JP5673595B2 - 積層型セラミック電子部品およびその実装構造体 - Google Patents

Description

本発明は、積層型セラミック電子部品およびその実装構造体に関するもので、特に、積層セラミックコンデンサが回路基板へ実装された状態で電界印加されたときに起きる「鳴き」を抑制する技術に関するものである。

電子機器の静寂化にともない、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラなど様々なアプリケーションの電源回路等において、積層セラミックコンデンサ（以下、「積層コンデンサ」と呼ぶ）の振動による「鳴き」が問題となっている。

特許文献１（特開２０１０−１８６８８４号公報）には、積層コンデンサを回路基板に実装し交流電圧を印加すると、積層コンデンサの電歪振動が基板に伝播して、鳴きが発生すると記載されている。

図５および図６は非特許文献１に記載された図である。図５に示すとおり、積層コンデンサ１１０は、強誘電性のセラミックスの電歪効果により、交流電圧を印加すると、太い矢印の方向に伸縮する。図５において、ＷＴ断面、ＬＴ断面、ＬＷ断面とは、積層コンデンサ１１０の幅方向寸法と厚み方向寸法とによって規定される断面、長さ方向寸法と厚み方向寸法とによって規定される断面、長さ方向寸法と幅方向寸法とによって規定される断面をそれぞれ意味する。破線は、それぞれの箇所における伸縮度合いを示している。

図６に示すように、積層コンデンサ１１０を回路基板１０１にはんだ１０２で実装した後、交流電圧を印加すると、積層コンデンサ１１０の伸縮がはんだ１０２を介して回路基板１０１を変形させることになり、回路基板１０１が面方向に振動する。この回路基板１０１の振動の周期が人間の可聴周波数帯域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）になったときに、音として人間の耳に認識され「鳴き」となる。

これらの問題は、外部電極１１４が２つの積層コンデンサ１１０に限られず、外部電極１１４が３つの３端子型積層コンデンサにも共通する。また、積層コンデンサ１１０に限らず、積層型ＬＣフィルタなどの積層型セラミック電子部品全般に共通する問題でもある。

特開２０１０−１８６８８４号公報

株式会社村田製作所、鳴き対策事例、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２４年３月１日検索］、インターネット＜URL:http://www.murata.co.jp/products/capacitor/solution/naki.html＞.

本発明の目的は、上述した課題を解決し得る積層型セラミック電子部品およびその実装構造体を提供することである。

本発明にかかる積層セラミック電子部品は、誘電体セラミック層と内部電極とが交互に重ねられることにより直方体形状に形成され、外形が上下面、両側面、ならびに上下面および両側面に直交する両端面で規定されるセラミック積層体と、内部電極と電気的に接続されるように、端面から上下面のそれぞれの一部および端面から両側面のそれぞれの一部にも延びて形成される外部電極と、を備えるものであって、外部電極は、溶融はんだの付着しないはんだ非付着部と、溶融はんだの付着可能なはんだ付着部とを有し、はんだ非付着部は、外部電極に、はんだレジスト膜が付与されることにより形成されたものであり、はんだレジスト膜は、外部電極の端面に位置する箇所の全領域を覆う位置、かつ、外部電極の側面に位置する箇所の中腹を少なくとも覆う位置にあり、セラミック積層体の端面の外部電極から両側面の外部電極および誘電体セラミック層に亘って掛るように設けられ、はんだ付着部は、外部電極のはんだ非付着部以外の領域にあり、誘電体セラミック層の重ね方向を積層型セラミック電子部品の上下方向とした場合に、はんだ付着部の形状は上下対称であることを特徴とする。

また、はんだレジスト膜の材質は、はんだ付け温度で変形の起きない耐熱性樹脂により構成されることが更に好ましい。

また、はんだ付着部の領域は、外部電極が露出した領域であるのが好ましい。
本発明にかかる積層型セラミック電子部品の実装構造体は、上記積層型セラミック電子部品と、積層型セラミック電子部品が実装される回路基板と、回路基板と積層型セラミック電子部品の外部電極のはんだ付着部とを接合するはんだとを備える。

本発明によれば、はんだ非付着部がセラミック積層体の端面の全領域および側面の一部の領域を覆う位置にあるので、端面および側面の一部への溶融はんだの付着が防止され、積層型セラミック電子部品が回路基板に実装されて交流電圧を印加されたときの「鳴き」を抑制できる。更に、はんだ付着部が外部電極のはんだ非付着部以外の領域に形成されるので、実装後の接合強度を確保できる。

本発明の第１実施形態にかかる積層セラミックコンデンサ１０を示す図である。 図１の積層セラミックコンデンサ１０を回路基板１に実装した図である。 図１のはんだ非付着部１７に関する変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかる積層セラミックコンデンサ２０を示す図である。 積層セラミックコンデンサ１１０に交流電圧を印加したときの状態を示す図である。 従来の積層セラミックコンデンサ１１０を回路基板１０１に実装し、交流電圧を印加したときの状態を示す図である。

［第１実施形態］
図１に示すように、積層セラミックコンデンサ１０は、誘電体セラミック層１１と内部電極１２とが交互に複数重ねられたセラミック積層体１３と、セラミック積層体１３の両端に形成される１対の外部電極１４と、を備える。セラミック積層体１３の外形は、上面８、下面９、両側面１６、ならびに上面８、下面９および両側面１６に直交する両端面１５で規定される。内部電極１２は誘電体セラミック層１１を間に挟むように対向して配置される。対向した内部電極１２の一方は１対の外部電極１４のうちの一方に接続され、対向した内部電極１２の他方は１対の外部電極１４のうちの他方に接続される。外部電極１４は、基本的にセラミック積層体１３の両端面１５を覆うように形成されるが、一方の端面１５に形成された外部電極１４と繋がるように上面８、下面９のそれぞれの一部および両側面１６のそれぞれの一部にも延びて形成される。他方の端面１５に形成された外部電極１４についても同様である。

以下、便宜上、積層セラミックコンデンサ１０を積層コンデンサ１０と呼び、誘電体セラミック層１１を誘電体層１１と呼び、セラミック積層体１３を積層体１３と呼ぶ。また、積層コンデンサ１０の向きを説明する上で、誘電体層１１の重ね方向を上下方向と呼び、１対の外部電極１４の配列する方向を長さ方向と呼び、上下方向および長さ方向に直交する方向を幅方向と呼ぶ。

積層体１３は直方体形状をしており、積層体１３の角は丸みを有する。積層体１３の両端面１５に形成される外部電極１４も、積層体１３の角の形状に対応するように丸み有する。ただし、本発明を理解する上では、積層体１３の端面１５は、端面１５の平坦領域のみならず上記の丸みを含むと解する。そのため、図１において端面１５を全て平面で表し、丸みの図示を省略する。

第１実施形態においては図１に示すように、積層コンデンサ１０の外部電極１４は、はんだ非付着部１７とはんだ付着部１８を有する。はんだ非付着部１７とは積層コンデンサ１０の外部から溶融はんだを接触させた場合に溶融はんだが付着しない部分をいい、はんだ付着部１８とは溶融はんだが付着する部分をいう。はんだ非付着部１７は、外部電極１４の端面１５に位置する箇所の全領域を覆う位置にあり、かつ、外部電極１４の上面８、下面９および側面１６に位置する箇所のそれぞれの一部の領域を覆う位置にある。また、はんだ付着部１８は、外部電極１４のはんだ非付着部１７以外の領域にある。

具体的には、はんだ非付着部１７は、外部電極１４に、はんだレジスト膜１９が付与されることにより形成される。はんだレジスト膜１９は、端面１５から側面１６にかけて、または端面１５から上面８および下面９にかけて繋がった状態となるように、一括して付与される。なお理解を容易にするため、図１において、はんだレジスト膜１９を一部切り欠いて描くことにより、はんだ非付着部１７を図示する。一方、はんだ付着部１８の領域は、はんだレジスト膜１９が形成されず外部電極１４が露出した領域である。また、はんだ非付着部１７の形状は上下対称であり、はんだ付着部１８の形状も上下対称である。

はんだレジスト膜１９の材質は、はんだ付けの温度（１３９℃以上）において変形しない材質が好ましく、たとえば耐熱性樹脂などにより構成される。外部電極１４は、たとえばＣｕ、Ｎｉ、ＳｎもしくはＣｕ、Ｎｉ、Ａｕの３層で構成され、溶融はんだを接触させた場合に、溶融はんだが付着する材質である。なお、溶融はんだの材質としては、たとえば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの合金などが挙げられる。

誘電体層１１は、たとえばチタン酸バリウムなどの強誘電体材料で構成される。そのため、積層コンデンサ１０の1対の外部電極１４に交流電圧を印加したときに、誘電体層１１に極性の反転が起き、電歪現象が起きる。

図２は、第１実施形態にかかる積層コンデンサ１０を回路基板１にはんだ２で実装した図である。図２に示すように、積層コンデンサ１０のはんだ付着部１８に溶融はんだが付着し、回路基板１との間にフィレット３が形成される。しかし、はんだ非付着部１７となっている領域、すなわち端面１５の全領域および側面１６の一部の領域には、溶融はんだが付着せず、フィレット３は形成されない。

図５に示すように、積層コンデンサ１０に交流電圧を印加したときは、端面１５のみならず側面１６においても伸縮が起きる。第１実施形態によれば、図２に示すとおり、端面１５の全領域および側面１６の一部の領域に溶融はんだが付着せず、交流電圧を印加したときの大きな伸縮が回路基板１に伝わりにくい。これにより、回路基板１の振動が抑制され、鳴きも起こりにくくなる。

更に、図２に示すとおり、外部電極１４のはんだ付着部１８に溶融はんだが付着する。これにより、回路基板１との間にフィレット３が形成され、積層コンデンサ１０と回路基板１との接合強度を確保できる。

また、はんだ付着部１８の形状は上下対称となるのが好ましい。これにより、回路基板１に対し積層コンデンサ１０を上下どちらの向きで実装しても、はんだ付着部１８に形成されるフィレット３はほぼ同じ形状となる。そのため、回路基板１へ伝わる振動の振幅もほぼ同じになり、実装方向にかかわらず振動を安定して抑制できる。

また、前述したように、はんだレジスト膜１９の材質は、好ましくは、はんだ付けする温度で変形の起きない耐熱性樹脂により構成されるので、積層コンデンサ１０を実装するとき、はんだ付けの温度環境下においても、はんだを付着させたくない位置を維持できる。

ここで、第１実施形態にかかる積層コンデンサ１０の製造方法について説明する。まず、チタン酸バリウム系材料のセラミックグリーンシートの表面にＡｇ−Ｐｄ材料の内部電極１２を印刷し、これを所定枚数積層した後、所定の温度で焼成して積層体１３を得る。更に、積層体１３の両端に導電ペーストを塗布した後、焼き付け、外部電極１４を形成する。ここまでは、一般的な積層コンデンサの製造方法と同じである。

第１実施形態にかかる積層コンデンサ１０を得るには、更に、外部電極１４の両端面１５に位置する箇所の全領域および側面１６に位置する箇所の一部の領域に、はんだレジスト膜１９を付与する。このはんだレジスト膜１９は、ディッピング法により付与する。具体的には、はんだレジスト膜１９のペースト材料の満たされた浴槽に、一方の端面１５および側面１６の一部を浸漬させる。その後、積層コンデンサ１０を引き上げ、外部電極１４に付いたペースト材料を硬化する。他方の端面１５および側面１６の一部にも同様に、はんだレジスト膜１９を付与する。

第１実施形態については、はんだ非付着部１７の位置、形状などを任意に変更することができる。図３は、はんだ非付着部１７に関する代表的な変形例を示した図である。

図３において積層コンデンサ１０を側面１６側から見たときに、はんだ非付着部１７Ａは、外部電極１４の側面１６に位置する箇所の中腹を覆う位置にある。はんだ非付着部１７Ａは、外部電極１４の側面１６に位置する箇所に、長さ方向に帯状の形状をしたはんだレジスト膜１９Ａが付与されることにより形成される。一方、はんだ付着部１８Ａは、はんだ非付着部１７Ａを間に挟むように、はんだ非付着部１７Ａの上下方向の両側にある。なお、変形例においても、はんだ非付着部１７Ａの形状は上下対称であり、はんだ付着部１８Ａの形状も上下対称である。

また、はんだレジスト膜１９Ａは、積層体１３の側面１６の誘電体セラミック層１１に掛るように形成される。これにより、積層体１３と、はんだレジスト膜１９Ａとの固着力が強化され、はんだ付けなどの高温環境下において、はんだ非付着部１７Ａの位置ずれが起きにくくなる。

上述した実施形態および代表的な変形例は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものでなく、技術的思想の同一性が認められる範囲で種々の変形が可能である。第１実施形態では一般的な積層コンデンサ１０を例に挙げて説明したが、本発明は、外部電極１４が２つの積層コンデンサ１０に限られず、外部電極１４が３つの３端子型積層コンデンサにも適用できる。また、積層コンデンサ１０に限らず、積層型ＬＣフィルタなどの積層型セラミック電子部品全般に適用できる。

［第２実施形態］
第２実施形態は、外部電極１４自身に溶融はんだの付着しない処理をした実施形態である。なお、第１実施形態と共通する構成については詳しい説明を省略する。

図４に示すように、はんだ非付着部２７は、外部電極１４の端面１５に位置する箇所の全領域を覆う位置にあり、かつ、外部電極１４の上面８、下面９および側面１６に位置する箇所のそれぞれの一部の領域を覆う位置にある。はんだ非付着部２７は、外部電極１４の所望の箇所を酸化処理することにより形成される。この酸化処理により、はんだ非付着部２７への溶融はんだの付着が抑制される。一方、はんだ付着部２８は、外部電極１４のはんだ非付着部２７以外の領域にある。はんだ付着部２８は、酸化処理がされておらず、外部電極１４が露出した領域である。また、はんだ非付着部２７の形状は上下対称であり、はんだ付着部２８の形状も上下対称である。

第４実施形態によれば、端面１５の全領域および側面１６の一部の領域に、溶融はんだが付着せず、交流電圧を印加したときの大きな伸縮が回路基板１にそのまま伝わることがなくなる。これにより、回路基板１の振動が抑制され、鳴きも起こりにくくなる。更に、外部電極１４のはんだ付着部２８に溶融はんだが付着するので、回路基板１との間にフィレット３が形成され、積層コンデンサ２０と回路基板１との接合強度を確保できる。

はんだ非付着部２７は、積層コンデンサ２０を治具に固定した後、外部電極１４にレーザを照射することにより形成される。レーザを照射することにより、外部電極１４の表面が酸化処理される。酸化処理による方法をとれば、はんだレジスト膜１９などの別の材料を用いずに、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第２実施形態についても、たとえば第１実施形態に示すように、非はんだ付着部２７やはんだ付着部２８の位置、形状などを任意に変更することができる。

１：回路基板
２：はんだ
３：フィレット
８：上面
９：下面
１０、２０：積層セラミックコンデンサ
１１：誘電体セラミック層
１２：内部電極
１３：セラミック積層体
１４：外部電極
１５：端面
１６：側面
１７、２７：はんだ非付着部
１８、２８：はんだ付着部
１９：はんだレジスト膜

Claims (4)

1. 誘電体セラミック層と内部電極とが交互に重ねられることにより直方体形状に形成され、外形が上下面、両側面、ならびに前記上下面および前記両側面に直交する両端面で規定されるセラミック積層体と、
   前記内部電極と電気的に接続されるように、前記端面から前記上下面のそれぞれの一部および前記端面から前記両側面のそれぞれの一部にも延びて形成される外部電極と、
   を備える積層型セラミック電子部品であって、
   前記外部電極は、溶融はんだの付着しないはんだ非付着部と、前記溶融はんだの付着可能なはんだ付着部とを有し、
   前記はんだ非付着部は、前記外部電極に、はんだレジスト膜が付与されることにより形成されたものであり、
   前記はんだレジスト膜は、前記外部電極の前記端面に位置する箇所の全領域を覆う位置、かつ、前記外部電極の前記側面に位置する箇所の中腹を少なくとも覆う位置にあり、前記セラミック積層体の前記端面の前記外部電極から前記両側面の前記外部電極および前記誘電体セラミック層に亘って掛るように設けられ、
   前記はんだ付着部は、前記外部電極の前記はんだ非付着部以外の領域にあり、
   前記誘電体セラミック層の重ね方向を前記積層型セラミック電子部品の上下方向とした場合に、前記はんだ付着部の形状は上下対称である、積層型セラミック電子部品。
2. 前記はんだレジスト膜の材質は、はんだ付け温度で変形の起きない耐熱性樹脂により構成される、請求項１に記載された積層型セラミック電子部品。
3. 前記はんだ付着部の領域は、前記外部電極が露出した領域である、請求項１または２に記載された積層型セラミック電子部品。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載された積層型セラミック電子部品と、
   前記積層型セラミック電子部品が実装される回路基板と、
   前記回路基板と前記積層型セラミック電子部品の前記外部電極の前記はんだ付着部とを接合するはんだとを備える、積層型セラミック電子部品の実装構造体。

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