酸ビスマス、ホウケイ酸亜鉛の少なくとも一種
を主成分とするガラスフリツトとを含有し、前記
銅微粉末に対する前記ガラスフリツトの体積比が
２乃至40％である導電性ペースト組成物を、誘電
体磁器素体に塗布焼付けして形成した電極を有す
ることを特徴とする。 本発明に係る磁器コンデンサの電極は、導電性
ペースト組成物を有機質ビヒクル中に分散させて
ペースト化し、誘電体磁器素体に対して、スクリ
ーン印刷等の方法で塗布し、これを中性雰囲気
（N₂）中で焼付け加熱処理して形成する。中性雰
囲気で熱処理するのは銅微粉末の酸化を防止する
ためである。 この場合、導電性ペースト組成物は、銅微粉末
を含有しているので、銅電極皮膜が形成される。
このため、コストの安価な磁器コンデンサを提供
できる。しかも銅微粉末は、銀微粉末と同様の電
気的、物性的特性を有するから、高周波特性の良
好な磁器コンデンサが得られる。また、銀電極の
場合に避けることのできないシルバーマイグレー
シヨン及び半田喰われ現象が皆無となるので、信
頼性及び寿命特性に優れ、容量変化率の小さな高
信頼度の磁器コンデンサを提供することができ
る。更に、半田付け時のサーマルシヨツクにより
誘電体磁器素体にマイクロクラツクが発生したと
しても、シルバーマイグレーシヨン及び半田喰わ
れ現象が皆無であるから、これらによる信頼性や
寿命特性の劣化のない高信頼度の磁器コンデンサ
を提供することができる。また、焼付け電極を構
成できるから、付着力が強固で電極剥離等の生じ
難い引張り強度の大きな電極を有する磁器コンデ
ンサを提供することができる。 更にまた、無電解メツキ法、電気メツキ法によ
る電極形成法と異つて、メツキ膜の酸化や残留イ
オンによる寿命特性の劣化がなく、誘電体磁器素
体の厚さによる制約を受けない磁器コンデンサを
提供できる。 前記ガラスフリツトはホウケイ酸鉛、ホウケイ
酸ビスマス、ホウケイ酸亜鉛の少なくとも一種を
主成分とするものであり、ガラスの分類上、低融
点半田ガラスに当るものであつて、中性雰囲気で
加熱処理した場合に溶融して導電成分たる銅微粉
末を誘電体磁器素体上に接着する機能を受持つ。 ガラスフリツトの添加量は、また、電極化した
場合の特性に大きな影響を与える。前記ガラスフ
リツトは銅微粉末に対する体積比が２乃至40％と
なるように添加する。ガラスフリツトの添加量が
２％以下であると、電極化した場合の電極引張り
強度が著しく低下し、一方、添加量が40％以上に
なると、電極引張り強度は増大するけれども、半
田付良品率が低下し、静電容量が小さくなり、誘
電損失が大きくなるからである。 銅微粉末に対するガラスフリツトの添加量を、
重量比ではなく、体積比で規定したのは、次の理
由による。 即ち、第７図にモデル化して示すように、誘電
体磁器５に対して導電性ペースト組成物を塗布焼
付けして電極６，７を形成した場合、誘電体磁器
素体５と銅微粉末を多く含むCu電極層６１，７
１との間の界面に、ガラスフリツトを多く含むガ
ラスフリツト層６２，７２が生じる。このため、
第８図にモデル化して示すように、誘電体磁器素
体５による容量C₁と直列に、ガラスフリツト層
６２，７２による容量C₂₁、C₂₂を接続したコンデ
ンサ回路となる。従つて、磁器コンデンサとして
取得される静電容量Ｃは、容量C₁、C₂₁及びC₂₂の
直列容量となり、ガラスフリツト層６２，７２の
容量C₂₁、C₂₂の影響を大きく受ける。ガラスフリ
ツト層６２，７２の静電容量C₂₁、C₂₂は、ガラス
フリツト層６２，７２の厚みｔで左右される。ま
た、静電容量の他に、電極半田付け性、電極引張
り強度、誘電体損失等も、Cu電極層６１，７１
の内部におけるガラスフリツト残留量、及び、誘
電体磁器素体５とCu電極層６１，７１との間の
界面におけるガラスフリツト層６２，７２の厚み
ｔで左右される。 そして、Cu電極層６１，７１におけるガラス
フリツト残留量及び界面におけるガラスフリツト
層６２，７２の厚みｔは、銅微粉末に対するガラ
スフリツトの体積比で決る。従つて、銅微粉末に
対するガラスフリツトの含有量を、体積比で規定
することにより、ガラスフリツト層６２，７２の
厚みｔを所定の値に設定して、その静電容量C₂₁、
C₂₂の値の変動を少なくし、全体としての静電容
量Ｃを安定化できるようになると共に、電極半田
付け性、電極引張り強度、誘電体損失等も所定の
安定した値に設定できるようになる。 これに対して、ガラスフリツトの添加量を重量
比で規定した場合、ガラスフリツトの比重はその
組成によつて大幅に変化するから、銅微粉末に対
するガラスフリツトの体積比がその比重の変化に
応じて浮動し、ガラスフリツト層６２，７２の厚
みｔが変動してしまう。このため、ガラスフリツ
ト層６２，７２による静電容量C₂₁、C₂₂も大きく
変動し、磁器コンデンサとしての静電容量Ｃが大
きく変動してしまう。例えば、比重８のガラスフ
リツトを用いた場合と、比重４のガラスフリツト
を用いた場合とでは、ガラスフリツト層６２，７
２の厚みｔが、比重４のガラスフリツトを用いた
場合の方が約２倍も厚くなり、静電容量C₂₁、C₂₂
も同様に大きく変動してしまう。電極半田付け
性、電極引張り強度及び電気的特性等も、同様の
傾向である。このため、銅微粉末に対するガラス
フリツトの添加量を重量比で規定した場合は、所
定の静電容量、電極半田付け性、電極引張り強度
及び電気的特性を有する磁器コンデンサを得るこ
とができない。 本発明においては、銅微粉末に対するガラスフ
リツトの添加量を、重量比ではなく、体積比で規
定したから、所定の静電容量、電極半田付け性、
電極引張り強度及び電気的特性を持つ品質の安定
した磁器コンデンサが得られる。 以下実施例を上げて本発明の内容を更に具体的
に説明する。 実施例 １ 銅微粉末と、ホウケイ酸鉛系ガラスフリツトと
を、銅微粉末に対するホウケイ酸鉛系ガラスフリ
ツトの体積比を変えながら、セルローズ系有機質
ビヒクル中に分散してペーストを調製し、これを
チタン酸バリウム系の高誘電率誘電体磁器素体に
スクリーン印刷により塗布した後、中性雰囲気
（N₂）中で焼付け加熱処理を行なつた。この場合
の前記ガラスフリツトの添加量に対する電極引張
り強度、半田付け性（半田付け良品率）および静
電容量を表１に、電極引張り強度および半田付け
性を第１図に、また静電容量および誘電体損失を
第２図にそれぞれ示す。表１および第１図におい
て、電極引張り強度は、直径８mm、厚さ0.15mmの
円板状の誘電体磁器素体に前述のようにして焼付
けして形成した電極に直径６mmのメツキを行な
い、この上に直径0.5mmのリード線を半田付けし、
その引張り強度を測定した。また、半田付け性
は、前記電極焼付け後の誘電体磁器素体をロジン
フラツクスを使用して半田に浸漬し、その半田付
け性を目視により判定し、半田付け良品率で表わ
した。半田は融点が240℃の共晶半田を使用し、
２〜３秒間浸漬した。

【表】 表１および第１図に示すように、ガラスフリツ
トの添加量が増大すると、引張り強度は大きくな
るが、反対に半田付け性は悪化する。また、ガラ
スフリツトの添加量が減少すると、半田付け性は
良くなるが、引張り強度は低下する。特に、ガラ
スフリツトの添加量が体積比で40％以上になる
と、半田付け良品率が急激に低下する。一方、ガ
ラスフリツトの添加量が体積比２％以下になる
と、引張り強度は１Kg／cm²以下になる。つまり、
電極の引張り強度と半田付け性を同時に満足する
には、前記ガラスフリツトの添加量は銅微粉末に
対して体積比で２〜40％の範囲となるようにする
ことが必要である。この範囲の添加量であれば、
従来の銀ペースト焼付け電極の引張り強度が0.3
〜３Kg／cm²程度であるのに対し、引張り強度が１
〜６Kg／cm²程度と大幅に向上し、しかも半田付け
良品率も従来と損色のない80％以上の高水準を維
持することができる。 また、第２図に示すように、ガラスフリツトの
添加量が体積比２〜40％範囲にあると、静電容量
が１〜35μF、誘電体損失が1.5〜４％の範囲とな
り、特性の優れたものが実現できる。 次に上記実施例において、ガラスフリツトの添
加量を体積比10％とした本発明に係る電極ペース
ト使用の磁器コンデンサと、市販の銀電極磁器コ
ンデンサとについて、その半田溶解性を測定する
と第３図のようになる。測定に当つて、両者を
300℃の共晶半田槽に浸漬し、そのときの容量の
変化を浸漬時間に従つて測定した。第３図に示す
ように、従来の銀電極磁器コンデンサは20秒の浸
漬時間で静電容量が−70％も低下するが、本発明
に係る電極ペーストを付与した磁器コンデンサは
同時間で静電容量が−５％程度低下するに留り、
特性の劣化が非常に少ないことがわかる。 次に、第４図はシルバーマイグレーシヨンの試
験データを示している。試験に当つては、第５図
に示すように、アルミナ基板１の表面に、ギヤツ
プg₁＝1.5mmを隔てて２つの電極２，３を設けた
試料を使用し、第６図に示すように、この試料を
水中に入れて、電極２−３間に可変直流電源４に
よつて直流電圧を印加した。前記試料は電極２，
３を銀焼付けによつて構成した従来品と、本発明
に係る導電性ペースト組成物による焼付け電極を
有する２品種とした。 第４図を見れば明らかなように、従来の銀焼付
け電極の場合は、電圧印加時間が２〜３分を経過
すると電流値が急増し、マイグレーシヨンが急激
に進行する。これに対し、本発明に係る導電性ペ
ースト組成物を使用して銅ペースト焼付け電極を
構成した場合には、電圧印加時間が２〜３分を経
過しても殆ど電流が流れず、マイグレーシヨンの
進行は殆ど認められない。電圧印加時間が７〜８
分を経過した後にごくわずかの電流が流れるだけ
である。 上記実施例では、添加するガラスフリツトとし
て、ホウケイ酸鉛を主成分とするものを例にとつ
て説明したが、ホウケイ酸鉛のほか、ホウケイ酸
ビスマス、ホウケイ酸亜鉛でも同様の効果が得ら
れた。また、銅微粉末、ガラスフリツトの外に、、
第三成分として酸化ビスマスや酸化鉛、特に鉛丹
等の金属酸化物を添加すると、誘電損失が改善さ
れ、誘電容量を増大することが認められた。 以上述べたように、本発明によれば、次のよう
な効果が得られる。 (A) 銅微粉末と、ホウケイ酸鉛、ホウケイ酸ビス
マス、ホウケイ酸亜鉛の少なくとも一種を主成
分とするガラススフリツトとを含有するから、
銀ペーストを用いた場合に不可避であつた半田
食われ現象やシルバーマイグレーシヨン等を発
生することがなく、容量変化率の小さな高信頼
度の磁器コンデンサを提供することができる。 (B) 銅微粉末に対するガラスフリツトの体積比が
２乃至40％となつているので、磁器コンデンサ
に対して、半田付け性に優れ、引張り強度が高
く、しかも誘電容量や誘電体損失等の電気的特
性の良好な磁器コンデンサを提供することがで
きる。 (C) 銅微粉末に対するガラスフリツトの添加量
を、重量比ではなく、体積比で規定したから、
所定の静電容量、電極半田付け性、電極引張り
強度及び電気的特性を持つ、品質の安定した磁
器コンデンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は銅微粉末に対するホウケイ酸鉛系ガラ
スフリツトの添加体積比と、そのときの電極引張
り強度および半田付け良品率の関係を示す特性
図、第２図は同じく静電容量および誘電体損失の
関係を示す特性図、第３図は同じく半田溶解性を
示す特性図、第４図は本発明に係る導電性ペース
ト組成物を用いた試料と従来の銀ペーストを用い
た試料とのシルバーマイグレーシヨン試験結果を
示す図、第５図は同じく試験に供された試料の平
面図、第６図は同じく試験条件を示す図、第７図
は本発明に係る磁器コンデンサの構造をモデル化
して示す断面図、第８図は同じくその電気的な回
路構成をモデル化して示す図である。 ５……誘電体磁器素体、６，７……電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銅微粉末と、ホウケイ酸鉛、ホウケイ酸ビス
   マス、ホウケイ酸亜鉛の少なくとも一種を主成分
   とするガラスフリツトとを含有し、前記銅微粉末
   に対する前記ガラスフリツトの体積比が２乃至40
   ％である導電性ペースト組成物を、誘電体磁器素
   体に塗布焼付けして形成した電極を有することを
   特徴とする磁器コンデンサ。 ２ 前記導電性ペースト組成物は、金属酸化物を
   含有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の磁器コンデンサ。 ３ 前記導電性ペースト組成物の前記銅微粉末に
   対する前記ガラスフリツトと前記金属酸化物の合
   計体積比は、２乃至40％であることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載の磁器コンデンサ。 ４ 前記金属酸化物は、酸化ビスマスで成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の磁器
   コンデンサ。 ５ 前記金属酸化物は、酸化鉛で成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項に記載の磁器コンデ
   ンサ。