JP5493328B2 - 積層型電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、積層型電子部品およびその製造方法に関するものであり、特に、外部電極が積層体の外表面上に、直接、めっきを施すことにより形成された、積層型電子部品およびその製造方法に関するものである。

図６に示すように、積層コンデンサに代表される積層型電子部品１０１は、一般に、積層された複数の絶縁体層１０３と、絶縁体層１０３間の界面に沿って形成された複数の層状の内部電極１０４および１０５とを含む、積層体１０２を備えている。積層体１０２の一方および他方の端面１０６および１０７には、それぞれ、複数の内部電極１０４および複数の内部電極１０５の各端部が露出していて、これら内部電極１０４の各端部および内部電極１０５の各端部を、それぞれ、互いに電気的に接続するように、外部電極がそれぞれ形成されている。

外部電極の形成にあたっては、一般に、金属成分とガラス成分とを含む金属ペーストを積層体１０２の端面１０６および１０７上に塗布し、次いで焼き付けることにより、ペースト電極層１０８および１０９がまず形成される。次に、ペースト電極層１０８、１０９上に、たとえばＮｉを主成分とする第１のめっき層１１０、１１１が形成され、さらにその上に、たとえばＳｎを主成分とする第２のめっき層１１２、１１３が形成される。すなわち、外部電極の各々は、ペースト電極層１０８、１０９、第１のめっき層１１０、１１１、および第２のめっき層１１２、１１３の３層構造より構成される。

外部電極は、積層型電子部品１０１がはんだを用いて基板に実装される際に、はんだとの濡れ性が良好であることが求められる。同時に、外部電極に対しては、互いに電気的に絶縁された状態にある複数の内部電極を互いに電気的に接続する役割が求められる。はんだ濡れ性の確保の役割は、上述した第２のめっき層１１２、１１３が果たしており、内部電極１０３および１０４相互の電気的接続の役割は、ペースト電極層１０８、１０９が果たしている。第１のめっき層１１０、１１１は、はんだ接合時のはんだ喰われを防止する下地としての役割を果たしている。

しかし、ペースト電極層１０８、１０９は、その厚みが数十μｍ〜数百μｍと大きい。したがって、この積層型電子部品１０１の寸法を一定の規格値に収めるためには、このペースト電極層の体積を確保する必要が生じる分、不所望にも、静電容量確保のための実効体積を減少させる必要が生じる。一方、第１のめっき層１１０、１１１および第２のめっき層１１２、１１３はその厚みが数μｍ程度であるため、仮にめっき層のみで外部電極を構成できれば、静電容量確保のための実効体積をより多く確保することができる。

たとえば、特開昭６３−１６９０１４号公報（特許文献１）には、積層体の、内部電極が露出した側壁面の全面に対し、側壁面に露出した内部電極が短絡されるように、無電解めっきによって導電性金属層を析出させる方法が開示されている。
特開昭６３−１６９０１４号公報

特許文献１に記載の積層型電子部品の場合、内部電極が貴金属である場合は、特に問題なくめっき析出が起こり、めっき層が形成されるものと思われる。

しかしながら、内部電極がＮｉやＣｕのような卑金属の場合は、内部電極の各端部が酸化してしまい、めっき析出が起こり難く、均一なめっき層が形成されにくいという問題があった。この問題を防ぐには、内部電極の各端部を研磨して酸化膜を除去したり、あるいは内部電極端部の露出度を高めるなどの方法もあるが、いずれも制御が煩雑になるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、上記のような問題を解決し得る、積層型電子部品、および積層型電子部品の製造方法を提供しようとすることである。

すなわち、本発明の積層型電子部品の製造方法は、積層された複数の絶縁体層および前記絶縁体層間の界面に沿って形成された卑金属を主成分とする複数の内部電極を含み、前記内部電極の各端部が所定の面に露出している、積層体を用意する工程と、前記積層体を、金属イオンまたは金属錯体を含む液体に浸漬することにより、前記内部電極の各端部をＰｄ、Ａｕ、ＰｔおよびＡｇから選ばれる少なくとも一種を主成分とする厚み０．１μｍ以上の金属膜で被覆する工程と、前記積層体の前記所定の面に露出した複数の前記内部電極の各端部にめっき析出物を析出させ、かつ前記めっき析出物が相互に接続されるように前記めっき析出物をめっき成長させ、それによって、連続しためっき層を形成するよう、前記内部電極の各端部を互いに電気的に接続するめっき層を形成する工程と、を備える。

本発明の積層型電子部品、および本発明の積層型電子部品の製造方法によれば、内部電極の各端部が貴金属で被覆されるため、内部電極の端部表面に酸化膜が存在しない。したがって、内部電極の露出する端面にめっきを行うとき、内部電極の各端部にめっき析出が均一に生じるため、結果として均一なめっき層を得ることができる。

また、内部電極の端部が、内部電極の露出する端面より引っ込んでいた場合でも、上記の貴金属膜をより厚く成膜することにより、内部電極の端部を露出させる工程などを省略することもできる。

すなわち本発明は、積層された複数の絶縁体層および前記絶縁体層間の界面に沿って形成された卑金属を主成分とする複数の内部電極を含み、前記内部電極の各端部が所定の面に露出している、積層体と、前記積層体の前記所定の面上に直接形成され、前記内部電極の各端部を互いに電気的に接続する１層または複数層からなるめっき層と、を備える積層型電子部品において、前記内部電極の各端部が、前記めっき層のうち前記積層体の面上に直接形成されている層の主成分以外の金属であって、Ｐｄ、Ａｕ、ＰｔおよびＡｇから選ばれる少なくとも一種を主成分とする厚み０．１μｍ以上の金属膜に被覆されていることを特徴とする、積層型電子部品である。

まず、図１の断面図に示すように、積層型電子部品１は、積層された複数の絶縁体層３と、絶縁体層３間の界面に沿って形成された複数の層状の内部電極４および５とを含む積層体２を備えている。積層型電子部品１が積層セラミックコンデンサを構成するとき、絶縁体層３は、誘電体絶縁体から構成される。積層体２の一方および他方端面６および７には、それぞれ、複数の内部電極４および複数の内部電極５の各端部が露出していて、これら内部電極４の各端部および内部電極５の各端部を、それぞれ、互いに電気的に接続するように、外部電極としてのめっき層が形成されている。

上記内部電極の主成分金属は卑金属であることが前提であり、たとえば、ＮｉやＣｕ、またはそれらの合金などである。

また、めっき層は１層でも複数層でもよいが、図１の積層セラミックコンデンサでは、第１のめっき層８および９、第２のめっき層１０および１１、第３のめっき層１２および１３、の３層構造からなっている。これらのめっき層は、電解めっき層であってもよいし無電解めっき層であってもよい。ただし、スパッタ膜や蒸着膜などの真空成膜法によるものやガラス入り金属ペーストを焼き付けたものなどは含まれない。また、各めっき層の金属種は特に限られるものではないが、たとえば、第１のめっき層８および９には、つきまわり性に優れるＣｕ、第２のめっき層１０および１１にははんだ喰われ防止のためのＮｉ、第３のめっき層１２および１３にははんだ濡れ性に優れるＳｎやＡｕなどが好ましい。

ここで、内部電極４および５の端部は、Ｐｄ、Ａｕ、ＰｔおよびＡｇから選ばれる少なくとも一種を主成分とする厚み０．１μｍ以上の金属膜２１で被覆されている（図１では図示せず）。そして、端面６および７の上に形成された第１のめっき層８および９は、この金属膜２１を介して、内部電極４および５との電気的接合がとられている。

このとき、上記の金属膜２１の厚みが０．１μｍ未満であると、内部電極４および５の端部が酸化しやすくなるため、本発明の目的を達成するのが困難になる。

また、内部電極４および５の端部が端面６および７から引っ込んでいても、上記の金属膜２１の厚みを厚くすることで、この引っ込みを補うことができ、内部電極４および５の端部へのめっき析出を促進することができる。

ただし、上記の金属膜２１は、内部電極４および５の端部にのみ形成されていることが好ましく、端面６および７の絶縁体層３上には形成されることは好ましくない。これは、第１のめっき層８および９の固着力が低下するためである。

以上、この発明を、図示した実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他種々の変形例が可能である。

たとえば、この発明が適用される積層型電子部品としては、積層チップコンデンサが代表的であるが、その他、積層チップインダクタ、積層チップサーミスタなどにも適用可能である。

したがって、積層型電子部品に備える絶縁体層は、電気的に絶縁する機能を有していればよく、その材質は特に問われるものではない。すなわち、絶縁体層は、誘電体絶縁体からなるものに限らず、その他、圧電体絶縁体、半導体絶縁体、磁性体絶縁体などからなるものであってもよい。

なお、本発明の積層型電子部品における外部電極は実質的にめっき層のみからなるが、複数の内部電極の接続に直接関わらない部分においてであれば、ペースト電極が形成されていても差し支えない。たとえば、内部電極が露出する端面に隣接する面へも外部電極を延長させたい場合には、厚膜ペースト電極を形成させてもよい。この場合、はんだ実装が行いやすくなるとともに、めっき層の端部からの水分浸入が効果的に防止される。

さらに、図１の積層型電子部品においては、内部電極層の存在する内層部の両外側に保護層は特に設けられてないが、信頼性を考慮して保護層を設けても構わない。この場合、保護層の表面部分には、ダミー電極を露出させることによりめっき層を形成することができる。保護層だけでなく、外部電極の積層体側面への折り返し部分についても同様である。

また、図１においては２端子型の外部電極の例をあげたが、さらに多くの外部電極を有していても構わない。たとえば、外部電極を複数対備えるアレイタイプのものがあげられる。

次に、本発明の積層型電子部品の製造方法について、図１および図２〜５を用いて説明する。図２〜図５は、内部電極４が端面６に露出する箇所を拡大した図である。

まず、図２のように、積層された複数の絶縁体層３および絶縁体層３間の界面に沿って形成された卑金属を主成分とする複数の内部電極４を含み、内部電極４の各端部が端面６にそれぞれ露出している、積層体２が用意される。

次に、この積層体２が、Ｐｄ、Ａｕ、ＰｔおよびＡｇから選ばれる少なくとも一種の金属イオンまたは金属錯体を含む液体に浸漬されると、図３のように、内部電極４の端部にＰｄ、Ａｕ、ＰｔおよびＡｇから選ばれる少なくとも一種を主成分とする金属膜２１が形成される。

この金属膜２１の形成原理は特に限られるものではないが、例えば、内部電極４を構成する卑金属と、金属膜２１を構成する貴金属との置換反応があげられる。もしくは、内部電極４を構成する卑金属が触媒活性を示す還元剤を液体中に含有させておき、この還元剤の作用により金属膜２１を析出形成させてもよい。

また、内部電極４の端部が端面６より引っ込んでいる場合、金属膜２１を厚くすることが好ましい。この場合、前記の置換反応または還元剤による析出に続いて、内部電極に電圧を印加することにより金属イオン、金属錯体を強制的に析出させ、金属膜２１の厚みを稼いでもよい。

次いで、積層体２の端面６に露出した内部電極４の各端部を互いに電気的に接続するように、積層体２の端面６上に第１のめっき層８を形成する工程が実施される。

図３における金属膜２１の形成された積層体２に対し第１のめっき層８を形成する工程において、まず、積層体２の端面６に露出した内部電極４の各端部、すなわち金属膜２１の上に、図４のようにめっき析出物３１を析出させる。そして、隣り合うめっき析出物３１が相互に接続されるように、めっき析出物３１をめっき成長させ、それによって、図５のように、連続した第１のめっき層８が端面６上に直接形成される。

このように、本発明における第１のめっき層８および９を形成するためのめっき方法は、めっき析出物の成長力および展性の高さを利用したものである。よって、隣り合う内部電極間の厚みが５０μm以下、望ましくは２０μｍ以下、さらに望ましくは１０μｍ以下である場合、上述のめっき析出物が互いに成長して接続しやすくなるので好ましい。

また、第１のめっき層８および９を形成するためのめっき方法は、電解めっきでも無電解めっきでもよい。無電解めっきである場合、金属膜２１の金属種が、無電解めっき液中の還元剤に対し触媒活性を有していれば問題ない。仮に、金属膜２１の金属種が還元剤に対し触媒活性を有していなくとも、触媒活性を有する金属片をバレルめっきの攪拌媒体に用いることで、内部電極４および５の端部を触媒活性化させることができる。

このようにして第１のめっき層８および９を無電解めっきにより形成した後、第２のめっき層１０および１１や第３のめっき層１２および１３は通常のめっき方法により容易に形成されうる。

以下、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。

［実施例１］ 試料となる積層型電子部品の積層体として、長さ３．１ｍｍ、幅１．５５ｍｍおよび高さ１．５５ｍｍの積層セラミックコンデンサ用積層体であって、絶縁体層がチタン酸バリウム系誘電体絶縁体からなり、内部電極がＮｉを主成分とするものを用意した。この積層体において、内部電極の厚みは１．０μｍであり、絶縁体層の各厚みは２．０μｍであり、積層体の内部電極が露出する面における、隣り合う内部電極間距離は４．０μｍであった。

次に、上記積層体２００個を、容積３００ｍＬの水平回転バレル中に投入し、それに加えて、直径１．３ｍｍのＣｕメディアを１００ｍＬ投入した。この水平回転バレルを試料１〜７のぶんだけ用意した。

そして、回転バレルを、浴温６０℃、ｐＨ６．０の無電解Ｐｄめっき浴（奥野製薬工業社製パラトップＮ）に浸漬し、周速２．６ｍ／ｍｉｎにて、表１の試料１〜７の欄に示す時間だけ回転させ、内部電極の端部の表面をＰｄ金属膜で被覆した。

次に、内部電極を構成するＮｉの酸化を加速させるため、内部電極端部がＰｄ金属膜で被覆された積層体を、１０５℃、１００％ＲＨの環境下にて４時間放置した。

再度、積層体を水平回転バレルに戻し、水平回転バレルを浴温４０℃の無電解Ｃｕめっき浴に浸漬した。この状態で、２．６ｍ／ｍｉｎにて水平回転バレルを回転させながら、厚み３μｍの無電解Ｃｕめっき層を第１のめっき層として形成した。なお、上記無電解めっき浴の成分を以下に示す。

硫酸銅５水和物： ０．０４ｍｏｌ／Ｌ
ホルムアルデヒド： ０．１６ｍｏｌ／Ｌ
酒石酸ナトリウムカリウム４水和物： ０．１ｍｏｌ／Ｌ
ポリエチレングリコール： １．０ｇ／Ｌ
水酸化ナトリウム： ０．１２５ｍｏｌ／Ｌ
エアレーション： ０．５Ｌ／ｍｉｎ
第１のめっき層の形成された積層チップコンデンサの試料１００個において、端面６または７を光学顕微鏡にて観察した。これにより、Ｃｕめっき層で被覆されていない箇所の面積比率が５％以上であった試料を不良とし、その個数を計数した。結果を表１に示す。

また、積層チップコンデンサの試料５０個において、任意の断面をＦＩＢにより研磨し、ＳＩＭ像によりＰｄ金属膜の厚みを測定した。試料５０個の厚みの平均値を表１に示す。

表１の結果より、Ｐｄ金属膜の厚みが０．１μｍ以上であった場合、Ｃｕめっき層の被覆不良がほぼゼロになることが確認された。

［実施例２］ 試料となる積層型電子部品の積層体として、実施例１と同じ積層体を用意した。

次に、上記積層体２００個を、容積３００ｍＬの水平回転バレル中に投入し、それに加えて、直径１．３ｍｍのＣｕメディアを１００ｍＬ投入した。この水平回転バレルを試料１１〜１５のぶんだけ用意した。

そして、回転バレルを、浴温８０℃、ｐＨ６．０の置換Ａｕめっき浴（小島化学薬品製オーエル２０００）に浸漬し、周速２．６ｍ／ｍｉｎにて、表２の試料１１〜１５の欄に示す時間だけ回転させ、内部電極の端部の表面をＡｕ金属膜で被覆した。続いて、回転バレルを、浴温６５℃、ｐＨ７．５の無電解Ａｕめっき浴（日本高純度化学製ネオゴールド）に浸漬し、周速２．６ｍ／ｍｉｎにて、表２の試料１１〜１５の欄に示す時間だけ回転し、Ａｕ金属膜の膜厚を厚くした。

次に、内部電極を構成するＮｉの酸化を加速させるため、内部電極端部がＡｕ金属膜で被覆された積層体を、１０５℃、１００％ＲＨの環境下にて４時間放置した。

再度、積層体を水平回転バレルに戻し、水平回転バレルを浴温５５℃、ｐＨ８．６の電解Ｃｕめっき浴（上村工業社製ピロブライトプロセス）に浸漬した。この状態で、２．６ｍ／ｍｉｎにて電流密度１．０Ａ／ｄｍ²で通電しながら水平回転バレルを回転させながら、厚み３μｍの電解Ｃｕめっき層を第１のめっき層として形成した。

第１のめっき層の形成された積層チップコンデンサの試料１００個において、実施例１と同じ方法にてＣｕめっき層の被覆率を観察し、その不良個数を計数した。結果を表２に示す。

また、積層チップコンデンサの試料５０個において、実施例１と同じ方法にてＡｕ金属膜の厚みを測定した。試料５０個の厚みの平均値を表２に示す。

表２の結果より、Ａｕ金属膜の厚みが０．１μｍ以上であった場合、Ｃｕめっき層の被覆不良がほぼゼロになることが確認された。

［実施例３］ 試料となる積層型電子部品の積層体として、実施例１と同じ積層体を用意した。

次に、上記積層体２００個を、容積３００ｍＬの水平回転バレル中に投入し、それに加えて、直径１．３ｍｍのＣｕメディアを１００ｍＬ投入した。この水平回転バレルを試料２１〜２５のぶんだけ用意した。

そして、水平回転バレルを、浴温６０℃、ｐＨ６．０の無電解Ｐｄめっき浴（奥野製薬工業社製パラトップＮ）に浸漬し、周速２．６ｍ／ｍｉｎにて、表３の試料２１〜２５の欄に示す時間だけ回転させ、内部電極の端部の表面をＰｄ金属膜で被覆した。続いて、回転バレルを、浴温４６℃、ｐＨ８．５の電解Ｐｄめっき浴（小島化学薬品製Ｐａｌｌａ２０００）に浸漬し、周速２．６ｍ／ｍｉｎにて電流密度０．６Ａ／ｄｍ²で通電しながら、表３の試料２１〜２５の欄に示す時間だけ回転させ、Ｐｄ金属膜の膜厚を厚くした。

次に、内部電極を構成するＮｉの酸化を加速させるため、内部電極端部がＡｕ金属膜で被覆された積層体を、１０５℃、１００％ＲＨの環境下にて４時間放置した。

再度、積層体を水平回転バレルに戻し、再度、積層体を水平回転バレルに戻し、水平回転バレルを実施例１と同じ無電解Ｃｕめっき浴に浸漬した。この状態で、２．６ｍ／ｍｉｎにて水平回転バレルを回転させながら、厚み３μｍの無電解Ｃｕめっき層を第１のめっき層として形成した。

第１のめっき層の形成された積層チップコンデンサの試料１００個において、実施例１と同じ方法にてＣｕめっき層の被覆率を観察し、その不良個数を計数した。結果を表３に示す。

また、積層チップコンデンサの試料５０個において、実施例１と同じ方法にてＰｄ金属膜の厚みを測定した。試料５０個の厚みの平均値を表３に示す。

表３の結果より、Ｐｄ金属膜の厚みが０．１μｍ以上であった場合、Ｃｕめっき層の被覆不良がほぼゼロになることが確認された。

本発明の積層型電子部品１を示す断面図である。 本発明の積層型電子部品１の端面６付近の拡大図であり、外部電極形成前の状態を表した図である。 本発明の積層型電子部品１の端面６付近の拡大図であり、金属膜２１を形成した状態の図である。 本発明の積層型電子部品１の端面６付近の拡大図であり、めっき析出物３１が析出した状態の図である。 本発明の積層型電子部品１の端面６付近の拡大図であり、第１のめっき層８が形成された状態の図である。 従来の積層型電子部品１０１を示す断面図である。

符号の説明

１ 積層型電子部品
２ 積層体
３ 絶縁体層
４，５ 内部電極
６，７ 端面
８，９ 第１のめっき層
１０，１１ 第２のめっき層
１２，１３ 第３のめっき層
２１ 金属膜
３１ めっき析出物

Claims (2)

1. 積層された複数の絶縁体層および前記絶縁体層間の界面に沿って形成された卑金属を主成分とする複数の内部電極を含み、前記内部電極の各端部が所定の面に露出している、積層体を用意する工程と、
   前記積層体を、金属イオンまたは金属錯体を含む液体に浸漬することにより、前記内部電極の各端部をＰｄ、Ａｕ、ＰｔおよびＡｇから選ばれる少なくとも一種を主成分とする厚み０．１μｍ以上の金属膜で被覆する工程と、
   前記積層体の前記所定の面に露出した複数の前記内部電極の各端部にめっき析出物を析出させ、かつ前記めっき析出物が相互に接続されるように前記めっき析出物をめっき成長させ、それによって、連続しためっき層を形成するよう、前記内部電極の各端部を互いに電気的に接続するめっき層を形成する工程と、
   を備える、積層型電子部品の製造方法。
2. 前記内部電極を構成する主成分金属がＮｉまたはＣｕであることを特徴とする、請求項１に記載の積層型電子部品の製造方法。

Images