JP6061104B2 - 電子部品および電子部品と接合対象物との接合構造体の形成方法 - Google Patents
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Description
電子部品本体と、前記電子部品本体の表面に形成された外部電極とを備えた電子部品であって、
前記外部電極が、Niを5〜20重量%の割合で含有するCu−Ni合金層およびMnを5〜20重量%の割合で含有するCu−Mn合金層から選ばれる少なくとも1種の合金層と、
前記合金層よりも外側に形成された酸化防止膜と
を具備しており、
前記酸化防止膜は、下層めっき層と上層めっき層とを備え、
前記下層めっき層はSnめっき層であり、前記上層めっき層は貴金属めっき層であることを特徴としている。
また、本発明において、上記合金層は、厚膜形成法により形成された層であってもよく、また、めっきや蒸着などの薄膜形成方法により形成された層であってもよい。
また、本発明においては、合金層の下層側に、さらにCu厚膜電極層などの他の電極層を備えていてもよい。
通常、積層セラミック電子部品は、上述のような構成を備えているが、本発明は、そのような積層セラミック電子部品に好適に用いることができる。
電子部品本体の表面に形成された外部電極と接合対象物とが接合された構造を有する接合構造体の形成方法であって、
前記電子部品本体の表面に、Niを5〜20重量%の割合で含有するCu−Ni合金層およびMnを5〜20重量%の割合で含有するCu−Mn合金層から選ばれる少なくとも1種の合金層と、前記合金層よりも外側に形成された酸化防止膜とを有する外部電極が形成された電子部品を準備する工程と、
Snを含む接合材料を準備する工程と、
前記外部電極と接合する対象である接合対象物を準備する工程と、
前記外部電極と前記接合対象物との間に、前記接合材料を介在させた状態で熱処理する熱処理工程と
を備え、
前記酸化防止膜は、下層めっき層と上層めっき層とを備え、
前記下層めっき層はSnめっき層であり、前記上層めっき層は貴金属めっき層であり、
前記熱処理工程において、前記外部電極が有する合金層と前記接合材料に含まれるSnとを反応させて金属間化合物を生成させること
を特徴としている。
電子部品本体の表面に形成された外部電極と接合対象物とが接合された構造を有する接合構造体の形成方法であって、
前記電子部品本体の表面に、Niを5〜20重量%の割合で含有するCu−Ni合金層およびMnを5〜20重量%の割合で含有するCu−Mn合金層から選ばれる少なくとも1種の合金層と、前記合金層よりも外側に形成され、Snを含む酸化防止膜とを有する外部電極が形成された電子部品を準備する工程と、
前記外部電極と接合する対象である接合対象物を準備する工程と、
前記外部電極と前記接合対象物とが接した状態で熱処理する熱処理工程と
を備え、
前記酸化防止膜は、下層めっき層と上層めっき層とを備え、
前記下層めっき層はSnめっき層であり、前記上層めっき層は貴金属めっき層であり、
前記熱処理工程において、前記外部電極が有する合金層と、前記外部電極が有する前記酸化防止膜に含まれるSnとを反応させて金属間化合物を生成させること
を特徴としている。
また、本発明の接合構造体の形成方法において、接合対象物とは、上述の外部電極に接続される金属端子や、金属配線、あるいは、他の電子部品の端子電極(外部電極)などを含むものである。
また、Cu−Ni合金層を、Niを5〜20重量%の割合で含有する合金層とし、Cu−Mn合金層を、Mnを5〜20重量%の割合で含有する合金層とすることにより、外部電極の合金層を構成する金属材料と、Snとの急速拡散作用を実現することが可能になる。
また、酸化防止膜が、貴金属からなる貴金属膜を備えていることにより、貴金属膜が喰われるまで、合金層とSn(例えば、接合材料や接合対象物に含まれるSn、外部電極にSnが含まれる場合には該Sn)との反応を遅らせることができるため、合金層とSnの反応により金属間化合物を生成するタイミングを制御して、実装時のはんだ付けをより確実なものにすることができる。
なお、上述のCu−Ni合金および/またはCu−Mn合金と、Snの急速拡散は、熱処理工程で溶融したSn中で金属間化合物が剥離、分散しながら反応を繰り返すことにより生じるものである。
また、外部電極が酸化防止膜を備えているので、外部電極のはんだなどの接合材料に対する濡れ性が良好で、実装時のはんだ付不良の発生を抑止することができる。
また、酸化防止膜が、貴金属からなる貴金属膜を備えていることにより、貴金属膜が喰われるまで、合金層と接合材料に含まれるSnとの反応を遅らせることができるため、合金層とSnの反応により金属間化合物を生成するタイミングを制御して、実装時のはんだ付けをより確実なものにすることができる。
また、酸化防止膜が、貴金属からなる貴金属膜を備えていることにより、貴金属膜が喰われるまで、合金層と酸化防止膜に含まれるSnとの反応を遅らせることができるため、合金層とSnの反応により金属間化合物を生成するタイミングを制御して、実装時のはんだ付けをより確実なものにすることができる。
なお、Snを含む接合材料を用いることなく、電子部品と接合対象物とを接合する場合には、Cu−Ni合金層および/またはCu−Mn合金層の厚みと、酸化防止膜(Sn含有膜)の厚みの関係を、合金層10μmに対してSn含有膜の厚みを3〜10μmの範囲とすることが望ましい。
以下、この電子部品(積層セラミックコンデンサ)の製造方法について説明する。
(1)まず、チタン酸バリウムを主成分とするセラミックグリ−ンシ−トを作製した。そして、このセラミックグリ−ンシ−トの表面に、Ni粉末を導電成分とする導電性ペースト(内部電極用ペ−スト)をスクリ−ン印刷して内部電極ペーストパターンを形成した。
Cu−Ni厚膜ペ−ストとしては、粒径3μmのCu−Ni粉末と、ガラスフリットと、有機バインダと、分散剤と、有機溶剤とを混合し、ボ−ルミルとロ−ルミルで分散、混錬してペ−スト状にしたものを用いた。
また、Cu−Mn厚膜ペーストとしては、同様に、粒径3μmのCu−Mn粉末と、ガラスフリットと、有機バインダと、分散剤と、有機溶剤とを混合し、ボ−ルミルとロ−ルミルで分散、混錬してペ−スト状にしたものを用いた。
そして、焼成型Cu−Ni厚膜ペ−ストを構成するCu−Ni合金粉末に占めるNiの割合、および、焼成型Cu−Mn厚膜ペ−ストを構成するCu−Mn合金粉末に占めるMnの割合を、表1の試料番号1から25、表2の試料番号101〜129に示すような範囲で変化させた。
なお、例えば、表1の試料番号1の、合金層の組成の欄における「Cu−3Ni」の数字3は、当該成分(この場合はNi)の重量%の値を示している。すなわち、この場合、Cu−Ni合金粉末に占めるNiの割合が3重量%であることを示している。他の試料についても、Niの割合およびMnの割合は同様の方法で表示している。
なお、焼成後の合金層10の厚みは、100〜150μmであることを断面観察により確認している。
なお、表2のめっき金属組成の欄において、例えば、試料番号101の試料における、Sn/Auの記載は下層側がSnめっき層、上層側がAuめっき層であることを示している。また、試料番号119の試料における、Sn/Au/Sn/Auの記載は、下層側から上層側に順に、Sn,Au,Sn,Auの各めっき層が形成されていることを示している。
なお、例えば、防錆処理として、イミダゾール系水溶液、或いはベンゾトリアゾール系水溶液に電子部品を一定時間浸漬した後、水洗、乾燥する方法により、合金層10の表面に公知の有機物膜を形成することができる。
また、表1の試料番号1〜25、表2の試料番号101〜129の試料のうち、表2の試料番号101の試料は、合金層がCu−3Ni合金層であり、表2の試料番号106の試料は、合金層がCu−30Ni合金層であって、本発明の要件を満たさない参考例の試料である。
また、表1の試料番号1〜25、表2の試料番号101〜129の試料のうち、表2の試料番号129の試料は、酸化防止膜がSnめっき層である下層めっき層と、貴金属めっき層である上層めっき層とを含む構造ではなく、本発明の要件を満たさない参考例の試料である。
上述のようにして得た接合構造体を特性評価用試料として、以下の方法で特性を評価した。
基板の、電子部品(積層セラミックコンデンサ)が接合された面を下向きにした特性評価用試料を、250℃熱風強風循環オ−ブンに5分間入れた後、取り出し、基板からの電子部品の脱落の有無を調べることにより、高温時の接合強度(高温強度)を評価した。
このとき電子部品の脱落があったものを不良(×)と評価した。 さらに、電子部品の外部電極と、基板のCu電極との、金属間化合物による接合状体を確認するために、未反応の金属Sn成分をエッチングした後、電子部品の脱落の有無を調べた。
そして、このとき電子部品の脱落が認められたものについては、一応接合ができていることから良(○)、エッチング後にも電子部品の脱落がなかったものを、金属間化合物により強固に接合されているとして優(◎)と評価した。
また、Cu−Ni合金層を備えた各試料のうち、試料番号1のNiが3重量%の試料と、試料番号6のNiが30重量%の試料の場合、高温強度が良(○)で、他の試料は、高温強度が優(◎)であった。この結果から、Cu−Ni合金におけるNiの割合に関しては、Niの割合が3〜30重量%の範囲にある場合には、実用上問題のない高温強度を備えた外部電極を有する電子部品が得られ、Niの割合を5〜20重量%とすることにより、さらに高温強度に優れた外部電極を有する電子部品が得られることが確認された。
また、表1には示していないが、Cu−Mn合金層の場合も、Mnの割合が3〜30重量%の範囲にある場合には、実用上問題のない、はんだ付け性および高温強度を備えた外部電極を有する電子部品が得られることが確認されている。
1 セラミック積層体(積層セラミック素子)
2 内部電極
3 セラミック層(誘電体セラミック層)
4 セラミック積層体の端面
5 外部電極
10 合金層(Cu−Ni合金層またはCu−Mn合金層)
20 酸化防止膜
120 1層のめっき層
121 下層めっき層
122 上層めっき層
123 有機物膜
Claims (4)
- 電子部品本体と、前記電子部品本体の表面に形成された外部電極とを備えた電子部品であって、
前記外部電極が、Niを5〜20重量%の割合で含有するCu−Ni合金層およびMnを5〜20重量%の割合で含有するCu−Mn合金層から選ばれる少なくとも1種の合金層と、
前記合金層よりも外側に形成された酸化防止膜と
を具備しており、
前記酸化防止膜は、下層めっき層と上層めっき層とを備え、
前記下層めっき層はSnめっき層であり、前記上層めっき層は貴金属めっき層であることを特徴とする電子部品。 - 前記電子部品本体は、複数のセラミック層と、前記セラミック層間に、一部が端面に導出されるような態様で配設された内部電極層とを備えたセラミック積層体であり、
前記外部電極は、前記内部電極層が導出された端面に、前記内部電極層と導通するように配設されていることを特徴とする、請求項1に記載の電子部品。 - 電子部品本体の表面に形成された外部電極と接合対象物とが接合された構造を有する接合構造体の形成方法であって、
前記電子部品本体の表面に、Niを5〜20重量%の割合で含有するCu−Ni合金層およびMnを5〜20重量%の割合で含有するCu−Mn合金層から選ばれる少なくとも1種の合金層と、前記合金層よりも外側に形成された酸化防止膜とを有する外部電極が形成された電子部品を準備する工程と、
Snを含む接合材料を準備する工程と、
前記外部電極と接合する対象である接合対象物を準備する工程と、
前記外部電極と前記接合対象物との間に、前記接合材料を介在させた状態で熱処理する熱処理工程と
を備え、
前記酸化防止膜は、下層めっき層と上層めっき層とを備え、
前記下層めっき層はSnめっき層であり、前記上層めっき層は貴金属めっき層であり、
前記熱処理工程において、前記外部電極が有する合金層と、前記接合材料に含まれるSnとを反応させて金属間化合物を生成させること
を特徴とする接合構造体の形成方法。 - 電子部品本体の表面に形成された外部電極と接合対象物とが接合された構造を有する接合構造体の形成方法であって、
前記電子部品本体の表面に、Niを5〜20重量%の割合で含有するCu−Ni合金層およびMnを5〜20重量%の割合で含有するCu−Mn合金層から選ばれる少なくとも1種の合金層と、前記合金層よりも外側に形成され、Snを含む酸化防止膜とを有する外部電極が形成された電子部品を準備する工程と、
前記外部電極と接合する対象である接合対象物を準備する工程と、
前記外部電極と前記接合対象物とが接した状態で熱処理する熱処理工程と、
を備え、
前記酸化防止膜は、下層めっき層と上層めっき層とを備え、
前記下層めっき層はSnめっき層であり、前記上層めっき層は貴金属めっき層であり、
前記熱処理工程において、前記外部電極が有する合金層と、前記外部電極が有する前記酸化防止膜に含まれるSnとを反応させて金属間化合物を生成させること
を特徴とする接合構造体の形成方法。
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