專利名稱：陶瓷電子部件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷電子部件，特別是具有外部電極和與外部電極電連接 的金屬端子的陶瓷電子部件及其制造方法。
背景技術(shù)：
一般，陶瓷電容器等陶瓷電子部件在安裝時(shí)或使用時(shí)，放置在易被施 加機(jī)械應(yīng)力的環(huán)境中的情況較多。例如，有時(shí)會(huì)由于安裝有陶瓷電子部件 的布線基板撓曲而對(duì)陶瓷電子部件施加應(yīng)力，有時(shí)會(huì)由于布線基板的溫度 變化、布線基板的體積變化而對(duì)陶瓷電子部件施加應(yīng)力。這樣，對(duì)陶瓷電 子部件施加應(yīng)力時(shí)，陶瓷素體中有可能產(chǎn)生裂痕或裂縫。鑒于這樣的問題，
例如在專利文獻(xiàn)1中，提出了利用含鉛的比例在80%以上98%以下的焊料 將金屬端子接合到陶瓷電容器元件的外部電極上的方法。
但是，近幾年，如以歐洲的RoHs指令等為代表，對(duì)電子設(shè)備類的有 害物質(zhì)限制迅速地進(jìn)展，含有鉛的焊料的使用變得越來越困難。鑒于此， 例如在專利文獻(xiàn)2中，提出了在電子部件的端部電極與金屬端子的接合中 利用Sn-Sb系高溫焊料的方法。 '
專利文獻(xiàn)1特開平4-259205號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2特開2003-303736號(hào)公報(bào)
但是，如專利文獻(xiàn)1和2所記載的，利用焊料使外部電極與金屬端子 接合時(shí)，存在基板安裝時(shí)的回流耐熱性不充分、在高溫環(huán)境下或熱沖擊循 環(huán)環(huán)境下焊料自身劣化、由于接合表面上生成金屬間化學(xué)物質(zhì)并劣化而接 合可靠性下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供具有可靠性高的金屬端子接合的陶瓷電子部 件及其制造方法。
4本發(fā)明的陶瓷電子部件具有陶瓷素體、外部電極、金屬端子。外部電 極形成在陶瓷素體的表面。外部電極包含燒結(jié)金屬。金屬端子與外部電極 電連接。在本發(fā)明的陶瓷電子部件中,通過金屬端子中的金屬向外部電極 中擴(kuò)散而外部電極與金屬端子直接擴(kuò)散接合。
在本發(fā)明的一個(gè)特定的情形中，金屬端子具有端子主體和在端子主體 上形成的鍍膜，通過端子主體中的金屬與鍍膜中的金屬兩者向外部電極中 擴(kuò)散，從而外部電極與金屬端子直接擴(kuò)散接合。
在本發(fā)明的另一特定的情形中，鍍膜包括形成在端子主體上的下層鍍 膜和形成在下層鍍膜上的上層鍍膜。
在本發(fā)明的其它特定的情形中，端子主體和下層鍍膜分別由Ni、 Fe、 Cu、 Ag、 Cr或以這些金屬中的一種以上的金屬為主成分的合金構(gòu)成，上 層鍍膜由Sn、 Ag、 Au或以這些金屬中的一種以上的金屬為主成分的合金 構(gòu)成。
在本發(fā)明的其它特定的情形中，外部電極由Cu、 Ni、 Ag、 Pd或以這 些金屬中的一種以上的金屬為主成分的合金構(gòu)成。
在本發(fā)明的其它特定的情形中，陶瓷電子部件還具有覆蓋外部電極的 外表面的露出部分的防銹膜。
在本發(fā)明的其它特定的情形中，外部電極與金屬端子在多處擴(kuò)散接合。
在本發(fā)明的其它特定的情形中，金屬端子具有多個(gè)與外部電極擴(kuò)散接 合且相互平行配置的線條狀的端子部。
在本發(fā)明的其它特定的情形中，陶瓷素體具有互相對(duì)置的第1端面和
第2端面，外部電極包括覆蓋第1端面的第1外部電極和覆蓋第2端面的 第2外部電極，金屬端子包括與第1外部電極電連接的第1金屬端子和與 第2外部電極電連接的第2金屬端子。
在本發(fā)明的其它特定的情形中，外部電極的表面未被鍍膜覆蓋。 本發(fā)明的陶瓷電子部件制造方法涉及上述本發(fā)明的陶瓷電子部件的 制造方法。在本發(fā)明的陶瓷電子部件的制造方法中，通過在使外部電極與 金屬端子接觸的狀態(tài)下加熱，使得金屬端子中的金屬向外部電極中擴(kuò)散， 從而使外部電極與金屬端子直接擴(kuò)散接合。在本發(fā)明的陶瓷電子部件的制造方法的一個(gè)特定情形中，在使外部電 極與金屬端子接觸的狀態(tài)下加熱來迸行擴(kuò)散接合時(shí)，使擴(kuò)散接合用端子與 金屬端子抵接，并多次通電。優(yōu)選在多次通電中的最初通電時(shí)，將金屬端 子加熱到陶瓷素體不會(huì)產(chǎn)生裂縫的溫度范圍內(nèi)。 (發(fā)明效果)
在本發(fā)明的陶瓷電子部件中，通過金屬端子中的金屬向外部電極中擴(kuò) 散使得外部電極與金屬端子直接擴(kuò)散接合，因此可實(shí)現(xiàn)耐熱性和可靠性優(yōu) 越的金屬端子接合。


圖1是第1實(shí)施方式的陶瓷電子部件的立體圖。
圖2是圖i的n-ii向視圖。 圖3是圖2的ni-in向視圖。
圖4是圖2的IV-IV向視圖。
圖5是表示第1外部電極與第1金屬端子的接合狀態(tài)的示意剖視圖。 圖6是表示第1實(shí)施方式的第1外部電極與第1金屬端子的擴(kuò)散接合
工序的剖視圖。
圖7是表示第1變形例的第1外部電極與第1金屬端子的擴(kuò)散接合工
序的剖視圖。
圖8是第2實(shí)施方式的陶瓷電子部件的側(cè)視圖。
圖9是表示第2實(shí)施方式的第1外部電極與第1金屬端子的擴(kuò)散接合 工序的剖視圖。
圖10是第3實(shí)施方式的陶瓷電子部件的側(cè)視圖。
圖11是表示第3實(shí)施方式的第1外部電極與第1金屬端子的擴(kuò)散接 合工序的剖視圖。
圖12是第4實(shí)施方式的陶瓷電子部件的側(cè)視圖。
圖13是表示第4實(shí)施方式的第1外部電極與第1金屬端子的擴(kuò)散接
合工序的剖視圖。
圖14是第2變形例的陶瓷電子部件的剖視圖。 圖15是為說明擴(kuò)散接合工序的示意立體圖。圖16是為說明脈沖加熱方式的擴(kuò)散接合法的示意主視圖。
圖17是表示本發(fā)明的制造方法的變形例中以脈沖加熱方式擴(kuò)散接合 時(shí)通電次數(shù)為1次的情況的金屬端子的溫度變化的圖。
圖18是表示本發(fā)明的制造方法的變形例中以脈沖加熱方式擴(kuò)散接合 時(shí)通電次數(shù)為多次的情況的金屬端子的溫度變化的圖。
圖19是為說明本發(fā)明的陶瓷電子部件的制造方法的另一變形例即平 行間隙(parallel gap)方式的加熱方法的示意主視圖。
圖20是表示本發(fā)明的陶瓷電子部件的制造方法中在擴(kuò)散接合時(shí)由平 行間隙方式加熱的情況的通電電流與金屬端子的溫度變化之間的關(guān)系的 圖。
圖21是表示本發(fā)明的陶瓷電子部件的制造方法中在擴(kuò)散接合時(shí)由平 行間隙方式加熱并在降溫期間也通電的情況的通電電流與金屬端子的溫 度變化之間的關(guān)系的圖。
圖中l(wèi)一陶瓷電子部件；2 —陶瓷元件；IO —陶瓷素體；10a—第1 端面；10b —第2端面；ll一陶瓷層；12 —第1內(nèi)部電極；13 —第2內(nèi)部 電極；14一第1外部電極；15 —第2外部電極；16 —第1金屬端子；16a
—接合部；16b—安裝部；17—第2金屬端子；17a—接合部；17b—安裝 部；18a、 18b—端子主體;19a、 19b—鍍膜;20a、 20b—下層鍍膜;21a、 21b—上層鍍膜；25a、 25b—接合端子；26—電阻部；27—接合端子；28a 一第1端子部；28b—第2端子部；29—接合端子；30a、 30b—電阻部； 31—連接部；32—端子部；35 —防銹膜；41、 42—擴(kuò)散接合用端子；41a、 41b—探針。
具體實(shí)施例方式
下面。 一邊參照?qǐng)D一邊說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
以明確本發(fā)明。 (第1實(shí)施方式)
如圖1和圖2所示，陶瓷電子部件1具有陶瓷元件2和一對(duì)金屬端子 16、 17。陶瓷元件2具有R倒角的長(zhǎng)方體狀的陶瓷素體10。如圖2所示， 陶瓷素體10具有層疊在一起的多個(gè)陶瓷層11、在其電介質(zhì)層之間配置的 大致矩形狀的多個(gè)第1內(nèi)部電極12和多個(gè)第2內(nèi)部電極13。陶瓷層11利用適當(dāng)?shù)奶沾啥纬?。例如，陶瓷電子部?為電容器
時(shí)，陶瓷層11利用BaTi03系陶瓷等電介質(zhì)陶瓷而形成。例如，陶瓷電子 部件l為壓電部件時(shí)，利用PZT系陶瓷等壓電體陶瓷而形成。例如，陶瓷 電子部件1為熱敏電阻時(shí)，利用尖晶石系陶瓷等半導(dǎo)體陶瓷而形成。
多個(gè)第l內(nèi)部電極12和多個(gè)第2內(nèi)部電極13相互層疊在一起。多個(gè) 第1內(nèi)部電極12的一部分和多個(gè)第2內(nèi)部電極13的一部分在第1和第2 內(nèi)部電極12、 13的層疊方向上相互重疊在一起。第1內(nèi)部電極12和第2 內(nèi)部電極13之間的分別配置有陶瓷層11。
第1和第2內(nèi)部電極12、 13各自的材質(zhì)根據(jù)對(duì)陶瓷電子部件1要求 的特性、陶瓷層11的種類等適當(dāng)選擇。第1和第2內(nèi)部電極12、 13分別 由Cu、 Ni、 Ag、 Pd等金屬或例如Ag-Pd合金等的合金等形成。
如圖2及圖4所示，第l內(nèi)部電極12被引出至陶瓷素體10的第1端 面10a上。第1端面10a上形成有第1外部電極14。具體而言，第1外部 電極14形成為覆蓋第1端面10a。第1內(nèi)部電極12與該第1外部電極14 電連接。
如圖2和圖3所示，第2內(nèi)部電極13被引出至陶瓷素體10的第2端 面10b上。第2端面10b上形成有第2外部電極15。具體而言，第2外部 電極15形成為覆蓋第2端面10b。第2內(nèi)部電極13與該第2外部電極15 電連接。 '
在本實(shí)施方式中，第1和第2外部電極14、 15分別包含燒結(jié)金屬與 玻璃。具體而言，第1和第2外部電極14、 15分別包含玻璃和作為燒結(jié) 金屬的Cu、 Ni、 Ag、 Pd等金屬。換言之，第1和第2外部電極14、 15 分別由Cu、 Ni、 Ag、 Pd等金屬或以這些金屬中的一種以上的金屬為主成 份的合金(例如，Ag-Pd合金)的粉狀體和玻璃粉狀體的混合物燒結(jié)而成。 第1和第2外部電極14、 15的每一個(gè)上面未形成鍍膜等。因此，第1和 第2外部電極14、 15表面上露有燒結(jié)金屬。
另外，為提高第1和第2外部電極14、 15與陶瓷素體10的接合性的 目的和提高第1和第2外部電極14、 15的密封性的目的，在第1和第2 外部電極14、 15中添加了玻璃。但是，玻璃對(duì)于本發(fā)明并不是必須成份， 第1和第2外部電極14、 15的每一個(gè)例如實(shí)際上也可只由燒結(jié)金屬構(gòu)成。如圖1和圖2所示，第1部電極14上接合有第1金屬端子16。第1 金屬端子16形成為大致L字形狀。第1金屬端子16具有接合在第1外部 電極14上的接合部16a和未圖示的被安裝在安裝基板上的安裝部16b。
第2部電極15上接合有第2金屬端子17。第2金屬端子17形成為大 致L字形狀。如圖2所示，第2金屬端子17具有接合在第2外部電極15 上的接合部17a和未圖示的被安裝在安裝基板上的安裝部17b。
第1和第2金屬端子16、 17分別都具有端子主體18a、 18b和鍍膜19a、 1%。鍍膜19a、 19b形成在端子主體18a、 18b上面。由該鍍膜19a覆蓋端 子主體18a、 18b的露出部分。
鍍膜19a、 19b分別具有下層鍍膜20a、 20b和上層鍍膜21a、 21b。下 層鍍膜20a、 20b形成在端子主體18a、 18b上面。上層鍍膜21a、 21b形成 在下層鍍膜20a、 20b上面。另外，下層鍍膜20a、 20b和上層鍍膜21a、 21b也可分別由多個(gè)鍍膜構(gòu)成。
端子主體18a、 18b的厚度優(yōu)選0.1 0.5mm左右。下層鍍膜20a、 20b 的厚度優(yōu)選1.0 5.0um左右。上層鍍膜21a、 21b的厚度優(yōu)選1.0 5.0 u m左右0
在本實(shí)施方式中，端子主體18a、 18b和下層鍍膜20a、 20b分別由 Ni、 Fe、 Cu、 Ag、 Cr或以這些金屬中的一種以上的金屬為主成份的合金 構(gòu)成。優(yōu)選端子主體18a、 18b和下層鍍膜20a、 20b分別由Ni、 Fe、 Cr 或以這些金屬中的一種以上的金屬為主成份的合金構(gòu)成。具體而言，例如， 將Fe-42Ni合金或Fe-18Cr合金作為端子主體18a、 18b的母材。
由高熔點(diǎn)的Ni、 Fe、 Cr或以這些金屬中的一種以上的金屬為主成份 的合金形成端子主體18a、 18b和下層鍍膜20a、 20b，能夠提高第1和第 2外部電極14、 15的耐熱性。
上層鍍膜21a、 21b由Sn、 Ag、 Au或以這些金屬中的一種以上的金 屬為主成份的合金構(gòu)成。優(yōu)選上層鍍膜21a、 21b由Sn或以Sn為主成份 的合金構(gòu)成。
由Sn或以Sn為主成份的合金形成上層鍍膜21a、 21b，能夠促進(jìn)從第 1和第2金屬端子16、 17向第1和第2外部電極14、 15的金屬的擴(kuò)散。 圖5是表示第1外部電極14與第1金屬端子16的接合狀態(tài)的示意剖
9視圖。如圖5所示，在本實(shí)施方式中，第1外部電極14與第1金屬端子 16通過第1金屬端子16中的金屬M(fèi)1 M3向第1外部電極14中以原子 等級(jí)擴(kuò)散而直接擴(kuò)散接合。同樣，第2外部電極15與第2金屬端子17通 過第2金屬端子17中的金屬M(fèi)1 M3向第2外部電極15中以原子等級(jí)擴(kuò) 散而直接擴(kuò)散接合。具體而言，通過端子主體18a、 18b中的金屬與鍍膜 19a、 19b中的金屬兩者向第l和第2外部電極14、 15擴(kuò)散，從而第1和 第2外部電極14、 15與第1和第2金屬端子16、 17直接擴(kuò)散接合。
另外，圖5是示意圖，向第1外部電極14擴(kuò)散的金屬種類不僅限于3 種。另外，圖5中的"G"表示玻璃。
下面，對(duì)陶瓷電子部件1的制造工序進(jìn)行詳細(xì)說明。
首先，準(zhǔn)備陶瓷生片、用于形成第1和第2內(nèi)部電極12、 13的內(nèi)部 電極形成用導(dǎo)電性糊劑和用于形成第1和第2外部電極14、 15的外部電 極形成用導(dǎo)電性糊劑。另外，作為包含在陶瓷生片、內(nèi)部電極形成用導(dǎo)電 性糊劑和外部電極形成用導(dǎo)電性糊劑中的有機(jī)粘合劑或有機(jī)溶劑，可以利 用公知的有機(jī)粘合劑或有機(jī)溶劑。
然后，通過在陶瓷生片上印刷內(nèi)部電極形成用導(dǎo)電性糊劑而形成內(nèi)部 電極圖案。另外，內(nèi)部電極形成用導(dǎo)電性糊劑，例如可以由絲網(wǎng)印刷法等 公知的方法印刷。
接著，通過將形成有內(nèi)部電極圖案的陶瓷生片按規(guī)定張數(shù)層疊，在其 上下層疊未形成內(nèi)部電極圖案的陶瓷生片來形成母層疊體。根據(jù)需要，例 如可由等靜壓制法等壓接母層疊體。
然后，將母層疊體按規(guī)定的形狀尺寸截?cái)啵玫缴?mw)陶瓷層疊 體。將得到的生陶瓷層疊體煅燒。生陶瓷層疊體的煅燒溫度根據(jù)陶瓷或內(nèi) 部電極形成用導(dǎo)電性糊劑等的種類適當(dāng)設(shè)定。生陶瓷層疊體的煅燒溫度， 具體地例如設(shè)定為卯0 1300。C左右。
接著，通過在煅燒后的陶瓷層疊體的兩端面上涂敷外部電極形成用導(dǎo) 電性糊劑并煅燒，形成第1和第2外部電極14、 15。外部電極形成用導(dǎo)電 性糊劑的煅燒溫度由外部電極形成用導(dǎo)電性糊劑的種類適當(dāng)設(shè)定。外部電 極形成用導(dǎo)電性糊劑的煅燒溫度，具體地例如設(shè)定為700 900。C左右。另 外，外部電極形成用導(dǎo)電性糊劑的煅燒與上述生陶瓷層疊體的煅燒，例如，在大氣中、N2氣氛中、水蒸氣+N2氣氛中等進(jìn)行。
然后，向第1和第2外部電極14、 15擴(kuò)散接合第1和第2金屬端子 16、 17。具體而言，如圖6所示，在使第1外部電極14與第1金屬端子 16接觸，并使一對(duì)接合端子(焊接棒)25a、 25b按壓在第1金屬端子16 上的狀態(tài)下，使一對(duì)接合端子25a、 25b之間流過電流。由此，接合端子 25a、 25b的頂端部、第1金屬端子16和第1外部電極14被加熱。這里， 在本實(shí)施方式中，第1外部電極14包含燒結(jié)金屬并在金屬粒子之間具有 間隙。該金屬粒子間的間隙內(nèi)填充有玻璃。因此，通過加熱接合端子25a、 25b的頂端部、第1金屬端子16和第1外部電極14，促進(jìn)了第1金屬端 子16中的金屬向第1外部電極14中的金屬粒子的擴(kuò)散。其結(jié)果，第1金 屬端子16和第1外部電極14擴(kuò)散接合。
同樣，在使第2外部電極15與第2金屬端子17接觸，并使一對(duì)接合 端子(焊接棒)25a、 25b按壓第2金屬端子17的狀態(tài)下，使一對(duì)接合端 子25a、 25b之間流過電流。由此，接合端子25a、 25b的頂端部、第2金 屬端子17和第2外部電極15被加熱，第2金屬端子17中的金屬向第2 外部電極15擴(kuò)散。其結(jié)果，第2外部電極15和第2金屬端子17擴(kuò)散接 合。
另外，接合端子25a、 25b的材質(zhì)沒有特別限定。接合端子25a、 25b 例如可以是鉤制的。第1和第2金屬端子16、 17的接合條件根據(jù)第1和 第2金屬端子16、 17或第1和第2外部電極14、 15的材質(zhì)等適當(dāng)設(shè)定。 在本實(shí)施方式中，第1和第2金屬端子16、 17的擴(kuò)散接合一般在最大電 流200 800A左右、通電時(shí)間300 1000msec左右、加壓力30 50N 左右、接合部附近的最高溫度700 90(TC左右的條件下進(jìn)行。
如以上說明，在本實(shí)施方式中，第1和第2金屬端子16、 17與第1 和第2外部電極14、 15直接擴(kuò)散接合。因此，與上述專利文獻(xiàn)中所公開 的利用焊料接合的情況不同，由于接合部上不存在焊料和與焊料的接合界 面，因此在高溫環(huán)境下或熱沖擊循環(huán)環(huán)境下，不會(huì)產(chǎn)生因焊料自身的劣化 或接合界面上生成金屬間化學(xué)物質(zhì)而導(dǎo)致的接合部劣化，可以提供具有高 可靠性的陶瓷電子部件。
另外，在本實(shí)施方式中，沒有必要另外準(zhǔn)備焊料。因此，可以降低陶
ii瓷電子部件1的材料費(fèi)，且可將陶瓷電子部件1的制造工序簡(jiǎn)單化。
而且，如本實(shí)施方式，通過直接擴(kuò)散接合第1和第2金屬端子16、 17 與第1和第2外部電極14、 15，與專利文獻(xiàn)2公開的利用不含有鉛的高溫 焊料的情況所不同，可以提高陶瓷電子部件1的耐熱性和耐熱沖擊性。
在本實(shí)施方式中，在端子主體18a、 8b上形成有鍍膜19a、 19b。因此， 可以促進(jìn)從第1和第2金屬端子16、 17向第1和第2外部電極14、 15的 金屬的擴(kuò)散。另外，通過在端子主體18a、 8b上形成鍍膜19a、 19b，可以 提高陶瓷電子部件1相對(duì)于安裝基板的安裝性。
另外，在本實(shí)施方式中，對(duì)陶瓷素體10的內(nèi)部形成有第1和第2內(nèi) 部電極12、 13的情況進(jìn)行了說明。但是，在本發(fā)明中，第1和第2內(nèi)部 電極12、 13并不是必須的構(gòu)成要素。陶瓷素體10也可由內(nèi)部未形成電極 的一體的陶瓷構(gòu)成。
下面，對(duì)本發(fā)明的另外的實(shí)施方式和變形例進(jìn)行說明。另外，在以下 的說明中，對(duì)與第1實(shí)施方式實(shí)際上具有相同功能的部件標(biāo)注相同的符號(hào)， 并省略說明。
(第l變形例)
在上述第1實(shí)施方式中，如圖6所示，對(duì)利用一對(duì)接合端子25a、 25b 使第1和第2外部電極14、 15與第1和第2金屬端子16、 17擴(kuò)散接合的 例子進(jìn)行了說明。但是第1和第2外部電極14、 15與第1和第2金屬端 子16、 17的擴(kuò)散接合中使用的接合端子，并不限定于上述一對(duì)接合端子 25a、 25b。
例如，如圖7所示，也可利用具有電阻部26的接合端子27擴(kuò)散接合 第1和第2外部電極14、 15與第1和第2金屬端子16、 17。具體而言， 接合端子27具有第1端子部28a和第2端子部28b。第1端子部28a的頂 端部與第2端子部28b的頂端部由電阻部26連接。因此，第1端子部28a 與第2端子部28b之間流過電流時(shí)，電阻部26起到電阻體的作用而發(fā)熱。
通過使該電阻部26與第1金屬端子16接觸并使第1和第2端子部28a、 28b之間流過電流，從而與電阻部26 —起加熱第1金屬端子16和第1外 部電極14并使其擴(kuò)散接合。
接合端子27與上述第1實(shí)施方式的接合端子25a、 25b同樣可以由鎢制成。
在本變形例中，第1和第2外部電極14、 15與第1和第2金屬端子 16、 17的擴(kuò)散接合一般在最大電流1200 2000A左右、通電時(shí)間500 1500msec左右、加壓力60 100N左右、接合部附近的最高溫度700 90(TC的條件下進(jìn)行。 (第2實(shí)施方式)
如圖8所示，第1金屬端子16與第1外部電極14可以在多個(gè)接合部 分C處接合。同樣，第2金屬端子17與第2外部電極15可以在多個(gè)接合 部分C處接合。具體而言，在本實(shí)施方式中，第1和第2金屬端子16、 17與第1和第2外部電極14、 15分別在兩個(gè)接合部分C處接合。
將第1金屬端子16與第1外部電極14在兩個(gè)接合部分C處接合時(shí)， 例如，可以利用圖9所示的接合端子29接合第1金屬端子16與第1外部 電極14。接合端子29具有第1和第2端子部28a、 28b、第1和第2電阻 部30a、 30b、連接部31。接合第1金屬端子16與第1外部電極14時(shí)， 第1和第2電阻部30a、 30b按壓在第1金屬端子16上。在該狀態(tài)下，通 過在第1和第2端子部28a、 28b之間流過電流使得電阻部30a、 30b發(fā)熱。 其結(jié)果，在接合部分C，第1金屬端子16與第1外部電極14被加熱并擴(kuò) 散接合。
如本實(shí)施方式，通過設(shè)置多個(gè)第1和第2金屬端子16、 17與第1和 第2外部電極14、 15的接合部分C，可以分散第1和第2金屬端子16、 17與第1和第2外部電極14、 15接合時(shí)或接合后的冷卻時(shí)陶瓷素體10 等上產(chǎn)生的應(yīng)力。因此，可以有效地抑制陶瓷素體10等上產(chǎn)生裂縫。
另外，圖8、 10、 12中施加陰影的區(qū)域表示第1和第2金屬端子16、 17與第1和第2外部電極14、 15的接合部分及金屬端子表面的壓痕，并
不是表示部件的剖面。
(第3和第4實(shí)施方式)
圖10是第3實(shí)施方式的陶瓷電子部件1的側(cè)視圖。如圖IO所示，第 1金屬端子16具有多個(gè)相互平行配置的線條狀的端子部32。雖然未圖示， 但是在本實(shí)施方式中，第2金屬端子17也與第1金屬端子16同樣具有相 互平行配置的線條狀的2個(gè)端子部32。而且，第1和第2金屬端子16、17的各端子部32的頂端部擴(kuò)散接合在第1和第2外部電極14、 15上。
由此，通過在第1和第2金屬端子16、 17上設(shè)置多個(gè)端子部32，可 以分散第1和第2金屬端子16、 17 ,第1和第2外部電極14、 15接合時(shí) 或接合后的冷卻時(shí)陶瓷素體10一上^生的應(yīng)力。因此，可以有效地抑制 陶瓷素體10等上產(chǎn)生裂縫。
另外，在第3實(shí)施方式中未特別限定第1和第2金屬端子16、 17與 第1和第2外部電極14、 15的擴(kuò)散接合方法。例如，如圖11所示，可以 利用接合端子27進(jìn)行第3實(shí)施方式中第1和第2金屬端子16、 17與第1 和第2外部電極14、 15的擴(kuò)散接合。
第1和第2金屬端子16、 17所具有的端子部32的數(shù)量并不僅限于2 個(gè)。例如，如圖12所示，設(shè)置3個(gè)端子部32也可以。圖12所示的例子 中，由于設(shè)置有4個(gè)接合部分C，因此可以更加有效地分散在接合時(shí)或冷 卻時(shí)陶瓷素體10等中產(chǎn)生的應(yīng)力。因此，可以更加有效地抑制陶瓷素體 IO上產(chǎn)生裂縫。
另外，在第4實(shí)施方式中未特別限定第1和第2金屬端子16、 17與 第1和第2外部電極14、 15的擴(kuò)'散接合方法。例如，如圖13所示，可以 利用一對(duì)接合端子25a、 25b進(jìn)行第4實(shí)施方式中第1金屬端子16與第1 外部電極14的擴(kuò)散接合。此時(shí)，位于外側(cè)的端子部32與第1外部電極14 的擴(kuò)散接合由第1和第2接合端子25a、 25b的發(fā)熱進(jìn)行。 (第2變形例)
圖14是第2變形例的陶瓷電子部件的剖視圖。如圖14所示，還可以 設(shè)置覆蓋第1和第2外部電極14、 15的外表面的露出部分的防銹膜35。 這樣做可以抑制第1和第2金屬端子16、 17的酸化。
防銹膜35未特別限定。防銹膜35例如可以是咪唑系或苯并三唑系的 有機(jī)覆膜、Sn鍍膜等的鍍膜等。 (第3變形例)
金屬端子16、 17與外部電極14、'15的擴(kuò)散接合中的熱源未特別限定。 例如，可以在使金屬端子16、 17與外部電極14、 15接觸的狀態(tài)下，從金 屬端子側(cè)照射激光。此時(shí)，將激光的輸出調(diào)整成外部電極14、 15不會(huì)熔 化的程度。(實(shí)驗(yàn)例)
通過將平均粒徑為1.8 y m的Cu粉末與平均粒徑為2 y m的玻璃粉末 以9: 1的重量比混合的糊劑涂敷在陶瓷素體10的兩端面上，在88。C下煅 燒1小時(shí)而形成第1和第2外部電極14、 15。
在厚度為O.lmm的Fe-42Ni合金制的金屬板上依次形成厚度為1.0y m的Ni鍍膜和厚度為2.0 n m的Sn鍍膜，制造出圖10所示形狀的第1和 第2金屬端子16、 17。
然后，分別使第1外部電極14與第1金屬端子16、以及第2外部電 極15與第2金屬端子17抵接，并在以加壓力40N按壓的狀態(tài)下，以最大 電流280A、通電時(shí)間600msec的條件擴(kuò)散接合。
另外，作為比較例，利用Sn-0.7Cu焊料分別將上述的第1外部電極 14與第1金屬端子16、以及第2外部電極15與第2金屬端子17焊料接 合。
對(duì)上述擴(kuò)散接合的陶瓷電子部件與焊料接合的陶瓷電子部件分別進(jìn) 行了回流耐熱實(shí)驗(yàn)、高溫負(fù)荷實(shí)驗(yàn)及熱沖擊循環(huán)試驗(yàn)。
回流耐熱實(shí)驗(yàn)通過在約23(TC的回流爐中使陶瓷電子部件通過多次之 后目測(cè)確定有無陶瓷素體10的浮動(dòng)而迸行。
擴(kuò)散接合的陶瓷電子部件即使在通過回流爐10次的情況下，也沒有 確認(rèn)到陶瓷素體10的浮動(dòng)。另一方面，焊料接合的陶瓷電子部件在通過 回流爐6次之后確認(rèn)到陶瓷素體10的浮動(dòng)。由此結(jié)果，可以知道通過擴(kuò) 散接合第1和第2金屬端子16、 17與第1和第2外部電極14、 15可得到 比焊料接合時(shí)更高的耐熱性。
高溫負(fù)荷實(shí)驗(yàn)在175匸的氣氛中放置陶瓷電子部件1000小時(shí)后，測(cè)定 第1和第2外部電極14、 15與第1和第2金屬端子16、 17的接合強(qiáng)度。 另外，對(duì)于高溫負(fù)荷實(shí)驗(yàn)前的擴(kuò)散接合的陶瓷電子部件與焊料接合陶瓷電 子部件也測(cè)定第1和第2外部電極14、 15與第1和第2金屬端子16、 17
的接合強(qiáng)度。
另外，在接合強(qiáng)度的測(cè)定中，.在將陶瓷電子部件的第1和第2金屬端 子固定在基板上的狀態(tài)下，將陶瓷素體的中央部在與第1和第2金屬端子 平行且與基板平行的方向上按壓，利用推拉表(push pull gage) (Aikoh
15Engineering公司制，商品名RX-100)測(cè)定卸除第1和第2金屬端子時(shí) 的載荷作為接合強(qiáng)度。
與焊料接合的陶瓷電子部件中因高溫負(fù)荷實(shí)驗(yàn)而接合強(qiáng)度下降60% 相比，在擴(kuò)散接合的陶瓷電子部件中因高溫負(fù)荷實(shí)驗(yàn)接合強(qiáng)度只下降了 10%。由此結(jié)果，也可以知道通過擴(kuò)散接合第1和第2金屬端子16、 17 與第1和第2外部電極14、 15可得到比焊料接合第1和第2金屬端子與 第1和第2外部電極時(shí)更高的耐熱性。
在熱沖擊循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，反復(fù)進(jìn)行3000次將陶瓷電子部件放置在-55'C 下30分鐘后再放置在125'C下30分鐘這樣的循環(huán)之后，按上述步驟測(cè)定 第1和第2外部電極14、 15與第1和第2金屬端子16、 17的接合強(qiáng)度。 另外，對(duì)于熱沖擊循環(huán)實(shí)驗(yàn)前的擴(kuò)散接合的陶瓷電子部件與焊料接合的陶 瓷電子部件也按上述步驟測(cè)定第1和第2外部電極14、 15與第1和第2 金屬端子16、 17的接合強(qiáng)度。
與焊料接合的陶瓷電子部件中因熱沖擊循環(huán)實(shí)驗(yàn)而接合強(qiáng)度下降 80%相比，在擴(kuò)散接合的陶瓷電子部件中沒有測(cè)到因熱沖擊循環(huán)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致 的接合強(qiáng)度的下降。由此結(jié)果，可以知道通過擴(kuò)散接合第1和第2金屬端 子16、 17與第1和第2外部電極14、 15可得到比焊料接合時(shí)更高的耐熱 沖擊性。
如上所述，在本發(fā)明的陶瓷電子部件的制造方法中，通過在使外部電 極與金屬端子接觸的狀態(tài)下加熱從ttf得外部電極與金屬端子擴(kuò)散接合。 此時(shí)，希望在金屬端子上抵接擴(kuò)散接合用端子并通電數(shù)次。參照?qǐng)D15 圖 21對(duì)此進(jìn)行說明。如圖15所示，在所述陶瓷元件2的外部電極14、 15 上分別抵接第1、第2金屬端子16、 17，從金屬端子16、 17的外側(cè)表面 抵接擴(kuò)散接合用端子41、 42并加熱。由此，金屬端子16、 17與外部電極 14、 15擴(kuò)散接合。該擴(kuò)散接合用端子41、 42在圖15中用示意圖表示，可 根據(jù)加熱方式利用適當(dāng)?shù)亩俗印?br> 例如，如圖16所示，對(duì)于外部電極14上抵接有金屬端子16的部分， 可以在金屬端子16的外表面上抵接用于以脈沖加熱方式加熱的擴(kuò)散接合 用端子41。此時(shí)，擴(kuò)散接合用端子41中流過圖示的用箭頭表示的脈沖電 流，金屬端子16被加熱。此時(shí)，通上脈沖電流并加熱時(shí)，伴隨于此，不僅金屬端子16和外部 電極14被加熱，陶瓷素體10也會(huì)被加熱。圖17是表示施加脈沖電流的 時(shí)間與金屬端子16的溫度之間的關(guān)系的圖。另外，圖17的橫軸的單位刻 度是0.2秒?？梢钥闯鲭S著通上脈沖電流，金屬端子16的溫度在上升。因 此，為實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散接合，還需根據(jù)金屬端子16的材料，但是當(dāng)金屬端子16 為銅或外部電極14為銅時(shí)，有必要加熱到如圖所示的400'C的溫度。由此， 可將金屬端子16擴(kuò)散接合到外部電極14上。
但是，如圖17所示，若在一次通電中將金屬端子16從常溫加熱到400 °C，在陶瓷素體10上有時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂縫。
例如，如圖17所示進(jìn)行通電時(shí)，10個(gè)陶瓷元件2中8個(gè)的陶瓷素體 IO上產(chǎn)生了裂縫。
相對(duì)于此，本申請(qǐng)發(fā)明者發(fā)現(xiàn)了若從常溫到400 'C不做一次性加熱， 而是在到達(dá)40(TC為止期間，停止一次停電并分為多次通電，可以抑制裂 縫的產(chǎn)生。B卩，如圖18所示，通過一次脈沖電流的通電加熱到230 。C， 暫且停止通電，在0.3秒后再次通電并將金屬端子16的溫度提高到400 °C 的情況下，陶瓷素體10幾乎不會(huì)產(chǎn)生裂縫。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，上述每10個(gè)陶瓷 元件中并沒有產(chǎn)生裂縫的。
如圖18所示，將通電次數(shù)變成數(shù)次時(shí)不易產(chǎn)生陶瓷素體10的裂縫認(rèn) 為是因?yàn)橥ㄟ^加熱到230 "C左右停止一定時(shí)間加熱而緩和了陶瓷素體10 內(nèi)的應(yīng)力。
因此，在本發(fā)明中，優(yōu)選在加熱金屬端子16、 17進(jìn)行擴(kuò)散接合時(shí)， 分?jǐn)?shù)次通電。
另外，在圖18中，通電次數(shù)為2次，但是加熱到最高溫度的通電次 數(shù)可以是3次以上。
另外，更優(yōu)選的是，做成陶瓷元件2之后，通過一次通電加熱金屬端 子16，并測(cè)定陶瓷素體10的易產(chǎn)生裂縫的溫度。希望按照不會(huì)達(dá)到測(cè)定 的溫度的方式向金屬端子16通電，然后停止通電后再開始第2次通電。 根據(jù)這樣的方法，例如如圖18的230 °C，即可以知道應(yīng)暫時(shí)停止通電的
溫度o
另外，并不限定于上述脈沖加熱方式的加熱方法，如圖19所示，也可以利用平行間隙方式的加熱方法。在這里，利用具有一對(duì)探針41a、 41b 的擴(kuò)散接合用端子41。探針41a、41b隔著規(guī)定的間隙與金屬端子16接觸。 并且，通過沿圖示的箭頭方向流過電流而通過接觸電阻加熱金屬端子16。 在該平行間隙方式的加熱方法中，也可以通過使通電次數(shù)為數(shù)次而抑制陶 瓷素體的裂縫的產(chǎn)生。
另外，如圖17和圖18所示，可以使加熱到最高溫度為止的通電次數(shù) 為數(shù)次，也可以根據(jù)所利用的陶瓷素體10的組成、金屬端子16和外部電 極14的材料，按照使溫度從最高溫度降至常溫時(shí)的降溫速度降低的方式 通電。參照?qǐng)D20和圖21說明該方法。
圖20中，利用與圖17的情況不同組成的陶瓷素體10，由平行間隙方 式的加熱方法加熱金屬端子16。在這里，從常溫開始通電圖20的A()的時(shí) 間，使金屬端子16的溫度提高到200。C來進(jìn)行擴(kuò)散接合。通電時(shí)間Ao為 0.2秒。在圖20和圖21中，橫軸的單位刻度為0.1秒。
此時(shí)，在達(dá)到最高溫度20(TC之前停止了通電。在最高溫度之后金屬 端子16的溫度自然下降。因此，降溫速度比較快。此時(shí)，在降溫期內(nèi)可 以看到由陶瓷素體的收縮而產(chǎn)生的裂縫。
相對(duì)于此，如圖21所示，只通電時(shí)間Ao，與圖20的情況同樣加熱到 最高溫度之后，在降溫期中，只在期間A,流過更小的電流而降低了降溫 速度。此時(shí)，降溫速度變低，由此降溫時(shí)的溫度梯度變小了。因此，沒有 看到由收縮產(chǎn)生的陶瓷素體的裂縫。這樣，根據(jù)陶瓷素體10的組成或金
屬端子16的材料，通過在降溫期屮te加熱來降低降溫速度從而能夠抑制
陶瓷素體10的裂縫。
因此，本發(fā)明中，在使外部電極與金屬端子接觸的狀態(tài)下加熱來進(jìn)行 擴(kuò)散接合時(shí)，希望使擴(kuò)散接合用端子與金屬端子抵接并數(shù)次通電。該數(shù)次 通電在整個(gè)擴(kuò)散接合工序中進(jìn)行即可。如圖18所示，在達(dá)到最高溫度為 止的工序中也可數(shù)次通電，如圖21所示，也可分為達(dá)到最高溫度之前與 達(dá)到最高溫度之后進(jìn)行數(shù)次通電。
權(quán)利要求
1、一種陶瓷電子部件，具有陶瓷素體；外部電極，其形成在所述陶瓷素體的表面，并且包含燒結(jié)金屬；和金屬端子，其與所述外部電極電連接；通過所述金屬端子中的金屬向所述外部電極中擴(kuò)散，從而所述外部電極與所述金屬端子直接擴(kuò)散接合。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的陶瓷電子部件，其特征在于 所述金屬端子具有端子主體和在所述端子主體上形成的鍍膜， 通過所述端子主體中的金屬與所述鍍膜中的金屬兩者向所述外部電極中擴(kuò)散，從而所述外部電極與所述金屬端子直接擴(kuò)散接合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的陶瓷電子部件，其特征在于-所述鍍膜包括形成在所述端子主體上的下層鍍膜和形成在所述下層 鍍膜上的上層鍍膜。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的陶瓷電子部件，其特征在于 所述端子主體和所述下層鍍膜分別由Ni、 Fe、 Cu、 Ag、 Cr或以這些金屬中的一種以上的金屬為主成分的合金構(gòu)成，所述上層鍍膜由Sn、 Ag、 Au或以這些金屬中的一種以上的金屬為主 成分的合金構(gòu)成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的陶瓷電子部件，其特征在于-所述外部電極由Cu、 Ni、 Ag、 Pd或以這些金屬中的一種以上的金屬為主成分的合金構(gòu)成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任」項(xiàng)所述的陶瓷電子部件，其特征在于 還具有覆蓋所述外部電極的外表面的露出部分的防銹膜。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的陶瓷電子部件，其特征在于 所述外部電極與所述金屬端子在多處擴(kuò)散接合。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷電子部件，其特征在于所述金屬端子具有多個(gè)與外部電極擴(kuò)散接合且相互平行配置的線條 狀的端子部。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的陶瓷電子部件，其特征在于所述陶瓷素體具有互相對(duì)置的第1端面和第2端面， 所述外部電極包括覆蓋所述第1端面的第1外部電極和覆蓋所述第2端面的第2外部電極，所述金屬端子包括與所述第1外部電極電連接的第1金屬端子和與所述第2外部電極電連接的第2金屬端子。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的陶瓷電子部件，其特征在于 所述外部電極的表面未被鍍膜覆蓋。
11、 一種陶瓷電子部件的制造方法，是權(quán)利要求1 10中任一項(xiàng)所述 的陶瓷電子部件的制造方法，其中-通過在使所述外部電極與所述金屬端子接觸的狀態(tài)下加熱，使得所述 金屬端子中的金屬向所述外部電極中擴(kuò)散，從而使所述外部電極與所述金 屬端子直接擴(kuò)散接合。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的陶瓷電子部件的制造方法，其特征在于 在使所述外部電極與所述金屬端子接觸的狀態(tài)下加熱來進(jìn)行擴(kuò)散接合時(shí)，使擴(kuò)散接合用端子與所述金屬端子抵接，并多次通電。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的陶瓷電子部件的制造方法，其特征在于在所述多次通電中的最初通電時(shí)，將所述金屬端子加熱到所述陶瓷素 體不會(huì)產(chǎn)生裂縫的溫度范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供具有高可靠性的金屬粒子結(jié)合的陶瓷電子部件及其制造方法。陶瓷電子部件(1)具有陶瓷素體(10)、外部電極(14、15)、金屬端子(16、17)。外部電極(14、15)形成在陶瓷素體(10)的表面上。外部電極(14、15)包含燒結(jié)金屬。金屬端子(16、17)與外部電極(14、15)電連接。通過金屬端子(16、17)中的金屬向外部電極(14、15)擴(kuò)散，外部電極(14、15)與金屬端子(16、17)直接擴(kuò)散接合。
文檔編號(hào)H01G4/30GK101599365SQ200910138850
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
發(fā)明者中田昭彥, 吉田和宏, 園山純, 大塚英樹, 板垣要司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所