JP2002015944A

JP2002015944A - セラミックコンデンサ

Info

Publication number: JP2002015944A
Application number: JP2000198463A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Iemura; 努家村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】半田を用いることなく安価に高い信頼性をもっ
て配線基板に実装することのでき、かつ焼き付け時の誘
電体層と外部電極中の金属の収縮率に差によるクラック
を有効に防止できるセラミックコンデンサを提供する。【解決手段】内部に内部電極を形成した誘電体ブロック
の端面に外部電極を形成してなるセラミックコンデンサ
において、前記外部電極が導電性樹脂接着剤を介して配
線基板に接着されるものであり、前記外部電極のヤング
率が０．１〜２０．０Ｎ／ｍ²の材料を用いることを特
徴とするセラミックコンデンサである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、セラミックコン
デンサ内部に内部電極を形成した誘電体ブロックの端面
に外部電極を形成してなるセラミックコンデンサに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、代表的なセラミックコンデンサで
ある積層セラミックコンデンサは、図３に積層セラミッ
クコンデンサ１の断面図として示すように、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２で構成され、このコンデンサ本体２の内部に
はセラミック層（誘電体層）を介して、Ag又はAg-Pd合
金などの貴金属材料あるいはNiなどの卑金属材料からな
る内部電極３，４が一方の端面と他方の端面とに交互に
導出するように配設されている。そして、一方の電位の
内部電極３は外部電極５に、他方の電位の内部電極４は
外部電極６にそれぞれ電気的に導通接続されている。

【０００３】外部電極５，６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２の
表面にAgまたはAg-Pd合金、あるいは、CuまたはCu合金
からなる導体ペーストを塗布し、そして、焼き付けるこ
とで形成された下地層７があり、この下地層７の表面に
半田喰われが生じ難い材料からなるニッケルメッキから
なる中間層８が形成され、さらに中間層８の上にスズ
（Sn）または半田（Sn-Pb合金）からなる表面層９が形
成されている。このように外部電極を三層構造とするの
は、内部電極との電気的接続を確実にすると同時に、配
線基板に半田付けにより実装する際の半田耐熱性及び半
田ヌレを向上させるためである。

【０００４】しかしながら、近年、半田による鉛公害
や、フラックスの洗浄剤として使われていたフロン系の
洗浄剤での大気汚染などが問題視されてきた。そこで、
半田付けにとって代わる、電気機器・部品アッセンブリ
ー用の接合剤として導電性樹脂接着剤が用いられてきて
いる。該導電性樹脂接着剤を用いて、コンデンサなどの
電子素子を配線基板上に実装する面実装型電子素子の実
装方法は、配線基板上に導電性樹脂接着剤を塗布する工
程と、上記基板上に任意の面実装型電子素子を搭載する
工程と、上記電子素子と基板を接合する為に導電性樹脂
接着剤を硬化する工程とからなる。上記、導電性樹脂接
着剤は、Ag、Cuなどの金属粉末がエポキシ樹脂等の熱硬
化性樹脂中に分散されたものであり、熱硬化によって固
化される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図３の積層セ
ラミックコンデンサを上記の導電性樹脂接着剤で実装し
た場合、外部電極の最外層がSn、Sn/Pbメッキであるこ
とから導電性樹脂接着剤とのヌレ性が悪く、基板との固
着強度が低く、温度サイクル等の急激な熱変化を受けた
場合、外部電極と導電性樹脂接着剤との界面で剥離し、
積層セラミックコンデンサが機能しなくなることがあっ
た。また、高温環境中で放置した場合、NiメッキとSn又
はSn/Pbメッキが拡散し、脆弱な層を形成し、極端な強
度劣化が生じることがあった。このため、従来から導電
性樹脂接着剤で実装する場合には、外部電極材質として
銀パラジウムが用いられていた。しかしながら、パラジ
ウムの価格の高騰により、製造コストが上がり、製品単
価が高く、客先の要求コストに応じることができなかっ
た。

【０００６】また、外部電極焼き付け時に誘電体層と外
部電極中の金属の収縮率に差があることから、コンデン
サ本体の角からコンデンサ本体の表面に向かってクラッ
クが生じることがあった。ここで、外部電極のヤング率
が大きい（かたい）と、焼き付け時に応力を吸収するこ
とができないため、このクラックが特に著しく発生する
という問題点があった。

【０００７】それ故、この発明の課題は、半田を用いる
ことなく安価に高い信頼性をもって配線基板に実装する
ことのできるセラミックコンデンサを提供することにあ
る。

【０００８】また、この発明のもう１つの課題は焼き付
け時の誘電体層と外部電極中の金属の収縮率に差による
クラックを有効に防止できるセラミックコンデンサを提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のセラミックコンデンサは、内部電極を有す
る誘電体ブロックの端面に外部電極を形成してなるセラ
ミックコンデンサにおいて、前記外部電極のヤング率が
０．１〜２０．０Ｎ／ｍ²であることを特徴とする。

【００１０】これは、外部電極のヤング率が０．１Ｎ／
ｍ²未満であると、外部電極の焼き付け前や、焼き付け
後の特性測定・実装時等に外部電極が変形した際に、元
に戻らなくなるという問題点があり、２０．０Ｎ／ｍ²
を超えると、焼き付け時に応力を吸収することができな
いため、誘電体層と外部電極中の金属の収縮率に差があ
ることにより、コンデンサ本体の角から表面に向かって
クラックが生じるという問題点があることによる。

【００１１】また、導電性樹脂接着剤でセラミックコン
デンサをプリント配線基板に実装する際に、導電性樹脂
接着剤自体が弾性を有し、かつ、外部電極も０．１〜２
０．０Ｎ／ｍ²としているのでコンデンサ本体に加わる
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。

【００１２】特に、金、銀、パラジウム、ロジウムを主
体とする外部電極とするのが好ましい。外部電極の表面
に従来のNiメッキとSn又はSn/Pbメッキメッキ層が形成
されたセラミックコンデンサを、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。外部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外部電極
表面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。

【００１３】また、本発明の外部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。

【００１４】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。ま
た、内部電極はニッケルを主成分とする金属成分であ
り、かつ、外部電極はニッケル、銅、鉄、コバルト、ク
ロム、銀の少なくとも１又は２以上の合金を主成分とす
る金属成分からなることを特徴とする。これにより、導
電性樹脂接着剤との密着性に優れ、かつ、内部電極との
接合性が上がり、信頼性にも優れたものとなる。また、
貴金属を含まない材料であるため、製造コストが低くな
る。

【００１５】また、金、銀、パラジウム、ロジウムを焼
き付け若しくはメッキにより被覆することを特徴とす
る。この場合、外部電極の導通抵抗が小さくなり、湿中
負荷試験などの信頼性にも優れたものとなるからであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミックコンデ
ンサを図面に基づいて詳説する。図１は本発明のセラミ
ックコンデンサの一例である積層セラミックコンデンサ
１の断面構造を示す。

【００１７】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（セラミック基体）２の一対の端部に形成され
た外部電極５、６とから構成されている。この外部電極
５、６は不図示であるが、プリント配線基板の電極に導
電性接着剤を介して接続可能に形成されている。

【００１８】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、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。

【００１９】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、ニッケ
ル、銅、鉄、コバルト、クロム、銀の少なくとも１つま
たは２つ以上の合金を主成分とす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。

【００２０】そして、内部電極３はコンデンサ本体２の
一端に延出され、外部電極５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、外部
電極６に接続されている。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】外部電極５、６は、コンデンサ本体２の両
端部に、ニッケル、銅、鉄、コバルト、クロム、銀の少
なくとも１つまたは２つ以上の合金を主成分とする焼き
付け導体膜から成り、プリント配線基板の電極パッドに
導電性樹脂接着剤を介して接合される。

【００２５】ここで、実装後に外部電極が酸化されにく
いことから、焼き付け導体膜は銅−ニッケル合金である
ことが望ましい。また、湿中負荷等の信頼性試験におけ
る絶縁抵抗低下をふせぐために、外部電極の表面に金、
銀、パラジウム、ロジウムのなかの１つでメッキ層を形
成することが望ましい。特に、焼き付け導体膜に形成し
やすく、導電性樹脂接着剤との濡れ性が良いことから、
金メッキ層が望ましい。さらに、メッキ厚みが０．００
５〜５．０μｍであることが望ましいが、コストの点か
ら、０．００５〜１．０μｍであることがさらに望まし
い。

【００２６】

【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の両端部に、銅、銅−ニッケル合
金、ニッケルを主材としてガラスフリットを含む導電ペ
ーストを５〜２０μｍの厚みで塗布し、乾燥後焼き付け
して下地層７を形成する。

【００２７】このようにして例えば全長が２ミリ、幅が
１．２ミリの２０１２型チップコンデンサとする。

【００２８】また、図２に示すように、下地層７の表面
に、表面層９を、電解メッキ法で金、銀、パラジウム、
ロジウムメッキ層を２〜３μｍの膜厚で形成する。電解
メッキに際しては円筒型あるいは多角筒型のバレルと呼
ばれるメッキ容器を用いる。メッキ容器にはメディアと
呼ばれる多数の鋼球及び積層セラミックコンデンサを投
入し、上記鋼球により電気的に接続しながらメッキ膜を
析出させる。

【００２９】このようにして作成された本発明の試料
と、比較のために作成された比較試料を用いて評価試験
を行った。その結果を表１に示す。試料Ｎｏ．１〜３
は、下地層７として銅、銅−ニッケル合金又はニッケル
を主材としたものである。試料Ｎｏ．４〜７は、下地層
７として銅−ニッケル合金を主材とし、表面層９がそれ
ぞれ、金、銀、パラジウム、ロジウムメッキした試料で
ある。

【００３０】これら７種類の試料に対し、外部電極を所
定の厚みに削ってクラックの確認を行い、クラックが発
生しなかった条件については、さらに導通抵抗の測定を
行った。また、それぞれの外部電極ペーストについて、
ヤング率の測定を行った。

【００３１】

【表１】

【００３２】ヤング率の測定は、試料に超音波を当て、
超音波が反射してくるまでの速度を測定することにより
算出した。すなわち、外部電極ペーストをペレット上に
載せ、焼き付け時と同じ処理をすることにより、ベース
樹脂と有機溶剤を除き、ガラスフリット及び金属成分の
みからなる、セラミックコンデンサの外部電極と同一組
成である試料を作製し、この試料について測定を行っ
た。

【００３３】クラックの確認は、セラミックコンデンサ
５０個を研磨し、金属顕微鏡で観察することにより確認
した。

【００３４】導通抵抗の測定は、試料の一方の外部電極
の対向する主面側にそれぞれテスターを当て、１．５Ｖ
／１０ｍＡの電流を流した場合の抵抗値を測定した。ま
た、６５℃／９５％の条件に試料を９６Ｈｒ放置した場
合について調べた。試料数は、各１０個とした。

【００３５】表１から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜
２、４〜７は、外部電極のヤング率が０．１〜２０．０
（Ｎ／ｍ²）、外部電極中の金属成分のヤング率が１．
０〜２１．０（Ｎ／ｍ²）の範囲にあり、クラックは発
生しなかった。これに対し、試料Ｎｏ．３は、外部電極
のヤング率が２０．５（Ｎ／ｍ²）、外部電極中の金属
成分のヤング率が２２．０（Ｎ／ｍ²）となり、クラッ
クが１００％発生した。

【００３６】また、試料Ｎｏ．１〜２、４〜７は、初期
特性の導通抵抗を１Ω未満にすることができた。

【００３７】さらに、試料Ｎｏ．４〜７は、６５℃／９
５％の条件に９６Ｈｒ放置後の導通抵抗を１ｍΩ未満に
することができた。すなわち、金、銀、パラジウム、ロ
ジウムメッキが効果的に絶縁抵抗の低下を抑えるものと
考えられる。

【００３８】なお、本発明は上記の実施の形態例に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
で種々の変更や改良等は何ら差し支えない。例えば、セ
ラミックコンデンサとして、積層セラミックコンデンサ
で説明を行ったが、その他、チップ抵抗器などにも適用
できる。

【００３９】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の電子部品によれ
ば、外部電極のヤング率が０．１〜２０．０Ｎ／ｍ²で
あるため、外部電極が変形した際に、元に戻らなくなる
という問題点を解決でき、かつ外部電極の焼き付け時に
誘電体層と外部電極中の金属の収縮率の差による応力が
発生しても、外部電極の部分で応力を吸収でき、クラッ
クを有効に防止できる。

【００４０】また導電性樹脂接着剤でセラミックコンデ
ンサ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、それに接着する外部電極もヤン
グ率が０．１〜２０．０Ｎ／ｍ²であるためにコンデン
サ本体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。

【００４１】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】本発明のセラミックコンデンサを示す厚み方
向断面図である。

【図２】本発明の他の実施例のセラミックコンデンサ
を示す厚み方向断面図である。

【図３】従来のセラミックコンデンサを示す厚み方向
断面図である。

【符号の説明】

１、１０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外部電極７下地層８中間層９表面層１１アルミナセラミック基板（配線基板）１２導電性樹脂接着剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部電極を有する誘電体ブロックの端面
に外部電極を形成してなるセラミックコンデンサにおい
て、前記外部電極のヤング率が０．１〜２０．０Ｎ／ｍ
²であることを特徴とするセラミックコンデンサ。
【請求項２】前記外部電極の表面に金、銀、パラジウ
ム、ロジウムのなかの少なくとも１つでメッキ層を形成
したことを特徴とする請求項１記載のセラミックコンデ
ンサ。