專利名稱：片狀電子零件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及片狀電阻器和片狀電容器等片狀電子零件及其制造方法。
近年來，對電子儀器小型化、輕型化的要求越來越高。在這種情況下，為了提高電路基板的配線密度，越來越需用非常小型的片狀電子零件。而且對這樣的片狀電子零件，要求提高特性值的精度。例如精密級的片狀電阻的需求一直在增加。
作為已有的片狀電子零件的一個例子，舉方形片狀電阻為例，參照圖9和

圖10加以說明。圖9為已有的方形片狀電阻的斜視圖。圖10是圖9所示的B-B剖面的剖面結構圖。
已有的方形片狀電阻由氧化鋁基板10、形成于該氧化鋁基板10上的銀系金屬陶瓷材料的厚膜所形成的一對上表面電極層11、被做成與該上表面電極層11相連接的氧化釕系材料的厚膜所形成的電阻層12、完全覆蓋該電阻層12的玻璃保護層14、以及與上表面電極11的一部分重疊形成的銀系金屬陶瓷材料的厚膜構成的一對端面電極13構成。而為了確保電極的釬焊性能，做成鍍鎳層15和釬料鍍層16兩層覆蓋于上表面電極層11和端面電極13的表面，用端面電極13、鍍鎳層15和釬料鍍層16三層構成外部電極。上表面電極層11和端面電極13是將銀系金屬陶瓷材料混合于樹脂中的糊狀物在約攝氏600度的溫度下燒結形成的。作為端面電極13的另一個例子，還有使用在環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂(phenol resin)中混入銀粉的導電性樹脂的例子。
但是，在端面電極13使用燒成的銀系金屬陶瓷材料的情況下，由于燒成時的加熱使電阻層12的電阻值發(fā)生變化，引起作為片狀電阻的端面電極13之間的電阻值發(fā)生變化。該電阻值的變化是近年來市場正在擴大的電阻值精度保持小于±1％或±0.5％的精密級方形片狀電阻在制造過程中成品率下降的主要原因。
另一方面，在端面電極13使用混有銀粉的導電性樹脂的情況下，存在如下兩個課題。其一是，與上述燒結電極相比，作為電極其機械強度低。銀粉使用球狀或鱗片狀粉末，但是，球狀粉末由于在導電性樹脂中的固定力(anchoring force)弱，用作電極的強度也差。鱗片狀的銀粉是叩擊粉碎制成的，因此，銀粉表面經過防凝聚處理。所以銀粉和樹脂之間的界面強度低，作為電極的機械強度也低。
另一課題是，如圖11和12所示，用輥18涂布導電性樹脂17時，容易發(fā)生其表面成波紋狀的成形不良現象，涂布表面的形狀不穩(wěn)定。亦即，在導電性樹脂的情況下，為了用樹脂粘合劑確保電極的強度，銀粉的含有率有一個上限；而為了降低電阻值，銀粉的顆粒直徑又有一個下限。為此，在涂布導電性樹脂時，使用具有2～3的小觸變(thixotropy)指數的導電性樹脂。但是，觸變指數小則會發(fā)生如圖11和12所示的拉絲現象。觸變指數以用E型粘度計，在其設定條件為3°R14cone、1轉/分時測得的粘度值除以設定條件為10轉/分時粘度值得到的數值表示。
本發(fā)明的目的在于解決這樣的課題，提供電學特性優(yōu)異，且有機械強度好的外部電極的片狀電子零件及其制造方法。
本發(fā)明是在片狀主體的表面的一部分上設置外部電極的片狀電子零件，其外部電極用具有多個突起的導電性金屬粉和樹脂粘結劑做成的導電材料構成。
采用這樣的結構，由導電性金屬粉的形狀造成的固定效果使導電性金屬粉和樹脂粘接劑的結合增強，可以得到機械強度大的外部電極。而且在形成外部電極時，不需要攝氏600度那樣的高溫熱處理，因而，可以得到電氣特性優(yōu)異的片狀電子零件。
圖1是本發(fā)明第1實施例的方形片狀電阻的斜視圖。
圖2是圖1所示的方形片狀電阻的A-A剖面圖。
圖3是本發(fā)明第2實施例的方形片狀電阻的剖面圖。
圖4是抗拉試驗用的試樣的斜視圖。
圖5是本發(fā)明第1電極層的模式剖面圖。
圖6表示本發(fā)明第3實施例和已有例的撓曲試驗結果。
圖7是說明本發(fā)明第3實施例和已有例的第1電極層的涂布狀態(tài)的剖面圖。
圖8表示本發(fā)明第3實施例和已有例使用的導電性糊狀物的粘度特性。
圖9是已有的方形片狀電阻的斜視圖。
圖10是圖9所示的方形片狀電阻的B-B剖面圖。
圖11說明已有的導電性糊狀物的成形不良現象。
圖12是圖11的說明圖中的C-C剖面圖。
第1實施例下面參照附圖對本發(fā)明第1實施例加以說明。圖1和圖2表示片狀電子零件中使用數量最多的方形片狀電阻。
這種方形片狀電阻由，用96重量％氧化鋁的基板1、設置于基板1上的兩端近旁的用銀系金屬陶瓷厚膜做成的一對上表面電極層2、與上表面電極層2的一部分重疊的氧化釕系厚膜的電阻層4、全面覆蓋電阻層4的樹脂保護層6、從端面向正面和背面延伸形成的厚度10～50微米的一對第1電極層3、以及覆蓋第1電極層3的釬料涂膜層構成的第2電極層7構成。第1電極層3涂有一層導電的糊狀物，它是由具有多個突起的銅粉和具有多個突起的鎳粉的混和物中加入作為粘合劑的熱硬化性聚合物經混合而成的導電性糊狀物和硬化而成的。由第1電極層3和第2電極層7構成外部電極。
下面對這一方形片狀電阻器的制造方法加以說明。首先準備好耐熱性和絕緣性優(yōu)異的96重量％氧化鋁的基板1。在這一基板1上，為了分割為薄長方形和單片狀，在未經加工的薄片上用金屬模具預先形成分割用的溝。
接著，在基板1的表面網板印上銀糊厚膜并使其干燥，再在帶式連續(xù)燒結爐中，在高峰溫度850℃下保持時間6分鐘，進出爐時間為45分鐘的溫度曲線條件下進行燒成。形成上表面電極層2。再網板印刷以RuO2為主成分的糊狀電阻厚膜，使其與上表面電極層2的一部分重疊，并在傳送帶式連續(xù)燒結爐中，在最高溫度攝氏850度下保溫時間為6分鐘，進出爐時間為45分鐘的溫度曲線條件下燒成，形成電阻層4。為了使上表面電極層2間的電阻層4的電阻值一致，還使用激光光束對電阻層4的一部分加以切斷、破壞，以對電阻值進行修正。切斷條件為激光切斷、30毫米/秒、15千赫茲、5瓦。
接著，用網板印刷由環(huán)氧樹脂形成的糊狀物完全覆蓋電阻層4，使用傳送帶式連續(xù)硬化爐，在攝氏200度的溫度下保溫時間為30分鐘、進出爐時間為50分鐘的溫度曲線條件下硬化，形成保護層6。然后，作為形成外部電極的準備工序，將基板1分割成一片片，并使其露出形成外部電極的地方。
為了裝作成為第1電極層3的導電糊，準備了有多個突起的銅粉(粒徑約2～30微米，表面被覆1微米以下的銀)和具有多個突起的鎳粉(粒徑約2～10微米，表面被覆1微米以下的銀)。然后，將銅粉和鎳粉等量混合的混合粉83％和甲階酚醛樹脂(resol phenolresin)(例如酚醛樹脂，phenol formadehyde)17％，用二甘醇-丁醚(diethylene glycol monobuthylether，又稱buthyl carbitol)作為溶劑，用三支輥混練成為導電性樹脂糊。這種導電性樹脂糊被預先在不銹鋼板上涂布成約200微米膜厚的均勻涂層用浸泡法在上述基板1分割成的片子的側面到正面和背面的規(guī)定面上涂布。然后，用傳送帶式連續(xù)遠紅外線硬化爐在加熱溫度攝氏160度保溫15分鐘，進出爐時間40分鐘的溫度曲線條件下進行熱處理，形成側面部厚度約30～40微米的第1電極層3。
接著，在焊藥中浸漬，然后在攝氏230度的熔融的釬焊液中浸漬10秒鐘，在第1電極層3上形成釬焊涂膜層構成的第2電極層7。用這樣的方法制成方形片狀電阻。
第2實施例下面用圖3對本發(fā)明第2實施例加以說明。第2實施例是第1實施例的變形例，外部電極的結構及其形成方法不同于第1實施例。形成于基板1上的表面電極層2、電阻層4、保護層6的材料和這幾層的形成方法于第1實施例的情況相同。
在本實施例中，第1電極層3的形成使用由80重量(％)具有多個突起的鎳粉(平均粒徑5微米)和20重量％環(huán)氧改性酚醛樹脂(e-poxy-modified phenol resin)溶于二甘醇一丁醚(buthyl carbitol)，用三支輥混練制成的導電性樹脂糊。將這種導電性樹脂糊用輥涂布于薄長方形的基板1的規(guī)定位置是上。再用傳送帶式的連續(xù)遠紅外線硬化爐在加熱溫度攝氏160度，高峰時間15分鐘、進出爐時間40分鐘的溫度曲線下進行熱處理。用這樣的方法在側面部形成約30到40微米的第1電極層3。
接著，在將薄長方形基板1分割成以片片后，在露出的上表面電極層2和第1電極層3上用電鍍形成鎳涂膜層。然后，在鎳涂膜層8上形成釬焊涂膜層構成的第2電極層，做成方形片狀電阻。
上述第1和第2實施例所述的方形片狀電阻的平均電阻值、電阻值分布、外部電極的抗拉強度與已有的方形片狀電阻比較，示于表1。
表1
還有，已有品1和已有品2的結構如圖10所示，已有品1端面電極13使用銀系金屬陶瓷的燒成厚膜；已有品2使用銀系樹脂的厚膜。
平均電阻值和電阻值分布是從同一批產品的電阻值測定結果算出的。電阻值分布用3σ/Rm表示，σ為標準偏差，Rm為平均電阻值?？估瓘姸仍囼灧椒ㄊ鞘褂脠D4所示的片狀電阻21的外部電極用釬焊料22連接于金屬線23和24的試樣，將金屬線23加以固定，對金屬線24進行拉伸。
由表1可知，本發(fā)明的制品具有明顯優(yōu)于已有品1的電阻值分布，經電阻修整后的電阻值偏移極小。而且沒有已有品那樣的高溫燒成，因此，電阻值分布非常小。
本發(fā)明產品的抗拉強度和使用燒成電極的已有品1大致相同，比使用銀系樹脂電極的已有品大得多。這被認為是由于，如圖5的模式圖所示，外部電極使用表面具有多個突起的導電性金屬粉9a，在導電性金屬粉9a和硬化了的樹脂粘合劑9b中，固定效果得以發(fā)揮的緣故。
第3實施例下面也使用圖3對本發(fā)明第3實施例加以說明。第3實施例和第2實施例的不同點在于，第1電極層3使用鎳粉和碳粉的混合物作為導電粉末。形成于基板1上表面的電極層2、電阻層4、保護層6的材料及其制造方法與第2實施例的情況相同，其說明省略。
在形成第1電極層3之前，用凹凸狀的固定件將薄長方形基板1加以固定，使電極形成面成水平。另一方面，為形成第1電極層3，準備了具有多個突起的、粒徑為2～20微米的鎳粉和鎖狀結構的、粒徑約0.04微米的碳粉作為導電性粉末。然后，將80重量％的鎳粉、5重量％的碳粉和15重量％的甲階酚醛樹脂(resol phenol)用二甘醇一丁醚(buthyl carbitol)作為溶劑用三支輥混練，制成導電性樹脂糊。這種導電性樹脂糊的觸變(thixotropy)指數約為6。
接著將這種導電性樹脂糊預先以約70微米的膜厚均勻地涂布在不銹鋼輥上。然后，使輥旋轉，同時使凹凸狀的固定件移動，使輥上的糊狀物接觸基板1的側面，涂布于其上。而后，用傳送帶式連續(xù)遠紅外硬化爐，加熱到攝氏160度，高峰時間30分鐘，進出爐時間40分鐘的溫度曲線進行熱處理。以此形成側面部的厚度約為30～40微米的第1電極層3。
而后，在將薄長方形基板1分割成一片片后，在露出的上表面電極層2和第1電極層3上用筒鍍方式電鍍形成鎳涂膜層8和由釬焊料涂膜層形成的第2電極層7，做成方形片狀電阻。
對于第3實施例得到的芯片型電阻進行了撓曲強度試驗(試驗方法根據日本工業(yè)標準JIS C-5202)。其結果與使用燒成電極的已有品1和使用樹脂電極的已有品2比較，示于圖6。并將第3實施例和已有品1、2的導電性糊的涂布狀態(tài)示于圖7。將導電性糊的粘度特性示于圖8。
由圖6可知，本實施例的撓曲強度與使用燒成電極的已有品1相當或更好，而明顯比使用樹脂電極的已有品2好。這被認為是具有突起的鎳粉與樹脂粘接劑的固定效果充分發(fā)揮作用的緣故。
如圖7所示，在本實施例的情況下，可以看出，與已有品2相比，導電性樹脂糊被涂布成穩(wěn)定的形狀。這被認為是由于添加了比表面大的細微的鎖狀結構的碳粉，導電性樹脂糊的粘度特性得以改良，觸變指數變高的緣故。而且已經確認，要形成穩(wěn)定形狀的第1電極層，導電性樹脂糊的觸變指最好在5～8的范圍內。
從上述第1、第2、第3實施例可以看出，由于在外部電極使用有多個突起的導電性金屬粉，得到了機械強度優(yōu)異的外部電極。
還有，第1電極層3所含的導電性金屬粉的量不限于上述實施例所示的比例，而可以是各種比例。但是，理想的導電性金屬粉末量在60～96％的范圍內。導電性金屬粉的含量如果少于60％，則樹脂粘接劑的量過多，電阻值變得太大，而觸變指數變小。另一方面，如果導電性金屬粉的量超過96％，則樹脂粘接劑的量變得太少，外部電極的機械強度變得太差，因而是不適合的。
又，導電性金屬粉的理想例子舉了鎳粉和銅粉的混合粉，但是也可以使用金、銀、鈀等貴金屬粉和鐵、鋁、錫、鋅等金屬粉。再者，如第1實施例所示，用具有導電性的異種金屬被覆的金屬粉也可能適用，特別是用金、鉑、銀、鈀這樣的貴金屬被覆的金屬粉是理想的。
導電性金屬粉的大小基本上是，在最大粒徑為100微米以下即可，但是，最好是平均粒徑為2～15微米。還有，金屬粉的形狀并不特別要求是球狀或板狀等，但是要求金屬粉表面有凹凸、突起。凹凸、突起的大小及其分布狀態(tài)的大小用粉的體積換算的比表面積(比表面積×真比重)表示。在上述實施例中，這一值以1.2～7.0/m2/cm3為適合。
在上述實施例中，舉出了導電性金屬粉為全部都有突起的金屬粉的例子，但是，導電性金屬粉的總量中有突起的金屬粉含50重量％以上，不帶突起的導電性金屬粉根據需要添加也可以。而且，也可以添加用于通常的導電性糊狀材料的導電性陶瓷粉或碳粉等代替導電性金屬粉的添加。還有，被添加的導電性粉末理想的是銀粉和碳粉。
樹脂粘合劑舉出了使用可溶性酚醛樹脂(resol phenol樹脂)的例子，但是只要不妨礙釬焊料的浸潤性和電鍍性能，而且能夠確保充分低的電阻，也可以使用像線型酚醛(novolac)樹脂、芳烷基(aralkyl)樹脂那樣的高耐熱性苯酚樹脂、酰亞胺(imide)系樹脂、環(huán)氧系樹脂、或這些樹脂的共聚合物、變型物。但是，根據樹脂的特性，苯酚系樹脂在滿足上述特性要求上最合適。
保護層6使用環(huán)氧系樹脂，但是也可以使用聚酰亞胺(poly-imide)系樹脂和丙烯酸(acrylic)系樹脂等密封性優(yōu)異的樹脂。而即使在使用玻璃作為保護層6的情況下，電阻分布(3σ/Rm)也在0.5％左右，取得比使用燒成電極的已有品1的電阻分布要小的效果。但是，在該情況下，激光修整前必須進行預涂(precoat)玻璃的印刷和燒成。
第2電極層7也可以使用錫涂膜層代替釬焊料涂膜層。而第2電電極層7的形成方法，除了浸漬釬焊料的方法外，使用將錫或釬焊料為主成分的糊狀物用浸漬或復印的方法覆蓋在第1電極層3上面，然后在攝氏200度～280度的氣氛中進行熱處理的方法也能夠得到與釬焊料浸漬方法相同的性能。而且，在大量制造片狀電阻時，第2電極層7的形成使用電鍍方法在成本上有利。而設于第1電極層3和第2電極層7之間的鎳涂膜層8在大量生產的情況下也是采用電鍍方法對成本有利。
在上述實施例中對片狀電阻作了說明，但是本發(fā)明當然不限于此，而可以作出種種變形例。例如片狀電容器和芯片電感器等具有如上所述的外部電極的片狀電子零件就有可能使用本發(fā)明。因而，處于本發(fā)明的精神及范圍內的變型例均屬于本專利申請的范圍。
權利要求
1.一種片狀電子零件，其特征在于，由片狀主體和設在所述片狀主體表面的一部分的外部電極構成，所述外部電極由表面具有多個突起的導電性金屬粉和樹脂粘合劑組成的導電材料構成。
2.根據權利要求1所述的片狀電子零件，其特征在于，所述導電材料包含60～96重量％的所述導電性金屬粉。
3.根據權利要求1所述的片狀電子零件，其特征在于，所述導電性金屬粉由銅粉和鎳粉中的至少一種構成。
4.根據權利要求3所述的片狀電子零件，其特征在于，所述導電性金屬粉用從金、鉑、銀、鈀中選出的一種貴金屬被覆。
5.根據權利要求3所述的片狀電子零件，其特征在于，所述導電材料還含有銀粉。
6.根據權利要求1所述的片狀電子零件，其特征在于，所述導電材料還含有碳粉，且所述導電性金屬粉由鎳粉構成。
7.根據權利要求6所述的片狀電子零件，其特征在于，所述碳粉具有鏈狀結構。
8.根據權利要求6所述的片狀電子零件，其特征在于，所述片狀主體由基板、在所述基板的上表面端部形成的一對上表面電極層、以及形成于所述基板上且電氣連接于所述一對上表面電極層的電阻層構成；所述外部電極和所述上表面電極層電氣連接。
9.根據權利要求1所述的片狀電子零件，其特征在于，所述外部電極由用所述導電材料構成的第1電極層和設于所述第1電極層上的第2電極層組成，所述第2電極層由錫涂膜層和釬焊料涂膜層中的一種構成。
10.根據權利要求9所述的片狀電子零件，其特征在于，所述第2電極層由電鍍層構成。
11.根據權利要求9所述的片狀電子零件，其特征在于，所述第1電極層與所述第2電極層之間設置鎳涂膜層。
12.根據權利要求11所述的片狀電子零件，其特征在于，所述鎳涂膜層由電鍍層構成。
13.一種片狀電子零件的制造方法，其特征在于，包含片狀主體的準備工序，由表面具有多個突起的導電性金屬粉和樹脂粘合劑組成的導電材料的準備工序，以及將所述導電材料涂布于所述片狀主體的表面的一部分上使之硬化，形成外部電極的工序。
14.根據權利要求13所述的片狀電子零件的制造方法，其特征在于，所述導電性金屬粉至少由銅粉和鎳粉中的一種構成。
15.根據權利要求13所述的片狀電子零件的制造方法，其特征在于，所述導電材料還包含碳粉，并且所述導電性金屬粉由鎳粉構成。
16.根據權利要求15所述的片狀電子零件的制造方法，其特征在于，所述形成外部電極的工序包含，在將所述導電材料涂布于輥上之后，使所述輥旋轉，將所述導電材料涂布于所述片狀主體表面的一部分上的工序。
17.根據權利要求16所述的片狀電子零件的制造方法，其特征在于，所述導電材料的觸變指數在5～8的范圍內。
18.根據權利要求13所述的片狀電子零件的制造方法，其特征在于，形成所述外部電極的工序由涂布所述導電材料、使之硬化、形成第1電極層的工序，和在所述第1電極層上形成由錫涂膜層和釬焊料涂膜層中的一種構成的第2電極層的工序組成。
19.根據權利要求18所述的片狀電子零件的制造方法，其特征在于，所述形成第2電極層的工序，由在保持于攝氏200度～250度的溫度下的錫和釬焊料中的一種的熔融液中浸漬的工序構成。
20.根據權利要求18所述的片狀電子零件的制造方法，其特征在于，形成所述第2電極層的工序，由在復印以錫和釬焊料中的一種為主成分的糊狀物后，用攝氏200度～280度的溫度進行熱處理的工序構成。
全文摘要
本發(fā)明揭示片狀電子零件及其制造方法，在基板1的表面形成電阻層4、一對上表面電極層2以及保護層6，在兩端面形成由第1電極層3和釬焊料層的第2電極層7構成的外部電極的片狀電阻，為了改善外部電極的機械強度，在第1電極層3使用表面具有多個突起的導電性金屬粉和樹脂混合的導電材料。
文檔編號H01C1/14GK1147138SQ9610666
公開日1997年4月9日 申請日期1996年5月24日 優(yōu)先權日1995年5月25日
發(fā)明者橋本正人, 檜森剛司, 木村涼, 面屋和則, 原田充, 大林孝志 申請人:松下電器產業(yè)株式會社