专利名称：层叠陶瓷电容的筛选方法
技术领域：
本发明涉及筛选除去具有初期内部构造的缺陷和使用期间可导致寿命劣化的缺陷的层叠陶瓷电容的筛选方法。
背景技术：
伴随电子设备的小型轻量化、高性能化，层叠陶瓷电容也显著小型化、大电容化，每一层的电介质层厚度也变得极薄，层叠电介质内部的微小的构造缺陷成为降低层叠陶瓷电容的可靠性的原因。
因而，在层叠陶瓷电容中，执行适于筛选除去具有内部构造缺陷的制品和使用期间中可能导致寿命劣化的制品的筛选方法，该方法施加额定电压的数倍或数十倍的直流电压，例如DC300V以上的电压，测定直流绝缘电阻(以下称为IR)。
执行筛选时，必须考虑构成层叠陶瓷电容的电介质材料的特性及电极构造，使得筛选不会对这些材料特性及电极构造造成恶劣影响。另外，若考虑有必要预先筛选除去在使用期间可能导致寿命劣化的制品，则耐可靠性评测也是必要的。
对于筛选中必须满足的上述条件，首先，若考虑电介质材料方面，则该种电介质材料伴随电致伸缩现象。如果层叠陶瓷电容的端子电极间施加300V以上的直流电压，则电致伸缩现象可能导致内部构造无缺陷的良质制品发生裂纹等的情况。裂纹是安装状态下迅速引起IR的劣化的要因。
若将施加电压设定成不发生电致伸缩裂纹等的电压电平，则可避免上述问题点。但是，高可靠性、高品质的层叠陶瓷电容的筛选变得不充分。
专利交献1公开了取代仅向层叠陶瓷电容施加额定以上的直流电压的方式，而在加热层叠陶瓷电容的状态下测定IR，将测定电阻异常的制品作为特性不良品筛选除去的技术。但是，专利文献1虽然提出在50～150℃的温度条件下加热，但是实施例停留在85℃的加热条件。该温度条件依然不能防止伴随电致伸缩现象的裂纹的发生。
专利交献2作为解决专利文献1中的问题点的手段，公开了对层叠陶瓷电容在至少150℃以上的温度加热的状态下施加300V以上的直流电压作为耐电压试验来测定IR的筛选方法。
但是，加热温度的上限虽然记载为200℃，但是该上限值是根据测定器等的关系选择的，而未公开应满足考虑了层叠陶瓷电容的电极构造时的温度条件。
而且，专利文献2停留在公开疏松剂(relaxor)系列的层叠陶瓷电容的筛选方法，对于其他特性的层叠陶瓷电容，例如，B特性、F特性或X7R特性的层叠陶瓷电容，未公开应满足的筛选条件。更不用说可靠性评测。
专利交献3虽然记载了加热到电介质层的居里温度以上且125℃以上的温度的情况，但它是根据阻抗的相位角、频率和相位角的关系来预测判定IR及IR寿命，未公开直接测定IR的技术。
特开平9-205037号公报[专利文献2]特开2000-150328号公报[专利文献3]特开2000-260653号公报发明内容本发明的课题是提供不会发生电致伸缩裂纹等的筛选层叠陶瓷电容的方法。
本发明的另一课题是提供不会损害端子电极的筛选层叠陶瓷电容的方法。
本发明的又一课题是提供可保证层叠陶瓷电容的使用期间中的可靠性的筛选方法。
为了解决上述课题，本发明提供层叠陶瓷电容的筛选方法。
上述层叠陶瓷电容在电介质基体的内部层状埋设多个内部电极，上述内部电极与上述电介质基体的外面安装的成对的端子电极导通，上述端子电极具有以Sn为主成分的最外层。
筛选中，将上述层叠陶瓷电容置于125℃以上180℃以下的温度环境，在上述端子电极间施加直流电压来测定直流绝缘电阻。
施加上述直流电压的步骤包含第1步骤和第2步骤，上述第1步骤中，施加20～40(V/μm)范围内的直流电压V1(V/μm)，上述第2步骤中，在上述第1步骤结束后施加考虑了额定电压的直流电压V2(V)。
层叠陶瓷电容中采用的电介质材料，在比居里点低的温度范围表现强电介质特性，施加电压时，伴随电致伸缩现象。从而，层叠陶瓷电容的端子电极间若施加高直流电压，则电致伸缩现象导致无内部构造缺陷的良质制品发生裂纹等。层叠陶瓷电容由于在电介质基体的内部，层状埋设多个内部电极，因而电致伸缩现象在内部电极间的各电介质层间发生，在电介质层中产生裂纹。
另一方面，层叠陶瓷电容中采用的电介质材料在比居里点高的温度范围表现普通电介质特性，即使施加高直流电压，电致伸缩现象也几乎不发生。
本发明的筛选方法，着眼于上述电介质材料的特性，将层叠陶瓷电容置于比构成上述电介质基体的电介质材料的居里点高的温度环境下，在端子电极间，施加直流电压来测定IR。电介质基体在比居里点高的温度条件下成为普通电介质，几乎不发生电致伸缩现象，如前述。例如，X7R特性的层叠陶瓷电容中通常采用的电介质材料的居里点在120℃左右。电致伸缩在居里点达到极大，在其以上的温度急剧减少。因而，本发明中，将温度条件的下限值，设定成比居里点高5℃的值。从而，根据本发明，可避免因筛选在内部电极间的各电介质层间由电致伸缩导致裂纹产生。
内部电极与电介质基体的外面安装的成对的端子电极导通，端子电极用于焊接到电路基板等。端子电极具有以Sn为主成分的最外层，因此，利用构成最外层的Sn，可将层叠陶瓷电容可靠地焊接到电路基板等。
本发明中，考虑端子电极的功能及构造，将温度条件的上限值设定在180℃以下。温度条件的上限值若设定成180℃，则在筛选中，可避免构成端子电极的最外层的Sn的氧化，在安装时可靠地进行焊接。
施加直流电压的步骤包含第1步骤和第2步骤。第1步骤施加20～40(V/μm)的范围内的直流电压。若在该电压范围，则对于不具有内部构造缺陷和使用期间中可能导致寿命劣化的缺陷的制品，不会造成任何损伤。另一方面，对于具有内部构造缺陷和使用期间中可能导致寿命劣化的缺陷的制品，可以使缺陷明显化，根据其导致的IR的降低而作为不良品被筛选。
第1步骤施加的直流电压V1(V/μm)不足20(V/μm)时，由于不能进行充分地筛选，因而在热评测及可靠性评测中产生裂纹和不良品。第1步骤施加的直流电压V1(V/μm)若超过40(V/μm)，则成为过电压，在制品中残留内部裂纹等的损害，在热评测及可靠性评测中仍然产生裂纹和不良品。
而且，在第1步骤后，由于在第2步骤施加考虑了额定电压的直流电压V2(V)，因而该第2步骤中可降低热评测及可靠性评测。因而，可预先筛选除去使用期间中可导致寿命劣化的制品，保证可靠性。
第2步骤必须在第1步骤后执行。第2步骤若在第1步骤之前，则筛选不充分，在热评测及可靠性评测中产生裂纹和不良品。
邻接的内部电极间的电介质层的厚度(层间厚度)最好在10μm以下。通过使每一层的电介质层厚度变成这样的极薄层，可以获得小型且大电容的层叠陶瓷电容。
如上所述，根据本发明可获得如下效果。
(a)可提供不会发生电致伸缩裂纹等的筛选层叠陶瓷电容的方法。
(b)可提供不会损害端子电极的筛选层叠陶瓷电容的方法。
(c)可提供可保证层叠陶瓷电容的使用期间中的可靠性的筛选方法。
以下参照实施例进一步详细说明本发明的其他目的、构成及优点。
图1是采用本发明的筛选方法的层叠陶瓷电容的一例的示意截面图。
图2是本发明的筛选方法的概略示意图。
符号的说明1 电介质基体21、22内部电极3、4 端子电极33、44以Sn为主成分的最外层5 加热装置6、7 直流电源8 测定器具体实施方式
图1是采用本发明的筛选方法的层叠陶瓷电容的一例的示意截面图。图示的层叠陶瓷电容在电介质基体1的内部层状埋设多个内部电极21、22。邻接的2个内部电极21、22，例如经由10μm以下的电介质层相向设置。内部电极21、22例如由Ni或Cu等构成。内部电极21、22的层数根据要求的静电电容而变化，为数十层到数百层。
内部电极21与电介质基体1的外面安装的成对的端子电极3、4中的端子电极3导通，内部电极22与端子电极4导通。端子电极3、4具有以Sn为主成分的最外层33、43。最外层33、43的内侧设置以Ni为主成分的中间层32、42，中间层32、42的下侧设置以Cu为主成分的最下层31、41。以Cu为主成分的最下层31、41是与内部电极21、22直接接触的部分，以Sn为主成分的最外层33、43是为确保安装时的焊接附着性而设的层。以Ni为主成分的中间层32、42起保护以Cu为主成分的最下层31、41不受焊接侵蚀现象等的作用。
图2是本发明的筛选方法的概略示意图。筛选中，图1所示的层叠陶瓷电容C例如采用加热装置5加热，置于125℃以上180℃以下的温度环境下。加热装置5例如可采用恒温槽和加热板。然后，将层叠陶瓷电容C置于125℃以上180℃以下的温度环境的状态，从直流电源6、7向端子电极3-4间施加直流电压，通过测定器8测定IR。
施加直流电压的步骤包含第1步骤和第2步骤。第1步骤中，施加20～40(V/μm)范围内的直流电压V1(V/μm)。
接着，第2步骤中，在第1步骤之后施加考虑了额定电压的直流电压V2(V)。直流电压V2(V)最好是额定电压的3～5倍左右。这是因为，若不足额定电压的3倍则第2步骤的可靠性评测不充分，若超过5倍则成为过电压。
图示的实施例具备直流电源6、7，说明了通过切换电路9切换直流电源6、7来执行第1步骤及第2步骤的例。第1步骤中，将切换电路9的可动接片S1与接点P1接触，向端子3-4间施加直流电源6的直流电压V1。施加时间例如可设定成10msec～1.0sec的范围。
第2步骤在第1步骤结束后，将切换电路9的可动接片S1与接点P2接触，向端子3-4间施加直流电源7的直流电压V2。施加时间例如可设定成10msec～1.0sec的范围。
如上所述，第1步骤中包含将层叠陶瓷电容C置于比该电介质材料的居里点120℃高的125℃的温度环境下，向端子电极3-4间施加直流电压V1、V2并测定IR的步骤。电介质基体1在比居里点高的温度条件下成为普通电介质，几乎不产生电致伸缩现象，如前所述。从而，根据本发明，由于内部电极21-22间的各电介质层间几乎不产生电致伸缩，可避免因筛选而在电介质基体1中通过电致伸缩导致裂纹产生。
本发明的层叠陶瓷电容中，由于内部电极21、22与电介质基体1的外面安装的成对的端子电极3、4导通，端子电极3、4具有以Sn为主成分的最外层33、43，因而利用构成最外层33、43的Sn，可将层叠陶瓷电容C可靠地焊接在电路基板等上。
本发明中，考虑端子电极3、4的功能及构造，将温度条件的上限设定在180℃以下。温度条件的上限值若设定成180℃，则筛选中可避免构成端子电极3、4的最外层33、43的Sn的氧化，在安装时可以可靠地焊接。
施加直流电压的步骤包含第1步骤和第2步骤。第1步骤中施加的直流电压V1(V/μm)采用20～40(V/μm)范围内的电压。若在该电压范围，则在邻接的内部电极21-22间存在的电介质层不会产生裂纹和电压破坏。从而，对于不具有内部构造缺陷和使用期间中可导致寿命劣化的缺陷的制品，在筛选中不会形成任何损害。另一方面，对于内部电极21-22间具有缺陷的制品，可以使缺陷明显化，根据其导致的IR的降低而作为不良品被筛选。
第1步骤施加的直流电压V1(V/μm)不足20(V/μm)时，由于不能进行充分地筛选，因而在热评测及可靠性评测中产生裂纹和不良品。第1步骤施加的直流电压V1(V/μm)若超过40(V/μm)，则成为过电压，在制品中残留内部裂纹等的损害，在热评测及可靠性评测中产生裂纹和不良品。
而且，在第1步骤后，由于在第2步骤施加考虑了额定电压的直流电压V2(V)，因而该第2步骤中可降低可靠性评测。因而，可预先筛选除去使用期间中可导致寿命劣化的制品，保证可靠性。
邻接的内部电极21-22间的电介质层的厚度(层间厚度)最好在10μm以下。通过使每一层的电介质层厚度变成这样的极薄层，可以获得小型且大电容的层叠陶瓷电容C。
第2步骤必须在第1步骤后执行。第2步骤若在第1步骤之前，则筛选不充分，在热评测及可靠性评测中产生裂纹和不良品。
本发明的筛选方法适用于由表示出B特性、F特性、X7R特性的电介质材料构成的层叠陶瓷电容C。B特性是指在(-25℃)～(+85℃)的温度范围，无电压施加时的静电电容变化率(ΔC/C)进入±10％的范围的情况。F特性是指在(-25℃)～(+85℃)的温度范围中，无电压施加时的静电电容变化率(ΔC/C)进入(+30％)～(-80％)的范围的情况。X7R特性是指在(-55℃)～(+125℃)的温度范围中，无电压施加时的静电电容变化率(ΔC/C)进入±15％的范围的情况。
接着，通过实验数据说明本发明的筛选方法的效果。
1.评测对象制品(1)组1制品形状长L×宽W(mm)＝5.7×5.0(mm)温度特性B特性层数100层层间厚度(烧制后)10μm额定电压50V组1中包含的制品称为C5750。
(2)组2制品形状长L×宽W(mm)＝4.5×3.2(mm)温度特性F特性层数100层层间厚度(烧制后)14μm额定电压50V组2中包含的制品称为C4532。
2.试验条件及评测(1)筛选将评测对象制品置于加热板上逐渐升温，当评测对象制品的表面温度稳定在设定温度后，施加直流电压，测定IR，进行筛选。该筛选中，第1步骤中的直流电压V1的施加时间设定在10msec～1.0sec的范围内，第2步骤中的直流电压V2的施加时间设定在10msec～1.0sec的范围内。
(2)热评测为了确认电压施加的损害，对筛选中判定为良品的评测对象制品60个进行热评测。具体的内容如下。
首先，将筛选处理结束的评测对象制品用粘贴剂固定在评测用环氧玻璃基板后，采用喷流焊接装置进行流动焊接。焊接温度设定成320℃。观察焊接结束后评测对象制品的外观，确认裂纹的发生个数(数量)。
(3)可靠性评测通过再流动焊接将筛选及热评测中认为是良品的300个评测对象制品焊接到可靠性评测用环氧玻璃基板上。以高温负载试验(125℃，W-V×2倍的电压)作为评测条件，确认到250小时为止的不良发生状况。
表1表示各个评测对象制品的试验条件及评测。表中，V1(V/μm)是第1步骤施加的直流电压。由于评测对象品C5750的每一层层厚是10μm，因而被施加10倍的直流电压V1(V)。由于评测对象品C4532的每一层的层厚是14μm，因而被施加14倍的直流电压V1(V)。
V2是第2步骤施加的直流电压。由于评测对象品C5750、C4532的额定电压都是50V，因而第2步骤施加的直流电压V2在实施例5中是额定电压的5倍，在其他实施例及比较例中是额定电压的3倍。即，第2步骤中施加额定电压的3～5倍左右的直流电压V2。
表1
参照表1，在环境温度25℃下，不满足本发明的温度条件的比较例1中，在热评测中，60个中有27个确认发生裂纹，在可靠性评测中，300个中有3个发生不良。
这推测是常温下施加直流电压时的电致伸缩变大，在电介质层发生裂纹的缘故。
第1步骤施加本发明范围外的15(V/μm)的直流电压V1(V/μm)的比较例2中，在可靠性评测中，300个中有4个发生不良。这推测是因为第1步骤中施加的直流电压V1(V/μm)低，不能进行充分筛选的缘故。
第1步骤施加本发明范围外的45(V/μm)的直流电压V1(V/μm)的比较例3中，在热评测中，60个中有47个发生裂纹，在可靠性评测中，300个中有30个发生不良。这推测是因为第1步骤中施加的直流电压V1(V/μm)的值过高，在制品中残留内部裂纹等的损伤的缘故。
第1步骤施加本发明的范围内的30(V/μm)的直流电压V1(V/μm)但不具有第2步骤的比较例4中，在可靠性评测中，300个中有7个发生不良。其结果表明为了确保可靠性，第2步骤是不可欠缺的。
相对地，本发明的实施例1～6在热评测及可靠性评测中都确认没有裂纹及不良品的发生。
第2步骤必须在第1步骤后执行。第2步骤若在第1步骤之前，则热评测及可靠性评测中发生裂纹和不良品。
表2表示第1步骤中施加150(V)的直流电压V1后，第2步骤中施加30(V/μm)的直流电压V2(V/μm)的情况，即，第1步骤和第2步骤的处理顺序交换的情况。
表2
如表2所示，应施加考虑了额定电压的直流电压的第2步骤和应施加20～40(V/μm)的直流电压的第1步骤的顺序若交换，则在可靠性评测中，300个中发生5个不良品。这推测是筛选不充分的缘故。
以上，参照优选实施例详细说明了本发明，但是应该明白本发明不限于此，本专业技术人员可根据该基本的技术思想及示例实现多种的变形例。
权利要求
1.一种筛选层叠陶瓷电容的方法，其特征在于，上述层叠陶瓷电容在电介质基体的内部层状埋设多个内部电极，上述内部电极与上述电介质基体的外面安装的成对的端子电极导通，上述端子电极具有以Sn为主成分的最外层，包含将上述层叠陶瓷电容置于125℃以上180℃以下的温度环境，向上述端子电极间施加直流电压并测定直流绝缘电阻的步骤，施加上述直流电压的步骤包含第1步骤和第2步骤，上述第1步骤中，施加20～40(V/μm)范围内的直流电压V1(V/μm)，上述第2步骤中，在上述第1步骤结束后施加考虑了额定电压的直流电压V2(V)。
2.权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，层间厚度为10μm以下。
3.权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，上述电介质材料是常温下表现为强电介质特性的疏松剂以外的电介质材料。
4.权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，上述第2步骤中施加的直流电压V2(V)最好是额定电压的3～5倍。
5.权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，上述第1步骤中的电压施加时间最好是10msec～1.0sec。
6.权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，上述第2步骤中的电压施加时间最好是10msec～1.0sec。
全文摘要
本发明提供不会发生电致伸缩裂纹等、不会损害端子电极且可保证高度可靠性的层叠陶瓷电容的筛选方法。层叠陶瓷电容C在电介质基体1的内部层状埋设多个内部电极21、22，内部电极21与电介质基体1的外面安装的成对的端子电极3、4导通，端子电极3、4具有以Sn为主成分的最外层33、43。包含将层叠陶瓷电容C置于125℃以上180℃以下的温度环境，在端子电极3－4间施加直流电压来测定直流绝缘电阻的步骤。施加直流电压的步骤包含第1步骤和第2步骤，第1步骤中，施加20～40(V/μm)范围内的直流电压V1(V/μm)，第2步骤中，在第1步骤结束后施加考虑了额定电压的直流电压V2(V)。
文档编号H01G13/00GK1601290SQ200410085118
公开日2005年3月30日 申请日期2004年9月24日 优先权日2003年9月25日
发明者伊东和则, 堀江优作, 长谷部和幸 申请人:Tdk株式会社