JP2010192803A - セラミック電子部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電極と金属端子とを接合する半田が低融点化しないセラミック電子部品およびその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックコンデンサ１０は、セラミック素子１と、セラミック素子１の両端部にそれぞれ取り付けられた金属端子５，６とを備えている。金属端子５，６は、その接合部５ａ，６ａを半田溶湯に繰り返し浸漬して、接合部５ａ，６ａのＳｎ含有被覆膜１４が、半田７に置換されたものである。半田７の材料としては、Ｓｎ含有率が１２重量％以下の半田が用いられる。こうして、金属端子５，６は、接合部５ａ，６ａをＳｎ含有率が１２重量％以下の半田（Ｓｎ含有被覆膜）７で被覆し、かつ、引出し端子部５ｂ，６ｂをＳｎ含有率が６０重量％以上のＳｎ含有被覆膜１４で被覆したものとなる。そして、金属端子５，６の接合部５ａ，６ａを、別途用意した接合用の半田７により、セラミック素子１の外部電極３，４に接合している。
【選択図】図２

Description

この発明は、コンデンサやインダクタなどのセラミック電子部品およびその製造方法に関する。

セラミック電子部品には金属端子タイプのものがあり、例えば、スイッチング電源のスナバ回路やテレビ受像機の水平共振回路などの中高圧用途で使用されている。金属端子タイプのセラミック電子部品は、セラミック素子の外表面に形成された一対の外部電極に、金属端子が半田付けされることにより構成されている。このときの半田は、比較的融点が高い高温半田が用いられることが多い。これは、金属端子タイプのセラミック電子部品が実装基板に半田付けされる際、半田付け温度で外部電極と金属端子とを接合している半田が溶融してしまうことを防止するためである。また、金属端子としては、表面にＳｎめっきが施されたリード線が用いられることがある（特許文献１の段落番号００２８を参照）。

特開２００３−５１４２１号公報

しかしながら、特許文献１のように、表面にＳｎめっきが施されたリード線を外部電極に半田付けすると、リード線のＳｎめっきが半田に溶融するため、半田の組成が変化して低融点化するおそれがあった。そして、この状態でセラミック電子部品を実装基板に半田付けすると、そのときの半田付け温度で外部電極とリード線とを接合している半田が溶融してしまうことがあった。このように半田が溶融してしまうと、溶融した半田がリード線を伝わって垂れ、外観不良が生じたり、セラミック素子とリード線との接続信頼性が低下したりするという不具合があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、外部電極と金属端子とを接合する半田が低融点化しないセラミック電子部品およびその製造方法を提供することである。

この発明は、
セラミック素体と、セラミック素体の外表面上に設けた一対の外部電極と、を有するセラミック素子と、
一対の外部電極のそれぞれに半田によって接合された金属端子と、を備え、
金属端子は、母材と、母材の表面を被覆したＳｎ含有被覆膜と、で構成されるとともに、半田と接合される接合部と、接合部を除く引出し端子部と、を有し、
金属端子の接合部のＳｎ含有被覆膜におけるＳｎ含有率が１２重量％以下であり、金属端子の引出し端子部のＳｎ含有被覆膜におけるＳｎ含有率が６０重量％以上であること、
を特徴とする、セラミック電子部品である。

この発明では、金属端子の接合部のＳｎ含有被覆膜の組成が、外部電極と金属端子とを接合する接合用の半田の組成に近い（望ましくは同一である）。また、引出し端子部のＳｎ含有被覆膜のＳｎが接合用の半田に溶け込んでも、その量は少ない。従って、接合用の半田の組成がほとんど変化しないため、接合用の半田が低融点化するおそれがなくなる。つまり、金属端子の接合部近傍の固相線温度を高いまま維持することができる。一方、金属端子の引出し端子部のＳｎ含有被覆膜は、Ｓｎ含有率が６０重量％以上であるため、セラミック電子部品を実装基板に半田付け実装するときの半田付け温度は従来と同様の温度であり、セラミック電子部品を実装基板に半田付け実装する際に、外部電極と金属端子とを接合している半田が溶融するという心配はなくなる。

また、この発明は、
Ｓｎ含有率が６０重量％以上のＳｎ含有被覆膜にて母材の表面を被覆した金属端子の接合部を、Ｓｎ含有率が１２重量％以下の半田溶湯に繰り返し浸漬して、接合部のＳｎ含有被覆膜の組成を前記半田溶湯の組成に近づける工程と、
金属端子の接合部を半田により、セラミック素子の外表面上に設けた外部電極に接合する工程と、
を備えたことを特徴とする、セラミック電子部品の製造方法である。

この発明では、金属端子の接合部を半田溶湯に繰り返し浸漬して、接合部のＳｎ含有被覆膜を半田に置換することによって、接合部のＳｎ含有被覆膜におけるＳｎ含有率が１２重量％以下で、かつ、引出し端子部の表面を被覆したＳｎ含有被覆膜におけるＳｎ含有率が６０重量％以上である金属端子が容易に得られる。従って、低コストで量産に適したセラミック電子部品の製造方法が得られる。

この発明によれば、金属端子の接合部のＳｎ含有被覆膜の組成が外部電極と金属端子とを接合する接合用の半田の組成に近く、また、引出し端子部のＳｎ含有被覆膜のＳｎが接合用の半田に溶融しても、その量は少なく、接合用の半田の組成がほとんど変化しない。この結果、外部電極と金属端子とを接合する接合用の半田が低融点化しないセラミック電子部品が得られる。

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形態の説明から一層明らかとなろう。

本発明に係る第１の実施形態のセラミック電子部品を示す外観斜視図である。 図１に示したセラミック電子部品の断面図である。 セラミック素体の分解斜視図である。 図１に示したセラミック電子部品の製造方法を説明するための模式図である。 本発明に係る第２の実施形態のセラミック電子部品を示す外観斜視図である。

（第１の実施形態）
本発明に係る第１の実施形態のセラミックコンデンサについて、製造方法と共に説明する。図１は金属端子タイプのセラミックコンデンサ１０の外観斜視図であり、図２はその断面図であり、図３はセラミック素体２の分解斜視図である。セラミックコンデンサ１０は、セラミック素子１と、セラミック素子１の両端部にそれぞれ取り付けられた金属端子５，６と、セラミック素子１および金属端子５，６の一部を被覆した樹脂外装材８と、を備えている。

セラミック素子１は、セラミック素体２と、セラミック素体２の外表面上に形成された一対の外部電極３，４とを有している。セラミック素体２は、図３に示すように、内部電極パターン２２，２３を表面に形成したセラミックグリーンシート２０ｃ〜２０ｈと、電極パターンが形成されていない外層用セラミックグリーンシート２０ａ，２０ｂ，２０ｉ，２０ｊとを積み重ねて構成した積層体である。セラミックグリーンシート２０ａ〜２０ｊの材料としては、ＢａＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＣａＺｒＯ₃などの主成分からなる誘電体セラミックに、周知の有機バインダや有機溶剤が添加されているものが用いられる。また、これらの主成分にＭｎ化合物、Ｆｅ化合物、Ｃｒ化合物、Ｃｏ化合物、Ｎｉ化合物などの副成分を添加したものを用いてもよい。セラミックグリーンシート２０ｃ〜２０ｇの厚みは、焼成後の内部電極パターン２２，２３間のセラミック層の厚みが０．５〜１０μｍになるように設定することが好ましい。

内部電極パターン２２，２３は、セラミックグリーンシート２０ｃ〜２０ｈ上に、例えばスクリーン印刷などにより導電性ペーストを塗布して形成される。内部電極パターン２２はセラミックグリーンシート２０ｃ，２０ｅ，２０ｇの左辺に露出している。内部電極パターン２３はセラミックグリーンシート２０ｄ，２０ｆ，２０ｈの右辺に露出している。そして、内部電極パターン２２，２３は、積層された状態ではセラミックグリーンシート２０ｃ〜２０ｇを間にして対向するように配置されている。この対向部分により所定の電気特性が得られる。なお、インダクタの場合には、このような対向パターンではなく、螺旋状のコイル導体パターンがセラミック素体２内に配設される。内部電極パターン２２，２３の材料としては、例えばＮｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｄ合金，Ａｕ、もしくは、これらのいずれか一つを主成分とする合金が用いられる。内部電極パターン２２，２３の厚みは、焼成後に０．３〜２．０μｍになるように設定することが好ましい。

以上のセラミックグリーンシート２０ａ〜２０ｊは、図３に示すように積層されてセラミック積層体とされる。このとき、必要に応じてセラミック積層体を静水圧プレスなどにより積層方向にプレスしてもよい。次に、セラミック積層体を所定のサイズにカットした後、バレル研磨してセラミック積層体のコーナー部および稜部に丸みを形成する。次に、セラミック積層体を焼成する。焼成温度はセラミックグリーンシート２０ａ〜２０ｊや内部電極パターン２２，２３の材料にもよるが、９００〜１３００℃であることが好ましい。こうして、セラミック素体２が形成される。

次に、セラミック素体２の両端部にそれぞれ外部電極３，４が形成される。この外部端子電極３，４を形成する際には、予めセラミック素体２の両端部に焼結金属やめっき、スパッタ、蒸着などによって外部端子電極下地層が形成される。外部端子電極下地層の材料としては、例えばＮｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｄ合金，Ａｕ、もしくは、これらのいずれか一つを主成分とする合金が用いられる。外部端子電極下地層はめっき層で被覆されている。めっき層の材料としては、例えばＮｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｓｎ、もしくは、これらのいずれか一つを主成分とする合金が用いられる。外部端子電極下地層の厚みは、１０〜５０μｍになるように設定することが好ましい。めっき層一層当たりの厚みは、１〜１０μｍになるように設定することが好ましい。

次に、浸漬法により、セラミック素体２の両端面にそれぞれ、外部電極用導電性ペーストを塗布し、７００〜９００℃の温度で焼き付けて外部電極３，４を形成する。なお、セラミック積層体を焼成する前に、外部電極用導電性ペーストをセラミック積層体に塗布し、セラミック積層体の焼成と同時に外部電極３，４を焼き付ける方法であってもよい。

次に、金属端子５，６についてその作成方法とともに説明する。金属端子５，６としてはそれぞれ、母材の芯線１２と、芯線１２の表面をＳｎめっきで被覆したＳｎ含有被覆膜１４とで構成されたリード線が用いられる。芯線１２の材質としてはＦｅ，Ｃｕ、またはこれらの合金などが用いられる。芯線１２は通常、径が０．３〜１ｍｍで、長さが１０〜６０ｍｍのものが用いられる。Ｓｎ含有被覆膜１４の材質としては、Ｓｎ含有率が６０重量％以上のもの、例えば９８Ｓｎ−２Ｂｉ，９７．５Ｓｎ−２．５Ａｇ，９７．５Ｓｎ−２．５Ｃｕ，９５Ｓｎ−５Ｐｂ，６０Ｓｎ−４０Ｐｂなどが用いられる。また、Ｓｎ含有被覆膜１４の厚みは０．１〜５μｍであることが好ましい。さらに、リード線５，６は、セラミック素子１の外部電極３，４と接合することになる接合部５ａ，６ａと、実装基板に実装されることになる引出し端子部５ｂ，６ｂとを有している。接合部５ａ，６ａはリード線５，６の長さの１〜１０％を占めるように設計することが好ましい。

図４に示すように、このリード線５，６は、その接合部５ａ，６ａを半田溶湯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに順に浸漬される。これにより、接合部５ａ，６ａのＳｎ含有被覆膜１４が、半田７に置換される。半田７の材料としては、セラミックコンデンサ１０を実装基板に実装する際の半田付け温度に耐える必要があるため、固相線温度が２４０℃以上のものが好ましく、Ｓｎ含有率が１２重量％以下の半田、例えばＳｎ−１．５Ａｇ−９７．５Ｐｂ（固相線温度３０９℃／液相線温度３０９℃），５Ｓｎ−９５Ｐｂ（固相線温度３１６℃／液相線温度３２２℃），５Ｓｎ−１．５Ａｇ−９３．５Ｐｂ（固相線温度２９６℃／液相線温度３０１℃），８Ｓｎ−６Ａｇ−８６Ｐｂ（固相線温度２４０℃／液相線温度２６０℃），８Ｓｎ−２Ａｇ−９０Ｐｂ（固相線温度２８５℃／液相線温度２９５℃），１０Ｓｎ−９０Ｐｂ（固相線温度２６８℃／液相線温度３０１℃），１０Ｓｎ−２Ａｇ−８８Ｐｂ（固相線温度２６８℃／液相線温度２９０℃），１２Ｓｎ−２Ａｇ−１０Ｓｂ−７６Ｐｂ（固相線温度２４０℃／液相線温度２４０℃）などが用いられる。

複数の半田溶湯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを用いるのは、Ｓｎ含有被覆膜１４の半田溶湯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄへの溶け込み量が最初の浸漬は多く、後の浸漬ほど少なくなることを考慮したものである。すなわち、最初の半田溶湯７ａがＳｎ含有被覆膜１４によって一番汚染され、最後の半田溶湯７ｄが一番汚染されないため、半田溶湯７ｄの浸漬後の接合部５ａ，６ａを被覆している半田７は、その組成がほとんど元の組成のままであり、確実に低融点化されていないものである。この半田溶湯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、リード線５，６を所定の数量処理する毎に、液交換が行われる。

こうして、接合部５ａ，６ａをＳｎ含有率が１２重量％以下の半田（Ｓｎ含有被覆膜）７で被覆し、かつ、引出し端子部５ｂ，６ｂをＳｎ含有率が６０重量％以上のＳｎ含有被覆膜１４で被覆したリード線５，６が容易に得られる。次に、リード線５，６の接合部５ａ，６ａを、別途用意した外部電極３，４と金属端子５，６とを接合する接合用の半田７により、セラミック素子１の外部電極３，４に接合する。接合用の半田７は、Ｓｎ含有率が１２重量％以下の半田であり、Ｓｎ含有被覆膜１４の組成はこの接合用の半田７の組成に近い。また、引出し端子部５ｂ，６ｂのＳｎ含有被覆膜１４のＳｎは、接合用の半田７に溶け込むことはほとんどないため、接合用の半田７の組成は変化せず、低融点化するおそれがない。

次に、セラミック素子１とリード線５，６の一部を被覆するように外装用樹脂にディップした後、乾燥させて樹脂外装材８を形成する。樹脂外装材８の材質としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などが用いられる。

こうして得られた金属端子タイプのセラミックコンデンサ１０は、リード線５，６の接合部５ａ，６ａの半田７のＳｎ含有率が１２重量％以下と低く、固相線温度が２４０℃以上と高い。一方、引出し端子部５ｂ，６ｂのＳｎ含有被覆膜１４は、Ｓｎ含有率が６０重量％以上であるため、コンデンサ１０を実装基板に半田付けするときの半田付け温度は従来と同様の温度である。従って、実装基板に半田付け実装したときの半田付け温度で外部電極３，４とリード線５，６とを接合している半田７が溶融してしまうことはなく、従来の外観不良が生じたり、セラミック素子１とリード線５，６との接続信頼性が低下したりするという不具合を解消できる。

（第２の実施形態）
図５は第２の実施形態の金属端子タイプのセラミックコンデンサ１０Ａの外観斜視図である。なお、図５において前記第１の実施形態のコンデンサ１０と同一の部品および同一の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

コンデンサ１０Ａは、セラミック素子１と、セラミック素子１の表裏にそれぞれ取り付けられた金属端子５，６と、セラミック素子１および金属端子５，６の一部を被覆した樹脂外装材８と、を備えている。セラミック素子１は、セラミック素体２と、セラミック素体２の表裏面上に形成された一対の外部電極３，４とを有している。セラミック素体２は、内部電極を有さないセラミック単板である。

板状の金属端子５，６は、前記第１の実施形態で説明した方法と同様の方法で作成したものであり、接合部５ａ，６ａをＳｎ含有率が１２重量％以下の半田（Ｓｎ含有被覆膜）７で被覆し、かつ、引出し端子部５ｂ，６ｂをＳｎ含有率が６０重量％以上のＳｎ含有被覆膜１４で被覆している。そして、金属端子５，６の接合部５ａ，６ａを、別途用意した外部電極３，４と金属端子５，６とを接合する接合用の半田７により、セラミック素子１の外部電極３，４に接合する。このとき、引出し端子部５ｂ，６ｂのＳｎ含有被覆膜１４のＳｎが接合用の半田７に溶け込むことはほとんどないため、接合用の半田７の組成が変化せず、低融点化するおそれがない。

以上の構成からなるセラミックコンデンサ１０Ａは、前記第１の実施形態のコンデンサ１０と同様の作用効果を奏する。

（他の実施形態）
なお、この発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。セラミック電子部品としては、コンデンサの他にインダクタ、圧電部品、サーミスタなどであってもよい。セラミック素体の材料として、ＰＺＴ系セラミックなどの圧電体セラミックを用いた場合は圧電部品となる。スピネル系セラミックなどの半導体セラミックを用いた場合はサーミスタとなる。フェライトなどの磁性体セラミックを用いた場合はインダクタとなる。

１ セラミック素子
２ セラミック素体
３，４ 外部電極
５，６ リード線（金属端子）
５ａ，６ａ 接合部
５ｂ，６ｂ 引出し端子部
７ 半田（Ｓｎ含有被覆膜）
１０，１０Ａ セラミックコンデンサ
１２ 芯線（母材）
１４ Ｓｎ含有被覆膜

Claims (2)

1. セラミック素体と、前記セラミック素体の外表面上に設けた一対の外部電極と、を有するセラミック素子と、
   前記一対の外部電極のそれぞれに半田によって接合された金属端子と、を備え、
   前記金属端子は、母材と、前記母材の表面を被覆したＳｎ含有被覆膜と、で構成されるとともに、前記半田と接合される接合部と、前記接合部を除く引出し端子部と、を有し、
   前記金属端子の接合部のＳｎ含有被覆膜におけるＳｎ含有率が１２重量％以下であり、前記金属端子の引出し端子部のＳｎ含有被覆膜におけるＳｎ含有率が６０重量％以上であること、
   を特徴とする、セラミック電子部品。
2. Ｓｎ含有率が６０重量％以上のＳｎ含有被覆膜にて母材の表面を被覆した金属端子の接合部を、Ｓｎ含有率が１２重量％以下の半田溶湯に繰り返し浸漬して、前記接合部のＳｎ含有被覆膜の組成を前記半田溶湯の組成に近づける工程と、
   前記金属端子の接合部を半田により、セラミック素子の外表面上に設けた外部電極に接合する工程と、
   を備えたことを特徴とする、セラミック電子部品の製造方法。

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