JP4560874B2

JP4560874B2 - セラミック電子部品

Info

Publication number: JP4560874B2
Application number: JP2000089414A
Authority: JP
Inventors: 孝行榧谷; 邦彦浜田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: JP2001274037A

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に関するもので、特にセラミック素体と外部電極とリード端子と半田から構成されるセラミック電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック電子部品としては、セラミック素体上に形成された外部電極とリード端子を半田により接合し、コンデンサ、サーミスタ、バリスタ等の電気的特性を発現するものがある。セラミック素体としては、誘電体、絶縁体、半導体、圧電体、磁性体等が用いられている。外部電極としては、スパッタや蒸着による薄膜電極、厚膜電極、メッキ電極が用いられている。リード端子には、Ｃｕ、Ｆｅ等の芯材にＳｎ−Ｐｂ、Ｓｎメッキ等が施されており、半田としてはＳｎとＰｂを主成分とする合金が一般に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のセラミック電子部品は、高温下に長期間曝された場合に、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等の外部電極の金属成分と半田に含まれるＳｎとの相互拡散により、外部電極と半田との接合界面に金属間化合物が生成される。特に外部電極の金属成分がＮｉＰ合金である無電解メッキの場合、ＳｎとＮｉとの相互拡散によりＰの偏析層が電極層内に形成され、そのＰ偏析層界面でマイクロクラックが発生するために接合強度が大きく低下する。さらに、Ｓｎ−Ｐｂ半田を用いた場合、Ｓｎの拡散により金属間化合物と半田との界面にはＰｂリッチ相が生成される。この柔らかいＰｂリッチ相と硬くて脆い金属間化合物層が接する構造の場合、応力に対してクラック等が発生するため接合信頼性の低下を招く。
【０００４】
本発明の目的は、上述の問題点を解決すべくなされたもので、高温下に長時間曝されても安定した電気的特性を備え、かつ十分なリード端子接合強度を備えるセラミック電子部品を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のセラミック電子部品は、セラミック素体と、前記セラミック素体に設けられＮｉＰまたはＮｉＢ合金の層として膜形成された外部電極と、Ｃｕ成分を含有しＰｂ成分を含有しない半田（不可避不純物、半田槽における汚染ならびにリード端子からの混入を除く）により外部電極に接続されたリード端子と、セラミック素体と外部電極を覆うように形成された外装樹脂とからなるセラミック電子部品であって、
外部電極と半田との界面に、ＣｕＳｎ金属間化合物層を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のセラミック電子部品は、リード端子が、Ｐｂを含まない金属線を芯材とし、金属線の表面にＰｂを含まない合金またはＰｂ以外の金属によってメッキ処理されたリード端子（何れも不可避不純物を除く）であることを特徴とするものでもよい。
【０００８】
また、上述の半田は、半田１００重量％のうちＣｕ０．１〜３重量％含有することが好ましい。
【０００９】
また、上述の半田は、Ｓｎ−０．７重量％ＣｕまたはＳｎ−３．５重量％Ａｇ−０．７重量％Ｃｕ（何れも不可避不純物、半田槽における汚染ならびにリード端子からの混入を除く）であることがさらに好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の中の一つの実施形態のセラミック電子部品を図１に示して説明する。
セラミック電子部品１は、セラミック素体２と、外部電極３，３と、半田４，４と、リード端子５，５と、外装樹脂６から構成される。セラミック素体２は、セラミックグリーンシートを焼成した円板型の焼結体からなる。外部電極３、３は、セラミック素体２の両主面に形成された一対の電極膜からなる。半田４，４は、外部電極３，３とリード端子５，５をそれぞれ電気的かつ機械的に接合するように外部電極３，３上に形成されている。外装樹脂６は、セラミック素体２と外部電極３，３と半田４，４を覆うように形成されている。
【００１１】
セラミック素体２は、例えば誘電体、絶縁体、半導体、圧電体、磁性体として機能する材料からなるものを適宜用いることができる。なお、図１に示したセラミック素体２の形状は円板型であるが、セラミック素体２の形状は特に円板型に限定されることなく、外部電極３，３を形成するのに十分な面を備えるのであれば、例えば角板型等を適宜用いることができ、何れの場合においても本発明の効果が得られる。
【００１２】
外部電極３，３は、セラミック素体２の両主面に形成された電極膜であり、例えば、無電解Ｎｉメッキにより形成される場合、メッキ浴中の還元剤成分の種類によりＮｉＰあるいはＮｉＢ合金等の層として膜形成されている。なお、外部電極の形状ならびに大きさは、本発明の実施形態に限定されることなく、例えば、セラミック素体３，３両主面の全体に形成、あるいは任意の形状のギャップ幅を取って形成することができ、何れの場合においても本発明の効果が得られる。また、外部電極の層数は、本発明の実施形態に限定されることなく、例えば、第１層の外部電極上にさらに第２層の外部電極を形成してもよく、何層であっても本発明の効果が得られる。
【００１３】
半田４，４は、広くＰｂフリー半田全般を適宜用いることができるが、外部電極３，３との界面に、十分なＣｕＳｎ金属間化合物層を形成するためには、Ｃｕを０．０１〜１０重量％含有する組成であることが好ましい。さらに好ましい半田としては、Ｓｎ−０．７Ｃｕ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７Ｃｕ等の代表的なＰｂフリー半田が挙げられ、これらを適宜用いることができる。なお、不可避不純物としてＰｂを含有することは妨げない。また、半田槽におけるフロー半田付け時に、不可抗力として外部電極を構成する材料の一部が混入してＰｂを含有することは妨げない。また、半田付け時ならびに半田付け後において、リード端子を構成する材料の一部が混入してＰｂを含有することは妨げない。
【００１４】
また、半田４，４の形状ならびに大きさは、本発明の実施形態に限定されることなく、例えば、外部電極３，３の全体に形成、あるいは外部電極３，３上の任意の一部分であってもよく、何れの場合においても本発明の効果が得られる。
【００１５】
半田付けの方法は、特に限定はしないが、例えば、浸漬法やリフロー加熱による方法が挙げられ、何れの方法によっても本発明の効果が得られる。
【００１６】
リード端子５，５は、広くＰｂフリーのリード端子全般を適宜用いることができるが、不可避不純物としてＰｂを含有することを妨げない。例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｕ等からなる金属線を芯材として、必要に応じて金属線の表面にＳｎ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕメッキを施したリード端子を適宜用いることができる。メッキ方法としては、例えば無電解メッキ、電解メッキ、溶融メッキ等の方法が挙げられるが、メッキに含まれている金属組成が導電成分として機能していれば、何れの方法によっても本発明の効果が得られる。なお、外部電極３に接合されるリード端子５の数は、本発明の実施形態に限定されることなく、１つの外部電極３に２本以上のリード端子５を接合しても本発明の効果が得られる。
【００１７】
外装樹脂５は、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等が挙げられるが、特にこれらに限定されることなく、絶縁性、耐湿性、耐衝撃性、耐熱性等に優れるものであれば代表的な樹脂を適宜用いることができる。
【００１８】
【実施例】
まず、コンデンサとして機能する、８ｍｍφのチタン酸バリウム等からなるセラミック素体を準備し、このセラミック素体の両主面全体に無電解Ｎｉメッキにより厚み約１ミクロンのＮｉＰあるいはＮｉＢ合金膜を形成し、これを外部電極とした。
【００１９】
次いで、表１に示した組成からなるリード端子と半田とを準備し、上述の外部電極に浸漬工法により半田付けをおこない、実施例１〜１０ならびに比較例１〜５の試験サンプルを各々１０個ずつ作製した。なお、上述の浸漬工法による半田付けは、各々の半田の液相温度により２５０〜３５０℃の範囲で実施した。
【００２０】
次いで、リード端子に上述の半田を予備半田付けした後、上述の外部電極に上述のリード端子をリフロー半田付けして、実施例１１〜１５ならびに比較例６〜８の試験サンプルを各々１０個ずつ作製した。なお、上述のリフロー半田付けは、各々の半田の液相温度により２５０〜３５０℃の範囲で実施した。
【００２１】
【表１】

【００２２】
そこで、実施例１〜１５ならびに比較例１〜８の試験サンプルについて、まず、
初期状態における静電容量、誘電損失、リード端子接合強度を測定し、試験サンプル１０個の平均値を求め、これを表２にまとめた。
【００２３】
次いで、大気中１２５℃の高温下で２０００時間放置した後、静電容量、誘電損失、リード端子接合強度を再び測定し、試験サンプル１０個の平均値を求め、さらにリード端子の接合強度の低下率を算出し、これを表２にまとめた。
【００２４】
なお、静電容量と誘電損失については、高温放置後に室温で２４時間放置した後、試験サンプルのリード端子を静電容量測定器の検出端子と接続し測定した。
【００２５】
また、リード端子接合強度については、高温放置後の試験サンプルのリード端子を双方向に引張り、リード端子接合部がセラミック素体両主面から剥離する時の最大強度を測定した。
【００２６】
【表２】

【００２７】
表２から明らかなように、実施例１〜１５の試験サンプルは、リード端子接合強度の低下率が半田付け工法に関係なく、８．６〜１４．１％の範囲であり、初期からほとんど低下しておらず、実用上十分な強度を備えていることがわかる。
【００２８】
これに対して、比較例１〜８の試験サンプルは、接合強度が初期から５０％以上低下しており、高温放置により接合信頼性が著しく低下している。
【００２９】
なお、静電容量と誘電損失については、応力が加わらない限り半田接合部で電気的接続が確保されているため、実施例ならびに比較例とも高温放置後においても変化していない。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明のセラミック電子部品は、セラミック素体と、セラミック素体に設けられた外部電極と、Ｃｕ成分を含有しＰｂ成分を含有しない半田により外部電極に接続されたリード端子と、セラミック素体と外部電極を覆うように形成された外装樹脂とからなるセラミック電子部品であって、外部電極と半田との界面に、ＣｕＳｎ金属間化合物層を備えることを特徴とすることで、高温下に長期間曝されても安定した電気的特性を備え、かつ十分なリード端子接合強度を備える。
【００３１】
また、本発明のセラミック電子部品におけるリード端子は、芯材となる金属線がＰｂを含まない合金またはＰｂ以外の金属によってメッキ処理されたリード端子であり、半田は、Ｓｎ基半田からなることを特徴とすることで、環境に優しく、高温下に長期間曝されても安定した電気的特性を備え、かつ十分なリード端子接合強度を備えるセラミック電子部品が得られる。
【００３２】
また、本発明のセラミック電子部品における外部電極が、ＮｉＰ、ＮｉＢ合金を主成分とする無電解メッキ膜である場合のように、ＳｎとＮｉとの相互拡散によりＰの偏析層が電極層内に形成され易い形態であっても、外部電極と半田との界面にＣｕＳｎ金属間化合物層を備えることから、高温下に長期間曝されても安定した電気的特性を備え、かつ十分なリード端子接合強度を備えるセラミック電子部品が得られる。
【００３３】
また、本発明のセラミック電子部品における半田は、半田１００重量％のうちＣｕ０．１〜３重量％含有することを特徴とすることで、外部電極と半田との界面に十分なＣｕＳｎ金属間化合物層をが形成され、かつ高温下に長期間曝されても安定した電気的特性を備え、かつ十分なリード端子接合強度を備えるセラミック電子部品が得られる。
【００３４】
また、上述の半田が、Ｓｎ−０．７重量％ＣｕまたはＳｎ−３．５重量％Ａｇ−０．７重量％Ｃｕであることを特徴とすることで、外部電極と半田との界面により好適な程度のＣｕＳｎ金属間化合物層をが形成され、かつ高温下に長期間曝されても安定した電気的特性を備え、かつ十分なリード端子接合強度を備えるセラミック電子部品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一つの実施の形態のセラミック電子部品の説明図である。
【符号の説明】
１セラミック電子部品
２セラミック素体
３外部電極
４半田
５リード端子
６外装樹脂

Claims

セラミック素体と、前記セラミック素体に設けられＮｉＰまたはＮｉＢ合金の層として膜形成された外部電極と、Ｃｕ成分を含有しＰｂ成分を含有しない半田により前記外部電極に接続されたリード端子と、前記セラミック素体と前記外部電極を覆うように形成された外装樹脂とからなるセラミック電子部品であって、
前記外部電極と前記半田との界面に、ＣｕＳｎ金属間化合物層を備えることを特徴とする、セラミック電子部品。
前記リード端子は、Ｐｂを含まない金属線を芯材とし、前記金属線の表面にＰｂを含まない合金またはＰｂ以外の金属によってメッキ処理されたリード端子であることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック電子部品。
前記半田は、半田１００重量％のうちＣｕ０．１〜３重量％含有することを特徴とする、請求項１または２に記載のセラミック電子部品。
前記半田は、Ｓｎ−０．７重量％ＣｕまたはＳｎ−３．５重量％Ａｇ−０．７重量％Ｃｕであることを特徴とする、請求項１または２に記載のセラミック電子部品。