KR20140107422A

KR20140107422A - 전자 부품, 전자 부품과 접합 대상물의 접합 구조체의 형성방법

Info

Publication number: KR20140107422A
Application number: KR1020147019209A
Authority: KR
Inventors: 히데키요 타카오카; 코스케 나카노; 유타카 오타; 켄이치 카와사키
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2014-09-04
Also published as: EP2824681B1; US20150034701A1; US9691546B2; EP2824681A4; CN104160463A; KR101645625B1; CN104160463B; WO2013132966A1; TWI592960B; JP6061104B2; EP2824681A1; JPWO2013132966A1; TW201346960A

Abstract

납땜 실장을 행했을 때의 납땜부의 내열성이 우수함과 아울러, 외부 전극이 땜납 젖음성이 양호하고, 신뢰성의 높은 실장을 행하는 것이 가능한 전자 부품, 및 접합 신뢰성이 우수하고 내열성이 높은 접합 구조체의 형성방법을 제공한다. 전자 부품 본체(세라믹 적층체)(1)와 그 표면에 형성된 외부 전극(5)을 구비한 전자 부품(A1)에 있어서, 외부 전극은 Cu-Ni 합금층 및 Cu-Mn 합금층에서 선택되는 적어도 1종(10)과 합금층보다 외측에 형성된 산화 방지막(20)을 구비한 구성으로 한다. 산화 방지막은 Sn을 함유하는 Sn 함유 막을 구비한 구성으로 한다. 산화 방지막은 귀금속으로 이루어지는 귀금속막을 구비한 구성으로 한다. 산화 방지막은 유기물로 이루어지는 유기물막을 구비한 구성으로 한다.

Description

전자 부품, 전자 부품과 접합 대상물의 접합 구조체의 형성방법{ELECTRONIC COMPONENT AND METHOD FOR FORMING JUNCTION STRUCTURE BETWEEN ELECTRONIC COMPONENT AND OBJECT TO BE JOINED}

본 발명은 전자 부품, 및 전자 부품과 접합 대상물의 접합 구조체의 형성방법에 관한 것으로, 상세하게는 고온에 있어서도 외부 전극과 접합 대상물의 접합 신뢰성을 높게 유지하는 것이 가능한 전자 부품, 및 고온에 있어서도 접합 신뢰성이 높은 전자 부품과 접합 대상물의 접합 구조체를 형성하는 방법에 관한 것이다.

칩 콘덴서, 칩 인덕터 등의 표면 실장형의 전자 부품은 일반적으로 전자 부품 본체에 형성된 외부 전극을, 예를 들면 기판에 설치된 실장용 전극 등에 납땜함으로써 실장된다.

그런데, 이러한 전자 부품에 설치되는 외부 전극으로서 세라믹 소결체로 이루어지는 베어 칩의 표면에 접하는 내층과 내층 상에 적층 형성된 외층을 갖는 2층 구조의 외부 전극으로서, 금속 분말과 유리 프릿을 포함하는 도전성 페이스트를 베이킹함으로써 형성되고, 상기 내층 및 외층을 형성하는 도전성 페이스트의 금속 분말은 Ag: 80∼95중량% 및 Pd: 5∼20중량%를 포함하고, 유리 프릿은 PbO: 0∼40중량%, B₂O₃: 35∼65중량% 및 ZnO: 20∼55중량%를 주성분으로 하고, 또한 상기 유리 프릿을 금속 분말에 대하여 2∼6중량% 함유하고, 내층과 외층이 동일 조성의 도전성 페이스트에 의해 형성된 외부 전극이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).

이 특허문헌 1의 외부 전극은 칩형 전자 부품에 있어서 문제가 되는 납땜성에 관해서, 외부 전극의 구조나 전극 형성용 도전성 페이스트의 조성(금속 분말, 유리)을 최적화함으로써 외부 전극 표면으로의 유리의 부유를 억제하여 납땜성을 개선하는 것을 의도하는 것이다.

그렇지만, 이 특허문헌 1의 외부 전극의 경우, 예를 들면 Sn을 주성분으로 하고, Ag를 3중량%, Cu를 0.5중량% 함유하는 일반적인 Pb 프리 땜납을 사용해서 실장했을 경우에, 그 후의 복수회 반복해서 실시되는 리플로우 시나 칩형 전자 부품이 차재용 전자 부품으로서 고온 환경하에서 사용되었을 시에, 전자 부품이 탈락한다고 하는(즉, 납땜부의 고온 강도 불량이 발생함) 문제점이 있다.

일본 특허공개 평 6-36969호 공보

본 발명은 상기 과제를 해결하는 것이며, 납땜 실장을 행했을 경우에 있어서의 납땜부의 내열성이 우수함과 아울러, 실장까지의 단계에서 외부 전극이 산화되는 것에 의한 땜납 젖음성의 저하가 발생하기 어려워서 신뢰성이 높은 실장을 행하는 것이 가능한 전자 부품, 및 고온에 있어서도 접합 신뢰성이 우수하고 내열성이 높은 접합 구조체의 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 전자 부품은,

전자 부품 본체와 상기 전자 부품 본체의 표면에 형성된 외부 전극을 구비한 전자 부품으로서,

상기 외부 전극이 Cu-Ni 합금층 및 Cu-Mn 합금층에서 선택되는 적어도 1종과,

상기 합금층보다 외측에 형성된 산화 방지막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 있어서, 전자 부품 본체의 표면에 형성된 외부 전극이란, 예를 들면 칩 콘덴서, 칩 인덕터 등의 표면 실장형 전자 부품의 외부 전극이나, 프린트 기판이나 다층 기판의 표면에 형성된 표면 전극 등을 포함한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 합금층은 후막 형성법에 의해 형성된 층이어도 좋고, 또한 도금이나 증착 등의 박막 형성방법에 의해 형성된 층이어도 좋다.

또한, 본 발명에 있어서는 합금층의 하층측에 Cu 후막 전극층 등의 다른 전극층을 더 구비하고 있어도 좋다.

본 발명에 있어서는 상기 산화 방지막이 Sn을 함유하는 Sn 함유 막을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

Sn 함유 막을 구비하고 있을 경우, 납땜 공정에서 Sn 함유 막이 땜납에 젖음으로써 실장시의 납땜 불량을 억제할 수 있다.

또한, 상기 산화 방지막이 귀금속으로 이루어지는 귀금속막을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

산화 방지막이 귀금속막을 구비하고 있을 경우, 귀금속막이 잠식될 때까지 합금층과 Sn(예를 들면, 접합 재료나 접합 대상물에 포함되는 Sn, 외부 전극에 Sn이 포함될 경우에는 상기 Sn)의 반응을 늦출 수 있기 때문에, 합금층과 주석의 반응에 의해 금속 간 화합물을 생성하는 타이밍을 제어하여 실장시의 납땜을 보다 확실한 것으로 할 수 있다.

또한, 상기 산화 방지막이 유기물로 이루어지는 유기물막을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

산화 방지막이 유기 피막일 경우에는 외부 전극(합금층)이나 접합 재료에 조성 변동이 생기지 않기 때문에, 전자 부품이나 접합부의 기계적 강도나 열적 성질이 변동하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 합금층은 Ni를 3∼30중량%의 비율로 함유하는 Cu-Ni 합금층 및 Mn을 3∼30중량%의 비율로 함유하는 Cu-Mn 합금층 중 어느 1종인 것이 바람직하다.

상기 요건을 충족시킴으로써, 외부 전극의 합금층을 구성하는 금속 재료와 Sn의 급속 확산 작용을 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 합금층은 Ni를 5∼20중량%의 비율로 함유하는 Cu-Ni 합금층 및 Mn을 5∼20중량%의 비율로 함유하는 Cu-Mn 합금층 중 어느 1종인 것이 보다 바람직하다.

상기 요건을 충족시킴으로써, 외부 전극의 합금층을 구성하는 금속 재료와 Sn의 급속 확산 작용을 더욱 효과적으로 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 전자 부품 본체는 복수의 세라믹층과, 상기 세라믹층 사이에 일부가 단면에 도출되는 형태로 설치된 내부 전극층을 구비한 세라믹 적층체이고, 상기 외부 전극은 상기 내부 전극층이 도출된 단면에 상기 내부 전극층과 도통하도록 설치되어 있는 것이 바람직하다.

통상, 적층 세라믹 전자 부품은 상술한 바와 같은 구성을 구비하고 있지만, 본 발명은 이러한 적층 세라믹 전자 부품에 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명의 접합 구조체의 형성방법은,

전자 부품 본체의 표면에 형성된 외부 전극과 접합 대상물이 접합된 구조를 갖는 접합 구조체의 형성방법으로서,

상기 전자 부품 본체의 표면에 Cu-Ni 합금층 및 Cu-Mn 합금층에서 선택되는 적어도 1종과 상기 합금층보다 외측에 형성된 산화 방지막을 갖는 외부 전극이 형성된 전자 부품을 준비하는 공정과,

Sn을 함유하는 접합 재료를 준비하는 공정과,

상기 외부 전극과 접합하는 대상인 접합 대상물을 준비하는 공정과,

상기 외부 전극과 상기 접합 대상물 사이에 상기 접합 재료를 개재시킨 상태에서 열처리하는 열처리 공정을 구비하고,

상기 열처리 공정에 있어서, 상기 외부 전극이 갖는 합금층과 상기 접합 재료에 포함되는 Sn을 반응시켜서 금속간 화합물을 생성시키는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 다른 접합 구조체의 형성방법은,

상기 전자 부품 본체의 표면에 Cu-Ni 합금층 및 Cu-Mn 합금층에서 선택되는 적어도 1종과 상기 합금층보다 외측에 형성되고 Sn을 함유하는 산화 방지막을 갖는 외부 전극이 형성된 전자 부품을 준비하는 공정과,

상기 외부 전극과 상기 접합 대상물이 접한 상태에서 열처리하는 열처리 공정을 구비하고,

상기 열처리 공정에 있어서, 상기 외부 전극이 갖는 합금층과 상기 외부 전극이 갖는 상기 산화 방지막에 포함되는 Sn을 반응시켜서 금속간 화합물을 생성시키는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 접합 구조체의 형성방법에 있어서도 전자 부품 본체의 표면에 형성된 외부 전극이란, 예를 들면 칩 콘덴서, 칩 인덕터 등의 표면 실장형 전자 부품의 외부 전극이나, 프린트 기판이나 다층 기판 등의 표면에 형성된 표면 전극 등을 포함하는 것이다.

또한, 본 발명의 접합 구조체의 형성방법에 있어서, 접합 대상물이란 상술한 외부 전극에 접속되는 금속 단자나, 금속 배선 또는 다른 전자 부품의 단자 전극(외부 전극) 등을 포함하는 것이다.

본 발명의 전자 부품은 전자 부품 본체의 표면에 형성된 외부 전극을 Cu-Ni 합금층 및 Cu-Mn 합금층에서 선택되는 적어도 1종과 합금층보다 외측에 형성된 산화 방지막을 구비한 구성으로 하고 있으므로, 외부 전극의 표면이 산화되는 것을 방지하여 실장시 납땜 불량의 발생을 억지할 수 있다.

즉, 외부 전극의 최외층이 Cu-Ni 합금층 및 Cu-Mn 합금층에서 선택되는 적어도 1종일 경우에 있어서는 합금층이 산화되어서 땜납 젖음성이 충분히 얻어지지 않는 경우가 있지만, 본 발명에서는 합금층의 외측에 산화 방지막을 형성하고 있기 때문에, 합금층이 산화되는 것에 의한 땜납 젖음성의 저하를 방지하여 양호한 납땜성을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 전자 부품에 있어서, 산화 방지층이 Sn 함유층을 구비하고 있을 경우, 접합 대상물과의 접합시에 있어서의 리플로우 열처리 과정에서 Cu-Ni 합금 및/또는 Cu-Mn 합금과 Sn의 급속 확산이 발생하여 Sn의 대부분이 구축되어버리기 때문에, 전자 부품과 접합 대상물(예를 들면, 기판의 실장용 전극)의 접합부에는 융점이 400℃ 이상인 금속간 화합물이 생성된다. 그 결과, 전자 부품이 실장된 후의 단계에서 복수회의 리플로우가 실시된 경우나, 실장된 전자 부품(예를 들면, 차재용 전자 부품)이 고온 환경하에서 사용된 경우에도, 전자 부품의 탈락 등이 야기되는 경우가 없는 고온 강도가 높은 접합부(납땜 접합부)를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 Cu-Ni 합금 및/또는 Cu-Mn 합금과 Sn의 급속 확산은 열처리 공정에서 용융된 Sn 중에서 금속간 화합물이 박리, 분산되면서 반응을 반복함으로써 발생하는 것이다.

또한, 상기 급속 확산에 의해 Sn이 급속히 융점 400℃ 이상의 금속간 화합물이 되어 고체화되기 때문에, 내부 압력에 의한 땜납 폭발이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 급속 확산에 의해 대부분의 Sn이 구축되기 때문에, 예를 들면 외부 전극의 최외층에 Sn계 도금층을 형성하고, Sn을 외부 전극 자체로부터 공급할 수 있도록 한 경우에도 Sn층이 최외층에 있을 경우의 과제인 휘스커의 발생을 억제, 방지할 수 있다.

본 발명의 접합 구조체의 형성방법은 전자 부품 본체 표면의 Cu-Ni 합금층 및 Cu-Mn 합금층에서 선택되는 적어도 1종과 합금층보다 외측에 형성된 산화 방지막을 갖는 외부 전극과 외부 전극에의 접합 대상물 사이에 Sn을 함유하는 접합 재료를 개재시킨 상태에서, 열처리를 행하여 외부 전극이 갖는 합금층과 접합 재료에 포함되는 Sn을 반응시켜서 금속간 화합물을 생성시키도록 하고 있으므로, 합금층과 접합 재료 중의 Sn의 급속 확산 반응에 의해 Sn을 저감하여 접합부(납땜부)의 내열성이 우수한 접합 구조체를 효율적으로 형성할 수 있다.

또한, 외부 전극이 산화 방지막을 구비하고 있으므로, 외부 전극의 땜납 등의 접합 재료에 대한 젖음성이 양호해서 실장시 납땜 불량의 발생을 억지할 수 있다.

또한, 전자 부품과 접합 대상물이 확실하게 접합되어 있기 때문에, 전자 부품이 실장된 후의 단계에서 복수회의 리플로우가 실시되었을 경우나, 실장된 전자 부품이 고온 환경하에서 사용되었을 경우에도, 예를 들면 전자 부품이 접합 대상물(기판 상의 실장용 전극)로부터 탈락하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 접합 구조체의 형성방법은 전자 부품 본체 표면의 Cu-Ni 합금층 및 Cu-Mn 합금층에서 선택되는 적어도 1종과 합금층보다 외측에 형성되고 Sn을 함유하는 산화 방지막을 갖는 외부 전극과 접합 대상물이 접한 상태에서, 열처리를 행하여 외부 전극이 갖는 합금층과 외부 전극이 갖는 산화 방지막에 포함되는 Sn을 반응시켜서 금속간 화합물을 생성시키도록 하고 있으므로, Sn을 함유하는 접합 재료를 사용하는 일 없이 전자 부품과 접합 대상물을 효율적으로 접합하는 것이 가능해짐과 아울러, 합금층과 산화 방지막 중의 Sn의 급속 확산 반응에 의해 Sn을 저감하여 접합부(납땜부)의 충분한 내열성을 확보할 수 있다.

또한, Sn을 함유하는 접합 재료를 사용하지 않고 전자 부품과 접합 대상물을 접합할 경우에는 Cu-Ni 합금층 및/또는 Cu-Mn 합금층의 두께와 산화 방지막(Sn 함유 막)의 두께의 관계를 합금층 10㎛에 대하여 Sn 함유 막의 두께를 3∼10㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 방법에 의해 형성되는 접합 구조체의 경우, 전자 부품과 접합 대상물이 확실하게 접합되어 있기 때문에, 전자 부품이 실장된 후의 단계에서 복수회의 리플로우가 실시되었을 경우나, 실장된 전자 부품이 고온 환경하에서 사용되었을 경우에도, 예를 들면 전자 부품이 접합 대상물(기판 상의 실장용 전극)로부터 탈락하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 전자 부품(적층 세라믹 콘덴서)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 의한 전자 부품(적층 세라믹 콘덴서)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 전자 부품(적층 세라믹 콘덴서)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.

이하에, 본 발명의 실시형태를 나타내서 본 발명의 특징으로 하는 것을 더욱 상세하게 설명한다.

이 실시형태에서는 본 발명에 의한 전자 부품으로서 도 1, 2 및 3에 나타내는 바와 같은 구조를 갖는 적층 세라믹 콘덴서를 제작했다.

도 1, 2 및 3에 나타내는 전자 부품(적층 세라믹 콘덴서)(A1, A2 및 A3)은, 모두 전자 부품 본체의 세라믹 적층체(적층 세라믹 소자)(1)의 내부에 설치된 내부 전극(2)이 유전체층인 세라믹층(유전체 세라믹층)(3)을 통해서 적층되고 교대로 세라믹 적층체(1)의 양 단면(4, 4)으로 인출된 구조를 갖는 적층 세라믹 소자(전자 부품 본체)(1)의 양 단면(4, 4)에 내부 전극(2)과 도통하도록 한 쌍의 외부 전극 (5, 5)이 설치된 구조를 갖고 있다.

그리고, 외부 전극(5)은 Cu-Ni 합금층 또는 Cu-Mn 합금층(이하, 단지 「합금층」이라고도 함)(10)과, 합금층(10)보다 외측에 형성된 산화 방지막(20)을 구비하고 있다.

예를 들면, 도 1에 나타내는 전자 부품(A1)은 산화 방지막으로서 1층의 도금층(120)으로 구성된 단층 구조의 산화 방지막(20)을 구비하고 있다.

한편, 도 2에 나타내는 전자 부품(A2)은 산화 방지막으로서 하층 도금층(121)과 그 위에 형성된 상층 도금층(122)으로 구성된 2층 구조의 산화 방지막(20)을 구비하고 있다.

또한, 도 3에 나타내는 전자 부품(A3)은 산화 방지막으로서 방청 처리를 실시해서 형성한 유기물로 이루어지는 유기물막(123)으로 이루어지는 산화 방지막(20)을 구비하고 있다.

[시료의 제작]

이하, 이 전자 부품(적층 세라믹 콘덴서)의 제조방법에 대해서 설명한다.

(1) 우선, 티타늄산 바륨을 주성분으로 하는 세라믹 그린 시트를 제작했다. 그리고, 이 세라믹 그린 시트의 표면에 Ni 분말을 도전 성분으로 하는 도전성 페이스트(내부 전극용 페이스트)를 스크린 인쇄해서 내부 전극 페이스트 패턴을 형성했다.

(2) 그 다음에, 내부 전극 페이스트 패턴이 형성된 세라믹 그린 시트를 복수매 적층하고, 압착해서 적층체를 형성했다.

(3) 다음에, 이 적층체를 적층 방향, 즉 두께 방향을 따라 절단하고, 서로 대향하는 단면(절단 단면)의 일방측과 타방측에 내부 전극 페이스트 패턴이 교대로 노출된 칩 적층체(소성 후에 세라믹 적층체(1)(도 1∼3)로 이루어지는 미소성 적층체)를 얻었다.

(4) 그 다음에, 이 미소성 적층체를 공기 중에서 1300℃에서 1시간 소성하여 세라믹 적층체(1)(도 1∼3)를 얻었다. 이 세라믹 적층체(1)의 치수는 폭(W)=0.8mm, 길이(L)=1.6mm, 두께(W)=0.8mm이다.

(5) 이어서, 이 세라믹 적층체(1)의 양 단면(4, 4)에 외부 전극 형성용 도전성 페이스트로서 Cu-Ni 후막 페이스트 또는 Cu-Mn 후막 페이스트를 도포했다.

Cu-Ni 후막 페이스트로서는 입경 3㎛의 Cu-Ni 분말과 유리 프릿과 유기 바인더와 분산제와 유기용제를 혼합하고, 볼밀과 롤밀로 분산, 혼련해서 페이스트상으로 한 것을 사용했다.

또한, Cu-Mn 후막 페이스트로서는 마찬가지로 입경 3㎛의 Cu-Mn 분말과 유리 프릿과 유기 바인더와 분산제와 유기용제를 혼합하고, 볼밀과 롤밀로 분산, 혼련 해서 페이스트상으로 한 것을 사용했다.

그리고, 소성형 Cu-Ni 후막 페이스트를 구성하는 Cu-Ni 합금 분말에 차지하는 Ni의 비율, 및 소성형 Cu-Mn 후막 페이스트를 구성하는 Cu-Mn 합금 분말에 차지하는 Mn의 비율을 표 1의 시료번호 1∼25, 표 2의 시료번호 101∼129에 나타내는 바와 같은 범위로 변화시켰다.

또한, 예를 들면 표 1의 시료번호 1의 합금층의 조성의 칸에 있어서의 「Cu-3Ni」의 숫자 3은 상기 성분(이 경우는 Ni)의 중량%의 값을 나타내고 있다. 다시 말해, 이 경우 Cu-Ni 합금 분말에 차지하는 Ni의 비율이 3중량%인 것을 나타내고 있다. 다른 시료에 대해서도, Ni의 비율 및 Mn의 비율은 같은 방법으로 표시하고 있다.

(6) 그리고, 양 단면(4, 4)에 외부 전극 형성용의 소성형 Cu-Ni 후막 페이스트 또는 Cu-Mn 후막 페이스트를 도포한 세라믹 적층체(1)를 소성하고, 후막 전극인 합금층(후막 전극(Cu-Ni 합금층 또는 Cu-Mn 합금층))(10)(도 1∼3)을 형성했다.

또한, 소성 후의 합금층(10)의 두께는 100∼150㎛인 것을 단면 관찰에 의해 확인하고 있다.

(7) 다음에, 세라믹 적층체(1)의 단면(4)에 형성된 합금층(10)의 표면에 산화 방지막(20)으로서 표 1의 시료번호 1∼25 및 표 2의 시료번호 101∼129에 나타내는 바와 같은 금속 조성 및 두께를 갖는 도금층을 형성함으로써 표 1의 시료번호 1∼25의 시료(전자 부품(적층 세라믹 콘덴서))(A1), 및 표 2의 시료번호 101∼129의 시료(전자 부품(적층 세라믹 콘덴서))(A2)를 제작했다.

또한, 표 2의 도금 금속 조성의 칸에 있어서, 예를 들면 시료번호 101의 시료에 있어서의 Sn/Au의 기재는 하층측이 Sn 도금층, 상층측이 Au 도금층인 것을 나타내고 있다. 또한, 시료번호 119의 시료에 있어서의 Sn/Au/Sn/Au의 기재는 하층측으로부터 상층측으로 순서대로 Sn, Au, Sn, Au의 각 도금층이 형성되어 있는 것을 나타내고 있다.

표 1의 시료번호 1∼25의 각 시료(전자 부품(적층 세라믹 콘덴서))(A1)는 도 1에 나타낸 바와 같이 산화 방지막으로서 1층의 도금층(120)으로 구성된 단층 구조의 산화 방지막(20)을 구비하고 있다.

한편, 표 2의 시료번호 101∼129의 각 시료(전자 부품(적층 세라믹 콘덴서))(A2)는 도 2에 나타낸 바와 같이 산화 방지막으로서 하층 도금층(121)과 그 위에 형성된 상층 도금층(122)으로 구성된 2층 구조의 산화 방지막(20)을 구비하고 있다.

또한, 각 도금층은 모두 전해 도금에 의해 형성했다. 또한, 막두께는 성막 시간을 조정함으로써 제어했다.

또한, 세라믹 적층체(1)의 단면(4)에 형성된 합금층(10)의 표면에 방청 처리를 실시해서 유기물막을 형성함으로써, 표 3의 시료번호 201의 시료(전자 부품(적층 세라믹 콘덴서))(A3)를 제작했다.

표 3의 시료번호 201의 시료(전자 부품(A3))는 도 3에 나타낸 바와 같이 방청 처리를 실시함으로써 형성된 1층의 유기물막(123)으로 이루어지는 단층 구조의 산화 방지막(20)을 구비하고 있다(도 3).

또한, 예를 들면 방청 처리로서 이미다졸계 수용액 또는 벤조트리아졸계 수용액에 전자 부품을 일정 시간 침지한 후, 수세, 건조하는 방법에 의해 합금층(10)의 표면에 공지의 유기물막을 형성할 수 있다.

또한, 비교를 위해서, 본 발명에서는 Cu-Ni 또는 Cu-Mn 합금층을 사용하고 있는 외부 전극 본체 부분에 Cu층을 사용하고, 산화 방지막(도금층)으로서 하층측의 Ni 도금층과 그 위에 형성된 상층측의 Sn 도금층을 구비한 시료(표 1의 시료번호 26의 시료(비교예))와, 외부 전극 본체 부분에 본 발명의 경우와 같은 Cu-Ni 합금층을 사용하고 있지만, 산화 방지막을 구비하지 않고 있는 시료(표 1의 시료번호 27의 시료(비교예))를 제작하고, 상술한 본 발명의 요건을 구비한 각 시료와 함께 하기의 특성 평가에 제공했다.

[특성 평가] 특성을 평가함에 있어서, 상술한 바와 같이 해서 제작한 시료인 전자 부품(적층 세라믹 콘덴서)을 납땜 실장하기 위한 기판으로서 Cu 전극(접합 대상물)을 구비한 기판(적층 세라믹 전자 부품용 Cu 부착 FR4 유리 에폭시 기판)을 준비했다. 그리고, 메탈 마스크를 사용하여 Cu 전극의 표면에 Senju Metal Industry Co., Ltd. 제품 Sn-3Ag-0.5Cu 솔더 페이스트(구 MIL 규격 RA 플럭스)를 인쇄했다. 메탈 마스크의 두께는 50㎛로 했다.

또한, 상기 재료(솔더 페이스트)의 표기에 있어서, 예를 들면 「Sn-3Ag-0.5Cu」의 숫자 3은 해당 성분(이 경우는 Ag)의 중량%, 0.5는 Cu의 중량%의 값을 나타내고 있다.

그 다음에, 인쇄한 솔더 페이스트 상에 상술한 바와 같이 해서 제작한 시료인 각 전자 부품(적층 세라믹 콘덴서)을 마운팅한 후, 리플로우 장치를 사용하여 예열 150℃, 본 가열 250℃의 조건에서 전자 부품의 외부 전극과 유리 에폭시 기판의 Cu 전극을 접합시킴으로써 외부 전극과 Cu 전극을 전기적, 기계적으로 접속했다.

상술한 바와 같이 해서 얻은 접합 구조체를 특성 평가용 시료로 하여 이하의 방법으로 특성을 평가했다.

≪납땜성 평가≫ 특성 평가용 시료를 10배로 실체 현미경 관찰하고, 전자 부품(적층 세라믹 콘덴서)(A1, A2, A3)의 단면(4)(도 1, 2, 3)의 땜납 젖음 각도(접촉각)에 의해 판정했다. 그리고, 접촉각 90°미만의 필렛을 형성한 것을 양호(○)라고 평가하고, 접촉각 90°이상의 필렛을 형성한 것을 불량(×)이라고 평가했다.

≪고온 강도 평가≫

기판의 전자 부품(적층 세라믹 콘덴서)이 접합된 면을 하방향으로 한 특성 평가용 시료를 250℃ 열풍 강풍 순환 오븐에 5분간 넣은 후 꺼내고, 기판으로부터의 전자 부품의 탈락의 유무를 조사함으로써 고온시의 접합 강도(고온 강도)를 평가했다.

이때 전자 부품의 탈락이 있은 것을 불량(×)이라고 평가했다. 또한, 전자 부품의 외부 전극과 기판의 Cu 전극의 금속간 화합물에 의한 접합 상체를 확인하기 위해서, 미반응의 금속 Sn 성분을 에칭한 후 전자 부품의 탈락의 유무를 조사했다.

그리고, 이때 전자 부품의 탈락이 확인된 것에 대해서는 일단 접합이 되어 있는 점에서 양호(○), 에칭 후에도 전자 부품의 탈락이 없었던 것을 금속간 화합물에 의해 강고하게 접합되어 있다고 해서 우수(◎)라고 평가했다.

특성 평가 결과를 표 1, 표 2 및 표 3에 합해서 나타낸다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 산화 방지막으로서 1층의 도금층(120)으로 구성된 단층 구조의 산화 방지막(20)을 구비하고 있는 표 1의 시료번호 1∼25의 시료(본 발명의 실시형태에 의한 전자 부품)의 경우, 실용적인 납땜성을 구비하고 있는 것이 확인되었다.

또한, 표 1의 시료번호 1∼25의 시료(본 발명의 실시형태에 의한 전자 부품)의 경우, 고온시의 접합 강도(고온 강도)에 대해서도 양호한 결과가 얻어져 있어서, 본 발명의 전자 부품을 사용함으로써 실용상 충분한 고온 강도를 구비한 전자 부품탑재 기판이 얻어지는 것이 확인되었다.

또한, Cu-Ni 합금층을 구비한 각 시료 중, 시료번호 1의 Ni가 3중량%인 시료와 시료번호 6의 Ni가 30중량%인 시료의 경우, 고온 강도가 양호(○)이고, 다른 시료는 고온 강도가 우수(◎)이었다. 이 결과로부터, Cu-Ni 합금에 있어서의 Ni의 비율에 관해서는 Ni의 비율이 3∼30중량%의 범위에 있을 경우에는 실용상 문제가 없는 고온 강도를 구비한 외부 전극을 갖는 전자 부품이 얻어지고, Ni의 비율을 5∼20중량%로 함으로써 더욱 고온 강도가 우수한 외부 전극을 갖는 전자 부품이 얻어지는 것이 확인되었다.

또한, Ni의 비율을 5∼20중량%로 함으로써 특히 고온 강도가 우수한 외부 전극을 갖는 전자 부품이 얻어지는 것은 Ni가 5∼20중량%의 범위에 있음으로써 급속 확산 작용이 특히 양호해지고 융점이 높은 금속간 화합물을 생성하기 쉬워서 고온 시의 강도 저하의 원인이 되는 Sn양이 적어지는 것에 의한 것이다.

또한, Cu-Mn 합금층의 경우도 Mn의 비율을 5∼20중량%로 함으로써, 특히 고온 강도가 우수한 외부 전극을 갖는 전자 부품이 얻어지는 것이 확인되어 있다(표 1의 시료번호 7∼10 참조).

또한, 표 1에는 표시되어 있지 않지만, Cu-Mn 합금층의 경우도 Mn의 비율이 3∼30중량%의 범위에 있을 경우에는 실용상 문제가 없는 납땜성 및 고온 강도를 구비한 외부 전극을 갖는 전자 부품이 얻어지는 것이 확인되어 있다.

또한, 본 발명의 요건을 구비한 각 시료의 경우, 용융한 땜납이 외부 전극과 Cu 전극의 간극 등으로 들어가서 전자 부품이 Cu 전극 상에 확실하게 실장되어 셀프 얼라이먼트성이 우수한 것, 및 접합부를 치밀한 구조로 하여 고밀도 실장으로의 대응성을 향상시킬 수 있는 것이 확인되어 있다.

한편, 본 발명의 요건을 구비하고 있지 않은 시료인 시료번호 26의 시료, 즉 외부 전극 본체 부분을 Cu-Ni 합금층 또는 Cu-Mn 합금층이 아니라 Cu층으로 한 시료(비교예의 전자 부품)의 경우, 납땜성은 우수하지만, 리플로우 시의 급속 확산 작용이 발생하지 않아서 전자 부품의 외부 전극과 기판의 Cu 전극 사이에 충분한 금속간 화합물이 형성되지 않기 때문에 실용적인 고온 강도를 얻을 수 없는 것이 확인되었다.

또한, 본 발명의 요건을 구비하고 있지 않은 시료인 시료번호 27의 시료, 즉 외부 전극 본체 부분을 본 발명의 경우와 같이 Cu-Ni 합금층으로 하고 있지만, 산화 방지막을 구비하고 있지 않은 시료(비교예의 전자 부품)의 경우, 리플로우 시의 급속 확산 작용은 충분히 발행하여 고온 강도는 우수하지만, 땜납 젖음성이 열화하여 실용적인 납땜성을 얻을 수 없는 것이 확인되었다.

또한, 표 2의 시료번호 101∼129의 시료, 즉 도 2에 나타낸 바와 같이 산화 방지막으로서 하층 도금층(121)과 그 위에 형성된 상층 도금층(122)으로 구성된 2층 구조의 산화 방지막(20)을 구비하고 있는 시료(본 발명의 실시형태에 의한 전자 부품)의 경우에도, 납땜성에 특별히 문제는 없고 실용적인 납땜성을 구비하고 있는 것이 확인되었다.

또한, 표 2의 시료번호 101∼129의 시료(본 발명의 실시형태에 의한 전자 부품)의 경우, 고온 강도에 대해서도 양호한 결과가 얻어져 있어서, 본 발명의 전자 부품을 사용함으로써 실용상 충분한 고온 강도를 구비한 전자 부품 탑재 기판이 얻어지는 것이 확인되었다.

또한, 표 3의 시료번호 201의 시료, 즉 도 3에 나타낸 바와 같이 방청 처리를 실시함으로써 형성한 1층의 유기물막으로 이루어지는 단층 구조의 산화 방지막(20)을 구비하고 있는 시료(본 발명의 실시형태에 의한 전자 부품)의 경우도, 납땜성에 특별히 문제는 없고 실용적인 납땜성을 구비하고 있는 것이 확인되었다.

또한, 표 3의 시료번호 201의 시료(본 발명의 실시형태에 의한 전자 부품)의 경우, 고온 강도에 대해서도 양호한 결과가 얻어져 있어서, 본 발명의 전자 부품을 사용함으로써 실용상 충분한 고온 강도를 구비한 전자 부품 탑재 기판이 얻어지는 것이 확인되었다.

또한, 이 실시형태에서는 시료(전자 부품)를 기판 상에 실장함에 있어서, 솔더 페이스트를 사용하여 전자 부품의 외부 전극을 기판의 Cu 전극에 접합하도록 하고 있지만, 산화 방지막이 Sn 함유층을 구비하고 있을 경우에는 Cu-Ni 합금층 및/또는 Cu-Mn 합금층에 포함되는 금속양과 산화 방지막에 포함되는 Sn양을 적당히 조정하고, 전자 부품의 외부 전극과 기판 상의 Cu 전극을 접촉시킨 상태에서 열처리를 행함으로써, 솔더 페이스트를 사용하는 것을 필요로 하지 않고 합금층과 산화 방지막에 포함되는 Sn을 반응시켜서 금속간 화합물을 생성시켜 외부 전극과 Cu 전극을 강고하게 접합하는 것도 가능하다. 또한, 그 경우 Cu-Ni 합금층 및/또는 Cu-Mn 합금층의 두께와 산화 방지막(Sn 함유 막)의 두께의 관계를 합금층 10㎛에 대하여 Sn 함유 막의 두께를 3∼10㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시형태에서는 전자 부품이 적층 세라믹 콘덴서이고, 외부 전극이 세라믹 적층체(적층 세라믹 소자)의 단면에 형성된 전극인 경우를 예로 들어서 설명했지만, 예를 들면 전자 부품이 프린트 기판이나 다층 기판 등이고, 외부 전극이 그 표면에 형성된 표면 전극(실장용 전극)이어도 좋고, 본 발명에서는 전자 부품의 종류나 외부 전극의 형태 등에 대해서 특별한 제약은 없다.

또한, 본 발명의 접합 구조체의 형성방법에 있어서, 외부 전극을 구비한 전자 부품이 적층 세라믹 콘덴서이고, 접합 대상물이 기판에 형성된 Cu 전극일 경우를 예로 들어서 설명했지만, 접합 대상물은 전자 부품의 외부 전극(표면 전극)에 접속되는 금속 단자나, 금속 배선 또는 다른 전자 부품의 단자 전극(외부 전극) 등이어도 좋다.

본 발명은 그 밖의 점에 있어서도 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, Cu-Ni 합금 및/또는 Cu-Mn 합금층의 조성, 산화 방지막의 구체적인 구성이나 형성방법, 본 발명의 접합 구조체를 형성할 때의 구체적인 방법이나 조건 등에 관해서 발명의 범위 내에 있어서 각종의 응용, 변형을 더욱 가하는 것이 가능하다.

A1, A2, A3: 전자 부품(적층 세라믹 콘덴서)
1: 세라믹 적층체(적층 세라믹 소자)
2: 내부 전극
3: 세라믹층(유전체 세라믹층)
4: 세라믹 적층체의 단면
5: 외부 전극
10: 합금층(Cu-Ni 합금층 또는 Cu-Mn 합금층)
20: 산화 방지막
120: 1층의 도금층
121: 하층 도금층
122: 상층 도금층
123: 유기물막

Claims

전자 부품 본체와 상기 전자 부품 본체의 표면에 형성된 외부 전극을 구비한 전자 부품으로서,
상기 외부 전극은 Cu-Ni 합금층 및 Cu-Mn 합금층에서 선택되는 적어도 1종과,
상기 합금층보다 외측에 형성된 산화 방지막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 부품.
제 1 항에 있어서,
상기 산화 방지막은 Sn을 함유하는 Sn 함유 막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 부품.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 산화 방지막은 귀금속으로 이루어지는 귀금속막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 부품.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화 방지막은 유기물로 이루어지는 유기물막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 부품.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 합금층은,
Ni를 3∼30중량%의 비율로 함유하는 Cu-Ni 합금층 및
Mn을 3∼30중량%의 비율로 함유하는 Cu-Mn 합금층 중 어느 1종인 것을 특징으로 하는 전자 부품.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 합금층은,
Ni를 5∼20중량%의 비율로 함유하는 Cu-Ni 합금층 및
Mn을 5∼20중량%의 비율로 함유하는 Cu-Mn 합금층 중 어느 1종인 것을 특징으로 하는 전자 부품.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 부품 본체는 복수의 세라믹층과 상기 세라믹층 사이에 일부가 단면으로 도출되는 형태로 설치된 내부 전극층을 구비한 세라믹 적층체이고,
상기 외부 전극은 상기 내부 전극층이 도출된 단면에 상기 내부 전극층과 도통하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 부품.
전자 부품 본체의 표면에 형성된 외부 전극과 접합 대상물이 접합된 구조를 갖는 접합 구조체의 형성방법으로서,
상기 전자 부품 본체의 표면에 Cu-Ni 합금층 및 Cu-Mn 합금층에서 선택되는 적어도 1종과 상기 합금층보다 외측에 형성된 산화 방지막을 갖는 외부 전극이 형성된 전자 부품을 준비하는 공정과,
Sn을 함유하는 접합 재료를 준비하는 공정과,
상기 외부 전극과 접합하는 대상인 접합 대상물을 준비하는 공정과,
상기 외부 전극과 상기 접합 대상물 사이에 상기 접합 재료를 개재시킨 상태에서 열처리하는 열처리 공정을 구비하고,
상기 열처리 공정에 있어서, 상기 외부 전극이 갖는 합금층과 상기 접합 재료에 포함되는 Sn을 반응시켜서 금속간 화합물을 생성시키는 것을 특징으로 하는 접합 구조체의 형성방법.
전자 부품 본체의 표면에 형성된 외부 전극과 접합 대상물이 접합된 구조를 갖는 접합 구조체의 형성방법으로서,
상기 전자 부품 본체의 표면에 Cu-Ni 합금층 및 Cu-Mn 합금층에서 선택되는 적어도 1종과 상기 합금층보다 외측에 형성되고 Sn을 함유하는 산화 방지막을 갖는 외부 전극이 형성된 전자 부품을 준비하는 공정과,
상기 외부 전극과 접합하는 대상인 접합 대상물을 준비하는 공정과,
상기 외부 전극과 상기 접합 대상물이 접한 상태에서 열처리하는 열처리 공정을 구비하고,
상기 열처리 공정에 있어서, 상기 외부 전극이 갖는 합금층과 상기 외부 전극이 갖는 상기 산화 방지막에 포함되는 Sn을 반응시켜서 금속간 화합물을 생성시키는 것을 특징으로 하는 접합 구조체의 형성방법.