专利名称：具有导线端子的陶瓷电子部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷电子部件，具体地说，涉及具有导线端子的陶瓷电子部件，其中导线端子焊接到在陶瓷元件上形成的电极。
单片型陶瓷电容器(所谓陶瓷片电容器)，例如，具有在电介体陶瓷制造的单片上形成电极的电容器，分别具有在陶瓷片主体的正面和背面上设置电极的结构，而且导线端子是通过焊接剂焊接到电极上的。
通常电极是采用通过施加包含导电成分Ag、Cu等能够容易地焊合的金属的电极糊形成的烘固电极，还有通过液体电镀方法形成的电镀电极。
此外，近年来作出的研究在于采用Ni电极、Zn电极等，它们是通过施加以及烘固包含导电成分金属Ni、Zn等电极糊形成的，或者通过液体电镀金属形成的，所镀金属是在其中抑制焊剂中所含Sn扩散的金属。
对于具有通过焊接剂使引线端子被接合到由Ag、Cu等制成的烘固电极或者液体电镀电极的结构的陶瓷电容，当把陶瓷电容器用于高温环境中时(比如约150℃的温度)，在接合导线端子所用焊接剂中包含的Sn在电极中扩散。结果，构成陶瓷元件的陶瓷与电极之间的附着力降低。这可能引起的问题在于，陶瓷电容器的电介体损失增加和陶瓷元件破裂，这是因为电极与陶瓷之间产生的空隙中的电晕放电引起的，这取决于不同的情况。
此外，关于用Ni、Zn等制成的烘固电极或液体电镀电极，不能轻易地实现导线端子对电极的焊合。因此，在某些情况下，必需使用氯型的焊剂，从可靠性的观点看，氯型焊剂是有疑问的，或提供另外一个电极用于焊合。
为解决上述问题，提出一种方法(多层结构方法)，其中通过溅射，形成将与陶瓷接近地接合的一个电极层，在这个电极层上形成由具有高焊合性质的电极材料构成的焊接层。甚至在通过上面方法制成电极产品的情况下，当将这种产品用于高温度条件下时，产品的特性可能变差。实际上，无法令人满意地解决高温环境中使用所致特性降低的问题。
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种具有导线端子的陶瓷电子部件，其中可以轻易地并且坚固地将导线端子焊接到电极上，具有导线端子连接的高可靠性，并使因高温环境下使用所引起部件特性的恶化最小化。
为实现上述目的，根据本发明，一种陶瓷电子部件包括布置在陶瓷元件的表面上的电极，以及附加到电极上的导线端子，每一电极具有四层结构，其中包括(a)Ni-Ti合金制成的第一电极层，它被形成为将被接合到构成陶瓷元件的陶瓷的表面上，(b)用从一组Cu、Ag及Au中选择至少一种制成的第二电极层，它设置于第一电极层上，(C)用Ni-Ti合金制成的第三电极层，它设置于第二电极层上，以及(d)用从一组Cu、Ag及Au选择的至少一种制成的第四电极层，它设置于第三电极层上，通过焊接方式将每一个导线端子接合到具有四层结构的电极上。
通过使每一电极形成具有四层结构，包括将被接合到构成陶瓷元件的陶瓷表面上的用Ni-Ti合金制造第一电极层，由从一组Cu、Ag及Au中选择的至少一种制成的将被设置于第一电极层上的第二电极层，用Ni-Ti合金制造的将设置在第二电极层上的第三电极层，以及用从一组Cu、Ag及Au中选择的至少一种制成设置在第三电极层上的第四电极层，以及将导线端子焊接到具有四层结构的电极上，导线端子可以坚固地接合到电极上，而且可以使高温环境下使用所造成的产品特性下降情况得到抑制或避免。
在本发明中，作为构成第一电极层的材料，使用Ni-Ti合金，因为它可以实现对于陶瓷元件的陶瓷的适当的结合力。假设在合金与陶瓷之间的结合力应归于陶瓷中的氧和金属(合金)之间的结合。如果氧与金属之间的结合力较低，则附着是不充分的。如果这个结合力过分地高，则由于陶瓷的变形，会使产品的特性恶化。在使用Ni-Ti合金的情况下，可以获得足够的结合力，而不会降低产品的其它特性。
第二电极层执行在高温环境中确保导电率的功能并防止元件特性恶化。本发明中，作为用于构成第二电极层的材料，至少使用从一组Cu、Ag及Au中选择的一种材料。
第三电极层起到防止焊接剂成分扩散进入第二电极层的作用。本发明中，作为构成第三电极层的材料，使用Ni-Ti合金，致使焊接剂成分的扩散最小。
导线端子被焊接到第四电极层。本发明中，使用从一组Cu、Ag及Au中选择的至少一种作为具有对于焊接剂的高润湿性的金属。
这就是说，在本发明的具有导线端子的陶瓷电子部件中，(1)第一电极层具有确保对于陶瓷元件的陶瓷的适当结合特性的作用，(2)第二电极层具有在高温环境中确保导电率的作用，(3)第三电极层具有防止焊接剂成分散开的作用，以及(4)第四电极层具有确保焊接剂良好的润湿性作用，可使导线端子对电极的连接可靠性保持在较高的值，并可以抑制因在高温环境中使用所造成的零件特性下降。
最好通过溅射方法，分别形成构成电极的第一、第二、第三、和第四电极层。
通过溅射方法分别形成构成电极的第一、第二、第三和第四电极层，可以轻易地并且可靠地制造出对于构成陶瓷元件的陶瓷具有高粘着属性和焊接属性的电极。
然而，可以使用其它方法形成每个第一、第二、第三和第四层。
而且，构成第一和第三电极层的Ni-Ti合金的Ti含量按重量计算最好在5-20％范围内。
通过将构成第一和第三电极层的Ni-Ti合金的Ti含量(Ti的比率)设定在5-20％重量比的范围内，可以轻易地并且可靠地形成对于陶瓷元件具有高粘附和焊合属性的电极。因此，本发明的实施事实上是有效的。
将Ni-Ti合金的Ti含量(Ti的比率)设定在按重量计算5-20％范围内的理由是如果Ti含量按重量计算小于5％，则不能确保合金对构成陶瓷元件的陶瓷的粘着性，另外，随Ni的比率过分地增加，Ni-Ti合金被磁化，以致不能应用磁电管溅射方法。此外，如果Ti含量超过重量的20％，对陶瓷的反应使电极和陶瓷之间产生多相。这引起介质损耗增加。
构成第一和第三电极层的Ni-Ti合金的Ti含量按重量计算可在5-10％的范围内。
将Ni-Ti合金的Ti含量(Ti的比率)设定在按重量计算约5-10％的范围内的一个理由如下。合金对构成陶瓷元件的陶瓷的粘着性是极好的，并能可靠地抑制因多相所引起的介质损耗的增加。
在具有导线端子的陶瓷电子部件中，陶瓷元件最好为由用于单片型陶瓷电容器的电介体陶瓷制成的片型陶瓷体，而且陶瓷电子部件是单片型陶瓷电容器。
当本发明被应用于具有导线端子的单片型陶瓷电容器时，其中陶瓷元件是由用于单片型陶瓷电容器的电介体陶瓷制造的片形陶瓷体，具有导线端子的陶瓷电容器具有电极对陶瓷元件的高粘着性，导线端子对电极的高焊合强度，以及在高温环境中使用时，电容器的优良的稳定性。
通过下面参照附图对本发明的最佳实施例的详细描述，本发明的其它特征、部件和积极效果将变得更加清楚。
图1是本发明实施例的具有导线端子的陶瓷电子部件的剖面图。
下文中对本发明实施例的描述将使本发明的特征变得更明显。
在这个实施例中，作为例子描述一个单片型陶瓷电容器，它具有导线端子被接合到位于片型陶瓷体(用于单片陶瓷电容器的陶瓷元件)的前、后两个面上的电极上。
如图1所示，这个实施例的具有导线端子的单片陶瓷电容器(以下简称电容器)包括用电介体陶瓷制成的片型陶瓷体10，形成在陶瓷体10的前后两个面上的电极5a和5b，以及较好是用焊接部分6a和6b与电极5a和5b焊接的导线端子7a和7b。
陶瓷主体10是由电介体陶瓷制成的，比如BaTiO3类，SrTiO3类，TiO2类或其它合适的材料。
此外，通过磁电管溅射方法，在加热直到预定温度的陶瓷主体10的两个面上形成电极5a和5b。
陶瓷主体10被加热用于溅射的温度是可选的。从降低陶瓷主体10中的剩余热应力的观点出发，最度最好设定在150℃或更低。
在这个实施例的电容器中，电极5a和5b分别包括四层结构，即第一电极层1a和1b，第二电极层2a和2b，第三电极层3a和3b，以及第四电极层4a和4b。
部分地构成电极5a和5b的第一电极层1a和1b较好是分别用Ni-Ti合金制成的，而且形成为以致与陶瓷主体10的两个面(表面)紧密地接合。
关于Ni-Ti合金，在之间Ni-Ti合金与构成陶瓷主体10的陶瓷之间可以提供适当的接合力。另外，Ni-Ti合金是电极材料，当陶瓷减少时，使它的特性的降低最小化。具有在按重量计算约5-20％的范围内的Ti含量(Ti的比率)的各个合成物被使用作为Ni-Ti合金。这种原因如下。如果按重量计算Ni-Ti合金的Ti含量小于5％，在合金和陶瓷之间结合力是不充分的。即不能获得所要求的结合强度。如果按重量计算Ti含量是大于20％，由于陶瓷的减少，Ni-Ti合金的特性变差。
部分地构成电极5a和5b的第二电极层2a和2b分别形成在第一电极层1a和1b的表面上，而且是用从一组Cu、Ag和Au中选择的至少一种材料制成的。提供第二电极层2a和2b，以便确保导电率。
提供部分地构成电极5a和5b的第三电极层3a和3b，以便防止由第二电极层2a和2b的氧化，或用于焊接导线端子7a和7b的焊接剂6a和6b焊接剂成分的扩散所引起的导电率的降低。第三电极层3a和3b较好是用Ni-Ti合金制造的。即用Ni-Ti合金制造的第三电极层具有高抗腐蚀性，并且完成防止作为焊接剂成分的Sn和Pb扩散功能，以致保护第二电极层2a和2b。
此外，部分地构成电极5a和5b的第四电极层4a和4b具有用于焊接剂6a和6b的高润湿性，并且起到确保导线端子的焊接属性的作用。
下文中将描述本发明实施例的电容器的电特性。
作为将受到特性检测的电容器(样品)，通过下列方法制备具有导线端子的单片陶瓷电容器。
(1)具有直径13毫米和0.5毫米厚度的盘形状的用BaTiO3制成的陶瓷主体10，在约10Pa-约2Pa真空度的环境中被加热到100℃，其后，通过磁电管溅射方法，在陶瓷主体10的上和下两面形成Ni-Ti合金(具有含量7.5％重量比的Ti)制造的第一电极层1a和1b，使得具有200nm的厚度。
(2)接下来，通过磁电管溅射方法，在第一电极层1a和1b上形成用Cu制造的第二电极层2a和2b，使得具有200nm的厚度。
(3)其后，通过磁电管溅射方法，用Ni-Ti合金(含7.5％重量比的Ti)制成的第三电极层3a和3b被形成在第二电极层2a和2b上，以致具有100nm的厚度。
(4)此外，通过磁电管溅射方法，在第三电极层3a和3b上形成用Cu制成的第四电极层4a和4b，使得具有100nm的厚度。
(5)然后，通过焊接部分6a和6b，直径0.6毫米的将被焊接的软铜线的导线端子7a和7b被焊接到具有四层结构形成在陶瓷主体10的两个面上的电极5a和5b上。因此，制造出了作为用于确定特性的一个样品的具有导线端子的单片陶瓷电容器。
如在上面描述的所准备的电容器(例1)在125℃下被保持1000小时。这个电容器是作为在电的特性(介电常数，介质损耗及绝缘电阻)方面测量的一个样品测量的。
表1显示结果。
表1还列出在电极润湿性和电极对陶瓷主体的粘附力方面的数据。
此外，在表1中，下列比较例1、2和3的被测量的电特性与上面的实施例的例子的电特性一起显示。
(1)电容器具有Cu厚膜电极层作为电极(比较例1)(2)电容器(比较例2)设置每一电极有三层结构，包括(a)用Cu制造的第一电极层(下层电极)300nm厚(b)用Ti制造的第二电极层(中间层电极)100nm厚，以及(c)用Ni-Cu制造的第三电极层(上层电极)厚度300nm。
(3)电容器(比较例3)设置每一电极有两个层结构，包括(a)用Cu制造的第一电极层(下层电极)厚度300nm(b)用Ni-Ti制造的第二电极层(上层电极)厚度300nm。
如表1所示，对于这些例子的电容器，电的特性，即介质常数、介质损耗和绝缘电阻，对于焊接的电极的润湿性，以及对于陶瓷主体的电极的粘附力可与比较例的那些特性匹敌或更高。
此外，在上述例1的电容器中，作为构成第一电极层和第三电极层的材料的Ni-Ti合金的Ti含量(Ti的比率)不同，而且在Ti含量、介质损耗以及对于陶瓷主体的电极的粘附力之间的关系是被确定的。表2显示出这些关系。
(表2]
如表2所看到的，当Ti含量是在按重量计算5-20％范围内时，于不产生实际问题的同时，可以关于两个特性(即介质损耗和电极的粘附力)获得理想的结果。
在上面描述的实施例中，作为例子描述了具有导线端子的单片型陶瓷电容器。本发明不限制为单片型陶瓷电容器。本发明可以被应用到具有通过焊接方式将导线端子焊接到在陶瓷元件上形成的电极上的这种结构的不同类型的陶瓷电子器件。
此外，在上述实施例中，形成Cu电极层作为第二和第四电极层。用于构成第二和第四电极层的材料不限制于Cu。可以使用至少包括Cu、Ag及Au中一种的不同类型的组合。
在其它方面，本发明不限制为上面描述的实施例。关于陶瓷元件和导线端子的具体的形状和尺寸，在不偏离本发明精神和范围的情况下能够做出多种应用和修改。
如上所述，在本发明的具有导线端子的陶瓷电子部件中，各个具有四层结构的电极包括Ni-Ti合金的第一电极层，它被形成为被接合到构成陶瓷元件的陶瓷的表面上；用从一组Cu、Ag和Au中选择的至少一种制成的第二电极层，它形成在第一电极层上；用Ni-Ti合金制成的第三电极层，它形成在第二电极层上，以及用从一组Cu、Ag和Au中选择的至少一种制成的第四电极层，它形成于第三电极层上，并通过焊接方式分别将导线端子焊接到具有四层结构的电极上。作为这个唯一的结构的结果，导线端子可以与电极牢固地焊接，此外，可以抑制或防止在高温环境中使用造成产品特性的下降。
具体地说，每一具有四层结构的电极最好是如下形成的。
(1)作为第一电极层(底涂层)，使用对陶瓷具有高粘附的Ni-Ti合金，(2)在其上形成用于确保导电率的由Cu或其它适合的材料制成的第二电极层，(3)另外，在其上形成用Ni-Ti合金制成的第三电极层，以抑制焊接剂成分的扩散，和(4)形成用Cu或类似材料制造的具有高焊接属性的第四电极层作为表面层，并且每一电极层分别执行上述功能。因此，可以增强导线端子的结合强度，有效地防止由在高温环境中使用引起的特性下降，以使可靠性大大增加。
此外，在具有导线端子的陶瓷电子部件中，利用溅射方法，通过分别形成构成电极的第一、第二、第三和第四电极层，可以轻易地并且可靠地形成对于构成陶瓷元件的陶瓷具有高粘附和焊接属性的电极。因此，本发明事实上是有效的。
通过将构成第一和第三电极层的Ni-Ti合金的Ti含量设定在约5-约20％重量比范围内，可以轻易地并且可靠地形成对于构成陶瓷元件的陶瓷具有高粘附和焊合属性的电极。因此，本发明事实上是有效的。
具有导线端子的陶瓷电子部件，所述导线端子对构成陶瓷元件的陶瓷具有高粘附性，其中通过将构成第一和第三电极层的Ni-Ti合金的Ti含量设定在按重量计算约为5-约10％的范围内，可以减轻由多相所引起的介质损耗的增加。
本发明最好用于单片型陶瓷电容器，其中陶瓷元件是用于单片陶瓷电容器的一个片型陶瓷主体。从而，可以获得具有导线端子的单片陶瓷电容器，其中陶瓷元件对电极的粘附性是很高的，导线端子对电极的焊合强度很高，此外，当电容器在高温环境中使用时性能的稳定性是非常好的。
在参照最佳实施例描述本发明的同时，应该认识到对于本领域的熟练者来说，在没有脱离本发明的精神和范围的情况下，是能够做出前述的和其它的在形式上和细节上的变化的。
权利要求
1．一种陶瓷电子部件，包括陶瓷材料制成的陶瓷元件；布置在陶瓷元件表面上的多个电极；以及附接到所述电极上的多个导线端子；其特征在于至少一个所述电极具有四层结构，包括(a)将被粘附到构成陶瓷元件的陶瓷表面上的用Ni-Ti合金制造的第一电极层；(b)由从一组Cu、Ag及Au中选择的至少一种构成的将被设置在第一电极层上的第二电极层；(C)用Ni-Ti合金制造的第三电极层，它设置在第二电极层上；以及(d)用从一组Cu、Ag及Au中选择的至少一种制成的第四电极层，它设置在第三电极层上；通过焊接将所述每个导线端子接合到所述电极上。
2．根据权利要求1所述的陶瓷电子部件，其特征在于构成电极的第一电极层、第二电极层、第三电极层和第四电极层是被溅射形成的电极。
3．根据权利要求1所述的陶瓷电子部件，其特征在于构成第一和第三电极层的Ni-Ti合金的Ti含量按重量计算在约5-约20％的范围内。
4．根据权利要求1所述的陶瓷电子部件，其特征在于构成第一和第三电极层的Ni-Ti合金的Ti含量按重量计算在从约5-约10％的范围内。
5．根据权利要求1所述的陶瓷电子部件，其特征在于陶瓷元件是由用于单片型陶瓷电容器的电介体陶瓷制成的一个片型陶瓷体，而且陶瓷电子部件是单片型陶瓷电容器。
6．根据权利要求1所述的陶瓷电子部件，其特征在于每个电极具有四层结构。
7．根据权利要求1所述的陶瓷电子部件，其特征在于陶瓷元件是由BaTiO3、SrTiO3、和TiO2中的一种构成的。
8．根据权利要求1所述的陶瓷电子部件，其特征在于第二和第四电极层是由Cu构成的。
9．根据权利要求1所述的陶瓷电子部件，其特征在于第二和第四电极层是由Cu、Ag、以及Au的组合构成的。
10．一种形成陶瓷电子部件的方法，其中包括步骤提供陶瓷材料制成的陶瓷元件；在陶瓷元件表面上形成多个电极；以及形成多个导线端子以致附接到所述电极上；其特征在于至少一个所述电极是由下述步骤形成的(a)在陶瓷元件上形成第一电极层，第一电极层是由Ni-Ti合金形成的并附接到构成陶瓷元件的陶瓷材料的表面；(b)形成由从一组Cu、Ag及Au中选择的至少一种构成的将被设置在第一电极层上的第二电极层；(C)形成用Ni-Ti合金制造的并设置在第二电极层上的第三电极层；以及(d)形成用从一组Cu、Ag及Au中选择的至少一种制成的并设置在第三电极层上的第四电极层；通过焊接将所述导线端子接合到所述电极上。
11．根据权利要求10所述的形成陶瓷电子部件的方法，其特征在于通过电极溅射形成构成电极的第一电极层、第二电极层、第三电极层和第四电极层是被溅射形成的电极。
12．根据权利要求10所述的形成陶瓷电子部件的方法，其特征在于构成第一和第三电极层的Ni-Ti合金的Ti含量按重量计算在约5-约20％的范围内。
13．根据权利要求10所述的形成陶瓷电子部件的方法，其特征在于构成第一和第三电极层的Ni-Ti合金的Ti含量按重量计算在从约5-约10％的范围内。
14．根据权利要求10所述的形成陶瓷电子部件的方法，其特征在于陶瓷元件是由用于单片型陶瓷电容器的电介体陶瓷制成的一个片型陶瓷体，而且陶瓷电子部件是单片型陶瓷电容器。
15．根据权利要求10所述的形成陶瓷电子部件的方法，其特征在于每个电极具有四层结构。
16．根据权利要求10所述的形成陶瓷电子部件的方法，其特征在于陶瓷元件是由BaTiO3、SrTiO3、和TiO2中的一种构成的。
17．根据权利要求10所述的形成陶瓷电子部件的方法，其特征在于第二和第四电极层是由Cu构成的。
18．根据权利要求10所述的形成陶瓷电子部件的方法，其特征在于第二和第四电极层是由Cu、Ag、以及Au的组合构成的。
全文摘要
一种陶瓷电子部件,包括电极,每个电极具有四层结构,包括:将被粘附到构成陶瓷元件的陶瓷表面上的用Ni－Ti合金制造的第一电极层;由从一组Cu、Ag及Au中选择的至少一种构成的将形成在第一电极层上的第二电极层;用Ni－Ti合金制成的第三电极层,它形成在第二电极层上,以及用从一组Cu、Ag及Au中选择的至少一种制成的第四电极层,它形成在第三电极层上。通过焊接方式将每个导线端子接合到具有四层结构的电极上。
文档编号H01G4/228GK1313616SQ01102659
公开日2001年9月19日 申请日期2001年2月7日 优先权日2000年3月14日
发明者谷田敏明, 永岛满, 山冈修 申请人:株式会社村田制作所