JP7468492B2 - 電子部品およびコイル部品 - Google Patents
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Description
本開示は、電子部品およびコイル部品に関する。
特許文献１および２には、素体の主面から側面に亘って外部電極が形成された電子部品（コンデンサまたはインダクタ）であって、外部電極は、電極層とメッキ層とを含む電子分が開示されている。このような電子部品によれば、半田を介して外部電極と回路基板とを電気的に接続することが可能である。
特許文献１および２に記載されたように、半田を介して外部電極と回路基板とを電気的に接続する場合、半田が冷えることによって半田の収縮が起こるため、外部電極に対して半田の収縮に起因する引張応力が生じる。そうすると、外部電極が素体から剥がれ、電子部品の信頼性が低下する虞があった。
そこで、本開示の主たる目的は、信頼性の高い電子部品およびコイル部品を提供することを目的とする。
本開示の電子部品は、
実装面と、引出配線が露出する露出面と、を備えた素体と、
前記実装面に設けられた第１電極と、
前記引出配線と電気的に接続して前記露出面に設けられた第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とが離間している。
実装面と、引出配線が露出する露出面と、を備えた素体と、
前記実装面に設けられた第１電極と、
前記引出配線と電気的に接続して前記露出面に設けられた第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とが離間している。
本開示のコイル部品は、上述の電子部品において、前記素体は、コイル導体層を積層させて成る。
本開示によれば、信頼性の高い電子部品およびコイル部品を提供することができる。具体的には、第１電極と第２電極とが離間しているため、半田の収縮に起因する引張応力を低減することができる。
以下、本開示の電子部品を詳細に説明する。必要に応じて図面を参照して説明を行うものの、図示する内容は、本開示の理解のために模式的かつ例示的に示したにすぎず、外観や寸法比などは実物と異なり得る。
－本開示の電子部品について－
本開示の電子部品は、素体Ｓおよび外部電極Ｅが形成されている（図１参照）。素体Ｓは、実装基板ｂと対向する実装面Ｓ１と、引出配線が露出する露出面Ｓ２と、を備えており、外部電極Ｅは、実装面に設けられた第１電極ｅ１と、露出面に設けられた第２電極ｅ２と、を備えている（一例として、図２参照）。そして、第１電極ｅ１と第２電極ｅ２とが互いに離間している。本明細書でいう「離間」とは、第１電極ｅ１および第２電極ｅ２が接触せずに、離れている状態をいう。
本開示の電子部品は、素体Ｓおよび外部電極Ｅが形成されている（図１参照）。素体Ｓは、実装基板ｂと対向する実装面Ｓ１と、引出配線が露出する露出面Ｓ２と、を備えており、外部電極Ｅは、実装面に設けられた第１電極ｅ１と、露出面に設けられた第２電極ｅ２と、を備えている（一例として、図２参照）。そして、第１電極ｅ１と第２電極ｅ２とが互いに離間している。本明細書でいう「離間」とは、第１電極ｅ１および第２電極ｅ２が接触せずに、離れている状態をいう。
このように、第１電極ｅ１および第２電極ｅ２が互いに離間した電子部品とすると、当該電子部品を実装基板ｂに半田ｈを介して電気的に接続した場合、半田の収縮に起因する引張応力を低減することができる。具体的な「離間」の態様は、後述する実施例で説明する。
以下、本開示の電子部品の一例として、図２および図３に示すようなコイル部品を例示して具体的に説明する。なお、本開示の電子部品は、コイル部品に限られることなく、コンデンサ、バリスタ、アクチュエータ、サーミスタ、もしくは積層複合部品などの積層電子部品、又は、積層電子部品以外の電子部品としてもよい。
本開示のコイル部品１は、一例として複数の積層部材ｓｂ１～ｓｂ９が積層された素体Ｓと、外部電極として作用する第１電極ｅ１および第２電極ｅ２と、を備えてよい。図示例では、９つの積層部材ｓｂ１～ｓｂ９を積層しているが（図３参照）、積層数はこの例に限定されるものではない。
最外面の積層部材ｓｂ１，ｓｂ９は、後述するコイル導体層Ｍを被覆するものであり、絶縁層Ｉを備えてよい。絶縁層Ｉは、好ましくは磁性体、さらに好ましくは、焼結フェライトから構成されてよい。上記絶縁層Ｉは、主成分として、少なくともＦｅ、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉを含んでよい。一例として、Ｆｅは、Ｆｅ２Ｏ３に換算して４０．０ｍｏｌ％以上４９．５ｍｏｌ％以下、Ｚｎは、ＺｎＯに換算して２ｍｏｌ％以上３５ｍｏｌ％以下、Ｃｕは、ＣｕＯに換算して６ｍｏｌ％以上１３ｍｏｌ％以下、Ｎｉは、ＮｉＯに換算して１０ｍｏｌ％以上４５ｍｏｌ％以下としてよい。また、絶縁層Ｉは、さらにＣｏ、Ｂｉ、ＳｎまたはＭｎ等の添加物または製造上不可避な不純物を含んでいてもよい。
最外面の積層部材ｓｂ１，ｓｂ９よりも内側に配置される積層部材ｓｂ２～ｓｂ８は、上述した絶縁層Ｉと、コイル導体層Ｍおよびビア導体Ｖを備えてよい。
コイル導体層Ｍを構成する材料は、特に限定されないが、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄおよび／またはＮｉ等が挙げられる。好ましくはＡｇまたはＣｕ、より好ましくはＡｇとしてよい。導電性材料は、１種のみであっても、２種以上であってもよい。コイル導体層Ｍは、Ｕ字形状といった端部同士が接続されない形状（つまり、コイル導体層が閉じられていない形状）で構成され、コイル導体層Ｍは、絶縁層Ｉ上に形成されてよい。コイル導体層Ｍの厚みは、コイル部品に流れる定格電流によって定められるが、コイル導体層Ｍの厚みを厚くすることにより、コイル部品の抵抗値をより小さくできる。
最外面の積層部材ｓｂ１，ｓｂ９と隣接する積層部材ｓｂ２，ｓｂ８のコイル導体層Ｍには、外部電極Ｅ（第２電極ｅ２）と電気的に接続される引出配線として作用する引出部Ｍｄが設けられてよい（図３参照）。引出部Ｍｄを介してコイル導体層Ｍに電力が供給される。
ビア導体Ｖは、製造上の観点から、コイル導体層Ｍと同じ材料を用いることが好ましいが、コイル導体層Ｍと異なる材料を用いてもよい。ビア導体Ｖを介して積層部材ｓｂ２～ｓｂ８のコイル導体層Ｍ各々が電気的に接続されてよい。本開示の積層部材ｓｂ２～ｓｂ８は、各々直列接続されてよく、積層数に応じて、所望のコイル特性を得ることができる。
積層部材ｓｂ１～ｓｂ９を積層して形成された素体Ｓにおいて、必須の構成ではないが、露出面Ｓ２および実装面Ｓ１によって構成される素体Ｓの角部は、Ｒ面取りされていてよい。角部がＲ面取りされていると、後述する外部電極を形成する際、素体Ｓの角部に電極（第１電極または第２電極）が形成されていない領域を適切に形成することができる。この理由は、電子部品の製造方法の説明で詳述する。
外部電極として作用する第１電極ｅ１は、素体Ｓにおける実装基板ｂと対向する実装面Ｓ１に設けられている。第１電極ｅ１は、ＡｇまたはＣｕを含むことが好ましい。一例として、ＡｇペーストまたはＣｕペーストに素体Ｓを浸漬することで容易に外部電極を形成することができる。なお、本開示の電子部品の外部電極の形成手法は、上述のペーストを用いたものに限定されず、例えば、スパッタ法や蒸着法等の電極形成手法を用いてもよい。また、第１電極ｅ１の厚みは、５μｍ以上２０μｍ以下程度であることが好ましい。
外部電極として作用する第２電極ｅ２は、素体Ｓにおける引出配線が露出する露出面Ｓ２に設けられている。第２電極ｅ２は、第１電極ｅ１と同じ金属材料から構成されてよく、異なる金属材料であってもよい。第２電極ｅ２の厚みは、第１電極ｅ１の厚みよりも厚く、１０μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。このように、第２電極e２の厚みが第１電極ｅ１よりも厚いため、引出配線との電気的接続を良好に行うことができる。
第１電極ｅ１および第２電極ｅ２は、互いに離間して形成されている。したがって、当該電子部品を実装基板ｂに半田ｈを介して電気的に接続した場合、半田の収縮に起因する引張応力を低減することができる。
外部電極における任意の構成として、第１電極ｅ１および第２電極ｅ２を被覆する第３電極ｅ３をさらに備えてもよい。一例として、第３電極ｅ３は、第１電極ｅ１および第２電極ｅ２を下地電極とするメッキ電極としてよく、具体的には、Ｎｉ層ｅ３ａおよびＳｎ層ｅ３ｂを含んでいてよい。Ｎｉは半田食われを防止する観点から、Ｓｎは半田との接着性の観点から用いてよい。
－本開示の電子部品の付加的な構成について－
さらに、本開示の電子部品の好適な態様として、第１電極ｅ１と第２電極ｅ２との間に、絶縁部材ｃが配置されていてもよい。このような構成によれば、絶縁部材ｃによって第１電極ｅ１と第２電極ｅ２とを適切に離間させることができる。
さらに、本開示の電子部品の好適な態様として、第１電極ｅ１と第２電極ｅ２との間に、絶縁部材ｃが配置されていてもよい。このような構成によれば、絶縁部材ｃによって第１電極ｅ１と第２電極ｅ２とを適切に離間させることができる。
好適な絶縁部材の態様として、絶縁部材ｃは、素体Ｓの露出面Ｓ２から素体Ｓの実装面Ｓ１に亘って設けられていてよい。これにより、第１電極ｅ１と第２電極ｅ２との間の離間距離を長くすることができ、第１電極ｅ１と第２電極ｅ２との接触を低減することができる。
好適な絶縁部材の態様として、絶縁部材ｃは、ガラス材料を含んでよい。このような材料を用いることにより、絶縁層Ｉを有する素体Ｓとの接着性がよいため、第１電極ｅ１と第２電極ｅ２との接触を低減することができる。
好適な絶縁部材の厚みとして、絶縁部材ｃの厚みは、０．５μｍ以上３μｍ以下としてよい。つまり、絶縁部材ｃの厚みは、第１電極ｅ１および第２電極ｅ２よりも薄くてよい。このような絶縁部材ｃの厚みと第１電極ｅ１および第２電極ｅ２の厚みの関係より、絶縁部材ｃの体積は、第１電極ｅ１および第２電極ｅ２の合計体積よりも少ないことを理解できる。
－本開示の電子部品の製造方法について－
次に、本開示の電子部品の製造方法について説明する。一例として、コイル部品の製造方法を説明するが、本開示の電子部品は、コイル部品に限られることなく、コンデンサ、バリスタ、アクチュエータ、サーミスタ、もしくは積層複合部品などの積層電子部品、又は、積層電子部品以外の電子部品としてもよい。コイル部品の製造方法は、素体作製工程、外部電極形成工程を備えている。
次に、本開示の電子部品の製造方法について説明する。一例として、コイル部品の製造方法を説明するが、本開示の電子部品は、コイル部品に限られることなく、コンデンサ、バリスタ、アクチュエータ、サーミスタ、もしくは積層複合部品などの積層電子部品、又は、積層電子部品以外の電子部品としてもよい。コイル部品の製造方法は、素体作製工程、外部電極形成工程を備えている。
－素体作製工程－
まず、原料としてＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯを上述した所定の組成になるように秤量する。当該原料を純水およびＰＳＺ（部分安定化ジルコニア）ボールと共にボールミルに入れ、湿式で４時間以上８時間以下混合粉砕する。そして、水分を蒸発・乾燥させた後、７００℃以上８００℃以下の温度で２時間以上５時間以下仮焼することにより、仮焼物（仮焼粉）を作製する。
まず、原料としてＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯを上述した所定の組成になるように秤量する。当該原料を純水およびＰＳＺ（部分安定化ジルコニア）ボールと共にボールミルに入れ、湿式で４時間以上８時間以下混合粉砕する。そして、水分を蒸発・乾燥させた後、７００℃以上８００℃以下の温度で２時間以上５時間以下仮焼することにより、仮焼物（仮焼粉）を作製する。
作製した仮焼物をＰＳＺメディアとともにボールミルに入れ、さらにポリビニルブチラール系の有機バインダ、エタノールまたはトルエン等の有機溶剤および可塑剤をいれて混合する。そして、ドクターブレード法等で膜厚が２０μｍ以上３０μｍ以下のシート状に成形加工し、これを矩形状に打ち抜いて、シート状の絶縁層Ｉ（例えば、図３参照）を作製する。
作製したシート状の絶縁層Ｉに対し、所定箇所にレーザーを照射してスルーホールを形成する。そして、スルーホールに供給する導電性材料を準備する。導電性材料は、例えば、Ａｇ粉末またはＣｕ粉末、より好ましくはＡｇ粉末である。所定量の導電性材料の粉末を秤量し、所定量の溶剤（オイゲノールなど）、樹脂（エチルセルロースなど）、および分散剤と、プラネタリーミキサー等で混錬した後、３本ロールミル等で分散することで、導電性ペーストを作製することができる。
所定のコイル導体層Ｍの形状となるように、絶縁層Ｉに導電性ペーストを印刷するとともに、形成されたスルーホールに導電性ペーストを供給する。なお、導電性ペーストの形成手法は、印刷に限定されず、塗布形成等であってもよい。
以上の手順で作製した積層部材ｓｂ１～ｓｂ９を所定の順番（例えば、図３参照）で積層し、熱圧着することにより積層体ブロックを作製する。積層体ブロックを個片化した後に、焼成炉で９００℃以上９２０℃以下の温度で２時間以上４時間以下焼成を行う。その後、任意の工程として、焼成後の積層体を回転バレル機に入れて角部をＲ面取りする。以上のようにして、素体Ｓが作製される。
－外部電極作製工程－
まず、原料としてＡｇ粉末、ガラス材料、樹脂および溶剤を含有したＡｇペーストを準備する。ここで、ガラス材料の体積は、Ａｇ粉末の体積よりも少ないことが好ましい。より好ましくは、ガラス材料の体積とＡｇ粉末の体積の比率は、０．７以上０．７５以下であるとよい。なお、本明細書でいう「ガラス材料の体積とＡｇ粉末の体積の比率」は、ガラス材料の体積／Ａｇ粉末の体積で算出される値を意図している。ガラス材料の体積とＡｇ粉末の体積の比率を０．７以上０．７５以下の範囲で調整することで、離間距離を調整することができる。なお、体積の比率が０．７に近いとガラス材料が少なく離間距離が小さくなり、０．７５に近いとガラス材料が多く離間距離が大きくなる。
まず、原料としてＡｇ粉末、ガラス材料、樹脂および溶剤を含有したＡｇペーストを準備する。ここで、ガラス材料の体積は、Ａｇ粉末の体積よりも少ないことが好ましい。より好ましくは、ガラス材料の体積とＡｇ粉末の体積の比率は、０．７以上０．７５以下であるとよい。なお、本明細書でいう「ガラス材料の体積とＡｇ粉末の体積の比率」は、ガラス材料の体積／Ａｇ粉末の体積で算出される値を意図している。ガラス材料の体積とＡｇ粉末の体積の比率を０．７以上０．７５以下の範囲で調整することで、離間距離を調整することができる。なお、体積の比率が０．７に近いとガラス材料が少なく離間距離が小さくなり、０．７５に近いとガラス材料が多く離間距離が大きくなる。
準備したＡｇペーストに素体Ｓを浸漬すると、Ａｇペーストは、素体Ｓの角部はペーストが薄く付着する一方、素体Ｓの露出面Ｓ２および実装面Ｓ１は、ペーストが厚く付着する。
素体ＳにＡｇペーストを浸漬させた後、７５０℃以上８５０℃以下の温度で１分以上１０分以下の時間で熱処理を行う。熱処理によって素体Ｓ角部のＡｇは、素体Ｓの上面、下面または露出面に流動して、第１電極ｅ１および第２電極ｅ２が形成される。一方でガラス材料は、角部に留まって絶縁部材ｃが形成される。素体Ｓの角部がＲ面取りされていると、Ｒ面に沿って好適にペースト内のＡｇを素体Ｓの上面、下面または露出面に流動させることができる。また、当該形成手法によれば、第１電極ｅ１の厚みよりも第２電極ｅ２の厚みを厚くすることができる。第２電極ｅ２が厚く形成されるため、引出配線を適切に電気的に接続することができる。
以上のようにして、素体Ｓに第１電極ｅ１および第１電極ｅ１から離間した第２電極ｅ２、絶縁部材ｃを形成することができる。なお、上述の第１電極ｅ１および第２電極ｅ２の形成において、Ａｇペーストを浸漬させる形成手法を説明したが、この例に限定されずに、例えば、スパッタ法や蒸着法等の電極形成手法を用いてもよい。また、絶縁部材ｃの形成について、ペーストにガラス材料を含有させたものを浸漬させて形成手法を説明したが、この例に限定されずに、第１電極ｅ１および第２電極ｅ２を形成前または形成後に、絶縁部材ｃを浸漬以外の形成法（例えば、スパッタ、ＣＶＤ法など）を用いて形成してもよい。
第１電極ｅ１および第２電極ｅ２を形成した後に、これらの電極を下地電極とするメッキ電極としての第３電極ｅ３を形成してもよい。第３電極ｅ３は、Ｎｉ層ｅ３ａおよびＳｎ層ｅ３ｂを含んでいてよい。Ｎｉは半田食われを防止する観点から、Ｓｎは半田との接着性の観点から用いてよい。
以上により、本開示の電子部品の一例として、コイル部品を製造することができる。
本開示に係る「電子部品」に関して実証シミュレーションを行った。具体的には、図４に示すように、第１電極ｅ１および第２電極ｅ２が互いに離間した電子部品において、露出面Ｓ２に設けられた第２電極ｅ２の実装面側端部ａ１にかかる応力を計算した。なお、第１電極ｅ１および第２電極ｅ２の離間距離として、６μｍ、１８μｍ、３０μｍ、３６μｍ、４２μｍ、５４μｍ、６６μｍの７種類のサンプルに対し応力を計算した。なお、離間距離とは、第１電極ｅ１と第２電極ｅ２との間の素体Ｓの外面に沿う長さを意図し、図４において、離間距離とは、長さｌとする。
比較例として、図５に示すように、素体の外面に沿って電極ｅ’が形成された電子部品において、電極の端部ａ２にかかる応力を計算した。
応力計算は、ムラタソフトウェア株式会社製のＦｅｍｅｔ（Ｒ）を用いた。応力計算の結果を下記表に示す。なお、表中の低減率（％）は、比較例の電子部品の応力計算値に対する実施例の応力計算値［１００％－｛（応力計算値）／（比較例の応力計算値）｝％］とした。
［表１］によれば、第１電極ｅ１および第２電極ｅ２が互いに離間した電子部品は、比較例（図５）に対して、応力の計算値が低減される結果が得られた。特に、第１電極ｅ１と第２電極ｅ２との間の素体Ｓの外面に沿う長さが６μｍ以上６６μｍ以下とした場合に、応力計算値の低減率が５０％以上となり、応力低減効果が得られた。さらに、第１電極ｅ１と第２電極ｅ２との間の素体Ｓの外面に沿う長さが３６μｍ以上６６μｍ以下とした場合に、応力計算値の低減率が９０％以上となり、さらなる応力低減効果が得られた。
なお、上述の実施例の応力低減効果において、絶縁部材ｃを備えたコイル部品について実証シミュレーションを行ったが、絶縁部材を備えていないコイル部品も同程度の低減率となった。つまり、絶縁部材ｃは任意の構成としてよい。
また、実際に作成した電子部品は、外部電極の材料として、Ａｇ粉末（７０ｗｔ％）およびガラス材料（１２ｗｔ％）を用いた（この場合の、ガラス材料の体積とＡｇ粉末の体積の比率は約０．７２）。この体積比の場合、第１電極ｅ１と第２電極ｅ２との間の素体Ｓの外面に沿う長さが３６μｍとなった。
また、ガラス材料の体積とＡｇ粉末の体積の比率を０．７以上０．７５以下の範囲で、０．７５に近づけることで、第１電極ｅ１と第２電極ｅ２との間の素体Ｓの外面に沿う長さが長くなる電子部品を製造することができた。
なお、今回開示した実施態様は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本開示の技術的範囲は、上記した実施態様のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本開示の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
本開示の電子部品は、インダクタを例に説明したが、これに限られることなく、コンデンサ、バリスタ、アクチュエータ、サーミスタ、もしくは積層複合部品などの積層電子部品、又は、積層電子部品以外の電子部品などとして幅広く様々な用途に使用され得る。
１ 電子部品（コイル部品）
Ｓ 素体
Ｓ１ 実装面
Ｓ２ 露出面
Ｍ コイル導体層
ｓｂ１～ｓｂ９ 積層部材
Ｉ 絶縁層
Ｍ コイル導体層
Ｍｄ 引出部
Ｖ ビア導体
Ｅ 外部電極
ｅ１ 第１電極
ｅ２ 第２電極
ｅ３ 第３電極
ｅ３ａ Ｎｉ層
ｅ３ｂ Ｓｎ層
ｃ 絶縁部材
ｂ 実装基板
ｈ 半田
ａ１，ａ２ 端部
Ｓ 素体
Ｓ１ 実装面
Ｓ２ 露出面
Ｍ コイル導体層
ｓｂ１～ｓｂ９ 積層部材
Ｉ 絶縁層
Ｍ コイル導体層
Ｍｄ 引出部
Ｖ ビア導体
Ｅ 外部電極
ｅ１ 第１電極
ｅ２ 第２電極
ｅ３ 第３電極
ｅ３ａ Ｎｉ層
ｅ３ｂ Ｓｎ層
ｃ 絶縁部材
ｂ 実装基板
ｈ 半田
ａ１，ａ２ 端部
Claims (9)
- 実装基板と対向する実装面と、引出配線が露出する露出面と、を備えた素体と、
前記実装面に設けられた第１電極と、
前記引出配線と電気的に接続して前記露出面に設けられた第２電極と、を備え、
前記第１電極と前記第２電極とが互いに離間しており、
前記第２電極の厚みは、前記第１電極の厚みよりも厚くなっており、
前記第１電極と前記第２電極との間に、絶縁部材が配置され、前記絶縁部材の厚みは、前記第１電極の厚みおよび前記第２電極の厚みよりも薄くなっている、電子部品。 - 前記露出面および前記実装面によって構成される前記素体の角部は、Ｒ面取りされている、請求項１に記載の電子部品。
- 前記第１電極および前記第２電極を被覆する、第３電極をさらに備えた、請求項１または２に記載の電子部品。
- 前記第３電極は、ＮｉおよびＳｎを含むメッキ電極である、請求項３に記載の電子部品。
- 前記第１電極または前記第２電極は、ＡｇまたはＣｕを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の電子部品。
- 前記第１電極と前記第２電極との間の前記素体の外面に沿う長さは、６μｍ以上６６μｍ以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載の電子部品。
- 前記絶縁部材は、前記露出面から前記実装面に亘って設けられている、請求項１～６のいずれか１項に記載の電子部品。
- 前記絶縁部材は、ガラス材料を含んで成る、請求項１～７のいずれか１項に記載の電子部品。
- 請求項１～８のいずれか１項に記載の電子部品において、前記素体は、コイル導体層を積層させて成る、コイル部品。
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