JPS582017A - 高電圧用セラミックコンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は製造容易、安価にして、かつ緒特性の安定した
高電圧用セラミックコンデンサの製造方法に関するもの
である。

従来から誘電体、圧電体、半導体等の機能特性を利用し
たセラミック電子部品の電極材料としては、磁器素体の
表面にガラスフリットが含まれているＩＡｇ、ムｇ−Ｐ
ｄ、ムｇ−Ｐｔ、ムｇ−Ｎｉ等の貴金属を主体とした焼
付電極法が実用化されている。しかし、近年の貴金属の
高騰に伴ない、各メッキ方法が開発されつつある。しか
しながら、これらのφ 方法にも多くの欠点があり、例えば磁器素体面に焼付銀
電極を形成し、その後ニッケル電極、銅電極ｌを電極メ
ッキ法により金属電極を設ける事も可能であるが、この
方法では焼付金属層表面が粗面で多くの小孔が存在する
だめ、メッキ処理においてメッキ液がこの小孔内部に浸
透し、焼付金属層と磁器素体の接着強度を劣化させる欠
点があつだ。他の方法としては一般的に知られている無
電解メッキ法が用いられており、無電解ニッケルメッキ
は最初に塩化スズと塩化パラジウムを化学的反応により
触媒活性化処理を施こす事が一般的であった。

しかし、高電圧用セラミックの電極として使用する場合
には多くの問題点がある。即ち、電極拐料及び関連材料
の種類・取付方法によって引張強度（銀焼付電極に比べ
１／２に低下）、さらには耐電圧等の電気的特性（寿命
テストによる特性劣化）等が著しく劣化するものであっ
た。例えば磁器コンデンサの電極を形成する場合、無電
解ニッケルメッキ方法はその工法性質上、基板全周表面
上に形成され易く、その場合は周側面の被膜を研削除去
して対向容量電極を形成するが、金属イオンが粒子間あ
るいは周側面の粒界内部に浸透し、高電圧を印加した場
合に粒界に沿って破壊が発生するものであった。この場
合、沿面耐電圧距離は基板の厚みで決定し、電極周端部
における電界の集中によって絶縁破壊が起り易く、基板
の厚みを余り薄くする事はできなく、、、さらに周側部
も設計値より深く研削する必要があった。しかし、これ
らも再現性が悪く、数多くの問題点を持っていた。

また、これらの方法に対し部分メッキ方法としては、磁
器表面に所要パターンの金属層を形成するに際し、あら
かじめ磁器表面の所要部に樹脂のメツキレシストを付与
し、次いで磁器表面を活性化した後メツキレシストを除
去し、その後無電解メッキを施こして磁器表面に金属層
を形成する方法、また真空蒸着法、フォトエツチング法
等、種々の方法がある。しかし、いずれも高電圧用セラ
ミックコンデンサの電極としては満足する結果が得られ
ない。即ち、従来から知られているメッキ付与方法では
メッキの密着性が悪く、特に高電圧を目的としたコンデ
ノサ製品の素体厚みは０．８〜１０　ｍ　／　ｍと厚く
、形状は４．６〜１６９６ｍ／ｍと種々あり、量産性を
考慮した場合困難なものであった。躯らに、破壊電圧を
少しでも高めるだめ、磁器表面の電極部に何ｍ　／　ｍ
かの縁を設ける方法、周側部にガラスを塗布する方法等
、数多くの方法が用いられているが、決定的な方法はな
いものであった。これは誘電体材料自体さらには電極材
料、形成方法等と密接な関係にある事が本発明者らの実
験によって明確になった。

本発明は］−記のような数多くの欠点を除去し、寿命特
性において著しく安定した特性を有する高電圧用セラミ
ックコンデンサの製造方法を提案するものである。

即ち、本発明はＡｇ成分９９．６〜ｏ、ｓｗｔ係、Ｎ１
成分０．５〜９９．６　ｗｔφの比率範囲内よシなるＦ
地酒性電極材料と有機質ワニスからなる混合ペイント、
合金ペイントを１表面粒度３〜７μｍの範囲内に研磨さ
れた誘電体セラミック基板にその周側部が残るように塗
布し、その後３００〜８００℃の温度範囲で熱処理を施
こし上記基板上に１．６７７１１以ドの金属粒子層を形
成し、その後Ｐｄ　、　Ｐｔイオンの１種または２種が
含まれている溶液中で置換処理を施こし、その後無電解
メッキ液によりニッケル、銅等の金属導電被膜を形成し
、その後基板の周側面を６μｍ以Ｆの表面粗度に研磨し
た事を特徴とする高電圧用セラミックコンデンサの製造
方法であり、本発明の方法によって得られた高電圧用セ
ラミックコンデンサは従来迄の焼付銀電極法によって得
られた物に対し、高温高湿度中におけるムｇイオンマイ
グレーションによる特性劣化が著しく少なく、さらに高
電圧に対しても安定なもので、これらは本発明の電極材
料及び工法さらには設計等の組み合せによってはじめて
効果が生ずるものである。

以下、本発明を実施例を挙げ説明する０まず、誘電体セ
ラミック基板としては、　５ｒＴｉＯ３−ＣａＴｉ０５
−Ｂｉ２０ｓ系の基板を用い、厚み４．０ｍ／ｍ　ｓ形
状１６０ＩＩＩ／ｍのものを表面研磨により表面ｍ１度
３〜７μｍに研磨した。

その後、周側部が残るようなマスクを用い、本発明の下
地活性電極材料を印刷塗布し、焼付処理を行った。

なお１ムｇ−Ｎｉ成分の下地活性用電極ペースト作成方
法としては、粒径０．２μｍのムｇ粉末、粒径０．５μ
ｍのＨ１粉末を用い電極金属成分とし、この金属成分と
しては約３〜３０ｗｔ％、セルローズ系、アクリル系等
の有機バインダ約３〜１５Ｗｔ９Ｊ、テレピン油、ブチ
ルカルピートルアセテート等の溶剤成分約６６〜８２　
ｗｔ％とじ、このベーストを印刷用としては約３０００
０〜６００００Ｃｐｇ、吹付用としては約１００〜４０
０Ｃｐ＋９の粘度に調整し、セラミック基板の表裏に付
与した。その後、８０〜１ｏＯ℃の温度で乾燥し溶剤を
蒸発させた後、電気炉を用いて３００〜ｓ　ｏ　Ｏ’Ｃ
の温度範囲で焼付を行い１．６μｍ以下の金属微粒子層
を形成した。

ここで、３ｏＯ〜８００℃の間で焼付を行う事の必要性
はセラミック基板面に強固な下地金属粒子層を形成する
ためであり、熱処理温度が３００℃未満では有機物質が
完全に飛散せず、ニッケ）Ｖまだは銅の無電解メッキが
不完全となシ、素体と電極との接着強度が低下し、また
電気特性においては破壊電圧の低下を招き、さらには損
失角が悪化するため好ましくない。また、８００℃を越
える処理温度では金属粒子層が一部酸化され、メッキが
困難になる。かつ電気特性も劣化するため好ま□″　〒 しくない。

上記範囲内の温度で熱処理を行い１．６μｍ以下（０は
含まず）の金属粒子層を形成後、Ｐｄ、Ｐｔ゛　イオン
の１種または２種が０．０５Ｗｔチ含まれている溶液中
で１分間置換処理を施こし、その後ニッケル無電解メッ
キとしては、硫酸ニッケルに次亜燐酸ナトリウム（また
はヒドラジン、水素化ホウ素化合物等）を含むメッキ液
に浸漬してニッケル金属膜を形成した。また、銅メッキ
としては硫酸銅、還元剤としてはホルマリン、錯化剤と
してはロッシェル塩、アルカリ剤としては水酸化ナトリ
ウムを用い、銅の無電解メッキを行った。

ここで、本発明においてペースト焼付後の厚さが１．６
μ目以下（０は含まず）の金属粒子層の上にｐａ、、ｐ
ｔ等の金属イオンを析出させ、さらにＮｉまたはＣｕの
無電解メッキを行う事によって電極としての機能が初め
て生ずるものである。なお、従来からコンデンサ等の電
極材料として用いられている焼付銀は焼付後の膜厚が３
〜２０μｌと厚く形成する必要があり、その膜自体が電
極層として利用できるものであるが、本発明の焼付後の
金属粒子層は１．６μｍ以下と著しく薄く、それ自体で
は電極機能としての働きはなく、また半田付もできない
もので、その後のＰｄ、Ｐｔ等のイオン析出後、無電解
二ノｒ／しまたは銅メッキによって初めて重囲機能とし
て利用でき、半田付も可能になるものである。なお、本
発明は焼付後の金属粒子層として平均１．６μｍ以下の
厚みで存在しておれば充分にその機能を発揮する事がで
きるもので、高電圧用セラミックコンデンサの電極とし
て利用した場合、１．６μｍを越える厚みではメッキ後
の基板との接着強度が著しく低下し、また無電解メッキ
を施こす場合に所定以外の部分にメッキが付着して耐電
圧が低下し、特に泥中負荷寿命特性におりて電気特性が
劣化する。

そして、本発明の誘電体セラミック基板表裏面を粗度３
〜７μｍの範囲内に研磨するのは、電極との接着性を強
固にし、耐電圧のバラツキをなくし、コロナ電圧の向上
と共に安定した特性値を得るためで、３μｍ未満では接
着性が低下し、耐電圧も劣化する。一方、７μｍを越え
る粗度では誘電正接が悪化し、湿度特性において電気特
性の劣化がどしい。また、金属導電膜を形成後、素体の
周側部を６μｍ以下に研磨することの必要性は−、コロ
ナ電圧の向上と共に下地活性金属であるムｇＮｉ成分の
泥中におけるセラミック粒界へのマイグレーションの現
象を防止し、さらにはムｇ　−Ｎｉ粒子のウィスカ生成
現象を防止して安定した特性を得るためであり、６μｍ
を越える表面粗さでは特性のバラツキがあり、湿度寿命
において著しく低下するため好ましくない。

なお、従来から知られている一般的な無電解メッキ法、
即ち最初に塩化スズと塩化パラジウムを化学的反応によ
シ触媒活性化処理を施こし、その後無電解メッキを行う
方式では、素体の全面に付着し、さらにはＳｎイオンの
働きによって高電圧用の電極として利用した場合、泥中
寿命において著しく低下するものであった。ここで、一
般的な考え方としては全面メッキ後、周側部を研磨する
方法も考えられるが、これも粒界への拡散現象が起き電
気特性が悪く、高電圧用コンデンサへの応用には不向き
であった。また、従来から知られている焼付銀電極では
泥中寿命においてＡｇイオンマイグレーションが著しく
、トれらの防止のため１１ にガラス等を周側部に塗布する方法が行われていたが、
完全ではなく、本発明の方法によって初めて完全な高電
圧用セラミックコンデンサｔ［る事が可能になった。

次に、本発明方法により得られた高電圧用セラミックコ
ンデンサの特性値を各条件と共に下記の表に示す。ここ
で、高電圧用セラミックコンデンサの作製としては上記
に明記した方法で作製し、それにリード線をＰｂ−８ｎ
系の半田を用いて取付け、被覆樹脂としてはフェノール
系を用い高電圧用セラミックコンデンサとした。そして
、表中の各値ｒ／ｉ１０ケの平均値であり、８６℃・８
６チＲＨの湿度負荷寿命は最初の１ケがパンクした時間
の値である。

（ｖＩ　Ｔ冬、ｆａＪ 　３ 上記表よ如明らかなように、本発明の電極材料及び取付
方法、加工方法によって作られ次高電圧用セラミックコ
ンデンサの諸特性において、Ｎ［１１゜１０．１１．１
６，２２，２３，２８．３２は本発明請求範囲外の比較
例である。そしてＮ１１１〜１０迄はムｇ−Ｎｉ成分の
比率を変化させたもので、ペーストの熱処理温度は４０
０℃一定、熱処理後のＡｇ−Ｎｉ金属粒子層の平均厚み
を０．５μｍ一定、セラミック素子表面及び周側部の表
面粗さを平均６μｍ、２μｍとした場合の試料であり、
隘１のムｇ成分のみでは破壊電圧、寿命耐湿負荷特性に
おいて著しく悪いものであった０また、陥１０のように
Ｎｉ成分のみではＮｉメッキの付着性が悪く、諸特性も
低いものであった。一方、１ＶＶｌ１１２〜９は著しく
良好な特性を示しておシ、特に隘６，７は破壊電圧、コ
ロナ電圧も高く優秀なものである。次いで、洩１１〜１
６はペーストの熱処理温度を変、１７ が悪いものであった。さらに、Ｎｎ１７〜２２迄は熱処
理後のムｇ−Ｎｉ成分の金属粒子層の厚みを変化させた
もので、最適厚みは０．３〜０．８μｍ前後であり、陥
２２のように厚くなると特性が劣化し好ましくない。な
お、表には示していないが％２２のように１．６μｍを
越える厚みになると無電解メッキ後の接着強度が著しく
低下する。また、上記表の実施例において隘１〜３２迄
は無電解メッキとしてニッケルメッキを施こしたもので
あり、これらはニッケルメッキ厚としては約１．６μｍ
付着しでいる。ここで、一般的な考えではニッケルメッ
キ厚みと接着強度との関係があるように思われるが、本
発明の電極形成方法ではほとんど差が認められず、メッ
キ厚みとしては１〜３μｍ前後で充分であった。

また、Ｎ２３〜２８は誘電体セラミック素体表面を研磨
した例であり、本発明の範囲内の１１１ｋ１２４〜２７
は特性が良好で、特に４〜６μｍの表面粗度の場合が破
壊電圧が著しく向上する事が認められた。なお、本実施
例には示していないが、０．１８ 〜０．５μｍ程度迄研磨した場合は破壊電圧が１０ｋＶ
／ｍｍ以下に劣化し、他の特性も低いものであった。％
２９〜３２は電極形成後、素子の周側面を研磨した場合
の例で、この場合は粗度が小さければ小さい程良好で、
０．５μｍのＮ１２９は優秀なものであった。陥３２は
６μｍと粗く、電気特性は−、劣化の傾向にあった。

さらに、Ｎ［１３３〜３５はＣｕメッキを施こした例で
あり、Ｎｉメッキに比べて少し特性は低下しているが、
実用的には全く問題がなく、優秀なものであった。

以上のように本発明の方法によって作製した高電圧用セ
ラミックコンデンサは、特性的に著しく安定しており、
工業的量産化に適した産業的価値の大なる製造方法であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１Ａｇ成分９９．５〜０．５　ｗｔ　％　、　Ｎｉ
   成分０．６〜９９．５　ｗｔ％の比率範囲内よりなる下
   地活性電極材料と有機質ワニスからなる混合ペイント。 合金ペイントを１表面粗度３〜７μｍの範囲内に研磨さ
   れた誘電体セラミック基板にその周側部が残るように塗
   布し、その後３００〜８ｏｏ℃の温度範囲で熱処理を施
   こし上記基板上に１．６μｍ以下の金属粒子層を形成し
   、その後Ｐｄ、Ｐｔイオンの１種または２種が含まれて
   いる溶液中で置換処理を施こし、その後無電解メッキ液
   によりニッケルあるいは銅の金属導電被膜を形成し、そ
   の後上記基板の周側面を６μｍ以下の表面粗度に研磨し
   た事を特徴とする高電圧用セラミックコンデンサの製造
   方法。