JPS594008A - 密封したガラスカプセルに入れたセラミツクコンデンサ - 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】 本発明は密封したガラスカプセルに入れたセラミックコ
ンデンサの小型化に関するものであり、さらに特にコン
デンサ成端と端部キャップとの間の冶金ボンドの形成に
関するものである。

密封したガラスカプセルに入れたセラミックコンデンサ
の構成は、ＩＥＥ第２７回エレクトロニックコンポーネ
ント会議会報の第８８７〜３９０頁のダブリュ・ラブ三
組およびエム・ローゼンベルグによる「密閉したガラス
カプセルに入れたコンデンサ」と題する論文で議論され
ている。同じくエム・ローゼンベルグにより発表された
米国特許第８，４５８，７８８号には、製造法が前記論
文で議論された密封コンデンサが開示されている。この
特許によれば、単一体セラミックコンデンサチップが銀
で被覆された縁成端に向い合っている。これらの縁はコ
ンデンサ用リードの引伸ばした端部の金属表面間に配置
され隣接している。ガラススリーブはチップおよび引伸
ばされた端部を囲み、ガラス対金属の密封は、このよう
な端部のガラスピーズを通ってまたは直接に、スリーブ
と引伸ばされた端部との間で行われる。熱密封によって
隣接する銅と銀の表面は一緒に結合させられる。この構
成において接触する導電性表面は物理的導電的に一緒に
確保される。実際に、これらの隣接する金属表面は、親
の溶接、すなわち２金属から形成された溶接によって、
融剤またははんだを使用せずに、−緒に溶ける。

一般に多くの構成成分は前記刊行物に記載された内容ｆ
ｆ１ｆ化させて使用し、密封したガラスカプセルに入れ
たセラミックコンデンサを製造する。

これらの市販されているユニットは大部分、約７５０°
Ｃにてジュメット端部キャップ間でガラススリーブに密
封されている銀成端チップコンデンサを有する。これら
のコンデンサは、特に極端な温度、撮動、衝撃を受ける
場合にも、信頼性が旨い。密封したガラスカプセルに入
れたパッケージは特にこれらの条件のために設計された
。

しかし、最近の破損率は望ましい一定の大きさのものよ
りも幾分高く、巨万あたり３３部と高率である。最近の
品質制御基準はこれ以−ヒの信頼度、すなわち百方あた
り１０部以下の破損率を要求している。破損の原因は製
造工程中に銀成端とジュメット端部キャップとの間に必
要な結合または安定した接触を達成することに失敗した
ことにある。

結合が達成きれる場合、破損率はゼロに近づく。

デバイス破損率の最近の分析は、若干の温度循環後、銀
成端とジュメット端部キャップとの間の接触が断続する
ことになり、この傾向は破損したユニットにおいて最初
から存在することを指摘している。さらに゛研究すると
、使用し次材料、温度、圧力から、従来技術の記載に反
して、結合も溶接も形成されないことが明らかである。

ジュメット端部キャップとチップコンデンサの銀成端と
の間の接触は、実際に、若干の温度循環後断絖すること
になりやすい簡単な加圧接触であることが明らかである
。

不発明を、ガラスパッケージのリードとパッケージ内の
コンデンザ上の成端との間の接触を改善するために設計
する。前記のような問題を解消°するには、コンデンサ
成端と端部キャップとの間の冶金結合が望ましい解決と
なろう。本発明はこの種の冶金結合を達成するための３
方法に関する。

本発明に関連した他の従来技術は米国特許第４．１１．
７，５８９号である。この特許は抵抗器の端部成端と密
閉したガラ゛スパツケージの引伸ばしたリードとの間の
冶金結合を確立する方法を開示している。この従来技術
では、信頼性の高い抵抗器のためのパッケージの製造に
ついて強調している。

しかし、クレームは抵抗器に制限されていないが、開示
された方法、材料および温度は全部、この先行特許の、
技術が密封したガラスカプセルに入れたコンデンサに使
用できないことを示している。

本発明は密閉したガラス　カプセルに入れたセラミック
コンデンサの接触全改善することにあり、特に、コンデ
ンサの成端とそのリードの端部キャップとの間の冶金結
合の形成に関するものである。

本発明により製造したコンデンサは、コンデンサの成端
とリードのジュメット端部キャップとの間の冶金結合の
形成を除いて、上記先行技術にかなυ開示されている。

デバイスの基礎は標準の矩形の多層セラミックコンデン
サチップである。現在、銀または釧フリットは通常チッ
プを成端するため、に用いられる。引伸ばした端部キャ
ップを有する溶接したスタッドリードをチップの端部に
取付ける。銀成端に接触する端部キャップはホウ酸塩／
酸化物コーティングで被覆した銅覆ニッケル鉄コアから
成る（ジュメット−スタッド）。先行技術によれば、ス
タッドを剪断する場合、スタッドの端部に銅がこす９つ
けられる。この銅は銀成端に接触しある種の結合を形成
するらしい。ワイヤリードをスタッドの反対側端部に溶
接する。チップコンデンサを密封するため使用したガラ
ス管は軟質ガラスである。本発明はチップコンデンサの
成端とジュメット端部キャップとの間の冶金結合を達成
する改良に向けられている。

第１の好適例において、標準単一体チツブコンデンサの
鎖端部成端を、無電解めっきまたは電解めっきのいずれ
かによってニッケルでめっきする。

次いでニッケルめっきした成端を、インジウム、銅およ
び銀（Ｉｎ　−Ｏｕ　−Ａｇ　）の混合物のようなろう
付は合金で被覆する。ここで、標準工程を続行する。次
いで密封したガラス　カプセルに入れた単一体チップコ
ンデンサを上記引用刊行物に従って製造する。工程の途
中で、パッケージを７１０ａｔで加熱する場合、ろう（
＝１けが起る。次いでろうｆ」け烙れた冶金結合を、コ
ンデンサ成端とジュメット端部キャップとの間に形成す
る。この好適例はジグ、炉、密閉温度、雰囲気、または
ガラス材料における変化を必要としない。

第２実施例において、成端していない単一体チップコン
デンサはスパッタしたチタン成端、続いてスパッタした
ニッケルコーティングを収容する。・・・次いでこのチ
タン−ニッケル成端をインジウム、銅および銀のろう句
合金で被覆し、次いで通常の密封工程を続行する。ある
いはまた、この実施例でろうイ・１合金をスパッタする
ことができる。

第３実施例では、成端していない単一体チップコンデン
ザ全チタン成端でスパッタし、このチタン上にニッケル
コーティングでスパッタする。次いで銀銅共晶ろう付を
チタンニッケル成端上にスパッタする。この工程で使用
するガラススリーブは、これらの変化と共に密閉温度が
８００℃まで上昇するので高融点ガラスと置換する必要
があり、従来技術の工程は約８００”Ｃで起るろう月け
を用いて続ける。

８実施例において、コンデンサ端部成端とジュメット端
部キャップとの間に形成した冶金結合は従来技術で達成
されたものよりも強い結合である。

第１図において、セラミックコンデンサチツプｌＯはそ
の向い合っている端部ま／ζは縁部を被覆する金属コー
ティング１２　、１４を有する。従来技術で知られてい
るように、チップ１０に埋込まれた各金属電極はチップ
の向い合っている端部に延在し、端部でコーティングに
よって導電接触する。第１図のコーティング１２．１４
は銀である。・密封ガラスカプセルに入れたセラミック
チップコンデンサは、図面に見られるように、チップ１
０がガラススリーブ１６に挿入されている。スリーブ１
６の端部には各リード２２．２４の頭部または端部キャ
ップ１８．２０が延在しており１端部キャップ］、　８
　、２０の内側表面は端部成端コーティング］、　２　
、１．４の表面に極めて接近している。

ジュメット技術として知られている材料、例えばニラゲ
ル鉄合金から成る端部キャップ１８．２０に銅被覆鋼線
をろう付けまたは溶接′１．たははんだ付けするように
リードを形成する。しかし、所望により、端部キャップ
を単金属合金から製造する。

好ま１．　＜は、端部キャップ１８．２０は、銅または
アルミニウムのような低融点の金属の薄膜で被覆した内
側表向を有する。現在の技術状態ではこれらのギヤラグ
は通常鋼被覆鉄／ニッケルスラクである。同様に導線リ
ードは通常銅めっき鋼線でめる。

上記コンデンサは従来の密封ガラスカプセルに入れたコ
ンデンサとは大いに異なる。上記のように組立てた部品
を用いて、キャップ１８．２０の外側端部に圧縮力を加
え、−万アセンブリを不活性雰囲気、通常は窒素中で十
分高温（７１０Ｃ）に加熱し、キャップ１８．２０とガ
ラススリーブ１６の適合面の間にシールを形成し、この
ように合わせたキャップの銅表面と隣接する銀の、端部
成端とを接合し、冷却する際にアセンブリハ密封したガ
ラスカプセルに入れた単一体コンデンサを形成し、接触
面は共に物理的導電的に確保され苛酷な振動によっても
分離できない。

従来の文献では、銀コーティング１．２　、　ｌ　４と
キャップ１８．２０との間の接触は親溶接、すなわち接
触面に対しフラックスまたははんだを使用しない２種の
金属から成る溶接である。文献の中には、加圧および加
熱のもとに、リードスタッドまたはキャップ１８．２０
の表面の銅がチップの銀コーテイング１２．１４に拡散
し、ろう付はジョイン）ｋ形成することが記載されてい
る。従来法によってつくられた市販されているユニット
ヲ詳細に研究すると、実際には成端コーティング１２．
１４とキャップ１８．２０との間は溶接されていない。

さらに詳しく研究すると、事実土鍋成端に銅は移動して
いない。これらの研究から、所定の温度および圧力では
実際に溶接またはろう付けは不可能である。破損につい
ては、破損率が・４ｑ頼性の旨い製品では極めて良好で
あるとしても、リードスタンドまたはキャップ１８．２
０と銀成端コーティング１２　、１．４との間に主とし
て安定な接触が不足しているために起る。従来技術が実
際に加圧接触のみを使用し確かに低い破損率に改善され
ることを認めるが、本発明はキャップ１８゜２０金成端
コーテイング１２．１４にろう付けし、電気接触を保証
し破損率を最小にすることにある。

第１図に示した第１の実施例では、銀フリット成端コー
ティング１２．１４を有する通常の単一１・体デツプコ
ンデンサｌＯを使用する。銀成端コーティング１２．１
４は無電解または電解工程によってニッケルめっきし、
コーティング１２．１４を児全に被覆する薄いニッケル
コーティング２６゜２８を生成する。次いで各成端上に
インジウム、銅および銀のろう付合余分用いてニッケル
コーティング２６．２８を被覆する。このろう付合金コ
ーティング３０．３２’ｉｚンユメット端部キャンプ１
８．２０に隣接するように配置する。この箇所で、上記
文献に記載された従来技術音用いてユニツ）を密閉する
。温度が７１０“Ｃに達するとろう付けが起り、単一体
チップコンデンサのニッケルめっきした成端コーティン
グ１２．１４とジュメット端キャップ１８．２０との間
に冶金ボンドが達成される。このようにして安定な冶金
ポンドを達成する０この実施例の利点は製造工程におい
て使用するジグ、炉、ガラスおよび温度、大気圧を変え
る必要がないことである。ただひとつ変える必要がある
のは銀成端のニッケルめっきと、ろう付合金によるコー
ティングである。

第２図は本発明の第２実施例であり、単一体チップコン
デンサには銀成端を使用しない。第２図の実施例では、
チップコンデンサの向い合“つた端部にチタンコーティ
ング１１．１３ｉスパツタリンクして、標準単一体チツ
ブコンデンサの成端とする。次いでチタンコーティング
１１．１８’（ｉ７再度ニッケルコーティング１５．１
７でスパッタリングする。次いでこの実施例では前記好
適例と同様に製造する。ニッケルコーティング１５　、
１７をインジウム、銅および銀のろう付合金で被覆し、
通常の製造法を続行する。この実施例はスパッタリング
工程を除いて、第１実施例と同様の利点を有する。ある
いはまたインジウム、銅および銀のろう付合金をスパッ
タリングする。

本発明の＠３実施例全第８図に示す。この実施例では、
コンデンサ成端にチタンのコーティング４２．４４ｅス
パツタリングし、次いでニッケルコーティング４６．４
８’ｒスパツタリングして被覆する。この実施例では、
銀銅共融ろう付は全ニッケルにスパッタリングして、コ
ーティング５０゜５２を形成する。この実施例では、ガ
ラススリーブ５４を一層高融点のガラスに変える。さら
に、密封温度を８００°Ｃまで上げる。コンデンサを密
封する工程の他の方法は全部同じである。

次表は従来技術により製造された従来の密封したガラス
カプセルに入れた単一体チップコンデンサと本実施例と
の試験結果を示す。第１表はセントララブインコーホレ
ーテッドで製造され登録商標ＭＯＮＯ−ＧＬＡＳＳのも
とに販売されている従来の密封したガラスカプセルに入
れたコンデンサ・の結果を′示す。これらの試験結果か
ら注目されることは、消散因子が小さく、試験した１２
個のコンデンサのうち２個が温度サイクル３００サイク
ル後・故障したことである。第２表は本発明の第２実施
例により製造したコンデンサの試験結果を示し、単一体
チップコンデンサに、チタンをスパッタした後ニッケル
をスパッタして成端とする。

これら試験結果は消散因子がスパッタ後に一層高＜ナク
、密閉とろう付は時にさらに増加することを示している
。しかし、消散因子は受は入れられる範囲内にあり、４
８個のコンデンサはいずれも温度サイクル３ｏｏサイク
ル後、故障しなかった。

第３（ａ）表および第３（ｂ）表は本発明の好適例によ
り製造された４８個の無電解ニンヶルめっきコンデンサ
および４８個の電解ニッケルめっきコンデンサの試験結
果である。これらコンデンサ全部ノ消散因子は従来の市
販されているコンデンサと比較して比較的高い。しかし
、消散因子は適用できるＮＩＬ　ＳＴＤ　４１ｍ件の範
囲内に受は入れられる。めっきしたコンデンサはいずれ
も温度サイクル時に故障することはなかった。

第１表 第１表は２０分間加熱し２０分間冷却して２１０℃〜ｓ
　ｏ’０（Ｔ＝ｉｓｏ−０）の開で循環させた従来のモ
ノカラスコンデンサ温度。数値は１２試料ｏ平均−ｒあ
る。高い消散因子により、１個のコンデンサが１００サ
イクル後に故障し、２個目のコンデンサがａｏｏサイク
ル後に故障した。測定はＬＣＲメータＨＰ　４２６２Ａ
で行い表に示した電圧を加えた。

第３表にはモノガラス配置と続く温度サイクルのろう付
は多層コンデンサをろう付けした結果の重要を示す。こ
れは４８個の無電解ニッケルめっきコンデンサおよび４
８個の電解ニッケルめっきコンデンサから得られた（ロ
ット番号ＢＩＺ０５７０−５８Ｚ　０５０　ＢＩ　１１
４　）ｏ　　各実験は６個のコンデンサを含む。報告し
た結果は６回の測定・の平均である。ろう付けと密閉温
度は約３分間で７０８°Ｃである。使用したろう付は合
金はＷＥＳＧＯインカシ／しく　Ａｇ　６１．５％、０
ｕ２４％、　工ｎ　１４１．５％）−４００メツシユで
あった。ガラススリーブとシュメツトスラッグは従来の
モノガラスコンデンサと同種類のものを使用する。コン
デンサは２０分間加熱し２０分間冷却して２１（１°Ｃ
〜３０℃の間で温度循環させた。電気測矩は］、　ＫＨ
ｚにてＬＣｊＲメータＨＰ４２６２Ａで行い５ｕｍｖの
電圧を用いた。

本発明により製造したコンデンサは、従来技術の市販さ
れているユニットに効果があり若干の温度循環後に断続
的になりやすい簡単な加圧接触の代りに、密封したガラ
スカプセルに入れた単一体チップコンデンサにおいて改
善された冶金接触を与える。これらのコンデンサはコン
デンザ成端と端部キャップとの間に冶金結合を有する。

さらに、提示した３実施例のうち２実施例は一般に市販
されているものと同じ温度範囲と雰囲気で実施すること
ができ、現在市販されているガラススリーブを使用する
ことができる。３番目の実施例には熱膨張率は同じであ
るが軟化温度が高い別の軟質ガラスを用いる必要がある
。しかし、びん用ガラスとして知られているこのガラス
もまた容易に手に入れられる。現在市販されている密閉
ガラスカプセルに入れたコンデンサとの重要な相違点は
、極端な循環条件下の信頼性を改善するため、セラミッ
クと金属の結合技術を適用することである。セラミック
コンデンサに対するジュメット端部キャップの冶金結合
は従来技術には記載されていない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適例を示す断面図であり。 第２図は本発明の第１の変更実施例を示す断面図であり
、 第３図は本発明の第２の変更実施例を示す断面図である
。 １０・・チップ １１　、１８・・チタンコーティング １．２　、１４・・・調成端コーティング１５　、１７
・・・ニッケルコーティング１６・・ガラススリーブ １８　、２０・・・端部キャップ ２２　、２４　・・リード ２６　、２８・・ニッケルコーティング３０　、３２・
・・ろう付合金コーティング４２　、４４・・チタンコ
ーティング ４６　、４８・・ニッケルコーティング５０　、５２・
・・ろう付合金コーティング５４・ガラススリーブ。 ４５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　導電端部成端を具える単一体セラミックチップコ
   ンデンサ、 各々が前記コンデンサの各導電端部成端と接近する端面
   を有する引伸ばされた非可撓性端部キャップ金具え、前
   記接近した成分端部と端部キャップが同類の金属である
   、一対の可撓性金属リード、 前記端部キャップの側面と前記スリーブとの間でガラス
   と金属が直接物理的に接触し、前記物理的に接触したガ
   ラスと金属表面が加熱密閉される位置にあり、前記端部
   キャップと前記成分を囲むガラススリーブ、 と金有する密封したガラスカプセルに入れたコンデンサ
   において、 前記成分の前記成端端部に少くとも１種の追加の金属コ
   ーティングを有し、 前記追加の金属コーティングを前記コンデンサのアセン
   ブリを加熱密封する際に、前記成端と前記端部キャップ
   との間のろう付けを行うように選択することを特徴とす
   る密封したガラスカプセルに入れたセラミックコンデン
   サ。 区　前記成分の前記端部成端が銀であり、前記追加の金
   属コーティングが前記銀のニッケルめっきであり、前記
   ニッケルめっきをインジウム、銅および銀のろう付は合
   金で被覆する特許請求の範囲第１項記載のコンデンサ。 ＆　前記ニッケルめっきが無電解めっきである特許請求
   の範囲第２項記載のコンデンサ。 表　前記ニッケルめっきが電解めっきである特許請求の
   範囲第２項記載のコンデンサ。 翫　前記ニッケルコーティングをスノ；ツタする特許請
   求の範囲第２項記載のコンデンサ。 代　前記成端端部に被着する第１のコーティングがニッ
   ケルであり、第２のコーティングが、インジウム、銅お
   よび銀のろう付は合金である特許請求の範囲第２項記載
   のコンデンサ。 ７　前記インジウム、銅および銀を前記ニッケルコーテ
   ィングにスパッタする特許請求の範囲第６項記載のコン
   デンサ。 ＆　前記端部成端がスパッタしたチタンコーティングで
   あり、前記追加の金属コーティングがスパッタしたニッ
   ケルコーティングであ＃）。 前配ろう付は合金が共晶銅銀合金をスパッタしたコーテ
   ィングであり、前記ガラススリーブをびん用ガラスから
   造る特許請求の範囲第１項記載のコンデンサ。