JP2007234774A - セラミック電子部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 端子電極から剥離しにくい導電性樹脂層を有するセラミック電子部品を提供する。
【解決手段】 積層セラミックコンデンサ１０のセラミック素体１２の両端部には、端子電極１５が設けられている。端子電極の表面には、開口２０が形成されている。端子電極上には、端子電極の開口に含浸する導電性樹脂層１６が形成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、セラミック素体を有する電子部品と、その製造方法に関する。

セラミック素体の両端部に端子電極が設けられたセラミック電子部品が知られている。セラミック電子部品の典型的な例は、積層セラミックコンデンサである。セラミック電子部品は、しばしば半田付けによって基板上に実装される。通常、基板とセラミック素体とは熱膨張係数に差があるため、温度の上昇及び下降を繰り返す熱衝撃においてセラミック電子部品に応力が加わり、セラミック電子部品の破壊を生じやすい。

この問題を解決するため、下記の特許文献１〜３には、端子電極上に導電性樹脂層が形成された積層セラミックコンデンサが開示されている。いずれの文献においても、端子電極は、セラミック素体の端部に導電性ペーストを塗布して焼成する、いわゆる焼付けによって形成される。このコンデンサを基板に実装する場合、基板とセラミック素体との間に導電性樹脂層が介在することになる。樹脂層は柔軟性が高いので、熱衝撃によってセラミック素体に加わる応力を緩和し、セラミック素体のクラック（割れ）を起こりにくくする。
特開平１１−２１９８４９号公報 特開平５−１４４６６５号公報 特開２００３−３１８０５９号公報

しかしながら、端子電極上に導電性樹脂層が形成されたセラミック電子部品を基板に半田付けし、高温高湿試験や熱衝撃試験を行うと、導電性樹脂層が端子電極から剥離する場合がある。高湿度の環境下では、導電性樹脂層が膨潤することにより、端子電極と導電性樹脂層との界面に応力が加わる。また、端子電極と導電性樹脂層の熱膨張係数に差があるため、環境温度が変化するときにも、両者の界面に応力が加わる。このような応力が導電性樹脂層を端子電極から剥離させる原因となる。

そこで、本発明は、端子電極から剥離しにくい導電性樹脂層を有するセラミック電子部品を提供することを課題とする。

本発明の一つの側面は、セラミック電子部品に関する。このセラミック電子部品は、相対向する二つの端部を有するセラミック素体と、セラミック素体の各端部上に形成され、表面に開口を有する端子電極と、各端子電極上に形成され、前記開口に含浸した導電性樹脂層とを備えている。

導電性樹脂層のうち端子電極の開口に含浸した部分は、端子電極と噛み合い、アンカーとして機能する。これにより、端子電極に対する導電性樹脂層の密着強度が高まるの。このため、高い湿度や温度変化に起因して端子電極と導電性樹脂層との界面に応力が加わっても、導電性樹脂層が端子電極から剥離しにくい。

本発明の別の側面は、セラミック電子部品の製造方法に関する。本発明に係る製造方法の第１の態様は、相対向する二つの端部を有するセラミック素体を用意し、表面に開口を有する端子電極を電解メッキ法によって各端部上に形成する工程と、各端子電極に導電性樹脂ペーストを塗布し、この導電性樹脂ペーストを前記開口に含浸させる工程と、この導電性樹脂ペーストを焼成して、前記開口に含浸した導電性樹脂層を形成する工程とを備えている。

電解メッキ法において陽極電流密度を十分に高くすることにより、表面に開口を有する端子電極が形成される。導電性樹脂層のうち端子電極の開口に含浸した部分は、端子電極と噛み合い、アンカーとして機能する。したがって、第１の態様に係る方法は、端子電極から剥離しにくい導電性樹脂層を有するセラミック電子部品を製造することができる。

本発明に係る製造方法の第２の態様は、相対向する二つの端部を有するセラミック素体を用意し、樹脂粉末を含む導電性ペーストを当該樹脂粉末が露出するように各端部に塗布する工程と、樹脂粉末を熱分解すると共に導電性ペーストを焼成し、表面に開口を有する端子電極を各端部上に形成する工程と、各端子電極に導電性樹脂ペーストを塗布し、その導電性樹脂ペーストを前記開口に含浸させる工程と、この導電性樹脂ペーストを焼成して、前記開口に含浸した導電性樹脂層を形成する工程とを備えている。

導電性ペースト上で露出する樹脂粉末を熱分解することにより、端子電極の表面において樹脂粉末が存在していた箇所に開口が形成される。導電性樹脂層のうち端子電極の開口に含浸した部分は、端子電極と噛み合い、アンカーとして機能する。したがって、第２の態様に係る方法は、端子電極から剥離しにくい導電性樹脂層を有するセラミック電子部品を製造することができる。

本発明によれば、端子電極から剥離しにくい導電性樹脂層を有するセラミック電子部品を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、第１の実施形態に係るセラミック電子部品を示す断面図である。本実施形態のセラミック電子部品は、積層セラミックコンデンサである。この積層セラミックコンデンサ１０は、直方体状のセラミック素体１２と、セラミック素体１２の相対向する二つの端部上に形成された一対の端子電極１５を有している。

セラミック素体１２は、セラミック誘電体２２中に第１内部電極２３と第２内部電極２４が埋設された構造を有している。これらの内部電極２３、２４は、共に方形平板状であり、誘電体２２を介して交互に重ね合わされている。内部電極２３の一端は、セラミック素体１２の一方の端面に露出し、その端面上に形成された端子電極１５に接続されている。また、内部電極２４の一端は、セラミック素体１２の他方の端面に露出し、その端面上に形成された端子電極１５に接続されている。

各端子電極１５は、セラミック素体１２の各端面を全面的に覆い、更にその一部がセラミック素体１２の四つの側面上に延びている。各端子電極１５の表面には、部分球状の開口２０が複数、形成されている。各端子電極１５の表面上には、これらの開口２０に含浸した導電性樹脂層１６が形成されている。

導電性樹脂層１６の表面は内側メッキ膜１７によって覆われており、内側メッキ膜１７の表面は外側メッキ膜１８によって覆われている。これらのメッキ膜は、端子電極１５を湿気から保護する。これらのメッキ膜は、異なる金属から構成されており、各金属は合金であってもよい。

以下では、積層セラミックコンデンサ１０の利点を説明する。導電性樹脂層１６のうち開口２０に含浸した部分（開口２０を充填する部分）は、端子電極１５と噛み合い、アンカーとして機能する。端子電極１５は、その表面に開口部を有するスポンジ状の多孔質膜となるため、導電性樹脂層１６の一部が端子電極１５中に含浸し、導電性樹脂層１６と端子電極１５との密着力を向上させる。これにより、端子電極１５に対する導電性樹脂層１６の密着強度が高まる。このため、高い湿度や温度変化に起因して端子電極１５と導電性樹脂層１６との界面に応力が加わっても、導電性樹脂層１６が端子電極１５から剥離しにくい。

以下では、積層セラミックコンデンサ１０の製造方法を説明する。まず、セラミックグリーンシートの表面に、内部電極となるべき電極パターンを形成し、その上に別のセラミックグリーンシートを重ね合わせ、その表面に別の内部電極となるべき電極パターンを形成するという工程を繰り返す。こうして得られたセラミックグリーンシートの積層体を焼成し、セラミック素体１２を形成する。

次に、表面に開口２０を有する端子電極１５をセラミック素体１２の両端部に形成する。このような端子電極１５は、電解メッキ法を用いることにより、直接形成することができる。電解メッキ法において陽極電流密度を十分に高く設定すると、得られるメッキ膜が多孔質になり、その表面に開口が形成される。したがって、このメッキ膜を端子電極１５として使用することができる。

この他に、端子電極１５は、樹脂粉末を含む導電性ペーストを焼成することによっても形成することができる。以下では、図２及び図３を参照しながら、導電性ペーストの焼成による端子電極１５の形成方法を説明する。ここで、図２及び図３は、この形成方法の工程を示す断面図である。

具体的には、図２に示されるように、樹脂粉末２５を含む導電性ペースト２１をセラミック素体１２の両端部に塗布する。このとき、樹脂粉末２５の一部が導電性ペースト２１の表面で露出する。導電性ペースト２１の塗布は、セラミック素体１２の両端部を導電性ペースト２１に浸漬することにより行ってもよい。

導電性ペースト２１は、金属粉末及び樹脂粉末２５を有機溶剤と混合したものである。有機溶剤としては、樹脂粉末２５を溶解しないものを使用する。本実施形態では、樹脂粉末２５は球状である。樹脂粉末２５の平均粒径は、塗布された導電性ペースト２１の厚さの２分の１以下であることが好ましい。

次に、導電性ペースト２１を乾燥させて導電膜を形成する。この導電膜の表面には、樹脂粉末２５が露出している。続いて、この導電膜を加熱し、樹脂粉末２５を熱分解すると共に導電膜を焼成して、端子電極１５を形成する（図３を参照）。樹脂粉末２５が熱分解すると、樹脂粉末２５が存在していた箇所に空間が形成される。したがって、導電膜の表面に露出していた樹脂粉末２５の熱分解により、端子電極１５の表面に開口２０が形成される。

上記の方法により端子電極１５を形成した後は、図４に示されるように、端子電極１５の表面に導電性樹脂ペースト２６を塗布する。この導電性樹脂ペースト２６は、金属と熱硬化性樹脂を含んでいる。導電性樹脂ペースト２６の塗布は、セラミック素体１２の両端部を導電性樹脂ペースト２６に浸漬することにより行ってもよい。塗布の際、導電性樹脂ペースト２６は、端子電極１５の表面の開口２０に含浸する。この導電性樹脂ペースト２６を乾燥させた後、加熱して硬化させることにより、開口２０に含浸した導電性樹脂層１６を形成する。

この後、電解メッキ等の湿式メッキ法を用いて、導電性樹脂層１６の表面上に内側メッキ膜１７を形成し、続いて、同様のメッキ法を用いて、内側メッキ膜１７の表面上に外側メッキ膜１８を形成する。こうして、本実施形態の積層セラミックコンデンサ１０が得られる。

本発明者は、実施例として、上述した方法により積層セラミックコンデンサ１０を実際に製造すると共に、比較例として、端子電極の表面に開口を有さない積層セラミックコンデンサを製造し、両者について導電性樹脂層の剥離率を調べた。以下では、実施例及び比較例に係る積層セラミックコンデンサの製造方法を説明する。

第１実施例
まず、内部電極２３、２４となるべき厚さ１．５μｍのＮｉパターンを複数のセラミックグリーンシートの表面上に形成しながら、それらのセラミックシートを重ね合わせ、得られた積層体を焼成して、セラミック素体１２を形成した。次に、セラミック素体１２の両端部に、端子電極１５としてＣｕメッキ膜を電解メッキ法により形成した。このとき、陽極電流密度は、通常より高い４×１０^２Ａ／ｍ^２とした。電流密度を高くすることにより、Ｃｕメッキ膜が多孔質となり、その表面に多数の開口が形成された。

次いで、端子電極１５に導電性樹脂ペースト２６を塗布し、端子電極１５の表面を導電性樹脂ペースト２６で覆うと共に、端子電極１５の開口２０を導電性樹脂ペースト２６で充填した。本実施例で使用する導電性樹脂ペーストは、平均粒径１μｍの粒状Ａｇ粉末を７０ｗｔ％、エポキシ樹脂を１２ｗｔ％、溶剤を１８ｗｔ％の濃度でそれぞれ含んでいる。続いて、この導電性樹脂ペースト２６を乾燥させた後、２００℃の温度下で６０分間加熱して硬化させ、導電性樹脂層１６を形成した。この後、電解メッキ法により、内側メッキ膜１７としてＮｉ膜を、外側メッキ膜１８としてＳｎ膜を順次に形成し、第１実施例の積層セラミックコンデンサを得た。

第２実施例
第１実施例と同様の手法によりセラミック素体１２を形成した後、樹脂粉末２５を含む導電性ペースト２１をセラミック素体１２の両端部に塗布した。この導電性ペースト２１は、平均粒径が約１μｍの粒状Ａｇ粉末と、樹脂材料であるエチルセルロースと、有機溶剤であるテルピネオールとを混合した後、この混合物に樹脂粉末２５として、平均粒径が約１０μｍのＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）球状粒子粉末を添加することにより作成した。

続いて、この導電性ペースト２１を乾燥させた後、セラミック素体１２を５００℃の温度下で２時間保持して、ＰＭＭＡ球状粒子粉末を熱分解した。その後、温度を８００℃まで上昇させ、その温度下でセラミック素体１２を更に１時間保持した。この２段階の加熱処理により導電性ペースト２１を焼成し、開口２０が表面に設けられた端子電極１５を形成した。次いで、第１実施例と同じ手法により導電性樹脂層１６、内側メッキ膜１７及び外側メッキ膜１８を形成し、第２実施例の積層セラミックコンデンサを得た。

比較例
上記実施例と同様の方法によりセラミック素体を形成した後、樹脂粉末２５が添加されていない導電性ペーストをセラミック素体の両端部に塗布した。この導電性ペーストは、Ａｇとガラスフリットを主成分とする。続いて、この導電性ペーストを乾燥させた後、８００℃の温度で焼成し、端子電極を形成した。この後、上記実施例と同じ方法により導電性樹脂層１６、内側メッキ膜１７及び外側メッキ膜１８を形成し、比較例の積層セラミックコンデンサを得た。

本発明者は、第１実施例、第２実施例及び比較例の積層セラミックコンデンサを多数製造し、その各々の特性を調べた。具体的には、各コンデンサをガラスエポキシ基板に鉛フリー半田を用いてリフロー半田付けしたサンプルを用意し、各コンデンサの初期固着強度、耐湿特性及び熱衝撃特性を調べた。この結果を以下の表に示す。

初期固着強度は、耐湿試験及び熱衝撃試験を受けていないコンデンサの基板に対する固着強度を示す。初期固着強度の測定では、第１実施例、第２実施例及び比較例の各々について１０個ずつサンプルを用意した。各サンプルにおいて基板の主面に平行な外力をコンデンサに加え、コンデンサが基板から脱離するときの外力を計測し、その外力の平均値を初期固着強度とした。表１に示されるように、第１実施例、第２実施例及び比較例とも良好な初期固着強度を有しており、開口２０を有する端子電極１５による初期固着強度の大きな劣化は検出されなかった。

耐湿特性の測定では、第１実施例、第２実施例及び比較例の各々について６０個ずつサンプルを用意した。各サンプルを温度８５℃及び相対湿度８５％の環境下に１０００時間保持した後、第１実施例、第２実施例及び比較例の１０個ずつのサンプルについて、上記の方法により固着強度を測定した。また、第１実施例、第２実施例及び比較例の５０個ずつのサンプルについて、各サンプルの断面を観察し、導電性樹脂層の剥離の有無を調べた。

熱衝撃特性の測定でも、第１実施例、第２実施例及び比較例の各々について６０個ずつサンプルを用意した。各サンプルに同じ温度サイクルを１０００回経験させた後、第１実施例、第２実施例及び比較例の１０個ずつのサンプルについて、上記の方法により固着強度を測定した。また、第１実施例、第２実施例及び比較例の５０個ずつのサンプルについて、各サンプルの断面を観察し、導電性樹脂層の剥離の有無を調べた。一つの温度サイクルでは、−５５℃の温度下にサンプルを３０分間置いた後、温度を１２５℃まで上昇させ、サンプルを更に３０分間置いた。次のサイクルでは、温度を１２５℃から−５５℃まで下降させ、サンプルを３０分間置き、その後、温度を１２５℃まで上昇させて更に３０分間置いた。

表１の「剥離」列における「ｎ／５０」は、５０個のサンプルのうちｎ個に導電性樹脂層の剥離が発生したことを表す。表１に示されるように、比較例のサンプルの一部に剥離が発生するが、第１実施例及び第２実施例のサンプルでは、上記の耐湿試験及び熱衝撃試験による剥離は一切発生しなかった。また、耐湿試験及び熱衝撃試験を経た比較例では、比較的小さな外力で導電性樹脂層が剥離し、これが固着強度の測定においてコンデンサの脱離と見なされるので、固着強度の測定値が低くなっている。これらの実験結果は、端子電極１５の表面の開口２０に導電性樹脂層１６が含浸した構造が導電性樹脂層１６の剥離を防ぐ効果を示している。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

本発明のセラミック電子部品は、上記実施形態の積層セラミックコンデンサに限られず、他の任意の電子部品であってもよい。例えば、本発明のセラミック電子部品は、セラミック素体を有するインダクタであってもよい。このセラミック素体は、セラミック磁性体と、そのセラミック磁性体中に埋設されたコイル状の内部電極を有する。

第１実施形態を示す断面図である。 第１実施形態の製造工程を示す断面図である。 第１実施形態の製造工程を示す断面図である。 第１実施形態の製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１０…積層セラミックコンデンサ、１２…セラミック素体、１５…端子電極、１６…導電性樹脂層、１７…内側メッキ膜、１８…外側メッキ膜、２０…開口、２１…導電性ペースト、２２…誘電体、２３…第１内部電極、２４…第２内部電極、２５…樹脂粉末、２６…導電性樹脂ペースト

Claims (3)

1. 相対向する二つの端部を有するセラミック素体と、
   前記セラミック素体の各前記端部上に形成され、表面に開口を有する端子電極と、
   各前記端子電極上に形成され、前記開口に含浸した導電性樹脂層と、
   を備えるセラミック電子部品。
2. 相対向する二つの端部を有するセラミック素体を用意し、表面に開口を有する端子電極を電解メッキ法によって各前記端部上に形成する工程と、
   各前記端子電極に導電性樹脂ペーストを塗布し、その導電性樹脂ペーストを前記開口に含浸させる工程と、
   前記導電性樹脂ペーストを焼成して、前記開口に含浸した導電性樹脂層を形成する工程と、
   を備えるセラミック電子部品の製造方法。
3. 相対向する二つの端部を有するセラミック素体を用意し、樹脂粉末を含む導電性ペーストを当該樹脂粉末が露出するように各前記端部に塗布する工程と、
   前記樹脂粉末を熱分解すると共に前記導電性ペーストを焼成し、表面に開口を有する端子電極を各前記端部上に形成する工程と、
   各前記端子電極に導電性樹脂ペーストを塗布し、その導電性樹脂ペーストを前記開口に含浸させる工程と、
   前記導電性樹脂ペーストを焼成して、前記開口に含浸した導電性樹脂層を形成する工程と、
   を備えるセラミック電子部品の製造方法。
   

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