专利名称：多层陶瓷电子部件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及多层陶瓷电子部件，它包括由内部电极图案和陶瓷层构成的叠层体，其端部提供有外部电极，从而与内部电极连接，更具体地说，本发明涉及多层陶瓷电子部件及其制造方法，其中，用于形成叠层体的陶瓷层的陶瓷材料至少加到外部电极的一部分上。
叠层型电子元件有叠层电容器、叠层电感器、叠层压电元件、叠层滤波器、陶瓷多层电路板等。
例如，在作为这种叠层电子元件的最有代表性的叠层电容器中，许多层被堆叠或层叠起来，每个层都有一内部电极，并且每层都由介电材料形成，其中，上述各个内部电极分别被引出到彼此相对的叠层体的端面上。在上述内部电极被引出到的端面上形成外部电极，这些外部电极分别与上述内部电极连接。
这种陶瓷电容器的上述叠层体3具有如图3所示的层结构。一般地，陶瓷层7，7…，每个都有内部电极5或6，都由介电材料形成，按顺序层叠起来，如图3所示，另外，在其两侧(上侧和下侧)还堆叠或层叠多个不形成电极5或6的陶瓷层7，7…。在具有这种层结构的叠层体3的端部上，内部电极5或6当中，暴露一个，如
图1所示，上述外部电极2和2形成于该叠层体3的端部。
通常这种叠层陶瓷电容器不是作为一个器件的一个单元一个一个地制造的，而是用下述方法来进行制造的。通常，首先将精细陶瓷粉体和有机粘合剂进行混合形成浆料，用医用刀片方法(doctor blade method)在由聚乙烯对苯二酸盐(polyethylene terephthalate)等形成的载体膜上形成一薄层。然后，将它干燥，形成陶瓷坯片。接着，用剪切头将该陶瓷坯片剪成理想的尺寸，同时将它固定到支撑片上，并用丝网印刷技术在其一侧表面上印上导电浆料，并进行干燥。这样，就得到陶瓷坯片1a和1b，在每个坯片上，沿垂直方向和水平方向上对准或布置多套内部电极图案2a和2b。
接着，多个上面具有上述内部电极2a或2b的陶瓷坯片1a和1b被堆叠或层叠起来，并进一步在其上部和下部堆叠多个没有这种内部电极2a或2b的陶瓷坯片1，1…。它们被压到一起，形成叠层体。这里，上述陶瓷坯片1a和1b彼此堆叠，内部电极图案在它上面沿纵向平移半个长度。此后，该叠层体被剪切成理想的规格，从而制造叠层毛片，对这些毛片进行焙烧。通过这种方法，得到图3所示的叠层体。
接着，在经焙烧的叠层体的两端提供导电浆料并焙烧，并对焙烧的导电膜进行电镀处理，而完成在两端形成有外部电极的叠层陶瓷电容器，如图1所示。
多层陶瓷电子部件，如上述多层叠层陶瓷电容器，固定到一电路板上，并在两端的外部电极2和2上焊接到电路板的连接电极上。
然而，由于在焊接到其外部电极上时的热冲击或由于在焊后使用的条件下周围温度的变化，在这种叠层陶瓷电容器内会产生热应力。由于这种热应力的存在，特别是在叠层体3的外部电极2和2的端部容易产生裂纹。叠层体3中产生裂纹后，由于湿气会侵入，导致绝缘性能降低，由于内部电极5和6的不连续性，会降低统计电容(statistic capacitance)，所以，降低了可靠性。
由于陶瓷材料(它是形成叠层体3的主要成份)和导体(它是形成外部电极2和2的主要组份)之间的热膨胀率不同，叠层体中会产生导致裂纹的这种热应力。所以，通常会对形成外部电极2和2的导电浆料采取措施，向其中加入形成陶瓷层2的陶瓷材料，作为共性材料，从而使陶瓷层7和外部电极2和2的物理特性，如热应力的差别变小。
然而，如果共性材料，也就是，用于形成陶瓷层7的陶瓷材料被加到用于形成外部电极2和2的导电浆料中，外部电极2和2与外部电极5和6之间的粘接特性变坏，也就是两者之间的连接电阻变大，损坏了其电特性。另外，也破坏了焊接性能以及电镀Sn。结果，外部电极2和2的可焊性变坏，所以当在电路板上安装多层陶瓷电子部件时容易发生固定不上的情况。
为了解决上述传统技术中的问题，本发明的一个目的是提供一种多层陶瓷电子部件，在该电子部件中，叠层体内很难由于伴随着在焊后使用时温度的变化而产生的热冲击而产生裂纹，另外，外部电极和内部电极之间的粘附性以及焊到外部电极的粘附性得到提高，因此，与外部电极的焊接特性也得到提高。
根据本发明，为了实现上述目的，沿导体膜21的厚度方向延伸的柱状陶瓷部分22散射在外部电极2和2的导体膜21内。每个陶瓷部分包括和形成叠层体3的陶瓷层7的陶瓷材料相同的材料，所以，它对叠层体3的陶瓷层7具有很强的结合力。另一方面，导体层21对叠层体3的内部电极5和6具有很强的结合力，并表现出对其表面上的电镀膜24具有很好的粘附性。这种导体膜21和其中散射的陶瓷部分22彼此的特性互补，从而可能保证在其端部的外部电极2和2的结合力以及它与电镀膜的粘附性，并能防止在叠层体内出现裂纹。
即，根据本发明，提供了一种多层陶瓷电子部件，它包括一叠层体3，其中陶瓷层7和内电极5和6彼此层叠在一起，和外部电极2和2，它们提供于叠层体3的端部，其中，彼此相对的内部电极5和6达到陶瓷层7的一对边缘中的至少一个，从而将两个彼此相对的内部电极5和6分别引出到叠层体3的端面之一，并将被引出到叠层体3的端面的内部电极5和6分别与外部电极2和2连接。其中，形成有柱状陶瓷部分22，其沿形成外部电极2和2导体膜21的厚度方向是连续的，并散射于导体膜22的内部。
陶瓷部分22由于包含有与形成叠层体3的陶瓷层7相同的材料，它与叠层体3的陶瓷层7具有很强的结合力。这些陶瓷部分22从外部电极2和2的导体膜的内表面开始一直到其外表面都是连续的，在导体膜的内表面陶瓷部分与叠层体3的一个表面紧密结合。
根据本发明，外部电极2和2的导体膜21至少是由从Ni、Cu、Ag、Pd和Ag-Pd当中的一种形成，外部电极2和2在焙烧叠层体3的同时得以焙烧。
在这种多层陶瓷电子部件中，由于陶瓷部分22中包含所谓的共性材料，所以在叠层体3的端部它表现出与陶瓷层7具有很强的结合力，在叠层体3的端部外部电极2和2的粘附性可以得到保持。然而，陶瓷部分22是柱状的，并且是散射在外部电极2和2中，在叠层体3的端部外部电极2和2不与陶瓷层7粘接，而是点式连接。因此，当温度变化时，伴随着外部电极2和2的导体膜21的热胀冷缩，在叠层体3中产生的热应力被释放或转移，因此，在叠层体3内很难产生裂纹。
另一方面，形成在陶瓷部分22周围的导体膜21与在叠层体3的端部的内部电极5和6具有很强的结合力，因此，外部电极2和2与内部电极5和6之间的接触阻抗变小，同时，很难导致导体膜21从叠层体3的端面上(更具体地说，是从内部电极5和6上)脱落。
另外，在焙烧叠层体3的同时，焙烧外部电极2和2，也就是焙烧包含在用于形成外部电极2和2导电浆料中的所谓的共性材料，换句话说，对用于形成外部电极2和2的陶瓷部分22的焙烧和对叠层体3的焙烧是同时进行的。因此，外部电极2和2的陶瓷部分22和叠层体3的陶瓷层7是作为一体焙烧的，它们之间可以获得很强的结合力。
另外，外部电极2和2表面上的电镀层的粘附性良好，所以，在其上形成一好的电镀膜，因此，可以获得与焊料之间良好的粘附性。
如上所述，使用本发明的多层陶瓷电子部件，不仅可以提高叠层体3的端面上外部电极2和2与内部电极5和6之间的结合力，还可以提高外部电极2和2与陶瓷层7之间的结合力。另外，在外部电极2和2的表面上焊料或Sn的电镀膜的粘附性能好，结果，外部电极2和2的可焊性好，因此，在元件固定时，焊接可以获得高强度。
另外，随温度的变化，很难产生热应力，因此在陶瓷层7中不会产生裂纹。
本发明的这种多层陶瓷电子部件是通过下列步骤获得的准备未焙烧的叠层体3；在未焙烧的叠层体3的边缘部分施加导电浆料并干燥，具有导电粉体的导电浆料中加入与叠层体3的陶瓷层7相同的陶瓷材料；通过焙烧叠层体3形成外部电极2和2，以使它在叠层体3的端部与内部电极5和6导通；和完成多层陶瓷电子部件。
如上所述，当焙烧含有与叠层体3的陶瓷层7的陶瓷材料相同材料的导电浆料时，由于陶瓷颗粒在熔入导电浆料中时与导体颗粒的可焊性差，陶瓷颗粒自己跑到一起，形成上述陶瓷部分，因此，它们被散射到外部电极2和2的导体膜21内。
下面结合附图描述本发明的优选实施例。附图中图1是本发明的多层陶瓷电子部件的透视图，其一部分被切掉了；图2是主要部分的截面放大图，具体示出图1所示上述多层陶瓷电子部件的部分A；
图3是一分解图，示出了上述多层陶瓷电子部件的叠层体的各层；和图4是一分解图，示出制造多层陶瓷电子部件时叠层陶瓷坯片的条件。
下面将参考附图，详细、具体地介绍本发明的实施例。
这里介绍多层陶瓷电子部件的例子—叠层陶瓷电容器及其制造方法。
首先，将例如钛酸钡的介电陶瓷材料颗粒分散到能溶解到如乙醇等的溶剂中的有机粘合剂(如丙烯基物等，acryl)中，从而制备陶瓷浆料。以均匀的厚度，将该陶瓷浆料被粘到或薄薄地施加到由聚乙烯对苯二酸盐或类似材料形成的基膜上，并进行干燥，从而形成一膜式陶瓷坯片。此后，将该坯片切成合适的规格。
接着，如图4所示，用导电浆料在剪切的陶瓷坯片1a和1b上，印上两种内部电极2a和2b。导电浆料是这样得到的加入100％重量的从Ni，Cu，Ag，Pd，Ag-Pd当中选择的一种导体颗粒，3-12％重量的从乙烷基纤维素(ethyl cellulose)、丙烯基物(acryl)和聚酯(polyester)等当中选择的一种粘合剂，和80-120％重量的从丁基碳水化合物(butyl carbitol)、丁基碳水化合物醋酸盐(butyl carbitol acetate)、松油醇(terpineol)、乙烷基碳水化合物(ethylcellosolve)、碳氢化合物(hydrocarbon)中选择的一种溶剂，它们混合和分散均匀。
印有这种内部电极图案2a和2b的陶瓷坯片1a和1b彼此堆叠，如图4所示，在其两侧(也就是上侧和下侧)还堆有未印这种内部电极图案2a或2b的陶瓷坯片1和1，也就是哑片，然后，进行挤压，得到叠层体。另外，对这些叠层体沿垂直和水平方向进行剪切，以分成片状叠层体。在运种叠层体3中，通过陶瓷层7彼此相对的内部电极5和6被交替引出到叠层体3的两端面上。
另一方面，准备用以形成外部电极2和2的浆料。由于导电浆料包含从Ni，Cu，Ag，Pd，Ag-Pd当中选择的一种导体颗粒，当形成外部电极2和2时，选择与印制电极图案2a和2b同样的导体颗粒。然而，在导电浆料中加有所谓的共性材料，也就是，与用以叠层体3的陶瓷层7相同的材料。
例如，当包含在导电浆料中的导体材料是Ni时，导电浆料是这样形成的加入100％重量的Ni粉体，3-12％重量的丁基碳水化合物作为粘合剂，和80-120％重量的溶剂，和3-40％重量的钛酸钡作为所谓的共性材料。如果导体材料中包含的是Cu，Ag，Pd或Ag-Pd，则导电浆料采用对应的制备方式。
接着在引出内部电极图案2a和2b的未焙烧的叠层体上施加或涂覆上述导电浆料，并干燥，导电浆料还覆盖与两端面连续的叠层体的侧面的一部分。此后，通过焙烧这些叠层体，叠层体被焙烧，同时形成内部电极的2a和2b的导电浆料以及施加到叠层体端部的导电浆料也得到焙烧，这样，可以得到具有如图3所示结构并且在其端部具有外部电极2和2的经焙烧的叠层体。
如图3所示，叠层体3是通过分别在两侧(也就是，上侧和下侧)上层叠由陶瓷材料形成的包括内部电极5或6的陶瓷层7，7…和不包括内部电极5和6的陶瓷层7，7…而形成的。在这种叠层体3中，通过陶瓷层7彼此相对的内部电极5和6交替被引到其两端面上。如图1所示，通过焙烧叠层体3的两端面(内部电极5和6从此引出)上的导电浆料，外部电极2和2与内部电极5和6导通。
在上述方法中，当焙烧包含与形成叠层体3的陶瓷层7相同材料的导电浆料时，首先，导电浆料中的导体颗粒被熔化，然后，它被烧结并收缩。即，当它达到导电浆料的金属颗粒开始烧结的温度时，首先熔化的金属被凝结并收缩。当金属在熔化状态下时，陶瓷颗粒与熔化的金属的可焊性差，所以，熔化的金属与陶瓷颗粒处在彼此容易分开的状态下。当熔化的金属在此条件下开始凝结时，其中分散的共性材料被推出。当达到陶瓷开始烧结的温度时，被推出的共性材料的颗粒聚集到一起，所以它形成柱型，象金属颗粒间的针一样，并被延伸，形成陶瓷部分22。用这种方法形成的陶瓷部分22当中之一达到将与它相连的外部电极2和2的下陶瓷层7的表面部分上，另一个延伸到外部电极2和2的表面上。结果，它成了从叠层体3的表面到外部电极2和2的表面之间的柱式陶瓷部分。该陶瓷部分22散射在导体膜21之中。
图2示出了用这种方法制造的外部电极2的截面图，在图中，更具体地说，图2A示出了与图1中A部分相应的部分的截面放大图，图2B示出了与图1中部分B相应的外部电极的表面。这种外部电极2的条件，也就是，其截面和表面光显微镜观察到，图2(A)和2(B)示出了其示意图。
如图2所示，外部电极2和2是通过焙烧叠层体3的端部上的导电浆料涂层而形成的。在外部电极2和2的导体层或膜21内散射着柱式陶瓷部分22，在平面方向上是基本均匀的，在厚度方向上是连续的。
在这种多层陶瓷电子部件中，由于其中包含所谓共性材料的陶瓷部分22表现出与叠层体3的端部处陶瓷层有良好的结合力，在叠层体3的端部可以保持外部电极2和2的这种粘附性。然而，陶瓷部分22是柱式的，并且散射在外部电极2和2中，外部电极2和2与在叠层体3的端部处的陶瓷层不粘接，而是以点状连接。因此，当温度变化时，伴随着外部电极2和2的导体层21的热胀冷缩，叠层体3内产生的应力被释放或转移，所以，在叠层体3内很难产生裂纹。
另外，通过在焙烧叠层体3的同时，焙烧外部电极2和2，也就是说，焙烧所谓的共性材料，它包含在用于形成外部电极2和2的导体层或膜21的导电浆料中，总之，对用于形成外部电极2和2的陶瓷部分22的材料的焙烧是在对叠层体3的焙烧同时进行的，因此，外部电极2和2的陶瓷层22和叠层体3的陶瓷层7是作为一体来进行焙烧的。
在通过上述方法形成的导体层或膜21上，进行镀锡或焊料处理，形成外部电极2和2。因此，完成多层陶瓷电子部件。图2中用双点划线表示的部分表示焊料层。
尽管上述介绍主要是针对叠层电容器，它是作为多层陶瓷电子部件的一个实施例，然而，本发明所涉及的多层陶瓷电子部件也可以用于多层陶瓷电感器、叠层陶瓷LC组件、陶瓷多层印刷电路板。
权利要求
1.一种多层陶瓷电子部件，包括一叠层体，其中陶瓷层和内电极彼此层叠在一起，和外部电极，它们提供于叠层体的端部，其中，彼此相对的各个内部电极达到陶瓷层的至少一对边缘中的一个，从而将彼此相对的各个内部电极分别引出到叠层体的各端面之一，并将引出到叠层体的端面的内部电极分别与外部电极连接，其中，外部电极形成有柱状陶瓷部分，其在形成外部电极的导体膜的厚度方向是连续的，并被散射于导体膜的内部。
2.如权利要求1所述的多层陶瓷电子部件，其中，陶瓷部分包含的材料与形成叠层体的陶瓷层的陶瓷材料相同。
3.如权利要求1或2所述的多层陶瓷电子部件，其中，外部电极的陶瓷部分形成为从外部电极的导体膜的内表面开始都是连续的，在导体膜的内表面陶瓷部分与叠层体的一个表面紧密接触。
4.如权利要求1或2所述的多层陶瓷电子部件，其中，每个外部电极的导体膜是由至少从Ni，Cu，Ag，Pd和Ag-Pd当中选择的一种金属形成。
5.如权利要求1或2所述的多层陶瓷电子部件，其中，外部电极是在焙烧叠层体的同时进行焙烧的。
6.一种用于制造多层陶瓷电子部件的方法，该多层陶瓷电子部件包括一叠层体，其中陶瓷层和内电极彼此层叠在一起，和外部电极，它们提供于叠层体的端部，其中，彼此相对的各个内部电极达到陶瓷层的至少一对边缘中的一个，从而将彼此相对的各个内部电极分别引出到叠层体的各端面之一，并将引出到叠层体的端面的内部电极分别与外部电极连接，该方法包括下列步骤准备未焙烧的叠层体；在未焙烧的叠层体的边缘部分施加导电浆料并干燥，具有导电粉体的导电浆料中加入与叠层体的陶瓷层相同的陶瓷材料；通过焙烧叠层体形成外部电极，以使它在叠层体的端部与内部电极导通；和完成多层陶瓷电子部件。
全文摘要
一种多层陶瓷电子部件,包括:一叠层体,其中陶瓷层和内电极彼此层叠在一起,和外部电极,它们提供于叠层体的端部,其中,彼此相对的各个内部电极达到陶瓷层的至少一对边缘中的一个,从而将彼此相对的各个内部电极分别引出到叠层体的各端面之一,并将引出到叠层体的端面的内部电极分别与外部电极连接,其中,外部电极形成有柱状陶瓷部分,其在形成外部电极的导体膜的厚度方向是连续的,并被散射于导体膜的内部。
文档编号B32B18/00GK1268757SQ0010520
公开日2000年10月4日 申请日期2000年3月29日 优先权日1999年3月29日
发明者中村俊哉 申请人:太阳诱电株式会社