(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック素体と、導電性ペーストを用いて前記セラミック素体上に形成された端子電極と、を備える、セラミック電子部品であって、
前記導電性ペーストは、導電成分とガラス粉末と有機ビヒクルとを含有し、
前記ガラス粉末は、結晶化ガラスからなり、
前記結晶化ガラスは、Ｂ成分とＢｉ成分とＡｌ成分とアルカリ土類金属と不可避不純物とからなる酸化物であり、
前記ガラス粉末は、前記端子電極の焼付け形成時に少なくとも一部が溶融して前記セラミック素体内部に浸透し、
前記浸透の深さは、前記セラミック素体の表面から１５０μｍ以内であることを特徴とする、セラミック電子部品。
【請求項２】
前記導電性ペーストに含有するアルカリ土類金属は、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック電子部品
【請求項３】
前記導電性ペーストに含有する前記結晶化ガラスの含有量は、導電成分１００体積％に対して１〜２５体積％の範囲内であることを特徴とする、請求項１または２に記載のセラミック電子部品。
【請求項４】
中高電圧域で用いられるセラミックコンデンサであることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載のセラミック電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中高電圧域で用いられるセラミック電子部品に関するものであり、特に中高電圧域で用いられるセラミックコンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりセラミック電子部品は、誘電体、半導体、圧電体等のセラミック材料からなるセラミック素体を備える。これらのセラミック電子部品に付随する電極や配線を構成する材料として導電性ペーストが多く用いられている。
【０００３】
セラミック電子部品の電極形成に用いられる導電性ペーストの場合、ガラス粉末が添加される場合がある。導電性ペースト中にガラス粉末を添加する効果としては、一般に電極焼成時に軟化流動して導電成分の焼結を促進させること、端子電極の密着強度を向上させること、セラミック素体をガラスでコートすることにより耐湿性を向上させること、さらにセラミック電子部品がセラミックコンデンサの場合に、端子電極とセラミック素体の界面部に生成するポアを埋めることにより静電容量の低下を防ぐこと等が挙げられる。
【０００４】
また、従来よりセラミック電子部品の電極形成に用いられる導電性ペーストは、Ｐｂ系ガラスが多く使用されてきたが、近年では環境問題への配慮から非Ｐｂ系ガラスへの置き換えが求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の非Ｐｂ系ガラス、例えばＢｉ系ガラスを添加した導電性ペーストを用いて端子電極を形成した中高電圧域で用いられるセラミック電子部品、特に中高電圧域で用いられるセラミックコンデンサは、Ｐｂ系ガラスを含有する従来の導電性ペーストを用いて端子電極を形成した同様のセラミック電子部品と比較して、セラミック素体の発熱温度が高くなるという問題がある。これは、ガラス中のＢｉ成分が、高電圧ならびに高周波負荷時にセラミック素体に拡散し、セラミックが還元されて半導体化するために、セラミック素体のｔａｎδが上昇するためと考えられる。
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題点を解消すべくなされたもので、Ｐｂ成分を含有せずに、セラミック素体の焼結促進、密着強度向上、耐湿性向上を実現しつつ、なおかつセラミック素体の異常発熱を抑制し得る導電性ペーストを用いて端子電極を形成した、セラミック電子部品を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のセラミック電子部品は、セラミック素体と、導電性ペーストを用いてセラミック素体上に形成された端子電極と、を備える、セラミック電子部品であって、導電性ペーストは、導電成分とガラス粉末と有機ビヒクルとを含有し、ガラス粉末は、結晶化ガラスからなり、結晶化ガラスは、Ｂ成分とＢｉ成分とＡｌ成分とアルカリ土類金属と不可避不純物とからなる酸化物であり、ガラス粉末は、端子電極の焼付け形成時に少なくとも一部が溶融してセラミック素体内部に浸透し、浸透の深さは、セラミック素体の表面から１５０μｍ以内であることを特徴とする。
【０００８】
なお、結晶化ガラス中の不可避不純物とは、ガラス作製時に不可避的に混入する不純物のことである。具体的には、ガラス原料を溶融させるるつぼからの不純物として、白金るつぼを用いた場合のＰｔ、石英るつぼを用いた場合のＳｉが挙げられる。また、得られたガラスの粉砕工程で混入する不純物として、ＳＵＳロールで荒粉砕した場合のＦｅ、ジルコニアボールで微粉砕した場合のＺｒが挙げられる。
【０００９】
また、本発明のセラミック電子部品は、上述のセラミック電子部品であって、導電性ペーストに含有するアルカリ土類金属は、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明のセラミック電子部品は、上述のセラミック電子部品であって、導電性ペーストに含有する結晶化ガラスの含有量は、導電成分１００体積％に対して１〜２５体積％の範囲内であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明のセラミック電子部品は、上述のセラミック電子部品であって、中高電圧域で用いられるセラミックコンデンサであることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミック電子部品は、端子電極中にＢ成分とＢｉ成分とＡｌ成分とアルカリ土類金属とからなる結晶化ガラスからなることを要する。すなわち、上述した結晶化ガラスを含有する導電性ペーストを用いて端子電極が焼付け形成されていることを要する。さらに、端子電極の焼付け形成時に、このような結晶化ガラスを溶融させ、セラミック素体の表面から１５０μｍ以内まで浸透させることを要する。このような本発明のセラミック電子部品は、Ｐｂ成分を含有せずに、セラミック素体の焼結促進、密着強度向上、耐湿性向上を実現しつつ、なおかつセラミック素体の異常発熱を抑制し、よってセラミック素体のｔａｎδが上昇することを抑制し得る。なお、不可避不純物として、その他の元素が微量含有することを妨げない。
【００１３】
なお、本発明における結晶化ガラスとは、ガラス作製時は、非晶質ガラスであるが、ガラスを加熱していくと少なくとも一部が結晶化するガラスを指す。また、結晶溶融温度とは、ガラス加熱時に結晶化したガラスが溶融を開始する温度を指す。また、焼付け温度とは、セラミック素体に導電性ペーストを塗布した後、導電成分を焼結させるときの温度を指し、セラミック電子部品の端子電極形成用導電性ペーストの場合、一般に導電成分の融点より１００〜２００℃前後低い温度で焼付けを行なう。
【００１４】
また、本発明のセラミック電子部品の端子電極形成に用いられる導電性ペーストに含有するアルカリ土類金属成分としては、Ｃａ，ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上を適宜用いることができるが、ガラス製造上の扱いやすさや環境への負荷を考慮すると、ＣａまたはＳｒを用いることがより好ましい。
【００１５】
また、本発明のセラミック電子部品の端子電極形成に用いられる導電性ペーストに含有する結晶化ガラスの含有量は、導電成分１００体積％に対して１〜２５体積％であることが好ましい。添加量が１体積％未満では、結晶化ガラスを含有させた効果が小さく、端子電極の密着強度を確保することが困難となる。他方、含有量が２５体積％を超えると、セラミック素体へのガラスの浸透割合が増え、中高電圧域で用いるとセラミック素体が異常発熱するとともに、ガラスが端子電極の表面に偏析して、半田濡れ不良やめっき付き不良を生じることがある。
【００１６】
なお、本発明のセラミック電子部品の端子電極形成に用いられる導電性ペーストに含有する導電成分としては、特に限定はしないが、例えばＡｇ，Ｐｄ等の貴金属粉末ならびにこれらの合金粉末や、Ｎｉ，Ｃｕ等の卑金属粉末ならびにこれらの合金粉末を適宜調整して用いることができる。
【００１７】
本発明のセラミック電子部品の一つの実施形態としてセラミックコンデンサを例に挙げ、図１に基づいて詳細に説明する。セラミックコンデンサ１は、セラミック素体２と、セラミック素体２の両主面に本発明の導電性ペーストを用いて形成された一対の端子電極３，３と、端子電極３，３に電気的に接合されたリード線４，４と、端子電極３，３とリード線４，４を電気的・機械的に接合させてなる半田５，５と、セラミック素体２と端子電極３，３と半田５，５を完全に覆い、リード線４，４の一端を覆うように形成されてなる外装樹脂６とからなる。
【００１８】
セラミック素体２は、例えば誘電体，磁性体，圧電体，絶縁体等として機能する材料からなる、例えば単板型あるいは積層型の生のセラミック素体が焼成されてなるが、本発明のセラミック電子部品におけるセラミック素体は、特にこれらに限定されるものではない。
【００１９】
端子電極３，３は上述した本発明の導電性ペーストからなり、例えばセラミック素体２の両主面に塗布され乾燥された後に焼付けられてなる。なお、端子電極３，３は、焼成前の生のセラミック素体の両主面に本発明の導電性ペーストが塗布され電極膜が形成された後に、生のセラミック素体とともに同時に焼成されてもよく、形成方法について特に限定されるものではない。
【００２０】
また、本発明のセラミック電子部品は、図１に示したセラミックコンデンサ１の形状に限定されることなく、例えば、複数のセラミックグリーンシートが積層されたセラミック素体を焼成してなるセラミック素体と、そのセラミック素体の両主面に本発明の導電性ペーストを用いて形成された一対の端子電極を備える積層セラミック電子部品であっても構わない。また、リード線や外装樹脂の材料は特に限定されることなく、またこれらを備えていなくても構わない。
【００２１】
【実施例】
図１に示したセラミックコンデンサを作製して、発熱温度の測定を行なった。まず、表１に示すそれぞれの組成となるように、出発原料であるアルカリ土類金属の水酸化物，Ｂｉ2Ｏ3，Ｈ3ＢＯ3，Ａｌ（ＯＨ）3，ＣａＣＯ3，ＳｒＣＯ3およびＢａＣＯ3を調合し、白金製のるつぼに入れて９００〜１３００℃に１時間保持した。次に、試料が完全に溶融したことを確認し、炉から取り出して純水中に投入してガラス化させた。得られたビーズ状のガラスをボールミルで湿式粉砕して、表１に示した組成割合からなる試料１〜９のガラス粉末を得た。なお、試料１〜６のガラス粉末については、ＤＴＡ曲線ならびに高温Ｘ線回折法から、昇温していくと結晶化する結晶化ガラスであることを確認し、試料７〜９のガラス粉末については、非晶質ガラスであることを確認した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
次いで、導電成分として粒径０．１〜５μｍのＡｇ粉末３３体積％と、試料１〜９のガラス粉末６体積％と、ビヒクル６１体積％を混合し、３本ロールミルで混練して、試料１〜９の導電性ペーストを得た。なおビヒクルとしては、ターピネオール８０重量％にエチルセルロースを２０重量％の割合で溶解させたものを用いた。
【００２４】
次いで、目標とする静電容量が１ｎＦとなるようなＢａＴｉＯ3からなるセラミック素体の両主面に試料１〜９の導電性ペーストを３ｍｍφのパターンでスクリーン印刷し、空気中８００℃で２時間焼成して端子電極を形成し、それぞれ２００個ずつの試料１〜９の試験サンプルを得た。
【００２５】
そこで、それぞれ１００個ずつの試料１〜９の試験サンプルについて、セラミック素体の表面からのガラスの浸透深さを測定し、これらを表２にまとめた。なお、ガラスの浸透深さは、Ｘ線マイクロアナライザを用いて、加速電圧１５ｋＶ，照射電流１００ｎＡ，Ｄｗｅｌｌ  ｔｉｍｅ（１つの画素での取り込み時間）５０ｍｓの条件で測定した。
【００２６】
次いで、残りの１００個の試料１〜９の試験サンプルの端子電極にリード線を半田で半田付けし、外装樹脂を用いてセラミック素体と端子電極とリード線の一端と半田を被覆して、試料１〜９のセラミックコンデンサを得た。
【００２７】
そこで、試料１〜９のセラミックコンデンサに対してＡＣ電圧３ｋＶｐ−ｐを印加し、熱電対を用いて外装樹脂表面の温度を測定し、室温２５℃との差（ΔＴ）を求め、これを発熱温度として表２にそれぞれまとめた。評価は、発熱温度が３０℃以下である試料を本発明の範囲内として○印で表し、３０℃を超える試料を本発明の範囲外として×印で表した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
表２から明らかであるように、結晶化ガラスであって、Ｂ成分，Ｂｉ成分およびＡｌ成分と、アルカリ土類金属であるＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種とからなる、試料１〜６のガラス粉末を含有する試料１〜６のセラミックコンデンサのうち、浸透深さが１５０μｍ以下である試料１，３および５のセラミックコンデンサは、発熱温度（ΔＴ）が２１．５〜２４．５℃であり、本発明の範囲内となった。
【００３０】
これに対して、浸透深さが１５０μｍを超えて１７３〜１８９μｍである試料２，４および６のセラミックコンデンサは、発熱温度が３６．９〜３８．３℃であり、本発明の範囲外となった。
【００３１】
また、Ｂ成分，Ｂｉ成分およびＡｌ成分と、アルカリ土類金属であるＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種とからなるが、非晶質ガラスである試料７〜９のガラス粉末を含有する試料７〜９のセラミックコンデンサは、何れも浸透深さが１５０μｍを超えて２０５〜２５０μｍであるため、発熱温度は３８．５〜４０．５℃であり、本発明の範囲外となった。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明のセラミック電子部品は、セラミック素体と、導電性ペーストを用いてセラミック素体上に形成された端子電極と、を備える、セラミック電子部品であって、導電性ペーストは、導電成分とガラス粉末と有機ビヒクルとを含有し、ガラス粉末は、結晶化ガラスを含有し、結晶化ガラスは、Ｂ成分とＢｉ成分とＡｌ成分とアルカリ土類金属と不可避不純物とからなる酸化物であり、ガラス粉末は、端子電極の焼付け形成時に少なくとも一部が溶融してセラミック素体内部に浸透し、浸透の深さは、セラミック素体の表面から１５０μｍ以内であることを特徴とすることで、中高電圧域で用いた場合であっても、セラミック素体の焼結促進、密着強度向上、耐湿性向上を実現しつつ、かつセラミック素体の異常発熱を抑制し得、なおかつ端子電極中にＰｂ成分を含有しないセラミック電子部品を提供することができる。
【００３３】
また、本発明のセラミック電子部品の端子電極焼付け形成に用いられる導電性ペーストに含有する結晶化ガラスの含有量が、導電成分１００体積％に対して１〜２５体積％であれば、セラミック素体の焼結促進、密着強度向上、耐湿性向上を実現しつつ、かつセラミック素体の異常発熱を抑制し得るとともに、この導電性ペーストを用いて端子電極を形成した場合にガラスが端子電極の表面に偏析すること、ならびに半田濡れ不良やめっき付き不良を抑制する効果が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る一つの実施の形態のセラミック電子部品の断面図である。
【符号の説明】
１  セラミック電子部品
２  セラミック素体
３  端子電極
【図１】
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