JP3785961B2 - セラミック電子部品 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、セラミック電子部品に関するもので、特に、その外表面上に銀を導電成分として含む電極が形成された、たとえばセラミックコンデンサのようなセラミック電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この発明にとって興味あるセラミック電子部品として、誘電体セラミックからなる板状の素子本体を備え、この素子本体の各主面上に互いに対向するように１対の電極が形成された、セラミックコンデンサがある。このようなセラミックコンデンサは、たとえば、スイッチング電源のスナバ回路やテレビジョン受像機の水平共振回路などの中高圧用途に向けられている。
【０００３】
上述した用途に向けられるセラミックコンデンサは、その素子本体を構成する誘電体セラミックが高い誘電率を有しているとともに、損失が小さく、そのため、自己発熱が小さいものであることが要求され、このような誘電体セラミックとして、たとえば、ＳｒＴｉＯ₃ 、ＰｂＴｉＯ₃ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ およびＴｉＯ₂ を主成分として含む組成を有する半導体セラミックが有利に用いられている。
【０００４】
他方、セラミックコンデンサの外表面上にある電極は、たとえば、導電性ペーストを焼き付けることによって形成された厚膜電極をもって構成されるが、このような電極の導電成分としては、従来から、銀が多用されている。また、そのコストに注目して、最近では、銀の代わりに、より安価な銅やニッケルのような卑金属も用いられるようになってきている。
【０００５】
しかしながら、銅やニッケルのような卑金属を含む導電性ペーストの焼付けによる厚膜電極を形成しようとする場合、導電性ペーストの焼付けにあたっては、中性または還元性雰囲気を適用しなければならないが、前述したようなＳｒＴｉＯ₃ 、ＰｂＴｉＯ₃ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ およびＴｉＯ₂ を主成分として含む組成を有する誘電体セラミックからなる素子本体の場合には、焼付け工程において、セラミックの還元が生じやすいため、所望の特性を取得しにくいという問題がある。
【０００６】
そのため、この種の誘電体セラミックからなる素子本体を備えるセラミックコンデンサの場合には、大気中での焼付けが可能であり、かつ化学的にも安定なことから、あくまでも、銀を導電成分として含む厚膜電極が採用されている。
【０００７】
なお、銀にはイオンマイグレーションが生じやすいという問題があり、そのため、素子本体の絶縁抵抗を低下させるという問題を引き起こすことがある。この対策のために、銀を含む電極の場合には、その全面にわたって半田で覆うように付与し、それによって、上述のようなイオンマイグレーションを抑制する方法が採用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、電極全面を半田で覆う構造によれば、なるほど、高湿度下での信頼性を確保することができるものの、高温度（１２５〜１５０℃程度）下での信頼性の確保については不十分であると言わざるを得ない。特に、セラミックコンデンサのようなセラミック電子部品が用いられる電子機器の小型化および回路の高密度化によって、セラミック電子部品の使用環境の高温度化が進んでおり、前述した高湿度条件下に加えて高温度条件下といった、より厳しい条件の使用環境下での信頼性が要求されるようになってきている。
【０００９】
このような状況の下、前述した電極を半田によって覆う構造では、たとえば１２５〜１５０℃といった高温度下での半田成分（特に鉛）の拡散によって、電極とセラミックからなる素子本体との界面部分での接触抵抗の増大、およびそれによる発熱の増大が避けられず、セラミック電子部品の使用環境の高温度化に十分に対応することができない。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得るセラミック電子部品を提供しようとすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、セラミックをもって構成される素子本体と、この素子本体の外表面上に形成される銀を導電成分として含む電極とを備え、素子本体は、誘電体セラミックからなる板状のものであり、１対の上記電極が、素子本体の各主面上に互いに対向するように形成され、それによって、スナバ回路または水平共振回路に用いられるセラミックコンデンサを構成する、セラミック電子部品に向けられるものであって、電極の全面が半田によって覆われる構造を採用することにより、高湿度環境下での銀のイオンマイグレーションによる絶縁抵抗の低下を防止した上で、上述した技術的課題を解決するため、半田として、錫を主成分としながら、鉛およびビスマスのいずれをも含まない電極の全面が、錫を主成分としながら、鉛およびビスマスのいずれをも含まない、Ｓｎ−Ａｇ−Ｚｎ系半田またはＳｎ−Ａｇ−Ｎｉ系半田を用いることを特徴としている。
【００１２】
この発明に係るセラミック電子部品は、電極に対して半田によって接続されるリード端子をさらに備えている。
【００１４】
また、電極は、Ｂ−Ｂｉ−Ｓｒ系ガラスを主成分とするガラスフリットを含む導電性ペーストを焼き付けることによって形成された厚膜電極であることが好ましい。
【００１６】
上述の誘電体セラミックは、主成分として、ＳｒＴｉＯ₃ 、ＰｂＴｉＯ₃ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ およびＴｉＯ₂ を含む組成を有するものであることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態によるセラミック電子部品としてのセラミックコンデンサ１を一部破断して示す正面図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う拡大断面図である。
【００１８】
セラミックコンデンサ１は、たとえば円板状の素子本体２を備えている。素子本体２は、たとえば、ＳｒＴｉＯ₃ 、ＰｂＴｉＯ₃ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ およびＴｉＯ₂ を主成分として含む組成を有する誘電体セラミックから構成される。この種の誘電体セラミックを用いることにより、比較的高い誘電率を得ることができるとともに、損失を小さく、そのため、自己発熱を小さくすることができ、したがって、セラミックコンデンサ１を中高圧用途に適したものとすることができる。
【００１９】
素子本体２の各主面上には、１対の電極３が互いに対向するように形成される。電極３は、銀を導電成分として含みかつガラスフリットを含む導電性ペーストを焼き付けることによって形成された厚膜電極をもって構成される。
【００２０】
上述の電極３の各々の全面を覆うように、半田４が付与される。半田４は、また、リード端子としてのリード線５を電極３に対して接続するようにも機能している。
【００２１】
さらに、素子本体２を覆うように、樹脂外装６が施される。
【００２２】
上述したセラミックコンデンサ１において、半田４としては、錫を主成分としながら、鉛およびビスマスのいずれをも含まない組成のものが用いられる。セラミックコンデンサ１に対して高周波かつ高電圧を印加した状態で高温度環境下で使用したときの発熱の原因の１つは、後述する実験例から明らかなように、半田４に鉛またはビスマスが含まれているとき、この鉛またはビスマスが電極３と素子本体２との界面に到達し、この界面での接触抵抗を増大させるためであり、したがって、半田４中に、鉛およびビスマスのいずれをも含まないようにすれば、この現象は生じ得ない。
【００２３】
なお、半田４中の錫の拡散は、電極３の素子本体２に対する密着力を低下させることがわかっている。そのため、振動等のストレスがセラミックコンデンサ１に加えられることを考慮すれば、半田４としては、錫の拡散を抑制できるＳｎ−Ａｇ−Ｚｎ系半田またはＳｎ−Ａｇ−Ｎｉ系半田を用いることが望ましい。これらＳｎ−Ａｇ−Ｚｎ系半田またはＳｎ−Ａｇ−Ｎｉ系半田は、銀を含む電極３中への拡散に際して、Ｓｎ−ＺｎまたはＳｎ−Ｎｉの濃化相を生成し、錫の上述した界面への進行を著しく遅らせる効果を有している。
【００２４】
他方、電極３は、前述したように、銀を導電成分として含みかつガラスフリットを含む導電性ペーストを焼き付けることによって形成された厚膜電極をもって構成されるが、このような導電性ペーストに含まれるガラスフリットは、半田付け性を阻害し、そのため、銀が半田４によって完全にはオーバーコートされなくなり、銀のマイグレーションの発生につながる。したがって、ガラスフリットは、酸化ビスマスを含んでいることが望ましい。また、素子本体２を構成する誘電体セラミックにガラスフリットが拡散した際に、セラミックの損失を増加させてはならない。これらの観点から、電極３を形成するために用いられる導電性ペーストに含まれるガラスフリットとしてはＢ−Ｂｉ−Ｓｒ系ガラスを主成分とするものを用いることが好ましい。
【００２５】
次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。
【００２６】
まず、ＳｒＴｉＯ₃ 、ＰｂＴｉＯ₃ 、ＣａＴｉＯ₃ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ およびＭｎＯ₂ を主成分とし、ＣｅおよびＣｕＯを微量添加した組成を有する、直径４．８ｍｍおよび厚み０．５３ｍｍの円板状の素子本体を用意した。
【００２７】
次に、上述の素子本体の各主面上に、ホウ酸ストロンチウム−ビスマス系ガラスからなるガラスフリットを５重量％含有するとともに、銀を導電成分として含む導電性ペーストを、スクリーン印刷法によって、５μｍの厚みをもって付与し、次いで、８５０℃の温度で１時間焼成し、電極を素子本体に上に形成した。
【００２８】
次に、直径０．６２ｍｍの錫めっき銅線からなるリード線を用意するとともに、表１に示すような種々の組成を有する半田を用意した。そして、これら半田をそれぞれ溶融させた溶湯の中に、素子本体上の電極を完全に浸漬することによって、リード線を電極に接合するとともに、電極の全面を半田で覆った状態とした。
【００２９】
その後、各試料に、エポキシ粉体樹脂を塗布し、加熱することによって、この樹脂を硬化させ、セラミックコンデンサを完成させた。
【００３０】
このようにして得られた各試料に係るセラミックコンデンサに対して、温度６０℃および相対湿度９５％の環境となるように設定された試験槽内において、正弦波（１８０ｋＨｚ、１．０ｋＶ_p-p ）電圧を連続印加し、５００時間経過後の絶縁抵抗値を測定した。
【００３１】
また、各試料に係るセラミックコンデンサに対して、周囲温度が１２５℃となるように設定された恒温槽内において、上記と同様の正弦波電圧を連続印加し、セラミックコンデンサの表面の温度を５００時間経過後に測定した。
【００３２】
これらの絶縁抵抗値および表面温度の測定結果が表１に示されている。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１からわかるように、試料１〜６のいずれの場合であっても、電極の全面が半田によって覆われているため、高湿度環境下での絶縁抵抗の低下を防止することができ、３０００００ＭΩの絶縁抵抗値を示している。
【００３５】
他方、高温度環境下でのセラミックコンデンサの発熱による温度上昇について見ると、試料４〜６については、半田が鉛またはビスマスを含んでいることから、比較的高い表面温度となるような温度上昇が生じているのに対し、試料１および２では、半田が鉛およびビスマスのいずれをも含まないことから、温度上昇が抑えられ、比較的低い表面温度しか示していない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、セラミック電子部品に備える素子本体上に形成される銀を導電成分として含む電極の全面が、半田によって覆われているので、高湿度環境下での絶縁抵抗の低下を防止することができるとともに、この半田が、錫を主成分としながら、鉛およびビスマスのいずれをも含まない組成を有しているので、高温度環境下において生じ得る半田成分の拡散による電極と素子本体との間の接触抵抗の増大を回避することができ、したがって、高温度環境下での使用におけるセラミック電子部品の発熱を抑制することができる。
【００３７】
このようなことから、この発明に係るセラミック電子部品は、中高圧用途に適したものとすることができるとともに、これが用いられる電子機器の小型化および回路の高密度化による使用環境の高温度化かつ高湿度化に十分対応することが可能になる。
【００３８】
また、この発明によれば、上述した半田によってリード端子を電極に接続しているので、リード端子を備えるセラミック電子部品を提供することができる。
【００３９】
また、半田として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｚｎ系半田またはＳｎ−Ａｇ−Ｎｉ系半田を用いるので、半田中の錫の拡散を抑制することができ、この錫の拡散による、電極と素子本体との界面での密着力の低下を生じさせにくくすることができる。
【００４０】
また、電極が、Ｂ−Ｂｉ−Ｓｒ系ガラスを主成分とするガラスフリットを含む導電性ペーストを焼き付けることによって形成された厚膜電極である場合には、電極に含まれる銀のマイグレーションの防止に効果を発揮するとともに、素子本体を構成するセラミックの損失がガラスフリットの拡散によって増大することを効果的に防止することができる。
【００４１】
また、この発明に係るセラミック電子部品はセラミックコンデンサであるので、このようなセラミックコンデンサを、たとえば、スイッチング電源のスナバ回路やテレビジョン受像機の水平共振回路などの中高圧用途に有利に向けることができる。
【００４２】
上述の場合、素子本体を構成する誘電体セラミックが、主成分として、ＳｒＴｉＯ₃ 、ＰｂＴｉＯ₃ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ およびＴｉＯ₂ を含む組成を有しているとき、高い誘電率を得ることができるとともに、損失が小さく、そのため自己発熱が小さいセラミックコンデンサとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態によるセラミック電子部品としてのセラミックコンデンサ１を一部破断して示す正面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う拡大断面図である。
【符号の説明】
１ セラミックコンデンサ
２ 素子本体
３ 電極
４ 半田
５ リード線

Claims (3)

1. セラミックをもって構成される素子本体と、前記素子本体の外表面上に形成される銀を導電成分として含む電極とを備え、前記素子本体は、誘電体セラミックからなる板状のものであり、１対の前記電極が、前記素子本体の各主面上に互いに対向するように形成され、それによって、スナバ回路または水平共振回路に用いられるセラミックコンデンサを構成する、セラミック電子部品であって、
   前記電極の全面が、錫を主成分としながら、鉛およびビスマスのいずれをも含まない、Ｓｎ−Ａｇ−Ｚｎ系半田またはＳｎ−Ａｇ−Ｎｉ系半田によって覆われていて、
   前記電極に対して前記半田によって接続されるリード端子をさらに備える、
   セラミック電子部品。
2. 前記電極は、Ｂ−Ｂｉ−Ｓｒ系ガラスを主成分とするガラスフリットを含む導電性ペーストを焼き付けることによって形成された厚膜電極である、請求項１に記載のセラミック電子部品。
3. 前記誘電体セラミックは、主成分として、ＳｒＴｉＯ₃ 、ＰｂＴｉＯ₃ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ およびＴｉＯ₂ を含む組成を有する、請求項１または２に記載のセラミック電子部品。

Images