JP2009170706A - 積層電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】配線基板と電子部品素体との熱膨張の差による応力を緩和して、外部電極と内部電極との接合が切れることによる積層電子部品の静電容量の低下を防止する。
【解決手段】 積層セラミックコンデンサ１は、チタン酸バリウムを主成分とするセラミック誘電体３を介して内部電極４が交互に積み重ねられている電子部品素体２を有しており、内部電極４の引出端部４ａが露出している表面に外部電極５が形成された構造を有する。この外部電極５は、電子部品素体２に密着し引出端部４ａと電気的に接続する下地金属層５ａと、該下地金属層５ａを保護する第一のメッキ金属層５ｂと半田濡れ性を向上させる第二のメッキ金属層５ｃとを有する。また、電子部品素体２の引出端部４ａ付近に、内部電極４に対して垂直方向に延びておりかつ内部電極４と接する溝６が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、積層セラミックコンデンサ、積層コンデンサアレイまたは積層ＬＣＲ複合部品等の積層電子部品に関するもので、応力に対する耐性が良好な積層電子部品に関するものである。

積層セラミックコンデンサをはじめとする積層セラミック電子部品は、略直方体形状の電子部品素体と、前記電子部品素体内部に埋め込まれかつ前記電子部品素体の表面に露出する引出端部を有する内部電極と、前記電子部品素体の前記引出端部が露出している表面に形成されかつ前記内部電極と電気的に接続する少なくとも一対の外部電極とを有しており、外部電極は内部電極と接続する下地金属層のほか、下地金属層の保護や半田濡れ性を向上するためのメッキ金属層など、複数の導電層で構成されている。

このような積層電子部品は、半田付けによって配線基板上に実装され、電子回路を構成する。配線基板上に実装された積層電子部品は、様々な応力を受ける。例えば半田付け時にはリフロー炉等の熱による熱応力が積層電子部品にかかる。また、積層電子部品を配線基板上に実装した後には、配線基板のたわみ等による機械的な応力がかかる。このような応力は、特に外部電極にかかるので、外部電極と内部電極との接合が切れてしまうことがあった。そのため、積層電子部品の静電容量の低下が発生することがあった。

このような問題を解決する手段の一つとして、特開２００２−２０３７３７号公報に開示されている手段が挙げられる。この方法では、ガラス含有率の高い緻密な第一電極層と、ガラス含有率の低いポーラスな第二電極層を備えることにより、配線基板のたわみ等による機械的な応力に対する耐久性を向上させるものである。

特開２００２−２０３７３７号公報

しかしながら、上記特許文献１の手段では、熱応力に対しては耐久性の向上が困難であった。配線基板のたわみ等による機械的な応力は主に外部電極にかかる応力であるため、外部電極に応力を緩和する構造を持たせる上記手段は有効である。しかし、熱応力は配線基板と電子部品素体との熱膨張の差によって発生する応力であるため、熱応力を緩和するには配線基板と電子部品素体との熱膨張の差を緩和する必要がある。上記特許文献１の手段には、このような配線基板と電子部品素体との熱膨張の差を緩和する手段が開示されていない。

本発明は、配線基板と電子部品素体との熱膨張の差による応力を緩和して、外部電極と内部電極との接合が切れることによる積層電子部品の静電容量の低下を防止するものである。

本発明では、略直方体形状の電子部品素体と、前記電子部品素体内部に埋め込まれかつ前記電子部品素体の表面に露出する引出端部を有する内部電極と、前記電子部品素体の前記引出端部が露出している表面に形成されかつ前記内部電極と電気的に接続する外部電極と、を有する積層電子部品において、前記外部電極は、導電性金属とガラス成分を含む下地金属層を有しており、前記電子部品素体の前記引出端部付近に、前記内部電極に対して垂直方向に延びておりかつ前記内部電極と接する溝が形成されており、前記溝にはガラス成分が充填されている積層電子部品を提案する。

ガラス成分のヤング率は電子部品素体に用いられるチタン酸バリウムのヤング率よりも低いので、上記の解決手段の構造であれば、ガラス成分が充填された溝によって配線基板と電子部品素体との熱膨張の差による応力を緩和することができる。

本発明によれば、配線基板と電子部品素体との熱膨張の差による応力を緩和して、外部電極と内部電極との接合が切れることによる積層電子部品の静電容量の低下を防止することができる。

本発明に係る積層電子部品の実施形態を、積層セラミックコンデンサを例にとって説明する。なお、本発明は積層セラミックコンデンサの他、積層コンデンサアレイや積層ＬＣフィルタ等の、積層型の複合電子部品に適用可能である。

図１は、本発明に係る積層セラミックコンデンサを示す模式的な縦断面図である。この積層セラミックコンデンサ１は、チタン酸バリウムを主成分とするセラミック誘電体３を介して内部電極４が交互に積み重ねられている電子部品素体２を有しており、内部電極４の引出端部４ａが露出している表面に外部電極５が形成された構造を有する。この外部電極５は、電子部品素体２に密着し引出端部４ａと電気的に接続する下地金属層５ａと、該下地金属層５ａを保護する第一のメッキ金属層５ｂと半田濡れ性を向上させる第二のメッキ金属層５ｃとを有する。また、電子部品素体２の引出端部４ａ付近に、内部電極４に対して垂直方向に延びておりかつ内部電極４と接する溝６が形成されている。

下地金属層５ａは、内部電極４の引出端部４ａと電気的に接続する役目を持っている。この下地導電層５ａは、焼成後の電子部品素体２に導電ペーストを塗布して焼きつける方法で形成される。下地金属層５ａに用いられる導電ペーストは、導電材料となる導電性金属と、電子部品素体２に密着させるための結合助剤となるガラス成分とを含んでいる。導電材料としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ等が挙げられる。ガラス成分としては、Ｌｉ−Ｓｉ系ガラス、Ｂ−Ｓｉ系ガラス等が用いられる。

第一のメッキ金属層５ｂは、下地金属層５ａ全体を覆い、下地金属層５ａを保護する役目を持っている。この第一のメッキ金属層５ｂに用いられる金属としては、Ｎｉ、Ｃｕ等が挙げられる。また、第二のメッキ金属層５ｃは、第一のメッキ金属層５ｂ全体を覆い、半田濡れ性を向上させる役目を持っている。第二のメッキ金属層５ｃに用いられる金属としては、ＳｎまたはＳｎ合金が挙げられる。

内部電極４は、電子部品素体２に埋め込まれており、セラミック誘電体３を介して対向する内部電極４は、各々の一方の端が互いに電子部品素体２の異なる表面に露出している。この露出している部分が引出端部４ａとなる。内部電極４を構成する金属としては、Ｎｉ、Ｃｕ等の卑金属やＡｇ、Ｐｄ等の貴金属が挙げられる。近年は大容量化により内部電極の枚数が増えているので、コストの面からＮｉ、Ｃｕ等の卑金属が多く用いられる。

内部電極４の金属と、下地金属層５ａの金属の組み合わせはセラミック誘電体３の材質等によって決定されるが、特に内部電極４をＮｉ、下地金属層５ａをＣｕとするのが好ましい。この組み合わせでは、内部電極４のＮｉと下地金属層５ａのＣｕとの間で固相拡散が起こり、Ｎｉ−Ｃｕ合金を生成して、良好な接合状態を得ることができる。

溝６は、電子部品素体２の引出端部４ａ付近に、内部電極４に対して垂直方向に延びており、さらに内部電極４と接するように形成されている。この溝６にはガラス成分が充填されている。溝６に充填されているガラス成分は、下地金属層５ａを形成するための導電ペーストに含まれているガラス成分と略同じである。また、溝６にはガラス成分の他、内部電極４の金属の一部が入り込んでいることもある。

溝６は、内部電極４から伸びる楔状になって電子部品素体２に食い込んでいる状態になっている。また、溝６に充填されているガラス成分は下地金属層５ａを構成する導電ペーストから拡散してきたものなので、下地金属層５ａと電子部品素体２とを強固に接合する。また、溝６に充填されているガラス成分は、例えばホウケイ酸亜鉛系ガラスでヤング率が６〜８ＧＰａ程度で、電子部品素体に用いられるチタン酸バリウムのヤング率４０ＧＰａよりも低い。これにより、積層セラミックコンデンサ１を配線基板上に実装したときに、配線基板と電子部品素体との熱膨張の差によって応力が発生しても、ヤング率の低いガラス成分によって応力が緩和される。この応力緩和の作用により、熱応力に対する耐久性を向上させることができる。

なお、ここで引出端部付近とは、図１に示すように、引出端部４ａが露出している表面から溝６までの深さＤに相当する。この深さＤについては、特に制限はないが、８μｍ以上であれば内部電極４と下地金属層５ａとの接合がより良好になる。

次に本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法について説明する。まず下地導電層５ａを形成する前の、焼成済みの電子部品素体２を用意する。

この電子部品素体２は次のようにして得られる。まずチタン酸バリウムを主成分とする耐還元性を有するセラミック粉末を有機バインダーと混練してスラリーを形成し、これをドクターブレード等でシート状に形成してセラミックグリーンシートを得る。このセラミックグリーンシートにスクリーン印刷によってＮｉ導電ペーストを所定のパターンで塗布して内部電極パターンを形成する。内部電極パターンを形成したセラミックグリーンシートを所定の形状に打ち抜いて、この打ち抜いたセラミックグリーンシートを、静電容量を形成できるように所定枚数積み重ねて熱圧着して積層体を得る。この積層体を、所定の個別チップサイズ（例えば４．０ｍｍ×２．０ｍｍ）に切断分割して電子部品素体２の未焼成体を得る。この未焼成体を１１００〜１３００℃の窒素−水素雰囲気で焼成して、所定サイズ（例えば３．２ｍｍ×１．６ｍｍサイズ）の電子部品素体２が得られる。

続いて、得られた電子部品素体２の、引出端部４ａが露出している表面に、導電ペーストをディップ法により塗布する。この導電ペーストは、導電性金属としてＣｕ、ガラス成分としてホウケイ酸亜鉛系ガラスを含んでいる。この導電ペーストを塗布した電子部品素体２を窒素雰囲気中で加熱して、下地金属層５ａを形成する。このときの加熱温度は、用いる導電ペーストのガラス成分の軟化点よりも高い温度に設定する。例えば、ホウケイ酸亜鉛系ガラスの通常の焼付け温度が軟化点の約６００℃よりも１００〜３００℃高い温度である場合、さらに２０〜６０℃高い温度で焼付けを行う。これにより導電ペースト中のガラス成分が電子部品素体２中に拡散する。

電子部品素体２中にガラス成分が拡散すると、ガラスが拡散している部分とガラスが拡散していない部分との境目に溝６が形成される。このメカニズムについては不明であるが、ガラス成分が拡散する深さによって溝６が形成される深さが決定される。なお、ガラスの拡散する深さは、導電ペーストの焼付け温度の他、セラミック誘電体３の材質や導電ペーストの導電性金属の種類によって調整が可能である。そして形成された溝６に、拡散したガラス成分の一部が充填される。

続いて、下地金属層５ａ上に、電解メッキ法によってメッキ金属層を形成する。メッキ金属層は一層でも良いが、下地の保護を目的としたＣｕ、Ｎｉ等で構成される第一のメッキ金属層５ｂ及び半田ぬれ性の向上を目的としたＳｎ等で構成される第二のメッキ金属層５ｃの複数層のメッキ金属を形成しても良い。

次に、このようにして得られた積層セラミックコンデンサ１について、ヒートサイクル試験を行い、本発明の効果を検証する。焼付け温度を変えて溝６の深さを０μｍ（比較例）、３μｍ及び８μｍにした試料を各々１００個ずつ用意した。各試料をガラス−エポキシ樹脂基板に半田付けし、初期の静電容量を測定した。次いで１時間で−５５℃〜＋１２５℃の温度変化を１サイクルとして、各試料をヒートサイクル試験に投入した。初期の静電容量の１０％以下になったものを静電容量ＮＧとし、その個数を発生率とした。なお、溝６の深さＤは、各試料５個ずつ抜き取り、側面から研磨して、下地金属層５ａと電子部品素体２との境目から、溝６と内部電極４との接触部分までの距離を測定して、１個につき５箇所、計２５点の平均値から求めた。その結果を図２のグラフに示す。

図２に示すように、溝６が形成されていない比較例すなわち０μｍでは、１００サイクルで４０％以上の静電容量ＮＧが発生している。しかし、溝６が形成されているものでは、５００サイクルでも２０％以下であり、特に深さＤが８μｍのものでは５００サイクルでも静電容量ＮＧが発生していないことがわかった。

上記の結果より、本発明によれば、配線基板と電子部品素体との熱膨張の差による応力を緩和して、外部電極と内部電極との接合が切れることによる積層電子部品の静電容量の低下を防止することができる。

本発明の積層セラミックコンデンサを模式的に示す部分断面図である。 ヒートサイクル試験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 積層セラミックコンデンサ
２ 電子部品素体
３ セラミック誘電体
４ 内部電極
４ａ 引出端部
５ 外部電極
５ａ 下地導電層
５ｂ 第一のメッキ金属層
５ｃ 第ニのメッキ金属層
６ 溝

Claims (1)

1. 略直方体形状の電子部品素体と、前記電子部品素体内部に埋め込まれかつ前記電子部品素体の表面に露出する引出端部を有する内部電極と、前記電子部品素体の前記引出端部が露出している表面に形成されかつ前記内部電極と電気的に接続する外部電極と、を有する積層電子部品において、
   前記外部電極は、導電性金属とガラス成分を含む下地金属層を有しており、
   前記電子部品素体の前記引出端部付近に、前記内部電極に対して垂直方向に延びておりかつ前記内部電極と接する溝が形成されており、
   前記溝にはガラス成分が充填されている
   ことを特徴とする積層電子部品。
   
   
   

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