JP2010114341A - セラミックス電子部品とこれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックス電子部品の周波数特性の劣化を抑制すること。
【解決手段】本発明のセラミックス電子部品８は、セラミックスからなる複数の誘電体層９を積層して形成された誘電体１０と、複数の誘電体層９間に形成された内部電極１１と、誘電体１０の外面に形成された外部電極１２と、外部電極１２の外面に形成されたメッキ１３と、外部電極１２と誘電体１０との界面、若しくは内部電極１１と誘電体層との界面に形成された樹脂１４を備え、この樹脂１４は、フッ素系の官能基を有することを特徴とする。上記構成により、メッキ液浸漬工程において、外部電極１２と誘電体１０との界面、若しくは、内部電極１１と誘電体層９との界面にメッキ液が浸入することを抑制できる。即ち、これらの界面へのメッキ液浸入によりセラミックス電子部品８の周波数特性が劣化することを抑制することができるのである。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器に用いられるセラミックス電子部品とこれを用いた電子機器に関する。

従来から、携帯通信用や近距離無線通信用の高周波モジュールにセラミックス電子部品が搭載されている。図３に従来のセラミックス電子部品の構成を示す。

図３において、従来のセラミックス電子部品１は、セラミックスからなる複数の誘電体層１ａを積層して形成された誘電体と、複数の誘電体層１ａ間に形成された内部電極２と、誘電体の外面に形成された外部電極３とを備える。

なお、この出願に関する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平９−２０５００５号公報

このようなセラミックス電子部品１の外部電極３の半田喰われ（電極材の半田への溶出）を防止する為に、外部電極３の表面にＮｉ、Ｓｎ等のメッキ（図示せず）を形成する場合、メッキ液浸漬工程において、外部電極３と誘電体との界面、若しくは、内部電極２と誘電体との界面にメッキ液が浸入するという課題が生じる。これは、メッキ液浸漬工程の前の誘電体焼成工程において、外部電極３と誘電体との熱膨張係数の差異、若しくは内部電極２と誘電体との熱膨張係数の差異からこれらの界面に空隙が生じるからである。このメッキ液浸漬工程の上記界面へのメッキ液の浸入により、セラミックス電子部品１の周波数特性が劣化するという問題があった。

そこで本発明は、セラミックス電子部品の周波数特性の劣化を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のセラミックス電子部品は、セラミックスからなる複数の誘電体層を積層して形成された誘電体と、複数の誘電体層間に形成された内部電極と、内部電極に電気的に接続されると共に誘電体の外面に形成された外部電極と、外部電極の外面に形成されたメッキと、外部電極と誘電体との界面、若しくは内部電極と誘電体層との界面に形成された樹脂を備え、この樹脂は、フッ素系の官能基を有することを特徴とする。

このように、セラミックス電子部品の外部電極と誘電体との界面、若しくは内部電極と誘電体層との界面の空隙を、フッ素による撥水性を有する樹脂で埋めることにより、メッキ液浸漬工程において、外部電極と誘電体との界面、若しくは、内部電極と誘電体との界面にメッキ液が浸入することを抑制できる。即ち、これらの界面へのメッキ液浸入によりセラミックス電子部品の周波数特性が劣化することを抑制することができるのである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１のセラミックス電子部品について、図面を用いて説明する。図１は、実施の形態１のセラミックス電子部品の断面模式図である。

図１において、セラミックス電子部品８は、セラミックスからなる複数の誘電体層９を積層して形成された誘電体１０と、複数の誘電体層９間に形成された内部電極１１と、誘電体１０の外面に形成された外部電極１２と、外部電極１２の外面に形成されたメッキ１３と、外部電極１２と誘電体１０との界面、若しくは内部電極１１と誘電体層９との界面に配置された樹脂１４とを備える。

尚、このセラミックス電子部品８を搭載した電子機器（図示せず）は、外部電極１２に接続されて復調機能やデコード機能等を有する半導体集積回路（図示せず）と、この半導体集積回路に接続されたスピーカ、液晶画面等の再生部（図示せず）を備える。

誘電体１０は、ガラスセラミックスなど１０００℃までの低温で焼結できる材質から成るが、ガラスセラミックス以外のセラミックス材料でも構わない。ガラスセラミックスは、低温で焼結が可能で、内部電極１１としてＡｇやＣｕなどの高周波特性の優れた金属を用いることができるという長所がある。また、ビアや配線パターンなどの内部電極１１により、共振器、コンデンサ、インダクタなどの機能部品が誘電体１０の内部に三次元的に構成される。さらに、この機能部品は、外部電極１２により外部に接続される。この誘電体１０は、一般的に、均一な組成のものを用いるが、一部の層に他の層より誘電率の高いものや透磁率の大きいものを用いても良い。

外部電極１２は、半田を用いてマザーボード（図示せず）に電気的に接続される。この外部電極１２の材料として、例えば、ＡｇやＣｕといった低抵抗導体を用いる。外部電極１２がＡｇやＣｕの場合、外部電極１２の半田喰われ（電極材の半田への溶出）を防止するために、外部電極１２の表面にメッキ１３が形成される。

このメッキ１３は、例えば、外部電極１２の外面に半田喰われ防止の為に形成されたＮｉ層と、このＮｉ層の外面に半田濡れ性向上の為に形成されたＡｕ層、又はＳｎ層を有する。また、メッキ１３は、Ｎｉ層とＡｕ層との間にＮｉ層とＡｕ層の界面密着性を向上させる為に形成されたＰｄ層を有しても良い。

樹脂１４は、例えば、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、フェノール系樹脂、アミド系樹脂、又は水ガラスを主成分とし、フッ素系の官能基を有することを特徴とする。このフッ素系の官能基により、樹脂１４の表面自由エネルギーが低下し、樹脂１４の撥水性を向上させることができる。その結果、メッキ液浸漬工程において外部電極１２と誘電体１０との界面、若しくは内部電極１１と誘電体層９との界面にメッキ液が浸入することを抑制する。即ち、誘電体１０と外部電極１２の界面、若しくは誘電体層９と外部電極１２の界面近傍では、誘電体層９と電極１１・１２との焼成収縮挙動の違いや熱膨張係数の差異から生じる残留応力が内在する為、樹脂１４がなければ、誘電体１０と外部電極１２の界面若しくは誘電体層９と内部電極１１の界面近傍がメッキ液に侵食され、フィルタ通過帯域が大きくシフトし、所定のフィルタ特性が得られなくなってしまう。そこで、外部電極１２と誘電体１０との界面、若しくは内部電極１１と誘電体層９との界面にフッ素系の官能基を有する樹脂１４を形成することにより、外部電極１２と誘電体１０の界面、若しくは内部電極１１と誘電体層９の界面の密着性を良好に保つことができ、メッキ液浸漬工程におけるメッキ液の進入から生じるフィルタ特性の悪化を防止することができるのである。即ち、これらの界面へのメッキ液浸入によりセラミックス電子部品の周波数特性が劣化することを抑制することができるのである。

尚、セラミックス電子部品８は、樹脂１４の代わりに、フッ素系の官能基を有するシランカップリング剤が外部電極１２と誘電体１０との界面、若しくは内部電極１１と誘電体層９との界面に形成されていても良い。このフッ素系の官能基により、シランカップリング剤の表面自由エネルギーが低下し、シランカップリング剤の撥水性を向上させることができる。その結果、メッキ液浸漬工程において外部電極１２と誘電体１０との界面、若しくは内部電極１１と誘電体層９との界面にメッキ液が浸入することを抑制する。

以下、本実施の形態１のセラミックス電子部品８の製造方法について説明する。

誘電体層９を構成する第１成分であるガラスセラミックス作製の原料として、高純度（９９重量％）のＢａＣＯ₃、Ｎｄ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂を用いる。ガラスセラミックスの組成をｘＢａＯ−ｙＮｄ₂Ｏ₃−ｚＴｉＯ₂で（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、ｘ、ｙ、ｚは各々モル比）で表した場合、１３≦ｘ≦１７、１３≦ｙ≦１７、６８≦ｚ≦７２の組成範囲であることが好ましい。なお、ここでは希土類としてＮｄ₂Ｏ₃を使用したが、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｓｍ₂Ｏ₃等、他の希土類酸化物を使用してもよい。またＮｄの一部を他の希土類元素で置換することも可能である。上記粉末と純水とを、ボールミル中で１８時間混合後、スラリーを乾燥し、アルミナ坩堝中、１２００〜１４００℃で２時間仮焼した。この仮焼粉末を解砕した後、ボールミルで粉砕、乾燥させ、第１成分の粉末とした。

次に第２成分として上記仮焼粉末に添加する助剤成分について述べる。上記仮焼粉末に、ガラスおよび酸化物の焼結助剤粉末を添加、混合することで、１０００℃以下の低温域で焼結可能なガラスセラミックス粉末を得た。添加したガラス粉末は、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＲＯ−Ｌａ₂Ｏ₃系ガラス（Ｒはアルカリ土類金属）であり、ＳｉＯ₂が３３〜４６重量％、Ｂ₂Ｏ₃が２〜８重量％、ＲＯ（特にはＢａＯ）が２０〜４０重量％、Ｌａ₂Ｏ₃が８〜１２重量％の組成であることが好ましい。上記以外にＡｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、アルカリ金属酸化物等を含有してもよい。なお、ここでは一例として上記ガラス組成系を示したが、これ以外の組成系のガラス粉末であっても、類似の効果が得られるものであれば使用可能である。

上記第１成分、第２成分よりなる混合粉砕粉末にポリビニルブチラールやアクリル樹脂等のバインダ、ジブチルフタレート等の可塑剤、および有機溶剤を加えて、混合、分散してスラリーとし、ドクターブレード法やダイコーティング法等によりＰＥＴフィルム等のベースフィルム上に前記スラリーを塗布することで誘電体層９となるセラミックスグリーンシートを作製した。上記セラミックスグリーンシート上にＡｇペーストをスクリーン印刷して所望の電極パターンを形成し、これらを所望枚数積層、熱圧着することで内層もしくは表層に内部電極１１となる電極パターンを有するグリーンシート積層体を得た。この積層体を切断により個片化し、これを９００〜９４０℃で焼成することによって、寸法が横２．０ｍｍ、縦１．２５ｍｍ、厚み０．８ｍｍのセラミックス積層体を作製した。この両端部にローラー転写等の手法を用いて、Ａｇペーストを塗布し、更に８５０〜９２０℃で焼成することにより、外部電極１２を形成し、セラミックス積層部品を得た。

次に、上記セラミックス積層部品を真空チャンバに入れて、セラミックス積層部品内部に存在する気泡を除去し、その後、フッ素系の官能基を有するオクタメチルシクロテトラシロキサンを含有したシリコン系樹脂からなる含浸剤に浸した。そして、大気圧から適度な圧力まで加圧し、セラミックス積層部品の隙間にこの樹脂からなる含浸剤を充填し、含浸後、１５０度から２５０度の温度でこのセラミックス積層部品内部の含浸剤を硬化させ、この後に、セラミックス積層部品の表面に残った含浸剤を水洗乾燥、研磨等により除去した。

このセラミックス積層部品を、バレルメッキ槽にダミーボールと一緒に入れ、所定の前処理を行うことにより、脱脂、酸活性を行った。そして、これをＮｉメッキ浴に浸し、電解メッキによって外部電極１２の外面にＮｉメッキを形成、その後、Ｓｎメッキ浴に浸し、電解メッキによってＮｉメッキの外面にＳｎメッキを形成し、最後に、Ｓｎの酸化を防止するため、第三りん酸Ｎａによって酸化防止処理を行い、図１に示すセラミックス電子部品８を得た。

（実施の形態２）
次に、図２を用いて、実施の形態２のセラミックス電子部品１５について説明する。図２は、実施の形態１におけるセラミックス電子部品１５の拡大断面模式図である。特に説明しない限り、実施の形態２のセラミックス電子部品１５の構成は、実施の形態１のセラミックス電子部品８の構成と同様である。

図２に示す様に、内部電極１１の端部と誘電体層９同士の界面との間には、内部電極１１の厚みによって非常に大きな空隙１６が生じやすい。これにより、セラミックス電子部品８に亀裂が入りやすくなるという深刻な問題があった。そこで、この空隙１６にもセラミックスからなる誘電体層９より弾性率の小さい、即ち誘電体層９よりやわらかい樹脂１４を形成することにより、セラミックス電子部品８に亀裂が入ることを抑制することができる。この場合、樹脂１４は、セラミックスからなる誘電体層９より弾性率の小さい樹脂であれば、何でも構わない。例えば、樹脂１４として、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、フェノール系樹脂、又はアミド系樹脂が挙げられる。

尚、上記製造工程におけるセラミックス積層部品に対する樹脂の含浸工程において、大気圧の１０倍以上の圧力を掛けながらセラミックス積層部品に含浸剤を充填することにより、本実施の形態２のセラミックス電子部品１５を得ることができるのである。

本発明にかかるセラミックス電子部品は、周波数特性の劣化が抑制されるという効果を有し、携帯電話等の電子機器において有用である。

本発明の一実施形態におけるセラミックス電子部品の断面模式図 本発明の一実施形態におけるセラミックス電子部品の拡大断面模式図 従来のセラミックス電子部品の断面模式図

符号の説明

８ セラミックス電子部品
９ 誘電体層
１０ 誘電体
１１ 内部電極
１２ 外部電極
１３ メッキ
１４ 樹脂

Claims (5)

1. セラミックスからなる複数の誘電体層を積層して形成された誘電体と、
   前記複数の誘電体層間に形成された内部電極と、
   前記内部電極に電気的に接続されると共に前記誘電体の外面に形成された外部電極と、
   前記外部電極の外面に形成されたメッキと、
   前記外部電極と前記誘電体との界面、若しくは前記内部電極と前記誘電体層との界面に形成された樹脂を備え、
   前記樹脂は、フッ素系の官能基を有するセラミックス電子部品。
2. 前記樹脂は、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、フェノール系樹脂、アミド系樹脂、水ガラスの少なくとも一種以上である請求項１に記載のセラミックス電子部品。
3. セラミックスからなる複数の誘電体層を積層して形成された誘電体と、
   前記複数の誘電体層間に形成された内部電極と、
   前記内部電極に電気的に接続されると共に前記誘電体の外面に形成された外部電極と、
   前記外部電極の外面に形成されたメッキと、
   前記外部電極と前記誘電体との界面、若しくは前記内部電極と前記誘電体との界面に形成されたシランカップリング剤を備え、
   前記シランカップリング剤は、フッ素系の官能基を有するセラミックス電子部品。
4. 前記樹脂は、前記内部電極の端部と前記複数の誘電体層同士の界面との間にも形成され、
   前記樹脂の弾性率は、前記誘電体層の弾性率より小さい請求項１に記載のセラミックス電子部品。
5. 請求項１に記載のセラミックス電子部品と、
   前記セラミックス電子部品の外部電極に接続された半導体集積回路と、
   前記半導体集積回路に接続された再生部とを備えた電子機器。

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