KR101761753B1 - 세라믹 전자부품 - Google Patents
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Abstract
세라믹 소체(1)의 단부에 외부전극(3b)이 피복 형성되고, 상기 외부전극(3b)의 표면에 Ni를 주성분으로 하는 제1의 도금 피막(4b) 및 Sn이나 솔더 등으로 이루어지는 제2의 도금 피막(5b)이 형성되어 있다. 외부전극(3b)은 단면부(6b)와 측면 반환부(8b)를 가지고 있다. 외부전극(3b)은 측면 반환부(8b)의 피복 단부(7b)로부터 단면부(6b) 방향에의 직선 거리(L)가 적어도 5㎛ 내의 영역에, 세라믹 소체(1)와 접하는 형태로 적어도 Si를 함유한 유리층(9)이 형성되어 있다. 이 유리층(9)의 평균 두께(t)는 3~10㎛이고, 유리층(9) 중의 Si의 함유량은 11중량%이상(바람직하게는 40중량%이하)이다. 이것에 의해 외부전극(3b)에 도금 처리를 실시해도 세라믹 소체(1)의 용출을 억제할 수 있어, 양호한 기계적 강도를 가지는 세라믹 전자부품을 실현한다.
Description
본 발명은, 세라믹 전자부품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세라믹 소체의 양단부에 외부전극이 형성된 적층 세라믹 콘덴서 등의 세라믹 전자부품에 관한 것이다.
최근에 있어서의 일렉트로닉스 기술의 발전에 수반하여, 적층 세라믹 콘덴서 등의 전자부품의 소형화·대용량화가 급속히 진행되고 있다.
이 종류의 전자부품, 예를 들면 적층 세라믹 콘덴서는 통상 내부전극이 매설(埋設)된 부품 소체의 양단부에 외부전극용 도전성 페이스트를 도포한 후, 소성 처리를 행하여 외부전극을 형성하고, 또한 상기 외부전극의 내열성이나 솔더 젖음성의 향상을 도모하기 위해, 외부전극의 양단부에 Ni, Sn 등의 도금 피막을 형성하여, 상기 도금 피막으로 외부전극을 피복하고 있다.
그리고, 특허문헌 1에는, 세라믹 소결체로 이루어지는 베어칩(bare chip)의 표면에 접하는 제1층과, 이 제1층에 적층 형성된 제2층을 가지는 전자부품의 외부전극에 있어서, 상기 제1층은, 금속 레지네이트(resinate)를 유기 바인더 및 유기 용제에 분산시켜 이루어지는 도전성 페이스트로 형성되고, 상기 제2층은 금속 분말을 열경화성 수지 및 유기 용제에 분산시켜 이루어지는 도전성 페이스트로 형성된 전자부품의 외부전극이 제안되어 있다.
이 특허문헌 1에서는, 제1층에서 세라믹 소결체(베어칩)와 외부전극의 도통 콘택트를 향상시키는 동시에, 금속 미립자(금속 레지네이트)의 소성에 의해 치밀한 금속층을 형성하여, 습식 도금시의 전해액의 침입을 방지하고자 하고 있다. 그리고, 상술한 도전성 페이스트로 이루어지는 제2층이 기계적 응력에 대하여 양호한 흡수 분산 효과를 가지기 때문에, 내도금액성이 양호하고, 전기적 특성, 신뢰성, 기계적 강도가 뛰어난 전자부품을 얻고자 하고 있다.
또한 특허문헌 2에는, 세라믹 소결체로 이루어지는 베어칩의 표면에 접하는 외부전극에 있어서, 상기 외부전극은, 금속 레지네이트를 유기 바인더 및 유기 용제에 분산시켜 이루어지는 도전성 페이스트로 형성된 칩형 전자부품의 외부전극이 제안되어 있다.
이 특허문헌 2에서는, 금속 레지네이트의 분해 생성물인 금속 초미립자를 소결시켜 치밀한 전극층을 형성하고, 이것에 의해 습식 도금시의 전해액의 침입을 방지하고자 하고 있다. 그리고, 상술한 도전성 페이스트를 사용함으로써, 외부전극을 얇게 형성할 수 있기 때문에, 베어칩에 대한 외부전극의 응력이 작아지고, 따라서 실장 후에도 크랙이 발생하기 어려워져, 이것에 의해 특허문헌 1과 마찬가지로, 전기적 특성, 신뢰성, 기계적 강도가 뛰어난 칩형 전자부품을 얻고자 하고 있다.
그러나 상기 특허문헌 1 및 2에서는, 외부전극을 형성하는 금속층의 치밀성을 향상시킴으로써, 외부전극 형성 후에 도금 처리를 행해도, 도금액의 외부전극에의 침입을 저지하고자 하고 있는데, 상기 도금 처리에 의해 세라믹 소체를 형성하는 세라믹 재료가 도금액에 용출한다는 문제가 있었다. 특히, 외부전극이 형성된 세라믹 소체를 Ni 도금욕에 침지하여, Ni 도금을 행하면, 세라믹 재료가 외부전극의 측면 반환부로부터 Ni 도금액 중에 용출하기 쉽다. 그리고, 이와 같이 세라믹 재료가 Ni 도금액 중에 용출하면, 기계적 강도의 저하가 현저해져, 크랙 등의 구조 결함이 발생하여, 특성 열화 등을 초래할 우려가 있다.
본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로서, 외부전극에 도금 처리를 실시해도 세라믹 소체의 용출을 억제할 수 있어, 양호한 기계적 강도를 가지는 세라믹 전자부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 행한 바, 외부전극의 피복 단부로부터 단면부 방향에의 직선 거리가 적어도 5㎛ 내의 영역에 세라믹 소체와 접하는 유리층을 형성하는 동시에, 상기 유리층의 평균 두께를 3~10㎛로 하면서, 유리층 중의 Si 함유량을 11중량%이상으로 함으로써, 외부전극의 형성 후에 Ni 도금 등의 도금 처리를 행해도, 세라믹 재료의 도금액 중에의 용출을 억제할 수 있어, 양호한 기계적 강도를 확보할 수 있다는 지견을 얻었다.
본 발명은 이러한 지견에 근거하여 이루어진 것으로서, 본 발명에 따른 세라믹 전자부품은, 단면부와 측면 반환부를 가지는 외부전극이 세라믹 소체의 양단부에 피복 형성된 세라믹 전자부품으로서, 상기 외부전극은, 상기 측면 반환부의 피복 단부로부터 상기 단면부 방향에의 직선 거리가 적어도 5㎛ 내의 영역에, 상기 세라믹 소체와 접하는 형태로 적어도 Si를 함유한 유리층이 형성되고, 상기 유리층의 평균 두께는 3~10㎛이면서, 상기 유리층 중의 상기 Si의 함유량이 11중량%이상인 것을 특징으로 하고 있다.
이것에 의해 외부전극의 형성 후에 도금 처리를 행하여, 도금 피막을 형성한 경우에도, 외부전극은 양호한 기계적 강도를 가지기 때문에, 세라믹 재료가 도금액 중에 용출하는 것을 억제할 수 있다.
또한 본 발명의 세라믹 전자부품은 상기 Si의 함유량은 40중량%이하인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 세라믹 전자부품은, 상기 외부전극의 표면에는 Ni를 주성분으로 하는 Ni계 피막을 포함하는 적어도 1층 이상의 도금 피막이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 외부전극은 양호한 기계적 강도를 가지기 때문에, Ni계 피막을 외부전극의 양단부에 도금 형성해도, 세라믹 소체를 형성하는 세라믹 재료가 도금액 중에 용출하는 것을 억제할 수 있다.
또한 본 발명의 세라믹 전자부품은, 상기 세라믹 소체에는 내부전극이 매설되어 있는 것이 바람직하다.
이것에 의해 양호한 기계적 강도를 가지는 소형이며 대용량의 적층 세라믹 콘덴서 등의 적층 세라믹 전자부품을 얻을 수 있다.
본 발명의 세라믹 전자부품에 의하면, 단면부와 측면 반환부를 가지는 외부전극이 세라믹 소체의 양단부에 피복 형성된 세라믹 전자부품으로서, 상기 외부전극은, 상기 측면 반환부의 피복 단부로부터 상기 단면부 방향에의 직선 거리가 적어도 5㎛ 내의 영역에, 상기 세라믹 소체와 접하는 형태로 적어도 Si를 함유한 유리층이 형성되고, 상기 유리층의 평균 두께는 3~10㎛이면서, 상기 유리층 중의 상기 Si의 함유량이 11중량%이상이므로, 외부전극의 형성 후에 도금 처리를 행하여, 도금 피막을 형성한 경우에도, 외부전극은 양호한 기계적 강도를 가지기 때문에, 세라믹 소체를 형성하는 세라믹 재료가 도금액 중에 용출하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 전자부품으로서의 적층 세라믹 콘덴서의 한 실시의 형태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부 확대 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부 확대 단면도이다.
다음으로, 본 발명의 실시의 형태를 상세히 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 전자부품으로서의 적층 세라믹 콘덴서의 한 실시의 형태를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
상기 적층 세라믹 콘덴서는, BaTiO3 등을 주성분으로 하는 유전체 재료로 이루어지는 세라믹 소체(1)에 내부전극(2a~2l)이 매설되는 동시에, 상기 세라믹 소체(1)의 양단부에는 외부전극(3a,3b)이 형성되고, 또한 상기 외부전극(3a,3b)의 표면에는 제1의 도금 피막(4a,4b) 및 제2의 도금 피막(5a,5b)이 형성되어 있다.
여기서, 제1의 도금 피막(4a,4b)은 내열성 향상의 관점에서 Ni를 주성분으로 하는 Ni계 피막으로 형성되어 있다. 또한 제2의 도금 피막(5a,5b)은 솔더 젖음성 향상의 관점에서 Sn계 피막 등으로 형성되어 있다.
외부전극(3a,3b)은, 적어도 도전성 재료와 유리재를 함유하고, 세라믹 소체(1)의 양단면에 형성된 단면부(6a,6b)와, 상기 단면부(6a,6b)와 거의 평행 직선상으로 형성된 피복 단부(7a,7b)를 가지는 측면 반환부(8a,8b)로 형성되어 있다. 그리고, 이 외부전극(3a,3b)은, 단면부(6a,6b) 및 측면 반환부(8a,8b)에 의해, 세라믹 소체(1)의 단면 및 네 측면을 덮도록 형성되어 있다.
또한 각 내부전극(2a~2l)은 적층방향으로 병설되는 동시에, 이들 내부전극(2a~2l) 중 내부전극(2a,2c,2e,2g,2i,2k)은 외부전극(3a)과 전기적으로 접속되고, 내부전극(2b,2d,2f,2h,2j,2l)은 외부전극(3b)과 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 내부전극(2a,2c,2e,2g,2i,2k)과 내부전극(2b,2d,2f,2h,2j,2l)의 대향면간에서 정전 용량을 형성하고 있다.
도 2는 도 1의 A부 확대 단면도이며, 본 실시의 형태에서는, 외부전극(3b)의 측면 반환부(8b) 근방을 도시하고 있는데, 외부전극(3a)의 측면 반환부(8a) 근방도 외부전극(3b)의 측면 반환부(3b) 근방과 동일한 구조를 가지고 있다.
외부전극(3b)은, 측면 반환부(8b)가 피복 단부(7b)로부터 단면부(6b) 방향으로 외형이 경사상으로 형성된다. 또한 본 실시의 형태에서는, 측면 반환부(8b)의 피복 단부(7b)로부터 단면부(6b) 방향에의 직선 거리(L)가 적어도 5㎛ 내의 영역에서는, 세라믹 소체(1)와 접하는 형태로 유리층(9)이 형성되어 있다.
그리고, 이 유리층(9)은, 평균 두께(t)가 3~10㎛가 되면서, Si 함유량이 11중량%이상이 되고, 이것에 의해 외부전극(3b)이 형성된 세라믹 소체(1)에 Ni 도금 등의 도금 처리를 실시해도 유전체 재료가 도금액 중에 용출하는 것을 억제하고 있다.
다음으로, 유리층(9)의 평균 두께(t) 및 유리층(9) 중의 Si의 함유량을 상술의 범위로 한 이유를 상세히 기술한다.
(1)유리층(9)의 평균 두께(t)
측면 반환부(8a,8b)에 세라믹 소체(1)와 접하는 형태로 유리층(9)을 형성함으로써, 도금 처리를 행해도 세라믹 재료의 도금액 중에의 용출을 억제하는 것이 가능하다.
그러나 유리층(9)의 평균 두께(t)가 3㎛미만이 되면, 상기 평균 두께(t)가 너무 얇기 때문에, 세라믹 재료의 도금액 중에의 용출을 충분히 억제하는 것이 곤란하다.
한편, 유리층(9)의 평균 두께(t)가 10㎛를 넘으면, 외부전극(3a,3b)의 표층면에 비도전성 재료인 유리재가 떠올라, 특히 측면 반환부(8a,8b)에의 도금 피막의 피착(被着)에 지장을 초래할 우려가 있다.
그리하여, 본 실시의 형태에서는, 상기한 유리층(9)의 평균 두께(t)를 3~10㎛로 하고 있다.
(2)유리층(9) 중의 Si의 함유량
상술한 바와 같이, 평균 두께(t)가 3~10㎛인 유리층(9)을 세라믹 소체(1)와 접하는 형태로 측면 반환부(8a,8b)에 형성함으로써, 세라믹 재료의 도금액 중에의 용출을 억제하는 것이 가능하다.
그러나 유리층(9) 중의 Si의 함유량이 11중량%미만으로 저하하면, Si의 함유량이 너무 낮기 때문에, 유리층(9)의 평균 두께(t)를 충분히 확보할 수 없고, 세라믹 재료의 도금액에의 용출 억제가 불충분해져, 소망하는 양호한 기계적 강도를 확보하는 것이 곤란해진다.
또한 유리층(9) 중의 Si의 함유량의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 유리층(9) 중의 Si의 함유량이 너무 많으면 외부전극 표면에의 유리 떠오름이 생길 우려가 있기 때문에, 40중량%이하가 바람직하다.
이러한 유리층(9)을 형성하는 유리재로서는, Si 성분을 함유하고 있으면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상은 SiO2 및 B2O3을 주성분으로 한 Si-B계 유리재를 선호하여 사용할 수 있다. 그리고, 이들 SiO2 및 B2O3에 Li2O, Na2O, K2O 등의 알칼리 금속 산화물을 첨가한 Si-B-A(A: 알칼리 금속)계 유리재, SiO2 및 B2O3에 Bi2O3을 첨가한 Si-B-Bi계 유리재, SiO2 및 B2O3에 ZnO2를 첨가한 Si-B-Zn계 유리재, SiO2 및 B2O3에 ZrO2나 TiO2를 첨가한 Si-B-Zr-Ti계 유리재를 적절히 사용할 수 있다.
또한 도전성 재료로서는 양호한 도전성을 가지는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 실시의 형태에서는 가격성을 고려하여 Cu, Ni, Cu-Ni 합금 등의 비금속 재료가 사용된다.
이 적층 세라믹 콘덴서는 이하와 같이 하여 제조할 수 있다.
우선, Ba 화합물, Ti 화합물 등의 세라믹 소원료를 준비하고, 이들 세라믹 소원료를 소정량 칭량한다. 그리고, 이들 칭량물을 PSZ(Partially Stabilized Zirconia: 부분 안정화 지르코니아)볼 등의 분쇄 매체 및 순수와 함께 볼밀에 투입하고, 충분히 습식으로 혼합 분쇄하여, 건조시킨 후, 900~1200℃의 온도에서 소정 시간 하소(calcination)하고, 이것에 의해 티탄산바륨계 화합물 등으로 이루어지는 하소 분말을 제작한다.
이어서, 이 하소 분말을 유기 바인더나 유기 용제, 분쇄 매체와 함께 다시 볼밀에 투입하여 습식 혼합하고, 세라믹 슬러리를 제작하여, 닥터 블레이드법 등에 의해 세라믹 슬러리로 성형 가공을 행하여, 소정 두께의 세라믹 그린시트를 제작한다.
이어서, Ni 분말 등의 도전성 재료를 유기 비히클에 분산시키고, 3본(本) 롤밀 등으로 혼합 반죽하여, 이것에 의해 내부전극용 도전성 페이스트를 제작한다.
여기서, 유기 비히클은, 바인더 수지가 유기 용제 중에 용해되어 이루어지고, 바인더 수지와 유기 용제의 혼합 비율은, 예를 들면 체적 비율로 1~3:7~9가 되도록 조제되어 있다.
또한 상기 바인더 수지로서는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 에틸셀룰로오스 수지, 니트로셀룰로오스 수지, 아크릴 수지, 알키드 수지, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 또한 유기 용제에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니며, α-테르피네올, 크실렌, 톨루엔, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 등을 단독, 혹은 이들을 조합하여 사용할 수 있다.
또한 내부전극용 도전성 페이스트에는 필요에 따라 분산제나 가소제 등을 첨가하는 것도 바람직하다.
그리고, 이 내부전극용 도전성 페이스트를 사용하여 세라믹 그린시트상에 스크린 인쇄를 실시하여, 상기 세라믹 그린시트의 표면에 소정 패턴의 도전막을 형성한다.
이어서, 도전막이 형성된 세라믹 그린시트를 소정 방향으로 복수장 적층한 후, 이것을 도전막이 형성되어 있지 않은 세라믹 그린시트로 끼고, 압착하여, 소정 치수로 절단하여 세라믹 적층체를 제작한다. 그리고 이 후, 온도 300~500℃에서 탈바인더 처리를 행하고, 또한 산소 분압이 10-9~10-10MPa로 제어된 H2-N2-H2O 가스로 이루어지는 환원성 분위기하, 온도 1100~1300℃에서 약 2시간 소성 처리를 행한다. 이것에 의해 도전막과 세라믹 그린시트가 공소결되어, 내부전극(2a~2l)이 매설된 세라믹 소체(1)를 제작한다.
다음으로, 외부전극용 도전성 페이스트를 제작한다.
즉, 도전성 재료, 적어도 Si 성분을 함유한 유리재, 및 유기 비히클을 소정의 혼합 비율이 되도록 칭량하여 혼합하고, 3본 롤밀 등을 사용하여 분산·혼합 반죽함으로써, 외부전극용 도전성 페이스트를 용이하게 제조할 수 있다.
여기서, 외부전극용 도전성 페이스트 중의 유리재의 함유량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만 통상은 3~10중량%정도가 되도록 조제된다.
또한 유리재 중의 Si의 함유량은, 소성 후의 유리층(9) 중의 Si 함유량이 11중량%이상이 되면 되고, 예를 들면 SiO2로 환산하여 20~60중량%가 되도록 조제된다.
또한 유기 비히클은 내부전극용 도전성 재료와 동일한 것을 사용할 수 있다.
다음으로, 상술한 외부전극용 도전성 페이스트를 사용하여, 세라믹 소체(1)의 양단부에 도포하고, N2-공기-H2O, 또는 N2-H2-H2O의 환원 분위기하, 소성 처리를 행하여 외부전극(3a,3b)을 형성한다.
그리고, 마지막으로 전해 도금을 실시하여 외부전극(3a,3b)의 표면에 Ni를 주성분으로 하는 제1의 도금 피막(4a,4b)을 형성하고, 상기 제1의 도금 피막(4a,4b)의 표면에 Sn 등으로 이루어지는 제2의 도금 피막(5a,5b)을 형성하여, 이것에 의해 적층 세라믹 콘덴서가 제조된다.
이와 같이 상기 적층 세라믹 콘덴서는, 단면부(6a,6b)와 측면 반환부(8a,8b)를 가지는 외부전극(3a,3b)이 세라믹 소체(1)의 양단부에 피복 형성되는 동시에, 외부전극(3a,3b)은, 측면 반환부(8a,8b)의 피복 단부(7a,7b)로부터 단면부(6a,6b) 방향에의 직선 거리(L)가 적어도 5㎛ 내의 영역에, 세라믹 소체(1)와 접하는 형태로 적어도 Si를 함유한 유리층(9)이 형성되고, 상기 유리층(9)의 평균 두께(t)는 3~10㎛이면서, 상기 유리층(9) 중의 상기 Si의 함유량이 11중량%이상이므로, 외부전극의 형성 후에 도금 처리를 행하여, Ni계 피막 등의 도금 피막을 형성한 경우에도, 외부전극(3a,3b)의 기계적 강도가 향상하기 때문에, 세라믹 소체(1)를 형성하는 세라믹 재료가 도금액 중에 용출하는 것을 억제할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 실시의 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 유리층(9)의 형성 영역에 대해서도, 피복 단부(7a,7b)로부터 단면부(6a,6b) 방향에의 직선 거리(L)가 적어도 5㎛ 있으면 되고, 따라서 측면 반환부(8a,8b)로부터 단면부(6a,6b) 방향에의 직선 거리(L)가 5㎛이상이어도 되며, 이 경우도 유리층(9)은 평균 두께(t)가 3~10㎛, Si 함유량은 11중량%이상이 되도록 조정된다. 또한 유리층(9)은 특성에 영향을 미치지 않는 범위에서 단면(6a,6b)에도 형성해도 된다.
또한 상기 실시의 형태에서는, 적층 세라믹 콘덴서를 예시하여 설명했지만, 본 발명은 외부전극이 세라믹 소체의 단면 및 네 측면을 덮도록 형성된 세라믹 전자부품에 널리 적용할 수 있고, 본 발명은, 예를 들면 단판형의 세라믹 콘덴서나 압전 부품, 저항체 등에도 동일하게 적용 가능한 것은 말할 필요도 없다.
또한 상기 실시의 형태에서는 도금 피막을 2층 구조로 하고 있는데, 적어도 1층 이상 있으면 되고, 단층 또는 3층 이상이어도 동일하다.
다음으로, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
<실시예>
[시료의 제작]
우선, 세라믹 소원료로서 BaCO3, TiO2를 준비하고, 이들 세라믹 소원료를 소정량 칭량하였다. 그리고, 이들 칭량물을 PSZ볼 및 순수와 함께 볼밀에 투입하고, 충분히 습식으로 혼합 분쇄하여, 건조시킨 후, 900~1200℃의 온도로 소정 시간 하소하고, 이것에 의해 티탄산바륨계 화합물 등으로 이루어지는 하소 분말을 제작하였다.
이어서, 이 하소 분말을 유기 바인더나 유기 용제, 가소제, 분산제를 PSZ볼과 함께 다시 볼밀에 투입하여 습식 혼합하고, 세라믹 슬러리를 제작하여, 닥터 블레이드법에 의해 세라믹 슬러리를 성형 가공하고, 건조 후의 두께가 4.0㎛가 되도록 세라믹 그린시트를 제작하였다.
다음으로, 이하의 방법으로 내부전극용 도전성 페이스트를 제작하였다.
즉, 평균 입경 0.3㎛의 Ni 분말 50중량%, 유기 비히클 45중량%, 및 잔부가 분산제 및 증점제가 되도록, 이들을 혼합하여 유기 비히클 중에 분산시키고, 3본 롤밀 등으로 혼합 반죽하여, 이것에 의해 내부전극용 도전성 페이스트를 제작하였다.
여기서, 유기 비히클로서는 에틸셀룰로오스 수지(유기 바인더)가 10중량%가 되도록 부틸칼비톨(유기 용제) 중의 용해시킨 것을 사용하였다.
다음으로, 이 내부전극용 도전성 페이스트를 사용하여 세라믹 그린시트상에 스크린 인쇄를 실시하고, 건조 후의 막 두께가 2.0㎛가 되도록 상기 세라믹 그린시트의 표면에 소정 패턴의 도전막을 형성하였다.
이어서, 도전막이 형성된 세라믹 그린시트를 소정 방향으로 350장 적층한 후, 이것을 도전막이 형성되어 있지 않은 세라믹 그린시트로 끼고, 압착하여, 소정 치수로 절단하여 세라믹 적층체를 제작하였다. 그리고 이 후, 온도 400℃에서 탈바인더 처리를 10시간 행하고, 또한 산소 분압이 10-9~10-10MPa로 제어된 H2-N2-H2O 가스로 이루어지는 환원성 분위기하, 온도 1200℃에서 약 2시간 소성 처리를 행하였다. 그리고 이것에 의해 도전막과 세라믹 그린시트가 공소결되어, 내부전극이 매설된 세라믹 소체를 제작하였다.
다음으로, 이하의 방법으로 외부전극용 도전성 페이스트를 제작하였다.
즉, 평균 입경 0.3㎛의 Cu 분말: 70중량%, SiO2의 함유량이 10~60중량%의 붕규한아연계 유리 프릿: 3~20중량%, 유기 비히클: 10~27중량%가 되도록, 이들을 칭량하여 혼합하고, Cu 분말 및 붕규산아연계 유리 프릿을 유기 비히클 중에 분산시켜, 3본 롤밀로 혼합 반죽하고, 이것에 의해 외부전극용 도전성 페이스트를 제작하였다.
여기서, 유기 비히클로서는 에틸셀룰로스 수지가 20중량%가 되도록 부틸칼비톨 중의 용해시킨 것을 사용하였다.
다음으로, 딥법(dipping process)을 사용하여, 단면측 중앙 부근의 막 두께가 건조 후에 50㎛가 되도록, 상기 외부전극용 도전성 페이스트를 세라믹 소체의 양단부에 도포하고, 건조시켰다. 그리고 이 후 N2-H2-H2O 가스의 환원 분위기하, 최고 온도를 900℃로 하고, 기전력(산소 기전력)이 240~950mV에 상당하는 산소 분압으로 소성 처리를 행하여, 세라믹 소체의 양단면 및 네 측면을 덮도록 외부전극을 형성하였다.
다음으로, 외부전극에 전해 도금을 실시하여, 외부전극상에 Ni 피막(제1의 도금 피막), 및 Sn 피막(제2의 도금 피막)을 순차 형성하고, 이것에 의해 시료번호 1~6의 시료(적층 세라믹 콘덴서)를 제작하였다.
또한 이렇게 제조된 각 시료의 외형 치수는 모두 길이 3.2mm, 폭 1.6mm, 두께 1.6mm였다.
[시료의 평가]
(유리층의 평균 두께(t))
시료번호 1~6의 각 시료의 측면 반환부에 상당하는 단면 부분에 집속(集束) 이온 빔(Focused Ion Beam; FIB)을 조사하여 시료 표면을 연마하였다. 그리고, 주사 이온 현미경(Scanning Ion Microscopy; SIM)으로 시료를 조사(照射)하고, 이때에 튀어나오는 2차 전자를 측정하여, 시료 표면을 관찰하였다. 그리고, 피복 단부로부터 단면부 방향에의 직선 거리가 5㎛ 내인 영역으로 형성된 유리층의 면적(A)을 SIM상(像)으로부터 산출하여, 하기 수학식(1)로부터 유리층의 평균 두께(t)를 구하였다.
(유리층 중의 Si 함유량)
상술과 마찬가지로 시료번호 1~6의 각 시료의 측면 반환부에 상당하는 단면 부분에 FIB를 조사하여 시료 표면을 연마하였다. 그리고, 이 단면 부분의 임의의 3개소에 대하여, 투과형 전자현미경(TEM-EDS)을 사용하여 Si 함유량을 측정하고, 평균값을 구하였다.
(구조 결함 발생율)
시료번호 1~6의 각 시료를 유리 에폭시 기판의 표면에 솔더 실장하고, 휨 시험을 행하였다. 즉, 시료번호 1~6의 시료 각 20개에 대하여, 각 시료에 대하여 1.0mm/s의 속도로 하중을 부하하고, 휨량이 1.5mm에 달하고 나서 5초간 유지하여, 유지한 각 시료를 단면 연마하였다. 그리고, 그 연마면을 관찰하여, 크랙 등의 구조 결함이 발생했는지 아닌지를 조사하여, 구조 결함 발생율을 산출하였다.
표 1은 시료번호 1~6의 각 시료를 제작했을 때의 외부전극용 도전성 페이스트 중의 유리재의 함유량, 유리재 중의 SiO2의 함유량, 유리층의 평균 두께(t), 유리층의 Si 함유량, 및 구조 결함 발생율을 나타내고 있다.
이 표 1로부터 명백하듯이, 시료번호 1은 유리층의 평균 두께(t)가 2㎛이며, 유리층 중의 Si 함유량도 5중량%이므로, 구조 결함 발생율이 10%로 높아졌다.
또한 시료번호 2는, 유리층 중의 Si 함유량이 7중량%이며, 시료번호 1에 비하면 약간 증가하고 있지만, 유리층의 평균 두께(t)가 2㎛이기 때문에, 구조 결함 발생율이 5%가 되었다. 또한 시료번호 2가, 시료번호 1에 비해 구조 결함 발생율이 낮아진 것은 유리재 중의 SiO2 함유량이 15중량%이며, 시료번호 1에 비해 증가했기 때문으로 생각된다. 즉, SiO2의 함유량을 증가시킴으로써, 구조 결함 발생율은 약간 향상하는 것으로 생각된다.
한편, 시료번호 6은, 유리층의 평균 두께(t)가 20㎛로 두껍고, 외부전극의 표층면에 유리재가 떠올랐기 때문에, 도금 피막을 충분히 형성할 수 없으며, 이 때문에 휨 시험은 행하지 않았다.
이에 대하여 시료번호 3~5는, 유리층의 평균 두께(t)는 3~10㎛이며, 유리층 중의 Si 함유량이 11중량%이상으로 본 발명 범위 내이므로, 크랙 등의 구조 결함이 생기지 않아, 양호한 기계적 강도가 얻어지는 것을 알 수 있었다.
또한 이 시료번호 3~5로부터 명백하듯이 유리층 중의 Si 함유량을 40중량%이하로 조정함으로써, 유리층의 두께(t)를 10㎛이하로 제어할 수 있는 것을 알 수 있었다.
세라믹 소체를 형성하는 세라믹 재료가, 외부전극의 측면 반환부로부터 도금액에 용출하는 것을 회피할 수 있어, 양호한 기계적 강도를 확보할 수 있다.
1: 세라믹 소체 2a~2l: 내부전극
3a, 3b: 외부전극 4a, 4b: 제1의 도금 피막(도금 피막)
5a, 5b: 제2의 도금 피막(도금 피막) 6a, 6b: 단면부
7a, 7b: 피복 단부 8a, 8b: 측면 반환부
3a, 3b: 외부전극 4a, 4b: 제1의 도금 피막(도금 피막)
5a, 5b: 제2의 도금 피막(도금 피막) 6a, 6b: 단면부
7a, 7b: 피복 단부 8a, 8b: 측면 반환부
Claims (4)
- 단면부와 측면 반환부를 가지는 외부전극이 세라믹 소체의 양단부에 피복 형성된 세라믹 전자부품으로서,
상기 외부전극은, 상기 측면 반환부의 피복 단부로부터 상기 단면부 방향에의 직선 거리가 적어도 5㎛ 내의 영역에, 상기 세라믹 소체와 접하는 형태로 적어도 Si를 함유한 유리층이 형성되고,
상기 유리층의 평균 두께는 3~10㎛이면서,
상기 유리층 중의 상기 Si의 함유량이 11중량%이상 40중량%이하인 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 외부전극의 표면에는 Ni를 주성분으로 한 Ni계 피막을 포함하는 적어도 1층 이상의 도금 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품. - 제1항에 있어서,
상기 세라믹 소체에는 내부전극이 매설(埋設)되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
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