(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を含む導電性粉末、ガラス粉末およびビヒクルとを主成分とし、該ガラス粉末が、下記酸化物として換算した含有量が下記の通りである成分を含むことを特徴とする積層セラミック部品端子電極用導体ペースト。
ＢａＯ  10〜60重量％、ＣａＯ  0〜20重量％、但しＢａＯとＣａＯとの合計  30〜60重量％、Ｂ2Ｏ3  10〜35重量％、ＺｎＯ  13〜30重量％、ＭｎＯ2  2〜22重量％、Ａｌ2Ｏ3  1〜10重量％、ＳｉＯ2  1〜10重量％。
【請求項２】
該ガラス粉末が、下記酸化物として換算した含有量が下記の通りである成分を含むことを特徴とする、請求項１に記載された積層セラミック部品端子電極用導体ペースト。
ＢａＯ  34〜60重量％、ＣａＯ  0〜6重量％、但しＢａＯとＣａＯとの合計  40〜60重量％、Ｂ2Ｏ3  15〜25重量％、ＺｎＯ  15〜25重量％、ＭｎＯ2  3〜15重量％、Ａｌ2Ｏ3  1〜6重量％、ＳｉＯ2  2〜6重量％。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサ、インダクタ等の積層セラミック部品の端子電極を形成するための導体ペーストに関する。特に内部電極がニッケル及び／または銅を含む積層セラミックコンデンサの端子電極を形成するのに有用な、非酸化性雰囲気中で焼成可能な導体ペーストに関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層コンデンサ、積層インダクタ等の、チップ状積層セラミック部品は、一般に次のようにして製造される。誘電体、磁性体等の未焼成セラミックシートと内部電極ペースト層とを、交互に複数層積み重ねて未焼成の積層体を得、この積層体を切断した後、高温で焼成してセラミック素体（以下「素体」という。）とする。次いで、該素体の内部電極の露出する端面に、導電性粉末と、ガラス等の無機結合剤粉末とをビヒクルに分散させた端子電極ペーストをディッピング、刷け塗り、スクリーン印刷等種々の方法により塗布し、乾燥後、高温で焼成して、内部電極と電気的に接続した端子電極を形成する。この後、必要に応じて該端子電極上にニッケルめっき層、更には半田付け性の良いスズ若しくはその合金からなるめっき層が形成される。
【０００３】
内部電極材料としては、従来パラジウム、銀−パラジウム、白金等の貴金属が用いられていたが、省資源やコストダウンに加え、パラジウムの酸化膨張に起因するデラミネーション、クラックの発生防止などの要求から、近年ニッケルや銅等の卑金属材料が内部電極として用いられるようになってきている。このため、端子電極にもこれら内部電極材料と良好な電気的接続を形成しやすいニッケル、コバルト、銅等が用いられ、内部電極や端子電極を構成する卑金属が酸化して導電性が低下するのを防止するために、非酸化性雰囲気中、即ち窒素や水素−窒素などの不活性雰囲気中もしくは還元性雰囲気中において、最高温度700〜900℃程度で焼成が行われる。
【０００４】
このような端子電極形成用の銅系導体ペーストには、無機結合剤として、非酸化性雰囲気中で焼成しても安定な耐還元性ガラスを用いる必要がある。また端子電極膜に電気めっき処理を行う場合には、酸性の電気めっき液によってガラス成分が変質したり溶解したりし、ガラスの構造が破壊されて、コンデンサ素体との接着強度が大きく低下することがあるので、耐酸性が良好で酸性めっき液に侵されにくいガラスが要求されており、従来亜鉛系や、バリウム系のガラスが検討されてきた。
【０００５】
耐還元性ガラスとしては、例えば米国特許第3902102号明細書には、硼酸バリウム系ガラス、硼酸亜鉛バリウム系ガラス、硼珪酸亜鉛バリウム系ガラス等の耐還元性ガラスを用いた積層セラミックコンデンサの卑金属端子電極が記載されている。また特開昭59-184511号公報には、アルカリ金属成分及びアルカリ土類金属成分を含有する特定の組成の硼珪酸亜鉛系ガラスを銅端子電極に使用することが、更に特開平9-55118号公報には、硼珪酸ストロンチウムアルミニウム系ガラスを端子電極に使用することが記載されている。
【０００６】
また特公平8-17140号公報には、耐酸性が良好な特定の組成の硼珪酸亜鉛バリウムアルミニウム系ガラスを含む貴金属ペーストを用いて、酸処理、電気めっきの可能な導体膜を形成することが記載されているが、このガラスは耐還元性も有し、銅端子電極用ペーストの無機結合剤としても適していると考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこれら従来の銅系ペーストを用いて形成された端子電極は、セラミック素体との接着強度が十分でなく、特に膜厚の薄い側面部が剥離し易い。また電極表面に局所的にガラスの溜り（以下、「ガラス溜り」という。）が発生し、均一なめっき膜の形成ができなくなったり、半田付け性が阻害されたりするなどの問題がある。また焼成膜がポーラスであるため、端子電極に電気めっき処理する際、めっき液の浸入が起こり易い。しみ込んだめっき液は、端子電極と素体間の接着強度を大きく低下させたり、素体のクラックや絶縁抵抗の低下を引き起こしたりするほか、めっき液の水分が部品実装時の加熱により気化、膨張し、端子電極が破裂する、いわゆるポップコーン現象の発生原因となったりし、積層部品の信頼性を低下させる。
【０００８】
更に内部電極にニッケル、端子電極に銅または銅合金を用いた系では、ニッケル−銅間の拡散係数が銀−パラジウム系に比べて小さく、内部電極と端子電極の接合性が悪い問題がある。特に積層数が多く内部電極の膜厚が薄い場合、内部電極と端子電極の導通不良を起こし易く、容量低下や容量バラツキ等、コンデンサ等電子部品の特性の劣化を引き起こす。
【０００９】
本発明者らは、端子電極を非酸化性雰囲気中で焼付する際、溶融状態のガラスと銅粉末とのなじみが悪いと両者が分離してしまい、ガラスが電極表面にはじき出されたり、焼成膜の緻密性が悪くなったりすることにより、前述のような接着強度不良や、ガラス溜りの発生、めっき液の浸入等が生じると考えた。
そして、ガラスと銅との濡れ性を改善することにより、焼成中溶融したガラスがはじき出されることなく銅粒子間に存在して銅の液相焼結を促進し、めっき付き性や半田付け性が良好で強度不良、めっき液の浸入のない緻密な電極膜が形成され、更に、ニッケル−銅間の拡散を促進することによりニッケル内部電極との接合性も改善されるものと考え、ガラスの組成につき種々検討を行った結果、本発明に到達したものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、銅を含む導電性粉末、ガラス粉末およびビヒクルとを主成分とし、該ガラス粉末が、下記酸化物として換算した含有量が下記の通りである成分を含むことを特徴とする積層セラミック部品端子電極用導体ペーストを要旨とするものである。
【００１１】
ＢａＯ  10〜60重量％、ＣａＯ  0〜20重量％、但しＢａＯとＣａＯとの合計  30〜60重量％、Ｂ2Ｏ3 10〜35重量％、ＺｎＯ  13〜30重量％、ＭｎＯ2  2〜22重量％、Ａｌ2Ｏ3 1〜10重量％、ＳｉＯ2 1〜10重量％。
【００１２】
【発明の実施の形態】
銅を含む導電性粉末としては、金属銅粉末の他、銅合金粉末やこれらと他の導電性金属との混合粉末でもよく、また銅粉末の表面に金属酸化物、ガラス、セラミックなどの無機材料を存在させた金属−無機複合粉末や、金属酸化物、ガラス、セラミックなどの粉末や他の金属粉末に銅を被覆した金属−無機複合粉末を用いることもできる。
【００１３】
本発明の導体ペーストに用いるガラス組成物は、特定の組成のＢａＯ−ＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3系ガラスをベースとするものである。このガラスは非酸化性雰囲気焼成でも安定であり、セラミック素体との接着強度が大きい特徴がある。このＢａＯ−ＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3系ガラスに、Ｍｎ酸化物を含有させることにより、ガラスと銅との濡れ性が格段に向上する。
【００１４】
ガラス中のＭｎ酸化物は、非酸化性雰囲気中高温で還元されて低原子価の酸化物となり易く、このとき放出される酸素により、溶融したガラスと接触した銅粉末表面が酸化されてガラスと反応し、また一部がガラス中に溶解し、これによってガラスと銅との濡れ性、接着性が向上するため、ガラスの電極膜からのはじき出しによるガラス溜りが生じなくなると共に、銅粉末の焼結性が向上し、膜の緻密性が向上してめっき液の浸入が抑制されものと考えられる。
【００１５】
更にＭｎ酸化物から放出された酸素は、焼成時ペースト中のビヒクル残渣のカーボンと結び付いてＣＯ2として膜外に飛散させる効果をもつと考えられる。即ち低酸素雰囲気中で焼成する際にも有機バインダーを速やかに分解飛散させ、残留カーボンによるセラミック素体の還元やクラック、電極の焼結阻害やブリスタ発生を防止するため、銅粉末の焼結促進効果と相俟って緻密な焼成膜が得られるものと考えられる。
【００１６】
また内部電極がニッケルの場合には、このように銅粉末を濡らし一部を溶解して流動したガラスが、銅粉末をニッケル電極の方に積極的に移動させ、またニッケル−銅間の拡散を促進することにより、ニッケル内部電極との接合性が改善されると考えられる。
次に、本発明で用いるガラスの組成範囲について説明する。なお、以下の記載において、％は特記しない限り重量百分率を表わすものである。
【００１７】
ＢａＯ及びＣａＯは、融剤として働き、ガラス軟化点を低下させ、流動性を向上させる効果がある。またＢａＯは結晶生成を抑制する作用がある。ＣａＯはＢａＯの一部を置換する形で、全ガラス中20％まで含有させることができる。20％を超えると、ガラスが結晶化し易くなる。望ましくは6％以下である。ＢａＯ及びＣａＯの含有量が合計で30％未満の場合、軟化点が高くなりすぎて流動性が悪くなり、緻密な焼成膜が得られない。60％を超えると、ガラスの耐酸性が低下するため、耐めっき液性が悪くなるので望ましくない。好ましくは40〜60％の範囲である。
【００１８】
Ｂ2Ｏ3は、網目形成酸化物であり、かつ、フラックスとして用いられる。含有量が10％より少ないとガラスの流動性が悪くなる。35％より多いとガラスの耐酸性が低下するため、耐めっき液性が悪くなる。好ましくは15〜25％の範囲である。
ガラス中のＺｎＯ成分は、ＴｉＯ2と反応し易い。このため、例えば積層セラミックコンデンサにおいては、チタン酸バリウム、酸化チタン系誘電体と反応して、セラミック素体とガラスの接着強度の向上に寄与する他、素体端部における内部電極の露出が不十分で内部電極の端部がセラミックで覆われているような場合、そのセラミックを溶解することにより、内部電極と端子電極の接合性を改善する作用もあると考えられる。しかしＺｎＯが多くなると、反応相であるＺｎＴｉＯ3結晶相が過度に生成し、接着強度及び素体のセラミックの強度を劣化させる。ガラス中のＺｎＯ成分の含有量は13〜30％の範囲とする必要がある。好ましくは15〜25％である。
【００１９】
Ｍｎ成分は、前述のように銅金属との濡れを高める作用を有し、また脱バインダー性を向上させる。配合量がＭｎＯ2換算で2％より少ないと効果がなく、22％より多いとガラスの製造工程において失透してくるため安定なガラスが得られない。その含有量は好ましくは3〜15％である。
Ａｌ2Ｏ3はガラスの構造を安定化させ、また耐酸性を良好にする。１％より少ないと効果がなく、10％より多いとガラスが失透して焼成時の流動性が悪くなる。好ましくは1〜6％である。
ＳｉＯ2は網目形成酸化物であり、ガラス化範囲を広げる効果と耐酸性を向上させる効果がある。１％より少ないと効果がなく、10％より多いと軟化点が上昇してガラスの流動性が悪くなり、また脱バインダー性も悪くなる。好ましくは2〜6％の範囲で配合される。
【００２０】
本発明のガラス組成物にはこの他、特性に影響のない範囲で少量の他の酸化物、例えばアルカリ金属、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、ＦｅまたはＣｏなどの酸化物を含有させることができる。
本発明のペーストに用いられるガラスは、各成分の原料化合物を混合、溶融、急冷、粉砕する通常の方法の他、ゾルゲル法、噴霧熱分解法、アトマイズ法等の方法で製造することができる。特に噴霧熱分解法では微細で粒度の揃った球状のガラス粉末が得られ、導体ペーストに使用する際粉砕処理を行う必要がないので好ましい。
【００２１】
導電性粉末に対する上記ガラス粉末の配合比率は特に限定されるものではないが、通常導電性粉末100重量部に対して1〜20重量部程度配合される。
ビヒクルとしては特に限定はなく、通常導体ペーストのビヒクルとして使用されている有機バインダーや溶剤等を適宜選択して配合する。例えば有機バインダーとしては、セルロース類、アクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、ロジンエステル等が、また溶剤としてはアルコール系、エーテル系、エステル系、炭化水素系等の有機溶剤や水、これらの混合溶剤が挙げられる。この他通常添加されるような可塑剤や、高級脂肪酸や脂肪酸エステル系などの分散剤、界面活性剤等を適宜配合することができる。ビヒクルの配合量は特に限定されるものではなく、無機成分をペースト中に保持し得る適切な量で、用途や塗布方法に応じて適宜調整される。
【００２２】
本発明の導体ペーストには、上記成分以外に通常配合されるような無機成分、例えばアルミナ、シリカ、酸化銅、酸化マンガン、チタン酸バリウム、酸化チタン等の金属酸化物や、誘電体層と同質のセラミック粉末、モンモリロナイトなどを、目的に応じて適宜添加することができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
実施例１〜６
表１に示す酸化物組成になるようにガラス原料をそれぞれ調合し、白金ルツボを用いて約1150℃で溶融し、次いでグラファイト上に流出させて空冷して得られたガラスをアルミナボ−ルで微粉砕し、ガラス粉末を得た。
【００２４】
得られたガラス粉末150mgを加圧成形して直径10mmの円板状ペレットを製造した。このペレットを銅板上に載せ、窒素雰囲気中800℃で焼成することにより、銅との濡れ性及び銅との接着性を調べた。銅との濡れ性は、銅板に接着したガラスの拡がり径を測定することにより判定した。拡がり径が大きいほど濡れ性が良好と判断される。銅との接着性は、銅板を折り曲げることによって銅板とガラスを剥離させ、銅板表面にガラスが付着して残っている場合を「良好」、痕跡を残さずに完全に剥離したもの「不良」と判定した。結果を表１に示す。
【００２５】
次に、Ｃｕ粉末100重量部と上記ガラス粉末12重量部とを、アクリル樹脂系バインダーをテルピネオールに溶解したビヒクル40重量部と共にロールミルで混練して、導体ペーストを作成した。この導体ペーストを、Ｎｉ内部電極を有する外形寸法が2.0mmｘ1.2mmｘ1.2mmの積層セラミックコンデンサ素体表面の端子部に、焼成膜厚が60μmとなるようにディッピング法で塗布し、乾燥後、窒素雰囲気中において800℃で焼成して端子電極を形成した。次いで端子電極上に電気めっきによりＮｉめっき膜及び更にＳｎめっき膜を形成した。
【００２６】
得られたコンデンサの端子電極の断面を走査型電子顕微鏡で観察して電極の緻密性を調べ、更にＸ線による元素分析でめっき液の浸入の有無を調べた。また端子電極にリード線を半田付けし引張り強度を測定することにより、素体との接着強度を調べた。結果を表１に併せて示す。またコンデンサの静電容量を測定し、容量不良率を調べることにより、内部電極との接合性を評価した。容量不良率は設計値より10％以上容量の低いものを容量不良品とし、100個中のその発生個数で示す。
【００２７】
比較例１〜５
ガラスの組成を表1に示すとおりとする以外は、実施例と同様にしてガラス粉末を作成し、ガラスと銅との濡れ性及び接着性を調べた。
更にこのガラス粉末を用いて実施例と同一の組成の導体ペーストを製造した。次いで実施例と同様にコンデンサを作成し、電極の緻密性、めっき液の浸入の有無、接着強度、容量不良率を調べ、結果を表１に併せて示した。
【００２８】
表１から明らかなように、本発明の組成のガラスは、銅との濡れ性、接着性が極めて優れており、これを用いることによって緻密で特性の優れた端子電極が形成される。
【００２９】
【表１】
0003827060.tif 000002
【００３０】
【発明の効果】
本発明の導体ペーストを用いて形成された積層セラミックコンデンサ等の積層セラミック部品の銅端子電極は、緻密性及びセラミック素体との接着強度が優れ、特にめっき液の浸入による接着強度の低下や剥離、更にはコンデンサ特性の低下が防止される。また電極表面にガラス溜りがなく、従って、めっき付き性や半田付け性が良好である。またニッケル系の内部電極との導通も良好で、信頼性の高い積層セラミック部品を製造することが可能である。