JP2004158516A

JP2004158516A - 電子セラミックスデバイス

Info

Publication number: JP2004158516A
Application number: JP2002320564A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Egashira; 満江頭; Mikihiko Kobayashi; 幹彦小林; Kyoko Saito; 恭子齋藤; Norio Shintani; 紀雄新谷
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-01
Also published as: JP3834632B2

Abstract

【課題】電極への結線を行う際に、特定の方向や部位を考慮することなく配置が可能となる実装容易な電子セラミックデバイスを提供する。
【解決手段】表面に島状に分布する複数の金属電極を備えた電子セラミックス粒子からなる。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、電子セラミックスデバイスに関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、電子基板上の端子間に配置することによりその機能を発現するサーミスタをはじめとする各種の電子セラミックスデバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】
従来、表面実装に用いられる電子セラミックスデバイスは、一般に直方体をしており、その両端に電極を備えている。そして電子基板における端子間に電子セラミックスデバイスを配置する際には、電子セラミックスデバイスが両端の電極がはんだを挟んで端子と接触するように、上下左右の方向を決めて正確に設置し、リフロー等ではんだを溶融して接合する。このため、一般には、予め電子セラミックスデバイスの位置および方向を決定しておき、正確なピッチでテープに電子セラミックスデバイスを貼り付けておく方法（テーピング方式）が用いられる。テーピング方式によれば、予め方向を揃えて並べられているので、機械的に電極間の所定の位置に配置できるのである。
【０００３】
しかし、電子セラミックスデバイスの小型化、高集積化が進み、１００μｍ程度の大きさを有する電子セラミックスデバイスに対して結線を行うことが求められているが、従来の電子セラミックデバイスにおいては、テーピング方式により正確に方向を決めてテープに貼り付けるという工程が必須であるため、電子セラミックデバイスの大きさを１ｍｍ程度以下にすることは困難であった。また、製造時間短縮やコスト低減を実現する上で、予め位置と方向を決めて正確なピッチでテープに貼り付ける前処理工程を省略でき、かつ、テープによる廃棄物が発生しないような電子セラミックスデバイスの製造の実現が求められていた。
【０００４】
そこで、この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、電極への結線を行う際に、特定の方向や部位を考慮することなく配置が可能となる実装容易な電子セラミックデバイスを提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１に、表面に島状に分布する複数の金属電極を備えた電子セラミックス粒子からなることを特徴とする電子セラミックスデバイスを提供する。
【０００６】
また、この出願の発明は、上記の電子セラミックスデバイスにおいて、第２に、電子セラミックス粒子に対して濡れ性が低い金属からなる金属電極が電子セラミックス粒子表面に機械的衝撃により密着して固着されていることを特徴とする電子セラミックスデバイスを、また、第３に、電子セラミックス粒子が半導体化チタン酸バリウム粒子からなり、金属電極がＹを１〜５％添加したＰｂ−Ｓｎ共晶はんだからなることを特徴とする電子セラミックスデバイスを提供する。
そして、この出願の発明は、第４に、電子基板上において、この出願の発明である以上の電子セラミックスデバイスの金属電極を電子基板上の金属端子に結線する電子セラミックスデバイスの実装方法であって、電子セラミックスデバイスを基板上の端子間に配置し、次いで、金属端子に対する加熱、放電、または、摩擦の内の少なくとも１つにより金属電極と金属端子とを結線することを特徴とする電子セラミックスデバイスの実装方法を提供する。
さらに、この出願の発明は、以上の電子セラミックスデバイスの実装方法として、第５に、金属端子の融点が、金属電極の融点よりも低いことを特徴とする電子セラミックスデバイスの実装方法を、第６に、電子セラミックスデバイスを電子基板上の端子間に配置し、次いで、金属電極および金属端子を、金属電極の融点と金属端子の融点との中間の温度に加熱し、金属端子を溶融することにより、金属電極と金属端子とを結線することを特徴とする電子セラミックスデバイスの実装方法を、第７に、電子基板上の金属端子が、電子セラミックスデバイスのセラミックス粒子に対する濡れ性が低い金属からなることを特徴とする電子セラミックスデバイスの実装方法を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について説明する。
【０００８】
この出願の発明である電子セラミックスデバイスは、表面に島状に分布する複数の金属電極を備えた電子セラミックス粒子からなる。金属電極は、電子セラミックス粒子に対して濡れ性が低い金属からなり、また、電子セラミックス粒子表面に機械的衝撃により密着して固着されている。
【０００９】
この出願の発明である電子セラミックスデバイスを構成する電子セラミックス粒子としては、ＰＴＣ、ＮＴＣ等の電気抵抗成分を主とする各種セラミックス材料が適宜選択可能であり、例えば、半導体化チタン酸バリウム粒子が用いられる。また、金属電極として、電子セラミックス粒子に対して濡れ性が低い各種の導電性軟金属が適宜選択可能であり、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ共晶はんだが用いられる。
【００１０】
この出願の発明である電子セラミックスデバイスは、電子基板上の金属端子間に電子セラミックスデバイスを配置し、次いで、金属端子に対する加熱、放電、または、摩擦の内の少なくとも１つにより金属電極と金属端子とを結線することで、電子基板上の金属端子間に実装される。金属端子の融点は、金属電極の融点よりも低いことが好ましく、この場合には、電子セラミックスデバイスを電子基板上の端子間に配置し、次いで、金属電極および金属端子を、金属電極の融点と金属端子の融点との中間の温度に加熱し、金属端子を溶融することにより、金属電極と金属端子とを結線する。また、電子基板上における金属端子は、電子セラミックスデバイスのセラミックス粒子に対して濡れ性が低い金属が用いられる。
【００１１】
すなわち、この出願の発明である電子セラミックスデバイスにおいては、電子セラミックス粒子の表面に、予め島状に分布するように形成された複数の金属電極の内の任意の２つを金属端子に接続することにより電子セラミックスデバイスとしての機能が発現するものである。金属電極を適切に島状に分散して形成しておき、粒子の直径よりやや小さい問隙の端子間に粒子を配置することで、必ず金属電極と金属端子とが接触することになる。
【００１２】
この出願の発明である電子セラミックスデバイスは、方向を決めて配置する必要がないので、従来技術であるテーピング方式のように予め位置と方向を決めて正確なピッチでテープに貼り付ける前処理が必要ないこと、テープのような廃棄物が出ないことといった利点がある。さらに、テーピング方式においては、方向を決めてテープに貼り付けるという操作の必要上、デバイスの大きさとして１ｍｍ以下とすることが難しかったが、現行の技術においても、１００μｍ程度までの電子セラミックス粒子の表面に必要な金属電極を島状に分布して形成することは可能であり、デバイスの小型化、高集積化への道が開かれる。１００μｍ程度までの電子セラミックス粒子の表面に必要な金属電極を島状に分布して形成する方法としては、この出願の発明の発明者らにより提案が既になされている（特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】
特願２００１−２８８２１２号
粒子に機能を付与して、単独でデバイスとして用いた従来技術としては、球形のシリコン粒子表面に回路を作製し、適当な基板上に配置するというボールセミコンダクターが知られている。ボールセミコンダクターにおいては、シリコン粒子の大きさが、直径が約１ｍｍと大きく、ボール表面上の回路の特定の端子と基板上の決められた端子を接合させるために、配置する際に位置と方向を精密に決める必要がある。
【００１４】
電子工業の分野では、高密度化および高集積化が急速に進展しており、デバイスの実装技術が重要視されるようになってきている。デバイスの微小化に際しては、デバイスが実装可能な大きさでなければ無意味であり、方向と位置を精密に決めて配置するために、例えばＮＴＣサーミスタは最小で、１ｍｍ程度の大きさになっている。本発明は、予め島状に分布した金属電極を形成した電子セラミックス粒子を用いるため、方向を決めずに配置するだけで結線が可能である。部品の精密配置に関しては、数μオーダ一の精度での実施が可能であり、この出願の発明の電子セラミックスデバイスにおいては、微小化が電子セラミックス粒子の大きさのみに依存することとなる。前述の通り、この出願の発明の発明者らにより提案された手法により、粒径が１００μｍの電子セラミックスの表面に、島状に分布した金属電極を形成することが可能であることから、この出願の発明によるデバイスの構成により、電子機器の高密度化および高集積化が大きく推し進められるものと期待される。
【００１５】
以上は、この出願の発明における形態の一例であり、この出願の発明がこれらに限定されることはなく、その細部について様々な形態をとりうることが考慮されるべきであることは言うまでもない。
【００１６】
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【００１７】
【実施例】
７１０〜８５０μｍに篩い分けを行ったＰＴＣＲ特性を示す半導体化チタン酸バリウム粒子と、２０μｍ以下に篩い分けを行ったはんだ粒子を用いて、この出願の発明である電子セラミックスデバイスを作製した。はんだ粒子はＰｂ−Ｓｎの共晶はんだであるが、数％（例えば、１〜５％程度）のＹを添加することで、融点が５０℃程度高くなるようにした。これらの試料を重量比で４：１の割合になるように秤量して、直径４ｃｍの円筒容器に装入し、ボールミル装置で２００ｒｐｍの回転速度で３時間に渡り回転・撹拝を行った。この回転・攪拌により得られた電子セラミックスデバイスの表面におけるＳＥＭ像を、図１に示す。図１より、半導体化チタン酸バリウム粒子の表面には、金属電極として作用するはんだ粒子が分散して島状に付着していることがわかる。半導体化チタン酸バリウム粒子の表面に分散されたはんだは、もともと粒状であったが、回転・攪拌により半導体化チタン酸バリウム粒子の表面で機械的に延伸され、固着している。
【００１８】
以上のようにして作製されたＰＴＣＲ特性を示す半導体化チタン酸バリウム粒子からなる電子セラミックスデバイスを、単一粒子のＰＴＣサーミスタとして、電子基板上に実装した。電子セラミックスデバイスが実装された電子基板の概要図を図２に示す。また、電子セラミックスデバイスが実装された電子基板の外観写真を図３に示す。
【００１９】
図２および図３に示した通り、電子基板（１）表面の回路（３）上に、中心間隔が０．６５ｍｍの２本の金属端子（４）として、スクリーン印刷により融点が約１８０℃のＰｂ−Ｓｎ共晶はんだを、盛り上げるようにして設置した。電子セラミックスデバイス（５）を金属端子（４）間に配置した後、ホットプレートで２００℃に加熱すると、金属端子（４）であるはんだは溶融し、電子セラミックスデバイス（５）の金属電極であるはんだと接合した。
【００２０】
一般に、セラミックスに対するはんだの濡れ性は低く、溶融したはんだはセラミックスの上で丸くなりそのまま凝固させても付着はしない。そのために、前述の通り、金属電極は機械的な衝撃を加えることで、セラミックス粒子表面に密着して固着させている。以上で説明した本実施例におけるはんだ付け接合においては、半導体化チタン酸バリウム粒子上のはんだは溶融しないので、チタン酸バリウム粒子との密着性は保たれている。一方、金属端子であるはんだは、チタン酸バリウムに対する濡れ性が低いため、溶融した後に弾かれ、濡れ性の高い金属電極であるはんだとのみと接合する。
【００２１】
この電子基板を恒温槽に入れて、温度を室温から１４０℃まで変化させ、それぞれの温度における電子セラミックスデバイスの抵抗を、高精度抵抗計により測定した。図４に測定結果を示す。室温（約３０℃）から１００℃までの間に、抵抗は２桁分だけ上昇しており、本実施例の電子セラミックスデバイスがＰＴＣサーミスタとしての特性を発現することが実証された。
【００２２】
【発明の効果】
この出願の発明によって、以上詳しく説明したとおり、電極への結線を行う際に、特定の方向や部位を考慮することなく配置が可能となる実装容易な電子セラミックデバイスが提供される。
【００２３】
電子セラミックス粒子を配置する際に、方向性を定める必要が無くなることで、電子基板への実装が簡便に実施可能となり、さらには、電子セラミックスデバイスの小型化が進展される。実装技術の簡単化およびデバイスの小型化は、電子機器の小型化・高密度化に大きく貢献することから、この出願の発明の実用化が強く期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の実施例において作製された電子セラミックスデバイス表面のＳＥＭ像である。
【図２】この出願の発明の実施例において作製された電子セラミックスデバイスが実装された電子基板について示した概要図である。
【図３】この出願の発明の実施例において作製された電子セラミックスデバイスが実装された電子基板について示した写真である。
【図４】この出願の発明の実施例において作製された電子セラミックスデバイスの抵抗の温度依存性について示したグラフである。
【符号の説明】
１電子基板
２外部回路への端子
３回路
４金属端子
５電子セラミックスデバイス

Claims

表面に島状に分布する複数の金属電極を備えた電子セラミックス粒子からなることを特徴とする電子セラミックスデバイス。
電子セラミックス粒子に対して濡れ性が低い金属からなる金属電極が電子セラミックス粒子表面に機械的衝撃により密着して固着されていることを特徴とする請求項１記載の電子セラミックスデバイス。
電子セラミックス粒子が半導体化チタン酸バリウム粒子からなり、金属電極がＹを１〜５％添加したＰｂ−Ｓｎ共晶はんだからなることを特徴とする請求項１または２の電子セラミックスデバイス。
電子基板上において請求項１乃至３のいずれかの電子セラミックスデバイスの金属電極を電子基板上の金属端子に結線する電子セラミックスデバイスの実装方法であって、電子セラミックスデバイスを基板上の端子間に配置し、次いで、金属端子に対する加熱、放電、または、摩擦の内の少なくとも１つにより金属電極と金属端子とを結線することを特徴とする電子セラミックスデバイスの実装方法。
金属端子の融点が、金属電極の融点よりも低いことを特徴とする請求項４記載の電子セラミックスデバイスの実装方法。
電子セラミックスデバイスを電子基板上の端子間に配置し、次いで、金属電極および金属端子を、金属電極の融点と金属端子の融点との中間の温度に加熱し、金属端子を溶融することにより、金属電極と金属端子とを結線することを特徴とする請求項５記載の電子セラミックスデバイスの実装方法。
電子基板上の金属端子が、電子セラミックスデバイスのセラミックス粒子に対する濡れ性が低い金属からなることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかの電子セラミックスデバイスの実装方法。