JP2000138130A - チップ型電子部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱変化に強く、端子電極を導電性樹脂接着剤
を用いてプリント配線基板に実装されるチップ型電子部
品を提供する。 【解決手段】 端子電極５、６は積層構造をなし、表面
に導電樹脂からなる第２電極層８を有し、プリント配線
基板へ導電性樹脂接着剤で実装されるチップ型電子部
品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサや抵抗
などの受動素子を備えたセラミック基体の両端に端子電
極を形成したチップ型電子部品の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、チップ型電子部品、例えば積層セ
ラミックコンデンサは、図２の断面図に示す構造となっ
ていた。

【０００３】積層セラミックコンデンサ２１は、チタン
酸バリウムなどの誘電体からなるセラミック焼結体のコ
ンデンサ本体２２を有しており、コンデンサ本体２２の
一対の端部に端子電極２５、２６が形成されている。

【０００４】このコンデンサ本体２２の内部にはセラミ
ック誘電体層を介して、銀または銀パラジウム合金など
の貴金属材料あるいはニッケルなどの非金属材料からな
る内部電極２３、２４が対向配置されている。そして、
内部電極２３はコンデンサ本体２２の一端に延出し端子
電極２５に、内部電極２４はコンデンサ本体２２の他端
に延出し端子電極２６に電気的に導通接続されている。

【０００５】端子電極２５、２６はそれぞれ三層構造の
電極層から構成されている。すなわち、コンデンサ本体
２２の表面に銀または銀−パラジウム合金からなる導電
ペーストを塗布し、これを焼き付けることで形成された
厚膜下地導体２７、はんだ食われの生じにくい材料であ
るニッケルなどのメッキ層２８、ヌレ性を向上させるた
めの錫またははんだ合金などかなるメッキ層２９から構
成されている。

【０００６】上述に示した構造の他に、過酷な熱サイク
ル試験に耐えるような電極構造も提案されている。従来
のリフローはんだではプリント配線基板の熱膨張によ
り、コンデンサの端子電極部付近に応力が集中し、コン
デンサ本体にクラックが入り破壊されてしまう。その対
策として、端子電極２５、２６としては上記の焼き付け
られた厚膜下地導体２７上に、導電樹脂層を形成し、さ
らにその表面にはメッキ法でニッケル、スズなどのメッ
キ層を形成することが考えられる。これにより、プリン
ト配線基板からの応力を導電樹脂層で吸収させ、さらに
その表面にはメッキ法ではんだ付け性を持たせるもので
ある。

【０００７】近年はんだによる鉛公害、フラックス洗浄
時のフロン系溶剤による大気汚染などが問題になり、プ
リント配線基板に電子部品を実装するにあたり、リフロ
ーはんだによる実装方法を見直す必要が起こっている。
このために従来のリフローはんだによる方法に代わっ
て、導電性樹脂接着剤やワイヤボンディングによるプリ
ント配線基板に実装方法が検討されている。

【０００８】導電性樹脂接着剤による実装は、導電物質
として銀などの金属粉末と、エポキシ樹脂やフェノール
樹脂などの熱硬化性樹脂成分とを混練した導電性樹脂接
着剤を、プリント配線基板上の電極パッドに塗布し、そ
の上に電子部品の端子電極を押しつけて加熱硬化させて
接続するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】はんだを使わない導電
性樹脂接着剤を用いた実装を図３に示すが、積層セラミ
ックコンデンサ２１のプリント配線基板１０への取り付
け強度が低く、過酷な環境に対する信頼性が低いという
問題があった。尚、図において、１１、１２は導電性樹
脂接着剤、１３、１４はプリント配線基板１０上に形成
した電極パッドである。

【００１０】このように導電性樹脂接着剤１１、１２を
用いた実装構造において、温度サイクル試験や熱衝撃試
験で急激な熱変化を加えた場合、積層セラミックコンデ
ンサ１１とプリント配線基板１０との間の熱膨張係数差
による変形が生じ、導電性接着剤１１、１２により一体
化されているため内部応力が、積層セラミックコンデン
サ２１の端子電極２５、２６と導電性樹脂接着剤１１、
１２との接合部に発生する。実際には端子電極２５と導
電性樹脂接着剤１１との間で図に示すような剥離ｘが発
生し、電気的接続が不十分になる。この結果積層セラミ
ックコンデンサ２１が機能しなくなるという信頼性上の
問題を根絶することができなかった。

【００１１】端子電極２５に導電樹脂層を含み、その表
面にニッケルやはんだメッキを施した構造においても、
導電性樹脂接着剤でプリント基板に実装した場合、温度
サイクル試験などの環境にさらされると静電容量値の変
化などが根絶できず、信頼性の問題があった。

【００１２】本発明は上記課題に鑑みて案出されたもの
であり、その目的は熱衝撃試験などの過酷な温度環境に
よる応力発生があっても、積層セラミックコンデンサの
端子電極と導電性樹脂接着剤との間で剥離が生じない高
信頼性の積層セラミックコンデンサを提供することであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するためになされたものであり、受動素子を備えたセ
ラミック基体の両端部に、表面が金属粉末を含有する導
電樹脂層で被覆され、プリント配線基板の電極パッドと
導電性樹脂接着剤を介して接合される端子電極を設けた
ことを特徴とするチップ型電子部品である。

【００１４】また、前記導電樹脂層は、銀または銅と、
銅、白金、パラジウム、ニッケル、金の中から選ばれた
少なくとも１つの金属とを合金化した金属粉末または、
銀または銅粉末の表面に銅、白金、パラジウム、ニッケ
ル、金の中から選ばれた少なくとも１つの金属粉末が含
有されている。

【００１５】

【作用】本発明のチップ型電子部品によれば、端子電極
の表面層に導電樹脂層を有している。このため、プリン
ト配線基板などから端子電極部に極度の応力が加わった
としても、導電樹脂層が弾性変形することで応力を吸収
し、セラミック基体が破損することがない。また導電性
樹脂接着剤でチップ型電子部品をプリント配線基板に実
装するため、導電性樹脂接着剤自体が弾性を有し、前記
端子電極表面の導電樹脂層とあいまって、チップ型電子
部品に加わる応力を効果的に吸収することができる。こ
れによって破損や、接続強度の劣化などを引き起こすこ
とがなく、信頼性の高い実装構造とすることができる。

【００１６】特に、焼き付け導体膜を主体とする端子電
極の表面に金属メッキ層が形成されたチップ型電子部品
を、導電性樹脂接着剤によりプリント配線基板に実装し
た場合に比べて、接続が強固で、過酷な温度変化や応力
が加わっても剥離することがない。端子電極表面の導電
樹脂層と導電性樹脂接着剤とのなじみがよいことと、導
電性樹脂接着剤が端子電極表面の導電樹脂層の表面凹凸
に食い込んで強固な接続ができるものと考えられる。

【００１７】また、導電樹脂層に含有される金属粉末が
合金による粉末が銀または銅の１つと、銅、白金、パラ
ジウム、金の中から選ばれた１ないし複数の金属を合金
化した金属粉末または、銀または銅粉末の表面に銅、白
金、パラジュウム、金の中から選ばれた１ないし複数の
金属を被覆した金属粉末が用いられている。このため、
メッキ被覆膜がなくとマイグレーション性を高めること
ができ、湿度の高い環境に対し信頼性の高い製品とする
ことができる。

【００１８】本発明の端子電極は鉛などの重金属を含ま
ず、またプリント配線基板への実装においてもはんだを
使うことがないため、鉛公害を引き起こすことがない。
また実装に際して導電性樹脂接着剤を塗布し、加熱硬化
させるだけなので、簡単な工程でありながら、接続固定
の強固な信頼性の高い電子機器の製造を可能にする。

【００１９】特に、従来のはんだ実装で不可欠のフラッ
クス洗浄が不要になり、作業環境が改善され、またフロ
ンなどによる環境破壊を防止することが可能になる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のチップ型電子部品
を図面に基づいて詳説する。

【００２１】図１は本発明のチップ型電子部品の一例で
ある受動素子である積層セラミックコンデンサ１の断面
構造を示す。

【００２２】図において、積層セラミックコンデンサ１
は、セラミック基体であるコンデンサ本体２と、コンデ
ンサ本体２の一対の端部に形成された端子電極５、６と
から構成されている。

【００２３】コンデンサ本体２は、チタン酸バリウムな
どの誘電体材料からなる誘電体セラミック層と、パラジ
ウムまたは銀−パラジウム合金などの貴金属や、ニッケ
ルまたは銅などの卑金属材料からなる平面形状が矩形状
の内部電極３、４が互に対向しあうように配置されてい
る。

【００２４】内部電極３はコンデンサ本体２の一端に延
出され、端子電極５に電気的に接続されている。また、
内部電極４はコンデンサ本体２の他端に延出され、端子
電極６に電気的に接続されている。

【００２５】ここでコンデンサ本体２を作成するには、
誘電体セラミック層となるセラミックグリーンシートの
所定の領域に、内部電極３となる金属粉末を含有する導
電ペーストをスクリーン印刷で多数個形成する。また、
誘電体セラミック層となるセラミックグリーンシートの
所定の領域に、内部電極４となる金属粉末を含有する導
電ペーストをスクリーン印刷で多数個形成する。

【００２６】そして、このようなグリーンシートを、内
部電極３、４が互いに対向し、且つ内部電極３、４が互
いに異なる端面に延出するように所定の積層枚数重ねた
後、切断して個別のチップ部材とし、所定の雰囲気、温
度、時間を加えて焼成する。

【００２７】これにより、コンデンサ本体２の一対の端
面には、内部電極３、４が露出している。

【００２８】端子電極５、６は、コンデンサ本体２の両
端部に、銀、銀パラジウム合金などの金属粉末を含む導
電ペーストを塗布し、所定の雰囲気、温度、時間を加え
て焼き付けたものが第１の電極層７、該第１の電極層７
の表面に金属粉末とエポキシ系樹脂成分とからなる導電
性熱硬化性樹脂を塗布し、硬化された第２の電極層８と
から構成されている。

【００２９】具体的には、第２の電極層８は、金属粉末
として銀や銅を含むものであり、さらに、エポキシ系樹
脂、バインダ、硬化剤、有機溶媒を混合して樹脂ペース
トを塗布し、熱硬化を行い形成される。

【００３０】金属粉末としては銀や銅と銅、白金、パラ
ジウム、金の合金や、銀粉末や銅粉末の表面に銅、白
金、パラジウム、金の金属をコートした粉末などが単独
または複合させて用いられている。

【００３１】エポキシ系樹脂バインダは分子中に２個ま
たはそれ以上のエポキシ基を有する化合物からなり、硬
化剤または触媒の作用で硬化する。そしてこのエポキシ
基はビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノール
Ｆ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂
などから選択された液状エポキシ樹脂である。

【００３２】硬化剤にはポリアミド硬化剤、脂肪族ポリ
アミン硬化剤、環状脂肪族ポリアミン硬化剤、芳香族ポ
リアミン硬化剤、ジシアンジアミドなどから選択され
る。

【００３３】また有機溶媒としては、エタノール、ｉ、
ｎ−プロパノール、ブタノールなどの脂肪族アルコー
ル、あるいはこれらのアルコールのエステル、たとえば
アセテート、プロピオネートなどがある。さらにメチル
カルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトー
ル、ブチルカルビトールアセテートなどのカルビトール
系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、２−ペンタノ
ン、３−ペンタノン、シクロヘキサンなどのケトン系溶
媒、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、
テレピン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、メ
チルペンタンなどの炭化水素系溶媒があげられる。

【００３４】このようなエポキシ系導電性熱硬化樹脂
は、スクリーン印刷法、転写法、ディップ法などによっ
てコンデンサ本体２の両端に塗布される。ついで８０〜
１４０℃の温度にて５〜１５分間仮乾燥させ、その後樹
脂中の溶媒を完全に除去するために６０〜１２０℃で１
５〜９０分間乾燥させる。しかる後に１５０〜２５０℃
の温度にて３０〜１２０分間加熱することによって樹脂
を硬化させて第２の電極層８が形成される。

【００３５】

【実施例】本発明の積層セラミックコンデンサ１におい
て、コンデンサ本体２の両端に、銀を主材としてガラス
フリットを含む導電性ペーストを塗布し、乾燥後、焼き
付けして第１の電極層７を形成している。その膜厚みは
５〜２０μｍである。

【００３６】また、第１の電極層７上に金属粉末を含有
するエポキシ系熱硬化性樹脂ペーストの塗布・硬化によ
り第２の電極層８を形成している。尚、第２の電極層８
は、第１の電極層７を完全に覆うようにして、５０〜１
５０μｍの厚みで塗布し、１１０℃、処理時間１０分間
で乾燥し、ついで１００℃の温度で処理時間６０分間脱
溶剤し、その後２００℃の温度で処理時間９０分間で熱
処理を行い硬化する。

【００３７】このようにして作成された積層セラミック
コンデンサ１と比較のために種々の端子電極の構造を有
する積層セラミックコンデンサを用いて評価試験を行っ
た。

【００３８】その結果を表１に示す。試料１は第１の電
極層（焼き付けにより形成した銀導体膜）だけからなる
もので、試料２は本発明に関するもので第２の電極層が
銀粉末をエポキシ樹脂層に含むもの。試料３、４は従来
の構造に対応するもので、第２電極層がニッケルメッ
キ、第３の電極層はそれぞれ錫、はんだメッキからなる
ものである。

【００３９】

【表１】

【００４０】これら４種類の試料を使ってアルミナ基板
上に導電性接着剤（エイブルスティック社製、８１７５
Ａ）を塗布し、上記積層セラミックコンデンサを搭載し
た後、１８０℃で６０分間硬化させた。これら４種類の
サンプルに対し、端子電極の固着強度測定と温度サイク
ル耐久試験を行って比較した。尚、試料５として、試料
４と同じものをアルミナ基板上に半田接合して同様に比
較試験を行った。

【００４１】固着強度試験はコンデンサの長さ方向と垂
直に、すなわち幅方向に力を加え、コンデンサが脱落す
る際の力の大きさを評価するものである。試料数は各１
０個である。

【００４２】温度サイクル耐久試験は、−５５℃の雰囲
気に３０分間保持し、次に１２５℃の雰囲気に３０分間
保持するという、冷却／加熱サイクルを１０００回行っ
て、静電容量値が保持されているかを調べるものであ
る。試料数は、各５０個である。また試験後のサンプル
を使って固着強度試験を行い、冷却／加熱サイクルによ
る変化を調べている。

【００４３】表１から明らかなように、初期の固着強度
が最も高いのははんだ付けした試料５である。導電性樹
脂接着剤で基板実装するものは初期の固着強度は多少低
下する。しかし、本発明である試料２はその中で最も高
い。これに対し試料３、４ははんだ付けに比べて１／４
程度の初期強度になっている。

【００４４】温度サイクル耐久試験を行うと本発明の効
果が顕著に現れる。すなわち従来一般的に使われている
はんだ付け実装である試料５では、固着強度が半減する
とともに容量不良が多数発生している。これに対し、本
発明の試料２では固着強度に顕著な変化は見られない。
また、容量不良の発生がない。試料３、４では固着強度
がほぼ半減し、また容量不良も比較的高い頻度で発生し
ている。なお試料１は、比較的固着強度の変化が小さ
く、また容量値の不良発生も少ない。

【００４５】初期強度の比較から、端子電極５、６の表
面に第２の電極層８が形成された本発明が最も導電樹脂
接着剤との親和力が高く、試料番号５のはんだ接合によ
る実装に次ぐ高い強度が得られる。

【００４６】また、温度サイクル試験により従来のはん
だ接合による実装は、端子電極とはんだとの界面付近が
劣化または破損するのに対し、本発明ではほとんど変わ
らない。これは第２の電極層８の弾性により内部応力を
吸収するためと考えられる。

【００４７】また試料１、３、４の固着強度の比較か
ら、端子電極の表面に形成された金属層と導電性接着剤
との親和力、ないし接着剤の濡れ性が固着強度に差を生
じ、容量不良の発生にも寄与していると考えられる。特
に、試料１の温度サイクル試験による変化が少ない点
は、本発明の試料２に共通しており、本発明の導電樹脂
層と導電性接着剤との親和力が温度サイクル試験に対す
る耐久性を高めていると考える。

【００４８】第２の電極層８として、銀粉末をエポキシ
系の接着剤に混合させたものを示したが、金、銅、パラ
ジウムなど他の金属粉末を１種ないし複数種混合したも
のでも良く、また接着剤としてはフェノール系の樹脂を
用いてもほぼ同様の結果を得ることができる。

【００４９】また、第１層と第２層の間に、複数の金属
層や導電樹脂層が形成されたものでもよい。重要なこと
は端子電極５、６の表面に表面導電樹脂層８で形成する
ことである。

【００５０】上述の積層セラミックコンデンサ１の端子
電極５、６の構造では、プリント回路基板に実装したあ
との熱サイクル試験に対しては非常に効果的であるもの
の、高湿度の環境で長期的に使用すると、絶縁抵抗値が
低下し、大きな電流消費をもたらしたり、回路の誤動作
を発生させる。この原因を解析すると、コンデンサの端
子電極５、６の間の絶縁抵抗値が低下していることが分
かる。これは端子電極５、６を構成する第２の電極層８
に含まれる銀や銅の金属粉末がマイグレーションを起こ
したためと考えられる。

【００５１】このため、第２の電極層８に用いられる金
属粉末として、銀や銅と他の金属、銅、白金、パラジウ
ム、金の少なくとも１つの金属と合金化した金属粉末を
用いることにより、絶縁抵抗値の低下を防止できる。

【００５２】表２に第２の電極層８に含まれてる金属粉
末の違いによる耐マイグレーション試験に対する結果を
示している。尚、金属粉末と樹脂の重量比はいずれも８
５：１５である。

【００５３】

【表２】

【００５４】試料６は、銀と銅との合金（銀２０％、銅
８０％）粉末、試料７は、銀と白金との合金（銀１５
％、白金銅８４％）粉末、試料８は、銀とパラジウムと
の合金（銀１２５、パラジウム７５％）粉末、試料９
は、銅とニッケル合金（銅７０％、ニッケル３０％）粉
末、試料１０は、金と銅との合金（銅７０％、金３０
％）粉末、試料１１は、銀粉末とパラジウム粉末を混合
した（銀２０、パラジウム８０）粉末、試料１２は、銀
単体粉末を用いた。この銀粉末を用いたものは、表１の
試料２に相当するものである。

【００５５】試験はアルミナセラミック基板の上に銀−
パラジウ電極を焼き付け、その上に銀パラジウム合金の
金属粉末を含む導電性樹脂接着剤を塗布し、その上に試
料を搭載し、１５０〜２００℃で、熱硬化させる。そし
て、積層セラミックコンデンサ１の端子電極５、６の間
に５０ＶＤＣを印加した状態で、この間に水滴を落と
し、短絡するまでの時間を測定したものであり、「短絡
するまでの時間」として示されている。

【００５６】結果として合金化したものはいずれも短絡
するまでの時間を５分以上とすることが可能で、良好な
耐マイグレーション性を示している。

【００５７】即ち、熱サイクル耐久試験で３．０ｋｇの
良好な結果、容量不良が発生せず、しかも、耐マイグレ
ーション性を考慮すれば、第２の電極層８である導電樹
脂層に含まれる金属粉末を特定することにより、信頼性
の高いチップ型電子部品が得られることが理解できる。

【００５８】また、試料６〜１０は銀または銅と、銅、
パラジウム、ニッケル、白金、金から選ばれる金属成分
との合金粉末を用いたが、銀粉末、銅粉末の表面に、
銅、パラジウム、ニッケル、白金、金から選ばれる金属
成分を被覆した金属粉末を用いてもかまなわい。

【００５９】例えば、試料１３として、パラジウムコー
トの銀粉末を用いた。その結果、「短絡するまでの時
間」は５分以上であった。同様に、上述の他の金属材料
のコート粉末（銀または銅）であっても、「短絡するま
での時間」は５分以上であった。

【００６０】これはいくつか試作した中で、ほぼ良好な
耐マイグレーション性を示したものを示している。

【００６１】ここでプリント配線基板に固定する際の導
電性樹脂接着剤はやはり耐マイグレーション性を考慮し
て、銀２５、パラジウム７５の合金粉末を含み、エポキ
シ系ないしフェノール系の加熱硬化型の接着剤である。

【００６２】なお、合金は金属粉末の表面に構成されて
いれば良く、例えば銅の粉末の表面に合金層を形成した
ものでも良い。

【００６３】尚、上述の第２の電極層８である導電樹脂
層に含まれる粉末の粒径は、０．５〜１０μｍの粒径が
好ましくに、その金属粉末（合金粉末またはコート粉
末）の混合比は金属粉末８０〜９０％で、残りがエポキ
シ樹脂である。

【００６４】上述の実施例では、積層セラミックコンデ
ンサを用いて説明したが、アルミナセラミック基板上に
受動素子として抵抗体膜を形成し、その両端に端子電極
が形成されたチップ抵抗などにも同様にして適用ができ
る。

【００６５】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の電子部品によれ
ば、端子電極の表面に導電樹脂層が形成されている。こ
れにより、導電性樹脂接着剤によりプリント配線基板に
実装しても過酷な温度変化に耐える高信頼性のチップ型
電子部品とすることができる。

【００６６】また、端子電極の表面導電樹脂層の金属成
分が合金粉末、コート粉末からなることにより、プリン
ト配線基板へ実装した場合の耐マイグレーション性を高
め、湿度に対する信頼性の高い電子部品とすることがで
きる。またプリント配線基板への実装は導電性樹脂接着
剤を用いるため、はんだす即ち鉛無しで実装でき、鉛公
害を防止できる。さらに、はんだリフロー工程がなくな
るため、そのフラックスを洗浄する必要がなく、工程が
簡素化されるとともに、洗浄溶剤による大気汚染などの
公害を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層セラミックコンデンサの断面図で
ある。

【図２】従来の積層セラミックコンデンサの断面図であ
る。

【図３】従来の積層セラミックコンデンサの接合状態を
説明するための断面図である。

【符号の説明】

１・・・ 積層セラミックコンデンサ ２・・・ コンデンサ本体 ３、４・ 内部電極 ５、６・ 端子電極 ７・・・ 第１の電極層 ８・・・ 第２の電極層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E001 AB03 AF06 5E319 AB05 AB06 BB11 CC61 GG15 GG20 5G301 DA03 DA05 DA06 DA10 DA11 DA12 DA57 DD01 5G307 AA02 GA02 GA06 GB01 GC02 HA01 HB03 HC01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受動素子を備えたセラミック基体の両端
   部に、金属粉末を含有する導電樹脂層で被覆され、プリ
   ント配線基板の電極パッドと導電性樹脂接着剤を介して
   接合される端子電極を設けたことを特徴とするチップ型
   電子部品。
2. 【請求項２】 前記導電樹脂層は、銀または銅と、銅、
   白金、パラジウム、ニッケル、金の中から選ばれた少な
   くとも１つの金属とを合金化した金属粉末または、銀ま
   たは銅粉末の表面に銅、白金、パラジウム、ニッケル、
   金の中から選ばれた少なくとも１つの金属粉末が含有さ
   れていることを特徴とする請求項１記載のチップ型電子
   部品。