JP3885938B2 - セラミック電子部品、ペースト塗布方法及びペースト塗布装置 - Google Patents

セラミック電子部品、ペースト塗布方法及びペースト塗布装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック電子部品、並びに、そのセラミック電子部品の製造に用いられるペースト塗布方法及びペースト塗布装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
チップコンデンサ等のセラミック電子部品では、キャップ状の端子電極がセラミック素体の長さ方向の両端側に形成されている。詳しくは、それぞれの端子電極は、セラミック素体の長さ方向の一面と、幅方向の両面の一部分と、厚さ方向の両面の一部分とを覆うように形成されている。
【0003】
このような端子電極を形成するには、導体ペースト中にセラミック素体を浸漬させる方法、またはローラ塗布法を用いて、セラミック素体の両端側に導体ペーストを塗布させ、この導体ペーストを熱処理により乾燥固化させるのが一般的である。
【0004】
導体ペーストにより形成される端子電極は、導体ペーストの塗布条件に起因して、幅方向の一面に形成された部分の長さと、幅方向の他面に形成された部分の長さが、互いに異なっている場合がある。
【0005】
このようなセラミック電子部品にハンダ付け工程を行うと、幅方向の両面について、端子電極とハンダとの接触面積が異なってしまう。このため、端子電極はハンダから異なる大きさの応力を受けることとなり、セラミック素体の立ち上がり(マンハッタン現象)等の不具合を招く。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ハンダ付け工程におけるセラミック素体のマンハッタン現象を回避し得るセラミック電子部品、並びに、そのセラミック電子部品の製造に用いられるペースト塗布方法及びペースト塗布装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
1.セラミック電子部品
上述した課題を解決するため、本発明に係るセラミック電子部品は、セラミック素体と、端子電極とを含む。
【0008】
前記セラミック素体は、ほぼ直方体状である。前記端子電極は、前記セラミック素体の長さ方向の両端側に備えられ、それぞれの端子電極が、長さ方向の一面と、幅方向の両面の一部分と、厚さ方向の両面の一部分とを覆うように設けられている。
【0009】
前記セラミック素体の長さをL1とし、幅方向の両面における前記端子電極の側面から見た最大長さを、それぞれ、L3、L4としたとき、
0<|L4−L3|/L1≦1/44
を満たす。
【0010】
発明者らの実験によれば、比(|L4−L3|/L1)を、0から1/44までの範囲内に設定すると、ハンダ付け工程におけるマンハッタン現象の発生率が低く保たれた。比|L4−L3|/L1=1/44の付近で、マンハッタン現象の発生率が急激に増大した。
【0011】
2.ペースト塗布方法
更に、本発明は、セラミック電子部品の製造に用いられるペースト塗布方法を開示する。このペースト塗布方法では、外周面に導体ペーストを塗布させたローラを回転させるとともに、前記ローラの回転方向とほぼ同じ方向にセラミック素体を移動させる。そして、前記ローラの外周面に前記セラミック素体の一面を接触させて前記導体ペーストを塗布させる。
【0012】
更に、前記セラミック素体の移動速度をVcとし、前記セラミック素体の前記一面に接する円周でみた前記ローラの周速度をVpとしたとき、比Vp/Vcが
0.95≦Vp/Vc≦0.98
を満たす。
【0013】
発明者らの実験によれば、比Vp/Vcを0.95から0.98までの範囲に設定してペースト塗布方法を実行すると、形成される端子電極の比(|L4−L3|/L1)を、0から1/44までの範囲内に収めることができた。比Vp/Vcを0.98よりも大きく設定すると、端子電極の比(|L4−L3|/L1)が1/44を超えた。また、比Vp/Vcを0.95よりも小さく設定しても、端子電極の比(|L4−L3|/L1)が1/44を超えた。
【0014】
3.ペースト塗布装置
更に、本発明は、セラミック電子部品の製造に用いられるペースト塗布装置を開示する。このペースト塗布装置は、ローラと、セラミック素体移動装置とを含む。
【0015】
前記ローラは、回転駆動されるものである。前記セラミック素体移動装置は、前記ローラの回転方向とほぼ同じ方向にセラミック素体を移動させ、前記ローラの外周面に前記セラミック素体の一面を近接させるものである。
【0016】
更に、前記セラミック素体の移動速度をVcとし、前記セラミック素体の前記一面に接する円周でみた前記ローラの周速度をVpとしたとき、比Vp/Vcが
0.95≦Vp/Vc≦0.98
を満たす。
【0017】
このペースト塗布装置は、ローラの外周面に導体ペーストを塗布して用いられる。この状態でローラを回転させるとともに、ローラの回転方向とほぼ同じ方向にセラミック素体を移動させる。更に、ローラの外周面にセラミック素体の一面を近接させる。これにより、ローラの外周面上の導体ペーストがセラミック素体の一面に塗布される。従って、上述のペースト塗布方法が実現されることとなり、上述した本発明に係るセラミック電子部品が得られる。
【0018】
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に具体的に説明する。添付図面は単に例を示すに過ぎない。
【0019】
【発明の実施の形態】
1.セラミック電子部品
図1は本発明に係るセラミック電子部品の斜視図、図2は図1の2−2線に沿った断面図である。図示のように、本発明に係るセラミック電子部品は、セラミック素体1と、端子電極31、32とを含んでいる。セラミック電子部品は、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップバリスタもしくはチップ抵抗またはそれらの組み合わせを含むことができる。図はチップコンデンサを示している。
【0020】
セラミック素体1は、ほぼ直方体状である。ほぼ直方体状という表現は、直方体の角を丸めた形状、または直方体を面取りした形状も含んでいる。セラミック素体1について、長さ方向Lに沿った長さL1、幅方向Wに沿った幅W1、及び、厚さ方向Tに沿った厚さT1は、任意である。図示実施例の場合、長さL1=2.0mm、幅W1=1.2mm、厚さT1=1.25mmである。別の例として、長さL1=4.4mm、幅W1=3.1mm、厚さT1=2.2mmとしてもよい。
【0021】
長さL1、幅W1及び厚さT1の大小関係は、長さL1>幅W1、かつ、長さL1>厚さT1となっている。セラミック素体1は、セラミック電子部品の種類に応じて選択された周知のセラミック材料により構成することができる。
【0022】
更に、図2を参照すると、セラミック素体1は、複数の内部電極21〜28を有する。複数の内部電極21〜28は、素体内部で互いに間隔を隔てて厚さ方向Tに積層されている。
【0023】
図3は図1に図示したセラミック電子部品であって、端子電極を露出した状態を示す断面図、図4は端子電極を露出した状態を示す正面図、図5は端子電極を露出した状態を示す背面図、図6は端子電極を露出した状態を示す平面図である。図3は、図2に示した断面図に対応した断面図である。また、図4〜図6では、端子電極31、32の形状的特徴が強調して示されている。
【0024】
図3を参照すると、端子電極31、32は、セラミック素体1の長さ方向Lの両端側に備えられている。更に図4〜図6も参照すると、一方の端子電極31は、長さ方向Lの一面11と、幅方向Wの両面13、14の一部分と、厚さ方向Tの両面15、16の一部分とを覆うように設けられている。他方の端子電極32は、長さ方向Lの他面12と、幅方向Wの両面13、14の一部分と、厚さ方向Tの両面15、16の一部分とを覆うように設けられている。
【0025】
詳しくは、図4を参照すると、一方の端子電極31は、幅方向Wの一面13全体のうち、長さ方向Lの一面11付近の部分を覆っている。他方の端子電極32は、幅方向Wの一面13全体のうち、長さ方向Lの他面12付近の部分を覆っている。幅方向Wの一面13側における端子電極31、32の最大長さをL3とする。
【0026】
更に図5を参照すると、一方の端子電極31は、幅方向Wの他面14全体のうち、長さ方向Lの一面11付近の部分を覆っている。他方の端子電極32は、幅方向Wの他面14全体のうち、長さ方向Lの他面12付近の部分を覆っている。幅方向Wの他面14側における端子電極31、32の最大長さをL4とする。
【0027】
更に図6を参照すると、一方の端子電極31は、厚さ方向Tの一面15全体のうち、長さ方向Lの一面11付近の部分を覆っている。他方の端子電極32は、厚さ方向Tの一面15全体のうち、長さ方向Lの他面12付近の部分を覆っている。厚さ方向Tの一面15側からみたとき、幅方向Wの一面13上における端子電極31、32の長さをL5とし、幅方向Wの他面14上における端子電極31、32の長さをL6とする。
【0028】
更に図3を参照すると、一方の端子電極31は、セラミック素体1の長さ方向Lの一面11で、電極膜21、23、25、27に接続されている。他方の端子電極32は、セラミック素体1の長さ方向Lの他面12で、電極膜22、24、26、28に接続されている。
【0029】
上述した端子電極31、32は、セラミック素体1に焼き付けられた電極である。このような端子電極31、32は、セラミック素体1に導体ペーストを塗布させ、熱処理で導体ペーストを乾燥固化することによって、得られる。
【0030】
再び図1、図2を参照すると、端子電極31、32の表面には、めっき膜41、42が付着されている。更に、これらのめっき膜41、42の表面に、めっき膜43、44が付着されている。めっき膜41〜44はCu、Ni、Sn等の金属膜である。
【0031】
上述した端子電極31の長さL3、L4(図4、図5参照)は、端子電極31の表面に付着されるめっき膜41、43の膜厚よりもはるかに大きく、めっき膜41、43の膜厚は実質上、無視し得る。同様にして、もう1つの端子電極32の長さL3、L4は、端子電極32の表面に付着されるめっき膜42、44の膜厚よりもはるかに大きく、めっき膜42、44の膜厚は実質上、無視し得る。
【0032】
本発明に係るセラミック電子部品の重要な特徴は、セラミック素体1の長さL1、幅方向Wの一面13側における端子電極31、32の長さL3、及び、幅方向Wの他面14側における端子電極31、32の長さL4について、
0≦|L4−L3|/L1≦1/44 (1)
を満たすことである。例えば、セラミック素体1の長さL1が2.0mmの場合、上記式(1)は、0≦|L4−L3|≦(1/22)mmとなる。
【0033】
<実験データ>
次に、実験データを挙げて説明する。上述した構成のセラミック電子部品において、端子電極31、32の比(|L4−L3|/L1)を段階的に変化させ、5つのサンプル群1〜5を作製した。サンプル群1〜5にはそれぞれ100個のサンプルが含まれており、サンプル群1〜5の比(|L4−L3|/L1)は、それぞれ、0.002、0.011、0.021、0.031、0.041とした。但し、これらの値は、それぞれ、当該サンプル群に含まれる100個のサンプルの平均値である。
【0034】
次に、それぞれのサンプル群1〜5についてハンダ付け工程を行い、マンハッタン現象の発生個数を調べた。ハンダ付け工程では共晶ハンダを用い、リフロー温度を240℃とした。結果を下記の表1に示す。
Figure 0003885938
【0035】
次に、比(|L4−L3|/L1)に対するマンハッタン現象の発生個数をグラフ化し図7に示す。近似化された曲線を、参照符号U8で示してある。この曲線U8を参照すると、比(|L4−L3|/L1)が0から1/44までの範囲内では、ハンダ付け工程におけるマンハッタン現象の発生個数が低く保たれる。比|L4−L3|/L1=1/44の付近で、マンハッタン現象の発生個数が急激に増大する。
【0036】
以上、セラミック電子部品の一種であるチップコンデンサに本発明を適用した場合を説明したが、他の種類のセラミック電子部品にも本発明を適用することができる。
【0037】
2.ペースト塗布方法及びペースト塗布装置
次に、上述のセラミック電子部品の製造に用いられるペースト塗布方法及びペースト塗布装置について説明する。
【0038】
図8はペースト塗布装置の構成を概略的に示す図、図9は図8に示したペースト塗布装置の部分拡大図である。図8を参照すると、ペースト塗布装置は、ローラ61と、セラミック素体移動装置8とを含んでいる。
【0039】
ローラ61は、駆動装置71により、矢印a1で示す方向に回転駆動される。ローラ61の外周面には導体ペースト35が塗布される。具体的には、ローラ61の下側が、容器37に入れられた導体ペースト35に浸されており、このローラ61が回転駆動されることによって、ローラ61の外周面に導体ペースト35が塗布されることになる。導体ペースト35は、周知の組成、粘度、電気特性を有するものによって構成される。
【0040】
更に、ローラ61には固定スキージ67が組み合わされている。固定スキージ67は、ローラ61の外周面に塗布される余分な導体ペースト35を掻き取り、ローラ61の外周面に塗布される導体ペースト35の厚さを一定化する役割を担う。
【0041】
図8、図9に示すように、セラミック素体移動装置8は、ローラ61の回転方向a1とほぼ同じ方向a3にセラミック素体1を移動させ、ローラ61の外周面にセラミック素体1の長さ方向Lの一面11を近接させる。セラミック素体1は、図1、図2を参照して説明したものである。セラミック素体1の移動方向a3は、ローラ61の回転軸611にほぼ垂直となる。セラミック素体移動装置8は、具体的な構成として、ベルト83と、案内ローラ85、86とを含んでいる。
【0042】
ベルト83には、複数の固定具81が備えられている。これらの固定具81はベルト83上で互いに間隔を隔てて備えられている。セラミック素体1は、この固定具81を介してベルト83に固定される。
【0043】
ベルト83は、案内ローラ85、86の間に張設されている。案内ローラ86は、駆動装置73により、矢印a4で示す方向に回転駆動される。これにより、ベルト83は矢印a3の方向に走行し、ベルト83に固定されたセラミック素体1も、矢印a3の方向に移動される。
【0044】
図8を参照すると、ペースト塗布装置には、掻き取りローラ62が備えられている。掻き取りローラ62は、ローラ61の後段に備えられ、駆動装置72により、セラミック素体1の移動方向a3とは逆の方向a2に回転駆動される。更に、掻き取りローラ62には固定スキージ68が組み合わされている。固定スキージ68は、掻き取りローラ62の外周面の汚れを除去する役割を担う。
【0045】
セラミック素体移動装置8は、上述のようにローラ61にセラミック素体1を近接させた後、掻き取りローラ62の回転方向a2とは逆の方向a3にセラミック素体1を移動させ、掻き取りローラ62の外周面にセラミック素体1の一面11を近接させる。
【0046】
更にペースト塗布装置には、制御装置75が備えられている。制御装置75は、駆動装置71に制御信号S1を与え、駆動装置71を介してローラ61の回転を制御する。同様に、制御装置75は、駆動装置72に制御信号S2を与え、駆動装置72を介して掻き取りローラ62の回転を制御する。更に、制御装置75は、駆動装置73に制御信号S3を与え、駆動装置73及び案内ローラ86を介してベルト83の走行を制御する。
【0047】
図8、図9を参照して説明したように、外周面に導体ペースト35を塗布させたローラ61を回転させるとともに、ローラ61の回転方向a1とほぼ同じ方向a3にセラミック素体1を移動させ、ローラ61の外周面にセラミック素体1の長さ方向Lの一面11を近接させる。これにより、ローラ61の外周面上の導体ペースト35が、セラミック素体1の長さ方向Lの一面11及びその付近に塗布される。セラミック素体1の幅方向Wの両面13、14のうち、一面13がペースト突入側となり、他面14がペースト脱出側となる(図9参照)。
【0048】
更に図9に示すように、セラミック素体1の移動速度をVcとし、セラミック素体1の一面11に接する円周Cr1でみたローラ61の周速度をVpとする。図1〜図6に示したセラミック電子部品を得るには、上述のローラ61及びセラミック素体移動装置8について、比Vp/Vcが
0.95≦Vp/Vc≦0.98 (2)
を満たせばよい。図示実施例では、比Vp/Vcは、制御装置75により制御することができる。
【0049】
次に、図9を参照して説明したように、矢印a2で示される方向に掻き取りローラ62を回転させるとともに、掻き取りローラ62の回転方向a2とは逆の方向a3にセラミック素体1を移動させ、掻き取りローラ62の外周面にセラミック素体1の一面11を近接させる。従って、セラミック素体1の一面11側に塗布された導体ペースト35の余分な部分が、掻き取りローラ62の外周面により掻き取られる。
【0050】
その後、セラミック素体1の一面11側に塗布された導体ペースト35を、熱処理で乾燥固化する。セラミック素体1の反対側の面12についても同様なペースト塗布工程及び熱処理を施せばよい。
【0051】
<実験データ>
次に、実験データを挙げて説明する。上述したペースト塗布方法において、セラミック素体1の移動速度Vcを固定し、セラミック素体1の一面11に接する円周Cr1でみたローラ61の周速度Vpを段階的に変化させた(下記の表2を参照)。これにより、比Vp/Vcを段階的に変化させ、数値例1〜6とした。
Figure 0003885938
【0052】
但し、セラミック素体1の一面11に接する円周Cr1でみたローラ61の周速度Vpは、ローラ61の外周面の周速度から求められる。ローラ61の外周面とセラミック素体1の一面11との間の距離は0.1mmとした。
【0053】
数値例1〜6のペースト塗布方法によって、それぞれ、セラミック素体1の長さ方向Lの一面11及びその付近に導体ペースト35を塗布させた。セラミック素体1の長さL1、幅W1、厚さT1は、それぞれ、2.0mm、1.2mm、1.25mmとした。また、導体ペースト35の組成及び粘度は下記の通りとした。
【0054】
<ペースト組成>
金属分: Ag100%
金属含有率: 73wt%
バインダー: アクリル系
<ペースト粘度>
1rpm: 80Pa.s
10rpm: 35Pa.s
100rpm: 23Pa.s
但し、上記のペースト粘度はB.F.粘度計による値である。
【0055】
その後、塗布された導体ペースト35を、熱処理で乾燥固化した。これにより、セラミック素体1の一面11側に端子電極31を備えたサンプルを得た。それぞれの数値例1〜6ごとに、5つのサンプルを得た。
【0056】
次に、得られたサンプルについて、幅方向Wの一面13側における端子電極31の長さL3と、幅方向Wの他面14側における端子電極31の長さL4とを測定した(図4、図5参照)。更に、厚さ方向Tの一面15側からみたとき、幅方向Wの一面13上における端子電極31の長さL5と、幅方向Wの他面14上における端子電極31の長さL6とを測定した。一面13はペースト突入側の面であり、他面14はペースト脱出側の面である(図9参照)。長さL3〜L6の測定は投影器により行った。
【0057】
図10は、比Vp/Vcに対する端子電極31の長さL3、L4を示すグラフである。図示において、比Vp/Vcに対する長さL3の特性、及び、比Vp/Vcに対する長さL4の特性を、それぞれ、参照符号U3、U4で示してある。特性U3、U4を参照すると、比Vp/Vcを大きくするにつれて、ペースト突入側の面13における端子電極31の長さL3は減少し、ペースト脱出側の面14における端子電極31の長さL4は増大する。
【0058】
図11は、比Vp/Vcに対する比(|L4−L3|/L1)の特性U1を示すグラフである。この特性U1は、図10に示した特性U3、U4から求められる。比Vp/Vcが0.96以下の範囲では、比Vp/Vcを小さくするにつれて、比(|L4−L3|/L1)は増大し、比Vp/Vcが0.95よりも小さくなると、比(|L4−L3|/L1)は1/44を超える。そこで、比Vp/Vcの下限値を0.95とした。
【0059】
また、比Vp/Vcが0.97以上の範囲では、比Vp/Vcを大きくするにつれて、比(|L4−L3|/L1)は増大し、比Vp/Vcが0.98よりも大きくなると、比(|L4−L3|/L1)は1/44を超える。そこで、比Vp/Vcの上限値を0.98とした。
【0060】
このように比Vp/Vcを、0.95≦Vp/Vc≦0.98の範囲B1内に設定すると、端子電極31の比(|L4−L3|/L1)を、0≦|L4−L3|/L1≦1/44の範囲B2内に収めることができる。
【0061】
図12は、比Vp/Vcに対する端子電極31の長さL5、L6を示すグラフである。図示において、比Vp/Vcに対する長さL5の特性、及び、比Vp/Vcに対する長さL6の特性を、それぞれ、参照符号U5、U6で示してある。特性U5、U6を参照すると、比Vp/Vcを大きくするにつれて、厚さ方向Tの一面15側からみたときのペースト突入側の面13上における端子電極31の長さL5は減少し、ペースト脱出側の面14上における端子電極31の長さL6は増大する。
【0062】
図13は、比Vp/Vcに対する比(|L6−L5|/L1)の特性U2を示すグラフである。この特性U2は、図12に示した特性U5、U6から求められる。比Vp/Vcを、0.95≦Vp/Vc≦0.98の範囲B1内に設定すると、端子電極31の比(|L6−L5|/L1)を、0≦|L6−L5|/L1≦1/44の範囲B3内に収めることができる。
【0063】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ハンダ付け工程におけるセラミック素体のマンハッタン現象を回避し得るセラミック電子部品、並びに、そのセラミック電子部品の製造に用いられるペースト塗布方法及びペースト塗布装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るセラミック電子部品の斜視図である。
【図2】図1の2−2線に沿った断面図である。
【図3】図1に図示したセラミック電子部品であって、端子電極を露出した状態を示す断面図である。
【図4】図1に図示したセラミック電子部品であって、端子電極を露出した状態を示す正面図である。
【図5】図1に図示したセラミック電子部品であって、端子電極を露出した状態を示す背面図である。
【図6】図1に図示したセラミック電子部品であって、端子電極を露出した状態を示す平面図である。
【図7】比(|L4−L3|/L1)に対するマンハッタン現象の発生個数を示すグラフである。
【図8】ペースト塗布装置の構成を概略的に示す図である。
【図9】図8に示したペースト塗布装置の部分拡大図である。
【図10】比Vp/Vcに対する端子電極の長さL3、L4を示すグラフである。
【図11】比Vp/Vcに対する比(|L4−L3|/L1)の特性を示すグラフである。
【図12】比Vp/Vcに対する端子電極の長さL5、L6を示すグラフである。
【図13】比Vp/Vcに対する比(|L6−L5|/L1)の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 セラミック素体
31、32 端子電極

Claims (4)

  1. ペースト塗布方法であって、
    外周面に導体ペーストを塗布させたローラを回転させるとともに、前記ローラの回転方向とほぼ同じ方向にセラミック素体を移動させ、
    前記ローラの外周面に前記セラミック素体の一面を近接させて前記導体ペーストを塗布させる工程を含んでおり、
    前記セラミック素体の移動速度をVcとし、前記セラミック素体の前記一面に接する円周でみた前記ローラの周速度をVpとしたとき、比Vp/Vcが
    0.95≦Vp/Vc≦0.98
    を満たす
    ペースト塗布方法。
  2. 請求項1に記載されたペースト塗布方法であって、
    前記セラミック素体は、複数の内部電極を有し、
    前記複数の内部電極は、素体内部で互いに間隔を隔てて積層され、前記セラミック素体の前記一面に露出されている
    ペースト塗布方法。
  3. ローラと、セラミック素体移動装置とを含むペースト塗布装置であって、
    前記ローラは、回転駆動されるものであり、
    前記セラミック素体移動装置は、前記ローラの回転方向とほぼ同じ方向にセラミック素体を移動させ、前記ローラの外周面に前記セラミック素体の一面を近接させるものであり、
    前記セラミック素体の移動速度をVcとし、前記セラミック素体の前記一面に接する円周でみた前記ローラの周速度をVpとしたとき、比Vp/Vcが
    0.95≦Vp/Vc≦0.98
    を満たす
    ペースト塗布装置。
  4. 請求項3に記載されたペースト塗布装置であって、
    前記セラミック素体は、複数の内部電極を有し、
    前記複数の内部電極は、素体内部で互いに間隔を隔てて積層され、前記セラミック素体の前記一面に露出されている
    ペースト塗布装置。
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