CN105210162A

CN105210162A - 电子元器件

Info

Publication number: CN105210162A
Application number: CN201480027185.3A
Authority: CN
Inventors: 池田广; 三浦忠将; 古户圣浩
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2034-04-30
Also published as: DE112014002394T5; WO2014185270A1; US20160064124A1; CN105210162B; JP6543888B2; JP2014241395A; US9831018B2

Abstract

为了提供金属层不容易从基板上剥离的电子元器件，电子元器件(1a)包括：由绝缘性陶瓷材料所制成的基板(7)；由陶瓷材料所制成且与基板(7)进行扩散接合的陶瓷层(8)；金属层(9)，该金属层(9)具有第一主面(91)和与该第一主面(91)相对的第二主面(92)，该金属层(9)在该第一主面(91)侧与陶瓷层(8)进行扩散接合；以及特性层(10)，该特性层(10)与金属层(9)的第二主面(92)侧进行扩散接合，该特性层(10)由陶瓷材料制成，其电阻值根据周围温度或施加电压而变化。

Description

电子元器件

技术领域

本发明涉及包括基板和设于该基板上的陶瓷制特性层的电子元器件。

背景技术

以往，作为这种电子元器件，例如有专利文献1所记载的厚膜热敏电阻。利用以下工序来制作该厚膜热敏电阻。即，在以绝缘基板为例的氧化铝基板的一个面上印刷导体糊料并进行烧成，在氧化铝基板上形成下侧电极。接着，印刷厚膜热敏电阻用糊料并进行烧成，使得与下侧电极的一部分相重合，以形成厚膜热敏电阻。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平7-99101号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在专利文献1中，在烧成好的氧化铝基板上印刷导体糊料，然后进行烧成。然而，根据本申请发明人的实验可知，难以使对导体糊料进行烧成后所获得的下侧电极与氧化铝基板相接合，从而会导致下侧电极容易从氧化铝基板上剥离。

因此，本发明的目的在于，提供一种金属层不容易从基板上剥离的电子元器件。

解决技术问题所采用的技术方案

为了达到上述目的，本发明的一个方面的电子元器件包括：由绝缘性陶瓷材料所制成的基板；由陶瓷材料所制成且与所述基板进行扩散接合的陶瓷层；金属层，该金属层具有第一主面和与该第一主面相对的第二主面，该金属层在该第一主面侧与所述陶瓷层进行扩散接合；以及特性层，该特性层与所述金属层的第二主面侧进行扩散接合，该特性层由陶瓷材料制成，其电阻值根据周围温度或施加电压而变化。

发明效果

根据上述方面，能提供金属层不容易从基板上剥离的电子元器件。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的电子元器件的成品的俯视图。

图2是从W轴负方向侧对沿图1的B-B’线的电子元器件的截面进行观察时的纵向剖视图。

图3是表示图2所示的电子元器件的等效电路的图。

图4是表示每个烧成温度下的铝原子的扩散距离的图。

图5是表示实施方式2所涉及的电子元器件的成品的俯视图。

图6是从W轴负方向侧对沿图5的A-A’线的电子元器件的截面进行观察时的纵向剖视图。

图7是表示图5所示的电子元器件的等效电路的图。

具体实施方式

《实施方式1》

以下，对本发明的一个实施方式所涉及的电子元器件进行说明。以下，参照附图，对本发明的实施方式1所涉及的电子元器件进行说明。首先，对图1、图2所示的L轴、W轴、T轴进行定义。L轴表示电子元器件的左右方向(长度方向)，W轴表示其前后方向(深度方向)，T轴表示其上下方向(厚度方向)。关于L轴、W轴、T轴的定义，在其它附图中也相同。

《结构》

如图1、图2所示，电子元器件1a包括基板7、陶瓷层8、内部电极9、热敏电阻特性层10、第一外部电极11以及第二外部电极12。

基板7例如由以氧化铝或氮化铝为基本成分的绝缘性陶瓷所制成。该基板7具有沿上下方向相对的第一主面71和第二主面72，在俯视时例如具有矩形形状。在本实施方式中，设第二主面72以第一主面71为基准位于T轴正方向侧。另外，基板7的厚度例如为0.635[mm]。

陶瓷层8由与后述的热敏电阻特性层10相同的材料所制成，是在俯视下具有矩形形状的薄膜，具有沿上下方向相对的第一主面81和第二主面82。在本实施方式中，设第二主面82相对于第一主面81位于T轴正方向侧。该陶瓷层8形成于基板7的主面72上，使得在俯视下被基板7的外缘所内包。这里，陶瓷层8与基板7的主面72侧进行扩散接合。该陶瓷层8的厚度优选为5[μm]左右，以减小电子元器件1a的尺寸。

内部电极9是金属层的一个示例，典型地由单独的贵金属、或多种贵金属的合金所制成。在本实施方式中，设为由含有银和钯的金属糊料所制成。另外，内部电极9例如是在俯视下具有矩形形状的薄膜，具有沿上下方向相对的第一主面91和第二主面92。在本实施方式中，设第二主面92以第一主面91为基准位于T轴正方向侧。该内部电极9形成于陶瓷层8上，使得在俯视下被陶瓷层8的外缘所内包，与陶瓷层8的主面82侧进行扩散接合。内部电极9的厚度优选为3[μm]左右，以减小电子元器件1a的尺寸。

热敏电阻特性层10通过将镍、锰、钴、铁等的氧化物进行混合并进行烧结而制成，是具有负温度系数的热敏电阻(即NTC热敏电阻)。该热敏电阻特性层10是在俯视下具有矩形形状的薄膜，形成于金属层9上，使得在俯视下本身的外形线与陶瓷层8的外形线实质重合。这里，热敏电阻特性层10与内部电极9的主面92侧进行扩散接合。该热敏电阻特性层10的厚度优选为10[μm]左右，以减小电子元器件1a的尺寸。

这里，需要注意的是，如图2所示，热敏电阻特性层10也可以与陶瓷层8相接合，但利用丝网印刷等来形成，使得不与基板7相接合。其原因如下。若在热敏电阻特性层10与基板7相抵接的状态下进行烧成，则当进行溶解混合时，由于都为氧化物且结晶构造也相似，因此，容易因分子运动能量而导致发生原子跨相置换的现象(扩散)。在这种情况下，例如Al原子会从基板7进入热敏电阻特性层10。这是因为，与热敏电阻特性层10的周围温度相对的电阻值的特性有可能会因所涉及的Al原子而发生变化。

外部电极11、12由与上述内部电极9相同的材料所制成。外部电极11、12具有以纵向中心面C为基准而互相对称的形状，形成为隔开间隔沿左右方向排列。这里，所谓纵向中心面C是包含电子元器件1a的L轴方向中心且与WT平面平行的面。

外部电极11基本包含薄膜部111和侧壁部112。薄膜部111在俯视下例如具有矩形形状，对热敏电阻特性层10的上表面左侧进行覆盖。另外，该薄膜部111夹着热敏电阻特性层10的左侧与内部电极9的左侧的部分沿T轴方向相对，形成为在俯视下与内部电极9的左侧重叠。另外，沿陶瓷层8和热敏电阻特性层10的侧面形成有侧壁部112，使得连接薄膜部111与基板7。

外部电极12基本包含以纵向中心面C为基准而与薄膜部111对称的薄膜部121、以及以纵向中心面C为基准而与侧壁部112对称的侧壁部122。因此，省略对薄膜部121和侧壁部122的详细说明。

《实际的使用》

外部电极11、12沿T轴方向与内部电极9的左侧和右侧相对，形成为在俯视下相重叠。外部电极11、12具有输入输出端子的功能，在两者之间经由热敏电阻特性层10、内部电极9而流过规定值的电流i(参照图3)。在这种情况下，在外部电极11与内部电极9相对的热敏电阻特性层10的部分、以及外部电极12与内部电极9相对的热敏电阻特性层10的部分上，形成有电场，这些部分具有作为NTC热敏电阻的特性。即，在热敏电阻特性层10上形成电阻R1、R2，所述电阻R1、R2的夹在外部电极11与内部电极9之间的部分、以及夹在外部电极12与内部电极9之间的部分具有温度特性。由此，例如通过对输入输出端子间的电压V进行测定，从而能对电子元器件1的周围温度T进行测定。在图3中利用实线示出了等效电路，并利用箭头示出了流过通电路径的电流i和输入输出端子间的电压V。

《制法》

上述电子元器件1a大致如下所述那样进行制造。此外，以下为了便于说明，也对一个电子元器件1的制造工序进行说明。

首先，准备烧成好的基板7。利用刮刀方式或辊压法来制造该基板7，例如在约1700[℃]～约1800[℃]的温度下进行烧成。准备烧成好的基板7的理由如下。即，这是因为基板7的烧成温度与热敏电阻特性层5的烧成温度差别很大，若在基板7的烧成温度下对热敏电阻特性层5进行烧成，则无法获得热敏电阻特性层5的特性。

其次，准备适量含有以下材料的粉末：即，从成为热敏电阻特性层5的初始原料(即原材料)的Mn₃O₄、NiO、Fe₂O₃、TiO₂、Co₃O₄、Al₂O₃、ZnO等金属氧化物的组中任意选出的材料。在本说明中，作为具体例，在称量出规定量的Mn₃O₄、NiO、Fe₂O₃、TiO₂之后，进行调配。

将在上述工序中所获得的称量粉末投入内部含有氧化锆等粉末介质的球磨机，在充分进行了湿式粉碎后，在约780℃下进行两小时的预烧成。由此，制成陶瓷粉末。

将在上述工序中所获得的陶瓷粉末投入内部含有氧化锆等粉末介质的球磨机，以进行湿式粉碎。然后，将有机粘合剂添加至进行湿式粉碎后的陶瓷粉末中。由此，获得丝网印刷用陶瓷糊料。

首先，将以上的陶瓷糊料作为在烧成后要成为厚度5[μm]的陶瓷层8的陶瓷糊料而丝网印刷到基板7的主面72上。

接着，将含有银和钯的金属糊料作为在烧成后要成为厚度3[μm]的内部电极9的金属糊料而丝网印刷到陶瓷糊料上。

另外，进一步将上述陶瓷糊料作为在烧成后要成为厚度10[μm]的热敏电阻特性层10的陶瓷糊料而丝网印刷到成为内部电极9的主面92的金属糊料上。

接着，将金属糊料作为在烧成后在热敏电阻特性层10上要成为厚3[μm]的外部电极11、12的金属糊料而丝网印刷到成为热敏电阻特性层10的陶瓷糊料上和基板7上。

例如在约1100[℃]～约1200[℃]下在两小时之间对如上所述那样获得的层叠体进行一并烧成。在所涉及的一并烧成期间，陶瓷层8通过来自基板7的Al原子的扩散而发生接合，陶瓷层8和热敏电阻特性层10通过来自内部电极9的银原子等的扩散而与该内部电极9发生接合。同样，热敏电阻层10还通过来自外部电极11、12的银原子等的扩散而与该外部电极11、12发生接合。由此，完成图1等所示的电子元器件1a。

《作用·效果》

在专利文献1所记载的电子元器件中，存在下侧电极容易从铝基板上剥离的问题。可以认为这是由于，在金属和铝基板上，结晶构造互不相同，并且，溶解温度互不相同，因此，难以使金属与铝基板发生扩散接合。

与之相对，在本电子元器件1a中，在基板7与内部电极9之间夹有陶瓷层8。首先，以氧化铝等为基本成分的基板7与陶瓷层8都为氧化物，且结晶构造也十分相似。因此，即使在约1100[℃]～约1200[℃]下进行烧成，它们也会溶解并混合，其结果是，基板7中的Al原子等会跨相而扩散至陶瓷层8中。由此，基板7与陶瓷层8发生扩散接合。

与上述相对，在陶瓷和金属中，结晶构造和溶解温度互不相同，因此，一般，与陶瓷之间的情况相比，不容易发生扩散。然而，关于陶瓷层8和内部电极9，层叠片NTC热敏电阻等已经成为了实际的商品，已知可获得足够的接合强度。

如以上所说明的那样，基板7和内部电极9以足够的强度接合于陶瓷层8。即，基板7与内部电极9之间夹有陶瓷层8，从而能在电子元器件1a中抑制内部电极9从基板7剥离。

此外，作为使内部电极9接合于基板7的方法，也可以考虑通过添加有玻璃的金属糊料来制作内部电极9。然而，在该方法中，由于玻璃是绝缘性材料，因此，难以确保内部电极9具有足够的导电性。与之相对，在本申请中，仅夹有陶瓷层8，因此，利用未添加玻璃的金属糊料来制作内部电极9，因而，能确保足够的导电性。

如上所述，通过扩散来使基板7的Al原子进入陶瓷层8。此时，Al原子的扩散距离大致与烧成温度有关。这里，扩散距离以基板7的主面72为基准，是Al原子进入陶瓷层8内的距离的意思。根据本申请发明人的实验，如图4所示，在1100℃、1150℃、1200℃烧成时的扩散距离为1.7[μm]、3.2[μm]、3.9[μm]。由此，陶瓷层8只要具有如上所述的5[μm]左右的厚度即可。此外，在图4的左侧，示出了对电子元器件1a的截面进行放大的放大图，在图4的右侧，示出了铝原子的映射图像。

如上所述可知，在本实施方式中，陶瓷层8起到作为用于对基板7与热敏电阻特性层10之间所发生的互相扩散进行抑制的缓冲层的作用，以阻止原子从基板7向热敏电阻特性层10移动。能降低热敏电阻特性层10的温度特性的劣化。这样，在本实施方式中，利用薄膜的陶瓷层8(缓冲层)来排除在特性面上的影响，并能将薄膜的热敏电阻特性层10形成在基板7上，因此，可提供能比以往要小的电子元器件1a。

《实施方式2》

如图5、图6所示，电子元器件1b包括基板2、第一金属层3、第二金属层4、热敏电阻特性层5、第三金属层6以及陶瓷层18。

用与上述基板7相同的绝缘性陶瓷来制作基板2。该基板2具有沿上下方向相对的两个主面21、22，在俯视时例如具有矩形形状。这里，在本实施方式中，设主面22以主面21为基准位于T轴正方向侧。

第一金属层3和第二金属层4典型地由单独的贵金属、或多种贵金属的合金所制成。在本实施方式中，设由含有银和钯的金属糊料所制成。另外，金属层3、4例如形成为在俯视下具有互相相同的矩形形状的薄膜状，并形成为在主面22上隔开间隔地沿左右方向排列。这里，在本实施方式中，设金属层4以金属层3为基准位于L轴正方向侧。对该金属层3、4的厚度没有特别限定，但优选为是10[μm]左右。

热敏电阻特性层5是与上述热敏电阻特性层10相同的NTC热敏电阻。该热敏电阻特性层5是在俯视下具有矩形形状的薄膜，并形成于各金属层3、4上。对该热敏电阻特性层5的厚度没有特别限定，但优选为是3[μm]左右。

第三金属层6由与金属层3、4相同的金属材料所制成，是在俯视下具有矩形形状的薄膜。该金属层6沿T轴方向与上述金属层3、4都相对，形成为在俯视下重叠。这里，在以下说明中，将在俯视下金属层3、6互相重叠的区域称为第一重叠区域A1，将金属层6、4互相重叠的区域称为第二重叠区域A2。此外，这些区域A1、A2在图5和图6中分别是被较粗的疏虚线所包围的区域。对该金属层6的厚度没有特别限定，但优选为是3[μm]左右。

陶瓷层18由与热敏电阻特性层5相同的材料所制成，是在俯视下具有与主面22大致相同的矩形形状的薄膜。另外，陶瓷层18夹在基板2与金属层3、4之间，但该陶瓷层18的厚度优选为是5[μm]左右，以减小电子元器件1b的尺寸。

由上述可知，热敏电阻特性层5被金属层6和金属层3、4从上下所夹住，金属层6沿T轴方向与金属层3、4都相对。另外，金属层3、4具有输入输出端子的功能，在金属层3、4之间经由热敏电阻特性层5、金属层6而流过规定值的电流i(参照图7)。在这种情况下，会在金属层3、6中相对的部分与金属层6、4中相对的部分之间形成电场，重叠区域A1、A2具有作为NTC热敏电阻的特性。即，该部分成为具有温度特性的电阻R1、R2。由此，例如通过对输入输出端子间(即，金属层3、4之间)的电压V进行测定，从而能对电子元器件1的周围温度T进行测定。在图7中利用实线示出了等效电路，并利用箭头示出了流过通电路径的电流i和输入输出端子间的电压V。

《作用·效果》

在实施方式2中，也与实施方式1相同，能通过使陶瓷层18夹在基板2与金属层3、4之间，来抑制电子元器件1b中金属层3、4从基板2剥离。

《附记》

另外，在上述实施方式中，将热敏电阻特性层5、10设为NTC热敏电阻来进行了说明。然而并不限于此，热敏电阻特性层5、10也可以是PTC热敏电阻。另外，在上述实施方式中，电子元器件1a、1b也可以包括电阻值相对于施加电压发生变化的变阻器特性层，以取代热敏电阻特性层5、10。

另外，在上述实施方式和上述变形例中，对利用丝网印刷来形成热敏电阻特性层5、10的情况进行了说明。然而并不局限于此，也可以利用溅射、蒸镀或AD法(AerosolDepositionMethod：气浮沉积法)来形成热敏电阻特性层5、10。

工业上的实用性

本发明所涉及的电子元器件的金属层不容易从基板上剥离，适用于热敏电阻等。

标号说明

1a、1b电子元器件

2、7基板

3第一金属层

4第二金属层

6第三金属层

5、10热敏电阻特性层

8、18陶瓷层

9内部电极

11、12第一外部电极、第二外部电极

Claims

1.一种电子元器件，其特征在于，包括：

由绝缘性陶瓷材料所制成的基板；

由陶瓷材料所制成且与所述基板进行扩散接合的陶瓷层；

金属层，该金属层具有第一主面和与该第一主面相对的第二主面，该金属层在该第一主面侧与所述陶瓷层进行扩散接合；以及

特性层，该特性层与所述金属层的第二主面侧进行扩散接合，该特性层由陶瓷材料制成，其电阻值根据周围温度或施加电压而变化。

2.如权利要求1所述的电子元器件，其特征在于，

所述陶瓷层阻止原子从所述基板向所述特性层移动。

3.如权利要求1或2所述的电子元器件，其特征在于，

所述陶瓷层由与所述特性层相同的陶瓷材料所制成。

4.如权利要求1至3的任一项所述的电子元器件，其特征在于，

所述基板是多层基板，该多层基板通过将由添加有硅系玻璃的绝缘性陶瓷材料所制成的陶瓷片层叠多层而构成。

5.如权利要求1至4的任一项所述的电子元器件，其特征在于，

所述基板由含有Al的绝缘性陶瓷材料所制成。