JP2010267687A - 積層型電子部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実質的にめっきにより形成される外部端子電極を備える積層型電子部品において、外部端子電極の下地となる銅めっき膜を形成した後、バリア層としてのニッケルめっき膜をその上に形成する必要があるが、このようなニッケルめっき膜の形成工程を省略できるようにする。
【解決手段】内部電極３，４の導電成分としてニッケルを用い、部品本体２における内部電極３，４の露出面上に、まず銅めっき膜１０，１１を形成し、次いで、６００℃以上の温度で熱処理することにより、銅めっき膜１０，１１の表面にニッケルの酸化物を偏析させ、この偏析したニッケルの酸化物を還元することによって、ニッケルからなる金属層１２，１３を銅めっき膜１０，１１の表面に沿って形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、積層型電子部品およびその製造方法に関するもので、特に、外部端子電極が複数の内部導体と電気的に接続されるようにして直接めっきにより形成された積層型電子部品およびその製造方法に関するものである。

近年、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ、デジタルオーディオ機器等の小型携帯電子機器の市場が拡大している。これらの携帯電子機器では、小型化が進んでいる一方で、高性能化も同時に進んでいる。携帯電子機器には多数の積層セラミック電子部品のような積層型電子部品が搭載されているが、積層型電子部品についても、小型化・高性能化が要求されており、積層型電子部品の一例としての、たとえば積層セラミックコンデンサにおいては、小型化・大容量化が要求されている。

積層セラミックコンデンサを小型化・大容量化する手段としては、誘電体セラミック層を薄層化することに加えて、内部電極の有効面積を広くすることが有効である。しかし、積層セラミックコンデンサを量産する際には、内部電極とセラミック素体側面とのサイドマージンや、内部電極とセラミック素体端面とのエンドマージンをある程度確保する必要があるため、内部電極の有効面積を広げることには制約がある。

所定のマージンを確保しながら内部電極の有効面積を広げるためには、誘電体セラミック層の面積を広くする必要がある。しかし、決められた寸法規格内で誘電体セラミック層の面積を広げることには限界があり、その上、外部端子電極の厚みが妨げとなる。

従来、積層セラミックコンデンサの外部端子電極は、典型的には、セラミック素体端部に導電性ペーストを塗布し、焼き付けることにより形成されてきた。導電性ペーストの塗布方法としては、ペースト槽にセラミック素体端部を浸漬して引き上げるというものが主流であるが、この方法では、導電性ペーストの粘性が影響して、セラミック素体端面中央部に導電性ペーストが厚く付着しやすい。このため、外部端子電極が部分的に厚くなる分、誘電体セラミック層の面積を小さくせざるを得なかった。

これを受けて、外部端子電極を直接めっきにより形成する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この方法では、セラミック素体端面における内部電極の露出部を核としてめっき膜が析出し、このめっき膜が成長すること、すなわち、めっき膜のつきまわりにより、隣り合う内部電極の露出部同士が接続される。この方法によれば、従来の導電性ペーストによる方法に比べて、薄くフラットな電極膜を形成することが可能となる。

上述したように、外部端子電極を直接めっきにより形成する場合、めっき膜を構成する金属としては、つきまわり性を考慮すると、銅を用いることが好ましい。

他方、はんだを用いて積層セラミックコンデンサを実装するにあたっては、上述の銅めっき膜の上に、バリア層としてのニッケルめっき膜を形成し、さらに、はんだ濡れ性確保のための錫または金を主成分とするめっき膜を形成することが必要になるため、外部端子電極は合計３層以上のめっき膜から構成されることになり、その結果、厚みを増してしまうという不都合を招く。

なお、上述した１層目を銅めっき膜に代えてニッケルめっき膜で構成すると、合計２層で済むが、以下の問題を招く。

ニッケルは、つきまわり性に劣り、銅に比べて固着力が劣る。また、積層セラミックコンデンサの内部電極の導電成分としてニッケルがよく使われるが、この場合、熱処理を施しても、外部端子電極側のめっき膜を構成する金属と内部電極の導電成分とが同元素であるので、拡散現象がほとんど生じない。よって、外部端子電極と内部電極との界面での封止性に劣り、水分等の浸入を許容することになる。

国際公開第２００７／０４９４５６号パンフレット

そこで、この発明の目的は、上述した問題を解決し得る、積層型電子部品およびその製造方法を提供しようとすることである。

この発明は、導電成分として第１の金属を含む複数の内部電極が内部に形成され、かつ内部電極の各一部が露出している、積層構造の部品本体を用意する工程と、内部電極と電気的に接続される外部端子電極を部品本体の外表面上に形成する工程とを備える、積層型電子部品の製造方法にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。

すなわち、外部端子電極を形成する工程は、部品本体における内部電極の露出面上に、第１の金属とは異なる第２の金属のめっきを施すことにより、めっき膜を形成する工程と、めっき膜が形成された部品本体を６００℃以上の温度で熱処理することにより、めっき膜の表面に第１の金属の酸化物を偏析させる工程と、偏析した第１の金属の酸化物を還元することによって、第１の金属からなる金属層をめっき膜の表面に沿って形成する工程とを備える。

この発明に係る積層型電子部品の製造方法において、第１の金属の主成分がニッケルであり、第２の金属の主成分が銅であることが好ましい。この場合、熱処理する工程において、１０００〜１１００℃の温度、および１００〜２００ｐｐｍの酸素濃度が適用されることが好ましい。

この発明は、また、導電成分として第１の金属を含む複数の内部電極が内部に形成され、かつ内部電極の各一部が露出している、積層構造の部品本体と、内部電極と電気的に接続され、かつ部品本体の外表面上に形成される、外部端子電極とを備える、積層型電子部品にも向けられる。

この発明に係る積層型電子部品において、外部端子電極は、部品本体における内部電極の露出面上に直接めっきにより形成された、第１の金属とは異なる第２の金属からなるめっき膜と、めっき膜の表面に沿って偏析した第１の金属からなる金属層とを備えることを特徴としている。

この発明に係る積層型電子部品において、第１の金属の主成分がニッケルであり、第２の金属の主成分が銅であることが好ましい。

この発明によれば、外部端子電極の１層目となる第２の金属からなるめっき膜の表面に沿って、内部電極の導電成分となる第１の金属からなる金属層を形成することができる。したがって、外部端子電極を、たとえば銅めっき膜、その上のニッケルめっき膜、およびその上の錫または金めっき膜から構成したい場合、内部電極の導電成分としてニッケルを用いると、中間のニッケルめっき膜を形成するための工程を省くことができ、また、外部端子電極全体としての厚みの低減にも寄与し得る。

第１の金属の主成分がニッケルであり、第２の金属の主成分が銅である場合において、１０００〜１１００℃の温度、および１００〜２００ｐｐｍの酸素濃度を適用して熱処理を施せば、内部電極の導電成分としてのニッケルが外部端子電極を構成する銅めっき膜の表面に効果的に偏析するとともに、この銅めっき膜と内部電極との間で相互拡散が効果的に生じるようにすることができる。

この発明の一実施形態による製造方法によって製造された積層型電子部品を示す断面図である。 図１に示した積層型電子部品の製造過程の途中であって、外部端子電極を形成するため、めっき膜を部品本体上に形成した後の状態を示す断面図である。 図１に示した積層型電子部品の製造過程の途中であって、外部端子電極を形成するため、上記めっき膜が形成された部品本体に熱処理を施した後の状態を示す断面図である。

図１を参照して、この発明の一実施形態による製造方法によって製造された積層型電子部品１の構造について説明する。

積層型電子部品１は、積層構造の部品本体２を備えている。部品本体２は、その内部に複数の内部電極３および４を形成している。より詳細には、部品本体２は、積層された複数の絶縁体層５と、絶縁体層５間の界面に沿って形成された複数の層状の内部電極３および４とを備えている。

積層型電子部品１が積層セラミックコンデンサを構成するとき、絶縁体層５は、誘電体セラミックから構成される。なお、積層型電子部品１は、その他、インダクタ、サーミスタ、圧電部品などを構成するものであってもよい。したがって、積層型電子部品１の機能に応じて、絶縁体層５は、誘電体セラミックの他、磁性体セラミック、半導体セラミック、圧電体セラミックなどから構成されても、さらには、樹脂を含む材料から構成されてもよい。

部品本体２の一方および他方端面６および７には、それぞれ、複数の内部電極３および複数の内部電極４の各端部が露出していて、これら内部電極３の各端部および内部電極４の各端部を、それぞれ、互いに電気的に接続するように、外部端子電極８および９が形成されている。

なお、図示した積層型電子部品１は、２個の外部端子電極８および９を備える２端子型のものであるが、この発明は多端子型の積層型電子部品にも適用することができる。

外部端子電極８および９の各々は、部品本体２における内部電極３および４の露出面、すなわち端面６および７上に直接めっきにより形成されためっき膜１０および１１と、めっき膜１０および１１の表面に沿って偏析した金属層１２および１３とをそれぞれ備えている。

内部電極３および４の導電成分となる金属、めっき膜１０および１１を構成する金属ならびに金属層１２および１３を構成する金属は、次のように選ばれる。すなわち、内部電極３および４の導電成分となる金属を第１の金属としたとき、めっき膜１０および１１を構成する金属は、第１の金属とは異なる第２の金属とされ、金属層１２および１３を構成する金属は第１の金属とされる。

好ましくは、上述した第１の金属の主成分はニッケルとされ、第２の金属の主成分は銅とされる。めっき膜１０および１１の主成分を銅とすることにより、めっき膜１０および１１のつきまわり性を良好なものとすることができ、めっき膜１０および１１において十分な固着力を得ることができる。また、金属層１２および１３の主成分をニッケルとすることにより、はんだを用いた実装時に、金属層１２および１３をバリア層として機能させることができる。

図１では図示されないが、めっき膜１０および１１ならびに金属層１２および１３とからなる外部端子電極８および９には、さらに、錫または金めっきが施され、外部端子電極８および９に対して良好なはんだ濡れ性が与えられることが好ましい。

次に、図１に示した積層型電子部品１の製造方法、特に、外部端子電極８および９の形成方法について説明する。

まず、周知の方法により、部品本体２が作製される。次に、外部端子電極８および９が、内部電極３および４と電気的に接続されるように、部品本体２の端面６および７上に形成される。

この外部端子電極８および９の形成にあたっては、まず、図２に示すように、部品本体２の端面６および７上に、めっき膜１０および１１が形成される。めっき膜１０および１１の形成のためのめっきは、電解めっきおよび無電解めっきのいずれでもよい。

次に、上記のようにめっき膜１０および１１が形成された部品本体２が、６００℃以上の温度で熱処理される。これによって、めっき膜１０および１１の表面に、内部電極３および４の導電成分としての第１の金属の酸化物が偏析し、図３に示すように、第１の金属の酸化物からなる偏析層１４および１５が形成される。

前述したように、第１の金属の主成分がニッケルであり、めっき膜１０および１１を構成する第２の金属の主成分が銅であるとき、上述の熱処理工程では、１０００〜１１００℃の温度および１００〜２００ｐｐｍの酸素濃度といった条件が適用されることが好ましい。このような条件を適用すれば、内部電極３および４に含まれるニッケルが銅を主成分とするめっき膜１０および１１の表面に効果的に偏析するとともに、めっき膜１０および１１と内部電極３および４との間で相互拡散が効果的に生じるようにすることができるからである。

次に、偏析層１４および１５を構成する第１の金属の酸化物が還元される。これによって、図１に示すように、第１の金属からなる金属層１２および１３がめっき膜１０および１１の表面に沿って形成される。この還元処理は、たとえば、３００〜４５０℃の温度で、１〜６０分間程度、水素を含む還元性雰囲気（たとえばＮ_２とＨ_２との混合雰囲気）中で実施されることが好ましい。

次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。

まず、部品本体として、長さ１．９ｍｍ、幅１．０５ｍｍおよび高さ１．０５ｍｍであって、絶縁体層がチタン酸バリウム系誘電体セラミックからなり、内部電極の導電成分の主成分がニッケルであり、内部電極の積層数が４１６であり、絶縁体層の厚みが１．９μｍのものを用意した。

次に、上記部品本体に対して電解めっきを施し、内部電極と電気的に接続される外部端子電極の下地となる厚み７μｍの銅めっき膜を形成した。ここで、めっき浴としては、上村工業社製「ピロブライトプロセス」を用い、浴温を５５℃、ｐＨを８．８に調整した。また、めっき処理において、バレル容積が３００ｍｌの水平回転バレルを用い、バレル回転数を１２ｒｐｍとし、直径１．８ｍｍの導電性メディアを用い、０．３０Ａ／ｄｍ^２の電流密度で６０分間処理した。

次に、上記のように銅めっき膜が形成された部品本体を、表１に示す温度および酸素濃度とした熱処理条件にて熱処理した。

次に、部品本体を還元処理した。この還元処理は、４００℃の温度で、１０分間、Ｎ_２とＨ_２の混合雰囲気中で実施した。

次に、錫めっき処理を施し、外部端子電極の表面層を形成する厚み４μｍの錫めっき膜を形成した。この錫めっきでは、めっき浴として、ディップソール社製「Ｓｎ‐２３５」を用い、浴温を３０℃とし、ｐＨを５．０に調整した。また、バレル容積が３００ｍｌの水平回転バレルを用い、バレル回転数を１２ｒｐｍとし、直径１．８ｍｍの導電性メディアを用い、０．１０Ａ／ｄｍ^２の電流密度で６０分間処理した。

このようにして得られた各試料に係る積層型電子部品を樹脂に埋め、研磨して断面を露出させた。そして、露出面に対し５度の角度でＦＩＢ加工し、加工断面の銅／ニッケル拡散状態をＥＤＸでマッピング分析した。なお、この拡散状態の解析については、特にニッケル成分の拡散挙動に着目した。その結果が表１の「銅／ニッケル拡散状態」の欄に示されている。

表１からわかるように、熱処理条件として、温度が１０００〜１１００℃という条件と酸素濃度が１００〜２００ｐｐｍという条件との双方を満たす試料１および２によれば、銅めっき膜の表面近傍にニッケル成分を偏析させることができ、還元処理を行なうことにより、ニッケルからなる金属層を銅めっき膜の表面に沿って形成することができた。

他方、試料３〜５では、銅めっき膜に均一にニッケル成分が拡散しており、還元処理を行なっても、ニッケルからなる金属層を銅めっき膜の表面に沿って十分に形成することができなかった。

１ 積層型電子部品
２ 部品本体
３，４ 内部電極
８，９ 外部端子電極
１０，１１ めっき膜
１２，１３ 金属層
１４，１５ 偏析層

Claims (5)

1. 導電成分として第１の金属を含む複数の内部電極が内部に形成され、かつ前記内部電極の各一部が露出している、積層構造の部品本体を用意する工程と、
   前記内部電極と電気的に接続される外部端子電極を前記部品本体の外表面上に形成する工程と
   を備え、
   前記外部端子電極を形成する工程は、
   前記部品本体における前記内部電極の露出面上に、前記第１の金属とは異なる第２の金属のめっきを施すことにより、めっき膜を形成する工程と、
   前記めっき膜が形成された前記部品本体を６００℃以上の温度で熱処理することにより、前記めっき膜の表面に前記第１の金属の酸化物を偏析させる工程と、
   偏析した前記第１の金属の酸化物を還元することによって、第１の金属からなる金属層を前記めっき膜の表面に沿って形成する工程と
   を備える、積層型電子部品の製造方法。
2. 前記第１の金属の主成分がニッケルであり、前記第２の金属の主成分が銅である、請求項１に記載の積層型電子部品の製造方法。
3. 前記熱処理する工程において、１０００〜１１００℃の温度、および１００〜２００ｐｐｍの酸素濃度が適用される、請求項２に記載の積層型電子部品の製造方法。
4. 導電成分として第１の金属を含む複数の内部電極が内部に形成され、かつ前記内部電極の各一部が露出している、積層構造の部品本体と、
   前記内部電極と電気的に接続され、かつ前記部品本体の外表面上に形成される、外部端子電極と
   を備え、
   前記外部端子電極は、前記部品本体における前記内部電極の露出面上に直接めっきにより形成された、前記第１の金属とは異なる第２の金属からなるめっき膜と、前記めっき膜の表面に沿って偏析した前記第１の金属からなる金属層とを備える、
   積層型電子部品。
5. 前記第１の金属の主成分がニッケルであり、前記第２の金属の主成分が銅である、請求項１に記載の積層型電子部品。

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