JP2968316B2

JP2968316B2 - 積層型セラミックコンデンサ

Info

Publication number: JP2968316B2
Application number: JP17396890A
Authority: JP
Inventors: 宣雄横江
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1999-10-25
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JPH0461214A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、銀系の外部端子電極を形成した積層型セラ
ミックコンデンサに関する。

〔従来の技術〕

電子機器の小型化に伴い、電子機器に使用される電子
部品も小型化している。例えば、セラミックコンデンサ
では、小形で軽量な積層型セラミックコンデンサが開発
されている。この積層型セラミックコンデンサは、例え
ば、厚さ数μｍの内部電極層と厚さ数十μｍのセラミッ
ク誘電体層とが交互に積層されて一体焼成されたコンデ
ンサ本体と、該コンデンサ本体の一対の端面に形成され
た外部端子電極とを有している。ここで、外部端子電極
は、誘電性ペーストを用いて形成されている。なお、前
記積層型セラミックコンデンサでは、はんだ耐熱性を向
上させ、またプリント基板への実装を容易にするため
に、電気メッキ法により表面にNi膜又はSn膜が形成され
ている。

従来、上述のような積層型セラミックコンデンサの外
部端子電極形成用の導電性ペーストとして、銀系の導電
性粉末と硼珪酸亜鉛系ガラスフリットと有機ビヒクルと
を主成分とするものが知られている（特公昭62−16625
号公報参照）。なお、硼珪酸亜鉛系ガラスフリットと
は、ZnOとB₂O₃とSiO₂とを主成分とするガラスフリット
である。係る導電性ペーストによる外部端子電極の形成
は、コンデンサ本体の内部電極層が露出する一対の端面
に上述の導電性ペーストを塗布し、該ペースト中の誘電
性粉末とガラスフリットとを焼成してコンデンサ本体と
一体化することにより行われている。

上述の導電性ペーストによる外部端子電極は、コンデ
ンサ本体内部の内部電極との接続性及びコンデンサ本体
との結合強度がともに良好であり、また表面にメッキ皮
膜が容易に形成できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来の上述導電性ペーストを用いて外部端子電極
を形成した積層セラミックコンデンサでは、焼成工程で
ガラスフリット中のZnOがコンデンサ本体に浸入し、こ
のZnOとコンデンサ本体の誘電体磁器素体との反応によ
りコンデンサ本体にクラックを生じさせる場合がある。
特に、チタン酸バリウムやニオブ酸鉛製の誘電体磁器素
体では、クラックが生じやすい。

本発明の目的は、誘電体磁器素体にクラックを生じに
くく、しかも内部電極との接続性及びコンデンサ本体と
の結合強度が良好であり、またメッキ皮膜の形成が容易
な外部端子電極を有する積層セラミックコンデンサを提
供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の積層型セラミックコンデンサの外部端子電極
は、銀系の導電性粉末と、ZnOを含む硼珪酸亜鉛系ガラ
スフリット、有機ビヒクルから成る誘電性ペーストを焼
き付けにより形成された導体膜により構成されている。

この導電性ペーストは、硼珪酸亜鉛系ガラスフリット
中 ZnO 13.5〜22.5重量％ B₂O₃ 24.0〜31.0重量％ SiO₂ 29.0〜36.0重量％ Na₂O、Li₂O及びK₂Oの少なととも１種 0.8〜8.0重
量％ BaO、CaO及びSrOの少なくとも１種 4.0〜20.1重
量％を含有することを特徴としている。

本発明の積層型セラミックコンデンサの外部端子電極
に用いられる導電性ペーストは、導電性粉末としては
銀、銀を主成分とする合金の粉末、または銀の粉末に他
の種類の導電性金属の粉末を混合したものが用いられ
る。このような導電性粉末としては、銀−パラジウム合
金にPb、Ni、Cu等の導電性粉末を若干混合したものを例
示できる。導電性粉末の平均粒径は、１〜２μｍ程度が
望ましい。平均粒径が２μｍを越える場合には、導電性
粉末の焼結速度が遅くなりやすい。なお、導電性粉末
は、導電性ペースト中に通常65〜75重量％程度混合され
る。

導電性ペーストのガラスフリットは、導電性ペースト
の焼成時に導電性粉末を積層セラミックコンデンサのコ
ンデンサ本体に接着するための無機バインダ成分であ
る。本発明のガラスフリットとして、硼珪酸亜鉛系ガラ
スフリットが用いられる。硼珪酸亜鉛系ガラスフリット
とは、ZnO、B₂O₃およびSiO₂を主成分とし、これにアル
カリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を混合した
ものである。

本発明で用いられる上述の硼珪酸亜鉛ガラスフリット
では、ZnOは、13.5〜22.5重量％、好ましくは15〜18重
量％混合されている。これにより、クラックの発生がな
く、且つ実用的に充分な接合強度（2.0kg・ｆ以上）が
達成できる。すなわち、ZnOの混合量が13.5重畳％未満
では、導電性ペーストの軟化点が上昇し、コンデンサ本
体と端子電極との接合強度が低下する。また、導電性ペ
ーストの耐還元性が悪化し、端子電極のメッキ処理が困
難になる。逆に、22.5重量％を越える場合は、ペースト
の焼成中にコンデンサの本体内にZnが多量に浸入し、コ
ンデンサ本体にクラックが生じやすくなる。また、コン
デンサ本体と端子電極との結合強度が低下する。SiO
₂は、ガラスフリット中に29.0〜36.0重量％、好ましく
は30.0〜35.0重量％混合される。SiO₂の混合量が29.0重
量％未満では、ガラスフリット中のZnOの相対量が増加
し、その結果コンデンサ本体にクラックが生じやすくな
る。

逆に、36.0重量％を超えると、ガラスフリットの軟化
点が上昇し、コンデンサ本体と端子電極との接合強度が
低下する。B₂O₃の混合量は、上述のZnO及びSiO₂の混含
量との関係で決定されるが、通常ガラスフリット中に3
1.0重量％以下混合される。B₂O₃の混合量が31.0重量％
を超えると、ペーストの焼結過程でペーストとコンデン
サ本体とが激しく反応し、コンデンサ本体と端子電極と
の接合強度が低下する。

硼珪酸亜鉛系ガラスフリットに含まれるアルカリ金属
系酸化物とは、カリウム、リチウム及びナトリウム等の
アルカリ金属の酸化物（例えばNa₂O、Li₂O及びK₂O等）
である。アルカリ金属系酸化物の混合量は、0.8〜8.0重
量％に設定される。0.8重量％未満の場合は、ガラスフ
リットの軟化点が上昇し、コンデンサ本体と端子電極と
の接着強度が低下する。逆に、8.0重量％を越える場合
は、ペーストの焼結過程においてペーストとコンデンサ
本体とが激しく反応し、コンデンサ本体にクラックが生
じやすくなる。また、アルカリ土類金属系酸化物とは、
Ba、Ca、Sr等のアルカリ土類金属の酸化物（例えばBa
O、CaO、SrO等）である。アルカリ土類金属系酸化物の
混合量は、4.0〜20.1重量％に設定されている。混合量
が４重量％未満では、熱膨張係数が70×10^-7/℃以下と
なって一般の誘電体磁器素体の熱膨張係数と違いすぎる
ため、クラックが生じ易くなる。逆に、20.1重量％を超
えると、軟化点が高くなりすぎ、固着強度が低下する。

本発明に用いられる硼珪酸亜鉛系ガラスフリットに
は、所望によりAl₂O₃が混合されていてもよい。Al₂O₃を
混合した場合は、コンデンサ本体と端子電極中のガラス
フリットとの接合強度を更に高めることができる。但
し、混合量が4.0重量％を越えると、ガラスフリットの
軟化点が上昇し、かえってコンデンサ本体と端子電極と
の接合強度が低下する。

本発明の積層型セラミックコンデンサにおいて、端子
電極の形成に用いる導電性ペーストに含まれる硼珪酸亜
鉛鉛系ガラスフリットの粉末の平均粒径は、２〜10μｍ
程度が好ましい。平均粒径が10μｍよりも大きい場合
は、焼成時に焼成ブクレが発生し、コンデンサ本体と端
子電極との接着性が低下しやすくなる。逆に、２μｍ未
満の場合は、ペーストのレオロジーがペーストを浸漬法
により用いる場合に不適当なものとなる。

なお、上述の硼珪酸亜鉛系ガラスフリットは、導電性
ペースト中に通常2.0〜8.0重量％程度混合される。

本発明に用いられる有機ビヒクルは、有機樹脂と有機
溶剤とを合んでいる。有機樹脂は、導電性ペーストに塗
布可能な粘弾性を付与するための成分であり、側えばエ
チルセルロースやロジン樹脂等が用いられる。

導電性ペースト中の有機樹脂の混合量は、導電性ペー
ストの塗布条件等により適宜設定されるが、通常3.0〜
8.0重量％程度に設定される。一方、有機溶剤は、上述
の有機樹脂成分を溶解し、導電性ペーストに所望の粘性
を付与するための成分である。有機溶剤としては、例え
ばα−テルピネオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペン
タンジオールモノイソブチレート、ブチルカルビトール
アセテート（BCA）等が用いられる。導電性ペースト中
の有機溶剤の混合量は、導電性ペーストの塗布条件等に
より適宜設定されるが、通常16.0〜32.0重量％程度に設
定される。

本発明の導電性ペーストには、有機白金、有機ロジウ
ム、有機金、有機銀等の有機貴金属のコロイドを若干添
加してもよい。この場合、導電性ペーストの焼結を促進
させることができる。

次に、本発明の積層型セラミックコンデンサの一例を
第１図及び第２図に示す。第１図は積層型セラミックコ
ンデンサの斜視図であり、第２図は第１図のII−II断面
図である。

図において、積層型セラミックコンデンサ１は、直方
体状のコンデンサ本体２（以下、単に本体部という）
と、該本体部２の一対の両端に対向するように配置され
た１対の外部端子電極3a、3bとを備えている。

本体部２は、例えばチタン酸バリウムやニオブ酸鉛の
ような磁器材料のグリーンシートが多数枚積層されたも
のを焼成して一体化することにより構成されている。本
体部２の内部には、内部電極4a、4bが交互に多数配置さ
れている。内部電極4aは、本体部２の図右側端面に配置
された外部端子電極3aに接続されており、左側端面に配
置された外部端子電極3bとは絶縁されている。

一方、内部電極4bは外部端子電極3bに接続されてお
り、外部端子電極3aとは絶縁されている。また、内部電
極4a、4bは、それぞれ平行に配置されている。

前記積層型セラミックコンデンサ１では、外部端子電
極3a、3bは、導電性ペーストの塗布焼き付けにより形成
された導体膜と、該導体膜上に被覆されたメッキ皮膜と
から構成されている。したがって、外部端子電極3a、3b
は、銀系の導電性材料と硼珪酸亜鉛系ガラスフリットと
から構成されている。

この積層型セラミックコンデンサ１では、焼成された
磁器材料を介して対向する内部電極4a、4b間に電荷が蓄
積される。そして、外部端子電極3a,3bは、それぞれ本
体部２内に構成されたコンデンサの入出力用端子とな
る。

次に、本発明の積層型セラミックコンデンサの外部端
子電極3a、3bに用いる導電性ペーストの使用方法に触れ
つつ、前記積層型セラミックコンデンサ１の製造方法に
ついて説明する。

まず、チタン酸バリウムやニオブ酸鉛等の誘電体磁器
材料と有機バインダーと有機溶媒との混合物をミルで混
練し、スラリーを作成する。そして、このスラリーを用
いて厚さ20〜25μｍ程度のグリーンシートを作成する。
グリーンシートの作成は、スラリーの状態や作成するグ
リーンシートの厚みに応じて、例えばブレードコーター
やロールコーター等を用いて行われる。

次に、得られたグリーンシート上に内部電極4a、4bを
形成するための導電性ペーストを塗布する。導電性ペー
ストの塗布は、膜厚が数μｍ程度となるように、所定の
内部電極パターンに従って行われる。

なお、導電性ペーストは、Ag/Pd混合粉と有機樹脂と
有機溶剤とから構成されている。

次に、内部電極用の印刷が施されたグリーンシートの
積層を行う。そして、グリーンシートの積層体を1200℃
程度で焼成し、本体部２を作成する。なお、焼成時の温
度は、誘電体磁器材料及び導電性ペースト双方の収縮状
態が一致するような温度に設定するのが好ましい。焼成
により得られた本体部２の両端部には、それぞれ内部電
極4aまたは4bの端部が露出している。

次に、得られた本体部２の両端面、すなわち内部電極
4aまたは4bが露出する面に外部端子電極3a、3bを形成す
る。外部端子電極3a、3bの形成では、まず当該両端面に
本発明に係る導電性ペーストを120〜170μｍ程度の厚み
に塗布する。導電性ペーストの塗布は、例えば浸漬法、
転写法等により行われる。導電性ペーストの塗布後、導
電性ペーストを乾燥させる。ここでは、導電性ペースト
中の溶剤が揮発する。

次に、導電性ペーストの焼成を行う。焼成温度は、通
常700〜750℃程度に設定される。焼成工程では、まず30
0℃付近でペースト中の樹脂成分が揮散し、さらに焼成
を続けると導電性粉末の焼結反応とガラスフリットの焼
成反応とがおこる。ガラスフリットの焼成反応では、ガ
ラスフリット中のZnOの含量が従来例に比べて少ないた
め、本体部２内に侵入するZnOの分量が少ない。したが
って、本発明に係る導電性ペーストを用いた場合には、
ガラスフリットの焼成反応においてガラスフリットと本
体部２とが反応しにくい。この結果、導電性ペーストの
焼成後の本体部２には、クラックが生じにくくなる。な
お、本発明に用いられるガラスフリットは、従来例と同
じく硼珪酸亜鉛系ガラスフリットであるため、本体部２
と外部端子電極3a、3bは強固に接合される。また、外部
端子電極3a,3bは、内部電極4a,4bとの接続性が良好であ
る。

得られた積層型セラミックコンデンサ１の外部端子電
極3a、3bには、Niメッキが施される。さらにその上にSn
−Pbのはんだメッキが施される。これにより、良好なは
んだ濡れ性とはんだ耐熱性とを備えた積層型セラミック
コンデンサ１が得られる。なお、外部端子電極3a、3b
は、硼珪酸亜鉛系ガラスフリットを含むため、メッキ処
理が容易である。

〔実施例〕

Ag粉末100重量部と、表に示す組成の硼珪酸亜鉛系ガ
ラスフリット５重量部と、有機ビヒクル34重量部とを混
合し、導電性ペーストを作成した。なお、有機ビヒクル
には、エチルセルロースと天然ロジンとをαテルピネオ
ールに溶解したものを用いた。

次に、チタン酸バリウム（誘電体磁器材料）からなる
厚さ0.85mmチタン酸バリウム25型磁器コンデンサ素体
（京セラ（株）製）を準備し、浸漬法により導電性ペー
ストを塗布した。そして、この導電性ペーストを昇温乾
燥し、さらに770℃で８分間焼成することにより、外部
端子電極が形成された積層型セラミックコンデンサを製
造した。得られた積層型セラミックコンデンサについ
て、試験を行った。

試験項目及び試験方法は次の通りである。

引っ張り強度外部端子電極にすず引き銅線（0.6φ）ハンダ付けし
た20個の試料を用意し、各試料について引っ張り試験機
により測定した値の最小値で表した。実用上、特に問題
のない2.0kg・ｆ以上が合格である。

コンデンサ本体のクテックの発生積層型セラミックコンデンサの外部端子電極を研磨し
て本体部を露出させ、顕微鏡によりクラックの発生を調
べた。評価は次の通りである。

○：クラックの発生無。

△：クラックの発生が少しみられた。

×：クラックの発生が顕著であった。

試験結果を表に示す。なお、試料番号３、４、５、
６、９、10、11、12、13が発明に係る導電性ペーストを
用いた実施例である。

〔発明の効果〕本発明の積層型セラミックコンデンサでは、外部端子
電極に用いる導電性ペーストとして、ガラスフリットに
硼珪酸亜鉛系ガラスフリットを用い、しかも当該ガラス
フリット中のZnO、B₂O₃、SiO₂の含量を上述の範囲に設
定している。したがって、本発明によれば、コンデンサ
本体にクラックを生じさせにくく、しかもコンデンサ本
体の内部電極との接続性及びコンデンサ本体との接合強
度とが良好であり、また焼成後のメッキ処理が容易な積
層型セラミックコンデンサとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る積層型セラミックコンデンサの斜
視図、第２図は第１図II−II断面図である。１……積層型セラミックコンデンサ、3a、3b……外部端
子電極

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに誘電体磁器層を介して積層された複
数の内部電極層と、該内部電極層に接続される１対の外
部端子電極を備える積層型セラミックコンデンサにおい
て、前記外部端子電極は、銀系の導電性粉末と、硼珪酸亜鉛
系ガラスフリットと、有機ビヒクルとを含む導電性ペー
ストの塗布・焼き付けにより形成された導体膜からな
り、該導体膜は、 ZnO 13.5〜22.5重量％ B₂O₃ 24.0〜31.0重量％ SiO₂ 29.0〜36.0重量％ Na₂O、Li₂O及びK₂Oの少なととも１種 0.8〜8.0重量
％ BaO、CaO及びSrOの少なくとも１種 4.0〜20.1重量
％を含有する硼珪酸亜鉛系ガラスを含むことを特徴とする
積層型セラミックコンデンサ。