專利名稱：疊層陶瓷電子器件及制作該電子器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疊層陶瓷電子器件和用于制作這種電子器件的方法。進而，本發(fā)明涉及一種給疊層陶瓷電子器件設(shè)置的內(nèi)電極與外電極之間電連接可靠性的改進。
背景技術(shù)：
有關(guān)本發(fā)明疊層陶瓷電子器件的典型例子是具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻。具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻通常具有如下的結(jié)構(gòu)。
具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻包括作為主要部件的疊層主體。所述疊層主體具有多個陶瓷層和多個內(nèi)電極，這些內(nèi)電極沿著各陶瓷層之間的預(yù)定界面延伸。由具有正溫度電阻系數(shù)的熱敏電阻材料組成各陶瓷層。所述內(nèi)電極包括沿疊層主體的第一端面延伸的第一內(nèi)電極和沿疊層主體的第二端面延伸的第二內(nèi)電極，其中第二端面與第一端面相對。所述第一電極與第二電極沿疊層方向交替排布。
所述具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻設(shè)有第一外電極和第二外電極，它們分別設(shè)在疊層主體的第一和第二表面上。所述第一外電極與第一內(nèi)電極在疊層主體的第一端面處電接觸。所述第二外電極與第二內(nèi)電極在疊層主體的第二端面處電接觸。
這種具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻通常是以如下方式制成的。
完成制備疊層主體坯件的步驟。通過焙燒，將所述疊層主體坯件轉(zhuǎn)換成上述經(jīng)燒結(jié)的疊層主體。所述疊層主體坯件包含作為陶瓷層的多個陶瓷坯片和作為內(nèi)電極的多個導(dǎo)電糊薄膜。
具體地說，如下制備所述陶瓷坯片混合比如BaTiO3基材的粉末陶瓷材料、有機粘合劑和有機溶劑，制得一種膏劑；通過刮片方法等，把所述膏劑制成薄片。
通過混合比如Ni粉末等基本金屬粉末、有機粘合劑和有機溶劑，制備所述導(dǎo)電糊薄膜。通過絲網(wǎng)印刷方法等，把導(dǎo)電糊加在所述陶瓷坯片上，給出作為內(nèi)電極的導(dǎo)電糊薄膜。
通過疊置多個帶有導(dǎo)電糊薄膜作為內(nèi)電極的陶瓷坯片，再通過沿疊層方向加壓各疊層的陶瓷坯片，制備疊層主體坯件。
如果需要，可以切割所得的疊層主體坯件，然后再經(jīng)過燒結(jié)，導(dǎo)電燒結(jié)的疊層主體。當(dāng)把比如Ni等基本金屬用作內(nèi)電極的導(dǎo)電元件時，在減低大氣壓情況下完成所述燒結(jié)過程，為的是防止基本金屬的氧化。在這種情況下，燒結(jié)過程之后，使燒結(jié)的疊層主體在氧化的氛圍下被加熱(還原)，以得到具有正溫度特性的陶瓷層。
然后再通過滾筒拋光使燒結(jié)的疊層主體受到拋光，所述滾筒拋光一般是在制作過程中對大部分小片類陶瓷電子部件實行的。實行滾筒拋光過程為的是防止疊層主體的表面缺陷，或者防止因疊層主體的陶瓷碎屑粘附到另一疊層主體所引起的特性改變。滾筒拋光處理滾圓了燒結(jié)的疊層主體的棱角和邊緣。
外電極是通過比如在疊層主體的第一端面和第二端面上噴濺或焙燒導(dǎo)電糊而形成的。由與內(nèi)電極中所含金屬具有較高親和力的金屬構(gòu)成外電極。
然而，通過上述方法制成的具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻可能會有以下的問題一般地說，與陶瓷坯片相比，導(dǎo)電糊薄膜的收縮性較大。因此，當(dāng)具有陶瓷坯片和導(dǎo)電糊薄膜的半成品疊層主體在燒結(jié)過程中受到整體焙燒時，內(nèi)電極不能達到燒結(jié)的疊層主體的各個端面。在這種情況下，各個內(nèi)電極不會完全地與各外電極電連接和機械連接。結(jié)果，具有正溫度系數(shù)的疊層陶瓷電子部件，比如疊層型熱敏電阻就不能表現(xiàn)出穩(wěn)定的特性。
譬如日本未審專利申請公開No.6-181101中公開了這一問題的可能結(jié)論。按照這種方法，在焙燒具有陶瓷坯片的半成品疊層主體之前，在該半成品疊層主體以及用于內(nèi)電極的導(dǎo)電糊的端面上加有外電極所用的導(dǎo)電糊。也就是說，使陶瓷坯片、內(nèi)電極導(dǎo)電糊和外電極導(dǎo)電糊同時受到焙燒。
按照這種方法，當(dāng)把外電極用的導(dǎo)電糊加到半成品疊層主體上時，不會發(fā)生因焙燒該半成品疊層主體內(nèi)部的內(nèi)電極用的導(dǎo)電糊所引起的收縮。因此，外電極用的導(dǎo)電糊和內(nèi)電極用的導(dǎo)電糊必然會互相接觸。結(jié)果，就可確保外電極與內(nèi)電極之間的電特性和機械特性。
然而，這種方法卻有如下的問題。在上述方法中，必須在焙燒過程之后實行滾筒拋光處理，以避免被燒結(jié)之疊層主體的表面缺陷。也就是說，在完成燒結(jié)過程時，被燒結(jié)的疊層主體已經(jīng)帶有外電極了。因此，各個外電極會特別受到拋光。結(jié)果就可能降低外電極與內(nèi)電極間電連接的可靠性。
譬如，日本未審專利申請公開No.11-288840和No.11-288841中公開了一種方法，通過砂磨被燒結(jié)之疊層主體的端面，以機械方式去掉被燒結(jié)疊層主體的端面的特定部分，即陶瓷層。結(jié)果，使內(nèi)電極的端部被充分暴露在疊層主體的端面處。
然而，在將上述方法應(yīng)用于具有高硬度陶瓷層的疊層主體，比如疊層陶瓷電容器的疊層主體時，則不僅會使各陶瓷層移動，而且也會使內(nèi)電極受到所不希望有的移動。因此，砂磨處理就可能是毫無意義的，可能無法在外電極與內(nèi)電極之間提供可靠的電連接。
實行砂磨時，必須使疊層主體的端面對準吹送鋁粉末及類似物的方向。于是，對大量疊層主體的砂磨就需要很多的工時，用以使疊層主體對準所需的方向。因此，砂磨不適合于批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種疊層陶瓷電子器件，具有得到改善的有關(guān)內(nèi)電極與外電極電連接和機械連接的可靠性。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種有效的制作這種疊層陶瓷電子器件的方法。
本發(fā)明提供一種疊層陶瓷電子器件，包括疊層主體和多個外電極。所述疊層主體具有多個陶瓷層和多個內(nèi)電極，這些內(nèi)電極沿著各陶瓷層之間的預(yù)定界面延伸。所述各外電極被設(shè)置在沿疊層主體的疊置方向延伸的端面上，并與預(yù)定的內(nèi)電極電接觸。本發(fā)明利用如下的結(jié)構(gòu)可以解決上述技術(shù)問題。
也就是說，每個內(nèi)電極具有位于各陶瓷層之間的主體部分，以及從該主體部分延伸而且與疊層主體端面上的外電極電接觸的端部。所述端部的特點在于沿著所述疊層主體的端面延伸。
這樣的結(jié)構(gòu)使內(nèi)電極與外電極之間的接觸面積可被加大。因此，使內(nèi)外電極之間電接觸的可靠性加大，也使內(nèi)電極與外電極之間的連接強度增大。結(jié)果，可使疊層陶瓷電子器件的電阻特性穩(wěn)定。
當(dāng)本發(fā)明疊層陶瓷電子器件的內(nèi)電極具有上述特定結(jié)構(gòu)時，有兩種可能類型的延伸。第一種延伸是在沿著疊層主體端面的一個方向上延伸，使內(nèi)電極的端部和主體部分一起形成L形斷面。第二種延伸是在沿著合成體端面的不同方向上延伸，使內(nèi)電極的端部和主體部分一起形成T形斷面。
特別優(yōu)選兩種形狀的第二種延伸，因為第二種延伸在內(nèi)外電極之間提供的接觸面積大于第一種延伸所能提供的接觸面積。于是，可使內(nèi)電極與外電極件的電連接和機械連接的可靠性增大。
具體地說，本發(fā)明優(yōu)先應(yīng)用于具有如下結(jié)構(gòu)的疊層陶瓷電子器件。疊層陶瓷電子器件具有多個外電極和內(nèi)電極。所述外電極包括設(shè)在所述疊層主體之第一端面上的第一外電極，以及設(shè)在所述疊層主體之與第一端面相對的第二端面上的第二外電極。所述內(nèi)電極包括與第一外電極電接觸的第一內(nèi)電極，以及與第二外電極電接觸的第二內(nèi)電極。所述第一內(nèi)電極和第二內(nèi)電極沿所述疊層主體之疊置方向交替布置。具有如此結(jié)構(gòu)之疊層陶瓷電子器件的舉例包括具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻、具有負溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻、疊層型陶瓷電容器和疊層型陶瓷可變電阻。
可將本發(fā)明優(yōu)先應(yīng)用于疊層陶瓷電子器件，這種器件包括由具有正溫度電阻系數(shù)之半導(dǎo)體陶瓷組成的陶瓷層，譬如具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻。當(dāng)把本發(fā)明的特殊結(jié)構(gòu)應(yīng)用于具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻時，可以減小內(nèi)外電極之間電接觸區(qū)域的電阻，并可使內(nèi)外電極之間的連接穩(wěn)定。因此，使電阻值穩(wěn)定，并可使熱敏電阻特性，如居里溫度穩(wěn)定。也能保護過載試驗的穩(wěn)定性。
在本發(fā)明的疊層陶瓷電子器件中，所述各陶瓷層的燒結(jié)密度最好在60％-85％之間，內(nèi)電極主體部分的厚度最好為0.5μm或更大。采用這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)以如下的過程制作所述疊層陶瓷電子器件時，所述各端部可以沿著疊層主體端面延伸。
厚度為3.0μm或更小的內(nèi)電極主體部分可以進一步減小各陶瓷層與內(nèi)電極之間的脫層。
本發(fā)明還提供一種制作疊層陶瓷電子器件的方法，所述器件包括疊層主體和多個外電極。所述疊層主體具有多個陶瓷層和多個內(nèi)電極，這些內(nèi)電極沿著各陶瓷層之間的預(yù)定界面延伸。所述各外電極被設(shè)置在沿疊層主體的疊置方向延伸的端面上，并與預(yù)定的內(nèi)電極電接觸。
本發(fā)明制作疊層陶瓷電子器件的方法包括如下步驟，制備半成品疊層主體；把半成品疊層主體燒結(jié)成燒結(jié)的疊層主體；以及在被燒結(jié)的疊層主體的端面上形成各外電極。所述半成品疊層主體包括用為陶瓷層的陶瓷坯片和用為內(nèi)電極的導(dǎo)電糊薄膜。
為了解決上述技術(shù)問題，在這樣的制作過程中，本發(fā)明的特征如下在制備半成品疊層主體階段，把導(dǎo)電糊薄膜確定成使得在燒結(jié)步驟之后的內(nèi)電極厚度在0.5μm-3.0μm之間。另外，控制燒結(jié)步驟，使被燒結(jié)的疊層主體各陶瓷層的燒結(jié)密度在60％-85％之間。
在燒結(jié)步驟與形成外電極步驟之間實行滾筒拋光過程。通過以滾球?qū)ΟB層主體進行滾筒拋光，各內(nèi)電極的端部從已燒結(jié)之疊層主體的端面伸出，然后再使之變形為沿著該端面延伸。內(nèi)電極的端部伸出和變形使其與外電極電接觸。
在這種制作疊層陶瓷電子器件的方法中，通過滾筒拋光過程，可在內(nèi)電極的端部有效地形成沿著疊層主體端面伸展的延伸。
也就是說，內(nèi)電極的厚度為0.5μm或更大，以保持預(yù)定的強度。各陶瓷層具有較低的燒結(jié)密度，比如85％或更小。采用這種組合，可使各陶瓷層的強度減小，以便使其低于已燒結(jié)之疊層主體中內(nèi)電極的強度。在這樣的情況下，通過對已燒結(jié)之疊層主體使用滾球的滾筒拋光過程，各陶瓷層比起內(nèi)電極來更容易先被削掉。因此，各內(nèi)電極的端部從所述疊層主體伸出。伸出的內(nèi)電極端部被滾球而撞向疊層主體的端面。于是，使所述各端部被敲彎，沿著疊層主體的端面延伸，然后再通過塑性變形而被展平。因此，各內(nèi)電極的所述各端部用作與外電極的接觸區(qū)域形成在疊層主體端面上伸展的延伸。
在本發(fā)明制作疊層陶瓷電子器件的方法中，所述各滾球的直徑最好小于疊層主體端面沿疊置方向上的線度。如果各滾球的直徑大于疊層主體端面沿疊置方向上的線度，則所述從疊層主體端面伸出的內(nèi)電極端部就容易被削掉。


圖1是說明本發(fā)明一種實施例疊層陶瓷電子器件的剖面圖；圖2是說明在制備圖1所示疊層陶瓷電子器件的燒結(jié)過程之后，燒結(jié)的疊層主體端面的放大剖面圖；圖3的視圖與圖2相應(yīng)，說明在圖2所示疊層主體經(jīng)受滾筒拋光過程中，從疊層主體端面伸出的內(nèi)電極；圖4的視圖與圖2相應(yīng)，說明各內(nèi)電極已變形的端部，所述變形實際是在滾筒拋光過程中與圖3所示的伸出同時形成的；圖5的視圖與圖2相應(yīng)，說明在圖4所示變形之后形成的外電極；圖6的視圖與圖2相應(yīng)，作為比較例的描述，說明在未能正確地實施滾筒拋光過程時，所示已燒結(jié)疊層主體的端面。
具體實施例方式
圖1所示疊層陶瓷電子器件1的結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于比如具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻、具有負溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻、疊層型陶瓷電容器和疊層型陶瓷可變電阻。
參照圖1，疊層陶瓷電子器件1包括疊層主體2，作為該器件的主要部分。疊層主體2包含多個陶瓷層3和多個內(nèi)電極4和5，這些內(nèi)電極沿著疊層3之間的預(yù)定界面延伸。所述內(nèi)電極4和5包括延伸至疊層主體2的第一端面6的第一內(nèi)電極4和延伸至疊層主體2的第二端面7延伸的第二內(nèi)電極5，其中第二端面與第一端面相對。所述第一和第二端面6和7沿疊層主體2的疊層方向延伸。第一內(nèi)電極4和第二內(nèi)電極5沿疊層主體2的疊置方向交替布置。
根據(jù)所述疊層陶瓷電子器件1的功能確定所述疊層3的陶瓷材料。具體地說，疊層3可由以下材料組成，比如多種半導(dǎo)體陶瓷、介電陶瓷、壓電陶瓷或磁性陶瓷或絕緣陶瓷。當(dāng)疊層陶瓷電子器件1是具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻時，所述各陶瓷層3由具有正電阻溫度系數(shù)的熱敏材料，也即半導(dǎo)體陶瓷組成。半導(dǎo)體陶瓷的例子包括鈦酸鋇陶瓷、過渡金屬氧化物陶瓷、氧化鋅陶瓷和碳化硅陶瓷。當(dāng)疊層陶瓷電子器件1是疊層型陶瓷電容器時，所述各陶瓷層3由介電陶瓷組成。
所述第一內(nèi)電極4和第二內(nèi)電極5中所含的導(dǎo)電組分的例子包括比如Ni和Cu等基本金屬、比如Ag、Pd和Pt等貴金屬，以及這些金屬的合金。具體地說，當(dāng)疊層陶瓷電子器件1是具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻時，所述第一內(nèi)電極4和第二內(nèi)電極5由比如Ni等金屬組成，并且它們與陶瓷層3為歐姆接觸。
疊層陶瓷電子器件1包括第一外電極8和第二外電極9，它們用作接線端。第一外電極8和第二外電極9分別被布置在疊層主體2的第一端面6和第二端面7上。第一外電極8在疊層主體2的第一端面6上與各第一內(nèi)電極4電連接。第二外電極9在疊層主體2的第二端面7上與各第二內(nèi)電極5電連接。
通過比如濺射形成第一和第二外電極8和9。具體地說，第一和第二外電極8和9當(dāng)中的每一個都由Ni-Cr層10、Ni-Cr層10上的Cu層11和Cu層11上的Ag層12組成?？捎杀热鏑r層或Ni層代替Ni-Cr層10和Cu層11。Ag層12增加第一和第二外電極8和9表面的鍍敷接著強度和可焊接性?？捎葾g以外的金屬替代層12中的Ag。
可以通過在疊層主體2的第一和第二端面6和7上加給導(dǎo)電糊，然后再焙燒而形成第一和第二外電極8和9。通過把導(dǎo)電金屬粉末和有機粘合劑分散到有機溶劑中，制備所述導(dǎo)電糊。當(dāng)在比如空氣類氧化氛圍條件下實行焙燒過程時，導(dǎo)電糊中所含的導(dǎo)電金屬粉末由比如Ag、Pd和Pt等貴金屬組成，它們幾乎不能被氧化。當(dāng)在非氧化氛圍條件下實行焙燒過程時，可由比如Cu和Ni等基本金屬組成所述導(dǎo)電金屬粉末。
必要時，在第一外電極8和第二外電極9上分別設(shè)置第一鍍層13和第二鍍層14。第一鍍層13和第二鍍層14增強第一和第二外電極8和9的可焊接性，并防止第一和第二外電極8和9的Ag層12漏焊。根據(jù)與第一和第二外電極8和9的表面層中所含金屬的親和性，確定第一和第二鍍層13和14所用的金屬。當(dāng)?shù)谝缓偷诙怆姌O8和9的表面層為Ag層12時，第一和第二鍍層13和14中的每一個都由Ni子層15和被置于Ni子層15上的Sn子層16組成?？捎煤竸犹娲鯯n子層16。
可在疊層主體2露出的表面上設(shè)置由比如玻璃組成的保護涂層(圖1中未示出)，所述露出的表面上不形成所述第一和第二外電極8和9。這一保護涂層保護疊層主體2免受外部環(huán)境，即外部溫度、濕度等的影響，而這些都會使疊層陶瓷電子器件1的特性變差。當(dāng)疊層主體2被提供有由半導(dǎo)體陶瓷組成的陶瓷層3時，在第一和第二外電極8和9上形成第一和第二鍍層13和14的過程中，可能會引起疊層主體2的露出表面不希望有的鍍敷，以及電鍍?nèi)芤簼B透到疊層主體2中。保護涂層就可以防止這樣的特性變差。
圖5示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點。圖5表示疊層主體2的第二端面7所在的側(cè)面。第一端面6的結(jié)構(gòu)實質(zhì)上是相同的。
參照圖5，所述第一和第二內(nèi)電極4和5包括設(shè)在陶瓷層3之間的主體部分17和端部18，所述端部18與主體部分17相連，并在疊層主體2的各個端面6或7處與相應(yīng)的第一和第二外電極8和9電接觸。所述端部18具有沿著疊層主體2的相應(yīng)端面6或7伸展的延伸部。
通常，端部18和主體部分17形成有如圖5上部所示的T形截面19，或者形成有如圖5的中部和下部所示的L形截面20。截面19為T形的端部18具有在疊層主體2的相應(yīng)端面6或7上從主體部分17沿不同方向伸展的延伸部。截面20為L形的端部18具有在疊層主體2的相應(yīng)端面6或7上從主體部分17到一個方向伸展的延伸部。
圖中示出的T形截面19和L形截面20為典型的舉例。特別是，可以形成具有它們的中間形狀的端部18。內(nèi)電極4和5的具有T形截面19和L形截面20的端部18也可以在結(jié)合在一個端面上。
上述結(jié)構(gòu)增大了第一和第二內(nèi)電極4和5中每一個與第一和第二外電極8和9中每一個之間的接觸面積。因此，增強了第一和第二內(nèi)電極4和5中與第一和第二外電極8和9之間電導(dǎo)通的可靠性及機械連接的強度。特別是，與L形的端部18相比，第一和第二內(nèi)電極4和5的T形的端部18可使所述電導(dǎo)通的可靠性及機械連接的強度愈加被大大增強。
利用下述制作疊層陶瓷電子器件的方法，通過在陶瓷層3與內(nèi)電極4和5之間提供不同的強度，可以制備第一和第二內(nèi)電極4和5的這種特定的端部18的形狀。
制備半成品疊層主體，它具有多個用作陶瓷層3的陶瓷坯片，以及用作第一和第二內(nèi)電極4和5的導(dǎo)電糊薄膜。然后使該半成品疊層主體受到燒結(jié)，得到燒結(jié)的疊層主體2。圖2是燒結(jié)出來之后所得疊層主體2之第二端面7的局部放大視圖。
在制備半成品疊層主體的過程中，將導(dǎo)電糊的厚度確定為使得由燒結(jié)出來形成的第一和第二內(nèi)電極4和5中每一個具有的厚度至少為0.5μm。在燒結(jié)過程中，給燒結(jié)的疊層主體2提供各陶瓷層3，所述各陶瓷層的燒結(jié)密度在60％-85％之間。燒結(jié)密度表示與由陶瓷層3的陶瓷組合物計算的理論密度的相對比率。
對燒結(jié)的疊層主體2實行滾筒拋光處理。在有滾球存在的情況下實行所述滾筒拋光過程。圖3和4表示在滾筒拋光處理之后，圖2所示相同部分的典型最終狀態(tài)。
第一和第二內(nèi)電極4和5中每一個具有的厚度至少為0.5μm，并且它們的強度超過預(yù)定的強度。每個陶瓷層3的燒結(jié)密度低于85％，使得在燒結(jié)的疊層主體2中，陶瓷層3的強度低于第一和第二內(nèi)電極4和5的強度。在這種情況下，有如圖3所示那樣，在第一和第二內(nèi)電極4和5被削掉之前，于滾筒拋光期間各陶瓷層3就被削掉。于是，第一和第二內(nèi)電極4和5的端部18就會從疊層主體2的第一和第二端面6和7伸出來。圖3示出疊層主體2的第二端面7，虛線表示在滾筒拋光之前情況下所述第二端面7的位置。
當(dāng)各陶瓷層3被削掉的同時，滾球向著疊層主體2的第一和第二端面6和7拋光第一和第二內(nèi)電極4和5伸出的端部18。于是，有如圖4所示那樣，第一和第二內(nèi)電極4和5的端部18被彎折在第一和第二端面6和7上，使端部18沿著端面6和7延伸，并經(jīng)塑性形變而膨大。于是，第一和第二內(nèi)電極4和5的端部18被成形為T形截面19和L形截面20。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙?nèi)電極4和5的厚度小于0.5μm時，即使內(nèi)電極4和5的端部18僅只是從疊層主體2的第一和第二端面6和7伸出，第一和第二內(nèi)電極4和5的端部18也很容易因使用滾球的滾筒拋光而隨陶瓷層3一起被去掉。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙?nèi)電極4和5的厚度大于3.0μm時，在焙燒半成品疊層主體期間會傾向于發(fā)生脫層。因此，疊層陶瓷電子器件1的電阻系數(shù)趨于增大。
當(dāng)陶瓷層3的燒結(jié)密度大于85％時，對于要伸出的第一和第二內(nèi)電極4和5的端部18而言，由滾筒拋光疊層主體2而使陶瓷層3的切除是不足的。因此，難于使第一和第二內(nèi)電極4和5的端部18形成T形截面19和L形截面20。
陶瓷層3的燒結(jié)密度為60％。當(dāng)陶瓷層3的燒結(jié)密度小于60％時，各陶瓷層3的強度就不夠。結(jié)果，對于實際用作疊層主體2的部件而言，陶瓷層3就不能表現(xiàn)出足夠的機械強度。
通過對于第一和第二內(nèi)電極4和5充分地選擇導(dǎo)電糊中金屬粉末的種類和含量，就能使第一和第二內(nèi)電極4和5顯現(xiàn)出比預(yù)定的強度更高的強度。然而，有如本實施例所述，厚度至少為0.5μm，就能夠容易地增強第一和第二內(nèi)電極4和5的強度。這是一種頗有價值且簡單的方法。
通過增大用作陶瓷層3的陶瓷坯片中有機粘合劑的含量，或者通過減低制備燒結(jié)疊層主體2所用的燒結(jié)溫度，可降低所述燒結(jié)密度，以降低陶瓷層3的強度。
滾筒拋光過程中所用滾球的直徑最好小于疊層主體2的第一和第二端面6和7沿疊置方向的線度。如果第一和第二內(nèi)電極4和5的端部18一旦從疊層主體2的第一和第二端面6和7伸出過，則直徑大于疊層主體2的第一和第二端面6和7線度的滾球很容易削掉突出的端部18。
各種滾球都可被用于滾筒拋光過程。所述滾球的舉例包括Si基、Al基以及Zr基材料。在滾筒拋光過程中，除了滾球之外，還可以使用水、諸如SiO2和Al2O3等粘合粉末，以及其它添加劑。
滾筒拋光的條件，即滾球、疊層主體2、水、粘合粉末以及添加劑的比率，以及滾筒拋光處理的轉(zhuǎn)速和時間決定主要形成T形截面19和L形截面20的哪一種。
如圖1和5所示，在疊層主體2的第一和第二端面6和7上分別形成第一和第二外電極8和9。如果需要，形成第一和第二鍍層13和14以及由玻璃等組成的保護涂層(未示出)，從而完成疊層陶瓷電子器件1。
以下將參照一些舉例說明本發(fā)明。這些舉例中，作為樣品，制作具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻。
例1準備BaCo3、TiO2和Sm2O3的粉末。將這些粉末混合，形成混合物(Ba0.998Sm0.002)TiO3。
將去離子水加到所制得的混合粉末中，再在與氧化鋯攪拌的同時碾壓混合物10個小時。使混合物干燥后，在1000℃下煅燒所得粉末2個小時，然后再研碾成粉，制得經(jīng)煅燒的粉末。
將有機粘合劑、分散劑、水加到所述煅燒的粉末中，以鋯滾球使它們混合幾個小時，制成陶瓷漿。為了在燒結(jié)過程(后面有述)之后制得具有在50％-90％之間不同燒結(jié)密度的多種類型的陶瓷層，制備具有各種有機粘合劑含量的多種陶瓷漿。表1中“燒結(jié)密度”一欄中表示燒結(jié)后的燒結(jié)密度。
利用刮漿刀方法，使每種陶瓷漿形成薄片，然后再被干燥，制得陶瓷坯片。
制備由Ni粉末、有機粘合劑和有機溶劑組成的導(dǎo)電糊。通過絲網(wǎng)印刷，把導(dǎo)電糊加在陶瓷坯片上面，形成導(dǎo)電糊薄膜，用作內(nèi)電極。為了提供多種內(nèi)電極，并使燒結(jié)過程之后每一種的厚度在0.3μm-3.6μm之間(后面有述)，制備多種不同厚度的導(dǎo)電糊薄膜。表1中“內(nèi)電極厚度”一欄中表示燒結(jié)后的厚度。
疊置這些陶瓷坯片，使導(dǎo)電糊薄膜與被置于它們之間的陶瓷坯片彼此相對。把未被提供以導(dǎo)電糊的陶瓷坯片設(shè)置于被疊置的各陶瓷坯片的底部和頂部。使所得的疊置陶瓷坯片受到壓粘結(jié)，然后再切成長度為2.2mm、寬度為2.75mm、厚度為1.2mm的疊層主體坯片。
于空氣中，在400℃下，使每個半成品去油2個小時，然后再在H2(3％)-N2還原氣氛中，在1300℃下燒結(jié)2小時。燒結(jié)過程把各陶瓷坯片層和導(dǎo)電糊薄膜分別轉(zhuǎn)化成陶瓷層和內(nèi)電極，給出經(jīng)燒結(jié)的疊層主體。
使經(jīng)燒結(jié)的疊層主體與由Si和Al組成、直徑為1mm的滾球混合。把預(yù)定量的水加到具有所述經(jīng)燒結(jié)主體的混合物中，然后實行滾筒拋光處理。
使所得滾筒拋光后的疊層主體在700℃下于空氣中重新被氧化。
通過沉積Ni-Cr層、Cu層，再通過濺射Ag層，在疊層主體的兩個端面上形成外電極。另外，通過沉積Ni層然后再通過電鍍鍍以Sn子層，在各外電極上形成鍍層。
有如上述那樣，制得具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻，用以作為樣品。對下面的特點評估這些具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻。
1.室溫下電阻值對于每種樣品，準備20個具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻。對每一種具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻測量室溫(25℃)下的電阻。確定同一種樣品電阻的平均值、最大值、最小值和標準偏差(σ)。室溫下的電阻是各內(nèi)電極與外電極之間連接穩(wěn)定性的指示。
2.橫向抗彎強度對于每種樣品，準備10個具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻。按照“電子器件之固定電容器測試規(guī)程”中的JIS C 5102“8.12節(jié)一電容器主體強度”，對每種樣品測量橫向抗彎強度。這種橫向抗彎強度是疊層主體，也即具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻機械強度的指示。
3.脫層發(fā)生率對于每種樣品，準備50個具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻。把每個具有正溫度系數(shù)的疊層型熱敏電阻從一個外電極與疊置方向平行地切割到另一外電極。拋光所得縱向剖面，然后再經(jīng)目視檢查。把脫層的可能性確定為脫層樣品數(shù)對總樣品數(shù)的百分比。
表1中示出室溫下電阻、橫向抗彎強度和脫層發(fā)生率

表1中帶*的樣品是在與本發(fā)明制作條件不相同的條件下制成的。
如表1中所示，所有具有“內(nèi)電極厚度”至少為0.5μm，“燒結(jié)密度”在60％-85％之間的樣品，即樣品2-4和7-14表現(xiàn)出室溫下的低電阻，也就是說，“室溫下電阻”的“平均值”為0.35Ω或更小。
具體地說，在上述各例中間，“內(nèi)電極厚度”為3.0μm或更小的樣品，即樣品2-4和7-12沒有脫層，也就是說，“脫層發(fā)生率”為0％。檢查樣品2-4和7-12的具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻的縱向剖面。參照圖5，第一和第二內(nèi)電極4和5的每一個端部18具有分別沿疊層主體2之第一和第二端面6和7伸展的延伸部。也即所述端部18具有T形截面19和L形截面20。
另一方面，“內(nèi)電極厚度”小于0.5μm的樣品5和6顯現(xiàn)出高的室溫下電阻，這是要說，“室溫下電阻”的“平均值”為0.5Ω或更小?！唉摇敝刀甲銐蚋?。這是因為各內(nèi)電極與外電極之間的電連接是不充分的。
與其它樣品的“橫向抗彎強度”相比，“燒結(jié)密度”小于60％的樣品1顯示足夠低的“橫向抗彎強度”。這暗示“燒結(jié)密度”小于60％的具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻的機械強度不夠，并且，在實際使用時以及安裝過程中，這樣的具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻可能會受到損害。
“燒結(jié)密度”高于85％的樣品15顯示出高的“室溫下電阻”“平均值”，即高于0.45Ω。目視檢查樣品15的具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻的縱向剖面。參照圖6，第一和第二內(nèi)電極4和5的端部18不突出于疊層主體2的第一和第二端面6和7。這意味著第一和第二內(nèi)電極4和5與第一和第二外電極8和8各自間的電連接是不充分的。圖6中以與圖5中同樣的參考標號表示同樣的部件。
例2為了確定內(nèi)電極端部形狀關(guān)于具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻穩(wěn)定性的影響，將例1中的樣品9用為比較的標準，并準備樣品16和17的具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻。樣品16和17具有與樣品9不同的內(nèi)電極端部形狀。
具體地說，樣品16和17的具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻的疊層主體與樣品9的疊層主體相同。使用直徑為5mm的滾球?qū)悠?6實行滾筒拋光處理，滾球的這一直徑大于疊層主體各端面沿疊置方向的線度。通過砂磨疊層主體的各端面，制得各內(nèi)電極的端部。使用與對樣品9同樣的滾球?qū)悠?7實行滾筒拋光處理，但滾球的量少于樣品9的。結(jié)果，使各內(nèi)電極的端部形成L形截面的多于T形截面。
砂磨處理之后，使用與樣品9同樣的制作過程制備樣品16和17的具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻。
通過與例1中所用同樣的方法，確定所得樣品16和17的具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻的室溫下電阻。表2中示出各樣品電阻的平均值、最大值、最小值及標準偏差(σ)。為便于比較，表2包括表1中所示樣品9的“室溫下電阻”。
為了評估可靠性，即樣品9、16和17的具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻中每一個的電阻穩(wěn)定性，實行中間供能測試。對每一種樣品，準備10個具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻。以6V電壓為每個具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻供能30秒鐘，并中斷1分鐘，作為一個周期。在重復(fù)1000個周期的中間供能測試之后，確定室溫下電阻。確定中間供能測試之前到之后室溫下電阻的變化率。表2的“電阻變化率”一欄表示平均值。
表2

如表2所示，中間供能測試加載之前，樣品16和17表現(xiàn)出與樣品9類似的室溫下電阻。由于比如中間供能測試的熱力循環(huán)的膨脹和收縮增大了電阻。樣品16中的電阻變化率最大，然后是樣品17和樣品9緊隨其后。這些結(jié)果表明，內(nèi)電極與外電極接觸的端部面積大，減小了電阻的變化率，增大了連接的可靠性。
工業(yè)實用性本發(fā)明制作疊層陶瓷電子器件的方法的優(yōu)點在于，比如，制作時，具有正溫度系數(shù)之疊層型熱敏電阻特別表現(xiàn)出低電阻和內(nèi)電極與外電極之間的較高的連接穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種疊層陶瓷電子器件，它包括疊層主體，所述疊層主體具有多個陶瓷層和多個內(nèi)電極，這些內(nèi)電極沿著各陶瓷層之間的預(yù)定界面延伸；以及多個外電極，所述各外電極被設(shè)置在沿疊層主體的疊置方向延伸的端面上，并且各外電極與預(yù)定的內(nèi)電極電接觸；其中，每個內(nèi)電極具有位于各陶瓷層之間的主體部分，以及從該主體部分延伸并與疊層主體端面上的外電極電接觸的端部；所述端部是沿著所述疊層主體的端面伸展的延伸部。
2.如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子器件，其中，所述端部是沿疊層主體端面上的不同方向從主體部分伸展的延伸部，使端部和主體部分一起形成T形截面。
3.如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子器件，其中，所述外電極包括設(shè)在所述疊層主體之第一端面上的第一外電極，以及設(shè)在所述疊層主體之與第一端面相對的第二端面上的第二外電極；所述內(nèi)電極包括與第一外電極電接觸的第一內(nèi)電極，以及與第二外電極電接觸的第二內(nèi)電極；所述第一內(nèi)電極和第二內(nèi)電極沿所述疊層主體之疊置方向交替布置。
4.如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子器件，其中，由具有正溫度電阻系數(shù)之半導(dǎo)體陶瓷組成所述陶瓷層。
5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的疊層陶瓷電子器件，其中，所述陶瓷層的燒結(jié)密度在60％-85％之間，內(nèi)電極主體部分的厚度為0.5μm或更大。
6.如權(quán)利要求5所述的疊層陶瓷電子器件，其中，所述內(nèi)電極主體部分的厚度為3.0μm或更小。
7.一種制作疊層陶瓷電子器件的方法，所述疊層陶瓷電子器件包括疊層主體，所述疊層主體具有多個陶瓷層和多個內(nèi)電極，這些內(nèi)電極沿著各陶瓷層之間的預(yù)定界面延伸；以及多個外電極，所述各外電極被設(shè)置在沿疊層主體的疊置方向延伸的端面上，并且各外電極與預(yù)定的內(nèi)電極電接觸；所述方法包括如下步驟制備半成品疊層主體；其中所述半成品疊層主體包括多個用作陶瓷層的陶瓷坯片，以及用作內(nèi)電極的導(dǎo)電糊薄膜；每個導(dǎo)電糊薄膜被確定為使燒結(jié)后的每個內(nèi)電極厚度在在0.5μm-3.0μm之間；把半成品疊層主體燒結(jié)成燒結(jié)的疊層主體；其中燒結(jié)的疊層主體各陶瓷層的燒結(jié)密度在60％-85％之間；以滾球?qū)Y(jié)的疊層主體進行滾筒拋光，使各內(nèi)電極的端部變形，以使各端部從疊層主體的端面伸出，并沿著該端面延伸；并且在被燒結(jié)的疊層主體的端面上形成外電極；各外電極與各內(nèi)電極的端部電接觸。
8.如權(quán)利要求7所述的制作疊層陶瓷電子器件的方法，其中，所述滾球的直徑小于疊層主體端面沿疊置方向上的線度。
全文摘要
形成燒結(jié)的疊層主體2，使得內(nèi)電極4和5的強度大于陶瓷層3的強度。每個內(nèi)電極4和5的端部18從疊層主體2的端面6和7伸出并通過使用滾球以滾筒拋光處理而被變形，以便沿著端面6和7延伸。當(dāng)在疊層主體2的端面6和7上形成外電極8和9時，可以得到較大的與內(nèi)電極的接觸面積。從而，高度地保證各電極之間電連接的可靠性。
文檔編號H01C1/148GK1739173SQ20048000219
公開日2006年2月22日 申請日期2004年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月21日
發(fā)明者三原賢二良, 岸本敦司, 新見秀明 申請人:株式會社村田制作所