JP2001307947A - 積層チップ部品及びその製造方法 - Google Patents

積層チップ部品及びその製造方法

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JP2001307947A
JP2001307947A JP2000124132A JP2000124132A JP2001307947A JP 2001307947 A JP2001307947 A JP 2001307947A JP 2000124132 A JP2000124132 A JP 2000124132A JP 2000124132 A JP2000124132 A JP 2000124132A JP 2001307947 A JP2001307947 A JP 2001307947A
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Akitoshi Yoshii
彰敏 吉井
Shintaro Kin
慎太郎 金
Kazuhiko Kikuchi
和彦 菊地
Takashi Kamiya
貴志 神谷
Akira Sasaki
昭 佐々木
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    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/228Terminals
    • H01G4/232Terminals electrically connecting two or more layers of a stacked or rolled capacitor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01C1/00Details
    • H01C1/14Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/148Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors the terminals embracing or surrounding the resistive element

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性接着剤によるPbフリー実装を適用し
ても、高温多湿の環境下における外部電極の酸化を防
げ、導電性接着剤と外部電極との間における微細なマイ
クロクラックの発生も防げて信頼性の高い低コストな積
層チップ部品を構成する。 【解決手段】 部品素体1に設けた卑金属の内部電極1
0a,10b…と電気的に導通する銅(Cu)を主成分
とする導電材料並びにガラスフリットを含有する下地層
20,30と、パラジウム(Pd)を含んで銀(Ag)
を主とする貴金属の導電材料並びに下地層のガラスリッ
トと同じガラスフリットを含有する外層21,31と、
下地層20,30と外層21,31との界面に生成する
Cu/Pdの合金層22,32とからなる外部電極2,
3を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、卑金属の内部電極
とセラミック層とを複数交互に積層形成した部品素体を
備え、その卑金属の内部電極と電気的に導通する外部電
極を部品素体の両端部に設ける積層チップ部品及びその
製造方法に係り、主に、積層チップ部品を導電性接着剤
で回路基板に固着実装するのに適するよう外部電極を形
成する積層チップ部品及びその製造方法の改良に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、積層チップ部品を回路基板に固
着実装するには鉛(Pb)を含むはんだが用いられてい
る。その積層チップ部品としては、部品の固着強度及び
はんだ濡れ性を考慮し、外部電極が錫(Sn)またはS
n/Pbの電気メッキ等による被膜の最外層で形成され
ている。
【0003】それに対して、Pbによる環境への影響を
考慮することから、Pbフリー実装(Pbを組成材料と
して含まない。)を目的とし、導電接着剤による電子部
品の固着実装が求められている。
【0004】然し、そのPbフリー実装を適用すると、
従来の外部電極では最外層のSnまたはSn/Pb被膜
が高温多湿の環境下で加速的に酸化し、接続抵抗(ES
R)が高くなり、コンデンサ機能としてもtanδが大
きくなって電気回路上不具合が生ずる。また、ヒートサ
イクルを繰り返すことによって、微細なマイクロクラッ
クが導電性接着剤と外部電極との間に生じ、固着強度が
劣化するばかりでなく、部品が電気回路上機能しないと
共に、回路基板から脱落する事態が生ずる虞れもある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、主に、導電
性接着剤によるPbフリー実装を適用しても、高温多湿
の環境下における外部電極の酸化を防げ、また、導電性
接着剤と外部電極との間における微細なマイクロクラッ
クの発生も防げて信頼性の高い低コストな積層チップ部
品及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0006】それに加えて、本発明は低コストで信頼性
の高い積層チップ部品を簡略な工程でしかも寸法精度の
良好なものに製造できる積層チップ部品の製造方法を提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
積層チップ部品においては、卑金属の内部電極とセラミ
ック層とを複数交互に積層形成した部品素体を備え、そ
の卑金属の内部電極と電気的に導通する外部電極を部品
素体の両端部に設けるもので、銅(Cu)を主成分とす
る導電材料並びにガラスフリットを含有する下地層と、
パラジウム(Pd)を含んで銀(Ag)を主とする貴金
属の導電材料並びに下地層のガラスリットと同じガラス
フリットを含有する外層と、下地層と外層との界面に生
成するCu/Pdの合金層とからなる外部電極を設ける
ことにより構成されている。
【0008】本発明の請求項2に係る積層チップ部品に
おいては、ホウケイ酸ストロンチウム系のガラスフリッ
トを各々同一の組成で含有する下地層並びに外層からな
る外部電極を設けることにより構成されている。
【0009】本発明の請求項3に係る積層チップ部品の
製造方法においては、卑金属の内部電極とセラミック層
とを複数交互に積層させて部品素体を形成し、その卑金
属の内部電極と電気的に導通する外部電極を部品素体の
両端部に形成するにあたり、銅(Cu)を主成分とする
導電材料並びにガラスフリットを含有する導電性ペース
トを下地層用として部品素体の両端部に塗布,乾燥し、
パラジウム(Pd)を含んで銀(Ag)を主とする貴金
属の導電材料並びに下地層のガラスリットと同じガラス
フリットを含有する導電性ペーストを外層用として下地
層用の上に塗布,乾燥してから、下地層用及び外層用を
650〜750℃の温度で同時に焼付け処理し、Cu/
Pdの合金層を下地層と外層との界面に生成させて外部
電極を形成するようにされている。
【0010】本発明の請求項4に係る積層チップ部品の
製造方法においては、銅(Cu)を主成分とする導電材
料並びにガラスフリットを含有する導電性ペーストを下
地層用として部品素体の両端面にのみ塗布するようにさ
れている。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して説明す
ると、図示実施の形態では積層チップコンデンサが積層
チップ部品として構成されている。この積層チップコン
デンサは、図1で示すように卑金属の内部電極10a,
10b…と誘電体セラミック層11a,11b…とを交
互に複数積層形成した部品素体1を備え、その卑金属の
内部電極10a,10b…と電気的に導通する外部電極
2,3を部品素体1の両端部に設けることにより構成さ
れている。
【0012】その内部電極10a,10b…は、卑金属
のニッケル(Ni)を用いて形成できる。この卑金属は
価格的に安価なものであるため、部品における内部電極
の占める割合や積層数が増えても、部品全体として材料
面のコスト高を抑えられる。
【0013】その卑金属の内部電極10a,10b…と
電気的に導通するものとし、外部電極2,3は銅(C
u)を主成分とする導電材料並びにガラスフリットを含
有する下地層20,30と、パラジウム(Pd)を含ん
で銀(Ag)を主とする貴金属の導電材料並びに下地層
のガラスリットと同じガラスフリットを含有する外層2
1,31と、下地層20,30と外層21,31との界
面に生成するCu/Pdの合金層22,32とから構成
されている。
【0014】その構成中、下地層20,30はCuを主
成分とし、他の金属材料としてNi,Ag,Pdのいず
れかを添加した金属材料から形成できる。外層21,3
1はAgを主成分とし、Pdを含んで、他の貴金属とし
てCu,Agのいずれかを添加した貴金属材料から形成
できる。この他に、組成材料としてはガラスフリット,
バインダー樹脂,溶剤等を夫々含有する。
【0015】ガラスフリットはホウケイ酸ストロンチウ
ム系のものとし、ストロンチウム(Sr),ホウ素
(B),ケイ素(Si),アルミニウム(Al),亜鉛
(Zn)から選択される。このうち、Srはバリウム
(Ba)に一部置き換えできる。そのガラスフリットと
しては同一の組成のものを含み、下地層20,30並び
に外層21,31が夫々形成されている。
【0016】このように構成する積層チップコンデンサ
では、下地層20,30は内部電極10a,10b…の
卑金属と濡れ性のよいCuを主成分として形成されてい
るため、内部電極10a,10b…と良好な結合強度を
保てる。外層21,31はAgを主とする貴金属により
形成されているから、高温多湿の環境下で導電性接着剤
によるPbフリー実装を適用しても酸化を防げ、また、
焼付け時の内部電極10a,10b…と外部電極2,3
との界面の酸化を防げる。
【0017】それに加えて、外層21,31がPdを含
んで、Cu/Pdの合金層22,32が下地層20,3
0との界面に生成されているため、下地層20,30と
外層21,31との界面における結合強度も良好に保て
る。また、下地層20,30と外層21,31とが同じ
ガラスフリットを含有するところから、Cu/Pdの合
金層22,32を含む外部電極2,3が全体に緻密な結
合層として形成できる。
【0018】従って、この積層チップコンデンサでは接
続抵抗(ESR)を低く抑えられ、コンデンサ機能とし
てtanδを小さくでき、また、ヒートサイクルを繰り
返すことによっても、微細なマイクロクラックが導電性
接着剤と外部電極との間に生ずるのを防げて固着強度を
高く保てることにより、電気回路上の不具合や回路基板
から脱落する等の事態が生ずるのを確実に防げる。
【0019】その積層チップコンデンサを製造するに
は、図2で示すように下地層用並びに外層用の導電性ペ
ースト,を作製する。この導電性ペースト,
は、3本ロールミルを用いて各金属材料並びにガラスフ
リット、その他の組成材料を混合することにより行え
る。
【0020】その導電性ペースト,のうち、まず、
Cuを主成分とする金属材料の導電性ペーストを下地
層用として部品素体の両端部に塗布,乾燥し、次に、パ
ラジウム(Pd)を含んで銀(Ag)を主とする貴金属
材料の導電性ペーストを外層用として下地層用の上に塗
布,乾燥する。これら導電性ペースト,には、乾燥
処理を150℃の加熱温度で10分程度施せばよい。
【0021】その導電性ペーストの乾燥処理後、導電
性ペースト,の脱バインダー処理を大気下で施し、
これを還元雰囲気中で650〜750℃の加熱温度によ
り同時に焼付け処理する。その同時焼付けに伴って、C
u/Pdの合金層が下地層と外層との界面に生成するこ
とにより外部電極として形成できる。
【0022】この積層チップコンデンサの製造工程で
は、上述した構成の積層チップコンデンサを所定通り得
られると共に、導電性ペースト,を個別に焼付け処
理せずに同時焼付けし、その他に電気メッキ等を施さず
に外部電極を形成できることから簡略な製造工程で得ら
れる。このため、内部電極10a,10b…を価格的に
安価な卑金属で形成する材料面に加えて、製造工程面で
もコスト高を抑えられることにより低コストな製品とし
て得られる。
【0023】その外部電極を形成する際に、銅(Cu)
を主成分とする金属材料の導電性ペーストは内部電極
10a,10b…が露出する部品素体1の両端面にのみ
塗布する。換言すれば、外層の縁回りが形成される部品
素体1の周側面縁回りを除いて塗布するとよい。外部端
子の厚みは焼付け処理により増大するが、この厚みの増
大を導電性ペーストの塗布されていない部品素体1の
周側面縁回りで抑えられるから外部電極の寸法精度を正
確に出せる。
【0024】上述した積層チップコンデンサの構成を確
認するべく、Niの内部電極を形成し、Cuの下地層を
形成し、Pdを含むAgの外層を下地層の上に形成し、
それを600℃,650℃,700℃,750℃,80
0℃の温度で焼付け処理し、下地層と外層との界面にお
けるCu/Pdの合金層の有無,下地層と内部電極との
結合状態,下地層と外層との結合状態を各焼付け温度毎
に検査した。この検査項目並びに評価結果は、次の表1
に示す通りである。
【0025】
【表1】
【0026】この表1で示す通り、焼付け温度が650
〜800℃のときは下地層と外層との界面におけるCu
/Pdの合金層がEPMAで確認できたが、焼付け温度
が600℃のときはCu/Pdの合金層が認められなか
った。それは焼付け温度不足のため、下地層と内部電極
との化学的結合が不十分なことによる。
【0027】また、焼付け温度が600℃のとき並びに
焼付け温度が800℃のときは下地層と内部電極の結合
について容量チェックで不適が認められた。これは焼付
け温度が不適なためで、特に、焼付け温度が800℃の
ときは焼付け温度が過剰で下地層と外層との結合が強く
なり、下地層と内部電極との結合が切れてしまうことに
よる。この結果から、Cu/Pd合金層の生成は焼付け
温度に依存し、その焼付け温度としては650〜750
℃程度がよいことが確認された。
【0028】その実証として焼付け処理を695℃で施
したものについて、研磨面のCOMP像を順次大きな倍
率に変えて示すと、図3a〜図3cの通りである。ま
た、同じ資料によるEPMO結果を示すと、図4a〜図
4cで示す通りである。図4aからは、Ni内部電極と
Cu下地層が相互に拡散していることが判る。図4bか
らは、Srガラスフリットが電極全体に均一に分散して
いることが判る。図4cからは、Pb組成分も電極全体
に拡散していることが判る。
【0029】本発明品の熱衝撃による固着強度を確認す
るべく、従来のSnメッキを施したもの並びにAg/P
dの一層でなる外部電極(即ち、Cu/Pd合金層がな
い外部電極、以下、同じ。)を形成したものと共に、ヒ
ートサイクル試験を行った。この結果は図5で示す通り
であり、本発明品の固着強度はAg/Pdの一層でなる
外部電極を形成したものよりもやや向上する程度である
が、従来のSnメッキを施したものよりも著しく向上で
きることが判る。
【0030】同じ資料に基づいて耐湿,プレッシャクッ
カー(PCT),熱衝撃による接触抵抗の変化を測定し
た。その結果は、次の表2で示す通りである。同表中の
単位はΩであり、初期値は0.1〜0.2Ωであり、表
中の値は100時関経過後のものを示す。
【0031】
【表2】
【0032】この表2で示す通り、本発明品の接触抵抗
はAg/Pdの一層でなる外部電極を形成したものと略
同等であるが、従来のSnメッキを施したものよりも著
しく向上できることが判る。
【0033】本発明品で焼付け処理を695℃,745
℃で施したものと、Ag/Pdの一層でなる外部電極を
形成したものについて、半田固着したときの部品素体と
外部電極間の引張り強度試験を行った。この結果は図6
で示す通りで、本発明品はいずれの焼付け温度でもAg
/Pdの一層でなる外部電極を形成したものよりも引張
り強度を高められるが、取り分け、焼付け処理を695
℃に設定したものが引張り強度を高められることが判
る。
【0034】本発明品でAg/Pd/Cuの組成割合を
変えて外層を形成したものと、Agの最外層を形成した
のものとから、イオンマイグレーション評価を行った。
その結果は図7で示す通りで、本発明品はAgの最外層
を形成したものよりも著しくイオンマイグレーションを
向上できるが、特に、Ag/Pd/Cuの組成割合を7
2.5/25.0/2.5に設定したものがイオンマイ
グレーションを著しく向上可能なことが判る。
【0035】上述した実施の形態は積層チップコンデン
サに基づいて説明したが、それ以外に、インダクタ,共
振器,フィルタ等の積層チップ部品を構成しまたは製造
するのにも同様に適用できる。
【0036】
【発明の効果】以上の如く、本発明の請求項1に係る積
層チップ部品に依れば、銅(Cu)を主成分とする導電
材料並びにガラスフリットを含有する下地層と、パラジ
ウム(Pd)を含んで銀(Ag)を主とする貴金属の導
電材料並びに下地層のガラスリットと同じガラスフリッ
トを含有する外層と、下地層と外層との界面に生成する
Cu/Pdの合金層とからなる外部電極を設けることに
より、接続抵抗(ESR)を低く抑えられ、コンデンサ
機能としてtanδを小さくでき、また、ヒートサイク
ルを繰り返すことによっても、微細なマイクロクラック
が導電性接着剤と外部電極との間に生ずるのを防げて固
着強度を高く保てることにより、電気回路上の不具合や
回路基板から脱落する等の事態が生ずるのを確実に防げ
る。
【0037】本発明の請求項2に係る積層チップ部品に
依れば、ホウケイ酸ストロンチウム系のガラスフリット
を各々同一の組成で含有する下地層並びに外層からなる
外部電極を設けることにより、ガラスフリットが電極全
体に均一に分散するから、外部電極を全体的に緻密な結
合層として形成できる。
【0038】本発明の請求項3に係る積層チップ部品の
製造方法に依れば、銅(Cu)を主成分とする導電材料
並びにガラスフリットを含有する導電性ペーストを下地
層用として部品素体の両端部に塗布,乾燥し、パラジウ
ム(Pd)を含んで銀(Ag)を主とする貴金属の導電
材料並びに下地層のガラスリットと同じガラスフリット
を含有する導電性ペーストを外層用として下地層用の上
に塗布,乾燥してから、下地層用及び外層用を650〜
750℃の温度で同時に焼付け処理し、Cu/Pdの合
金層を下地層と外層との界面に生成させて外部電極を形
成することにより、積層チップ部品を所期通りの構成で
得られると共に、導電性ペーストを個別に焼付け処理せ
ずに同時焼付けすることから簡略な製造工程で得られ、
内部電極を価格的に安価な卑金属で形成する材料面に加
えて、製造工程面でもコスト高を抑えられることにより
低コストな製品として得られる。
【0039】本発明の請求項4に係る積層チップ部品の
製造方法に依れば、銅(Cu)を主成分とする導電材料
並びにガラスフリットを含有する導電性ペーストを下地
層用として部品素体の両端面にのみ塗布することによ
り、外部端子の厚みが焼付け処理により増大しても、そ
の厚みの増大を部品素体の周側面縁回りで抑えられるか
ら外部電極の寸法精度を正確に出せる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る積層チップ部品の内部構造を示す
断面図である。
【図2】本発明に係る積層チップ部品の製造工程を示す
説明図である。
【図3a】本発明の係る積層チップ部品の研磨面のCO
MP像を示す顕微鏡写真である。
【図3b】図3aのCOMP像を高倍率で示す顕微鏡写
真である。
【図3c】図3aのCOMP像を図3bよりも高倍率で
示す顕微鏡写真である。
【図4a】本発明に係る積層チップ部品の研磨面のCO
MP像をNi内部電極とCu下地層との相互拡散状態で
示す顕微鏡写真である。
【図4b】本発明に係る積層チップ部品の研磨面のCO
MP像をガラスフリットの分散状態で示す顕微鏡写真で
ある。
【図4c】本発明に係る積層チップ部品の研磨面のCO
MP像をPb組成分の拡散状態で示す顕微鏡写真であ
る。
【図5】本発明に係る積層チップ部品と、従来のSnメ
ッキを施したもの並びにAg/Pdの一層でなる外部電
極を形成したものとのヒートサイクル試験結果を示す説
明図である。
【図6】本発明に係る積層チップ部品の695℃,74
5℃で焼付け処理を施したものと、Ag/Pdの一層で
なる外部電極を形成したものとの半田固着したときの引
張り強度試験結果を示す説明図である。
【図7】本発明に係る積層チップ部品の外層をAg/P
d/Cuの組成割合を変えて形成したものと、Agの最
外層を形成したのものとのイオンマイグレーション評価
結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1 部品本体 10a,10b… 内部電極 11a,11b… セラミック層 2,3 外部電極 20,30 下地層 21,31 外層 22,32 合金層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊地 和彦 秋田県由利郡仁賀保町平沢字前田151 テ ィーディーケイ エムシーシー株式会社内 (72)発明者 神谷 貴志 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 (72)発明者 佐々木 昭 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 Fターム(参考) 5E001 AB03 AC04 AC09 AF00 AH01 AH08 AJ03 5E082 AA01 AB03 BC19 BC32 EE04 EE23 EE35 FG06 FG26 GG10 GG11 GG12 GG28 JJ03 JJ05 JJ12 JJ13 LL01 MM24 PP06

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 卑金属の内部電極とセラミック層とを複
    数交互に積層形成した部品素体を備え、その卑金属の内
    部電極と電気的に導通する外部電極を部品素体の両端部
    に設けてなる積層チップ部品において、 銅(Cu)を主成分とする導電材料並びにガラスフリッ
    トを含有する下地層と、パラジウム(Pd)を含んで銀
    (Ag)を主とする貴金属の導電材料並びに下地層のガ
    ラスリットと同じガラスフリットを含有する外層と、下
    地層と外層との界面に生成するCu/Pdの合金層とか
    らなる外部電極を設けたことを特徴とする積層チップ部
    品。
  2. 【請求項2】 ホウケイ酸ストロンチウム系のガラスフ
    リットを各々同一の組成で含有する下地層並びに外層か
    らなる外部電極を設けたことを特徴とする請求項1に記
    載の積層チップ部品。
  3. 【請求項3】 卑金属の内部電極とセラミック層とを複
    数交互に積層させて部品素体を形成し、その卑金属の内
    部電極と電気的に導通する外部電極を部品素体の両端部
    に形成する積層チップ部品の製造方法において、 銅(Cu)を主成分とする導電材料並びにガラスフリッ
    トを含有する導電性ペーストを下地層用として部品素体
    の両端部に塗布,乾燥し、パラジウム(Pd)を含んで
    銀(Ag)を主とする貴金属の導電材料並びに下地層の
    ガラスリットと同じガラスフリットを含有する導電性ペ
    ーストを外層用として下地層用の上に塗布,乾燥してか
    ら、下地層用及び外層用を650〜750℃の温度で同
    時に焼付け処理し、Cu/Pdの合金層を下地層と外層
    との界面に生成させて外部電極を形成するようにしたこ
    とを特徴とする積層チップ部品の製造方法。
  4. 【請求項4】 銅(Cu)を主成分とする導電材料並び
    にガラスフリットを含有する導電性ペーストを下地層用
    として部品素体の両端面にのみ塗布するようにしたこと
    を特徴とする請求項3に記載の積層チップ部品の製造方
    法。
JP2000124132A 2000-04-25 2000-04-25 積層チップ部品及びその製造方法 Pending JP2001307947A (ja)

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