JP7349317B2 - チップ部品およびチップ部品の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、部品本体の両端部に半田付け用の外部電極が設けられている面実装タイプのチップ部品と、そのようなチップ部品の製造方法に関する。
チップ部品の一例であるチップ抵抗器は、直方体形状の絶縁基板（部品本体）と、絶縁基板の表面に所定間隔を存して対向配置された一対の表電極と、対をなす表電極どうしを橋絡する抵抗体（機能素子）と、抵抗体を覆う保護膜と、絶縁基板の裏面に所定間隔を存して対向配置された一対の裏電極と、対応する表電極と裏電極を橋絡する一対の端面電極と、これら表電極と裏電極および端面電極を覆うように絶縁基板の両端部に形成された一対の外部電極等によって主に構成されている。
表電極と裏電極および端面電極は内部電極を構成するものであり、これらは銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）を主成分とする材料によって形成される。外部電極は、内部電極の表面に被着されるニッケル（Ｎｉ）を主成分とするバリア層と、バリア層の表面に被着されるスズ（Ｓｎ）を主成分とする外部接続層とで構成されており、これらバリア層と外部接続層は電解メッキによって形成される。
このような構成のチップ抵抗器を回路基板に実装する場合、回路基板に設けられた配線パターンのランドにはんだペーストを塗布した後、外部接続層がはんだペーストに重なるようにチップ抵抗器を回路基板上に載置し、この状態ではんだペーストを溶融・固化することによって外部接続層がランドにはんだ付けされる。はんだ材料としては、例えば、スズ（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）が約６：４（Ｓｎ６３％－Ｐｂ３７％）の比で混ざった共晶はんだと呼ばれるものが使用されている。このような組成の共晶はんだの融点は１８３℃であるが、はんだを溶融させるのに融点以上の熱を加える必要があるため、はんだ付け時の熱によって内部電極を構成するＡｇやＣｕがはんだ材料側に溶け出す現象、いわゆる「はんだ喰われ」と呼ばれる現象が発生してしまう虞がある。
このはんだ喰われを防止するために設けられているのがニッケルメッキからなるバリア層であり、ニッケルメッキ層の厚みが２μｍ以上あれば、はんだ喰われを効果的に防止できることが知られている。しかし、ニッケルメッキ層が厚く（特に１５μｍ以上）なると、外部応力によって絶縁基板から剥離しやすくなり、剥離による断線や、腐食ガスによる剥離した部分の硫化などの不具合が発生してしまうことがある。そこで従来、特許文献１に記載されているように、チップ抵抗器の内部電極上に金（Ａｕ）のストライクめっきをした後、ニッケルメッキ層（バリア層）とスズメッキ層（外部接続層）を順次形成することにより、バリア層を構成するニッケルメッキ層の密着性を高めるようにした端子電極構造が提案されている。
近年、世界的な環境保護の観点から鉛フリー化が推奨されており、鉛をほとんど含まない鉛フリーはんだと呼ばれるものが使用されている。ここで、例えば組成がＳｎ９６．５％－Ａｇ３％－Ｃｕ０．５％の鉛フリーはんだを使用した場合、この鉛フリーはんだの融点は２２０℃であり、共晶はんだを使用した場合に比べてはんだ実装時の加熱温度が高温になるため、バリア層を構成するニッケルがはんだ材料側に溶け出しやすくなる。したがって、ニッケルメッキ層を厚くしてはんだ喰われを防止する必要があるが、ニッケルメッキ層が厚くなると剥離しやすくなるため、はんだ喰われと剥離の両方を防止することが困難となり、また、ニッケルメッキ層を厚くするとメッキ時間や材料コストが上昇してしまう。なお、特許文献１に記載された端子電極構造のように、ニッケルメッキ層の下地メッキとして金のストライクめっき処理を行えば、ニッケルメッキ層の密着性を高めることは可能となるが、金のストライクめっきによってコスト高になるという問題がある。
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、半田喰われと剥離の両方を防止ことができる端子電極構造を備えたチップ部品を提供することにあり、第２の目的は、そのようなチップ部品の製造方法を提供することにある。
上記第１の目的を達成するために、本発明のチップ部品は、機能素子が形成された部品本体と、前記部品本体の両端部を覆うように形成されて前記機能素子に接続する一対の内部電極と、前記内部電極の表面に形成されたニッケルを主成分とするバリア層と、前記バリア層の表面に形成されたスズを主成分とする外部接続層とを備え、前記バリア層は電解メッキにより形成されたニッケルとリンの合金メッキからなり、この合金メッキにおけるリンの含有率が前記内部電極に接する内側領域と前記外部接続層に接する外側領域とで相違していると共に、前記バリア層の少なくとも内側領域が磁性を有していることを特徴としている。
このように構成されたチップ部品は、外部接続層の下地層であるバリア層がニッケル（Ｎｉ）を主成分としてリン（Ｐ）を含有する合金（Ｎｉ－Ｐ）メッキからなり、この合金メッキはスズへの拡散がニッケルよりも遅いため、バリア層を徒に厚く形成しなくても、高温使用下におけるはんだ喰われを防止することができる。しかも、バリア層を構成する合金メッキ中のリンの含有率を内側領域と外側領域とで相違させ、バリア層の少なくとも内側領域が磁性を有するようにしたので、その磁気特性を利用して、例えば、製品の検査工程で磁気選別を行ったり、製品をテープ状の包装体に収納するテーピング工程や、製品を包装体から取り出して回路基板上に実装する際に、磁気によって製品の姿勢を安定させることが可能になる。
上記構成のチップ部品において、バリア層の内側領域に磁性を持たせるためには、バリア層の内側領域におけるリンの含有率を５％以下にすることが好ましい。
上記第２の目的を達成するために、本発明によるチップ部品の製造方法は、部品本体に機能素子を形成する工程と、前記部品本体の両端部を覆うように一対の内部電極を形成する工程と、前記内部電極の表面にニッケルを主成分としてリンを含有するバリア層を電解メッキにより形成する工程と、前記バリア層の表面にスズを主成分とする外部接続層を電解メッキにより形成する工程と、を備え、前記バリア層を形成する電解メッキ工程において、電流密度を経時的に変更することにより、前記内部電極に接する内側領域と前記外部接続層に接する外側領域とでリンの含有率を相違させることを特徴としている。
このようにして製造されたチップ部品は、外部接続層の下地層であるバリア層がニッケル（Ｎｉ）を主成分としてリン（Ｐ）を含有する合金（Ｎｉ－Ｐ）メッキからなり、この合金メッキはスズへの拡散がニッケルよりも遅いため、バリア層を徒に厚く形成しなくても、高温使用下におけるはんだ喰われを防止することができる。しかも、バリア層を形成する電解メッキ工程において、電流密度を経時的に変更して合金メッキ中のリンの含有率を内側領域と外側領域とで相違させ、バリア層にリンの含有率の低い領域とリンの含有率の高い領域を形成するようにしたので、リンの含有率が低い領域によってバリア層に磁性を持たせることができる。したがって、かかるバリア層の磁気特性を利用して、例えば、製品の検査工程で磁気選別を行ったり、製品をテープ状の包装体に収納するテーピング工程や、製品を包装体から取り出して回路基板上に実装する際に、磁気によって製品の姿勢を安定させることが可能になる。
この場合において、バリア層を形成する電解メッキ工程で、初めに所定の電流密度で電解メッキを行ってリンの含有率が０．５％以下の低リンメッキ層を形成した後、電流密度を下げてリンの含有率が高い高リンメッキ層を形成すると、電解メッキの電流密度を制御するだけで、磁気特性と耐熱特性の両方を併せ持つバリア層を容易に形成することができる。
本発明のチップ部品とその製造方法によれば、外部接続層の下地層として形成されるバリア層のはんだ喰われと剥離の両方を防止ことができると共に、バリア層に付与した磁気特性を利用して、製品の検査工程やテーピング工程等を安定的に行うことができる。
以下、発明の実施の形態について図面を参照しながら説明すると、図１は本発明の実施形態例に係るチップ抵抗器１０の平面図、図２は図１のII－II線に沿う断面図である。
図１と図２に示すように、チップ部品の一例であるチップ抵抗器１０は、直方体形状の絶縁基板１と、絶縁基板１の表面における長手方向両端部に形成された一対の表電極２と、一対の表電極２間を橋絡するように形成された抵抗体３と、抵抗体３の全体と表電極２の一部を被覆する保護層４と、絶縁基板１の裏面における長手方向両端部に形成された一対の裏電極５と、絶縁基板１の長手方向両端面に形成されて対応する表電極２と裏電極５間を導通する一対の端面電極６と、これら表電極２と裏電極５および端面電極６を被覆する一対の外部電極７とによって主に構成されている。
絶縁基板１はセラミックス等からなる部品本体であり、この絶縁基板１はシート状の大判基板を縦横に延びる１次分割溝と２次分割溝に沿って分割することにより多数個取りされたものである。
一対の表電極２は絶縁基板１の相対する短辺側に所定の間隔を存して矩形状に形成されており、これら表電極２はＡｇ系ペーストをスクリーン印刷して乾燥・焼成させたものである。
抵抗体３は機能素子であり、この抵抗体３は酸化ルテニウム等の抵抗ペーストをスクリーン印刷して乾燥・焼成させたものである。抵抗体３は平面視で矩形状に形成されており、その長手方向の両端部はそれぞれ表電極２に重なっている。なお、抵抗体３にはトリミング溝３ａが形成されており、このトリミング溝３ａによって抵抗体３の抵抗値が調整されている。
保護層４はアンダーコート層とオーバーコート層の２層構造からなる。アンダーコート層はガラスペーストをスクリーン印刷して焼成させたものであり、このアンダーコート層はトリミング溝３ａを形成する前に抵抗体３を覆うように形成されている。オーバーコート層はエポキシ系樹脂ペーストをスクリーン印刷して加熱硬化させたものであり、このオーバーコート層は、アンダーコート層の上から抵抗体３にトリミング溝３ａを形成した後に、トリミング溝３ａを含めて抵抗体３とアンダーコート層を全体的に覆うように形成されている。
一対の裏電極５は絶縁基板１の裏面における表電極２と対応する位置に所定の間隔を存して矩形状に形成されており、これら裏電極５はＡｇペーストをスクリーン印刷して乾燥・焼成させたものである。
一対の端面電極６は、絶縁基板１の端面にＮｉ－Ｃｒをスパッタしたり、絶縁基板１の端面にＡｇ系ペーストを塗布して加熱硬化させたものである。端面電極６は対応する表電極２と裏電極５間を導通するように形成されており、これら表電極２と端面電極６および裏電極５によって断面コ字状の内部電極が構成されている。
一対の外部電極７は、内部電極（表電極２と端面電極６および裏電極５）の表面に被着されるバリア層８と、バリア層８の表面に被着される外部接続層９とで構成されており、これらバリア層８と外部接続層９は電解メッキによって形成される。バリア層８はニッケル（Ｎｉ）を主成分としてリン（Ｐ）を含有する合金メッキ（Ｎｉ－Ｐメッキ層）であり、その厚みは２μｍ～１５μｍの範囲に設定されている。また、外部接続層９はスズ（Ｓｎ）を主成分とするＳｎメッキ層であり、その厚みは２μｍ～１５μｍの範囲に設定されている。
ここで、バリア層８を構成する合金メッキは、ニッケルに含まれるリンの含有量が多いほど、外部接続層９を構成するスズへの拡散を抑える効果は高まるが、リンの含有量が多くなるとバリア層８の磁性が失われてしまうため、バリア層８中のニッケルに対するリンの含有率が５％以下に収まるようにしている。その際、電解メッキ装置の電流密度を制御することにより、バリア層８におけるリンの含有率を内側領域と外側領域とで相違させ、バリア層８の少なくとも内側領域が磁性を有するようにしている。具体的には、初期段階において高電流密度条件で電解メッキを行うことにより、バリア層８の内側領域にリンの含有率が０．５％以下の低リン含有量層を形成した後、電流密度を下げて低高電流密度条件で電解メッキを行うことにより、バリア層８の外側領域にリンの含有率が２％～５％程度の高リン含有量層を形成するようにしている。
次に、上記の如く構成されたチップ抵抗器１０の製造方法について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。
まず、絶縁基板１が多数個取りされる大判基板を準備する。この大判基板には１次分割溝と２次分割溝が格子状に設けられており、両分割溝によって区切られたマス目の１つ１つが１個分のチップ領域となる。そして、図３に示すように、このような大判基板に対して以下に説明する各工程が一括して行われる。
最初の工程では、大判基板の裏面にＡｇペーストをスクリーン印刷して乾燥することにより、各チップ形成領域の長手方向両端部に所定間隔を存して対向する一対の裏電極５を形成する（ステップＳ１）。
次に、大判基板の表面にＡｇ－Ｐｄペーストをスクリーン印刷して乾燥することにより、各チップ形成領域の長手方向両端部に所定間隔を存して対向する一対の表電極２を形成する（ステップＳ２）。しかる後、表電極２と裏電極５を約８５０℃の高温で同時に焼成する。なお、これら表電極２と裏電極５は個別に焼成しても良く、その形成順を逆にして裏電極５よりも表電極２を先に形成するようにしても良い。
次に、大判基板の表面に酸化ルテニウム等を含有した抵抗ペーストをスクリーン印刷して乾燥することにより、両端部を表電極２に重ね合わせた抵抗体３を形成した後、これを約８５０℃の高温で焼成する（ステップＳ３）。
次に、抵抗体３を覆う領域にガラスペーストをスクリーン印刷して乾燥することにより、抵抗体３を被覆するアンダーコート層を形成した後、これを約６００℃の温度で焼成する（ステップＳ４）。
次に、一対の表電極２にプローブを当接させて抵抗体３の抵抗値を測定しながら、アンダーコート層の上からレーザ光を照射することにより、抵抗体３にトリミング溝３ａを形成して抵抗値を調整する（ステップＳ５）。
次に、アンダーコート層の上からエポキシ系樹脂ペーストをスクリーン印刷した後、これを約２００℃の温度で加熱硬化してオーバーコート層を形成する（ステップＳ６）。これにより、アンダーコート層とオーバーコート層からなる２層構造の保護層４が形成される。
次に、大判基板を１次分割溝に沿って短冊状基板に１次分割した後（ステップＳ７）、この短冊状基板の分割面にＮｉ／Ｃｒをスパッタすることにより、短冊状基板の表裏両面に設けられた表電極２と裏電極５間を接続する端面電極６を形成する（ステップＳ８）。なお、短冊状基板の分割面にＮｉ／Ｃｒをスパッタする代わりに、Ａｇ系ペーストを塗布して加熱硬化させることによって端面電極６を形成するようにしても良い。
次に、短冊状基板を２次分割溝に沿って複数のチップ状基板に２次分割した後（ステップＳ９）、これらチップ状基板に対して電解メッキを施すことにより、チップ状基板の両端部に内部電極（表電極２と端面電極６および裏電極５）を覆うバリア層８を形成する（ステップＳ１０）。このバリア層８は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分としてリン（Ｐ）を含有する合金メッキ（Ｎｉ－Ｐメッキ層）からなり、その厚みは２μｍ～１５μｍの範囲に設定されている。
ここで、バリア層８を構成する合金メッキは、ニッケルに含まれるリンの含有量が多いほど、次工程で形成される外部接続層９を構成するスズ中にニッケルが拡散してしまうことを抑えられるが、リンの含有量が多くなるとバリア層８の磁性が失われてしまうため、バリア層８のニッケルに対するリンの含有率が５％以下に収まるようにしている。その際、電解メッキ装置の電流密度（単位面積当たりの電気量）を制御し、初期段階では高電流密度条件で電解メッキを行うことにより、バリア層８の内側領域にリンの含有率が０．５％以下の低リン含有量層を形成する。その後、電流密度を下げて低高電流密度条件で電解メッキを行うことにより、バリア層８の外側領域にリンの含有率が高い（２％～５％程度）高リン含有量層を形成する。その結果、リンの含有率が少ないバリア層８の内側領域によって磁性を持たせることができると共に、リンの含有率が多いバリア層８の外側領域によって拡散を抑えることができる。
次に、チップ状基板に対して電解メッキを施すことにより、バリア層８の表面を覆う外部接続層９を形成する（ステップＳ１１）。外部接続層９はスズ（Ｓｎ）を主成分とするＳｎメッキ層であり、その厚みは２μｍ～１５μｍの範囲に設定されている。これにより、バリア層８と外部接続層９からなる２層構造の外部電極７が形成され、図１と図２に示す
以上説明したように、本実施形態例に係るチップ抵抗器１０では、スズメッキからなる外部接続層９の下地層であるバリア層８が、ニッケルを主成分としてリンを含有する合金メッキからなり、この合金メッキ（Ｎｉ－Ｐ）はスズへの拡散がニッケルよりも遅いため、バリア層８を徒に厚く形成しなくても、高温使用下におけるはんだ喰われを防止することができる。しかも、バリア層８の磁性が失われてしまうのを防止するために、合金メッキ中のリンの含有率を内側領域と外側領域とで相違させ、バリア層８の少なくとも内側領域が磁性を有するようにしたので、バリア層８の磁気特性を利用して、例えば、製品の検査工程で磁気選別を行ったり、製品をテープ状の包装体に収納するテーピング工程や、製品を包装体から取り出して回路基板上に実装する際に、磁気によって製品の姿勢を安定させることが可能になる。
また、本実施形態例に係るチップ抵抗器１０の製造方法では、バリア層８を形成する電解メッキ工程で電解メッキ装置の電流密度を制御し、初めに高電流密度条件で電解メッキを行うことにより、バリア層８の内側領域にリンの含有率が０．５％以下の低リン含有量層を形成した後、電流密度を下げてバリア層８の外側領域にリンの含有率が高い（２％～５％程度）高リン含有量層を形成するようにしたので、電解メッキの電流密度を制御するだけで、磁気特性と耐熱特性の両方を併せ持つバリア層８を容易に形成することができる。しかも、電流密度を変更するだけで済むため、１回のメッキ工程でバリア層８を形成することができ、別々のメッキ工程で形成する場合に比べると、リンの含有率が異なるバリア層８にも関わらず、界面のできない密着性に優れたバリア層８を形成することができる。
なお、上記の実施形態例では、バリア層８の内側領域にリンの含有率が０．５％以下の低リン含有量層を形成すると共に、バリア層８の外側領域にリンの含有率が２％～５％程度の高リン含有量層を形成するようにしているが、電解メッキ工程における電流密度を高電流密度条件から低電流密度条件へ徐々に変更することにより、バリア層８中のリンの含有率が内側領域から外側領域に向かって境目なく無段階で高まるようにしても良い。
また、上記の実施形態例では、機能素子として抵抗体３を有するチップ抵抗器に本発明を適用したものについて説明したが、抵抗体以外の機能素子、例えばインダクタやコンデンサ等を有するチップ部品にも本発明は適用可能である。
１ 絶縁基板（部品本体）
２ 表電極（内部電極）
３ 抵抗体（機能素子）
４ 保護層
５ 裏電極（内部電極）
６ 端面電極（内部電極）
７ 外部電極
８ バリア層
９ 外部接続層
１０ チップ抵抗器（チップ部品）
２ 表電極（内部電極）
３ 抵抗体（機能素子）
４ 保護層
５ 裏電極（内部電極）
６ 端面電極（内部電極）
７ 外部電極
８ バリア層
９ 外部接続層
１０ チップ抵抗器（チップ部品）
Claims (4)
- 機能素子が形成された部品本体と、前記部品本体の両端部を覆うように形成されて前記機能素子に接続する一対の内部電極と、前記内部電極の表面に形成されたニッケルを主成分とするバリア層と、前記バリア層の表面に形成されたスズを主成分とする外部接続層とを備え、
前記バリア層は電解メッキにより形成されたニッケルとリンの合金メッキからなり、この合金メッキにおけるリンの含有率が前記内部電極に接する内側領域と前記外部接続層に接する外側領域とで相違していると共に、前記バリア層の少なくとも内側領域が磁性を有していることを特徴とするチップ部品。 - 請求項１に記載のチップ部品において、
前記バリア層の内側領域におけるリンの含有率が５％以下であることを特徴とするチップ部品。 - 部品本体に機能素子を形成する工程と、前記部品本体の両端部を覆うように一対の内部電極を形成する工程と、前記内部電極の表面にニッケルを主成分としてリンを含有するバリア層を電解メッキにより形成する工程と、前記バリア層の表面にスズを主成分とする外部接続層を電解メッキにより形成する工程と、を備え、
前記バリア層を形成する電解メッキ工程において、電流密度を経時的に変更することにより、前記内部電極に接する内側領域と前記外部接続層に接する外側領域とでリンの含有率を相違させることを特徴とするチップ部品の製造方法。 - 請求項３に記載のチップ部品の製造方法において、
前記バリア層を形成する際に、初めに所定の電流密度で電解メッキを行ってリンの含有率が０．５％以下の低リンメッキ層を形成した後、電流密度を低めてリンの含有率が高い高リンメッキ層を形成するようにしたことを特徴とするチップ部品の製造方法。
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