CN101051565A - 表面贴装型陶瓷电子元件 - Google Patents

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CN101051565A CNA2007100922659A CN200710092265A CN101051565A CN 101051565 A CN101051565 A CN 101051565A CN A2007100922659 A CNA2007100922659 A CN A2007100922659A CN 200710092265 A CN200710092265 A CN 200710092265A CN 101051565 A CN101051565 A CN 101051565A
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柴崎正二
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Abstract

本发明提供一种表面贴装型陶瓷电子元件。在具有导电树脂层的端子电极结构的表面贴装型陶瓷电子元件中，解决导电树脂层的剥离问题。在基底金属层(5a)上形成中间金属层(5b)，在其上形成导电树脂层(5c)。存在公共材料、氧化膜或玻璃粉等的基底金属层(5a)表面被中间金属层(5b)覆盖，导电树脂层(5c)与作为致密金属面的中间金属层(5b)紧密接合。

Description

表面贴装型陶瓷电子元件
技术领域
本发明涉及陶瓷电容器、层叠电感、片式电阻器、片式可变电阻、片式热敏电阻和电容器阵列等表面贴装型陶瓷电子元件，尤其涉及端子电极(外部电极)的结构。
背景技术
近年来，随着电子设备的小型化，越来越多地采用利于高密度贴装的表面贴装型电子元件。如图5所示，用安装装置将表面贴装型陶瓷电子元件19直接贴装于布线基板20，并用回流焊等进行固定。作为这样的表面贴装型陶瓷电子元件，有像层叠陶瓷电容器、层叠电感、片式电阻器、片式可变电阻以及片式热敏电阻那样的在方形电子元件基本体上形成一对端子电极的元件；以及像多端子电容器、电容器阵列等那样的在电子元件基本体的侧面形成多对端子电极的元件。
表面贴装型陶瓷电子元件，以层叠陶瓷电容器为例子，如图6所示，具有如下结构：在交替重叠有内部电极3的电子元件基本体2形成一对端子电极(外部电极)5，其中，内部电极3隔着以钛酸钡为主要成分的电介质陶瓷层4形成静电电容。该端子电极5具有：紧密贴合于电子元件基本体2并与内部电极3电连接的基底金属层5a；形成在该基底金属层5a上的镀镍金属层5d；以及使其上提高焊锡浸润性的镀锡金属层5e。基底金属层5a，例如将与电子元件基本体的组成成分相同的陶瓷粉末作为公共材料混合而成的导电糊料涂敷在未烧结的电子元件基本体上，与烧结电子元件基本体同时地烧结而成，或者将混合有玻璃粉的导电糊料涂敷在已烧结的电子元件基本体上并烧结而成。
这样，表面贴装型陶瓷电子元件由陶瓷和金属构成，因此缺乏延展性，难以抵抗安装时由安装装置引起的冲击、安装后布线基板的挠曲以及坠落等强外力，可能会发生裂缝等缺陷。因此，为解决这样的问题，如[专利文献1]、[专利文献2]以及图7所示，提出了一种具有在基底金属层5a上附加拉伸弹性模量比金属低的导电树脂层5c的端子电极5的电子元件(层叠陶瓷电容器1″)。在此，导电树脂是指在环氧树脂或苯酚树脂等热固化性树脂中混入银粉末或镍粉末等导电金属的树脂。通过在基底金属层上形成导电树脂层，能够给端子电极带来柔性，由此能够缓和外力，因此，能够提高表面贴装型陶瓷电子元件的机械强度。
[专利文献1]：日本特许第3359522号公报
[专利文献2]：日本特开2000-182879号公报
发明内容
但是，申请人发现在基底金属层上直接形成导电树脂层的端子电极中，当贴装后的布线基板受到了挠曲、坠落等机械冲击时，或当进行了热循环试验时，导电树脂层发生剥离，难以得到预期的机械强度。其原因如下所述。在与烧结电子元件基本体同时地烧结了基底金属层基本体的端子电极中，有时因存在公共材料或氧化膜、粘合剂去掉后的细孔，导致基底金属层的表面成为不是平滑且致密的金属面的状态，不能充分地确保基底金属层与导电树脂层的接合强度。另外，在烧结电子元件基本体后烧结基底金属层而形成的端子电极中，除了细孔之外，有时玻璃粉在表面偏析，不能充分地确保基底金属层和导电树脂层的接合强度。
本发明为解决上述问题，提出一种具有能够确保基底金属层和导电树脂层的接合强度、提高机械强度的端子电极的表面贴装型陶瓷电子元件。
本发明提供一种表面贴装型陶瓷电子元件，该元件具有电子元件基本体和形成于上述电子元件基本体表面的至少一对端子电极，其特征在于：上述端子电极由如下部分构成：基底金属层，包含公共材料或者玻璃粉；中间金属层，形成在上述基底金属层上，具有比上述基底金属层平滑且致密的金属面；导电树脂层，形成在上述中间金属层上；电镀金属层，形成在上述导电树脂层上。
根据本发明，通过在基底金属层和导电树脂层之间设置中间金属层，存在公共材料、氧化膜或玻璃粉等的基底金属层表面被中间金属层覆盖，导电树脂层与具有比基底金属层平滑且致密的金属面的中间金属层紧密接合。根据该结构，能够形成柔软且强韧的端子电极。平滑且致密的金属面，是指像电镀金属膜或蒸镀金属膜那样，没有细孔、且几乎仅由金属粒子构成的状态的金属面。
另外，在本发明中，提出以上述中间金属层的金属层厚度为0.5μm以上、10μm以下为特征的表面贴装型陶瓷电子元件。根据本发明，能够更牢固地接合基底金属层和导电树脂层，并且，能够确保焊锡耐热等对热冲击的耐性。在用将放大倍数设置为3000倍的SEM观察到的端子电极的剖面，用SEM附带的千分尺对每1个电子元件测定2处端面部分和2处侧面部分共计4处，进行10次这样的测定，根据其平均值来求出该金属层厚度。
另外，在本发明中，还提出以上述中间金属层的金属层连续率为20％以上为特征的表面贴装型陶瓷电子元件。根据本发明，能够更牢固地接合导电树脂层和中间金属层。在此所说的连续率表示在端子电极的剖面，存在中间金属层的长度与基底金属层外缘部的长度的比值，其测定方法，是用千分尺测量用将放大倍数设置在3000倍的SEN观察到的区域的基底金属层外缘部的长度和存在中间金属层的长度，对每1个电子元件测定2处端面部分和2处侧面部分共计4处，采用该方法进行10个样品的测定来求其平均值。
根据本发明，能够得到不易发生导电树脂层剥离的端子电极。由此，能够得到提高了对于挠曲、坠落等外力的机械强度的表面贴装型陶瓷电子元件。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的层叠陶瓷电容器的纵剖面的示意图。
图2是表示本发明的第二实施方式的层叠电感的纵剖面的示意图。
图3是表示本发明的第三实施方式的片式电阻器的纵剖面的示意图。
图4是图1的由虚线包围的部分A的放大图。
图5是表示表面贴装型陶瓷电子元件被贴装在布线基板上的状态的图。
图6是具有现有的端子电极结构的层叠陶瓷电容器的纵剖面的示意图。
图7是具有现有的端子电极结构的层叠陶瓷电容器的纵剖面的示意图。
图8是表示实施例1、实施例2、比较例1以及比较例2的挠曲试验的结果的图表。
具体实施方式
根据图1和图4说明本发明所涉及的表面贴装型陶瓷电子元件的第一实施方式。图1是表示本发明所涉及的层叠陶瓷电容器的示意性的纵剖面图。该层叠陶瓷电容器1具有如下结构：在隔着以钛酸钡为主要成分的电介质陶瓷层4交替重叠有内部电极3的电子元件基本体2上形成有一对端子电极(外部电极)5。该端子电极5具有：紧密贴合于电子元件基本体2并与内部电极3电连接的基底金属层5a；形成在该基底金属层5a上的中间金属层5b；形成在该中间金属层5b上的导电树脂层5c；形成在该导电树脂层5c上的电镀金属层5d；以及形成在其上提高焊锡浸润性的镀锡金属层5e。
这样的层叠陶瓷电容器1例如如下所示地进行制造。首次，将以钛酸钡为主要成分的具有耐还原性的陶瓷粉末与有机粘合剂进行混合，形成混合浆(slurry)，使用刮刀(doctor blade)等使其形成片状来制作陶瓷生片(green sheet)。利用丝网印刷按预定图形在该陶瓷生片上涂敷镍导电糊料，形成内部电极。将形成有内部电极图形的陶瓷生片冲切为预定的形状，为了能够形成静电电容，重叠预定张数的该冲切出的陶瓷生片从而得到层叠体。将该层叠体切割为预定的单个芯片尺寸，从而得到电子元件基本体2的未烧结体。在该未烧结体的内部电极露出面，浸渍涂敷包含公共材料的导电糊料，在1100～1300℃的氮-氢气体中进行烧结，形成电子元件基本体2和基底金属层5a。基底金属层5a，也可以在烧结未烧结体之后，浸渍涂敷包含玻璃粉的导电糊料，在700～800℃的氮气体中烧结而成。另外，作为用于基底金属层5a的金属，可以举出Ni、Cu、Ag或这些金属的合金。另外，基底金属层5a的厚度因芯片尺寸而不同，在1.6×0.8mm～3.2×1.6mm的尺寸下，在内部电极露出面的厚度优选为15～25μm。
接着，在基底金属层5a上形成中间金属层5b。作为中间金属层5b的形成方法，除了非电解电镀或电解电镀的方法之外，还可以举出蒸镀法和溅射法。另外，作为用于中间金属层5b的金属，可以举出Au、Pt、Pd、Ag、Cu、Ni等。其中，针对抑制中间金属层增加的电阻值这一点，优选为电阻率小的Cu和Ag；针对保护基底金属层这一点，优选为扩散少的Cu和Ni。另外，针对在中间金属层上不生成妨碍与导电树脂层紧密接合的氧化膜这一点，优选为Au、Pt、Pd、Ag、Cu这样的贵金属。
接着，在中间金属层5b上形成导电树脂层5c。其是通过在中间金属层5c的局部浸渍涂敷混合有Ag、Ni、Cu等导电性填料的环氧树脂或苯酚树脂等热固化树脂，进行热处理使之固化而得到的。该导电树脂层5c的厚度，在1.6×0.8mm～3.2×1.6mm的尺寸下，在内部电极露出面的厚度优选为10～30μm。接着，在导电树脂层5c上，依次形成由电解镀镍而成的电镀金属层5d、由电解镀锡而成的镀锡金属层5e。
基于图4说明由此得到的层叠陶瓷电容器1的端子电极5发挥本发明的效果的结构。图4是图1的由虚线包围的部分A的放大图。基底金属层5a具有导电金属15和公共材料16。该公共材料16在基底金属层5a的各处外表面露出，在现有技术中，这会妨害与导电树脂层5c的紧密接合。通过在基底金属层5表面覆盖中间金属层5b来覆盖公共材料16，导电树脂层5c与具有比基底金属层5平滑且致密的金属面的中间金属层5b紧密接合。导电树脂层5c，将Ag、Ni或Cu等导电性填料扩散到树脂18中，起到导电连接和对外力的适应性的作用。
接着，基于图2说明本发明所涉及的表面贴装型陶瓷电子元件的第二实施方式。图2是表示本发明所涉及的层叠电感的示意性的纵剖面图。该层叠电感6具有如下结构：在线圈导体9螺旋状地形成于以Ni-Zn-Cu铁氧体为主要成分的磁体陶瓷层8中的电子元件基本体7，形成一对端子电极(外部电极)5。该端子电极5具有：基底金属层5a，紧密接合于电子元件基本体7并与线圈导体9电连接；中间金属层5b，形成在该基底金属层5a上；导电树脂层5c，形成在该中间金属层5b上；电镀金属层5d，形成在该导电树脂层5c上；以及使其上提高焊锡浸润性的镀锡金属层5e。
这样的层叠电感6例如如下所示地进行制作。首先，将以Ni-Zn-Cu铁氧体为主要成分的磁性体粉末与有机粘合剂混合，形成混合浆，用刮刀等使其形成为片状，得到磁性体片。在该磁性体片打穿通孔，接着，利用丝网印刷按预定图形涂敷Ag导电糊料，形成线圈图形和通孔。将形成有线圈图形的磁性体片冲切成预定的形状，为了能够通过通孔导体使线圈图形之间电连接，重叠预定张数的该冲切出的磁性体片并进行热压接，从而得到层叠体。将该层叠体切割为预定的单个芯片尺寸，得到电子元件基本体7的未烧结体。在该未烧结体的线圈导体露出面浸渍涂敷包含玻璃粉的Ag导电糊料，在900℃的空气中烧结，形成电子元件基本体7和基底金属层5a。
接着，与第一实施方式相同地，在基底金属层5a上，依次形成贵金属的中间金属层5b、由扩散有导电性填料的热固化性树脂构成的导电树脂层5c、由电解镀镍而成的电镀金属层5d以及镀锡金属层5e。由此得到的层叠电感6能够得到与第一实施方式相同的效果。
接着，基于图3说明本发明所涉及的表面贴装型陶瓷电子元件的第三实施方式。图3是表示本发明所涉及的片式电阻器的示意性的纵剖面图。该片式电阻器10具有如下结构：在电阻体12、保护层(未图示)以及引出导体14形成于以氧化铝为主要成分的绝缘性基板13上的电子元件基本体11，形成有一对端子电极(外部电极)5。该端子电极5具有：基底金属层5a，紧密接合于电子元件基本体11，与引出导体14电连接；中间金属层5b，形成在该基底金属层5a上；导电树脂层5c，形成在该中间金属层5b上；电镀金属层5d，形成在该导电树脂层5c上；以及使其上提高焊锡浸润性的镀锡金属层5e。。
这样的片式电阻器10例如如下所示地进行制造。首先，准备以氧化铝为主要成分的绝缘基板，在该基板上利用丝网印刷涂敷Ag导电糊料，形成并烧结成为引出导体的厚膜图形。接着，在2个引出导体间采用丝网印刷涂敷并烧结以氧化钌为主要成分的电阻体。通过修整来调整电阻值，然后，用硼硅酸盐玻璃在电阻体上形成保护层，将绝缘基板分割为单个芯片，浸渍涂敷包含玻璃粉的Ag导电糊料以覆盖芯片端面和引出导体的一部分，在900℃的空气中进行烧结，形成电子元件基本体1和基底金属层5a。
然后，与第一和第二实施方式相同地，在基底金属层5a上，依次形成贵金属的中间金属层5b、由扩散有导电性填料的热固化性树脂构成的导电树脂层5c、由电解镀镍而成的电镀金属层5d以及镀锡金属层5e。由此得到的片式电阻器10能够得到与第一实施方式相同的效果。
【实施例1】
将具有表示JIS的BJ特性的温度特性的电介质陶瓷粉末与聚乙烯醇缩丁醛及其添加剂和溶剂进行混合，形成混合浆，利用刮刀使其形成具有5μm厚度的陶瓷生片。接着，在该陶瓷生片上利用丝网印刷涂敷Ni导电糊料，形成内部电极。将该陶瓷生片冲切为预定尺寸，重叠为内部电极变成10层，进行热压接从而得到层叠体。将该层叠体切割为4.0×2.0mm的尺寸。在切割出的层叠体的内部电极露出面上浸渍涂敷包含公共材料的Ni导电糊料，在1300℃的氮-氢气体中对其进行烧结，得到具有基底金属层的3.2×1.6mm尺寸的层叠陶瓷电容器基本体。
利用电解电镀法，在该基底金属层上形成厚度3μm、连续率100％的Cu中间金属层。接着，在该Cu中间金属层上，浸渍涂敷在环氧树脂中以Ag为填料的导电树脂，在200℃下使之固化来形成导电树脂层。接着，在该导电树脂层上利用电解电镀法依次形成镀镍金属层和镀锡金属层。
【实施例2】
准备与实施例1相同的层叠陶瓷电容器基本体，在基底金属层上利用电解电镀法形成厚度3μm、连续率100％的Ni中间金属层。接着，在该Ni中间金属层上，与实施例1相同地浸渍涂敷在环氧树脂中以Ag为填料的导电树脂，在200℃下使之固化来形成导电树脂层，接着，在该导电树脂层上依次利用电解电镀法形成镀镍金属层和镀锡金属层。
【比较例1】
准备与实施例1相同的层叠陶瓷电容器基本体，在基底金属层上浸渍涂敷在环氧树脂中以Ag为填料的导电树脂，在200℃下使之固化来形成导电树脂层。接着，在该导电树脂层上利用电解电镀法依次形成镀镍金属层和镀锡金属层。
【比较例2】
准备与实施例1相同的层叠陶瓷电容器基本体，在基底金属层上利用电解电镀法依次形成镀镍金属层和镀锡金属层。
分别准备10个由实施例1、实施例2、比较例1以及比较例2得到的层叠陶瓷电容器，按照JIS-C5101耐基板弯曲性试验方法的要领进行挠曲试验，测定静电电容降低10％以上时的挠曲量，分别计算出10个各种实验材料的平均值。在JIS-C5101的试验方法中，挠曲量以3mm为上限，但在本试验中将挠曲量进行至10mm，即使达到10mm也未观察到静电电容下降的情况评价为“挠曲量为10mm以上”。图8表示挠曲试验的结果。观察图8，比较在基底金属层上形成有直接导电树脂层的比较例1和未形成导电树脂层的比较利2，比较例1的挠曲强度低。观察在试验中使用的层叠陶瓷电容器的端子电极可知，在比较例1中，导电树脂层从基底金属层剥离。在基底金属层和导电树脂层之间形成Cu中间金属层的实施例1以及在基底金属层和导电树脂层之间形成Ni中间金属层的实施例2中，即使挠曲量为10mm也未发现静电电容降低，相对于比较例，能够使挠曲强度提高至2倍以上。在其他的坠落试验和热循环试验等中也证明具有相同的倾向，证明本发明的端子电极结构有利于提高机械强度。
【实施例3】
准备与实施例1相同的层叠陶瓷电容器基本体，利用电解电镀在基底金属层上调整电镀时间，分别形成具有膜厚为0.3μm、0.5μm、1μm、3μm的Cu中间金属层(连续率为100％)的试验材料。在这些试验材料的Cu中间金属层上，与实施例1相同地依次形成导电树脂层、镀镍金属层和镀锡金属层。
分别准备10个这样的试验材料和比较例1的试验材料，按照JIS-C5101耐基板弯曲性试验方法的要领进行挠曲试验。测定静电电容下降10％以上时的挠曲量，分别计算出10个各种试验材料的平均值。表1表示其结果。即使挠曲量为10mm也未发现静电电容下降的情况评价为“10mm以上”。
表1
中间金属层厚度(um) 0.3  0.5  1.0  3.0  比较例1
挠曲强度(mm) 5.2  ＞10  ＞10  ＞10  5.0
观察以上结果，在0.3μm时有所改善，在0.5μm以上时挠曲强度为10mm以上，中间金属层的效果变得显著。由此，中间金属层的厚度进一步优选为0.5μm以上。关于中间金属层的厚度的上限，还制作了以中间层的厚度进一步为5μm、7μm、10μm、15μm的样品，在270℃的焊锡槽浸渍3秒后，进行静电电容的测定，将试验前后的电容差在±10％以内判定为合格品，各进行10个各种试验材料的试验，用0-1判定进行评价。结果，到10μm仍未发现静电电容出现下降的材料，在15μm时发现静电电容出现下降的材料。在进行了分析后，对于15μm的样品在其内部产生了裂缝。由此，在逐渐增厚中间金属层的厚度时，基底金属层+中间金属层的厚度增加，与陶瓷紧密接合的金属层的厚度变大，由此，陶瓷和金属层的热膨胀的差变大，所以焊锡耐热等对热冲击的耐性下降。因此，中间金属层的厚度的上限值为10μm。
【实施例4】
准备与实施例1相同的层叠陶瓷电容器基本体，利用非电解电镀在基底金属层上调整在镀液中的浸渍时间，分别形成具有连续率为10％、20％、50％、100％的Cu中间金属层(厚度为0.5～1.0μm)的试验材料。在这些试验材料的Cu中间金属层上，与实施例1相同地依次形成导电树脂层、镀镍金属层和镀锡金属层。
分别准备10个这样的试验材料和比较例1的试验材料，按照JIS-C5101的耐基板弯曲性试验方法的要领进行挠曲试验。测定静电电容下降10％以上时的挠曲量，分别计算出10个各种试验材料的平均值。表2表示其结果。即使挠曲量为10mm也未发现静电电容下降的情况评价为“10mm以上”。
表2
中间金属层连续率(％) 10 20 50 100 比较例1
挠曲强度(mm) 5.8 ＞10 ＞10 ＞10 5.0
观察以上结果，在10％时有所改善，在20％以上时挠曲强度为10mm，中间金属层的效果变得显著。由此，中间金属层的连续率进一步优选为20％以上。
【实施例5】
准备与实施例1相同的层叠陶瓷电容器基本体，利用溅射法在基底金属层上调整成膜时间，分别形成具有膜厚为0.3μm、0.5μm、1μm的Ag中间金属层(连续率为100％)的试验材料。在这些试验材料的Ag中间金属层上，与实施例1相同地依次形成导电树脂层、镀镍金属层和镀锡金属层。
分别准备10个这样的试验材料和比较例1的试验材料，按照JIS-C5101耐基板弯曲性试验方法的要领进行挠曲试验。测定静电电容下降10％以上时的挠曲量，分别计算出10个各种试验材料的平均值。表3表示其结果。即使挠曲量为10mm也未发现静电电容下降的情况评价为“10mm以上”。
表3
中间金属层厚度(μm) 0.3 0.5 1.0 比较例1
挠曲强度(mm) 5.4 ＞10 ＞10 5.0
观察以上结果，在0.3μm时有所改善，在0.5μm以上时挠曲强度变成10mm以上，中间金属层的效果变得显著。
本实施例以层叠陶瓷电容器为例进行了说明，但层叠电感、片式电阻器也能得到相同的效果。另外，层叠可变电阻、层叠热敏电阻等仅陶瓷材料不同，而结构本身与层叠陶瓷电容器相同，因此，显然能得到相同的发明效果。另外，电容器阵列等多端子元件也是相同的。另外，关于中间金属层的金属种类，用Cu、Ni和Ag的中间金属层进行了说明，但用Pt、Pd、Au等其它金属也是相同的。

Claims (3)

1.一种表面贴装型陶瓷电子元件，具有电子元件基本体和形成于上述电子元件基本体表面的至少一对端子电极，其特征在于：
上述端子电极由如下部分构成：基底金属层，包含公共材料或者玻璃粉；中间金属层，形成在上述基底金属层上，具有比上述基底金属层平滑且致密的金属面；导电树脂层，形成在上述中间金属层上；以及电镀金属层，形成在上述导电树脂层上。
2.根据权利要求1所述的表面贴装型陶瓷电子元件，其特征在于：
上述中间金属层的金属层厚度在0.5μm以上、10μm以下。
3.根据权利要求1所述的表面贴装型陶瓷电子元件，其特征在于：
上述中间金属层的金属层连续率在20％以上。
CNA2007100922659A 2006-04-04 2007-04-03 表面贴装型陶瓷电子元件 Pending CN101051565A (zh)

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