JP3261880B2 - チップ型電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種電子機器に利用され
る各種チップ型電子部品の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話、ムービー、ノートパソ
コンなどに代表されるように、小型電子機器の需要は高
まる一方であり、今後これらの電子機器の小型化、高性
能化はこれに用いられるチップ型電子部品の小型化、高
性能化に依存していると言って過言でない。

【０００３】これらのチップ型電子部品は、電子部品素
子は内部に構成され、引き出し部から端子電極へ接続す
る構造がとられる。この構造は小型化を実現するために
は最も効率的であり、この構造は特にセラミック電子部
品において一般的である。

【０００４】このセラミック材料を基材に用いた各種チ
ップ型電子部品、例えば、チップ抵抗器、チップコンデ
ンサ、チップコイルなどの単体部品、あるいは水晶振動
子、ＳＡＷフィルタ、ＬＣフィルタ、ＲＣネットワーク
などの複合部品の端子電極を形成するために、セラミッ
ク基材の所定の端部にガラスフリット、金属粉末、有機
ビヒクルを混練してなる貴金属ペースト（通常、銀、銀
−パラジウムなどのペーストが用いられる）を数１０μ
ｍの厚みに印刷塗布した後、４００〜９００℃の温度条
件にて焼成し、抵抗、キャパシタンス、インダクタンス
などの各機能素子部と接続形成することが通常行われて
いる。

【０００５】そして、この電極層のままでは実装時にハ
ンダ食われが発生するために、ハンダ耐熱性に優れたニ
ッケル層を上記電極層のうえに被覆するとともに、さら
にハンダ濡れ性を高めるために、ハンダ合金層あるいは
スズ層を形成することが行われている。このニッケル
層、ハンダ層、スズ層を形成する方法として一般的には
電気メッキ法がとられている。

【０００６】上記従来例の代表的な例として角チップ抵
抗器の構造の一例を図４、図５に示す。図４は斜視図、
図５は断面図である。

【０００７】従来の角チップ抵抗器は、９６％アルミナ
基板１０の上に形成された一対の銀系厚膜電極による一
対の上面電極層１１と、前記上面電極層１１と接続する
ように形成された酸化ルテニウム系厚膜抵抗体による抵
抗層１２と、この抵抗層１２を完全に覆うガラスによる
保護層１４と、上面電極層１１の一部と重なる銀系厚膜
の側面（下地）電極層１３とからなっている。

【０００８】なお、露出電極面にはハンダ付け性を確保
するためにＮｉメッキ層１５とハンダメッキ層１６を形
成している。

【０００９】上記従来例は角チップ抵抗器の端子電極の
形成方法について説明してきたが、積層セラミックコン
デンサの場合にはパラジウムを主体とする内部電極層が
あり、側面に導出された両端部に接続が必要となるだけ
であり、ほぼ同じような考え方で端子電極が形成され
る。さらにはチップコイルの場合にも内部電極構造はス
パイラル構造を有しながらも、端子電極構造は積層セラ
ミックコンデンサと同じような構造をとる。

【００１０】上記従来方法の欠点を改善するための方法
として、導電性金属粉末に熱硬化型樹脂ポリマーにて混
練したペーストを印刷塗布した後硬化させて形成した電
極の上にハンダ層を形成する端子電極の構造などが提案
されている（特公平５−６３９２７号公報参照）。

【００１１】さらには、焼き付け電極の上に熱硬化型樹
脂電極を構成した後、ハンダメッキにてハンダ層を形成
する方法などが考えられている（特公昭５８−４６１６
１号公報参照）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構造や製造方法ではいくつかの課題を有してい
る。それぞれの課題について代表的なチップ型電子部品
を例に挙げながら詳述する。

【００１３】角チップ抵抗器の端子電極は銀系厚膜ペー
ストを、約６００℃前後の温度で焼成して形成する。こ
の時、すでに抵抗体の酸化ルテニウムは８００〜９００
℃の温度で焼成された後に、抵抗値のばらつきを修正す
るためのレーザーによるトリミング工程を完了してお
り、この前記端子電極の熱処理工程中で抵抗値ドリフト
をしてしまう。この抵抗値ドリフトは近年市場が大きく
なってきている精密級（±１％品、±０．５％品）の角
チップ抵抗器の製造歩留まりを大きく悪化させている。

【００１４】この課題を解決するためには低温で処理で
きる製造方法を採用すればよい。この端子電極の形成を
低温にて行う方法として、薄膜法が一般的であり、その
なかでも蒸着法、スパッタ法などが考えられてきた。し
かしながら、薄膜法は生産性が乏しいことと、設備コス
トがかかるために、角チップ抵抗器などの単価の低いチ
ップ型電子部品では製造コストが高くつくという課題を
有していた。

【００１５】また、従来工法を積層セラミックコンデン
サの端子電極として用いた場合、チタン酸バリウムなど
を主原料とする誘電体セラミック材料と内部電極として
パラジウム電極との積層構造を形成しており、基本物性
として抗折強度は角チップ抵抗器に用いられるアルミナ
基板などに比較してあまり高くない。さらにその上に、
端子電極として焼き付け電極を形成するとき、焼き付け
電極の密着性を高くするために通常金属粉末とガラスフ
リットの混合物となっている。

【００１６】上記コンデンサ素子の焼き付け工程時に、
ガラスフリットが焼き付け温度にて溶融しセラミック誘
電体中に拡散をすることによって密着力を得ている。こ
の誘電体とガラスフリットの拡散層は、更に抗折強度の
弱い結晶構造になり、コンデンサ素子のたわみ強度を低
下させる。

【００１７】通常、チップ型電子部品はプリント配線基
板の上に実装配置されてハンダ付け固着される。このと
き、端子電極としてたわみ強度は端子電極の密着力、セ
ラミック素体の抗折強度によって大きく左右されるので
電子部品素子の抗折強度、たわみ強度を高くすることが
必要である。

【００１８】チップ型電子部品における下地電極のつぎ
の工程として、一般的に行われているニッケル層、ハン
ダ層あるいはスズ層を形成する方法としてメッキ法がと
られている。このメッキ法には電気メッキ法と無電解メ
ッキ法がある。

【００１９】無電解メッキ法は電極の上だけに選択的に
メッキ層を形成することが困難であり、レジスト塗布な
どの工程を得なければならないので、コスト、メッキ膜
の密着性の安定性の観点から、あまり大規模な量産ライ
ンでは採用されていない。一方、電気メッキ法は端子電
極の上だけに選択的にメッキできること、量産性に優
れ、性能の安定性が高いことから、角チップ抵抗器、積
層セラミックコンデンサなど主要なチップ型電子部品の
ニッケル層、ハンダ／スズ層の形成に広く用いられてい
る。

【００２０】この電気メッキ時における課題はメッキ液
のｐＨである。特にハンダメッキを行うときのｐＨは２
以下となり、かなりの強酸下に電子部品素子がさらされ
ることになる。このためメッキ液の悪影響が一方では課
題としてあげられる。

【００２１】この課題について積層セラミックコンデン
サを例にして述べる。コンデンサ素子を電気メッキする
ときに、メッキ液がセラミック素体の焼成中に発生する
隙間、空孔などから浸入し、内部電極と反応して電極を
腐食させたり、あるいはセラミック素体内部に残留し、
連続通電状態で電気化学的変化が発生して、故障の原因
に上げられることが多々ある。

【００２２】さらに他の課題として、角チップ抵抗器な
どの場合には抵抗層形成用に用いられる酸化ルテニウム
などはこの耐メッキ性に弱く、そのための保護膜が必要
である。この強酸環境に耐えられる保護膜にはかなり制
約があり、コスト的にも課題を有していた。

【００２３】本発明は以上のような従来の欠点を除去
し、信頼性に富み、安価で量産性に富んだチップ型電子
部品を供給することを目的とするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のチップ型電子部品の製造方法は、電子部品素
子の両端に、導電性金属粉末の粒径が１〜２０μｍの
銅、ニッケル、鉛、銀−パラジウム合金のうち少なくと
も１種を含む電極材料に結合材として硬化性樹脂とから
なる電極ペーストを塗布硬化させて下地電極層を形成し
た後、この上に金属スズ粉と有機酸鉛よりなるペースト
を塗布した後に１８３℃以上の温度にて錯体反応により
生成されたハンダ層を３μｍ以上の厚みに形成して端子
電極を形成する構成としたものである。

【００２５】

【作用】本発明は以上の構成とすることにより、セラミ
ック素体と接合する下地電極層をハンダ食われの少ない
導電性金属粉末と硬化型樹脂材料とから構成すること
と、その上に錯体反応から形成されたハンダ層を被覆す
ることにより、下地電極層とハンダ形成膜との接合面積
が増大するために密着性が得られる。

【００２６】さらには、このハンダ層の形成はイオン化
傾向の反応を利用するために不必要な場所にハンダが析
出することもなく、電極の表面だけを被覆するという特
性を有している。その結果、端子強度とハンダ濡れ性に
優れた端子電極を有したチップ型電子部品が得られると
ともに、安価で量産性に優れた製造方法を提供すること
が可能となる。

【００２７】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の一実施例について図１、図
２を用いて説明する。

【００２８】図１は本発明の一実施例を示すチップ型電
子部品の斜視図であり、図２は断面図である。

【００２９】図１、図２において本発明によるチップ型
電子部品の一例として角チップ抵抗器を例として説明す
る。この角チップ抵抗器は９６％アルミナ基板１と、前
記９６％アルミナ基板１上の銀系厚膜の一対の上面電極
層２と、前記上面電極層２の一部に重なるルテニウム系
厚膜の抵抗層４と、前記抵抗層４を完全に覆う樹脂によ
る保護層５と、前記上面電極層２を完全に覆う厚さ１０
〜５０μｍの導電性樹脂材料から構成した下地電極層３
と、前記下地電極層３の露出部分に形成された有機酸鉛
とスズ粉の錯体反応から析出させたハンダ層６より構成
される。

【００３０】次に、図１に示した本発明の実施例の製造
方法について説明する。まず、耐熱性および絶縁性に優
れた９６％アルミナ基板１を受け入れる。このアルミナ
基板１には短冊状および個片状に分割するために、分割
のためのブレーク溝（グリーンシート時に金型成形）が
形成されている。

【００３１】次に前記９６％アルミナ基板１の表面に厚
膜銀系ペーストをスクリーン印刷し、ベルト式トンネル
炉によって８５０℃の温度ピーク時間１０分、ＩＮ−Ｏ
ＵＴ６０分の焼成プロファイルにて焼成し上面電極層２
を形成する。

【００３２】次に上面電極層２の一部に重なるように酸
化ルテニウムを主成分とする厚膜抵抗体ペーストをスク
リーン印刷し、ベルト炉によって８５０℃の温度でピー
ク時間１０分、ＩＮ−ＯＵＴ６０分の焼成プロファイル
にて焼成し抵抗層４を形成する。

【００３３】次に抵抗値を調整するために抵抗層４の一
部をＹＡＧレーザーによって切断溝を入れることによっ
てトリミングし、抵抗値修正を行った。続いて抵抗層４
を覆うようにエポキシ系樹脂をスクリーン印刷し、２０
０℃の温度条件の硬化炉にて硬化し、保護層５を形成し
た。

【００３４】次に下地電極層３を形成するための準備工
程として、アルミナ基板１を個片に分割し、端子電極を
形成する箇所を露出させる。前記個片状アルミナ基板１
を保持治具を用いて下地電極層３を形成するために、導
電性金属粉末として、銅、ニッケル、鉛、銀−パラジウ
ム合金のそれぞれに容量比で８５〜９０％の金属含有量
になるように、所定量のフェノール樹脂を混合したペー
ストを塗布した後、１５０℃−３０分の硬化条件にて硬
化させる。この時の下地電極層３の厚みは５，１０，１
５，２５，５０，１００μｍとして作成した。

【００３５】そして、下地電極層３上にハンダ層６を形
成するために有機酸鉛とスズ粉との混合物からなるハン
ダ形成用ペーストを上記導電性金属粉末とフェノール樹
脂との混合物からなる下地電極層３の表面に上記ペース
トを塗布した後、温度２００℃にて５分間ハンダ析出の
ための錯体反応を行う。この時、下地電極に含まれる金
属粉の表面が触媒作用をし、それによって被着金属の表
面において分解反応が生じ、遊離した金属中のスズが被
着金属の金属中に溶解する。さらに未分解の有機酸鉛が
被着金属の表面に移行して分解を重ねて金属を遊離し、
銅−スズ合金の表面にハンダ組成を析出形成し、反応が
進むにつれて、ついには被着金属間をハンダ合金で被覆
し、被着金属を接合する。また、被着金属から離れた場
所においても錯体の分解反応が進行して、遊離した金属
もまた被着金属の表面に移行して接合に寄与する。さら
に有機酸鉛の分解にて生成されたロジン誘電体はフラッ
クスとして作用し、被着金属表面を還元して接合を促進
する。

【００３６】上記錯体反応のハンダ層６の厚みは反応温
度、反応時間、前記ハンダ形成用ペーストの供給量によ
って制御することができる。本実施例ではこのハンダ層
６の厚みを１〜２，３，５，１０，３０μｍに制御して
ハンダ層６を形成した。

【００３７】以上の方法にて作成された角チップ抵抗器
は抵抗層４を焼成してからの温度履歴は２００℃以下な
ので抵抗値はドリフトしなかった。しかしながら、従来
工法の焼き付け法では５００℃以上の熱履歴が加わるの
でトリミング後の抵抗値が±数％の範囲で変動する。

【００３８】比較例として共晶ハンダを２４０℃にて溶
融したハンダ槽に上記下地電極層３を形成した角チップ
抵抗器をハンダディップしてハンダ層を形成してみたが
十分にハンダ被覆を行うことはできなかった。また、共
晶組成を有するハンダペーストを塗布して、ハンダリフ
ロー処理をしてハンダ層６を形成してみたが本発明のよ
うなハンダコートの被覆性は得られなかった。

【００３９】本発明において、下地電極層３の厚み依存
性は５μｍでは薄いためにアルミナ基板１との密着強度
が十分ではなかった。さらに、後でつけるべきハンダ層
６の被覆性が下地電極層３の厚みに依存しており、完全
に被覆するためには１０μｍ以上必要であることが分か
った。

【００４０】さらに錯体反応にて析出させたハンダ層６
の被膜は、厚み１〜２μｍでは完全に下地電極層３を被
覆することが困難であり、完全に下地電極層３を被覆す
るためには３μｍ以上必要であることが分かった。

【００４１】以上のような方法にて形成されたハンダ層
６はハンダ濡れ性に優れるとともに、ハンダ層６の被覆
性にも優れる。さらにこの反応は、金属のイオン化傾向
を利用して析出させる工法であるので、原理的にイオン
化傾向を有した金属の上にのみ析出するので、ガラス層
あるいはアルミナ基板の上などにはいっさい析出するこ
とはないので無電解メッキなどのようにレジスト処理す
ることもなく、所定の部分のみにハンダ被覆することが
できるので、量産性に優れるとともに被覆性が優れると
いう特徴をも有している。

【００４２】（実施例２）以下に本発明の第２の実施例
として、積層セラミックコンデンサの構造およびその製
造方法について図３を用いて説明する。

【００４３】図３において、チタン酸バリウムを主体と
する誘電体材料をグリーンシート法により数μｍ〜数１
０μｍの膜厚に成形されたグリーンシート２１の表面に
パラジウムを主体とする電極ペーストをスクリーン印刷
法にて印刷して内部電極２２を形成した誘電体シート２
３を内部電極２２が両端部２４，２５から導出するよう
に複数枚積層し、コンデンサ素子寸法の個片に切断し、
１０００〜１４００℃の焼成温度で焼成して形成したコ
ンデンサ素子２６の両端部２４，２５に導出されている
内部電極２２に対し、下地電極層２８、およびハンダ層
２７よりなる外部電極と電気的に接続形成して構成され
ている。

【００４４】印刷されたグリーンシートを積層した後、
個片に切断して焼成したものがコンデンサ素子２６であ
る。そのコンデンサ素子２６の両端部２４，２５に導出
されている内部電極２２に対して、下地電極層２８を電
気的に接続する。

【００４５】具体的には焼成されたコンデンサ素子２６
の下地電極を形成する箇所をバレル研磨などの方法で内
部電極２２の両端部２４，２５に露出させる。前記個片
状積層のコンデンサ素子２６を保持治具を用いて下地電
極層２８を塗布して形成する。この時の下地電極形成用
ペーストとして、本実施例では金、銀、銅、そしてスズ
の薄膜金属膜をメッキにて被覆した粒径１〜２０μｍの
ニッケル粉末に硬化型樹脂を混練した導電性樹脂ペース
トを用いた。それぞれの樹脂ペーストを塗布した後、１
５０℃−３０分の硬化条件にてフェノール樹脂を硬化さ
せた。この時の下地電極層２８の厚みは５，１０，１
５，２５μｍとして作成した。

【００４６】そして、ハンダ層２７を形成するために有
機酸鉛とスズ粉との混合物からなるハンダ形成用ペース
ト（スーパーソルダーペースト）を、導電性金属粉末と
熱硬化型樹脂との混合物からなる下地電極層２８の表面
に、上記ペーストを塗布した後ハンダ層２７の厚みを１
〜２，３，５，１０μｍに制御して、ハンダ層２７を形
成した。厚みの制御は実施例１にて述べた原理によって
なされており、端子電極としての性能も金属粉末の中心
部分にニッケル粉を用いていることによって、ハンダ耐
熱性が向上するとともに、ハンダ層２７の被覆性が金属
粉末の表面を金、銀、銅、あるいはスズ層にて被覆する
ことによってハンダとの濡れ性が向上しており実施例１
と同様な効果が得られた。

【００４７】本実施例において、下地電極層２８の厚み
は５μｍでは薄いために、コンデンサ素子２６との密着
強度が十分ではなかった。さらに、後でつけるべきハン
ダ層２７の被覆性が下地電極層２８の厚みに依存してお
り、完全に被覆するためには１０μｍ以上必要であっ
た。

【００４８】さらに錯体反応にて析出させたハンダ層２
７の被膜は、厚み１〜２μｍでは、下地電極層２８を完
全に被覆することが困難であり、完全に下地電極層２８
を被覆するためには３μｍ以上必要であることが分かっ
た。

【００４９】（実施例３）次に絶縁処理された３５μｍ
φの銅線を直径１mmφのフェライトボビンに所望のター
ン数まで巻き回された後、エポキシ樹脂にて射出成形さ
れたチップコイルの一対の端面に前記銅線の端部が露出
した構造を基本として、次に下地電極を形成するための
準備工程として、上記成形体の端子電極を形成する箇所
を露出させる。露出された端子電極の形成を実施例１，
２と同じ方法にて下地電極、ハンダ層の順にて形成し
た。

【００５０】上記のような銅線を切断加工して端子とす
るような構造を両端部に有したチップ型電子部品の構造
においても、本発明の端子電極構造および製造方法にて
端子電極が形成できることが確認できた。

【００５１】（実施例４）次に複数の端子構造を持つ水
晶振動子の端子電極の製造方法について説明する。

【００５２】水晶振動子の小型化は携帯電話用の部品需
要の強い要請によって、小型化の要求は益々大きくなっ
てきている。本実施例では下地電極として厚み０．３〜
０．５，１，２，５，１０μｍの銅電極を蒸着法によっ
て形成した後、銅電極の上に実施例１と同じ方法にて、
ハンダ層を形成した。下地電極の厚みが０．３〜０．５
μｍでは密着強度が低く、ハンダ層が不安定になり、１
０μｍでは銅電極のひずみ応力によってハンダ層を形成
してから端子電極が剥離することが明らかとなった。

【００５３】以上のことから、銅電極の厚みは１〜５μ
ｍの範囲にて形成された下地電極厚みに、ハンダ層を３
μｍ以上の厚みに形成するのが最適であることが分かっ
た。以上のような方法によって形成された端子電極はハ
ンダ濡れ性、各種長期信頼性に優れた端子電極を備えた
チップ型電子部品およびその製造方法を実現できた。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば下地電極をハンダ食われの少ない導電性金属粉
末と熱硬化型樹脂材料とから構成することとその上に錯
体反応から形成されたハンダ層を被覆することにより、
端子強度とハンダ濡れ性に優れた端子電極が得られる。

【００５５】またこの方法であれば、ハンダ層をほぼメ
ッキ法と同じようにハンダ被膜の形成が可能であり、密
着力、膜厚の管理が十分行われるとともに、ハンダメッ
キの際に問題となる強酸環境にさらされることがなくな
り、メッキ液の素体、機能素体材料へのエッチング作
用、あるいは電子部品素子へのメッキ液の残留などがな
くなり、チップ型電子部品の品質が飛躍的に改善される
とともに、耐メッキ性の材料を必要としなくなるため
に、低コスト化も可能とする。

【００５６】さらには、それぞれの実施例の中で述べて
きたようにこの方法は各種チップ型電子部品の端子構造
を共通の構造、そして製造ラインにて構成することがで
きるために設備費、材料の共通化が可能となるなどの特
徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のチップ型電子部品の一例と
しての角チップ抵抗器の構造を示す斜視図

【図２】同断面図

【図３】本発明の他の実施例の積層コンデンサの構造を
示す断面図

【図４】従来の角チップ抵抗器の構造を示す斜視図

【図５】同断面図

【符号の説明】

１ ９６％アルミナ基板 ２ 上面電極層 ３ 下地電極層 ４ 抵抗層 ５ 樹脂保護層 ６ ハンダ層 ２１ グリーンシート ２２ 内部電極 ２３ 誘電体シート ２４，２５ 誘電体シート両端部 ２６ コンデンサ素子 ２７ ハンダ層 ２８ 下地電極層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 平５−63927（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平５−63928（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01G 4/12 H01C 1/148 H01C 17/28 H01G 4/252

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品素子の両端に、導電性金属粉末
   の粒径が１〜２０μｍの銅、ニッケル、鉛、銀−パラジ
   ウム合金のうち少なくとも１種を含む電極材料に結合材
   として硬化性樹脂とからなる電極ペーストを塗布硬化さ
   せて下地電極層を形成した後、この上に金属スズ粉と有
   機酸鉛よりなるペーストを塗布した後に１８３℃以上の
   温度にて錯体反応により生成されたハンダ層を３μｍ以
   上の厚みに形成して端子電極を形成するチップ型電子部
   品の製造方法。
2. 【請求項２】 下地電極が銅電極にて形成された請求項
   １記載のチップ型電子部品の製造方法。
3. 【請求項３】 銅電極の形成がスパッタ法、蒸着法、メ
   ッキ法などの薄膜法にて形成されたことを特徴とする請
   求項２記載のチップ部品の製造方法。
4. 【請求項４】 銅電極の形成が線、箔、粉末焼結などの
   加工にてなされたことを特徴とする請求項２記載のチッ
   プ部品の製造方法。