JP2003303732A - 外部金属端子付き電子部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、高温無鉛はんだを使用し、引っ張
り強度や耐荷重性等の機械的強度に優れ、耐リフロー性
にも優れた外部金属端子付き電子部品を提供するもので
ある。 【解決手段】 本発明の外部金属端子付き電子部品は、
電子部品本体であるセラミックコンデンサ素子１の端部
電極１１、１２と外部金属端子２、３とをはんだ層４、
５を介して電気的に接合し、かつ、セラミックコンデン
サ素子１の端部電極１１、１２と外部金属端子２、３と
を接合する際に、端部電極１１、１２の導電成分である
Ｃｕがはんだ層４、５に拡散してはんだ接合部分にＣｕ
拡散層が形成され、前記はんだ層４、５の金属組成は重
量％比でＳｎ／Ｓｂ＝７０／３０乃至９０／１０である
高温無鉛はんだを使用していることを特徴とするもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温無鉛はんだを
用いた外部金属端子付き電子部品及びその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】外部金属端子付き電子部品における電子
部品本体の端部電極と外部金属端子との接続、さらには
外部金属端子と回路基板との接続に用いられる高温はん
だに関しては、高温で溶融しない、又は溶融しにくく
（すなわち耐リフロー性を有し）、高温時に機械的強度
が維持できること等が要求されている。ここで、高温は
んだとは、固相線温度が１８３℃以上であるはんだをい
う。

【０００３】一般に、各種金属組成からなるはんだのう
ち、Ｐｂ−Ｓｎ系では、Ｐｂが９５重量％、Ｓｎが５重
量％である高温はんだ（固相線温度３０７℃、液相線温
度３２７℃）や、Ｐｂが９０重量％、Ｓｎが１０重量％
である高温はんだ（固相線温度２７０℃、液相線温度３
０１℃）が用いられている。また、Ｐｂ−Ａｇ系では、
Ｐｂが９７．５重畳％、Ａｇが２．５重量％である高温
はんだ（固相線温度３０４℃、液相線温度３０４℃）が
用いられている。さらに、Ｐｂ−Ａｇ−Ｓｎ系では、Ｐ
ｂが９７．５重畳％、Ａｇが１．５重量％、Ｓｎｇが１
重量％である高温はんだ（固相線温度３０９℃、液相線
温度３０９℃）が用いられている。

【０００４】上述した高温はんだには、コストを低減す
るためや耐リフロー性を得るために、Ｐｂが９０重量％
以上含まれている。

【０００５】さらに、例えば、電子部品のコイルやトラ
ンス等の内部には、磁性材料等の支持体に絶縁被覆導線
が巻線されている。このような巻線の端部と素子等を接
合する場合には、はんだ付けが一般に行われているが、
はんだ付けの際には絶線被膜導線のポリウレタン等から
なる被覆部分をはんだの熱等によって破壊しないとはん
だ付けを行うことができないため、はんだ付けの温度と
して３８０℃から４２０℃の温度範囲内が一般的に採用
されており、このような理由からも上述した高温はんだ
にはＰｂが９０重畳％以上含まれている。

【０００６】ところで、現在、回路基板等と電子部品等
との接合には、Ｐｂ−Ｓｎ系では、Ｐｂが３７重量％、
Ｓｎが６３重量％であるはんだ（固相線温度１８３℃、
液相線温度１８３℃）、Ｐｂ−Ａｇ−Ｓｎ系では、Ｐｂ
が３６重畳％、Ａｇが２重量％、Ｓｎｇが６２重量％で
あるはんだ（固相線温度１７９℃、液相線温度１９０
℃）がそれぞれ用いられ、一般的には２２０℃から２４
０℃の温度範囲のリフロー温度ではんだ付けが行われて
いる。

【０００７】尚、回路基板に実装される電子部品等の内
部接合に使用されているはんだが上述のはんだ付けの際
に溶融すると、溶融したはんだが流れ出したり、流れ出
したはんだが球状となって例えば高密度精細ピッチ化さ
れた回路基板上の回路をブリッジしたりする。これを避
けるためには、上述したリフロー温度においても溶融し
ない、又は溶融しにくい（すなわち耐リフロー性を有す
る）はんだを使用する必要がある。従って、一般的に
は、電子部品等の内部接合に使用されるはんだに関して
も固相線温度が少なくとも２４０℃以上である高温はん
だを使用することが望ましい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、Ｐｂ
は、はんだに不可欠な金属であり、Ｐｂを含むはんだは
電子機器の接合プロセスにおいて長い年月を経て最も有
効なはんだとして用いられてきており、またその信頼性
も確立されてきている。しかし、このようなはんだが使
用さている電子機器製品の自然界への廃棄等によっては
んだに含まれるＰｂが徐々に溶出して地下水のＰｂ汚染
を招くことから、Ｐｂを含むはんだを使用することは重
要な環境汚染問題の１つとなっている。

【０００９】従って、上述のＰｂを含むＰｂ−Ｓｎ系共
晶はんだ又は共晶近傍のはんだの代わりに、Ｐｂフリー
はんだ（無鉛はんだ）の開発に対する要求が高まってい
る。このような無鉛はんだとしては、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓ
ｎ−Ｚｎ系、及びＳｎ−Ｂｉ系のはんだが有望である
が、これらのはんだの液相線温度は回路基板等と電子部
品等との接続において現存使用されているはんだの液相
線温度よりも１０℃から２０℃高くなる。

【００１０】従って、はんだ付けの際の一般的なリフロ
ー温度は２３０℃から２６０℃の範囲内であると予想さ
れる。そのため、このようなリフロー温度においても溶
融しない、又は溶融しにくい（すなわち耐リフロー性を
有する）高温無鉛はんだを使用することが必要となる。

【００１１】さらには、はんだ付け処理後における電子
部品本体の端部電極と外部金属端子とのはんだ接続部分
の引っ張り強度や耐荷重性等の機械的強度の点でも、Ｐ
ｂ系はんだと同等の性能のものが要求される。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、はんだ接続部分の引っ張り強度や耐荷重性等の
機械的強度に優れ、耐リフロー性にも優れ、さらに、環
境汚染の心配もない外部金属端子付き電子部品及びその
製造方法を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、外部金属端子付き電子部品
において、電子部品本体の端部電極と外部金属端子とを
はんだ層を介して電気的に接合し、かつ、電子部品本体
の端部電極と外部金属端子とを接合する際に、電子部品
本体の端部電極の導電成分がはんだ層に拡散してはんだ
接合部分に拡散層が形成され、前記はんだ層の金属組成
は重量％比でＳｎ／Ｓｂ＝７０／３０乃至９０／１０で
ある高温無鉛はんだを使用していることを特徴とするも
のである。

【００１４】本発明によれば、前記はんだ層の金属組成
がＳｎ−Ｓｂ系であることから鉛を含まず環境汚染の心
配がないとともに、はんだ層の金属組成が重量％比でＳ
ｎ／Ｓｂ＝７０／３０乃至９０／１０であり、電子部品
本体の端部電極の導電成分がはんだ層に拡散してはんだ
接合部分に拡散層が形成されているので、引っ張り強度
や耐荷重性等の機械的強度に優れた外部金属端子付き電
子部品を提供できる。

【００１５】請求項２記載の発明の外部金属端子付き電
子部品の製造方法は、金属組成が重量％比でＳｎ／Ｓｂ
＝７０／３０乃至９０／１０、固相線温度が２４０℃以
上であるクリームはんだからなる高温無鉛はんだを使用
し、電子部品本体の端部電極と外部金属端子とに前記高
温無鉛はんだを付着させ、最高温度３１０℃乃至３４０
℃の温度範囲に加熱し接合して、電子部品本体の端部電
極の導電成分がはんだ層に拡散してはんだ接合部分に拡
散層が形成されるとともに、電子部品本体の端部電極の
外側に外部金属端子が接合された外部金属端子付き電子
部品を得ることを特徴とするものである。

【００１６】本発明によれば、前記金属組成、固相線温
度を有する高温無鉛はんだを使用して耐リフロー性にも
優れ、環境汚染の心配がなく、引っ張り強度や耐荷重性
等の機械的強度に優れた外部金属端子付き電子部品を簡
略な工程で得ることができる外部金属端子付き電子部品
の製造方法を提供できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明の実施の形態の外部金属端子
付き電子部品の正面図、図２は図１に示した外部金属端
子付き電子部品の縦断面図である。

【００１９】図１、図２に示す外部金属端子付き電子部
品は、例えば直方体形状の電子部品本体であるセラミッ
クコンデンサ素子１と、一対の外部金属端子２、３とを
有している。セラミックコンデンサ素子１は、長さＬの
方向において相対する両側端面にＣｕからなる端部電極
１１、１２を具備している。

【００２０】図２に示すように、セラミックコンデンサ
素子１は、セラミック誘電体基体１００の内部に多数
（例えば１００層）の内部電極１０１、１０２を有す
る。内部電極１０１は一端が端部電極１１に接続され、
他端が開放端になっており、内部電極１０２は一端が端
部電極１２に接続され、他端が開放端になっている。端
部電極１１、１２、内部電極１０１、１０２及びセラミ
ック誘電体基体１００の構成材料及びその製造方法等は
周知である。

【００２１】前記外部金属端子２は、一端２１が端部電
極１１に接続され、中間部に折り返し部２２を有し、折
り返し部２２の突出端側はＬ状に折曲されて外部導体と
接続される端子部２３となっている。前記外部金属端子
３も、一端３１が端部電極１２に接続され、中間部に折
り返し部３２を有し、折り返し部３２の突出端側は逆Ｌ
状に折曲されて外部導体と接続される端子部３３となっ
ている。

【００２２】前記外部金属端子２、３は、電気抵抗が低
く、しかもバネ性に優れた材料によって構成する。代表
例としては燐青銅の板材がある。板厚は、限定するもの
ではないが、代表的には０．１ｍｍ程度である。

【００２３】前記外部金属端子２、３の一端２１、３１
は、各々はんだ層４、５によって端部電極１１、１２の
端面に接続されている。はんだ層４、５を形成するはん
だとしては、その金属組成が重量％比でＳｎ／Ｓｂ＝７
０／３０乃至９０／１０、固相線温度が２４０℃以上で
あるクリームはんだからなる高温無鉛はんだを使用す
る。

【００２４】そして、端部電極１１、１２と、外部金属
端子２、３の一端２１、３１とに前記高温無鉛はんだを
各々付着させ、リフロー最高温度３１０℃乃至３４０℃
の温度範囲に加熱し、端部電極１１と外部金属端子２の
一端２１、端部電極１２と外部金属端子３の一端３１と
をはんだ層４、５を介して各々を接合し、セラミックコ
ンデンサ素子１の端部電極１１、１２の外側に外部金属
端子２、３が各々接合された外部金属端子付き電子部品
を製造する。

【００２５】この場合、図３に拡大して示すように、端
部電極１１を形成するＣｕを主成分とする下地電極１１
ａの導電成分が、端部電極１１を形成するＮｉメッキ層
１３、Ｓｎメッキ層１４を貫通してはんだ層４に拡散し
て、はんだ接合部分に端部電極１１と外部金属端子２の
一端２１との引っ張り強度を高めるＣｕ拡散層１１ｂ
（点々で示す：例えば厚さ５乃至４０μｍ程度）が形成
される。他方の端部電極１２側のはんだ層５においても
図示していないが同様なＣｕ拡散層が形成される。

【００２６】図４は、図１及び図２に示した外部金属端
子付き電子部品を回路基板７０上に実装した時の状態を
示す部分断面図である。

【００２７】外部金属端子付き電子部品は、例えば回路
基板７０の上に搭載される。回路基板７０の表面には導
体パターン７１、７２が設けられている。外部金属端子
付き電子部品に備えられた外部金属端子２の端子部２３
がはんだ８１によって導体パターン７１にはんだ付けさ
れ、また、外部金属端子３の端子部３３もはんだ８１に
よって導体パターン７２にはんだ付けされている。

【００２８】本実施の形態の外部金属端子付き電子部品
において、少なくとも一対備えられる外部金属端子２、
３のそれぞれは、上述したように一端２１、３１が、セ
ラミックコンデンサ素子１の端部電極１１、１２に接続
され、中間部に折り返し部２２、３２を有し、折り返し
部２２、３２の突出端側に外部導体である回路基板７０
の導体パターン７１、７２と接続される端子部２３、３
３を有している。

【００２９】かかる構造の外部金属端子２、３によれ
ば、中間部に設けられた折り返し部２２、３２により、
回路基板７０等の外部導体と接続される端子部２３、３
３からセラミックコンデンサ素子１の端部電極１１、１
２に接続された一端２１、３１までの長さ（高さ）が、
中間部に設けられた折り返し部２２、３２により拡大さ
れる。

【００３０】また、前記端子部２３、３３はセラミック
コンデンサ素子１の下側に間隔をおいて配置されていの
るで、端子部２３、３３による回路基板７０側の占有面
積の増大を抑え、実装面積を縮小できる。

【００３１】本実施の形態においては、前記はんだ層
４、５を形成するはんだとしては、リフロー温度は２３
０℃以上の範囲で溶融しない、又は溶融しにくい（すな
わち耐リフロー性を有する）高温無鉛はんだを使用す
る。高温無鉛はんだとしては、具体的には、金属組成が
Ｓｎ−Ｓｂ系であり、Ｓｎ／Ｓｂが重量％比で７０／３
０乃至９０／１０の範囲、固相線が２４０℃以上のもの
が好適である。

【００３２】同様に、前記外部金属端子２の端子部２３
と導体パターン７１、外部金属端子３の端子部３３と導
体パターン７２とのはんだ付けに使用するはんだ８１
も、上述した高温無鉛はんだを使用する。

【００３３】ここで、はんだ組成の異なる高温無鉛はん
だを使用して構成した７種の外部金属端子付き電子部品
からなる試料（試料１乃至試料７）について、図６に示
す引張治具であるピアノ線５１を用いた引っ張り強度試
験による引っ張り強度（ｎ＝１０個の平均）の試験結
果、図７に示す錘６１による荷重試験（２４０℃、２５
０℃、２６０℃の高温槽内）についての判定結果を図５
に示す。

【００３４】引っ張り強度試験は、ピアノ線５１を各試
料１乃至試料７の外部金属端子２、３の端子部２３、３
３を各々外側に開き、カギ状に屈曲させたピアノ線５１
を外部金属端子２、３の穴部分に引っかけ、通常の引っ
張り強度試験機により引っ張り強度を測定した結果であ
る。

【００３５】また、錘６１による荷重試験は、高温槽
（２４０℃、２５０℃、２６０℃の各温度）内で、図７
に示すように、回路基板７０上に実装した外部金属端子
付き電子部品を上下反転させた状態で回路基板７０を基
台８０上に支柱８１を用いて水平配置に支持し、セラミ
ックコンデンサ素子１の外周に巻回したワイヤ８２の下
端に錘６１（３０ｇ）を吊り下げて試験した結果であ
る。

【００３６】また、試料１乃至試料７に使用した高温無
鉛はんだは、各々Ｓｎ／Ｓｂが重量％比で、１００／
０、９５／５、９０／１０、８０／２０、７０／３０、
６０／４０、５０／５０のものである。

【００３７】さらに、試料３乃至試料５については固相
線が２４０℃以上の高温無鉛はんだを使用したものであ
る。

【００３８】図５から明らかなように、試料３、試料
４、試料５については、引っ張り強度が９．５ｋｇｆ、
８．５ｋｇｆ、５．０ｋｇｆと良好（ＯＫ）であり、荷
重試験の結果は加熱温度が２４０℃、２５０℃、２６０
℃の範囲で良好であり、判定はいずれも可（ＯＫ）であ
った。

【００３９】一方、試料１、試料２については、引っ張
り強度は１０．２ｋｇｆ、９．５ｋｇｆと良好であるも
のの、荷重試験の結果は加熱温度が２４０℃、２５０
℃、２６０℃の範囲でいずれも不可（ＮＧ）又は加熱温
度が２５０℃、２６０℃の範囲で不可（ＮＧ）となり、
結局、判定は不可であった。

【００４０】また、試料６、試料７については、荷重試
験の結果はいずれも２４０℃、２５０℃、２６０℃の範
囲で良好（ＯＫ）であるものの、引っ張り強度が１．２
ｋｇｆ、０．６ｋｇｆと小さすぎ（弱く）、機械的強度
の点で不十分であるため判定は不可であった。

【００４１】以上から、金属組成がＳｎ−Ｓｂ系で、Ｓ
ｎ／Ｓｂが重量％比で７０／３０乃至９０／１０の範
囲、固相線が２４０℃以上の範囲のはんだ層４、５を形
成する高温無鉛はんだを使用することで、引っ張り強
度、耐荷重に優れた端部電極１１と外部金属端子２、端
部電極１２と外部金属端子３との接続構造を得ることが
できる。

【００４２】同様に、前記外部金属端子２の端子部２３
と導体パターン７１、外部金属端子３の端子部３３と導
体パターン７２とのはんだ付けに各々使用するはんだ８
１として上述したＳｎ−Ｓｂ系の高温無鉛はんだを使用
する。この場合にも、上述した場合と同様、引っ張り強
度、耐荷重に優れた接続構造を得ることができる。

【００４３】次に、図８を参照し、外部金属端子付き電
子部品における前記試料４で用いたはんだ（Ｓｎ／Ｓｂ
＝８０／２０）を使用した場合の端部電極１１、１２
と、外部金属端子２、３とのリフロー接合時の最高温
度、拡散層の有無、引っ張り試験、２６０℃での荷重試
験の結果について説明する。

【００４４】リフロー時の最高温度を３１０℃、３２５
℃、３４０℃とした場合には、はんだ層４内に図３に示
すようなＣｕ拡散層１１ｂが存在していることが判明し
た。リフロー時の最高温度が３００℃の場合には、Ｃｕ
拡散層１１ｂが存在せず、また、引っ張り強度は０．８
ｋｇｆと小さすぎ（弱く）、荷重試験の結果は不可であ
った。リフロー時の最高温度が３００℃では、温度が低
く、端部電極１１、１２のＣｕ成分がはんだ層４、５内
に拡散し得ないと思われる。

【００４５】また、リフロー時の最高温度が３４５℃の
場合には、Ｃｕ拡散層１１ｂが存在せず、また、引っ張
り強度は１．３ｋｇｆと小さすぎ（弱く）、荷重試験の
結果も不可であった。

【００４６】リフロー時の最高温度が３４５℃の場合に
は、温度が高すぎ、Ｃｕ拡散層１１ｂを形成する場合と
は異なり高温無鉛はんだの成分が端部電極１１、１２側
に拡散してしまい、端部電極１１、１２と、外部金属端
子２、３との各々の引っ張り強度を低下させてしまうと
考えられる。

【００４７】以上から、リフロー時の最高温度は３１０
℃乃至３４０℃の範囲とすることで、耐リフロー性を有
し、はんだの溶融等の悪影響が発生する惧れのない接続
構造を得ることができる。

【００４８】本発明は、上述した実施の形態の他、一対
の外部金属端子間に２個、３個等さらに多段にセラミッ
クコンデンサ素子１を接続配置する構造の外部金属端子
付き電子部品にも同様に適用できる。

【００４９】また、本発明の外部金属端子付き電子部品
は、主に、スイッチング電源用の平滑用コンデンサとし
て用いて好適である。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、環境汚染の心配がな
く、また、引っ張り強度や耐荷重性等の機械的強度に優
れ、さらにはんだの溶融による回路のブリッジ等の惧れ
もない高品質の外部金属端子付き電子部品を提供するこ
とができる。

【００５１】また、本発明によれば、環境汚染の心配が
なく、耐リフロー性にも優れ、引っ張り強度や耐荷重性
等の機械的強度に優れた外部金属端子付き電子部品を容
易に製造することができる外部金属端子付き電子部品の
製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のはんだを使用して構成し
た外部金属端子付き電子部品の正面図である。

【図２】本実施の形態の外部金属端子付き電子部品の縦
断面図である。

【図３】本実施の形態の外部金属端子付き電子部品の端
部電極、外部金属接続端子の接続構造を示す部分拡大端
面図である。

【図４】本実施の形態の外部金属端子付き電子部品の回
路基板への接続状態を示す部分断面図である。

【図５】本実施の形態の試料１乃至試料７についてのは
んだ組成、引っ張り強度、荷重試験の結果を示す図であ
る。

【図６】本実施の形態の引っ張り強度試験の具体例を示
す斜視図である。

【図７】本実施の形態の荷重試験の具体例を示す正面図
である。

【図８】本実施の形態におけるリフロー最高温度、拡散
層の有無、引っ張り強度、荷重試験の結果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ セラミックコンデンサ素子 ２ 外部金属端子 ３ 外部金属端子 ４ はんだ ５ はんだ １１ 端部電極 １１ａ 下地電極 １１ｂ Ｃｕ拡散層 １２ 端部電極 ２１ 一端 ２２ 折り返し部 ２３ 端子部 ３１ 一端 ３２ 折り返し部部 ３３ 端子部 ５１ ピアノ線 ６１ 錘 ７０ 回路基板 ７１ 導体パターン ７２ 導体パターン ８０ 基台 ８１ 支柱 ８２ ワイヤ １００ セラミック誘電体基体 １０１ 内部電極 １０２ 内部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 Ｆターム(参考） 5E062 FG04 FG12 5E082 AA06 AB03 BC14 BC38 EE35 FG26 FG46 GG04 GG11 LL02 MM22

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部金属端子付き電子部品において、電
   子部品本体の端部電極と外部金属端子とをはんだ層を介
   して電気的に接合し、かつ、電子部品本体の端部電極と
   外部金属端子とを接合する際に、電子部品本体の端部電
   極の導電成分がはんだ層に拡散してはんだ接合部分に拡
   散層が形成され、前記はんだ層の金属組成は重量％比で
   Ｓｎ／Ｓｂ＝７０／３０乃至９０／１０である高温無鉛
   はんだを使用していることを特徴とする外部金属端子付
   き電子部品。
2. 【請求項２】 金属組成が重量％比でＳｎ／Ｓｂ＝７０
   ／３０乃至９０／１０、固相線温度が２４０℃以上であ
   るクリームはんだからなる高温無鉛はんだを使用し、電
   子部品本体の端部電極と外部金属端子とに前記高温無鉛
   はんだを付着させ、最高温度３１０℃乃至３４０℃の温
   度範囲に加熱し接合して、電子部品本体の端部電極の導
   電成分がはんだ層に拡散してはんだ接合部分に拡散層が
   形成されるとともに、電子部品本体の端部電極の外側に
   外部金属端子が接合された外部金属端子付き電子部品を
   得ることを特徴とする外部金属端子付き電子部品の製造
   方法。