JP2007220997A - Ceramic electronic component and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のバンプ電極を有するセラミック電子部品及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a ceramic electronic component having a plurality of bump electrodes and a method for manufacturing the same.
近年、実装基板の省スペース化、高集積化のニーズが高まり、端子電極が平面上に複数個配列されたフリップ型の電子部品が開発されている。 In recent years, the need for space saving and high integration of mounting substrates has increased, and flip-type electronic components in which a plurality of terminal electrodes are arranged on a plane have been developed.
これら電子部品において、端子電極はバンプ形状を有しており、バンプ電極と称されている。このようなバンプ電極を形成する場合、形成が容易なことから、はんだボールを用いてバンプ電極を形成する方法がよく用いられている(例えば下記特許文献1参照)。この公報に記載の発明は、電極素子とはんだボールとを位置合せしてはんだボールをはんだの融点以上に加熱して溶融させ、はんだボールを電極素子に接続させるというものである。
ところが、はんだの抵抗は比較的高いため、CPU等の演算処理速度の高速化に伴う信号電圧の高圧化に十分に対応できない。また、はんだのような高抵抗材料を用いると、電圧又は電流の高周波化に伴い発熱量も増加するため、発熱量増加による回路内のはんだの溶融やCPUの信頼性が懸念される。このため、はんだボールの代わりに、はんだよりも抵抗の低いAg、Au、Cu等の低抵抗材料を使用することが望まれている。 However, since the resistance of the solder is relatively high, it cannot sufficiently cope with the increase in the signal voltage accompanying the increase in the processing speed of the CPU or the like. In addition, when a high-resistance material such as solder is used, the amount of heat generation increases as the voltage or current increases, so there is a concern about melting of the solder in the circuit and the reliability of the CPU due to the increase in the amount of heat generation. For this reason, it is desired to use a low-resistance material such as Ag, Au, or Cu having a lower resistance than solder instead of the solder ball.
しかしながら、このような低抵抗材料はいずれも、融点がはんだに比べて非常に高くなっている。このため、上記低抵抗材料からなるボールをその融点以上に加熱して溶融させると、電子部品として、セラミックを用いたセラミック電子部品を製造する場合、セラミックにダメージを与える。このため、得られるセラミック電子部品の寿命が短縮されるおそれがある。また、ボールをその融点以上まで加熱して溶融させると、加熱むらによりボールの高さが不揃いとなり、高さにむらのあるバンプ電極が形成される。その結果、実装基板に搭載する場合に、バンプ電極の一部を実装基板の電極素子に接続させることができなくなるおそれがある。 However, all of such low resistance materials have a very high melting point compared to solder. For this reason, when the ball made of the low resistance material is heated to the melting point or higher and melted, the ceramic is damaged when the ceramic electronic component using ceramic is manufactured as the electronic component. For this reason, there exists a possibility that the lifetime of the ceramic electronic component obtained may be shortened. Further, when the ball is heated to its melting point or higher and melted, the height of the ball becomes uneven due to uneven heating, and bump electrodes with uneven height are formed. As a result, when mounting on the mounting board, there is a possibility that a part of the bump electrode cannot be connected to the electrode element of the mounting board.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、実装基板の電極素子への電気的接続を確実に行うことを可能とし、長寿命化を実現可能とするセラミック電子部品を製造できるセラミック電子部品の製造方法およびセラミック電子部品を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of reliably making electrical connection to an electrode element of a mounting substrate, and capable of producing a ceramic electronic component that can achieve a long life. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a ceramic electronic component.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した。例えばスクリーン印刷等の手法により、Au等からなる金属を含む金属ペーストをバンプ電極形成面上に塗布し焼成することにより、バンプ電極を形成することも検討した。しかし、この場合、特に実装基板の省スペース化に伴いバンプ電極の小型化が要求される電子部品については、バンプ電極を精度よく形成することは困難であり、バンプ電極の高さを揃えることが困難となる。その結果、実装基板の各電極素子に対し電子部品の各バンプ電極を確実に接続させることができなくなるおそれがあることを本発明者らは見出した。そこで、本発明者らは更に鋭意研究を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors diligently studied to solve the above problems. For example, it was also considered to form a bump electrode by applying a metal paste containing a metal such as Au on the bump electrode forming surface and baking it by a method such as screen printing. However, in this case, it is difficult to form the bump electrode with high precision, especially for electronic parts that require a reduction in the size of the bump electrode due to space saving of the mounting substrate. It becomes difficult. As a result, the present inventors have found that there is a possibility that the bump electrodes of the electronic component cannot be reliably connected to the electrode elements of the mounting substrate. As a result of further earnest research, the present inventors have found that the above-described problems can be solved by the following invention, and have completed the present invention.
即ち、本発明は、セラミック電子部品本体のバンプ電極形成面に複数のバンプ電極を形成してセラミック電子部品を得るセラミック電子部品の製造方法において、セラミック電子部品本体のバンプ電極形成面に、第1の金属を含む金属ペーストを印刷により複数箇所に塗布するペースト塗布工程と、バンプ電極形成面の複数箇所に塗布した金属ペースト上に、バンプ電極形成面に対する金属ペーストの焼付け温度よりも高い融点を有する第2の金属からなる金属ボールを搭載するボール搭載工程と、金属ペーストを、第2の金属の融点よりも低い温度で焼付け処理し、バンプ電極を得る焼付け処理工程とを含み、複数のバンプ電極を構成する金属ボールが均一寸法を有し、
第1及び第2の金属がそれぞれ、Au、Ag、Cu、Ni、Sn、Pb、In、Rh、Ptからなる群より選ばれる少なくとも1種で構成されることを特徴とする。
That is, the present invention provides a ceramic electronic component manufacturing method for obtaining a ceramic electronic component by forming a plurality of bump electrodes on a bump electrode forming surface of a ceramic electronic component body. A paste applying step of applying a metal paste containing a metal to a plurality of locations by printing, and having a melting point higher than the baking temperature of the metal paste on the bump electrode forming surface on the metal paste applied to a plurality of locations on the bump electrode forming surface A plurality of bump electrodes including a ball mounting step of mounting a metal ball made of a second metal, and a baking processing step of baking a metal paste at a temperature lower than the melting point of the second metal to obtain a bump electrode. The metal balls that make up have uniform dimensions,
The first and second metals are each composed of at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Ni, Sn, Pb, In, Rh, and Pt.
この製造方法によれば、金属ボールの融点よりも低い温度で金属ペーストを加熱してバンプ電極形成面に対して金属ペーストの焼付け処理を行うと、第1金属と第2金属とが相互拡散して金属ペーストの焼成体中及び金属ボール中にそれぞれ固溶体(合金)が形成される。これにより金属ボールがセラミック電子部品本体のバンプ電極形成面に接合され、バンプ電極形成面上に複数のバンプ電極が形成される。このとき、各金属ペーストの位置に搭載される金属ボールは溶融されないため、金属ボールは実質的に変形せず、金属ペーストの焼付け処理後も均一寸法を有している。また、ボール搭載工程において、金属ペーストに金属ボールが搭載されると、金属ペーストが金属ボールよりも柔らかいため、金属ペーストにおいて金属ボールが搭載される箇所が窪む。そして、その状態で金属ペーストが焼成される。このため、金属ボールの搭載箇所では、金属ボール搭載前の金属ペーストの厚さに比べて金属ペーストの厚さが小さくなる。このため、金属ペーストの印刷精度の影響を十分に小さくすることができる。即ち、金属ペーストの印刷精度が低くても、バンプ電極の高さばらつきを小さくすることが可能となる。その結果、実装基板の電極素子への電気的接続を確実に行うことを可能とするセラミック電子部品を得ることができる。 According to this manufacturing method, when the metal paste is heated at a temperature lower than the melting point of the metal ball and the metal paste is baked on the bump electrode forming surface, the first metal and the second metal are mutually diffused. Thus, solid solutions (alloys) are formed in the fired body of the metal paste and in the metal balls, respectively. As a result, the metal balls are bonded to the bump electrode forming surface of the ceramic electronic component body, and a plurality of bump electrodes are formed on the bump electrode forming surface. At this time, since the metal balls mounted at the positions of the respective metal pastes are not melted, the metal balls are not substantially deformed and have a uniform dimension even after the baking process of the metal paste. Further, in the ball mounting process, when the metal ball is mounted on the metal paste, the metal paste is softer than the metal ball, so that the portion where the metal ball is mounted in the metal paste is depressed. In this state, the metal paste is fired. For this reason, the thickness of the metal paste is smaller at the mounting location of the metal ball than the thickness of the metal paste before mounting the metal ball. For this reason, the influence of the printing accuracy of the metal paste can be sufficiently reduced. That is, even if the printing accuracy of the metal paste is low, it is possible to reduce the height variation of the bump electrodes. As a result, it is possible to obtain a ceramic electronic component that enables reliable electrical connection of the mounting substrate to the electrode element.
更に、金属ボールがその融点よりも低い温度で加熱されるため、セラミック電子部品本体に与えられるダメージを十分に低減することができ、得られるセラミック電子部品の長寿命化を実現できる。 Furthermore, since the metal ball is heated at a temperature lower than its melting point, damage given to the ceramic electronic component body can be sufficiently reduced, and the life of the resulting ceramic electronic component can be increased.
上記製造方法において、金属ボールは、ワイヤカット法又は均一液滴噴霧法で製造されたものであることが好ましい。この場合、金属ボールの寸法精度がより向上する。このため、バンプ電極の高さバラつきをより抑制することができる。従って、実装基板の電極素子への電気的接続をより確実に行うことを可能とするセラミック電子部品を得ることができる。 In the manufacturing method, the metal ball is preferably manufactured by a wire cut method or a uniform droplet spraying method. In this case, the dimensional accuracy of the metal ball is further improved. For this reason, the height variation of the bump electrode can be further suppressed. Accordingly, it is possible to obtain a ceramic electronic component that enables more reliable electrical connection of the mounting substrate to the electrode element.
上記製造方法において、金属ペーストがガラスフリットをさらに含み、焼付け処理工程において、金属ペーストの焼付け温度をガラスフリットの融点以上の温度とすることが好ましい。この場合、バンプ電極形成面に対するバンプ電極の接合強度が増大する。 In the above manufacturing method, it is preferable that the metal paste further includes glass frit, and in the baking treatment step, the baking temperature of the metal paste is set to a temperature equal to or higher than the melting point of the glass frit. In this case, the bonding strength of the bump electrode with respect to the bump electrode forming surface increases.
上記ボール搭載工程において、金属ボールをバンプ電極形成面に向かって押圧してバンプ電極形成面に接触させることが好ましい。この場合、金属ペーストの印刷精度にかかわらず、バンプ電極の高さばらつきをより十分に低減することができる。 In the ball mounting step, it is preferable that the metal ball is pressed toward the bump electrode forming surface and brought into contact with the bump electrode forming surface. In this case, the variation in the height of the bump electrode can be more sufficiently reduced regardless of the printing accuracy of the metal paste.
また本発明は、バンプ電極形成面を有するセラミック電子部品本体と、バンプ電極形成面に形成される複数のバンプ電極とを備えるセラミック電子部品において、複数のバンプ電極のそれぞれが、バンプ電極形成面上に設けられ、第1の金属を含む台座と、台座に搭載され、第2の金属を含む金属ボールとで構成され、複数のバンプ電極を構成する金属ボールが均一寸法を有し、第1及び第2の金属がそれぞれ、Au、Ag、Cu、Ni、Sn、Pb、In、Rh、Ptからなる群より選ばれる少なくとも1種で構成されることを特徴とする。 The present invention also provides a ceramic electronic component comprising a ceramic electronic component body having a bump electrode forming surface and a plurality of bump electrodes formed on the bump electrode forming surface, wherein each of the plurality of bump electrodes is on the bump electrode forming surface. A metal ball including a first metal and a metal ball mounted on the base and including a second metal, and the metal balls constituting the plurality of bump electrodes have uniform dimensions, Each of the second metals is composed of at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Ni, Sn, Pb, In, Rh, and Pt.
このセラミック電子部品によれば、金属ボールの電気抵抗が低いため、CPU等の演算処理速度の高速化に伴う信号電圧の高圧化に十分に対応可能である。また、印加される信号電圧の高周波化に伴い発熱量が増加しても、発熱量増加によるバンプ電極の溶融を十分に防止できる。このため、本発明によれば、実装基板に搭載しても、当該実装基板における回路を長期にわたって正常に機能させることができる。 According to this ceramic electronic component, since the electric resistance of the metal ball is low, it is possible to sufficiently cope with the increase in the signal voltage accompanying the increase in the processing speed of the CPU or the like. In addition, even if the amount of heat generation increases as the applied signal voltage becomes higher in frequency, it is possible to sufficiently prevent the bump electrodes from melting due to the increase in the amount of heat generation. For this reason, according to this invention, even if it mounts on a mounting substrate, the circuit in the said mounting substrate can be functioned normally over a long period of time.
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法によれば、実装基板の電極素子への電気的接続を確実に行うことを可能とし、長寿命化を実現可能とするセラミック電子部品を製造できる。 According to the method for manufacturing a ceramic electronic component according to the present invention, it is possible to manufacture a ceramic electronic component that enables reliable electrical connection to the electrode element of the mounting substrate and realizes a long life.
また、本発明に係るセラミック電子部品によれば、実装基板に搭載しても、当該実装基板における回路を長期にわたって正常に機能させることができる。 Moreover, according to the ceramic electronic component according to the present invention, even when mounted on the mounting board, the circuit on the mounting board can function normally over a long period of time.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or equivalent element, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明のセラミック電子部品の一実施形態を示す概略部分断面図である。図1に示すように、本実施形態のセラミック電子部品10は、平板状のセラミック電子部品本体11を備えており、セラミック電子部品本体11の一面上には、複数のバンプ電極20が設けられている。従って、以下、上記セラミック電子部品本体11の一面を「バンプ電極形成面」10aと称することとする。ここで、セラミック電子部品本体11としては、複数のスルホール電極を有する積層セラミックコンデンサ素子が用いられる。この場合、セラミック電子部品本体11中の各スルホール電極と、セラミック電子部品10の各バンプ電極20とが電気的に接続される。
FIG. 1 is a schematic partial sectional view showing an embodiment of a ceramic electronic component of the present invention. As shown in FIG. 1, the ceramic
バンプ電極20は表面実装用の外部電極端子であり、セラミック電子部品10を、図1に二点鎖線で示した実装基板30に表面実装させた場合に、実装基板30の電極端子32と接触して電極端子32との電気的接続を行うためのものである。各バンプ電極20は、凹部を有する台座24と、台座24の凹部の位置に設けられる金属ボール22とを備えている。詳細に述べると、金属ボール22はバンプ電極形成面10aに接触している。
The
ここで、金属ボール22は、球面からなる表面を有している。即ち金属ボール22においては、表面全体が球面となっている。また複数のバンプ電極20に搭載される金属ボール22は、互いに均一寸法、即ち均一な直径を有する。金属ボール22の直径は、例えば100μmである。更に金属ボール22はCu(第2の金属)で構成されている。
Here, the
台座24は例えば円板状であり、Cu(第1の金属)で構成されている。台座24は、後述する金属ペースト26の焼付け処理により形成されている。即ち、台座24は、金属ペースト26の焼成体で構成されている。
The
このセラミック電子部品10によれば、金属ボール22の電気抵抗が低いため、CPU等の演算処理速度の高速化に伴う信号電圧の高圧化に十分に対応可能である。また、印加される信号電圧の高周波化に伴い発熱量が増加しても、発熱量増加によるバンプ電極20の溶融を十分に防止できる。このため、セラミック電子部品10を実装基板に搭載しても、実装基板における回路を長期にわたって正常に機能させることができる。
According to the ceramic
次に、セラミック電子部品10の製造方法について、図2を参照しつつ説明する。
Next, a method for manufacturing the ceramic
図2は、セラミック電子部品10の一連の製造工程を示す図である。まず、バンプ電極形成面10aを有するセラミック電子部品本体11を用意する。セラミック電子部品本体11は、未だバンプ電極が形成されていない状態のものを指す。このセラミック電子部品本体11のバンプ電極形成面10a上に、公知の印刷法、例えばスクリーン印刷法を用い、図2(a)に示すように、金属ペースト26を複数箇所に塗布する(ペースト塗布工程)。
FIG. 2 is a diagram showing a series of manufacturing steps of the ceramic
ここで、金属ペースト26はCu(第1の金属)を含んでいる。金属ペースト26は通常、Cuのほか、樹脂、ガラスフリット及び溶剤を更に含む。樹脂としては、例えばエチルセルロース、アクリル系樹脂などが用いられる。溶剤としては通常、有機溶剤が用いられ、このような有機溶剤は、樹脂を溶解可能な溶剤であれば特に限定されないが、例えばターピオネール、ブチルカルビトールなどで構成される。
Here, the
ガラスフリットは、特に限定されるものではないが、ガラスフリットとしては、還元性または中性雰囲気中で焼成するため、このような雰囲気中でもガラスとして機能するものであればよい。例えば、ケイ酸ガラス(SiO2 :20〜80wt%、Na2O:80〜20wt%)、ホウケイ酸ガラス(B2O3 :5〜50wt%、SiO2 :5〜70wt%、PbO:1〜10wt%、K2O:1〜15wt%)、アルミナケイ酸ガラス(Al2O3 :1〜30wt%、SiO2 :10〜60wt%、Na2O:5〜15wt%、CaO:1〜20wt%、B2O3 :5〜30wt%)から選択されるガラスフリットの、1種または2種以上を用いればよい。
これに必要に応じて、CaO:0.01〜50wt%,SrO:0.01〜70wt%,BaO:0.01〜50wt%,MgO:0.01〜5wt%,ZnO:0.01〜70wt%,PbO:0.01〜5wt%,Na2O:0.01〜10wt%,K2 O:0.01〜10wt%,MnO2 :0.01〜20wt%等の添加物を所定の組成比となるように混合して用いればよい。またこれらは総計で50wt%以下添加してもよい。
The glass frit is not particularly limited, but the glass frit may be any glass frit as long as it functions as glass even in such an atmosphere since it is fired in a reducing or neutral atmosphere. For example, silicate glass (SiO 2 : 20 to 80 wt%, Na 2 O: 80 to 20 wt%), borosilicate glass (B 2 O 3 : 5 to 50 wt%, SiO 2 : 5 to 70 wt%, PbO: 1 to 1 10wt%, K 2 O: 1~15wt %), alumina silicate glass (Al 2 O 3: 1~30wt% , SiO 2: 10~60wt%, Na 2 O: 5~15wt%, CaO: 1~20wt %, B 2 O 3 : 5 to 30 wt%), or one or more glass frit selected from them may be used.
If necessary, CaO: 0.01-50 wt%, SrO: 0.01-70 wt%, BaO: 0.01-50 wt%, MgO: 0.01-5 wt%, ZnO: 0.01-70 wt% %, PbO: 0.01 to 5 wt%, Na 2 O: 0.01 to 10 wt%, K 2 O: 0.01 to 10 wt%, MnO 2 : 0.01 to 20 wt%, etc. What is necessary is just to mix and use so that it may become ratio. These may be added in a total amount of 50 wt% or less.
ガラスフリットの平均粒径としては、好ましくは0.01〜30μm 程度が好ましい。
ガラスフリットの平均粒径が前記範囲より小さいと、ガラスフリットの凝集が激しくなり、導電材であるCuの局所的な焼結効果をもたらす要因となることがある。平均粒径が前記範囲より大きいと、ガラスフリットの分散が悪くなり、金属の固溶が抑制されると共に、接着性が低下してくる。
The average particle size of the glass frit is preferably about 0.01 to 30 μm.
When the average particle size of the glass frit is smaller than the above range, the glass frit is agglomerated and may cause a local sintering effect of Cu as a conductive material. When the average particle size is larger than the above range, the dispersion of the glass frit is deteriorated, the solid solution of the metal is suppressed, and the adhesiveness is lowered.
バンプ電極形成面10a上に塗布した後の金属ペースト26の形状は、特に限定されないが、通常は円板状である。但し、この形状は、四角形であっても三角形であっても構わない。バンプ電極形成面10a上に塗布した後の金属ペースト26の厚さは、特に限定されないが、金属ボール22の直径の10%〜50%の割合であることが好ましい。10%未満では、金属ボール22と台座24との接合強度が低下する傾向があり、50%を超えると、上記範囲内にある場合に比べて、バンプ電極20の高さバラつきが大きくなる傾向がある。
Although the shape of the
次に、図2(b)に示すように、各金属ペースト26上に、金属ボール22を搭載する(ボール搭載工程)。ここで、金属ボール22としては、表面全体が球面となっており且つCu(第2の金属)から構成されるものを用いる。これは、金属ボール22の表面の一部が例えば平坦面になっていると、金属ボール22の搭載に際して、姿勢を考慮しなければならず極めて不便であること、及び金属ボール22の搭載姿勢がばらつくと、得られるバンプ電極20において高さばらつきが生じることによるものである。また金属ボール22は均一寸法、即ち均一の直径を有するようにする。
Next, as shown in FIG. 2B,
金属ペースト26に対する金属ボール22の搭載方法としては、例えば、図3に示した方法を用いることができる。この方法では、平板状のメタルマスク40を用いる。メタルマスク40には、上記金属ペースト26の位置に対応するように金属ボール22を通過させることが可能な貫通孔40aが複数設けられている。そして、このメタルマスク40を、バンプ電極形成面10aと平行になるように配置し、メタルマスク40上に多数の金属ボール22を載せ、スキージ42を用いて各貫通孔40a内に金属ボール22を落とし込む。具体的には、スキージ42をメタルマスク40の表面上で一定方向に移動させることにより、各貫通孔40a内に金属ボール22を落とし込む。
As a method for mounting the
ここで、各貫通孔40aは、金属ボール22の直径と同一であることが好ましい。この場合、金属ボール22を、金属ペースト26上の所望の位置に確実に搭載させることが可能となり、得られるバンプ電極20と実装基板30の電極素子32とをより確実に接続させることができる。こうして、貫通孔40aの対応位置にある金属ペースト26のそれぞれの位置に金属ボール22が搭載される。
Here, each through
なお、上記のメタルマスク40を用いた方法で金属ペースト26に金属ボール22を搭載すると、貫通孔40a内に落とし込まれた金属ボール22は、他の金属ボール22に押圧される。このため、金属ボール22は、金属ペースト26を窪ませ、やがてバンプ電極形成面10aに直接接触するようになる。
When the
上記のようにして金属ペースト26上に金属ボール22を搭載した後、金属ペースト26を加熱し、バンプ電極形成面10aに対して金属ペースト26を焼付け処理する(焼付け処理工程)。このとき、金属ボール22の融点は1084.5℃であり、金属ペースト26の焼付け処理は、金属ボール22の融点より低い温度で行う。ここで、金属ペースト26の焼付け温度は、金属ペースト26の組成によっても異なるため一概には言えないが、通常は700〜900℃である。これにより、金属ペースト26中の樹脂は分解され、溶剤は蒸発してなくなり、金属及びガラスフリットが残る。こうして金属ペースト26はバンプ電極形成面10aに焼き付けられて台座24となり、台座24と金属ボール22とからなる複数のバンプ電極20がバンプ電極形成面10a上に形成される。こうして、セラミック電子部品10の作製が完了する。
After mounting the
以上の製造方法によれば、金属ボール22の融点よりも低い温度で金属ペースト26を加熱しバンプ電極形成面10aに対して金属ペースト26の焼付け処理を行うと、金属ペースト26中の金属と、金属ボール22を構成する金属とが相互拡散して台座24中、及び金属ボール22中にそれぞれ固溶体(合金)が形成され、これにより金属ボール22がセラミック電子部品本体11のバンプ電極形成面10aに接合され、バンプ電極形成面10a上に複数のバンプ電極20が形成される。
According to the above manufacturing method, when the
このとき、各金属ペースト26の位置に搭載される金属ボール22は溶融されないため、金属ボール22は実質的に変形せず、金属ペースト26の焼付け処理後も均一寸法を有している。即ち、バンプ電極20の高さはいずれも金属ボール22の高さH1と同一となる(図1参照)。
At this time, since the
また、金属ペースト26に金属ボール22が搭載されると、金属ペースト26が金属ボール22よりも柔らかいため、金属ペースト26において金属ボール22が搭載される箇所が窪む。特に、メタルマスク40を用いて金属ボール22を金属ペースト26に搭載させると、金属ボール22は、メタルマスク40の貫通孔に落とし込まれた後、他の金属ボールによって押圧され、やがてバンプ電極形成面10aに接触する。即ち、金属ボール22の搭載箇所では金属ペースト26の厚さがゼロとなる。そして、この状態で金属ペースト26が焼成される。このため、金属ペースト26の印刷精度の影響を考慮する必要がなくなる。即ち、金属ペースト26の印刷精度が低くても、複数のバンプ電極20の間(すなわち、バンプ電極20Aとバンプ電極20Bとの間)における高さバラツキを小さくすることが可能となる。その結果、実装基板30の電極素子32への電気的接続を確実に行うことを可能とするセラミック電子部品10を製造できる。
Further, when the
更に、金属ボール22がその融点よりも低い温度で加熱されるため、セラミック電子部品本体11に与えられるダメージを十分に低減することができ、得られるセラミック電子部品10の長寿命化を実現できる。
Furthermore, since the
更にまた、金属ボール22を構成する金属と金属ペースト26に含まれる金属とがいずれもCuであり、金属ボール22と金属ペースト26(すなわち、台座24)との界面において金属拡散がおこりやすくなっている。このように金属ボール22に含まれる金属と金属ペースト26に含まれる金属とを一致させて、金属拡散を生じさせると、金属ボール22と台座24との間における結合強度を強化することができる。
Furthermore, the metal constituting the
なお、バンプ電極形成面10aに対する金属ペースト26の焼付け温度は、金属ペースト26中のガラスフリットの融点以上とすることが好ましい。この場合、上記焼付け温度をガラスフリットの融点未満とする場合に比べて、得られるバンプ電極20のバンプ電極形成面10aへの接合強度を増大させることができるという利点がある。ガラスフリットの融点は、ガラスフリットを構成するガラスの種類によって異なるため一概には言えないが、例えばガラスフリットの主成分が酸化バリウムで構成される場合には、約500℃である。
The baking temperature of the
次に、本発明に係るセラミック電子部品の第2実施形態について図4を用いて説明する。図4は、本発明に係るセラミック電子部品の第2実施形態を示す部分概略断面図である。 Next, a second embodiment of the ceramic electronic component according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view showing a second embodiment of the ceramic electronic component according to the present invention.
図4に示すように、本実施形態のセラミック電子部品10Aは、バンプ電極の構成の点で、セラミック電子部品10と相違している。すなわち、セラミック電子部品10Aのバンプ電極21では、金属ボール22とバンプ電極形成面10aとの間に円板状の台座24が介在しており、金属ボール22とバンプ電極形成面10aとが接触していない。
As shown in FIG. 4, the ceramic
このセラミック電子部品10Aは、上述したセラミック電子部品10と同様の製造方法によって作製することができる。
The ceramic
なお、金属ボール22がバンプ電極形成面10aに接するようにするか否か、又は金属ボール22とバンプ電極形成面10aとの離間距離の程度は、金属ペースト26の粘度やメタルマスク40の厚さ、メタルマスク40の上に載せる金属ボール22の数等を調整することによって調整可能である。
Whether or not the
このセラミック電子部品10Aにおいても、金属ペースト26の焼付処理の際に金属ボール22の変形は実質的に生じず、その焼付処理の前後で金属ボール22の高さ寸法(すなわち、金属ボール22の直径)H1は実質的に変化しない。そのため、バンプ電極21の高さHのうち、金属ボール22の高さH1については、バンプ電極21とも均一となっている。
Also in this ceramic
また、金属ペースト26に金属ボール22が搭載されると、金属ペースト26が金属ボール22よりも柔らかいため、金属ペースト26において金属ボール22が搭載される箇所が窪む。そして、その状態で金属ペースト26が焼成される。このため、金属ボール22の搭載箇所では、金属ボール搭載前の金属ペースト26の厚さに比べて金属ペースト26の厚さが小さくなる。このため、金属ペースト26の印刷精度の影響を十分に小さくすることができる。即ち、電極形成面10aに塗布された金属ペースト26の厚さ(台座24における窪みの底の高さに対応する厚さ)H2が均一でなくとも、バンプ電極20の高さばらつきを十分に小さくすることが可能となる。つまり、この製造方法によって作製されたセラミック電子部品10Aにおいても、バンプ電極形成面10aに形成された複数のバンプ電極21の間(すなわち、バンプ電極21Aとバンプ電極21Bとの間)における高さバラツキを十分に小さくすることができる。その結果、実装基板30の電極素子32への電気的接続を確実に行うことを可能とするセラミック電子部品10Aを製造できる。ただし、金属ボール22がバンプ電極形成面10aに直接接している方が、より効果的にバンプ電極間の高さバラツキを十分に小さくすることができる。
Further, when the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、セラミック電子部品本体11は、積層セラミックコンデンサ素子に限らず、例えば、インダクタ素子、バリスタ素子等であってもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, the ceramic
また、金属ボール22を構成する金属は、Cuに限らず、Au、Ag、Ni、Sn、Pb、In、Rh、Pt又はこれらの合金であってもよい。ただし、金属ペーストの焼付温度の選択幅を広くする観点からは、できるかぎり高融点のもの、例えばRhが好ましい。さらに、金属ペーストに含まれる金属も、Cuに限らず、Au、Ag、Ni、Sn、Pb、In、Rh、Pt又はこれらの合金であってもよい。ただし、これらのうち、できるかぎり低抵抗のもの、例えばAgが好ましい。
The metal constituting the
以下、本発明の内容を、実施例及び比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, although the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
まず金属ボールとしてCuボールを用意した。Cuボールは、均一液滴噴霧法(UDS法)で製造し、100μm径(公差<±5μm)のものとした。
Example 1
First, Cu balls were prepared as metal balls. The Cu balls were manufactured by a uniform droplet spraying method (UDS method) and had a diameter of 100 μm (tolerance <± 5 μm).
一方、金属ペーストとしてCuペーストを用意した。CuペーストはCu粒子、エチルセルロース、ターピネオール、ガラスフリットで構成され、それぞれの組成は80質量%、8質量%、7質量%、5質量%とした。他方、セラミック電子部品本体として、バンプ電極が形成されていない平板状の積層セラミックコンデンサ素子を用意した。積層セラミックコンデンサ素子としては、縦10mm、横10mm、厚さ1mmの寸法を有し、複数のスルホール電極の両端面が露出した構造を有するものを用いた。 On the other hand, Cu paste was prepared as a metal paste. The Cu paste was composed of Cu particles, ethyl cellulose, terpineol, and glass frit, and the respective compositions were 80% by mass, 8% by mass, 7% by mass, and 5% by mass. On the other hand, a flat laminated ceramic capacitor element in which no bump electrode was formed was prepared as a ceramic electronic component body. As the multilayer ceramic capacitor element, one having dimensions of 10 mm in length, 10 mm in width, and 1 mm in thickness and having a structure in which both end faces of a plurality of through-hole electrodes are exposed was used.
そして、積層セラミックコンデンサ素子のスルホール電極の端面が露出した面をバンプ電極形成面とし、その上に、上記金属ペーストをスクリーン印刷により塗布した。具体的に、スクリーン印刷は、メッシュ#200及び乳剤厚20μmの製版を用い、速度100mm/s、印圧1kPa、ギャップ0.5mmの条件下で行い、金属ペーストが、直径0.1mm、厚さ20μmとなるように塗布した。 And the surface where the end surface of the through-hole electrode of the multilayer ceramic capacitor element was exposed was used as a bump electrode forming surface, and the metal paste was applied thereon by screen printing. Specifically, screen printing is performed using mesh # 200 and a plate making with an emulsion thickness of 20 μm under the conditions of a speed of 100 mm / s, a printing pressure of 1 kPa, and a gap of 0.5 mm. The metal paste has a diameter of 0.1 mm and a thickness of It apply | coated so that it might become 20 micrometers.
続いて、上記のようにして用意した金属ボールを搭載した。具体的には、以下のようにして各金属ペーストの位置に金属ボールを搭載した。すなわち、まず直径150μmの貫通孔が400μmピッチで配列された厚さ100μmの平板状のメタルマスクを用意した。そして、このメタルマスクを、積層セラミックコンデンサ素子に対して平行に配置し、各貫通孔が各金属ペーストに対向するように位置合せを行った。そして、メタルマスクの表面上に、多数の金属ボールを載せ、平板状のスキージをメタルマスク上に立て、一定方向に移動させて、各貫通孔内に金属ボールを落とし込んだ。こうして金属ボールを、各貫通孔に貫通させ、各金属ペースト上に金属ボールを搭載した。このとき、金属ボールは、バンプ電極形成面に接触させた。 Subsequently, the metal balls prepared as described above were mounted. Specifically, metal balls were mounted at the positions of the metal pastes as follows. That is, first, a flat metal mask having a thickness of 100 μm in which through holes having a diameter of 150 μm were arranged at a pitch of 400 μm was prepared. And this metal mask was arrange | positioned in parallel with respect to the multilayer ceramic capacitor element, and it aligned so that each through-hole might oppose each metal paste. A large number of metal balls were placed on the surface of the metal mask, a flat squeegee was placed on the metal mask and moved in a certain direction, and the metal balls were dropped into each through hole. In this way, the metal ball was passed through each through hole, and the metal ball was mounted on each metal paste. At this time, the metal ball was brought into contact with the bump electrode formation surface.
次に、金属ペーストを、150℃で5分間だけ乾燥させた後、窒素雰囲気中、800℃で60分間加熱し、金属ペーストのバンプ電極形成面への焼付処理を行った。こうしてバンプ電極形成面上に複数のバンプ電極を形成し、セラミック電子部品としての積層セラミックコンデンサを得た。 Next, the metal paste was dried at 150 ° C. for only 5 minutes, and then heated in a nitrogen atmosphere at 800 ° C. for 60 minutes to perform baking treatment of the metal paste on the bump electrode formation surface. In this way, a plurality of bump electrodes were formed on the bump electrode forming surface to obtain a multilayer ceramic capacitor as a ceramic electronic component.
(比較例1)
金属ペースト及び金属ボールを用いてバンプ電極を形成する代わりに、金属ペーストのみを用いてバンプ電極を形成したこと以外は実施例1と同様にしてセラミック電子部品としての積層セラミックコンデンサを得た。このとき、バンプ電極の形成は、メッシュ#250及び乳剤厚10μmの製版を用い、速度100mm/s、印圧1kPa、ギャップ1mmの条件下でスクリーン印刷した後、その金属ペーストを焼付処理することにより行った。
(Comparative Example 1)
A multilayer ceramic capacitor as a ceramic electronic component was obtained in the same manner as in Example 1 except that the bump electrode was formed using only the metal paste instead of forming the bump electrode using the metal paste and the metal ball. At this time, the bump electrode is formed by screen-printing under conditions of a speed of 100 mm / s, a printing pressure of 1 kPa, and a gap of 1 mm using a mesh # 250 and a plate making with an emulsion thickness of 10 μm, and baking the metal paste went.
上記実施例1及び比較例1の積層セラミックコンデンサのそれぞれについて、レーザー顕微鏡(λ=440μm)を用いて、バンプ電極の高さ測定を行った。その結果を図5のグラフ及び下記表1に示す。なお、実施例1については50個のバンプ電極を測定し、比較例1については161個のバンプ電極を測定した。ここで、図5のグラフの縦軸はバラツキ率、横軸は測定番号(測定したバンプ電極に対応する番号)を示しており、記号「●」は実施例1に係るデータを、記号「□」は比較例1に係るデータを示している。また、表1は、実施例1及び比較例1のそれぞれについて、「高さ」、「バラツキ量」、「バラツキ率」について最大値、最小値、平均値、標準偏差をまとめたものである。なお、「バラツキ量」とは、バンプ高さの平均値に対するバラツキ量であり、バラツキ量の最大値とは、高さの平均値と最大値との差の絶対値、及び高さの平均値と最小値との差の絶対値のうち、大きい方の絶対値である。「バラツキ率」とは、バラツキ量を高さの平均値で割った値である。
図5のグラフ及び表1に示すように、実施例1の方が、比較例1に比べて、バラツキ量、バラツキ率及び標準偏差が十分に小さくなっている。このことから、比較例1におけるバンプ電極の高さバラツキに比べて、実施例1におけるバンプ電極の高さバラツキのほうが明らかに小さくなっていることがわかる。つまり、実施例1及び比較例1の結果より、金属ペーストを印刷により塗布すると共に金属ボールを用いてバンプ電極を形成するセラミック電子部品の製造方法は、金属ペーストのみを用いてバンプ電極を形成するセラミック電子部品の製造方法に比べて、バンプ電極の高さバラツキを十分に抑制でき、実装基板の電極素子への電気的接続を確実に行うことができることが確認された。 As shown in the graph of FIG. 5 and Table 1, the amount of variation, the variation rate, and the standard deviation of Example 1 are sufficiently smaller than those of Comparative Example 1. From this, it can be seen that the height variation of the bump electrode in Example 1 is clearly smaller than the height variation of the bump electrode in Comparative Example 1. That is, based on the results of Example 1 and Comparative Example 1, the method of manufacturing a ceramic electronic component in which the metal paste is applied by printing and the bump electrode is formed using the metal ball forms the bump electrode using only the metal paste. Compared with the method for manufacturing a ceramic electronic component, it was confirmed that the variation in the height of the bump electrode can be sufficiently suppressed and the electrical connection of the mounting substrate to the electrode element can be reliably performed.
また実施例1では、金属ボールの融点よりも低い温度で金属ペーストの焼付け処理が行われているため、セラミック電子部品本体としての積層セラミックコンデンサ素子に与えるダメージを小さくでき、セラミック電子部品の長寿命化が実現可能となることも考えられる。 In Example 1, since the metal paste is baked at a temperature lower than the melting point of the metal ball, damage to the multilayer ceramic capacitor element as the ceramic electronic component body can be reduced, and the ceramic electronic component has a long service life. It may be possible to make it possible.
10,10A…セラミック電子部品、10a…バンプ電極形成面、20,20A,20B,21,21A,22B…バンプ電極、22…金属ボール、24…台座、26…金属ペースト、30…実装基板。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記セラミック電子部品本体の前記バンプ電極形成面に、第1の金属を含む金属ペーストを、印刷により複数箇所に塗布するペースト塗布工程と、
前記バンプ電極形成面の複数箇所に塗布した前記金属ペースト上に、前記バンプ電極形成面に対する前記金属ペーストの焼付け温度よりも高い融点を有する第2の金属からなる金属ボールを搭載するボール搭載工程と、
前記金属ペーストを、前記第2の金属の融点よりも低い温度で焼付け処理し、前記バンプ電極を得る焼付け処理工程と、
を含み、
前記複数のバンプ電極を構成する前記金属ボールが均一寸法を有し、
前記第1及び第2の金属がそれぞれ、Au、Ag、Cu、Ni、Sn、Pb、In、Rh、Ptからなる群より選ばれる少なくとも1種で構成されること、
を特徴とするセラミック電子部品の製造方法。 In a method for manufacturing a ceramic electronic component in which a ceramic electronic component is obtained by forming a plurality of bump electrodes on a bump electrode forming surface of a ceramic electronic component main body,
A paste application step of applying a metal paste containing a first metal to a plurality of locations by printing on the bump electrode forming surface of the ceramic electronic component body;
A ball mounting step of mounting a metal ball made of a second metal having a melting point higher than the baking temperature of the metal paste on the bump electrode forming surface on the metal paste applied to a plurality of locations on the bump electrode forming surface; ,
Baking process of obtaining the bump electrode by baking the metal paste at a temperature lower than the melting point of the second metal;
Including
The metal balls constituting the plurality of bump electrodes have uniform dimensions;
Each of the first and second metals is composed of at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Ni, Sn, Pb, In, Rh, and Pt;
A method of manufacturing a ceramic electronic component characterized by
前記バンプ電極形成面上に設けられる複数のバンプ電極とを備えるセラミック電子部品において、
前記複数のバンプ電極のそれぞれが、
前記バンプ電極形成面上に設けられ、第1の金属を含む台座と、
前記台座に搭載され、第2の金属を含む金属ボールと、
で構成され、
前記複数のバンプ電極を構成する前記金属ボールが均一寸法を有し、
前記第1及び第2の金属がそれぞれ、Au、Ag、Cu、Ni、Sn、Pb、In、Rh、Ptからなる群より選ばれる少なくとも1種で構成されること、
を特徴とするセラミック電子部品。 A ceramic electronic component body having a bump electrode forming surface;
In a ceramic electronic component comprising a plurality of bump electrodes provided on the bump electrode formation surface,
Each of the plurality of bump electrodes is
A pedestal provided on the bump electrode forming surface and including a first metal;
A metal ball mounted on the pedestal and containing a second metal;
Consists of
The metal balls constituting the plurality of bump electrodes have uniform dimensions;
Each of the first and second metals is composed of at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Ni, Sn, Pb, In, Rh, and Pt;
Ceramic electronic parts characterized by
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- 2006-02-17 JP JP2006041388A patent/JP2007220997A/en active Pending
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