JP2001118427A

JP2001118427A - 厚膜電極ペースト

Info

Publication number: JP2001118427A
Application number: JP29975599A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tsugimoto; 伸一次本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、鉛非含有であっても電極密着
強度が高く、電気特性の良い厚膜電極ペーストを提供す
ることにある。【解決手段】本発明の厚膜電極ペーストは、セラミック
電子部品の電極形成に供される鉛フリー厚膜電極ペース
トであって、Ａｇからなる導電粉末と、ガラス粉末と、
ビヒクルとを含有し、前記ガラス粉末は、酸化カルシウ
ム，酸化ストロンチウム，酸化バリウムから選ばれるア
ルカリ土類酸化物を１種以上と、酸化ビスマスと、酸化
硼素とを含有し、それぞれをＭＯ（ＭＯはＣａＯ，Ｓｒ
Ｏ，ＢａＯの合計）、Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｂ₂Ｏ₃と表したとき、
ガラス組成１００モル％に対して、１０≦ＭＯ≦３０モ
ル％、１０≦Ｂｉ₂Ｏ₃≦５０モル％、２０≦Ｂ₂Ｏ₃≦６
０モル％の範囲にあることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック電子部
品の電極形成に供される厚膜電極ペーストに関するもの
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スを用いている。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
する材料として厚膜電極ペーストが多く用いられ、この
ような用途の厚膜電極ペーストの場合、ガラス粉末が添
加される場合がある。厚膜電極ペースト中にガラス粉末
を添加する効果としては、電極焼成時に軟化流動して導
電粉末の焼結を促進させること、厚膜電極の密着強度を
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、厚膜電極とセラミック素子の界
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。

【０００３】厚膜電極ペースト中に添加するガラス粉末
としては、ガラス軟化点の低い鉛系ガラスが従来より用
いられていたが、近年では非鉛系ガラスへ移行する傾向
にある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術によれば、厚
膜電極ペースト中に添加するガラス粉末として、鉛系ガ
ラスが多く使用されているが、環境問題への配慮から非
鉛系ガラスへの置き換えが求められている。しかしなが
ら、従来の非鉛系ガラス、例えば硼酸バリウム亜鉛系、
硼珪酸ビスマス系ガラスを用いると、電気特性や電極密
着強度が劣化するという問題がある。

【０００５】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、鉛系ガラスを含有せずに電極密着強
度が高く、電気特性の良い厚膜電極ペーストを提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の厚膜電極ペーストは、セラミック電子部品
の電極形成に供される鉛フリー厚膜電極ペーストであっ
て、Ａｇからなる導電粉末と、ガラス粉末と、ビヒクル
とを含有し、前記ガラス粉末は、酸化カルシウム，酸化
ストロンチウム，酸化バリウムから選ばれるアルカリ土
類酸化物を１種以上と、酸化ビスマスと、酸化硼素とを
含有し、それぞれをＭＯ（ＭＯはＣａＯ，ＳｒＯ，Ｂａ
Ｏの合計）、Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｂ₂Ｏ₃と表したとき、ガラス組
成１００モル％に対して、１０≦ＭＯ≦３０モル％、１
０≦Ｂｉ₂Ｏ₃≦５０モル％、２０≦Ｂ₂Ｏ₃≦６０モル％
の範囲にあることを特徴とする。

【０００７】また、本発明の厚膜電極ペーストは、セラ
ミック電子部品の電極形成に供される鉛フリー厚膜電極
ペーストであって、Ｃｕからなる導電粉末と、ガラス粉
末と、ビヒクルとを含有し、前記ガラス粉末は、酸化カ
ルシウム，酸化ストロンチウム，酸化バリウムから選ば
れるアルカリ土類酸化物を１種以上と、酸化ビスマス
と、酸化硼素とを含有し、それぞれをＭＯ（ＭＯはＣａ
Ｏ，ＳｒＯ，ＢａＯの合計）、Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｂ₂Ｏ₃と表し
たとき、ガラス組成１００モル％に対して、１０≦ＭＯ
≦３０モル％、１０≦Ｂｉ₂Ｏ₃≦３０モル％、４０≦Ｂ
₂Ｏ₃≦８０モル％の範囲にあることを特徴とする。

【０００８】また、前記ガラス粉末の添加量は、導電粉
末１００体積％に対して１〜１０体積％であることを特
徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の「アルカリ土類酸化物−
硼酸ビスマス系ガラス」は、非鉛系ガラスの中では比較
的軟化点が低いにもかかわらず、電極焼成時に結晶化が
起こりにくいため、ガラス添加の効果、すなわち、電極
焼成時に軟化流動して導電粉末の焼結を促進させると同
時に電極の密着強度を向上させる効果が安定して発揮さ
れる。本発明は、ガラス粉末に「アルカリ土類酸化物−
硼酸ビスマス系ガラス」を用いることにより、従来の鉛
系ガラスと同等の電極密着強度、電気特性が取得でき
る。

【００１０】上述したアルカリ土類酸化物としては、少
なくとも酸化カルシウム，酸化ストロンチウム，酸化バ
リウムから選ばれる１種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、酸化カルシウムまたは酸化ストロンチウムを用いる
ことがより好ましい。

【００１１】また、ガラスの組成については、軟化点の
調整や耐めっき性の向上等の目的で、ガラス組成１００
モル％に対して、例えば酸化珪素を１０モル％以内の範
囲で少量加えることができる。

【００１２】また、厚膜電極ペースト中へのガラスの添
加量は、導電粉末１００体積％に対して１〜１０体積％
であることが好ましい。添加量が１体積％未満ではガラ
ス添加効果が小さく、添加量が１０体積％を超えるとガ
ラスが電極表面に偏析して、はんだ濡れ不良やめっき付
き不良を生じることがある。

【００１３】

【実施例】まず、表１〜６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元素の水酸化物、
Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｈ₃ＢＯ₃を調合し、アルミナ製のるつぼに入
れて１０００〜１２００℃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、試料１〜４２のガラ
ス粉末を得た。同様に、鉛系、硼酸バリウム亜鉛系、硼
珪酸ビスマス系ガラスとなるように出発原料を調合し、
溶融後にガラス化させて、それぞれ試料４３〜４５のガ
ラス粉末を得た。

【００１４】次に、導電粉末２５体積％と、試料１〜４
５のガラス粉末５体積％と、ビヒクル７０体積％とを混
合し、３本ロールミルで混練して、試料１〜４５の厚膜
電極ペーストを得た。なお、導電粉末としては、粒径
０．５〜２μｍのＡｇ粉末またはＣｕ粉末を用いた。ま
た、ビヒクルとしては、ターピネオールにエチルセルロ
ースを２０ｗｔ％の割合で溶解させたものを用いた。

【００１５】静電容量、誘電体損失ならびに電極密着強
度の測定には、図１に示すようなセラミックコンデンサ
を試料として用いた。セラミックコンデンサ１は、誘電
体セラミック素子２と、厚膜電極３，３と、リード線
４，４と、はんだ５，５とからなる。

【００１６】まず、目標とする静電容量が１ｎＦとなる
ような誘電体セラミック素子２の両主面に試料１〜４５
の厚膜電極ペーストを３．５ｍｍφのパターンでスクリ
ーン印刷し、空気中６００℃で３０分間焼成して、試料
１〜４５の厚膜電極３，３を形成した。次に、試料１〜
４５の厚膜電極３，３にリード線４，４をはんだ付けし
て、試料１〜４５のセラミックコンデンサ１を得た。

【００１７】そこで、試料１〜４５のセラミックコンデ
ンサ１の静電容量と誘電体損失を測定した。また、リー
ド線４，４の両端をロードセルで引っ張り、厚膜電極
３，３を誘電体セラミック素子２から引き剥がすのに必
要な力（電極密着強度）を測定した。従来比増減につい
ては、試料４３に対する増加率を求め、値が増加してい
るものを＋とし、これらの測定結果を表１〜７にまとめ
た。なお評価は、鉛Ｏ系ガラスを用いた試料４３の測定
結果と比較して劣化の割合が｜３％｜以内のもの、すな
わち誘電体損失については増加率＋３％以内、電極密着
強度については増加率−３％以内のものを合格とし、○
印で表した。本発明の範囲外であった試料については、
評価を不合格とし、×印で表した。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】

【表５】

【００２３】

【表６】

【００２４】

【表７】

【００２５】まず、表７に示した従来の厚膜電極ペース
ト、すなわちガラス粉末として鉛系ガラスを用いた試料
４３、硼酸バリウム亜鉛系ガラスを用いた試料４４、硼
珪酸ビスマス系ガラスを用いた試料４５の測定結果から
明らかであるように、従来技術の基準とした試料４３に
対して、試料４４は静電容量が目的とする１ｎＦに達せ
ず大幅に小さく劣り、電極密着強度の従来比増減も−３
２．９１％で大幅に劣った。また試料４４も、誘電体損
失が０．８０％と大きく、従来比増減は８６．０５％で
大幅に劣った。

【００２６】本発明の実施例である表１〜３、すなわち
導電粉末としてＡｇを用いた試料１〜２１のうち、酸化
カルシウム，酸化ストロンチウム，酸化バリウムからな
るアルカリ土類酸化物が１０〜５０モル％、酸化ビスマ
スがＢｉ₂Ｏ₃換算で１０〜５０モル％、酸化硼素がＢ₂
Ｏ₃換算で２０〜８０モル％からなる試料２〜６，９〜
１３，１６〜２０は、静電容量は１．０５〜１．１０、
誘電体損失は０．３８〜０．４４％、電極密着強度は
７．９〜１０．５で何れも優れ、試料４３と比較した従
来比増減値は、誘電体損失については２．３３〜−１
１．６３％で減少する傾向にあり、電極密着強度につい
ては０．００〜３２．９１％で増加する傾向が見られ
た。表１〜３の試料についての３元組成図を図２に示
す。

【００２７】さらに本発明の実施例である表４〜６、す
なわち導電粉末としてＣｕを用いた試料２２〜４２のう
ち、酸化カルシウム，酸化ストロンチウム，酸化バリウ
ムからなるアルカリ土類酸化物が１０〜３０モル％、酸
化ビスマスがＢｉ₂Ｏ₃換算で１０〜３０モル％、酸化硼
素がＢ₂Ｏ₃換算で４０〜８０モル％からなる試料２５〜
２７，３２〜３４，３９〜４１は、静電容量は１．０８
〜１．１１、誘電体損失は０．３９〜０．４４％、電極
密着強度は８．２〜９．１で何れも優れ、試料４３と比
較した従来比増減値は、誘電体損失については０．００
〜−１１．６３％で減少する傾向にあり、電極密着強度
については０．００〜１５．１９％で増加する傾向が見
られた。表４〜６の試料についての３元組成図を図３に
示す。

【００２８】これに対して、試料１，７，８，１４，１
５，２１〜２４，２９〜３１，３６〜３８は、誘電体損
失あるいは電極密着強度の従来比増減において｜３％｜
以上の劣化が見られたため、本発明の範囲外となった。

【００２９】なお、本発明の実施例は、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂ
ａから選ばれる１種のアルカリ土類酸化物と、酸化ビス
マスと、酸化硼素とからなる３元系ガラス粉末を用いた
が、上記アルカリ土類金属を１種ずつ添加した添加した
実施例１〜４２は、アルカリ土類金属の添加量がいずれ
も１０〜３０モル％の範囲内であることから、アルカリ
土類金属がＣａ，Ｓｒ，Ｂａから選ばれる1種以上から
なる３元系ないし５元系ガラス粉末を選択しても構わな
い。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明の厚膜電極ペースト
によれば、Ａｇからなる導電粉末と、ガラス粉末と、ビ
ヒクルとを含有し、前記ガラス粉末は、酸化カルシウ
ム，酸化ストロンチウム，酸化バリウムから選ばれるア
ルカリ土類酸化物を１種以上と、酸化ビスマスと、酸化
硼素とを含有し、それぞれをＭＯ（ＭＯはＣａＯ，Ｓｒ
Ｏ，ＢａＯの合計）、Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｂ₂Ｏ₃と表したとき、
ガラス組成１００モル％に対して、１０≦ＭＯ≦３０モ
ル％、１０≦Ｂｉ₂Ｏ₃≦５０モル％、２０≦Ｂ₂Ｏ₃≦６
０モル％の範囲にあることを特徴とすることで、従来の
鉛系ガラスと同等あるいはそれ以上の電極密着強度、電
気特性が取得できる。

【００３１】また、Ｃｕからなる導電粉末と、ガラス粉
末と、ビヒクルとを含有し、前記ガラス粉末は、酸化カ
ルシウム，酸化ストロンチウム，酸化バリウムから選ば
れるアルカリ土類酸化物を１種以上と、酸化ビスマス
と、酸化硼素とを含有し、それぞれをＭＯ（ＭＯはＣａ
Ｏ，ＳｒＯ，ＢａＯの合計）、Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｂ₂Ｏ₃と表し
たとき、ガラス組成１００モル％に対して、１０≦ＭＯ
≦３０モル％、１０≦Ｂｉ₂Ｏ₃≦３０モル％、４０≦Ｂ
₂Ｏ₃≦８０モル％の範囲にあることを特徴とすること
で、従来の鉛系ガラスと同等あるいはそれ以上の電極密
着強度、電気特性が取得できる。

【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。

【図２】本発明の請求項１に係る厚膜電極ペーストの３
元組成図である。

【図３】本発明の請求項２に係る厚膜電極ペーストの３
元組成図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック電子部品の電極形成に供され
る鉛フリー厚膜電極ペーストであって、Ａｇからなる導電粉末と、ガラス粉末と、ビヒクルとを
含有し、前記ガラス粉末は、酸化カルシウム，酸化ストロンチウ
ム，酸化バリウムから選ばれるアルカリ土類酸化物を１
種以上と、酸化ビスマスと、酸化硼素とを含有し、それ
ぞれをＭＯ（ＭＯはＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯの合計）、
Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｂ₂Ｏ₃と表したとき、ガラス組成１００モル
％に対して、１０≦ＭＯ≦３０モル％１０≦Ｂｉ₂Ｏ₃≦５０モル％２０≦Ｂ₂Ｏ₃≦６０モル％の範囲にあることを特徴とする厚膜電極ペースト。
【請求項２】セラミック電子部品の電極形成に供され
る鉛フリー厚膜電極ペーストであって、Ｃｕからなる導電粉末と、ガラス粉末と、ビヒクルとを
含有し、前記ガラス粉末は、酸化カルシウム，酸化ストロンチウ
ム，酸化バリウムから選ばれるアルカリ土類酸化物を１
種以上と、酸化ビスマスと、酸化硼素とを含有し、それ
ぞれをＭＯ（ＭＯはＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯの合計）、
Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｂ₂Ｏ₃と表したとき、ガラス組成１００モル
％に対して、１０≦ＭＯ≦３０モル％１０≦Ｂｉ₂Ｏ₃≦３０モル％４０≦Ｂ₂Ｏ₃≦８０モル％の範囲にあることを特徴とする厚膜電極ペースト。
【請求項３】前記ガラス粉末の添加量は、導電粉末１
００体積％に対して１〜１０体積％であることを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の厚膜電極ペース
ト。