JPWO2019131352A1 - チップ状電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)該端面電極層が、導電性と適度な剛性に加えて、さらに適度な柔軟性を備えること。
(b)耐熱分解性に優れた母材の樹脂を選定すること。
(c)異質な複数種の導電性微粒子を、適切な比率で混合すること。
(d)適切な種類の該樹脂と該導電性微粒子とを混合することにより、チップ状電子部品としての性能を阻害しない程度に十分な導電性を発揮し得ること。
(x)樹脂電極層として有効な導電性を維持しつつ、苛酷な環境下であっても該樹脂電極層内部における破壊を防ぐ。
(y)比較的高温の環境下においても基材やニッケルめっき電極層と高い接合強度を維持して界面での破壊を生じさせない。
20,920 金属電極層
30,930 ニッケルめっき層
40,940 錫めっき層
50,950 抵抗体
60,960 ガラス材料層
70,970 保護膜
80,980 端面電極層
82a,82b ウイスカ状粒子
84a,84b フレーク状粒子
100,900 チップ抵抗器
図1は、本実施形態のチップ抵抗器100の断面模式図である。チップ抵抗器100は、アルミナ基材10上に形成された抵抗体50と、抵抗体50を被覆するガラス材料層60と、さらにガラス材料層60を被覆する保護膜70を有する。加えて、チップ抵抗器100は、アルミナ基材10の一部の平面及び一部の底面上に、抵抗体50と電気的に接続した金属電極層20と、金属電極層20と電気的及び機械的に接合したニッケルめっき層30及び錫めっき層40を備えている。また、アルミナ基材10の端面上には、金属電極層20と電気的に接続する端面電極層80が配置される。なお、アルミナ基材10の端面については、ニッケルめっき層及び錫めっき層が、端面電極層80を覆う。
(X)SEMにより倍率1500倍で観察したときに、端面電極層80の0.075mm×0.057mmの無作為に選んだ視野中における、ウイスカ状粒子(b)82a及びフレーク状粒子(c)84aが、本実施形態の端面電極層80(混合材料により構成されている層)の最表面に露出する面積分率が、30%以上である領域を含むこと。なお、より確度高く破壊を抑制する又は防止する観点から言えば、該面積分率が31.5%以上であることが好ましく、さらに確度高く破壊を生じさせない観点から言えば、該面積分率が33.0%以上である領域を含むこと。
(Y)本実施形態の端面電極層80(混合材料により構成されている層)を断面SEMにより倍率1000倍で観察したときに、端面電極層80の0.125mm×0.034mmの無作為に選んだ視野中において、端面電極層80の最表面に露出するウイスカ状粒子(b)82a及びフレーク状粒子(c)84aと、チップ抵抗器100が備えるニッケルめっき層30とが接する間隔が、10μm以下である領域を含むこと。
以下に、本実施形態のチップ抵抗器100及び端面電極層80の各種性能評価及びその結果について説明する。
本発明者らは、本実施形態の端面電極層80(混合材料により構成されている層)の試料及び比較例の混合材料の試料の貯蔵弾性率(Pa)の温度依存性の評価を、動的粘弾性測定装置(セイコーインスツル株式会社製、型式:DMS6100)を用いて行った。該貯蔵弾性率の評価結果は、表1A、表1B及び表2に示されている。
さらに本発明者らは、本実施形態の端面電極層80を構成する上述の混合材料の試料及び比較例の混合材料の試料の、示差熱・熱重量同時測定による1質量%(樹脂換算における1質量%)が減少又は分解する温度について分析を行った。該減少温度の評価結果は、表1A、表1B及び表2に示されている。
当該評価においては、端面電極層80又は比較例の混合材料を備えた3216サイズのチップ抵抗器100を製造した。そこで、ガラスエポキシ基板上に設置された銅電極パッド上に、Sn−Ag(3%)−Cu(0.5%)からなる鉛フリーはんだ(荒川化学製、型式:VAPY LF219)を用いて、窒素雰囲気下において最大温度300℃、及び270℃ではんだ付けを行うことにより試料(サンプル)を作製した。
○:クラック・剥離・破壊が認めらない。
△:クラック・剥離・破壊が認められたサンプル数が10%以下である。
×:クラック・剥離・破壊が認められたサンプル数が10%を越える。
当該評価においては、端面電極層80又は比較例の混合材料を備えた3216サイズのチップ抵抗器100(定格1kΩの抵抗器)を製造した。そこで、ガラスエポキシ基板上に設置された銅電極パッド上に、Sn−Ag(3%)−Cu(0.5%)からなる鉛フリーはんだ(荒川化学製、型式:VAPY LF219)を用いて、窒素雰囲気下において最大温度約240℃ではんだ付けを行うことにより試料を作製した。
○:不合格サンプルが0個
△:不合格サンプルが20%以下
×:不合格サンプルが20%を超える
また、本発明者らは、本実施形態の端面電極層80(混合材料により構成されている層)又は比較例の混合材料と、ニッケルめっきとの界面におけるダイシア強度(剪断負荷に対する接合強度)の温度依存性の評価を行った。評価はセラミック基材状に端面電極層80を構成する混合材料及び比較例の混合材料をスクリーン印刷で塗布し、その上にニッケルめっきを施したシリコンチップを搭載した後、175℃×15分にて熱硬化させて接合したものについて、ホットプレート上で前述のサンプル温度を制御しつつ、一般的なダイシェア試験機(Daga Precision Industries社製 型式 Series4000PA2A)を用いて、せん断破壊させたときの破壊強度を測定した。該ダイシア強度の評価結果は、「接着強度」として表3A、表3B、及び表4に示されている。また、評価結果の表示方法は次のとおりである。
○:ダイシェア強度が4N/mm2以上
△:ダイシェア強度が2N/mm2以上、4N/mm2未満
×:ダイシェア強度が2N/mm2未満
当該評価においては、端面電極層80を構成する混合材料及び比較例の混合材料を、ガラス基板(長さ約77mm×幅約27mm×厚さ約1.5mm)上に、ステンシルマスク(長さ約35mm×幅約22mm×厚さ約0.2mm)を用いて印刷した。印刷された該ガラス基板を恒温槽に入れた後、175℃で15分間加熱し、溶剤を揮発させるとともに、熱硬化させることによって、硬化物(電極)を作製した。この硬化物に対して、4端子(探針)法により、室温における比抵抗を測定した。該体積抵抗率の評価結果は、表3A、表3B、及び表4に示されている。なお、数値が小さいほど、該硬化物(電極)の電気伝導性が良好であることを意味する。
当該評価においては、端面電極層80を構成する混合材料及び比較例の混合材料を、ガラス基板(長さ約77mm×幅約27mm×厚さ約1.5mm)上に、ステンシルマスク(長さ約35mm×幅約22mm×厚さ約0.2mm)を用いて印刷した。印刷された該ガラス基板を恒温槽に入れた後、175℃で15分間加熱し、溶剤を揮発させるとともに、熱硬化させることによって、硬化物(電極)を作製した。該硬化物に対して、任意の箇所において横断面を切り出し、光学顕微鏡による観察(倍率200倍による観察)を行った。当該評価は、少なくとも3個以上の試料に対して同様に行われた。該ボイド評価の評価結果は、表3A、表3B、及び表4に示されている。
○:塗膜中にボイドが認められない。
△:塗膜中に微小なボイドが数個程度である。
×:塗膜中に顕著に大きなボイドが認められる、もしくは比較的に大きなポイドが10個以上ある。
(1)端面電極層80の熱分解を抑制し、めっき層との間の空洞(ボイド)の発生、又ははんだが飛び散りの発生を確度高く防止又は抑制することができる。
(2)はんだ接合時の負荷又は熱サイクルの負荷に基づく端面電極層80とめっき層又はアルミナ基材との間の剥離、及び/又は、端面電極層内部又はハンダ接合部の剥離あるいは破壊を確度高く抑制又は防止することができる。
(3)実装基板にはんだ付けされた状態で、常温のみならず、−55℃以下の低温、又は150℃を越える高温の条件下においても、端面電極層80がめっき層又は基材との間の十分な接着強度を発揮し得る。
(1)端面電極層80とめっき層との間の空洞(ボイド)の発生、又ははんだが飛び散りの発生を確度高く防止又は抑制することができる。
(2)はんだ接合時の負荷又は熱サイクルの負荷に基づく端面電極層80とめっき層又はアルミナ基材との間の剥離を確度高く抑制又は防止することができる。
(3)実装基板にはんだ付けされた状態で、常温のみならず、−55℃以下の低温、又は150℃を越える高温の条件下においても、端面電極層80がめっき層又は基材との間の十分な接着強度を発揮し得る。
以下に、実施例及び比較例を示して上述の各実施形態について、より具体的に説明する。但し、これらの実施例は、上述の実施形態の例示のみを目的として開示されるものであり、上述の実施形態を限定するものではない。なお、各実施例及び比較例における各成分(各原料)の各数値は、「質量部」を意味し、「%」は「体積率」の評価項目を除き、「質量%」を意味する。
各実施例(1〜22)及び比較例(1〜9)に示す第1の実施形態の混合材料は、実施例1を例にとると、以下のように製造される。なお、上述のとおり、第1の実施形態の端面電極層80は、該混合材料により構成される。
(i)混合材料により構成されている層のはんだ付け耐熱性(300℃及び270℃)、
(ii)混合材料により構成されている層の−55℃と155℃との間でのヒートサイクル熱衝撃性、
(iii)160℃及び200℃における混合材料により構成されている層とセラミック基材との界面の接着強度、あるいはニッケルめっき層との接着強度、
(iv)混合材料により構成されている層の体積抵抗率、
及び
(v)混合材料により構成されている層中の空洞(ボイド)の有無、
について評価及び分析を行った。
Claims (9)
- 基板と、該基板の端面上に配置された端面電極層とを備え、
前記端面電極層が、
導電性物質(a’)(但し、カーボン(a)を該導電性物質(a’)の一種として含む)と、
前記導電性物質(a’)によって被覆されたウイスカ状粒子(b)と、
導電性を有するフレーク状粒子(c)と、
分子量が450以上800未満の4官能ヒドロキシフェニル型のエポキシ樹脂(d)と、
を含む混合材料により構成され、かつ
前記ウイスカ状粒子(b)を1としたときの前記フレーク状粒子(c)の質量比が、3/7以上9以下である、
チップ状電子部品。 - 前記導電性物質(a’)が、Ag、Cu、Ni、Sn、Au、Pt、及びはんだからなる群から選択される少なくとも1種と、前記カーボン(a)とからなる、
請求項1に記載のチップ状電子部品。 - 硬化剤(e)及び硬化触媒(f)をさらに含む、
請求項1又は請求項2に記載のチップ状電子部品。 - 前記硬化剤(e)が、活性開始温度が110℃以上のイミダゾール系硬化剤(但し、トリアジン骨格を持つものを除く)、及び/又はジシアンジアミドである、
請求項3に記載のチップ状電子部品。 - 前記端面電極層をSEMにより倍率1500倍で観察したときに、前記端面電極層の0.075mm×0.057mmの無作為に選んだ視野中における、前記ウイスカ状粒子(b)及び前記フレーク状粒子(c)が、前記端面電極層の最表面に露出する面積分率が、30%以上である領域を含む、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のチップ状電子部品。 - 前記端面電極層を断面SEMにより倍率1000倍で観察したときに、前記端面電極層の0.125mm×0.034mmの無作為に選んだ視野中における、前記端面電極層の最表面に露出する前記ウイスカ状粒子(b)及び前記フレーク状粒子(c)と、前記チップ状電子部品が備えるめっき層とが接する間隔が、10μm以下である領域を含む、
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のチップ状電子部品。 - 前記端面電極層における、前記ウイスカ状粒子(b)及び前記フレーク状粒子(c)の体積率が、7%以上25%以下である、
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のチップ状電子部品。 - −55℃以上155℃以下の温度範囲において、前記端面電極層の貯蔵弾性率が、107Pa以上1010Pa以下である、
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のチップ状電子部品。 - 前記端面電極層の樹脂換算における1質量%減少温度が、250℃以上である、
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のチップ状電子部品。
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