JP3397125B2 - 電子部品 - Google Patents
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Description
いて電極が形成された電子部品に関し、特に、Cuを主
体とする導電ペーストを用いて電極が形成された電子部
品に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、積層セラミックコンデンサなどの
コストを低減するために、NiやCuなどの卑金属材料
を用いて内部電極を構成する試みが行われている。ま
た、この種の電子部品では、外部電極のコストを低減す
るために、安価なCu粉末を主体とする導電ペーストの
塗布・焼付けにより外部電極の形成が試みられている。
すなわち、Cu粉末と、ホウケイ酸亜鉛系ガラスフリッ
トと、有機バインダ樹脂と、溶剤とを含む導電ペースト
を、内部電極を有するセラミック素体の外表面に付与
し、焼き付けることにより外部電極が形成されていた。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Niや
Cuなどの卑金属は酸化され易いため、卑金属からなる
内部電極を有するセラミック素体の外表面に導電ペース
トを塗布し、焼き付ける場合、低酸素濃度の雰囲気下で
外部電極の焼付けを行わねばならなかった。ところが、
従来のCuを主体とする導電ペーストを低酸素濃度雰囲
気で焼き付けた場合、外部電極の焼結性が十分でなく、
緻密な外部電極を形成し得ないことがあった。すなわ
ち、ホウケイ酸亜鉛系ガラスフリットを用いた従来の導
電ペーストでは、焼付けに際しての雰囲気を厳密に制御
しなければならず、かつ厳密に制御したとしても、緻密
な外部電極を形成し得ないことがあった。 【0004】本発明の目的は、低酸素濃度雰囲気下にお
いて焼き付けたとしても、厳密な雰囲気制御を要するこ
となく、緻密な電極膜を確実に形成し得る導電ペースト
を用いて電極が形成された電子部品を提供することにあ
る。 【0005】 【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、内部電極を有する電子部品素体と、前記内部電極に
接続されるように電子部品素体の外表面に形成された外
部電極とを備え、外部電極が導電ペーストの塗布・焼付
けにより形成されており、該導電ペーストがCu粉末
と、ガラスフリットと、有機バインダ樹脂とを含む導電
ペーストであって、前記ガラスフリットがZn及びCu
含有ホウケイ酸ガラスからなり、その溶融状態において
窒素雰囲気中におけるCuに対する接触角が90°以下
であり、前記ガラスフリットに含まれているZn及びC
uが、それぞれ、ZnOとして2〜40モル%、CuO
として0.2モル%〜20モル%の範囲で含まれている
ことを特徴とする。 【0006】 【0007】 【0008】以下、本発明の詳細を説明する。本発明で
用いられる導電ペーストは、焼成されることにより緻密
な電極膜を構成し、含有されているCu粉末の導電性に
より電極膜として機能するものである。この導電ペース
トの特徴は、ガラスフリットとして、Zn及びCuを含
むホウケイ酸ガラスからなり、その溶融状態において窒
素雰囲気中におけるCuに対する接触角が90°以下の
ものを用いたことにある。 【0009】すなわち、上記ガラスフリットは、溶融状
態において、Cuに対する窒素雰囲気中における接触角
が90°以下であるため、低酸素濃度雰囲気下において
導電ペーストを焼成した場合でも、Cuに対して十分な
濡れ性を有するので、Cu粉末とガラスとが十分に密着
して焼成され、焼結が速やかに進行し、かつ緻密な電極
膜を形成する。 【0010】この場合、ホウケイ酸ガラスに含まれるZ
n及びCuは、様々な形態で含まれるが、通常、酸化物
の形態で含まれている。また、Zn及びCuの含有割合
については、それぞれ、ZnOに換算して2〜40モル
%の範囲、CuOに換算して2モル%以上、ガラス化し
得る含有率以下の範囲とすることが好ましい。ZnのZ
nOに換算した含有率が2モル%未満の場合には、セラ
ミック電子部品の外部電極に用いた場合、ガラスとセラ
ミックスとの反応が良好でなくなり、電極のセラミック
スに対する接合力が低くなることがあり、40モル%を
超えてZnが含有されていると、Cu粉末とガラスフリ
ットとの濡れ性が低下し、緻密な電極膜を形成し得ない
ことがある。 【0011】また、CuのCuOに換算した含有率が2
モル%未満の場合には、Cu粉末とガラスフリットとの
濡れ性が十分でなくなり、緻密な電極膜を得ることがで
きないことがある。なお、Cuの含有率の上限は、上述
したように、Zn及びCuを含むガラスフリットがガラ
ス化し得る範囲、すなわち20モル%である。 【0012】本発明におけるCu粉末を主体とする導電
ペーストの特徴は、上記特定のガラスフリットを用いた
ことにあり、その他の構成については、特に限定される
ものではない。従って、Cu粉末は、焼成後に電極膜と
して機能させ得る適宜の量配合すればよい。また、導電
ペーストを構成するための有機バインダ樹脂について
は、従来より慣用されている、アクリル系、セルロース
系などの適宜の有機バインダ樹脂を用いることができ、
かつ有機バインダ樹脂の配合割合についても、焼結前の
導電ペーストにおいてCu粉末及びガラスフリットをペ
ースト中に保持し得る適宜の範囲の量で添加される。 【0013】さらに、導電ペーストの塗布を容易とする
ために、有機バインダ樹脂の種類に応じて、適宜の溶剤
が添加され得る。この溶剤についても、特に限定され
ず、有機バインダ樹脂の種類に応じて適当な溶剤を用い
ればよく、溶剤の使用割合についても塗布作業を行い得
る範囲で適宜選択すればよい。 【0014】また、本発明に係る電子部品は、内部電極
を有するセラミック素体と、該セラミック素体の外表面
に形成されており、内部電極に電気的に接続されている
外部電極とを備え、外部電極が、本発明に係る上記導電
ペーストの塗布・焼付けにより形成されていることを特
徴とする。この場合、内部電極を有するセラミック素体
については、特に限定されず、積層セラミックコンデン
サ、積層セラミックバリスタ、積層セラミック圧電共振
部品などの適宜の積層セラミック電子部品を構成するの
に用いられるものを例示することができる。また、内部
電極がセラミック層を介して複数層積層されている必要
も必ずしもなく、例えば1枚の内部電極のみを有するセ
ラミック素体を用いた電子部品にも本発明を適用するこ
とができる。 【0015】セラミック素体を構成するセラミック材料
についても特に限定されず、用途に応じて種々のセラミ
ック材料を用いることができる。他方、内部電極を構成
する材料についても特に限定されないが、好ましくは、
NiやCuなどの卑金属が、コストが安価であるため、
好適に用いられる。この種の卑金属からなる内部電極を
有するセラミック素体の場合には、導電ペーストの塗布
・焼付けは、卑金属の酸化を防止するために低酸素濃度
雰囲気で行わねばならない。他方、本発明に係る導電ペ
ーストは、上述した通り、低酸素濃度下において焼成さ
れたとしても、緻密な電極膜を形成する。従って、Ni
やCuなどの卑金属からなる内部電極を有する電子部品
に、本発明に係る導電ペーストを好適に用いることがで
きる。 【0016】また、内部電極材料として、Cuと合金化
し易い金属、例えばNi、Cu、Pd、Au、Fe、
W、またはこれらの合金からなるものを用いた場合に
は、内部電極と外部電極中のCuや、ガラスフリット中
のCuとの合金化により、外部電極と内部電極との接合
力が高められる。 【0017】従って、安価であり、低酸素濃度雰囲
気下で外部電極の焼付けを行う必要があるが、上記導電
ペーストを用いることにより緻密な焼結膜よりなる外部
電極を形成し得ること、並びに上記導電ペーストを用
いて構成された外部電極との接合性に優れているため、
NiやCuなどからなる内部電極が最も好ましい。 【0018】 【実施例】以下、本発明の非限定的な実施例を挙げるこ
とにより、本発明を明らかにする。 【0019】Cu粉末70重量%、下記の表1に示す割
合でZnO及びCuOを配合してなるホウケイ酸ガラス
を5重量%、及び有機ビヒクル(アクリル系樹脂)25
重量%の割合でこれらを配合し、混練し、表1に示す試
料番号1〜10の各導電ペーストを作製した。 【0020】 【表1】 【0021】上記各導電ペーストを図1に略図的に示す
積層セラミックコンデンサ1における電子部品素体とし
てのセラミック素体2の端面2a,2b上に焼成後の厚
みが50μm程度となるように塗布し、焼付け、積層セ
ラミックコンデンサ1の外部電極3,4を形成した。な
お、図1において、5a〜5dは内部電極を示し、この
内部電極としてはNiを用いた。 【0022】また、外部電極の焼付けに際しては前段に
樹脂燃焼部を有し、樹脂燃焼部の後段に焼結部を有する
トンネル炉を用い、全工程時間を30分とし、最高温度
850℃に維持する時間を2分とした。また、トンネル
炉内の酸素濃度については、樹脂燃焼部において10p
pm、焼結部において100ppmに設定した。 【0023】このトンネル炉内における焼付け工程の温
度プロファイル及び酸素濃度プロファイルを図2に示
す。上記のようにして外部電極3,4が形成された各積
層セラミックコンデンサについて、静電容量、内部
電極との接合性、外部電極の緻密性、湿中における
絶縁抵抗の変化を評価した。なお、内部電極の接合
性、外部電極の緻密性及び湿中における絶縁抵抗の
変化については、以下の要領で評価を行った。 【0024】内部電極との接合性…外部電極面と直交
する方向に積層セラミックコンデンサを切断し、断面を
顕微鏡で観察することにより行った。NiとCuが相互
拡散により連続している場合良好とし、下記の表2に○
印を付し、NiとCuが不連続の場合不適当であると評
価し、下記の表に×印を付して示した。 【0025】緻密性…内部電極の接合性と同様に、
積層セラミックコンデンサを外部電極と直交する面に切
断し、断面を顕微鏡で観察し気孔率が10%以下の場合
に、外部電極の緻密性が良好であるとして下記の表2に
○印を付し、気孔率が10%以上の場合不適当とし、下
記の表2において×印を付した。 【0026】湿中における絶縁抵抗の変化…125
℃、2気圧、相対湿度100%の条件下において100
時間放置した後、2Vの電圧を印加し、絶縁前の絶縁抵
抗に比べて、絶縁抵抗が106 Ω以下に低下しているか
否かを測定した。各試料番号の積層セラミックコンデン
サについて、各30個を評価し、絶縁抵抗が106 Ω以
下に劣化している積層セラミックコンデンサの数を下記
の表2に示した。 【0027】また、試料番号1〜10の各導電ペースト
に用いたガラスフリットのCuに対する濡れ性を、以下
の要領で評価した。すなわち、Cu粉末を用いずに、上
記試料番号1〜10で用いたガラスフリット60重量%
と、上記有機ビヒクル40重量%と、溶剤とを混練しペ
ースト化し、Cu板の表面に20μmの厚みに印刷し、
上記外部電極の焼付けと同条件で焼付けを行い、サンプ
ルを得た。このサンプルにおいて、ガラスのCu板に対
する接触角を測定した。すなわち、図3に示すように、
Cu板11上に、上記ガラスペーストを印刷し、焼き付
けることにより固化させ、窒素雰囲気中で該固化された
ガラス12のCu板11に対する接触角Aを測定した。
結果を下記の表2に示す。 【0028】 【表2】 【0029】表2から明らかなように、試料番号1で
は、CuOが含有されていないため、接触角が110°
と大きく、そのためか内部電極との接続性及び外部電極
の緻密性において十分でなく、かつ湿中における絶縁抵
抗の劣化もかなりの割合で生じていた。これに対して、
試料番号2〜9では、Cu板に対する接触角が90°以
下であり、内部電極に対する接続性及び外部電極膜の緻
密性のいずれにおいても良好な結果が得られ、かつ湿中
における絶縁抵抗の劣化も生じなかった。 【0030】なお、試料番号7では、ZnOの含有割合
が1モル%と若干低かったためか、内部電極との接続性
は良好でなかったものの、外部電極膜の緻密性において
は優れており、かつ湿中における絶縁抵抗の劣化も生じ
なかった。 【0031】 【発明の効果】本発明で用いられる導電ペーストでは、
ホウケイ酸ガラス成分にZn及びCuが含有されてお
り、Cuに対する接触角が窒素雰囲気中において90°
以下であるため、内部電極との接続性に優れているだけ
でなく、焼成により緻密な電極膜を容易に得ることがで
きる。従って、例えば、セラミック電子部品の外部電極
の形成に用いた場合、耐湿性等に優れた緻密な外部電極
を形成することができる。 【0032】また、Cuに対するガラスフリットの濡れ
性が高められるので、Cu粉末が溶融されたガラス成分
が被覆し、焼結が速やかに進行する。従って、〜100
0ppmといった低酸素雰囲気で導電ペーストを焼き付
けたとしても、Cu粉末の酸化を抑制しつつ焼成するこ
とができる。すなわち、低酸素雰囲気の制御を厳密に行
わずとも、緻密な電極膜を確実に形成することができ
る。 【0033】さらに、Zn及びCuがガラスフリット中
にZnO及びCuOとして上記特定の範囲で配合されて
いるので、Znにより、セラミックスとの接合力が高め
られ、セラミック電子部品の外部電極の形成に用いた場
合、外部電極によるシール性を高めることができ、Cu
成分によりCu粉末に対するガラスフリットの濡れ性が
高められ、緻密な電極膜を形成することができる。 【0034】従って、電子部品では、外部電極が上記導
電ペーストの塗布・焼付けにより形成されているので、
Zn成分の作用によりセラミック素子からなる電子部品
素体に強固に接合された外部電極膜を形成することがで
きると共に、ガラスフリット中のCu成分によりCu粉
末に対する濡れ性が高められているので、緻密な外部電
極を形成することができる。従って、信頼性に優れたセ
ラミック電子部品を提供することが可能となる。
デンサを説明するための略図的断面図。 【図2】実施例で行った導電ペーストの焼付け工程にお
ける温度及び酸素濃度プロファイルを示す図。 【図3】Cu板に対するガラスの接触角を測定する方法
を説明するための側面図。 【符号の説明】 1…電子部品としての積層セラミックコンデンサ 2…電子部品素体としてのセラミック素体 3…外部電極 4…外部電極 5a〜5d…内部電極
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 内部電極を有する電子部品素体と、 前記内部電極に接続されるように電子部品素体の外表面
に形成された外部電極とを備え、外部電極が導電ペース
トの塗布・焼付けにより形成されており、該導電ペース
トが Cu粉末と、ガラスフリットと、有機バインダ樹脂
とを含む導電ペーストであって、 前記ガラスフリットがZn及びCu含有ホウケイ酸ガラ
スからなり、その溶融状態において窒素雰囲気中におけ
るCuに対する接触角が90°以下であり、前記ガラス
フリットに含まれているZn及びCuが、それぞれ、Z
nOとして2〜40モル%、CuOとして0.2モル%
〜20モル%の範囲で含まれていることを特徴とする、
電子部品。
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