JP2018133355A - 積層セラミック電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
そのため、電界が加わった際の応力及び機械的歪みに伴い、積層セラミックコンデンサの外部電極から基板側にこの振動が伝わるようになり、この基板全体が音響放射面となって、雑音となる振動音(鳴き)を発生するおそれを有していた。
さらに、特許文献1のような構造(図13を参照)において示されるように、はんだ6aによって積層セラミックコンデンサ2の外部電極4と金属端子6とを接合した場合、外部電極4と金属端子6と接合部において、Snが比較的多く残留するため、車載用途など高温環境下にさらされる際に、外部電極4(下地電極層およびめっき層で構成される)のめっき層の金属が下地電極層まで拡散する。その結果、めっき層が消滅し、経時的に外部電極4と金属端子6との接合強度が低下し、外部電極4と金属端子6と接合部のクラックなどの構造欠陥が発生するという問題が懸念される。
この発明にかかる積層セラミック電子部品は、第1の金属端子および第2の金属端子の端子本体部において、電子部品本体の主面と対向するように延びるリブ部をさらに備えることが好ましい。
また、この発明にかかる積層セラミック電子部品は、接合材が、Cu−M(MはNi、Mn、Al、Cr)合金と、Cu、Ni、Mn、Al、Cr、Sn、Au、Ag、Sb、Zn、Biのうち、少なくとも2以上から構成される金属間化合物と、Snとから構成され、接合材におけるSnの割合が、5%以下であることが好ましい。
さらに、この発明にかかる積層セラミック電子部品は、接合材が、第1の金属端子のリブ部に対向する第1の外部電極から積層体の表面に跨って配置され、そして、第2の金属端子のリブ部に対向する第1の外部電極から積層体の表面に跨って配置されることが好ましい。
また、この発明にかかる積層セラミック電子部品によれば、金属端子の端子本体部において、さらに、電子部品本体のそれぞれの主面と対向するように延びるリブ部が設けられており、電子部品本体のそれぞれの主面と対向するように延びるリブ部と第1の外部電極との間に存在する接合材を用いて接合し、同様に、電子部品本体のそれぞれの主面と対向するように延びるリブ部と第2の外部電極との間に存在する接合材を用いて接合すると、2つの金属端子同士を結ぶ方向に発生する応力(引張り応力)に対して、さらに十分な強度を確保することができる。
さらに、この発明にかかる積層セラミック電子部品によれば、接合材には拡散の原因となるSnが5%以下であり、融点が260℃以上の金属および金属間化合物であるため、拡散金属種がほとんど存在せず、200℃以上の高温環境下においても界面構造の変化が小さいと、高温環境下においても、経時的に外部電極と金属端子との接合強度が低下し、外部電極と金属端子との接合部のクラックなどの構造欠陥が発生するという問題を抑制することが可能となる。
さらにまた、この発明にかかる積層セラミック電子部品によれば、接合材が、第1の金属端子のリブ部に対向する第1の外部電極から積層体の第1の端面側に配置される第1の外部電極の表面一部に跨って配置され、また、接合材が、第2の金属端子のリブ部に対向する第2の外部電極から積層体の第2の端面側に配置される第2の外部電極の表面の一部に跨って配置されると、金属端子と外部電極との接合強度を強くすることができる。
(第1の実施の形態)
この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品について説明する。図1は、この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品の一例を示す外観斜視図である。図2は、この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品を示す図1のII−II線における断面図であり、図3は、この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品を示す図1のIII−III線における断面図である。図4は、この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品を示す図1のIV−IV線における断面図である。図5は、この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品が備える金属端子を示す外観斜視図である。
また、積層体14に、半導体セラミックを用いた場合、電子部品本体は、サーミスタ素子として機能する。半導体セラミック材料の具体例としては、たとえば、スピネル系セラミック材料などが挙げられる。
また、積層体14に、磁性体セラミックを用いた場合、電子部品本体は、インダクタ素子として機能する。また、インダクタ素子として機能する場合は、内部電極層18は、コイル状の導体となる。磁性体セラミック材料の具体例としては、たとえば、フェライトセラミック材料などが挙げられる。
第1の内部電極層18aおよび第2の内部電極層18bの各電極面は、金属端子40Aが延びる方向と垂直に配置されており、実装面に対しては平行になるように配置される。
なお、内部電極18は、実装面に対して平行になるように配置されてもよく、垂直になるように配置されてもよい。
内部電極層18の厚みは、0.1μm以上2μm以下であることが好ましい。
第1の外部電極24aは、積層体14の第1の端面14eの表面に配置され、第1の端面14eから延伸して第1の主面14a、第2の主面14b、第1の側面14cおよび第2の側面14dのそれぞれの一部分を覆うように形成される。この場合、第1の外部電極24aは、第1の内部電極18aの第1の引出電極20aと電気的に接続される。
第2の外部電極24bは、積層体14の第2の端面14fの表面に配置され、第2の端面14fから延伸して第1の主面14a、第2の主面14b、第1の側面14cおよび第2の側面14dのそれぞれの一部分を覆うように形成される。この場合、第2の外部電極24bは、第2の内部電極18bの第2の引出電極20bと電気的に接続される。
また、第2の下地電極層28bは、積層体14の第2の端面14fの表面に配置され、第2の端面14fから延伸して第1の主面14a、第2の主面14b、第1の側面14cおよび第2の側面14dのそれぞれの一部分を覆うように形成される。
焼付け層は、ガラスと金属とを含む。焼付け層の金属としては、たとえば、Cu、Ni、Ag、Pb、Ag−Pb合金、Au等から選ばれる少なくとも1つを含む。また、焼付け層のガラスとしては、B、Si、Ba、Mg、Al、Li、Zn等から選ばれる少なくとも1つを含む。焼付け層は、複数層であってもよい。焼付け層は、ガラスおよび金属を含む導電性ペーストを積層体14に塗布して焼き付けたものであり、セラミック層16および内部電極層18と同時に焼成したものでもよく、セラミック層16および内部電極層18を焼成した後に焼き付けたものでもよい。焼付け層のうちの最も厚い部分の厚みは、10μm以上50μm以下であることが好ましい。
また、薄膜層は、スパッタ法または蒸着法等の薄膜形成法により形成され、金属粒子が堆積された1μm以下の層である。
同様に、第2のめっき層30bは、第2の下地電極層28bを覆うように配置される。具体的には、第2のめっき層30bは、第2の下地電極層28bの表面の第2の端面14fに配置され、第2の下地電極層28bの表面の第1の主面14aおよび第2の主面14bならびに第1の側面14cおよび第2の側面14dにも至るように設けられていることが好ましい。
めっき層は、複数層によって形成されてもよい。この場合、めっき層は、Niめっき層とSnめっき層の2層構造であることが好ましい。Niめっき層が、下地電極層の表面を覆うように設けられることで、下地電極層が金属端子40Aを接合する際のはんだによって侵食されることを防止するために用いられる。また、Niめっき層の表面に、Snめっき層を設けることにより、積層セラミックコンデンサを実装する際に、実装に用いられるはんだの濡れ性を向上させ、容易に実装することができる。
下層めっき膜は、端子本体の表面に形成されており、上層めっき膜は、下層めっき膜の表面に形成されている。
なお、めっき膜として、1層形成の場合には、はんだ付き性のよい上層めっき膜を形成するのが好ましい。
接合材60は、一方の金属端子40Aの側面リブ部56aおよび側面リブ部56bと、側面リブ部56aおよび側面リブ部56bに対向する第1の外部電極24a(両側面14c,14d上の第1の外部電極24a)との間に存在し、かつ接合材60は、一方の金属端子40Aの端子本体部50と第1の外部電極24aの端面中央部26aとの間には存在しない。また、接合材60は、他方の金属端子40Aの側面リブ部56aおよび側面リブ部56bと、側面リブ部56aおよび側面リブ部56bに対向する第2の外部電極24b(両側面14c,14d上の第2の外部電極24b)との間に存在し、かつ接合材60は、他方の金属端子40Aの端子本体部50と第2の外部電極24bの端面中央部26bとの間には存在しない。
導電性材料は、第1金属と、第1金属よりも融点が高く、第1金属と反応して金属間化合物を生成する第2金属とからなる金属成分を含む。導電性材料の第1金属はSnまたはSnを70質量%以上含む合金であり、第2金属はCu、Cu−Mn合金、Cu−Ni合金、Cu−Al合金、Cu−Cr合金の中から選択される少なくとも1種類以上の合金である。導電性材料の第1金属と第2金属とは、310℃以上の融点を示す金属間化合物を生成する。また、導電性材料は、第2金属として溶融した第1金属がぬれやすく、第1金属中に拡散して表面に残留しないことにより第1金属と第2金属との反応を阻害しない金属または合金で表面がコートされているものも含む(たとえば、Ag、Auなどの金属)。
この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品について説明する。図6は、この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品の一例を示す外観斜視図である。図7は、この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品を示す図6のVII−VII線における断面図であり、図8は、この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品を示す図6のVIII−VIII線における断面図である。図9は、この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品を示す図6のIX−IX線における断面図である。図10は、この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品が備える金属端子を示す外観斜視図である。なお、この実施の形態にかかる積層セラミック電子部品10Bは、一対の金属端子40Bの構成が、一対の金属端子40Aと異なる構成であることを除いて、図1を用いて説明した積層セラミック電子部品10Aと同様の構成を有する。従って、図1に示した積層セラミック電子部品10Aと同一部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
接合材60は、一方の金属端子40Bの側面リブ部56aおよび側面リブ部56bと、側面リブ部56aおよび側面リブ部56bに対向する第1の外部電極24a(両側面14c,14d上の第1の外部電極24a)との間に存在する。また、接合材60は、一方の金属端子40Bの主面リブ部58aおよび主面リブ部58bと、主面リブ部58aおよび主面リブ部58bに対向する第1の外部電極24a(両主面14a,14b上の第1の外部電極24a)との間に存在する。さらに、接合材60は、一方の金属端子40Bの端子本体部50と第1の外部電極24aの端面中央部26aとの間には存在しない。同様に、接合材60は、他方の金属端子40Bの側面リブ部56aおよび側面リブ部56bと、側面リブ部56aおよび側面リブ部56bに対向する第2の外部電極24b(両側面14c,14d上の第2の外部電極24b)との間に存在する。また、接合材60は、他方の金属端子40Bの主面リブ部58aおよび主面リブ部58bと、主面リブ部58aおよび主面リブ部58bに対向する第2の外部電極24b(両主面14a,14b上の第2の外部電極24b)との間に存在する。さらに、接合材60は、他方の金属端子40Bの端子本体部50と第2の外部電極24bの端面中央部26bとの間には存在しない。
また、接合材60は、他方の金属端子し40Bの側面リブ部56a,56bに対向する第2の外部電極24bから積層体14の第2の端面14f側に配置される第2の外部電極24bの表面の一部に跨って配置されることが好ましく、さらに、他方の金属端子40Bの主面リブ部58a,58bに対向する第2の外部電極24bから積層体14の第2の端面14f側に配置される第2の外部電極24bの表面の一部に跨って配置されることが好ましい。
すなわち、金属端子40Bの端子本体部50において、電子部品本体12のそれぞれの側面14c,14dと対向するように延びる側面リブ部56a,56bが設けられ、さらに、電子部品本体12のそれぞれの主面14a,14bと対向するように延びる主面リブ部58a,58bが設けられており、一方の金属端子40Bの側面リブ部56a,56bと第1の外部電極24a(両側面14c,14d上の第1の外部電極24a)との間に存在する接合材60を用いて接合し、また、一方の金属端子40Bの主面リブ部58a,58bと第1の外部電極24a(両主面14a,14b上の第1の外部電極24a)との間に存在する接合材60を用いて接合し、さらに、一方の金属端子40Bの端子本体部50と第1の外部電極24aの端面中央部26aとの間に接合材60を設けないようにし、同様に、他方の金属端子40Bの側面リブ部56a,56bと第2の外部電極24b(両側面14c,14d上の第2の外部電極24b)との間に存在する接合材60を用いて接合し、また、他方の金属端子40Bの主面リブ部58a,58bと第2の外部電極24b(両主面14a,14b上の第2の外部電極24b)との間に存在する接合材60を用いて接合し、さらに、他方の金属端子40Bの端子本体部50と第2の外部電極24bの端面中央部26bとの間に接合材60を設けないので、2つの金属端子40B同士を結ぶ方向に発生する応力(引張り応力)に対して、さらに十分な強度を確保することができる。
次に、以上の構成からなる積層セラミック電子部品の製造方法の一実施の形態について、積層セラミック電子部品10Aを例にして説明する。
次に、準備された一方の金属端子40Aは、電子部品本体12の第1の外部電極24aに接合材60によって取り付けられる。このとき、一方の金属端子40Aの端子本体部50と第1の外部電極24aの端面中央部26aとの間には接合材60は設けない。同様に、準備された他方の金属端子40Aは、電子部品本体12の第2の外部電極24bに接合材60によって取り付けられる。このとき、他方の金属端子40Aの端子本体部50と第2の外部電極24bの端面中央部26bとの間に接合材60は設けない。
導電性材料は、第1金属と、第1金属よりも融点が高く、第1金属と反応して金属間化合物を生成する第2金属とからなる金属成分を含む。導電性材料の第1金属はSnまたはSnを70質量%以上含む合金であり、第2金属はCu、Cu−Mn合金、Cu−Ni合金、Cu−Al合金、Cu−Cr合金の中から選択される少なくとも1種類以上の合金である。導電性材料の第1金属と第2金属とは、310℃以上の融点を示す金属間化合物を生成する。また、導電性材料は、第2金属として溶融した第1金属がぬれやすく、第1金属中に拡散して表面に残留しないことにより第1金属と第2金属との反応を阻害しない金属または合金で表面がコートされているものも含む(たとえば、Ag、Auなどの金属)。
次に、本発明にかかる積層セラミック電子部品10A、10Bについて、金属端子の引剥強度の評価の実験を行った。
チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=5.0mm×5.0mm×2.7mm
セラミック層の材料:BaTiO3
容量:17μF
定格電圧:DC35V
外部電極の構造:下地電極層(焼付け層)とめっき層とを含む構造
下地電極層(焼き付け層)の材料:導電性金属(Cu)とガラス成分を含む電極
下地電極層の厚み:端面中央部で100μm
めっき層:Niめっき(厚み:3μm以上6μm以下)とSnめっき(3μm以上6μm以下)の2層構造
金属端子の構造:端子本体部、延長部および実装部を備え、端子本体部には側面リブ部を備える。
金属端子:端子本体とめっき膜とによる2層構造
端子本体:Cu系材料(Cu−8Sn合金)
めっき膜:Niめっき膜(厚み:1μm以上2μm以下)とSnめっき膜(2μm以上4μm以下)の2層構造
延長部の長さ:1mm
接合材の材料:Sn−10Sb合金
接合材の構造:接合材は、側面リブ部と側面リブ部に対向する外部電極との間に存在し、金属端子の端子本体部と外部電極の端面中央部との間には存在しない。
金属端子の構造:端子本体部、延長部および実装部を備え、端子本体部には側面リブ部および主面リブ部を備える。
金属端子:端子本体とめっき膜とによる2層構造
端子本体:Cu系材料(Cu−8Sn)
めっき膜:Niめっき膜(厚み:1μm以上2μm以下)とSnめっき膜(2μm以上4μm以下)の2層構造
延長部の長さ:1mm
接合材の材料:Sn−10Sb合金
接合材の構造:接合材は、側面リブ部と側面リブ部に対向する外部電極との間に存在し、主面リブ部と主面リブ部に対向する外部電極との間に存在し、金属端子の端子本体部と外部電極の端面中央部との間には存在しない。
実装基板として、アルミナ基板のCu電極上にSn−10Sb合金のはんだペーストを塗布し、金属端子が取り付けられた積層セラミック電子部品を実装した。アルミナ基板の寸法は、15mm×8mm、厚みは635μmとし、Cu電極の厚みは35μmとした。
図11および図12に引剥強度試験の評価方法の模式図を示す。図11は、引剥強度試験の評価のための準備工程を示し、(a)は積層セラミック電子部品の実装基板への実装状態を示し、(b)は実装基板を左右に切断した状態を示す。図12は、引剥強度試験を評価するための実施工程を示し、(a)は実装基板の両端を治具(固定用治具と引張用治具)により保持した状態を示し、(b)は引張用治具により実装基板を引っ張った状態を示す。
まず、図11(a)に示すように、実装基板70に試料となる積層セラミック電子部品10Aを、接合材60を用いて実装した。そして、図11(b)に示すように、試料である積層セラミック電子部品10Aの下部に位置する実装基板70を切断線Xに沿って、ワイヤーソーで切断した。
同様の方法で、実施例2および比較例1の各試料に対しても、引剥強度試験を行った。
12 電子部品本体
14 積層体
16 セラミック層
16a 外層部
16b 内層部
18 内部電極層
18a 第1の内部電極層
18b 第2の内部電極層
20a 第1の引出電極部
20b 第2の引出電極部
22a 対向電極部
22b 側部(Wギャップ)
22c 端部(Lギャップ)
24 外部電極
24a 第1の外部電極
24b 第2の外部電極
26a,26b 端面中央部
28a,28b 下地電極層
30a,30b めっき層
40A,40B 金属端子
50 端子本体部
52 延長部
54 実装部
56a,56b 側面リブ部
58a,58b 主面リブ部
60 接合材
70 実装基板
72a 固定用治具
72b 引張用治具
Claims (4)
- 複数の誘電体層と複数の内部電極層とが交互に積層され、積層方向に相対する第1の主面および第2の主面と、積層方向に直交する幅方向に相対する第1の側面および第2の側面と、積層方向および幅方向に直交する長さ方向に相対する第1の端面および第2の端面と、を含む積層体と、
前記積層体の第1の端面に接続される第1の外部電極と、前記積層体の前記第2の端面に接続される第2の外部電極と、を備える電子部品本体と、
前記第1の外部電極に接合材によって接続される第1の金属端子と、前記第2の外部電極に接合材によって接続される第2の金属端子と、
を有する積層セラミック電子部品であって、
前記第1の金属端子は、前記第1の端面に対向する端子本体部と、前記端子本体部に接続され実装面方向に延びる延長部と、前記延長部に接続され、前記延長部から前記端面同士を結んだ方向に延びる実装部と、を有し、
前記第2の金属端子は、前記第2の端面に対向する端子本体部と、前記端子本体部に接続され実装面方向に延びる延長部と、前記延長部に接続され、前記延長部から前記端面同士を結んだ方向に延びる実装部と、を有し、
前記第1の金属端子および前記第2の金属端子において、
前記延長部は、前記電子部品本体の下面と前記実装部との間に隙間を形成するように設けられており、
前記端子本体部には、前記電子部品本体の側面と対向するように延びるリブ部が設けられており、
前記接合材は、
少なくとも前記第1の金属端子の前記リブ部と前記リブ部に対向する前記第1の外部電極との間に存在し、かつ、前記接合材は、前記端子本体部と前記第1の外部電極の端面中央との間には存在せず、
少なくとも前記第2の金属端子の前記リブ部と前記リブ部に対向する前記第2の外部電極との間に存在し、かつ、前記接合材は、前記端子本体部と前記第2の外部電極の端面中央との間には存在しない、積層セラミック電子部品。 - 前記第1の金属端子および前記第2の金属端子の前記端子本体部には、前記電子部品本体の主面と対向するように延びるリブ部をさらに備える、請求項1に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記接合材は、Cu−M(MはNi、Mn、Al、Cr)合金と、Cu、Ni、Mn、Al、Cr、Sn、Au、Ag、Sb、Zn、Biのうち、少なくとも2以上から構成される金属間化合物と、Snとから構成され、
前記接合材におけるSnの割合が、5%以下である、請求項1または請求項2に記載の積層セラミック電子部品。 - 前記接合材は、
前記第1の金属端子の前記リブ部に対向する前記第1の外部電極から前記積層体の表面に跨って配置され、そして、
前記第2の金属端子の前記リブ部に対向する前記第1の外部電極から前記積層体の表面に跨って配置される、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の積層セラミック電子部品。
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