JP4020816B2 - Chip-shaped electronic component and manufacturing method thereof - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、寸法が縦0.6mm×横0.3mm×厚み0.3mmよりも小型なチップ状電子部品において、ガラスコートなどの絶縁保護層が不要であり、温度変化に強く、しかも半田リフローによっても素子表面の高抵抗を維持可能であり、高信頼性で、製造が容易な積層チップバリスタなどのチップ状電子部品およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化および高性能化に伴い、チップ状電子部品が必要不可欠となってきている。チップ状電子部品は、通常、回路基板上に配置され、印刷された半田とともに、熱処理され回路を形成する。この熱処理を半田リフロー処理と言う。この際、半田中には、還元力の強いフラックスが含まれており、それによってチップ部品の表面が侵されて絶縁抵抗が低下することがある。
【0003】
チップ状電子部品としての積層チップバリスタも例外ではなく、半田リフローにより、積層チップバリスタの素子表面が還元され、絶縁抵抗が低下し、信頼性が劣るという不具合を生ずる。
【0004】
この問題を解決するために、積層チップバリスタの素子表面にガラスをコートして、信頼性の向上を図ることが行われている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
しかしながら、素子表面をガラスで均一にコートして覆うことは、多くの手間がかかる。また、セラミック材とガラス材の熱膨張係数が異なるため、その界面が温度サイクルなどによりダメージを受けやすい。そのため、ガラス層にクラックを生じるおそれがあり、素子を構成するセラミックの絶縁が破壊されるおそれがある。
【0006】
なお、素子表面にLiまたはNaを拡散させ、素子表面を高抵抗化する方法が提案されている(特許文献2参照)。この特許文献に記載された発明では、素子表面のLiまたはNaのSIMSイオン強度M1と、表面から10μmの深さ部分でのLiまたはNaのSIMSイオン強度M2との比(M1/M2)を、10≦(M1/M2)<50000としている。
【0007】
しかしながら、この方法では、電気メッキ時の外観不良を改善することはできても、半田リフローにおけるフラックスからの還元に対しては不十分であることが判明した。すなわち、半田リフロー時に活性化されたフラックスの還元力は、電気メッキの還元力よりも非常に大きいため、LiまたはNaが拡散している範囲の厚みが10μm程度では、半田リフローに対しては不十分であった。
【0008】
なお、近時、電子機器のさらなる小型化が求められており、たとえば、その寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)と極小サイズのチップ状電子部品の開発も進んできている。
【特許文献1】
特開平6−96907号公報
【特許文献2】
特開平9−246017号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、極小サイズ(たとえば、その寸法が縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)のチップ状電子部品において、ガラスコートなどの絶縁保護層が不要であり、温度変化に強く、しかも半田リフローによっても素子表面の高抵抗を維持可能であり、高信頼性で、製造が容易な積層チップバリスタなどのチップ状電子部品およびその製造方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第1の観点に係るチップ状電子部品は、
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離(端子間ギャップ)が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品であって、
前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法(SIMS)でLiとZnとのイオン強度比(Li/Zn)を測定した場合に、0.001≦(Li/Zn)≦500であることを特徴とする。
【0011】
好ましくは、前記イオン強度比が0.01≦(Li/Zn)≦500である。
【0012】
本発明の第2の観点に係るチップ状電子部品は、
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品であって、
前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でNaとZnとのイオン強度比(Na/Zn)を測定した場合に、0.001≦(Na/Zn)≦100であることを特徴とする。
【0013】
本発明の第3の観点に係るチップ状電子部品は、
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品であって、
前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でKとZnとのイオン強度比(K/Zn)を測定した場合に、0.001≦(K/Zn)≦100であることを特徴とする。
【0014】
本発明の第4の観点に係るチップ状電子部品は、
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品であって、
前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でRbとZnとのイオン強度比(Rb/Zn)を測定した場合に、0.001≦(Rb/Zn)≦100であることを特徴とする。
【0015】
本発明の第5の観点に係るチップ状電子部品は、
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品であって、
前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でCsとZnとのイオン強度比(Cs/Zn)を測定した場合に、0.001≦(Cs/Zn)≦100であることを特徴とする。
【0016】
本発明の第6の観点に係るチップ状電子部品は、
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品であって、
前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でアルカリ金属(A)と亜鉛(Zn)とのイオン強度比(A/Zn)を測定した場合に、0.001≦(A/Zn)≦500であることを特徴とする。
【0017】
本発明の第1の観点に係るチップ状電子部品の製造方法は、
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品の製造方法であって、
前記素子本体を形成する工程と、
前記素子本体の表面から素子本体の内部に向けてアルカリ金属(A)を拡散させる工程と、
その後に、前記素子本体の外面に、前記内部電極層に接続する前記一対の端子電極を形成する工程とを、有し、
前記アルカリ金属を拡散させる際に、前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でアルカリ金属(A)と亜鉛(Zn)とのイオン強度比(A/Zn)を測定した場合に、0.001≦(A/Zn)≦500となる条件で、アルカリ金属を拡散させることを特徴とする。
【0018】
本発明の第2の観点に係るチップ状電子部品の製造方法は、
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品の製造方法であって、 前記素子本体を形成する工程と、
前記素子本体の外面に、前記内部電極層に接続する端子電極を形成する工程と、
その後に、前記素子本体の表面から素子本体の内部に向けてアルカリ金属(A)を拡散させる工程と、を有し、
前記アルカリ金属を拡散させる際に、前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でアルカリ金属(A)と亜鉛(Zn)とのイオン強度比(A/Zn)を測定した場合に、0.001≦(A/Zn)≦500となる条件で、アルカリ金属を拡散させることを特徴とする。
【0019】
好ましくは、前記アルカリ金属が、Li,Na,K,Rb,Csのうちの少なくとも1つである。
【0020】
好ましくは、前記アルカリ金属を拡散させる際に、前記素子本体の表面に、アルカリ金属の化合物の粉体を付着させた状態で、前記素子本体を、700〜1000℃の温度で熱処理し、前記素子本体の表面に対する前記粉体の付着量と、熱処理温度と、熱処理時間との内の少なくとも1つを制御する。
【0021】
本発明において、チップ状電子部品としては、特に限定されないが、好ましくは、前記素子本体が、酸化亜鉛系電圧非直線性抵抗体層と内部電極層とが交互に積層された構造を有し、前記チップ状電子部品が、積層型チップバリスタである。
【0022】
【発明の作用】
本件出願人は、先に、Li、Na、K、Rb、Csのアルカリ金属を、単体および複数で、チップバリスタ素体表面を含む深さ100μmの範囲に、より多く含ませる技術を提案した(特願2002−313722号)。たとえば、Liの場合、二次イオン質量分析法(SIMS)によるLiとZnについてイオン強度比を測定したとき、イオン強度測定結果が、LiとZnのイオン強度比(Li/Zn)で、0.001≦(Li/Zn)≦500である積層型チップバリスタを構成することにより、半田リフロー時の活性化されたフラックスにおいても安定なチップバリスタが得られる、というものである。
【0023】
しかしながら、この技術を、たとえば、その寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)と極小サイズのチップにそのまま適用した場合には、次に示す不都合を生じることが判明した。一般に、積層チップバリスタは、その素子本体中の積層方向に隣り合う2つの内部電極層の間でバリスタ特性を発現させる。上記極小サイズのチップの場合、内部電極層のうち積層方向最外側に配置される内部電極層と、素子本体の表面との距離が100μm未満となることがある。この場合に、先に提案したような、チップバリスタ素体表面を含む深さ100μmの範囲まで絶縁層を形成すると、内部電極層の積層方向最外側よりも内側のチップ内部(バリスタ特性を発現する内部電極層間)にまで、上記アルカリ金属が拡散することがあり、この影響によって電気特性が変動することもありうる。
【0024】
本発明者らは、積層チップバリスタなどのチップ状電子部品において、その素子本体中での内部電極層の積層方向最外側から該素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲を二次イオン質量分析法でアルカリ金属(A)と亜鉛(Zn)とのイオン強度比(A/Zn)を測定した場合に、所定範囲のイオン強度比とすることにより、極小サイズ(たとえば、その寸法が縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)においても、半田リフローにおけるフラックスによる絶縁抵抗値の低下を防止でき、半田リフロー後の絶縁不良率を大幅に低減できることを見出した。
【0025】
アルカリ金属が拡散している素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲の状態は、必ずしも明らかではないが、素子本体の外側に位置する酸化亜鉛系材料層に含まれる酸化亜鉛粒子中に、アルカリ金属が固溶していると考えられる。
【0026】
本発明では、前記のイオン強度比を所定範囲にすることで、この素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲は、他の部分に比べて、高抵抗層となり、半田リフローによるフラックスの還元作用から素子表面を電流がリークするのを防止する。そのため、半田リフロー後の絶縁抵抗値の低下を防止できると共に、絶縁不良率を低下させることが可能になる。また、ガラスコートのような熱膨張係数の異なる物質を用いないので、ヒートサイクルに強い。また、ガラスコートなどの絶縁化手法によらずとも(極小サイズのチップ状電子部品において、ガラスコートは適用が困難であるばかりか、仮に適用してみても、チップがガラスによってだるま状となり、チップのマウント時に悪影響がでる)、端子間ギャップ(図1の符号5に相当)のより狭い極小サイズのチップで、端子間の絶縁を確実に確保することができる。このため、電子部品の高信頼性を維持することができる。
【0027】
また、本発明では、アルカリ金属供給源を素子本体の表面に付着させ、熱処理にてアルカリ金属を素子本体の表面から内部に向けて拡散させることにより高抵抗層を形成し、従来と異なり、絶縁ガラス層をコーティングする必要が無いため、複雑な設備や工程が不要であり、容易且つ安価に高信頼性のチップ状電子部品を製造することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。ここにおいて、
図1は本発明の一実施形態に係る積層チップバリスタの概略断面図、
図2は本発明の一実施形態に係る積層チップバリスタの製造工程を示すフローチャート図、
図3は本発明の他の実施形態に係る積層チップバリスタの製造工程を示すフローチャート図である。
【0029】
積層チップバリスタ
図1に示すように、チップ状電子部品の一例としての積層チップバリスタ10は、電圧非直線性抵抗体層1と内部電極層2とが交互に積層された構造の素子本体12を有する。素子本体12の外面には、一対の外部端子電極3が形成してある。一対の外部端子電極3は、同一平面上で対向する端部同士の距離(端子間ギャップ。図1において符号5に相当)が50μm以上である。内部電極層2は、素子本体12の対向する両端面から交互に露出しており、それぞれの外部端子電極3に接続してあり、バリスタ回路を形成している。
【0030】
内部電極層2の積層方向外側には、最外層1aが積層され、内部電極層2が保護されている。最外層1aは、通常、抵抗体層1と同じ材質で構成される。抵抗体層1の材質については後述する。また、素子本体12の周囲に形成してある高抵抗体層4についても後述する。
【0031】
素子本体12の形状は、特に制限はなく、通常、直方体状とされる。本発明では、素子本体12の寸法が、縦(0.6mm以下、好ましくは0.4mm以下)×横(0.3mm以下、好ましくは0.2mm以下)×厚み(0.3mm以下、好ましくは0.2mm以下)の極小サイズを対象としている。
この極小サイズゆえに、本発明では、最外層1aの厚みは、通常100μm未満、好ましくは90μm以下とされる。なお、一対の内部電極層2に挟まれる抵抗体層1の層間厚みによっては、最外層1aの厚みが100μmを超えることもある。
【0032】
電圧非直線性抵抗体層1
電圧非直線性抵抗体層1(最外層1aも同様)は、酸化亜鉛系バリスタ材料層で構成される。この酸化亜鉛系バリスタ材料層は、例えばZnOを主成分とし、副成分として希土類元素、Co、IIIb族元素(B、Al、GaおよびIn)、Si、Cr、アルカリ金属元素(K、RbおよびCs)およびアルカリ土類金属元素(Mg、Ca、SrおよびBa)等を含む材料で構成される。または、ZnOを主成分とし、副成分としてBi、Co、Mn、Sb、Al等を含む材料で構成されても良い。
【0033】
ZnOを含む主成分は、電圧−電流特性における優れた電圧非直線性と、大きなサージ耐量とを発現する物質として作用する。なお、電圧非直線性とは、端子電極3の間に徐々に増大する電圧を印加する際に、素子に流れる電流が非直線的に増大する現象を言う。
【0034】
抵抗体層1における主成分としてのZnOの含有量は、特に限定されないが、通常、抵抗体層1を構成する全体の材料を100質量%とした場合に、通常、99.8〜69.0質量%である。
【0035】
内部電極層2
内部電極層2に含有される導電材は、特に限定されないが、PdまたはAg−Pd合金からなることが好ましい。内部電極層2の厚さは、用途に応じて適宜決定すればよいが、通常0.5〜5μm程度である。
【0036】
外部端子電極3
外部端子電極3に含有される導電材は、特に限定されないが、通常、AgやAg−Pd合金などを用いる。さらに、必要に応じ、AgやAg−Pd合金などの下地層の表面に、電気メッキ等により、NiおよびSn/Pb膜を形成する。外部端子電極3の厚さは、用途に応じて適宜決定すればよいが、通常10〜50μm程度である。
【0037】
高抵抗層4
高抵抗層4は、素子本体12の外表面全体を覆うように形成してある。この高抵抗層4は、熱分解して酸化物となるアルカリ金属化合物を素子本体12の表面に付着させた状態で熱処理することにより、素子本体12の表面から内部に向けてアルカリ金属を拡散させることにより形成される。
【0038】
なお、高抵抗層4と素子本体12の最外層1aとの境界は、必ずしも明確ではなく、最外層1aに対してアルカリ金属が拡散した範囲が高抵抗層4となる。この高抵抗層4は、電圧非直線性抵抗体層1を半田リフロー時に保護する役割を有する。
【0039】
この高抵抗層4の厚みは、特に限定されないが、少なくとも10μm以上であり、内部電極層2までは到達しない厚みである。この厚みが薄すぎると、本発明の効果が少なく、厚すぎると、電圧非直線性抵抗体層1の電気特性に悪影響を及ぼす場合がある。
【0040】
この高抵抗層4では、前記内部電極層2の積層方向最外側から前記素子本体12の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体12の表面から深さ(0.9×l)までの範囲を二次イオン質量分析法でアルカリ金属(A)と亜鉛(Zn)とのイオン強度比(A/Zn)を測定した場合に、0.001≦(A/Zn)≦500となる。
【0041】
なお、イオン強度比は、二次イオン質量分析法(SIMS)により、求めることができる。SIMSは、表面層からミクロンオーダで、深さ方向のイオン濃度分布を高感度で測定できる方法である。高エネルギー(数keV〜20keV)のイオンビームを固体表面に照射すると、スパッタ現象により試料構成原子が中性子またはイオンとして放出される。このようにして、二次的に放出されるイオンを質量分析計で、質量・電荷の比に分けて、試料表面の元素分析および化合物分析を行う方法がSIMSである。
【0042】
高抵抗層4中に拡散されるアルカリ金属としては、特に限定されないが、好ましくはLi,Na,K,Rb,Csのうちの少なくとも1つ、さらに好ましくはLiである。
【0043】
アルカリ金属がLiである場合には、LiとZnとのイオン強度比(Li/Zn)は、好ましくは0.001≦(Li/Zn)≦500、さらに好ましくは0.01≦(Li/Zn)≦500である。
【0044】
アルカリ金属がNaである場合には、NaとZnとのイオン強度比(Na/Zn)は、好ましくは0.001≦(Na/Zn)≦100、さらに好ましくは0.01≦(Na/Zn)≦100である。
【0045】
アルカリ金属がKである場合には、KとZnとのイオン強度比(K/Zn)は、好ましくは0.001≦(K/Zn)≦100、さらに好ましくは0.01≦(K/Zn)≦100である。
【0046】
アルカリ金属がRbである場合には、RbとZnとのイオン強度比(Rb/Zn)は、好ましくは0.001≦(Rb/Zn)≦100、さらに好ましくは0.01≦(Rb/Zn)≦100である。
【0047】
アルカリ金属がCsである場合には、CsとZnとのイオン強度比(Cs/Zn)は、好ましくは0.001≦(Cs/Zn)≦100、さらに好ましくは0.1≦(Cs/Zn)≦100である。
【0048】
イオン強度比が小さすぎる場合には、半田リフロー後の絶縁抵抗値が、低すぎる傾向にあり、イオン強度比が大きすぎると、電圧非直線性抵抗体層1の電気特性に悪影響を及ぼすおそれがあると共に、半田リフロー後の絶縁抵抗値の増大が低下する傾向にある。
【0049】
積層チップバリスタ10の製造方法
次に、図2に基づいて、本発明に係る積層チップバリスタ10の製造工程を説明する。
【0050】
まず、印刷工法またはシート工法等により、内部電極層2が1層おきに互い違いに両端部に露出するように、電圧非直線性抵抗体層1(バリスタ層)と内部電極層2を交互に積層し、その積層方向の両端に最外層1aを積層し、積層体を形成する(図2の工程a)。
【0051】
次に、この積層体を切断し、グリーンチップを得る(工程b)。
【0052】
次に、必要に応じて脱バインダー処理を行い、グリーンチップを焼成し、チップ本体12となるチップ素体を得る(工程c)。
【0053】
得られたチップ素体を密閉回転ポットにより、チップ素体の表面にアルカリ金属化合物を付着させる(工程d)。アルカリ金属化合物としては、特に限定されないが、熱処理することにより、アルカリ金属が素子本体12の表面から内部に拡散できる化合物であり、アルカリ金属の酸化物、水酸化物、塩化物、硝酸塩、硼酸塩、炭酸塩および蓚酸塩等が用いられる。アルカリ金属化合物の付着量を制御することにより、前記のイオン強度比を制御することができる。
【0054】
次に、このアルカリ金属化合物が付着しているチップ素体を電気炉で、所定の温度、および時間で熱処理する(工程e)。その結果、アルカリ金属化合物からアルカリ金属がチップ素体の表面から内部に向けて拡散し、高抵抗体層4が形成された素子本体12が得られる。このときの熱処理温度および熱処理時間により、前記のイオン強度比を制御することができると共に、高抵抗層4の厚みを制御することができる。好ましい熱処理温度は、700〜1000℃であり、熱処理雰囲気は大気中である。また、熱処理時間は、好ましくは10分〜4時間である。
【0055】
次に、熱処理後の素体の両端部に端子電極を塗布、焼き付けしてAg下地電極を形成する(工程f)。ここでは、下地電極材として、Agを選択しているが、素子本体12に対する焼き付きが良く、内部電極層2を構成する材質との接続性が良く、また、後続のメッキ工程でメッキが付き易い材料であれば、いずれの材料も使用できる。
【0056】
最後に、下地電極の表面に電気メッキにより、Niメッキ膜および/またはSn/Pbメッキ膜を形成し(工程g)、積層チップバリスタ10を得る。
【0057】
なお、アルカリ金属を素子本体12の表面から拡散させるための手段としては、上記の手段に限らず、たとえば以下の手段を採用することができる。すなわち、端子電極3を形成する前の素子本体12をアルカリ供給源中に埋めて熱処理する方法、スプレーなどで溶液化したアルカリ供給源を素子本体12の外周に均一に振りかけた後に熱処理する方法、アルカリ金属供給源粉が混じるエアを素子本体12の外周に均一に振りかけた後に熱処理する方法などが例示される。
【0058】
これらの方法では、素子本体12の両端部に露出している内部電極層2の露出端面に対してもアルカリ金属が多少拡散することになるが、内部電極層2の導電性に影響を与えることはない。
【0059】
なお、内部電極層2の露出端面に対するアルカリ金属の拡散を確実に防止するには、たとえば図3に示すように、高抵抗層の形成(工程dおよびe)を、端子電極形成(工程f)の後に行っても良い。その場合には、図1に示す高抵抗層4は、端子電極3の内側には形成されない。したがって、アルカリ金属が内部電極層2の露出端面から拡散することもない。また、端子電極を塗布乾燥後、アルカリ金属を表面に付着させ、焼付を行うと、焼付とともに、アルカリ金属の素体への拡散も同時に行え、工程の簡略化ができる。
【0060】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【0061】
【実施例】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されない。
【0062】
実施例1
図2に示す工程a〜cおよび通常方法に従い、0603形状(外形寸法:0.6mm×0.3mm×0.3mm)の素子本体12となるチップ素体を形成した。なお、チップ素体の非直線性抵抗体層1および最外層1aは、酸化亜鉛系材料で構成してあり、具体的には、純度99.9%のZnO(99.725モル%)に、Prを0.5モル%、Coを1.5モル%、Alを0.005モル%、Kを0.05モル%、Crを0.1モル%、Caを0.1モル%、Siを0.02モル%、の割合で添加したもので構成した。また、内部電極層2は、Pdで構成した。
【0063】
得られたチップ素体を、密閉回転ポットにより、チップ素体表面にLiCOの粉末を付着させた。LiCOの粉末の平均粒径は、3μmであった。
【0064】
なお、LiCOの投入量は、チップ素体1個当り、0.01μg〜10mgの範囲とした。この投入量の増減により、後述するイオン強度比が異なる試料が得られることになる。
【0065】
LiCOの粉末が付着したチップ素体を、700〜1000℃の熱処理温度で、10分〜4時間、空気中で熱処理し、チップ素体の表面からLiを拡散させ、その表面近傍に高抵抗層4を形成した。これらの熱処理温度および熱処理時間を変化させることで、後述するイオン強度比が異なる試料が得られることになる。
【0066】
その後は、通常の方法で、Ag下地電極を形成し、下地電極の表面に電気メッキにより、Niメッキ膜およびSn/Pbメッキ膜を形成して端子電極3を形成し、積層チップバリスタ10を得た。なお、端子間ギャップ5については、5種類の異なる態様で作製した(20μm、50μm、100μm、300μm、500μm)。
【0067】
このようにして得られた複数の積層チップバリスタ試料について、素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲を二次イオン質量分析法でLiとZnとのイオン強度比(Li/Zn)を測定した。また、半田リフロー前後の絶縁抵抗値を測定し、絶縁不良率を求め、表1にまとめた。
【0068】
なお、半田リフローは、基板にフラックス入りのクリーム半田を印刷し、素子をマウントした後、ピーク温度が230℃であるリフロー炉を通すことにより行った。
【0069】
Li/Znのイオン強度比は、二次イオン質量分析法(SIMS)により、内部電極層2の積層方向最外側から前記素子本体12の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体12の表面から深さ(0.9×l)までの値を平均して求めた。また、絶縁抵抗値は、印加電圧3Vで測定し、100個の平均値から求め、絶縁不良率は、1MΩに満たない素子を不良として計算した。なお、半田リフロー前の素子は、いずれも、絶縁抵抗は100MΩ以上であった。
【表1】

Figure 0004020816
【0070】
表1に示すように、Li未処理の素子は、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%以上と高かった(試料1,11,21,31,41)。
【0071】
端子間ギャップが20μmの素子は、Li処理していても、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も98%以上と高かった(試料2〜9)。絶縁不良率の改善に至らなかったのは、ギャップ間の高抵抗化に寄与しているZnO結晶粒界の数が数個しか存在しないため、抵抗が低下する経路が発生する確率が増大したためと考えられる。
【0072】
イオン強度比が0.0001以下の素子は、Li処理していても、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も65%以上と高かった(試料12,22,32,42)。
【0073】
端子間ギャップが50μm以上で、かつイオン強度比が0.001以上、500以下の素子は、絶縁抵抗値の平均が3.8MΩ以上で、1MΩ未満を示す素子は一つもなく、しかも不良率は全て0であった(試料13〜19,23〜29,33〜39,43〜49)。特に、0.01以上500以下の素子は、絶縁抵抗値の平均が10MΩ以上で、より好ましいことが確認できた。
本実施例では、Li拡散による高抵抗化の影響がバリスタ試料の電気特性に影響を与えないことが確認できた。これにより、高信頼性を確保できる。
【0074】
なお、イオン強度比が1000以上のサンプルは、作製できなかった(試料10,20,30,40,50)。また、試料番号2〜9,12〜19,22〜29,32〜39,42〜49については、Li拡散処理の前後において、バリスタ特性(電圧非直線性)は変化しないことが、別の実験により確認された。
【0075】
実施例2
LiCOの代わりに、NaCOを用いる以外は、実施例1と同様の条件で、素子を作製した。この結果を表2にまとめた。
【表2】
Figure 0004020816
【0076】
表2に示すように、Na未処理の素子は、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%以上と高かった(試料51,61,71,81,91)。
【0077】
端子間ギャップが20μmの素子は、Na処理していても、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%と高かった(試料52〜58)。絶縁不良率の改善に至らなかったのは、上記実施例1と同様の理由と考えられる。
【0078】
イオン強度比が0.0001以下の素子は、Na処理していても、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%と高かった(試料62,72,82,92)。
【0079】
端子間ギャップが50μm以上で、かつイオン強度比が0.001以上、100以下の素子は、絶縁抵抗値の平均が3.3MΩ以上で、1MΩ未満を示す素子は一つもなく、しかも不良率は4%以下であった(試料63〜68,73〜78,83〜88,93〜98)。特に、0.01以上100以下の素子は、絶縁抵抗値の平均が10MΩ以上で、より好ましいことが確認できた。
本実施例では、Na拡散による高抵抗化の影響がバリスタ試料の電気特性に影響を与えないことが確認できた。これにより、高信頼性を確保できる。
【0080】
なお、イオン強度比が500以上のサンプルは、作製できなかった(試料59,60,69,70,79,80,89,90,99,100)。また、試料番号52〜58,62〜68,72〜78,82〜88,92〜98については、Na拡散処理の前後において、バリスタ特性(電圧非直線性)は変化しないことが、別の実験により確認された。
【0081】
実施例3
LiCOの代わりに、KCOを用いる以外は、実施例1と同様の条件で、素子を作製した。この結果を表3にまとめた。
【表3】
Figure 0004020816
【0082】
表3に示すように、K未処理の素子は、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%以上と高かった(試料101,111,121,131,141)。
【0083】
端子間ギャップが20μmの素子は、K処理していても、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%と高かった(試料102〜108)。絶縁不良率の改善に至らなかったのは、上記実施例1と同様の理由と考えられる。
【0084】
イオン強度比が0.0001以下の素子は、K処理していても、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%と高かった(試料112,122,132,142)。
【0085】
端子間ギャップが50μm以上で、かつイオン強度比が0.001以上、100以下の素子は、絶縁抵抗値の平均が4.1MΩ以上で、1MΩ未満を示す素子は一つもなく、しかも不良率は2%以下であった(試料113〜118,123〜128,133〜138,143〜148)。特に、0.01以上100以下の素子は、絶縁抵抗値の平均が8.5MΩ以上で、より好ましいことが確認できた。
本実施例では、K拡散による高抵抗化の影響がバリスタ試料の電気特性に影響を与えないことが確認できた。これにより、高信頼性を確保できる。
【0086】
なお、イオン強度比が500以上のサンプルは、作製できなかった(試料109,110,119,120,129,130,139,140,149,150)。また、試料番号102〜108,112〜118,122〜128,132〜138,142〜148については、K拡散処理の前後において、バリスタ特性(電圧非直線性)は変化しないことが、別の実験により確認された。
【0087】
実施例4
LiCOの代わりに、RbCOを用いる以外は、実施例1と同様の条件で、素子を作製した。この結果を表4にまとめた。
【表4】
Figure 0004020816
【0088】
表4に示すように、Rb未処理の素子は、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%以上と高かった(試料151,161,171,181,191)。
【0089】
端子間ギャップが20μmの素子は、Rb処理していても、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%と高かった(試料152〜158)。絶縁不良率の改善に至らなかったのは、上記実施例1と同様の理由と考えられる。
【0090】
イオン強度比が0.0001以下の素子は、Rb処理していても、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%と高かった(試料162,172,182,192)。
【0091】
端子間ギャップが50μm以上で、かつイオン強度比が0.001以上、100以下の素子は、試料163を除き、絶縁抵抗値の平均が1.1MΩ以上で、1MΩ未満を示す素子はなく、しかも不良率は38%以下であった(試料164〜168,173〜178,183〜188,193〜198)。特に、0.01以上100以下の素子は、絶縁抵抗値の平均が4.5MΩ以上で、より好ましいことが確認できた。
本実施例では、Rb拡散による高抵抗化の影響がバリスタ試料の電気特性に影響を与えないことが確認できた。これにより、高信頼性を確保できる。
【0092】
なお、イオン強度比が500以上のサンプルは、作製できなかった(試料159,160,169,170,179,180,189,190,199,200)。また、試料番号152〜158,162〜168,172〜178,182〜188,192〜198については、Rb拡散処理の前後において、バリスタ特性(電圧非直線性)は変化しないことが、別の実験により確認された。
【0093】
実施例5
LiCOの代わりに、CsCOを用いる以外は、実施例1と同様の条件で、素子を作製した。この結果を表5にまとめた。
【表5】
Figure 0004020816
【0094】
表5に示すように、Cs未処理の素子は、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%以上と高かった(試料201,211,221,231,241)。
【0095】
端子間ギャップが20μmの素子は、Cs処理していても、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%と高かった(試料202〜208)。絶縁不良率の改善に至らなかったのは、上記実施例1と同様の理由と考えられる。
【0096】
イオン強度比が0.0001以下の素子は、Cs処理していても、リフロー後における絶縁抵抗値の平均が1MΩ未満と低く、リフロー後の絶縁不良率も100%と高かった(試料212,222,232,242)。
【0097】
端子間ギャップが50μm以上で、かつイオン強度比が0.001以上、100以下の素子は、試料213,223を除き、絶縁抵抗値の平均が1.1MΩ以上で、1MΩ未満を示す素子はなく、しかも不良率は48%以下であった(試料214〜218,224〜228,233〜238,243〜248)。特に、0.1以上100以下の素子は、絶縁抵抗値の平均が7.2MΩ以上で、より好ましいことが確認できた。
本実施例では、Cs拡散による高抵抗化の影響がバリスタ試料の電気特性に影響を与えないことが確認できた。これにより、高信頼性を確保できる。
【0098】
なお、イオン強度比が500以上のサンプルは、作製できなかった(試料209,210,219,220,229,230,239,240,249,250)。また、試料番号202〜208,212〜218,222〜228,232〜238,242〜248については、Cs拡散処理の前後において、バリスタ特性(電圧非直線性)は変化しないことが、別の実験により確認された。
【0099】
比較例1
LiCOを付着させて熱処理する工程を除いた以外は、実施例1と同様の条件で、端子間ギャップが500μmの素子を作製した。
【0100】
得られた素子は、リフロー前の絶縁抵抗が100MΩ以上であったが、リフロー後は、0.1MΩになり、リフロー後の絶縁不良率は100%であった。
【0101】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、極小サイズ(たとえば、その寸法が縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)のチップ状電子部品において、ガラスコートなどの絶縁保護層が不要であり、温度変化に強く、しかも半田リフローによっても素子表面の高抵抗を維持可能であり、高信頼性で、製造が容易な積層チップバリスタなどのチップ状電子部品およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施形態に係る積層チップバリスタの概略断面図である。
【図2】図2は本発明の一実施形態に係る積層チップバリスタの製造工程を示すフローチャート図である。
【図3】図3は本発明の他の実施形態に係る積層チップバリスタの製造工程を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
1… 電圧非直線性抵抗体層
2… 内部電極層
3… 端子電極
4… 高抵抗層
5… 端子間ギャップ
10… 積層チップバリスタ
12… 素子本体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention eliminates the need for an insulating protective layer such as a glass coat in a chip-shaped electronic component whose dimensions are smaller than 0.6 mm in length, 0.3 mm in width, and 0.3 mm in thickness, is resistant to temperature changes, and is solder reflowed. The present invention also relates to a chip-shaped electronic component such as a multilayer chip varistor that can maintain a high resistance on the element surface, is highly reliable, and can be easily manufactured, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, chip-shaped electronic components have become indispensable as electronic devices become smaller and have higher performance. Chip-shaped electronic components are usually placed on a circuit board and heat-treated with printed solder to form a circuit. This heat treatment is called solder reflow treatment. At this time, the solder contains a flux having a strong reducing power, which may damage the surface of the chip component and lower the insulation resistance.
[0003]
A multilayer chip varistor as a chip-like electronic component is no exception, and the element surface of the multilayer chip varistor is reduced by solder reflow, resulting in a problem that the insulation resistance is lowered and the reliability is inferior.
[0004]
In order to solve this problem, it has been attempted to improve the reliability by coating glass on the element surface of the multilayer chip varistor (for example, see Patent Document 1).
[0005]
However, it takes much time and effort to uniformly coat and cover the element surface with glass. Further, since the thermal expansion coefficients of the ceramic material and the glass material are different, the interface is easily damaged by a temperature cycle or the like. Therefore, the glass layer may be cracked, and the ceramic insulation constituting the element may be destroyed.
[0006]
A method for increasing the resistance of the element surface by diffusing Li or Na on the element surface has been proposed (see Patent Document 2). In the invention described in this patent document, the ratio (M1 / M2) between the SIMS ionic strength M1 of Li or Na on the surface of the element and the SIMS ionic strength M2 of Li or Na at a depth of 10 μm from the surface, It is assumed that 10 ≦ (M1 / M2) <50000.
[0007]
However, this method has been found to be insufficient for reduction from the flux in solder reflow, although it can improve the appearance defect during electroplating. That is, the reducing power of the flux activated at the time of solder reflow is much larger than the reducing power of electroplating. Therefore, when the thickness in the range where Li or Na is diffused is about 10 μm, there is no resistance to solder reflow. It was enough.
[0008]
In recent years, there has been a demand for further downsizing of electronic devices. For example, the size of a chip-shaped electronic component of an extremely small size (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less) is required. Development is also progressing.
[Patent Document 1]
JP-A-6-96907
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-246017
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is that an insulating protective layer such as a glass coat is not required in a chip-shaped electronic component having a very small size (for example, a dimension of 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less). It is to provide a chip-like electronic component such as a multilayer chip varistor that is resistant to temperature changes and that can maintain a high resistance on the surface of the element even by solder reflow, and that is easy to manufacture, and a method for manufacturing the same. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a chip-shaped electronic component according to the first aspect of the present invention provides:
  A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
  A chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between terminals facing each other on the same plane (inter-terminal gap) of 50 μm or more,
  The range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l), where l is the shortest distance from the outermost side of the internal electrode layer in the stacking direction to the surface of the element bodyAnd at least 10 μm or more from the surface of the element bodyWhen the ion intensity ratio (Li / Zn) between Li and Zn is measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), 0.001 ≦ (Li / Zn) ≦ 500.
[0011]
Preferably, the ionic strength ratio is 0.01 ≦ (Li / Zn) ≦ 500.
[0012]
  The chip-shaped electronic component according to the second aspect of the present invention is
  A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
  A chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between opposite ends on the same plane of 50 μm or more,
  The range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l), where l is the shortest distance from the outermost side of the internal electrode layer in the stacking direction to the surface of the element bodyAnd at least 10 μm or more from the surface of the element bodyWhen the ion intensity ratio (Na / Zn) between Na and Zn is measured by secondary ion mass spectrometry, 0.001 ≦ (Na / Zn) ≦ 100.
[0013]
  The chip-shaped electronic component according to the third aspect of the present invention is
  A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
  A chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between opposite ends on the same plane of 50 μm or more,
  The range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l), where l is the shortest distance from the outermost side of the internal electrode layer in the stacking direction to the surface of the element bodyAnd at least 10 μm or more from the surface of the element bodyWhen the ionic strength ratio (K / Zn) between K and Zn is measured by secondary ion mass spectrometry, 0.001 ≦ (K / Zn) ≦ 100.
[0014]
  The chip-shaped electronic component according to the fourth aspect of the present invention is
  A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
  A chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between opposite ends on the same plane of 50 μm or more,
  The range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l), where l is the shortest distance from the outermost side of the internal electrode layer in the stacking direction to the surface of the element bodyAnd at least 10 μm or more from the surface of the element bodyWhen the ionic strength ratio (Rb / Zn) of Rb and Zn is measured by secondary ion mass spectrometry, 0.001 ≦ (Rb / Zn) ≦ 100.
[0015]
  The chip-shaped electronic component according to the fifth aspect of the present invention is
  A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
  A chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between opposite ends on the same plane of 50 μm or more,
  The range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l), where l is the shortest distance from the outermost side of the internal electrode layer in the stacking direction to the surface of the element bodyAnd at least 10 μm or more from the surface of the element bodyWhen the ion intensity ratio (Cs / Zn) of Cs and Zn is measured by secondary ion mass spectrometry, 0.001 ≦ (Cs / Zn) ≦ 100.
[0016]
  The chip-shaped electronic component according to the sixth aspect of the present invention is
  A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
  A chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between opposite ends on the same plane of 50 μm or more,
  The range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l), where l is the shortest distance from the outermost side of the internal electrode layer in the stacking direction to the surface of the element bodyAnd at least 10 μm or more from the surface of the element bodyWhen the ionic strength ratio (A / Zn) of alkali metal (A) and zinc (Zn) is measured by secondary ion mass spectrometry, 0.001 ≦ (A / Zn) ≦ 500. And
[0017]
  A method for manufacturing a chip-shaped electronic component according to the first aspect of the present invention includes:
  A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
  A manufacturing method of a chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between end portions facing each other on the same plane of 50 μm or more,
  Forming the element body;
  Diffusing alkali metal (A) from the surface of the element body toward the inside of the element body;
  Then, forming the pair of terminal electrodes connected to the internal electrode layer on the outer surface of the element body,
  When diffusing the alkali metal, when the shortest distance from the outermost side in the stacking direction of the internal electrode layer to the surface of the element body is l, from the surface of the element body to a depth (0.9 × l) RangeAnd at least 10 μm or more from the surface of the element bodyWhen the ionic strength ratio (A / Zn) of alkali metal (A) and zinc (Zn) is measured by secondary ion mass spectrometry, the condition is 0.001 ≦ (A / Zn) ≦ 500, It is characterized by diffusing an alkali metal.
[0018]
  A method for manufacturing a chip-shaped electronic component according to the second aspect of the present invention includes:
  A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
  A method for manufacturing a chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and facing each other on the same plane and having a distance of 50 μm or more, the step of forming the element body When,
  Forming a terminal electrode connected to the internal electrode layer on the outer surface of the element body;
  Thereafter, a step of diffusing alkali metal (A) from the surface of the element body toward the inside of the element body,
  When diffusing the alkali metal, when the shortest distance from the outermost side in the stacking direction of the internal electrode layer to the surface of the element body is l, from the surface of the element body to a depth (0.9 × l) RangeAnd at least 10 μm or more from the surface of the element bodyWhen the ionic strength ratio (A / Zn) of alkali metal (A) and zinc (Zn) is measured by secondary ion mass spectrometry, the condition is 0.001 ≦ (A / Zn) ≦ 500, It is characterized by diffusing an alkali metal.
[0019]
Preferably, the alkali metal is at least one of Li, Na, K, Rb, and Cs.
[0020]
Preferably, when the alkali metal is diffused, the element body is heat-treated at a temperature of 700 to 1000 ° C. with the powder of the alkali metal compound adhered to the surface of the element body, and the element At least one of the adhesion amount of the powder to the surface of the main body, the heat treatment temperature, and the heat treatment time is controlled.
[0021]
In the present invention, the chip-shaped electronic component is not particularly limited, but preferably, the element body has a structure in which zinc oxide-based voltage nonlinear resistor layers and internal electrode layers are alternately stacked, The chip-shaped electronic component is a multilayer chip varistor.
[0022]
[Effects of the Invention]
The present applicant has previously proposed a technique in which a large amount of alkali metals such as Li, Na, K, Rb, and Cs are contained in a single or plural alkali metal in a range of 100 μm in depth including the surface of the chip varistor body ( Japanese Patent Application No. 2002-313722). For example, in the case of Li, when the ionic strength ratio is measured for Li and Zn by secondary ion mass spectrometry (SIMS), the ionic strength measurement result is the ionic strength ratio of Li and Zn (Li / Zn), and is 0.1. By forming a multilayer chip varistor where 001 ≦ (Li / Zn) ≦ 500, a stable chip varistor can be obtained even with an activated flux during solder reflow.
[0023]
However, when this technology is applied to a very small chip as it is (dimension 0.6 mm or less x width 0.3 mm or less x thickness 0.3 mm or less), for example, the following inconvenience occurs. There was found. In general, a multilayer chip varistor exhibits varistor characteristics between two internal electrode layers adjacent in the stacking direction in the element body. In the case of the above-mentioned extremely small chip, the distance between the internal electrode layer arranged on the outermost side in the stacking direction among the internal electrode layers and the surface of the element body may be less than 100 μm. In this case, when the insulating layer is formed to a depth of 100 μm including the surface of the chip varistor element body as previously proposed, the inside of the chip inside the outermost layer in the stacking direction of the internal electrode layer (varistor characteristics are expressed). The alkali metal may diffuse to the inner electrode layer), and the electrical characteristics may fluctuate due to this influence.
[0024]
In a chip-shaped electronic component such as a multilayer chip varistor, the present invention provides the element body when the shortest distance from the outermost side in the stacking direction of the internal electrode layer in the element body to the surface of the element body is l. When the ionic strength ratio (A / Zn) of alkali metal (A) and zinc (Zn) is measured by secondary ion mass spectrometry in the range from the surface to the depth (0.9 × l), a predetermined value is obtained. By setting the ionic strength ratio within the range, even if the size is extremely small (for example, the dimension is 0.6 mm or less x 0.3 mm or less x 0.3 mm or less in thickness), the insulation resistance value is reduced by flux in solder reflow. It was found that the insulation failure rate after solder reflow can be greatly reduced.
[0025]
The state in the range from the surface of the element body where the alkali metal is diffused to the depth (0.9 × l) is not necessarily clear, but the oxidation contained in the zinc oxide-based material layer located outside the element body It is considered that the alkali metal is dissolved in the zinc particles.
[0026]
In the present invention, by setting the ionic strength ratio within a predetermined range, the range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l) becomes a high resistance layer compared to other portions, and the solder It prevents current leakage from the element surface due to the flux reducing action by reflow. Therefore, it is possible to prevent the insulation resistance value from being lowered after the solder reflow, and to reduce the insulation failure rate. In addition, since a material having a different coefficient of thermal expansion such as a glass coat is not used, it is resistant to heat cycles. Even if it is not insulated by glass coating, etc. (in extremely small chip-like electronic parts, glass coating is not only difficult to apply, but even if it is applied temporarily, the chip becomes a ball-like shape due to glass. Insulation between terminals can be ensured with a chip having a very small size with a narrower gap between terminals (corresponding to reference numeral 5 in FIG. 1). For this reason, the high reliability of an electronic component can be maintained.
[0027]
Further, in the present invention, an alkali metal supply source is attached to the surface of the element body, and a high resistance layer is formed by diffusing the alkali metal from the surface of the element body toward the inside by heat treatment. Since it is not necessary to coat the glass layer, complicated equipment and processes are unnecessary, and a highly reliable chip-shaped electronic component can be manufactured easily and inexpensively.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings. put it here,
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a multilayer chip varistor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process of a multilayer chip varistor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a manufacturing process of a multilayer chip varistor according to another embodiment of the present invention.
[0029]
Multilayer chip varistor
As shown in FIG. 1, a multilayer chip varistor 10 as an example of a chip-shaped electronic component has an element body 12 having a structure in which a voltage nonlinear resistor layer 1 and internal electrode layers 2 are alternately stacked. A pair of external terminal electrodes 3 is formed on the outer surface of the element body 12. The pair of external terminal electrodes 3 has a distance between end portions facing each other on the same plane (inter-terminal gap, corresponding to reference numeral 5 in FIG. 1) of 50 μm or more. The internal electrode layers 2 are alternately exposed from opposite end surfaces of the element body 12 and are connected to the external terminal electrodes 3 to form a varistor circuit.
[0030]
The outermost layer 1a is laminated on the outer side of the internal electrode layer 2 in the laminating direction, and the internal electrode layer 2 is protected. The outermost layer 1 a is usually made of the same material as the resistor layer 1. The material of the resistor layer 1 will be described later. The high resistance layer 4 formed around the element body 12 will also be described later.
[0031]
The shape of the element body 12 is not particularly limited, and is usually a rectangular parallelepiped shape. In the present invention, the dimension of the element body 12 is vertical (0.6 mm or less, preferably 0.4 mm or less) × horizontal (0.3 mm or less, preferably 0.2 mm or less) × thickness (0.3 mm or less, preferably The target is a minimum size of 0.2 mm or less.
Because of this extremely small size, in the present invention, the thickness of the outermost layer 1a is usually less than 100 μm, preferably 90 μm or less. Depending on the interlayer thickness of the resistor layer 1 sandwiched between the pair of internal electrode layers 2, the thickness of the outermost layer 1a may exceed 100 μm.
[0032]
Voltage nonlinear resistor layer 1
The voltage nonlinear resistor layer 1 (the same applies to the outermost layer 1a) is composed of a zinc oxide varistor material layer. This zinc oxide-based varistor material layer has, for example, ZnO as a main component and rare earth elements, Co, IIIb group elements (B, Al, Ga and In), Si, Cr, alkali metal elements (K, Rb and Cs) as subcomponents. ) And alkaline earth metal elements (Mg, Ca, Sr and Ba) and the like. Alternatively, it may be made of a material containing ZnO as a main component and Bi, Co, Mn, Sb, Al, etc. as subcomponents.
[0033]
The main component containing ZnO acts as a substance that exhibits excellent voltage nonlinearity in voltage-current characteristics and a large surge resistance. The voltage non-linearity is a phenomenon in which the current flowing through the element increases non-linearly when a gradually increasing voltage is applied between the terminal electrodes 3.
[0034]
The content of ZnO as the main component in the resistor layer 1 is not particularly limited. Usually, when the total material constituting the resistor layer 1 is 100% by mass, it is usually 99.8 to 69.0. % By mass.
[0035]
Internal electrode layer 2
The conductive material contained in the internal electrode layer 2 is not particularly limited, but is preferably made of Pd or an Ag—Pd alloy. The thickness of the internal electrode layer 2 may be appropriately determined according to the application, but is usually about 0.5 to 5 μm.
[0036]
External terminal electrode 3
The conductive material contained in the external terminal electrode 3 is not particularly limited, but usually Ag, Ag—Pd alloy, or the like is used. Further, if necessary, Ni and Sn / Pb films are formed on the surface of the underlayer such as Ag or Ag—Pd alloy by electroplating or the like. The thickness of the external terminal electrode 3 may be appropriately determined according to the application, but is usually about 10 to 50 μm.
[0037]
High resistance layer 4
The high resistance layer 4 is formed so as to cover the entire outer surface of the element body 12. The high resistance layer 4 diffuses alkali metal from the surface of the element body 12 toward the inside by performing heat treatment in a state where an alkali metal compound that is thermally decomposed to be an oxide is attached to the surface of the element body 12. Is formed.
[0038]
Note that the boundary between the high resistance layer 4 and the outermost layer 1a of the element body 12 is not necessarily clear, and the high resistance layer 4 is a range in which an alkali metal diffuses in the outermost layer 1a. The high resistance layer 4 serves to protect the voltage non-linear resistance layer 1 during solder reflow.
[0039]
The thickness of the high resistance layer 4 is not particularly limited, but is at least 10 μm or more and does not reach the internal electrode layer 2. If the thickness is too thin, the effect of the present invention is small, and if it is too thick, the electrical characteristics of the voltage nonlinear resistor layer 1 may be adversely affected.
[0040]
In the high resistance layer 4, when the shortest distance from the outermost side in the stacking direction of the internal electrode layer 2 to the surface of the element body 12 is 1, the depth (0.9 × l) from the surface of the element body 12 When the ion intensity ratio (A / Zn) between the alkali metal (A) and zinc (Zn) is measured by secondary ion mass spectrometry, the range up to is 0.001 ≦ (A / Zn) ≦ 500. .
[0041]
The ion intensity ratio can be obtained by secondary ion mass spectrometry (SIMS). SIMS is a method that can measure the ion concentration distribution in the depth direction with high sensitivity on the order of microns from the surface layer. When a solid surface is irradiated with a high energy (several keV to 20 keV) ion beam, the atoms constituting the sample are emitted as neutrons or ions by a sputtering phenomenon. In this way, SIMS is a method of performing elemental analysis and compound analysis of the sample surface by dividing the secondaryly released ions into a mass / charge ratio using a mass spectrometer.
[0042]
The alkali metal diffused in the high resistance layer 4 is not particularly limited, but is preferably at least one of Li, Na, K, Rb, and Cs, and more preferably Li.
[0043]
When the alkali metal is Li, the ionic strength ratio (Li / Zn) between Li and Zn is preferably 0.001 ≦ (Li / Zn) ≦ 500, more preferably 0.01 ≦ (Li / Zn). ) ≦ 500.
[0044]
When the alkali metal is Na, the ionic strength ratio (Na / Zn) between Na and Zn is preferably 0.001 ≦ (Na / Zn) ≦ 100, more preferably 0.01 ≦ (Na / Zn). ) ≦ 100.
[0045]
When the alkali metal is K, the ionic strength ratio (K / Zn) between K and Zn is preferably 0.001 ≦ (K / Zn) ≦ 100, more preferably 0.01 ≦ (K / Zn). ) ≦ 100.
[0046]
When the alkali metal is Rb, the ionic strength ratio (Rb / Zn) between Rb and Zn is preferably 0.001 ≦ (Rb / Zn) ≦ 100, more preferably 0.01 ≦ (Rb / Zn). ) ≦ 100.
[0047]
When the alkali metal is Cs, the ionic strength ratio (Cs / Zn) between Cs and Zn is preferably 0.001 ≦ (Cs / Zn) ≦ 100, more preferably 0.1 ≦ (Cs / Zn). ) ≦ 100.
[0048]
If the ionic strength ratio is too small, the insulation resistance value after solder reflow tends to be too low, and if the ionic strength ratio is too large, the electrical characteristics of the voltage nonlinear resistor layer 1 may be adversely affected. In addition, the increase in insulation resistance value after solder reflow tends to decrease.
[0049]
Manufacturing method of multilayer chip varistor 10
Next, a manufacturing process of the multilayer chip varistor 10 according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0050]
First, the voltage nonlinear resistor layers 1 (varistor layers) and the internal electrode layers 2 are alternately laminated so that the internal electrode layers 2 are alternately exposed at both ends by a printing method or a sheet method. And the outermost layer 1a is laminated | stacked on the both ends of the lamination direction, and a laminated body is formed (process a of FIG. 2).
[0051]
Next, this laminate is cut to obtain a green chip (step b).
[0052]
Next, a binder removal process is performed as necessary, and the green chip is baked to obtain a chip body to be the chip body 12 (step c).
[0053]
The obtained chip body is adhered to the surface of the chip body by a sealed rotating pot (step d). Although it does not specifically limit as an alkali metal compound, It is a compound which an alkali metal can diffuse inside from the surface of the element main body 12 by heat processing, and an alkali metal oxide, hydroxide, chloride, nitrate, borate Carbonate and oxalate are used. The ionic strength ratio can be controlled by controlling the adhesion amount of the alkali metal compound.
[0054]
Next, the chip body to which the alkali metal compound is attached is heat-treated in an electric furnace at a predetermined temperature and time (step e). As a result, the alkali metal is diffused from the surface of the chip body toward the inside from the alkali metal compound, and the element body 12 in which the high resistance layer 4 is formed is obtained. The ionic strength ratio can be controlled by the heat treatment temperature and heat treatment time at this time, and the thickness of the high resistance layer 4 can be controlled. A preferable heat treatment temperature is 700 to 1000 ° C., and the heat treatment atmosphere is in the air. The heat treatment time is preferably 10 minutes to 4 hours.
[0055]
Next, a terminal electrode is applied and baked on both ends of the element body after the heat treatment to form an Ag base electrode (step f). Here, Ag is selected as the base electrode material. However, the element body 12 has good seizure, good connectivity with the material constituting the internal electrode layer 2, and is easily plated in the subsequent plating process. Any material can be used as long as it is a material.
[0056]
Finally, a Ni plating film and / or a Sn / Pb plating film is formed on the surface of the base electrode by electroplating (step g), and the multilayer chip varistor 10 is obtained.
[0057]
The means for diffusing the alkali metal from the surface of the element body 12 is not limited to the above means, and for example, the following means can be employed. That is, a method of heat-treating the element body 12 before forming the terminal electrode 3 in an alkali supply source, a method of heat-treating the alkali supply source that has been liquefied by spraying or the like uniformly over the outer periphery of the element body 12, Examples include a method in which air mixed with alkali metal source powder is uniformly sprinkled on the outer periphery of the element body 12 and then heat-treated.
[0058]
In these methods, alkali metal diffuses somewhat to the exposed end surfaces of the internal electrode layer 2 exposed at both ends of the element body 12, but this affects the conductivity of the internal electrode layer 2. There is no.
[0059]
In order to reliably prevent alkali metal from diffusing with respect to the exposed end face of the internal electrode layer 2, for example, as shown in FIG. 3, the formation of the high resistance layer (steps d and e) and the formation of terminal electrodes (step f) You may go after. In that case, the high resistance layer 4 shown in FIG. 1 is not formed inside the terminal electrode 3. Therefore, the alkali metal does not diffuse from the exposed end surface of the internal electrode layer 2. Further, when the terminal electrode is applied and dried, an alkali metal is attached to the surface and baking is performed, and at the same time, diffusion of the alkali metal into the element body can be performed and the process can be simplified.
[0060]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the present invention.
[0061]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on further detailed examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0062]
Example 1
In accordance with steps a to c and the normal method shown in FIG. 2, a chip body to be the element body 12 having a 0603 shape (outer dimensions: 0.6 mm × 0.3 mm × 0.3 mm) was formed. The non-linear resistor layer 1 and the outermost layer 1a of the chip body are made of a zinc oxide-based material, specifically, ZnO (99.725 mol%) with a purity of 99.9%, Pr 0.5 mol%, Co 1.5 mol%, Al 0.005 mol%, K 0.05 mol%, Cr 0.1 mol%, Ca 0.1 mol%, Si It comprised with what was added in the ratio of 0.02 mol%. The internal electrode layer 2 was made of Pd.
[0063]
The obtained chip body was placed on the surface of the chip body by a sealed rotating pot.2CO3Of powder was deposited. Li2CO3The average particle size of the powder was 3 μm.
[0064]
Li2CO3The input amount was set to a range of 0.01 μg to 10 mg per chip element body. By increasing or decreasing this input amount, samples having different ion intensity ratios described later can be obtained.
[0065]
Li2CO3The chip body to which the powder was adhered was heat-treated in air at a heat treatment temperature of 700 to 1000 ° C. for 10 minutes to 4 hours to diffuse Li from the surface of the chip body, and the high resistance layer 4 was in the vicinity of the surface. Formed. By changing the heat treatment temperature and the heat treatment time, samples having different ion intensity ratios described later can be obtained.
[0066]
Thereafter, an Ag base electrode is formed by a normal method, and a Ni plating film and a Sn / Pb plating film are formed on the surface of the base electrode by electroplating to form the terminal electrode 3, thereby obtaining the multilayer chip varistor 10. It was. The inter-terminal gap 5 was produced in five different modes (20 μm, 50 μm, 100 μm, 300 μm, 500 μm).
[0067]
For a plurality of multilayer chip varistor samples obtained in this way, the range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l) was measured by secondary ion mass spectrometry using the ion intensity ratio (Li / Zn) was measured. Further, the insulation resistance values before and after solder reflow were measured to determine the insulation failure rate, and are summarized in Table 1.
[0068]
The solder reflow was performed by printing a cream solder containing flux on the substrate, mounting the element, and passing through a reflow furnace having a peak temperature of 230 ° C.
[0069]
The ion intensity ratio of Li / Zn is determined by the secondary ion mass spectrometry (SIMS), where the shortest distance from the outermost side in the stacking direction of the internal electrode layer 2 to the surface of the element body 12 is l. The value from the surface to the depth (0.9 × l) was averaged. Further, the insulation resistance value was measured at an applied voltage of 3 V and obtained from an average value of 100 pieces, and the insulation failure rate was calculated as an element having less than 1 MΩ as a failure. Note that the insulation resistance of each element before solder reflow was 100 MΩ or more.
[Table 1]
Figure 0004020816
[0070]
As shown in Table 1, the Li-untreated element had a low average insulation resistance value after reflow of less than 1 MΩ, and a high insulation failure rate after reflow of 100% or more (Samples 1, 11, 21, 31). 41).
[0071]
An element having a terminal-to-terminal gap of 20 μm had an average insulation resistance value after reflow as low as less than 1 MΩ even after Li treatment, and an insulation failure rate after reflow was as high as 98% or more (Samples 2 to 9). The reason why the insulation failure rate was not improved is that there are only a few ZnO crystal grain boundaries that contribute to the increase in resistance between the gaps, and therefore the probability that a path in which the resistance decreases is increased. Conceivable.
[0072]
Even when the element having an ionic strength ratio of 0.0001 or less was subjected to Li treatment, the average insulation resistance value after reflow was as low as less than 1 MΩ, and the insulation failure rate after reflow was as high as 65% or more (Sample 12, 22, 32, 42).
[0073]
An element having a terminal gap of 50 μm or more and an ionic strength ratio of 0.001 or more and 500 or less has an average insulation resistance value of 3.8 MΩ or more and no element showing less than 1 MΩ, and the defect rate is All were 0 (samples 13-19, 23-29, 33-39, 43-49). In particular, it was confirmed that an element having an average insulation resistance value of 10 MΩ or more was more preferable for an element of 0.01 to 500.
In this example, it was confirmed that the effect of increasing the resistance due to Li diffusion does not affect the electrical characteristics of the varistor sample. Thereby, high reliability can be secured.
[0074]
Samples having an ionic strength ratio of 1000 or more could not be produced (Samples 10, 20, 30, 40, 50). In addition, it is another experiment that varistor characteristics (voltage nonlinearity) do not change before and after the Li diffusion treatment for sample numbers 2 to 9, 12 to 19, 22 to 29, 32 to 39, and 42 to 49. Confirmed by
[0075]
Example 2
Li2CO3Instead of Na2CO3A device was fabricated under the same conditions as in Example 1 except that was used. The results are summarized in Table 2.
[Table 2]
Figure 0004020816
[0076]
As shown in Table 2, the Na-untreated element had an average insulation resistance value after reflow as low as less than 1 MΩ, and the insulation defect rate after reflow was as high as 100% or more (Samples 51, 61, 71, 81). 91).
[0077]
Even when the element having a terminal gap of 20 μm was treated with Na, the average insulation resistance value after reflowing was as low as less than 1 MΩ, and the insulation failure rate after reflowing was as high as 100% (Samples 52 to 58). The reason why the insulation failure rate was not improved is considered to be the same reason as in Example 1.
[0078]
Even when the element having an ionic strength ratio of 0.0001 or less was treated with Na, the average insulation resistance value after reflow was as low as less than 1 MΩ, and the insulation failure rate after reflow was as high as 100% (Samples 62 and 72). 82, 92).
[0079]
An element having a terminal gap of 50 μm or more and an ionic strength ratio of 0.001 or more and 100 or less has an average insulation resistance value of 3.3 MΩ or more and no element exhibiting less than 1 MΩ, and the defect rate is 4% or less (Samples 63 to 68, 73 to 78, 83 to 88, 93 to 98). In particular, it was confirmed that an element having an insulation resistance value of 0.01 to 100 was more preferable with an average insulation resistance value of 10 MΩ or more.
In this example, it was confirmed that the effect of increasing the resistance due to Na diffusion does not affect the electrical characteristics of the varistor sample. Thereby, high reliability can be secured.
[0080]
A sample having an ionic strength ratio of 500 or more could not be prepared (Samples 59, 60, 69, 70, 79, 80, 89, 90, 99, 100). In addition, it is another experiment that sample numbers 52 to 58, 62 to 68, 72 to 78, 82 to 88, and 92 to 98 do not change the varistor characteristics (voltage nonlinearity) before and after the Na diffusion treatment. Confirmed by
[0081]
Example 3
Li2CO3Instead of K2CO3A device was fabricated under the same conditions as in Example 1 except that was used. The results are summarized in Table 3.
[Table 3]
Figure 0004020816
[0082]
As shown in Table 3, the K-untreated element had an average insulation resistance value after reflow as low as less than 1 MΩ, and the insulation failure rate after reflow was as high as 100% or more (Samples 101, 111, 121, and 131). 141).
[0083]
An element having a terminal-to-terminal gap of 20 μm had an average insulation resistance value after reflowing as low as less than 1 MΩ even after K treatment, and an insulation failure rate after reflowing was as high as 100% (Samples 102 to 108). The reason why the insulation failure rate was not improved is considered to be the same reason as in Example 1.
[0084]
An element having an ionic strength ratio of 0.0001 or less had an average insulation resistance value after reflowing of less than 1 MΩ even after K treatment, and an insulation failure rate after reflowing was as high as 100% (Samples 112 and 122). 132, 142).
[0085]
An element having a terminal gap of 50 μm or more and an ionic strength ratio of 0.001 or more and 100 or less has an average insulation resistance value of 4.1 MΩ or more and no element showing less than 1 MΩ, and the defect rate is 2% or less (Samples 113 to 118, 123 to 128, 133 to 138, 143 to 148). In particular, it was confirmed that an element having an insulation resistance value of 0.01 to 100 was more preferable because the average insulation resistance value was 8.5 MΩ or more.
In this example, it was confirmed that the effect of increasing resistance by K diffusion does not affect the electrical characteristics of the varistor sample. Thereby, high reliability can be secured.
[0086]
Samples having an ionic strength ratio of 500 or more could not be produced (samples 109, 110, 119, 120, 129, 130, 139, 140, 149, 150). In addition, it is another experiment that varistor characteristics (voltage nonlinearity) do not change before and after the K diffusion process for sample numbers 102 to 108, 112 to 118, 122 to 128, 132 to 138, and 142 to 148. Confirmed by
[0087]
Example 4
Li2CO3Instead of Rb2CO3A device was fabricated under the same conditions as in Example 1 except that was used. The results are summarized in Table 4.
[Table 4]
Figure 0004020816
[0088]
As shown in Table 4, in the Rb-untreated element, the average insulation resistance value after reflow was as low as less than 1 MΩ, and the insulation failure rate after reflow was as high as 100% or more (Samples 151, 161, 171, 181). , 191).
[0089]
An element having a terminal-to-terminal gap of 20 μm had an average insulation resistance value after reflow as low as less than 1 MΩ even after Rb treatment, and an insulation failure rate after reflow was as high as 100% (samples 152 to 158). The reason why the insulation failure rate was not improved is considered to be the same reason as in Example 1.
[0090]
An element having an ionic strength ratio of 0.0001 or less had an average insulation resistance value after reflow as low as less than 1 MΩ even after Rb treatment, and an insulation failure rate after reflow was as high as 100% (Samples 162 and 172). , 182, 192).
[0091]
For elements having a terminal gap of 50 μm or more and an ionic strength ratio of 0.001 or more and 100 or less, except for the sample 163, there is no element having an average insulation resistance value of 1.1 MΩ or more and less than 1 MΩ. The defective rate was 38% or less (samples 164 to 168, 173 to 178, 183 to 188, 193 to 198). In particular, it was confirmed that an element having an insulation resistance value of 4.5 MΩ or more was more preferable for an element of 0.01 to 100.
In this example, it was confirmed that the effect of increasing the resistance due to Rb diffusion does not affect the electrical characteristics of the varistor sample. Thereby, high reliability can be secured.
[0092]
A sample having an ionic strength ratio of 500 or more could not be produced (Samples 159, 160, 169, 170, 179, 180, 189, 190, 199, 200). In addition, it is another experiment that varistor characteristics (voltage non-linearity) do not change before and after the Rb diffusion process for sample numbers 152 to 158, 162 to 168, 172 to 178, 182 to 188, and 192 to 198. Confirmed by
[0093]
Example 5
Li2CO3Instead of Cs2CO3A device was fabricated under the same conditions as in Example 1 except that was used. The results are summarized in Table 5.
[Table 5]
Figure 0004020816
[0094]
As shown in Table 5, the Cs-untreated element had an average insulation resistance value after reflowing as low as less than 1 MΩ, and a high insulation failure rate after reflowing of 100% or more (Samples 201, 2111, 221, 231). , 241).
[0095]
An element having a terminal-to-terminal gap of 20 μm had an average insulation resistance value after reflow as low as less than 1 MΩ even after Cs treatment, and an insulation failure rate after reflow was as high as 100% (samples 202 to 208). The reason why the insulation failure rate was not improved is considered to be the same reason as in Example 1.
[0096]
Even when the element having an ionic strength ratio of 0.0001 or less was subjected to Cs treatment, the average insulation resistance value after reflow was as low as less than 1 MΩ, and the insulation failure rate after reflow was as high as 100% (Samples 212 and 222). , 232, 242).
[0097]
There are no elements having an average insulation resistance value of 1.1 MΩ or more and less than 1 MΩ, except for Samples 213 and 223, for elements having a terminal gap of 50 μm or more and an ionic strength ratio of 0.001 or more and 100 or less. Moreover, the defect rate was 48% or less (samples 214 to 218, 224 to 228, 233 to 238, 243 to 248). In particular, it was confirmed that an element having an average insulation resistance value of 0.1 to 100 MΩ was more preferably 0.1 to 100 MΩ.
In this example, it was confirmed that the effect of increasing the resistance due to Cs diffusion does not affect the electrical characteristics of the varistor sample. Thereby, high reliability can be secured.
[0098]
A sample having an ionic strength ratio of 500 or more could not be produced (Samples 209, 210, 219, 220, 229, 230, 239, 240, 249, 250). In addition, it is another experiment that varistor characteristics (voltage non-linearity) do not change before and after the Cs diffusion process for sample numbers 202 to 208, 212 to 218, 222 to 228, 232 to 238, and 242 to 248. Confirmed by
[0099]
Comparative Example 1
Li2CO3A device having a gap between terminals of 500 μm was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the step of attaching and heat-treating was removed.
[0100]
The obtained element had an insulation resistance of 100 MΩ or more before reflow, but after reflow, it became 0.1 MΩ, and the insulation failure rate after reflow was 100%.
[0101]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a chip-shaped electronic component having a very small size (for example, the dimension is 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less), Chip-like electronic components such as multilayer chip varistors that are highly reliable and easy to manufacture, and their manufacture that do not require an insulating protective layer, are resistant to temperature changes, and can maintain high resistance on the element surface even by solder reflow A method can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a multilayer chip varistor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process of a multilayer chip varistor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a manufacturing process of a multilayer chip varistor according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Voltage nonlinear resistor layer
2 ... Internal electrode layer
3 ... Terminal electrode
4 ... High resistance layer
5 ... Gap between terminals
10 ... Multilayer Chip Varistor
12 ... Element body

Claims (12)

希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離(端子間ギャップ)が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品であって、
前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法(SIMS)でLiとZnとのイオン強度比(Li/Zn)を測定した場合に、0.001≦(Li/Zn)≦500であることを特徴とするチップ状電子部品。
A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
A chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between terminals facing each other on the same plane (inter-terminal gap) of 50 μm or more,
When the shortest distance from the outermost layer in the stacking direction of the internal electrode layer to the surface of the element body is l , at least the surface of the element body in a range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l). When the ionic strength ratio (Li / Zn) between Li and Zn is measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) in a range of 10 μm or more from 0.001 ≦ (Li / Zn) ≦ 500 A chip-like electronic component.
前記イオン強度比が0.01≦(Li/Zn)≦500であることを特徴とする請求項1に記載のチップ状電子部品。2. The chip-shaped electronic component according to claim 1, wherein the ionic strength ratio is 0.01 ≦ (Li / Zn) ≦ 500. 希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品であって、
前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でNaとZnとのイオン強度比(Na/Zn)を測定した場合に、0.001≦(Na/Zn)≦100であることを特徴とするチップ状電子部品。
A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
A chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between opposite ends on the same plane of 50 μm or more,
When the shortest distance from the outermost layer in the stacking direction of the internal electrode layer to the surface of the element body is l , at least the surface of the element body in a range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l). When the ionic strength ratio (Na / Zn) of Na and Zn is measured by secondary ion mass spectrometry in a range of 10 μm or more from 0.001 ≦ (Na / Zn) ≦ 100 Chip electronic components.
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品であって、
前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でKとZnとのイオン強度比(K/Zn)を測定した場合に、0.001≦(K/Zn)≦100であることを特徴とするチップ状電子部品。
A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
A chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between opposite ends on the same plane of 50 μm or more,
When the shortest distance from the outermost layer in the stacking direction of the internal electrode layer to the surface of the element body is l , at least the surface of the element body in a range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l). When the ion intensity ratio (K / Zn) between K and Zn is measured by secondary ion mass spectrometry in a range of 10 μm or more from 0.001 ≦ (K / Zn) ≦ 100 Chip electronic components.
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品であって、
前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でRbとZnとのイオン強度比(Rb/Zn)を測定した場合に、0.001≦(Rb/Zn)≦100であることを特徴とするチップ状電子部品。
A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
A chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between opposite ends on the same plane of 50 μm or more,
When the shortest distance from the outermost layer in the stacking direction of the internal electrode layer to the surface of the element body is l , at least the surface of the element body in a range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l). When the ion intensity ratio (Rb / Zn) of Rb and Zn is measured by secondary ion mass spectrometry in a range of 10 μm or more from 0.001 ≦ (Rb / Zn) ≦ 100 Chip electronic components.
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品であって、
前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でCsとZnとのイオン強度比(Cs/Zn)を測定した場合に、0.001≦(Cs/Zn)≦100であることを特徴とするチップ状電子部品。
A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
A chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between opposite ends on the same plane of 50 μm or more,
When the shortest distance from the outermost layer in the stacking direction of the internal electrode layer to the surface of the element body is l , at least the surface of the element body in a range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l). When the ionic strength ratio (Cs / Zn) of Cs and Zn is measured by secondary ion mass spectrometry in a range of 10 μm or more from 0.001 ≦ (Cs / Zn) ≦ 100 Chip electronic components.
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品であって、
前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でアルカリ金属(A)と亜鉛(Zn)とのイオン強度比(A/Zn)を測定した場合に、0.001≦(A/Zn)≦500であることを特徴とするチップ状電子部品。
A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
A chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between opposite ends on the same plane of 50 μm or more,
When the shortest distance from the outermost layer in the stacking direction of the internal electrode layer to the surface of the element body is l , at least the surface of the element body in a range from the surface of the element body to the depth (0.9 × l). When the ionic strength ratio (A / Zn) of alkali metal (A) and zinc (Zn) is measured by secondary ion mass spectrometry in the range of 10 μm or more from 0.001 ≦ (A / Zn) ≦ 500 A chip-like electronic component, characterized in that
前記素子本体が、酸化亜鉛系電圧非直線性抵抗体層と内部電極層とが交互に積層された構造を有し、前記チップ状電子部品が、積層型チップバリスタである請求項1〜7のいずれかに記載のチップ状電子部品。The element body has a structure in which zinc oxide-based voltage non-linear resistance layers and internal electrode layers are alternately stacked, and the chip-shaped electronic component is a multilayer chip varistor. The chip-shaped electronic component according to any one of the above. 希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品の製造方法であって、
前記素子本体を形成する工程と、
前記素子本体の表面から素子本体の内部に向けてアルカリ金属(A)を拡散させる工程と、
その後に、前記素子本体の外面に、前記内部電極層に接続する前記一対の端子電極を形成する工程とを、有し、
前記アルカリ金属を拡散させる際に、前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でアルカリ金属(A)と亜鉛(Zn)とのイオン強度比(A/Zn)を測定した場合に、0.001≦(A/Zn)≦500となる条件で、アルカリ金属を拡散させることを特徴とするチップ状電子部品の製造方法。
A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
A manufacturing method of a chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between end portions facing each other on the same plane of 50 μm or more,
Forming the element body;
Diffusing alkali metal (A) from the surface of the element body toward the inside of the element body;
Then, forming the pair of terminal electrodes connected to the internal electrode layer on the outer surface of the element body,
When diffusing the alkali metal, when the shortest distance from the outermost side in the stacking direction of the internal electrode layer to the surface of the element body is l, from the surface of the element body to a depth (0.9 × l) When the ionic strength ratio (A / Zn) of alkali metal (A) and zinc (Zn) is measured by secondary ion mass spectrometry at least in the range of 10 μm or more from the surface of the element body in the range of 0. A manufacturing method of a chip-like electronic component, characterized by diffusing an alkali metal under a condition of 001 ≦ (A / Zn) ≦ 500.
希土類元素を含む酸化亜鉛系材料層と内部電極層とを有し、寸法が(縦0.6mm以下×横0.3mm以下×厚み0.3mm以下)の素子本体と、
該素子本体の外面に形成され、同一平面上で対向する端部同士の距離が50μm以上の一対の端子電極とを、持つチップ状電子部品の製造方法であって、
前記素子本体を形成する工程と、
前記素子本体の外面に、前記内部電極層に接続する端子電極を形成する工程と、
その後に、前記素子本体の表面から素子本体の内部に向けてアルカリ金属(A)を拡散させる工程と、を有し、
前記アルカリ金属を拡散させる際に、前記内部電極層の積層方向最外側から前記素子本体の表面までの最短距離をlとしたとき、前記素子本体の表面から深さ(0.9×l)までの範囲で少なくとも前記素子本体の表面から10μm以上の範囲を二次イオン質量分析法でアルカリ金属(A)と亜鉛(Zn)とのイオン強度比(A/Zn)を測定した場合に、0.001≦(A/Zn)≦500となる条件で、アルカリ金属を拡散させることを特徴とするチップ状電子部品の製造方法。
A device body having a zinc oxide-based material layer containing a rare earth element and an internal electrode layer, and having dimensions (length 0.6 mm or less × width 0.3 mm or less × thickness 0.3 mm or less);
A manufacturing method of a chip-shaped electronic component having a pair of terminal electrodes formed on the outer surface of the element body and having a distance between end portions facing each other on the same plane of 50 μm or more,
Forming the element body;
Forming a terminal electrode connected to the internal electrode layer on the outer surface of the element body;
Thereafter, a step of diffusing alkali metal (A) from the surface of the element body toward the inside of the element body,
When diffusing the alkali metal, when the shortest distance from the outermost side in the stacking direction of the internal electrode layer to the surface of the element body is l, from the surface of the element body to a depth (0.9 × l) When the ionic strength ratio (A / Zn) of alkali metal (A) and zinc (Zn) is measured by secondary ion mass spectrometry at least in the range of 10 μm or more from the surface of the element body in the range of 0. A manufacturing method of a chip-like electronic component, characterized by diffusing an alkali metal under a condition of 001 ≦ (A / Zn) ≦ 500.
前記アルカリ金属が、Li,Na,K,Rb,Csのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項9または10に記載のチップ状電子部品の製造方法。11. The method for manufacturing a chip-shaped electronic component according to claim 9, wherein the alkali metal is at least one of Li, Na, K, Rb, and Cs. 前記アルカリ金属を拡散させる際に、前記素子本体の表面に、アルカリ金属の化合物の粉体を付着させた状態で、前記素子本体を、700〜1000℃の温度で熱処理し、前記素子本体の表面に対する前記粉体の付着量と、熱処理温度と、熱処理時間との内の少なくとも1つを制御することを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載のチップ状電子部品の製造方法。When the alkali metal is diffused, the element body is heat-treated at a temperature of 700 to 1000 ° C. with the alkali metal compound powder adhered to the surface of the element body. 12. The method for manufacturing a chip-shaped electronic component according to claim 9, wherein at least one of an adhesion amount of the powder to the heat treatment, a heat treatment temperature, and a heat treatment time is controlled.
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