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Hintergrund
der Erfindung
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Bauteil
vom Typ eines Mikrochips, wie beispielsweise ein chipförmiger Laminat-Keramik-Kondensator,
einen chipförmigen
Thermistor oder dergleichen, und bezieht sich insbesondere auf ein
mikrochipförmiges
elektronisches Bauteil, das äußere Elektroden
aufweist, die bezüglich
der Kurzschlussfestigkeit überlegen
sind.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Mit
der Miniaturisierung verschiedener Arten von elektronischen Produkten
während
der letzten Jahre entstand eine ernsthafte Nachfrage nach einer Miniaturisierung
von chipförmigen
elektronischen Bauteilen. Beispielsweise betrug die Standardgröße von chipförmigen Laminat-Keramik-Kondensatoren die
Form von 3216 (L × W;
3,2 mm × 1,6
mm) vor etwa fünf
Jahren. Sie hat sich jedoch in die Form von 2012 (2,0 mm × 1,2 mm)
und nachfolgend in eine kleinere Form verändert. Zuletzt wurde verlangt, dass
mikrochipförmige
Laminat-Keramik-Kondensatoren entwickelt werden, die eine extrem
kleine Standardgröße in der
Form von 0603 (0,6 mm × 0,3
mm) haben.
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Allgemein
besteht ein chipförmiges
elektronisches Bauteil wie ein chipförmiger Laminat-Keramik-Kondensator,
eine chipförmige
Induktivität
oder dergleichen schematisch aus einem Nacktchip der ein blanker
Keramikkörper
ist, wobei im Inneren des Nacktchips innere Elektroden vorgesehen
sind, und wobei ein Paar äußere Elektroden
an einander gegenüberliegenden
Endbereichen des Nacktchips so vorgesehen sind, dass sie elektrisch
leitend mit den inneren Elektroden verbunden sind. Das chipförmig elektronische
Bauteil ist auf einem Substrat durch Löten montiert. Daher werden
die Zuverlässigkeit,
die elektrischen Eigenschaften und die mechanischen Eigenschaften
des chipförmigen
elektronischen Bauteils stark von den Eigenschaften der äußeren Elektroden
beeinflusst, wenn das chipförmige,
elektronische Bauteil montiert ist. Die äußeren Elektroden sind daher
sehr wichtig für
ein solches chipförmiges elektronisches
Bauteil.
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Weiterhin
sind in dem Stand der Technik äußere Elektroden
eines solchen chipförmigen
elektronischen Bauteils allgemein in der folgenden Art und Weise
ausgebildet: Silberpul ver oder Silberpalladiumpulver, in dem das
Palladiumpulver mit nicht mehr als 5 Gew.-% in dem Metallkomponenten-Gewichtsverhältnis mit
dem Silberpulver gemischt ist, wird weiter vermischt mit einem anorganischen
Bindemittel, das Glas als Hauptkomponente beinhaltet. Diese Mischung
wird in ein passendes organisches Bindemittel geknetet, so dass
eine elektrisch leitfähige
Paste entsteht. Die so erhaltene elektrisch leitende Paste wird
an den einander gegenüberliegenden
Endbereichen des Nacktchips aufgebracht und getempert, um äußere Elektroden
auszubilden. Zusätzlich
kann eine Nickelschicht auf der Oberfläche einer jeden dieser äußeren Elektroden
ausgebildet werden, um Silbererosion beim Löten zu verhindern (dies ist
ein Phänomen,
bei dem Silber sich in das Lot hinein auflöst). Weiterhin können auch
Lot- oder Zinnschichten auf den Oberflächen der Nickelschicht ausgebildet
werden, um zu verhindern, dass sich die Löteigenschaften infolge einer
Oxidation der Nickelschicht verschlechtern.
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Darüber hinaus
offenbart "Dem Chip
auf den Anschluss geschaut – Lötanschlüsse von
Keramikvielschicht-Chipkondensatoren", ELEKTRONIKSCHAU, Nr. 10, Oktober 1988
(1988-10), Seiten 22-37, einen Chip-Kondensator, der äußere Silberpalladiumelektroden
hat oder einen Chip-Kondensator, der äußere Silberelektroden hat,
die mit einer Nickelschicht bedeckt sind, und bei denen weiterhin eine
Zinnschicht auf der Nickelschicht aufgebracht ist.
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Durch
neue Forschungen, die von den vorliegenden Erfindern durchgeführt wurden,
wurde jedoch herausgefunden, dass die bekannten äußeren Elektroden der oben beschriebenen
Zusammensetzung das folgende Problem aufweisen. In einem mikrochipförmigen elektronischen
Bauteil, das eine extrem kleine Standardgröße hat und bei dem deshalb der
Abstand zwischen einem Paar von äußeren Elektroden,
die an einander gegenüberliegenden
Endbereichen des Nacktchips vorgesehen sind, viel kürzer ist
als im Stand der Technik, beispielsweise bei einem chipförmigen Laminat-Keramik-Kondensator der oben
erwähnten
0603-Form, kann ein Kurzschluss infolge einer Migration von Silber,
das in den äußeren Elektroden
enthalten ist, zwischen den äußeren Elektroden
entstehen, insbesondere unter Umweltbedingungen, bei denen die äußeren Elektroden
einer Atmosphäre
mit hoher Temperatur und hoher Feuchte für eine lange Zeit ausgesetzt
sind. Dadurch kann keine ausreichende Langzeitstabilität erzielt
werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Unter
Berücksichtigung
der oben beschriebenen Schwierigkeit besteht die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, eine mikrochipförmige
elektronische Komponente anzugeben, die äußere Elektroden aufweist, welche
in ihrer Migrationsfestigkeit verbessert ist und in der Kurzschlussfestigkeit
im Vergleich zu bekannten Komponenten überlegen ist.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen
wird ein mikrochipförmiges
elektronisches Bauteil angegeben, das einen Nacktchip aufweist,
der ein blanker Keramikkörper
ist, wobei innere Elektroden innerhalb des Nacktchips vorgesehen
sind und ein Paar äußerer Elektroden
an einander gegenüberliegenden
Endbereichen des Nacktchips vorgesehen ist, um in elektrisch leitender
Verbindung mit den inneren Elektroden zu stehen, wobei ein minimaler
Abstand zwischen dem Paar von äußeren Elektroden
nicht größer ist
als 0,5 mm; wobei die äußeren Elektroden
Silber und Palladium als ihre Metallkomponenten enthalten, und wobei
ein Gehaltsverhältnis
des Palladium nicht weniger als 25 Gew.-% der Metallkomponenten
beträgt
und wobei eine äußere Oberfläche einer
jeden äußeren Elektrode
vollständig
mit einer ersten Metallisierungsschicht, die Nickel enthält, überzogen
ist, und wobei eine äußere Oberfläche der ersten
Metallisierungsschicht vollständig
mit einer zweiten Metallisierungsschicht, die Zinn oder Zinnblei
enthält, überzogen
ist.
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Mit
einer solchen Anordnung ist das mikrochipförmige elektronische Bauteil
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit äußeren Elektroden
ausgestattet, die bezüglich
der Migrationsfestigkeit überlegen sind,
so dass Ausfälle
durch Kurzschlüsse
verhindert werden können.
Folglich wird das Produktleben des mikrochipförmigen elektronischen Bauteils
im Vergleich zu dem Stand der Technik verlängert. Insbesondere ist das
mikrochipförmige
elektronische Bauteil geeignet für
eine Anwendung, bei der es hoher Luftfeuchte ausgesetzt ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Schnittdarstellung eines mikrochipförmigen Laminat-Keramik-Kondensators,
der eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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2 ist
eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung
der Ausführungsform
aus 1.
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3 ist
eine Tabelle, welche die Bedingungen zur Herstellung der äußeren Elektroden
gemäß Experiment
1 zeigt.
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4 ist
eine Tabelle, die den Einfluss der Metallzusammensetzung und des
Legierungsgrades der äußeren Elektrode
auf die Kurzschlussausfallrate zeigt.
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5 ist
eine Tabelle, die den Einfluss der Metallzusammensetzung der äußeren Elektrode
und des minimalen Abstands zwischen den Elektroden auf die Kurzschlussausfallrate
zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im
Folgenden wird ein mikrochipförmiges elektronisches
Bauteil gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen, die eine Ausführungsform
zeigen, in der das elektronische Bauteil ein Laminat-Keramik-Kondensator
ist (Form 0603: L × W
= 0,6 mm × 0,3
mm), beschrieben.
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1 ist
eine Schnittdarstellung eines mikrochipförmigen Laminat-Keramik-Kondensators (der
im Folgenden oft als "Laminat-Chip-Kondensator" abgekürzt wird)
gemäß dieser
Ausführungsform.
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In 1 besteht
der Laminat-Chip-Kondensator aus einem Nacktchip 3, äußeren Elektroden 4, ersten
Metallisierungsschichten 5 und zweiten Metallisierungsschichten 6.
Der Nacktchip 3 besteht aus einem blanken Keramikkörper 1 aus
einem dielektrischen keramischen Material, oder dergleichen, wie Barium-Titanat-Serien,
Kalzium-Titanat-Serien, Strontium-Titanat-Serien
oder Lanthan-Titanat-Serien, und die inneren Elektroden 2 aus
Palladium oder dergleichen.
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2 zeigt
eine teilweise vergrößerte Ansicht
der 1 und erklärt
die detaillierte Struktur der äußeren Elektrode 4,
der äußeren Metallisierungsschicht 5 und
der zweiten Metallisierungsschicht 6 in dieser Ausführungsform.
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Gemäß 2 ist
in dieser Ausführungsform die äußere Elektrode 4 auf
der äußeren Oberfläche des
blanken Keramikkörpers 1 ausgebildet,
um in gutem engem Kontakt mit dem blanken Keramikkörper 1 zu
stehen und um so in elektrisch leitender Verbindung mit der inneren
Elektrode 2 zu sein. Die äußere Oberfläche der äußeren Elektrode 4 ist
vollständig mit
der ersten Metallisierungsschicht 5 bedeckt und die erste
Metallisierungsschicht 5 ist weiterhin vollständig mit
der zweiten Metallisierungsschicht 6 überzogen.
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Die äußere Elektrode 4 dieser
Ausführungsform
ist ein Sinter, der durch ein Herstellungsverfahren, wie im Folgenden
beschrieben, hergestellt wird. Zuerst wird eine elektrisch leitende
Paste auf die Oberfläche
des Nacktchips 3 aufgebracht und dann wird die Paste unter
Atmosphäre
getempert. Die Paste enthält
als Hauptbestandteil ein Legierungspulver (Partikelgröße: 0,5
bis 10 μm)
aus Silber und Palladium, die 72 Gew.-% und 28 Gew.-% bezüglich des Metallkomponentengewichts
ausmachen. Die erste Metallisierungsschicht 5 ist eine
Nickelschicht und die zweite Metallisierungsschicht 6 ist
eine Zinnschicht.
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Weiterhin
ist allgemein die Dicke der äußeren Elektrode 4 auf
etwa 20 μm
auf der Seitenoberfläche
des Nacktchips 3, die elektrisch mit der inneren Elektrode
verbunden ist, festgelegt, während
die Dicke der äußeren Elektrode 4 allgemein
auf etwa 10 μm
in dem Hauptoberflächenteil
des Nacktchips 3 festgelegt ist. Die Dicken der ersten
und zweiten Metallisierungsschichten 5 und 6 sind
auf etwa 1,5 μm bzw.
3,5 μm eingestellt.
Weiterhin ist die Länge
(B) der äußeren Elektrode
in der Richtung der langen Seite (L) der Hauptoberfläche der
elektronischen Komponente auf etwa 150 μm festgelegt. Demzufolge beträgt der minimale
Abstand (D = L – 2B)
zwischen den äußeren Elektroden
allgemein 0,3 mm.
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Nachfolgend
soll ein Verfahren zum Ausbilden der äußeren Elektroden gemäß dieser
Ausführungsform
beschrieben werden. Als erstes wird unter Verwendung eines allgemein
anerkannten Verfahrens ein Laminat-Keramik-Kondensator mit den Abmessungen
der Hauptoberflächenlangseite
(L) × kurze
Seite der Hauptoberfläche
(W) × Dicke
(T) = 0,55 × 0,27 × 0,27 mm
aus einem blanken Keramikkörper geformt,
der aus einem dielektrischen keramischen Material der Barium-Titanat-Serie
und aus inneren Elektroden, die aus Palladium oder dergleichen bestehen,
besteht.
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Als
nächstes
wird eine geeignete Menge an elektrisch leitender Paste, die Legierungspulver,
Bor, Silikat und organisches Bindemittel mit 70 Gew.-%, 9 Gew.-%
bzw. 21 Gew.-% enthält,
auf beide einander gegenüberliegende
Endbereiche in Richtung der Hauptoberflächenlangseite des laminat-keramischen Kondensators
aufgebracht. In diesem Fall enthält das
Legierungspulver Silber und Palladium in einem Gewichtsverhältnis von
72 zu 28 und der Laminat-Keramik-Kondensator, der mit der elektrisch
leitenden Paste beschichtet ist, wird in einen Transportbandofen
eingebracht und bei einer letztendlichen Temperatur von 760°C 10 Minuten
lang unter der Atmosphäre
getempert, so dass äußere Elektroden ausgebildet
werden.
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Weiterhin
wird dieser Laminat-Keramik-Kondensator mit den äußeren Elektroden in ein Nickelbeschichtungsbad
eingetaucht und einer Nickelelektrogalvanisierung unterworfen, so
dass eine erste Metallisierungsschicht, die jede der äußeren Elektroden bedeckt,
ausgebildet wird. Nachfolgend wird der Laminat-Keramik-Kondensator
in ein zinnorganisches Esterbeschichtungsbad eingetaucht und eine
Zinnbeschichtung, ähnlich
der obigen unterworfen, so dass eine zweite Metallisierungsschicht
ausgebildet wird, die jede der ersten Metallisierungsschichten bedeckt.
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Die äußeren Abmessungen
des mikrochipförmigen
Laminat-Keramik-Kondensators, der so entsprechend dieser Ausführungsform
hergestellt wird, beträgt
ungefähr
Hauptoberflächenlangseite
(L) × kurze
Seite der Hauptoberfläche
(W) × Dicke
(T) = 0,6 × 0,3 × 0,3 mm.
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Wie
oben beschrieben, wird in dieser Ausführungsform das Legierungspulver
aus Silber und Palladium, das 28 Gew.-% Palladium enthält, als
die Metallkomponenten der elektrisch leitenden Paste, welche zum
Ausbilden der äußeren Elektroden
verwendet wird, eingesetzt.
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Wie
später
mit Bezug auf Experiment 1 beschrieben wird, sind die Metallkomponenten
der äußeren Elektroden
gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht auf dieses Legierungspulver beschränkt. Die äußere Elektrode
kann aus einem Material, bestehend aus Silber und Palladium mit
einem vorbestimmten Palladiumgehalt gebildet werden. Deshalb kann
beispielsweise eine Mischung aus Silberpulver und Palladiumpulver,
die einen vorbestimmten Palladiumgehalt hat, Metallpulver von Silberpartikeln,
die mit Palladium beschichtet sind, das einen vorbestimmten Palladiumgehalt
hat, oder dergleichen ebenfalls in geeigneter Weise für die vorliegende
Erfindung verwendet werden. Vom Standpunkt der Reduktion der Silbermigration
ist es jedoch vorteilhaft, dass das Silber vollständig mit
dem Palladium in den äußeren Elektroden
legiert ist, so dass die Menge an freien Silberionen reduziert ist.
Es ist deshalb besonders vorzuziehen, das Legierungspulver aus Silber und
Palladium (das einen vorbestimmten Gehalt hat) oder das Metallpulver
aus Silberpartikeln, die mit Palladium beschichtet sind (das einen
vorbestimmten Gehalt hat) zu verwenden. In dem Fall, in dem die
Mischung aus Silberpulver und Palladiumpulver verwendet wird, ist
es vorzuziehen, eine Mischung zu verwenden, bei der die Silberpartikel
kleiner in der Größe sind
als herkömmliche,
insbesondere klein in ihrer maximalen Größe (z.B. ist die Partikelgröße nicht
größer als
ein Mikrometer) als bei herkömmlichen.
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In ähnlicher
Weise ist es vorzuziehen, die Temperbedingungen der elektrisch leitenden
Paste so zu wählen,
dass die Temperatur höher
ist und/oder dass die Zeit länger
ist als die herkömmlichen,
so dass das Silber vollständig
mit dem Palladium in der Paste durchlegieren kann.
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Diese
Bedingungen werden basierend auf dem nachfolgenden Experiment 1
beschrieben.
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Experiment 1:
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Verschiedene
mikrochipförmige
Laminat-Keramik-Kondensatoren (0603-Form) mit äußeren Elektroden wurden unter
den folgenden vier Arten von Herstellungsbedingungen ausgebildet,
um den Effekt der äußeren Elektroden
gemäß der vorliegenden
Erfindung zu verifizieren. Zusätzlich
wurden für jede
der Herstellungsbedingungen neun Arten von elektrisch leitfähigen Pasten
verwendet, die unterschiedliche Palladiumgehalte von 0, 5, 20, 25,
28, 30, 35, 50 und 70 Gew.-% in den Metallkomponenten in jeder Elektrode
verwendet. Die Zusammensetzungen der organischen Bindemittel und
Filmbildner, die als Bestandteile in den elektrisch leitfähigen Pasten verwendet
wurden, und die Nacktchips, die verwendet wurden, waren in allen
Proben gleich. Der minimale Abstand zwischen einem Paar von äußeren Elektroden
nach dem Tempern wurde so eingestellt, dass er etwa 0,3 mm in jeder
Probe betrug.
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Die
Herstellungsbedingungen für
die Herstellung der äußeren Elektroden,
die in 3 gezeigt sind, waren in diesem Experiment die
Folgenden.
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Bedingung 1:
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70
Gew.-% von Metallkomponenten als Mischung aus Silberpulver mit einer
Partikelgröße in einem
Bereich zwischen 1 μm
und 10 μm
und Palladiumpulver mit einer Partikelgröße in einem Bereich zwischen
0,1 μm und
5 μm, 9
Gew.-% anorganisches Bindemittel aus Borsilikatglas, und 21 Gew.-%
eines organischen Filmbildners wurde in einer Dreiwalzmühle geknetet.
Auf diese Weise wurde eine elektrisch leitfähige Paste erzeugt. Die elektrisch
leitfähige
Paste wurde auf beide einander gegenüberliegenden Endbereiche in
der Hauptoberflächenlängsseitenrichtung
eines Nacktchips aufgebracht und getrocknet. Nach der Trocknung
wurde die elektrisch leitfähige
Paste in einem Transportbandofen mit einer letztendlichen Temperatur
von 700°C
10 Minuten unter der Atmosphäre
getempert. Proben mit äußeren Elektroden,
die gemäß dieser
Bedingung 1 hergestellt wurden, wurden in die Probengruppe 1 eingeteilt.
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Bedingung 2:
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70
Gew.-% von Metallkomponenten als Mischung aus Silberpulver mit einer
Partikelgröße in einem
Bereich zwischen 0,1 μm
und 3 μm
und Palladiumpulver mit einer Partikelgröße in einem Bereich zwischen
0,1 μm und
5 μm, 9
Gew.-% anorganisches Bindemittel aus Borsilikatglas, und 21 Gew.-%
eines organischen Filmbildners wurde in einer Dreiwalzmühle geknetet.
Auf diese Weise wurde eine elektrisch leitfähige Paste erzeugt. Die elektrisch
leitfähige
Paste wurde auf beide einander gegenüberliegenden Endbereiche in
der Hauptoberflächenlängsseitenrichtung
eines Nacktchips aufgebracht und getrocknet. Nach der Trocknung
wurde die elektrisch leitfähige
Paste in einem Transportbandofen mit einer letztendlichen Temperatur
von 780°C
15 Minuten unter der Atmosphäre
getempert. Proben mit äußeren Elektroden,
die gemäß dieser
Bedingung 2 hergestellt wurde, wurden in die Probengruppe 2 eingeteilt.
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Bedingung 3:
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70
Gew.-% von Metallkomponenten als Silberpalladiumlegierungspulver
mit einer Partikelgröße in einem
Bereich zwischen 0,5 μm
und 10 μm
und Palladiumpulver mit einer Partikelgröße in einem Bereich zwischen
0,1 μm und
5 μm, 9
Gew.-% anorganisches Bindemittel aus Borsilikatglas, und 21 Gew.-%
eines organischen Filmbildners wurde in einer Dreiwalzmühle geknetet.
Auf diese Weise wurde eine elektrisch leitfähige Paste erzeugt. Die elektrisch
leitfähige
Paste wurde auf beide einander gegenüberliegenden Endbereiche in
der Hauptoberflächenlängsseitenrichtung
eines Nacktchips aufgebracht und getrocknet. Nach der Trocknung
wurde die elektrisch leitfähige
Paste in einem Transportbandofen mit einer letztendlichen Temperatur
von 760°C 10
Minuten unter der Atmosphäre
getempert. Proben mit äußeren Elektroden,
die gemäß dieser
Bedingung 3 hergestellt wurde, wurden in die Probengruppe 3 eingeteilt.
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Bedingung 4:
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70
Gew.-% von Metallkomponenten als eine Mischung von Silberpalladiumlegierungspulver
mit einer Partikelgröße in einem
Bereich zwischen 0,5 μm
und 10 μm,
9 Gew.-% anorganisches Bindemittel aus Borsilikatglas, und 21 Gew.-%
eines organischen Filmbildners wurde in einer Dreiwalzmühle geknetet. Auf
diese Weise wurde eine elektrisch leitfähige Paste erzeugt. Die elektrisch
leitfähige
Paste wurde auf beide einander gegenüberliegenden Endbereiche in der
Hauptoberflächenlängsseitenrichtung
eines Nacktchips aufgebracht und getrocknet. Nach der Trocknung
wurde die elektrisch leitfähige
Paste in einem Transportbandofen mit einer letztendlichen Temperatur
von 760°C
10 Minuten unter der Atmosphäre
getempert. Weiterhin wurde der getrocknete und getem perte Körper in
ein Nickelbeschichtungsbad eingetaucht, um einer Nickelelektrogalvanisierung
unterworfen zu werden, so dass eine erste Metallisierungsschicht
ausgebildet wurde, welche die äußere Elektrode
bedeckt, und nachfolgend in ähnlicher
Weise wurde der Körper
mit der ersten Metallisierungsschicht in ein organisches Sauerstoffzinnbeschichtungsbad
getaucht, so dass er einer Zinnbeschichtung unterworfen wurde, um
eine zweite Metallisierungsschicht auszubilden, die die erste Metallisierungsschicht
bedeckt. Proben mit äußeren Elektroden,
die gemäß dieser
Bedingung 4 hergestellt wurde, wurden in die Probengruppe 4 eingeteilt.
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36
Arten von mikrochipförmigen
Laminat-Keramik-Kondensatoren wurden unter den vier Arten von Herstellungsbedingungen
zur Ausbildung von äußeren Elektroden
hergestellt unter Verwendung der neun Arten von elektrisch leitfähigen Pasten
mit unterschiedlichen Silberpalladiumzusammensetzungen, wie es oben
dargelegt wurde. Eine Spannung von 50 Volt wurde an jede Probe kontinuierlich
100 Stunden lang unter den Umweltbedingungen einer Temperatur von
60°C und
einer Feuchtigkeit von 90 % angelegt. Dann wurde die Rate der Kurzschlussausfälle (%)
nach 1000 Stunden untersucht. Das Ergebnis ist in 4 gezeigt.
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Wie
deutlich aus 4 ersichtlich ist, ist in jeder
der Probengruppen die Kurzschlussausfallrate, nachdem eine Spannung
kontinuierlich 1000 Stunden lang angelegt wird, mit zunehmendem
Palladiumgehalt in der Paste reduziert. Insbesondere wenn der Palladiumgehalt
nicht geringer ist als 25 Gew.-% der Metallkomponenten, ist die
Kurzschlussausfallrate auffällig
reduziert. Weiterhin kann festgestellt werden, dass fast gar keine
Kurzschlussausfälle
mehr auftreten, wenn der Palladiumgehalt nicht weniger als 35 Gew.-%
beträgt.
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In
Probengruppe 1 wurden jedoch auch dann Kurzschlussausfälle erzeugt,
wenn der Palladiumgehalt in den äußeren Elektroden
auf 35 Gew.-% oder mehr erhöht
wurde. Dies ist darauf zurückzuführen, dass
ein Silberpulver mit größerer Partikelgröße als Material
verwendet wurde und dass das Tempern bei einer geringeren Temperatur
und einer kürzeren
Zeit gemäß Bedingung
1 im Vergleich zur Bedingung 2 durchgeführt wurde. Demzufolge konnte
das Silber in der äußeren Elektrode
nach dem Tempern nicht vollständig
mit dem Palladium durchlegieren, obwohl die Menge an Palladium ausreichend
war. Deshalb wurden durch das Anlegen der Spannung leicht freie
Silberionen erzeugt, so dass das Ausmaß der Silbermigration in den äußeren Elektroden
in der Probengruppe 1 größer war
als das in der Probengruppe 2.
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Im
Vergleich zwischen Probengruppen 2 und 3 wurde Kurzschluss im Fall
eines höheren
Palladiumgehalts (28 Gew.-%) in Probengruppe 2 häufiger erzeugt als in Probengruppe
3, obwohl das Tempern bei einer höheren Temperatur und für eine längere Zeit
in der Bedingung 2 im Vergleich zu Bedingung 3 durchgeführt wurde.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass
eine Mischung aus Silberpulver und Palladiumpulver, die nicht miteinander
legiert waren, als Material für
die Metallkomponenten gemäß Bedingung
2 verwendet wurden, während
ein Silber-Palladium-Legierungspulver gemäß Bedingung 3 verwendet wurde.
Daher erzeugte das Silber in den äußeren Elektroden in Probengruppe
2 leichter eine Migration als in Probengruppe 3. Weiterhin erkennt
man im Vergleich zwischen Probengruppen 3 und 4, dass die Kurzschlussausfallrate
in gewissem Maße
in Probengruppe 4 reduziert wurde, in der Metallisierungsschichten
auf den äußeren Oberflächen der äußeren Elektroden
vorgesehen waren, während überhaupt keine
Kurzschlussausfälle
entstanden, wenn der Palladiumgehalt nicht weniger als 28 Gew.-%
der Metallkomponenten sowohl bei Gruppe 3 als auch 4 betrug. Entsprechend
scheint es vom Standpunkt der Vermeidung von Kurzschlussausfällen nicht
unerlässlich zu
sein, die Metallisierungsschicht auf der äußeren Oberfläche der äußeren Elektroden
vorzusehen. Allerdings hat es sich bisher erwiesen, dass Eigenschaften,
wie die Benetzbarkeit durch Lot, dadurch verbessert werden, dass
die Metallisierungsschichten auf der äußeren Oberfläche einer
jeden äußeren Elektrode
vorgesehen werden.
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Wie
oben beschrieben, wurde der Effekt der Verhinderung von Kurzschlüssen, der
als Folge einer verbesserten Migrationsfestigkeit gesehen werden kann,
durch dieses Experiment erkannt, wenn Silber und Palladium als die
Metallkomponenten in äußeren Elektroden
eines mikrochipförmigen
elektronischen Bauteils verwendet wurden, und wenn der Palladiumanteil
so eingestellt wurde, dass er nicht weniger als 25 Gew.-% der Metallkomponenten
oder vorzugsweise nicht weniger als 30 Gew.-% betrug. Noch besser
sollte der Palladiumgehalt auf nicht weniger als 35 Gew.-% festgelegt
werden. In diesem Fall wird festgestellt, das Kurzschlüsse, die
durch Streuung bei der Herstellung erzeugt werden, noch sicherer verhindert
werden können.
Palladium ist jedoch teurer als Silber. Deshalb wird es bei der
Herstellung vorteilhaft sein, den Palladiumgehalt so weit zu reduzieren,
dass er in einem Bereich liegt, in dem die erforderliche Zuverlässigkeit
für das
Produkt nicht verdorben wird.
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Weiterhin
wird festgestellt, dass die Kurzschlussausfallrate weiter reduziert
werden kann, wenn beim Tempern (Brennen oder Sintern) der äußeren Elektroden
ein Silber-Palladium-Legierungspulver
als das Material der Metallkomponenten verwendet wird oder wenn
die Temperbedingungen so eingestellt werden, dass das Silber in
den äußeren Elektroden
nach dem Tempern leicht und vollständig mit dem Palladium legiert
und die Silbermigration reduziert wird, beispielsweise dadurch,
dass man die Tempertemperatur hoch macht und/oder die Temperzeit
lang.
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Wie
oben beschrieben, enthält
in dieser Ausführungsform
und in dem oben erläuterten
Experiment 1 die elektrisch leitfähige Paste als Material der äußeren Elektroden
70 Gew.-% Metallkomponenten, 9 Gew.-% anorganisches Bindemittel
und 21 Gew.-% organischen Filmbildner. Die elektrisch leitfähige Paste,
die in der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, ist aber nicht
auf diese Paste beschränkt.
Beispielsweise können
elektrisch leitfähige
Pasten, die Metallkomponenten in einem Bereich von 60 Gew.-% bis
80 Gew.-% enthalten, anorganisches Bindemittel im Bereich von 3
Gew.-% bis 15 Gew.% und organische Bindemittel in einem Bereich
von 15 Gew.-% bis 25 Gew.-% auf die gleiche Weise wie bei bekannten äußeren Elektroden
verwendet werden. Dann wird der Gehalt des anorganischen Bindemittel
entsprechend den Anwendungen des Produkts verändert und entsprechend der
Art des anorganischen Bindemittels. Üblicherweise wird im Fall eines
anorganischen Bindemittels, das Bleiglas wie Bleiborsilikatglas
oder dergleichen verwendet, das anorganische Bindemittel in einem
Verhältnis
von etwa 7-15 Gew.-%
im gesamten Pastengewicht hineingemischt. Im Fall von anorganischen
Bindemitteln, die Glas ohne Blei verwenden, wird der anorganische
Binder in einem Verhältnis
von 3 – 8
Gew.-%, bezogen auf das gesamte Pastengewicht, hineingemischt. Bezüglich des
organischen Bindemittels (oder Filmbildners) gibt es bezüglich der
vorliegenden Erfindung keine besonderen Grenzen. Organische Bindemittel,
die in diesem industriellen Gebiet anerkannt sind, können gemäß der Spezifikation
und Anwendung der Produkte gewählt
werden. Die Zusammensetzung des organischen Bindemittels kann auch
in Übereinstimmung
mit der Art und der Menge anderer Komponenten in der elektrisch
leitfähigen
Paste bestimmt werden, so dass gewünschte Eigenschaften der elektrisch
leitfähigen
Paste erzeugt werden.
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Weiterhin
wurden zwar erste und zweite Metallisierungsschichten auf der äußeren Oberfläche einer
jeden äußeren Elektrode
in dieser Ausführungsform
vorgesehen. Diese Metallisierungsschichten sind jedoch nicht immer
notwendig, obwohl erkennbar ist, dass sie zu einer Reduzierung der
Kurzschlussausfallrate, wie in dem oben gezeigten Experiment 1 erkennbar,
beitragen. Beispielsweise könnte entweder überhaupt
keine Metallisierungsschicht oder nur eine Metallisierungsschicht
vorgesehen werden. Zusätzlich
sind die Metallisierungskomponenten, welche die Metallisierungsschichten
bilden, nicht auf Nickel oder Zinn, die in dieser Ausführungsform
verwendet wurden, beschränkt.
Beispielsweise können
Metallisierungskomponenten wie Zinn-Blei, das üblicherweise in diesem industriellen
Gebiet anerkannt ist, gewählt
werden, und entsprechend den gewünschten
Anwendungen an die vorliegende Erfindung angepasst werden.
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Das
oben genannte mikrochipförmige
elektronische Bauteil gemäß der vorliegenden
Erfindung hat einen deutlichen Effekt auf die Verhinderung eines
Kurzschlusses insbesondere dann, wenn die minimale Distanz zwischen
den äußeren Elektroden nicht
größer als
0,5 mm ist. Dieser Effekt wird, basierend auf dem nachfolgenden
Experiment 2, beschrieben.
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Experiment 2:
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Um
den Effekt der äußeren Elektroden
gemäß der vorliegenden
Erfindung zu verifizieren, wurden fünf Gruppen von chipförmigen Laminat-Keramik-Kondensatoren
ausgebildet, die sich in ihrer Standardgröße in dem minimalen Abstand
(D) zwischen den äußeren Elektroden
nach dem Tempern unterscheiden. Probengruppe 1 hatte die Form 1608 (1,6 × 0,8 mm)
mit dem Abstand D von 0,9 mm und Probengruppe 2 hatte die Form 1005
(1,0 × 0,5
mm) mit dem Abstand D von 0,55 mm. Diese Probengruppen 1 und 2 hatten
die selben Abmessungen wie die von bekannten chipförmigen Laminat-Keramik-Kondensatoren. Auf
der anderen Seite hatten Probengruppen 3-5 alle dieselbe Form 0603
(0,6 × 0,3
mm) mit dem Abstand D von 0,55 m, 0,4 mm bzw. 0,3 mm, das heißt, sie
hatten dieselben Abmessungsbedingungen wie die von mikrochipförmigen Keramik-Kondensatoren. Zusätzlich wurden
in jeder der Probengruppen neun Arten elektrisch leitfähiger Pasten
mit unterschiedlichen Palladiumgehalten von 0, 5, 20, 25, 28, 30,
35, 50 und 70 Gew.-% in den Metallkomponenten in jeder äußeren Elektrode
verwendet. Die Zusammensetzungen der anorganischen Bindemittel und
der organischen Filmbildner, die als Bestandteile der elektrisch
leitfähigen
Paste verwendet wurden, die Zusammensetzung der verwendeten Nacktchips usw.
waren gleich bei allen Proben außer den Dimensionen dieser
Proben.
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Die
Herstellungsbedingungen zur Herstellung der äußeren Elektroden waren in diesem
Experiment folgendermaßen.
Das heißt,
70 Gew.-% von Metallkomponenten von einem Silberpalladiumlegierungspulver
mit einer Partikelgröße in einem
Bereich zwischen 0,5 μm
und 10 μm,
9 Gew.-% eines anorganischen Bindemittels aus Borsilikatglas und
21 Gew.-% eines organischen Filmbildners wurden von einer Dreiwalzmühle geknetet.
Auf diese Weise wurde elektrisch leitfähige Paste erzeugt. Die hergestellte
elektrisch leitfähige
Paste wurde auf beide einander gegenüberliegenden Endbereiche in
der Richtung der Hauptoberflächenlängsseite
eines Nacktchips aufgebracht und getrocknet. Nach dem Trocknen wurde
die elektrisch leitfähige
Paste in einem Transportbandofen bei einer letztendlichen Temperatur
von 760°C
10 Minuten unter der Atmosphäre
getempert. Weiterhin wurde der getrocknete und getemperte Körper in
ein Nickelbeschichtungsbad eingetaucht, um einer Nickelelektrobeschichtung
mittels eines Watts-Bades unterworfen zu werden, so dass eine erste
Metallisierungsschicht, welche die äußere Elektrode bedeckt, ausgebildet
wurde, und nachfolgend wurde entsprechend der Körper mit der ersten Metallisierungsschicht
in ein organisches Sauerstoff-Zinnbeschichtungs-Bad getaucht, um einer Zinnbeschichtung
unterworfen werden, so dass eine zweite Metallisierungsschicht,
welche die erste Metallisierungsschicht bedeckt, ausgebildet wurde.
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Fünfundvierzig
Arten von mikrochipförmigen Laminat-Keramik-Kondensatoren
mit fünf
Arten von Herstellungsdimensionen wurden durch die Verwendung von
neun Arten von elektrisch leitfähigen
Pasten mit unterschiedlichen Silberpalladiumanteilen, wie oben erwähnt, erzeugt.
Eine Spannung von 50 Volt wurde an jede Probe 1000 Stunden lang
unter Umweltbedingungen mit einer Temperatur von 60°C und einer
Feuchtigkeit von 95 % an gelegt. Dann wurde die Kurzschlussausfallrate
(%) nach 1000 Stunden untersucht. Das Ergebnis ist in 5 gezeigt.
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Wie
aus 5 deutlich wird, wurde in den Probengruppen 1
und 2, die übliche
Abmessungen haben, das heißt
die bekannte Standardgröße und einen
minimalen Abstand (D) zwischen den äußeren Elektroden, kein Kurzschluss
erzeugt, unabhängig von
dem Palladiumgehalt in den äußeren Elektroden. Im
Gegensatz dazu wurde in den Probengruppen 3 bis 5, die die selben
Abmessungen haben wie die mikrochipförmigen elektronischen Bauteile,
die Kurzschlussausfallrate mit Zunahme des Palladiumgehalts in den äußeren Elektroden
reduziert. Insbesondere, wenn der Palladiumgehalt nicht weniger
als 25 Gew.-% der Metallkomponenten in den äußeren Elektroden betrug, wurde
die Kurzschlussausfallrate merklich reduziert. Weiterhin wurde der
Effekt der Reduzierung der Kurzschlussausfallrate mit der Zunahme
des Palladiumgehalts in den äußeren Elektroden
deutlich erkannt, wenn der minimale Abstand (D) zwischen den einander
gegenüberliegenden äußeren Elektroden
kürzer
war, sogar wenn die Proben die selben äußeren Abmessungen (die Form
0603) hatten.
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Es
kann aus dem oben Gesagten hergeleitet werden, dass der Effekt der äußeren Elektroden
gemäß der vorliegenden
Erfindung deutlich zutage tritt bei mikrochipförmigen elektronischen Bauteilen,
in denen der minimale Abstand (D) zwischen den einander gegenüberliegenden äußeren Elektroden
geringer ist als 0,55 mm. Dann ist es notwendig, dass der Palladiumgehalt
der Metallkomponenten in den äußeren Elektroden
nicht geringer ist als 25 Gew.-% der Metallkomponentenmenge, vorzugweise
nicht weniger als 28 Gew.-%. Weiterhin ist es, wenn man den Herstellungsfehler
bei dem minimalen Abstand (D) in Betracht zieht, noch mehr vorzuziehen,
dass der Palladiumgehalt nicht weniger als 35 Gew.-% ist.
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Die
obige Beschreibung bezieht sich auf den beispielhaften Fall, in
dem die mikrochipförmigen elektronischen
Bauteile gemäß der vorliegenden
Erfindung chipförmige
Laminat-Keramik-Kondensatoren waren. Die vorliegende Erfindung ist
jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern die Auswirkungen
der vorliegenden Erfindung können
an üblichen chipförmigen elektronischen
Bauteilen wie Laminat-Chip-Induktivitäten, Laminat-Chip-Widerständen usw.
mit Mikro-Standard-Größen ebenfalls
genutzt werden.
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Wie
oben im Detail beschrieben wurde, hat ein mikrochipförmiges elektronisches
Bauteil gemäß der vorliegenden
Erfindung äußere Elektroden,
die einen höheren
Palladiumgehalt haben als bekannte äußere Elektroden. Entsprechend
wird die Silbermigration von den äußeren Elektroden verhindert
und die Kurzschlussausfallrate infolge der Silbermigration ist reduziert.
Es ist deshalb möglich,
die Zuverlässigkeit von
Produkten zu verbessern. Ein solcher Effekt wird noch effektiver
erreicht, wenn insbesondere der minimale Abstand zwischen den äußeren Elektroden nicht
länger
ist als 0,5 mm.