JP2006222415A - 電子部品の製造方法 - Google Patents

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圭嗣 川尻
Masanori Terasaki
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Abstract

【課題】1GHzを超える高周波帯域特性を向上させるとともに、素体と内部電極との境界部分におけるマイクロクラックを抑制し特性劣化を抑制した電子部品の製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】内部電極6を埋設した誘電体材料からなる素体8の端部に外部電極20を形成する外部電極形成工程を有し、この外部電極形成工程では、素体8に下地電極層10を形成し、pH8〜10のアルカリ性めっき液12中において、下地電極層10にNi電極層14とSn電極層16とからなるめっき電極層18を形成し、下地電極層10とめっき電極層18とからなる外部電極20を形成する構成である。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子部品の製造方法に関するものである。
以下、従来の電子部品について説明する。
従来の電子部品として、例えば、チップコンデンサは、BaTiO3を主成分とした素体に、NiやPdからなる内部電極が埋設され、素体の端部には内部電極と接続された外部電極が形成されている。
このようなチップコンデンサは、まず、BaTiO3を主成分とした誘電体材料からなるセラミック基板を複数積層するとともに、必要なキャパシタンスに応じて、このセラミック基板に内部電極用のNiやPdからなる導体ペーストを印刷する。次に、これらを約1300度で同時焼成し、内部電極を埋設した素体を形成する。次に、ガラスフリットを混合したAgまたはCuからなる下地電極層用ペーストをこの素体の端部に塗布するとともに、約800〜1000度で焼成して下地電極層を形成する。次に、この下地電極層にNi電極層とSn電極層とを、pH3〜4の酸性めっき液中において、めっき形成し、下地電極層、Ni電極層、Sn電極層からなる外部電極を形成して完成させる。
また、BaTiO3を主成分とした誘電体材料からなるセラミック基板に替えて、酸化物セラミックス(Al、Bi、Nb、Cu、Zr、Ti、Mg、Mn等の酸化物からなる)と、ガラス(ホウ酸系、珪酸系等からなる)とを混合した誘電体材料からなるセラミック基板を用いても良い。いわゆる低温同時焼成セラミック基板を用いても良い。この場合、セラミック基板の焼成温度は1000度未満でも良いので、内部電極用の導体ペーストとして高電気伝導度の材料のAgやCuを用いることができ、特性を向上できる。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開平08−144083号公報
上記構成では、内部電極用の導体と、セラミック基板とを約1300度で同時焼成しているので、内部電極が高融点の高抵抗材料に限定され、数100kHz〜数MHzの低周波帯域特性は良いが、1GHzを超える高周波帯域特性は損失が大きいという問題点を有していた。
また、低温同時焼成セラミック基板を用いた場合、内部電極用の導体ペーストとして高電気伝導度材料のAgやCuを用いることができ、1GHzを超える高周波帯域特性を向上できる。しかしながら、めっき形成において内部電極の近傍部分の素体にマイクロクラックが生じて特性を劣化させ、損失が大きくなる。このため特性不良の発生数が多くなり大量生産に適しにくいという問題点があった。
本発明は上記問題点を解決するもので、1GHzを超える高周波帯域特性を向上させるとともに、内部電極の近傍部分に発生するマイクロクラックを抑制し特性劣化を抑制し、大量生産に適した電子部品の製造方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために本発明は、特に、外部電極形成工程では、素体に下地電極層を形成し、前記下地電極層上にめっき電極層を形成する工程を有し、前記めっき電極層は、pHが5以上のめっき液中において、めっき形成した構成である。
上記構成により、めっき電極層は、pHが5以上のめっき液中において、めっき形成するので、めっき液中における水素イオン濃度を低下させることができる。
この水素イオンは、下地電極層を介して素体に埋設した内部電極に浸透する、あるいは、下地電極層の端部から下地電極層と素体との境界部分を伝って素体に埋設した内部電極に浸透することがある。この際、水素イオンの浸透に起因して、水素イオンと内部電極が反応し、内部電極が膨張して近傍部分の素体にマイクロクラックが発生する場合があるが、水素イオン濃度を低下させることにより、水素イオンの浸透を極めて少なくしてマイクロクラックを抑制できる。
すなわち、マイクロクラックに起因した特性劣化を抑制できるとともに、AgやCu等の高電気伝導度材料からなる内部電極と低温同時焼成セラミック基板とを用いれば、1GHzを超える高周波帯域特性も向上できる。
以下、実施の形態を用いて、本発明の全請求項に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における電子部品の製造方法を示す製造工程図、図2は同電子部品の断面図である。
図1(a)〜(e)において、本発明の実施の形態1における電子部品の製造工程は内部電極6を埋設した素体8を形成する素体形成工程と、この素体8に外部電極20を形成する外部電極形成工程とを有し、詳細は次の通りである。
第1に、酸化物セラミックス(Al、Bi、Nb、Cu、Zr、Ti、Mg、Mn等の酸化物からなる)と、ガラス(ホウ酸系、珪酸系等からなる)とを混合した誘電体材料からなるセラミック基板2を複数積層するとともに、必要なキャパシタンスに応じて、このセラミック基板2に内部電極6用のAgやCuからなる導体ペースト4を印刷する。
第2に、これらを約800〜900度で焼成し、内部電極6を埋設した素体8を形成する(素体形成工程)。
第3に、ガラスフリットを混合したAgまたはCuからなる下地電極層用ペーストをこの素体8の端部に塗布するとともに約800〜900度で焼成して下地電極層10を形成する。
第4に、図1(d)に示すめっき装置を用いて、陽極を配置したpH8〜10のアルカリ性めっき液12中において、下地電極層10を形成した素体8と通電および攪拌するためのメディア(めっき用媒体)を投入しためっき容器13を回転させ、通電する。メディアは、球状でFe等の金属である第1のメディアと球状でAl23等の絶縁体である第2のメディアを適量の配合によって構成されるものが代表的である。めっき容器13は、形状は六角筒状が代表的である。必要に応じては、それ以外の多角筒状または円筒状でもよい。めっき容器13の中心部には、陰極が配置されて、外側の陰極通電端子に接続されている。また、めっき容器13の外側には、回転させるための駆動装置も備えている。このような構成において、めっき容器13を15〜30rpm程度の回転数で回転させながら電源21により陽極から陰極に電流を流すと、めっき液12中の金属イオンが、陰極に通じている下地電極層10から電子を受け取って、下地電極層10上で金属析出する。このようなめっき形成方法にて、Niめっき液を使用して下地電極層10上にNi電極層14を形成する。めっき液12において、Niめっき液の構成としては、Ni塩を主成分とし、オキシカルボン酸塩・アンモニア水などが配合されている溶液である。その後、Ni電極層14を形成した素体8を洗浄し、Snめっき液を使用してNi電極層14上にSn電極層16を形成する。Snめっき液の構成としては、Sn塩を主成分として、オキシカルボン酸塩・アンモニア水などが配合されている溶液である。
このようにして、下地電極層10にNi電極層14とSn電極層16とからなるめっき電極層18を形成し、下地電極層10とめっき電極層18とからなる外部電極20を形成する(外部電極形成工程)。
そして、図2に示すように、素体8に内部電極6を埋設し、素体8の端部に外部電極20を形成したチップコンデンサを完成する。
上記構成により、めっき電極層18は、pHが5以上のめっき液12中において、めっき形成するので、めっき液12中における水素イオン濃度を低下させることができる。この水素イオンは、図3に示すように、下地電極層10を介して素体8に埋設した内部電極6に浸透する、あるいは、下地電極層10の端部から下地電極層10と素体8との境界部分22を伝って素体8に埋設した内部電極6に浸透することがある。この際、水素イオンの浸透に起因して、水素イオンと内部電極6が反応し、内部電極6が膨張して内部電極6の近傍部分の素体8にマイクロクラック24が発生する場合がある。しかし、本発明では、水素イオン濃度を低下させることができるので、水素イオンの浸透が極めて少なくマイクロクラック24の発生を抑制できる。
このマイクロクラック24は、Ni電極層14を形成する時点で発生する場合が主であるので、該Ni電極層14の形成時のみ、pHが5以上のめっき液12を使用し、Sn電極層16の形成時は、従来のpHのめっき液12を使用しても良い。しかし、好ましくは、Ni電極層14およびSn電極層16のいずれの形成時もpHが5以上のめっき液12を使用することである。
図4は、本発明の実施の形態1におけるチップコンデンサ100個に対して、めっき電極層18を形成する際のめっき液12のpHと損失の指標であるtanδ(誘電正接)の異常数の関係を示す特性図である。このtanδ異常数はマイクロクラック24に起因したチップコンデンサの不良数を意味しており、tanδ異常数が少ないほどマイクロクラック24の発生が少ない。図4に示すように、本発明のチップコンデンサでは、pHが5以上のめっき液12中において、めっき形成すれば、tanδ異常数が少なくなり、pHが8以上であれば、非常にtanδ異常数が少なくなる。特に、pHが10を超えると、強アルカリによる素体表面および外部電極の腐食が問題となるので、pHは8〜10の範囲が好ましい。
(実施の形態2)
本実施の形態2が実施の形態1と異なるのは、図1(d)に示すめっき装置のかわりに図5に示すめっき装置を用いて、めっき容器13をめっき容器13の外周の周速が100〜500m/分程度になるように高速で回転させることにより、素体8とメディア(図示せず)がこの回転の遠心力によってめっき容器13内面に設けた陰極(図示せず)に接触し、固定された状態で所定の時間陽極11から陰極に通電してめっき形成を行い、その後通電を止めてからめっき容器13の回転を止めて、素体8とメディアを取り出す点である。これ以外は実施の形態1と同様にめっき形成を行う。
図5において、図1(d)に示す部材と類似する部材には同じ符号を付し、説明は省略する。
この場合、回転速度が上がってから通電し、所定の時間回転しながら通電を行った後で通電を止めてから回転を停止し、さらに次に再度回転させて回転速度が上がってから通電し、所定の時間後に通電を止めてから回転を止めるという一連の通電(回転)と通電停止(回転停止)を繰り返してもよい。
上記のように通電(回転)と通電停止(回転停止)を繰り返した場合、回転の始めと終わりに素体8とメディアが衝突する状態が作り出され、この衝突によりめっき膜の密度が上がるため、より好ましい。
このようにしてめっき形成した場合下地電極層10上に流れる電流密度を低く抑えることができるため、金属析出と同時に発生する水素イオンの量をより低く抑えることが可能となり、その結果素体8の内部電極近傍の水素イオン濃度をより低下させることができる。
本実施の形態2で下地電極層10上に流れる電流密度が低く抑えられるのは、以下の理由によると考えられる。
即ち、実施の形態1で用いためっき方法では、陽極から陰極に一定の電流を流すと、回転するめっき容器13の中では素体8とメディアと陰極との接触が不均一となるため、素体8の下地電極層10に流れる電流密度が一定とならず、ある変動波形を持つ。
この変動波形において電流値が最大となる領域では金属析出と同時に電流値に応じた水素イオンが発生する。
これに対し、実施の形態2の方法によれば、素体8とメディアとがめっき容器13内面に設けた陰極と接触し、固定された状態で通電される構成としたため、下地電極層10上に流れる電流密度は実施の形態1のめっき方法のような波形変動を持たず、一定となる。
このため、実施の形態1のめっき方法の場合のように電流値が最大となることがなく、実施の形態1の場合よりも低い電流密度を下地電極層10上に流すことができる。
その結果、水素イオンの発生をより抑制することができるため水素イオンに起因したマイクロクラック24の発生を抑制し、特性劣化をさらに抑制できるものである。
実施の形態2によりめっきを行った場合のめっき液のpHとtanδ異常数の関係を図4に合わせて示す。
図4から明らかなように、実施の形態1と比較して更にtanδ異常数を低減することが可能となっている。
めっき容器13の回転速度は、めっき容器13の形状、大きさ、陰極の表面状態、素体8の大きさや重量、メディアの大きさや重量を考慮して選択することができるが、遠心力を有効に利用して、通常3.2mm×1.6mmから0.6mm×0.3mm程度の大きさの素体8とメディアをめっき容器13内面の陰極に接触固定させるために、めっき容器13の外周の周速が100〜500m/分とすることが好ましい。
めっき容器13の外周の周速が100m/分以下の回転速度では、素体8とメディアをめっき容器13内面に十分接触固定することができず、また周速が500m/分を越えるような周速では回転停止時に素体8とメディアが激しく衝突し、下地電極層10の剥がれや磨耗が発生する場合があるために好ましい。
従って、めっき容器13の回転速度としては、めっき容器13の外周の周速が100〜500m/分となる回転速度が好ましい。
これをめっき容器13の回転数に換算した場合、上記のような3.2mm×1.6mmから0.6mm×0.3mm程度の大きさの素体8に使用するめっき容器13の内径が、例えば0.17mとした場合、めっき容器の回転数は約90〜480rpmとなる。
即ち、上記のように、めっき容器13の回転数が90rpm未満の場合には、回転数が低いためこれによって発生する遠心力が十分でなく、素体8とメディアがめっき容器13の内面に設けた陰極に十分固定されないため実施の形態2の効果が十分発揮されない。
また、回転数が480rpmを越える場合、回転停止時に素体8とメディアが激しく衝突し、下地電極層10の剥がれや磨耗が発生する場合があるとともに、回転部分の磨耗が早く、また高速回転するめっき容器13によりめっき液が飛散するなどの問題が発生しやすくなるため好ましくない。
また、通電中は素体8とメディアはめっき容器13内面の陰極に固定された状態であるが、高速で回転しているためめっき液との接触が不均一になることはなく、さらに通電(回転)と通電停止(回転停止)を繰り返すことにより、めっき容器13内の素体8とメディアとめっき液が攪拌され、さらに均一なめっきを形成することができる。
さらに、用いるメディアとしては、球状でFe等の金属である第1のメディア単独で用いても、また第1のメディアに加えて球状でAl23等の絶縁体よりなる第2のメディアを併用してもよい。
以上のように本発明によれば、めっき電極層18を形成する際のめっき液12の水素イオン濃度を低下させて、水素イオンに起因したマイクロクラック24の発生を抑制するので特性劣化を抑制できる。また、素体8は低温同時焼成セラミック基板2を用いれば約800〜900度で焼成でき、内部電極6用の導体ペースト4として高電気伝導度材料のAgやCuを用いることができ、1GHzを超える高周波帯域特性も向上でき、大量生産しやすいものとすることができる。
以上のように、本発明にかかる電子部品の製造方法は、1GHzを超える高周波帯域特性を向上させるとともに、内部電極の近傍部分におけるマイクロクラックを抑制し特性劣化を抑制できるので、各種電子機器に用いることができる。
本発明の実施の形態1における電子部品の製造方法を示す製造工程図 同電子部品の断面図 図2のA部の拡大断面図 めっき液のpHとtanδ異常数の関係を示す特性図 本発明の実施の形態2におけるめっき装置を示す断面図
符号の説明
2 セラミック基板
4 導体ペースト
6 内部電極
8 素体
10 下地電極層
11 陽極
12 めっき液
13 めっき容器
14 Ni電極層
16 Sn電極層
18 めっき電極層
20 外部電極
21 電源
22 境界部分
24 マイクロクラック

Claims (9)

  1. 内部電極を埋設したセラミックスからなる素体に外部電極を形成する外部電極形成工程を備え、前記外部電極形成工程では、前記素体に下地電極層を形成し、前記下地電極層上にめっき電極層を形成する工程を有し、前記めっき電極層は、pHが5以上のめっき液中において、めっき形成した電子部品の製造方法。
  2. 前記めっき電極層は、前記下地電極層上にNi電極層を形成し、前記Ni電極層上にSn電極層を形成してなり、少なくとも前記Ni電極層は、pHが5以上のめっき液中において、めっき形成した請求項1に記載の電子部品の製造方法。
  3. 前記めっき電極層は、前記下地電極層上にNi電極層を形成し、前記Ni電極層上にSn電極層を形成してなり、少なくとも前記Ni電極層は、pHが8以上のアルカリ性のめっき液中において、めっき形成する請求項1に記載の電子部品の製造方法。
  4. 前記めっき電極層は、前記下地電極層上にNi電極層を形成し、前記Ni電極層上にSn電極層を形成してなり、少なくとも前記Ni電極層は、pHが8〜10のアルカリ性のめっき液中において、めっき形成する請求項1記載の電子部品の製造方法。
  5. 前記素体は、低温同時焼成セラミックスを焼成して形成した請求項1記載の電子部品の製造方法。
  6. 前記内部電極はAgまたはCuからなる請求項5記載の電子部品の製造方法。
  7. 前記めっきは、素体とメディアと陰極とを接触固定した後に、電流を陽極から陰極に流し、その後に電流を切断し、その後に素体とメディアと陰極との接触固定を解除させて行う請求項1記載の電子部品の製造方法。
  8. めっき形成に用いるめっき装置は、少なくともめっき容器と、前記めっき容器の中心部に配置された陽極と、前記めっき容器の内面に配置された陰極と、メディアと、前記めっき容器を回転させる駆動装置とを備えており、前記めっき容器を高速回転させ、この回転の遠心力によりめっきを施す素体と前記メディアとを前記陰極に固定した状態で通電し、その後通電を止めた後に前記めっき容器の回転を止めてめっき形成を行う請求項1に記載の電子部品の製造方法。
  9. 前記めっき容器の回転は、前記めっき容器外周の周速が100m/分〜500m/分となるように回転させる請求項8に記載の電子部品の製造方法。
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