TWI401713B - Machines and electronic machines - Google Patents

Description

機器及電子機器

本發明係關於電子零件和電子機器。

作為這種電子零件，已知有包含本體和在該本體上形成的端子電極的電子零件(例如，參照特開2002-203736號公報)。在特開2002-203736號公報中記載的電子零件為疊層陶瓷電容器，端子電極形成於本體的外表面上。端子電極包含：藉由導電性膏的燒結而形成的第一電極層、藉由在第一電極層上鍍Ni而形成的第二電極層、和藉由在第二電極層上鍍Sn或鍍Sn合金而形成的第三電極層。

本發明的目的是提供能夠抑制在高溫高濕環境下的絕緣電阻劣化的發生，同時能夠防止由熱衝擊引起的端子電極的剝離的電子零件和電子機器。

近年來，由於環境保護的要求，在藉由焊接將電子零件安裝於基板上的情況下，已使用不含有鉛的焊劑、即所謂的無鉛焊劑。這種無鉛焊劑的主流為以Sn作為主要成分的焊劑。作為無鉛焊劑，可使用Sn-Ag-Cu系、Sn-Cu系、Sn-Sb系、Sn-Zn-Al系和Sn-Zn-Bi系的焊劑。最近，作為無鉛焊劑大多採用焊接性(焊劑潤濕性)和焊接強度等優異的Sn-Zn系焊劑。

於是，本發明人在對使用含Zn的無鉛焊劑安裝到基板上的電子零件的各種特性進行實驗研究時，新發現了在高溫 高濕環境下，絕緣電阻大大劣化的事實。

本發明人，製造了利用Sn-Zn-Al系焊劑將疊層陶瓷電容器安裝於基板上的電子機器，對該電子機器進行了加速試驗。作為加速試驗對象物的疊層陶瓷電容器為2012型(長2.0 mm，寬1.2 mm和高1.0 mm)的疊層陶瓷電容器。作為加速試驗對象物的疊層陶瓷電容器與特開2002-203736號公報中記載的疊層陶瓷電容器相同，端子電極包含有：藉由含Cu的導電性膏的燒結而形成的第一電極層、藉由在第一電極層上鍍Ni而形成的第二電極層、和藉由在第二電極層上鍍Sn而形成的第三電極層。

在加速試驗中，在恒溫恒濕環境(溫度：121℃，相對濕度：95%，壓力：2大氣壓)中，連續40小時對電子機器(疊層陶瓷電容器)施加4.0V的直流電壓。加速試驗前的疊層陶瓷電容器的絕緣電阻為1×10⁸ Ω。與此相對，從加速試驗開始經過規定時間(2小時以上)後的疊層陶瓷電容器的絕緣電阻為1×10⁶ Ω，絕緣電阻產生劣化。作為加速試驗對象物的疊層陶瓷電容器的B特性為10 μF。

本發明人對因加速試驗而導致絕緣電阻產生劣化的疊層陶瓷電容器進行分析時，發現無鉛焊劑中含有的Zn原子存在於第二電極層和第三電極層的邊界區域的事實。從該事實推測可認為，無鉛焊劑中含有的Zn原子因某些原因向疊層陶瓷電容器的本體內移動，從而使絕緣電阻劣化。因此，可以認為，如果能夠抑制無鉛焊劑中含有的Zn原子向本體內的移動，就能夠防止絕緣電阻劣化。

於是，本發明人對能夠抑制高溫高濕環境下的絕緣電阻劣化的發生的電子零件進行了深入研究。結果，本發明人發現一個新的事實：藉由加厚第二電極層的厚度，可以抑制高溫高濕環境下的絕緣電阻劣化的發生。即，可以認為：藉由加大第二電極層的厚度，可以抑制無鉛焊劑中含有的Zn原子向本體內移動。

然而，第二電極層是藉由鍍Ni而形成者。因此，由於加大第二電極層的厚度，使第二電極層的應力增大，對第二電極層施加熱衝擊的情形，有在第二電極層(端子電極)上產生剝離之疑慮。

根據該事實，本發明提供一種電子零件，其包含本體和在該本體上形成的端子電極，其特徵在於，端子電極係形成於本體的外表面上，並且包含藉由導電性膏的燒結而形成的第一電極層、藉由在第一電極層上鍍Ni而形成的第二電極層、和藉由在第二電極層上鍍Sn或鍍Sn合金而形成的第三電極層，其中第二電極層的厚度被設定為5 μm以上且未達8 μm。

在本發明的電子零件中，由於將第二電極層的厚度設定為5 μm以上，因此可以抑制高溫高濕環境下的絕緣電阻劣化的發生。另外，由於將第二電極層的厚度設定為未達8 μm，因此可以防止熱衝擊造成的端子電極的剝離。

本發明的電子機器，其特徵在於，包含上述電子零件、和形成有配線圖案的基板，電子零件的端子電極和在基板上形成的配線圖案，皆使用含Zn的無鉛焊劑進行電性和機 械性接合。

在本發明的電子機器中，由於電子零件的第二電極層的厚度被設定為5 μm以上，因此可以抑制高溫高濕環境下的絕緣電阻劣化的發生。另外，由於電子零件的第二電極層的厚度被設定為未達8 μm，因此可以防止熱衝擊引起的端子電極的剝離。

根據本發明，可以提供能夠抑制高溫高濕環境下的絕緣電阻劣化的發生，並且能夠防止由熱衝擊造成的端子電極的剝離的電子零件和電子機器。

根據以下提出的詳細說明和附圖可以更充分地理解本發明。這些說明和附圖僅係用於說明，不應被視為對本發明的限制。

根據以下給出的詳細說明，本發明的應用範圍將變得更明確。但是，可知這些詳細說明和表示本發明的優選實施例的具體例子只是為了說明而提出的，因為，在本發明的實質和範圍內的各種改變和改進顯而易見地亦受本發明詳細說明支持。

以下，參照附圖，詳細地說明本發明的優選實施方式。在說明中，相同要素或具有相同功能的要素用相同符號表示，省略重複說明。本實施方式為將本發明應用於疊層陶瓷電容器的例子。

參照圖1和圖2，說明本實施方式的電子機器ED的結構。圖1為表示本實施方式的電子機器的結構的示意圖。 圖2為表示本實施方式的疊層陶瓷電容器的截面結構的示意圖。

如圖1所示，電子機器ED包含有作為電子零件的疊層陶瓷電容器1和形成有配線圖案WP的基板B。疊層陶瓷電容器1具有長方體形狀的電容器本體3和一對端子電極11、13。疊層陶瓷電容器1為2012型(長2.0 mm、寬1.2 mm和高1.0 mm)的疊層陶瓷電容器。

疊層陶瓷電容器1在將一對端子電極11、13焊接於配線圖案WP上，藉此使一對端子電極11、13和配線圖案WP電性和機械性接合的狀態下，被安裝於基板B上。此時，在各端子電極11、13和配線圖案WP之間形成焊接圓角SF。焊接用的焊劑使用含Zn的無鉛焊劑。在本實施方式中，使用Sn-Zn系的焊劑，特別是Sn-Zn-Bi系的焊劑。也可以使用Sn-Zn-Al系的焊劑代替Sn-Zn-Bi系的焊劑。

焊接可以利用所謂的回流進行。即，在將疊層陶瓷電容器1放置在預先塗布於基板B上的配線圖案WP上的焊劑膏上之後，將電子機器ED整體加熱至焊劑熔融溫度以上，以使焊劑熔融並固定。

如圖2所示，電容器本體3藉由將第一內部電極23和第二內部電極25隔著介電體層21相互疊層而構成。實際的疊層陶瓷電容器1被一體化至看不出介電體層21之間的邊界的程度。在本實施方式中，由第一內部電極23、第二內部電極25和介電體層21構成的電容器成為內部電路元件。

一對端子電極11、13形成於電容器本體3的外表面上。 詳細地說明，電容器本體3，作為外表面，包含在電容器本體3的厚度方向(第一內部電極23和第二內部電極25的層疊方向)上延伸、並且相互相對的一對端面。一側端子電極11在上述一對端面中的一側端面上以覆蓋該該側端面的全部區域的方式形成。另一側端子電極13在上述一對端面中的另一側端面上以覆蓋該另一側端面的全部區域的方式形成。

第一內部電極23呈長方形狀。第一內部電極23形成於與上述另一側端面具有規定間隔的位置，面向上述一側端面延伸。由此，第一內部電極23拉出於一側端面上，與一側端子電極11電性連接。

第二內部電極25呈長方形狀。第二內部電極25形成於與上述一側端面具有規定間隔的位置，面向上述另一側端面延伸。由此，第二內部電極25拉出於另一側端面上，與另一側端子電極13電性連接。

介電體層21是以BaTiO₃ 為主要成分的層，對含有BaTiO₃ 的陶瓷基材(ceramic green sheet)進行燒製而形成。第一和第二內部電極23、25為含有Ni作為主要成分的電極層。第一和第二內部電極23、25亦可為以含有Pd、Ag-Pd、Cu或Cu合金作為主要成分的電極層。

一對端子電極11、13分別包含第一電極層11a、13a，第二電極層11b、13b和第三電極層11c、13c。

第一電極層11a、13a形成於電容器本體3的外表面上，並且藉由導電性膏的燒結而形成。第一電極層11a、13a的 厚度為5~200 μm，在本實施方式中，被設定為9 μm左右。另外，在本實施方式中，作為導電性膏，使用在以Cu為主要成分的金屬粉末中混合玻璃粉(glass frit)和有機載色劑的物質。金屬粉末亦可用Ni、Ag-Pd或Ag作為主要成分。

第二電極層11b、13b藉由在第一電極層11a、13a上鍍Ni而形成。第二電極層11b、13b的厚度被設定為5 μm以上且未達8 μm。鍍Ni可以利用使用鍍Ni浴(例如瓦特浴)的滾鍍(barrel plating)法進行。

第三電極層11c、13c藉由在第二電極層11b、13b上鍍Sn而形成。在本實施方式中，第三電極層11c、13c的厚度被設定為3 μm左右。鍍Sn可以利用使用鍍Sn浴(例如中性鍍Sn浴)的滾鍍法進行。第三電極層11c、13c也可以通過鍍Sn合金而形成。

在此，對第二電極層11b、13b的厚度與疊層陶瓷電容器1的絕緣電阻劣化和耐熱衝擊性的關係進行詳細說明。

本發明人等為了暸解第二電極層11b、13b的厚度與絕緣電阻IR的關係，進行以下的實驗。即，準備6個(試樣1~6)第二電極層11b、13b的厚度不同的疊層陶瓷電容器的試樣，在藉由焊接(回流)各試樣1~6而安裝於基板上的狀態下，進行加速試驗，分別測定各試樣1~6的加速試驗前後的絕緣電阻IR。將其測定結果示於圖3的表中。在本實驗中，藉由調整電鍍時間，可使第二電極層11b、13b的厚度不同。

在加速試驗中，在恒溫恒濕環境(溫度：121℃，相對濕 度：95%，壓力：2大氣壓)中，對各試樣1~6連續施加40小時4.0V的直流電壓。加速試驗後的絕緣電阻為從加速試驗開始、經過規定時間(2小時以上)後測定的值。設計成：除了第二電極層11b、13b的厚度不同以外，各試樣1~6均為與上述實施方式的疊層陶瓷電容器1相同的結構，B特性為10 μF。焊接用的Sn-Zn-Bi系的焊劑的組成為Sn：89wt%、Zn：8wt%、Bi：3wt%。回流使用回流爐進行，將爐內氣氛的溫度設定為230~250℃，將爐通過時間設定為4~6分。

根據圖3所示的測定結果可知，第二電極層11b、13b的厚度越大，越能抑制絕緣電阻劣化的發生。第二電極層11b、13b的厚度為4 μm的試樣2，加速試驗後的絕緣電阻IR為9.5×10⁷ Ω，與加速試驗前的絕緣電阻IR的1.3×10⁸ Ω相比顯著減小。與此相對，第二電極層11b、13b的厚度為5μm的試樣3，加速試驗後的絕緣電阻IR為1.2×10⁸ Ω，與加速試驗前的絕緣電阻IR的1.3×10⁸ Ω相比，幾乎沒有變化。因此，第二電極層11b、13b的厚度的下限為5 μm。

接下來，本發明人等為了明瞭第二電極層11b、13b的厚度與耐熱衝擊性的關係，進行以下的實驗。即，準備6個(試樣7~12)第二電極層11b、13b的厚度不同的疊層陶瓷電容器的試樣，在藉由焊接(回流)各試樣7~12而安裝於基板上的狀態下，進行熱衝擊試驗，對各試樣7~12在熱衝擊試驗後端子電極11、13有無發生剝離進行觀察。將其觀察結果示於圖4的表中。設計成除了第二電極層11b、13b的厚度不同以外，各試樣7~12均為與上述實施方式的疊層陶瓷 電容器1相同的結構，B特性為10 μF。焊接中使用的Sn-Zn-Bi系的焊劑的組成和回流條件與上述加速試驗中使用的相同。在本實驗中，通過調整電鍍時間，可使第二電極層11b、13b的厚度不同。

在熱衝擊試驗中，對安裝於基板上的各試樣7~12重複進行1000次包含下述(i)步驟~(iv)步驟的一個熱處理迴圈。即，一個熱處理迴圈包含下述步驟：(i)在電容器本體的溫度為-55℃的溫度條件的基礎上，將基板和各試樣7~12保持30分鐘的步驟；(ii)在上述保持時間的10%的時間(3分鐘)以內，使電容器本體的溫度升溫至125℃的步驟；(iii)在電容器本體的溫度為125℃的溫度條件的基礎上，保持30分鐘的步驟；(iv)在上述保持時間的10%的時間(3分鐘)以內，使電容器本體的溫度降低至-55℃的步驟。

根據圖4所示的測定結果可知，藉由減小第二電極層11b、13b的厚度，使耐熱衝擊性優異。第二電極層11b、13b的厚度為8 μm的試樣12，在熱衝擊試驗後，觀察到端子電極11、13發生剝離。與此相對，第二電極層11b、13b的厚度為7 μm以下的試樣7~11，在熱衝擊試驗後，沒有觀察到端子電極11、13發生剝離。因此，第二電極層11b、13b的厚度的上限為未達8 μm。

如上所述，在本實施方式中，藉由鍍Ni形成的第二電極層11b、13b的厚度被設定為5 μm以上，因此，可以抑制高溫高濕環境下的絕緣電阻劣化的發生。而且，第二電極層11b、13b的厚度被設定為未達8 μm，因此，可以防止熱衝 擊造成的端子電極11、13的剝離。

以上，對本發明的優選實施方式進行詳細說明，但本發明並不限定於上述實施方式。例如，介電體層21、第一內部電極23和第二內部電極25的層數不限於圖示的數目。另外，疊層陶瓷電容器1並不限於上述的2012型，可以是比2012型大的疊層陶瓷電容器，也可以是比2012型小的疊層陶瓷電容器。

本發明並不限於疊層陶瓷電容器，只要是包含本體和在該本體上形成的端子電極的電子零件皆可，也可以應用於電容器、熱敏電阻、非線性電阻(varistor)和含有此等的複合電子零件。

從如上所述的本發明中可以看出，很顯然本發明可以用許多方式改變。這些變化不應認為偏離本發明的實質和範圍，所有這些對本領域技術人員是顯而易見的改進都應包括在權利要求的範圍內。

1‧‧‧疊層陶瓷電容器

3‧‧‧電容器本體

11‧‧‧端子電極

11a‧‧‧第一電極層

11b‧‧‧第二電極層

11c‧‧‧第三電極層

13‧‧‧端子電極

13a‧‧‧第一電極層

13b‧‧‧第二電極層

13c‧‧‧第三電極層

21‧‧‧介電體層

23‧‧‧第一內部電極

25‧‧‧第二內部電極

B‧‧‧基板

ED‧‧‧電子機器

SF‧‧‧焊接圓角

WP‧‧‧配線圖案

圖1為表示本實施方式的電子機器的結構的示意圖。

圖2為表示本實施方式的疊層陶瓷電容器的截面結構的示意圖。

圖3為表示加速試驗前後的絕緣電阻的測定結果的圖表。

圖4為表示熱衝擊試驗的結果的圖表。

1‧‧‧疊層陶瓷電容器

3‧‧‧電容器本體

11‧‧‧端子電極

11a‧‧‧第一電極層

11b‧‧‧第二電極層

11c‧‧‧第三電極層

13‧‧‧端子電極

13a‧‧‧第一電極層

13b‧‧‧第二電極層

13c‧‧‧第三電極層

21‧‧‧介電體層

23‧‧‧第一內部電極

25‧‧‧第二內部電極

Claims (2)

1. 一種機器，其包含：電子零件；及含Zn之無鉛焊劑，其係將前述電子零件搭載至基板上；且前述電子零件係包含：本體和在前述本體上形成之端子電極，且前述端子電極包含：形成於前述本體之外表面之第一電極層，其係藉由導電性膏之燒結形成；藉由在前述第一電極層上鍍Ni而形成之抑制電極層，其係防止上述無鉛焊劑所包含之Zn原子移動至前述本體；及藉由在前述抑制電極層上鍍Sn或鍍Sn合金而形成之第二電極層；其中前述第一電極層之厚度被設定為5 μm至200 μm；且前述抑制電極層之厚度被設定為大於6 μm且未達8 μm。
2. 一種電子機器，其包含：電子零件，其包含本體及在前述本體上形成之端子電極；及形成有配線圖案之基板；其中前述電子零件之前述端子電極與在前述基板上形成之 前述配線圖案係使用含Zn之無鉛焊劑進行電性和機械接合；且其中前述端子電極包含：形成於前述本體之外表面之第一電極層，其係藉由導電性膏的燒結形成；第二電極層，其係防止上述無鉛焊劑所包含之Zn原子移動至前述本體；及藉由在前述第二電極層上鍍Sn或鍍Sn合金而形成之第三電極層；其中前述第一電極層之厚度被設定為5 μm至200 μm；前述第二電極層之厚度被設定為大於6 μm且未達8 μm。