JP7273373B2 - 積層セラミック電子部品 - Google Patents
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Description
1.積層セラミックコンデンサ
この発明の実施の形態に係る積層セラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサ10について説明する。図1は、この発明の第1の実施の形態に係る積層セラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサを示す外観斜視図である。図2は、この発明の第1の実施の形態に係る積層セラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサを示す正面図である。図3は、この発明の第1の実施の形態に係る積層セラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサを示す上面図である。図4は、図1に係る線IV-IVにおける断面図である。図5は、図1に係る線V-Vにおける断面図である。図6は、この発明に係る外部電極の構造を説明するための断面模式図である。図7は、図1に係る線VII-VIIにおける断面図である。
また、第1の内部電極層16a及び第2の内部電極層16bの枚数は、合わせて15枚以上200枚以下であることが好ましい。
第1のめっき層28aは、第1の下地電極層26a1及び第2の下地電極層26a2を覆うように配置される。
第2のめっき層28bは、第3の下地電極層26b1及び第4の下地電極層26b2を覆うように配置される。
好ましくは、めっき層28は、下地電極層26を覆う下層めっき層30と、下層めっき層30を覆うように配置される上層めっき層32とを含む。
めっき層28のうち、上層めっき層32は、たとえば、Ni、Sn、Cu、Ag、Pd、Ag-Pd合金、Au等から選ばれる少なくとも1つを含む。
また、下層領域40に位置するCuめっき層を構成する金属粒子の粒径は、上層領域42に位置するCuめっき層を構成する金属粒子の粒径よりも小さい。なお、Cuめっき層を構成する金属粒子の粒径は、Cuめっき層の厚み方向の最大粒径を意味する。
なお、下層めっき層30の上層領域42においては、その上層領域42を構成する金属粒子の粒径が大きいため、熱ストレスによる引っ張り応力が発生することもあるが、下層領域40を構成する金属粒子の粒径であるため、下層領域40がバリア層となり、上層領域42において生ずる応力によるクラックを抑制することができる。
すなわち、下層めっき層30の下層領域40及び上層領域42に位置するそれぞれのCuめっき層を構成する金属粒子の粒径は、積層セラミックコンデンサ10の1/2W位置におけるLT断面を露出させ、下層めっき層30の断面を電子顕微鏡で観察する。倍率は20000倍以上が好ましい。下層めっき層30の断面である観察面の厚み方向において等間隔で10本引き、その線上にかかる金属粒子の粒径の最大粒径を測定し、その平均値を粒径として算出する。
これは、下層めっき層30の下層領域40の連続性を担保するために、ある程度の厚みを形成する必要があるが、所定の厚みを形成する際に、金属粒径を細かく形成することができる浴を使用すると、めっき成長が促進されるためである。
下層めっき層30の下層領域40を構成する金属粒子の粒径が0.20μmより大きい場合は、熱ストレスの印加による積層体12に対する圧縮応力が大きくなり、この圧縮応力に起因する積層体12に対するクラックが発生する場合がある。一方、下層めっき層30の上層領域42を構成する金属粒子の粒径が、0.5μmより小さい場合は、上層領域42が不連続に形成されることになり、例えば、積層セラミックコンデンサ10の耐湿信頼性が担保できない場合がある。
積層セラミックコンデンサ10の寸法は、長さ方向zのL寸法が0.10mm以上10.0mm以下、幅方向yのW寸法が0.10mm以上10.0mm以下、高さ方向xのT寸法が20μm以上10.0mm以下であることが好ましい。
以下、第1の実施の形態にかかる積層セラミック電子部品である積層セラミックコンデンサの各変形例(第1の変形例ないし第3の変形例)について説明する。また、これら各変形例について、上記実施形態の構成要素に相当するものについては同じ符号を付すとともに、その詳細な説明を省略する。
まず、第1の実施の形態の第1の変形例に係る積層セラミック電子部品である積層セラミックコンデンサ110について説明する。図8は、この発明の第1の実施の形態の第1の変形例に係る積層セラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサを示す外観斜視図である。図9は、この発明の第1の実施の形態の第1の変形例に係る積層セラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサを示す正面図である。図10は、この発明の第1の実施の形態の第1の変形例に係る積層セラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサを示す上面図である。図11は、図1に係る線XI-XIにおける断面図である。図12は、図1に係る線XII-XIIにおける断面図である。図13は、図1に係る線XIII-XIIIにおける断面図である。
また、図13に示すように、内部電極層16の引出電極部の形状も異なる。
続いて、第2の変形例に係る積層セラミック電子部品である積層セラミックコンデンサ210について説明する。図14は、この発明の実施の形態の第2の変形例に係る積層セラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサを示す中央正断面図である。
外部電極224は、第1の外部電極224a及び第2の外部電極224bを有する。
すなわち、第1の主面12aの表面に外部電極224が形成されていないので、その厚みがない分、積層体12の厚みを厚くすることができ、積層セラミックコンデンサ210の体積当たりの静電容量の向上が可能となる。また、実装時に、半田が積層セラミックコンデンサ210の上面(第1の主面12a)に濡れ上がることを抑制することができるため、その分、さらに、積層体12の厚みを厚くすることができる。
続いて、第3の変形例に係る積層セラミック電子部品である積層セラミックコンデンサ310について説明する。図15は、この発明の実施の形態の第3の変形例に係る積層セラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサを示す中央正断面図である。
外部電極324は、第1の外部電極324a及び第2の外部電極324bを有する。
なお、ビア接続部44の平面視形状は円形のみならず、矩形や多角形、楕円形など、通電を好適に図れる形状であれば特に限定されない。また、第1の外部電極324a側のビア接続部44の長さと第2の外部電極324b側のビア接続部44の長さは、同じ長さで形成されていてもよく、長さ異なっていてもよい。
すなわち、第1の主面12a、並びに第1の端面12e及び第2の端面12fの表面に外部電極324が形成されていないので、その厚みがない分、積層体12の厚みを厚くすることができ、積層セラミックコンデンサ310の体積当たりの静電容量の向上が可能となる。また、実装高さを低減し、さらにフィレットをなくすことで実装基板上において、狭隣接な実装をすることができる。
以下、第1の実施の形態に係る積層セラミック電子部品の一例である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.積層セラミックコンデンサ
次に、この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサについて説明する。図16は、この発明の第2の実施の形態に係る積層セラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサを示す外観斜視図である。図17は、図16に係る線XVII-XVIIにおける断面図である。図18は、図16に係る線XVIII-XVIIIにおける断面図である。図19は、図16に係る線XIX-XIXにおける断面図である。図20は、図16に示す積層体の分解斜視図である。図21は、図16に示す積層セラミックコンデンサの内部電極パターンを示し、(a)は第1の内部電極パターンを示し、(b)は第2の内部電極パターンを示す。図22は、この発明に係る外部電極の構造を説明するための断面模式図である。図23は、この発明に係る外部電極の構造を説明するための断面模式図である。
第1の外層部515a及び第2の外層部515b2の厚みは、3μm以上15μm以下であることが好ましい。そして、両外層部515b1及び515b2に挟まれた領域が有効層部515bである。すなわち、有効層部515aは、内部電極層416の積層されている領域である。
すなわち、第1の引出電極部520aは、積層体512の第3の側面512e側に引き出され、第2の引出電極部520bは、積層体512の第4の側面512f側に引き出される。
すなわち、第3の引出電極部521aは、積層体512の第4の側面512f側に引き出され、第4の引出電極部521bは、積層体512の第3の側面512c側に引き出される。
外部電極525は、下地電極層527と、下地電極層527を覆うように形成されるめっき層529とを含む。
第2の下地電極層526a2は、第2の主面512b、第1の側面512c及び第3の側面512eが交わる角部にける第2の主面512bの一部を覆うように形成される。
第3の下地電極層526b1は、第1の主面512a、第2の側面512b及び第4の側面512dが交わる角部における第1の主面512aの一部を覆うように形成される。
第4の下地電極層526b2は、第2の主面512b、第2の側面512b及び第4の側面512dが交わる角部における第2の主面512bの一部を覆うように形成される。
第6の下地電極層527a2は、第2の主面512b、第1の側面512c及び第4の側面512dが交わる角部における第2の主面512bの一部を覆うように形成される。
第7の下地電極層527b1は、第1の主面512a、第2の側面512b及び第3の側面512eが交わる角部における第1の主面512aの一部を覆うように形成される。
第8の下地電極層527b2は、第2の主面512b、第2の側面512b及び第3の側面512eが交わる角部における第2の主面512bの一部を覆うように形成される。
第1のめっき層528aは、第1の下地電極層526a1及び第2の下地電極層526a2を覆うように配置される。
第2のめっき層528bは、第3の下地電極層526b1及び第4の下地電極層527b2を覆うように配置される。
第3のめっき層529aは、第5の下地電極層527a1及び第6の下地電極層527a2を覆うように配置される。
第4のめっき層529bは、第7の下地電極層527b1及び第8の下地電極層528b2を覆うように配置される。
好ましくは、めっき層528は、下地電極層526を覆う下層めっき層530と、下層めっき層530を覆うように配置される上層めっき層532とを含む。同様に、めっき層529は、下地電極層527を覆う下層めっき層531と、下層めっき層531を覆うように配置される上層めっき層533とを含む。
めっき層528のうち、上層めっき層532は、たとえば、Ni、Sn、Cu、Ag、Pd、Ag-Pd合金、Au等から選ばれる少なくとも1つを含む。同様に、めっき層529のうち、上層めっき層533は、たとえば、Ni、Sn、Cu、Ag、Pd、Ag-Pd合金、Au等から選ばれる少なくとも1つを含む。
また、下層領域540に位置するCuめっき層を構成する金属粒子の粒径は、上層領域542に位置するCuめっき層を構成する金属粒子の粒径よりも小さい。
また、下層領域541に位置するCuめっき層を構成する金属粒子の粒径は、上層領域543に位置するCuめっき層を構成する金属粒子の粒径よりも小さい。
なお、下層めっき層530の上層領域542においては、その上層領域542を構成する金属粒子の粒径が大きく、下層めっき層531の上層領域543においては、その上層領域543を構成する金属粒子の粒径が大きいため、熱ストレスによる引っ張り応力が発生することもあるが、下層領域540,541を構成する金属粒子の粒径が小さいため、下層領域540,541がバリア層となり、上層領域542,543において生ずる応力によるクラックを抑制することができる。
これは、下層めっき層530の下層領域540及び下層めっき層531の下層領域541の連続性を担保するために、ある程度の厚みを形成する必要があるが、所定の厚みを形成する際に、金属粒径を細かく形成することができる浴を使用すると、めっき成長が促進されるためである。
下層めっき層530の下層領域540を構成する金属粒子の粒径、及び下層めっき層531の下層領域541を構成する金属粒子の粒径が0.20μmより大きい場合は、熱ストレスの印加による積層体512に対する圧縮応力が大きくなり、この圧縮応力に起因する積層体512に対するクラックが発生する場合がある。一方、下層めっき層530の上層領域542を構成する金属粒子の粒径、及び下層めっき層530の上層領域543を構成する金属粒子の粒径が、0.5μmより小さい場合は、下層めっき層530,531の上層領域542,543が不連続に形成されることになり、例えば、積層セラミックコンデンサ510の耐湿信頼性が担保できない場合がある。
積層セラミックコンデンサ510の寸法は、長さ方向zのL寸法が0.45mm以上0.75mm以下、高さ方向xのT寸法が70μm以上110.0mm以下、幅方向yのW寸法が0.85≦W/L≦1.0を満たすW寸法、であることが好ましい。
次に、この発明にかかる第2の実施の形態の変形例にかかる積層セラミックコンデンサについて説明する。図24は、この発明の第2の実施の形態の変形例に係る積層セラミック電子部品の一例である積層セラミックコンデンサであって、(a)はその外観斜視図であり、(b)はその底面図である。図24に示す積層セラミックコンデンサ510’において、図16ないし図23に示した積層セラミックコンデンサ510と同一の部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
すなわち、第2の主面12bの表面に、外部電極524’,525’が形成されていないので、その厚みがない分、積層体512の厚みを厚くすることができ、積層セラミックコンデンサ510’の強度の向上、及び体積当りの静電容量の向上が可能となる。また、実装時に、半田が積層セラミックコンデンサ510’の上面(第2の主面512a)に濡れ上がることを抑制することができるため、その分、さらに、積層体512の厚みを厚くすることができる。
次に、この積層セラミックコンデンサ510,510’の製造方法について説明する。
また、下地電極層が配置されていない積層体512の第1の側面512c及び第4の側面512fに配置され、さらに、第1の主面512aに配置される第5の下地電極層527a1及び第2の主面512bに配置される第6の下地電極層527a2を覆うように第3の下層めっき層531aであるCuめっき層を形成し、下地電極層が配置されていない積層体512の第2の側面512b及び第3の側面512eに配置され、さらに、第1の主面512aに配置される第7の下地電極層527b1及び第2の主面512bに配置される第8の下地電極層527b2を覆うように第4の下層めっき層531bであるCuめっき層を形成する。
下層めっき層530a,530b,531a,531bの形成時には、添加剤を加えた電界めっき浴を用いた電界めっき、もしくは、置換反応による無電解めっきを行う。ここで、めっき条件を変化させることにより、下層めっき層530a,530b,531a,531bにおいて、積層体512側に位置する下層領域540、541と、下層領域540,541の表面に位置する上層領域542,543とが形成される。めっき条件は、たとえば、浴温度、浴イオン濃度、電解めっきの場合電流密度、である。これにより、下層領域540,541を構成する金属粒子の粒径は、上層領域542,543を構成する金属粒子の粒径よりも小さい状態を実現することができる。
このようにして、図27に示すように、外部電極526,527が形成される。
以下に、本発明の実験例について詳述する。なお、本実験例は、本発明を何ら限定するものではない。
実験例において、試料として、試料番号1~試料番号24の試料を準備した。
各試料は、下層めっき層における下層領域と上層領域のそれぞれを構成する金属粒子の粒径を変化させたものと、下層領域と上層領域のそれぞれの厚みを変化させたものとを準備した。
各試料の構造は、図1に示すような積層セラミックコンデンサとした。
・積層セラミックコンデンサの寸法:L×W×T=0.6mm×0.3mm×0.08mm
・セラミック層の材料の主成分:BaTiO3
・内部電極層の材料:Ni
・外部電極の構造
下地電極層:Ni/Cr合金を主成分とする下地電極層をスパッタリング法により形成した。下地電極層の形成位置は、図4に示すように、積層体の第1の主面の一部および第2の主面の一部、及び角部上とし、第1の端面および第2の端面には形成しなかった。
めっき層の構造
下層めっき層:Cuめっきで形成した。下層めっき層は、下地電極層上かつ第1の端面及び第2の端面上に形成した。
下層領域の厚み:0.1μm以上6.0μm以下の範囲とした。
下層領域を構成する金属粒子の粒径:0.05μm以上2.0μm以下の範囲とした。
上層領域の厚み:1.0μm以上10μm以下の範囲とした。
上層領域を構成する金属粒子の粒径:0.2μm以上2.0μm以下の範囲とした。
上層めっき層:積層体側からNiめっき層とSnめっき層の2層で形成
(1)下層めっき層の連続性の確認
下層めっき層を形成後の外観検査による連続性の確認は、下層めっき層後、第1の端面および第2の端面を顕微鏡で観察し、下層めっき層が不連続でセラミック層もしくは内部電極が露出している状態をNGとした。確認した試料の個数は、各試料番号に対して100個ずつとし、不連続と判定された個数をカウントし、不良率を算出した。
熱衝撃サイクル試験は、上層めっき層を形成後、所定の評価基板に半田でリフロー実装を行い、槽内温度を30分間隔で-55℃から85℃の間で変温させた。-55℃から85℃へ変化させた場合を1サイクルとして、それを200サイクル実施した後、基板ごとに各試料をLT方向から研磨し、断面を露出させた。そして、その露出された断面をマイクロスコープで観察し、積層体にクラックが発生している状態をNGとした。試験を行った試料の個数は、各試料番号に対して100個ずつとし、クラックが発生していると判定された個数をカウントし、不良率を算出した。なお、不良率が5%以下の試料は良好であると判定した。
以上の実験を行った結果を表1及び表2に示す。
また、試料番号20ないし試料番号22は、上層領域を構成する金属粒子の粒径が0.5μm以上であることから熱衝撃サイクル試験の結果、下層めっき層の連続性の結果のいずれも良好であった。
なお、試料番号6及び試料番号8は、下層領域を構成する金属粒子の粒径が0.5μmであるので、熱衝撃サイクル試験の結果、不良率が2.0%であった。
一方、試料番号1は、下層領域の厚みが0.1μmであるので、熱衝撃サイクル試験の結果は良好であったが、下層めっき層の連続性の不良率が70%と高い結果となった。また、試料番号16は、上層領域の厚みが10μmであるので、熱衝撃サイクル試験の結果、不良率が5.0%であった。
一方、試料番号18の試料では、下層領域の厚みが上層領域の厚みと同一であるため、熱衝撃サイクル試験の結果は良好であったが、下層めっき層の連続性の不良率が70%と高い結果となり、試料番号19の試料は、下層領域の厚みが上層領域の厚みより大きいため、熱衝撃サイクル試験の結果、不良率が3.0%であった。
10a セラミック圧電素子
10b サーミスタ素子
10c インダクタ素子
12、512 積層体
12a、512a 第1の主面
12b、512b 第2の主面
12c、512c 第1の側面
12d、512d 第2の側面
12e 第1の端面
12f 第2の端面
512e 第3の側面
512f 第4の側面
14、514 セラミック層
15a、515a 有効層部
15b1、515b1 第1の外層部
15b2、515b2 第2の外層部
16、516 内部電極層
16a、516a 第1の内部電極層
16b、516b 第2の内部電極層
18a、518a 第1の対向電極部
18b、518b 第2の対向電極部
20a、520a 第1の引出電極部
20b、520b 第2の引出電極部
521a 第3の引出電極部
521b 第4の引出電極部
22a、522a 側部(Wギャップ)
22b、522b 端部(Lギャップ)
24、124、224、324、524、525 外部電極
24a、524a 第1の外部電極
24b、524b 第2の外部電極
525a 第3の外部電極
525b 第4の外部電極
26、526、527 下地電極層
26a1、526a1 第1の下地電極層
26a2、526a2 第2の下地電極層
26b1、526b1 第3の下地電極層
26b2、526b2 第4の下地電極層
527a1 第5の下地電極層
527a2 第6の下地電極層
527b1 第7の下地電極層
527b2 第8の下地電極層
28、528、529 めっき層
28a、528a 第1のめっき層
28b、528b 第2のめっき層
529a 第3のめっき層
529b 第4のめっき層
30、530、531 下層めっき層
30a、530a 第1の下層めっき層
30b、530b 第2の下層めっき層
531a 第3の下層めっき層
531b 第4の下層めっき層
32、532、533 上層めっき層
32a、532a 第1の上層めっき層
32b、532b 第2の上層めっき層
533a 第3の上層めっき層
533b 第4の上層めっき層
40、540 下層領域
42、542 上層領域
44 ビア接続部
46 積層体孔
48 ビア接続体
x 高さ方向
y 幅方向
z 長さ方向
Claims (4)
- 複数の積層されたセラミック層を含み、高さ方向に相対する第1の主面および第2の主面と、前記高さ方向に直交する幅方向に相対する第1の側面および第2の側面と、前記高さ方向および前記幅方向に直交する長さ方向に相対する第1の端面および第2の端面を有する積層体と、
前記セラミック層上に配置され、前記第1の端面に露出する第1の内部電極層と、
前記セラミック層上に配置され、前記第2の端面に露出する第2の内部電極層と、
前記第1の内部電極層に接続され、前記第1の端面上に配置される第1の外部電極と、
前記第2の内部電極層に接続され、前記第2の端面上に配置される第2の外部電極と、
を有する積層セラミック電子部品であって、
前記第1の外部電極および前記第2の外部電極は、下地電極層と、前記下地電極層上かつ前記第1の端面上および前記第2の端面上に配置される下層めっき層と、前記下層めっき層上に配置される上層めっき層と、を有し、
前記下地電極層は、Ni、Cr、Cu、Tiから選ばれる少なくとも1つを含む薄膜電極であり、
前記下層めっき層は、Cuめっき層からなり、
前記下層めっき層は、前記積層体側に位置する下層領域と、前記下層領域と前記上層めっき層との間に位置する上層領域を有しており、
前記下層領域に位置する前記Cuめっき層の金属粒径は、前記上層領域に位置する前記Cuめっき層の金属粒径よりも小さく、
前記下層領域に位置する前記Cuめっき層の金属粒径は、0.20μm以下であり、前記上層領域に位置する前記Cuめっき層の金属粒径は、0.5μm以上である、積層セラミック電子部品。 - 前記下層領域の厚みは、前記上層領域の厚みよりも小さい、請求項1に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記下層領域の厚みは、0.2μm以上1.0μmであり、前記上層領域の厚みは、4.0μm以上8.0μm以下、請求項1又は請求項2に記載の積層セラミック電子部品。
- 複数の積層されたセラミック層と複数の内部電極層とを含み、高さ方向に相対する第1の主面および第2の主面と、前記高さ方向に直交する幅方向に相対する第1の側面および第2の側面と、前記高さ方向および前記幅方向に直交する長さ方向に相対する第3の側面および第4の側面を有する積層体と、
前記積層体の前記側面に配置される、複数の外部電極と、
を有する積層セラミック電子部品であって、
前記複数の内部電極層は、
複数の第1の内部電極層と複数の第2の内部電極層とを有し、かつ前記セラミック層を介して前記第1の内部電極層と前記複数の第2の内部電極層とが交互に積層され、
前記第1の内部電極層は、前記第1の側面、前記第2の側面、前記第3の側面および前記第4の側面のうちの1つの側面に引き出される第1の引出電極部と、前記第1の引出電極部が引き出された側面以外の1つの側面に引き出される第2の引出電極部とを有し、
前記第2の内部電極層は、前記第1の側面、前記第2の側面、前記第3の側面および前記第4の側面のうちの1つの側面に引き出される第3の引出電極部と、前記第3の引出電極部が引き出された側面以外の1つの側面に引き出される第4の引出電極部とを有し、
前記複数の外部電極は、
前記第1の引出電極部に接続される第1の外部電極と、前記第2の引出電極部に接続される第2の外部電極と、前記第3の引出電極部に接続される第3の外部電極と、前記第4の引出電極部に接続される第4の外部電極と、を有し、
前記第1の外部電極、前記第2の外部電極、前記第3の外部電極および前記第4の外部電極は、下地電極層と、前記下地電極層上に配置される下層めっき層と、前記下層めっき層上に配置される上層めっき層と、を有し、
前記下地電極層は、Ni、Cr、Cu、Tiから選ばれる少なくとも1つを含む薄膜電極であり、
前記下層めっき層は、Cuめっき層からなり、
前記下層めっき層は、前記積層体側に位置する下層領域と、前記下層領域と前記上層めっき層との間に位置する上層領域を有しており、
前記下層領域に位置する前記Cuめっき層の金属粒径は、前記上層領域に位置する前記Cuめっき層の金属粒径よりも小さく、
前記下層領域に位置する前記Cuめっき層の金属粒径は、0.20μm以下であり、前記上層領域に位置する前記Cuめっき層の金属粒径は、0.5μm以上である、積層セラミック電子部品。
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