TW536715B - Ceramic electronic component - Google Patents

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TW536715B
TW536715B TW091105909A TW91105909A TW536715B TW 536715 B TW536715 B TW 536715B TW 091105909 A TW091105909 A TW 091105909A TW 91105909 A TW91105909 A TW 91105909A TW 536715 B TW536715 B TW 536715B
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Takayuki Kayatani
Hidekiyo Takaoka
Kunihiko Hamada
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Murata Manufacturing Co
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Description

536715 A7 B7 五、發明説明（ 本發明係關於陶瓷電子元件，更具體地說，係關於包含 陶瓷體、雙層端電極、引線端子和焊料的陶瓷電子元件。 LiliL技藝之說明 下面將參照附圖1 A和來描述此類型的習知之陶瓷電子 元件。如圖所示，陶瓷電子元件丨丨包括主要由介電材料、 、、、緣體半一體、壓電材料、磁性材料等組成的陶瓷體 在陶瓷體12的兩個主表面上形成的端電極η;用焊料 14將相應的端電極13相連接之引線端子15 ;和用於覆蓋陶 曼體12、端電極13、焊料14和部分引線端子。的外部樹脂 區16 〇 端電極13包括由濺鍍法或氣相沈積法形成的薄膜或厚膜 和包含例如貴金屬（如銀或鈀）及其合金或賤金屬（如鎳或銅） ^其合金作為導電成分的鍍膜。常用含有錫/鉛作為主要成 分的$金作為焊料14。引線端子15包括例如由銅、鐵等組 成的心’其藉由鍍錫-鉛或錫而被覆蓋。 一但是，當根據習知技術製成的陶瓷電子元件長期曝露於 :溫環境中時，由於焊料中所含的錫與主要由銀、銅 '鎳 :構成的$電極的導電成分之間的互相㈣，在端電極盥 烊枓之間和在端電極與陶究體之間的接合界面處會形成介 :屬化合物。因為介金屬化合物是硬而脆的，戶斤以當整個 端電極轉化為介金屬化合物時黏合可靠性會下降，並且陶 瓷體和端電極之間會發生分離，導致電性變差。 -4 - 本紙張尺度A4規格(21〇 X 297公爱 1 ~ -------1 536715 五、發明説明（ 當使用錫/絡蟬料時，由於锡的擴 焊料之間的界面處會產生富錯相在，1金屬化合物與 軟的富鉛相和硬而脆的介金屬 果陶竞電子元件具有 電極等會產生破裂，當遇到庫二物相互接觸的結構，端 差。 力日可，會導致黏合可靠性變 t懇簡要說明 二是提供陶竟電子元件’它即使長期曝露於 :間和在…與引線端子之間具有令人滿意的::: 二個方面中，陶竟電子元件包括陶竟體、形成 ，子。母-個端電極都包括形成於陶究體上的 ； 層和形成於第一電極層上的第二電極層，並電極 含有至少含鋅、銀和/或銅和錫的導電成分1二電極= 鋅的含量相對於⑽重量％的導電成分約不小於4重量^ 處在溶解度極限内’以使其不會形成鋅化銀和/或鋅化銅介 金屬化合物。 在用焊料將引線端子連接到第二電極層的陶莞電子元件 中必須防止焊接後形成鋅化銀和/或鋅化銅介金屬化人 物，以達到本發明的目的。順道—提，不形成鋅化銀和4 鋅化銅介金屬化合物的溶解度極限不是直接和僅由鋅含量 來決定。而是由熔融狀態到固態的冷卻速率和冷卻後的固 悲溫度而定。尤其，當像本發明的情況那樣進行焊接時， -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)八4果格(210X297公釐) 536715 五、發明説明（3 由於冷卻速率快，所以產生· 含量爽I宏本、I _ 座生了非千衡悲，亚且不可能用鋅 开心度極限。因此，鋅含量限定為處於不 鋅化銅介金屬化合物的溶解度極限内。 於陶瓷體上的端：面中’陶瓷電子元件包括陶瓷體、形成 層和形成於第一電極層上的第二電極層，並且由：第：= 極層中鋅的流動和集中而在第一 φ 形成阻擋層。 -極層和/或弟二電解層中 較佳者，阻擋層係位於第一 ^ ^.w ^ ^ 罨桎層中，亚且形成在從陶 无肢的界面處到約2微米的範圍内。 較佳者’第-電極層係由薄膜或厚膜組成，並含有至少 含銀和/或銅的導電成分。 車^圭者’用除夾帶的雜質以外不含錯的合金或非錯的金 屬覆盍引線端？’並且焊料除夾帶的雜質外不含鉛。 較佳者’第二電極層由熱浸法形成。 本發明的陶究電子元件包括每層都包括形成於陶究體上 的第-電極層和形成於第一電極層上的第二電極層的雙層 端電極。第二電極層含有至少含鋅、銀和/或銅和錫的^ 成分。 當在陶竞電子元件上提供了第二電極層後對陶瓷電子元 件加熱老化時。第二電極層中的鋅會在第一電極層的界面 附近集中’形成阻擋層。阻擋層隨著加熱老化的進行而流 入第-電極層巾，㈣到達第—電極層與陶曼體之間的界 4 五、發明説明（ =錫:r:::r形成於第二電極層上 能防止在第-電=2 體金屬之間的相互擴散，所以 間的界面處形成介金屬化入、， 电拉層之 的分離和陶究體和:&亚防止端電極和焊料之間 露於高溫環境下也能佯持=的分離。因此’即使長期曝 電極之間和端電極：=:的電性’並獲得陶竟體與端 此外，無需在整個區域意:黏合強度。 ;Γη:Γ"目同程度，並且阻擋層實質上可形成:厚 從而抑制第-電極層中母體金屬的相互擴 =或鋅化銅介金屬化合物的溶 πγγ，第二電極層或第-電極層中就會形：二 互擴散。也就是說，防止在第電=母體金屬之間的相 上和陶竞體與第一電極層之門—的電^層與焊料之間的界面 物，這使得陶:光體與端電極之間和端面處形成介金屬化合 合強度增加。如果鋅含量處：:：：=焊料之間_ 中所示的万、相的鋅化銀和的Η:η二元相圖 的溶解度極限内，由於防止了在第5匕銅介金屬化合物 界面上和在陶繼第—電與焊料之間的 〈間的界面上形成介^^ g 化合物’所以陶究體與端電極之間和端電極與焊料之間就 536715 A7 B7
五、發明説明（5 ) 能保持黏合可靠性。因此，即使長期曝露於高溫環境下也 能保證穩定的電性，並獲得陶瓷體與端電極之間和端電極 與引線端子之間令人滿意的黏合強度。一般來說，士 μ & υ 田於辞 是賤金屬，它容易受到電解侵蝕’導致端電極機械強产的 下降。但是，如果鋅含量處在上述範圍内，就不會遇^這 種問題。 阻擋層最好位於第一電極層中，並形成在從陶究體的界 面處到約2微米的範圍内。如上所述，集中在第二電極芦中 的鋅隨著加熱老化的進行流入第一電極層，然後到達第_ 電極層與陶瓷體之間的界面附近。但是，它不容易擴散入 陶瓷體。因此，如果由於位於第一電極層中和陶究體界面 附近的鋅的集中而形成阻擋層，隨著加熱老化的進行而流 入其中的鋅會聚集。在這種情況下，形成在從陶瓷體界2 到約2微米範圍内的阻擋層具有最為均勻的厚度，這是有利 的。 最好㈣炎帶的雜質以外不含錯的合金或㈣的金屬覆 蓋引線端子，並且焊料最好除夾帶的雜質外不含鉛。如果 引線端子和焊料中不含雜，即使焊料中的锡擴㈣不容易 產生富鉛相，因此即使對端電極施加應力，也不容易產生 破裂，這使得黏合可靠性增加。 圖不間單說明 圖1Α係習知陶莞電子元件的邱分
仟的4刀面圖，圖1B是沿圖1A 的c2-c2線的縱向剖面圖。 圖2A係本發明之一實施例中 ― J T陶兔電子凡件的部分剖圖， 1 本紙張尺度適财關——_ 6 五、發明説明（ 圖2B是沿圖2A的Cl-Cl線線的縱向剖面圖。 田說明 下:將參照圖2A和2B描述本發明之_實施例中的陶究電 3、焊斗… 无電子兀件1包括陶瓷體2、端電極 包括\抖&4、引線端子5和外部樹脂區6。每一個端電極3都 匕括第一電極層3a和第二電極層扑。 述=體？燒製陶竟生片而成的圓盤形燒結 _ 第一電極層3a形成於陶瓷體2的兩個主表面上。第 一電極層3b形成於第一電極層3a上。 子成於端電極3上，以使第二電極層％和引線端 祖。。形成外部樹脂區6是為了覆蓋陶£體2、端電 木2、&料區4和部分引線端子5。 陶究體2可由選自介電材料、絕緣體、半導體、 t:材料的材料構成。此外，雖然圖仏中所示的陶㈣ 陶兗體，：二:= 此’也可用例如矩形 、要匕的面積足以形成端電極3即可。 有=陶竞體2的兩個主表面上的第-電極層h可以是含 :積:=σ/或Γ導電成分的電極膜，由賤鑛法或氣相 '…解/無电解電鍍法形成的薄膜或透過塗佈導電客 二ίί膜所組成的電極膜。第一電極層33的形狀和大二 ==發日㈣實施例，並且，例如第一電極層可形成於 度。-二種情況都可得到本發明的效果1 以的層數不限於本發明的實施例中所示的層；第 -9 - 本紙張尺歧財s 公！) ^υ/ 丄：) 五、發明説明（ 電極層可由多個子層組成。 第二電極層扑含有至少含鋅、 分，並可由濺鍍法、熱浸法等带、或鋼和錫的導電成 膜組成。第二電極層3b的形狀和> =於第一電極層3a上的薄 例，並且，例如第二電極層可小不限於本發明的實施 表面上方，或形成為具有預定Μ於第一電極層3a的整個 十月況下，冑可獲得本發明的效 上、見度。在廷二種 數不限於本發明的實施例中所 電極層3b的層 可由多個子層組成。 、㈢數，亚且第二電極層 焊料區4雖然可用常用的錫基 雜質外不含對ifμ 但最好使用除夾帶的 裝 焊料、錫-銅基焊料、錫_銀_銅 Ά的錫-銀基 適當地使用。焊料區4的形狀、'弟基焊料可以被 例，並且，例如焊料區可 的貫把 F- ^ ^ ^ ^ „ 、第一電知層3b的整個表面 上或弟一电極層3b的預定 接的焊接方法。 了用例如次焊或回流焊 子至端子5 ’雖然可有利地使用任何已知的引線端 ▲者’使用除夾帶的雜質外不含錯的引線端子。例 —可將由銅、‘載、鎳、金等組成的金屬線作為引線端子的 心，亚且如有需要可用錫、銅、鈀、金、錫-銅、錫-銀、錫 -銀-銅等在金屬線表面進行電鍍。此外，連到第二電極層扑 的引線端子數不限於本發明的實施例，可用兩個或更多的 引線端子5連到第二電極層3b上。 雖然外部樹脂區6可由環氧樹脂、矽樹脂等組成，但本發 -10 - 明不限於此，並且可適當使用任何樹 的絕緣性、防潮性、抗衝擊性、耐熱性等郎要匕具有優異 區6不限於本發明的實施例，或可能不必要，了。外部樹脂 區6可以有任意的層數。 並且外部樹脂 例 形成陶瓷電容器，作為太 作马本發明的陶瓷 例。首先，製成複數個直徑 鬥 子兀件的貫施 t句8¾水之圓盤形 有鈦酸鋇為主要成分以傲A 是體’其含 女战刀以做為電容器電介質。 體的主表面上方形成厚度約5微 、個陶瓷 米(即層的直徑為6毫米)的第一 1隙為k 下表1所示。也就是說，< ，、層、…構和組成如 玲紂人厶, ° 7成了成對的由銀厚膜、銅厚膜、 二。金(―無電鑛銅鑛膜組成的第」電 然後，根據第一電極層的組成，由锡 銅-鋅熱浸法、錫-銀熱浸法或錫_ ^法錫_ :枉層的正個表面上方形成厚度約2微米的第二電極 層。相對於1 〇〇重量％的構成第一 # ^ 1拉尺田 成第一電極層的導電成分的鋅含
里不於表1。鋅含量是某於 B 疋&於此I分散X-射線微量分析儀 (EDX)所確定的含量而測量的。 刀析儀 接著，製成包含上面經錫 乂场鍍的鋼作為核芯、和焊料組成 如下表1所示的引線端子。引鎊 + 引線知子在各焊料的液相溫度為 + 3 0 C知焊接到第二電極声上。 〜 土， g上 由此獲得實施例1 -15和比 較例1-9的陶瓷電容器。 11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4^m(2l〇X291^£) 536715 A7 B7 五、發明説明（9 ) 樣品 第一 電極層 表1 組成/結構 第一*電極層 組成/結構 鋅含量 (重量％) 引線端子 焊料 組成 組成 2 4.1 锡-40錯 5.7 錫-3.5銀 4 7.6 銀厚膜 锡-銀-鋅 熱浸層 11.5 12.2 18.2 錫-3·5銀-0.7銅 錫-3.5銀 錫-3.5銀-0.7銅 錫-3.5銀 銅厚膜 5.3 錫-0.7銅 實施例 8.2 蒙财合金/ 銅薄膜 18.4 锡-銅 錫-3.5銀-0.7銅 锡-鋼-鋅 熱浸層 7.8 锡-0.7銅
裝 11 12 13 無電鍍 銅鍍膜 10.4 13.3
4 锡·銀-辞 熱浸層 35.7 比較例 銅厚膜 錫-銅熱浸層 錫-3.5銀-0.7銅 錫-0.7銅 錫-3.5銀-0.7銅 錫-40鉛 錫-3.5銀 訂 蒙耐合金/ 銅薄膜 無電銅錢 膜 锡-銅-鋅 熱浸層 1.6 錫-銅 錫-0.7銅 2.1
可進行剖面 對於實施例1-15和比較例丨-9的陶兗電容器， 觀察，以檢查第二電極層中是㈣成鋅化銀I或鋅化銅介 金屬化合物和是否形成富集鋅的阻擒層，得出的結果 示於表2 測量各樣品的10個測試件的？丨線端 子的初始黏合
536715 A7 -— ______B7____. 五、發明説明（10 ) 強度’並在試驗後將測試件在125Τ的空氣中靜置2,〇〇〇小 時’再次測量引線端子的黏合強度。計算其平均值，然後 計算黏合強度的下降率。所得結果示於表2。 藉由用波長分散X-射線微量分析儀（WDX)分析橫戴面中 鋅的分布，來確定阻擋層的形成。 為測量引線端子的黏合強度，將測試樣的一對引線端子 相互拉開，測量引線端子從端電極分離或端電極從陶瓷體 分離時的最大強度。為了確定黏合強度的下降率，將高溫 下靜置後的測量結果與初始測量結果的差值除以高溫下靜 置後的測量結果。 -13- 536715 A7 B7 五、發明説明（11 ) 表2 樣品 第二電極層 第一 /第二 電極層 引線端子 鋅化銀，鋅化銅 富集鋅的 初始 高溫下靜置 介金屬化合物 阻擋層 (20,000 小時)後 黏合強度 黏合強度 黏合強度 (牛） (牛） 的下降率 (%) 1 39.2 33.3 -15 2 40.8 33.5 •18 3 39.9 33.9 -15 4 41.5 36.1 -13 5 42.2 35.4 -16 6 39.7 34.9 -12 ~ 貫施例 7 未形成 形成 36.7 30.5 -17 8 35.3 29.7 -16 9 35.8 29.4 -18 10 31.2 25.0 •20" 11 29.9 24.5 ，18 12 28.4 23.0 13 [24.1 20.5 -15 14 23.5 19.7 ------ _^16 15 24.8 20.8 1 嶋 38.5 5.0 2 39.2 7.8 3 未形成 40.3 19.7 ---- 4 形成 40.8 23.7 比較例 5 • 未形成 36.1 6.9 . 6 35.4 14.9 —- _-58 7 未形成 28.8 ^ 10.9 — -- -62 8 22.9 8.9 -- 9 形成 23.6 11.1 —
裝 訂
k 從表2可見，對於實施例1-15的第二電極層中鋅含量不小 於4重量％、並在不形成鋅化銀和/或鋅化銅介金屬化合物 的溶解極度限内，即第二電極層中不形成鋅化銀和/或辞化 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 536715 A7 B7
銅介金屬化合物的陶瓷電容器，它的初始黏合強度夠高， 為23.5-42.2 ,並且高溫下靜置後的黏合強度下降率為 到-20%，不考慮第一電極層的材料和結構、以及焊料的2卖/〇 型，所有性能都佳。在實施例丨_丨5的這些陶瓷電容器中1 鋅富集在第一和/或第二電極層中。 ° 和汉地，對於比較例丨、2和5的第二電極層由錫·銀或錫 銅熱浸法形成（不含鋅）的陶瓷電容器，黏合強度的下降^ 非常南，為-8 0到-8 7 %。 =
對於比較例3和比較例6-8的第二電極層中鋅含量相對於 100重量％導電成分約為小於4重量％的陶兗電容器，黏合= 度的下降率高達-51%到-62%。 ° 了不形成鋅化 即形成了鋅化 其黏合強度的 裝 訂
線 對於比較例4-9的第二電極層中鋅含量超出 銀和/或鋅化銅介金屬化合物的溶解度極限， 銀和/或鋅化銅介金屬化合物的陶瓷電容器， 下降率高達-42%到-53%。 然後對實施例1-6和比較例υ中的各陶資電容哭涂佈 層’以f蓋陶竞體、端電極、部分引線端子和焊：區，: 此製成實施例1-6和比較例1-3的經塗佈的陶瓷電容器 將實施例1-6和比較例丨-3的經塗佈的陶瓷電容於 的環境中靜置2,000小時，然後施加3千伏蜂值_功='^ 的交流電|。測量此階段的熱生成量（Δχ：)。= (△ °C )定義為產物溫度和測試環境溫度5 、 1 其結果示於表3。 ^的溫度差c -15, 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公 536715 A7 B7 五、發明説明（13 ) 表3 樣品 陶瓷電子兀件 ~〜 熱生成量(Δ°〇 產品的性能評僧 實施例 1 17.5 ----------—1 屋片 2 17.4 Ί~^— 3 17.6 4 17.2 5 17.3 6 17.2 I 比較例 1 31.3 ϊ~' 2 32.7 I~~ 3 28.2 差 從表3可見，對於實施例1 -6的經塗佈的陶瓷電容器，熱
生成量小，為17.2-17.6°C。 裝 相反地，對於比較例1-3的經塗佈的陶瓷電容器，熱生成 量為28.2-32.7°C，這比實施例1-6大約高1〇。〇。其原因是由 於長期靜置於高溫中而加劇了焊料和端電極之間的接合界 訂
線 面處錫和銀之間的相互擴散，當對此區域施加高電壓時， 由於陶瓷體和端電極之間不能進行電接合而出現反常的熱 生成量。如果更長期曝露於高溫下，由於錫和銀之間的相 互擴散進一步加劇，所以不能獲得產品性能令人滿意的電 子元件。 應瞭解可在不違背本發明精神和範圍的情況下對其進行 改變和改良。所述的各種實施例只是為了說明，而不是 了限制本發明。 … -16-

Claims (1)

  1. i•一種陶瓷電子元件，包含： 陶瓷體； 位於陶瓷體上的端電極；及 用t踢的焊料連接到端電極的引線端子， S端％極I括位於陶瓷體上的第一電極層和位於該第 一電極層上的第二電極層， 、其中該第二電極層包括含有鋅、II、以及銀和銅中至 /曰種的、‘電成分’該導電成分中的鋅含量約不小於4 重量％，並在不形成鋅化銀和鋅化銅介金屬化合物的溶 解度極限内。 2.如申明專利範圍第丨項之陶瓷電子元件，具有一對該端 電極和用含錫的焊料與每一個該端電極相連的引線端 3·如申请專利範圍第丨項之陶瓷電子元件，在該第一電極 層和該第二電極層中至少有一層有含鋅的阻擋層。 4·如申請專利範圍第3項之陶瓷電子元件，該第一電極層 中有阻擔層，並且阻擋層在離該陶曼體界面約2微米的 範圍内。 5.如申請專利範圍第4項之陶瓷電子元件，其中該第一電 極層包含至少含有銀和銅中之一種的膜。 6·如申請專利範圍第5項之陶瓷電子元件，其中用除夾帶 的雜貝外不含鉛的合金或非鉛的金屬塗佈該引線端子， 並且該焊料除夾帶的雜質外不含鉛。 7·如申請專利範圍第6項之陶瓷電子元件，其中該第二電 -17-
    536715 A B c D 「、申請專利範圍 極層是熱浸層。 8. 如申請專利範圍第7項之陶瓷電子元件，其中該第二電 極層包含銀。 9. 如申請專利範圍第7項之陶瓷電子元件，其中該第二電 極層包含銅。 10. 如申請專利範圍第4項之陶瓷電子元件，其中用除夾帶 的雜質外不含鉛的合金或非鉛的金屬塗佈該引線端子， 並且該焊料除夾帶的雜質外不含鉛。 11. 如申請專利範圍第4項之陶瓷電子元件，其中該第二電 極層是熱浸層。 12. 如申請專利範圍第4項之陶瓷電子元件，其中該第二電 極層包含銀。 卢論 13. 如申請專利範圍第4項陶瓷電子元件，其中該第二 電極層包含銅。 14. 如申請專利範圍第1項陶瓷電子元件，其中用除夾 帶的雜質外不含鉛的合金或非鉛的金屬塗佈該引線端 子，並且該焊料除夾帶的雜質外不含鉛。 15. 如申請專利範圍第1項之陶瓷電子元件，其中該第二電 極層是熱浸層。 16. 如申請專利範圍第1項之陶瓷電子元件，其中該第二電 極層包含銀。 17. 如申請專利範圍第16項之陶瓷電子元件，其中該第一電 極層包含至少含銀和銅中之一種的膜。 18. 如申請專利範圍第1項之陶瓷電子元件，其中該第二電 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 8 8 8 8 A BCD 536715 六、申請專利範圍 極層包含銅。 19.如申請專利範圍第18項之陶瓷電子元件，其中該第一電 極層包含至少含銀和銅中之一種的膜。 -19- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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