JP2015060940A - セラミック電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた撓み耐性を有し、かつ、ＥＳＲの低いセラミック電子部品を提供する。【解決手段】外部電極２０，２２は、熱硬化性樹脂および導電性フィラーを含む樹脂電極層２０ａ，２２ａと、樹脂電極層２０ａ，２２ａ上に形成されたＣｕめっき層２０ｂ，２２ｂと、Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂ上に形成されたＮｉめっき層２０ｃ，２２ｃと、Ｎｉめっき層２０ｃ，２２ｃ上に形成されたＳｎめっき層２０ｄ，２２ｄと、で構成されている。導電性フィラーは、Ａｇ粉、もしくは、Ａｇで表面コーティングされた金属粉からなる。外部電極２０，２２は、導電性金属およびガラス成分を含有する下地電極層３０，３２を介在して、セラミック素体１０の両端部に形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、積層セラミックコンデンサ、積層セラミックインダクタ、セラミックＩＣ、セラミック圧電部品などのセラミック電子部品に関する。

近年、積層セラミックコンデンサに代表されるセラミック電子部品は、従来と比較してより過酷な環境下で使用されるようになってきている。

例えば、携帯電話、携帯音楽プレーヤーなどのモバイル機器に用いられるセラミック電子部品は、落下時の衝撃に耐えることが求められている。具体的には、落下衝撃を受けても、実装基板から脱落しないセラミック電子部品、または、クラックが生じないセラミック電子部品が求められている。

また、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）などの車載機器に用いられるセラミック電子部品は、熱サイクルの衝撃に耐えることが求められている。具体的には、熱サイクルによって実装基板が熱膨張および熱収縮することにより発生する撓み応力を受けても、クラックが生じないセラミック電子部品が求められている。

そこで、これらの要求を満たすために、特許文献１に記載の積層セラミックコンデンサが提案されている。この積層セラミックコンデンサは、Ａｇ含有電極層とＮｉめっき層との間に導電性の熱硬化性樹脂層を形成した外部電極を備えている。熱硬化性樹脂層は、過酷な環境下でも、積層セラミックコンデンサ本体にクラックが発生しないように緩衝材として機能して、積層セラミックコンデンサの撓み耐性を向上させる。

特開平１１−１６２７７１号公報

しかしながら、特許文献１の積層セラミックコンデンサは、Ａｇ含有電極層とＮｉめっき層との間に熱硬化性樹脂層を形成しているため、熱硬化性樹脂層が導電性の層であったとしても、熱硬化性樹脂層とＮｉめっき層との間の接触抵抗が高くなり、ＥＳＲ（等価直列抵抗）が高くなるという不具合があった。

それゆえに、本発明の目的は、優れた撓み耐性を有し、かつ、ＥＳＲの低いセラミック電子部品を提供することである。

本発明は、複数のセラミック層と複数の内部電極とが交互に積層されてなるセラミック素体と、セラミック素体の外表面に形成され、内部電極と電気的に接続されている外部電極と、を備えたセラミック電子部品であって、外部電極は、熱硬化性樹脂および導電性フィラーを含む樹脂電極層と、樹脂電極層上に形成されたＣｕめっき層と、Ｃｕめっき層上に形成されたＮｉめっき層と、Ｎｉめっき層上に形成されたＳｎめっき層と、で構成され、導電性フィラーは、Ａｇ粉、もしくは、Ａｇで表面コーティングされた金属粉からなること、を特徴とする、セラミック電子部品である。ここで、前記金属粉はＣｕ粉であることが好ましい。

本発明では、樹脂電極層とＮｉめっき層との間に、Ｃｕめっき層が形成されている。Ｃｕめっき層は、樹脂電極層中のＡｇ粉やＡｇで表面コーティングされた金属粉との相性が良く、Ｃｕめっき層と樹脂電極層との間の接触抵抗が低くなる。さらに、Ｃｕめっき層はＮｉめっき層を構成するＮｉとも相性が良く、Ｃｕめっき層とＮｉめっき層との間の接触抵抗も低くなる。従って、ＥＳＲの低減が達成される。

さらに、樹脂電極層中の熱硬化性樹脂が、過酷な環境下でも、セラミック電子部品にクラックが発生しないように緩衝材として機能するため、セラミック電子部品の撓み耐性が向上する。

また、本発明にかかるセラミック電子部品は、外部電極が、導電性金属およびガラス成分を含有する下地電極層を介在して、セラミック素体の外表面に形成されていることが好ましい。

下地電極層が、内部電極と外部電極との接合強度をより一層堅固にする。さらに、下地電極層は、内部電極とセラミック層との界面に水分が侵入することを防止する。

本発明によれば、優れた撓み耐性を有し、かつ、ＥＳＲの低いセラミック電子部品を得ることができる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。

本発明に係るセラミック電子部品の第１の実施の形態を示す外観斜視図である。 図１のＡ−Ａ垂直断面図である。 本発明に係るセラミック電子部品の第２の実施の形態を示す垂直断面図である。

本発明に係るセラミック電子部品の実施の形態を、積層セラミックコンデンサを例にして説明する。

１．第１の実施の形態
図１は、第１の実施の形態の積層セラミックコンデンサ１を示す外観斜視図であり、図２はその垂直断面図である。積層セラミックコンデンサ１は、セラミック素体１０と、セラミック素体１０の左右の端部に形成された外部電極２０，２２と、セラミック素体１０の左右の端部と外部電極２０，２２との間に形成されている下地電極層３０，３２と、を備えている。

（１）セラミック素体
セラミック素体１０は、複数の内層用セラミック層１１と、複数の内層用セラミック層１１同士の界面に配設された複数の内部電極１２，１３と、複数の内層用セラミック層１１を挟むように上下に配設された外層用セラミック層１５ａ，１５ｂとで構成されている。すなわち、セラミック素体１０は、セラミック層１１，１５ａ，１５ｂと内部電極１２，１３とが交互に積層された直方体形状の積層体構造を有している。セラミック素体１０のコーナー部および稜部は、丸みが形成されていることが好ましい。

内層用セラミック層１１は、例えば、ＢａＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＣａＺｒＯ₃などの主成分からなる誘電体セラミック材料からなる。また、これらの主成分にＭｎ化合物、Ｆｅ化合物、Ｃｒ化合物、Ｃｏ化合物、Ｎｉ化合物などの副成分を添加した誘電体セラミック材料を用いてもよい。内層用セラミック層１１の厚みは、０．５〜１０μｍであることが好ましい。

上下に配設された外層用セラミック層１５ａ，１５ｂも、それぞれ、内層用セラミック層１１と同じ誘電体セラミック材料が用いられている。なお、外層用セラミック層１５ａ，１５ｂは、内層用セラミック層１１と異なる誘電体セラミック材料で構成されていてもよい。

内部電極１２と内部電極１３とは、厚み方向において、内層用セラミック層１１を介して対向している。この内部電極１２と内部電極１３とが、内層用セラミック層１１を介して対向している部分に静電容量が形成されている。

内部電極１２の左側端部は、セラミック素体１０の左側の端面に引き出されて外部電極２０に電気的に接続されている。内部電極１３の右側端部は、セラミック素体１０の右側の端面に引き出されて外部電極２２に電気的に接続されている。

内部電極１２，１３は、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｕなどからなる。内部電極１２，１３の厚みは０．３〜２．０μｍであることが好ましい。

（２）外部電極
外部電極２０，２２は、それぞれ、樹脂電極層２０ａ，２２ａと、樹脂電極層２０ａ，２２ａ上に形成されたＣｕめっき層２０ｂ，２２ｂと、Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂ上に形成されたＮｉめっき層２０ｃ，２２ｃと、Ｎｉめっき層２０ｃ，２２ｃ上に形成されたＳｎめっき層２０ｄ，２２ｄと、で構成されている。

（ａ）樹脂電極層
樹脂電極層２０ａ，２２ａは、それぞれ、セラミック素体１０の左右の端面に形成され、表裏面に回り込んでいる。なお、樹脂電極層２０ａ，２２ａは、セラミック素体１０の左右の端面上にのみ形成されていてもよい。樹脂電極層２０ａ，２２ａの厚みは、２０〜１５０μｍであることが好ましい。樹脂電極層２０ａ，２２ａは、熱硬化性樹脂および導電性フィラーを含む材料からなる。

熱硬化性樹脂は、主に樹脂電極層２０ａ，２２ａの弾性を高める。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが用いられる。

導電性フィラーは、主に樹脂電極層２０ａ，２２ａの通電性を担う。具体的には、隣接する導電性フィラー相互が接触することによって、樹脂電極層２０ａ，２２ａの内部に通電経路が形成される。導電性フィラーは、Ａｇ粉、もしくは、Ａｇで表面コーティングされた金属粉からなる。導電性フィラーがＡｇ粉の場合は、比抵抗が低く酸化しない樹脂電極層２０ａ，２２ａとなる。導電性フィラーが、Ａｇで表面コーティングされた金属粉の場合は、上記のＡｇ粉と同様の特性を保ちながら、母材の金属粉を安価なものにすることによって安価な樹脂電極層２０ａ，２２ａとなる。金属粉はＣｕ粉であることが好ましい。

硬化後の樹脂電極層２０ａ，２２ａの導電性フィラーの含有量は、３５体積％〜５５体積％であることが好ましい。導電性フィラーの形状は、球状や楕円体状などであり、特に限定されない。導電性フィラーの平均粒径は、例えば１．０μｍ〜１０μｍ程度であり、特に限定されない。

（ｂ）Ｃｕめっき層／Ｎｉめっき層／Ｓｎめっき層
Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂは、それぞれ、樹脂電極層２０ａ，２２ａの上に覆うように形成されている。Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂの上には、それぞれ、Ｎｉめっき層２０ｃ，２２ｃが形成されている。Ｎｉめっき層２０ｃ，２２ｃの上には、それぞれ、Ｓｎめっき層２０ｄ，２２ｄが形成されている。各めっき層の一層あたりの厚みは、１〜１０μｍであることが好ましい。

Ｎｉめっき層２０ｃ，２２ｃは、はんだバリア層として機能する。Ｓｎめっき層２０ｄ，２２ｄは、積層セラミックコンデンサ１を実装基板にはんだ付け実装するときのはんだ濡れ性を向上させる。

外部電極２０，２２は、それぞれ、下地電極層３０，３２を介在して、セラミック素体１０の両端部に形成されている。

（３）下地電極層
下地電極層３０，３２は、それぞれ、セラミック素体１０の内部電極１２，１３が露出している端面を覆うように形成されている。樹脂電極層２０ａ，２２ａは、それぞれ、下地電極層３０，３２を覆うように形成されている。

下地電極層３０，３２は、導電性金属およびガラス成分を含有している。導電性金属としては、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｕなどが用いられる。ガラス成分としては、Ｂ、Ｓｉ、Ｂａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌｉなどを含むガラスが用いられる。下地電極層３０，３２は、内部電極１２，１３と合金化し、内部電極１２，１３との電気的接続性を確保する。従って、下地電極層３０，３２は、内部電極１２，１３と外部電極２０，２２との接合を確保することができる。下地電極層３０，３２の厚み（最も厚い部分の厚み）は、１０〜５０μｍと比較的厚いことが好ましい。

以上の構成からなる積層セラミックコンデンサ１は、樹脂電極層２０ａ，２２ａとＮｉめっき層２０ｃ，２２ｃとの間に、Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂが形成されている。Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂは、樹脂電極層２０ａ，２２ａ中のＡｇ粉やＡｇで表面コーティングされた金属粉との相性が良く、Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂと樹脂電極層２０ａ，２２ａとの間の接触抵抗を低くすることができる。さらに、Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂはＮｉめっき層２０ｃ，２２ｃを構成するＮｉとも相性が良く、Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂとＮｉめっき層２０ｃ，２２ｃとの間の接触抵抗を低くすることができる。この結果、外部電極２０，２２のトータルの導電性を向上させることができ、ＥＳＲを低くすることができる。

さらに、樹脂電極層２０ａ，２２ａ中の熱硬化性樹脂が、過酷な環境下でも、積層セラミックコンデンサ１本体にクラックが発生しないように緩衝材として機能するため、積層セラミックコンデンサ１の撓み耐性を向上させることができる。樹脂電極層２０ａ，２２ａは、樹脂を含むため柔軟であり、外部から応力が加わった場合にその衝撃を吸収しやすく、セラミック素体１０や実装用はんだに生じるクラックを防止することができる。

また、下地電極層３０，３２が、内部電極１２，１３と外部電極２０，２２との接合強度をより一層堅固にする。さらに、下地電極層３０，３２が内部電極１２，１３を覆うことにより、内部電極１２，１３とセラミック層１１との界面に水分が侵入することを防止し、耐湿信頼性を確保することができる。これは、下地電極層３０，３２に含まれるガラス成分が溶融して、内部電極１２，１３の露出部を封止することができるからである。

（４）積層セラミックコンデンサの製造方法
次に、積層セラミックコンデンサ１の製造方法を説明する。

先ず、内層用および外層用セラミックグリーンシートと内部電極用導電ペーストとが作製される。セラミックグリーンシートや内部電極用導電ペーストには、周知の有機バインダや有機溶剤が用いられる。

次に、内層用セラミックグリーンシート上に、内部電極用導電ペーストが、例えばスクリーン印刷などによって塗布され、所定のパターンの内部電極１２，１３が形成される。その後、外層用セラミックグリーンシートが、所定枚数積層される。その上に、内部電極１２，１３が形成された内層用セラミックグリーンシートが、順次積層される。その上に、外層用セラミックグリーンシートが、所定枚数積層される。こうして、マザーセラミック素体が作製される。

次に、マザーセラミック素体が、静水圧プレスなどの手段によって、積層方向にプレスされる。その後、マザーセラミック素体は、所定の製品サイズにカットされ、未焼成のセラミック素体１０が切り出される。セラミック素体１０は、バレル研磨などによって、コーナー部や稜部に丸みが形成される。

次に、未焼成のセラミック素体１０は焼成される。焼成温度は、９００〜１３００℃であることが好ましい。こうして、内層用セラミックグリーンシートは内層用セラミック層１１とされ、外層用セラミックグリーンシートは外層用セラミック層１５ａ，１５ｂとされる。

次に、焼成後のセラミック素体１０の両端面に、導電性金属とガラス成分を含む導電性ペーストが塗布、焼き付けられ、下地電極層３０，３２が形成される。焼き付け温度は、７００〜９００℃であることが好ましい。なお、下地電極層３０，３２は、内部電極１２，１３と同時焼成するコファイアでもよく、外部電極用導電性ペーストと同時焼き付けするポストファイアでもよい。また、下地電極層３０，３２は、めっきにより形成されてもよく、熱硬化性樹脂を含む導電性樹脂を硬化させることにより形成されてもよい。

次に、樹脂電極層用ペーストが、下地電極層３０，３２を覆うように塗布された後、Ｎ₂雰囲気の中で１５０〜３００℃以上の温度で熱処理が行われ、樹脂電極層用ペーストが熱硬化される。樹脂の飛散を防ぎ、かつ、各種金属成分の酸化を防ぐため、熱処理雰囲気の酸素濃度は１００ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。こうして、樹脂電極層用ペーストは樹脂電極層２０ａ，２２ａとされる。

次に、Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂ、Ｎｉめっき層２０ｃ，２２ｃ、Ｓｎめっき層２０ｄ，２２ｄが、この順で、樹脂電極層２０ａ，２２ａ上に形成される。こうして、積層セラミックコンデンサ１が作成される。

２．第２の実施の形態
図３は、第２の実施の形態の積層セラミックコンデンサ１Ａを示す垂直断面図である。積層セラミックコンデンサ１Ａは、セラミック素体１０と、セラミック素体１０の左右の端部に形成された外部電極２０，２２と、を備えている。すなわち、積層セラミックコンデンサ１Ａは、セラミック素体１０の左右の端部と外部電極２０，２２との間に、下地電極層３０，３２が形成されていない。

下地電極層３０，３２を形成しない場合、樹脂電極層２０ａ，２２ａは、熱硬化性樹脂と、Ａｇ粉もしくはＡｇで表面コーティングされた金属粉の第１の導電性フィラーと、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉなどの比較的融点の低い金属粉の第２の導電性フィラーと、を含む材料からなることが好ましい。特に、第２の導電性フィラーは、Ｓｎであることが好ましい。この第２の導電性フィラーは、樹脂電極層２０ａ，２２ａと内部電極１２，１３との接合強度を向上させることができる。

１．実施例および比較例
実施例の試料（積層セラミックコンデンサ１）と比較例の試料（積層セラミックコンデンサ１においてＣｕめっき層２０ｂ，２２ｂ無しのコンデンサ）とが、下記の仕様で作製され、ＥＳＲ（等価直列抵抗）の測定が行われた。比較例の試料は、Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂを形成しないこと以外は、実施例の試料と同じ条件とした。試料数はそれぞれ２０個とした。

（仕様）
（１）設計値サイズ（Ｌ×Ｗ×Ｔ）：３．３ｍｍ×２．６ｍｍ×２．６ｍｍ
（２）静電容量：４．７μＦ
（３）定格電圧：５０Ｖ
（４）セラミック層１１，１５ａ，１５ｂの材料：ＢａＴｉ₂Ｏ₃
（５）下地電極層３０，３２の材料：Ｃｕ
下地電極層３０，３２の厚み：１２５μｍ（端面中央部における設計値）
（６）外部電極２０，２２の構造
（ａ）樹脂電極層２０ａ，２２ａの導電性フィラー：Ａｇ
樹脂電極層２０ａ，２２ａの熱硬化性樹脂：エポキシ系熱硬化性樹脂
樹脂電極層２０ａ，２２ａの熱硬化温度：２００〜２５０℃
樹脂電極層２０ａ，２２ａの厚み：１１０μｍ（端面中央部における設計値）
（ｂ）Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂの厚み：２μｍ（端面中央部における設計値）
（ｃ）Ｎｉめっき層２０ｃ，２２ｃの厚み：２．５μｍ（端面中央部における設計値）
（ｄ）Ｓｎめっき層２０ｄ，２２ｄの厚み：３．５μｍ（端面中央部における設計値）
（７）未焼成のセラミック素体１０の焼成温度：１２００℃（２時間）

２．実施例および比較例の評価方法および評価結果
ＥＳＲ（等価直列抵抗）は、プレシジョンＬＣＲメーター（Ａｇｉｌｅｎｔ社製：Ｅ４９８０Ａ）を用いて、測定周波数１ＭＨｚ、測定電圧５００ｍＶの条件で測定された。

表１は、積層セラミックコンデンサのＥＳＲの測定結果を示す。

表１より、実施例の積層セラミックコンデンサ１（樹脂電極層２０ａ，２２ａとＮｉめっき層２０ｃ，２２ｃとの間にＣｕめっき層２０ｂ，２２ｂが形成されている積層セラミックコンデンサ１）は、比較例の積層セラミックコンデンサ（Ｃｕめっき層２０ｂ，２２ｂが無く、樹脂電極層２０ａ，２２ａ上にＮｉめっき層２０ｃ，２２ｃが直接に形成されている積層セラミックコンデンサ）よりもＥＳＲ値が小さくなることが認められた。

なお、この発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。

セラミック電子部品は、セラミックコンデンサの他に、セラミックインダクタ、セラミックＩＣ、セラミック圧電部品などであってもよい。積層セラミックコンデンサの場合は、セラミック層の材料として、フェライトなどの磁性体セラミック材料が用いられる。セラミックＩＣの場合は、セラミック層の材料として、スピネル系セラミックなどの半導体セラミック材料が用いられる。セラミック圧電部品の場合は、セラミック層の材料として、ＰＺＴ系セラミックなどの圧電体セラミック材料が用いられる。

１，１Ａ 積層セラミックコンデンサ
１０ セラミック素体
１１ 内層用セラミック層
１２，１３ 内部電極
１５ａ，１５ｂ 外層用セラミック層
２０，２２ 外部電極
２０ａ，２２ａ 樹脂電極層
２０ｂ，２２ｂ Ｃｕめっき層
２０ｃ，２２ｃ Ｎｉめっき層
２０ｄ，２０ｄ Ｓｎめっき層
３０，３２ 下地電極層

Claims (3)

1. 複数のセラミック層と複数の内部電極とが交互に積層されてなるセラミック素体と、
   前記セラミック素体の外表面に形成され、前記内部電極と電気的に接続されている外部電極と、を備えたセラミック電子部品であって、
   前記外部電極は、熱硬化性樹脂および導電性フィラーを含む樹脂電極層と、前記樹脂電極層上に形成されたＣｕめっき層と、前記Ｃｕめっき層上に形成されたＮｉめっき層と、前記Ｎｉめっき層上に形成されたＳｎめっき層と、で構成され、
   前記導電性フィラーは、Ａｇ粉、もしくは、Ａｇで表面コーティングされた金属粉からなること、
   を特徴とする、セラミック電子部品。
2. 前記金属粉はＣｕ粉であること、を特徴とする、請求項１に記載のセラミック電子部品。
3. 前記外部電極は、導電性金属およびガラス成分を含有する下地電極層を介在して、前記セラミック素体の外表面に形成されていること、を特徴とする、請求項１または請求項２に記載のセラミック電子部品。

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