JP2006339536A - 電子部品および電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】めっき液が外部電極を通過してセラミック素子の内部に浸入したり、外部環境の湿気が内部に浸入したりすることを防止するとともに、ガラス成分が外部電極の表面に析出して、はんだ付き性不良やはんだ爆ぜ不良を生じたりすることがなく、信頼性の高い電子部品およびその製造方法を提供する。
【解決手段】Ｃｕを主成分とするＣｕ焼き付け電極層６ａ，６ｂと、Ｃｕ焼き付け電極層６ａ，６ｂ上に形成された、再結晶化処理が施されたＣｕめっき層７ａ，７ｂと、Ｃｕめっき層７ａ，７ｂ上に形成された上層側めっき層９ａ，９ｂとを備えた構成とする。
Ｃｕめっき層７ａ，７ｂの形成後、Ｃｕめっき層７ａ，７ｂが再結晶化する温度以上の温度で、かつ、導電性ペーストに含まれるガラスが軟化しない温度で熱処理することによりＣｕめっき層７ａ，７ｂを再結晶化させる。
【選択図】図１

Description

本願発明は、電子部品および電子部品の製造方法に関し、詳しくは、電子部品本体の表面に外部電極が形成された構造を有する電子部品およびその製造方法に関する。

例えば、代表的なセラミック電子部品の一つである積層セラミックコンデンサは、図２に示すように、複数の内部電極（例えばＮｉ電極）５１がセラミック層５２を介して互いに対向するように配設され、かつ、交互に逆側の端面５３ａ，５３ｂに引き出されたセラミック素子５４の両端部に、内部電極５１と導通するように一対の外部電極５５ａ，５５ｂが配設された構造を有している。

そして、外部電極５５ａ，５５ｂは、例えば、セラミック素子５４に導電ペースト（ここではＣｕペースト）を塗布し、焼き付けることによりＣｕ焼き付け電極層５６ａ，５６ｂを形成するとともに、さらに、Ｃｕ焼き付け電極層５６ａ，５６ｂ上に、はんだ食われを防止するためのＮｉめっき層５７ａ，５７ｂを付与し、さらにその上に、はんだ濡れ性を良好にするためのＳｎめっき層５８ａ，５８ｂを付与することによって形成されており、下地層であるＣｕ焼き付け電極層５６ａ，５６ｂ、中間層であるＮｉめっき層５７ａ，５７ｂ、上層（表面層）であるＳｎめっき層５８ａ，５８ｂからなる３層構造を有している。

ところで、中間層であるＮｉめっき層５７ａ，５７ｂは、Ｓｎめっき液や外部環境の湿気の浸入を防止する機能も果たすが、元来、Ｎｉめっき層５７ａ，５７ｂには微小な欠陥が存在するため、めっき液や湿気の浸入を防止する機能は十分ではない。

そのため、めっき液や湿気の浸入を防止するためには、Ｃｕ焼き付け電極層を緻密な状態に焼き付けることが必要になるが、Ｃｕ焼き付け電極層を緻密化するための焼成工程において、ガラスがＣｕ焼き付け電極層の表面に移動して析出し、その後のＮｉめっき層５７ａ，５７ｂを形成する工程において、めっき付き性不良を引き起こしたり、Ｎｉめっき層の緻密性低下に起因する、実装工程（はんだ付け工程）におけるはんだ爆ぜを引き起こしたりする、いわゆる「ガラス浮き」に起因する不具合が発生するという問題点がある。

そこで、このような問題点を解消するために、電極材料の最適化により、焼き付け電極の緻密化とめっき付き性を両立させる方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
この方法は、比表面積、長径、厚みの要件を満たすフレーク状のＣｕ粉末と、球形状Ｃｕ粉末とを所定の割合で配合したＣｕ粉末を主成分とする金属粉末と、ガラス粉末と、バインダーと、有機溶剤とを含有する導電性ペーストを用い、この導電性ペーストをセラミック素子の所定の領域に塗布して焼き付けることにより外部電極を形成するようにした方法である。

そして、この方法によれば、適度な緻密さを備え、ガラス成分（結合剤）の表面への析出や、めっき液のセラミック素子の内部への浸入を防止することが可能な外部電極を形成することができるとされている。
しかしながら、この方法は電極材料や工程の変動の影響を受けやすく、十分な信頼性を確保することが容易でないばかりでなく、今後のより高いレベルでの要求に応えることが困難であるという問題点がある。

また、その他の従来技術として、図３(ａ)、(ｂ)に示すように、内部電極６１が配設された電子部品本体６５に形成される外部電極６４として、Ｃｕ焼き付け電極層６６、Ｃｕめっき膜層６７、Ｎｉめっき膜層６８、および貴金属めっき膜層６９の４層構造を有する外部電極を備えた電子部品が提案されている（例えば、特許文献２）。

すなわち、この電子部品において、外部電極６４は、Ｃｕ粉末またはＣｕ合金粉末含有ペーストを焼き付けることにより形成された第１の外部電極層（Ｃｕ焼き付け電極層６６）と、第１の外部電極層上に形成された、Ｃｕめっき膜からなる第２の外部電極層（Ｃｕめっき膜層６７）と、第２の外部電極層上に形成された、Ｎｉめっき膜からなる第３の外部電極層（Ｎｉめっき膜層６８）と、第３の外部電極層上に形成された、貴金属めっき膜からなる第４の外部電極層（貴金属めっき膜層６９）とを有する４層構造の構成とされている。

しかしながら、この特許文献２の構成の場合、Ｃｕめっき膜層６７には、通常、微小な欠陥が存在することから、めっき液や外部環境の湿気の浸入を必ずしも十分に防止することができず、信頼性が低いという問題点がある。
特開２００４−１７２３８３号公報 特開２００４−５５６７９号公報

本願発明は、上記課題を解決するものであり、めっき液が外部電極を通過してセラミック素子の内部に浸入したり、外部環境の湿気が内部に浸入したりすることを防止するとともに、ガラス成分が外部電極の表面に析出して、はんだ付き性不良やはんだ爆ぜ不良を生じたりすることがなく、信頼性の高い電子部品およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明（請求項１）の電子部品は、
電子部品本体と、前記電子部品本体の表面に形成された外部電極とを備えた電子部品であって、
前記外部電極が、
Ｃｕを主成分とするＣｕ焼き付け電極層と、
前記Ｃｕ焼き付け電極層上に形成された、４００℃以上の温度条件下で熱処理を行うことにより再結晶化処理が施されたＣｕめっき層と、
再結晶化処理が施された前記Ｃｕめっき層上に形成された、少なくとも１層の上層側めっき層とを備えていること
を特徴としている。

また、請求項２の電子部品は、請求項１の発明の構成において、前記電子部品本体が、セラミック焼結体と、セラミック焼結体内に配設された内部電極とを備え、前記外部電極が、前記内部電極に電気的に接続されていることを特徴としている。

また、本願発明（請求項３）の電子部品の製造方法は、
電子部品本体と、前記電子部品本体の表面に形成された、Ｃｕを主成分とするＣｕ焼き付け電極層と、前記Ｃｕ焼き付け電極層上に形成されたＣｕめっき層と、前記Ｃｕめっき層上に形成された少なくとも１層の上層側めっき層とを有する外部電極とを備えた電子部品の製造方法であって、
電子部品本体に、Ｃｕ粉末を主成分とし、ガラスを含む導電性ペーストを塗布し、所定の焼き付け温度で焼き付けることによりＣｕ焼き付け電極層を形成する工程と、
前記Ｃｕ焼き付け電極層上にＣｕを析出させてＣｕめっき層を形成する工程と、
前記Ｃｕめっき層を形成した後、前記Ｃｕめっき層が再結晶化する、４００℃以上の温度で、かつ、前記導電性ペーストに含まれるガラスが軟化しない温度で熱処理することによりＣｕめっき層を再結晶化させる工程と、
Ｃｕめっき層上にさらに金属を析出させて上層側めっき層を形成する工程と
を備えていることを特徴としている。

本願発明（請求項１）の電子部品は、電子部品本体と、電子部品本体の表面に形成された外部電極とを備えた電子部品において、外部電極が、Ｃｕを主成分とするＣｕ焼き付け電極層と、Ｃｕ焼き付け電極層上に形成されたＣｕめっき層であって、４００℃以上の温度条件下で熱処理を行うことにより再結晶化処理が施されたＣｕめっき層と、再結晶化処理が施されたＣｕめっき層上に形成された、少なくとも１層の上層側めっき層とを備えており、再結晶化処理が施されたＣｕめっき層は組織が緻密であることから、めっき液が外部電極を通過してセラミック素子の内部に浸入したり、外部環境の湿気が内部に浸入したりすることを防止することが可能な、信頼性の高い電子部品を得ることが可能になる。

また、Ｃｕ焼き付け電極層を緻密な状態に焼き付けることにより、めっき液や外部環境の湿気の浸入を防止しようとはせずに、再結晶化処理が施されたＣｕめっき層を設け、該再結晶化された緻密なＣｕめっき層により、めっき液や外部環境の湿気の浸入を防止するようにしているので、Ｃｕ焼き付け電極層を緻密な状態に焼き付けようとするあまり、ガラス成分がＣｕ焼き付け電極層の表面に浮き出す、いわゆる「ガラス浮き」が発生することを抑制して、その後の上層側めっき層を形成するためのめっき工程（例えば、Ｎｉめっき工程やはんだめっき工程など）におけるめっき付き性不良や、形成されるめっき層の緻密性低下に起因するはんだ爆ぜなどの不具合の発生を抑制、防止することが可能になる。

また、請求項２の電子部品のように、請求項１の発明の構成において、電子部品本体が、セラミック焼結体と、セラミック焼結体内に配設された内部電極とを備え、外部電極が、内部電極に電気的に接続された構成を備えている場合、めっき液が電子部品本体の内部に浸入して内部電極を損傷したり、外部環境の湿気が電子部品本体の内部に浸入して特性を低下させたりすることを防止することが可能になり、信頼性の高い電子部品（例えば、積層セラミックコンデンサなど）を提供することが可能になる。

また、本願発明（請求項３）の電子部品の製造方法は、電子部品本体に、Ｃｕ粉末を主成分とし、ガラスを含む導電性ペーストを塗布し、所定の焼き付け温度で焼き付けることによりＣｕ焼き付け電極層を形成する工程と、Ｃｕ焼き付け電極層上にＣｕを析出させてＣｕめっき層を形成する工程と、Ｃｕめっき層形成後、Ｃｕめっき層が再結晶化する、４００℃以上の温度で、かつ、導電性ペーストに含まれるガラスが軟化しない温度で熱処理することにより、Ｃｕめっき層を再結晶化させる工程と、Ｃｕめっき層上にさらに金属を析出させて上層側めっき層を形成する工程とを備えているので、Ｃｕを主成分とするＣｕ焼き付け電極層と、Ｃｕ焼き付け電極層上に形成されたＣｕめっき層と、Ｃｕめっき層上に形成された少なくとも１層の上層側めっき層を有する外部電極が電子部品本体の表面に配設された電子部品を効率よく製造することが可能になる。

すなわち、本願発明の電子部品の製造方法によれば、めっき液が通過してセラミック素子の内部に浸入したり、外部環境の湿気が内部に浸入したりすることを防止することが可能な外部電極を備えた、信頼性の高い電子部品を効率よく製造することが可能になる。

以下に本願発明の実施例を示して、本願発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

図１は本願発明の一実施例（実施例１）にかかる電子部品の製造方法により製造した電子部品（この実施例では積層セラミックコンデンサ）の構成を示す断面図である。

この積層セラミックコンデンサは、図１に示すように、複数の内部電極（例えばＮｉ電極）１がセラミック層２を介して互いに対向するように配設され、かつ、交互に逆側の端面３ａ，３ｂに引き出されたセラミック素子（電子部品本体）４に、内部電極１と導通するように一対の外部電極５ａ，５ｂが配設された構造を有している。

そして、この実施例の積層セラミックコンデンサにおいて、外部電極５ａ，５ｂは、Ｃｕ焼き付け電極層６ａ，６ｂ、Ｃｕ焼き付け電極層６ａ，６ｂ上に形成された、Ｃｕめっき層７ａ，７ｂと、はんだ食われを防止するためのＮｉめっき層８ａ，８ｂ、Ｎｉめっき層８ａ，８ｂ上に形成された、はんだ濡れ性を良好にするためのＳｎめっき層９ａ，９ｂとを備えた４層構造を有している。

以下、この積層セラミックコンデンサの製造方法について説明する。
(１)まず、Ｃｕ粉末と、ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラスを主成分とするガラスフリットを混合した後、有機ビヒクルを適量加え、得られた混合物を三本ロールで混合・分散させ、導電性ペーストを作製した。なお、この実施例で用いたガラスは、６００℃をわずかに上回る軟化点を有するガラスである。
(２)次いで、焼成済みのセラミック素子（電子部品本体）４の両端面側を導電性ペーストに浸漬して、セラミック素子４の両端面に導電性ペーストを塗布した後、乾燥させた。
(３)それから、窒素雰囲気中８００℃、保持時間５分の条件で導電性ペーストを焼き付けることにより、Ｃｕ焼き付け電極層６ａ，６ｂを形成した。
(４)続いて、上記Ｃｕ焼き付け電極層６ａ，６ｂ上に、Ｃｕの電解めっきを施して、Ｃｕめっき層７ａ，７ｂを形成した。
(５)それから、窒素雰囲気中、所定の条件で熱処理して、Ｃｕめっき層７ａ，７ｂの再結晶化処理を行った。
(６)続いて、上記Ｃｕめっき層７ａ，７ｂ上に、Ｎｉ電解めっきを施し、Ｃｕめっき層７ａ，７ｂ上に、はんだ喰われを防止するためのＮｉめっき層８ａ，８ｂを形成した。
(７)さらにこのＮｉめっき層８ａ，８ｂ上に、はんだ濡れ性を良好にするためのＳｎめっき層９ａ，９ｂを形成した。

これにより、図１に示すような、外部電極５ａ，５ｂが４層構造を有する積層セラミックコンデンサ（試料）を得た。

また、比較のため、熱処理（再結晶化処理）を行わない条件、あるいは熱処理（再結晶化処理）を本願発明（請求項３）の要件を満たさない条件で行い、積層セラミックコンデンサ（比較例の試料）を作製した。

なお、この実施例および比較例の試料（積層セラミックコンデンサ）の構成は以下の通りである。
寸法 ：長さ２．０mm、幅１．２５mm、高さ１．２５mm
誘電体セラミック ：ＢｉＴｉＯ₃系誘電体セラミック
内部電極の積層数 ：４００枚
内部電極の構成材料 ：Ｎｉ
外部電極の構成 ：Ｃｕ焼き付け電極層（下地電極）／Ｃｕめっき層／／Ｎｉめっき層／Ｓｎめっき層
Ｃｕめっき層の熱処理（再結晶化処理）の雰囲気 ：窒素雰囲気

それから、上述のようにして製造した積層セラミックコンデンサについて、以下の方法により、めっき付き性試験、信頼性試験（ＰＣＢＴ試験）、はんだ爆ぜ試験を実施した。

［めっき付き性試験］
めっき付き性試験は、それぞれ、試料（積層セラミックコンデンサ）１００個について、剥離剤を用いてＳｎめっき層を剥離した後の電極表面を、実体顕徹鏡（５０倍視野）にて観察することにより実施した。そして、Ｓｎめっき層を剥離した後の電極表面に、Ｎｉめっき層の未形成部分が観察されたものを不良としてカウントした。

［信頼性試験（ＰＣＢＴ試験）］
信頼性試験（ＰＣＢＴ試験）については、それぞれ、試料（積層セラミックコンデンサ）７２個を、ＳｎＺｎＢｉはんだを用いて基板に実装した後、はんだを再溶融させて積層セラミックコンデンサを基板から取り外し、１２５℃／９５％Ｒｈ／定格電圧／７２ｈｒの条件でＰＣＢＴ試験に供した。そして、初期値に比べ、絶縁抵抗値の低下が観察されたものを不良としてカウントした。

［はんだ爆ぜ試験］
はんだ爆ぜ試験については、それぞれ、試料（積層セラミックコンデンサ）５００個を、ＳｎＰｂ共晶はんだを印刷した基板にマウントし、リフロー実装した後の基板を実体顕微鏡（５０倍視野）にて観察することにより実施し、はんだボールの飛散が観察されたものを不良としてカウントした。
その結果を表１に示す。

表１に示すように、熱処理（再結晶化処理）を行っていない比較例１の積層セラミックコンデンサの場合、信頼性試験（ＰＣＢＴ試験）において、７２個の試料のすべてについて不良の発生が認められた。これは、Ｃｕめっき層の粒子が再結晶せず、緻密化が進まなかったことによるものと考えられる。

また、表１に示すように、２００℃の条件で熱処理を行った比較例２の積層セラミックコンデンサの場合も、熱処理（再結晶化処理）をしなかった比較例１の場合と同様に、信頼性試験（ＰＣＢＴ試験）において、７２個の試料のすべてについて不良の発生が認められた。これは、熱処理２００℃／２０minの条件では、温度が低く、Ｃｕめっき層を構成するＣｕ粒子の平均粒径はいくらか大きくなっているものの、再結晶化した場合ほどには成長せず、Ｃｕめっき層の緻密化が進まなかったことによるものと考えられる。

また、表１に示すように、７００℃の条件で熱処理（再結晶化処理）を行った比較例３の積層セラミックコンデンサの場合、熱処理（再結晶化処理）をしなかった比較例１、および再結晶化温度よりも低い温度で（２００℃／２０minの条件で）熱処理を行った比較例２の場合に比べて、信頼性試験（ＰＣＢＴ試験）における不良の発生数が２４個／７２個と減少しているが、めっき付き性試験において不良が２個／１００個の割合で発生し、はんだ爆ぜ試験においても３個／５００個の割合で不良が発生しており、好ましい結果を得ることができなかった。 これは、７００℃／２０minの熱処理条件では、Ｃｕめっき層の粒子を再結晶化させることは可能になるものの、Ｃｕ焼き付け電極層に含まれるガラスの軟化により、Ｃｕ焼き付け電極中のガラスが流出してシール性が劣化するばかりでなく、Ｃｕ焼き付け電極の焼結が進み、ガラスがＣｕめっき層の表面にまで浮き出す（析出する）ことにより、信頼性の低下の他、めっき付き性不良、はんだ爆ぜ不良などの不良が発生したものと考えられる。なお、比較例３の７００℃／２０minの熱処理条件では、高温によりＣｕめっき層の表面がいくらか酸化されるため、Ｎｉめっき付き性が低下し、Ｎｉめっき膜の緻密性が低下することになるが、これも、はんだ爆ぜ不良の発生の一因となるものと考えられる。

これに対し、４００℃／２０min（実施例１）、５００℃／２０min（実施例２）、６００℃／２０min（実施例３）の条件で熱処理（再結晶化処理）を施した実施例１〜３の積層セラミックコンデンサの場合、めっき付き性試験、信頼性試験、およびはんだ爆ぜ試験の結果がいずれも良好で所望の特性を備えた積層セラミックコンデンサが得られることが確認された。

特に６００℃／２０min（実施例３）の条件で熱処理（再結晶化処理）を施した実施例３の積層セラミックコンデンサの場合、めっき付き性試験、信頼性試験、およびはんだ爆ぜ試験のいずれの試験においても不良が発生せず、最も良好な結果が得られた。これは、熱処理温度が４００℃（実施例１）、あるいは５００℃（実施例２）の場合、Ｃｕめっき層を、めっき液や湿気の浸入を完全に防止することができるだけの緻密な構造とすることができないのに対して、熱処理温度を６００℃に上げた場合には、Ｃｕめっき膜の再結晶化がさらに進行し、Ｃｕめっき層の組織がより緻密な構造に変化して行くことによるものと考えられる。

なお、上記実施例では、積層セラミックコンデンサを例にとって説明したが、本願発明は、積層セラミックコンデンサに限らず、積層バリスタ、積層ＬＣ複合部品、多層回路基板、その他、電子部品本体の表面に外部電極を備えた種々の電子部品に適用することが可能であり、その場合にも上記実施例の場合と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施例では、熱処理（再結晶化処理）を施したＣｕめっき層上に、Ｎｉめっき層、およびＳｎめっき層を形成するようにしているが、熱処理（再結晶化処理）を施したＣｕめっき層上に形成される上層側めっき層の種類や層数などに特別の制約はなく、例えば、熱処理（再結晶化処理）を施したＣｕめっき層上にＮｉめっき層を構成し、その上に、上記実施例におけるＳｎめっき層の代わりにＳｎ−Ｐｂめっき層を形成することも可能である。

また、本願発明は、さらにその他の点においても上記実施例に限定されるものではなく、電子部品本体を構成する材料の種類や、電子部品本体の具体的な構成、内部電極の構成材料、内部電極の有無などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

上述のように、本願発明においては、Ｃｕ焼き付け電極層上に形成されたＣｕめっき層を、Ｃｕめっき層が再結晶化する、４００℃以上の温度で、かつ、導電性ペーストに含まれるガラスが軟化しない温度で熱処理して、再結晶させるようにしており、再結晶化処理が施されたＣｕめっき層が緻密であることから、めっき液が外部電極を通過してセラミック素子の内部に浸入したり、外部環境の湿気が内部に浸入したりすることを防止することが可能な、信頼性の高いセラミック電子部品を得ることが可能になる。
また、Ｃｕ焼き付け電極層を緻密な状態に焼き付けることに依存する必要がないため、めっき付き性不良や、めっき層の緻密性低下に起因するはんだ爆ぜなどの不具合の発生を抑制、防止することが可能になる。
したがって、本願発明は、電子部品素子の表面に外部電極が配設された構造を有する種々の電子部品およびその製造工程に広く適用することが可能である。

本願発明の一実施例にかかる電子部品（積層セラミックコンデンサ）の構成を示す断面図である。 従来の電子部品（積層セラミックコンデンサ）の構成を示す断面図である。 (ａ)は従来の他の電子部品（積層セラミックコンデンサ）の構成を示す断面図であり、(ｂ)は要部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１ 内部電極
２ セラミック層
３ａ，３ｂ 端面
４ セラミック素子（電子部品本体）
５ａ，５ｂ 外部電極
６ａ，６ｂ Ｃｕ焼き付け電極層
７ａ，７ｂ Ｃｕめっき層
８ａ，８ｂ Ｎｉめっき層
９ａ，９ｂ Ｓｎめっき層

Claims (3)

1. 電子部品本体と、前記電子部品本体の表面に形成された外部電極とを備えた電子部品であって、
   前記外部電極が、
   Ｃｕを主成分とするＣｕ焼き付け電極層と、
   前記Ｃｕ焼き付け電極層上に形成された、再結晶化処理が施されたＣｕめっき層と、
   再結晶化処理が施された前記Ｃｕめっき層上に形成された、少なくとも１層の上層側めっき層とを備えていること
   を特徴とする電子部品。
2. 前記電子部品本体が、セラミック焼結体と、セラミック焼結体内に配設された内部電極とを備え、前記外部電極が、前記内部電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
3. 電子部品本体と、前記電子部品本体の表面に形成された、Ｃｕを主成分とするＣｕ焼き付け電極層と、前記Ｃｕ焼き付け電極層上に形成されたＣｕめっき層と、前記Ｃｕめっき層上に形成された少なくとも１層の上層側めっき層とを有する外部電極とを備えた電子部品の製造方法であって、
   電子部品本体に、Ｃｕ粉末を主成分とし、ガラスを含む導電性ペーストを塗布し、所定の焼き付け温度で焼き付けることによりＣｕ焼き付け電極層を形成する工程と、
   前記Ｃｕ焼き付け電極層上にＣｕを析出させてＣｕめっき層を形成する工程と、
   前記Ｃｕめっき層を形成した後、前記Ｃｕめっき層が再結晶化する温度以上の温度で、かつ、前記導電性ペーストに含まれるガラスが軟化しない温度で熱処理することによりＣｕめっき層を再結晶化させる工程と、
   Ｃｕめっき層上にさらに金属を析出させて上層側めっき層を形成する工程と
   を備えていることを特徴とする電子部品の製造方法。

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