專利名稱：厚膜電極和多層陶瓷電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及厚膜電極和多層陶瓷電子器件。具體而言，本發(fā)明涉及一種安置在各種電子器件中任何一種的表面上的厚膜電極，所述電子器件如多層陶瓷電子器件，還涉及一種多層陶瓷電子器件，如包含作為外電極的厚膜電極的多層壓電器件。
背景技術(shù)：
在常規(guī)的多層陶瓷電子器件如多層壓電器件中，將各自主要由諸如Ag的導(dǎo)電材料組成的多個(gè)厚膜外電極安置在其中嵌埋有內(nèi)電極的多層壓電元件的兩個(gè)端面上。
通常，通過在多層壓電元件上印刷或涂覆導(dǎo)電膏然后進(jìn)行燒制而形成外電極，所述導(dǎo)電膏是通過捏合諸如Ag的導(dǎo)電粉、玻璃料、有機(jī)樹脂和有機(jī)溶劑而形成的。
但是，在這種多層陶瓷電子器件中，在極化處理或在隨后的長(zhǎng)期操作中，陶瓷層壓體的重復(fù)的微小伸長(zhǎng)和收縮可能使陶瓷層壓體疲勞從而導(dǎo)致裂縫。于是，裂縫延伸到外電極，從而使外電極破裂。結(jié)果，多層陶瓷電子器件無(wú)法起到電子器件作用。
因此，已經(jīng)提出了一種已知的多層陶瓷電容器型電致伸縮器件，該器件是通過以下步驟制備的將諸如金屬膏、鋼絲棉或?qū)щ娤鹉z的導(dǎo)電部件與外電極的側(cè)表面接觸，用熱收縮管覆蓋導(dǎo)電部件，并且用熱風(fēng)使熱收縮管收縮(專利文件1)。
專利文件1試圖通過導(dǎo)電部件結(jié)合到外電極上，從而即使在層壓體或外電極中出現(xiàn)裂縫，也確保電連接。
關(guān)于另一種已知的技術(shù)，已經(jīng)提出了一種多層壓電致動(dòng)器器件，該器件具有一對(duì)導(dǎo)電構(gòu)件和一對(duì)外電極，每個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件均與相應(yīng)的側(cè)表面分開并且面對(duì)相應(yīng)的側(cè)表面，并且每個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件均連接到相應(yīng)的外電極上(專利文件2)。
在專利文件2中，通過銅焊將導(dǎo)電構(gòu)件在寬度方向上的一端結(jié)合到外電極上，而導(dǎo)電構(gòu)件在寬度方向上的另一端是自由端。即使在層壓體或外電極中出現(xiàn)裂縫，這種結(jié)構(gòu)也將避免裂縫的延伸，從而確保導(dǎo)電構(gòu)件的連續(xù)性，如此防止功能劣化。
專利文件1日本未審查專利申請(qǐng)出版物No.5-218519專利文件2日本未審查專利申請(qǐng)出版物No.2002-9356。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將要解決的問題但是，專利文件1存在以下問題如圖7所示，導(dǎo)電構(gòu)件53僅僅通過熱收縮管51結(jié)合到外電極52上。即，導(dǎo)電構(gòu)件53沒有與外電極51形成一個(gè)整體，導(dǎo)致結(jié)合表面54處的不連續(xù)粘附。因此，當(dāng)由于例如長(zhǎng)期連續(xù)操作而在陶瓷層壓體55中出現(xiàn)裂縫56時(shí)，拉伸應(yīng)力作用于箭頭a和a′的方向上。結(jié)果，外電極52可能破裂，從而導(dǎo)致電氣連接差。
專利文件1的另外的問題描述如下外電極52是如上所述地結(jié)合到導(dǎo)電構(gòu)件53上的。即，外電極52和導(dǎo)電構(gòu)件53之間的接觸建立連接。因此，如果將器件長(zhǎng)期置于高溫和高濕下，則導(dǎo)電性不利地下降。
此外，專利文件2存在以下問題由于外電極不是與導(dǎo)電構(gòu)件作為一個(gè)整體形成的，該器件的機(jī)械強(qiáng)度低。因此，類似于專利文件1，層壓體或外電極中裂縫的出現(xiàn)導(dǎo)致連接失敗。而且，如果將器件長(zhǎng)期置于高溫和高濕下，則導(dǎo)電性不利地下降。
專利文件2的另外的問題描述如下由于外電極是通過銅焊結(jié)合到導(dǎo)電構(gòu)件上的，應(yīng)力容易集中在外電極和導(dǎo)電構(gòu)件之間的界面上；因此，在界面處容易發(fā)生分離。
本發(fā)明是考慮這些問題而完成的。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種厚膜電極，該厚膜電極具有滿意的性能，如耐久性和耐濕性，即使在長(zhǎng)期進(jìn)行操作或者將電極長(zhǎng)期放置時(shí)，也不導(dǎo)致電氣連接變差和導(dǎo)電性的下降。本發(fā)明的另一目的是提供一種多層陶瓷電子器件，如多層壓電器件，所述多層陶瓷電子器件包含作為外電極的厚膜電極。
解決問題的方式為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的厚膜電極包含一種燒結(jié)體，該燒結(jié)體含有導(dǎo)電粉和導(dǎo)電加強(qiáng)部件，所述導(dǎo)電粉與導(dǎo)電加強(qiáng)部件成為一體，其中所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件為柵格形式，并且嵌埋在主要含有導(dǎo)電粉的涂膜中。
在根據(jù)本發(fā)明的厚膜電極中，導(dǎo)電加強(qiáng)部件具有由賤金屬組成的芯體和由貴金屬組成的表面。
在根據(jù)本發(fā)明的厚膜電極中，至少導(dǎo)電加強(qiáng)部件的表面具有導(dǎo)電性。
在根據(jù)本發(fā)明的厚膜電極中，構(gòu)成導(dǎo)電加強(qiáng)部件的柵格的部分線從涂膜暴露在外。
根據(jù)本發(fā)明的一種多層陶瓷電子器件包含陶瓷體、內(nèi)電極和外電極，所述內(nèi)電極嵌埋在所述陶瓷體中，所述外電極安置在所述陶瓷體的表面上，并且所述內(nèi)電極與所述外電極電連接，其中所述外電極包含一種燒結(jié)體，該燒結(jié)體含有導(dǎo)電粉和導(dǎo)電加強(qiáng)部件，所述導(dǎo)電粉與導(dǎo)電加強(qiáng)部件成為一體，并且所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件為柵格形式，并且嵌埋在主要含有導(dǎo)電粉的涂膜中。
在根據(jù)本發(fā)明的多層陶瓷電子器件中，外電極具有厚膜電極的特征。
在根據(jù)本發(fā)明的多層陶瓷電子器件中，將主要由導(dǎo)電粉組成的涂膜安置在陶瓷體的側(cè)面上，以將其與內(nèi)電極的一端電連接，所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件為柵格形式，并且將導(dǎo)電線形狀的部件以將導(dǎo)電加強(qiáng)部件的柵格的部分線暴露于涂膜表面的方式嵌埋在涂膜中。
根據(jù)本發(fā)明的多層陶瓷電子器件還包含一種柵格構(gòu)件，該柵格構(gòu)件的表面由在焊接溫度下熔化的金屬組成，其中將所述柵格構(gòu)件層壓在外電極上以與外電極電連接。
在根據(jù)本發(fā)明的多層陶瓷電子器件中，所述陶瓷體是一種由壓電材料組成的壓電元件體。
優(yōu)點(diǎn)根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，厚膜電極包含一種燒結(jié)體，該燒結(jié)體含有導(dǎo)電粉和導(dǎo)電加強(qiáng)部件，所述導(dǎo)電粉與導(dǎo)電加強(qiáng)部件成為一體，其中所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件為柵格形式，并且嵌埋在主要含有導(dǎo)電粉的涂膜中。因此，厚膜電極的機(jī)械強(qiáng)度得以改善。另外，即使涂膜破裂，也可以確保與導(dǎo)電加強(qiáng)部件的連接，并且獲得具有滿意耐久性的厚膜電極。
此外，含有導(dǎo)電加強(qiáng)部件和導(dǎo)電粉的燒結(jié)體的連接不僅僅是通過接觸，而且還通過由燒結(jié)造成的金屬的強(qiáng)結(jié)合而確保的。因此，即使將器件長(zhǎng)期至于高溫和高濕下，也可以抑制導(dǎo)電性的劣化，并且可以改善耐濕性。
另外，導(dǎo)電加強(qiáng)部件具有由賤金屬組成的芯體和由貴金屬組成的表面。因此，可以抑制燒制中的賤金屬的氧化并且改善導(dǎo)電加強(qiáng)部件與導(dǎo)電粉的結(jié)合性，從而進(jìn)一步改善耐久性。
此外，至少導(dǎo)電加強(qiáng)部件的表面具有導(dǎo)電性。因此，使用耐熱非金屬材料作為芯體，并且非金屬材料的表面由貴金屬材料組成。結(jié)果，可以確保耐熱性并且改善耐久性。
而且，構(gòu)成導(dǎo)電加強(qiáng)部件的柵格的部分線從涂膜暴露在外。因此，可以抑制導(dǎo)電加強(qiáng)部件的破裂并且進(jìn)一步改善耐久性。
根據(jù)所述的多層陶瓷電子器件，外電極包含一種燒結(jié)體，該燒結(jié)體含有導(dǎo)電粉和導(dǎo)電加強(qiáng)部件，所述導(dǎo)電粉與導(dǎo)電加強(qiáng)部件成為一體，其中所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件為柵格形式，并且嵌埋在主要含有導(dǎo)電粉的涂膜中。此外，所述外電極具有上述厚膜電極的特征。因而，即使當(dāng)多層陶瓷電子器件在層積方向上重復(fù)微小的伸長(zhǎng)和收縮時(shí)，也可以防止外電極的破裂，并且即使在施加高電場(chǎng)時(shí)也防止斷路。因此，可以獲得一種具有滿意的耐久性和耐濕性的多層陶瓷電子器件如多層壓電器件。
外電極的加強(qiáng)改善了外電極的強(qiáng)度，因此防止了陶瓷體中裂縫的出現(xiàn)。此外，即使在內(nèi)電極之間出現(xiàn)裂縫使涂膜破裂，通過導(dǎo)電加強(qiáng)部件也可以確保連接。
所述器件還包含柵格構(gòu)件，該柵格構(gòu)件的表面由在焊接溫度下熔化的金屬組成，其中將所述柵格構(gòu)件層壓在外電極上以與外電極電連接。因此，柵格構(gòu)件的表面在焊接溫度下熔化，從而改善焊接性。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的作為包含厚膜電極的多層陶瓷電子器件的多層壓電器件的橫截面圖。
圖2是圖1中B部分的放大圖。
圖3是其中將導(dǎo)電圖案安置在陶瓷片上的狀態(tài)的平面圖。
圖4是舉例說明多層壓電器件制造方法的一個(gè)實(shí)例的透視圖。
圖5是根據(jù)第二實(shí)施方案的多層壓電器件的局部放大圖。
圖6是根據(jù)第三實(shí)施方案的多層壓電器件的局部放大圖。
圖7是舉例說明已知電致伸縮器件的結(jié)構(gòu)和問題的局部放大圖。
參考數(shù)字1 壓電陶瓷體(陶瓷體)2 內(nèi)電極3a，3b 外電極(厚膜電極)5 涂膜(導(dǎo)電粉的燒結(jié)體)6 Ag柵格(導(dǎo)電加強(qiáng)部件)9 導(dǎo)電構(gòu)件(柵格構(gòu)件)10 Ag柵格(導(dǎo)電加強(qiáng)部件)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明的實(shí)施方案將基于附圖進(jìn)行描述。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案(第一實(shí)施方案)的作為包含厚膜電極的多層陶瓷電子器件的多層壓電器件的示意性橫截面圖。
該多層壓電器件包含一個(gè)主要由鋯酸鉛·鈦酸鉛(以下稱作″PZT″)組成的壓電陶瓷體1；嵌埋在壓電陶瓷體1中多個(gè)內(nèi)電極2a～2g，這些內(nèi)電極2a～2g是平行的；安置在壓電陶瓷體1兩端的厚膜外電極3a和3b；和分別連接到外電極3a和3b的引線4a和4b。
在該多層壓電器件中，每個(gè)內(nèi)電極2a、2c、2e和2g的一端與一個(gè)外電極3a電連接，并且每個(gè)內(nèi)電極2b、2d和2f的一端與另一外電極3b電連接。當(dāng)分別通過引線4a和4b在外電極3a和外電極3b之間施加電壓時(shí)，由于縱向壓電效應(yīng)，多層壓電器件在箭頭A的層積方向上微小伸長(zhǎng)和收縮。
圖2是圖1中B部分的放大圖。外電極3b是根據(jù)本發(fā)明的厚膜電極。
即，外電極3b是由燒結(jié)體形成的，其中起導(dǎo)電加強(qiáng)部件作用的Ag柵格6被完全嵌埋在由作為導(dǎo)電材料的Ag粉組成的涂膜5中，形成單一結(jié)構(gòu)。
外電極3a與外電極3b具有相同的結(jié)構(gòu)；因此省略其描述。
在第一實(shí)施方案中，Ag柵格6被嵌埋在主要由Ag粉組成的涂膜5中，形成單一結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行燒制以形成外電極3b。即使多層壓電器件長(zhǎng)期在箭頭A的方向上重復(fù)微小的伸長(zhǎng)和收縮，從而產(chǎn)生例如如在壓電陶瓷體1中的內(nèi)電極2d和內(nèi)電極2e之間的虛線所示的裂縫30，并且如圖中C部分所示的使涂膜5破裂，內(nèi)電極2也通過具有加強(qiáng)效果的Ag柵格6與外電極3b電連接。以這種方式，即使施加高電壓，也可以確保連接。
此外，可以確保Ag柵格6和涂膜5之間有足夠的接觸區(qū)域。因此，抑制了在Ag柵格6和涂膜5之間界面處的分離。結(jié)果，可以獲得具有滿意耐久性的多層壓電器件。
而且，Ag柵格6不僅與涂膜5中Ag粉的燒結(jié)體接觸，而且通過燒制與燒結(jié)體強(qiáng)結(jié)合。因此，即使將器件置于高溫和高濕下，也可以防止導(dǎo)電性的下降。此外，還改善了耐濕性。
下面將詳細(xì)描述多層壓電器件的制造方法。
稱取預(yù)定量的陶瓷原料，如Pb3O4、ZrO2和TiO2，并且裝入含有研磨介質(zhì)如氧化鋯球的球磨機(jī)中。例如，將混合物混合、磨碎、煅燒，以制備陶瓷粉。將有機(jī)粘合劑、分散劑和充當(dāng)溶劑的水加到混合陶瓷粉中以形成漿液。然后，通過刮刀方法制備主要由PZT組成的陶瓷生片(以下簡(jiǎn)稱″陶瓷片″)。
例如，如圖3所示，用用于內(nèi)電極的導(dǎo)電膏通過絲網(wǎng)印刷在陶瓷片7上形成具有凸起部分8a的導(dǎo)電圖案8，該膏含有Ag和Pd，Ag/Pd的重量比率被調(diào)節(jié)為70/30。
如圖4所示，將預(yù)定數(shù)量(例如500個(gè))的具有凸起部分8a的陶瓷片7以凸起部分8a交替安置的方式層壓。將得到的層壓結(jié)構(gòu)體安置在各自不含導(dǎo)電圖案8的陶瓷片之間，形成層壓體。如虛線所示，外電極3a或外電極3b與每個(gè)另外的導(dǎo)電圖案8電連接。隨后，將層壓體加熱到500℃或更低的溫度以進(jìn)行脫脂。然后，將得到的層壓體在950℃～1,100℃的溫度燒制，制備壓電陶瓷體1。
將Ag膏涂覆在壓電陶瓷體1的兩端，形成涂膜5。將Ag柵格6完全嵌埋在每個(gè)涂膜5中。將涂膜5干燥，然后在700℃～800℃燒制。從而形成由燒結(jié)體形成的外電極3a和3b，其中Ag柵格6整個(gè)嵌埋在涂膜5中。結(jié)果，制備出具有預(yù)定尺寸(例如，長(zhǎng)7mm，寬7mm，厚35mm)的多層壓電器件。
圖5是根據(jù)第二實(shí)施方案的多層壓電器件的局部放大圖。
在第二實(shí)施方案中，除了根據(jù)第一實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)外，將柵格導(dǎo)電構(gòu)件9層壓在外電極3b上并且點(diǎn)焊，以與外電極3b電連接。
具體而言，導(dǎo)電構(gòu)件9具有由Al等組成的芯體。導(dǎo)電構(gòu)件的表面覆蓋有在焊接溫度下熔化的金屬，例如Sn。
導(dǎo)電構(gòu)件9的表面在焊接溫度下熔化，因此除了第一實(shí)施方案中所述的效果外，還改善了焊接性。
即使Ag柵格6破裂，也可以用導(dǎo)電構(gòu)件9確保涂膜5的連接，因此進(jìn)一步改善耐久性。
圖6是根據(jù)第三實(shí)施方案的外電極3b(厚膜電極)的局部放大平面圖。
在第三實(shí)施方案中，導(dǎo)電加強(qiáng)部件是由如第一和第二實(shí)施方案中的Ag柵格10形成的。所述Ag柵格10被嵌埋在涂膜5中。Ag柵格10的柵格的至少部分線暴露于涂膜5的表面。
由于Ag柵格10的柵格的至少部分線暴露于涂膜5的表面，Ag柵格10的一端是自由端。結(jié)果，抑制了Ag柵格10的破裂，從而顯著改善了耐久性。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施方案。在所述實(shí)施方案中，考慮到耐濕性和焊接性，導(dǎo)電加強(qiáng)部件是由Ag組成的。但是，可以優(yōu)選使用電阻率小于所述導(dǎo)電粉材料電阻率的材料。除Ag外，還可以使用貴金屬，如Pd、Au或Pt。備選地，還可以使用具有更高強(qiáng)度的耐熱賤金屬材料，如Ni。
此外，優(yōu)選芯體由具有滿意耐熱性的賤金屬如Ni、Ni合金或Cr組成，并且表面用抗氧化材料如氧化物玻璃或貴金屬材料覆蓋。在這種情況下，氧化物玻璃和貴金屬材料在燒制過程中擴(kuò)散到導(dǎo)電粉中。另外，如果抗氧化材料的耐熱性差，則抗氧化材料在燒制溫度下泄漏出燒結(jié)體。
此外，優(yōu)選導(dǎo)電加強(qiáng)部件的芯體由能夠承受燒制溫度以保持其形狀的耐熱陶瓷纖維或玻璃纖維組成，并且導(dǎo)電加強(qiáng)部件的表面由上述導(dǎo)電金屬材料中的任何一種組成。
在第一至第三實(shí)施方案中，采用的是其中將導(dǎo)電加強(qiáng)部件嵌埋在涂膜中的方法。但是，可以采用這樣一種方法，該方法包括將導(dǎo)電加強(qiáng)部件置于涂膜上，在導(dǎo)電加強(qiáng)部件上形成涂膜，并且進(jìn)行燒制。
關(guān)于外電極上導(dǎo)電加強(qiáng)部件的位置，外電極需要通過燒制而只與導(dǎo)電粉作為一個(gè)整體形成。除了如上述實(shí)施方案中的其中將導(dǎo)電加強(qiáng)部件嵌埋在涂膜中的結(jié)構(gòu)外，可以在其中導(dǎo)電加強(qiáng)部件暴露于表面的狀態(tài)下進(jìn)行燒制，從而形成單一結(jié)構(gòu)。
在上述實(shí)施方案中，多層壓電器件被描述為多層陶瓷電子器件。本發(fā)明還可用于電阻器、用在中到高電壓下的多層陶瓷電容器等。特別是在通過燒結(jié)制造的厚膜電極中，電阻率高于構(gòu)成厚膜電極的金屬的電阻率。因此，通過使用根據(jù)本發(fā)明的厚膜電極，可以獲得各種多層陶瓷電子器件，每個(gè)均包含具有足夠的可靠性不出現(xiàn)裂縫的低電阻外電極。
實(shí)施例下面將描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
(實(shí)施例1)制備導(dǎo)電膏，該導(dǎo)電膏由含有50～60重量％的平均粒子大小為2.0μm的Ag粉的有機(jī)載體、0.1～7重量％的玻璃料和構(gòu)成余量的乙基纖維素樹脂(粘合劑樹脂)和丁基卡必醇(有機(jī)溶劑)組成。將導(dǎo)電膏涂覆在多層壓電體的兩側(cè)表面上，所述的多層壓電體含有內(nèi)電極并且其長(zhǎng)度為7mm、寬度為7mm和厚度為30mm，涂覆是使用金屬掩模通過印刷進(jìn)行的，以在多層壓電體兩個(gè)側(cè)表面形成各自寬度為4mm并且厚度為400μm的涂膜。將線直徑為100μm并且篩孔為100目的Ni柵格嵌埋在每個(gè)涂膜中，在爐中于150℃干燥10分鐘，并且在大氣中于740℃燒制，以在多層壓電器件的每個(gè)側(cè)表面上制備外電極(厚膜電極)，其中Ni柵格完全嵌埋在每個(gè)涂膜中形成單一結(jié)構(gòu)。
將各自的線直徑為250μm并且覆蓋有搪瓷的Cu引線用焊料焊接到外電極上，所述的焊料含有作為主要組分的Sn、3重量％的Ag和0.5重量％的Cu，從而將引線連接到外電極上。在80℃的油中和3kV/mm的電壓下進(jìn)行極化處理，使其具有壓電性能。接著，用烴清潔劑進(jìn)行洗滌以制備實(shí)施例1的樣品。
(實(shí)施例2)以與實(shí)施例1相同的方法和程序，不同之處在于使用線直徑為100μm并且篩孔為100目的Ag柵格代替Ni柵格，形成外電極，其中將Ag柵格完全嵌埋在多層壓電器件的兩個(gè)側(cè)表面中，形成單一結(jié)構(gòu)。在引線連接后，賦予其壓電性能，從而制備實(shí)施例2的樣品。
(實(shí)施例3)將與實(shí)施例1相同的Ni柵格用Ag電解電鍍，以制備覆蓋有各自厚度為30μm的Ag膜的Ni柵格。
然后，以與實(shí)施例1相同的方法和程序形成外電極，其中將鍍Ag的Ni柵格嵌埋在多層壓電器件的兩個(gè)側(cè)表面中，形成單一結(jié)構(gòu)。在將引線連接到外電電極后，賦予其壓電性能，從而制備實(shí)施例3的樣品。
(實(shí)施例4)以與實(shí)施例1相同的方法和程序，在長(zhǎng)7mm、寬7mm和厚30mm的多層壓電器件的兩個(gè)側(cè)表面上形成寬度為4mm并且厚度為400μm的涂膜。然后，將各自寬度為5mm、線直徑為150μm并且篩孔為40目的Ni柵格，以柵格的至少部分線暴露于每個(gè)涂膜表面的方式嵌埋在涂膜中。將得到的器件在爐中于150℃干燥10分鐘，并且在大氣中于740℃燒制。從而，在多層壓電器件的每個(gè)側(cè)表面上形成外電極，其中Ni柵格的部分線暴露在表面上。在將引線連接到外電極后，賦予其壓電性能，從而制備
(實(shí)施例5)以與實(shí)施例4相同的方法和程序，不同之處在于使用寬度為5mm、線直徑為150μm并且篩孔為40目的Ag柵格代替Ni柵格，形成外電極，其中Ag的部分柵格線暴露在涂膜表面上。在將引線連接到外電極后，賦予其壓電性能，從而制備實(shí)施例5的樣品。
(實(shí)施例6)將與實(shí)施例4相同的Ni柵格用Ag電解電鍍，以制備覆蓋有各自厚度為30μm的Ag膜的Ni柵格。
然后，以與實(shí)施例4相同的方法和程序形成外電極，其中將鍍Ag的Ni柵格嵌埋在多層壓電器件的兩個(gè)側(cè)表面中，形成單一結(jié)構(gòu)。在將引線連接外電極后，賦予其壓電性能，從而制備實(shí)施例6的樣品。
(實(shí)施例7)將各自線直徑為100μm并且篩孔為100目的Al柵格用Sn電解電鍍，以形成各自覆蓋有厚度為30μm的Sn膜的Al柵格。
以與實(shí)施例4相同的方法和程序，在多層壓電器件的兩個(gè)側(cè)表面上形成厚度為400μm的涂膜。然后，如實(shí)施例6那樣將鍍Ag的Ni柵格嵌埋在涂膜中。燒制得到的器件以形成外電極，其中將鍍Ag的Ni柵格部分嵌埋以形成單一結(jié)構(gòu)。將鍍Sn的Al柵格點(diǎn)焊在外電極上，以將Al柵格連接到外電極表面上。在將引線連接到Al柵格后，賦予其壓電性能，從而制備實(shí)施例7的樣品。
(比較例1)以與實(shí)施例1相同的方法和程序，通過使用金屬掩模進(jìn)行印刷，在長(zhǎng)度為7mm、寬度為7mm和厚度為30mm的多層壓電器件兩個(gè)側(cè)表面上，形成寬度為4mm并且厚度為400μm的涂膜。在連接引線后，賦予其壓電性能，從而制備比較例1的樣品。
(比較例2)將線直徑為100μm并且篩孔為100目的Ni柵格置于比較例1樣品的涂膜上。向其涂覆導(dǎo)電粘合劑并且干燥，以將涂膜與Ni柵格連接。然后，如實(shí)施例1那樣賦予其壓電性能，從而制備比較例2的樣品。
評(píng)估得到的實(shí)施例和比較例樣品的耐久性和耐濕性。
耐久性評(píng)估如下通過施加頻率為138Hz并且電壓為200V的三角波驅(qū)動(dòng)實(shí)施例和比較例各自的樣品。測(cè)量樣品破裂所需的時(shí)間。
耐濕性評(píng)估如下將實(shí)施例和比較例各自的樣品置于85℃的溫度和85％RH的濕度500小時(shí)。在試驗(yàn)之前和之后，用阻抗分析儀(Model 4192A，由Hewlett-Packard Development Company，L.P.制造)測(cè)量絕緣電阻(IR)。根據(jù)等式(1)計(jì)算變化率zz＝{(x-y)/y}×100(1)其中x表示絕緣電阻(IR)(500小時(shí)后)，并且y表示絕緣電阻(IR)的初始值。
此外，還評(píng)估實(shí)施例6和7以及比較例2的焊接性。
焊接性評(píng)估如下使用含有25重量％松香的異丙醇作為助焊劑。將實(shí)施例6和7以及比較例2的每種樣品在250℃的焊料浴中浸漬2秒，該焊料浴含有作為主要組分的Sn、3重量％的Al和0.5重量％的Cu。計(jì)算每種外電極的電極表面的焊料覆蓋率。
表1顯示了實(shí)施例和比較例每個(gè)的外電極(厚膜電極)的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)時(shí)間、絕緣電阻(IR)的變化率以及焊料覆蓋率。


如從表1清楚的是，在比較例1中，外電極只由涂膜形成。因此，樣品在極化時(shí)破裂，導(dǎo)致連接失敗。因此，驅(qū)動(dòng)時(shí)間為″0″。
在比較例2中，樣品在0.3小時(shí)破裂，導(dǎo)致連接失敗。另外，絕緣電阻(IR)的變化率高達(dá)75％。焊料覆蓋率低至35％。因此，證實(shí)了耐久性、耐濕性和焊接性中任何一項(xiàng)下降。
據(jù)信，樣品在0.3小時(shí)的短時(shí)間破裂的原因在于，由于每個(gè)Ni柵格僅是用粘合劑與相應(yīng)的涂膜結(jié)合，應(yīng)力集中在每個(gè)Ni柵格和相應(yīng)涂膜之間的界面上，使每個(gè)Ni柵格與相應(yīng)的涂膜分離。此外，據(jù)信75％的大絕緣電阻(IR)變化率的原因在于，由于連接僅是通過導(dǎo)電粘合劑和Ag粉之間的接觸而實(shí)現(xiàn)的，即由于金屬材料沒有結(jié)合，連接性下降。
相反，在實(shí)施例1和2中，每個(gè)外電極都是燒結(jié)體，在燒結(jié)體中Ni柵格或Ag柵格被完全嵌埋以形成單一結(jié)構(gòu)。因此，與比較例2相比，每個(gè)涂膜與相應(yīng)Ni柵格或Ag柵格之間的接觸面積增加，并且由于外電極的加強(qiáng)而延長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)時(shí)間。即，耐久性得到改善。此外，連接不僅是通過如比較例1的接觸，而且還通過金屬的結(jié)合而實(shí)現(xiàn)。因此，絕緣電阻(IR)的變化率被抑制到2％或5％。即，耐濕性也得到改善。
在實(shí)施例3中，每個(gè)Ni柵格均覆蓋有Ag膜；因此，在燒制中每個(gè)Ni柵格的氧化被抑制，從而改善了每個(gè)涂膜與相應(yīng)Ni柵格之間的結(jié)合性。此外，Ni具有高于Ag的強(qiáng)度；因此，驅(qū)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)31小時(shí)。即，耐久性得到改善。類似于實(shí)施例1，連接是通過金屬的結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。因此，絕緣電阻(IR)的變化率被抑制到-3％。即，可以獲得滿意的耐濕性。
在實(shí)施例4中，每個(gè)Ni柵格的至少部分線暴露于相應(yīng)涂膜的表面。因此，抑制了每個(gè)Ni柵格的破裂。結(jié)果，證實(shí)了驅(qū)動(dòng)時(shí)間為65小時(shí)，并且絕緣電阻(IR)的變化率低到-1％。
在實(shí)施例5中，每個(gè)Ag柵格的至少部分線暴露于相應(yīng)涂膜的表面。此外，使用的是抗氧化性比Ni柵格更滿意的Ag柵格。因此，即使在驅(qū)動(dòng)樣品300小時(shí)時(shí)，樣品也不破裂。絕緣電阻(IR)的變化率低到-1％。
在實(shí)施例6中，每個(gè)Ni柵格的至少部分線暴露于相應(yīng)涂膜的表面。此外，每個(gè)Ni柵格覆蓋有具有滿意抗氧化性的Ag膜。因此，抑制了每個(gè)Ni柵格的破裂。據(jù)證實(shí)，即使驅(qū)動(dòng)樣品300小時(shí)，樣品也不破裂，并且絕緣電阻(IR)的變化率也低到1％。而且，如上所述，由于抑制了每個(gè)Ni柵格的氧化，獲得良好的焊料覆蓋率，為90％。
在實(shí)施例7中，每個(gè)鍍Sn的Al柵格均結(jié)合到每個(gè)外電極的表面，其中如實(shí)施例6所述，每個(gè)鍍Ag的Ni柵格都是部分嵌埋的。Sn在焊接溫度(250℃)熔化。因此，獲得更滿意的焊料覆蓋率，為98％。
權(quán)利要求
1.一種厚膜電極，其包含一種燒結(jié)體，該燒結(jié)體含有導(dǎo)電粉和導(dǎo)電加強(qiáng)部件，所述導(dǎo)電粉與所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件成為一體，其中所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件為柵格形式，并且嵌埋在主要含有所述導(dǎo)電粉的涂膜中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的厚膜電極，其中所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件具有由賤金屬組成的芯體和由貴金屬組成的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的厚膜電極，其中至少所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件的表面具有導(dǎo)電性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)的厚膜電極，其中構(gòu)成所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件的柵格的部分線從涂膜暴露在外。
5.一種多層陶瓷電子器件，其包含陶瓷體、內(nèi)電極和外電極，所述內(nèi)電極嵌埋在所述陶瓷體中，所述外電極安置在所述陶瓷體的表面上，并且所述內(nèi)電極與所述外電極電連接，其中所述外電極包含一種燒結(jié)體，該燒結(jié)體含有導(dǎo)電粉和導(dǎo)電加強(qiáng)部件，所述導(dǎo)電粉與所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件成為一體，并且所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件為柵格形式，并且嵌埋在主要含有導(dǎo)電粉的涂膜中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的多層陶瓷電子器件，其中所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件具有由賤金屬組成的芯體和由貴金屬組成的表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的多層陶瓷電子器件，至少所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件的表面具有導(dǎo)電性。
8.根據(jù)權(quán)利要求5～7中任何一項(xiàng)的多層陶瓷電子器件，其中將主要由導(dǎo)電粉組成的涂膜安置在陶瓷體的側(cè)表面上，以將其與內(nèi)電極的一端電連接，所述導(dǎo)電加強(qiáng)部件為柵格形式，并且將所述導(dǎo)電線形狀的部件以將導(dǎo)電加強(qiáng)部件的柵格的部分線暴露于涂膜表面的方式嵌埋在涂膜中。
9.根據(jù)權(quán)利要求5～8中任何一項(xiàng)的多層陶瓷電子器件，其還包含一種柵格構(gòu)件，該柵格構(gòu)件的表面由在焊接溫度下熔化的金屬組成，其中將所述柵格構(gòu)件層壓在外電極上以與外電極電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求5～9中任何一項(xiàng)的多層陶瓷電子器件，其中所述陶瓷體是由壓電材料組成的壓電元件體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有厚膜電極作為外電極的多層陶瓷電子器件，如多層壓電器件。根據(jù)本發(fā)明的一種多層陶瓷器件包括安置在壓電陶瓷體1上的外電極3b，所述壓電陶瓷體1含有內(nèi)電極2d和2e。外電極3b由燒結(jié)體形成，其中Ag柵格6整個(gè)嵌埋在主要由Ag組成的涂膜5中。因此，可以獲得具有滿意性能的多層陶瓷器件，例如耐久性和耐濕性，即使長(zhǎng)期進(jìn)行連續(xù)操作或者將電極長(zhǎng)期放置時(shí)，也不導(dǎo)致電連接變差和導(dǎo)電性的下降。
文檔編號(hào)H01L41/22GK1898813SQ20048003901
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者高岡秀清, 進(jìn)藤智, 野田悟, 浜田邦彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所