JP2010238742A - チップ型電子部品の製造方法、チップ型電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】チップ型電子部品の電気的特性や信頼性を向上させるためのチップ型電子部品の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス焼結体からなるベアチップ１０と、ベアチップ内に設けられるとともにチップの表面１３に端面が露出する内部電極１２と、内部電極と導通するとともに表面にメッキ層１５が形成された外部電極層１４とを備えたチップ型電子部品の製造方法であって、前記端面に第１電極ペーストを前記ベアチップを焼結体にする前のグリーンチップ１１０ｃに薄膜状に塗布するステップｓ２１と、第１電極ペーストが塗布されたグリーンチップを前記ベアチップに焼結させて、第１電極ペーストを中間電極層１４に焼成するステップｓ２２と、中間電極層の外面に第２電極ペーストを塗布するステップｓ３１と、第２電極ペーストを固化して外部電極層を形成するステップｓ３２と、外部電極層の表面にメッキ層を形成するステップとを含んでいる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、チップ型電子部品の製造方法、およびチップ型電子部品に関し、特に、チップ型電子部品の内部電極と外部電極との電気的な接続における信頼性を向上させるための技術に関する。

チップインダクター、チップ抵抗、積層チップコンデンサ、チップサーミスタなど、チップ型電子部品は、セラミックス焼結体からなるベアチップと、その内部に設けられた内部電極と、この内部電極に導通するように、ベアチップの両端面に設けられた外部電極とで主に構成され、この外部電極を基板にはんだ付けすることにより実装される。図４にチップ型電子部品の一例として積層チップコンデンサ１ｂを断面図にして示した。セラミックス焼結体であるベアチップ１０を主体として構成され、ベアチップ１０は、積層構造をなす誘電体１１の層間に内部電極１２が形成された構造をなしている。そして、このベアチップ１０における内部電極１２の露出端面１３に外部電極２０が形成されている。

図５（Ａ）〜（Ｇ）に、図４に示した積層チップコンデンサ１ｂの製造方法を示した。また、適所に円１００ａ〜１００ｄ内の拡大図を示した。まず、誘電体セラミックスの粉体（原料粉末）を含むペーストをシート状に形成して乾燥させ、グリーンシートと呼ばれる誘電体シート１１１をつくる（Ａ）。つぎに、誘電体シート１１１上に内部電極１２となる金属ペースト１１２をスクリーン印刷し、一層分の電極付きグリーンシート１１０ａを作り（Ｂ）、この電極付きグリーンシート１１０ａを多数枚積層して積層体１１０ｂを作製する（Ｃ）。

そして、上記積層体１１０ｂをプレスしたのち（Ｄ）、個々のチップ１１０ｃに切断する（Ｅ）。切断した各チップ１１０ｃを焼成炉にて焼結させ、ベアチップ１０を完成させる（Ｆ）。焼結後のベアチップ１０は、角を落とすためにバレル研磨され、最後に、外部電極２０を内部電極１２の露出端面１３に形成して積層チップコンデンサ１ｂが完成する（Ｇ）。なお、外部電極２０は、円１００ｄ内を拡大して示したように、上記露出端面１３に塗布された導体を含むペースト（電極ペースト）を焼き付けてなる外部電極層１４の表面に金属メッキ層１５が形成された構造となっている。

ところで、このようなチップ型電子部品１ｂにおいて、外部電極２０は、チップ型電子部品１ｂと実装基板上の電気回路とを接続するためのものであるため、その良否が製品の電気的特性、信頼性、機械的特性等に大きな影響を及ぼす。例えば、電極ペーストを焼き付けて外部電極層１４を形成する際、その温度が低いと、図６（Ａ）に示したように、外部電極層１４の内部に気泡１６が残り、多孔質となる。これにメッキを施すと、メッキ工程において外部電極層１４内に浸潤したメッキ液が残留し、チップ部品１ｂを実装するときに、外部電極２０が裂けたり割れたりする、いわゆる爆ぜ（はぜ）が生じる。また、セラミックスであるベアチップ１０との密着性も低下する。内部電極１２にメッキ液が付着すれば、絶縁抵抗が劣化したり、絶縁体１１を挟んで形成されている内部電極１２間が短絡したりする可能性もある。

一方、焼き付け温度が高いと、外部電極層１４は、気泡１６が無い緻密な構造となるが、焼結済みのベアチップ１０と外部電極層１４を構成する材料との熱収縮率の差により、ベアチップ１０と外部電極層１４の界面で応力が発生し、図６（Ｂ）に示したように、界面の一部に剥がれ（１７ａ，１７ｂ）が生じる場合がある。ベアチップ１０の角の部分に剥離１７ａが生じれば、その剥離部分１７ａから外部電極２０の一部がベアチップ１０から欠落してしまう可能性がある。内部電極１２との接触部分で剥離１７ｂが生じれば、接触不良を起こす。もちろん、外部電極層１４とベアチップ１０の界面に空隙が生じれば、この部分にメッキ液が侵入する。なお、以下の特許文献１には、チップ型電子部品において、メッキ液の侵入を防止して外部電極の信頼性を向上するために、ベアチップに３０〜８０μｍの第１層目の外部電極が形成されているとともに、この第１の外部電極にさらに５〜１５μｍの第２層目の外部電極が形成されているチップ型電子部品について記載されている。

特開平９−１１５７７２号公報

特許文献１に記載の技術を含め、従来のチップ型電子部品の製造方法では、外部電極をベアチップに塗布して固化している。外部電極は、メッキ層を介して直接基板に実装される部分となるので、ある程度の厚さを要し、一般的には、特許文献１における第２層の外部電極の厚さ程度である。

特許文献１では、さらに厚い第１層目の外部電極を焼結後のベアチップに塗布して固化している。いずれにしても、従来のチップ型電子部品では、セラミックス焼結体からなる固いベアチップに、外部電極層の原料となる柔らかい電極ペーストを塗布し、これを焼き付けて、あるいは加熱乾燥させて固化することになる。電極ペーストとベアチップとは熱収縮率が大きく異なるため、特許文献１に記載のチップ型電子部品においても、上述したような、界面における剥がれ、などの問題が依然として残存する。また、ベアチップの内部電極を形成する導体は、焼結時に粒成長し、外部電極層内の導体は、固化するときに粒成長する。すなわち、粒成長を終えた内部電極の導体と外部電極層の導体とは個別に粒成長するため、双方の導体が一体的に接続されず、内部電極と外部電極層との接続抵抗を低減させるのには限界がある。

したがって、本発明の目的は、チップ型電子部品の製造方法において、従来技術における問題を解決し、チップ型電子部品の電気的特性や信頼性を向上させることにある。

上記目的を達成するための本発明は、セラミックス焼結体からなるベアチップと、当該ベアチップの内部に設けられるとともに当該チップの表面に端面が露出する内部電極と、当該内部電極と導通するとともに、表面にメッキ層が形成された外部電極層とを備えたチップ型電子部品の製造方法であって、
前記内部電極の露出端面に第１電極ペーストからなる薄膜を前記ベアチップを焼結体にする前のグリーンチップに塗布するステップと、
前記第１電極ペーストが塗布された状態で前記グリーンチップを前記ベアチップに焼結させることで、当該第１電極ペーストを中間電極層に焼成するステップと、
前記中間電極層の外面に第２電極ペーストを塗布するステップと、
当該第２電極ペーストを固化して前記外部電極層を形成するステップと、
当該外部電極層の表面にメッキ層を形成するステップと、
を含んでいる。

また、前記第１電極ペーストに、前記内部電極と同じ導体を含ませるチップ型電子部品の製造方法、および前記第１電極ペーストに、前記グリーンチップに含まれているセラミックス材料を添加するチップ型電子部品の製造方法、あるいは前記第１電極ペーストに、前記グリーンチップに含まれている焼結助剤を添加するチップ型電子部品の製造方法も本発明の範囲とした。なお、前記第２電極ペーストには前記グリーンチップに含まれているセラミックス材料、あるいは焼結助剤を含ませないチップ型電子部品の製造方法とすればより好ましい。

本発明は、上記いずれかの方法で製造されたチップ型電子部品にも及んでおり、当該チップ型電子部品は、セラミックス焼結体からなるベアチップと、当該ベアチップにおける内部電極の露出端面に薄膜状に形成されるとともに、ベアチップとともに焼成されてなる中間電極層と、当該中間電極層の表面に形成されてなる外部電極層と、当該外部電極層の表面に形成されてなるメッキ層と、を備えている。

本発明のチップ型電子部品の製造方法によれば、チップ型電子部品の電気的特性や信頼性を向上させることができる。

本発明の実施例におけるチップ型電子部品の構造図である。 上記チップ型電子部品の製造方法を説明するための工程図である。 上記チップ型電子部品の製造工程を示す図である。 従来のチップ型電子部品の構造図である。 上記従来のチップ型電子部品の製造方法を示す図である。 上記従来のチップ型電子部品における問題点を説明するための図である。

＝＝＝本発明の実施例＝＝＝
図１に本発明の方法に基づいて製造されたチップ型電子部品の一例を示した。円１００内の拡大図も併せて示している。例示した電子部品は、積層チップコンデンサ１ａであり、図４に示した従来の積層チップコンデンサ１ｂと同様に、ベアチップ１０と、外部電極２０とを備え、外部電極２０は、外部電極層１４の表面にメッキ層１５が形成された構造となっている。しかし、この積層チップコンデンサ１ａは、ベアチップ１０における内部電極１２の露出端面１３と外部電極層１４との間に薄膜状の電極層（中間電極層）３０が配設されている。この例では、中間電極層３０は１〜５μｍ程度であり、外部電極層１４の厚さは、４〜１０μｍで、中間電極層３０の厚さ（１〜５μｍ）に応じて４〜２倍程度厚くなるようにしている。もちろん、外部電極層１４は、それ以上に厚くても構わない。いずれにしても、中間電極層３０が外部電極層１４に対して薄膜であればよい。

＝＝＝チップ型電子部品の製造工程＝＝＝
図２に本発明のチップ型電子部品の製造方法の一例を工程図にして示した。この図では、図１に示した積層チップコンデンサ１ａの工程図を示している。また、図３に、当該工程中における積層チップコンデンサ１ａの途中形態を示した。まず、グリーンシートの原料となるセラミック材料を作製する。積層チップコンデンサ１ａのベアチップ１０の構造は、誘電体１１の部分と内部電極１２の部分とに分けることができる。誘電体部分１１はセラミックス材料から作製される。セラミックス材料は、ガラスを添加して低温焼結した誘電体セラミックスであり、ここでは、ホウケイ酸ガラスとアルミナを、ホウケイ酸ガラス：アルミナ＝３０：７０の体積比で混合したものをセラミックス材料とした（ｓ１）。この材料の粉末が、グリーンシートの原料粉末である。そして、この原料粉末にエチルセルロース、テレピネール、分散剤、可塑剤を含むビヒクルを混合して印刷用のペーストを作製する（ｓ１，ｓ２）。

次に、印刷用ペーストをシート状に印刷するとともに、そのシートを何層にも重ねてグリーンシートを作製する（ｓ３，ｓ４）。そして、このグリーンシート上に内部電極となる配線を形成し、配線済みのグリーンシートを積層していく。そして、個々のチップに切断し、図３（Ａ）に示したような、焼結前のベアチップであるグリーンチップ１１０ｃを完成させる（ｓ５〜ｓ８）。なお、このグリーンチップ１１０ｃを完成させるまでの工程は、図５に示した従来の積層チップコンデンサ１ｂの製造方法と同様である。

一方、中間電極層３０や外部電極層１４を形成するための材料として、電極ペーストを作製しておく。ここでは、中間電極層３０を形成するための電極ペーストと外部電極層１４を形成するための電極ペーストとを便宜的に区別するために、中間電極層３０を形成するための電極ペーストを「第１電極ペースト」と称し、外部電極層１４を形成するための電極ペーストを「第２電極ペースト」と称することにする。もちろん、第１および第２の電極ペーストは同じ材料であってもよい。

本実施例において、第１電極ペーストは、導体として銀を含んだ銀ペーストであり、当該銀ペーストを粉末状の銀にビヒクルを混合して作製した（ｓ１１，ｓ１２）。第１電極ペーストに含まれるビヒクルは、ここでは、上記原料粉末に混合したものを使用した。なお、このビヒクルにバインダとして含まれている上記エチルセルロースは、例えば、ＰＶＢやメチルセルロース、あるいはアクリル樹脂に代替することが可能である。

このようにして作製した第１電極ペーストをグリーンチップ１１０ｃにおける内部電極１２の露出端面１３に薄膜状に塗布する（ｓ２１）。塗布方式としては、ディップ方式、スタンプ（転写）方式、あるいはインクジェット方式と同様の印刷方式など、適宜な方式を採用することができる。

このように本実施例では、グリーンチップ１１０ｃを焼結してベアチップ１０を形成する前に、中間電極層３０となる第１電極ペーストをグリーンチップ１１０ｃに塗布しておく。そして、この状態でグリーンチップ１１０ｃを焼結させる。それによって、図３（Ｂ）に示したように、薄膜状の中間電極層３０が、セラミックス焼結体からなるベアチップ１０と同時に焼成される（ｓ２２，ｓ２３）。

なお、上述したように、中間電極層３０は１〜５μｍ程度の厚さであり、第１電極ペースト中に含まれる金属（ここでは、銀）の含有率は、低い方が好ましいと思われるが、実際には、２０％〜９０％の含有率において十分な導電率が確保され、剥がれなどの問題も発生することなく、強固な中間電極層３０を形成することができた。

次に、この中間電極層３０を備えたベアチップ１０に対してバレル研磨を行い（ｓ２４）、面取りした上で、中間電極層３０の表面に外部電極層１４となる第２電極ペーストをディップなどの従来の方法で塗布する。なお、本実施例において、第２電極ペーストは、第１電極ペーストと同じ銀ペーストである。そして、塗布された第２電極ペーストを、加熱して焼き付けるなどして固化させ、中間電極層３０の表面に外部電極層１４を形成する（ｓ３１，ｓ３２）。最後に、図３（Ｃ）の円１０１内に拡大して示したように、外部電極層１４にメッキ層１５を形成して積層チップコンデンサ１ａを完成させる（ｓ３３，ｓ３４）。

以上の工程で作製される積層チップコンデンサ１ａでは、グリーンチップ１１０ｃをセラミックスのベアチップ１０として焼結させるときに薄膜状の中間電極層３０を同時に焼成している。セラミックスの焼結温度は、高温であるため、このセラミックスと同時に焼成される中間電極層３０の内部は緻密となる。したがって、中間電極層３０には、メッキ液の残留原因となる気泡が発生しない。

さらに、本実施例では、中間電極層３０を設けているため、低温乾燥で固化する導電性接着剤を第２電極ペーストとして使用することも可能となる。導電性接着剤は、１２０℃程度の低温で加熱乾燥させるだけで十分な導電率が得られるため、例えば、第２電極ペーストを加熱して固化するために高温槽などの加熱装置の温度を上昇させるのに要する時間やコストを抑えることが期待できる。低温による固化では、内部に気泡が発生する可能性もあるが、内部電極１２の露出端面１３には、緻密な中間電極層３０が形成されており、メッキ液がその露出端面１３や内部電極１２自体に触れることがない。

＝＝＝中間電極層における導体や添加物について＝＝＝
上記実施例において、より好ましくは、中間電極層３０となる第１電極ペーストに内部電極１２と同じ導体を含ませることである。それにより、中間電極層３０をグリーンチップ１１０ｃの焼結と同時に焼成させる際、内部電極１２を構成する導体と中間電極層３０内の導体とが接触するとともに、双方の導体が粒成長して一体化する。すなわち、中間電極層３０と内部電極１２との接触抵抗を極めて低くすることができる。

また、中間電極層３０となる第１電極ペーストにグリーンチップ１１０ｃにおける誘電体セラミックスと同じ原料粉末、あるいは焼結助剤を含ませてもよい。それによって、グリーンチップ１１０ｃを焼結させるときに、グリーンチップ１１０ｃ内のセラミックス粒子（原料粉末）と、中間電極層３０内の原料粉末、あるいは焼結助剤とが反応し、中間電極層３０が焼結後のベアチップ１０に強固に密着した状態となる。

＝＝＝中間電極層の役割について＝＝＝
本実施例では、外部電極層１４となる第２電極ペーストを直接グリーンチップ１１０ｃに塗布するのではなく、まず、薄膜状の中間電極層３０のみを極めて高い温度で焼成させ、その中間電極層３０に第２電極ペーストを塗布している。それによって、厚い外部電極層１４を形成する時点では、すでに緻密な中間電極層３０がベアチップ１０における内部電極１２の露出端面１３に形成されており、メッキ液がベアチップに触れるなどの問題が無く、外部電極層１４の形成条件を厳密に管理する必要がない。

また、薄膜状の中間電極層３０のみを極めて高い温度で固化させることは、グリーンチップ１１０ｃをベアチップに焼結させる際の温度勾配に起因する問題も解決できる。具体的には、グリーンチップ１１０ｃに直接外部電極層１４を形成しようとして電極ペーストを厚く塗布して極めて高い温度で焼成してしまうと、熱伝導度が低いセラミックスと熱伝導率が高い外部電極層１４とが接触することになる。そして、焼成後の冷却時に、セラミックスであるベアチップ１０側から外部電極層１４の表層側に向かって大きな温度勾配が発生する。外部電極層１４の外表面は速やかに温度が低下するが、冷却速度の遅いセラミックス側では冷却するまでに長い時間が掛かり、生産性を悪化させる。

また、一般的なチップ型電子部品では、外部電極層１４にベアチップ１０との密着性を向上させるために、添加剤として、原料粉末や焼結助剤を含ませている。しかし、添加剤は、外部電極層１４の表層に偏在すると、メッキ層１５の被膜不良を引き起こす場合がある。本実施例では、外部電極層１４とベアチップ１０の間に中間電極層３０が介在しているため、厚い外部電極層１４とセラミックスであるベアチップ１０との密着性を考慮する必要がない。

第１電極ペーストと第２電極ペーストを同じ材料にしてコストダウンを図るような場合で、かつ第１電極ペーストに添加物を添加する場合でも、中間電極層３０が薄膜であるため、添加物の添加割合を少なくしても、十分にベアチップ１０に密着する。結果的に、外部電極層１４に含まれる添加剤の割合も少なくすることができ、メッキ層１５の被膜不良の発生確率を低減させることができる。

第２電極ペーストに添加剤を全く含めない場合では、中間電極層３０と外部電極層２０が、近似した物性を有する第１電極ペーストと第２電極ペーストとから形成されるため、互いに強固に密着する。そして、添加物を含まない外部電極層１４であれば、メッキ層１５の被膜不良が発生しない。

＝＝＝外部電極における導体について＝＝＝
中間電極層３０となる第１電極ペーストに含まれる導体と、外部電極層１４となる第２電極ペーストに含まれる導体は、同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。同じであれば、外部電極層１４を個化させる際、双方の導体が粒成長して一体化する。異なる場合は、双方の界面で異種導体が合金化する。

この発明は、積層インダクタや積層チップコンデンサなどの電子部品を製造する際に利用することができる。

１ａ，１ｂ 積層チップコンデンサ
１１ 誘電体セラミックス
１２ 内部電極
１３ 内部電極の露出端面
１４ 外部電極層
１５ メッキ層
２０ 外部電極
３０ 中間電極層

Claims (6)

1. セラミックス焼結体からなるベアチップと、当該ベアチップの内部に設けられるとともに当該チップの表面に端面が露出する内部電極と、当該内部電極と導通するとともに、表面にメッキ層が形成された外部電極層とを備えたチップ型電子部品の製造方法であって、
   前記内部電極の露出端面に第１電極ペーストからなる薄膜を前記ベアチップを焼結体にする前のグリーンチップに塗布するステップと、
   前記第１電極ペーストが塗布された状態で前記グリーンチップを前記ベアチップに焼結させることで、当該第１電極ペーストを中間電極層に焼成するステップと、
   前記中間電極層の外面に第２電極ペーストを塗布するステップと、
   当該第２電極ペーストを固化して前記外部電極層を形成するステップと、
   当該外部電極層の表面にメッキ層を形成するステップと、
   を含むことを特徴とするチップ型電子部品の製造方法。
2. 請求項１において、前記第１電極ペーストに、前記内部電極と同じ導体を含ませることを特徴とするチップ型電子部品の製造方法。
3. 請求項１または２において、前記第１電極ペーストに、前記グリーンチップに含まれているセラミックス材料を添加することを特徴とするチップ型電子部品の製造方法。
4. 請求項１または２において、前記第１電極ペーストに、前記グリーンチップに含まれている焼結助剤を添加することを特徴とするチップ型電子部品の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記第２電極ペーストには前記グリーンチップに含まれているセラミックス材料、あるいは焼結助剤を含ませないことを特徴とするチップ型電子部品の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかの方法で製造されたチップ型電子部品であって、セラミックス焼結体からなるベアチップと、当該ベアチップにおける内部電極の露出端面に薄膜状に形成されるとともに、ベアチップとともに焼成されてなる中間電極層と、当該中間電極層の表面に形成されてなる外部電極層と、当該外部電極層の表面に形成されてなるメッキ層と、を備えたことを特徴とするチップ型電子部品。

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