JP2000299242A - セラミック電子部品、およびその製造方法 - Google Patents

セラミック電子部品、およびその製造方法

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JP2000299242A
JP2000299242A JP11104363A JP10436399A JP2000299242A JP 2000299242 A JP2000299242 A JP 2000299242A JP 11104363 A JP11104363 A JP 11104363A JP 10436399 A JP10436399 A JP 10436399A JP 2000299242 A JP2000299242 A JP 2000299242A
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JP
Japan
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plating layer
layer
electronic component
ceramic electronic
linear expansion
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JP11104363A
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English (en)
Inventor
Shoichi Higuchi
庄一 樋口
Tatsuo Kunishi
多通夫 国司
Yukio Hamachi
幸生 浜地
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化試験のような低温と高温のサイクル
が繰り返される環境下にあっても、Snめっき層にホイ
スカを発生させない構造を有するセラミックス電子部品
を提供する。 【解決手段】 セラミック素体上に外部電極が形成され
てなるセラミック電子部品において、前記外部電極は、
セラミック素体表面に形成される厚膜電極と、厚膜電極
上に形成されるNiめっき層と、Niめっき層上に形成
されるホイスカ抑制層と、ホイスカ抑制層と接して形成
され外部電極の最外層に位置して形成されるSnめっき
層とを有してなり、前記ホイスカ抑制層は、最外層のS
nめっき層の線膨張係数よりも実質的に大きい線膨張係
数を有する金属材料を含んでなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック電子部
品の外部電極の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えばチップ型積層セラミックコンデン
サ等のセラミック電子部品では、チップ素体外部に形成
された外部電極をはんだ付けすることにより、プリント
配線基板等に実装することが一般的に行われている。こ
の場合、比較的安価なコストではんだ付け性の向上を図
るために、外部電極の最外層をSnまたはSn合金皮膜
で形成する構成が一般的に用いられている。Sn及びS
n合金皮膜は、NiやCuに比べてはんだ濡れ性が非常
に良好であり、またリフローやフロー等の処理により電
子部品を実装する場合に実装不良が発生しにくい等のメ
リットを有しているからである。
【0003】以下、従来より用いられているSnまたは
Sn合金を最外層に設けたセラミック電子部品の一例
を、図2に示す。図2はチップ型積層セラミックコンデ
ンサ11を示す断面図であって、主としてセラミック素
体12とセラミック素体12の両端にコ字状に形成され
た外部電極13とから構成されている。外部電極13
は、セラミック素体12に接して形成された厚膜電極1
4、厚膜電極14上に形成されたNiめっき層15、N
iめっき層15上に形成されたSnめっき層またはSn
合金めっき層(以下、単に「Snめっき層」と呼ぶ)1
6の3層から構成されている。ここで、厚膜電極14は
例えばAg、Cu等の金属ペーストの焼き付けによっ
て、Niめっき層15はNiの電界めっきによって、S
nめっき層16はSnの電解めっきによって、それぞれ
形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の構成
のセラミック電子部品に環境試験の1種である温度変化
試験を施すと、3層構造の外部電極13の最外層にあた
るSnめっき層16に、ホイスカ(ひげ状のSnの突起
物)が発生する場合があることが近年明らかになってき
た。現時点では、ホイスカの発生の詳細なメカニズムは
明らになっていないが、ホイスカが回路基板に実装され
た電子部品の外部電極で発生すると、隣接する部品また
は配線パターンと短絡する恐れがある。これまで、従来
の構成の外部電極でこれらの問題が生じることがなかっ
たのは、発生するホイスカの大きさが、隣接する部品ま
たは配線パターンとの間隔と比較して十分に小さかった
ためであると考えられる。今後、回路部品の実装密度が
高くなるに従い各部品および配線パターンの間隔は狭く
なるため、上述のホイスカによる短絡不良が生ずる危険
性は高くなることが予想される。
【0005】この問題に対して、ホイスカ発生の恐れが
少なくかつはんだ濡れ性の高い材料、例えばAuやPd
等の皮膜を外部電極の最外層に設ける方法が対応策とし
て検討されている。しかしながらこれらの材料はいずれ
も貴金属のため材料費が高く、結果的に製品の価格が上
昇するという問題が新たに生じることになる。ホイスカ
の発生を抑制することさえできれば、Snは端子電極の
最外層に設ける電極材料として最も好適な材料であり、
Snを用いつつホイスカの発生を抑制しうる方法が求め
られている。
【0006】したがって本発明の目的は、温度変化試験
のような低温と高温のサイクルが繰り返される環境下に
あっても、Snめっき層にホイスカを発生させない構造
を有するセラミックス電子部品およびその製造方法を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究の
結果、Snめっき層に生じるホイスカは、Snめっき層
の直下に形成される金属材料の種類によって、その発生
の有無が影響を受けることを見出した。より具体的に
は、Snめっき層の直下に、Snめっき層の線膨張係数
よりも実質的に大きい線膨張係数を有する金属材料、例
えばZn、Al、Pb等の金属材料を含んでなるホイス
カ抑制層を形成することにより、Snめっき層に生じる
ホイスカを抑制できることを見出し、本発明を完成させ
るに到った。
【0008】上述の通り、現時点では温度変化試験によ
って発生するホイスカの発生メカニズムの詳細は不明で
ある。この点につき本発明者らは、Snめっき層とそれ
と接する下地層との界面に生じる応力が、ホイスカの発
生/伸長の駆動力の一つの要因となっている、と考えて
いる。そしてこの応力の発生原因は、Snめっき層とそ
れと接する下地層の線膨張係数の差に起因するものと考
えられる。より具体的には、Snめっき層内部からホイ
スカが発生している点からも、Snめっき層に圧縮応力
が繰り返し加わることにより、次第にホイスカの発生/
伸長が生じるものと考えられる。
【0009】ところで、Snめっき層に圧縮応力が加わ
るのは、Snめっき層よりも線膨張係数の小さい下地
層上にSnめっき層が形成された場合であれば、温度が
上昇した時、Snめっき層よりも線膨張係数の大きい
下地層上にSnめっき層が形成された場合であれば、温
度が低下した時、の2つの場合である。しかしながら、
例えば後述の表3に示す実験例からも明らかなように、
Snめっき層よりも線膨張係数の大きい下地層上にSn
めっき層を形成し温度を低下させた場合には、Snめっ
き層には圧縮応力が加わるものの、ホイスカは発生しな
いことが確認されている。
【0010】これらの点を考慮すると、ホイスカの発生
条件は、温度上昇時にSnめっき層に圧縮応力が加わる
ことである、と考えられる。従って、ホイスカの発生を
抑制するためには、外部電極の構成を、温度上昇時にS
nめっき層に圧縮応力が加わらないような構成、すなわ
ちSnめっき層の直下にSnめっき層よりも線膨張係数
の大きい金属材料からなる下地層をホイスカ抑制層とし
てさらに設ける構成とすれば良いのである(なお、従来
構造の外部電極においてSnめっき層の直下に形成され
ていたNiめっき層は、Snめっき層に比べ線膨張係数
の小さい金属材料である)。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミック電子部
品の一実施例を図を用いて詳細に説明する。
【0012】図1はチップ型積層セラミックコンデンサ
1を示す断面図であって、主としてセラミック素体2と
セラミック素体2の両端にコ字状に形成された外部電極
3とから構成されている。外部電極3は、セラミック素
体2に接して形成された厚膜電極4、厚膜電極4上に形
成されたNiめっき層5、Niめっき層5上に形成され
たホイスカ抑制層6、ホイスカ抑制層6と接して形成さ
れ外部電極3の最外層に位置して形成されるSnめっき
層7とから構成されている。ここで、厚膜電極4はAg
ペーストの焼き付けによって、Niめっき層5はNiの
電解めっきによって、ホイスカ抑制層6はAlの電解め
っきによって、Snめっき層7はSnの電解めっきによ
って、それぞれ形成される。なお、厚膜電極4はAgペ
ースト以外にCuペーストを用いても良いし、ホイスカ
抑制層6はAl以外にZn、Ag、Pbの電解めっきに
よって形成しても構わない。
【0013】ここで、ホイスカ抑制層6として用いられ
ているAl、Znは、Snめっき層7よりもその線膨張
係数が大きい金属材料である。なお、本発明でのホイス
カ抑制層6としては、Agも使用可能である。この点、
Agの実際の線膨張係数はSnめっき層7のそれよりも
若干小さい。しかしながら、両者の線膨張係数の差は僅
少であり、後述の表2、表3に示した実験結果からも明
らかなようにホイスカ抑制層6としてAgを用いた場合
であってもホイスカはほとんど発生しておらず、また発
生するホイスカも実用上問題とならない大きさのものに
過ぎない。従って、Agも「線膨張係数の差から生じる
応力によってホイスカが発生する」事態を抑制しうる下
地層である点に代わりはなく、本発明の趣旨を実現する
金属材料の1種であることに変わりはないものと評価で
きる。
【0014】上述の構成のセラミック電子部品に対し
て、まず以下の表1に示す条件で温度変化試験を実施
し、ホイスカの発生の有無を確認した。この温度変化試
験の結果を表2に示す。なお、表2には本実施例の構造
の電子部品での試験結果に加えて、従来例の構造の電子
部品での温度変化試験の試験結果も、比較のために併せ
て示した。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】表2の結果からも明らかなように、本実施
例の構造を採用したセラミック電子部品においては、ホ
イスカの発生抑制について顕著な効果が確認できる。
【0018】つぎに、Snめっき層の直下に形成される
下地層(ホイスカ抑制層)の材料の違いによって、温度
変化試験によって生じるホイスカの発生がどうのように
変化するか確認した。この実験結果を以下の表3に示
す。なお実験は、各種の金属薄板上に電解めっきによっ
てSnめっき層を形成したのち、当該試料を上述の表1
に示した条件と同様の条件にて温度変化試験を行った。
【0019】
【表3】
【0020】さらに、各種の金属薄板上に形成するSn
めっき層を、Sn単体めっきではなく各種のSn合金め
っきとした時におけるホイスカの抑制効果についても確
認した。この実験結果を以下の表4、表5、表6、表7
に示す。
【0021】
【表4】
【0022】
【表5】
【0023】
【表6】
【0024】
【表7】
【0025】上述の各実験結果からも明らかなように、
Snめっき層(Sn単体めっき、Sn合金めっきをとも
に含む)の直下に、Snめっき層よりも実質的に線膨張
係数の大きい金属材料からなるホイスカ抑制層を形成す
ることにより、温度変化試験によって生じるSnめっき
層の表面に生じるホイスカの発生を、効果的に抑制でき
ることが確認できる。
【0026】また、従来より一般的にホイスカの発生を
確認する試験として恒温放置試験(恒温にて一定時間放
置したのちホイスカの発生の有無を観察する試験)が行
われているが、表2〜表7に示した各試料に対して恒温
放置試験を行ったところ、本発明の構成の外部電極、従
来構造の外部電極ともに、温度変化試験後に見られたよ
うなホイスカの発生は認められなかった。
【0027】
【発明の効果】上述の説明からも明らかなように、外部
電極の最外層に位置するSnめっき層の直下に、Snめ
っき層の線膨張係数よりも実質的に大きい線膨張係数を
有する金属材料を含んでなるホイスカ抑制層を形成する
ことにより、温度変化によってSnめっき層の表面に生
じるホイスカの発生を効果的に抑制することが可能にな
る。これにより、基板上に部品を実装するに際して、よ
り実装密度を上げた部品の搭載が可能になる。
【0028】なおここで、ホイスカ抑制層として好適な
金属材料として、Snよりも線膨張係数の値が実際に大
きいAl、Zn、Pb、およびSnよりも若干線膨張係
数は小さいが同じく本発明の作用効果を有するAgなど
を、本発明で用いる金属材料としうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のセラミック電子部品を示す断面図で
ある。
【図2】 従来例のセラミック電子部品を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
1 ・・・ チップ型積層セラミックコンデンサ 2 ・・・ セラミック素体 3 ・・・ 外部電極 4 ・・・ 厚膜電極 5 ・・・ Niめっき層 6 ・・・ ホイスカ抑制層 7 ・・・ Snめっき層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K044 AA13 AB10 BA06 BA10 BB02 BC11 BC14 CA18 5E001 AB03 AF00 AF06 AH01 AH07 AJ03

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック素体上に外部電極が形成され
    てなるセラミック電子部品であって、 前記外部電極は、セラミック素体表面に形成される厚膜
    電極と、厚膜電極上に形成されるNiめっき層と、Ni
    めっき層上に形成されるホイスカ抑制層と、ホイスカ抑
    制層と接して形成され外部電極の最外層に位置して形成
    されるSnめっき層とを有してなり、 前記ホイスカ抑制層は、最外層のSnめっき層の線膨張
    係数よりも実質的に大きい線膨張係数を有する金属材料
    を含んでなることを特徴とするセラミック電子部品。
  2. 【請求項2】 前記Snめっき層の線膨張係数よりも実
    質的に大きい線膨張係数を有する金属材料として、Z
    n、Al、Pbのうちの少なくとも一種を用いることを
    特徴とする請求項1記載のセラミック電子部品。
  3. 【請求項3】 セラミック素体上に外部電極が形成され
    てなるセラミック電子部品であって、 前記外部電極は、セラミック素体表面に形成される厚膜
    電極と、厚膜電極上に形成されるNiめっき層と、Ni
    めっき層上に形成されるAgめっき層と、Agめっき層
    と接して形成され外部電極の最外層に位置して形成され
    るSnめっき層とからなることを特徴とするセラミック
    電子部品。
  4. 【請求項4】 セラミック素体上に外部電極を形成して
    なるセラミック電子部品の製造方法であって、 前記外部電極は、セラミック素体表面に厚膜電極を形成
    する工程と、厚膜電極上にNiめっき層を形成する工程
    と、Niめっき層上にホイスカ抑制層を形成する工程
    と、ホイスカ抑制層と接してSnめっき層を最外層とし
    て形成する工程とを有して形成され、 前記ホイスカ抑制層は、最外層のSnめっき層の線膨張
    係数よりも実質的に大きい線膨張係数を有する金属材料
    を含んで形成されることを特徴とするセラミック電子部
    品の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記Snめっき層の線膨張係数よりも実
    質的に大きい線膨張係数を有する金属材料として、Z
    n、Al、Pbのうちの少なくとも一種を含んで形成さ
    れることを特徴とする請求項4記載のセラミック電子部
    品の製造方法。
  6. 【請求項6】 セラミック素体上に外部電極を形成して
    なるセラミック電子部品の製造方法であって、 前記外部電極は、セラミック素体表面に厚膜電極を形成
    する工程と、厚膜電極上にNiめっき層を形成する工程
    と、Niめっき層上にAgめっき層を形成する工程と、
    Agめっき層と接してSnめっき層を最外層として形成
    する工程とを有して形成されることを特徴とするセラミ
    ック電子部品の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記Snめっき層が、Sn合金めっき層
    であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいず
    れかに記載のセラミック電子部品およびその製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003023123A (ja) * 2001-07-09 2003-01-24 Shindo Denshi Kogyo Kk 回路基板および回路基板の製造方法

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