DE3930623C2

DE3930623C2 -

Info

Publication number: DE3930623C2
Application number: DE3930623A
Authority: DE
Inventors: Shunsuke Nakaya; Harunobu Sano; Yoshiaki Nagaokakyo Kyoto Jp Kohno
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-09-13
Filing date: 1989-09-13
Publication date: 1993-03-18
Also published as: GB8920617D0; JPH0278211A; GB2224392B; DE3930623A1; GB2224392A; US4982485A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines monolithischen Keramikkondensators nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 35 28 906 A1 bekannt. Beim bekannten Keramikondensator werden statt der sonst eigentlicher üblichen Außenelektroden aus Silber solche aus einer Doppelschicht verwendet, wobei die innere Schicht aus einem leitenden Keramikfilm besteht. Innenelektroden werden erst eingebracht, wenn ein Keramikkörper mit den genannten leitenden Keramikfilmen bereits hergestellt ist. Dies geschieht durch Eintauchen des Körpers in Blei unter Druck. Bei diesem Vorgang würden herkömmliche Außenelektroden aus Silber angelöst werden, während die genannten leitenden Keramikfilme dieser Behandlung standhalten.

Für gewöhnlich werden Innenelektroden zugleich mit einem Keramikkörper in Schichtbauweise hergestellt. An zwei Endflächen, an denen die Innenelektroden frei liegen, sind hauptsächlich aus Silber bestehende Außenelektroden angebracht, die zum Anschließen des Kondensators durch Löten dienen.

Bei Zuverlässigkeitstests hat sich herausgestellt, daß sich die elektrischen Eigenschaften des monolithischen Keramik-Kondensators während des Lötvorgangs dadurch verschlechtern, daß sich ein im geschmolzenen Lötmittel enthaltenes Metall, beispielsweise Zinn, in Richtung der Innenelektroden-Schichten bewegt und daß elektroche mische Reaktionen oder ähnliches auftreten. Lötmittel enthalten in erster Linie Zinn, das sich gewöhnlich mit verschiedenen Metallen leicht legieren läßt und dadurch bewirkt, daß intermetallische Verbindungen mit den Außenelektroden auftreten. Ein Teil derartiger interme tallischer Verbindungen diffundiert allmählich in den monolithischen Keramik-Kondensator hinein und zwar über Diffusionswege oder -bahnen der Innenelektroden oder der Trennschichten zwischen den Innenelektroden und den dielektrischen Keramikschichten. Dies führt zu einer extremen Verschlechterung der elektrischen Eigenschaf ten des Kondensators, beispielsweise des Isolationswi derstands. Demgemäß besteht ein Bedarf an zuverlässigen monolithischen Keramik-Kondensatoren, bei denen die oben beschriebene Diffusion in die oder ent lang der Innenelektroden nicht mehr auftreten.

In der US-PS 46 04 676 ist ein monolithischer Keramik- Kondensator offenbart, der zwischen den Außenelektroden und den beiden Endflächen des Keramik-Schichtkörpers leitende Keramikfilme (leitende Metalloxidschichten) aufweist. Diese leitenden Keramikfilme verhindern die Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften, insbe sondere des Isolationswiderstands, in dem eine Reduktion eines dielektrischen Keramikmaterials nicht möglich ist. Diese vorhandenen leitenden Keramikfilme verhindern also, daß Teile des Lötmittels in die oder entlang der Innenelektroden eindiffundieren.

Dadurch werden zwar die Innen- und Außenelektroden elektrisch miteinander verbunden, strukturell aber durch die Keramikfilme voneinander getrennt, die einen gerin gen Metalldiffusions-Koeffizienten aufweisen. Es ist also nicht möglich, daß ein mit den Außenelektroden in Kontakt gekommenes Lötmittel bzw. das hauptsächlich darin enthaltene Zinn in die oder entlang der Innen elektroden eindiffundiert. Dadurch sind die elektrischen Eigenschaften des geschichteten Keramik-Kondensators stabil.

Das oben aufgeführte Patent offenbart allerdings ledig lich ein Verfahren zum Auftragen eines dünnen Films, wie beispielsweise Kathoden-Zerstäubung oder Sputtern, als eine Möglichkeit zur Auftragung des leitenden Keramik films. Ferner ist es notwendig, zur Herstellung der leitenden Keramikfilme in speziellen Bereichen, wie beispielsweise die Oberflächenteile des Keramik- Schichtkörpers, an denen die Innenelektroden freiliegen, sowohl Masken als auch kostspielige Ausrüstungen zu verwenden, wie einen Kathodenzerstäubungs-Apparat. Des weiteren wird zur Ausbildung der leitenden Keramikfilme eine verhältnismäßig lange Zeit benötigt. Dies alles verteuert die Herstellung des monolithischen Keramik- Kondensators erheblich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Herstellung eines monolithischen Keramik- Kondensators anzugeben, das mit technisch einfachen Mitteln eine effektive Herstellung eines gegen Eindif fundieren geschützten Keramik-Kondensators ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß zum Herstellen der leitenden Keramikfilme ein leitendes Keramikmaterial verwendet wird, das mindestens eine Verbindung aus der Gruppe La₂O₃, SrCO₃ und MnCO₃ enthält. Vorzugsweise wird entweder eine das leitende Keramikmaterial enthaltende Paste an den vorgegebenen Endflächen des Keramik- Schichtkörpers aufgetragen, oder es werden Scheiben dieses Materials an diesen Flächen befestigt, woraufhin ein Brennvorgang erfolgt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt eines monolithischen Keramikkondensators, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine dielektrische Keramikschicht, die im monolithischen Keramikkondensator gemäß Fig. 1 enthalten ist; und

Fig. 3 eine Explosionszeichnung zur Erläuterung des in Fig. 1 dargestellten Keramik-Schichtkör pers.

Der in Fig. 1 dargestellte monolithische Keramik-Kon densator enthält einen in Schichtbauweise hergestellten Keramik-Schichtkörper 1, der eine Mehrzahl von dielektrischen Keramikschichten 2 mit Innenelektroden 3 enthält. An beiden Endflächen des Keramik-Schichtkörpers 1 sind auf leitenden Keramikfil men 5 Außenelektroden 6 aufgeformt. Auf diesen Außen elektroden 6 können dünne Plattierungslotschichten 7 aufgetragen werden. Dieser monolitische Keramik-Konden sator ist chipförmig in Form eines rechteckigen Pa rallelepipeds ausgebildet.

Im folgenden werden die Verfahrensschritte zur Herstel lung dieses Kondensators beschrieben.

Zuerst wird der Keramik-Schichtkörper 1 hergestellt. Der Keramik-Schichtkörper 1 wird gebildet durch mehrere dielektrische Keramikschichten (ungebrannte Scheiben) 2, die jeweils erhalten werden durch Aufschlämmen eines Pulvers und durch Ausbreiten dieser Aufschlämmung in dünnen Schichten. Die jeweiligen Innenelektroden 3 werden gebildet durch Auftragen einer Pd-Paste (Palladium-Paste) auf einer Oberfläche einer dielektri schen Keramikschicht 2. Anschließend wird die benötigte Anzahl derartiger dielektrischer Keramikschichten 2 mit Innenelektroden 3 aufeinandergestapelt und oben und unten jeweils durch eine dielektrische Keramikschicht 4 ohne Innenelektroden 3 abgedeckt (siehe Fig. 3). Dieses Laminat wird gepreßt, geschnitten und gebrannt, wodurch der Keramik-Schichtkörper 1 erhalten wird.

Anschließend werden beide Endflächen des Keramik- Schichtkörpers 1 mit leitenden Keramikfilmen 5 abge deckt, was im folgenden näher beschrieben wird. Die leitenden Keramikfilme 5 werden gebildet durch Auftragen einer Paste, die hergestellt wird durch Mischen von Glasfritte mit beispielsweise La₂O₃, SrCO₃ oder MnCO₃. Diese Paste wird auf beide Endflächen des Keramik- Schichtkörpers 1 aufgetragen und diese Anordnung wird bei einer bestimmten Temperatur gebrannt. Andererseits können zur Herstellung der leitenden Keramikfilme 5 aus leitendem Keramikmaterial bestehende Scheiben an beiden Endflächen des Keramik-Schichtkörpers 1 angebracht wer den.

Als nächstes werden auf den entsprechenden leitenden Keramikfilmen 5 die Außenelektroden 6 aufgeformt. Die Außenelektroden 6 werden gebildet durch Auftragen einer leitenden Paste, die Pulver eines Metalls wie Silber enthält. Diese Paste wird auf die leitenden Keramikfilme 5 aufgebracht und es wird diese Anordnung gebrannt.

In einem folgenden Schritt werden dünne Plattierungs lotschichten 7 auf die Außenelektroden 6 durch Lötme tallauftragung aufgetragen.

Genauer gesagt, es wird als Bindemittel PVA (Polyvinylalkohol) einer Mischung zugeführt, die besteht aus 63 Mol-% Nd₂Ti₂O₇, 14 Mol-% BaTiO₃ und 23 Mol-% TiO₂. Diese Mischung wird unter Hinzufügen eines Netz mittels, eines Dispergiermittels und von Wasser durch geknetet, um eine Aufschlämmung zu erhalten, die zur Herstellung von ungebrannten Scheiben für die dielek trischen Keramikschichten 2 verwendet wird. Diese Auf schlämmung wird mit einem Abstreichmesser in 35 µm dicke ungebrannte Scheiben geschnitten. Anschließend wird auf einer Oberfläche der ungebrannten Scheiben mittels eines Siebdruckverfahrens die Pd-Paste aufgedruckt, um die Innenelektrode 3 (siehe Fig. 2) zu erhalten. Eine Mehrzahl derartiger ungebrannter Scheiben mit Innen elektroden 3 werden aufeinandergestapelt in einer Anzahl, die abhängig ist von der gewünschten elektro statischen Kapazität. In diesem Fall werden die unge brannten Scheiben derartig gestapelt, daß Kanten 2a, die mit ersten Enden der Innenelektroden 3 fluchten, im Wechsel mit Kanten 2b angeordnet werden, von denen zweite Enden der Innenelektroden 3 beabstandet sind (siehe Fig. 3). Anschließend wird diese Anordnung unter Hitzeeinwirkung gepreßt. Gemäß dieser Ausführungsform werden 11 ungebrannte Scheiben mit Innenelektroden 3 übereinandergestapelt. Dieses Laminat wird in eine Chipform geschnitten mit den Abmessungen 7 mm×5 mm, und es wird daraufhin bei einer Lufttemperatur von 1250°C gebrannt.

Anschließend werden die leitenden Keramikfilme 5 auf den Endflächen des bereits gebrannten Keramik-Schichtkörpers 1 aufgetragen. Ein leitendes Keramikmaterial für diese Keramikfilme 5 wird hergestellt durch Hinzufügung von Glasfritte in eine Mischung, die besteht aus 34 Mol-% La₂O₃, 15 Mol-% SrCO₃ und 51 Mol-% MnCO₃. Diese Mischung wird zu einer Paste verarbeitet, die auf beiden Endflä chen des Keramik-Schichtkörpers 1 aufgebracht wird. Der darauffolgende Brennvorgang wird bei einer Temperatur von 1200°C durchgeführt.

Durch Auftragen einer Silberpaste auf die leitenden Keramikfilme 5 und durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 820°C werden die Außenelektroden 6 auf geformt. Anschließend werden die Außenelektroden 6 mit einer dünnen Plattierungslotschicht 7 überzogen, wodurch der in Fig. 1 dargestellte monolithische Keramik-Kon densator fertiggestellt ist.

Zum Nachweis der elektrischen Zuverlässigkeit eines derartig hergestellten monolithischen Keramik-Kondensa tors wurden eine Probe eines Ausführungsbeispiels und eine Referenz-Probe unter den gleichen Bedingungen einem Zuverlässigkeitstest unterzogen. Dabei bestand die Referenz-Probe aus einem monolithischen Keramik-Konden sator, der sich vom erfindungsgemäßen Kondensator lediglich dadurch unterschied, daß keine leitenden Keramikfilme vorhanden waren. Bei diesem Test wurden die ursprünglichen Isolationswiderstände der entsprechenden Proben gemessen. Anschließend wurden diese Proben bei einer hohen Temperatur einem Schnellade-Lebensdauertest unterzogen, bei dem die Proben für 2000 Stunden bei einer Temperatur von 150°C mit einer Spannung von 50 V beaufschlagt wurden. Nach Ablauf der 2000 Stunden wurden die Isolationswiderstände erneut gemessen.

In der folgenden Tabelle sind die Meßergebnisse aufge führt.

Tabelle

Wie aus der Tabelle erkennbar, verschlechterte sich der Isolations-Widerstand (IR) der Referenz-Probe nach der Durchführung des Lebensdauertests auf unter 10⁴ Ohm, während der Isolations-Widerstand (IR) des erfindungs gemäßen monolithischen Keramik-Kondensators sich kaum verringerte.

Dadurch hat sich gezeigt, daß in dem erfindungsgemäßen monolithischen Keramik-Kondensator das in den Plattie rungslotschichten 7 enthaltene Zinn, das ein großes Diffusionsvermögen aufweist und mit den Außenelektroden 6 in Kontakt steht, kaum die Innenelektroden 3 oder Teile dieser Elektroden erreichen kann, da zwischen dem Keramik-Schichtkörper 1 und den Außenelektroden 6 die leitenden Keramikfilme 5 angeordnet sind. Dadurch werden die elektrischen Eigenschaften des durch den Keramik- Schichtkörper 1 gebildeten Kondensators stabil gehal ten.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Keramik-Kondensators ist nicht nur auf die oben beschriebenen Verfahren und Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf verschiedene Art und Weise variiert werden.

Beispielsweise kann, obwohl der Herstellungsvorgang der leitenden Keramikfilme 5 vor dem Brennvorgang des Kera mik-Schichtkörpers 1 wie oben beschrieben durchgeführt wird, der Keramik-Schichtkörper 1 gleichzeitig mit den leitenden Keramikfilmen 5 gebrannt werden.

Da zur besseren Benetzbarkeit mit Lötmittel die Plat tierungslotschichten 7 aufgetragen sind, können auf den Außenelektroden 6 Nickel-Zinn-Schichten, Nickel-Lötmit tel-Schichten, Kupfer-Zinn-Schichten und Kupfer-Lötmit tel-Schichten aufgetragen werden, um ein Auslaugen des in den Außenelektroden 6 enthaltenen Silbers zu verhin dern.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Keramikkondensators, bei welchem Verfahren

- ein Keramikkörper (1) in Schichtbauweise durch einen Brennvorgang hergestellt wird;
- ein leitender Keramikfilm (5) auf vorgegebene Endflächen des Keramikkörpers durch einen Brennvorgang aufgebracht wird; und
- eine Außenelektrode (6) auf jeden leitenden Keramikfilm (5) aufgebracht wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

- innere Elektroden (3) zugleich mit dem Keramikkörper (1) hergestellt werden, welche inneren Elektroden (3) an die vorgegebenen Endflächen stoßen; und
- für die leitenden Keramikfilme (5) ein leitendes Keramikmaterial verwendet wird, das mindestens eine Verbindung aus der Gruppe La₂O₃, SrCO₃ und MnCO₃ enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennvorgang des Keramikkörpers (1) vor dem Brennvorgang für die leitenden Keramikfilme (5) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die leitenden Keramikfilme (5) ein leitendes Keramikmaterial verwendet wird, dessen Brenntemperatur geringer ist als diejenige für den Keramikkörper (1).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Keramikfilme (5) gleichzeitig mit dem Keramikkörper (1) gebrannt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ausbildung der leitenden Keramikfilme (5) eine das leitende Keramikmaterial enthaltende Paste auf die vorgegebenen Endflächen des Keramikkörpers vor dem Brennvorgang aufgetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ausbildung der leitenden Keramikfilme (5) eine das leitende Keramikmaterial enthaltende Scheibe auf die jeweilige vorgegebene Endfläche des Keramikkörpers vor dem Brennvorgang aufgebracht wird.