JP2012094784A - 電子部品 - Google Patents

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Katsuhiko Igarashi
克彦 五十嵐
Takashi Komatsu
敬 小松
Emi Nimiya
恵美 仁宮
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Tdk Corp
Tdk株式会社
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Abstract

【課題】誘電体素体の電歪現象に起因して発生する音鳴りを抑制できる電子部品を提供する。
【解決手段】電子部品は、誘電体と内部電極とが交互に積層された誘電体素体及び誘電体素体の対向する端面をそれぞれ別個に覆う一対の外部電極を有する素子と、外部電極の端面と電気的に接続される脚部と、基板と電気的に接続される基板取付部とを有する一対の接続端子と、を含み、一対の接続端子は、それぞれの脚部に接続端子を貫通する貫通孔を有し、接続端子の外部電極と接続される側とは反対側の面から見て、貫通孔が外部電極の端面と一部が重なり合う又は貫通孔が外部電極の端面と全てが重なり合わない。
【選択図】図1

Description

本発明は、回路基板に実装されるセラミックコンデンサ等の電子部品に関する。
パーソナルコンピュータ、PDA(Personal Digital Assistants)又は携帯電話等の電子機器は、コンデンサ、インダクタ、バリスタ又はこれらを複合した複合部品が表面実装された回路基板を有する。このような構造により、前記電子機器は、高密度に電子部品を搭載して回路基板全体を小型化している。回路基板に搭載されるコンデンサとしては、例えば、セラミックコンデンサがある。
セラミックコンデンサは、誘電体と内部電極とが交互に積層されている。誘電体を形成するセラミック材料には、誘電率が高いチタン酸バリウム等の強誘電体材料が用いられている。セラミックコンデンサに交流電圧を印加すると、誘電体を形成するセラミック材料は電歪現象を発生し、機械的な歪みを生じる。このため、交流電圧が印加されたセラミックコンデンサは振動する。この振動は、セラミックコンデンサが表面実装された回路基板にも伝達し、これを振動させる。その結果、セラミックコンデンサが表面実装された回路基板は、振動音を発生する(音鳴り)。このような、セラミックコンデンサの電歪現象に起因した回路基板の振動音、すなわち音鳴りを低減するため、コンデンサ素子の外部電極の側面に一対の金属端子を当接し、コンデンサ素子の下側に引き出して、回路基板へ接合する電子部品が提案されている(例えば、特許文献1)。
また、両端部に端子電極が形成された、チップ状のセラミック電子部品本体と、U字状に折り曲げられた金属板をもって構成され、折り曲げ状態において外側に向く面を端子電極に対向させながら折り曲げにおける一方側部分が各端子電極に取り付けられ、折り曲げにおける他方側部分が基板への取付け側とされた、端子部材とを備え、端子部材の折り曲げ状態において内側に向く面には、半田になじまない半田非親和面が形成され、端子部材の折り曲げ状態において外側に向く面には、半田になじむ半田親和面が形成されている電子部品が知られている(例えば、特許文献2)。この電子部品では、半田になじまないようにするための処理は、好ましくは、樹脂を含む材料を金属板の表面に付与する処理と記載されている。
特開2000−223357号公報 特開平11−040454号公報
特許文献1に記載された電子部品は、セラミックコンデンサと回路基板との間に空隙を設け、セラミックコンデンサで発生した振動が基板に伝播するのを抑制している。このように、特許文献1に記載された電子部品は、音鳴りを抑制できるが、近年においては、さらなる音鳴りの抑制が求められている。本発明は、誘電体の電歪現象に起因して発生する音鳴りを抑制できる電子部品を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題について鋭意研究を重ねた結果、セラミックコンデンサに代表される電子部品の外部電極の両端面を接続端子で挟持し、この外部電極を介して回路基板にセラミックコンデンサを実装する場合、外部電極のばね定数を小さくすることが有効であることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電子部品は、誘電体と内部電極とが交互に積層された誘電体素体及び前記誘電体素体の対向する端面をそれぞれ別個に覆う一対の外部電極を有する素子と、前記外部電極の端面と電気的に接続される脚部と、基板と電気的に接続される基板取付部とを有する一対の接続端子と、を含み、前記一対の接続端子は、それぞれの前記脚部に前記接続端子を貫通する貫通孔を有し、前記接続端子の前記外部電極と接続される側とは反対側の面から見て、前記貫通孔が前記外部電極の端面と一部が重なり合う又は前記貫通孔が前記外部電極の端面と全てが重なり合わないことを特徴とする。
このような構造により、本発明に係る電子部品は、接続端子と基板との間に介在するはんだが貫通孔を超えて濡れ上がることを抑制する。その結果、はんだによって形成されるフィレット形状の高さが制限される。このため接続端子の表面にはんだが付着するとばね定数Kが大きくなるのに対し、本発明に係る電子部品は、ばね定数Kを小さく保ったまま接続端子で電子部品を回路基板に実装できる。その結果、本発明に係る電子部品は、電歪現象に起因した音鳴りを効果的に抑制することができる。また、この電子部品は、はんだ濡れ上がりが抑制されるため、電歪現象に起因した音鳴りのばらつきも低減することができる。
本発明の望ましい態様としては、前記貫通孔は、前記基板と接続する前記基板取付部の基板接合部と平行に形成されることが好ましい。はんだ濡れ上がりが一定の高さで抑制されるため、はんだ濡れ上がりのばらつきも抑制できる。その結果、電歪現象に起因した音鳴りのばらつきも低減することができる。
本発明の望ましい態様としては、前記一対の接続端子は、それぞれの前記外部電極から離れた位置で、前記外部電極と接続される側とは反対側の端部が互いに対向するように曲げられることが好ましい。このようにすれば、脚部とつながっている基板取付部が素子の長手方向外側に張り出すことを抑制できるので、その分、電子部品の実装面積を大きくすることがなく、回路基板に対する実装密度を向上させることができる。このような構造の接続端子では、外部電極と接続される側とは反対側の面がはんだが濡れ上がりやすい。本発明の電子部品では、この面に貫通孔が形成されているので、はんだ濡れ上がりが抑制されるため、電歪現象に起因した音鳴りのばらつきも低減することができる。
本発明は、誘電体の電歪現象に起因して発生する音鳴りを抑制することができる。
図1は、本実施形態に係るセラミックコンデンサを示す斜視図である。 図2は、本実施形態に係るセラミックコンデンサを示す側面図である。 図3は、本実施形態に係るセラミックコンデンサが有するセラミックコンデンサ素子の斜視図である。 図4は、本実施形態に係るセラミックコンデンサが有するセラミックコンデンサ素子の断面図である。 図5は、接続端子の寸法を示す説明図である。 図6は、本実施形態に係るセラミックコンデンサの接続端子の変形例を示す説明図である。 図7は、本実施形態に係るセラミックコンデンサの接続端子の変形例を示す説明図である。 図8は、本実施形態に係るセラミックコンデンサの接続端子の変形例を示す説明図である。 図9は、音圧の測定を行なう際に用いた試験装置の構成を簡略に示す図である。 図10は、コンデンサ素子の厚み方向である貫通孔の開口高さDと、貫通孔から見えるコンデンサ素子の厚み方向である外部電極の寸法dの関係を説明する説明図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
本実施形態では、電子部品の素子として、セラミックコンデンサを用いて説明する。他の適用可能な電子部品としては、誘電体素体を有するインダクタ、フィルタ、バリスタ又は、これらの素子を組み合わせた複合型セラミック電子部品等がある。
図1は、本実施形態に係るセラミックコンデンサを示す斜視図である。図2は、本実施形態に係るセラミックコンデンサを示す側面図である。セラミックコンデンサ1は、セラミックコンデンサ素子(以下、必要に応じてコンデンサ素子という)10と、一対の外部電極(端子電極)20、30と、一対の接続端子40、50と、を含む。このように、セラミックコンデンサ1は、コンデンサ素子10の外部電極20、30に、接続端子40、50を取り付けた構造の電子部品である。コンデンサ素子10は、積層型のセラミックコンデンサであり、その形状は、略四角柱形状である。コンデンサ素子10の構造については後述する。
セラミックコンデンサ1は、回路基板(以下、「基板」という。)60上に搭載されている。セラミックコンデンサ1は、1つのコンデンサ素子10により構成されているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、セラミックコンデンサ1は、コンデンサ素子10を複数積層して組み合わせてもよい。基板60は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、PDAや携帯電話等の小型の処理装置に用いられる。この基板60のセラミックコンデンサ1が実装される表面には、基板電極(ランド)61、61が設けられている。ランド61、61からは配線61A、61Aが延びている。一対の接続端子40、50は、はんだ15、16によってランド61、61に各々はんだ付けされる。
それぞれの外部電極20、30は、略四角柱形状のコンデンサ素子10の対向する端面をそれぞれ別個に覆っている。外部電極20、30は、導電性の材料であり、後述するように、コンデンサ素子10の内部電極と電気的に接続されている。外部電極20、30は、例えば、パラジウム(Pd)又は銀/パラジウム合金(Ag/Pd)に、ニッケル(Ni)及びスズ(Sn)をこの順で積層した構造である。なお、外部電極20、30は、複数の金属電極層で構成されていてもよく、例えば、外部電極20、30は、Cuを主成分とした下地電極に、Niめっき層、Snめっき層を形成するようにしてもよい。本実施形態において、外部電極20、30は、誘電体素体11の端面と、当該端面と接続している側面のうち前記端面側の部分との両方を覆う。このように、外部電極20、30は、コンデンサ素子10の両方の端部(端面及び当該端面と接続する側面の前記端面側の部分)を覆う。このため、外部電極20、30は、端面21、31と、側面22、32とを有する。
一対の接続端子40、50とそれぞれの外部電極20、30の端面21、31とは、それぞれ電気的に接続される。このため、本実施形態において、外部電極20、30は、少なくとも誘電体素体11の両方の端面を覆っていればよく、必ずしも誘電体素体11の側面まで覆う必要はない。
本実施形態において、一対の接続端子40、50は、金属の基材層の両面に導電層を有し、いずれか一方の前記導電層が、外部電極20、30の端面21、31に電気的に接続される。一対の接続端子40、50には、貫通孔40H、50Hが形成されている。
図2に示すように、それぞれの接続端子40、50は、外部電極20、30と電気的に接続される脚部40A、50Aと、回路基板60のランド(基板電極)61と電気的に接続される基板取付部40B、50Bとを有する。以下において、接続端子40に対応する脚部と基板取付部とはそれぞれ符号40A、40Bで表すものとし、接続端子50に対応する脚部と基板取付部とはそれぞれ符号50A、50Bで表すものとする。
脚部40A、50Aと基板取付部40B、50Bとは、それぞれ板状の構造体であり、両者の板面は互いに直交している。このため、接続端子40、50は、脚部40A、50A及び基板取付部40B、50Bと直交する平面で切った場合の断面が、L字形状をしている。本実施形態において、接続端子40、50は、脚部40A、50Aと基板取付部40B、50Bとを連続した1つの構造体として一体に構成したものである。
本実施形態において、一対の接続端子40、50は、それぞれの外部電極20、30から離れた位置で、外部電極20、30と接続される側とは反対側にある端部40t、50tが、互いに対向するように曲げられる。端部40t、50tは、基板取付部40B、50Bの端部であり、接続端子40、50の基板取付部40B、50Bが端部40t、50tが対向するように曲げられる。このような構造とすることで、脚部40A、50Aとつながっている基板取付部40B、50Bがコンデンサ素子10の長手方向外側に張り出すことを抑制できるので、その分、セラミックコンデンサ1の実装面積を大きくすることが無く、回路基板60に対する実装密度を向上させることができる。
脚部40A、50Aは、コンデンサ素子10の外部電極20、30の端面21、31と電気的に接続される。本実施形態において、脚部40A、50Aの基板取付部40B、50Bが突出している側の面が、外部電極20、30の端面21、31と電気的に接続される。外部電極20、30の端面21、31と電気的に接続される脚部40A、50Aの面は、電極接合部44、54である。本実施形態において、脚部40A、50Aの電極接合部44、54と、外部電極20、30の端面21、31とは、それぞれ、はんだ2、3で接続される。
接続端子40、50の基板取付部40B、50Bは、回路基板60のランド61、61と電気的に接続される基板接合部43、53を有する。本実施形態において、基板接合部43、53は、脚部40A、50Aの電極接合部44、54と反対側の面である。基板取付部40B、50Bの基板接合部43、53は、例えば、はんだ15、16によって回路基板60のランド61と電気的に接続される。
上述したように、接続端子40、50の基板取付部40B、50Bが端部40t、50tが対向するように曲げられる。基板接合部43、53と回路基板60のランド61、61との間にあるはんだ15、16が脚部40A、50Aへ表面張力により濡れ上がる。はんだ15、16は、貫通孔40H、50Hを超えて濡れ上がることが抑制される。その結果、はんだ15、16によって形成されるフィレット形状の高さが制限される。
本実施形態では、貫通孔40H、50Hは、基板接合部43、53と平行に形成されている。接続端子40、50の外部電極20、30と接続される側とは反対側の面から見て、貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31と一部が重なり合う又は貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31と全てが重なり合わない状態になっている。すなわち、外部電極20、30の下端が見えるか又は見えない状態になっている。この結果、はんだ濡れ上がりは、一定の高さで抑制されるため、はんだ濡れ上がりのばらつきが低減される。なお、図2に示すように、接続端子の外部電極と接続される側とは反対側の面から見てとは、基板接合部43、53と平行に貫通孔40H、50Hを矢印P方向に見ている。
本実施形態において、脚部40A、50Aの電極接合部44、54と、外部電極20、30の端面21、31とを接続するはんだ2、3が溶融する温度は、基板取付部40B、50Bの基板接合部43、53とランド61とを接続するはんだ15、16が溶融する温度よりも高いことが好ましい。セラミックコンデンサ1は、ランド61にはんだペーストが塗布された回路基板60に実装された後、リフロー炉内で加熱されることによりはんだペーストが溶融し、基板取付部40B、50Bとランド61とが電気的に接続される。はんだ2、3が溶融する温度を上述したように設定すれば、前記加熱においてはんだ2、3は溶融しないので、接続端子40、50とコンデンサ素子10との接続不良を回避しつつ、セラミックコンデンサ1を確実に回路基板60へ実装できる。次に、セラミックコンデンサ1が有するコンデンサ素子10について説明する。
図3は、本実施形態に係るセラミックコンデンサが有するセラミックコンデンサ素子の斜視図である。コンデンサ素子10の長手方向、すなわち、一対の外部電極20、30の端面21、31と直交する方向をY軸とし、Y軸に直交する軸をそれぞれX軸、Z軸とする。コンデンサ素子10に設けられる外部電極20、30の端面21、31は、略正方形形状である。コンデンサ素子10は、外部電極20、30の端面21、31を両端面とし、これらにつながる4個の側面(素子側面)12を有する略四角柱形状、すなわち略直方体の電子部品である。
外部電極20、30が有する端面21、31の辺の長さは、X軸方向、すなわち幅方向がLa、Z軸方向、すなわち厚さ方向がLbである。コンデンサ素子10のY軸方向の長さ、すなわち、コンデンサ素子10の長手方向の長さはLcである。Lcは、一対の端面21、31間の最短距離である。
コンデンサ素子10は、上述したように略直方体形状であるので、平面視(Z軸又はX軸方向から見た状態)は矩形の形状(素子側面12の形状が矩形)である。コンデンサ素子10は、平面視において、長手方向(Y軸方向)及び短手方向(X軸又はZ軸方向)がある。本実施形態のセラミックコンデンサ1は、コンデンサ素子10の寸法は問わないが、特に、コンデンサ素子10の寸法が1608M(C5101−21:2006(IEC60384−21:2004)に規定される寸法記号)以上のものに好適である。なお、前記寸法記号において、1608Mとは、Lcが1.6mm±0.1mm、LaとLbとのうち大きい方が0.8mm±0.1mmである。次に、コンデンサ素子10の内部構造について、簡単に説明する。
図4は、本実施形態に係るセラミックコンデンサが有するセラミックコンデンサ素子の断面図である。同図は、コンデンサ素子10を、外部電極20、30の端面21、31及び内部電極17、18と直交する平面で切った断面を示している。コンデンサ素子10は、誘電体素体11と、外部電極20、30とを有する。誘電体素体11は、内部電極17、18と誘電性材料の誘電体11aとを含む。内部電極17、18は、例えば、パラジウム、銀/パラジウム合金、ニッケル、銅(Cu)等である。誘電体11aは、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)等である。本実施形態において、誘電体素体11は、誘電体11aと内部電極17、18とが交互に積層される。誘電体素体11は、セラミックグリーンシート(未焼成セラミックシート)を複数枚積層した積層体を加熱圧着して一体化して、切断し、脱脂し、焼成することにより得られた直方体状の焼結体である。そして、誘電体素体11は、内部電極17に外部電極20が電気的に接続され、かつ内部電極18に外部電極30が電気的に接続されてコンデンサ素子10となる。コンデンサ素子10を始めとする電子部品が有する電子部品の素子は、内部電極と絶縁体とを有していれば、本実施形態の構造に限定されるものではない。
誘電体素体11の端面(外部電極形成面)13、14には、それぞれ内部電極17、18が露出している。上述したように、一対の外部電極20、30は、それぞれ外部電極形成面13、14を別々に覆うとともに、複数の内部電極17、18と電気的に接続される。本実施形態において、外部電極20、30は、端面21、31と側面22、32とを有する。外部電極20、30の側面22、32は、端面21、31とつながり、かつ素子側面12の外部電極形成面13、14に延出する。
セラミックコンデンサ1が有するコンデンサ素子10は、図4に示す誘電体11aに誘電材料が用いられる。コンデンサ素子10が、外部電極20、30をランド61に直接接続することにより回路基板60に実装した場合、外部電極20、30から交流電圧が印加されると、誘電体11aに電歪現象が発生し、コンデンサ素子10が変形する。すなわち、強誘電性を有するセラミックの誘電体11aの電歪現象効果により、コンデンサ素子10の積層方向に伸縮が生じる。そして、誘電体の一般的なポアソン比(=0.3)にしたがって、積層方向と直交する方向、すなわち、回路基板60の基板面に平行な方向にも伸縮が生じる。コンデンサ素子10は、積層方向に伸びると積層方向と直交する方向には縮み、積層方向に縮むと積層方向と直交する方向には伸びる。交流電圧がコンデンサ素子10に印加されることにより、コンデンサ素子10は、積層方向への伸縮と、積層方向と直交する方向への伸縮(積層方向への伸縮と位相が90度ずれる)とが繰り返される。その結果、コンデンサ素子10が実装された回路基板60は、基板面と略直交する方向へ振動する。コンデンサ素子10の振動の振幅は微少(1pmから1nm程度)であり、そのままでは音としてほとんど人間には認識されない。しかし、コンデンサ素子10が回路基板60に実装されると、回路基板60が音響インピーダンス変換器として働く。そして、振動の周波数が人間の可聴周波数帯域(20Hzから20kHz)になったときに、音として人間の耳に検知される。このように、セラミックコンデンサは、回路基板に実装されると、誘電体材料の電歪現象に起因する音鳴りが発生することがある。
セラミックコンデンサ1は、コンデンサ素子10の両方の外部電極20、30の端面21、31を接続端子40、50で挟持する。そして、セラミックコンデンサ1は、接続端子40、50を介して回路基板60に実装される。このような構造により、接続端子40、50がコンデンサ素子10の振動を吸収するので、コンデンサ素子10から回路基板60へ伝達される振動が抑制される。その結果、セラミックコンデンサ1が実装された回路基板60は、コンデンサ素子10の電歪現象に起因する音鳴りが抑制される。
図5は、接続端子の寸法を示す説明図である。接続端子40、50の厚さをt、幅をb、セラミックコンデンサ1が基板と接続する接続端子40、50の基板接合部43、53から貫通孔40H、50Hの基板側までの距離をh、基板接合部43、53から外部電極20、30の基板側までの距離をH、貫通孔40H、50Hの基板側からはんだ2、3の基板側までの距離(有効接続端子寸法)をLとする。このとき、接続端子40、50のばね定数Kは、式(1)で表すことができる。式(1)中のEは、接続端子40、50のヤング率である。
接続端子40、50のばね定数Kが小さい程、コンデンサ素子10の電歪現象に起因する音鳴りを抑制する効果が高くなることが見出された。これは、接続端子40、50のばね定数Kが小さい程、コンデンサ素子10からの振動を接続端子40、50が吸収しやすくなるからであると考えられる。また、接続端子40、50は、表面にはんだ15、16が付着すると、ばね定数Kが大きくなることが見出された。コンデンサ素子10の外部電極20、30と回路基板60のランド61とを電気的に接続するものであるため、はんだ15、16が必要である。接続端子40、50は、表面にはんだ15、16が付着すると、式(1)の厚さtが厚くなってしまうためばね定数Kが大きくなる。また、はんだ15、16は、接続端子40、50の表面を濡れ上がるため、濡れ上がりのばらつきによって、接続端子40、50のばね定数Kがばらついてしまう。
本実施形態に係るセラミックコンデンサ1では、接続端子40、50は、外部電極20、30と接合する電極接合部44、54及びセラミックコンデンサ1が基板60と接続する基板接合部43、53を有する。図5に示す接続端子40、50は、接続端子40、50の外部電極20、30と接続される側とは反対側の面から見て、貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31と全てが重なり合わない状態となっている。ここで、接続端子の外部電極と接続される側とは反対側の面から見てとは、基板接合部43、53と平行に貫通孔40H、50Hを矢印P方向に見ている。基板接合部43、53から外部電極20、30の基板側までの距離をHとし、貫通孔40H、50Hと基板接合部43、53との距離を高さhとすると、t<h/H≦0.9であることが好ましい。このような範囲であれば、はんだ15、16が接続端子40、50の表面に濡れ上がることが抑制され、有効接続端子寸法Lを確保することができる。貫通孔40H、50Hの位置は、より好ましくはt<h/H≦0.5、さらに好ましくはt<h/H≦0.2とされることが好ましい。その結果、ばね定数Kを小さくできるため、接続端子は振動吸収作用を発揮しつつ、電歪現象に起因した音鳴りのばらつきも低減することができる。
高さhを距離Hよりも大きくすると、図5に示す接続端子40、50は、接続端子40、50の外部電極20、30と接続される側とは反対側の面から見て、貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31と全てが重なり合うようになる。この場合、接続端子40、50の表面を濡れ上がったはんだ15、16が貫通孔40H、50Hを通じて流れだし、はんだ15、16が外部電極20、30と固着してしまうおそれがある。これにより、接続端子の振動吸収作用が低減されてしまう。本実施形態に係るセラミックコンデンサ1では、接続端子40、50の外部電極20、30と接続される側とは反対側の面から見て、貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31とが全て重なり合わず一部が重なり合うのであれば、はんだ15、16が貫通孔40H、50Hを通じて流れだしても、はんだ15、16が外部電極20、30と固着するおそれは少ない。はんだ15、16は、貫通孔40H、50Hを通じて流れだしても基板取付部40B、50Bの方向へ優先的に流れるためである。
また、有効接続端子寸法Lは、距離Hから距離hを減算した値よりも大きいことが好ましい。例えば、外部電極20、30と接合する電極接合部44、54が脚部40A、50Aの基板60から離れる端部側の位置とされる等が好ましい。これにより、はんだ15、16が貫通孔40H、50Hを経由してはんだ2、3と接合してしまうおそれを低減できる。また、有効接続端子寸法Lを長くなるとばね定数Kを小さくなるので、コンデンサ素子10の電歪現象に起因する音鳴りを抑制する効果が高くなる。
図5に示すwは、貫通孔40H、50Hの開口幅である。この開口幅wは、接続端子40、50の幅bよりも狭い。貫通孔40H、50Hは、基板接合部43、53と平行に形成されている。開口幅wが長い方がはんだ15、16を堰き止める幅を長くすることができる。接続端子の剛性を保ちつつ、堰き止める幅を確保するには、開口幅wと接続端子の幅bとの関係は0.3≦w/b≦0.95であることが好ましい。さらに開口幅wと接続端子の幅bとの関係は0.7≦w/b≦0.9であることが好ましい。
本実施形態では、セラミックコンデンサ1の有する接続端子40、50に貫通孔40H、50Hを有している。より具体的には、接続端子40、50は、貫通孔40H、50Hの所定位置を打ち抜き加工して形成される。はんだ15、16は、接続端子40、50を濡れ上がっても、貫通孔40H、50Hを超えられずはんだ15、16が堰き止められる。
このような構造の接続端子40、50を有するセラミックコンデンサ1は、導電性を有し、かつばね定数Kの低い接続端子40、50を備えるので、電歪現象に起因した音鳴りを効果的に抑制することができる。なお、濡れ上がり防止として、例えばポリイミド等の樹脂を設ける構造を採用することも考えることができる。しかしながら貫通孔であれば、樹脂と比較してリフローでの加熱により剥離のおそれがない。また、樹脂が吸湿する場合は、樹脂からの湿気により基材が腐食するおそれがあるが、貫通孔であれば安定であり、セラミックコンデンサ1は高湿度環境下でも使用できる。
以上、本実施形態に係るセラミックコンデンサは、誘電体と内部電極とが交互に積層された誘電体素体及び前記誘電体素体の対向する端面をそれぞれ別個に覆う一対の外部電極を有するコンデンサ素子と、前記外部電極の端面と電気的に接続される脚部と、基板と電気的に接続される基板取付部とを有する一対の接続端子と、を含み、前記一対の接続端子は、それぞれの前記脚部に前記接続端子を貫通する貫通孔を有し、前記接続端子の前記外部電極と接続される側とは反対側の面から見て、前記貫通孔が前記外部電極の端面と一部が重なり合う又は前記貫通孔が前記外部電極の端面と全てが重なり合わない状態となっている。このような構造により、本実施形態に係るセラミックコンデンサは、接続端子と基板との間に介在するはんだが貫通孔を超えて濡れ上がることを抑制する。その結果、はんだによって形成されるフィレット形状の高さが制限される。このため従来の接続端子の表面にはんだが付着するとばね定数Kが大きくなるのに対し、本実施形態のセラミックコンデンサは、ばね定数Kを小さく保ったまま接続端子でセラミックコンデンサを回路基板に実装できる。その結果、本実施形態に係るセラミックコンデンサは、電歪現象に起因した音鳴りを効果的に抑制することができる。また、本実施形態に係るセラミックコンデンサは、はんだ濡れ上がりが抑制されるため、電歪現象に起因した音鳴りのばらつきも低減することができる。
本実施形態に係るセラミックコンデンサでは、前記貫通孔は、前記基板と接続する前記基板取付部の基板接合部と平行に形成されることが好ましい。はんだ濡れ上がりが一定の高さで抑制されるため、はんだの濡れ上がりのばらつきも抑制できる。その結果、電歪現象に起因した音鳴りのばらつきも低減することができる。
本実施形態に係るセラミックコンデンサでは、前記一対の接続端子は、それぞれの前記外部電極から離れた位置で、前記外部電極と接続される側とは反対側の端部が互いに対向するように曲げられることが好ましい。このようにすれば、脚部とつながっている基板取付部が素子の長手方向外側に張り出すことを抑制できるので、その分、回路基板に対するセラミックコンデンサの実装密度を向上させることができる。このような構造の接続端子では、外部電極と接続される側とは反対側の面がはんだが濡れ上がりやすい。本実施形態に係るセラミックコンデンサでは、この面に貫通孔が形成されているので、はんだ濡れ上がりが抑制されるため、電歪現象に起因した音鳴りのばらつきも低減することができる。
なお、セラミックコンデンサの振動は、主に内部電極と誘電体とが積層される方向に生ずるものと考えられる。このため、誘電体と内部電極とが積層される方向が回路基板の基板面と直交するようにセラミックコンデンサが回路基板へ実装される場合に、音鳴りは大きくなると考えられる。本実施形態に係るセラミックコンデンサは、接続端子のばね定数Kを小さくして、電歪現象に起因する振動の回路基板への伝達を抑制できる。このため、誘電体と内部電極とが積層される方向が回路基板の基板面と直交するようにセラミックコンデンサが回路基板へ実装された場合でも、前記振動の回路基板への伝達を抑制し、音鳴りを低減させることができる。
図6から図8は、本実施形態に係るセラミックコンデンサの接続端子の変形例を示す説明図である。図6の貫通孔40I、50Iは、開口端部Q側にくの字状の開口形状とされている。また、図7の貫通孔40J、50Jは、開口端部R側に曲線の開口形状とされている。開口端部Q及び開口端部Rのような形状とすることにより、接続端子40、50の剛性を保ちつつ、貫通孔の開口幅を広げることができる。
図8の貫通孔40K、50Kは、貫通孔が複数あけられている変形例である。貫通孔を複数あけることにより、接続端子40、50の剛性を保ちつつ、貫通孔の開口幅の総和を大きく保つことができる。以上説明したように、貫通孔は、貫通孔の形状や個数に制限はなく、接続端子の表面に濡れ上がるはんだの高さを抑制できればよい。
(評価1)
上述した実施形態で説明した図1及び図2に示す接続端子を、実施例1−1〜1−5として、貫通孔40H、50Hの図5に示す高さ寸法hを変えて、複数種類作製し、セラミックコンデンサの音圧を測定した。比較例1としては、同じ基材層の材料で貫通孔のない接続端子を作製し、セラミックコンデンサの音圧を測定した。コンデンサ素子は、寸法が型式3225、厚さ2mm(図3に示すLc=3.2mm、La=2.5mm、Lb=2mm)を用いた。接続端子は、厚さt=0.1mm、幅b=2.5mm、脚部の長さ、すなわち基板接合部から基板と反対側の端面までの距離が3mmである。実施例のサンプルは、貫通孔の開口高さD=0.2mm、開口幅2.3mmで貫通孔をあけた。基板接合部から外部電極の基板側までの距離Hは、1mmである。実施例1−1〜1−5及び比較例1のサンプルは各々30個用意し、音圧のばらつきを標準偏差で評価した。実施例1−1〜1−5及び比較例1の接続端子の基材層の材料は、42質量%のNiを含むNiFe合金を用いた。また、実施例1−1〜1−5及び比較例1の基材層の表面にはニッケルを被覆し、その表面にスズを被覆した。接続端子と素子の端面とを接合するはんだは、Sbを15質量%含むSn−Sb合金、接続端子と基板とを接合するはんだは、Agを3質量%、Cuを0.5質量%含むSn−Ag−Cu合金を用いた。実施例1−1〜1−5及び比較例1のサンプルを各々30個用意し、音圧のばらつきを標準偏差で評価した。音圧の測定結果を、表1に示す。
(測定方法)
図9は、音圧の測定を行なう際に用いた試験装置の構成を簡略に示す図である。試作したセラミックコンデンサ1を基板106に実装して交流電圧を印加した際に、基板106から発生する振動音の大きさ(音圧)を測定した。試験装置100は、無響箱101と、集音マイク(商品名:MI−1233、小野測器社製)102と、電源装置103と、FFTアナライザ(商品名:DS2100、小野測器社製)104とを備えている。そして、測定対象となるセラミックコンデンサ1は、基板106に設置された状態で、無響箱101内に設置される。
セラミックコンデンサ1を設置した基板106は、その両端に正負一対の電極がそれぞれ設けられる。なお、基板106はガラスエポキシ基板であり、その寸法は、厚みが1.6mm、幅が40mm、長さが100mmである。無響箱101は、箱状に形成され、その内壁に吸音材107が設けられている。吸音材107は、グラスウール等を用いており、その表面を波型等に形成することで、音波の接触面積を拡大させ、吸音効果を高めている。
電源装置103は、一対の配線108を介して、基板106の正負一対の電極にそれぞれ電気的に接続されている。基板106は、配線108に吊り下げられた状態で、セラミックコンデンサ1が無響箱101内の底面101Bに対向するように、無響箱101の中央部分に配置される。電源装置103は、セラミックコンデンサ1に対してDCバイアスを与えながら交流電圧を印加した。DCバイアスは20Vとした。交流電圧は、周波数を1kHz〜10kHzとした。また、交流電圧は、3Vp−p(peak to peak)となるように、すなわち、DCバイアスの20Vを中心として、交流電圧が±3Vの範囲で変化するように印加された。
集音マイク102は、無響箱101内の底面101Bに設けられ、無響箱101の中央部分に設置されたセラミックコンデンサ1と所定距離(本評価5cm)を保つようにして配置される。FFTアナライザ104は、集音マイク102により集音された振動音の大きさ(音圧)を解析した。なお、ISO226に規定される等感度曲線から、人間の耳の感度は3kHzから4kHzで最も鋭くなる。このため、本評価においては、人間の耳の感度がもっと鋭くなる周波数(より具体的には3kHz)での音圧を測定した。
試験装置100の電源装置103が基板106に実装されたセラミックコンデンサ1に上述した交流電圧及びDCバイアスを印加すると、セラミックコンデンサ1で振動が発生し、セラミックコンデンサ1の振動が基板106に伝達される。その結果、基板106から振動音が発生する。この振動音を、集音マイク102を用いて集音し、集音した振動音を、FFTアナライザ104で解析することで、基板106から発生する振動音の大きさ(音圧)を得た。
(評価結果)
表1の評価結果が示すように、貫通孔がない比較例1よりも、貫通孔のある実施例1−1〜1−5は、高さhが1mmより小さいと音圧を低減できることが分かる。実施例1−1〜1−5の音圧は、高さhが大きいほど音圧も高くなる傾向にある。逆に、高さhが小さいほど音圧が低くなったのは、はんだが接続端子の表面に濡れ上がる範囲を制限し、有効接続端子寸法Lを確保することができたと考えられる。その結果、接続端子の振動吸収作用が高まることが原因と考えられる。実施例1−1〜1−5のサンプルが比較例1のサンプルと比較して、高さhが1mmより小さいと標準偏差も低くなっており、ばらつきが低減されていることが分かる。
実施例1−1〜1−3(高さhが0.2mmから0.7mmの場合)には、接続端子は、接続端子の外部電極と接続される側とは反対側の面から見て、貫通孔が外部電極の端面と全てが重なり合わない状態になっている。このため、はんだが貫通孔を超えて、外部電極と固着してしまうおそれはない。また、実施例1−4(高さhが0.9mmの場合)には、接続端子の外部電極と接続される側とは反対側の面から見て、貫通孔が外部電極の端面とが全て重なり合わず一部が重なり合う状態になっている。実施例1−4(高さhが0.9mmの場合)でも、実施例は比較例1よりも音圧は低く、音圧のばらつきも小さいことが分かる。
実施例1−5(高さhが1mmの場合)には、貫通孔の高さhが基板接合部から外部電極の基板側までの距離Hと同一となってしまう。その結果、接続端子の外部電極と接続される側とは反対側の面から見て貫通孔が外部電極の端面と全てが重なり合い、はんだが貫通孔を通じて流れ出し、外部電極と固着してしまう。このため、実施例1−5(高さhが1mmの場合)には、接続端子の振動吸収作用が抑制され音圧が大きくなっていたと考えられる。そこで、はんだが貫通孔を超えて、外部電極と固着してしまう条件について、評価2の実験を行なった。
(評価2)
上述した評価1の接続端子のうち、さらに貫通孔40H、50Hの図5に示す高さhを精密に変えて、貫通孔が外部電極との重なり合いが変わるように複数種類作製し、セラミックコンデンサの音圧を測定した。図10は、コンデンサ素子の厚み方向である貫通孔の開口高さDと、接続端子の外部電極と接続される側とは反対側の面から見て、貫通孔から見えるコンデンサ素子の厚み方向である外部電極の寸法dの関係を説明する説明図である。実施例2−1(d/D=0の場合)は、接続端子40、50の外部電極20、30と接続される側とは反対側の面から見て、貫通孔40H、50Hが外部電極の端面21、31と全てが重なり合っていない状態を示す。実施例2−2〜2−7(d/D=0.1からd/D=0.9の場合)は、接続端子40、50の外部電極20、30と接続される側とは反対側の面から見て、貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31と重なり合っている状態を示す。比較例2(d/D=1の場合)は、接続端子40、50の外部電極20、30と接続される側とは反対側の面から見て、貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31と全てが重なり合っている状態を示す。なお、接続端子の外部電極と接続される側とは反対側の面から見てとは、基板接合部43、53と平行に貫通孔40H、50Hを矢印P方向に見ている。評価2のサンプルは各々30個用意し、音圧のばらつきを標準偏差で評価した。評価2の接続端子の基材層の材料は、42質量%のNiを含むNiFe合金を用いた。また、評価2の基材層の表面にニッケルを被覆し、その表面にスズを被覆した。接続端子と素子の端面とを接合するはんだは、Sbを15質量%含むSn−Sb合金、接続端子と基板とを接合するはんだは、Agを3質量%、Cuを0.5質量%含むSn−Ag−Cu合金を用いた。音圧の測定結果を、表2に示す。なお、音圧の測定は上述の測定方法で行った。
表2の評価結果が示すように、貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31と全てが重なり合っている状態である比較例2(d/D=1の場合)は、音圧が71dBであった。実施例2−2〜2−7(d/D=0.1からd/D=0.9の場合)は、貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31と一部が重なり合っていても、貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31と全て重なり合う比較例2(d/D=1の場合)より音圧は低い。実施例2−2〜2−6(d/D=0.1からd/D=0.8の場合)は、貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31と一部が重なり合っていても、貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31と全てが重なり合わない状態である実施例2−1(d/D=0の場合)と同じ音圧及びばらつきであった。これは、実施例2−2〜2−6(d/D=0.1からd/D=0.8の場合)は、貫通孔40H、50Hが外部電極20、30の端面21、31と一部が重なり合っていてもはんだが貫通孔を通じて流れだすことはあるが、外部電極と固着してしまう現象は起きなかったためと考えられる。以上より、接続端子の外部電極と接続される側とは反対側の面から見て、貫通孔が前記外部電極と全て重なり合わない状態であれば、貫通孔が前記外部電極と全て重なり合う状態よりは、音圧を下げることができることが分かる。
以上のように、本発明に係る電子部品は、回路基板に実装されたときにおいて音鳴りを抑制することに有用である。
1 セラミックコンデンサ
10 コンデンサ素子(セラミックコンデンサ素子)
11 誘電体素体
11a 誘電体
12 素子側面
13、14 外部電極形成面
17、18 内部電極
20、30 外部電極
21、31 端面
40H、50H、40I、50I、40J、50J、40K、50K 貫通孔
40A、50A 脚部
40B、50B 基板取付部
40、50 接続端子
40t、50t 端部
43、53 基板接合部
44、54 電極接合部
60 回路基板
61 ランド
100 試験装置
101 無響箱
101B 底面
102 集音マイク
103 電源装置
104 FFTアナライザ
106 基板
107 吸音材
108 配線

Claims (3)

  1. 誘電体と内部電極とが交互に積層された誘電体素体及び前記誘電体素体の対向する端面をそれぞれ別個に覆う一対の外部電極を有する素子と、
    前記外部電極の端面と電気的に接続される脚部と、基板と電気的に接続される基板取付部とを有する一対の接続端子と、を含み、
    前記一対の接続端子は、それぞれの前記脚部に前記接続端子を貫通する貫通孔を有し、
    前記接続端子の前記外部電極と接続される側とは反対側の面から見て、前記貫通孔が前記外部電極の端面と一部が重なり合う又は前記貫通孔が前記外部電極の端面と全てが重なり合わないことを特徴とする電子部品。
  2. 前記貫通孔は、前記基板と接続する前記基板取付部の基板接合部と平行に形成される請求項1に記載の電子部品。
  3. 前記一対の接続端子は、それぞれの前記外部電極から離れた位置で、前記外部電極と接続される側とは反対側の端部が互いに対向するように曲げられる請求項1又は2に記載の電子部品。
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