JP3633805B2

JP3633805B2 - セラミック電子部品

Info

Publication number: JP3633805B2
Application number: JP35492098A
Authority: JP
Inventors: 徹渡辺; 慎一郎黒岩; 康信米田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2018-12-14
Also published as: JP2000182879A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばセラミックコンデンサのようなセラミック電子部品に関し、より詳細には、セラミック素体の端面に形成された端子電極の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】
近年、電子機器の小型化に伴い、プリント回路基板などに表面実装可能なセラミック電子部品が広く用いられている。この種のセラミック電子部品を基板上に実装した状態を図４に示す。
【０００３】
セラミック電子部品５１は、セラミック素体５２の両端面に端子電極５３，５４を形成した構造を有する。端子電極５３，５４が半田５５，５６によりプリント回路基板５７上の電極（図示せず）に電気的に接続されるとともに、セラミック電子部品５１がプリント回路基板５７に固定されている。
【０００４】
ところで、半田５５，５６による半田付けを行ったプリント回路基板５７が、図４の破線Ｘで示すようにたわむことがある。プリント回路基板５７がたわむと、実装されているセラミック電子部品５１に外力が加わり、セラミック素体５２においてクラックが発生したり、セラミック電子部品５１とプリント回路基板５７との接合部分が部分的に破壊したり、電気的特性が劣化したりすることがある。
【０００５】
そこで、上記のようなプリント回路基板５７のたわみなどに起因する外力を吸収し得るセラミック電子部品が提案されている。例えば、特開平５−１４４６６５号公報などには、熱硬化性樹脂に金属粉末を混合してなる電極層を設けることにより、上記外力の吸収を図り得る構成が示されている。図５を参照して、この従来のセラミック電子部品を説明する。
【０００６】
図５に示すセラミック電子部品６１では、セラミック焼結体よりなるセラミック素体６２内に、内部電極６３ａ〜６３ｄが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。セラミック素体６２の対向端面６２ａ，６２ｂに、それぞれ、端子電極６４，６５が形成されている。
【０００７】
端子電極６４，６５は、それぞれ、第１の電極層６４ａ，６５ａ、第２の電極層６４ｂ，６５ｂ及び第３の電極層６４ｃ，６５ｃを積層した構造を有する。第１の電極層６４ａ，６５ａは、導電ペーストの塗布・焼付けにより形成されている。第２の電極層６４ｂ，６５ｂは、金属粉末にバインダとして熱硬化性樹脂を添加してなる材料を塗工し、硬化させることにより形成されている。第３の電極層６４ｃ，６５ｃは、半田付け性を高めるために形成されており、第２の電極層６４ｂ，６５ｂ上にＳｎや半田等をめっきすることにより形成されている。
【０００８】
第２の電極層６４ｂ，６５ｂが、上記のように金属粉末に熱硬化性樹脂を添加してなる材料により構成されているので、該熱硬化性樹脂によりプリント回路基板のたわみ等に起因する外力が吸収される。また、上記熱硬化性樹脂をマトリクスとするため、第２の電極層６４ｂ，６５ｂは無孔性であり、加工中またはセラミック電子部品６１の駆動中における外部からの水分の侵入を遮断することができ、それによって電気的特性の安定化を図ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したセラミック電子部品６１においても、プリント回路基板に実装された後に、プリント回路基板が大きくたわんだ場合には、加わる外力を十分に吸収することができないことがあった。すなわち、第２の電極層６４ｂ，６５ｂにより外力が一応吸収されるものの、電極層６４ｂ，６５ｂによる外力の吸収には限度があった。
【００１０】
特に、第２の電極層６４ｂ，６５ｂの導電性を高めるべく、金属粉末の含有割合を高めた場合には、外力吸収効果がかなり低下しがちであった。
本発明の目的は、プリント回路基板などに実装された際にプリント回路基板のたわみ等に起因する外力が加わったとしても、そのような外力を効果的に吸収することができ、セラミック素体の割れやクラックが生じ難く、かつ電気的特性の劣化も生じ難い、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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、対向し合う一対の端面と、一対の端面を結ぶ上面、下面及び一対の側面とを有するセラミック素体の各端面に端面だけでなく、上面、下面及び一対の側面に至る被り部を有するように端子電極が形成されている表面実装型のセラミック電子部品において、前記端子電極が、金属ペーストの焼き付けまたはめっきにより形成された第１の電極層と、第１の電極層上に形成されており、導電性樹脂よりなる第２の電極層とを有し、前記セラミック素体の端面と、上面、下面及び一対の側面とのなす端縁が曲率半径Ｒの曲面状となるように丸められており、前記端子電極の第１の電極層の被り部の相手方の端子電極側端部と、該第１の電極層が形成されている端面との間の長さ寸法をＡ、前記対向し合う一対の端面を結ぶセラミック素体の長さ寸法をＢとしたときに、Ａ≦０．１Ｂであり、かつＲ≧Ａ≧０．５Ｒとされており、第２の電極層の被り部の相手方の端子電極側端部が、第１の電極層の相手方の端子電極側端部よりも相手方端子電極に向かって少なくとも５０μｍ以上延ばされていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るセラミック電子部品では、第２の電極層上に、さらに第３の電極層が形成されていてもよく、第３の電極層としては、半田付け性を高めるために、ＳｎまたはＳｎ合金のめっき膜を含むものが好適に用いられる。
【００１３】
また、本発明に係るセラミック電子部品は、外部電極を有する積層セラミック電子部品であってもよく、その場合には、セラミック素体内に複数の内部電極が配置されており、複数の内部電極が一対の端面の何れかに引き出されて端子電極に電気的に接続されることになる。もっとも、本発明は、積層セラミック電子部品だけでなく、内部電極を有しない形式のセラミック電子部品にも適用することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例を説明することにより、本発明をより具体的に説明する。
【００１５】
図１（ａ）は、本発明の一実施例に係るセラミック電子部品としての積層コンデンサを示す断面図である。積層コンデンサ１は、略直方体状のセラミック焼結体からなるセラミック素体２を有する。セラミック素体２は、対向し合っている一対の端面２ａ，２ｂと、端面２ａ，２ｂを結ぶ上面２ｃ，２ｄ及び両側面（図示されず）とを有する。セラミック素体２内には、セラミック層を介して重なり合うように内部電極３〜６が形成されている。内部電極３，５は、端面２ａに引き出されており、内部電極４，６は、端面２ｂに引き出されている。
【００１６】
また、セラミック素体２においては、コーナー部が丸められている。すなわち、端面２ａ，２ｂと、上面２ｃ，下面２ｄ及び両側面とのなす端縁が曲率半径Ｒの曲面状となるように丸められている（図１（ｂ）参照）。
【００１７】
上記セラミック素体２は、周知の積層セラミック電子部品の製造方法に従って得られる。すなわち、内部電極３〜６が印刷されたセラミックグリーンシートを積層し、上下に無地のセラミックグリーンシートを適宜の枚数積層し、厚み方向に加圧することにより積層体を得る。この積層体を焼成し、セラミック焼結体を得る。得られたセラミック焼結体を、バレル研磨などにより研磨し、上記端面２ａ，２ｂと、上面２ｃ，下面２ｄ及び両側面とをなす端縁を丸めることにより、セラミック素体２が得られる。
【００１８】
セラミック素体２の端面２ａ，２ｂを覆うように、端子電極７，８が形成されている。端子電極７，８は、それぞれ、第１の電極層７ａ，８ａ、第２の電極層７ｂ，８ｂ及び第３の電極層７ｃ，８ｃを順に積層した構造を有する。
【００１９】
第１の電極層７ａ，８ａは、セラミック素体２の端面２ａ，２ｂ上にＡｇペーストなどの金属ペーストを塗布し、焼き付けることにより形成されている。もっとも、第１の電極層７ａ，８ａは、導電ペーストの塗布・焼付けではなく、いわゆる金属の乾式めっきにより形成されてもよい。
【００２０】
第１の電極層７ａ，８ａ上に形成されている第２の電極層７ｂ，８ｂは、例えばエポキシ樹脂にフィラーとしてＡｇを含ませた導電性樹脂により構成されている。すなわち、導電性樹脂を第１の電極層７ａ，８ａ上に塗布し、硬化させることにより第２の電極層７ｂ，８ｂが形成されている。
【００２１】
第３の電極層７ｃ，８ｃは、第２の電極層７ｂ，８ｂ上にＮｉめっき膜及び／またはＳｎやＳｎ合金めっき膜を形成することにより構成されており、それによって端子電極７，８の半田付け性が高められている。
【００２２】
本実施例のセラミック電子部品１においては、端子電極７，８の第１の電極層７ａ，８ａの被り部の相手方の端子電極側端部と該第１の電極層７ａ，８ａが形成されている端面２ａ，２ｂとの間の長さ寸法をＡ、セラミック素体の長さ寸法をＢとしたときに、Ａ≦０．１Ｂとされている。
【００２３】
上記長さ寸法Ａを、図１（ａ）を参照して端子電極８を例に取り説明する。端子電極８の第１の電極層８ａは、端面２ｂだけでなく、上面２ｃ、下面２ｄ及び両側面にも至るように、すなわち被り部を有するように形成されている。ここで、第１の電極層８ａの被り部の相手方の端子電極側端部８ａ_１とは、第１の電極層８ａの被り部の内、端子電極７側の端部８ａ_１をいうものとする。この被り部の相手方の端子電極側端部８ａ_１と、第１の電極層８ａが形成されている端面２ｂとの間のセラミック素体２の長さ方向に沿う距離をＡとする。
【００２４】
また、セラミック素体の長さ寸法Ｂは、一対の端面２ａ，２ｂを結ぶ方向に沿うセラミック素体の外形寸法をいうものとする。
また、本実施例では、セラミック素体２の端面２ａ，２ｂと、上面２ｃ、下面２ｄ及び一対の側面とのなす端縁が曲率半径Ｒの曲面状となるように丸められており、かつＲ≧Ａとされている。
【００２５】
さらに、第２の電極層７ｂ，８ｂの被り部の相手方端子電極側端部は、第１の電極層の被り部の相手方端子電極側端部よりも相手方の端子電極に向かって少なくとも５０μｍ以上延ばされている。これを、図１（ｂ）を参照して端子電極８を例に取り説明する。第２の電極層８ｂの被り部の相手方の端子電極側端部８ｂ_１と、第１の電極層８ａの被り部の相手方端子電極側端部８ａ_１との間の距離Ｃが、少なくとも５０μｍ以上とされている。
【００２６】
本実施例では、上記のように、Ａ≦０．１Ｂであり、Ｒ≧Ａであり、距離Ｃが５０μｍ以上とされており、さらに第２の電極層７ｂ，８ｂが導電性樹脂により構成されているので、後述の実験例から明らかなように、プリント回路基板に表面実装された際にプリント回路基板が大きくたわんだとしても、該たわみに起因する外力を効果的に吸収することができ、それによっててセラミック素体２の欠けや割れを効果的に抑制することができる。
【００２７】
次に、具体的な実験例につき説明する。
リラクサ系セラミックスを用い、８０層の内部電極３〜６が形成されている、２．０ｍｍ×１．２ｍｍの外形寸法のセラミック焼結体を用意した。このセラミック焼結体の端面２ａ，２ｂと、上面２ｃ、下面２ｄ及び一対の側面とがなす端縁をバレル研磨により研磨し、該端縁部分を丸めた。このようにして、該端縁部分が丸められて構成された曲面の曲率半径Ｒが１２０μｍであるセラミック素体２を得た。
【００２８】
このセラミック素体２に、Ａｇペーストを塗布し、焼き付けることにより、３０μｍの厚みの第１の電極層７ａ，８ａを形成した。次に、第１の電極層７ａ，８ａ上に、導電性エポキシ樹脂を塗工し、厚み１２０μｍの導電性樹脂よりなる第２の電極層７ｂ，８ｂを形成した。さらに、第２の電極層７ｂ，８ｂ上に、Ｎｉめっき層及び半田めっき層を順に形成し、２層構造の第３の電極層７ｃ，８ｃを形成した。
【００２９】
上記のようにして積層コンデンサを得るにあたり、第１の電極層７ａ，８ａの被り部の相手方の端子電極側端部と該端子電極７，８が形成されている端面７ａ，８ａとの間の長さ寸法Ａを種々異ならせ、長さ寸法Ａが０．０４Ｂ、０．０７Ｂ、０．１４Ｂ、０．２１Ｂの各積層コンデンサを得た。
【００３０】
また、曲率半径がＲ＝１７０μｍ、Ｒ＝２００μｍと異なるセラミック素体を用いて、各々長さ寸法ＡをＡ＝０．０５Ｂ〜０．３０Ｂ、Ａ＝０．０６Ｂ〜０．３５Ｂとした種々の積層コンデンサを得た。
【００３１】
上記のようにして得られた各積層コンデンサを、図２（ａ）に示すように、２ｍｍの厚みのガラスエポキシ基板１１上に、半田を用いて表面実装した。しかる後、ガラスエポキシ基板１１の上面を、図２（ｂ）に示すように、積層コンデンサ１が実装されている面が突出するようにたわませた。この場合、端面２ａ，２ｂを結ぶ方向の中心において、ガラスエポキシ基板１１の上面が上方に５ｍｍ突出するようにガラスエポキシ基板１１をたわませた。
【００３２】
上記のようにしてガラスエポキシ基板１１をたわませた場合のセラミック素体２におけるクラックや割れの発生を目視により観察した。結果を下記の表１〜３に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
【表２】

【００３５】
【表３】

【００３６】
表１〜３から明らかなように、長さ寸法Ａがセラミック素体２の長さ寸法Ｂの１０％以下であり、かつ研磨により曲面とされた部分の曲率半径Ｒ以下となるように長さ寸法Ａを設定することにより、セラミック電子部品１におけるセラミック素体２の欠けや割れを防止し得ることがわかる。
【００３７】
これに対して、長さ寸法Ａがセラミック素体２の長さ寸法Ｂの１０％を超えると、長さ寸法Ａとコーナー部分の曲面の曲率半径Ｒとの関係の如何に関わらず、セラミック素体２のクラックや割れがかなりの割合で発生した。また、長さ寸法Ａを長さ寸法Ｂの１０％以下とした場合であっても、被り部の上記長さ寸法Ａをコーナー部分の曲率半径Ｒよりも大きくした場合には、やはりセラミック素体２の欠けや割れがかなりの割合で発生した。
【００３８】
上記のように、Ａ≦０．１Ｂであり、かつＲ≧Ａとすることにより、セラミック素体２の割れや欠けを抑制し得るのは、以下の理由によると考えられる。
すなわち、ガラスエポキシ基板１１がたわんだ場合、該たわみに起因する応力は、焼き付けにより形成された第１の電極層７ａ，８ａの相手方端子電極側端部７ａ_１，８ａ_１に集中する。従って、図３（ｂ）に略図的に示すように外力Ｆがセラミック焼結体２に部分的に集中する。
【００３９】
しかしながら、セラミック素体２の端面２ａ，２ｂと、上面２ｃ、下面２ｄ及び一対の側面とのなす端縁が丸められており、かつＲ≧Ａの場合には、図３（ａ）に示すように、この曲面部分において外Ｆ力が分散し、それによってセラミック素体２に加わる外力の分散によりセラミック素体２の割れや欠けが抑制されるものと考えられる。そして、この応力の分散程度が、上記長さ寸法Ａとセラミック素体２の長さ寸法Ｂとの関係、及び上記曲面部分の曲率半径Ｒと第１の電極層の電極被り部の長さ寸法Ａとの関係に依存するため、Ａ≦０．１Ｂ、かつＲ≧Ａとすることにより、セラミック素体２の割れや欠けを抑制し得るものと考えられる。
【００４０】
次に、上記実験例と同様にして、但し、第２の電極層７ｂ，８ｂの被り部の相手方の端子電極側端部と、第１の電極層の被り部の相手方端子電極側端部との間の距離Ｃを種々異ならせ、種々の積層コンデンサを得た。なお、第２の実験例においては、Ｒ＝１２０μｍ、Ａ＝０．０７Ｂとした。上記のようにして得た種々の積層コンデンサについて、第１の実験例と同様にたわみ試験を行い、セラミック素体２にクラックや割れが生じているか否かを目視により確認した。結果を下記の表４に示す。
【００４１】
【表４】

【００４２】
表４から明らかなように、Ｒ＝１２０μｍ、Ａ＝０．０７Ｂであり、かつ距離Ｃが５０μｍ未満の場合には、Ｒ≧Ａであったとしても、セラミック素体２の割れや欠けがかなりの割合で発生していることがわかる。これに対して、距離Ｃを５０μｍ以上とした場合には、Ａ≦０．１Ｂ及びＲ≧Ａを満たした場合、セラミック素体２の割れや欠けを確実に抑制し得ることがわかる。
【００４３】
従って、本発明のように、第１の電極層の電極被り部における上記長さ寸法Ａを、セラミック素体の長さ寸法Ｂの１０％以下とし、かつ上記セラミック素体２の端縁の丸められている部分の曲率半径Ｒを長さＡ以上とし、さらに前述した距離Ｃを５０μｍ以上とすることにより、プリント回路基板などに実装された際のプリント回路基板などのたわみに起因する外力を効果的に吸収することができ、セラミック素体２の割れや欠けを確実に抑制し得ることがわかる。
【００４４】
なお、上記実施例では、第２の電極層７ｂ，８ｂ上にめっき性及び半田付け性を高めるためにＮｉめっき層及びＳｎめっき層からなる第３の電極層７ｃ，８ｃを形成したが、第３の電極層は単一のめっき膜で形成してもよく、さらに第３の電極層は特に形成されずともよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係るセラミック電子部品では、端子電極が金属ペーストの焼き付けまたは金属の乾式めっきにより形成された第１の電極層と、導電性樹脂よりなる第２の電極層とを有し、セラミック素体の端面と、上面、下面、及び一対の側面とがなす端縁が曲率半径Ｒの曲面となるように丸められており、上記第１の電極層の電極被り部の相手方の端子電極側端部と該第１の電極層が形成されている端面との間の長さ寸法Ａがセラミック素体の長さ寸法Ｂの１０％以下であり、Ｒ≧Ａとされており、第２の電極層の被り部の相手方の端子電極側端部が、第１の電極層の被り部の相手方端子電極側端部よりも相手方端子電極に向かって少なくとも５０μｍ以上延ばされているので、プリント回路基板などに実装された際に、プリント回路基板が周囲温度の変化などによりたわんだとしても、セラミック素体の割れや欠けを確実に防止することができる。従って、加工時及び使用時のセラミック素体の不良を低減することができるとともに、電気的特性が安定であり、信頼性に優れたセラミック電子部品を提供することが可能となる。
【００４６】
また、第２の電極層上にＳｎまたはＳｎ合金をめっきすることにより形成されためっき膜を有する第３の電極層を形成した場合には、プリント回路基板などに実装する際の半田付け性を高めることができる。
【００４７】
本発明においては、上記セラミック素体は、内部電極を有しないものであってもよく、内部電極を有するものであってもよい。内部電極を有する場合、複数の内部電極は一対の端面に引き出されて端子電極に電気的に接続されるが、このような内部電極を有するセラミック素体を用いることにより、従来から周知の積層コンデンサなどに本発明を好適に用いることができ、信頼性に優れた積層セラミック電子部品を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例に係るセラミック電子部品を説明するための縦断面図及び上部を拡大して示す部分切欠縦断面図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例に係るセラミック電子部品をガラスエポキシ基板に実装した状態及びガラスエポキシ基板をたわませた状態を説明するための各略図的側面図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、基板がたわんだ際にセラミック素体に加わる応力を説明するための図であり、（ａ）は従来のセラミック電子部品に応力が加わった状態を説明するための部分切欠断面図、（ｂ）は本発明の一実施例に係るセラミック電子部品における応力が加わった状態を説明するための部分切欠断面図。
【図４】従来のセラミック電子部品を説明するための側面図。
【図５】従来のセラミック電子部品の一例を説明するための縦断面図。
【符号の説明】
１…セラミック電子部品
２…セラミック素体
２ａ，２ｂ…端面
２ｃ…上面
２ｄ…下面
３〜６…内部電極
７，８…端子電極
７ａ，８ａ…第１の電極層
７ｂ，８ｂ…第２の電極層
７ｃ，８ｃ…第３の電極層
８ａ_１…第１の電極層の電極層被り部の相手方端子電極側端部

Claims

対向し合う一対の端面と、一対の端面を結ぶ上面、下面及び一対の側面とを有するセラミック素体の各端面に端面だけでなく、上面、下面及び一対の側面に至る被り部を有するように端子電極が形成されている表面実装型のセラミック電子部品において、
前記端子電極が、金属ペーストの焼き付けまたはめっきにより形成された第１の電極層と、第１の電極層上に形成されており、導電性樹脂よりなる第２の電極層とを有し、
前記セラミック素体の端面と、上面、下面及び一対の側面とのなす端縁が曲率半径Ｒの曲面状となるように丸められており、
前記端子電極の第１の電極層の被り部の相手方の端子電極側端部と、該第１の電極層が形成されている端面との間の長さ寸法をＡ、前記対向し合う一対の端面を結ぶ方向に沿うセラミック素体の長さ寸法をＢとしたときに、Ａ≦０．１Ｂであり、かつＲ≧Ａ≧０．５Ｒとされており、
前記第２の電極層の被り部の相手方の端子電極側端部が、第１の電極層の被り部の相手方の端子電極側端部よりも相手方の端子電極に向かって少なくとも５０μｍ以上延ばされていることを特徴とする、セラミック電子部品。
前記第２の電極層上に形成されており、かつＳｎまたはＳｎ合金めっき膜を含む第３の電極層をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック電子部品。
前記セラミック素体内に配置された複数の内部電極を有し、複数の内部電極が一対の端面の何れかに引き出されて前記端子電極に電気的に接続されている、請求項１または２に記載のセラミック電子部品。