JP2017120855A - 電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】外部端子の接続部における応力を低減することができる電子部品を提供すること。【解決手段】内部電極４が内蔵してあるセラミック素体２６の端面に端子電極２２が形成されたチップ部品２０と、端子電極２２に電気的に接続される外部端子３０とを有する電子部品である。外部端子３０が、端子電極接続部３２と、実装接続部３４と、を有する。端子電極接続部３２が、端子電極２２に接続される第１金属３０ａと、その第１金属３０ａの外側に配置される第２金属３０ｂとの積層構造を有する。第１金属３０ａの熱膨張係数が、セラミック素体２６の熱膨張係数よりも小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば金属端子からなる外部端子が接続してある電子部品に関する。

セラミックコンデンサ等のセラミック素体を持つ電子部品としては、単体で直接に基板等に面実装する通常のチップ部品の他に、チップ部品に金属端子などの外部端子が取り付けられたものが提案されている。外部端子が取り付けられている電子部品は、実装後において、チップ部品が基板から受ける変形応力を緩和したり、チップ部品を衝撃等から保護する効果を有することが報告されており、耐久性および信頼性等が要求される分野において使用されている。

外部端子を用いた電子部品では、外部端子の一端がチップ部品の端子電極に接続され、他端が回路基板などの実装面にハンダなどで接続される。外部端子としては、たとえば特許文献１に示すように、電気抵抗を低減するために、銅または銅合金などの金属が用いられる場合がある。

しかしながら、外部端子として銅または銅合金などの金属を用いる場合には、これらの金属の熱膨張係数が、セラミック素体の熱膨張係数よりも大きいなどの理由から、外部端子をセラミック素体の端子電極にハンダなどで接続した後に、ハンダ部に応力が発生する。そのため、セラミック素体の端子電極と外部端子との接続部での強度が低下したり、あるいは熱衝撃性などの信頼性が悪くなるなどの課題を有する。

特開２０００−２３５９３２号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、外部端子の接続部における応力を低減することができる電子部品を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る電子部品は、
内部電極が内蔵してあるセラミック素体の端面に端子電極が形成されたチップ部品と、
前記端子電極に電気的に接続される外部端子とを有する電子部品であって、
前記外部端子が、
前記端子電極に向き合うように配置される端子電極接続部と、
実装面に接続可能な実装接続部と、を有し、
前記端子電極接続部が、前記端子電極に接続される第１金属と、その第１金属の外側に配置される第２金属との積層構造を有し、
前記第１金属の熱膨張係数が、前記セラミック素体の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする。

本発明の第１の観点に係る電子部品では、第１金属の熱膨張係数がセラミック素体の熱膨張係数よりも小さい。本発明者等は、このような構成を採用することで、外部端子の接続部（たとえばハンダ接続部）における応力を低減することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。応力を低減させることで、セラミック素体の端子電極と外部端子との接続部での強度が向上すると共に、熱衝撃性などの信頼性が向上する。

好ましくは、前記第２金属の熱膨張係数が、セラミック素体の熱膨張係数よりも大きい。セラミック素体の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を持つ第２金属は、一般的に電気抵抗が低く、電子部品の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を改善することができる。

好ましくは、積層方向に沿っての前記第２金属の厚みが前記第１金属の厚みよりも大きい。このように構成することで、外部端子の接続部（たとえばハンダ接続部）における応力を低減する効果が向上すると共に、ＥＳＲの改善効果が高くなる。

本発明の第２の観点に係る電子部品は、
内部電極が内蔵してあるセラミック素体の端面に端子電極が形成されたチップ部品と、
前記端子電極に電気的に接続される外部端子とを有する電子部品であって、
前記外部端子が、
前記端子電極に向き合うように配置される端子電極接続部と、
実装面に接続可能な実装接続部と、を有し、
前記端子電極接続部が、前記端子電極に接続される第１金属と、その第１金属の外側に配置される第２金属との積層構造を有し、
前記第１金属が鉄系金属であり、前記第２金属が前記第１金属よりも電気抵抗が低い金属であることを特徴とする。

鉄系金属の熱膨張係数は、セラミック素体の熱膨張係数よりも小さい。そのため、外部端子の接続部（たとえばハンダ接続部）における応力を低減することができる。また、第２金属は、第１金属よりも電気抵抗が低く、電子部品の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を改善することができる。

なお、本発明において、金属とは、合金も含む概念で用いられる。

図１は本発明の一実施形態に係る電子部品の斜視図である。 図２は図１に示す電子部品のII−II線に沿う断面図である。 図３は本発明の他の実施形態に係る電子部品の要部概略断面図である。 図４は本発明のさらに他の実施形態に係る電子部品の要部概略断面図である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子部品１０を示す概略斜視図である。電子部品１０は、チップ部品としてのチップコンデンサ２０と、チップコンデンサ２０のＸ軸方向の両端面にそれぞれ取り付けられた一対の金属端子（外部端子）３０とを有する。

なお、各実施形態の説明では、チップコンデンサ２０に一対の金属端子３０が取り付けられた電子部品を例に説明を行うが、本発明のセラミック電子部品としてはこれに限らず、コンデンサ以外のチップ部品に金属端子３０が取り付けられたものであっても良い。

チップコンデンサ２０は、コンデンサ素体２６と、コンデンサ素体２６のＸ軸方向の両端面にそれぞれ形成してある一対の端子電極２２とを有する。コンデンサ素体２６は、Ｘ軸方向の端面に対して略垂直な４つの側面２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを有する。図２に示すように、これらの側面の内、１つの側面２６ａが、回路基板の実装面６０に対して最も近づく底側面となる。本実施形態では、底側面２６ａと平行に対向する側面２６ｂが上側面となる。その他の側面２６ｃ，２６ｄは、実装面６０に対して略垂直に配置される。

なお、各図面において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、相互に垂直であり、実装面６０に対して垂直方向をＺ軸とし、Ｘ軸は、素体２６の端面に垂直な方向であり、Ｙ軸は、側面２６ｃおよび側面２６ｄに垂直な方向である。

図２に示すように、コンデンサ素体２６は、内部にセラミック層としての誘電体層２と内部電極層４とを有し、これらの誘電体層２と内部電極層４とが交互に積層してある。隣接する一方の内部電極層４は、Ｘ軸方向に対向する一方の端子電極２２に接続してあり、他方の内部電極４は、他方の端子電極２２に接続してある。なお、図２では、Ｚ軸方向に沿って誘電体層２と内部電極層４とが交互に積層してあるが、Ｙ軸方向に沿って誘電体層２と内部電極層４とが交互に積層してあっても良い。積層方向は特に限定されない。

誘電体層２の材質は、特に限定されず、たとえばチタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムまたはこれらの混合物などの誘電体材料で構成される。各誘電体層２の厚みは、特に限定されないが、コンマ数μｍ〜数十μｍのものが一般的である。

内部電極層に含有される導電体材料は特に限定されないが、誘電体層の構成材料が耐還元性を有する場合には、比較的安価な卑金属を用いることができる。卑金属としては、ＮｉまたはＮｉ合金が好ましい。Ｎｉ合金としては、Ｍｎ，Ｃｒ，ＣｏおよびＡｌから選択される１種以上の元素とＮｉとの合金が好ましく、合金中のＮｉ含有量は９５重量％以上であることが好ましい。なお、ＮｉまたはＮｉ合金中には、Ｐ等の各種微量成分が０．１重量％程度以下含まれていてもよい。また、内部電極層は、市販の電極用ペーストを使用して形成してもよい。内部電極層の厚みは用途等に応じて適宜決定すればよい。

端子電極２２の材質も特に限定されず、通常、銅や銅合金、ニッケルやニッケル合金などが用いられるが、銀や銀とパラジウムの合金なども使用することができる。端子電極２２の厚みも特に限定されないが、通常１０〜５０μｍ程度である。なお、端子電極２２の表面には、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ等から選ばれる少なくとも１種の金属被膜が形成されていても良い。特に、Ｃｕ焼付層/Ｎｉめっき層/Ｓｎめっき層の多層構造とするのが好ましい。

また、本実施形態では、端子電極２２は、少なくとも樹脂電極層を有する多層電極膜で構成してあってもよい。樹脂電極層を有する端子電極２２としては、たとえば素体２６に接触する側から焼付層／樹脂電極層／Ｎｉめっき層／Ｓｎめっき層からなることが好ましい。

また、端子電極２２は、図２に示すように、素体２６のＸ軸方向の両端面にそれぞれ位置して端面を覆う端面電極部２２ａと、素体２６の端面から当該端面近くの複数の側面２６ａ〜２６ｄを所定被覆幅Ｌ１で被覆するように端面電極部２２ａと一体に形成される側面電極部２２ｂとを有する。本実施形態では、側面電極部２２ｂは、実質的に形成されていなくとも良く、端子電極２２は、端面電極部２２ａのみで実質的に構成してあっても良い。

図１および図２に示すように、各金属端子３０は、素体２６のＸ軸方向の端面に形成してある端子電極２２の端面電極部２２ａと向き合うように配置される端子電極接続部３２と、実装面６０に接続可能な実装接続部３４と、を有する。図２に示すように、実装面６０から最も近い素体２６の底側面２６ａを実装面６０から所定距離で離すように端子電極接続部３２と実装接続部３４とは、これらと一体に成形してある連結部３６により連結してある。

連結部３６は、実装接続部３４が底側面２６ａに所定距離で向き合うように、端子電極接続部３２から底側面２６ａ方向（内側）に折り曲げられた曲折形状を有する。

図２に示すように、それぞれの金属端子３０は、端面電極部２２ａにハンダ５０を介して接続される第１金属３０ａと、その第１金属３０ａの外側に配置される第２金属３０ｂとの二層の積層構造を有するクラッド材で構成される。第１金属３０ａの熱膨張係数は、セラミック素体２６の熱膨張係数よりも小さい。好ましくは、第１金属３０ａの熱膨張係数と、セラミック素体２６の熱膨張係数との差異は、０．５ｐｐｍ以上である。セラミック素体２６の熱膨張係数は、誘電体層２の材質にもよるが、一般的には、（６〜１４）×１０^−６／Ｋである。

第１金属３０ａとしては、たとえば４２Ｎｉ−Ｆｅ、３６Ｎｉ−Ｆｅ、５２Ｎｉ−Ｆｅ、５０Ｎｉ−Ｆｅ、３０Ｎｉ−Ｆｅ、３２Ｎｉ−５Ｃｏ−Ｆｅ、２９Ｎｉ−１６Ｃｏ−Ｆｅなどの鉄系合金が好ましく用いられる。また、第１金属３０ａとしては、その熱膨張係数がセラミック素体２６の熱膨張係数よりも小さいものであれば、鉄系金属に限らず、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３０、Ｎｉなどを用いることができる。

本実施形態では、第２金属３０ｂは、その熱膨張係数が、セラミック素体２６の熱膨張係数よりも大きい。好ましくは、第２金属３０ｂの熱膨張係数と、セラミック素体２６の熱膨張係数との差異は、１ｐｐｍ以上である。

セラミック素体の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を持つ第２金属３０ｂとしては、たとえば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、亜鉛合金などの非鉄金属が好ましい。

あるいは、第２金属３０ｂとしては、第１金属３０ａよりも電気抵抗が小さいものが用いられる。そのような第２金属３０ｂとしては、たとえば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、亜鉛合金などの金属が用いられる。好ましくは、第１金属３０ａの電気抵抗と第２金属３０ｂの電気抵抗との差異は、３×１０^−８Ω・ｍ以上である。なお、第１金属の電気抵抗は、体積抵抗率で、好ましくは、（５〜１００）×１０^−８Ω・ｍである。

好ましい組合せとしては、第１金属３０ａが４２Ｎｉ−Ｆｅまたは３６Ｎｉ−Ｆｅであり、第２金属３０ｂが銅または銅合金である。第１金属３０ａと第２金属３０ｂとの二層の積層構造から成る金属端子３０のトータル厚みｔ０は、特に限定されないが、好ましくは０．１〜０．２ｍｍである。

第１金属３０ａの厚みｔ１は、最小で１０μｍ以上が好ましい。また、第１金属３０ａの厚みｔ１の最大値は、トータル厚みｔ０とのバランスにより決定され、好ましくは、ｔ１/ｔ０が１ ／ ２ 以下となるように決定される。このように設定することで、外部端子の接続部（たとえばハンダ５０による接続部）における応力を低減する効果が向上すると共に、ＥＳＲの改善効果が高くなる。

チップコンデンサ２０の形状やサイズは、目的や用途に応じて適宜決定すればよい。チップコンデンサ２０が直方体形状の場合は、通常、縦（０．６〜７．５ｍｍ）×横（０．３〜６．３ｍｍ）×厚み（０．１〜３．２ｍｍ）程度である。

電子部品１０の製造方法
以下に、電子部品１０の製造方法について説明する。まず、チップコンデンサ２０を製造する。焼成後に誘電体層となるグリーンシートを形成するために、グリーンシート用塗料を準備する。グリーンシート用塗料は、本実施形態では、誘電体材料の原料と有機ビヒクルとを混練して得られた有機溶剤系ペースト、または水系ペーストで構成される。

誘電体材料の原料としては、焼成後にチタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムとなる各種化合物、たとえば炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金属化合物などから適宜選択され、混合して用いることができる。

次に、上述のグリーンシート用塗料を用いて、キャリアシート上に、グリーンシートを形成する。次に、グリーンシートの一方の表面に、焼成後に内部電極層となる電極パターンを形成する。電極パターンの形成方法としては、特に限定されないが、印刷法、転写法、薄膜法などが例示される。グリーンシートの上に電極パターンを形成した後、乾燥することにより、電極パターンが形成されたグリーンシートを得る。

内部電極層用塗料を製造する際に用いる導電体材料としては、ＮｉやＮｉ合金、さらにはこれらの混合物を用いることが好ましい。このような導電体材料は、球状、リン片状等、その形状に特に制限はなく、また、これらの形状のものが混合したものであってもよい。

次に、内部電極パターンが形成されたグリーンシートを、キャリアシートから剥離しつつ所望の積層数まで積層し、グリーン積層体を得る。なお、積層の最初と最後には、内部電極パターンが形成されていない外層用グリーンシートを、積層する。

その後、このグリーン積層体を最終加圧し、必要に応じて研磨処理を行い、脱バインダ処理を行う。続いて、グリーンチップの焼成を実施する。焼成条件は特に限定されない。焼成後に、必要に応じてアニール処理、研磨等を施すことにより、図１に示すコンデンサ素体２６を得る。

その後、コンデンサ素体２６に端子電極２２を形成する。端子電極２２は、たとえば端子電極用塗料を焼きつけて下地電極を形成した後、下地電極の表面にめっきによる金属被膜を形成することにより、作製する。なお、端子電極用塗料は、上記した内部電極層用塗料と同様にして調製することができる。

また、樹脂電極層を有する端子電極２２を形成する場合には、たとえば素体２６の端面に焼付層から成る下地電極を形成した後、樹脂電極ペースト膜を塗布して樹脂電極層を形成する。その後に、Ｎｉめっき層およびＳｎめっき層を形成すれば良い。

金属端子３０の製造では、まず、平板状の二層積層クラッド金属板材を準備する。次に、金属板材を機械加工することにより、図１および図２に示す金属端子３０を得る。具体的な加工方法は特に限定されないが、たとえばプレス加工が好ましく用いられる。金属端子３０の表面には、めっきによる金属被膜を形成してもよい。

めっきに用いる材料としては、特に限定されないが、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ｓｎ等が挙げられる。めっきによる金属被膜の厚みは、第１金属３０ａの厚みの１／３以下であることが好ましい。

上述のようにして得られたチップコンデンサ２０のＸ軸方向の両端面に形成してある端子電極２２の端面電極部２２ａに、金属端子３０の端子電極接続部３２を接続する。図２に示すように、本実施形態では、これらをハンダ５０により接続する。

本実施形態では、第１金属３０ａの熱膨張係数がセラミック素体２６の熱膨張係数よりも小さい。そのため、本実施形態では、金属端子３０の接続部（たとえばハンダ５０による接続部）における応力を低減することができる。応力を低減させることで、セラミック素体２６の端子電極２２と金属端子３０との接続部での強度が向上すると共に、熱衝撃性などの信頼性が向上する。

また本実施形態では、第２金属３０ｂの熱膨張係数が、セラミック素体２６の熱膨張係数よりも大きい。セラミック素体２６の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を持つ第２金属３０ｂは、一般的に電気抵抗が低く、電子部品１０の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を改善することができる。特に、第２金属３０ｂとして、たとえば銅や銅合金などのように、第１金属３０ａよりも電気抵抗が低い金属を用いることで、電子部品１０の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を改善することができる。

また、本実施形態では、クラッド材の積層方向に沿っての第２金属３０ｂの厚みを第１金属３０ａの厚みよりも大きくしてある。このように構成することで、金属端子３０の接続部（たとえばハンダ５０による接続部）における応力を低減する効果が向上すると共に、ＥＳＲの改善効果が高くなる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る電子部品１０αの斜視図である。本実施形態に係る電子部品１０αは、図１および図２に示す第１実施形態に係る電子部品１０と下記に示す以外は、同様な構成を有し、同様な作用効果を奏するので、共通する部分には、共通する部材符号を付し、共通する部分の説明は省略する。

図３に示すように、本実施形態では、Ｘ軸方向の両端に配置される金属端子３０αのＺ軸方向の高さが高くなっており、端子電極接続部３２には、Ｚ軸方向に２つ以上に並んで配置されるチップコンデンサ２０の端子電極２２がそれぞれハンダ５０を介して接続される。なお、図３では、ハンダ５０は、各端子電極２２毎にＺ軸方向に不連続であるが、連続して形成してあっても良い。

本実施形態の電子部品１０αは、Ｚ軸方向にチップコンデンサ２０が並んで配置される以外は、第１実施形態の電子部品１０と同様な構成を有し、同様な作用効果を奏する。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る電子部品１０βの斜視図である。本実施形態に係る電子部品１０βは、図１〜図３に示す実施形態と下記に示す以外は、同様な構成を有し、同様な作用効果を奏するので、共通する部分には、共通する部材符号を付し、共通する部分の説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態では、金属端子３０βのうちの端子電極接続部３２に対応する部分のみが、第１金属３０ａおよび第２金属３０ｂから成る２層積層のクラッドで構成してあり、実装接続部３４および連結部３６は、第２金属３０ｂのみで構成してある。第２金属３０ｂの体積が増えるので、ＥＳＲの向上が期待できると共に、ハンダ５０による接続部の応力低減の効果も期待できる。

その他の構成は第１実施形態または第２実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。

（その他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。たとえば上述した実施形態では、ハンダ５０を用いて端子電極２２と金属端子３０，３０α，３０βとを接続してあるが、導電性接着剤、あるいはその他の接続手段により接続しても良い。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

実施例１
第１金属３０ａが４２ＮｉＦｅ合金であり、第２金属３０ｂが銅であり、第１金属３０ａの厚みｔ１が０．０３ｍｍであり、トータル厚みｔ０が０．１ｍｍのクラッド材から成る金属端子３０を準備し、ハンダ５０を用いて第１金属３０ａを端子電極２２に接続し、図１および図２に示す電子部品を製作した。

なお、第１金属３０ａの熱膨張係数は、（４．５〜５．３）×１０^-6／Ｋであり、その電気抵抗（体積抵抗）は、６３．５×１０^−８Ω・ｍであり、第２金属３０ｂの熱膨張係数は、１７×１０^-6／Ｋであり、その電気抵抗（体積抵抗）は、１．７×１０^−８Ω・ｍであった。

この実施例１の電子部品１０について、以下の条件で、ハンダ５０の接合部に加わる応力を調べた。

なお、応力解析は、以下に示す条件を仮定して行った。

熱負荷１５０℃を応力ゼロ点として、−４０℃時の応力解析を行った。

比較例１
実施例１と同じクラッド材から成る金属端子３０を用いたが、実施例１とは逆に、第２金属３０ｂを端子電極２２に接続した以外は、実施例１と同様にして電子部品を製作した。実施例１と同様にして応力解析を行ったところ、実施例１に比較して、約７．５倍の応力となった。

２… 誘電体層
４… 内部電極層
１０，１０α，１０β…電子部品
２０…チップコンデンサ
２２…端子電極
２２ａ…端面電極部
２２ｂ…側面電極部
２６…素体
２６ａ…底側面
２６ｂ…上側面
２０ｃ…側面
２０ｄ…側面
３０，３０α，３０β…金属端子
３２…端子電極接続部
３４…実装接続部
３６…連結部
５０…ハンダ
６０…実装面

Claims (4)

1. 内部電極が内蔵してあるセラミック素体の端面に端子電極が形成されたチップ部品と、
   前記端子電極に電気的に接続される外部端子とを有する電子部品であって、
   前記外部端子が、
   前記端子電極に向き合うように配置される端子電極接続部と、
   実装面に接続可能な実装接続部と、を有し、
   前記端子電極接続部が、前記端子電極に接続される第１金属と、その第１金属の外側に配置される第２金属との積層構造を有し、
   前記第１金属の熱膨張係数が、前記セラミック素体の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする電子部品。
2. 前記第２金属の熱膨張係数が、前記セラミック素体の熱膨張係数よりも大きい請求項１に記載の電子部品。
3. 積層方向に沿っての前記第２金属の厚みが前記第１金属の厚みよりも大きい請求項１または２に記載の電子部品。
4. 内部電極が内蔵してあるセラミック素体の端面に端子電極が形成されたチップ部品と、
   前記端子電極に電気的に接続される外部端子とを有する電子部品であって、
   前記外部端子が、
   前記端子電極に向き合うように配置される端子電極接続部と、
   実装面に接続可能な実装接続部と、を有し、
   前記端子電極接続部が、前記端子電極に接続される第１金属と、その第１金属の外側に配置される第２金属との積層構造を有し、
   前記第１金属が鉄系金属であり、前記第２金属が第１金属よりも電気抵抗が低いことを特徴とする電子部品。

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