JPS5929414A - セラミツクチツプコンデンサ用コンプライアント成端 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明はモノリンツクチップコンデンサ、特に、たわみ
リード線が伸びているコンデンサと異なり、回路板に直
接接続されるチップコンデンサに関する。

チップコンデンサはコンパクトであり、本来信頼性が高
いため、その使用が増加している。従来、このようなコ
ンデンサにはその末端に２つ以上の成端部分が装備され
、アルミナ、エボキン充てんファイバーグラス等により
形成された基板の表面における導電性ランドに直接装着
される。成端はランドと直接接触するように配置され、
はんだもしくは導電性エポキシ接着材で機械的および電
気的に接続される。

プリント回路板上における電気回路の製造中および／も
しくはこのような回路の使用中においては温度循環に直
面する。コンデンサチップ物質およびそのチップが装着
される基板もしくはプリント回路板物質問に熱膨張率の
不均衡が存在するため、チップ本体もしくは成端および
コンデンサ電極間の接触面において破損の生ずることが
ある。

分離性モノリシックコンデンサのこのような故障を避け
るため、コンデンサ成端および回路板の接触面にコンブ
ライアント接続ｔｊＪ人し、これらの構成部分の収縮お
よび膨張の差が装置のもろい素子に過度の応力を及はさ
ず、コンブライアント接続のたわみに吸収されるように
する試かがなされてきた。これらのコンブライアント材
の１つはタブから成り、従来のコンデンサ上のリード線
と同様、構成部分の膨張率の差がもたらす応力を吸収す
る。

このようなタブにより追加部品が生じ、さらにこの部品
をチップに取シ付けるための作業が必要となるため、コ
ンデンサチップの価格は上昇する。

コンデンサチップ故障問題のもう１つの解決法は円柱状
のはんだでチップ成端を基板に接続し、その円柱の大き
さによってはんだ接続？コンブライアントとするもので
ある。この種のコンデンサチップは米国特許第４，２９
７゜７７３号明細書に開示されている。コンデンサチッ
プには、チップが基板上に配置される際に導電成端を基
板上の導電ランドから浮かす台もしくは多数のうねのよ
うな支持材が装備される。導電成端部分における基板お
よびコンデンサチップ底部間の距離は５ミル以上とシ、
コンデンサの導電成端および基板ランド間にかなりの空
間もしくは、はんだによる垂直な円柱を存在させるよう
にするといわれている。したがって、十分な長さのはん
だ接続により、コンデンサおよび基板の導電ランド間に
比較的ハイコンプライアンスな接続をもたらし、機械的
に生じた応力が、コンデンサの故障もしくは値の変化を
起こす程、高いレベルでコンデンサに伝導されることな
く、はんだ本体に吸収もしくは相殺されるようにする。

この種のコンデンサは形状が特殊であるため、その製造
には特別な設備が必要である。

また、基板に面することができるのはコンデンサの片１
則のみであるため、このようなコンデンサを基板に配置
するためにも特別な設備が必要である。

発明の要約 本発明の目的は、プリント回路基板に装着Ｌ　ｆｔ　際
に、誘電コンデンサ素地および基板間の熱膨張性の不均
衡より生ずる応力に耐え得るモノリシックチップコンデ
ンサ全提供することである。

本発明のコンデンサチップは積層化され交互に配置され
た誘電物質および金属電極物質により形成された多層誘
電コンデンサ素地から成り、電極層は交互にコンデンサ
素地の反対側の端に伸びている。対峙する各端面は非コ
ンブライアント金属被膜でコーティングされ、その端面
に伸びている電極層と電気的に接続される。非コンブラ
イアント金属被膜層Ｕそれぞれコンブライアントな導電
物質でコーティングされ、各コンブライアントコーティ
ングの表面上に金属層が配置されるが、金属層の融点は
コンブライアントコーティングのそれよりも高いものと
する１、 好ましい態様の説明 図１は、導体ランド１２および１４全有する回路基板上
に装着した先行技術のモノリフツクコンデンサチップ１
０を示すものである。

コンデンサ１０は電極層１８が交互に挿入されたセラミ
ック、ガラスもしくはガラスセラミック素地１６から成
る。電極１８は交互にチップの反対側の端に伸び、そこ
で金属コーティング２０および２２により電極層の各組
が平行に接続され成端部分となる。しばしば、終末成端
２０および２２はガラスフリットおよび銀等の金属片か
ら成る混合物の焼成もしくはチップの端への素地金属の
スパッタにより形成される。これら従来の成端は非コン
ブライアントであり、ランド１２および１４と直接接触
し、永久的にそれらに固定される。

したがって、コンデンサチップおよび基板間のいかなる
膨張の違いも上述のようにコンデンサ素地の原因と成り
得る。

本発明はコンデンサチップの端末成端および導電基板ラ
ンド間にコンブライアント接続をもたらすものである。

この改良されたコンデンサチップ端末成端を図２に示す
が、図１と同様の構成部分は同じ番号で示される。導電
端末成端２０′および２２′は電極群１８”ｋ平行に接
続するものであり、公知の導電物質のいかなるものでも
良い。終末成端２０′および２２′の外面は鉛合金３２
および３４でコーティングされ、コンデンサチップおよ
び基板間にコンブライアント接続がもたらされるＣ、コ
ンプライアンス量を最大とするため、コーティング３２
および３４は５０％以上の鉛を含有するべきであり、好
ましいコンブライアントコーティングは９０％以上の鉛
を小量の銀およびスズを含有する。鉛含量が増すと融点
が上昇し、製造しやすくなるため、好ましい。

融点の高い合金は、チップを基板にはんだ付けする間に
軟化もしくは流出しない。コンブライアントコーティン
グ３２および３４の厚さは、必要なコンブライアント特
性を得るために約２．５〜５μｍ以上とするべきだと考
えられる。

コンブライアントコーティング３２および３４の外面は
導電物質層３６および３８でめっきされ、チップがはん
だ付けされる際に端末成端２０′および２２′と基板ラ
ンド１２′および１４′の間のコンブライアント鉛合金
の最小の厚さを保持する。はんだ付は工程中にめっき層
３６および３８が存在しなければ浴融したはんだの成分
がコンブライアント層中に拡散し、その特性を変化させ
ることがある。したがって、鉛合金の不変部分の厚さが
、好ましいコンブライアント接続を得るために必要な値
よりも薄くなる。層３６および３８はニッケル、銅、金
、銀、パラジウム等およびそれらの合金から成るものと
して良く、好ましくは電気めっきによシ付着される。層
３６および３８の融点はコンブライアントコーティング
３２および３４のそれよりも高く、好壕しくは９００℃
より高い温度である。例えば、コーティング３２および
３４がスズでめっきされた場合、はんだ付は中にスズめ
っき）が浴融し、コーティング３２および３４と混合し
、コンブライアントコーティングの有効な厚さを減少さ
せる。チップ端金属被膜およびめっきされた端末キャ′
ツブ３６および３８の間にはさまれた鉛合金は応力を吸
収するコンプライアントバッファとして働き、温度循環
中に応力がチップもしくは端末金属被膜に伝導されない
ようにする。

図３〜７はコンブライアント端末成端を有するモノリシ
ックコンデンサチップの第１の製造法を示すものである
。図３は市販量のチップの製造が可能な公知の技術を示
す。最初に、伸長させたフィルム４２の多数の組を１枚
の緑色誘電板に程良く間隔を置いて適当な位置に付着さ
せる。その後、フィルム４２の付着した緑色誘電板と重
なるよう［２枚目の緑色誘電板４４を配置する。第２の
伸長フィルム群４６を各フィルムの一部が上記フィルム
群４２の少なくとも１枚の一部と重なり合うように緑色
誘電板４４に付着させる。特に、フィルム群４２のうち
の２枚であるフィルム４８および５０は、フィルム群４
６の１枚であるフィルム５２が板４４に付着する際にフ
ィルム４８およびフィルム５０の双方と重なり合うよう
に配置される。このことは長方形「Ａ」およびｒＢＪで
示され、［Ａｊはフィルム４８および５２間の重複部分
、「Ｂ」はフィルム５０および５２間の重複部分である
。

長方形「Ｃ」はフィルム群４２のいかなるものとも重な
り合わないフィルム５２０部分である。

その後、３枚目の緑色誘電板５４全フィルム群４６の上
に配置し、カバーとする。たやすく理解されるように、
図３の説明に従って形成されるコンデンサユニット群は
図４に示されるようにそれぞれ多数の電極全含有するこ
とができる。複数組の電極を得るためには、上記の図３
に関連して述べた方法をコンデンサの適当な電気特性が
得られるのに必要な回数繰り返す。したがって、第３の
導電フィルムをフィルム群４２と重なり合うように緑色
誘電板５４に付着させ、その上に第４の緑色誘電板が配
置される。このような第４の緑色誘電板には第４のフィ
ルム群がフィルム群４６と重なり合うように付着され、
さらに工程が繰り返される。その後、コンデンサスタッ
ク５６は公知技術の方法で圧縮および焼成される。

コンデンサスタック５６を圧縮し、必要であれば熱処理
した後、得られた濃密なモノリシック構造はダイアモン
ド鋸等の公知技術の適当な方法で切断することができる
。アセンブリは］方向においては線り、Ｅ、Ｆ、Ｇ等に
沿って切断することができ、線Ｄ　、　Ｅ　、　Ｉ”お
よびＧと直角な方向においては線１−１　、　Ｋ　、　
Ｊ等に沿って切断することができる１、この方法でアセ
ンブリを切断することにより得られるコンデンサユニッ
ト群はそれぞれ連続する電極の一部と重なり合う電極を
有しているが、これらの電極は双方とも反対側に伸びる
非重複部分を有していることがわかる。さらに、切断中
に電極の非重複部分の端末は自動的に露出されるが、そ
の側面は露出されることなく、誘電物質塊中に密封され
ている。言うまでもなく、線Ｈ，におよびＪの切シロは
電極間の間隔よりも狭くしなければ密封は達成されない
。

図４は圧縮および加熱後のコンデンサスタック５６を示
し、コンデンサ電極の端末のみを露出するコンデンサス
トリップがどのようにして線１）　、　Ｅ　、　Ｆおよ
びＧに沿って切断されるのかを説明するものである。

誘電板物質としてはガラスおよびガラスセラミック物質
も用いられるが、セラミック誘電物質が一般に用いられ
る。通常用いられるセラミック組成はチタン酸バリウム
を主成分とし、様々な量より成る１つ以上のアルカリ土
類酸化物、チタン酸塩、ジルコン酸塩、スズ酸塩、およ
び微量の他の金属酸化物から成る。

誘電板は、例えば米国特許第３，６０４，０８２号（マ
クブレイア−他）および第３，６５９，９９０号（ケイ
トー他）により開示された技術でたわみ構造に形成され
ることが好ましい。セラミック原料は粉砕して微粉末と
した後、適当な樹脂、溶媒および可塑剤と共に混合し、
流し込み可能な混合物を得る。この混合物を大きな薄板
型に流し込んだ後、乾燥し、必要な大きさの板に切断す
る。上述のように板は積層化しプリントすることもでき
、あるいは積層化する前に電極層のパターン全組み込む
こともできる。

電極層はスクリーン印刷により、あるいはセラミック板
表面の選ばれた部分を１つ以上の貴金属、適当な樹脂、
結合剤および溶媒の混合物から成るペースト状の電極物
質で金属被膜化することにより形成することができる。

電極整合パターンは、板が積層化および焼成され、得ら
れたブロックがチップ６０に切断された後（図５参照）
に、電極６２が交互に異なる端面に露出されるようにす
る。好ましい態様においては、チップ素地は長方形であ
り、電極は反対側の端面に伸びる。

図６に示すように、その後、金属コーティング６８を各
コンデンサ素地に付着させて各電極層全平行に接続し、
コンデンサが回路にはんだ付けされる成端部とする。こ
の端末金属被膜部６８は通常、鋏片およびそれをセラミ
ック素地に結合するガラスフリットから成る焼成混合物
である。端末金属被膜コーティング６８は非コンブライ
アントであるため、これが直接、導電基板パスにはんだ
付けされた場合には、熱的に生じた基板寸法の変化はす
べてコンデンサ素地に伝導される。したがって鉛合金層
７０が、熱浸漬技術等の公知の方法で導電層６８の表面
に付着される。その後、薄い導電層もしくはフィルム７
２が層７０の外面にめっきされる。めっきされる層７２
にはニッケルもしくは銅等の安価な金属を用いることが
好ましいため、この層はスズもしくはスズ合金のような
酸化耐性金属層７４でめっきして図７に示すチップコン
デンサを形成する。

モノリンツクコンデンサチップ上のコンブライアント端
末成端を形成する他の方法が図８〜１２に示される。こ
の方法は米国特許第３．６７９，９５０号および第４，
０３０，００４号（ラット）の技術に基づくものである
。前述の方法と同様に有機結合剤中の微粒、セラミック
誘電体から成る誘電物質の薄板がもたらされる。貴金属
の薄いフィルム全誘電板に付着させてコンデンサ電極を
形成する代わりに、焼成によって空胴もしくは連結有孔
率が特異的に高い部分全形成する物質から成るフィルム
のパターン全容誘電板に付着させる。誘電板スタック８
０の部分断面図を図８に示すが、各板には焼成時に有孔
率の高い部分を形成する層８２が付着されている。有孔
率の非常に高い空胴を形成するため、セラミック誘電板
にコンデンサ電極を差し込む前にそれらの位置を炭素電
極ペーストでさえぎる。米国特許第４，０３０゜００４
号の教示するところに従えば、このようなペーストはセ
ラミック粒子、カーボンブラック、および８０ｍ１の松
油、１４Ｉのアクリル樹脂および１．５ｇのレシチン分
散剤より成るスクイージ−媒体の混合物から成り、粘度
全増加させるため１．３％（組成中の他のすべての成分
の総重量に対して）のエチルセルロースが添加される。

有孔率のより少ない部分を形成するためには米国特許第
３，６７９，９５０号に説明された組成の１つを用いる
ことができる。有孔性のより少ない層を形成するための
組成の一例としてこの特許に記載されるものは、６６９
４％のＢａＣＯ３，２７，１％のＴｉＯ２，３，３２チ
のＢｉ２Ｏ３および２６４％のＺｒＯ２から成るすべて
粉末形状のセラミック組成であり、前記のスクイジー媒
体と重量比１：１で混合される。

層８２盆スクリーン印刷等の技術により、誘Ｌ＆８０の
選ばれた部分に付着された後、誘電板は図８に示すよう
に積層化される。積層化された板は高温で圧縮され、ブ
ロック全形成する。その後へブロックを切断し、より小
さいブロックもしくはチップを形成する。

コーティング８２を予め定め９られたパターンで誘電板
に付着させ、切断されたチップがそれぞれ交互に反対側
の端末を露出するがチップの側面を露出しないようなス
クリーン印刷組成層全含有するようにする。その後、チ
ップを加熱してセラミック層中の一時的な結合剤を除去
および／もしくは分解した後、高温で焼成し、焼結チッ
プを形成する。図９に示すように、焼成したチップはそ
れぞれ有孔性の空胴８８のあるセラミック素地８６から
成る。。

空胴８８には前述のラット特許に開示された方法で導電
物質を充填することができる。

例えば図９のチップ全硝酸銀の入った容器に浸漬し、圧
力を下げた後に正常に戻して空胴８８中に硝酸銀を浸透
させる。その後、チップを空気中において７００°Ｃ〜
８４０°Ｃの間の温度まで加熱して硝酸銀を分解し、空
胴中に銀を析出させる１、あるいはチップを溶融鉛のバ
ッチもしくは鉛含打台址の入った容器中に入れて圧力金
工げ、空胴全空にすることもできる。その後、圧力を上
げて溶融金属全空胴８８に浸透させる。

好ましい態様においては、空胴β８に導電物質を導入す
る前に、図１０に示されるように空胴８８が伸びるチッ
プの各端末に有孔性導電物質層９０を付着させる。コー
ティング９０はセラミックチップに付着する導電物質で
あり、空胴８８の含浸および含浸合金の湿潤が可能なよ
うに有孔でなければならない。

コーティング９０は銀、金、パラジウムおよびそれらの
合金等の物質によシ形成することができる。前述の米国
特許第４，０３０，００４号に教示されるように、有孔
性端末成端電極は、有孔層が露出するチップの端面に市
販のパラジウム−銀電極ペーストをコーティングし、被
膜したチップを約８８０℃で約１時間加熱することによ
ってチップに付着させることができる。金属をスパッタ
する方法によっても、適当な導電端末成端を前記のチッ
プ端面に付着させることができる。

その後、上述のように図１０に示したチップは鉛合金に
浸漬することができる。鉛合金は有孔性コーティング９
０を貫通して空胴を満たし導電電極９２を形成する。ま
た十分な量の鉛合金を有孔性コーティング９０の表面上
に残留させ、コンブライアントコーティング９４を形成
させる。先の態様と同様に、ニッケル、ニッケル合金も
しくは銅等の金属層９６をコーティング９４上に被覆さ
せ、層９６の表面上にスズもしくはスズ合金等のはんだ
付は可能な金属層９８を被覆させる。

図８〜１２に関連して述べられた態様を修正した方法に
おいては、最初に有孔性成端電極を素地の端に付着させ
ることなく、溶融金属全開放構造層８８（図９）に導入
することができる。このような溶融金属電極物質の注入
法は前述の米国特許第３，６７９，９５０号に記載され
ている。導電電極物質を開放構造層に注入した後、チッ
プの端面を導電端末成端で被覆することができる。端末
成端はコンデンサ電極を溶融しないような技術で付着さ
せなければならないため、スパッタもしくは導電性エポ
キシの接着のような技術を用いることができる。

図８〜１２に関連して説明された方法に従って多数のモ
ノリシックコンデンサチップが形成されたが、この方法
は前述の米国特許第４．０３０，００４号に開示された
種類のものである。

多孔性端末成端９０は銀含有ペーストラチップの反対側
の端に付着させ、焼成することによって形成された。電
極９２は図１０で説明された型のチップ全排気室中に配
置した後、１５％の銀、９３．５％の鉛および５％のス
ズから成る溶融鉛合金バッチ中に浸漬することにより形
成された。その後、圧力を上げ、チップを浴から除去し
て冷却した。空胴８８および有孔性鋭端末成端は鉛合金
で満たされ、有孔性銀電極の全表面に鉛のコンブライア
ントコーティングが残った。

そして、チップをサルファミン酸浴中に配置し、ニッケ
ルの薄層で電気めっきした。その後、チップはスズ酸溶
液に浸漬し、コンブライアント端末成端の外面をスズで
めっきした。

得られたチップのうち３０個１．６２−３６−２はんだ
ペーストを用いるホットプレートはんだ付は技術により
アルミナ基板にはんだ付けした９、そして、これらの基
板は一５５°〜＋１２５００の循環を５回反復させられ
、顕微鏡を用いて物理的な損傷を観察した。基板は試験
室中で各温度において４５分間放置された。この温度循
環および検査手順は４回反復され、各チップは合計２０
周期にわたり前記の温度極限値にさらされた。

２０回の循環が終了した後、１つの基板上の１１個のチ
ップに対しプソンユーオフ試験を行なって結合強度を測
定した。プソンユーオフ強度の最小値は５ポンド、最大
値は１１５ボンド、１１個のチップの平均値は８．５ポ
ーンドであった。３０個のチップのうち、温度循環でな
んらかの損傷を受けたものは１つもなかった。

【図面の簡単な説明】

図１は、回路基板に装着された先行技術のコンデンサチ
ップを示すものである。 図２は、基板に装着された本発明のコンデンサチップを
示すものである。 図３は、多数のコンデンサチップを形成する技術を説明
する部分的な平面図である。 図４は、図３のコンデンサスタックを線４−４で切断し
た立断面図である。 図５〜７は本発明のチップコンデンサの製Ｆｉｇ、　９ Ｆｉｇ、　／／ Ｆ々、１２ ７２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）積層化され交互に配置された誘電物質および電極
   物質の層から成り、電極層が交互に素地の反対側の端面
   にまで伸びている多層誘電コンデンサ素地、 伸びている電極層と電気的に接触している上記の対峙す
   る各端面上の非コンブライアント金属被膜層、 上記の各非コンブライアント金属被膜層表面上のコンブ
   ライアントな導電物質によるコーティング、および 上記コンブライアントコーティングより融点が高く、上
   記の各コンブライアントコーーテイング表面上に配置さ
   れる金属層から成るモノリシックチップコンデンサ。 （２）上記のコンブライアントな導電物質が、５０％以
   上の鉛から成る合金であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のコンデンサ。 （３１上記のコングラフィ１ア、ントな導電物質のコー
   ティングの厚さが２．５μｍ以上であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のコンデンサ。 （４）　　上記金属被膜の融点が９００℃よシ高いこと
   全特徴とする特許請求の範囲第３項記載のコンデンサ。 （５）上記のコンブライアン）７ｚ導電物質がスズおよ
   び銀を含有することを特徴とする特許請求の範囲第４項
   記載のコンデンサ。 （６）上記金属層が上記コンブライアント物質コーティ
   ング表面上の比較的たやすく酸化される金属から成シ、
   この比較的たやすく酸化される金属の表面上にさらに酸
   化耐性金属を含むことを特徴とする特許請求の範囲第５
   項記載のコンデンサ。 （７）上記の比較的たやすく酸化される金属が、銅およ
   びニッケルよシ成る群から選ばれることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項記載のコンデンサ。 （８）上記酸化耐性金属が、スズ、金、銀、プラチナお
   よびそれらの合金より成る群から選ばれることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項記載のコンデンサ。 （９）上記のコンブライアントな導電物質が９０％以上
   の鉛から成ることを特徴とする特許請求の範囲第８項記
   載のコンデンサ。