專利名稱：疊層陶瓷電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疊層陶瓷電子器件，特別涉及具有耐電路基板伸縮性優(yōu)良的和耐電路基板彎曲性優(yōu)良的疊層陶瓷電容器。
典型的疊層陶瓷電容器由具有內(nèi)部電極的陶瓷疊層和外部電極構(gòu)組成。陶瓷疊層體由燒結(jié)多層生的陶瓷層組成的陶瓷生的陶瓷疊層體形成。這種生的陶瓷層由電介質(zhì)材料形成，并且將內(nèi)部電極設(shè)置在陶瓷層之間。通過在多層生的陶瓷層上印刷導(dǎo)電糊，并且燒結(jié)印刷在構(gòu)成生的陶瓷疊層體的多層生的陶瓷成上的導(dǎo)電糊，形成內(nèi)部電極。形成每個內(nèi)部電極，使得端部暴露在陶瓷層的端面上。通過將導(dǎo)電糊涂敷在陶瓷疊層體的端面上、以便與暴露在陶瓷疊層體端面上的內(nèi)部電極的一端連接的步驟，以及燒結(jié)導(dǎo)電性糊的步驟，形成外部電極。
用于形成外部電極的導(dǎo)電性糊，主要由導(dǎo)電性成分、無機(jī)粘結(jié)劑和有機(jī)溶劑組成。特別，在使用例如銅(Cu)或者鎳(Ni)那樣的賤金屬作為導(dǎo)電性成分的場合，為了防止導(dǎo)電性成分被氧化，在氮氣(N2)中進(jìn)行燒結(jié)。作為在氮氣(N2)中進(jìn)行燒結(jié)時的無機(jī)粘結(jié)劑，在日本實開昭58-14600號公報中公開了基于氧化鋇(BaO)的玻璃，在日本特開平4-15606號公報中公開了基于氧化鋅(ZnO)的玻璃。
作為無機(jī)粘結(jié)劑使用前述玻璃的導(dǎo)電糊，能在氮氣(N2)中進(jìn)行燒結(jié)，但是導(dǎo)電糊對于陶瓷體的粘結(jié)強度低。因此，在將具有由前述導(dǎo)電糊形成的外部電極的疊層陶瓷電容器安裝在電路基板上的場合，當(dāng)周圍溫度急劇變化或者當(dāng)熱擊被施加到疊層陶瓷電容器上時，由于電路基板伸縮產(chǎn)生的應(yīng)力或者由于外力引起的電路基板的彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力，在某些情況下在疊層陶瓷電容器的內(nèi)部會發(fā)生裂縫。近年來，伴隨著電容器薄到0.3到0.2mm的厚度，陶瓷層的厚度降低到幾到30mm，內(nèi)部電極的厚度降低到0.5到2.0μm。對于前述的疊層陶瓷電容器，內(nèi)部裂縫的發(fā)生會導(dǎo)致致命的缺陷。
本發(fā)明為解決前述問題，其目的在于一種疊層陶瓷電子元件，這種疊層陶瓷電子元件具有優(yōu)良的耐電路基板伸縮性以及耐彎曲性。特別，本發(fā)明的疊層陶瓷電子元件具有耐由于在安裝時熱擊引起的電路基板的伸縮而產(chǎn)生的應(yīng)力、以及耐由于施加外力所引起的電路基板的彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力的機(jī)械強度。
為達(dá)到這種目的，本發(fā)明的疊層陶瓷電子元件，包括多個陶瓷層，在陶瓷層之間形成的多個內(nèi)部電極，和連接到內(nèi)部電極上的外部電極，其中所述外部電極包含導(dǎo)電體和具有楊氏模量小于等于9.0×109Pa的無機(jī)粘結(jié)劑。


圖1表示與本發(fā)明實施例相關(guān)的疊層陶瓷電容器的立體圖。
下面，參照附圖對實施本發(fā)明的最佳實施形態(tài)進(jìn)行說明。
實施形態(tài)表1中所示的玻璃可以作為用于形成外部電極的導(dǎo)電糊的無機(jī)粘結(jié)劑。但是，本發(fā)明的特征在于用具有楊氏模量小的堿性硅酸鹽玻璃或者磷酸鹽玻璃，作為形成外部電極的導(dǎo)電糊的無機(jī)粘結(jié)劑。
利用楊氏模量小于等于9.0×109Pa的玻璃，更佳的是小于等于6.3×109Pa的玻璃，作為包含在外部電極中的無機(jī)粘結(jié)劑，則能得到在將疊層陶瓷電子器件焊接到母板上時滿足耐熱擊、并具有優(yōu)良的彎曲和伸縮特性以及具有高機(jī)械強度的疊層陶瓷電子器件。
在導(dǎo)電成分是例如鎳(Ni)或者銅(Cu)的賤金屬的場合，在非氧化氣氛中進(jìn)行燒結(jié)。如前所述，當(dāng)無機(jī)粘結(jié)劑至少由堿性硅酸鹽玻璃或者磷酸鹽玻璃中的一種構(gòu)成時，這種無機(jī)粘結(jié)劑能充分柔軟地流動，以便在保持粘結(jié)劑功能的同時促進(jìn)導(dǎo)電成分的燒結(jié)，其結(jié)果，能充分地提高外部電極的粘結(jié)強度。
在無機(jī)粘結(jié)劑是堿性硅酸鹽玻璃的場合，這種玻璃除包含硅和例如鈉(Na)或者鋰(Li)的堿性金屬成分外，還可以包含Al2O3。在無機(jī)粘結(jié)劑是磷酸鹽玻璃的場合，這種玻璃除包含磷外，還可以包含Al2O3和/或堿性金屬氧化物。
導(dǎo)電成分不限于Ni、Cu等賤金屬及其合金，也可用貴金屬如Ag或Pd。
前述玻璃實質(zhì)上包含非堿土金屬氧化物和非鋅氧化物。包含堿土金屬氧化物和鋅氧化物的玻璃的楊氏模量增大。此外，從環(huán)境保護(hù)的觀點出發(fā)，在玻璃中不包含鉛氧化物為佳，這種鉛氧化物污染環(huán)境。
此外，較好的是相對于100份重量的前述導(dǎo)電成分，包含2到50份重量、更佳的是4到20份重量的前述無機(jī)粘結(jié)劑。當(dāng)無機(jī)粘結(jié)劑的含量超過前述時，在某些場合導(dǎo)電性會降低，與此相反，當(dāng)無機(jī)粘結(jié)劑的含量少于前述時，在某些場合前述粘結(jié)劑的功能不能完全實現(xiàn)。
下面，以疊層陶瓷電容器為例說明本發(fā)明的疊層陶瓷電子器件。
如圖1所示，疊層陶瓷電容器1主要由陶瓷疊層體2和連接到內(nèi)部電極3的外部電極4構(gòu)成。其中，陶瓷疊層體2由多個陶瓷層2a和設(shè)置在陶瓷層之間的多個內(nèi)部電極構(gòu)成。
陶瓷疊層體2由將例如BaTiO3組成的電介質(zhì)材料構(gòu)成的疊層陶瓷原料片分散在容器中，并在這種容器中將印刷的導(dǎo)電糊提供在這種陶瓷原料片之間，對這種陶瓷原料片進(jìn)行燒結(jié)的步驟做成。
將內(nèi)部電極3設(shè)置在陶瓷層2a之間，構(gòu)成陶瓷疊層體2。形成每個內(nèi)部電極3使其一端暴露在陶瓷疊層體2的一個端面上。內(nèi)部電極3由通過將導(dǎo)電糊印刷在陶瓷原料片上，并燒結(jié)印刷在構(gòu)成陶瓷原料疊層體的陶瓷原料片上的導(dǎo)電糊的步驟做成。
外部電極4在暴露在陶瓷疊層體2的端面的一端上與內(nèi)部電極連接，并用將導(dǎo)電糊涂敷在陶瓷疊層體2的端面上進(jìn)行燒結(jié)形成。
在前述實施形態(tài)中，使用BaTiO3作為構(gòu)成陶瓷層2a的材料，但本發(fā)明不限于此，例如可以選擇使用PbTiO3或者PbZrO3。
此外，內(nèi)部電極數(shù)3和電氣與機(jī)械連接到外部電極4上的內(nèi)部電極數(shù)3不限于圖1所示的實施形態(tài)，也可以將內(nèi)部電極設(shè)置成不暴露在陶瓷疊層體2的端面上。
因為疊層陶瓷電容器具有前述結(jié)構(gòu)的外部電極4，所以即使在疊層陶瓷電容器1具有大約0.15到2mm厚度的很小而且很薄，并且其中每個內(nèi)部電極3具有小于等于40μm的厚度，每個內(nèi)部電極3具有小于等于3.0μm的厚度的場合，疊層陶瓷電容器1也能滿足在焊接時耐熱擊，具有優(yōu)良的彎曲和彈性，并具有高的機(jī)械強度。
實施例首先，準(zhǔn)備主要由BaTiO3構(gòu)成的粉末陶瓷、粘結(jié)劑和可塑劑，并利用球磨機(jī)將這些材料均勻地混合在一起，由此做成陶瓷漿。接著，用括漿法(doctorblade method)，使用做成的陶瓷漿構(gòu)成陶瓷原料片。接著，將包含Ni的導(dǎo)電糊作為導(dǎo)電成分，涂敷在預(yù)先決定的陶瓷原料片上，用于形成的電極膜，通過疊層具有電極膜的陶瓷原料片和不具有電極膜的陶瓷原料片，相繼地構(gòu)成多個陶瓷原料疊層體。接著，在1300℃并在氮氣(N2)中對多個陶瓷原料片進(jìn)行燒結(jié)，從而構(gòu)成多個陶瓷疊層體。
接著，準(zhǔn)備表2所示的4.5份重量的玻璃料，25.5份重量的包含乙基纖維素、丁基卡必醇和松油醇的有機(jī)溶劑，和70份重量的銅粉，并進(jìn)行混合和攪拌制作導(dǎo)電糊。用這種方法，制作實施例1到4的導(dǎo)電糊以及比較例1到4的導(dǎo)電糊。
接著，如圖4a所示，利用疊層(laminate)將實施例1到4的導(dǎo)電糊以及比較例1到4的導(dǎo)電糊涂敷在相應(yīng)的陶瓷疊層體的2個相對的端面上，并與連接相對端面的一側(cè)的一端重疊。將得到的具有導(dǎo)電糊的陶瓷疊層體在150℃干燥10分鐘后，在氮氣(N2)的氣氛中在最大溫度600℃下燒結(jié)10分鐘，得到具有連接到內(nèi)部電極的一對外部電極的陶瓷疊層體。
接著，利用電鍍在一對外部電極上形成鍍Ni膜，接著，利用電鍍在鍍Ni膜上形成鍍Sn膜，從而形成疊層陶瓷電容器。圖6示出了Ni和Sn的組合。用這種方法，形成實施例1到4和比較例1到4的疊層陶瓷電容器。
將引導(dǎo)線焊接在每個疊層陶瓷體電容器的外部電極上，用于測量實施例l到4和比較例1到4的試料的抗垃強度。在這種測量中，將焊接在外部電極上的引導(dǎo)線以100mm/分鐘的速度拉伸，通過外部電極在其間界面上從陶瓷疊層體分離的負(fù)載，決定外部電極的抗垃強度。表2示出了其結(jié)果。
此外，在長100mm×寬40mm×厚1.6mm的玻璃環(huán)氧樹脂基板的中央部分的區(qū)域上，用Sn/Pb共晶焊錫安裝實施例1到4和比較例1到4的疊層陶瓷電容器，制作用于測量彎曲強度的實施例1到4和比較例1到4的試料。測量實施例1到4和比較例1到4的試料的彎曲強度，表2示出了其結(jié)果。按照日本電子工業(yè)協(xié)會(EIAJ)規(guī)定的方法，測量彎曲強度。即，固定被增強環(huán)氧樹脂襯底的2端，在向著前面的方向上用壓桿壓住后表面的中心點，對增強環(huán)氧樹脂襯底的玻璃進(jìn)行彎曲，以壓桿從開始移動到安裝在增強環(huán)氧樹脂襯底的玻璃上的疊層陶瓷電容器中發(fā)生裂縫的位置的距離作為彎曲強度。
如表2所示，用具有6.3×109Pa左右的楊氏模量的堿性硅酸鹽玻璃或者磷酸鹽玻璃作為無機(jī)粘結(jié)劑，構(gòu)成實施例1到4的疊層陶瓷電容器，則具有16.0到21.0N的高拉伸強度，并具有3.88到4.01mm的高彎曲強度。與此相對，用具有10×109Pa左右的楊氏模量的硼硅酸鋇或者硼硅酸鋅玻璃作為無機(jī)粘結(jié)劑，構(gòu)成比較例1到4的疊層陶瓷電容器，則具有8.0到15.0N的垃伸強度，并具有1.53到2.16mm的彎曲強度，其結(jié)果比實施例1到4的疊層陶瓷電容器差。
如前所述，本發(fā)明的疊層陶瓷電子器件具有優(yōu)良的耐電路基板伸縮性以及耐彎曲性。特別，本發(fā)明的疊層陶瓷電子元件具有耐由于施加外力所引起的電路基板的彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力的機(jī)械強度、以及耐由于在安裝時熱擊引起的電路基板的伸縮而產(chǎn)生的應(yīng)力。
權(quán)利要求
1．一種疊層陶瓷電子元件，其特征在于，包括多個陶瓷層，所述陶瓷層具有多個邊緣，多個內(nèi)部電極，將所述內(nèi)部電極的每一個設(shè)置在一對陶瓷層之間，外部電極，所述外部電極至少連接到一個內(nèi)部電極上，并包含導(dǎo)電體和具有楊氏模量小于等于9.0×109Pa的無機(jī)粘結(jié)劑。
2．如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，所述導(dǎo)電體由賤金屬構(gòu)成。
3．如權(quán)利要求2所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，所述無機(jī)粘結(jié)劑至少由堿性硅酸鹽玻璃或者磷酸鹽玻璃中的一種構(gòu)成。
4．如權(quán)利要求3所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，所述玻璃實質(zhì)上包含非堿土金屬氧化物和非鋅氧化物，其中，所述無機(jī)粘結(jié)劑具有小于等于6.3×109Pa的楊氏模量。
5．如權(quán)利要求4所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，相對于100份重量的導(dǎo)電體，所述外部電極包含2到50份重量的無機(jī)粘結(jié)劑。
6．如權(quán)利要求5所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，至少1個內(nèi)部電極的端面暴露在陶瓷層的邊緣，并且使外部電極與內(nèi)部電極連接在暴露在陶瓷層的邊緣的一端上。
7．如權(quán)利要求6所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，所述疊層陶瓷電子元件是疊層陶瓷電容器。
8．如權(quán)利要求7所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，每個陶瓷層具有小于等于40μm的厚度，每個內(nèi)部電極具有小于等于3μm的厚度，并且疊層陶瓷電容器具有0.15到2mm的的厚度。
9．如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，所述無機(jī)粘結(jié)劑至少由堿性硅酸鹽玻璃或者磷酸鹽玻璃中的一種構(gòu)成。
10．如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，所述無機(jī)粘結(jié)劑具有小于等于6.3×109Pa的楊氏模量。
11．如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，所述玻璃實質(zhì)上包含非堿土金屬氧化物和非鋅氧化物。
12．如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，相對于100份重量的導(dǎo)電體，所述外部電極包含2到50份重量的無機(jī)粘結(jié)劑。
13．如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，至少1個內(nèi)部電極的端面暴露在陶瓷層的邊緣，并且使外部電極與內(nèi)部電極連接在暴露在陶瓷層的邊緣的一端上。
14．如權(quán)利要求13所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，所述疊層陶瓷電子元件是疊層陶瓷電容器。
15．如權(quán)利要求14所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，每個陶瓷層具有小于等于40μm的厚度，每個內(nèi)部電極具有小于等于3μm的厚度，并且疊層陶瓷電容器具有0.15到2mm的的厚度。
16．一種疊層陶瓷電子元件，其特征在于，包括至少設(shè)置3層陶瓷層，以便形成具有多個端面的陶瓷體，使得至少有2對陶瓷層鄰接，至少2個內(nèi)部電極，將每個內(nèi)部電極設(shè)置在不同對的鄰接陶瓷層之間，至少1對外部電極，每個外部電極至少連接到不同的2個內(nèi)部電極的1個上，每個外部電極包括導(dǎo)電體和至少包含堿性硅酸鹽玻璃或者磷酸鹽玻璃中一種的無機(jī)粘結(jié)劑。
17．如權(quán)利要求16所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，所述玻璃具有小于等于6.3×109Pa的楊氏模量。
18．如權(quán)利要求17所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，所述玻璃實質(zhì)上不包含非堿土金屬氧化物和非鋅氧化物以及鉛。
19．如權(quán)利要求18所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，相對于100份重量的導(dǎo)電體，所述外部電極包含2到50份重量的無機(jī)粘結(jié)劑，其中，所述陶瓷是包含鈦酸鹽的鋇(Ba)或者鉛(Pb)。
20．如權(quán)利要求19所述的疊層陶瓷電子元件，其特征在于，至少2個內(nèi)部電極的每一端暴露在陶瓷體的不同的端面上，并且使外部電極與各個內(nèi)部電極連接在暴露在陶瓷體的端面的一端上。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種疊層陶瓷電容器,這種電容器具有彈性和彎曲特性,并具有耐焊接安裝電路基板時產(chǎn)生的熱擊的高機(jī)械強度。疊層陶瓷電容器由疊層和外部電極構(gòu)成,其中疊層體由多個陶瓷層和設(shè)置在它們之間的多個內(nèi)部電極構(gòu)成,使得每個內(nèi)部電極的一端暴露在疊層體的一個端面上,外部電極至少被連接到一個內(nèi)部電極上,并包含導(dǎo)電元件和具有楊氏模量小于等于9.0×10
文檔編號H01G4/33GK1314686SQ0111171
公開日2001年9月26日 申請日期2001年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月17日
發(fā)明者野田悟, 浜田邦彥 申請人:株式會社村田制作所