JP4649847B2

JP4649847B2 - チップ型電子部品

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Publication number: JP4649847B2
Application number: JP2004050303A
Authority: JP
Inventors: 和行内田; 憲治江角
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2024-02-25
Also published as: JP2005243835A

Description

本発明は、例えば表面実装型の積層セラミックコンデンサのように、両端部に外部電極を備えたチップ型電子部品に関し、詳しくは、外部電極が改良されたチップ型電子部品に関する。

近年、電子機器の小型化に伴い、積層セラミックコンデンサをはじめとする様々なチップ型電子部品に対し、一層の小型化が求められている。
ところで、チップ型電子部品の代表的なものの１つである積層セラミックコンデンサ５０は、例えば、図２に示すように、セラミック素子５１中に、複数の内部電極５２ａ，５２ｂがセラミック層５３を介して積層され、かつ、セラミック層５３を介して互いに対向する内部電極５２ａ，５２ｂが交互にセラミック素子５１の逆側の端面５４ａ，５４ｂに引き出されて、該端面に形成された外部電極５５ａ，５５ｂに接続された構造を有している。

そして、外部電極５５ａ，５５ｂは、通常、焼結金属層からなる外部電極本体５６ａ，５６ｂの表面に、はんだ喰われを抑制するためのＮｉめっき膜５７ａ，５７ｂを形成し、さらに、その上に、はんだ付け性を向上させるためのＳｎめっき膜５８ａ，５８ｂを形成した構成とされることが多い。

このようなチップ型電子部品（積層セラミックコンデンサ）５０の小型化が進行すると、チップ型電子部品５０を溶融はんだを用いてプリント回路基板などに実装する場合に、溶融はんだの表面張力によりチップ型電子部品５０が、外部電極５５ａ，５５ｂの一方が上方を向くように起立する、いわゆるツームストーン現象が発生しやすくなる。

そこで、上述のようなツームストーン現象の問題を解決するとともに、はんだ喰われを抑制、防止するために、導電ペーストを塗布、焼き付けすることにより形成される外部電極本体（焼結金属層）５６ａ，５６ｂと、該焼結金属層５６ａ，５６ｂ上に形成されたＮｉめっき膜５７ａ，５７ｂの厚さ、及び厚さの比を制御する方法が提案されている（特許文献１）。

さらに、特許文献１には、外部電極（焼結金属層）の形状、すなわち、エッジ部における外表面の曲率半径を規定する方法も提案されている。

しかしながら、上述のようなツームストーン現象は、チップ型電子部品の実装時の位置ずれなど、何らかの原因で両端側の外部電極のはんだに対する濡れ状態に偏りが生じた場合に、溶融はんだの表面張力により起こるものであって、外部電極本体（焼結金属層）５６ａ，５６ｂと、該焼結金属層５６ａ，５６ｂ上に形成されたＮｉめっき膜５７ａ，５７ｂの厚さ、及び厚さの比を制御する方法、あるいは、外部電極（焼結金属層）のエッジ部における外表面の曲率半径を規定する方法だけでは、必ずしも十分にツームストーン現象の発生を抑制することができない場合が生じるという問題点がある。
特開２００１−２１０５４５号公報

本発明は、従来のチップ型電子部品よりもさらに確実にツームストーン現象の発生を抑制、防止することが可能な、実装信頼性の高いチップ型電子部品を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明（請求項１）のチップ型電子部品は、
電子部品素子の両端部に、端面から該端面に続く側面にまで回り込むように配設された外部電極本体と、前記外部電極本体の表面に形成されためっき膜とを有する外部電極を備えたチップ型電子部品であって、
前記電子部品素子の側面に回り込んだ前記外部電極の側面部分の表面粗さ：Ｒａ１が１．０μm以下であり、かつ、前記電子部品素子の端面に配設された前記外部電極の端面部分の表面粗さ：Ｒａ２が、前記側面部分の表面粗さ：Ｒａ１より大きく、
前記外部電極の側面部分および前記端面部分の表面を構成する前記めっき膜は同じ材料から形成されているとともに、
前記外部電極本体の表面に形成されためっき膜は、少なくとも外部電極本体の表面に形成されたＮｉまたはＮｉ合金めっき膜と、該ＮｉまたはＮｉ合金めっき膜上に形成されたＳｎめっき膜またはＳｎ合金めっき膜を備えており、かつ、前記外部電極の前記側面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚が、前記端面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚より厚いこと
を特徴としている。

また、請求項２のチップ型電子部品は、前記外部電極の前記端面部分に表面処理を施すことにより、前記端面部分の表面粗さ：Ｒａ２を、前記側面部分の表面粗さ：Ｒａ１より１．２倍以上大きくしたことを特徴としている。

また、請求項３のチップ型電子部品は、前記外部電極の前記側面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚が、前記端面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚の１．５倍以上であることを特徴としている。

本発明（請求項１）のチップ型電子部品は、電子部品素子の側面に回り込んだ外部電極の側面部分の表面粗さ：Ｒａ１を１．０μm以下とし、かつ、電子部品素子の端面に配設された外部電極の端面部分の表面粗さ：Ｒａ２を、側面部分の表面粗さ：Ｒａ１より大きくしているので、例えば、プリント回路基板のランド電極に外部電極をはんだ付けすることによりチップ型電子部品を実装する場合に、溶融はんだが、外部電極の端面部分よりも、プリント配線基板のランド電極と対向する外部電極の下面側面に回り込みやすくなり、チップ型電子部品が立ち上がる、いわゆるツームストーン現象の発生を効率よく抑制、防止することができる。

すなわち、ツームストーン現象は、溶融はんだを用いてプリント回路基板などにチップ型電子部品を実装する場合に、例えば、実装時のチップ型電子部品の位置ずれなどの理由により、左右の外部電極のはんだに対する濡れ状態に偏りが生じた場合の表面張力などにより発生するものであり、実装時にチップ型電子部品の下面側となる外部電極の側面部分よりも、チップ型電子部品（電子部品素子）の端面に配設された外部電極の端面部分が先に溶融はんだに濡れることによって、チップ型電子部品を立ち上がらせるように力が働くことによって発生するものである。
したがって、本願請求項１のチップ型電子部品のように、実装時にチップ型電子部品の下面側となる外部電極の側面部分の表面粗さ：Ｒａ１を、電子部品素子の端面に配設された外部電極の端面部分の表面粗さ：Ｒａ２よりも小さくする（Ｒａ１＜Ｒａ２とする）ことにより、外部電極の側面部分および端面部分の表面を構成するめっき膜が同じ材料から形成されている場合にも、溶融はんだが、外部電極の端面部分よりも表面が滑らかな外部電極の側面部分（ランド電極と対向する下面部分）に回り込みやすくして、ツームストーン現象の発生を効率よく抑制、防止することが可能になる。

また、外部電極本体の表面に形成されためっき膜が、少なくとも外部電極本体の表面に形成されたＮｉまたはＮｉ合金めっき膜と、該ＮｉまたはＮｉ合金めっき膜上に形成されたＳｎめっき膜またはＳｎ合金めっき膜を備えている場合において、外部電極の側面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚を、端面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚より厚くしているので、さらに、外部電極の端面部分よりも外部電極の側面部分（ランド電極と対向する下面部分）に溶融はんだを回り込ませやすくすることが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。

なお、一般に外部電極のはんだ濡れ性は、ＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚の影響を大きく受けることが知られており、はんだ喰われを防止するために形成されるＮｉまたはＮｉ合金めっき膜の膜厚が厚いほどはんだ濡れ性が良くなることが知られている。したがって、チップ型電子部品の端面部分より側面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜の膜厚を厚くすることにより、端面部分が先にはんだに濡れることを抑制、防止して、ツームストーン現象の発生を効率よく抑制、防止することが可能になる。

また、請求項２のチップ型電子部品のように、外部電極の端面部分に表面処理を施すことにより、端面部分の表面粗さ：Ｒａ２を、側面部分の表面粗さ：Ｒａ１より１．２倍以上大きくした場合、さらに確実に、外部電極の端面部分よりも外部電極の側面部分（ランド電極と対向する下面部分）に溶融はんだを回り込ませやすくなり、ツームストーン現象の発生をさらに効率よく抑制、防止することができるようになる。
なお、表面処理を施すことにより、端面部分の表面粗さ：Ｒａ２を、側面部分の表面粗さ：Ｒａ１より大きくする方法としては、サンドブラスト法により端面部分の表面粗さ：Ｒａ２を粗くする方法、エッチングにより、端面部分の表面粗さ：Ｒａ２及び側面部分の表面粗さ：Ｒａ１を変化させる方法、焼結金属層からなる外部電極本体を形成する際に、導電ペーストを塗布した後、端面を板に当てて、表面粗さを粗くすることにより、端面部分の表面粗さ：Ｒａ２を粗くする方法などの方法が挙げられるが、その具体的な方法に特別の制約はない。

また、請求項３のように、外部電極の側面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚を、端面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚の１．５倍以上とすることにより、溶融はんだを、外部電極の端面部分よりも外部電極の側面部分（ランド電極と対向する下面部分）に回り込ませやすくなり、ツームストーン現象が発生することをさらに効率よく抑制、防止することが可能になる。

以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施例にかかるチップ型電子部品（この実施例では積層セラミックコンデンサ）の正面断面図である。

この積層セラミックコンデンサ１０は、セラミック素子（電子部品素子）１中に、複数の内部電極２ａ，２ｂがセラミック層３を介して積層され、かつ、セラミック焼結体からなるセラミック層３を介して互いに対向する内部電極２ａ，２ｂが交互にセラミック素子１の逆側の端面５ａ，５ｂに引き出されて、該端面５ａ，５ｂから側面５ｃ，５ｄにまで回り込むように形成された外部電極６，７に接続された構造を有している。

なお、外部電極６，７は、セラミック素子１の端面５ａ，５ｂだけでなく、端面５ａ，５ｂに隣接する他の面、すなわち上側面５ｃ、下側面５ｄ及び図示しない他の２つの側面にも回り込むように形成されている。
すなわち、外部電極６，７は、それぞれ、端面５ａ，５ｂ上に形成される端面部分６ｂ，７ｂと、４つの側面上に形成される側面部分６ａ，７ａから構成されている。

また、上記積層セラミックコンデンサ１０は、長さ方向寸法が略０．６mm以下、幅方向寸法が略０．３mm以下、厚み方向寸法が略０．３mm以下の寸法を有している。なお、ここで長さ方向とは、セラミック素子１の互いに対向する端面５ａ，５ｂを結ぶ方向をいい、厚み方向とは、セラミック素子１の上側面５ｃと下側面５ｄとを結ぶ方向をいい、幅方向とは、長さ方向及び幅方向と直交する方向をいう。

また、この実施例１の積層セラミックコンデンサ１０において、外部電極６，７は、それぞれ、端面５ａ，５ｂ側から導電ペーストを塗布し、焼き付けることにより形成された焼結金属層からなる外部電極本体１６ａ，１７ａを備えている。外部電極本体（焼結金属層）１６ａ，１７ａを構成するための上記導電ペーストとしては、銀ペースト、銅ペースト、銀−パラジウム合金ペーストなど、適宜の導電性に優れた金属粉末含有導電ペーストを用いることができる。

また、外部電極本体（焼結金属層）１６ａ，１７ａの表面には、はんだ喰われを防止するためにＮｉめっき膜１６ｂ，１７ｂが形成されている。さらに、最外側表面（すなわちＮｉめっき膜１６ｂ，１７ｂの表面）には、はんだ付け性を高めるためにＳｎめっき膜１６ｃ，１７ｃが形成されている。
なお、この実施例１では、易はんだ付け性層としてＳｎめっき膜を形成したが、Ｓｎめっき膜に変えて、Ｓｎ−Ｐｂ合金めっき膜やはんだめっき膜などの、はんだ付け性に優れた材料からなるめっき膜を形成してもよい。

そして、この実施例１では、長さ方向寸法が０．５７mm、幅方向寸法が０．２７mm、厚み方向寸法が０．２７mmのセラミック素子１を用い、外部電極６，７の、端面部分６ｂ，７ｂの表面粗さ：Ｒａ２と、側面部分６ａ，７ａの表面粗さ：Ｒａ１を表１に示すように異ならせた試料（積層セラミックコンデンサ）を作製した。
ただし、この実施例１では、Ｎｉめっき膜厚を２．０μm、Ｓｎめっき膜厚を３．０μm一定とした。

なお、外部電極６，７の端面部分６ｂ，７ｂの表面粗さ：Ｒａ２と、側面部分６ａ，７ａの表面粗さ：Ｒａ１を異ならせるにあたっては、サンドブラスト法により端面部分６ｂ，７ｂの表面粗さ：Ｒａ２を粗くする方法、エッチングにより、端面部分６ｂ，７ｂの表面粗さ：Ｒａ２及び側面部分６ａ，７ａの表面粗さ：Ｒａ１を変化させる方法などを用いることが可能であり、その具体的な方法に特別の制約はない。

そして、得られた各試料についてツームストーン現象の発生率を調べた。なお、ツームストーン現象の発生率を調べるにあたっては、試料（積層セラミックコンデンサ）を、高強度はんだペーストが印刷された基板上に実装し、リフロー炉を通過させることにより行った。また、実装時には外部電極の表面粗さ：Ｒａ１，Ｒａ２の条件によってツームストーン発生率に大きな差が出るように、故意に積層セラミックコンデンサの位置を長手方向に５０μmずらして実装した。
上述の方法により調べたツームストーン発生率の結果を表１に併せて示す。
なお、表１において、試料番号に＊印を付したものは本発明の範囲外の試料である。

さらに、比較のため、外部電極６，７の、端面部分６ｂ，７ｂの表面粗さ：Ｒａ２と、側面部分６ａ，７ａの表面粗さ：Ｒａ１を異ならせないようにして、表２に示すような試料（積層セラミックコンデンサ）を作製した。そして、得られた各試料について同様の方法でツームストーン現象の発生状態を調べた。その結果を表２に併せて示す。

表１に示すように、外部電極の側面部分の表面粗さ：Ｒａ１を１．０μm以下とし、かつ、外部電極の端面部分の表面粗さ：Ｒａ２を、側面部分の表面粗さ：Ｒａ１より大きくした試料（試料番号１，４，５）ではツームストーン現象の発生率が６％以下と低く、良好な結果が得られた。

一方、外部電極の側面部分の表面粗さ：Ｒａ１が１．０μmを超えた場合（試料番号７の場合）には、外部電極の端面部分の表面粗さ：Ｒａ２を、側面部分の表面粗さ：Ｒａ１より大きくしても、ツームストーン現象の発生率が２５％と高くなることが確認された。

また、外部電極の端面部分の表面粗さ：Ｒａ２が、側面部分の表面粗さ：Ｒａ１と同じ場合（試料番号２，６の場合）か、または側面部分の表面粗さ：Ｒａ１が端面部分の表面粗さ：Ｒａ２よりも大きい場合（試料番号３の場合）には、側面部分の表面粗さ：Ｒａ１が１．０μm以下の場合にも、良好な結果が得られないことが確認された。

また、表２に示すように、外部電極の、端面部分の表面粗さ：Ｒａ２と、側面部分の表面粗さ：Ｒａ１を異ならせない場合には、表面粗さＲａ１およびＲａ２を０．２〜０．６μm（実用性が低い条件）と特に低くした場合にのみ良好な結果が得られ、それ以外の条件ではツームストーン現象の発生率が高くなった。なお、表２の試料番号２４は、表１の試料番号２と同じ試料であり、また、表２の試料番号２５の試料は、表１の試料番号６と同じ試料である。

この実施例２では、上記実施例１の場合と同様の方法により、図１に示すような、上記実施例１の積層セラミックコンデンサと同様の構成を有する積層セラミックコンデンサを作製した。
また、上記実施例１では、外部電極の端面部分６ｂ，７ｂの表面粗さ：Ｒａ２と、側面部分６ａ，７ａの表面粗さ：Ｒａ１を異ならせるようにしたが、この実施例２では、表面粗さ：Ｒａ１、Ｒａ２を異ならせることなく、外部電極の端面部分６ｂ，７ｂと、側面部分６ａ，７ａのめっき膜厚を、表３に示すような範囲で異ならせた。
なお、この実施例２では、表面粗さＲａ１およびＲａ２の値を、０．８μm一定とした。

なお、その他の構成、および製造方法については上記実施例１の場合と同様であることから、重複を避けるため、ここでは説明を省略する。

そして、作製した積層セラミックコンデンサについて、上記実施例１の場合と同様の方法でツームストーン現象の発生率を調べた。その結果を表３に併せて示す。
なお、表３において、試料番号に＊印を付したものは本発明の範囲外の試料である。

表３に示すように、外部電極の端面部分のＮｉめっき膜の厚みよりも側面部分のＮｉめっき膜の厚みを大きくした試料（試料番号３３〜４０）では、ツームストーン現象の発生が抑制され、外部電極の端面部分のＮｉめっき膜の厚みに対して、側面部分のＮｉめっき膜の厚みを１．５倍以上大きくした試料（試料番号３４〜４０）では、さらに、ツームストーン現象の発生が抑制されることが確認された。また、Ｎｉめっき膜とＳｎめっき膜においては、前者のＮｉめっき膜の厚みの影響が大きく、端面部分のＳｎめっき膜の厚みが側面部分のＳｎめっき膜の厚みより厚い場合にも、側面部分のＮｉめっき膜の厚みが端面部分のＮｉめっき膜の厚みより厚い場合（試料番号３７の場合）には、ツームストーン減少の発生が抑制されることが確認された。

また、Ｎｉめっき膜とＳｎめっき膜の両方が、側面部分において端面部分より厚みが大きい場合（試料番号３３，３４，３８〜４０）には、ツームストーン現象の発生が抑制される効果が確実に得られ、さらに、Ｎｉめっき膜とＳｎめっき膜の両方が、側面部分において端面部分より厚みが１．５倍以上大きい場合（試料番号３８〜４０）には、特に、良好な結果が得られることが確認された。

なお、上記実施例では、積層セラミックコンデンサを例にとって説明したが、本発明は積層セラミックコンデンサに限らず、電子部品素子の両端部に、端面から該端面に続く側面にまで回り込むように配設され、表面にめっき膜が形成された外部電極を備えたチップ型電子部品、例えば、チップ型インダクタ、チップ型バリスタ、チップ型サーミスタ、チップ型抵抗素子およびその他の種々のチップ型電子部品に広く適用することが可能である。

また、上記実施例では、めっき膜がＮｉめっき膜、Ｓｎめっき膜である場合を例にとって説明したが、めっき膜としてＮｉ合金めっき膜、Ｓｎ合金めっき膜を用いるように構成することも可能である。

また、本発明は、Ｎｉめっき膜またはＮｉ合金めっき膜、Ｓｎめっき膜またはＳｎ合金めっき膜の他に、さらに他のめっき膜を備えた構成とすることも可能である。

本発明は、さらにその他の点においても上記実施例に限定されるものではなく、発明の範囲内において種々の応用、変形を加えることが可能である。

上述のように、本発明のチップ型電子部品においては、溶融はんだを用いてプリント回路基板などに実装する場合に、溶融はんだの表面張力によりチップ型電子部品が立ち上がる、いわゆるツームストーン現象の発生を効率よく抑制、防止することができる。
したがって、本発明は、溶融はんだを用いてプリント回路基板などに実装される、チップ型積層セラミックコンデンサ、チップ型インダクタ、チップ型バリスタ、チップ型サーミスタ、チップ型抵抗素子などの種々のチップ型電子部品に広く適用することが可能である。

本発明の一実施形態にかかるチップ型電子部品（積層セラミックコンデンサ）の構成を示す正面断面図である。従来のチップ型電子部品（積層セラミックコンデンサ）の構成を示す正面断面図である。

１セラミック素子（電子部品素子）
２ａ，２ｂ内部電極
３セラミック層
５ａ，５ｂセラミック素子の端面
５ｃセラミック素子の側面（上側面）
５ｄセラミック素子の側面（下側面）
６，７外部電極
６ａ，７ａ外部電極の側面部分
６ｂ，７ｂ外部電極の端面部分
１０積層セラミックコンデンサ
１６ａ，１７ａ外部電極本体
１６ｂ，１７ｂＮｉめっき膜
１６ｃ，１７ｃＳｎめっき膜

Claims

電子部品素子の両端部に、端面から該端面に続く側面にまで回り込むように配設された外部電極本体と、前記外部電極本体の表面に形成されためっき膜とを有する外部電極を備えたチップ型電子部品であって、
前記電子部品素子の側面に回り込んだ前記外部電極の側面部分の表面粗さ：Ｒａ１が１．０μm以下であり、かつ、前記電子部品素子の端面に配設された前記外部電極の端面部分の表面粗さ：Ｒａ２が、前記側面部分の表面粗さ：Ｒａ１より大きく、
前記外部電極の側面部分および前記端面部分の表面を構成する前記めっき膜は同じ材料から形成されているとともに、
前記外部電極本体の表面に形成されためっき膜は、少なくとも外部電極本体の表面に形成されたＮｉまたはＮｉ合金めっき膜と、該ＮｉまたはＮｉ合金めっき膜上に形成されたＳｎめっき膜またはＳｎ合金めっき膜を備えており、かつ、前記外部電極の前記側面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚が、前記端面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚より厚いこと
を特徴とするチップ型電子部品。
前記外部電極の前記端面部分に表面処理を施すことにより、前記端面部分の表面粗さ：Ｒａ２を、前記側面部分の表面粗さ：Ｒａ１より１．２倍以上大きくしたことを特徴とする請求項１記載のチップ型電子部品。
前記外部電極の前記側面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚が、前記端面部分のＮｉまたはＮｉ合金めっき膜厚の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のチップ型電子部品。