JP4853751B2 - めっき膜厚均一性に優れた電子部品の製造方法 - Google Patents

めっき膜厚均一性に優れた電子部品の製造方法 Download PDF

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【発明の属する技術分野】
【0001】
本発明は、セラミック基体に下地層と、当該下地層の表面に電解めっきで形成される導体層を有する外部電極を備えた電子部品とその製造方法に関し、特にはめっき膜厚均一性に優れた電子部品とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話に代表される移動体通信等の高周波機器の発展と普及に伴い、誘電体セラミックを基体としたチップコンデンサやLCフィルタ等の電子部品が急激に普及するようになった。これらの電子部品はAg,Cu等からなる外部電極を有しているが、電子部品を回路基板に実装半田付けする際に、Agでは溶融半田に溶解して外部電極が痩せて行く、いわゆる「はんだ食われ」という問題が生じる。そこで、ニッケル、ニッケル−P合金の導体層をバリア層として前記下地層の表面に形成するのが一般である。またCuはAgと比較すると溶融半田に対する溶解度は小さいが、信頼性の観点から同様にニッケル等のバリア層を形成することが行われているが、前記ニッケル、ニッケル−P合金、Cu等は溶融半田をよく濡らすことが出来ず、必要な半田付け強度が得られないため、「半田濡れ性」を高めるために更にSn又はSn−Pbからなる半田をめっきすることが一般的に行われている。これら導体層はバレル浴を用いた電解めっき法により形成される場合が多いが、外部電極にめっきするにはセラミックは導通性が無いため、ダミーボールと呼ばれる金属球と電子部品をバレルに混合装入して同時にめっき液に浸漬し、前記金属球を介在して外部電極に通電している。
【0003】
ところで、このような外部電極を形成した電子部品のひとつとして、図1に示すように、コンデンサ、伝送線路を内蔵したセラミック基板にダイオード、チップコンデンサ、チップ抵抗を搭載した複合電子部品100が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記複合電子部品100の外部電極は直流的に図2に破線で示すように接続され、例えば外部電極1は他の外部電極12,14,16,I,M,N,Pと直流的に接続し、外部電極2は外部電極Kと接続する。このように、一つの電子部品において外部電極間の接続状態は一様ではない。その結果、めっきの際に外部電極に通電する役目を担う金属球との接触確率が各外部端子で異なることとなり、外部端子間でめっき膜厚のばらつきが生じる。
また前記金属球は、溶融した金属を油中に滴下したり線材を加熱し油中に投入することにより作成されることが多いが、このような製造方法で作られた金属球は直径のばらつきが大きいものが多い。このような直径バラツキが大きく、直径の大きな物を含有している金属球をダミーボールとして用いると、ダミーボールと外部電極との接触がスムーズに行われなくなり、めっき膜形成が遅くなり、膜厚ばらつきの大きなめっき膜が形成されるのを助長する。
また、金属球としては鉄ボールにニッケルめっきを施した物が多く用いられていが、このようなダミーボールではニッケルめっき被膜のピンホールから、鉄などの金属がめっき液中に溶けだしめっき液を汚染してしまい、溶け出した金属がめっき皮膜中に共析して、外部電極への正常なめっき被膜の形成を妨げる。
【0005】
「はんだ食われ」を防ぐのにニッケル、ニッケル−P合金の導体層を前記下地層の表面に形成してバリア層として機能させるには、少なくとも1μm以上の膜厚が必要となる。一方ニッケル、ニッケル−P合金めっき膜は下地層に圧縮又は引張応力を作用させるために、めっき膜が厚くなると下地層のセラミック基体との密着強度を減少させたりするが、前記電子部品では膜厚を10μm以下とすればよいことが、本発明者等が種々検討を行う中で明らかになっている。しかしながら、前記のように一つの電子部品において外部電極のめっき膜厚が大きくばらつくため、めっき膜厚を1μm以上10μm以下とすることが困難であった。
また、「半田濡れ性」を高めるように前記導体層にSnを含有するめっき層を表面層として具備する場合には、その膜厚が3μm未満であると導体層を形成する金属とSnとが不動体合金膜を形成して、所望の半田濡れ性を得ることが出来ない。したがって、めっき処理時間を適宜調整して3μm以上のめっき膜厚を得ようとすれば、必然的にめっき工程時間が増加してしまうという問題があった。
そこで本発明の目的は、めっき膜厚均一性に優れた電子部品とその製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミック基体に複数の外部電極を有し、前記外部電極間の接続状態が複数の形態を有する電子部品の製造方法であって、前記外部電極はセラミック基体に形成される下地層と、当該下地層の表面に電解めっきで形成される導体層からなり、前記導体層をバレルめっきにより形成し、前記セラミック基体と混合装入する金属球として、均一液滴噴霧法で作製した平均粒径が0.1mm〜0.48mmの金属球を用い、前記金属球はSnを主成分とし、前記金属球由来のFeによるめっき浴の汚染が無いことを特徴とするめっき膜厚均一性に優れた電子部品の製造方法である。
前記金属球の直径の標準偏差0.05mm以下であることが好ましい。
また本発明は、前記導体層として、ニッケルめっき浴にて下地層の表面に膜厚の標準偏差が1.1μm以下のニッケルめっき膜を形成し、半田めっき浴にて前記ニッケルめっき膜上に膜厚の標準偏差が3.4μm以下の半田めっき膜を形成するめっき膜厚均一性に優れた電子部品の製造方法である。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の電子部品の製造方法においては、セラミック基体に形成された下地層の表面に形成される導体層を電解めっきで形成するが、その際に、バレルにセラミック基体と混合装入するダミーボールの直径を0.1mm〜1.0mmとしている。0.1mm 未満であるとダミーボール同士の間隙にめっき液が染みこまず正常な被膜が形成されず、また取り扱いも困難である。ダミーボール直径が1.0mmよりも大きいと外部電極への接触頻度が低下し被膜の形成が遅く、また膜厚のバラツキの大きな膜が形成される。また、ここで使用するダミーボールの粒径分布の標準偏差を0.2mm以内としている。標準偏差0.2mm超だと、それぞれの外部電極の電流密度分布にばらつきが生じ、均一なめっき膜を形成することが困難となる。この様にダミーボールは直径が小さく、その直径バラツキの小さなダミーボールを使うことで、膜厚のバラツキが小さくなり、前記導体層の膜厚の分布における標準偏差が15μm以下としためっき膜厚均一性に優れた電子部品を得ることが出来る。
また、前記の粒径・粒径分布の標準偏差を有するダミーボールとして均一液滴噴霧(UDS)法で作製したSnを主成分とする金属球を用いた。この方法によれば、前記金属球の直径の分布における標準偏差が0.05mm以下という、ばらつきの小さな金属球を得ることが出来る。このダミーボールを用いることで、Feを主成分とするダミーボールの様にめっき被膜を形成して異種金属の溶けだしを防ぐ必要が無くコスト的に優位である。まためっき浴に異種の金属が溶けだし、浴不純物として作用し正常な被膜形成を妨げられる事が無くなる。ダミーボールの素材としては例えば、外部電極にSnを主成分とするめっきを施す場合はSnを主成分とすることが望ましい。具体的な合金元素としては、Ag, Cu, Bi, Zn等の元素が例として挙げられる。
【0008】
【実施例】
(実施例1)
本発明について一実施例を示し説明する。
まず、アルミナを主成分とするセラミックグリーンシートを作製した。そして、このセラミックグリーンシートの表面に、主にAgを主成分とする電極用ペーストをスクリーン印刷法により印刷して内部電極を形成した。印刷パターンの異なる内部電極を形成したセラミックグリーンシートを複数枚数積層して圧着し、積層体ブロックを得た。この積層体ブロックを積層方向に切断し、チップ状の積層体を作製した。このチップ状の積層体を、空気中で900℃にて1時間焼成して、セラミック基体とした。その後、側面に内部電極が露出するようにバレル研磨を行い、続いてセラミック基体の側面、上面にAgを主成分とする下地層を形成して、内部電極と電気的に接続させた。この下地層上に直径の平均粒径が0.48mm、標準偏差0.02mmのSnを主成分としたダミーボールを用いて、ワット浴成分のニッケルめっき浴で、電解めっきを行いニッケルめっき膜を形成した。
なおニッケルめっき条件は次の通りである。
ダミ−ボール4kgと作成した試料2500個を秤量の後、めっき用バレル容器に投入した。バレル容器内には電気的導通を確保するための電極が設けられている。この、製品とダミーボールを投入したバレル容器を前記のめっき液中に浸漬し、5rpmの速度で回転させた。また、同時に0.3A/dm2の電流を100分間印可することによりニッケルめっきを行い、その後、水洗を行った。
以上により作製した電子部品を1000個抜き取り、その全外部端子のニッケルめっき膜厚について蛍光X線膜厚計(セイコーインスツルメンツ社製、型式SFT3000)により測定し、膜厚の最大値、最小値、バラツキの標準偏差を評価した。
(実施例2)
また他の実施例として、ダミーボールを直径の平均粒径を0.31mm、標準偏差0.02mmのSnを主成分としたダミーボールとして、ワット浴成分のニッケルめっき浴で、電解めっきを行いニッケルめっき膜を形成した。他の条件、評価は実施例1と同一なのでその説明を省く。
(比較例1)
セラミック基体の側面、上面に形成したAgを主成分とする下地層上に、直径の平均粒径が1.5mm、標準偏差0.65mmのFeを主成分とし、表面にニッケルめっきを施したダミーボールを用いて、ワット浴成分のニッケルめっき浴で、電解めっきを行いニッケルめっき膜を形成した。他の条件、評価は実施例1と同一なのでその説明を省く。
【009】
上記ニッケルめっき膜厚の評価、めっき浴中のFe濃度について表1に示す。
【0010】
【表1】
【0011】
本実施例のごとく、めっきを施した場合のニッケルめっき膜厚の標準偏差は、0.7μm〜1.1μmであり、1μm以下10μm以上のめっき膜厚の端子は全くなかった。一方、比較例の場合では、ニッケルめっき膜厚の標準偏差が3.7μmであり、1μm以下めっき膜厚が1.1%、10μm以上のめっき膜厚が1.7%発生した。
(実施例3)
実施例1と同様にして作成したニッケルめっき膜上に、直径の平均粒径が0.48mm、標準偏差0.02mmのSnを主成分としたダミーボールを用いて、半田めっき膜を形成した。なお半田めっき浴は不純物であるFeが0.01ppm以下で、外部端子にスズと鉛が9:1で析出する浴を使用した。
なお半田めっき条件は次の通りである。
ダミ−ボール4kgと作成した試料2500個を秤量の後、めっき用バレル容器に投入した。バレル容器内には電気的導通を確保するための電極が設けられている。この、製品とダミーボールを投入したバレル容器を前記のめっき液中に浸漬し、5rpmの速度で回転させた。また、同時に0.3A/dm2の電流を100分間印可することにより半田めっきを行い、その後、水洗を行った。
半田めっき膜厚についてもニッケルめっき同様測定し、膜厚の最大値、最小値、バラツキの標準偏差を評価した。また半田めっき後、外部電極を形成したセラミック基体を220℃の溶融した半田に3秒浸漬した後、端子の外観を拡大鏡にて観察し、半田濡れ性を評価した。また、10万個の半田めっきが終了した後の、半田めっき液中の成分分析を行った。
(実施例4)
また他の実施例として、ダミーボールを直径の平均粒径を0.31mm、標準偏差0.02mmのSnを主成分としたダミーボールとして半田めっき膜を形成した。他の条件、評価は実施例3と同一なのでその説明を省く。
(比較例2)
ダミーボールを直径の平均粒径を1.5mm、標準偏差0.65mmのFeを主成分とし、表面にニッケルめっきを施したダミーボールを用いてダミーボールとして半田めっき膜を形成した。他の条件、評価は実施例3と同一なのでその説明を省く。
【0012】
上記半田めっき膜厚の評価、半田濡れ性の評価、めっき浴中のFe濃度について表2に示す。
【0013】
【表2】
【0014】
本実施例のごとく、めっきを施した場合の半田めっき膜厚の標準偏差は、2.1〜3.4μmであり、3μm以下のめっき膜厚の端子は全くなく、半田濡れ性不良の発生はなかった。また、ニッケルめっき後にニッケルめっき浴中の異種不純物であるFeは検出されなかった。一方、比較例のものでは半田めっき膜厚の標準偏差が16.7μmであり、3μm以下のめっき膜厚の外部端子が35%発生し、半田濡れ性不良が11%発生した。まためっき液中の異種不純物であるFe濃度は121ppm増加した。
【0015】
【発明の効果】
本発明によれば、めっき膜厚均一性に優れた電子部品とその製造方法を提供することできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る電子部品である。
【図2】 本発明の一実施例に係る電子部品の外部電極接続図である。
【符号の説明】
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 外部端子
A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,O,P 外部端子

Claims (3)

  1. セラミック基体に複数の外部電極を有し、前記外部電極間の接続状態が複数の形態を有する電子部品の製造方法であって、
    前記外部電極はセラミック基体に形成される下地層と、当該下地層の表面に電解めっきで形成される導体層からなり、前記導体層をバレルめっきにより形成し、前記セラミック基体と混合装入する金属球として、均一液滴噴霧法で作製した平均粒径が0.1mm〜0.48mmの金属球を用い、
    前記金属球はSnを主成分とし、前記金属球由来のFeによるめっき浴の汚染が無いことを特徴とするめっき膜厚均一性に優れた電子部品の製造方法。
  2. 前記金属球の直径の標準偏差が0.05mm以下であことを特徴とする請求項1に記載のめっき膜厚均一性に優れた電子部品の製造方法。
  3. 前記導体層として、ニッケルめっき浴にて下地層の表面に膜厚の標準偏差が1.1μm以下のニッケルめっき膜を形成し、半田めっき浴にて前記ニッケルめっき膜上に膜厚の標準偏差が3.4μm以下の半田めっき膜を形成したことを特徴とする請求項2に記載のめっき膜厚均一性に優れた電子部品の製造方法。
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