JP3254927B2 - セラミック電子部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば積層コンデン
サ、積層インダクタ、積層複合部品、多層基板などのよ
うなセラミック電子部品に関し、特に、外部電極の取付
け構造が改良されたセラミック電子部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のセラミック電子部品の一例として
の積層コンデンサを、図４を参照して説明する。

【０００３】積層コンデンサ１１は、チタン酸バリウム
などの誘電体セラミックよりなるセラミック焼結体１２
を用いて構成されている。セラミック焼結体１２内に
は、セラミック層を介して重なり合うように複数の内部
電極１３ａ〜１３ｄが形成されている。また、焼結体１
２の一方端部には、内部電極１３ａ，１３ｃに電気的に
接続されるように外部電極１４が形成され、他方端部に
は、内部電極１３ｂ，１３ｄに電気的に接続されるよう
に、外部電極１５が形成されている。

【０００４】内部電極１３ａ〜１３ｄは、通常、Ｐｄま
たはＡｇ−Ｐｄ合金などの貴金属材料からなる。また、
外部電極１４，１５は、各々３層構造の電極層から構成
されている。例えば、外部電極１４において、セラミッ
ク焼結体１２に接する最下層として、ＡｇまたはＡｇ−
Ｐｄ合金を含有する導電ペーストを塗布し、焼き付ける
ことにより形成された第１の電極層１４ａが形成されて
いる。この第１の電極層１４ａは、内部電極１３ａ，１
３ｃとの電気的接続の信頼性を高めるために形成されて
いる。

【０００５】第１の電極層１４ａの表面上には、Ｎｉな
どの半田食われを生じにくい材料のメッキ層からなる第
２の電極層１４ｂが形成されている。この第２の電極層
１４ｂは、いわゆる半田食われ現象を防止するために形
成されている。半田食われとは、この積層コンデンサ１
１をプリント回路基板などに実装する場合、第１の電極
層１４ａとプリント回路基板中の配線電極とを直接半田
付けすると、第１の電極層１４ａを構成するＡｇの成分
が溶融半田内に拡散し、電極層が部分的に消失する現象
をいう。このため、第２の電極層１４ｂは、半田食われ
を生じにくいＮｉなどのメッキ層を形成し、半田食われ
の遮断層として機能させている。

【０００６】さらに、第２の電極層１４ｂの表面上には
ＳｎまたはＳｎ−Ｐｂ合金などの材料のメッキ層からな
る第３の電極層１４ｃが形成されている。第２の電極層
１４ｂに用いたＮｉなどの材料は、半田付け性が充分で
ない。従って、良好な半田付け性を有するこれらの材料
を用いたメッキ層を形成し、外部電極１４とプリント回
路基板上の配線電極との接続性を確保している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の積層コンデンサ
１１は、セラミック焼結体１２を金属ペースト中に浸漬
したりして外部電極１４，１５の第１の電極層１４ａ，
１５ａが形成されている。このため、外部電極１４，１
５の各電極層１４ａ〜１４ｃは、セラミック焼結体１２
の両端部において、セラミック焼結体１２の端面１２
ａ、上面１２ｂ、底面１２ｃ及び両側面（符号省略）の
５面に形成されている。そして、プリント回路基板上に
載置して半田付けにより実装すると、接続のための半田
は第３の電極層１４ｃと融合して外部電極１４，１５及
びセラミック焼結体１２をプリント回路基板上に固定
し、電気的接続を確保する。特に、接続用の半田は、セ
ラミック焼結体の底面１２ｃに延びた第３の電極層１４
ｃの領域に回り込むことにより、プリント回路基板と積
層コンデンサ１１とをより強固に固定する。

【０００８】このような実装状態において、プリント回
路基板は外力によってたわみを生じたり、あるいは動作
時の周囲の温度変動によって回路基板が膨張・収縮して
たわみを生じたりすることがある。そして、回路基板が
たわむと、その変形による物理的ストレスは、外部電極
１４，１５あるいはセラミック焼結体１２に伝えられ
る。この際、従来の積層コンデンサ１１は、上記のよう
に外部電極１４，１５が半田付けによりプリント回路基
板と強固に固定されているため、そのストレスの多くが
セラミック焼結体１２に伝えられることになる。その結
果、セラミック焼結体１２中にクラックが生じ、積層コ
ンデンサ１１の機能が失われるという問題が発生した。

【０００９】本発明の目的は、セラミック電子部品に加
わる物理的ストレスの影響を低減し、セラミック焼結体
にクラックを生じることのない信頼性に優れたセラミッ
ク電子部品を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段及びその作用】本発明によ
るセラミック電子部品は、セラミック焼結体と、セラミ
ック焼結体内に形成された内部電極と、セラミック焼結
体の端部に形成された外部電極とを有するものである。
そして、外部電極は、セラミック焼結体の端面及び上面
にのみまたがって形成されており、かつ前記セラミック
焼結体の端面及び上面にのみ導電ペーストを塗布・焼き
付けることにより形成された第１の電極層と、前記第１
の電極層の外側に形成された第２の電極層と、前記第
１，２の電極層の間に形成されており、かつ内側及び外
側に位置する他の電極層よりも破断強度の小さい材料よ
りなる低強度合金層とを有することを特徴とするもので
ある。

【００１１】ここで、外部電極と、内部電極が形成され
たセラミック焼結体との接続場所の規定が意図するもの
は、セラミック焼結体の底面、すなわち実装の際にプリ
ント回路基板などの表面に対面する位置に外部電極を形
成しないようにするものである。

【００１２】このような構成を有する外部電極の作用効
果は、上述した従来の積層コンデンサ１１の外部電極１
４，１５との比較において明らかになる。すなわち、前
述したように、従来の積層コンデンサ１１の外部電極１
４，（１５）のように、焼結体１２の底面にまで外部電
極１４を形成すると、実装の際の半田付け領域が回路基
板とセラミック焼結体１２の底面との間にまで回り込ん
で形成される。このため、セラミック焼結体１２はその
端面、上面のみならず底面も固定されることにより、セ
ラミック焼結体１２の端部を三方向から保持するような
構造となり、強固な固定状態が実現されている。これに
対し、本発明の外部電極のごとく、外部電極をセラミッ
ク焼結体の端面及び上面にのみ形成すれば、実装時の半
田付け構造においては、セラミック焼結体の端面に対す
る半田付け領域が柔軟となる。このため、外部からの物
理的ストレスに対し、この部分での変形自由度が増し、
セラミック焼結体に伝えられるストレス成分が緩和され
る。このような作用により、セラミック焼結体のクラッ
クの発生などを防止することができる。

【００１３】

【００１４】本発明における第２の電極層は、例えばＮ
ｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｂなどの適宜の材料により構
成される。第２の電極層は、その厚みはさほど厚くなく
ともよく、従って、好ましくは、第２の電極層は、形成
の容易なメッキ法により形成される。

【００１５】さらに、第２の電極層は、複数の電極層を
積層したものであってもよい。例えば、上記Ｎｉまたは
Ｃｕなどの電極層を先ず形成し、この上に、半田付け性
を高めるために、さらにＳｎまたはＳｎ−Ｐｂ合金のよ
うな半田付け性に優れた材料からなる電極層を形成して
もよい。このような半田付け性に優れた材料からなる電
極層は、半田付け性を高めるために設けられているもの
にすぎないため、その膜厚はさほど厚くする必要はな
く、好ましくは、形成の容易なメッキ法により形成され
る。

【００１６】低強度合金層は、プリント回路基板などに
半田付け層を介して実装された後に、外力などにより半
田付け層を通して外部電極に物理的ストレスが付加され
た場合に、自らが変形し、あるいは部分的な剥離などを
生じさせて外部からのストレスを吸収する働きを成すも
のである。しかも、この低強度合金層の剥離は、部分的
に行われるため、第１及び第２の電極層間の電気的接続
が保たれる。従って、低強度合金層において部分的な剥
離が生じたとしても、実装されているセラミック電子部
品はその機能を果たし続ける。

【００１７】

【実施例の説明】以下、図面を参照しつつ実施例を説明
することにより、本発明を明らかにする。

【００１８】図１は、本発明の一実施例に係るチップ型
積層コンデンサを示す部分断面図であり、図２は、外部
電極の要部拡大断面図である。積層コンデンサ１は、セ
ラミック焼結体２を用いて構成されている。セラミック
焼結体２は、チタン酸バリウムなどの誘電体セラミック
よりなり、その内部に内部電極３ａ〜３ｄが形成されて
いる。

【００１９】内部電極３ａ〜３ｄは、セラミック層を介
して重なり合うように配置されている。また、内部電極
３ａ，３ｃは焼結体２の一方端面側に露出されており、
また内部電極３ｂ，３ｄは他方端面側に露出されてい
る。

【００２０】セラミック焼結体２の両端部には、外部電
極４，５が形成されている。本実施例による外部電極
４，５は、第１ないし第４の電極層４ａ〜４ｄと低強度
合金層６からなる５層の電極構造を有すること、及びセ
ラミック焼結体２端面への取付け位置について特徴を有
する。まず最初に、電極構造について説明する。なお、
外部電極４，５はともに同じ構造を有しており、説明の
便宜上、一方の外部電極４を参照して説明する。

【００２１】第１の電極層４ａは、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、
Ｃｕなどの金属粉末を成分とする導電ペーストをセラミ
ック焼結体２の端面２ａ及び上面２ｂに塗布し、乾燥さ
せた後、焼き付けることにより形成されている。そし
て、第１の電極層４ａは、１０〜１００μｍ程度の厚み
を有し、かつセラミック焼結体２の端面２ａ，２ｂに強
固に密着されている。

【００２２】第１の電極層４ａ上に第４の電極層４ｂが
形成されている。第４の電極層４ｂは、ＮｉやＣｕなど
の材料からなるメッキ層を厚み２〜３μｍ程度に形成し
たものであり、下記の低強度合金層６の形成によって第
１の電極層４ａが半田食われされるのを防止するために
形成されている。

【００２３】第４の電極層４ｂ上には、低強度合金層６
が形成されている。低強度合金層６は、この層の内側及
び外側にある他の電極層よりも破断強度の小さい材料を
用いて形成されている。そして、外力に対して、他の電
極層よりも先に部分的破壊を生じることによって他電極
層及びセラミック焼結体２の破損を防止する働きをな
す。このため、低強度合金層６の破断強度の値は他電極
層の破断強度との相対関係で定まり、低強度合金層の破
断強度の具体的な値は一義的には定めない。

【００２４】低強度合金層６の外側には、第２の電極層
４ｃが形成されている。第２の電極層４ｃは、本実施例
では、ＮｉやＣｕなどの半田食われが生じ難い金属材料
を厚み１０〜１５μｍ程度にメッキすることにより形成
されているが、ＳｎやＳｎ−Ｐｂなどを用いてもよい。
もっとも、ＳｎやＳｎ−Ｐｂを第２の電極層４ｃとして
形成した場合は、次に述べる第３の電極層４ｄは不要と
なる。

【００２５】さらに、第３の電極層４ｄが、第２の電極
層４ｃ上に形成されている。第３の電極層４ｄは、Ｓ
ｎ、Ｓｎ−Ｐｂ合金などを厚み３〜５μｍ程度にメッキ
することにより形成されている。この層は、回路基板上
への実装の際に、外部電極４と配線電極との半田付け工
程における半田付け性を高めるために形成されている。
上記のような５層構造の電極からなる外部電極４，５に
おいては、低強度合金層６が外力に対するストレス緩和
層として動作する。

【００２６】次に、外部電極４，５の接合構造について
説明する。図１及び図２に示すように、外部電極４，５
は、セラミック焼結体２の両端部において、各々端面２
ａと上部表面２ｂとにのみ形成されている。そして、セ
ラミック焼結体２の底面２ｂには形成されていない。こ
の状態の詳細を特に図２に示している。

【００２７】上記のような構造を有する本実施例の積層
コンデンサ１をプリント回路基板上に実装する場合に
は、積層コンデンサ１の外部電極４，５をプリント回路
基板上の接続配線と半田付けして接合固定する。この場
合、接合用の半田付け層は外部電極４，（５）の第３の
電極層４ｄ表面と回路基板上の接続配線との間を接合す
る。従って、積層コンデンサ１のセラミック焼結体２の
底面２ｃは、第３の電極層４ｄが形成されていないこと
により、回路基板と分離された状態にある。

【００２８】このような実装状態において、外力や熱変
位などにより回路基板がたわんだ場合、半田付け層を介
して外部電極４，５に対してセラミック焼結体２から引
き離そうとする外力などが作用する。これに対して、本
実施例の積層コンデンサ１は、セラミック焼結体２の端
面及び上部表面にのみ接続された外部電極４，５がその
影響を受ける。外部電極４，５は、セラミック焼結体２
の底面に回り込んで形成されていないため、セラミック
焼結体２が回路基板表面から離れる方向に変位可能であ
り、焼き付け形成された第１の電極層４ａ，５ａを除く
各層と回路基板との接合領域の一部が剥がれるように変
形し得る。これにより外力の影響を緩和する。また、外
部電極４，５中に形成された低強度合金層６は、外力に
対して部分的な剥離を生じることにより外力を吸収す
る。このような動作が加わってセラミック焼結体２にク
ラックを発生させることなく外力の吸収が可能となる。

【００２９】次に、具体的な実験例につき説明する。複
数の内部電極３ａ〜３ｄが形成された４．５×３．２×
２．０ｍｍ寸法のセラミック焼結体２を用意した。Ａｇ
を主成分とする導電ペーストを乾燥後の厚みが５０μｍ
となるように端面及び上面に塗布し、８００℃の温度で
焼成することにより、破断強度５０Ｎ／ｍｍ² の第１の
電極層４ａを形成した。次に、第１の電極層４ａ上に、
以下の４層のメッキ層を形成し、外部電極４，５を完成
させ、実施例の積層コンデンサを得た。

【００３０】第４の電極層４ｂ；厚み２〜３μｍ及び破
断強度３００Ｎ／ｍｍ² のＮｉメッキ膜 低強度合金層６；厚み２〜４μｍ及び破断強度３０Ｎ／
ｍｍ² のＳｎ−Ｐｂメッキ膜（ＳｎとＰｂの配合割合は
重量比で９０：１０） 第２の電極層４ｃ；厚み３〜２０μｍ及び破断強度３０
０Ｎ／ｍｍ² のＮｉメッキ膜 第３の電極層４ｄ；厚み２〜４μｍ及び破断強度３０Ｎ
／ｍｍ² のＳｎ−Ｐｂメッキ膜（ＳｎとＰｂとの配合割
合は重量比で９０：１０）

【００３１】上記実施例との比較のために、以下のよう
な積層コンデンサを作製した。 比較例１；実施例と同様のセラミック焼結体の両端部に
導電性ペーストの焼付層、Ｎｉメッキ層及びＳｎ／Ｐｂ
のメッキ層の３層構造からなる外部電極を、セラミック
焼結体両端部の端面、上面、底面及び両側面の５面に形
成した積層コンデンサ（図３（ａ）参照）。 比較例２；実施例と同様のセラミック焼結体及び５層構
造の外部電極を有し、その外部電極をセラミック焼結体
の上部表面、端面及び底面の３面にまたがって形成した
積層コンデンサ（図３（ｂ）参照）。 比較例３；実施例と同様のセラミック焼結体及び５層構
造の外部電極を、セラミック焼結体の端面にのみ形成し
た積層コンデンサ（図３（ｃ）参照）。

【００３２】上記のようにして作製した実施例及び３つ
の比較例１〜３の積層コンデンサ各３６個をアルミナ基
板上に形成された配線電極に半田付けして実装した。そ
して、各積層コンデンサをアルミナ基板上に実装した状
態において、−５０℃の温度に０．５時間維持し、＋１
２５℃に０．５時間維持する工程を１サイクルとし、加
熱冷却温度サイクル試験を行った。結果を下記の表１に
示す。表１において、不良数は、加熱・冷却温度サイク
ル試験を行った後に、各積層コンデンサの静電容量が試
験前に比べ１０％以上低下した積層コンデンサの数を示
す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１から明らかなように、実施例の積層コ
ンデンサでは、上記冷却・加熱温度サイクルを５００サ
イクル繰り返しても不良数は０であった。これに対し、
比較例１の積層コンデンサでは、５０サイクルで不良の
発生が見られ、５００サイクルでは全品が不良となっ
た。不良品では、セラミック焼結体中にチップ下面を起
点とするクラックが生じていた。

【００３５】また、比較例２の積層コンデンサでは、２
５０サイクルで不良の発生がみられ、その不良品におい
ては、比較例１と同様にセラミック焼結体中にチップ下
面を起点とするクラックが発生していた。

【００３６】さらに、比較例３の積層コンデンサでは、
１００サイクルで不良の発生がみられた。この不良品で
は、比較例１，２と異なり、外部電極の第２の電極層４
ｃ相当のＮｉメッキ層がその下地膜から完全に分離して
電気的にオープン状態になっていた。

【００３７】このような実験結果において、比較例１ま
たは比較例２に示すように、外部電極の形成領域が多面
（特に５面）にわたると、半田付けによる固定強度が過
大となり、セラミック焼結体内部にクラックの発生がみ
られ、また比較例３のように、外部電極の半田付け領域
が１ヵ所であると外部電極の分離が発生する。従って、
本実施例のように、外部電極をセラミック焼結体の端面
及び上部表面にのみ形成することにより、外力に対する
緩和効果を適度に行わせ、セラミック焼結体中のクラッ
クの発生を抑制することができる。

【００３８】なお、上記の実施例では、第４の電極層４
ｂが低強度合金層６の内側に形成されていたが、第４の
電極層４ｂは形成されていなくてもよい。すなわち、第
４の電極層４ｂは、低強度合金層６を構成している材料
による第１の電極層４ａの半田食われを防止する機能を
果たすが、低強度合金層６はメッキ膜よりなり、比較的
薄いため、第１の電極層４ａに対して半田食われ現象を
生じさせる可能性が少ない。従って、第４の電極層４ｂ
を設けることが好ましいが、この層は省略したとしても
第１の電極層４ａの機能が損なわれることはないため、
第４の電極層４ｂについては、省略してもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によるセラミック
電子部品は、外部電極をセラミック焼結体の端部の上面
及び端面にのみ形成するように構成したことにより、外
部電極と回路基板表面とを半田付けにより固定する構造
に柔軟性をもたせ、回路基板の変位などに起因する外力
を吸収させることによってセラミック焼結体中にクラッ
クが発生することを防止することができる。これによ
り、回路基板に実装されたセラミック電子部品の信頼性
を向上することができる。

【００４０】また、本発明において外部電極中に低強度
合金層を設けるように構成したことにより、この低強度
合金層の部分的剥離を利用して外力を緩和することが可
能となり、上記の効果に加えて、さらにセラミック焼結
体中のクラックの発生を完全に防止し、セラミック電子
部品の実装時の信頼性をより高めることが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による積層コンデンサの部分断
面構造図。

【図２】図１に示す積層コンデンサの矢印Ａ部近傍の拡
大断面図。

【図３】本発明の実験に用いた比較例の積層コンデンサ
の概略構造図。

【図４】従来の積層コンデンサの部分断面構造図。

【符号の説明】

１…積層コンデンサ ２…セラミック焼結体 ３ａ〜３ｄ…内部電極 ４，５…外部電極 ２ａ…セラミック焼結体２の端面 ２ｂ…セラミック焼結体２の上部表面 ２ｃ…セラミック焼結体２の底面 ４ａ…第１の電極層 ４ｂ…第４の電極層 ４ｃ…第２の電極層 ４ｄ…第３の電極層 ６…低強度合金層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01G 4/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック焼結体と、 前記セラミック焼結体内に形成された内部電極と、 前記セラミック焼結体の端面に形成された外部電極とを
   有するセラミック電子部品において、 前記外部電極は、前記セラミック焼結体の端面及び上面
   にのみまたがって形成されており、かつ前記セラミック
   焼結体の端面及び上面にのみ導電ペーストを塗布・焼き
   付けることにより形成された第１の電極層と、 前記第１の電極層の外側に形成された第２の電極層と、 前記第１，２の電極層の間に形成されており、かつ内側
   及び外側に位置する他の電極層よりも破断強度の小さい
   材料よりなる低強度合金層とを有する ことを特徴とす
   る、セラミック電子部品。