JPWO2006022257A1

JPWO2006022257A1 - セラミック電子部品

Info

Publication number: JPWO2006022257A1
Application number: JP2006531914A
Authority: JP
Inventors: 好浩小村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2008-05-08
Also published as: WO2006022257A1

Abstract

金属板からなる端子部材が外部電極に接合された構造を有するセラミック電子部品を、耐機械的衝撃性、ヒートサイクル性能および耐電流性能に優れたものとする。端子部材（４）は、銅系金属からなる金属板によって構成され、かつ、外部電極（２）に対して半田のような導電性接合材（５）によって接合される部分となる外部電極側接合部（６）と、外部電極側接合部（６）に連なりかつ実装用導体部分（７）に対して電気的に接続される部分となる実装側端部（８）とを有する。外部電極側接合部（６）は、複数の櫛歯状片（９）を形成した櫛歯状をなしていて、各櫛歯状片（９）の断面積をＡとし、かつ各櫛歯状片（９）を外部電極（２）に接合する各導電性接合材（５）の、外部電極（２）に対する接合面積をＢとしたとき、Ａを０．０２１〜０．０９０ｍｍ2とし、Ａ／Ｂ比を０．０３〜０．１５とする。

Description

この発明は、セラミック電子部品に関するもので、特に、金属板からなる端子部材が外部電極に接合された構造を有するセラミック電子部品に関するものである。

この発明にとって興味あるセラミック電子部品として、自動車等に搭載される大電流向けの積層セラミックコンデンサがある。このような用途に向けられる積層セラミックコンデンサは、通常、相対向する端部にそれぞれ外部電極が形成されかつ外部電極の特定のものに電気的に接続されるように複数の内部電極が積層状に形成されている、コンデンサ本体と、外部電極を挟み込んだ状態でコンデンサ本体を保持しかつ外部電極の各々に電気的に接続されるように半田付け等により接合される、金属板からなる端子部材とをもって構成されている。

しかしながら、上述のような大電流下で用いられる積層セラミックコンデンサにあっては、次のような問題に遭遇することがある。

すなわち、誘電体としてチタン酸バリウム系セラミックを用いるような積層セラミックコンデンサを特に高電圧や高周波領域で使用した場合、コンデンサ本体に備える誘電体の圧電現象により、電歪が発生しやすい。この電歪による応力は、特に大容量の積層セラミックコンデンサにおいて大きく生じる。その結果、端子部材と外部電極との接合が外れたり、コンデンサ本体にクラックが生じたりするという問題に遭遇することがある。

そこで、端子部材の、外部電極に対して接合される部分となる外部電極側接合部を櫛歯状にし、さらに、この外部電極側接合部を屈曲させたりすることによって、外部電極側接合部が外部電極に接触する面積を減らし、それによって、外部電極側接合部と外部電極との間に付与される半田等の導電性接合材の、外部電極に対する接合面積を小さくすることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

上述のように、外部電極に対する導電性接合材の接合面積を小さくして、導電性接合材によって拘束される外部電極の面積を小さくすれば、電歪によって生じる応力を小さくすることができ、接合部分の破損およびコンデンサ本体のクラック等を生じさせにくくすることができる。

しかしながら、さらなる大電流に対応しようとするとき、端子部材およびコンデンサ本体自身がかなり高温になり、これらの熱膨張率の差が原因となって、接合部分にかかる応力が大きくなる。通常、この応力を緩和するためには、導電性接合材の、外部電極に対する接合面積を小さくすればよいことになるが、前述したように、端子部材の外部電極側接合部を櫛歯状にして接合面積を既に小さくしている状況において、さらに接合面積を小さくしてしまうと、今度は半田付けによる接合強度を所定以上に保てないという問題に遭遇する。

以上のような問題は、上述した構造の積層セラミックコンデンサに限らず、金属板からなりかつ櫛歯状の接合部を有する端子部材が半田付け等により外部電極に接合された構造を有するセラミック電子部品のすべてにおいて遭遇し得る。
特開２０００−２３５９３１号公報

そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得るセラミック電子部品を提供しようとすることである。

この発明は、セラミックをもって構成されかつ相対向する端部にそれぞれ外部電極が形成されている、電子部品本体と、外部電極に電気的に接続される、端子部材とを備える、セラミック電子部品に向けられる。ここで、端子部材は、銅系金属からなる金属板によって構成され、かつ、外部電極に対して導電性接合材によって接合される部分となる外部電極側接合部と、外部電極側接合部に連なりかつたとえば実装用配線基板上の導体部分のような実装用導体部分に対して電気的に接続される部分となる実装側端部とを有し、外部電極側接合部は、複数の櫛歯状片を形成した櫛歯状をなしている。

このようなセラミック電子部品において、端子部材が電子部品本体に及ぼす応力が、端子部材自身が有する拘束力によることに着目し、その拘束力の大きさに関係する「端子部材の外部電極側接合部における断面積」と電子部品本体の拘束面積を表す「外部電極に対する導電性接合材の接合面積」との比を所定範囲内とすることによって、十分な接合強度を保つために必要な接合面積を維持しつつ、発熱時の応力を緩和したことに、この発明の特徴がある。

すなわち、この発明では、前述した技術的課題を解決するため、各櫛歯状片の断面積をＡとし、かつ各櫛歯状片を外部電極に接合する各導電性接合材の、外部電極に対する接合面積をＢとしたとき、Ａが０．０２１〜０．０９０ｍｍ² であり、Ａ／Ｂ比が０．０３〜０．１５であることを特徴としている。

この発明において、各櫛歯状片は、外部電極に向かって突出する突起を形成していることが好ましい。

また、複数の櫛歯状片を互いに連結する連結部と各櫛歯状片の基部とが交差する部分にアール面取り部が形成されていることが好ましい。

また、導電性接合材は半田であることが好ましい。

この発明によれば、熱衝撃条件下でも、端子部材と外部電極との間で十分な接合強度を得ながら、電子部品本体のクラックを生じさせにくくすることができ、また、端子部材自身の強度も十分なものとすることができる。

また、この発明によれば、端子部材が導電性の良好な銅系金属から構成されているので、耐電流性能を低下させることなく、端子部材において十分な機械的強度を確保することができる。なお、銅系金属としては、無酸素銅、黄銅、ベリリウム銅、リン青銅などを用いることができるが、特に無酸素銅を用いることが好ましい。

この発明において、各櫛歯状片が外部電極に向かって突出する突起を形成していると、導電性接合材の、外部電極に対する接合面積を容易に制御することができる。

また、複数の櫛歯状片を互いに連結する連結部と各櫛歯状片の基部とが交差する部分にアール面取り部が形成されていると、端子部材において、当該交差部分を起点として損傷が広がることを防止することができ、したがって、衝撃や振動に対するセラミック電子部品の強度を向上させることができる。

また、導電性接合材として、半田が用いられる場合、導電性接着剤が用いられる場合に比べて、接合の信頼性を高めることができる。

図１は、この発明の第１の実施形態によるセラミック電子部品１の実装状態を示す斜視図である。図２は、図１に示したセラミック電子部品１に備える端子部材４の一部を拡大して示す斜視図である。図３は、この発明を規定する、Ａ／Ｂ比が０．０３〜０．１５であるという条件を見出すために実施した実験において得られたクラック発生率および接合強度に関するデータを示す図である。図４は、この発明の第２の実施形態によるセラミック電子部品１ａの一部を示す正面図である。図５は、この発明の第３の実施形態によるセラミック電子部品１ｂの一部を示す正面図である。図６は、この発明の第４の実施形態によるセラミック電子部品１ｃの一部を示す正面図である。図７は、この発明の第５の実施形態によるセラミック電子部品１ｄの一部を示す正面図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄセラミック電子部品
２外部電極
３電子部品本体
４端子部材
５導電性接合材
６外部電極側接合部
７実装用配線基板
８実装側端部
９櫛歯状片
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ突起
１４アール面取り部
Ａ各櫛歯状片９の断面積
Ｂ各導電性接合材５の、外部電極に対する接合面積

図１は、この発明の第１の実施形態によるセラミック電子部品１の実装状態を示す斜視図である。

セラミック電子部品１は、セラミックをもって構成されかつ相対向する端部にそれぞれ外部電極２が形成されている、電子部品本体３と、外部電極２に電気的に接続される、端子部材４とを備えている。端子部材４の各々は、外部電極２の各々に対して半田または導電性接着剤のような導電性接合材５によって接合される。

この実施形態では、電子部品本体３は、積層セラミックコンデンサを構成するもので、図示しないが、たとえばチタン酸バリウム系セラミックのような誘電体セラミックからなる複数のセラミック層およびセラミック層間の特定の界面に沿って配置される複数の内部電極を備える積層構造を有している。内部電極は、外部電極２の特定のものに電気的に接続されていて、一方の外部電極２に接続された内部電極と他方の外部電極２に接続された内部電極とは、電子部品本体３の積層方向に関して交互に配置されている。

端子部材４は、無酸素銅、黄銅、ベリリウム銅、リン青銅などの銅系金属からなる金属板によって構成される。このように、端子部材４を導電性の良好な銅系金属から構成することにより、耐電流性能を低下させることなく、端子部材４において十分な機械的強度を確保することができる。なお、銅系金属として、特に導電性の良好な無酸素銅を用いることが好ましい。

端子部材４には、必要に応じて、たとえば、１〜２μｍ程度の厚みのニッケルめっきおよびその上に１〜２μｍ程度の厚みの錫めっきが施されていてもよい。

図２は、端子部材４の一部を拡大して示す斜視図であり、電子部品本体３側に向く面を手前に向けて示している。

端子部材４は、外部電極２に対して導電性接合材５によって接合される部分となる外部電極側接合部６と、外部電極側接合部６に連なりかつたとえば図１に示した実装用配線基板７上の導体部分のような実装用導体部分に対して電気的に接続される部分となる実装側端部８とを有し、外部電極側接合部６は、複数の櫛歯状片９を形成した櫛歯状をなしている。

端子部材４の実装側端部８は、この実施形態では、櫛歯状とされる。実装側端部８に形成される櫛歯状片１０は、図１および図２から類推できるように、外部電極側接合部６に形成された櫛歯状片９と同じ位置にあり、櫛歯状片９から連続して延びるような形態をなしている。実装側端部８に形成された櫛歯状片１０は、図１に示した実装用配線基板７に設けられたスルーホール１１に挿入され、その状態で、実装用配線基板７との間で電気的接続が達成される。

なお、実装側端部８に形成された櫛歯状片１０は、図２に示した状態から９０度折り曲げられ、図示しないが、実装用配線基板の主面上に形成された導電ランドのような実装用導体部分に対して電気的に接続されるようにしてもよい。

端子部材４の外部電極側接合部６に形成された各櫛歯状片９は、外部電極２に向かって突出する突起１２を形成している。この実施形態では、各櫛歯状片９を、その幅方向に延びる折り曲げ線に沿って屈曲させることによって、突起１２が形成される。したがって、外部電極側接合部６を外部電極２に接合する導電性接合材５は、電子部品本体３に備える内部電極（図示せず。）の延びる方向と略平行に実質的に線上に延びるような形態をなしている。このように、各櫛歯状片９が突起１２を形成していると、導電性接合材５の、外部電極２に対する接合面積を容易に制御することができる。

また、端子部材４において、外部電極側接合部６に形成された複数の櫛歯状片９を互いに連結する連結部１３と各櫛歯状片９の基部とが交差する部分には、アール面取り部１４が形成されている。このようなアール面取り部１４の形成によって、端子部材４において、この交差部分を起点として損傷が広がることを防止することができる。したがって、セラミック電子部品１の、衝撃や振動に対する強度を向上させることができる。

以上のようなセラミック電子部品１において、外部電極側接合部６にある各櫛歯状片９の断面積をＡ（図２参照）とし、かつ各櫛歯状片９を外部電極２に接合する各導電性接合材５の、外部電極２に対する接合面積をＢ（図２参照）としたとき、Ａが０．０２１〜０．０９０ｍｍ² となるようにされ、Ａ／Ｂ比が０．０３〜０．１５となるようにされる。

上述のように、Ａが０．０２１〜０．０９０ｍｍ² の範囲に選ばれるのは、Ａが０．０２１ｍｍ² 未満であると、各櫛歯状片９において十分な強度が得られず、他方、Ａが０．０９０ｍｍ² を超えると、Ａ／Ｂ比が０．０３〜０．１５の範囲内にあっても、電子部品本体３にかかる応力が強くなりすぎ、電子部品本体３にクラックが発生しやすくなるためである。

また、Ａ／Ｂ比が０．０３〜０．１５の範囲に選ばれるのは、Ａ／Ｂ比が０．０３未満であると、接合面積Ｂが大きすぎる状況がもたらされ、電子部品本体３にクラックが発生しやすくなり、他方、Ａ／Ｂ比が０．１５を超えると、接合面積Ｂが小さすぎる状況がもたらされ、十分な接合強度が得られなくなるからである。

図３は、上述のＡ／Ｂ比が０．０３〜０．１５であるという条件を見出すために実施した実験において得られたクラック発生率および接合強度に関するデータを示す図である。

図３に示した実験では、Ａ／Ｂ比を変えるため、各櫛歯状片９の幅を変え、それによって各櫛歯状片９の断面積Ａを変え、他方、接合面積Ｂについては、これが一定となるように、導電性接合材５としての半田を付与した。

また、クラック発生率は、試料となるセラミック電子部品に、−５５℃〜１２５℃の熱衝撃を３０００サイクル与え、クラックが発生した試料数の比率を求めたものである。

また、接合強度については、１９６Ｎ（＝２０ｋｇｆ）以上のものを許容される接合強度を有するものと判断した。

図３からわかるように、Ａ／Ｂ比が３％〜１５％（０．０３〜０．１５）の範囲内にあるとき、クラック発生率が０％であり、かつ、接合強度が１９６Ｎ以上である。

図４、図５、図６および図７は、それぞれ、この発明の第２、第３、第４および第５の実施形態によるセラミック電子部品１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄの各一部をそれぞれ示す正面図である。図４ないし図７において、図１および図２に示す要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、図４ないし図７において、端子部材４は断面で示している。

第２ないし第５の実施形態は、第１の実施形態における外部電極側接合部６の櫛歯状片９に形成される突起１２についての変形例を与えるものである。

図４に示したセラミック電子部品１ａでは、櫛歯状片９の屈曲した部分の先端において突起１２ａを形成している。

図５に示したセラミック電子部品１ｂでは、櫛歯状片９の中間部をＣ字状に曲成した部分において突起１２ｂを形成している。

図６に示したセラミック電子部品１ｃでは、櫛歯状片９の曲成された端部において突起１２ｃを形成している。

図７に示したセラミック電子部品１ｄにおいては、櫛歯状片９の中間部をプレスによって深絞りすることによって突起１２ｄを形成している。

また、図４ないし図７に示した第２ないし第５の実施形態では、端子部材４の実装側端部８は、櫛歯状片９の基部に対して９０度屈曲しており、実装用配線基板の主面上に形成された導電ランドのような実装用導体部分に電気的に接続されるように構成されている。

なお、図４ないし図７を参照して変形例を説明した突起については、図示のもの以外の形態が採用されてもよい。

また、Ａ／Ｂ比が０．０３〜０．１５の範囲に選ばれるのは、Ａ／Ｂ比が０．０３未満であると、接合面積Ｂに対して櫛歯状片９の断面積Ａが小さすぎる状況がもたらされ、十分な接合強度が得られなくなり、他方、Ａ／Ｂ比が０．１５を超えると、接合面積Ｂに対して櫛歯状片９の断面積Ａが大きすぎる状況がもたらされ、電子部品本体３にクラックが発生しやすくなるからである。

Claims

セラミックをもって構成されかつ相対向する端部にそれぞれ外部電極が形成されている、電子部品本体と、
前記外部電極に電気的に接続される、端子部材と
を備え、
前記端子部材は、銅系金属からなる金属板によって構成され、かつ、前記外部電極に対して導電性接合材によって接合される部分となる外部電極側接合部と、前記外部電極側接合部に連なりかつ実装用導体部分に対して電気的に接続される部分となる実装側端部とを有し、
前記外部電極側接合部は、複数の櫛歯状片を形成した櫛歯状をなしていて、
各前記櫛歯状片の断面積をＡとし、かつ各前記櫛歯状片を前記外部電極に接合する各前記導電性接合材の、前記外部電極に対する接合面積をＢとしたとき、Ａが０．０２１〜０．０９０ｍｍ² であり、かつ、Ａ／Ｂ比が０．０３〜０．１５である、セラミック電子部品。
各前記櫛歯状片は、前記外部電極に向かって突出する突起を形成している、請求項１に記載のセラミック電子部品。
複数の前記櫛歯状片を互いに連結する連結部と各前記櫛歯状片の基部とが交差する部分にアール面取り部が形成されている、請求項１に記載のセラミック電子部品。
前記導電性接合材は半田である、請求項１ないし３のいずれかに記載のセラミック電子部品。