JP2022140089A - 導電性ペーストおよびセラミック電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
たとえば、携帯電話や携帯音楽プレーヤーなどのモバイル機器に用いられる積層セラミックコンデンサは、落下などの衝撃に耐えることが求められる。具体的には、積層セラミックコンデンサは、落下などの衝撃を受けても、実装基板から脱落せず、クラックが生じないようにする必要がある。また、ECU(Electronic Control Unit)などの車載機器に用いられる積層セラミックコンデンサは、熱サイクルなどの衝撃に耐えることが求められる。具体的には、積層セラミックコンデンサは、熱サイクルを受けて実装基板が線膨張・収縮することにより発生するたわみ応力や外部電極にかかる引張り応力が、積層体の強度を上回ると積層体にクラックを生じさせるので、それらの応力を受けても、クラックが生じないようにする必要がある。
実際に、特許文献1に記載されているような積層セラミックコンデンサに応力が加わった際には、一般的に外部電極中の導電性樹脂層内や、導電性樹脂層とめっき層との界面、または導電性樹脂層と積層体との界面に破壊亀裂を生じさせることで、積層セラミックコンデンサに加わる応力を逃がし、積層体にクラックが生じることを抑制する設計となっている。
また、この発明にかかるセラミック電子部品は、外部電極を備えるセラミック電子部品であって、外部電極は、導電性金属を含む導電性樹脂層を有し、導電性金属は、Ag、CuおよびNiを含み、導電性金属におけるAgの質量割合は、3.0wt%以上10.0wt%以下であり、導電性金属におけるCuの質量割合は、63wt%以上92.15wt%以下であり、導電性金属におけるNiの質量割合は、4.5wt%以上29.1wt%以下であること、を特徴とする、セラミック電子部品である。
また、この発明にかかるセラミック電子部品では、外部電極を備えるセラミック電子部品であって、外部電極は、導電性金属を含む導電性樹脂層を有し、導電性金属は、Ag、CuおよびNiを含み、導電性金属におけるAgの質量割合は、3.0wt%以上10.0wt%以下であり、導電性金属におけるCuの質量割合は、63wt%以上92.15wt%以下であり、導電性金属におけるNiの質量割合は、4.5wt%以上29.1wt%以下であるので、めっき付き性を備え、かつ耐マイグレーション性に優れた、信頼性の高いセラミック電子部品を得ることができる。
また、本発明にかかる導電性ペーストを用いることにより、耐マイグレーション性に優れた信頼性の高いセラミック電子部品を得ることができる。
本発明にかかる導電性ペーストは、導電性金属粉末と、硬化性樹脂とを含む。
なお、比表面積Sは以下の式(1)
比表面積S=6/(ρ×D50)・・・(1)
により算出される。ここで、ρは、導電性金属粉末のAg、CuおよびNiの比重並びに組成比(導電性金属粉末において、Ag、CuおよびNiの合計を100wt%とした場合のそれぞれの質量割合)から算出される密度(g/cm3)であり、D50はレーザー回析式粒度分布測定装置により導電性金属粉末を測定して得られた体積基準の累積50%粒子径(μm)である。
熱硬化性樹脂として、たとえば、エポキシ樹脂やフェノキシ樹脂が用いられる。
光硬化性樹脂として、たとえば所定の波長を有する紫外線を照射することにより硬化する光硬化性樹脂等が用いられる。
エポキシ樹脂およびフェノキシ樹脂の硬化剤として、たとえばフェノール樹脂が用いられる。また、硬化促進剤として、たとえばイミダゾール系硬化促進剤、3級アミン系硬化促進剤が用いられる。カップリング剤として、たとえばエポキシシランが用いられる。
次に、本発明にかかる導電性ペーストを用いて形成された外部電極を有するセラミック電子部品の一例として、積層セラミックコンデンサについて説明する。
図1は、本発明にかかるセラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサの外観斜視図である。図2は、図1に示す線II-IIにおける断面図である。
第2の内部電極層16bは、第1の内部電極層16aと誘電体層14を介して対向しており、その端部が第2の端面12fに引き出され、露出している。
第2の外部電極20bは、積層体12の第2の端面12fの表面に配置され、第2の端面12fから延伸して第1の主面12a、第2の主面12b、第1の側面12cおよび第2の側面12dのそれぞれの一部分を覆うように形成される。この場合、第2の外部電極20bは、第2の内部電極層16bと電気的に接続される。
第2の下地電極層22bは、積層体12の第2の端面12fの表面に配置され、第2の端面12fから延伸して第1の主面12a、第2の主面12b、第1の側面12cおよび第2の側面12dのそれぞれの一部分を覆うように形成される。
第2の導電性樹脂層24bは、第2の下地電極層22bを覆うように配置される。具体的には、第2の導電性樹脂層24bは、第2の下地電極層22bの表面の第2の端面12fに配置され、第2の下地電極層22bの表面の第1の主面12a、第2の主面12b、第1の側面12cおよび第2の側面12dにも至るように設けられていることが好ましい。
導電性樹脂層24は、硬化性樹脂を含むため、たとえば、めっき膜や導電性ペーストの焼成物からなる導電層よりも柔軟性に富んでいる。このため、積層セラミックコンデンサ10に物理的な衝撃や熱サイクルに起因する衝撃が加わった場合であっても、導電性樹脂層24が緩衝層として機能し、積層セラミックコンデンサ10へのクラックを防止することができる。
熱硬化性樹脂として、たとえば、エポキシ樹脂やフェノキシ樹脂が用いられる。
光硬化性樹脂として、たとえば所定の波長を有する紫外線を照射することにより硬化する光硬化性樹脂等が用いられる。
エポキシ樹脂およびフェノキシ樹脂の硬化剤として、たとえばフェノール樹脂が用いられる。その中でも、耐熱性、耐湿性、密着性などに優れたエポキシ樹脂は、最も適切な樹脂の一つである。また、硬化促進剤として、たとえばイミダゾール系硬化促進剤、3級アミン系硬化促進剤が用いられる。カップリング剤として、たとえばエポキシシランが用いられる。
第2のめっき層26bは、第2の導電性樹脂層24bを覆うように配置される。具体的には、第2のめっき層26bは、第2の導電性樹脂層24bの表面の第2の端面12fに配置され、第2の導電性樹脂層24bの表面の第1の主面12a、第2の主面12b、第1の側面12cおよび第2の側面12dにも至るように設けられていることが好ましい。
めっき層26は、複数層によって形成されてもよい。この場合、めっき層26は、Niめっき層とSnめっき層の2層構造であることが好ましい。Niめっき層が、導電性樹脂層24の表面を覆うように設けられることで、半田バリア性能を有する。また、Niめっき層の表面に、Snめっき層を設けることにより、積層セラミックコンデンサ10を実装する際に、実装に用いられる半田の濡れ性を向上させ、容易に実装することができる。
次に、前述の積層セラミックコンデンサ10の製造方法を説明する。
まず、誘電体材料として、BaTiO3、CaTiO3、SrTiO3、またはCaZrO3などを主たる成分とするペロブスカイト型酸化物が準備される。この誘電体材料から得られた誘電体粉末に有機バインダ、有機溶剤、可塑剤および分散剤を所定の割合で混合し、セラミックスラリーが作製される。このセラミックスラリーは、樹脂フィルム上で、内層もしくは外層用セラミックグリーンシートに成形される。
次に、外部電極の下地電極層を形成するための導電性ペーストと、導電性樹脂層を形成するための導電性ペーストとが準備される。
熱硬化性樹脂として、たとえば、エポキシ樹脂やフェノキシ樹脂が用いられる。
光硬化性樹脂として、たとえば所定の波長を有する紫外線を照射することにより硬化する光硬化性樹脂等が用いられる。
エポキシ樹脂およびフェノキシ樹脂の硬化剤として、たとえばフェノール樹脂が用いられる。また、硬化促進剤として、たとえばイミダゾール系硬化促進剤、3級アミン系硬化促進剤が用いられる。カップリング剤として、たとえばエポキシシランが用いられる。
次に、焼結した積層体12の両端部に、それぞれの導電性ペーストを用いて外部電極20が形成される。
まず、積層体12の両端部に、それぞれ、Cuを主成分とする下地電極用の導電性ペーストが塗布されて焼き付けられ、内部電極層16に電気的に接続された下地電極層22が形成される。
次に、上述した積層セラミックコンデンサの製造方法に基づき、試料である積層セラミックコンデンサを製造し、表1に示す材料に基づいて製造された導電性ペーストにより形成された導電性樹脂層のめっき付き性、ならびに外部電極に導電性樹脂層を含む積層セラミックコンデンサのマイグレーション発生率および電気特性変化率についての評価をするための実験を行った。
実験例に用いた試料である積層セラミックコンデンサの仕様は、以下のとおりである。
・積層セラミックコンデンサのサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=1.0mm×0.5mm×0.5mm
・容量:0.01μF
・定格電圧:50V
・誘電体層の材料:BaTiO3
・外部電極の構造
下地電極層の材料:導電性金属(Cu)とガラスとを含む電極
導電性樹脂層の材料:表1を参照
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
また、各試料における導電性樹脂層の導電性ペーストに含有される導電性金属粉末の比表面積は、0.30wt%・g/m2以上0.55wt%・g/m2以下とした。
(めっき付き性の評価方法)
導電性樹脂層の表面にNiめっきを成膜することによりめっき付き性を評価した。具体的には、導電性樹脂層の表面積の90%以上の範囲にNiめっきが成膜された場合は良好と判定し、導電性樹脂層の表面積の90%未満の範囲にしかNiめっきが成膜されない場合は、不良と判定した。
マイグレーションの発生状態を評価するにあたっては、試料(積層セラミックコンデンサ)を基板に実装した後、125℃で外部電極間に1.5WVの電圧を印加し、2000時間保持する処理(高温負荷試験1)と、150℃で外部電極間に0.75WVの電圧を印加し、2000時間保持する処理(高温負荷試験2)を施した後、試料の表面のマイグレーションの発生状態をデジタルマイクロスコープで観察し、Agのマイグレーションの発生が認められた試料の数と、評価に供した試料の数の関係から、下記の式(2)より、マイグレーションの発生率を求めた。
マイグレーションの発生率(%)=(Agのマイグレーションの発生が認められた試料数/評価に供した試料数)×100…(2)
上述の各試料について、液相熱衝撃サイクル試験を行い、電気特性の変化率を評価した。液相熱衝撃サイクル試験の条件は、-55℃/125℃のそれぞれの温度条件で、5分間保持するサイクルを1000回繰り返して行った。そして、ESR(等価直列抵抗)の上昇率が20%以下の試料については良好と判定し、ESRの上昇率が20%より大きい試料については不良と判定した。
表2には、各試料におけるマイグレーション発生率、めっき付き性および電気特性変化率をそれぞれ示す。なお、表中の*印を付した試料番号の試料は、本発明の範囲内である。
次に、上述した積層セラミックコンデンサの製造方法に基づき、試料である積層セラミックコンデンサを製造し、表3に示す材料に基づいて製造された導電性ペーストにより形成された導電性樹脂層のめっき付き性、ならびに外部電極に導電性樹脂層を含む積層セラミックコンデンサのマイグレーションショート時間および電気特性変化率についての評価をするための実験を行った。
実験例に用いた試料である積層セラミックコンデンサの仕様は、以下のとおりである。
・積層セラミックコンデンサのサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=1.0mm×0.5mm×0.5mm
・容量:0.01μF
・定格電圧:50V
・誘電体層の材料:BaTiO3
・外部電極の構造
下地電極層の材料:導電性金属(Cu)とガラスとを含む電極
導電性樹脂層の材料:表1を参照
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
また、各試料における導電性樹脂層の導電性ペーストに含有される導電性金属粉末の比表面積は、0.30wt%・g/m2以上0.55wt%・g/m2以下とした。
(マイグレーションショート時間の測定)
マイグレーションショート時間の測定は、ウォータードロップ法により行った。
基板上に、表3に記載の金属成分を含有する導電性金属粉末と熱硬化性樹脂を含む導電性ペーストにより矢印形状の電極パターンを、矢印の先端が向かい合うように4mmの間隔で配置させた。そして、その矢印形状の電極パターンに純水を滴下し、5000V/mの電圧をかけて、矢印形状の電極パターン間においてマイグレーション成長させ、矢印形状の電極パターン間がショートするまでの時間を測定した。なお、試料番号13および試料番号14、ならびに試料番号16ないし試料番号21の各試料は、所定時間経過しても、マイグレーション成長が止まるため、ショートしないことから、1200秒以上、試験の継続を行わなかった。
めっき付き性の評価は、実験例1と同一とした。
電気特性変化率の評価方法は、実験例1と同一とした。
表4には、各試料におけるマイグレーションショート時間、めっき付き性および電気特性変化率をそれぞれ示す。なお、表中の*印を付した試料番号の試料は、本発明の範囲内である。
すなわち、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上説明した実施の形態に対し、機序、形状、材質、数量、位置又は配置等に関して、様々の変更を加えることができるものであり、それらは、本発明に含まれるものである。
12 積層体
12a 第1の主面
12b 第2の主面
12c 第1の側面
12d 第2の側面
12e 第1の端面
12f 第2の端面
14 誘電体層
14a 外層部
14b 内層部
16 内部電極層
16a 第1の内部電極層
16b 第2の内部電極層
20 外部電極
20a 第1の外部電極
20b 第2の外部電極
22 下地電極層
22a 第1の下地電極層
22b 第2の下地電極層
24 導電性樹脂層
24a 第1の導電性樹脂層
24b 第2の導電性樹脂層
26 めっき層
26a 第1のめっき層
26b 第2のめっき層
x 高さ方向
y 幅方向
z 長さ方向
Claims (8)
- 少なくとも導電性金属粉末と、硬化性樹脂とを含有する導電性ペーストであって、
前記導電性金属粉末は、Ag、CuおよびNiを含み、
前記導電性金属粉末における前記Agの質量割合は、3.0wt%以上10.0wt%以下であり、
前記導電性金属粉末における前記Cuの質量割合は、{(1-Agの質量割合/100)×70}wt%以上{(1-Agの質量割合/100)×95}wt%以下であり、
前記導電性金属粉末における前記Niの質量割合は、{(1-Agの質量割合/100)×5}wt%以上{(1-Agの質量割合/100)×30}wt%以下であること、
を特徴とする、導電性ペースト。 - 前記導電性金属粉末における前記Agの質量割合は、3.0wt%以上5.0wt%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の導電性ペースト。
- 前記導電性金属粉末における前記Cuの質量割合は、{(1-Agの質量割合/100)×70}wt%以上{(1-Agの質量割合/100)×90}wt%以下であり、
前記導電性金属粉末における前記Niの質量割合は、{(1-Agの質量割合/100)×10}wt%以上{(1-Agの質量割合/100)×30}wt%以下であること、
を特徴とする、請求項1または請求項2に記載の導電性ペースト。 - 前記導電性金属粉末は、前記Cuおよび前記NiをCuNi合金として含み、
前記CuNi合金をコア粒子として、前記コア粒子の表面に前記Agを含む被覆層を有する、請求項1ないし請求項3に記載の導電性ペースト。 - 外部電極を備えるセラミック電子部品であって、
前記外部電極は、導電性金属を含む導電性樹脂層を有し、
前記導電性金属は、Ag、CuおよびNiを含み、
前記導電性金属における前記Agの質量割合は、3.0wt%以上10.0wt%以下であり、
前記導電性金属における前記Cuの質量割合は、63wt%以上92.15wt%以下であり、
前記導電性金属における前記Niの質量割合は、4.5wt%以上29.1wt%以下であること、
を特徴とする、セラミック電子部品。 - 前記導電性金属における前記Agの質量割合は、3.0wt%以上5.0wt%以下であることを特徴とする、請求項5に記載のセラミック電子部品。
- 前記導電性金属における前記Cuの質量割合は、85.5wt%以上92.15wt%以下であり、
前記導電性金属における前記Niの質量割合は、9.5wt%以上29.1wt%以下であること、
を特徴とする、請求項5または請求項6に記載のセラミック電子部品。 - 前記導電性金属は、前記Cuおよび前記NiをCuNi合金として含み、
前記CuNi合金をコア粒子として、前記コア粒子の表面に前記Agを含む被覆層を有する、請求項5ないし請求項7に記載のセラミック電子部品。
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