JP5526908B2 - 積層型電子部品 - Google Patents

Description

この発明は、積層型電子部品に関するもので、特に、外部端子電極が内部電極と電気的に接続されるようにして直接めっきにより形成された積層型電子部品に関するものである。

図２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１０２と、絶縁体層１０２間の界面に沿って形成された複数の層状の内部電極１０３および１０４とを含む、積層体１０５を備えている。積層体１０５の一方および他方端面１０６および１０７には、それぞれ、複数の内部電極１０３および複数の内部電極１０４の各端部が露出していて、これら内部電極１０３の各端部および内部電極１０４の各端部を、それぞれ、互いに電気的に接続するように、外部端子電極１０８および１０９が形成されている。

外部端子電極１０８および１０９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１０５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１１０がまず形成される。次に、ペースト電極層１１０上に、たとえばニッケルを主成分とする第１のめっき層１１１が形成され、さらにその上に、たとえば錫または金を主成分とする第２のめっき層１１２が形成される。すなわち、外部端子電極１０８および１０９の各々は、ペースト電極層１１０、第１のめっき層１１１および第２のめっき層１１２の３層構造より構成される。

外部端子電極１０８および１０９に対しては、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、はんだとのぬれ性が良好であることが求められる。同時に、外部端子電極１０８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１０３を互いに電気的に接続し、かつ、外部端子電極１０９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１０４を互いに電気的に接続する役割が求められる。はんだぬれ性の確保の役割は、上述した第２のめっき層１１２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１１０が果たしている。第１のめっき層１１１は、はんだ接合時のはんだ喰われを防止する役割を果たしている。

しかし、ペースト電極層１１０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１１０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、めっき層１１１および１１２はその厚みが数μｍ程度であるため、仮に第１のめっき層１１１および第２のめっき層１１２のみで外部端子電極１０８および１０９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膜を析出させて外部端子電極を形成する方法が開示されている。

しかしながら、外部端子電極となる導電性金属膜を無電解めっきにより形成した場合、金属粒子の結晶粒径が小さく、表面が酸化されやすい状態となる。そのため、たとえば、銅を主成分とする金属を用いて無電解めっきによって第１のめっき層を形成した後、その上にニッケルを主成分とする第２のめっき層を形成した場合、第１のめっき層と第２のめっき層との間で剥離が生じやすくなる。また、無電解めっきによる場合、成膜速度が小さいため、生産性を上げることができない。

他方、上述した無電解めっきの問題を解決するため、特許文献１には記載されていないが、電解めっきを適用することが考えられる。しかしながら、電解めっきの場合、めっき成長度（めっき析出物のつきまわり性）が無電解めっきに比べて劣るため、隣り合う内部電極露出端の間隔が広いと、めっき成長が足りず、めっき不着部分が生じるおそれがある。

特開昭６３−１６９０１４号公報

この発明の目的は、上記のような問題点を解決し得る積層型電子部品を提供しようとすることである。

この発明は、積層された複数の絶縁体層および絶縁体層間の界面に沿って形成された内部電極を含み、内部電極の端部が所定の面に露出している、積層体と、積層体の所定の面上に形成され、かつ内部電極と電気的に接続された、外部端子電極とを備え、外部端子電極は、積層体の所定の面上に直接形成されるめっき膜を含む、積層型電子部品に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。

まず、第１の特徴として、上記めっき膜は、特定金属をともに主成分とする複数の層からなる積層構造を有し、かつその合計厚みが３〜１５μｍとされる。すなわち、特定金属を主成分とするめっき膜が、積層された複数の層によって形成される。なお、このめっき膜の上に、さらに、上記特定金属とは異種の金属を主成分とする第２以降のめっき膜が形成されてもよい。

第２の特徴として、複数の層のうち、積層体の所定の面上に直接接する第１の層の厚みに対する、第１の層上に形成される第２以降の層の合計厚みの比率は、２〜１０である。簡単に言えば、第１の層をより薄くしながら、第２以降の層の合計厚みは、第１の層の厚みの２倍以上とされる。
第３の特徴として、第１の層は無電解めっきにより形成されたものであり、第２以降の層は電解めっきにより形成されたものである。

この発明によれば、積層体の所定の面上に直接形成されるめっき膜において、第１の層をより薄くしながら、第２以降の層の合計厚みをより厚くしているので、当該めっき膜における最上層に含まれる金属粒子の粒径を比較的大きくすることができる。たとえば、この金属粒子の粒径は０．５μｍ以上とすることができる。よって、積層体の所定の面上に直接形成されるめっき膜の外側に向く面を、酸化されにくくすることができる。

したがって、このめっき膜を第１のめっき膜としたとき、第１のめっき膜の上に、さらに、上記特定金属とは異種の金属を主成分とする第２以降のめっき膜が形成される場合、第２のめっき膜の、第１のめっき膜に対する密着力を高めることができる。

また、この発明によれば、第１の層が無電解めっきにより形成されたものであり、第２以降の層が電解めっきにより形成されたものであるので、積層体の所定の面上に直接形成されるめっき膜と内部電極との電気的接合力を強化することができ、また、積層体の所定の面上に直接形成されるめっき膜の、積層体に対する固着力をより強くすることができるとともに、このめっき膜をより厚く形成しても、緻密性の良好な膜とすることができる。また、外部端子電極の形成についての生産性を高くすることができるとともに、前述したように、当該めっき膜における最上層に含まれる金属粒子の粒径を比較的大きくすること容易となる。

この発明の一実施形態による積層型電子部品を示す断面図である。 従来の積層型電子部品を示す断面図である。

図１を参照して、この発明の一実施形態による積層型電子部品１について説明する。

積層型電子部品１は、積層された複数の絶縁体層２と、絶縁体層２間の界面に沿って形成された複数の層状の内部電極３および４とを含む、積層体５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２は、誘電体セラミックから構成される。なお、積層型電子部品１は、その他、インダクタ、サーミスタ、圧電部品などを構成するものであってもよい。したがって、積層型電子部品１の機能に応じて、絶縁体層２は、誘電体セラミックの他、磁性体セラミック、半導体セラミック、圧電体セラミックなどから構成されても、さらには、樹脂を含む材料から構成されてもよい。内部電極３および４は、たとえばニッケルを主成分としている。

積層体５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３および複数の内部電極４の各端部が露出していて、これら内部電極３の各端部および内部電極４の各端部を、それぞれ、互いに電気的に接続するように、外部端子電極８および９が形成されている。

なお、図示した積層型電子部品１は、２個の外部端子電極８および９を備える２端子型のものであるが、この発明は多端子型の積層型電子部品にも適用することができる。

外部端子電極８および９の各々は、積層体５における内部電極３および４の露出面、すなわち端面６および７上に直接めっきにより形成された第１のめっき膜１０と、その上に形成される第２のめっき膜１１と、さらにその上に形成される第３のめっき膜１２とをそれぞれ備えている。

第１のめっき膜１０は、複数の内部電極３および４をそれぞれ互いに電気的に接続するためのものであり、たとえば銅を主成分としている。銅は、めっき析出物のつきまわり性が良好であるので、めっき処理の能率化を図れ、かつ外部端子電極８および９の固着力を高めることができる点で好ましい。次に、第２のめっき膜１１は、たとえばニッケルを主成分とするものであり、はんだバリア層として機能する。第３のめっき膜１２は、はんだぬれ性を付与するためのものであり、たとえば錫または金を主成分としている。

上述した第１のめっき膜１０は、たとえば銅をともに主成分とする第１および第２の層１３および１４からなる積層構造を有し、かつその合計厚みが３〜１５μｍとされる。また、第１の層１３の厚みに対する、第２の層１４の厚みの比率は、２〜１０とされる。

なお、銅を主成分とする第３以降の層が第２の層１４上にさらに形成されてもよい。この場合には、第１の層１３の厚みに対する、第２以降の層１４，…の合計厚みの比率が、２〜１０とされる。

次に、図１に示した積層型電子部品１の製造方法、特に、外部端子電極８および９の好ましい形成方法について説明する。

まず、周知の方法により、積層体５が作製される。次に、外部端子電極８および９が、内部電極３および４と電気的に接続されるように、積層体５の端面６および７上に形成される。

この外部端子電極８および９の形成にあたっては、まず、積層体５の端面６および７上に、第１のめっき膜１０の下地となる第１の層１３が形成される。めっき前の積層体５においては、一方の端面６に露出している複数の内部電極３相互、ならびに他方の端面７に露出している複数の内部電極４相互が、電気的に絶縁された状態になっている。第１の層１３を形成するため、まず、内部電極３および４の各々の露出部分に対し、めっき液中の金属イオンを析出させる。そして、このめっき析出物をさらに成長させ、隣り合う内部電極３の各露出部および隣り合う内部電極４の各露出部のそれぞれにおけるめっき析出物を物理的に接続した状態とする。このようにして、均質で緻密な第１の層１３が形成される。

上述した第１の層１３は、たとえば、銅を主成分としており、無電解めっきによって形成される。

上述した第１の層１３のためのめっき工程の前に、端面６および７での内部電極３および４の露出を十分なものとするため、積層体５の端面６および７に研磨処理を施しておくことが好ましい。この場合、内部電極３および４の各露出端が、端面６および７から突出する程度にまで研磨処理を施せば、各露出端が面方向に広がるため、めっき成長に要するエネルギーを低減することができる。

次に、第１の層１３上に、第１のめっき膜１０の上層を構成する第２の層１４が形成される。第２の層１４は、第１の層１３の場合と同様、たとえば、銅を主成分とする。第２の層１４は、電解めっきによって形成される。なお、第２の層１４を形成しようとする段階では、第１の層１３が既に形成された後であり、めっきすべき場所が導電性を有する連続的な面となっているため、電解めっきを適用して第２の層１４を良好にかつ能率的に形成することができる。

上述のように、第１の層１３が無電解めっき層であり、第２の層１４が電解めっき層であると、たとえばはんだリフロー温度程度の熱衝撃が加えられたとき、第１の層１３から内部電極４および５への拡散が生じやすくなる。このとき、電解めっき層である第２の層１４は、熱衝撃時における第１の層１３の内部電極４および５への過度の拡散を防ぐ役割を果たす。すなわち、第１の層１３と第２の層１４とを、それぞれ無電解めっき／電解めっきの組み合わせとすることにより、リフロー時の熱衝撃による拡散現象を促進しつつ、かつ適度に制御することができる。その結果、内部電極３および４と第１のめっき膜１０との間の電気的接合力が強化される。

また、第１の層１３を無電解めっき層、第２の層１４を電解めっき層とすることにより、第１のめっき膜１０の、積層体５に対する固着力をより強くすることができるとともに、この第１のめっき膜１０をより厚く形成しても、緻密性の良好な膜とすることができる。

このように形成された第１のめっき膜１０において、第１の層１３は比較的薄く形成され、第２の層１４は比較的厚く形成される。より具体的には、第２の層１４の厚みは、第１の層１３の厚みの２〜１０倍とされる。また、第１のめっき膜１０の合計厚みは３〜１５μｍとされる。

上述のように、第２の層１４の厚みを比較的厚くすると、この第２の層１４に含まれる金属粒子の粒径を、たとえば０．５μｍ以上と比較的大きくすることができる。このことは、第１のめっき膜１０の外側に向く面を、酸化されにくくすることを意味する。よって、その後に形成される第２のめっき膜１１との接合性を良好なものとすることができる。

次に、第１のめっき膜１０上に第２のめっき膜１１が形成される。第２のめっき膜１１は、たとえばニッケルからなるはんだバリア層となるもので、好ましくは、電解めっきによって形成される。

次に、第２のめっき膜１１上に第３のめっき膜１２が形成される。第３のめっき膜１２は、たとえば錫または金からなるはんだぬれ性付与層となるもので、好ましくは、電解めっきによって形成される。

以上のようにして、図１に示した積層型電子部品２が完成される。

以下、この発明の範囲を決定するため、および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。

試料となる積層型電子部品の積層体として、長さ０．９４ｍｍ、幅０．４７ｍｍおよび高さ０．４７ｍｍ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セラミックからなり、内部電極がニッケルを主成分とするものを用意した。この部品本体において、セラミック層の積層数は２２０層であり、セラミック層の各厚みは１．５μｍであった。また、完成品としての積層セラミックコンデンサは、静電容量が２．２μＦ、定格電圧が６．３Ｖである設計のものであった。

次に、上記積層体５００個を、容積３００ミリリットルの水平回転バレル中に投入し、それに加えて、直径０．７ｍｍの鋼製の導電性メディアを１００ミリリットル投入した。

そして、第１のめっき膜における第１の層を形成するため、
硫酸銅５水和物：１０ｇ／リットル、
ホルムアルデヒド：４ｇ／リットル、
酒石酸ナトリウムカリウム４水和物：３０ｇ／リットル、
ポリエチレングリコール：１ｇ／リットル、および
水酸化ナトリウム：５ｇ／リットル
を含む、浴温４０℃の無電解銅めっき浴を用意し、この無電解銅めっき浴に上記回転バレルを浸漬し、０．５リットル／分のエアレーションを実施しながら、バレル周速２．６ｍ／分にて回転させ、表１の「第１のめっき膜の厚み」における「第１の層」の欄に示す厚みが得られる時間、無電解銅めっきを実施した。

次いで、第１のめっき膜における第２の層を形成するため、浴温５５℃、ｐＨ８.６の上村工業社製の電解銅めっき浴「ピロブライトプロセス」（光沢剤は含有しない。）を用意し、この電解銅めっき浴に上記バレルを浸漬し、バレル周速２．６ｍ／分にて回転させながら、電流密度０.３０Ａ／ｄｍ^２にて通電して、表１の「第１のめっき膜の厚み」における「第２の層」の欄に示す厚みが得られる時間、電解銅めっきを実施した。

次に、第２のめっき膜を形成するため、浴温６０℃、ｐＨ４．２のワット浴（弱酸性ニッケル浴）を用意し、このワット浴に上記バレルを浸漬し、バレル周速２．６ｍ／分にて回転させながら、電流密度０．２０Ａ／ｄｍ²にて６０分間通電して、厚み約４μｍの電解ニッケルめっき膜からなる第２のめっき膜を形成した。

次に、第３のめっき膜を形成するため、浴温３０℃、ｐＨ４．５の石原薬品社製の電解錫めっき浴「ＮＢ−ＲＺＳ」を用意し、この電解錫めっき浴に上記バレルを浸漬し、周速２．６ｍ／分にて回転させながら、電流密度０．１０Ａ／ｄｍ²にて６０分間通電して、厚み約４μｍの電解錫めっき膜からなる第３のめっき膜を形成した。

この後、積層体をバレルから取り出し、６０℃にて１０分間乾燥させることにより、積層セラミックコンデンサを得た。

以上のようにして得られた試料に係る完成品としての積層セラミックコンデンサまたは製造途中の中間製品について、次のような評価を行なった。

（１）第１のめっき膜の連続性評価
第２のめっき膜（ニッケルめっき膜）の形成前の中間製品について、第１のめっき膜（銅めっき膜）の連続性を、光学顕微鏡観察により評価した。積層体における、外部端子電極となる第１のめっき膜が形成されるべき端面の５％以上が露出している場合を不良と判定し、試料数１００個中、少なくとも１個について不良であれば、表１の「膜の連続性」の欄に「ＮＧ」と表示し、それ以外を「Ｇ」と表示した。

（２）第１のめっき膜と第２のめっき膜との接合性評価
完成品としての積層セラミックコンデンサに対して、せん断破壊を生じさせる荷重を加えて評価した。すなわち、各試料に係る積層セラミックコンデンサをはんだ付けにより基板に実装し、加重速度０．５ｍｍ／秒にて、両外部端子電極に平行に破壊が生じるまで荷重を加え、破壊が生じたときの破壊モード（破壊箇所）を観察した。第１のめっき膜（銅めっき膜）と第２のめっき膜（ニッケルめっき膜）との界面で剥離が生じたものを不良と判定し、試料数１００個中、少なくとも１個について不良であれば、表１の「Ｎｉめっきとの接合性」の欄に「ＮＧ」と表示し、それ以外を「Ｇ」と表示した。

（３）第１のめっき膜の膨れ評価
第２のめっき膜（ニッケルめっき膜）の形成前の中間製品について、第１のめっき膜（銅めっき膜）のめっき膨れを、光学顕微鏡観察により評価した。第１のめっき膜に径１０μｍ以上のめっき膨れが見られた場合を不良と判定し、試料数１００個中、少なくとも１個について不良であれば、表１の「めっき膨れ」の欄に「ＮＧ」と表示し、それ以外を「Ｇ」と表示した。

表１を参照して、試料２、３、６、７、１０および１１は、第１のめっき膜の合計厚みが３〜１５μｍの範囲にあり、第２の層／第１の層の厚み比率が２〜１０の範囲にある。そのため、膜の連続性、Ｎｉめっきとの接合性およびめっき膨れのすべての点で優れた結果となった。

これらに対して、試料１、５および９は、第２の層／第１の層の厚み比率が２未満である。そのため、第１のめっき膜と第２のめっき膜との間で剥離が生じ、Ｎｉめっきとの接合性が「ＮＧ」となった。これら試料について、第２の層における金属粒子の粒径を調査したところ、０．５μｍ未満であり、酸化が促進されていたことがわかった。

試料４は、第２の層／第１の層の厚み比率が１０を超えた。そのため、第２の層の膜応力（圧縮応力）の影響が大きくなり、めっき膨れが発生した。

試料８および１２は、第１のめっき膜の合計厚みが１５μｍを超えた。そのため、第１のめっき膜の膜応力の影響が大きくなり、めっき膨れが発生した。

なお、膜の連続性については、試料１〜１２のすべてにおいて、「Ｇ」となった。これは、第１の層を無電解めっきにより形成することにより、めっき成長度（めっき析出物のつきまわり性）が高くすることができたためであると推測される。

なお、以上の実験例では、第１のめっき膜を構成する金属として、銅を用いたが、銅を主成分とし他の成分が含まれている金属においても同様の結果が得られることを確認している。

１ 積層型電子部品
２ 絶縁体層
３，４ 内部電極
５ 積層体
６，７ 端面
８，９ 外部端子電極
１０ 第１のめっき膜
１１ 第２のめっき膜
１２ 第３のめっき膜
１３ 第１の層
１４ 第２の層

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内部電極を含み、前記内部電極の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形成され、かつ前記内部電極と電気的に接続された、外部端子電極と
   を備え、
   前記外部端子電極は、前記積層体の前記所定の面上に直接形成されるめっき膜を含み、
   前記めっき膜は、特定金属をともに主成分とする複数の層からなる積層構造を有し、かつその合計厚みが３〜１５μｍであり、
   前記複数の層のうち、前記積層体の前記所定の面上に直接接する第１の層の厚みに対する、前記第１の層上に形成される第２以降の層の合計厚みの比率は、２〜１０であり、
   前記第１の層は無電解めっきにより形成されたものであり、前記第２以降の層は電解めっきにより形成されたものである、
   積層型電子部品。
2. 前記複数の層のうち、最上層に含まれる金属粒子の粒径は０．５μｍ以上である、請求項１に記載の積層型電子部品。

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