JP2008181956A - セラミック電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性樹脂電極層の剥離を防止することが可能なセラミック電子部品を提供すること。
【解決手段】外部電極３０は、セラミック素体１０の第１及び第２の側面１０ｃ，１０ｄに配置されている。外部電極３０は、第１の金属電極層３２と、導電性樹脂電極層３４とを有している。第１の金属電極層３２は、金属を主成分として含有しており、第１及び第２の側面１０ｃ，１０ｄ上に形成された第１の部分３２ａと、第１及び第２の主面１０ａ，１０ｂに形成された第２の部分３２ｂとを有している。導電性樹脂電極層３４は、導電性材料を含有しており、第１の金属電極層３２の第１及び第２の部分３２ａ，３２ｂ上にわたって当該第１及び第２の部分３２ａ，３２ｂを覆うと共に、セラミック素体１０に接触しないように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック電子部品に関する。

この種のセラミック電子部品として、セラミック素体と、セラミック素体上に配置された外部電極とを備えており、この外部電極が、金属を主成分として含有する金属電極層と、金属電極層上に形成されると共に金属粉末を含有する導電性樹脂電極層とを有しているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このようなセラミック電子部品は、一般に外部電極を基板に半田付けすることによって、基板に実装される。セラミック電子部品を実装した基板が急激な温度変化による熱衝撃を受けた場合、セラミック電子部品及び基板はそれぞれの熱膨張係数に応じて伸び縮みする。その際、セラミック電子部品と基板とでは熱膨張係数の違いから伸び縮みの量が異なり、撓みを生じてしまう。この撓みによってセラミック電子部品はクラックを生じ、機能しなくなるというおそれがあった。そこで、特許文献１に記載されたセラミック電子部品では、導電性樹脂電極層で撓みを吸収し、熱衝撃によるクラックの発生を防いでいる。
特開２０００−１８２８７９号公報

本発明は、導電性樹脂電極層の剥離を防止することが可能なセラミック電子部品を提供することを課題とする。

本発明者等は、基板に実装されたセラミック電子部品に対して上述した撓みに起因する応力が作用すると、導電性樹脂電極層が剥離してしまうという現象を新たに見出すに至った。そこで、本発明者等が、導電性樹脂電極層の剥離を防止し得るセラミック電子部品についても鋭意研究を進めたところ、上記現象は以下の理由に因ることが判明した。すなわち、導電性樹脂電極層の縁がセラミック素体と接触している場合、導電性樹脂電極層の縁とセラミック素体との密着性が低いために、導電性樹脂電極層の縁が起点となり、導電性樹脂電極層が剥離していく。また、セラミック素体の表面状態が金属電極層の表面状態よりも滑らかであるため、導電性樹脂電極層と金属電極層との密着性に比して、導電性樹脂電極層とセラミック素体との密着性が低い。

かかる研究結果を踏まえ、本発明に係るセラミック電子部品は、互いに対向する第１及び第２の面、並びに第１及び第２の面間を連結する第３の面を有するセラミック素体と、セラミック素体上に配置された外部電極と、を備え、外部電極は、第３の面上に形成された第１の部分と第１及び第２の面に形成された第２の部分とを有すると共に、金属を主成分として含有してなる金属電極層と、金属電極層の第１及び第２の部分上にわたって形成されると共に、導電性材料を含有する樹脂からなる導電性樹脂電極層と、を有しており、導電性樹脂電極層は、セラミック素体と接触していないことを特徴とする。

本発明に係るセラミック電子部品では、導電性樹脂電極層がセラミック素体と接触していないので、導電性樹脂電極層には剥離の起点となる箇所は存在せず、当該導電性樹脂電極層の剥離を防止することができる。

ところで、導電性樹脂電極層が金属電極層の第１の部分を覆って形成されていない場合、セラミック素体の第３の面にクラックが発生することがある。基板に実装されたセラミック電子部品に上述した撓みに起因する応力が作用すると、当該応力は、導電性樹脂電極層を介することなく、金属電極層の第１の部分からセラミック素体に作用することとなる。このため、応力は導電性樹脂電極層で緩和されることなくセラミック素体に作用することから、セラミック素体の第３の面にクラックが発生し易い。これに対して、本発明では、導電性樹脂電極層が金属電極層の第１及び第２の部分上にわたって形成されているので、セラミック素体の第３の面に作用しようとする応力が導電性樹脂電極層により緩和されることとなる。したがって、セラミック素体の第３の面にクラックが発生するのを防ぐことができる。

また、本発明に係るセラミック電子部品は、互いに対向する第１及び第２の面、並びに第１及び第２の面間を連結する第３の面を有するセラミック素体と、セラミック素体上に配置された外部電極と、を備え、外部電極は、第３の面上に形成された第１の部分と第１及び第２の面に形成された第２の部分とを有すると共に、金属を主成分として含有してなる金属電極層と、金属電極層の第１及び第２の部分上にわたって形成されると共に、導電性材料を含有する樹脂からなる導電性樹脂電極層と、を有しており、金属電極層は、導電性樹脂電極層の全縁にわたって導電性樹脂電極層から露出していることを特徴とする。

本発明に係るセラミック電子部品では、金属電極層は、導電性樹脂電極層の全縁にわたって導電性樹脂電極層から露出している、すなわち、導電性樹脂電極層がセラミック素体と接触していない。これにより、導電性樹脂電極層には剥離の起点となる箇所は存在せず、当該導電性樹脂電極層の剥離を防止することができる。また、本発明では、上述したように、セラミック素体の第３の面にクラックが発生するのを防ぐことができる。

好ましくは、上記外部電極が、金属電極層及び導電性樹脂電極層上にわたって形成された金属めっき電極層を更に有している。この場合、金属電極層と金属めっき電極層との密着性が極めて高く且つ導電性樹脂電極層の縁が金属めっき層に覆われることとなるので、導電性樹脂電極層の縁が剥離の起点となるのを確実に防ぐことができる。

本発明によれば、導電性樹脂電極層の剥離を防止することが可能なセラミック電子部品を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は実施形態に係る積層コンデンサ１の断面図である。積層コンデンサ１は、図１に示すように、セラミック素体１０と、２つの外部電極３０とを備えている。

セラミック素体１０は、略直方体形状を呈しており、互いに対向する第１及び第２の主面１０ａ，１０ｂと、第１及び第２の主面１０ａ，１０ｂ間を連結する第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ、第３の側面（図示せず）及び第４の側面（図示せず）を有している。第１の側面１０ｃと第２の側面１０ｄとは、互いに対向している。第３の側面と第４の側面とは、互いに対向している。

セラミック素体１０では、内部電極２０が誘電体層２２を介して積層されている。各誘電体層２２は、例えば誘電体セラミックを含むセラミックグリーンシートの焼結体から構成される。実際の積層コンデンサ１では、誘電体層２２の間の境界が視認できない程度に一体化されている。

セラミック素体１０内に配置された内部電極２０は、内部電極２０の積層方向に平行な第１の側面１０ｃと第２の側面１０ｄとに交互に引き出されている。内部電極２０は、積層型の電気素子の内部電極として通常用いられる導電性材料から構成される。本実施形態では、内部電極２０は、卑金属であるＮｉを導電性材料として含んでいる。

外部電極３０は、セラミック素体１０の外表面上に配置されている。外部電極３０は、第１の金属電極層３２と、導電性樹脂電極層３４と、第２の金属電極層３６と、第３の金属電極層３８とを有している。

第１の金属電極層３２は、卑金属であるＣｕを主成分として含有しており、内部電極２０と物理的且つ電気的に接続されている。第１の金属電極層３２は、第１及び第２の側面１０ｃ，１０ｄ上に形成された第１の部分３２ａと、第１及び第２の主面１０ａ，１０ｂに形成された第２の部分３２ｂと、第３及び第４の側面に形成された第３の部分（図示せず）とを有している。すなわち、第１の金属電極層３２は、第１及び第２の側面１０ｃ，１０ｄから第１及び第２の主面１０ａ，１０ｂ並びに第３及び第４の側面に回り込むように形成されている。第１の金属電極層３２は、Ｃｕ粉末を含有する導電性ペーストをセラミック素体１０の外表面に塗布して焼き付けることによって形成されている。第１の金属電極層３２の厚みは、例えば、１０〜３０μｍである。

導電性樹脂電極層３４は、金属粉末を導電性材料として含有しており、金属粉末と熱硬化性樹脂とを樹脂層形成用組成物を硬化させてなる層である。導電性樹脂電極層３４は、第１の金属電極層３２の第１〜第３の部分３２ａ，３２ｂ上にわたって当該第１〜第３の部分３２ａ，３２ｂを覆うように形成されている。導電性樹脂電極層３４の厚みは、例えば、２０〜１００μｍである。

本実施形態では、金属粉末の材料として、貴金属であるＡｇが用いられている。熱硬化性樹脂としては特に制限されないが、例えば、フェノール樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド等を用いることができる。

上記樹脂層形成用組成物中の全金属粉末の含有量は、樹脂層形成用組成物の固形分全量を基準として６０〜９５質量％であることが好ましい。この含有量が６０質量％未満であると、含有量が上記範囲内である場合と比較して、導電性樹脂電極層３４の内部における導電性が不十分となる傾向にある。含有量が９５質量％を超えると、含有量が上記範囲内である場合と比較して、熱硬化性樹脂の量が不足するため、第１の金属電極層３２と導電性樹脂電極層３４との密着性が低下する傾向にある。

樹脂層形成用組成物は、必要に応じて溶媒を更に含むものである。溶媒としては、上記熱硬化性樹脂を溶解又は分散可能なものであれば公知の溶媒を特に制限なく使用することができる。溶媒として具体的には、例えば、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、セロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、テルピネオール等が挙げられる。

導電性樹脂電極層３４は、第１の金属電極層３２上に上記樹脂層形成用組成物を塗布し、乾燥及び熱硬化を行うことによって形成されている。ここで、熱硬化時の温度は、使用する硬化性樹脂に応じて適宜調節される。

ところで、第１の金属電極層３２（第２の部分３２ｂ及び第３の部分）は、導電性樹脂電極層３４の全縁にわたって当該導電性樹脂電極層３４から露出している。すなわち、導電性樹脂電極層３４は、セラミック素体１０と接触していない。

第２の金属電極層３６は、Ｎｉを主成分として含む。第２の金属電極層３６は、第１の金属電極層３２（導電性樹脂電極層３４から露出している部分）及び導電性樹脂電極層３４上にわたって、当該第１の金属電極層３２及び導電性樹脂電極層３４を覆うように形成されている。第２の金属電極層３６は、導電性樹脂電極層３４表面をＮｉでめっき処理することによって形成されている。第２の金属電極層３６の厚みは、例えば、１〜５μｍである。

第３の金属電極層３８は、ＳｎあるいはＳｎ合金を主成分として含む。第３の金属電極層３８は、第２の金属電極層３６上に、第２の金属電極層３６を覆うように形成されている。第３の金属電極層３８は、第２の金属電極層３６表面をＳｎ又はＳｎ合金でめっき処理することによって形成されている。第３の金属電極層３８の厚みは、例えば、１〜５μｍである。

以上のように、本実施形態においては、導電性樹脂電極層３４がセラミック素体１０と接触していないので、導電性樹脂電極層３４には剥離の起点となる箇所は存在しない。したがって、導電性樹脂電極層３４の剥離を防止することができる。導電性樹脂電極層３４の縁は、第１の金属電極層３２（第２の部分３２ｂ及び第３の部分）に接触している。しかしながら、第１の金属電極層３２の表面はセラミック素体１０の表面より粗く、この第１の金属電極層３２の表面の粗さに起因したアンカー効果により、導電性樹脂電極層３４と第１の金属電極層３２との密着性は高い。このため、導電性樹脂電極層３４の縁が、剥離の起点となる可能性は極めて低い。

ところで、導電性樹脂電極層３４が第１の金属電極層３２の第１の部分３２ａを覆って形成されていない場合、図２に示されるように、セラミック素体１０の第１〜第４の側面１０ｃ，１０ｄにクラックＣが発生することがある。クラックＣが発生する理由は、以下の通りである。

基板Ｂと、当該基板Ｂにはんだ付けにより実装された積層コンデンサ１０１とが熱衝撃等を受けると、積層コンデンサ１０１と基板Ｂとでは熱膨張係数の違いから伸び縮みの量が異なるため、撓みが生じる。積層コンデンサ１０１に上述した撓みに起因する応力が作用すると、当該応力は、導電性樹脂電極層３４を介することなく、第１の金属電極層３２の第１の部分３２ａからセラミック素体１０に作用することとなる。このとき、応力は導電性樹脂電極層３４で緩和されることなくセラミック素体１０に作用することから、セラミック素体１０の第１〜第４の側面１０ｃ，１０ｄにクラックＣが発生し易い。

これに対して、本実施形態によれば、導電性樹脂電極層３４が第１の金属電極層３２の第１〜第３の部分３２ａ，３２ｂ上にわたって形成されているので、セラミック素体１０の第１〜第４の側面１０ｃ，１０ｄに作用しようとする応力が導電性樹脂電極層３４により緩和されることとなる。したがって、セラミック素体１０の第１〜第４の側面１０ｃ，１０ｄにクラックが発生するのを防ぐことができる。

本実施形態では、外部電極３０が、第２の金属電極層３６を有している。この第２の金属電極層３６は、第１の金属電極層３２（導電性樹脂電極層３４から露出する部分）及び導電性樹脂電極層３４上にわたって、めっきにより形成されている。このため、第１の金属電極層３２と第２の金属電極層３６との密着性が極めて高く且つ導電性樹脂電極層３４の縁が第２の金属電極層３６に覆われることとなる。これらの結果、導電性樹脂電極層３４の縁が剥離の起点となるのを確実に防ぐことができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、本実施形態では、第１の金属電極層３２が主成分の金属としてＣｕを含有し、導電性樹脂電極層３４が金属粉末としてＡｇ粉末を含有しているが、含有する金属材料はこれらに限られない。

本実施形態では、第１の金属電極層３２は、単層の金属電極層であるが、複数層（例えば、２層）からなる金属電極層であってもよい。また、第１の金属電極層３２は、導電性ペーストをセラミック素体１０の外表面に塗布して焼き付けることにより形成されているが、第１の金属電極層３２を形成する手法は、これに限られない。例えば、めっき法等を用いて第１の金属電極層３２を形成してもよい。

本実施形態では、外部電極３０は、めっき処理により形成された金属電極層として、第２の金属電極層３６及び第３の金属電極層３８の２層の金属電極層を有しているが、単層の金属電極層あるいは３層以上の金属電極層を有していてもよい。また、めっき処理に用いる金属も、上述したＮｉ、Ｓｎ、及びＳｎ合金に限られない。

本実施形態では、本発明をコンデンサに適用した例を示しているが、これに限られることはない。本発明は、例えば圧電体素子（圧電アクチュエータ）、インダクタ、バリスタ、サーミスタ等にも適用可能である。

実施形態に係る積層コンデンサの概略断面図である。 セラミック素体にクラックが発生することを説明するための概略断面図である。

符号の説明

１…積層コンデンサ、１０…セラミック素体、１０ａ…第１の主面、１０ｂ…第２の主面、１０ｃ…第１の側面、１０ｄ…第２の側面、２０…内部電極、２２…誘電体層、３０…外部電極、３２…第１の金属電極層、３２ａ…第１の部分、３２ｂ…第２の部分、３４…導電性樹脂電極層、３６…第２の金属電極層、３８…第３の金属電極層。

Claims (4)

1. 互いに対向する第１及び第２の面、並びに前記第１及び第２の面間を連結する第３の面を有するセラミック素体と、
   前記セラミック素体上に配置された外部電極と、を備え、
   前記外部電極は、
   前記第３の面上に形成された第１の部分と前記第１及び第２の面に形成された第２の部分とを有すると共に、金属を主成分として含有してなる金属電極層と、
   前記金属電極層の前記第１及び第２の部分上にわたって形成されると共に、導電性材料を含有する樹脂からなる導電性樹脂電極層と、を有しており、
   前記導電性樹脂電極層は、前記セラミック素体と接触していないことを特徴とするセラミック電子部品。
2. 互いに対向する第１及び第２の面、並びに前記第１及び第２の面間を連結する第３の面を有するセラミック素体と、
   前記セラミック素体上に配置された外部電極と、を備え、
   前記外部電極は、
   前記第３の面上に形成された第１の部分と前記第１及び第２の面に形成された第２の部分とを有すると共に、金属を主成分として含有してなる金属電極層と、
   前記金属電極層の前記第１及び第２の部分上にわたって形成されると共に、導電性材料を含有する樹脂からなる導電性樹脂電極層と、を有しており、
   前記金属電極層は、前記導電性樹脂電極層の全縁にわたって前記導電性樹脂電極層から露出していることを特徴とするセラミック電子部品。
3. 前記外部電極が、前記金属電極層及び前記導電性樹脂電極層上にわたって形成された金属めっき電極層を更に有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセラミック電子部品。
4. 前記金属電極層は、前記セラミック素体に、前記金属電極層に主成分として含有される金属の粉末を含む導電性ペーストを塗布して焼き付けることにより形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセラミック電子部品。
   

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