JP2005012167A - 積層セラミック電子部品とその実装構造および実装方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐電圧性の良好な積層セラミック電子部品の実装構造と、このような実装構造を得ることができる積層セラミック電子部品の実装方法と、このような実装方法を採用することができる半田付き性の良好な積層セラミック電子部品とを得る。
【解決手段】コンデンサ素子１２の全面に熱可塑性樹脂層２２を形成した積層セラミックコンデンサ１０を基板３０上に実装する。半田付け時の熱により外部電極２０上の熱可塑性樹脂層２２を溶融し、流動しながら移動させることにより、外部電極２０を露出させ、半田３４で電極３２に接合する。得られた実装構造は、半田付け部を除くコンデンサ素子１２の全面が熱可塑性樹脂層２２で覆われた構造となる。
【選択図】図３
【解決手段】コンデンサ素子１２の全面に熱可塑性樹脂層２２を形成した積層セラミックコンデンサ１０を基板３０上に実装する。半田付け時の熱により外部電極２０上の熱可塑性樹脂層２２を溶融し、流動しながら移動させることにより、外部電極２０を露出させ、半田３４で電極３２に接合する。得られた実装構造は、半田付け部を除くコンデンサ素子１２の全面が熱可塑性樹脂層２２で覆われた構造となる。
【選択図】図３
Description
この発明は、積層セラミック電子部品とその実装構造および実装方法に関し、特に、たとえば積層セラミックコンデンサなどの積層セラミック電子部品と、それを基板上に半田付けした実装構造および実装方法に関する。
積層セラミック電子部品の一例としては、たとえば積層セラミックコンデンサなどがある。積層セラミックコンデンサ１は、図５に示すように、セラミック層２と、互いに対向する複数の内部電極３とで構成される基体を含む。内部電極３の隣接するものは、基体の対向する端面に交互に引き出される。内部電極３が引き出された基体の端面には、外部電極４が形成される。これらの外部電極４には、引き出された内部電極３が接続され、２つの外部電極４間に静電容量が形成される。
このような積層セラミックコンデンサ１は、半田５によって、基板６に形成された電極７に接続される。このとき、基体の表面上および外部電極４の先端部を覆うようにして、エポキシ樹脂層８を形成することにより、外部電極４と半田５との融着領域が小さくなる。それにより、積層セラミックコンデンサ１を半田付けする際の加熱および冷却による熱応力や、基板６の膨張・収縮などの物理的ストレスの影響が少なくなり、これらの応力による基体の損傷を低減することができる（例えば、特許文献１参照）。
また、図６に示すように、積層セラミックコンデンサ１の全面にポリエチレン等の合成樹脂層９を形成することにより、外部電極４の酸化が防止され、半田濡れ性を良好に保つことができる。このような積層セラミックコンデンサ１では、半田付け時の熱によって外部電極４上の合成樹脂層を融解または分解させて除去することにより、半田付き性を良好に保つことができる（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、特許文献１に示された積層セラミックコンデンサでは、外部電極が露出しているため、外部電極が酸化されやすく、半田付き性が劣化するという問題がある。さらに、外部電極と半田との融着領域が小さいため、溶融した半田の表面張力で積層セラミックコンデンサが立ち上がってしまう、いわゆるツームストン現象が発生する可能性が高くなる。また、特許文献２に示された積層セラミックコンデンサでは、ポリエチレン等半田の熱で除去される合成樹脂を用いているため、図７に示すように、半田付け部分近傍の樹脂は除去される。このとき、積層セラミックコンデンサの実装面においては、外部電極先端は半田に覆われるが、樹脂には覆われていない。そのため、高電圧を印加したときに、表面リーク（外部電極間の放電）が発生しやすく、耐電圧特性の点で問題がある。
それゆえに、この発明の主たる目的は、耐電圧性の良好な積層セラミック電子部品の実装構造と、このような実装構造を得ることができる積層セラミック電子部品の実装方法と、このような実装方法を採用することができる半田付き性の良好な積層セラミック電子部品とを提供することである。
この発明は、基板上の電極に積層セラミック電子部品の外部電極が半田付けされた積層セラミック電子部品の実装構造であって、半田付け部を除く積層セラミック電子部品の全面、及び半田の一部が熱可塑性樹脂で被覆されたことを特徴とする、積層セラミック電子部品の実装構造である。
また、この発明は、積層セラミック電子部品の外部電極を基板上の電極に半田付けすることによって、積層セラミック電子部品を基板上に実装する積層セラミック電子部品の実装方法であって、積層セラミック電子部品の全面に熱可塑性樹脂層が形成され、半田付け時の熱によって熱可塑性樹脂層を溶融し、半田付け部分の熱可塑性樹脂を移動させることにより外部電極と基板の電極とを半田付けすることを特徴とする、積層セラミック電子部品の実装方法である。
さらに、この発明は、セラミック基体に外部電極が形成された電子素子と、電子素子の全面に形成される熱可塑性樹脂層とを含む積層セラミック電子部品であって、熱可塑性樹脂層は、少なくともモノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンのいずれかを鎖状骨格中に含む共重合体であることを特徴とする、積層セラミック電子部品である。
このような積層セラミック電子部品において、熱可塑性樹脂層の厚みは、１．０μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。
また、この発明は、積層セラミック電子部品の外部電極を基板上の電極に半田付けすることによって、積層セラミック電子部品を基板上に実装する積層セラミック電子部品の実装方法であって、積層セラミック電子部品の全面に熱可塑性樹脂層が形成され、半田付け時の熱によって熱可塑性樹脂層を溶融し、半田付け部分の熱可塑性樹脂を移動させることにより外部電極と基板の電極とを半田付けすることを特徴とする、積層セラミック電子部品の実装方法である。
さらに、この発明は、セラミック基体に外部電極が形成された電子素子と、電子素子の全面に形成される熱可塑性樹脂層とを含む積層セラミック電子部品であって、熱可塑性樹脂層は、少なくともモノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンのいずれかを鎖状骨格中に含む共重合体であることを特徴とする、積層セラミック電子部品である。
このような積層セラミック電子部品において、熱可塑性樹脂層の厚みは、１．０μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。
基板上に半田付けされた積層セラミック電子部品の実装構造において、半田付け部を除く積層セラミック電子部品の全面、及び半田の一部が熱可塑性樹脂で被覆されることにより、高電圧印加時の表面リークを抑えることができる。これは、外部電極の先端上の半田を熱可塑性樹脂が覆うことにより、高電圧が加わった時の外部電極先端部、および外部電極間の誘電体セラミック表面の電位分布が密にならない。すなわち、電界集中を緩和させることができ、表面リークの発生を防止することが可能となる。そのため、このような実装構造を採用することにより、耐電圧特性を良好にすることができる。
このような実装構造を得るために、全面に熱可塑性樹脂層が形成された積層セラミック電子部品を基板上に半田付けすることにより、半田付け時の熱によって熱可塑性樹脂層が溶融し、半田付け部分の熱可塑性樹脂が流動しながら移動する。したがって、半田付け部分を除く積層セラミック電子部品の全面が熱可塑性樹脂層で覆われた状態で、積層セラミック電子部品が基板上に実装される。また、熱可塑性樹脂は除去されずに移動するだけなので、半田の一部を覆うような状態となる。
このような実装方法を採用するために、電子素子の全面に熱可塑性樹脂層が形成された積層セラミック電子部品が用いられるが、熱可塑性樹脂層として、少なくともモノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンのいずれかを鎖状骨格中に含む共重合体を用いることにより、上述のような実装方法を採用することができる。
このような積層セラミック電子部品において、熱可塑性樹脂層の厚みを１．０μｍ以上、５０μｍ以下とすることにより、外部電極の酸化を効果的に防止することができ、半田付け時の熱によって溶融しやすく、かつ溶融した熱可塑性樹脂が半田の一部を覆うように移動しやすくなる。
このような実装構造を得るために、全面に熱可塑性樹脂層が形成された積層セラミック電子部品を基板上に半田付けすることにより、半田付け時の熱によって熱可塑性樹脂層が溶融し、半田付け部分の熱可塑性樹脂が流動しながら移動する。したがって、半田付け部分を除く積層セラミック電子部品の全面が熱可塑性樹脂層で覆われた状態で、積層セラミック電子部品が基板上に実装される。また、熱可塑性樹脂は除去されずに移動するだけなので、半田の一部を覆うような状態となる。
このような実装方法を採用するために、電子素子の全面に熱可塑性樹脂層が形成された積層セラミック電子部品が用いられるが、熱可塑性樹脂層として、少なくともモノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンのいずれかを鎖状骨格中に含む共重合体を用いることにより、上述のような実装方法を採用することができる。
このような積層セラミック電子部品において、熱可塑性樹脂層の厚みを１．０μｍ以上、５０μｍ以下とすることにより、外部電極の酸化を効果的に防止することができ、半田付け時の熱によって溶融しやすく、かつ溶融した熱可塑性樹脂が半田の一部を覆うように移動しやすくなる。
この発明によれば、積層セラミック電子部品の全面に熱可塑性樹脂層が形成されていることにより、外部電極を清浄に保つことができるため、外部電極と半田合金との間で良好な濡れ性を確保することができる。そのため、半田濡れ性の悪い無鉛半田合金を用いた場合でも、安定した半田付き性を得ることができる。その結果、半田付け不良を防止することができ、生産効率よく積層セラミック電子部品を回路基板に実装することができる。
また、積層セラミック電子部品を回路基板に実装する際に、熱によって熱可塑性樹脂層が溶融し、流動しながら移動して、半田付けが行われる。そして、実装後においては、積層セラミック電子部品の半田付け部を除く全面に熱可塑性樹脂層が存在するため、外部電極間の表面リークを抑えることができ、高い耐電圧特性を確保することができる。
また、積層セラミック電子部品を回路基板に実装する際に、熱によって熱可塑性樹脂層が溶融し、流動しながら移動して、半田付けが行われる。そして、実装後においては、積層セラミック電子部品の半田付け部を除く全面に熱可塑性樹脂層が存在するため、外部電極間の表面リークを抑えることができ、高い耐電圧特性を確保することができる。
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。
図１は、この発明の積層セラミック電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサを示す斜視図である。積層セラミックコンデンサ１０は、電子素子としてのコンデンサ素子１２を含む。コンデンサ素子１２は、基体１４を含む。基体１４は、図２に示すように、セラミック層１６と複数の内部電極１８ａ，１８ｂとを含む。内部電極１８ａは、基体１４の対向端部に露出し、基体１４の対向端部から中間部に向かって、延びるように形成される。そして、基体１４の対向端部から延びる内部電極１８ａの先端部が、互いに突き合わされるように配置される。さらに、別の内部電極１８ｂは、内部電極１８ａが形成された基体１４の対向端部の中間部に形成される。内部電極１８ｂは、基体１４の一端から延びる内部電極１８ａおよび基体１４の他端から延びる内部電極１８ａの両方に対向するように形成される。
内部電極１８ａが露出する基体１４の端部には、それぞれ外部電極２０が形成される。外部電極２０は、たとえばＡｇやＣｕなどを含む導体ペーストを基体１４の端部に塗布して焼付けることにより形成される焼付け電極を有し、その上にめっき処理を施すことにより形成される。めっき処理によって、たとえば、焼付け電極の半田食われを防止するためのＮｉ電極層が形成され、さらにその上に半田付き性の良好なＳｎ電極層などが形成される。
コンデンサ素子１２の全面には、熱可塑性樹脂層２２が形成される。熱可塑性樹脂層２２は、たとえば、少なくともモノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンのいずれかを鎖状骨格中に含む共重合体で形成される。この熱可塑性樹脂層２２は、たとえば１．０μｍ以上、５０μｍ以下の厚さとなるように形成される。
このような積層セラミックコンデンサ１０を作製するには、誘電体セラミック原料粉末、バインダ、可塑剤、溶剤などを混合し、セラミックスラリーが形成される。このセラミックスラリーを成形することにより、セラミックグリーンシートが形成される。セラミックグリーンシート上には、内部電極１８ａおよび内部電極１８ｂの形状となるように、Ｎｉ電極ペーストなどが印刷される。これらのセラミックグリーンシートが積層され、その両側に電極ペーストが形成されていないセラミックグリーンシートが積層されて、積層体が形成される。
この積層体が切断され、基体１４を形成するための複数のグリーンチップが形成される。そして、グリーンチップを焼成することにより、セラミック層１６と内部電極１８ａ，１８ｂとを有する基体１４が形成される。この基体１４の対向端部に外部電極２０を形成することにより、コンデンサ素子１２が形成される。さらに、熱可塑性樹脂を有機溶剤に溶解させた溶液中にコンデンサ素子１２全体を浸漬し、その後低温域（約５０℃）で乾燥してコンデンサ素子１２の全面に熱可塑性樹脂の薄い膜を形成することにより、熱可塑性樹脂層２２が形成される。
熱可塑性樹脂層２２は、少なくともモノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンのいずれかを鎖状骨格中に含む共重合体で形成される。この熱可塑性樹脂層２２の厚みは、１．０μｍ以上、５０μｍ以下となるように形成される。熱可塑性樹脂層２２の厚みは、たとえば有機溶剤に溶解させる樹脂比率を調整することによって制御することができるが、熱可塑性樹脂層２２の厚みを制御できる方法であれば、特に限定されるものではない。このように、基体１４および外部電極２０の全面が熱可塑性樹脂層２２で被覆されているため、基体１４や外部電極２０の腐食を防止することができる。特に、外部電極２０の酸化が防止されるため、基板などへの実装時における半田付き性を良好に保つことができる。
この積層セラミックコンデンサ１０は、回路基板などに実装される。このとき、図３に示すように、積層セラミックコンデンサ１０の外部電極２０が、基板３０上に形成された電極３２に半田３４によって接続される。基板３０への実装前においては、外部電極２０の表面が熱可塑性樹脂層２２で被覆されているが、半田付け時の熱によって、熱可塑性樹脂層２２が溶融し、半田３４が外部電極２０上を濡れ上がるにしたがって溶融した熱可塑性樹脂が流動しながら移動する。
ここで、熱可塑性樹脂層２２は、熱可塑性樹脂を溶解したものを塗布して乾燥させて形成しているだけであり、軟化点以上の熱が加えられていないため、コンデンサ素子１２の表面と熱可塑性樹脂層２２との密着性は十分ではなく、樹脂厚みも不均一になっている。したがって、外部電極２０表面に樹脂厚みが薄い部分が存在する。ここで、リフロー温度が半田融点以上になると、樹脂厚みが薄い部分、もしくは電極表面が露出している部分から外部電極２０と半田とが濡れ始める。一旦半田と外部電極２０とが濡れ始めると、半田の濡れ広がる力のほうが強いため、被覆された熱可塑性樹脂は半田に押しやられるように流動して、外部電極２０の端部側に移動する。
したがって、半田３４に接合された部分を除いて、積層セラミックコンデンサ１０の全面及び半田の一部が熱可塑性樹脂層２２で覆われた実装構造となる。このとき、半田付け時の加熱により熱可塑性樹脂は軟化点以上に加熱されるため、半田付け後コンデンサ素子１２表面に濡れ広がった熱可塑性樹脂の密着性が向上するとともに、樹脂厚みも均質となる。
近年、地球環境保護や人体保護を目的として、電気製品や電子部品に含まれる環境負荷物質の低減に対する取り組みが行われているが、その一つに基板への実装に用いられる半田合金の無鉛化がある。無鉛半田合金としては、フロー半田付け用としてＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系合金が採用され、リフロー半田付け用としてＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ系合金が採用されている。しかしながら、これらの半田合金は、従来のＳｎ−Ｐｂ系合金に比べて、半田濡れ性が劣っているため、外部電極２０の表面が酸化すると、実装不良が発生する可能性がある。
しかしながら、この積層セラミックコンデンサ１０では、半田付け時において、溶融した半田合金が外部電極２０に濡れ広がるまでの間、熱可塑性樹脂によって外部電極２０が覆われている。この間、外部電極２０は、大気と遮断された状態にあるため、大気中の酸素によって、外部電極２０が酸化されにくい。つまり、熱可塑性樹脂層２２は、フラックスのビヒクルとしての作用も合わせ持っている。熱可塑性樹脂が有する外部電極２０の腐食防止効果としては、特に外部電極表面での酸化物あるいは水酸化物の生成を抑制することができる。このように、外部電極２０の表面が清浄な状態に保たれていれば、半田付け時に半田合金のＳｎ成分との濡れが抑制されることなく相互拡散が進行する。特に、この積層セラミックコンデンサ１０を高湿度環境下に放置した場合においても、樹脂被膜の外部電極表面保護効果により、外部電極最表面の化学状態は経時変化しない。
このように、コンデンサ素子１２の全面を熱可塑性樹脂層２２で被覆することで、外部電極２０の表面の耐環境性および半田付け時の酸化防止効果を得ることができ、清浄な電極表面を保持することが可能となる。そのため、外部電極２０の半田濡れ性を良好に保つことができ、安定した半田付き性を得ることができる。このような機能を得るためには、半田付け時の加熱（２５０℃）により熱可塑性樹脂が流動する必要があるため、熱可塑性樹脂の融点は２００℃以上であることが好ましい。なお、融点が半田付温度よりも高い場合でも、ガラス転移温度や軟化点が十分に低ければ、樹脂の流動性は得られる。また、優れた耐環境性を保持するためには、熱可塑性樹脂層２２の吸水率は０．５％（２４時間）以下であることが好ましい。
また、この積層セラミックコンデンサ１０では、半田付け時の熱で熱可塑性樹脂層２２が溶融し、外部電極２０の広い部分で半田付けされるため、半田付け時におけるツームストーン現象などを防止することができる。さらに、基板３０に積層セラミックコンデンサ１０を実装したとき、半田３４部分を除いて、全面が熱可塑性樹脂層２２で被覆されているため、２つの外部電極２０間における表面リークを抑えることができる。そのため、このような実装構造とすることができることにより、高い耐電圧特性を確保することができる。
なお、熱可塑性樹脂層２２の厚みが１．０μｍ未満である場合、耐侯性の中で特に耐湿性が低下する。これは、樹脂被膜厚みが薄すぎると、高湿度環境下においては、樹脂被膜を通過する水の量が増加するためである。樹脂被膜を通過した水分が外部電極２０にまで達すると、外部電極２０に酸化物や水酸化物の層が生成する。このように、外部電極２０の表面における清浄さが失われると、溶融半田合金との濡れ性が低下し、安定した半田付き性を得ることができない。
また、熱可塑性樹脂層２２の厚みが５０μｍを超える場合、耐侯性は優れているが、樹脂被膜が厚いため、半田付け時における樹脂の流動性が低下する。樹脂の流動性が低下すると、溶融半田合金と外部電極２０との接触を阻害し、半田合金が外部電極２０に対して濡れなかったり、濡れ開始時間のばらつきを引き起こし、安定した半田付き性を得ることができない。その結果、２つの外部電極２０の間に半田濡れ開始時間差が生じ、小型部品ではツームストーン現象が起きたり、位置ずれなどの半田付け不良が発生する。また、正常なフィレットが形成されず、電気的・機械的接合信頼性の低下を招く。したがって、熱可塑性樹脂層２２の厚みは、１．０μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。
さらに、積層セラミック電子部品の使用環境および作動時における電子部品自身の温度は常温より高い場合が多く、中には製品保証温度が１００℃を超えるものもある。このような使用環境では熱可塑性樹脂層２２の剥離や溶解などの劣化が起こりやすくなるため、樹脂被膜には熱に対する耐久性が求められる。また、樹脂被膜で覆われた電子部品が他の部品または基板などに付着しないように、樹脂被膜は非粘着性である必要がある。また、実装時のフラックスなどの有機溶剤により樹脂被膜が溶解せず、高い電気絶縁性を保持する必要がある。
このような機能を実現するために、熱可塑性樹脂層２２の材料として、少なくともモノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンのいずれかを鎖状骨格中に含む共重合体が用いられる。フッ素を含む上記骨格の共重合体分子中では、樹脂の表面エネルギーが小さいため、その被着体に高い凝集エネルギーを有する有機溶剤や水などが塗布されても大きい接触角をもつ。したがって、他の高分子樹脂に比べて接着しにくく、また溶解されないため、他の高分子樹脂に比べて耐薬品性を含めて耐久性が優れている。その結果、チップ同士が付着して作業性が低下することがない。また、樹脂被膜の耐久性が高いので、外部電極を含めた積層体を良好な状態で保持することができる。さらに、フッ素系樹脂の融点は３２０℃程度と、半田付温度（２５０℃）よりも高いが、ガラス転移点が１２０〜１５０℃程度であるため、十分な流動性が得られる。
それに対して、一般的な高分子樹脂では、温度上昇にともなって有機高分子鎖の運動エネルギーが高まるため、樹脂被膜内部に水分などが透過しやすくなる。そのため、樹脂被膜内部にまで水分が浸透しやすくなり、被膜内部からの劣化が進みやすく耐久性に劣る。樹脂被膜内部にまで水分などが浸透すると、外部電極表面の清浄さを保持しにくくなるため、この発明の積層セラミック電子部品に比べて安定した半田付き性を得ることができない。また、通常の高分子樹脂はフラックスに用いられるアルコール類などの有機溶剤に溶解しやすい。そのため、半田付け時や半田付け後にフラックス残渣を洗浄したときに溶解剥離しやすい。部分的にでも樹脂被膜が剥離した場合、樹脂被膜の効果はなく、基板実装後の状態で耐環境性の効果がないことは明らかである。さらに、２つの外部電極間で樹脂被膜が剥離すると、耐電圧性の効果も得られない。熱可塑性樹脂層２２の材料として、上述のようなフッ素を含む共重合体を用いることにより、これらの問題を解決することができる。
なお、積層セラミックコンデンサ１０の構造としては、図４に示すように、複数の内部電極２４が基体１４内で対向し、隣接するものが基体１４の対向端面に引き出された構造を有するものでもよい。このように、コンデンサ素子１２の構造に関係なく、コンデンサ素子１２の全面が熱可塑性樹脂層２２で被覆されることにより、この発明の効果を得ることができる。なお、これまで積層セラミックコンデンサについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば積層サーミスタ、積層インダクタなどの積層セラミック電子部品に適用した場合にも、同様の効果を得ることができる。
このように、この発明の積層セラミック電子部品では、熱可塑性樹脂層が形成されていることにより、基板などに実装する前において耐侯性を有する。そのため、外部電極の清浄さを保つことができ、良好な半田濡れ性を得ることができる。したがって、無鉛半田を用いた場合においても、良好な半田付き性を確保することができる。さらに、基板実装後においても、半田付け部分を除く全面に熱可塑性樹脂層が存在するため、耐侯性を保持することができる。また、基板実装後に外部電極間に熱可塑性樹脂層が存在するため、良好な耐電圧性を確保することができる。
積層セラミック電子部品の一例として、積層セラミックコンデンサを作製した。まず、誘電体セラミック原料を用いてセラミックスラリーを形成し、このセラミックスラリーを用いて、ＰＥＴフィルム上に厚み２０．０μｍのセラミックグリーンシートを形成した。このセラミックグリーンシート上に、印刷面積中にチップが数千個得られる内部電極用のパターンを用いて、焼成後の金属厚みが１．０μｍとなるようにＮｉ内部電極ペーストを印刷した。
Ｎｉ内部電極ペーストを印刷したセラミックグリーンシートを乾燥し、所定の枚数積層して、所定の条件で加圧したのち、所定のサイズでカットした。そして、最終的に得られる静電容量の目標値が１０００ｐＦとなるようにして、積層セラミックコンデンサのグリーンチップを形成した。これらのグリーンチップを所定の温度で焼成し、セラミック層と内部電極とを有する基体を形成した。さらに、内部電極の露出した基体の端面に、Ｃｕ電極を焼付けたのち、Ｎｉ、Ｓｎの湿式めっきを施して、長さ×幅×高さが３．２×１．６×１．６ｍｍのコンデンサ素子を作製した。
熱可塑性樹脂を有機溶剤に溶解させた溶液中にコンデンサ素子を浸漬し、オーブン中で乾燥させて、コンデンサ素子の表面に熱可塑性樹脂層を形成した。熱可塑性樹脂層の厚みは、有機溶剤に溶解する樹脂比率により調整した。このようにして得られた積層セラミックコンデンサの例を表１に示す。
表１に示した積層セラミックコンデンサを温度６０℃、相対湿度９５％Ｒ．Ｈ．に設定した恒温高湿槽内に６時間放置したのち、ウェッティングバランス法により半田濡れ性試験を行い、サンプル数１０個で半田濡れ速さの指標となるゼロクロスタイムを測定した。測定条件は、半田付け温度２５０℃、半田付け時間１０秒、予熱温度１００℃、予熱時間３０秒である。半田合金には、無鉛半田合金として代表的なＳｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｃｕ（重量％）を用い、フラックスにはＲタイプを用いた。また、同様に、恒温高湿槽内に積層セラミックコンデンサを放置したのち、表２に示すプロファイルにてサンプル数１０００個でリフロー実装評価、フロー実装評価を行い、半田付け後のフィレット形状観察と、リフロー実装とフロー実装における半田付け不良率を算出した。
そして、半田濡れ性試験によるゼロクロスタイムと、リフロー実装評価、フロー実装評価によるフィレット形状および半田付け不良率とを表３に示した。なお、表３のフィレット形状において、フィレット形状が良好なものに○印を付し、フィレット形状が不良であるものに△印を付し、フィレットが形成されなかったものに×印を付した。
まず、ゼロクロスタイムについて、樹脂被膜を形成していない試料１２では、水分により外部電極表面が腐食し、全く半田が濡れなかった。一方、本発明の範囲内にある試料１〜６については、いずれもゼロクロスタイムが３秒以内であり、迅速な半田濡れ性を示した。
試料７、８は本発明の熱可塑性樹脂層を形成しているが、樹脂皮膜の厚みが本発明の範囲外であるため、ゼロクロスタイムが３秒以上と濡れ性の低下が確認された。試料７は樹脂被膜厚みが１．０μｍ以下と薄いため、湿中放置時に水分が樹脂被膜内部まで部分的に透過する。このような水分の浸入により、外部電極表面に水酸化物あるいは酸化物の層が生成するため、電極表面の清浄さを保つことができない。そのため、半田合金との濡れ性が低下し、半田不濡れなどの半田付き不良が発生しやすくなる。
試料８では、樹脂被膜厚みが５０μｍ以上と厚く、湿中放置時に樹脂被膜内への水分の透過はない。しかしながら、半田付け時の熱により溶融した樹脂被膜の流動性が悪いため、外部電極と溶融半田合金とが接触しにくくなり、半田濡れ時間が遅くなっている。このように、樹脂被膜厚みが厚い場合、耐環境性は良好で電極表面の清浄さは保たれるが、他の物理的要因により半田濡れ性が低下する。
また、本発明のようにフッ素を含む骨格をもっていない試料９〜１１のゼロクロスタイムは、３．７〜３．８秒であった。試料１〜６と比較すると、半田濡れ性が劣っているが、樹脂被膜を形成していない試料１２に比べると良好な濡れ性を示している。試料９〜１１では、樹脂被膜の耐湿性が試料１〜８に比較して悪いため、電極表面の清浄さが保たれず、半田濡れ性が低下した結果となった。したがって、安定した半田付き性を得るためには、外部電極を含む積層体全面を被覆する樹脂成分として、フッ素を含むモノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンのいずれかを鎖状骨格中に含む共重合体を用いることが好ましい。また、樹脂被膜の厚みは、１．０μｍ以上、５０μｍ以下に制御することが好ましい。
次に、湿中放置後の積層セラミックコンデンサをリフロー実装およびフロー実装したときの半田付き状態について述べる。まず、樹脂被覆していない試料１２では、外部電極表面が腐食しているために、電極に対して半田が濡れなかった。そのため、リフロー実装、フロー実装とも正常なフィレットが形成されず、半田付け不良率は１００％であった。
本発明の樹脂被膜を形成した試料１〜６では、リフロー実装、フロー実装ともに半田付け不良がなく、正常なフィレットが形成されていた。湿中放置後においても良好な半田付き性が得られており、生産効率よく積層セラミック電子部品の基板実装を行うことができる。また、樹脂被膜の耐溶剤性にも優れており、フラックスの溶剤成分により樹脂被膜が溶解されることがなく、回路基板への実装後も半田付け部以外の部分では良好な被覆状態にあり、電子部品の高い絶縁性が保持される。
一方、試料７、８では、実装後に半田付け不良が確認された。試料７では樹脂被膜厚みが薄いため、試料８では樹脂被膜が厚く加熱溶融時の流動性が悪いため、フロー実装時に半田付け不良が発生した。フロー実装では、短時間で外部電極部の樹脂被膜が流動する必要があるが、試料８のように樹脂被膜が厚いと外部電極と半田合金との濡れが阻害される。その結果、外部電極表面の清浄さは保持されているものの、不濡れあるいはフィレットの形状が不十分である半田付け不良が発生した。反対に、予熱、本加熱時間ともに長いリフロー実装では、溶融半田と接触する時間が十分にあるため、樹脂被膜が厚い場合でも半田の濡れ上がりが得られ、良好なフィレットが形成されていた。試料９〜１１は、樹脂被膜の耐湿性が他の試料に比べて劣るため、部分的な不濡れが発生した。
１０ 積層セラミックコンデンサ
１２ コンデンサ素子
１４ 基体
１６ セラミック層
１８ａ，１８ｂ 内部電極
２０ 外部電極
２２ 熱可塑性樹脂層
２４ 内部電極
３０ 基板
３２ 電極
３４ 半田
１２ コンデンサ素子
１４ 基体
１６ セラミック層
１８ａ，１８ｂ 内部電極
２０ 外部電極
２２ 熱可塑性樹脂層
２４ 内部電極
３０ 基板
３２ 電極
３４ 半田
Claims (4)
- 基板上の電極に積層セラミック電子部品の外部電極が半田付けされた積層セラミック電子部品の実装構造であって、
前記半田付け部を除く前記積層セラミック電子部品の全面、及び半田の一部が熱可塑性樹脂で被覆されたことを特徴とする、積層セラミック電子部品の実装構造。 - 積層セラミック電子部品の外部電極を基板上の電極に半田付けすることによって、前記積層セラミック電子部品を前記基板上に実装する積層セラミック電子部品の実装方法であって、
前記積層セラミック電子部品の全面に熱可塑性樹脂層が形成され、半田付け時の熱によって前記熱可塑性樹脂層を溶融し、半田付け部分の前記熱可塑性樹脂を移動させることにより前記外部電極と前記基板の電極とを半田付けすることを特徴とする、積層セラミック電子部品の実装方法。 - セラミック基体に外部電極が形成された電子素子と、前記電子素子の全面に形成される熱可塑性樹脂層とを含む積層セラミック電子部品であって、
前記熱可塑性樹脂層は、少なくともモノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンのいずれかを鎖状骨格中に含む共重合体であることを特徴とする、積層セラミック電子部品。 - 前記熱可塑性樹脂層の厚みは、１．０μｍ以上、５０μｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載の積層セラミック電子部品。
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