JP5239236B2 - 電子部品およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、電子部品およびその製造方法に関するもので、特に、金属端子が外部電極に接合された構造を有する電子部品およびその製造方法に関するものである。

中高圧用途の積層セラミックコンデンサのようなセラミック電子部品として、電子部品素体の両端面に外部電極を形成し、この外部電極に金属板からなる金属端子を接合したものが知られている。従来、外部電極への金属端子の接合ははんだによって行なうことが一般的であった。しかしながら、はんだによる接合は熱衝撃に弱く、リフローはんだ付け法によってセラミック電子部品を実装した場合、外部電極と金属端子とを接合しているはんだが再溶融するという問題もあった。

これを解決するため、たとえば特開２００４−４７６７１号公報（特許文献１）では、Ａｇめっきを施したＣｕ端子を、Ｃｕペーストを介して外部電極と対向するように配置し、Ｃｕペーストを焼き付けることにより、Ａｇ−Ｃｕ合金層を形成し、外部電極と金属端子とを互いに接合するという技術が開示されている。このＡｇ−Ｃｕ合金層の形成は、ＡｇおよびＣｕの相互拡散によってもたらされる。

しかしながら、Ａｇの拡散速度はＣｕの拡散速度より高いため、Ａｇ−Ｃｕ合金層を形成しようとすると、ＡｇとＣｕの相互拡散において、上述した拡散速度の差が問題となる。外部電極のように焼付け導体膜からなる厚膜で形成されているときには問題にならないが、金属端子に形成されためっき膜のような薄膜の場合には、めっき膜を形成するＡｇが外部電極となるべきＣｕペースト層に拡散してしまって、部分的な抜けが生じるというカーケンダルボイドが発生し、十分な接合強度が得られないという問題に遭遇することがある。

なお、上述の問題は、Ａｇめっき膜の厚みを厚くすれば、ある程度解決できるが、Ａｇめっきは、材料費が比較的高いため、このような対策はコスト面から単純には採用できない。

また、特許文献１に記載の接合構造では、リフローはんだ付け法を適用した場合、あるいは実使用環境（特に高温時）においても、Ａｇ−Ｃｕの拡散が進み、接合強度が経時的に下がる可能性がある。

上述の説明は、積層セラミックコンデンサのようなセラミック電子部品について行なったが、金属端子が外部電極に接合された構造を有するものであれば、セラミック電子部品以外の電子部品についても言えることである。
特開２００４−４７６７１号公報

そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る、電子部品およびその製造方法を提供しようとすることである。

この発明は、外部電極が両端面に形成されたチップ状の電子部品素体と、外部電極に接合された金属端子と、外部電極と金属端子との間に形成される、外部電極と金属端子とを接合するための接合部とを備える、電子部品にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。

すなわち、外部電極は、その少なくとも表面がＣｕを主成分とするＣｕ系導体で形成され、金属端子は、その少なくとも表面がＣｕを主成分とするＣｕ系導体で構成され、接合部は、Ｃｕを主成分とする導電性粉末を含有するペーストを焼結させることにより形成されており、外部電極のＣｕ系導体と金属端子のＣｕ系導体とを焼結によって互いに接合していることを特徴としている。

外部電極は、Ｃｕを主成分とする焼付け導体膜から構成されても、あるいは、焼付け導体膜とその表面を覆うように形成されたＣｕめっき膜とを含んでいてもよい。後者の場合、焼付け導体膜は、Ｃｕ以外の金属を主成分としていてもよい。いずれの実施態様であっても、外部電極の少なくとも表面はＣｕ系導体で構成されることになる。

金属端子は、Ｃｕを主成分とする金属材から構成されても、あるいは、導電性母材とその表面に形成されるＮｉめっき膜とその表面に形成されるＣｕめっき膜とを含んでいてもよい。後者の場合、導電性母材はＣｕ以外の金属を主成分としていてもよい。いずれの実施態様であっても、金属端子は、その少なくとも表面がＣｕ系導体で構成されることになる。

金属端子の、少なくとも回路基板とはんだ付けされる部分の表面は、抗酸化処理が施されていることが好ましい。

また、金属端子は、外部電極に対して面対向する平板部を備え、この平板部には応力緩和のためのスリットが設けられていることが好ましい。

この発明は、電子部品の製造方法にも向けられる。この発明に係る電子部品の製造方法では、少なくとも表面がＣｕを主成分とするＣｕ系導体で構成された外部電極が両端面に形成された、チップ状の電子部品素体、少なくとも表面がＣｕを主成分とするＣｕ系導体で構成された、金属端子、および、Ｃｕを主成分とする導電性粉末を含有する接合用ペーストがそれぞれ用意される。そして、接合用ペーストを介して、外部電極と金属端子とを互いに対向するように配置し、この状態を維持しながら、還元性雰囲気中で接合用ペーストを焼結させて、外部電極と金属端子とを互いに接合する工程が実施される。

電子部品素体を用意する工程は、電子部品素体の両端面に導電性ペーストを塗布して焼き付けることにより、焼付け導体膜を形成する工程と、その後、焼付け導体膜の表面を覆うようにＣｕめっき膜を形成する工程とを含んでいてもよい。

金属端子を用意する工程は、導電性母材を用意する工程と、導電性母材の表面にＮｉめっき膜を形成する工程と、Ｎｉめっき膜の表面にＣｕめっき膜を形成する工程とを含むことが好ましい。

この発明に係る電子部品の製造方法は、外部電極と金属端子とを互いに接合する工程の後に、金属端子の、少なくとも回路基板とはんだ付けされる部分の表面に、抗酸化処理を施す工程をさらに備えることが好ましい。

この発明によれば、接合部においてＣｕ−Ｃｕの固相焼結が生じ、この固相焼結によって金属端子が外部電極に十分な接合強度をもって接合される。したがって、カーケンダルボイド発生の懸念は回避される。そして、接合のための熱処理温度を上げることは、焼結が進む方向に作用し、その結果、接合強度をむしろ高めることになる。これらのことから、接合部における耐熱性を高め、かつ拡散による接合強度の低下の問題に遭遇することはなく、したがって、焼付けのための熱処理時や実使用環境での温度サイクルの双方において生じ得る、経時的な接合強度低下の懸念をなくすことができる。また、Ａｇめっきを用いないので、材料費の低減を図ることができる。

この発明において、外部電極がＣｕを主成分とする焼付け導体膜から構成されると、外部電極における電気抵抗を低くすることができ、その結果、電子部品の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を低くすることができる。

他方、外部電極が焼付け導体膜とその表面を覆うように形成されたＣｕめっき膜とを含む場合、焼付け導体膜についてＣｕ以外のたとえばＡｇを主成分とすることができるので、外部電極に接続される内部電極がＰｄまたはＡｇ−Ｐｄを主成分とする電子部品にも問題なく対応することができる。

金属端子がＣｕを主成分とする金属材から構成されると、金属端子の電気抵抗を低くすることができ、その結果、電子部品のＥＳＲを低くすることができる。

金属端子が導電性母材とその表面に形成されるＮｉめっき膜とその表面に形成されるＣｕめっき膜とを含んでいると、Ｎｉめっき膜が導電性母材に含まれる成分の拡散を防止するためのバリア層として機能し、そのため、金属端子のはんだ濡れ性低下を抑制することができる。

金属端子に抗酸化処理が施されていると、少なくとも表面のＣｕ系導体の酸化を抑制することができ、十分なはんだ濡れ性を確保することができる。

金属端子の平板部にスリットが設けられていると、たとえばセラミックをもって構成される電子部品素体と金属端子との間での線膨張係数の差により生じる応力を緩和することができ、そのため、電子部品素体におけるクラック発生を抑制することができる。

図１は、この発明の第１の実施形態による電子部品１の外観を示す斜視図である。図２は、図１に示した電子部品１の一部を拡大して示す断面図である。

電子部品１は、中高圧用途の積層セラミックコンデンサを構成するもので、チップ状の電子部品素体２を備えている。電子部品素体２は、一例として、長さ５．７ｍｍ、幅５．０ｍｍおよび厚み２．５ｍｍの寸法を有している。電子部品素体２は、図２に示すように、積層された複数のセラミック層３と内部電極４および５とを交互に積層した積層構造を有している。内部電極４および５のうち、内部電極４は、電子部品素体２の図２に示した一方の端面６にまで引き出され、内部電極５は、図２では図示されない他方の端面７（図１参照）にまで引き出されている。これら内部電極４と内部電極５とは積層方向に関して交互に配置されている。内部電極４および５はたとえばＮｉを主成分としている。

電子部品２の端面６および７には、それぞれ、内部電極４および５に電気的に接続される外部電極８および９が形成されている。外部電極８および９は、その少なくとも表面がＣｕを主成分とするＣｕ系導体で構成される。典型的な実施態様では、外部電極８および９は、Ｃｕを主成分とする焼付け導体膜から構成される。なお、Ｃｕを主成分とする焼付け導体膜に代えて、たとえば、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、ＡｌまたはＡｕを主成分とする焼付け導体膜が用いられてもよい。この場合、焼付け導体膜の表面を覆うようにＣｕめっき膜が形成される。

外部電極８および９には、それぞれ、金属端子１０および１１が接合される。金属端子１０および１１は、外部電極８および９の各々に対して面対向する平板部１２および１３と、平板部１２および１３の各下端縁から直交する方向に延び、回路基板（図示せず。）に対する接続部となる接続端部１４および１５とを備えている。なお、金属端子１０および１１の図示した形状は一例にすぎず、用途等に応じて、その他種々の形状を採用することができる。

金属端子１０および１１は、その少なくとも表面がＣｕを主成分とするＣｕ系導体で構成される。図２に一方の金属端子１０について図示されているように、金属端子１０および１１は、典型的な実施態様では、導電性母材１６とその表面に形成されるＮｉめっき膜１７とその表面に形成されるＣｕめっき膜１８とを備えている。導電性母材１６は、好ましくは、ばね用リン青銅から構成される。導電性母材１６の材料として、ばね用リン青銅に代えて、他のリン青銅、ベリリウム銅、黄銅等の銅合金、無酸素銅、４２アロイ、コバール等のＮｉ系合金またはＦｅ系合金を用いることもできる。

Ｎｉめっき膜１７は、たとえば３μｍの厚みをもって形成される。Ｎｉめっき膜１７は、後述する焼付け工程において、導電性母材１６に含まれる成分がＣｕめっき膜１８にまで拡散し、Ｃｕめっき膜１８のはんだ濡れ性の低下を抑制するバリア層として機能する。導電性母材１６が前述したリン青銅から構成される場合、Ｎｉめっき膜１７はＳｎの拡散を防止する。

Ｃｕめっき膜１８は、たとえば５μｍの厚みとされる。なお、金属端子１０および１１が、たとえば無酸素銅のようなＣｕを主成分とする金属材から構成される場合、Ｃｕめっき膜１８は形成されなくてもよく、したがって、Ｎｉめっき膜１７も形成される必要がない。

図２において、各々一方の外部電極８および金属端子１０が図示されているように、電子部品１は、外部電極８および９と金属端子１０および１１とをそれぞれ接合するための接合部１９を備えている。接合部１９は、Ｃｕを主成分とし、かつ外部電極８および９のＣｕ系導体と金属端子１０および１１のＣｕ系導体とを焼結によって互いに接合している。

上記外部電極８および９のＣｕ系導体とは、この実施形態では、外部電極８および９を構成するＣｕを主成分とする焼付け導体膜であり、金属端子１０および１１のＣｕ系導体とは、この実施形態では、Ｃｕめっき膜１８である。

接合部１９は、Ｃｕを主成分とする導電性粉末を含有する接合用ペーストを焼結させることによって得られるものであり、この接合部１９においては、Ｃｕ−Ｃｕの固相焼結が生じている。接合用ペーストとして、たとえば、平均粒径１．３μｍであって、真球度が１．２〜２．４の球形の銅粉末、Ｂａ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等のガラス成分、ならびに有機ビヒクルを混練して得られたものが用いられる。

金属端子１０および１１の、少なくとも回路基板（図示せず。）とはんだ付けされる部分（たとえば、接続端部１４および１５ならびにその近傍）の表面は、抗酸化処理が施されている。抗酸化処理には、たとえばベンゾトリアゾール系防錆剤が用いられる。このベンゾトリアゾール系防錆剤による抗酸化処理にあたっては、ベンゾトリアゾール系防錆剤の希釈水溶液に少なくとも金属端子１０および１１の所定部分を浸漬させる方法、あるいは、ベンゾトリアゾール系防錆剤を気化させて金属端子１０および１１の所定の部分に付着させる方法を採用することができる。ベンゾトリアゾール系防錆剤による抗酸化処理によれば、金属端子１０および１１の酸化を防止するとともに、酸化膜の除去にも効果があることが確認されている。

次に、電子部品１の製造方法の具体例について説明する。

まず、少なくとも表面がＣｕを主成分とするＣｕ系導体で構成された外部電極８および９が端面６および７にそれぞれ形成された、チップ状の電子部品素体２が用意される。この場合、外部電極８および９は、通常、Ｃｕを含む導電性ペーストを電子部品素体２の両端面６および７にディップ法または転写法を適用して塗布し、８００〜９００℃の温度で焼き付けることにより形成される。

あるいは、適宜の焼付け導体膜を上述のような方法で形成し、その後、焼付け導体膜の表面を覆うようにＣｕめっき膜を形成してもよい。この方法を採用すれば、Ｃｕ以外の金属を含む導電性ペーストを用いることができるので、Ｃｕ以外の金属を主成分とする焼付け導体膜が形成される場合にも対応することができる。

他方、少なくとも表面がＣｕを主成分するＣｕ系導体で構成された、金属端子１０および１１が用意されるとともに、Ｃｕを主成分とする導電性粉末を含有する接合用ペーストが用意される。金属端子１０および１１ならびに接合用ペーストの詳細については前述したとおりである。

次に、電子部品素体２が固定され、外部電極８および９上に、スクリーン印刷法によって、あるいはディスペンサーを用いて、上述した接合用ペーストが塗布され、次いで、金属端子１０および１１が、それぞれ、外部電極８および９に向かって押し付けられる。

そして、このように、接合用ペーストを介して、外部電極８および９と金属端子１０および１１とが互いに対向するように配置された状態が、適当なホルダ（図示せず。）によって維持され、この状態で、たとえば１５０℃の温度を２０分間付与することによって、接合用ペーストが乾燥される。接合用ペーストが乾燥すれば、金属端子１０および１１からホルダを取り外しても、金属端子１０および１１は電子部品素体２に仮固定された状態が維持される。

次に、接合用ペーストを焼結させて、外部電極８および９と金属端子１０および１１とをそれぞれ互いに接合するための焼付け工程が実施され、それによって、接合部１９が形成される。この焼付け工程では、たとえば６４０℃の温度が適用され、焼付けの雰囲気は、たとえば窒素雰囲気であって、酸素分圧濃度が１ｐｐｍ以下といった還元性雰囲気に選ばれる。

次に、金属端子１０および１１の、少なくとも回路基板とはんだ付けされる部分の表面に、抗酸化処理が施される。抗酸化処理が、前述したベンゾトリアゾール系防錆剤への浸漬によって行なわれる場合、一例として、ベンゾトリアゾール０．１重量％水溶液が用意され、この水溶液に電子部品１を丸ごと５分間浸漬させることが行なわれる。

以上のようにして、電子部品１が完成される。

図３は、この発明の第２の実施形態による電子部品１ａの外観を示す斜視図である。図３において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図３に示した電子部品１ａは、金属端子１０ａおよび１１ａにおける、外部電極８および９に対して面対向する平板部１２および１３に、スリット２０および２１が設けられていることを特徴としている。

これらスリット２０および２１は、応力緩和のために設けられる。すなわち、接合部１９を形成するための接合用ペーストの焼付け工程において、前述したように、たとえば６４０℃といった高い温度が付与される。そのため、セラミックをもって構成される電子部品素体２と金属端子１０ａおよび１１ａとの間での線膨張係数の差により、電子部品素体２に比較的大きな応力が生じ、これによって、電子部品素体２にクラックがもたらされることがある。スリット２０および２１は、焼付け工程の後に電子部品素体２に生じる応力を小さくするように作用し、その結果、電子部品素体２にクラックが発生することを抑制できる。

スリット２０および２１の形状に関して、図３では、逆Ｔ字状をなしていたが、その他種々に変更することができる。

次に、この発明において扱われる、少なくとも表面がＣｕを主成分とするＣｕ系導体で構成された金属端子についての好ましい処理方法を見出すために実施した実験例について説明する。

まず、金属端子の試験片として、折り曲げ部のない平板状のものであって、ばね用リン青銅を導電性母材とし、その表面にＮｉめっき膜を形成し、さらにその表面にＣｕめっき膜を形成したものを用意した。ここで、Ｃｕめっき膜の厚みは５μｍとし、他方、Ｎｉめっき膜１７については、表１に示すように、厚み１μｍのものと厚み３μｍのものとを用意した。

このような試験片に対して、表１の「処理内容」の欄に示すような処理を施し、はんだ濡れ性を評価するため、表１に示すように、「ゼロクロスタイム」を測定した。

上記「ゼロクロスタイム」とは、試験片がはんだ浴に浸漬してから、はんだ浴から受ける力が０となるまでの時間を示し、これが短いほど、はんだ濡れ性が良好であると判断される。この実験例では、はんだ浴において、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだを用い、はんだ浴温度を２６０℃に設定し、また、試験片の浸漬深さを０．２ｍｍとした。

表１を参照して、未処理の試料１では、ゼロクロスタイムが１．２８秒であるのに対し、大気中、６４０℃で熱処理を施した試料２では、ゼロクロスタイムが４．８３秒と長くなり、はんだ濡れ性が劣化したことがわかる。また、Ｎ_２雰囲気中、６４０℃で熱処理を施した試料３では、ゼロクロスタイムが３．１０秒となり、試料２に比べて短くなった。このことから、はんだ濡れ性をできるだけ良好に保つためには、Ｎ_２雰囲気のような還元性雰囲気で熱処理すなわち焼付けを実施する方が好ましいことがわかる。

次に、試料４では、Ｎｉめっき膜の厚みが３μｍと厚くされている。そのため、熱処理を試料３と同様の条件で行なっても、ゼロクロスタイムが１．８８秒と短くすることができた。このことから、Ｎｉめっき膜の厚みを厚くすれば、導電性母材に含まれる成分のＣｕめっき膜への拡散を防止し、はんだ濡れ性の劣化を防止する効果が高められることがわかる。

次に、試料５では、試料４と比較して、熱処理の後、さらにベンゾトリアゾール系防錆剤による防錆処理を施した点において異なっている。防錆処理を行なった試料５によれば、ゼロクロスタイムを１．７６秒とさらに短くすることができた。このことから、防錆処理は、試料片の酸化を防止するとともに、酸化膜の除去にも効果があることがわかる。

この発明の第１の実施形態による電子部品１の外観を示す斜視図である。 図１に示した電子部品１の金属端子１０が取り付けられた部分を拡大して示す断面図である。 この発明の第２の実施形態による電子部品１ａの外観を示す斜視図である。

符号の説明

１，１ａ 電子部品
２ 電子部品素体
６，７ 端面
８，９ 外部電極
１０，１１，１０ａ，１１ａ 金属端子
１２，１３ 平板部
１６ 導電性母材
１７ Ｎｉめっき膜
１８ Ｃｕめっき膜
１９ 接合部
２０，２１ スリット

Claims (11)

1. 外部電極が両端面に形成されたチップ状の電子部品素体と、前記外部電極に接合された金属端子と、前記外部電極と前記金属端子との間に形成される、前記外部電極と前記金属端子とを接合するための接合部とを備え、
   前記外部電極は、その少なくとも表面がＣｕを主成分とするＣｕ系導体で構成され、
   前記金属端子は、その少なくとも表面がＣｕを主成分とするＣｕ系導体で構成され、
   前記接合部は、Ｃｕを主成分とする導電性粉末を含有するペーストを焼結させることにより形成されており、前記外部電極のＣｕ系導体と前記金属端子のＣｕ系導体とを焼結によって互いに接合している、
   電子部品。
2. 前記外部電極は、Ｃｕを主成分とする焼付け導体膜からなる、請求項１に記載の電子部品。
3. 前記外部電極は、焼付け導体膜とその表面を覆うように形成されたＣｕめっき膜とを含む、請求項１に記載の電子部品。
4. 前記金属端子は、Ｃｕを主成分とする金属材からなる、請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品。
5. 前記金属端子は、導電性母材とその表面に形成されるＮｉめっき膜とその表面に形成されるＣｕめっき膜とを含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品。
6. 前記金属端子の、少なくとも回路基板とはんだ付けされる部分の表面は、抗酸化処理が施されている、請求項１ないし５のいずれかに記載の電子部品。
7. 前記金属端子は、前記外部電極に対して面対向する平板部を備え、前記平板部には、応力緩和のためのスリットが設けられている、請求項１ないし６のいずれかに記載の電子部品。
8. 少なくとも表面がＣｕを主成分とするＣｕ系導体で構成された外部電極が両端面に形成された、チップ状の電子部品素体を用意する工程と、
   少なくとも表面がＣｕを主成分とするＣｕ系導体で構成された、金属端子を用意する工程と、
   Ｃｕを主成分とする導電性粉末を含有する接合用ペーストを用意する工程と、
   前記接合用ペーストを介して、前記外部電極と前記金属端子とを互いに対向するように配置し、この状態を維持しながら、還元性雰囲気中で前記接合用ペーストを焼結させて、前記外部電極と前記金属端子とを互いに接合する工程と
   を備える、電子部品の製造方法。
9. 前記電子部品素体を用意する工程は、前記電子部品素体の両端面に導電性ペーストを塗布して焼き付けることにより、焼付け導体膜を形成する工程と、その後、前記焼付け導体膜の表面を覆うようにＣｕめっき膜を形成する工程とを含む、請求項８に記載の電子部品の製造方法。
10. 前記金属端子を用意する工程は、導電性母材を用意する工程と、前記導電性母材の表面にＮｉめっき膜を形成する工程と、前記Ｎｉめっき膜の表面にＣｕめっき膜を形成する工程とを含む、請求項８または９に記載の電子部品の製造方法。
11. 前記外部電極と前記金属端子とを互いに接合する工程の後に、前記金属端子の、少なくとも回路基板とはんだ付けされる部分の表面に、抗酸化処理を施す工程をさらに備える、請求項８ないし１０のいずれかに記載の電子部品の製造方法。

Images