JP2000091106A - 積層型半導体セラミック電子部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 抵抗値バラツキが小さく、耐久性能に優れた
積層型半導体セラミック電子部品及びその製造方法を提
供することを目的とするものである。 【解決手段】 内部電極３と半導体セラミック層２を交
互に積層してなる積層焼結体１の内部電極３が露出した
端面部に、内部電極３と電気的に接続するように形成し
た外部電極４を設けた積層型半導体セラミック電子部品
において、焼結体１の端面部に、軟化温度が５５０〜６
５０℃の硼珪酸アルカリガラスを含有する電極ペースト
を塗布し、酸素濃度を１００ppm以下に制御した非酸化
性雰囲気中で外部電極４の焼付けを行い、焼結体１の端
面と外部電極４との接触界面及び焼結体１の表面部に廻
り込ませた外部電極４の周辺部にガラス拡散層５からな
る安定した高抵抗層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器に利用
される積層型半導体セラミック電子部品及びその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の積層型半導体セラミック電子部品
はセラミック層に半導体セラミック材料を用い、得られ
た積層焼結体の端面部に電極ペーストを焼付けて外部電
極を形成している。また、面実装タイプの積層型半導体
セラミック電子部品の場合は、形成した外部電極の半田
耐熱性と半田付け性を確保するため、その表面にニッケ
ル膜、更にその表面にスズ膜または半田膜を電解メッキ
法により形成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】積層電子部品の電気特
性は通常、対向する内部電極間で発現されるが、セラミ
ック層に半導体セラミックを用いた場合は、対向する内
部電極間、端面に露出していない内部電極のもう一方の
端部とそれに対向する外部電極間、及び対向する積層焼
結体両端の外部電極間の電気特性とが合成された値とな
る。このため、積層焼結体の端面と外部電極との接着状
態や接着面積のバラツキが電気特性のバラツキの一つの
要因となっていた。

【０００４】また、面実装タイプの場合、形成した外部
電極の表面に電解メッキを行う際に、半導体セラミック
がメッキ液に浸食され、積層焼結体と外部電極との接着
状態が不安定となる。このため高温、高湿雰囲気中に長
時間放置する耐久試験において特性劣化が生じるという
問題も有していた。

【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決し、電気
特性のバラツキの低減、耐久性能の改善と、更に電気特
性設計の余裕度を向上させた積層型半導体セラミック電
子部品を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、内部電極と半導体セラミック層を交互に積
層してなる積層焼結体と、この積層焼結体の内部電極が
露出した端面部に内部電極と電気的に接続するように形
成した外部電極を備えた積層型半導体セラミック電子部
品において、前記外部電極と前記積層焼結体の端面との
界面及び積層焼結体の表面に廻り込ませた外部電極の周
辺部にガラス成分からなる高抵抗層を形成させる構成と
したものである。

【０００７】この構成とすることにより、電気特性のバ
ラツキが低減し、電気特性設計に余裕度をもたせること
ができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、内部電極と半導体セラミック層を交互に積層してな
る積層焼結体と、この積層焼結体の内部電極が露出した
端面部に内部電極と電気的に接続するように形成した外
部電極を備えた積層型半導体セラミック電子部品におい
て、前記外部電極と前記積層焼結体の端面との界面及び
積層焼結体の表面部に廻り込ませた外部電極の周辺部に
ガラス成分からなる高抵抗層を形成させたものであり、
対向する内部電極間で発現する電気特性に対する端面に
露出していない内部電極のもう一方の端部と、それに対
向する外部電極間、及び対向する両端面の外部電極間で
発現する電気特性の寄与度を小さくすることができる。
これにより電気特性のバラツキが低減し、電気特性設計
に余裕度をもたせることが可能となると共に、形成され
たガラス層が外部電極との接着部分の半導体セラミック
をメッキ液からの浸食を防止し耐久性能を向上した積層
型半導体セラミック電子部品を提供することができるも
のである。

【０００９】本発明の請求項２に記載の発明は、積層焼
結体の半導体セラミック層を遷移金属酸化物セラミック
で構成したものであり、半導体セラミック層を遷移金属
酸化物セラミックで構成した場合、その主要電気特性は
抵抗特性値であり、この外部電極の周辺部にガラス成分
からなる高抵抗層により、積層焼結体の対向する内部電
極間の抵抗特性に対するそれ以外の部分で発現する抵抗
特性の寄与度を小さくすることができるものである。

【００１０】本発明の請求項３に記載の発明は、積層焼
結体の半導体セラミック層を遷移金属酸化物材料を主成
分とするサーミスタで構成したものであり、遷移金属酸
化物材料を主成分とするサーミスタの主要電気特性は抵
抗値特性であり、積層焼結体の対向する内部電極間の抵
抗値特性に対するそれ以外の部分で発現する抵抗特性の
寄与度を小さくすることができるものである。

【００１１】本発明の請求項４に記載の発明は、内部電
極が露出した積層焼結体の端面部に、軟化温度が５５０
〜６５０℃の硼珪酸アルカリガラスを含む電極ペースト
を塗布し、非酸化性雰囲気中で焼付けを行い、外部電極
を形成する製造方法であり、半導体セラミック層の遷移
金属酸化物材料が酸素を奪われ、遷移金属酸化物セラミ
ック表面に酸素空乏層を生じ、この空乏層に酸素を供給
するようにしてガラス成分をより深く拡散させ、このガ
ラス拡散層が積層焼結体と外部電極の界面及び積層焼結
体の表面部に廻り込ませた外部電極周辺部に安定した高
抵抗層を形成することによって積層型半導体セラミック
電子部品の電気特性のバラツキの低減と、電気特性の設
計余裕度を向上することができると共に、耐久性能をも
向上することができるという作用を有するものである。

【００１２】本発明の請求項５に記載の発明は、電極ペ
ーストの焼付けを酸素分圧が１００ppm以下の非酸化性
雰囲気中で、７５０〜９００℃の温度で行う製造方法で
あり、軟化温度が５５０〜６５０℃の硼珪酸アルカリガ
ラスは流動性を増し半導体セラミック層の粒界に拡散し
易くなると同時に、焼付雰囲気の酸素分圧を１００ppm
以下に制御することにより、遷移金属酸化物からなる半
導体セラミック層表面に酸素空乏層を形成し、その空乏
層に導かれガラス成分が半導体セラミック層へより深く
均一に拡散し、安定した高抵抗層を形成することができ
るという作用を有するものである。

【００１３】本発明の請求項６に記載の発明は、ガラス
成分を電極金属粉末に対し６〜１０重量％含む電極ペー
ストを積層焼結体の端面部に塗布、焼付けを行い外部電
極を形成する製造方法であり、ガラス含有量を６〜１０
重量％とすることにより、電極ペーストを塗布、焼付け
して外部電極を形成する際に、積層焼結体端面と外部電
極との界面及び積層焼結体の表面部に廻り込ませた外部
電極の周辺部にガラス成分による安定した高抵抗層を形
成するに十分なガラス量を確保すると共に、外部電極表
面に余分なガラス膜の存在を防ぎ、その表面に電解メッ
キ法でハンダ耐熱用の安定したニッケル膜を容易に形成
することができるものである。

【００１４】本発明の請求項７に記載の発明は、有機ビ
ヒクルを電極金属粉末に対し５〜１０重量％含む電極ペ
ーストを積層焼結体の端面部に塗布、焼付けを行い、外
部電極を形成する製造方法であり、電極ペースト中の有
機ビヒクルの含有量と、焼付温度、及び焼付雰囲気を制
御して外部電極を形成することにより、電極ペースト中
の有機物が７５０〜９００℃の非酸化性雰囲気中で燃焼
する際に半導体セラミック層表面の還元を促進し、半導
体セラミック層表面と外部電極との接触界面近傍に酸素
空乏層を形成し、この酸素空乏層がガラス成分の拡散経
路となり、半導体セラミック層へより深く拡散させる作
用をし、さらに安定した高抵抗層を形成することができ
るという作用を有するものである。

【００１５】本発明の請求項８に記載の発明は、電極金
属成分が銅を主成分とする電極ペーストを用いて積層焼
結体の端面部の外部電極を形成するものであり、外部電
極材料の主成分に銅を用いることにより、半導体セラミ
ック層の遷移金属酸化物のマンガン、コバルト、ニッケ
ル、銅、鉄等の酸化物セラミックと電極材料の銅が容易
に反応し、外部電極の焼付け時に半導体セラミック層内
部に電極成分が拡散し、この拡散層がさらに安定した高
抵抗層を形成するという作用を有するものである。

【００１６】以下本発明の一実施の形態を積層型半導体
セラミック電子部品の一例として積層型半導体サーミス
タを用いて説明する。

【００１７】図１に本発明の一実施の形態の積層型半導
体サーミスタの断面図を示す。図において、１は遷移金
属酸化物を主成分とする積層型半導体サーミスタの焼結
体、２は半導体セラミック層、３は内部電極、４は外部
電極、５はガラス拡散層、６はニッケル膜、７は半田膜
である。

【００１８】先ず、所定量のマンガン、ニッケル及び銅
の酸化物材料とバインダー、可塑剤、有機溶剤を混合し
たサーミスタ材料のスラリーから、公知のブレード工法
を用いグリーンシートを作成する。

【００１９】次に、公知の積層セラミックコンデンサ製
造方法に従って、グリーンシート面に主成分がパラジウ
ムからなる内部電極３のペーストを印刷した後、内部電
極３のペーストを印刷したグリーンシートを所定枚数積
層し、グリーン積層体（図示せず）を作製する。

【００２０】次いで、グリーン積層体を所定のグリーン
チップ（図示せず）形状に切断を行う。得られたグリー
ンチップは、内部電極３の一方の端部がグリーンシート
を挟んでグリーンチップの対向する異なる端面に一層お
きに交互に露出した状態となっている。

【００２１】その後、グリーンチップを１１００℃の温
度で２時間焼成し、図２に示すような積層型半導体サー
ミスタの焼結体１を得る。

【００２２】次に、焼結体１のバレル研磨を行い内部電
極３の一方の端部を焼結体１の端面に完全に露出させた
後、内部電極３と電気的に接続するように電極ペースト
を塗布、焼付けを行い外部電極４を形成した。尚、電極
ペーストの組成及び焼付条件は（表１）に示した。ま
た、ガラス成分には軟化温度が５５０〜６５０℃の硼珪
酸アルカリガラスと、５５０℃の鉛ガラスを用いた。

【００２３】得られた積層型半導体サーミスタは、図３
に示すように外部電極４とガラス拡散層５が形成された
状態となっている。

【００２４】

【表１】

【００２５】次いで、形成した外部電極４の表面に電解
メッキ法によりニッケル膜６、更にその表面に半田膜７
を形成し、図１に示す積層型半導体サーミスタを完成し
た。

【００２６】得られた積層型半導体サーミスタの各々１
００個の抵抗値変動係数（バラツキ）と、３０個につい
て８５℃、９５ＲＨ％の恒温恒湿槽中に１０００時間放
置した後の抵抗値変化率を測定し、その結果を（表２）
に示した。

【００２７】

【表２】

【００２８】（表２）に示すように、本発明の銅を主成
分とし、軟化温度が５５０〜６５０℃の硼珪酸アルカリ
ガラスを６〜１０重量％、有機ビヒクルを５〜１０重量
％含む電極ペーストを用い、酸素濃度を１００ppm以下
に制御した非酸化性雰囲気中の７５０〜９００℃の温度
で外部電極４の焼付けを行ったものは、いずれも抵抗値
変動係数が従来の銅を主成分とし、鉛ガラスを含む電極
ペーストと比べて小さく、電気特性バラツキが極めて小
さいものとなっている。また、湿中放置試験後の抵抗変
化率も同様に小さくなり、耐久性能も改善されているこ
とが明らかである。

【００２９】これは、積層型半導体サーミスタの焼結体
１の端面部に本発明の銅を主成分とする電極ペーストを
焼付ける際に、軟化温度が５５０〜６５０℃の硼珪酸ア
ルカリガラスに添加した５〜１０重量％の有機ビヒクル
と、酸素濃度が１００ppm以下の非酸化性雰囲気によっ
て生じた焼結体１と外部電極４との接触界面の酸素空乏
層を経路とし、焼結体１の端面部と外部電極４との界面
及び焼結体１の表面部に廻り込ませた外部電極４の周辺
部にガラス拡散層５による安定した高抵抗層が形成され
る。この高抵抗層によって電気特性は半導体セラミック
層２を挟んで対向する内部電極３間の抵抗値が支配的に
なるため抵抗値バラツキが小さくなり、電気特性の設計
に余裕度をもたせることができる。

【００３０】また、硼珪酸アルカリガラスの添加量を６
〜１０重量％に制御したことで、形成されたガラス拡散
層５が外部電極４の表面にニッケル膜６及び半田膜７を
電解メッキする際に、メッキ液による焼結体１と外部電
極４の接着界面の浸食を防ぎ、耐久性能を向上させたも
のと思われる。

【００３１】また、更にデータとして示していないが、
形成した外部電極４の表面に設けたニッケル膜６、その
表面のハンダ膜７は積層型半導体サーミスタを回路基板
にハンダ実装した際のハンダ強度も実用に耐えるもので
あることを確認している。

【００３２】ガラス成分に軟化温度が５５０〜６５０℃
の硼珪酸アルカリガラスを用いたのは外部電極４の焼付
けの７５０〜９００℃の温度でガラスの流動性を良くし
焼結体１に拡散し易くするためであり、また、焼付温度
が７５０℃より低いと電極金属の焼結が不十分となり外
部電極４の接着強度が低下する。一方９００℃より高い
と電極金属が過焼結状態となり外部電極４に亀裂を生じ
るため好ましくない。このことから焼付温度は７５０〜
９００℃に制御する必要がある。

【００３３】また、有機ビヒクルの含有量を制御したの
は、有機ビヒクル量が５％より少ないと半導体セラミッ
ク層２の表面の還元効果が小さく、ガラス拡散層５が十
分に形成されず安定した高抵抗層が形成されない。一
方、１０％より多い場合長時間の焼付けを行わないと外
部電極４中の残留カーボンが多くなり、外部電極４の表
面に形成するニッケル膜６の接着強度が低下するため好
ましくない。このため、焼結体１の端面部に外部電極４
を焼付けする際に、外部電極４と焼結体１の接触界面を
還元させる適量の有機ビヒクル量として５〜１０％に制
御する必要がある。

【００３４】更に、外部電極４の焼付け時の酸素濃度が
１００ppmより多くなると、半導体セラミック層２の表
面の還元効果が小さく、ガラス拡散層５による安定した
高抵抗層が形成されない。

【００３５】また、更に鉛ガラス成分を外部電極４のペ
ーストに添加した場合、拡散した鉛ガラス成分が半導体
セラミック層２と反応し焼結体１の強度を低下させるた
め好ましくない。

【００３６】尚、（表１）中の鉛ガラスを外部電極４の
ペーストに添加し大気中で焼付けを行った試料は電気的
特性は本発明と遜色無いが、拡散した鉛ガラスが半導体
セラミック層２の粒界の強度を低下させるため好ましく
ない。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明の積層型半導体セ
ラミック電子部品は焼結体の端面と外部電極との接触界
面及び焼結体表面部に廻り込ませた外部電極の周辺部に
ガラス拡散層による安定した高抵抗層を形成すること
で、焼結体の対向する内部電極間の抵抗値特性が支配的
な製品構造となるため抵抗値バラツキが低減し、拡散し
たガラス層が外部電極の表面にニッケル膜及び半田膜を
形成する際、メッキ液による半導体セラミック層の浸食
を防止し、得られた積層電子部品の耐久性能を向上させ
ると共に、抵抗値設計の余裕度も向上させることができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の積層型半導体サーミス
タの断面図

【図２】同積層型半導体サーミスタ焼結体の断面図

【図３】同外部電極を形成した積層型半導体サーミスタ
の断面図

【符号の説明】

１ 積層型半導体サーミスタ焼結体 ２ 半導体セラミック層 ３ 内部電極 ４ 外部電極 ５ ガラス拡散層 ６ ニッケル膜 ７ 半田膜

フロントページの続き (72)発明者 高橋 雅幸 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐藤 義之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 橘井 努 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 野添 研治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F056 QF01 QF10 5E034 BB01 BC01 DA07 DB13 DC01 DC03 DC05 DE08 DE09

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部電極と半導体セラミック層を交互に
   積層してなる積層焼結体と、前記積層焼結体の内部電極
   が露出した端面部に、内部電極と電気的に接続するよう
   に外部電極を設けた積層型半導体セラミック電子部品に
   おいて、前記外部電極と前記積層焼結体の端面との界面
   及び積層焼結体の表面部に廻り込ませた外部電極の周辺
   部にガラス成分からなる高抵抗層を形成させた積層型半
   導体セラミック電子部品。
2. 【請求項２】 積層焼結体の半導体セラミック層を、遷
   移金属酸化物セラミックで構成した請求項１に記載の積
   層型半導体セラミック電子部品。
3. 【請求項３】 積層焼結体の半導体セラミック層を、遷
   移金属酸化物材料を主成分とするサーミスタで構成した
   請求項１または請求項２に記載の積層型半導体セラミッ
   ク電子部品。
4. 【請求項４】 内部電極が露出した積層焼結体の端面部
   に、軟化温度が５５０〜６５０℃の硼珪酸アルカリガラ
   スを含む電極ペーストを塗布し、非酸化性雰囲気中で焼
   付けを行い、外部電極を形成する積層型半導体セラミッ
   ク電子部品の製造方法。
5. 【請求項５】 積層焼結体の端面部に、外部電極ペース
   トの焼付けを酸素分圧が１００ppm以下の非酸化性雰囲
   気中で、７５０〜９００℃の温度で行う請求項４に記載
   の積層型半導体セラミック電子部品の製造方法。
6. 【請求項６】 ガラス成分を電極金属粉末に対し６〜１
   ０重量％含む電極ペーストを積層焼結体の端面部に塗
   布、焼付けを行い外部電極を形成する請求項４または請
   求項５に記載の積層型半導体セラミック電子部品の製造
   方法。
7. 【請求項７】 有機ビヒクルを電極金属粉末に対し５〜
   １０重量％含む電極ペーストを積層焼結体の端面部に塗
   布、焼付けを行い、外部電極を形成する請求項４〜請求
   項６のいずれか１つに記載の積層型半導体セラミック電
   子部品の製造方法。
8. 【請求項８】 電極金属成分が銅を主成分とする電極ペ
   ーストを用い積層焼結体の端面部に、外部電極を形成す
   ることを特徴とする請求項１に記載の積層型半導体セラ
   ミック電子部品。