JP2020188144A - 電子部品の実装構造体及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電子部品に対する機械的強度を向上しうる電子部品の実装構造体及びその製造方法を提供する。【解決手段】電子部品(積層セラミックコンデンサ10)の実装構造体であって、積層方向に相対する第1、第2の主面12a、12bと、積層方向に直交する幅方向に相対する第1、第2の側面と、積層方向及び幅方向に直交する長さ方向に相対する第1、第2の端面12e、12fと、を有する積層体12と、積層体の両端面に配置される外部電極22a、22bと、積層体の第1の主面側全面を覆うように形成された絶縁層40とを含む電子部品と、ランド電極108を有する実装基板102とを備える。外部電極は、半田110を介してランド電極に実装され、電子部品の長さ方向における絶縁層の端部は積層体の両端面12e、12fよりも外側に位置している。【選択図】図7

Description

この発明は、電子部品の実装構造体及びその製造方法に関し、特にたとえば、携帯電話やデジタルカメラなどに実装される電子部品の実装構造体及びその製造方法に関する。
従来の積層セラミックコンデンサは、積層体の両主面側にセラミックスにより形成された外層部を備える。そして、積層体の両端面に、外層部を覆うように外部電極が配置される。このような積層セラミックコンデンサを実装基板に半田を用いて実装した場合、積層セラミックコンデンサに対する電圧印加にともない基板が撓んだときに、外部電極と半田の接合部の端部を起点とするクラックが発生する場合がある。
そこで、このような撓みクラックに対応するための積層セラミックコンデンサが特開平−180957号公報に開示されている(特許文献1参照)。この積層セラミックコンデンサでは、誘電体セラミックス内に内部電極が層状に埋設され、両端に下地電極とNiメッキ層と、Sn含有メッキ層からなる端子電極(外部電極)が形成されている。そして、この積層型セラミックコンデンサは、端子電極の誘電体セラミックスとの接触端部の一部が、半田に対して濡れ性が低い電気絶縁層により被覆されている。
特開平9−180957号公報
しかしながら、このような積層セラミックコンデンサが備える電気絶縁層が、端子電極と誘電体セラミックスとの接触端部の一部が被覆するように形成されていることから、積層セラミックコンデンサにかかる応力、およびその応力により生ずるクラックの進展方向に対して、十分な強度を保つことが困難であった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、電子部品に対する機械的強度を向上しうる電子部品の実装構造体及びその製造方法を提供することにある。
請求項1に係る発明は、積層された複数のセラミック層を有し、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、を有する積層体と、第1の端面を覆い、第1の端面から延伸して第1の主面、第2の主面、第1の側面および第2の側面を覆って配置された第1の外部電極と、第2の端面を覆い、第2の端面から延伸して第1の主面、第2の主面、第1の側面および第2の側面を覆って配置された第2の外部電極と、を有し、積層体の第1の主面および第1の主面側に露出する第1の外部電極および第2の外部電極を覆うように絶縁層が形成された電子部品と、実装面を有する基板本体と実装面上に形成されたランド電極とを備えた実装基板とを備え、電子部品の第1の主面と実装基板の実装面とは対向しており、電子部品の第1の外部電極および第2の外部電極は、半田を介してランド電極に実装され、電子部品の長さ方向における絶縁層の端部は、少なくとも幅方向の中央部の断面において、幅方向から見たときに、積層体の両端面から積層体の長さ方向に沿って離れる方向に位置している、電子部品の実装構造体である。
この発明によれば、電子部品に対する機械的強度を向上しうる電子部品の実装構造体及びその製造方法が得られる。
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
この発明の第1の実施の形態に係る電子部品の実装構造体に用いられる積層セラミックコンデンサの一例を示す外観斜視図である。 この発明に係る電子部品の実装構造体に用いられる積層セラミックコンデンサの一例を示す他の外観斜視図である。 図1に示す積層セラミックコンデンサの線III−IIIにおける断面図である。 図3に示す積層セラミックコンデンサの要部拡大断面図である。 図3に示す積層セラミックコンデンサの線V−Vにおける断面図である。 この発明の第1の実施の形態に係る電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサの実装構造体の一例を示す要部斜視図である。 図6に示す積層セラミックコンデンサの実装構造体の線VII−VIIにおける断面図である。 絶縁層を設けない積層セラミックコンデンサを実装基板に実装した場合であって、(a)は、積層セラミックコンデンサと実装基板に設けられるランド電極との接続部の拡大断面図であり、(b)は、実装基板に実装された積層セラミックコンデンサに電圧を印加した場合に、積層セラミックコンデンサおよびランド電極に作用する応力をシミュレーションした結果を示す図であり、(c)は、実装基板に対して垂直方向に作用する応力の状態と、実装基板に対して水平方向に作用する応力の状態を示す図である。 絶縁層を両主面および両側面に配置される外部電極の中央部まで絶縁層を設けた積層セラミックコンデンサを実装基板に実装した場合であって、(a)は、積層セラミックコンデンサと実装基板に設けられるランド電極との接続部の拡大断面図であり、(b)は、実装基板に実装された積層セラミックコンデンサに電圧を印加した場合に、積層セラミックコンデンサおよびランド電極に作用する応力分布をシミュレーションした結果を示す図であり、(c)は、基板に対して垂直方向に作用する応力の状態と、実装基板に対して水平方向に作用する応力の状態を示す図である。 図1に示す本発明の積層セラミックコンデンサを実装基板に実装した場合であって、(a)は、積層セラミックコンデンサと実装基板に設けられるランド電極との接続部の拡大断面図であり、(b)は、実装基板に実装された積層セラミックコンデンサに電圧を印加した場合に、積層セラミックコンデンサおよびランド電極に作用する応力分布をシミュレーションした結果を示す図であり、(c)は、基板に対して垂直方向に作用する応力の状態と、実装基板に対して水平方向に作用する応力分布の状態を示す図である。 この発明の第2の実施の形態に係る電子部品の実装構造体に用いられる積層セラミックコンデンサの一例を示す外観斜視図である。 図11に示す積層セラミックコンデンサの線XII−XIIにおける断面図である。 図11に示す積層セラミックコンデンサの線XIII−XIIIにおける断面図である。 この発明の第2の実施の形態に係る電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサの実装構造体の一例を示す要部斜視図である。 図14に示す積層セラミックコンデンサの実装構造体の線XV−XVにおける断面図である。 この発明の参考例に係る電子部品の実装構造体に用いられる積層セラミックコンデンサの一例を示す外観斜視図である。 図16に示す積層セラミックコンデンサの線XVII−XVIIにおける断面図である。 図16に示す積層セラミックコンデンサの線XVIII−XVIIIにおける断面図である。 この発明の参考例に係る電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサの実装構造体の一例を示す要部斜視図である。 図19に示す積層セラミックコンデンサの実装構造体の線XX−XXにおける断面図である。
この発明の第1の実施の形態に係る電子部品の実装構造体について説明する。
この発明は、主として、電子部品の実装構造体に関するものであるが、以下に示す発明を実施するための形態では、まず、第1の実施の形態に係る電子部品の実装構造体に用いられる電子部品としての積層セラミックコンデンサの一例およびその製造方法について、図1ないし図5を参照しながら、以下、説明する。
図1は、この発明の第1の実施の形態に係る電子部品の実装構造体に用いられる積層セラミックコンデンサの一例を示す外観斜視図である。図2は、この発明に係る電子部品の実装構造体に用いられる積層セラミックコンデンサの一例を示す他の外観斜視図である。図3は、図1に示す積層セラミックコンデンサの線III−IIIにおける断面図である。図4は、図3に示す積層セラミックコンデンサの要部拡大断面図である。図5は、図3に示す積層セラミックコンデンサの線V−Vにおける断面図である。
積層セラミックコンデンサ10は、たとえば図1ないし図5に示すように、たとえば直方体状の積層体12を備える。積層体12は、積層された複数のセラミック層14と複数の内部電極層16とを有する。さらに、積層体12は、積層方向xに相対する第1の主面12aおよび第2の主面12bと、積層方向xに直交する幅方向yに相対する第1の側面12cおよび第2の側面12dと、積層方向xおよび幅方向yに直交する長さ方向zに相対する第1の端面12eおよび第2の端面12fとを有する。この積層体12には、角部および稜線部に丸みがつけられていることが好ましい。なお、角部とは、積層体の隣接する3面が交わる部分のことであり、稜線部とは、積層体の隣接する2面が交わる部分のことである。
積層体12のセラミック層14の誘電体材料としては、たとえば、BaTiO3、CaTiO3、SrTiO3、Pb、Feフェライトビーズ、またはCaZrO3などの成分を含む誘電体セラミックを用いることができる。また、これらの成分に、たとえば、Mn化合物、Fe化合物、Cr化合物、Co化合物、Ni化合物などの化合物を主成分より少ない含有量範囲で添加したものを用いてもよい。また、セラミック層14の積層方向xの寸法は、たとえば、0.3μm以上、5.0μm以下であることが好ましい。
なお、積層体12に、圧電体セラミックを用いた場合、電子部品は、セラミック圧電素子として機能する。圧電セラミック材料の具体例としては、たとえば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)系セラミック材料などが挙げられる。
また、積層体12に、半導体セラミックを用いた場合、電子部品は、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12に、磁性体セラミックを用いた場合、電子部品は、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16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。
積層体12は、複数枚のセラミック層14から構成される外層部15aと単数もしくは複数枚のセラミック層14とそれらの上に配置される複数枚の内部電極層16から構成される内層部15bとを含む。外層部15aは、積層体12の第1の主面12a側および第2の主面12b側に位置し、第1の主面12aと最も第1の主面12aに近い内部電極16との間に位置する複数枚のセラミック層14、および第2の主面12bと最も第2の主面12bに近い内部電極16との間に位置する複数枚のセラミック層14の集合体である。そして、両外層部15aに挟まれた領域が内層部15bである。なお、外層部15aの厚みは、10μm以上300μm以下であることが好ましい。
なお、積層体12の寸法は、積層方向xの寸法が、100μm以上、550μm以下であり、長さ方向zの寸法が、400μm以上、1250μm以下であり、幅方向yの寸法が、200μm以上、550μm以下である。セラミック層14の積層枚数は、外層部14aも含んで、たとえば100枚以上、1400枚以下であることが好ましい。
積層体12は、たとえば図3および図5に示すように、複数の内部電極層16として、たとえば略矩形状の複数の第1の内部電極層16aおよび複数の第2の内部電極層16bを有する。複数の第1の内部電極層16aおよび複数の第2の内部電極層16bは、積層体12の積層方向xに沿って等間隔に交互に配置されるように埋設されている。
第1の内部電極層16aの一端側には、積層体12の第1の端面12eに引き出された引出電極部18aを有する。第2の内部電極層16bの一端側には、積層体12の第2の端面12fに引き出された引出電極部18bを有する。具体的には、第1の内部電極層16aの一端側の引出電極部18aは、積層体12の第1の端面12eに露出している。また、第2の内部電極層16bの一端側の引出電極部18bは、積層体12の第2の端面12fに露出している。
積層体12は、たとえば図3および図5に示すように、セラミック層14の内層部15bにおいて、第1の内部電極層16aと第2の内部電極層16bとが対向する対向電極部20aを含む。また、積層体12は、対向電極部20aの幅方向yの一端と第1の側面12cとの間および対向電極部20aの幅方向yの他端と第2の側面12dとの間に形成される積層体12の側部(以下、「Wギャップ」という。)20bを含む。さらに、積層体12は、第1の内部電極層16aの引出電極部18aとは反対側の端部と第2の端面12fとの間および第2の内部電極層16bの引出電極部18bとは反対側の端部と第1の端面12eとの間に形成される積層体12の端部(以下、「Lギャップ」という。)20cを含む。ここで、積層体12の端部のLギャップ20cの長さは、20μm以上、40μm以下であることが好ましい。また、積層体12の側部のWギャップ20bの長さは、15μm以上、20μm以下であることが好ましい。
積層体12内においては、たとえば図3および図5に示すように、各対向電極部20aで第1の内部電極層16aと第2の内部電極層16bとがセラミック層14を介して対向することにより、静電容量が形成されている。そのため、第1の内部電極層16aが接続された第1の外部電極22aと第2の内部電極層16bが接続された第2の外部電極22bとの間に、静電容量を得ることができる。したがって、このような構造の積層セラミック電子部品はコンデンサとして機能する。
内部電極層16は、たとえば、Ni、Cu、Agなどの金属を含有している。内部電極層16は、さらにセラミック層14に含まれるセラミックスと同一組成系の誘電体粒子を含んでいてもよい。内部電極層16の厚みは、0.1μm以上、3.0μm以下であることが好ましい。
積層体12の第1の端面12e側および第2の端面12f側には、外部電極22が形成される。外部電極22は、第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bを有する。
積層体12の第1の端面12e側には、第1の外部電極22aが形成される。第1の外部電極22aは、積層体12の第1の端面12eを覆い、第1の端面12eから延伸して第1の主面12a、第2の主面12b、第1の側面12cおよび第2の側面12d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22aは、第1の内部電極層16aの引出電極部18aと電気的に接続される。
積層体12の第2の端面12f側には、第2の外部電極22bが形成される。第2の外部電極22bは、積層体12の第2の端面12fを覆い、第2の端面12fから延伸して第1の主面12a、第2の主面12b、第1の側面12cおよび第2の側面12d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22bは、第2の内部電極層16bの引出電極部18bと電気的に接続される。
第1の外部電極22aは、図3に示すように、積層体12側から順に、下地電極層24aおよびめっき層26aを有する。同様に、第2の外部電極22bは、積層体12側から順に、下地電極層24bおよびめっき層26bを有する。
下地電極層24aおよび24bは、それぞれ、焼付け層、樹脂層、薄膜層などから選ばれる少なくとも1つを含む。焼付け層は、たとえば、Siを含むガラスと、金属としてのCuとを含む。焼付け層の金属としては、例えば、Cu、Ni、Ag、Pd、Ag-Pd合金、Au等から選ばれる少なくとも1つを含む。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12に塗布して焼き付けたものであり、内部電極層16と同時に焼成したものでもよく、また、誘電体層14および内部電極層16を焼成した後に焼き付けたものでもよい。また、焼付け層は、複数層であってもよい。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。
樹脂層は、焼付け層の上に形成してもよく、また、焼付け層を形成せずに積層体12上に直接形成してもよい。さらに、樹脂層は、複数層であってもよい。
樹脂層を焼き付け層の上に形成する場合、樹脂層は、たとえば導電性粒子と熱硬化性樹脂とを含む樹脂層であってもよい。樹脂層のうちの最も厚い部分の厚みは、5μm以上、50μm以下であることが好ましい。
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。
めっき層26aおよび26bとしては、たとえば、Cu、Ni、Sn、Ag、Pd、Ag−Pd合金、Auなどから選ばれる少なくとも1種類が用いられる。
めっき層26aおよび26bは、複数層によって形成されてもよい。好ましくは、焼付け層上に形成されたNiめっき層と、Niめっき層上に形成されたSnめっき層の2層構造である。Niめっき層は、下地電極層24aおよび24bが積層セラミックコンデンサ10を実装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、Snめっき層は、積層セラミックコンデンサ10を実装する際の半田の濡れ性を向上させて、容易に実装することができるようにするために用いられる。めっき層一層あたりの厚みは、0.1μm以上、5.0μm以下であることが好ましい。
また、外部電極22がめっき層で形成される場合、外部電極22は、積層体12の上に直接設けられ、内部電極層16と直接、接続されるめっき層を有する。この場合、前処理として積層体12の上に触媒を設けるようにしてもよい。また、めっき層は、第1めっき層と、第1めっき層上に設けられた第2めっき層とを含むことが好ましい。第1めっき層および第2めっき層は、例えば、Cu、Ni、Sn、Pb、Au、Ag、Pd、BiおよびZnからなる群から選ばれる1種の金属または当該金属を含む合金のめっきを含むことが好ましい。例えば、内部電極としてNiを用いた場合、第1めっき層としては、Niと接合性のよいCuを用いることが好ましい。また、第2めっき層としては、はんだ濡れ性のよいSnやAuを用いることが好ましく、第1めっき層としては、はんだバリア性能を有するNiを用いることが好ましい。
第2めっき層は、必要に応じて形成されるものであり、外部電極22は、第1めっき層で形成されたものであってもよい。第2めっき層は、めっき層の最外層として設けてもよく、第2めっき層の上に、他のめっき層を設けるようにしてもよい。各めっき層1層あたりの厚みは、1μm以上、10μm以下であることが好ましい。また、めっき層には、ガラスを含まないことが好ましい。さらに、めっき層の単位体積あたりの金属割合は、たとえば99体積%以上であることが好ましい。また、めっき層は、厚み方向に沿って粒成長したものであり、柱状となっている。
積層体12の第1の主面12a側に露出する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bを含む、第1の主面12a全面に、絶縁層40が形成されている。
すなわち、この積層セラミックコンデンサ10は、第1の外部電極22aの表面の内、積層体12の第1の主面12a側の表面と、第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22b間に位置する第1の主面12aと、第2の外部電極22bの表面の内、積層体12の第1の主面12a側の表面とに亘って、絶縁層40が形成されている。そして、積層セラミックコンデンサ10の長さ方向zにおける絶縁層40の両端部40a、40bは、少なくとも幅方向yの中央部の断面において、幅方向yから見たときに、積層体12の両端面12e、12fよりも外側(すなわち、積層体12の両端面12e、12fから積層体12の長さ方向zに沿ってそれぞれ離れる方向)に位置している。
このように、積層体12の第1の主面12a側に露出する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bを含む、第1の主面12a全面に絶縁層40が形成されることで、第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bの間におけるイオンマイグレーションによるショートを抑制することができる。
絶縁層40は、セラミックにより形成することができる。絶縁層40が、セラミックにより形成される場合、Al23、PZT、SiC、MgOなどから選ばれる少なくとも1種類が用いられる。絶縁層40がセラミックにより形成されると、この積層セラミックコンデンサ10の応力に対する機械的強度をより向上させることができる。また、絶縁層40がセラミックにより形成される場合、セラミック層14に含まれるセラミックの粒径と絶縁層40に含まれるセラミックの粒径とを比較したとき、絶縁層40に含まれるセラミックの粒径の方が小さい。
また、絶縁層40が、樹脂により形成される場合、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、チタン酸バリウム、アルミナ、シリカ、イットリア、ジルコニアのいずれか1つ以上を含み得る。この場合、プリント基板のソルダーレジストとして用いられる金属酸化物を用いた熱硬化性エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、フッ素系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン樹脂、チタン酸バリウム、アルミナ、シリカなどが好適に用いられる。
絶縁層40は、めっき層26a、26bおよび第1の主面12aに直接付与され得る。絶縁層40の厚みは、たとえば、5μm以下に形成されることが好ましい。5μm以下にすることで、積層セラミックコンデンサ10を実装基板に対して安定して実装することができる。この絶縁層40の厚みは、幅方向yの中央部の断面の中心であって、SEMで10000倍に拡大して、両外部電極22a,22bの長さ方向zの中央部と積層体12の中央部の3点の平均値を厚さとして測定される。
なお、積層体12と絶縁層40とは、エネルギー分散型X線分光法(EDX)を用いることで、その境界線を判別することができる。また、積層体12のセラミック層14と絶縁層40との成分が同じ場合、集束イオンビーム走査電子顕微鏡(FIB−SEM)等を用いて観測することにより、判別することができる。このとき、積層体12のセラミック層14の方が絶縁層40に比べて空隙率が高いことを観察することができる。
絶縁層40の積層体12の幅方向yの中央部の断面における充填率は90%以上であることが好ましい。絶縁層40の充填率が90%以上であると、積層セラミックコンデンサ10の機械的強度を向上させることができる。
絶縁層40の充填率は、以下に示すようにして算出される。すなわち、積層セラミックコンデンサ10を幅方向yの中央部の積層体12の長さ方向zおよび積層方向xを含む断面(以下、「LT断面」という)を露出させ、積層セラミックコンデンサ10が研磨される。そして、そのLT断面を集束イオンビーム走査電子顕微鏡(FIB−SEM)により空隙の量を測定することで求められる。より詳細には、所定の視野における画像に対して画像処理を行うことにより、空隙部とそれ以外の領域にわけ、その視野における画像全体に対する空隙部以外の領域の割合を算出することで、充填率が算出される。
積層セラミックコンデンサ10の積層方向xの寸法をTとし、絶縁層40の端面における積層方向xの寸法をt0としたとき、t0/T≦0.1であることが好ましい。この条件を満たすことにより、積層セラミックコンデンサ10の実装基板に対する実装性を向上させることができる。
次に、上記した積層セラミックコンデンサの実装構造100について、特に、たとえば図6および図7を参照しながら、詳細に説明する。図6は、この発明の第1の実施の形態に係る電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサの実装構造体の一例を示す要部斜視図である。図7は、図6に示す積層セラミックコンデンサの実装構造体の線VII−VIIにおける断面図である。
この積層セラミックコンデンサの実装構造100は、たとえば図6および図7に示すように、積層セラミックコンデンサ10と実装基板102とを含む。実装基板102は、基板本体104を含む。基板本体104は、たとえばガラスエポキシなどの樹脂、あるいはガラスセラミックなどのセラミックで形成されている。基板本体104は、たとえば積層された複数の絶縁体層で形成され得る。基板本体104の一方主面には、実装面106を有する。実装面106には、たとえば平面視矩形形状のランド電極108が配設されている。積層セラミックコンデンサ10は、たとえば半田110を介して、当該積層セラミックコンデンサ10の第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bと、ランド電極108とが、接続固定されることによって実装される。この場合、積層体12の第1の主面12a側に位置する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bと、ランド電極108とが、実装される。
また、図7に示すように、積層セラミックコンデンサの実装構造体100は、積層セラミックコンデンサ10の実装面側において、積層体12の第1の主面12a側の表面に露出する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bに配置される絶縁層40とランド電極108との間には、半田110が配置されない空間を有する。
ここで、図8ないし図10において、実装基板に実装された積層セラミックコンデンサに電圧を印加した場合に、積層セラミックコンデンサおよびランド電極に作用する応力をシミュレーションした結果を説明する。
図8は、絶縁層を設けない積層セラミックコンデンサを実装基板に実装した場合であって、(a)は、積層セラミックコンデンサと実装基板に設けられるランド電極との接続部の拡大断面図であり、(b)は、実装基板に実装された積層セラミックコンデンサに電圧を印加した場合に、積層セラミックコンデンサおよびランド電極に作用する応力分布をシミュレーションした結果を示す図であり、(c)は、実装基板に対して垂直方向に作用する応力の状態と、実装基板に対して水平方向に作用する応力の状態を示す図である。
図9は、絶縁層を両主面および両側面に配置される外部電極の中央部まで絶縁層を設けた積層セラミックコンデンサを実装基板に実装した場合であって、(a)は、積層セラミックコンデンサと実装基板に設けられるランド電極との接続部の拡大断面図であり、(b)は、実装基板に実装された積層セラミックコンデンサに電圧を印加した場合に、積層セラミックコンデンサおよびランド電極に作用する応力分布をシミュレーションした結果を示す図であり、(c)は、基板に対して垂直方向に作用する応力の状態と、実装基板に対して水平方向に作用する応力の状態を示す図である。
図10は、図1に示す本発明の積層セラミックコンデンサを実装基板に実装した場合であって、(a)は、積層セラミックコンデンサと実装基板に設けられるランド電極との接続部の拡大断面図であり、(b)は、実装基板に実装された積層セラミックコンデンサに電圧を印加した場合に、積層セラミックコンデンサおよびランド電極に作用する応力分布をシミュレーションした結果を示す図であり、(c)は、基板に対して垂直方向に作用する応力の状態と、実装基板に対して水平方向に作用する応力の状態を示す図である。
まず、積層セラミックコンデンサに電圧を印加した場合に、積層セラミックコンデンサおよびランド電極に作用する応力分布をシミュレーションした結果について説明する。
図8(b)に示すように、主面側に位置する外部電極22bと半田110との境界(e寸端部と同一箇所)における積層体12に対して応力が集中している。
また、図9(b)に示すように、主面側に位置する外部電極22bと半田110との境界における積層体12に対して応力が集中している。図9(b)に示すように、積層体12に対して集中する応力の位置が、外部電極22bにより覆われている部分であるので、e寸端部における応力は、図8(b)に示すe寸端部の応力よりも低下していることがわかる。
さらに、図10(b)に示すように、主面側に位置する外部電極22bと半田110との境界における積層体12に対して応力が集中している。すなわち、図10(b)に示すように、積層体12に対して集中する応力の位置が、外部電極22bにより覆われている部分であるので、e寸端部における応力は、図8(b)および図9(b)に示すe寸端部の応力よりもさらに低下していることがわかる。
次に、基板に対して垂直方向に作用する応力の状態と、実装基板に対して水平方向に作用する応力の状態について説明する。
図8(c)、図9(c)および図10(c)によれば、実装基板に対して垂直方向に差作用する応力A1と実装基板に対して水平方向に作用する応力A2がみられる。そして、図8(c)、図9(c)、図10(c)と順にみると、垂直方向に作用する応力A1の位置が、主面側に位置する外部電極22bと半田110との境界の位置の違いに追従するように、移動していることがわかる。
図6に示す積層セラミックコンデンサの実装構造体100では、積層セラミックコンデンサ10が、図1ないし図5を参照しながら説明したように、積層体12の第1の主面12a側に露出する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bを含む、第1の主面12a全面に、絶縁層40が形成され、積層セラミックコンデンサ10の長さ方向zにおける絶縁層40の両端部が、少なくとも幅方向yの中央部の断面において積層体12の両端面よりも外側に位置しているので、この積層セラミックコンデンサ10の応力に対する機械的強度を向上させることができる。
図6に示す積層セラミックコンデンサの実装構造体100では、積層セラミックコンデンサ10の実装面側において、積層体12の第1の主面12a側の表面に露出する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bに配置される絶縁層40とランド電極108との間には、半田110と絶縁層40とが接触されていない空間を有する。従って、このことより、積層セラミックコンデンサ10に対する電圧の印加時における応力の位置が、外部電極22bにより覆われている部分となることから、積層セラミックコンデンサ10とランド電極108との接続部においてクラックが生ずることを抑制することができ、積層セラミックコンデンサ10とランド電極108との接続の信頼性を向上させることができる。
次に、この積層セラミックコンデンサの実装構造体の製造工程の一例について、説明する。まず、積層セラミックコンデンサの製造工程の一例について、説明する。
(1)最初に、誘電体シートおよび内部電極用の導電性ペーストが準備される。誘電体シートや内部電極用の導電性ペーストには、バインダおよび溶剤が含まれるが、公知の有機バインダや有機溶剤を用いることができる。
(2)次に、誘電体シート上に、たとえば、スクリーン印刷やグラビア印刷などにより、所定のパターンで内部電極用の導電性ペーストが印刷され、それにより内部電極パターンが形成される。
(3)さらに、内部電極パターンが形成されていない外層用の誘電体シートが所定枚数積層され、その上に内部電極が形成された誘電体シートが順次積層され、その上に外層用の誘電体シートが所定枚数積層されて、積層シートが作製される。
(4)得られた積層シートを静水圧プレスなどの手段により積層方向にプレスすることによって、積層ブロックが作製される。
(5)次に、積層ブロックが所定のサイズにカットされ、積層チップが切り出される。このとき、バレル研磨などにより、積層チップの角部および稜線部に丸みがつけられてもよい。
(6)さらに、積層チップを焼成することにより、積層体12が作製される。このときの焼成温度は、誘電体や内部電極の材料にもよるが、900℃以上1300℃以下であることが好ましい。
(7)得られた積層体12の両端面に外部電極用の導電性ペーストが塗布され、焼き付けられることによって、外部電極の焼付け層が形成される。このときの焼付け温度は、700℃以上900℃以下であることが好ましい。
(8)さらに、必要に応じて、外部電極用の導電性ペーストの焼付け層の表面に、めっきが施される。
焼き付け層を設けずに、積層体の表面に直接めっき電極を形成してもよい。この場合、上記(7)の工程に替えて、以下の(7)工程を実施する。上記(1)ないし(6)の工程、
(7)すなわち、得られた積層体12の両端面にめっき処理を施し、内部電極の露出部の上に、下地めっき膜を形成する。めっき処理を行うにあたっては、電解めっき、無電解めっきのどちらを採用してもよいが、無電解めっきはめっき析出速度を向上させるために、触媒などによる前処理が必要となり、工程が複雑化するというデメリットがある。したがって、通常は、電解めっきを採用することが好ましい。めっき工法としては、バレルめっきを用いることが好ましい。
なお、表面導体を形成する場合は、あらかじめ最外層のセラミックグリーンシート上に表面導体パターンを印刷して、セラミック素体と同時焼成してもよく、また、焼成後のセラミック素体の主面上に表面導体を印刷してから焼き付けてもよい。
(8)それから、必要に応じて、外部電極用のめっき電極の表面にめっき層を形成する。
以上の工程により、積層セラミックコンデンサ本体が製造される。
次に、この積層セラミックコンデンサ本体に対して、絶縁層40を付与する絶縁層付与工程が実施される。
絶縁層40がセラミックにより形成される場合は、たとえば、エアロゾルデポジション法(AD法)により形成される。すなわち、絶縁層40は、エアロゾル発生器の内部でキャリアガスと絶縁膜の原料とが混合され、エアロゾルとしてエアロゾル発生器から配管に送り出され、その先端に設けられたノズルに向けて案内される。このノズルからは、エアロゾルが積層セラミックコンデンサ本体の第1の主面側に向けて溶射される。その結果、絶縁層40の原料の微粒子が積層セラミックコンデンサ本体の第1の主面側に衝突して粉砕されて、絶縁層40が形成される。なお、絶縁層40の形成方法としては、AD法以外に、コールドスプレー法などの溶射法や、CVD(化学気相蒸着)などを用いてもよい。
また、絶縁層が樹脂により形成される場合は、その形成する手段として、噴霧装置を用いるか、あるいは浸漬装置等を用いることにより形成することができる。あるいは、絶縁層を貼り付けにより形成してもよい。
それから、上記絶縁材料の物性に応じて、熱硬化もしくは乾燥させることによって、絶縁層40が積層セラミックコンデンサ本体に固着される。
以上のようにして、積層セラミックコンデンサ10が製造される。
続いて、製造された積層セラミックコンデンサ10は、その第1の主面12a側が、ランド電極108の設けられた実装基板102と対向させるように配置され、積層セラミックコンデンサ10が基板に実装される。
この実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサの実装構造体の製造方法によれば、積層セラミックコンデンサ10が、図1ないし図5を参照しながら説明したように、積層体12の第1の主面12a側に露出する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bを含む、第1の主面12a全面に、絶縁層40が形成され、積層セラミックコンデンサ10の長さ方向zにおける絶縁層40の両端部が、少なくとも幅方向yの中央部の断面において積層体12の両端面よりも外側に位置しているので、この積層セラミックコンデンサ10の応力に対する機械的強度を向上させることができる積層セラミックコンデンサの実装構造体100を製造することができる。
また、この実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサの実装構造体の製造方法によれば、絶縁層40をセラミックにより形成する工程において、エアロゾルデポジション法(AD法)により形成することで、外部電極22の最外層に位置するめっき層のうち、Snめっきが溶けにくく、薄膜で形成できることに加えて、緻密性の向上した絶縁層40を形成することができる。
次に、この発明の第2の実施の形態に係る電子部品の実装構造体について説明する。
まず、この発明の第2の実施の形態に係る電子部品の実装構造体に用いられる積層セラミックコンデンサの一例ついて、図11ないし図13を参照しながら、以下、説明する。また、電子部品としての積層セラミックコンデンサの実装構造体の一例について、図14および図15を参照しながら、以下、説明する。
図11は、この発明の第2の実施の形態に係る電子部品の実装構造体に用いられる積層セラミックコンデンサの一例を示す外観斜視図である。図12は、図11に示す積層セラミックコンデンサの線XII−XIIにおける断面図である。図13は、図11に示す積層セラミックコンデンサの線XIII−XIIIにおける断面図である。
また、図14は、この発明の第2の実施の形態に係る電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサの実装構造体の一例を示す要部斜視図である。図15は、図14に示す積層セラミックコンデンサの実装構造体の線XV−XVにおける断面図である。
図11に示す積層セラミックコンデンサ10Aは、図1ないし図5に示す積層セラミックコンデンサ10と比べて、特に、絶縁層が、それぞれ、積層体12の第1の主面12a側だけでなく、第2の主面12b側にも形成されている点で相違している点を除いて、図1ないし図5を用いて説明した積層セラミックコンデンサ10と同様の構成を有する。従って、図1ないし図5に示した積層セラミックコンデンサ10と同一部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
積層セラミックコンデンサ10Aは、積層体12の第1の主面12a側の全面に絶縁層40が形成され、また、積層体12の第2の主面12b側の全面に絶縁層42が形成されている。
すなわち、この積層セラミックコンデンサ10Aでは、図11ないし図13に示すように、第1の外部電極22aの表面の内、積層体12の第1の主面12c側の表面と、第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22b間に位置する第1の主面12aと、第2の外部電極22bの表面の内、積層体12の第1の主面12a側の表面とに亘って、絶縁層40が形成されている。そして、積層セラミックコンデンサ10Aの長さ方向zにおける絶縁層40の両端部40a、40bは、少なくとも幅方向yの中央部の断面において、幅方向yから見たときに、積層体12の両端面12e、12fよりも外側(すなわち、積層体12の両端面12e、12fから積層体12の長さ方向zに沿って離れる方向)に位置している。
また、第1の外部電極22aの表面の内、積層体12の第2の主面12b側の表面と、第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22b間に位置する第2の主面12bと、第2の外部電極22bの表面の内、積層体12の第2の主面12b側の表面とに亘って、絶縁層42が形成されている。そして、積層セラミックコンデンサ10Aの長さ方向zにおける絶縁層42の両端部42a、42bは、少なくとも幅方向yの中央部の断面において、幅方向yから見たときに、積層体12の両端面12e、12fよりも外側(すなわち、積層体12の両端面12e、12fから積層体12の長さ方向zに沿って離れる方向)に位置している。
図11に示す積層セラミックコンデンサ10Aによれば、図1に示す積層セラミックコンデンサ10と同様の効果を奏するとともに、次の効果を奏する。
すなわち、樹脂層が、第2の主面12b側全面にも絶縁層42が形成されているので、実装時の第2の主面12b側における耐衝撃を向上させることができる。また、このような構成により、樹脂封止時における第2の主面側のショートを抑制することができる。さらに、積層セラミックコンデンサ10Aの実装面の方向の選別が容易になる。
また、この積層セラミックコンデンサの実装構造100Aは、たとえば図14および図15に示すように、積層セラミックコンデンサ10Aと実装基板102とを含む。実装基板102は、基板本体104を含む。基板本体104は、たとえばガラスエポキシなどの樹脂、あるいはガラスセラミックなどのセラミックで形成されている。基板本体104は、たとえば積層された複数の絶縁体層で形成され得る。基板本体104の一方主面には、実装面106を有する。実装面106には、たとえば平面視矩形形状のランド電極108が配設されている。積層セラミックコンデンサ10Aは、たとえば半田110を介して、当該積層セラミックコンデンサ10Aの第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bと、ランド電極108とが、接続固定されることによって実装される。この場合、積層体12の第1の主面12a側に位置する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bと、ランド電極108とが、実装される。
また、図14に示す積層セラミックコンデンサの実装構造体100Aは、図6に示す積層セラミックコンデンサの実装構造体100と同様の効果を奏する。
次に、この発明の参考例に係る電子部品の実装構造体について説明する。
まず、この発明の参考例に係る電子部品の実装構造体に用いられる積層セラミックコンデンサの一例ついて、図16ないし図18を参照しながら、以下、説明する。また、電子部品としての積層セラミックコンデンサの実装構造体の一例について、図19および図20を参照しながら、以下、説明する。
図16は、この発明の参考例に係る電子部品の実装構造体に用いられる積層セラミックコンデンサの一例を示す外観斜視図である。図17は、図16に示す積層セラミックコンデンサの線XVII−XVIIにおける断面図である。図18は、図16に示す積層セラミックコンデンサの線XVIII−XVIIIにおける断面図である。
また、図19は、この発明の参考例に係る電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサの実装構造体の一例を示す要部斜視図である。図20は、図19に示す積層セラミックコンデンサの実装構造体の線XX−XXにおける断面図である。
図16に示す積層セラミックコンデンサ50は、図1ないし図5に示す積層セラミックコンデンサ10と比べて、特に、絶縁層が、それぞれ、積層体12の第1の主面12a側には形成されず、第2の主面12b側にのみ形成されている点で相違している点を除いて、図1ないし図5を用いて説明した積層セラミックコンデンサ10と同様の構成を有する。従って、図1ないし図5に示した積層セラミックコンデンサ10と同一部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、図19に示す積層セラミックコンデンサの実装構造体の製造方法についても、絶縁層の形成する場所が相違する以外は、図6に示す積層セラミックコンデンサ10の実装構造体の製造方法と同一である。
チップ状電子部品では、チップ状素子の端面に外部電極が塗布され、焼き付けることにより外部電極が形成されている。このようなチップ状電子部品を基板等の実装基板に実装する場合、たとえば、実装基板上に配設されたランド電極に半田クリームを塗布し、半田クリームを介して、ランド電極とチップ状電子部品の外部電極とが接続される。この場合、チップ状電子部品が実装基板上にマウントされ、リフローされることによって、実装基板上のランド電極にチップ状電子部品が実装される。
しかしながら、このようなチップ状電子部品の実装構造体では、通常は、半田クリームの表面張力によってチップ状電子部品は自立するが、実装条件によっては、実装基板の実装面に配設されたランド電極の上で、リフロー時に半田クリームが溶けて、チップ状電子部品が傾斜する虞があった。このとき、チップ状電子部品の外部電極の角部が、隣接するチップ状電子部品の外部電極と接触することがあった。そのため、このような従来のチップ状電子部品の実装構造体では、チップ状電子部品間でショート等のトラブルが発生する可能性がある。
図16に示す積層セラミックコンデンサ50では、上述したようなショート等のトラブルを防止しうる電子部品の実装構造体500およびその製造方法を提供しうる。
図16に示す積層セラミックコンデンサ50は、積層体12の第2の主面12b側に露出する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bを含む、第2の主面12b全面に、絶縁層42が形成されている。
すなわち、この積層セラミックコンデンサ50は、第1の外部電極22aの表面の内、積層体12の第2の主面12b側の表面と、第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22b間に位置する第2の主面12bと、第2の外部電極22bの表面の内、積層体12の第2の主面12b側の表面とに亘って、絶縁層42が形成されている。そして、積層セラミックコンデンサ10Aの長さ方向zにおける絶縁層42の両端部42a、42bは、少なくとも幅方向yの中央部の断面において、幅方向yから見たときに、積層体12の両端面12e、12fよりも外側(すなわち、積層体12の両端面12e、12fから積層体12の長さ方向zに沿って離れる方向)に位置している。従って、積層体12の第1の主面12a側に露出する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bを含む、第1の主面12a全面には、絶縁層は形成されていない。
図16に示す積層セラミックコンデンサ50によれば、積層体12の第2の主面12b側に露出する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bを含む、第2の主面12b全面に、絶縁層42が形成されているので、実装時の上面における耐衝撃を向上させることができる。また、樹脂封止時における上面のショート等を防止することができる。
また、この積層セラミックコンデンサの実装構造500は、たとえば図19および図20に示すように、積層セラミックコンデンサ50と実装基板102とを含む。実装基板102は、基板本体104を含む。基板本体104は、たとえばガラスエポキシなどの樹脂、あるいはガラスセラミックなどのセラミックで形成されている。基板本体104は、たとえば積層された複数の絶縁体層で形成され得る。基板本体104の一方主面には、実装面106を有する。実装面106には、たとえば平面視矩形形状のランド電極108が配設されている。積層セラミックコンデンサ50は、たとえば半田110を介して、当該積層セラミックコンデンサ50の第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bと、ランド電極108とが、接続固定されることによって実装される。この場合、積層体12の第1の主面12a側に位置する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bと、ランド電極108とが、実装される。
図19に示す積層セラミックコンデンサの実装構造体500によれば、実装基板102に実装される積層セラミックコンデンサ50が積層体12の第2の主面12b側に露出する第1の外部電極22aおよび第2の外部電極22bを含む、第2の主面12b全面に、絶縁層42が形成されているので、この積層セラミックコンデンサ50を実装基板102にマウントしてリフローした場合、仮に、隣接して配置された積層セラミックコンデンサが移動して位置ずれし、その第1の外部電極および第2の外部電極のうちの少なくともいずれか一方が接触しても、それらの間に絶縁層42を介することによって、ショート等のトラブルを防止することができる。
10、10A、50 積層セラミックコンデンサ
12 積層体
12a 第1の主面
12b 第2の主面
12c 第1の側面
12d 第2の側面
12e 第1の端面
12f 第2の端面
14 セラミック層
15a 外層部
15b 内層部
16 内部電極層
16a 第1の内部電極層
16b 第2の内部電極層
18a、18b 引出電極部
20a 対向電極部
20b Wギャップ
20c Lギャップ
22 外部電極
22a 第1の外部電極
22b 第2の外部電極
24a、24b 下地電極層
26a、26b めっき層
40 第1の主面側に形成された絶縁層
42 第2の主面側に形成された絶縁層
100、100A、500 積層セラミックコンデンサの実装構造体
102 実装基板
104 基板本体
106 実装面
108 ランド電極
110 半田

Claims (13)

  1. 積層された複数のセラミック層を有し、積層方向に相対する第1の主面および第2の主面と、前記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、前記積層方向および前記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、を有する積層体と、
    前記第1の端面を覆い、前記第1の端面から延伸して前記第1の主面、前記第2の主面、前記第1の側面および前記第2の側面を覆って配置された第1の外部電極と、
    前記第2の端面を覆い、前記第2の端面から延伸して前記第1の主面、前記第2の主面、前記第1の側面および前記第2の側面を覆って配置された第2の外部電極と、を有し、
    前記積層体の前記第1の主面および前記第1の主面側に露出する前記第1の外部電極および前記第2の外部電極を覆うように絶縁層が形成された電子部品と、
    実装面を有する基板本体と前記実装面上に形成されたランド電極とを備えた実装基板とを備え、
    前記電子部品の前記第1の主面と前記実装基板の前記実装面とは対向しており、
    前記電子部品の前記第1の外部電極および前記第2の外部電極は、半田を介して前記ランド電極に実装され、
    前記電子部品の前記長さ方向における前記絶縁層の端部は、少なくとも前記幅方向の中央部の断面において、前記幅方向から見たときに、前記積層体の両端面から前記積層体の前記長さ方向に沿って離れる方向に位置している、電子部品の実装構造体。
  2. 前記絶縁層は、前記電子部品の前記第1の主面側の全体を覆うことを特徴とする、請求項1に記載の電子部品の実装構造体。
  3. 前記絶縁層は、前記電子部品の前記第1の側面および前記第2の側面には形成されないことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の電子部品の実装構造体。
  4. 前記絶縁層は、セラミックにより形成されることを特徴とする、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の電子部品の実装構造体。
  5. 前記絶縁層を形成するセラミックの粒径は、前記積層体のセラミック層に含まれるセラミックの粒径よりも小さいことを特徴とする、請求項4に記載の電子部品の実装構造体。
  6. 前記セラミックは、Al23、PZT、SiC、SiO2、またはMgOにより形成されることを特徴とする、請求項4または請求項5に記載の電子部品の実装構造体。
  7. 前記絶縁層の厚みは、5.0μm以下であることを特徴とする、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の電子部品の実装構造体。
  8. 前記絶縁層は、前記積層体の前記第2の主面および前記第2の主面側に露出する前記第1の外部電極および前記第2の外部電極を覆うように形成されることを特徴とする、請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の電子部品の実装構造体。
  9. 前記絶縁層は、前記積層体の前記幅方向の中央部の断面における充填率が90%以上であることを特徴とする、請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の電子部品の実装構造体。
  10. 前記絶縁層と前記ランド電極との間には前記半田と前記絶縁層とが接触されていない空間を有することを特徴とする、請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の電子部品の実装構造体。
  11. 積層された複数のセラミック層を有し、積層方向に相対する第1の主面および第2の主面と、前記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、前記積層方向および前記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、を有する積層体を製造する工程と、
    前記積層体の前記第1の端面を覆い、前記第1の端面から延伸して前記第1の主面、前記第2の主面、前記第1の側面および前記第2の側面を覆って配置された第1の外部電極と、前記第2の端面を覆い、前記第2の端面から延伸して前記第1の主面、前記第2の主面、前記第1の側面および前記第2の側面を覆って配置された第2の外部電極とを形成する工程と、
    前記積層体の前記第1の主面および前記第1の主面側に露出する前記第1の外部電極および前記第2の外部電極を覆うように絶縁層を形成する工程と、
    を含む、電子部品を製造する工程と、
    前記電子部品の前記第1の主面側を実装基板と対向させるように、前記電子部品を実装する工程と、
    を備える電子部品の実装構造体の製造方法。
  12. 前記絶縁層を形成する工程は、セラミック粒子を溶射する工程を含むことを特徴とする、請求項11に記載の電子部品の実装構造体の製造方法。
  13. 前記セラミック粒子を溶射する工程は、エアロゾルデポジション法(AD法)によって行われることを特徴とする、請求項12に記載の電子部品の実装構造体の製造方法。
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