JP2011236457A

JP2011236457A - 電子部品の製造方法

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Publication number: JP2011236457A
Application number: JP2010107397A
Authority: JP
Inventors: Akira Onodera; 晃小野寺; Akihiro Hotta; 哲広堀田; Takashi Sakurai; 隆司櫻井; Yoshikazu Ito; 義和伊藤; Genichi Watanabe; 源一渡辺; Yoshiteru Kikuchi; 良輝菊池
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-07
Also published as: KR101196660B1; KR20110123672A; JP5573341B2; CN102290240B; CN102290240A

Abstract

【課題】端子電極の表面に均一な形状のハンダ層を形成することができる電子部品の製造方法を提供する。
【解決手段】この電子部品の製造方法では、電子部品の端子電極に付着させた溶融ハンダに酸化防止流体を吹き付けることで、溶融ハンダの表面張力に打ち勝つ運動量がハンダに与えられ、端子電極に付着した溶融ハンダの余剰部分が除去される。また、この電子部品の製造方法では、電子部品を上層２６の液面２６ａから引き上げる際に、上層２６の液面２６ａ付近で溶融ハンダの融点以上の温度の酸化防止流体を電子部品に吹き付けている。これにより、端子電極に付着した溶融ハンダの温度が保たれると共に酸化が防止されるので、溶融ハンダの部分的な組成変化が生じることが抑制され、端子電極の表面に均一な形状のハンダ層を形成できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子部品の製造方法に関する。

電子部品の製造方法には、実装のためのハンダを端子電極の表面に付与する工程が含まれる場合がある。このような工程として、例えば特許文献１に記載の表面処理方法では、飽和脂肪酸を用いた表面処理液からなる上層と、溶融ハンダ液からなる下層とに分離した２層の液を入れた槽に電子部品を浸漬する手法が開示されている。この方法によれば、上層の表面処理液によって端子電極の表面に付着した金属酸化物による汚れが落ち、次いで、下層の溶融ハンダ液によって端子電極の表面に溶融ハンダが付着し、再び上層の表面処理液中を通る際に、溶融ハンダの表面に飽和脂肪酸の膜がコーティングされる。

特許第４２０３２８１号明細書

しかしながら、上述した従来の方法では、電子部品を槽から引き上げた後、端子電極の表面に形成されたハンダ層の形状が偏ることが多く、均一のハンダ層を得ることが難しいという問題があった。この問題は、端子電極に付着した溶融ハンダ自体の表面張力に起因するものと考えられるが、槽から電子部品を引き上げた際の温度変化によるハンダ層の粘性の変化や、酸化による部分的な組成変化などによる不均一な条件の変化に起因する部分もあると考えられる。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、端子電極の表面に均一な形状のハンダ層を形成することができる電子部品の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る電子部品の製造方法は、電子部品に形成された端子電極の表面にハンダ層を形成するハンダ層形成工程を備えた電子部品の製造方法であって、ハンダ層形成工程は、飽和脂肪酸を用いた表面処理液からなる上層と、溶融ハンダ液からなる下層とに分離した２層の液を入れた槽に電子部品を浸漬し、当該電子部品の端子電極を覆うように溶融ハンダを付着させるハンダ付着工程と、上層の液面から電子部品を引き上げる際に、液面付近で電子部品に向けて溶融ハンダの融点以上の温度の酸化防止流体を吹き付け、端子電極に付着した溶融ハンダの余剰部分を除去するハンダ除去工程と、を備えたことを特徴としている。

この電子部品の製造方法では、電子部品の端子電極に付着させた溶融ハンダに酸化防止流体を吹き付けることで、溶融ハンダの表面張力に打ち勝つ運動量がハンダに与えられ、端子電極に付着した溶融ハンダの余剰部分が除去される。また、この電子部品の製造方法では、電子部品を上層の液面から引き上げる際に、上層の液面付近で溶融ハンダの融点以上の温度の酸化防止流体を電子部品に吹き付けている。これにより、端子電極に付着した溶融ハンダの温度が保たれると共に酸化が防止されるので、溶融ハンダの部分的な組成変化が生じることが抑制され、端子電極の表面に均一な形状のハンダ層を形成できる。

また、酸化防止流体として飽和脂肪酸を溶媒に溶かした溶液を用いることが好ましい。この場合、余剰部分を除去した後のハンダ層の表面により確実に飽和脂肪酸による保護膜を形成できる。

また、電子部品を上層の液面から略垂直に引き上げると共に、酸化防止流体を電子部品に対して斜め上方から吹き付けることが好ましい。この場合、溶融ハンダの余剰部分をより確実に除去できる。また、複数の電子部品を連続的に液面から引き上げる場合には、酸化防止流体によって除去された溶融ハンダが処理済の電子部品に付着することを防止できる。

また、ハンダ付着工程とハンダ除去工程とで槽を別々に用意することが好ましい。この場合、除去された溶融ハンダの余剰部分による表面処理液の汚染を防止できる。

また、ハンダ付着工程とハンダ除去工程とで同一の槽を用い、これらの槽に入れた液の上層の温度が溶融ハンダの融点以上の温度に保たれていてもよい。或いは、ハンダ除去工程で用いる槽には、溶融ハンダの融点以上の温度に保たれた表面処理液のみが入れられているようにしてもよい。この場合、ハンダ層形成工程の実施に用いる設備の簡単化が図られると共に、酸化防止流体を吹き付ける直前まで端子電極に付着した溶融ハンダの流動状態が維持されるので、精度良く溶融ハンダの余剰部分を除去できる。

本発明によれば、端子電極の表面に均一な形状のハンダ層を形成することができる。

本発明に係る電子部品の製造方法を用いて製造される電子部品の一例を示す斜視図である。図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。本発明に係る電子部品の製造方法に用いるハンダ層形成装置２１の構成例を示す図である。電子部品を固定する基板の断面図である。ハンダ層形成装置によるハンダ付着工程を示す図である。ハンダ層形成装置によるハンダ除去工程を示す図である。洗浄冷却工程を示す図である。図７の後続の工程を示す図である。素子集合基板の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電子部品の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る電子部品の製造方法を用いて製造される電子部品の一例を示す斜視図である。また、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１及び図２に示す電子部品１は、チップ型の積層セラミックコンデンサである。この電子部品１は、例えば長さ２．０ｍｍ、幅１．２ｍｍ、奥行き１．２ｍｍの略直方体形状をなしている。

電子部品１は、複数の誘電体層４を積層してなる素体２と、素体２の両端部を覆うように形成された一対の端子電極３，３とを備えている。素体２は、例えばＢａＴｉＯ_３系、Ｂａ(Ｔｉ，Ｚｒ)Ｏ_３系、又は（Ｂａ，Ｃａ）ＴｉＯ_３系といった誘電体セラミックを含むセラミックグリーンシートの積層体を焼結することによって形成されている。素体２では、各誘電体層４は、互いの境界が視認できない程度に一体化されている。

素体４の内部には、図２に示すように、第１の内部電極６ａ及び第２の内部電極６ｂが設けられている。第１の内部電極６ａ及び第２の内部電極６ｂは、例えばＣｕを含む導電性ペーストを印刷等によってセラミックグリーンシートにパターン形成し、当該パターンがセラミックグリーンシートと共に焼結されることによって形成されている。

第１の内部電極６ａと第２の内部電極６ｂとは、少なくともグリーンシート１層分に相当する誘電体層４を挟むようにして積層方向に交互に配置され、第１の内部電極６ａの端部は、素体２の一方の端面２ａまで伸び、第２の内部電極６ｂの端部は、素体２の他方の端面２ｂまで延びている。

第１の内部電極６ａと第２の内部電極６ｂとによって挟まれる素体領域は、電子部品１における静電容量を実質的に発生させる部分である。この素体領域は、電歪効果によって機械的歪みが生じる領域でもある。すなわち、素体領域は、第１の内部電極６ａと第２の内部電極６ｂとの間に電圧が印加されると、素体２の積層方向に膨張し、素体２の対向する側面を結ぶ方向に収縮する。

端子電極３は、例えばＣｕを主成分として焼き付けによって形成された下地電極層１１と、下地電極層１１を覆うように形成されたＮｉ拡散層１２とによって構成されている。下地電極層１１は、Ｃｕを含む金属成分とガラス成分とを含有する第１電極層１１ａと、第１電極層１１ａよりもガラス成分の含有量が高い第２電極層１１ｂとを有している。

第１電極層１１ａ及び第２電極層１１ｂは、金属成分とガラス成分とバインダ、分散剤及び溶剤の少なくとも一方とを含む導体ペーストを用いて形成される。第１電極層１１ａには、Ｃｕ粒子に対して２重量％〜１５重量％程度のガラス成分が含有されている。第２電極層１１ｂには、Ｃｕ粒子に対して１重量％以下のガラス成分が含まれている。なお、第２電極層１１ｂには、ガラス成分が全く含有されていなくてもよい。

また、端子電極３の表面には、ハンダ層１３が設けられている。このハンダ層１３は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｇｅの５元系鉛フリーハンダによって形成されている。５元系鉛フリーハンダは、例えばＳｎを主成分とし、Ａｇが１．０重量％〜４．０重量％、Ｃｕが０．１重量％〜２．０重量％、Ｎｉが０．０１重量％〜１．０重量％、Ｇｅが０．００５重量％〜０．１重量％含有されている。５元系鉛フリーハンダ中のＮｉ成分は、下地電極層１１側に拡散し、上述したＮｉ拡散層１２を形成している。本実施形態における５元系鉛フリーハンダの融点は、例えば２１７℃となっている。

続いて、上述した電子部品１の製造方法について説明する。

電子部品１の製造にあたっては、まず、素体２の形成を行う（素体形成工程）。この工程では、誘電体層４となるセラミックグリーンシートを準備する。セラミックグリーンシートは、ドクターブレード法等を用いてＰＥＴフィルム上にセラミックスラリーを塗布し、これを乾燥させることによって得られる。セラミックスラリーは、例えばＢａＴｉＯ_３などを主成分とする誘電体材料に、溶剤及び可塑剤などを加え、これらを混合することによって得られる。

次に、セラミックグリーンシートに内部電極６ａ，６ｂとなる電極パターンをスクリーン印刷によって形成し、乾燥させる。電極パターンのスクリーン印刷には、例えばＣｕ粉末にバインダや溶剤等を混合した電極ペーストが用いられる。電極パターンの形成の後、セラミックグリーンシートを所定の順序で積層し、積層体を得る。

次に、得られた積層体を切断し、積層チップを得る。チップ化の後、加熱処理によって脱バインダを行う。加熱処理は、例えば１８０℃〜４００℃で０．５時間〜３０時間行うことが好ましい。加熱処理の後、積層チップを８００℃〜１４００℃で０．５時間〜８．０時間程度焼成する。また、バレル研磨によって面取りを行い、積層チップの角部をＲ状にすることで、素体２が形成される。

素体２の形成の後、下地電極層１１の形成を行う（端子電極形成工程）。下地電極層１１の形成にあたっては、例えば導体グリーンシート用のＣｕペーストを含有する成分にガラスフリットを加えた導体ペーストが用いられる。次に、素体２の端部を導体ペースト中に浸漬することにより、素体２の端部を覆うように第１電極層１１ａとなる導体ペーストを付着させる。

次に、ＰＥＴフィルム上に第２電極層１１ｂとなる導体ペーストを所定の厚みで塗布し、これを乾燥して導体グリーンシートを形成する。この後、得られた導体グリーンシートをＰＥＴフィルム上で所望のサイズに切断し、ＰＥＴフィルムを剥離する。続いて、形成した導体グリーンシートを素体２の端面２ａ，２ｂに貼り付ける。このとき、第１電極層１１ａとなる導体ペーストに含まれる有機溶剤が、第２電極層１１ｂとなる導体グリーンシートに浸透し、導体グリーンシートに残留している有機成分を溶解する。この結果、第１電極層１１ａとなる導体ペーストと第２電極層１１ｂとなる導体グリーンシートが一体化する。これらを乾燥・焼き付けすることにより、下地電極層１１が形成された積層チップＫ（図４参照）を得る。

下地電極層１１を形成した後、ハンダ層１３の形成を行う（ハンダ層形成工程）。ハンダ層１３の形成にあたっては、例えば図３に示すようなハンダ層形成装置２１を用いる。ハンダ層形成装置２１は、槽２２と、ポンプ２３と、一対のノズル２４，２４とによって構成されている。

槽２２には、飽和脂肪酸を用いた表面処理液（酸化防止流体）からなる上層２６と、溶融ハンダ液からなる下層２７とに分離した２層の液が充填されている。上層２６の表面処理液に用いられる飽和脂肪酸としては、例えばパルチミン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸などが用いられる。上層２６の表面処理液は、例えば２４０℃に維持され、高温活性状態となっている。また、下層２７の溶融ハンダ液は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｇｅの５元系鉛フリーハンダの溶融液である。下層２７の溶融ハンダ液は、例えば２４０℃に維持されている。

ポンプ２３は、高温液用ポンプである。ポンプ２３は、図示しない制御手段による制御を受けて、上層２６の表面処理液の一部をノズル２４，２４に供給する。また、ノズル２４，２４は、上層２６の液面に向けて配置されている。ノズル２４，２４は、ポンプによる表面処理液の供給を受けて、上層２６の液面の略同一箇所に向けて斜め上方からそれぞれ表面処理液を吹き付けるようになっている。

下地電極層１１を形成した複数の積層チップＫは、図４に示すように、予め基板３１にセットしておく。基板３１は、例えば金属によって矩形状に形成された本体部３２を有し、本体部３２の表面は、耐熱性を有するフッ素系ゴム３３によって被覆されている。また、本体部３２には、素体２を通す孔部３２ａが複数設けられており、各孔部３２ａに積層チップＫがそれぞれ嵌め込まれるようになっている。

積層チップＫを基板３１にセットした後、図５に示すように、基板３１を槽２２に浸漬する。基板３１が表面処理液からなる上層２６を通る際、飽和脂肪酸の高温活性作用により、下地電極層１１の表面が洗浄され、不要な酸化物が除去される。上層２６を通った基板３１が更に下層２７まで到達すると、表面処理された下地電極層１１の表面に溶融ハンダが付着し、ハンダ層１３が形成される（ハンダ付着工程）。

次に、図６に示すように、基板３１を槽２２から引き上げる。基板３１が下層２７から再び上層２６に到達すると、下地電極層１１に付着した溶融ハンダの表面が飽和脂肪酸によってコーティングされる。また、基板３１を上層２６の液面２６ａから引き上げる際、ポンプ２３を作動させ、ノズル２４，２４の先端から液面２６ａ付近で基板３１に向けて表面処理液を吹き付ける。吹き付けにあたっては、例えばノズル２４，２４に設けた加熱手段（不図示）によって表面処理液を例えば２５０℃に加熱する。そして、下地電極層１１に付着している溶融ハンダに向けて、１回当たり約１０秒間の吹き付けを１回〜３回程度行う。

これにより、溶融ハンダの表面張力に打ち勝つ運動量がハンダに与えられ、下地電極層１１に付着したハンダの余剰部分が除去される（ハンダ除去工程）。ハンダの余剰部分が除去された後のハンダ層１３の表面は、ノズル２４，２４から吹き付けられた表面処理液によって、飽和脂肪酸でコーティングされた状態が維持される。

基板３１を槽２２から完全に引き上げた後、図７に示すように、アブゾール洗浄液が充填された槽２８に基板３１を浸漬し、ハンダ層１３の洗浄及び冷却を行う（洗浄冷却工程）。溶融ハンダが冷却されて固まる際、ハンダ層１３の熱によって下地電極層１１とハンダ層１３との間でＮｉが拡散する。これにより、下地電極層１１とハンダ層１３との間にＮｉ拡散層１２が形成される。ハンダ層１３の洗浄及び冷却の後、図８に示すように、基板３１の孔部３２ａから素体２を外すと、図１及び図２に示した電子部品１が得られる。

以上説明したように、この電子部品の製造方法では、電子部品１の端子電極３に付着させた溶融ハンダに酸化防止流体を吹き付けることで、溶融ハンダの表面張力に打ち勝つ運動量がハンダに与えられ、端子電極３に付着した溶融ハンダの余剰部分が除去される。また、この電子部品の製造方法では、電子部品１を上層２６の液面２６ａから引き上げる際に、上層２６の液面２６ａ付近で溶融ハンダの融点以上の温度の酸化防止流体を電子部品１に吹き付けている。これにより、端子電極３に付着した溶融ハンダの温度が保たれると共に酸化が防止されるので、溶融ハンダの部分的な組成変化が生じることが抑制され、端子電極３の表面に均一な形状のハンダ層１３を形成できる。

また、この電子部品の製造方法では、溶融ハンダに吹き付ける酸化防止流体として例えばパルチミン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸などの飽和脂肪酸を溶媒に溶かした溶液を用いている。これにより、余剰部分を除去した後のハンダ層１３の表面により確実に飽和脂肪酸による保護膜を形成できる。

また、この電子部品の製造方法では、積層チップＫを上層２６の液面２６ａから略垂直に引き上げると共に、酸化防止流体を積層チップＫに対して斜め上方から吹き付けている。これにより、溶融ハンダの余剰部分が自重によってより確実に除去される。なお、本実施形態では、基板３１を用いることにより、複数の積層チップＫを連続的に液面２６ａから引き上げている。したがって、酸化防止流体を積層チップＫに対して斜め上方から吹き付けることにより、除去された溶融ハンダが液面２６ａの上方に位置する処理済の積層チップＫに付着することを防止できる。また、未処理の積層チップＫは、上層２６の表面処理液中に位置しているので、除去された溶融ハンダが付着することを防止できる。

また、本実施形態では、ハンダ付着工程とハンダ除去工程とで同一の槽２２が用いられており、槽２２に入れた液の上層２６の温度が溶融ハンダの融点以上の温度に保たれている。これにより、ハンダ層形成工程の実施に用いる設備の簡単化が図られると共に、酸化防止流体を吹き付ける直前まで端子電極３に付着した溶融ハンダの流動状態が維持されるので、精度良く溶融ハンダの余剰部分を除去できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、電子部品１としてチップ型の積層セラミックコンデンサを例示したが、この電子部品の製造方法は、チップバリスタ、チップインダクタ、チップビーズといった他の電子部品に適用することもできる。また、上述した実施形態では、酸化防止流体として上層２６の表面処理液を利用しているが、飽和脂肪酸からなる表面処理液に代えて、Ｎ_２などの不活性ガスを用いてもよい。また、上述した実施形態では、同一の槽２２でハンダ付着工程とハンダ除去工程とを実施しているが、別々の槽２２を用意してハンダ付着工程とハンダ除去工程とを実施してもよい。この場合、除去された溶融ハンダの余剰部分による表面処理液の汚染を防止できる。このとき、半田除去工程を行うための槽２２に溶融ハンダの融点以上の温度に保たれる表面処理液のみを入れるようにすれば液温の管理が容易となり、溶融ハンダの除去量を好適に制御できる。

また、上述した実施形態では、グリーンシートの積層体を切断して得られた積層チップＫを基板３１に固定して槽２２への浸漬を行っているが、例えば図９に示すような素子集合基板３１を槽２２に浸漬させるようにしてもよい。この素子集合基板４１は、素体２に相当する矩形の本体部４２を有しており、本体部４２の中央部分には、例えば３列の帯状の溝部４３が形成されている。溝部４３の内壁には、本体部４２の厚さ方向に延びて本体部４２の一面側及び他面側にそれぞれ折り返されるように形成された端子電極４４が、溝部４３の延在方向に沿って複数配置されている。

このような素子集合基板４１を用いる場合においても、上述した実施形態と同様のハンダ付着工程及びハンダ除去工程を経ることで、端子電極４４に付着した溶融ハンダの余剰部分が除去される。また、酸化防止流体によって端子電極４４に付着した溶融ハンダの温度が保たれると共に酸化が防止されるので、溶融ハンダの部分的な組成変化が生じることが抑制され、端子電極４４の表面に均一な形状のハンダ層１３を形成できる。ハンダ層１３の形成後、図９に示すように、溝部４３，４３の間の部分で端子電極４４，４４を含むように本体部４２を切断すると、素体の両端部に端子電極４４が形成された電子部品１が得られる。

１…電子部品、３…端子電極、１３…ハンダ層、２６…上層、２６ａ…液面、２７…下層。

Claims

電子部品に形成された端子電極の表面にハンダ層を形成するハンダ層形成工程を備えた電子部品の製造方法であって、
前記ハンダ層形成工程は、
飽和脂肪酸を用いた表面処理液からなる上層と、溶融ハンダ液からなる下層とに分離した２層の液を入れた槽に前記電子部品を浸漬し、当該電子部品の端子電極を覆うように溶融ハンダを付着させるハンダ付着工程と、
前記上層の液面から前記電子部品を引き上げる際に、前記液面付近で前記電子部品に向けて溶融ハンダの融点以上の温度の酸化防止流体を吹き付け、前記端子電極に付着した溶融ハンダの余剰部分を除去するハンダ除去工程と、を備えたことを特徴とする電子部品の製造方法。
前記酸化防止流体として前記飽和脂肪酸を溶媒に溶かした溶液を用いることを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造方法。
前記電子部品を前記上層の液面から略垂直に引き上げると共に、前記酸化防止流体を前記電子部品に対して斜め上方から吹き付けることを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品の製造方法。
前記ハンダ付着工程と前記ハンダ除去工程とで前記槽を別々に用意することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電子部品の製造方法。
前記ハンダ付着工程と前記ハンダ除去工程とで同一の槽を用い、これらの槽に入れた液の上層の温度が前記溶融ハンダの融点以上の温度に保たれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電子部品の製造方法。
前記ハンダ除去工程で用いる槽には、前記溶融ハンダの融点以上の温度に保たれた前記表面処理液のみが入れられていることを特徴とする請求項４記載の電子部品の製造方法。