JP3760642B2

JP3760642B2 - 電子部品

Info

Publication number: JP3760642B2
Application number: JP29021298A
Authority: JP
Inventors: 卓二中川; 義一高木
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2018-10-13
Also published as: JP2000124062A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、端子電極に端子部材が接合された構造を有する電子部品に関するもので、特に、端子電極と端子部材との接合構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば積層セラミックコンデンサのような電子部品において、その電子部品本体の外表面上に形成された端子電極に、たとえば金属板からなる導電性の端子部材を接合した状態とされることがある。このような端子部材を備える電子部品を配線基板上に実装する場合には、端子部材を配線基板へ半田付けするようされる。
【０００３】
これは、電子部品を配線基板上に実装するにあたって、電子部品本体上に形成された端子電極を、直接、配線基板へ半田付けした状態とすると、温度変化がもたらされる環境において、電子部品本体と配線基板との間の熱膨張係数の差が原因となって、電子部品本体の破壊等の機械的損傷が生じることを、端子部材の変形によって防止しようとするためのものである。
【０００４】
なお、上述のような問題は、電子部品本体がセラミックをもって構成される場合、あるいは、配線基板が熱放散性に優れたアルミニウムをもって構成される場合において、特に生じやすい。
【０００５】
上述の端子部材を備える電子部品の製造において、端子部材を端子電極に接合するため、導電性接着剤または半田のような導電性の接合材が用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、端子電極と端子部材とが導電性接着剤によって接合される場合、および半田によって接合される場合のいずれにおいても、以下のような解決されるべき問題がある。
【０００７】
まず、導電性接着剤を用いる場合には、導電性接着剤は、樹脂を含有するものであるので、高温での強度が低下し、また、電子部品の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を高くしてしまうという問題を引き起こす。
【０００８】
次に、半田が用いられる場合には、この端子電極と端子部材とを接合している半田としては、後に実施される端子部材を介しての配線基板上への半田付けに耐える必要があるため、配線基板上への半田付けに使用される半田の融点において接合状態を維持できるような高い融点を有する高温半田が用いられなければならない。
【０００９】
他方、半田の材質に関して、環境問題の点から、Ｐｂ系半田の使用が制限されつつあり、そのため、たとえばＳｎ−Ａｇ系のような非Ｐｂ系半田が使用されるようになってきている。
【００１０】
非Ｐｂ系半田としては、Ｓｎ−Ａｇ系（共晶点２２１℃）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系（融点１８３〜２１２℃）、Ｓｎ−Ｚｎ系（融点１８６〜１８８℃）などがあるが、これらは、いずれも、既存の６０％Ｓｎ−４０％Ｐｂ半田の共晶点１８３℃より、溶融温度が高くなる。したがって、これらの非Ｐｂ系半田を配線基板上への端子部材の半田付けに用いる場合には、端子電極と端子部材との接合に用いる半田としては、たとえば２３０℃以上の高温で接合状態を維持できるものでなければならないが、このような高温で接合状態を維持できる非Ｐｂ系半田が実現されていないのが現状である。
【００１１】
そこで、この発明の目的は、端子部材を備える電子部品において、端子電極と端子部材との接合のために用いられる上述のような導電性接着剤および半田の各々の欠点を解消しようとすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、簡単に言えば、端子電極と端子部材との接合のために、導電性接着剤と半田とを併用し、これら導電性接着剤および半田の各々の欠点を互いに他のものによって補おうとするものである。
【００１３】
すなわち、この発明は、外表面上に端子電極が形成された、電子部品本体と、端子電極に電気的に接続されるように接合される、導電性の端子部材とを備える、電子部品に向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、端子電極と端子部材とが、導電性接着剤および半田の双方によって接合されていることを一般的な特徴としている。
【００１４】
この発明は、さらに、次のような特定的な特徴を有している。すなわち、端子電極と端子部材とが互いに面対向する部分において、この発明の第１の局面では、導電性接着剤が中心部に、かつ半田がこの導電性接着剤を取り囲むようにそれぞれ付与されることを特徴とし、この発明の第２の局面では、導電性接着剤が中央部に、かつ半田がこの導電性接着剤の両側を挟むようにそれぞれ付与されることを特徴としている。
【００１５】
また、これらの付与態様において、好ましくは、導電性接着剤の付与面積は、導電性接着剤および半田の各付与面積の合計に対して２／３以下とされる。
【００１６】
また、半田が非Ｐｂ系半田であるとき、この発明が特に有利に適用される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３は、この発明の一実施形態による電子部品１を説明するためのもので、図１は、電子部品１の全体の外観を示す正面図であり、図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う拡大断面図であり、図３は、図１の部分ＩＩＩの拡大断面図である。
【００１８】
電子部品１は、たとえば積層セラミックコンデンサを構成する２つのチップ状の電子部品本体２を備えている。電子部品本体２の外表面上、より特定的には相対向する２つの端面上には、端子電極３がそれぞれ形成されている。
【００１９】
端子電極３は、スパッタリング、蒸着、めっき等の薄膜形成技術により形成されても、導電性ペーストを付与し、焼付ける厚膜形成技術により形成されても、さらには、厚膜形成技術により形成された厚膜上にめっきを施すことによって形成されてもよい。
【００２０】
この図示の実施形態では、図３に示すように、端子電極３は、それぞれスパッタリングにより形成された３層構造の薄膜電極とされ、たとえば、内層４はＮｉ−Ｃｒで構成され、中間層５はＮｉ−Ｃｕで構成され、外層６はＡｇで構成される。
【００２１】
図３には、電子部品本体２の内部に形成されかつ端子電極３に電気的に接続される内部電極７が図示されている。このような内部電極７は、積層状に複数形成され、静電容量を形成するためのものである。
【００２２】
図１に示すように、２つの電子部品本体２は、互いに同じ姿勢で配向されながら、上下に積み重ねられ、たとえば接着剤８によって互いに接合される。
【００２３】
２つの電子部品本体２の各々の端子電極３に共通に電気的に接続されるように、導電性の端子部材９が接合される。端子部材９は、たとえば、全体として逆Ｕ字状に折り曲げられた金属板をもって構成される。
【００２４】
各端子部材９は、その外側の端部において、下の電子部品本体２の下方に向く側面に対向する方向へさらに折り曲げられ、ここに配線基板（図示せず。）への接続のための接続端子部１０を与える。この接続端子部１０には、たとえば膨出加工することによって形成された凸部１１が設けられることが好ましい。凸部１１は、下の電子部品本体２の下方に向く側面に向かって突出し、接続端子部１０と下の電子部品本体２の下方に向く側面との間に所定の間隔を確実に形成するように作用する。
【００２５】
また、この図示した実施形態では、図３に示すように、端子部材９は、第１板材１２および第２板材１３を貼り合わせたクラッド材から構成される。第１板材１２は、逆Ｕ字状に折り曲げられた端子部材９の内側に位置するもので、たとえばＦｅ−Ｃｒ合金のような半田濡れ性の悪い材料から構成され、また、第２板材１３は、端子部材９の外側に位置するもので、たとえばＣｕのような半田濡れ性の良好な材料から構成されることが好ましい。
【００２６】
このような構成とすることによって、端子部材９は、その逆Ｕ字状に折り曲げられた状態において、端子電極３および配線基板にそれぞれ対向する面に良好な半田濡れ性を与える一方、内側に向く面を半田濡れ性に劣る面とする。したがって、端子部材９は、端子電極３および配線基板の各々との間で良好な半田付けを可能にするとともに、逆Ｕ字状に折り曲げられた部分の内側への半田の回り込みを防止し、前述した温度変化による電子部品本体２の破壊等を防止するための端子部材９の変形が不所望にも阻害されないようにすることができる。
【００２７】
このような端子部材９と電子部品本体２上の端子電極３とは、導電性接着材１４および半田１５の双方によって接合される。この実施形態では、図２によく示されているように、端子電極３（図２では図示されない。）と端子部材９とが互いに面対向する部分において、導電性接着剤１４が中心部に、かつ半田１５が導電性接着剤１４を取り囲むように付与される。このような導電性接着剤１４および半田１５の付与態様は、次のようにすることによって容易に得ることができる。
【００２８】
すなわち、まず、たとえばディスペンサを用いて、導電性接着剤１４が、端子部材９または端子電極３の所定の領域上にスポット状に付与される。次いで、この導電性接着剤１４を介して、端子部材９と端子電極３とが対向する状態にされ、この状態で、導電性接着剤１４が乾燥され硬化される。このようにして端子部材９が電子部品本体２に対して仮固定された後、半田浸漬法が適用され、半田１５が付与される。このとき、半田１５は、それ自身の挙動によって、自然と導電性接着剤１４を取り囲むように付与される。
【００２９】
上述した導電性接着剤１４としては、たとえば、エポキシ樹脂系、フェノール樹脂系、またはポリイミド系のものを用いることができる。
【００３０】
また、半田１５としては、Ｐｂ系をも含めて任意の材料系のものを用いることができるが、環境問題の点で、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、またはＳｎ−Ｚｎ系等の非Ｐｂ系のものを用いるのが好ましい。
【００３１】
このように、この実施形態によれば、端子電極３と端子部材９とを導電性接着剤１４および半田１５の双方によって接合するようにしているので、導電性接着剤１４が有する、ＥＳＲが高くなるという欠点および高温で劣化するという欠点は、電気伝導性に優れかつ高温での劣化のない半田１５によって補われ、また、半田１５が有する、たとえば２３０℃以上の高温で端子部材９が配線基板へ半田付けされるときに半田１５が溶融または半溶融状態となって接合状態を維持できなくなるという欠点は、このような温度では変形しない導電性接着剤１４によって補われることができる。
【００３２】
以上の図１ないし図３を参照して説明した実施形態の効果を確認するため、以下のような実験を行なった。
【００３３】
電子部品本体２として、静電容量が５０μＦに設定され、熱膨張係数が８×１０^-6／℃の積層セラミックコンデンサとなるものを用意した。また、端子電極３として、スパッタリングにより、Ｎｉ７％Ｃｒからなる厚み０．１μｍの内層４、Ｎｉ３０％Ｃｕからなる厚み０．２μｍの中間層５、およびＡｇからなる厚み０．６μｍの外層６からなる多層薄膜電極を形成した。
【００３４】
他方、端子部材９として、厚み０．０５ｍｍのＣｕからなる第１板材１２と厚み０．０５ｍｍのＦｅ−Ｃｒ合金からなる第２板材１３とを貼り合わせたクラッド材を用いた。
【００３５】
これら電子部品本体２の端子電極３と端子部材９とを、次の４つの態様のいずれかで接合した。
（１）エポキシ系導電性接着剤を付与し、１５０℃で２０分間乾燥硬化させることによって接合した（試料１）。
（２）９６％Ｓｎ−４％Ａｇ半田を用いて、その２６０℃の浴中に１０秒間浸漬することによって接合した（試料２）。
（３）７％Ｓｎ−９０％Ｐｂ−３％Ａｇ半田を用いて、その３５０℃の浴中に１０秒間浸漬することによって接合した（試料３）。
（４）図２に示すように、エポキシ系導電性接着剤１４と９６％Ｓｎ−４％Ａｇ半田１５とを用いて、まず、導電性接着剤１４を付与し、１５０℃で２０分間乾燥硬化させた後、半田１５の２６０℃の浴中に１０秒間浸漬することによって接合した（試料４）。
【００３６】
このようにして得られた各試料について、以下の表１に示す項目の評価を行なった。
【００３７】
【表１】

「外観不良率」は、外観不良を、導電性接着剤または半田のような導電性の接合材の部品表面へのにじみ出しまたははみ出しの有無によって評価したもので、試料１において、このような外観不良が多数発生した。
【００３８】
「ＥＳＲ」は、１ＭＨｚでの測定であり、試料１において、他の試料より高い値を示した。
【００３９】
「固着強度」は、端子部材の電子部品本体への固着強度であって、これを「室温」で測定したものは、試料１〜４とも同じ値を示したが、「１５０℃」で測定すると、試料１において、固着強度が大幅に低下した。他方、試料３および４においては、「１５０℃」での固着強度の低下がそれほど認められなかった。
【００４０】
「変形」は、２３０℃でリフローを行なったときの電子部品本体の端子部材からのずれの有無を評価したもので、試料２において、そのような変形が認められた。
【００４１】
「容量変化率不良率」は、各試料に係る電子部品を、端子部材を介してアルミニウム基板上に実装した状態で、−５５℃（３０分）〜２５℃（３分）〜１２５℃（３０分）の熱衝撃サイクルを２００サイクル加え、容量変化率が２０％以上のものを不良として評価したもので、試料２において、高い不良率が認められた。
【００４２】
以上のことから、この発明の実施例に相当する試料４によれば、表１に示した各評価項目のいずれについても、優れた結果を示すことがわかる。
【００４３】
図４は、この発明の他の実施形態を説明するための図２に相当する図である。図４において、図２に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
図４に示した実施形態では、端子電極３（図４では図示されない。）と端子部材９とが互いに面対向する部分において、導電性接着剤１４が中央部に、かつ半田１５が導電性接着剤１４の両側を挟むように付与されている。このような付与態様は、次のようにして容易に得ることができる。
【００４５】
すなわち、まず、たとえばディスペンサを用いたり、印刷塗布により、導電性接着剤１４を帯状の所定の領域に付与し、次いで、この導電性接着剤１４によって電子部品本体２と端子部材９とを仮固定した後、半田浸漬を行ない、半田１５を付与するようにすれば、図４に示すような態様で導電性接着剤１４および半田１５を付与することができる。
【００４６】
図５および図６は、この発明のさらに他の実施形態を説明するためのもので、図５は、電子部品１ａを示す正面図であり、図６は、図５の部分ＶＩの拡大断面図である。図５および図６は、前述した図１および図３にそれぞれ相当する図であって、図５および図６において、図１および図３に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４７】
図５および図６に示した実施形態は、端子部材９ａの形態が前述した端子部材９の形態と異なっている。すなわち、端子部材９ａは、全体としてＬ字状に折り曲げられた金属板からなり、この折り曲げの一方側に接続端子部１０ａが与えられ、接続端子部１０ａは電子部品本体２から離れる方向へ延びている。
【００４８】
端子部材９ａは、種々の材質をもって構成することができるが、この実施形態では、図６に示すように、たとえば、銅からなる板材１６をもって構成され、その外側に向く面上には、Ｓｎからなる第１めっき膜１７およびその上に半田からなる第２めっき膜１８が形成される。
【００４９】
図５および図６に示した実施形態における他の構成は、図１ないし図３を参照して説明した実施形態の場合と実質的に同様である。
【００５０】
特に、端子電極３と端子部材９ａとの接合について説明すると、この実施形態の場合も、導電性接着剤１４と半田１５との双方によって、端子電極３と端子部材９ａとが接合される。
【００５１】
したがって、図５および図６に示した実施形態によっても、前述の図１ないし図３に示した実施形態と実質的に同様の効果が奏される。この効果を確認するため、この実施形態についても、以下のような実験を行なった。
【００５２】
前述した実験例で用いたのと同様の積層セラミックコンデンサを構成する電子部品本体を用意し、端子電極３として、Ａｇからなる焼付けによる厚膜の内層４を形成するとともに、Ｎｉからなるめっきによる中間層５を形成し、さらにＳｎからなるめっきによる外層６を形成した。
【００５３】
他方、端子部材９ａとして、厚み０．１ｍｍの銅からなる板材１６上に、Ｎｉからなる第１めっき膜１７および半田からなる第２めっき膜１８を形成したものを用意した。
【００５４】
次いで、端子部材９ａと電子部品本体２の端子電極３とを接合するため、前述した実験例１の場合と同様の４つの方法（１）〜（４）を採用し、試料１１〜１４をそれぞれ得た。
【００５５】
このようにして得られた試料１１〜１４のそれぞれについて、表１に示したのと同様の評価を行なった。その結果が、以下の表２に示されている。
【００５６】
【表２】

表２からわかるように、前述した表１と実質的に同様の傾向を有する評価結果が得られている。特に、この発明の実施例に相当する試料１４によれば、表２に示した各評価項目について優れた結果がもたらされている。
【００５７】
以上、この発明を図示した実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他、種々の変形例が可能である。
【００５８】
たとえば、端子電極３と端子部材９または９ａとの接合のための導電性接着剤１４および半田１５の付与態様は、図２または図４に示すような態様に限らず、その他、任意に変更することができる。
【００５９】
また、図示の電子部品１または１ａは、２つの電子部品本体２を備えていたが、電子部品本体の数は任意に変更でき、３つ以上であっても、単に１つであってもよい。
【００６０】
また、電子部品本体２は、積層セラミックコンデンサを構成するものであったが、他の機能を有するセラミック電子部品、あるいはセラミックを含まない電子部品のための電子部品本体を構成するものであってもよい。
【００６１】
また、図示の電子部品本体２は、相対向する２つの端面上に端子電極３を形成するものであったが、さらに、中間部等の他の外表面部分に端子電極を形成するものでもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、電子部品本体上の端子電極とこれに電気的に接続される端子部材との接合にあたり、導電性接着剤と半田との組み合わせが用いられるので、接合材としての導電性接着剤および半田のそれぞれの欠点を、互いに他のものによって補うことができる。すなわち、導電性接着剤による接合の場合に遭遇する、ＥＳＲの増大および高温での劣化の欠点は、半田によって補われ、他方、半田による接合の場合に遭遇する、高温での溶融または半溶融のための強度不足を導電性接着剤によって補うことができる。したがって、端子電極と端子部材との間で良好な電気的接続が可能になるとともに、端子部材を配線基板上へ半田付けする場合に及ぼされる熱にも十分耐え得る接合状態を実現することができる。
【００６３】
また、この発明によれば、端子電極と端子部材とが互いに面対向する部分において、導電性接着剤が中心部に、かつ半田が導電性接着剤を取り囲むように付与されたり、あるいは、導電性接着剤が中央部に、かつ半田が導電性接着剤の両側を挟むように付与されたりしているので、まず、導電性接着剤を付与し、これをもって端子部材を端子電極に仮固定し、次いで、半田を半田浸漬法により付与する方法を採用することができ、この方法によって、端子電極と端子部材との接合を能率的に行なうことができる。
【００６４】
特に、上述したように、導電性接着剤が中心部に、かつ半田が導電性接着剤を取り囲むように付与されると、導電性接着剤のはみ出し等による外観不良を生じにくくすることができる。
【００６５】
また、この発明において、半田として非Ｐｂ系半田を用いると、Ｐｂによる環境問題を引き起こさないようにすることができる。また、非Ｐｂ系半田の場合、材料の選択範囲が限られるため、端子電極と端子部材との接合のための半田の融点を、端子部材を配線基板上へ半田付けするための半田の融点より十分高くすることが困難な場合があるので、この発明のように半田とともに導電性接着剤を併用する構成は、このような非Ｐｂ系半田を用いる場合に特に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による電子部品１を示す正面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う拡大断面図である。
【図３】図１の部分ＩＩＩの拡大断面図である。
【図４】この発明の他の実施形態を説明するための図２に相当する図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態による電子部品１ａを示す正面図である。
【図６】図５の部分ＶＩの拡大断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ電子部品
２電子部品本体
３端子電極
９，９ａ端子部材
１４導電性接着剤
１５半田

Claims

外表面上に端子電極が形成された、電子部品本体と、
前記端子電極に電気的に接続されるように接合される、導電性の端子部材と
を備え、
前記端子電極と前記端子部材とが、導電性接着剤および半田の双方によって接合されていて、
前記端子電極と前記端子部材とが互いに面対向する部分において、前記導電性接着剤が中心部に、かつ前記半田が前記導電性接着剤を取り囲むようにそれぞれ付与されている、電子部品。
外表面上に端子電極が形成された、電子部品本体と、
前記端子電極に電気的に接続されるように接合される、導電性の端子部材と
を備え、
前記端子電極と前記端子部材とが、導電性接着剤および半田の双方によって接合されていて、
前記端子電極と前記端子部材とが互いに面対向する部分において、前記導電性接着剤が中央部に、かつ前記半田が前記導電性接着剤の両側を挟むようにそれぞれ付与されている、電子部品。
前記半田は非Ｐｂ系半田である、請求項１または２に記載の電子部品。