金属端子接合用导电糊剂、带有金属端子的电子部件及其制造方法
【专利摘要】本发明提供能够将金属端子切实地接合于电极的金属端子接合用导电糊剂，使用该金属端子接合用导电糊剂制造带有金属端子的电子部件的方法，以及通过该制造方法制造的金属端子切实地接合于外部电极的高可靠性的带有金属端子的电子部件。作为构成导电糊剂的无机填料，使用含有平均粒径为3μm以下的球形Cu粉末、长宽比为3以上且平均粒径为10μm以上的扁平Cu粉末、玻璃粉、以及在用于烧结的热处理工序中不熔融的无机材料所形成的平均粒径为30μm以上的球形无机粉末的无机填料。相对于球形Cu粉末和所述扁平Cu粉末的合计100容量份，以10～35容量份的比例含有球形无机粉末。另外，扁平Cu粉末相对于球形Cu粉末和扁平Cu粉末的合计量的比例为10～50体积％的范围。
【专利说明】金属端子接合用导电糊剂、带有金属端子的电子部件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可以用于将金属端子接合于芯片型电子部件所具备的外部电极等电极的金属端子接合用导电糊剂，具备使用该金属端子接合用导电糊剂将金属端子接合于外部电极的工序的、带有金属端子的电子部件的制造方法，以及通过该制造方法制造的带有金属端子的电子部件。
【背景技术】
[0002]例如，在形成芯片型电子部件的外部电极时，广泛采用将导电成分与玻璃粉、有机载体等混炼形成糊剂状的导电糊剂，并涂布该导电糊剂进行烧结的方法。
[0003]作为这种导电糊剂，例如，已经提出了如下的外部电极用导电性糊剂:在至少含有球形和薄片状铜粉末、玻璃粉，并且通过涂布在芯片型电子部件的规定面上而形成为外部电极的导电性糊剂中，球形和薄片状的铜粉末的平均粒径均为3?10 μ m的范围，并且导电性糊剂的膜密度为4.0g/cm3以上的外部电极用导电性糊剂(参见专利文献I)。
[0004]另外，除了该导电性糊剂以外，在制造具有陶瓷元件上设置了外部电极的结构的陶瓷电子部件的工序中，作为用于形成外部电极的导电糊剂，还提出了如下的导电糊剂:含有金属粉末、玻璃粉末、粘合剂和有机溶剂，其中金属粉末以满足比表面积为0.5?1.0m2/g、长径B为20?40 μ m、厚度T为0.05?3 μ m的条件的薄片状Cu粉末、和球形Cu粉末以规定的比例配合而成的Cu粉末作为主成分(参见专利文献2)。
[0005]此外，还提出了一种导电性糊剂，其含有无机粉末和有机载体，并且通过烧结形成层叠陶瓷电子部件的外部电极，其中，无机粉末包含由Cu形成的金属粉末或以Cu为主成分的金属粉末、玻璃粉和氧化钛粉末，玻璃粉的比例相对于金属粉末100体积％为15体积％?30体积％，氧化钛粉末的比例相对于金属粉末100体积％为0.5体积％?6.0体积％，此外，玻璃粉在烧结温度下的粘度1gn为1.4Pa.s?3.1Pa.s(参见专利文献3)。
[0006]如上所述，作为导电糊剂而已经提出了的多种方案，但这些导电糊剂均为用于形成芯片型电子部件的外部电极的导电糊剂，而并非意图用于将金属端子接合于电子部件元件(电子部件本体)上形成的外部电极。
[0007]因此，在将这些糊剂用于金属端子的接合时，实际情况是难以实现所希望的接合状态、接合强度等意图实现的接合特性。
[0008]例如，在使用上述专利文献I和2的导电糊剂将金属端子接合于形成在电子部件元件端面上的外部电极时，存在下述问题。
[0009]S卩，存在以下问题:在将金属端子接合于形成在电子部件元件端面上的外部电极时，例如，在应用如下方法，即在隔着导电糊剂的状态朝着外部电极按压金属端子的状态下，通过烧结导电糊剂将金属端子接合于外部电极的方法时，位于金属端子和外部电极之间的导电糊剂向周围挤出，无法充分确保存在于金属端子和外部电极之间的导电糊剂的量，因此烧成后的金属端子与外部电极的固着强度不足，无法得到高可靠性的带有金属端子的电子部件。
[0010]另外，还存在以下问题:即使在得到临时程度的接合力(固着力)时，由于位于金属端子和外部电极之间、发挥接合力的烧结电极(接合电极)的量较少，因此无法利用烧结电极充分吸收作为基材的电子部件元件(例如，陶瓷基体)与金属端子之间的线膨胀系数差，在热冲击试验中在烧结电极自身、陶瓷基体等上产生裂纹。
[0011]另外，还存在以下问题:即使在使用专利文献3的导电糊剂时，由于无法在金属端子和外部电极之间保持足够量的导电糊剂，因此无法利用烧结电极(接合电极)充分吸收电子部件元件(例如，陶瓷基体)与金属端子之间的线膨胀系数差，在热冲击试验中在烧结电极自身、陶瓷基体等上产生裂纹。
[0012]现有技术文献
[0013]专利文献
[0014]专利文献1:日本特开2001 - 338830号公报
[0015]专利文献2:日本特开2004 - 172383号公报
[0016]专利文献3:日本特开2003 - 297146号公报
【发明内容】
[0017]发明所要解决的问题
[0018]本发明的目的在于解决上述课题，提供一种能够将金属端子切实地接合于电子部件元件等上设置的电极的金属端子接合用导电糊剂、使用该金属端子接合用导电糊剂制造带有金属端子的电子部件的方法、以及通过该制造方法所制造的金属端子切实接合于外部电极的高可靠性的带有金属端子的电子部件。
[0019]用于解决问题的方法
[0020]为了解决上述课题，本发明的金属端子接合用导电糊剂的特征在于，用于将金属端子接合于电极，
[0021]作为无机填料，含有:
[0022]平均粒径为3 μ m以下的球形Cu粉末、
[0023]长宽比为3以上并且平均粒径为10 μ m以上的扁平Cu粉末、
[0024]玻璃粉、以及
[0025]在用于烧结的热处理工序中不熔融的无机材料所形成的平均粒径为30 μ m以上的球形无机粉末。
[0026]需要说明的是，上述球形Cu粉末、扁平Cu粉末和球形无机粉末的粒径(平均粒径)均为在各粉末的MICR0TRAC (激光衍射.散射式)测定中的平均粒径(D50)。
[0027]另外，球形Cu粉末或者称为球形无机粉末时的“球形”，并不是指严格的球状，而是指与扁平形状、棒状、薄片状、无定形等形状不同的、具有近似于球的形状。
[0028]在本发明的金属端子接合用导电糊剂中，相对于所述球形Cu粉末和所述扁平Cu粉末的合计100容量份，优选以10?35容量份的比例含有所述球形无机粉末。
[0029]另外，所述球形无机粉末优选由陶瓷系材料形成。
[0030]另外，所述扁平Cu粉末相对于所述球形Cu粉末和所述扁平Cu粉末的合计量的比例优选为10?50体积％的范围。
[0031]另外，本发明的带有金属端子的电子部件的制造方法，其特征在于，所述带有金属端子的电子部件具有金属端子接合于电子部件元件上设置的外部电极的结构，所述带有金属端子的电子部件的制造方法具备下述工序:
[0032]将上述本发明的金属端子接合用导电糊剂设置在所述电子部件元件的所述外部电极和所述金属端子之间，进行热处理，烧结所述金属端子接合用导电糊剂，由此，借助烧结所述金属端子接合用导电糊剂所形成的烧结电极，将所述金属端子接合于所述外部电极。
[0033]另外，本发明的带有金属端子的电子部件，其特征在于，通过上述本发明的带有金属端子的电子部件的制造方法来制造。
[0034]发明效果
[0035]本发明的金属端子接合用导电糊剂中，作为无机填料，含有平均粒径为3μπι以下的球形Cu粉末、长宽比为3以上且平均粒径为10 μ m以上的扁平Cu粉末、玻璃粉、以及在用于烧结的热处理工序中不熔融的平均粒径为30 μ m以上的球形无机粉末，因此可以将金属端子切实地接合于电子部件元件上设置的外部电极等。
[0036]S卩，本发明的金属端子接合用导电糊剂，由于含有平均粒径为30μπι以上的球形无机粉末，因此，例如在将金属端子接合于电子部件元件上设置的外部电极时，球形无机粉末起到了隔离体的作用，从而能够在金属端子和外部电极之间可靠地保持实现可靠接合所需量的导电糊剂。结果，通过烧成(烧结)导电糊剂，从而能够利用在金属端子和外部电极之间形成的足够量的烧结电极(接合电极)牢固地接合金属端子和外部电极。
[0037]另外，由于能够在金属端子和外部电极之间确保足够量的烧结电极(接合电极)，并且烧结电极中含有球形无机粉末，因此能够利用足够量的烧结电极(接合电极)吸收电子部件元件(例如陶瓷基体)与金属端子之间的线膨胀系数差，能够在制品的热冲击试验中，抑制、防止在烧结电极(接合电极)自身、电子部件元件(陶瓷基体等)上产生裂纹的缺陷的产生。
[0038]需要说明的是，本发明的金属端子接合用导电糊剂，并不限于将金属端子接合于电子部件元件上设置的外部电极的情况，例如，在将金属端子接合于基板等上形成的电极时也能够使用。
[0039]另外，本发明的带有金属端子的电子部件的制造方法，由于具备下述工序，S卩，将本发明的金属端子接合用导电糊剂设置在电子部件元件的外部电极和金属端子之间，进行热处理，烧结金属端子接合用导电糊剂，由此，借助烧结金属端子接合用导电糊剂所形成的烧结电极(接合电极)将金属端子接合于外部电极的工序，因此，能够切实地制造借助烧结电极(接合电极)将金属端子牢固接合于外部电极的高可靠性的带有金属端子的电子部件。
[0040]另外，本发明的带有金属端子的电子部件是通过上述制造方法制造的，从而可以提供金属端子牢固接合于外部电极的高可靠性的带有金属端子的电子部件。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1是表示本发明实施例所涉及的带有金属端子的电子部件(在该实施例中为带有金属端子的层叠陶瓷电容器电容器)的主要部分构成的立体图。
[0042]图2是本发明实施例所涉及的带有金属端子的电子部件(带有金属端子的层叠陶瓷电容器电容器)的主视图。
[0043]图3是将图2中的区域R以剖面的形式示意性表示的剖视图。
【具体实施方式】
[0044]以下示出本发明的实施方式，并且详细说明本发明的特征之处。
[0045]本发明的金属端子接合用导电糊剂，是用于将金属端子接合于电子部件元件上设置的外部电极等电极的金属端子接合用导电糊剂，作为无机填料，含有
[0046](a)平均粒径为3 μ m以下的球形Cu粉末、
[0047](b)长宽比为3以上并且平均粒径为10 μ m以上的扁平Cu粉末、
[0048](C)玻璃粉、以及
[0049](d)在用于烧结的热处理工序中不熔融的无机材料所形成的平均粒径为30 μ m以上的球形无机粉末。
[0050]在将金属端子连接至电子部件元件上设置的外部电极时，为了防止外部电极的烧结以及金属端子的钝化，希望在700°C以下的低温下进行热处理。
[0051]因此，在本发明的金属端子接合用导电糊剂中，Cu粉末的主要部分使用平均粒径为3 μ m以下(例如，I微米以下的亚微米?3 μ m)的微细球形Cu粉末，从而能够在700°C以下的低温下进行热处理。
[0052]需要说明的是，如果球形Cu粉末的平均粒径超过3 μ m,则难以在700°C以下的低温下进行热处理，因此不优选。
[0053]另外，在本发明的金属端子接合用导电糊剂中，为了促进低温烧结，优选使用低软化点玻璃作为玻璃粉。例如，希望使用平均粒径为3μπι的微细的硼硅酸系的玻璃粉等。
[0054]但是，在仅仅使用这种微细的硼硅酸系的玻璃粉的情况下，在将金属端子接合用导电糊剂印刷于外部电极后，在朝着外部电极按压金属端子时，金属端子接合用导电糊剂由外部电极与金属端子的间隙被挤出到外侧的区域，形成了在外部电极与金属端子之间未充分残留金属端子接合用导电糊剂的状态，金属端子与外部电极的固着强度不足。
[0055]相对于此，对于本发明的金属端子接合用导电糊剂而言，为了能够得到金属端子与外部电极的充分的接合强度，而添加了平均粒径为30 μ m以上并且在热处理工序(烧结工序)的温度下不熔融的无机材料所形成的球形无机粉末，由此在金属端子与外部电极之间保持了 30μπι以上的间隙，并且将糊剂填充保持在该间隙中，从而可以得到所希望的固着力。
[0056]需要说明的是，当球形无机粉末的平均粒径小于30 μ m时，难以在外部电极与金属端子之间保持足够的金属端子接合用导电糊剂，因此不优选。
[0057]需要说明的是，如果球形无机粉末的粒径过大，则外部电极与金属端子的间隙变得过宽，存在有无法获得充分的接合强度的弊端，因此对于球形无机粉末而言，希望使用平均粒径小于100 μ m的材料。
[0058]另外，在仅由Cu粉末和玻璃粉构成无机填料时(未添加无机粉末时)，由于无法充分确保存在于金属端子和外部电极之间的导电糊剂的量，因此无法利用烧结电极(接合电极)充分吸收形成有外部电极的基材(陶瓷基体)与金属端子之间的线膨胀系数差，在制品的热冲击试验中烧结电极(接合电极)自身、陶瓷基体等有时会产生裂纹，而在本发明的金属端子接合用导电糊剂中，由于配合了平均粒径为30 μ m以上的球形无机粉末，因此能够在金属端子与外部电极之间确保足够的导电糊剂，并且利用足够量的烧结电极(接合电极)吸收电子部件元件(例如陶瓷基体)与金属端子之间的线膨胀系数差，从而能够抑制、防止在烧结电极(接合电极)自身、电子部件元件(陶瓷基体等)上产生裂纹。
[0059]此外，即使在通过配合球形无机粉末而获得了充分的固着力的情况下，在金属端子接合用导电糊剂的干燥时，仍有时在金属端子与外部电极的对置面之间产生了较大的空隙。其原因在于，在干燥金属端子接合用导电糊剂时，金属端子接合用导电糊剂中含有的溶剂蒸发，产生了金属端子接合用导电糊剂的流动，伴随该流动，无机填料移动至未被金属端子覆盖的区域，在金属端子覆盖的、无机填料减少的区域，产生了空隙。
[0060]因此，为了抑制上述裂纹、空隙的产生，在本发明的金属端子接合用导电糊剂中，通过在糊剂中添加长宽比为3以上且平均粒径为10 μ m以上的扁平Cu粉末，从而抑制了金属端子接合用导电糊剂干燥时无机填料的物理流动，抑制了大空隙的产生。
[0061]需要说明的是，如果扁平Cu粉末的平均粒径小于10 μ m，则抑制无机填料的物理流动的效果不充分，因此不优选。
[0062]另外，如果扁平Cu粉末的长宽比小于3，则同样地抑制无机填料的物理流动的效果不充分，因此不优选。
[0063]另外，本发明的金属端子接合用导电糊剂，相对于上述球形Cu粉末和上述扁平Cu粉末的合计100容量份，优选以10?35容量份的比例含有球形无机粉末，其原因在于，如果球形无机粉末的比例小于10容量份，则无法获得希望的固着力，而且热冲击性也变差，另外，如果超过35容量份，则固着力下降。
[0064]此外，作为球形无机粉末，希望使用由Zr02、A1203、T12, SiN、SiC等陶瓷系材料制成的球形无机粉末。
[0065]这是由于，陶瓷系材料在热、化学、物理方面的稳定性优良，可以减小通过烧结金属端子接合用导电糊剂而形成的烧结电极(接合电极)与电子部件元件(例如，陶瓷基体)的线膨胀系数差。
[0066]实施例
[0067]以下示出本发明的实施例，并更具体地说明本发明的特征之处。
[0068][实施方式I]
[0069]图1是表示本发明实施例所涉及的带有金属端子的电子部件(在该实施例中为带有金属端子的层叠陶瓷电容器)的主要部分构成的立体图，图2是主视图，图3是将图2中的区域R以剖面的形式示意性表示的剖视图。
[0070]该带有金属端子的电子部件A是4个电容器元件并联内置的阵列状层叠陶瓷电容器，并且在内置多个电容器元件的层叠陶瓷电容器本体(电子部件元件)I的、彼此相反的端面la、lb上分别设置有多个(在该实施例中为4个)外部电极2。
[0071 ] 并且，在该带有金属端子的电子部件A中，金属端子3借助烧结导电糊剂所形成的烧结电极(接合电极)4接合、固定至电子部件元件I的各外部电极2。
[0072]更具体而言，图1?3中的金属端子3的垂直部3a在与外部电极2对置的状态下，借助含有球形无机粉末5的烧结电极(接合电极)4接合于外部电极2。
[0073]需要说明的是，外部电极2是设置在电子部件元件I的端面la、lb上的Cu电极。
[0074]另外，接合电极(烧结电极)4是烧结Cu糊剂所形成的Cu烧结电极。
[0075]需要说明的是，构成该带有金属端子的电子部件A的层叠陶瓷电容器本体(电子部件元件)I的尺寸为宽度3cm、长度4cm、厚度0.4cm。
[0076]另外，各外部电极2各自的宽度为40mm、高度为4mm。
[0077]并且，作为用于形成将该金属端子3接合于外部电极2的烧结电极(接合电极)4的材料(导电糊剂)，可以使用本发明所涉及的金属端子接合用导电糊剂(Cu糊剂)。
[0078]〈试样的制作〉
[0079]在该实施例中，作为金属端子接合用导电糊剂(Cu糊剂)，使用如下形成的糊剂:通过三辊机，使无机填料混炼、分散在丙烯酸树脂以达到15重量％的比例的方式溶解于溶剂(松油醇)而成的清漆中，其中所述无机填料含有
[0080](a)平均粒径为3 μ m的球形Cu粉末、
[0081](b)长宽比为3并且平均粒径为10 μ m的扁平Cu粉末、
[0082](c)平均粒径为3 μ m的玻璃粉、以及
[0083](d)平均粒径为30 μ m并且在用于烧结的热处理工序中不熔融的无机材料ZrO2所形成的球形无机粉末。
[0084]另外，对于球形无机粉末(球形ZrO2粉末)的比例而言，以相对于球形Cu粉末与扁平Cu粉末合计100容量份、使球形无机粉末(球形ZrO2粉末)为10?35容量份的比例的方式进行调整。
[0085]另外，对于上述球形Cu粉末与扁平Cu粉末的比例而言，以扁平Cu粉末相对于球形Cu粉末与扁平Cu粉末的合计量的比例为10?50体积％的范围的方式进行调整。
[0086]然后，使用金属掩模将如上制作的金属端子接合用导电糊剂(Cu糊剂)印刷在形成于层叠陶瓷电容器本体(电子部件元件)I的端面la、lb上的外部电极2的表面。
[0087]接着，使用压入夹具(押込?冶具)以一定的压力将金属端子按压固定在所印刷的金属端子接合用导电糊剂(Cu糊剂)上，并直接以该状态在烘箱中以150°C、10分钟的条件进行干燥。
[0088]然后，在通过夹具固定金属端子的状态下，使用连续带式炉，在N2气氛(氧浓度为50ppm以下)中，以在最高温度620?720°C下保持15分钟的条件实施热处理，烧结金属端子接合用导电糊剂(Cu糊剂)，由此借助烧结电极(接合电极)4将金属端子3接合于层叠陶瓷电容器本体(电子部件元件)I的端面la、lb上所形成的外部电极2。
[0089]在该实施例中，烧成后的烧结电极(接合电极)4的膜厚在较薄处约为100 μ m。由此，得到具有图1?3所示结构的带有金属端子的电子部件(试样)A。
[0090]需要说明的是，图3是为了易于理解发明而示意性表示带有金属端子的电子部件A的构成的图，球形无机粉末5的粒径和烧结电极(接合电极)4的厚度等并不是对实际尺寸进行准确放大或缩小的尺寸。
[0091]〈特性评价〉
[0092]如上所述，对于使
[0093](I)球形无机粉末(球形ZrO2粉末)的添加比例，以及
[0094](2)球形Cu粉末和扁平Cu粉末的比例
[0095]不同而制作的各带有金属端子的电子部件(试样)，研究金属端子的固着力的大小、位于金属端子和外部电极之间的烧结电极(接合电极)的空隙产生状态以及耐热冲击性。其结果不于表1。
[0096][表 I]
[0097]
【权利要求】
1.一种金属端子接合用导电糊剂，其特征在于，用于将金属端子接合于电极， 作为无机填料，含有: 平均粒径为3 μ m以下的球形Cu粉末、 长宽比为3以上且平均粒径为10 μ m以上的扁平Cu粉末、 玻璃粉、以及 在用于烧结的热处理工序中不熔融的无机材料所形成的平均粒径为30 μ m以上的球形无机粉末。
2.根据权利要求1所述的金属端子接合用电极糊剂，其特征在于，相对于所述球形Cu粉末和所述扁平Cu粉末的合计100容量份，以10?35容量份的比例含有所述球形无机粉末。
3.根据权利要求1或2所述的金属端子接合用电极糊剂，其特征在于，所述球形无机粉末由陶瓷系材料形成。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的金属端子接合用导电糊剂，其特征在于，所述扁平Cu粉末相对于所述球形Cu粉末和所述扁平Cu粉末的合计量的比例为10?50体积％的范围。
5.一种带有金属端子的电子部件的制造方法，其特征在于，所述带有金属端子的电子部件具有金属端子接合于电子部件元件上设置的外部电极的结构，所述带有金属端子的电子部件的制造方法具备下述工序: 将权利要求1?4中任一项所述的金属端子接合用导电糊剂设置在所述电子部件元件的所述外部电极和所述金属端子之间，进行热处理，烧结所述金属端子接合用导电糊剂，由此，借助烧结所述金属端子接合用导电糊剂所形成的烧结电极，将所述金属端子接合于所述外部电极。
6.一种带有金属端子的电子部件，其特征在于，通过权利要求5所述的带有金属端子的电子部件的制造方法来制造。
【文档编号】H01R43/02GK104081468SQ201380007560
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年1月11日 优先权日:2012年1月31日
【发明者】永元才规 申请人:株式会社村田制作所