KR102567209B1 - 세라믹 전자 부품 및 그 제조 방법, 및 전자 부품 실장 기판 - Google Patents
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Abstract
외부 전극과 금속 단자의 접합 신뢰성을 향상시키는 것이 가능한 세라믹 전자 부품 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일 형태에 따른 세라믹 전자 부품은, 세라믹 소체와, 소결 금속막과, 금속 단자를 구비한다. 상기 세라믹 소체는, 내부 전극을 갖는다. 상기 소결 금속막은, 표면 조도 Ra가 0.200㎛ 이하인 접합면을 갖고, 상기 내부 전극과 접속되며 상기 세라믹 소체의 표면에 형성된다. 상기 금속 단자는, 상기 접합면에 접합된다.
Description
본 발명은 금속 단자를 구비한 세라믹 전자 부품 및 그 제조 방법, 및 전자 부품 실장 기판에 관한 것이다.
적층 세라믹 콘덴서는, 복수의 내부 전극이 배치된 세라믹 소체와, 당해 소체의 표면에 형성되며 내부 전극에 접속된 외부 전극을 구비하고, 예를 들어 땜납 등에 의해 외부 전극을 실장 기판에 접합함으로써 실장 기판에 실장된다.
적층 세라믹 콘덴서가 대형인 경우나, 세라믹 소체에 강유전체 재료를 사용한 경우에서는, 세라믹 소체의 기계적 왜곡이 실장 기판에 전달되어 진동음이 발생하거나, 실장 기판과의 접합부 등에 크랙이 발생하는 경우가 있다. 또한, 세라믹 소체의 히트 사이클에 의해서도, 상기 접합부에 부담이 가해진다.
세라믹 소체의 변형이나 히트 사이클에 대한 기판 실장 후의 신뢰성을 향상시키기 위해, 외부 전극에 금속 단자가 부착된 적층 세라믹 콘덴서가 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1 및 2 참조). 금속 단자는, 전형적으로는, 땜납을 사용하여 외부 전극에 접합된다.
금속 단자에 의해 기판 실장 후의 신뢰성을 향상시키기 위해서는, 외부 전극과 금속 단자에 있어서도 높은 접합 신뢰성이 요구된다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 외부 전극과 금속 단자의 접합 신뢰성을 향상시키는 것이 가능한 세라믹 전자 부품 및 그 제조 방법, 및 전자 부품 실장 기판을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 따른 세라믹 전자 부품은, 세라믹 소체와, 소결 금속막과, 금속 단자를 구비한다.
상기 세라믹 소체는, 내부 전극을 갖는다.
상기 소결 금속막은, 표면 조도 Ra가 0.200㎛ 이하인 접합면을 갖고, 상기 내부 전극과 접속되며 상기 세라믹 소체의 표면에 형성된다.
상기 금속 단자는, 상기 접합면에 접합된다.
상기 범위의 표면 조도 Ra를 갖는 접합면은, 유리의 석출(유리 들뜸)이나 산화막, 오염 등을 제거한 평활한 상태로 되어 있다. 이에 의해, 외부 전극으로서 기능하는 소결 금속막과 금속 단자의 접합 신뢰성을 높일 수 있다.
상기 세라믹 전자 부품은, 융점이 230℃ 이상인 합금으로 형성되며, 상기 접합면과 상기 금속 단자를 접합하는 합금 접합부를 더 구비해도 된다.
이에 의해, 세라믹 전자 부품을 실장 기판에 실장할 때의 리플로우에 의해, 소결 금속막과 금속 단자의 접합부가 용융되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 소결 금속막과 금속 단자의 접합 신뢰성을 더 높일 수 있다.
예를 들어, 상기 합금은, 주석(Sn)을 주성분으로 하고, 안티몬(Sb), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 중 적어도 어느 것을 포함하는 합금을 주성분으로 해도 된다.
상기 세라믹 소체는, 1축 방향을 향한 단부면을 갖고, 상기 소결 금속막은, 상기 단부면에만 형성되어도 된다.
이에 의해, 금속 단자의 접합 시에 있어서의 합금 접합부의 흐름을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 따른 전자 부품 실장 기판은, 세라믹 전자 부품과, 회로 기판과, 합금 실장부를 구비한다.
상기 회로 기판은, 상기 세라믹 전자 부품이 실장된다.
상기 합금 실장부는, 제1 합금으로 형성되고, 상기 세라믹 전자 부품과 상기 회로 기판을 접합한다.
상기 세라믹 전자 부품은, 내부 전극을 갖는 세라믹 소체와, 소결 금속막과, 금속 단자와, 합금 접합부를 갖는다.
상기 소결 금속막은, 표면 조도 Ra가 0.200㎛ 이하인 접합면을 갖고, 상기 내부 전극과 접속되며 상기 세라믹 소체의 표면에 형성된다.
상기 금속 단자는, 상기 접합면에 접합되며, 상기 합금 실장부에 의해 상기 회로 기판에 접합된다.
상기 합금 접합부는, 상기 제1 합금보다도 융점이 높은 제2 합금으로 형성되고, 상기 접합면과 상기 금속 단자를 접합한다.
상기 구성에 따르면, 제1 합금으로 형성된 합금 실장부를 용융하여 상기 세라믹 전자 부품과 상기 회로 기판을 접합할 때, 제2 합금이 제1 합금보다도 높은 융점을 갖기 때문에, 제2 합금이 용융되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2 합금은, 230℃ 이상의 융점을 갖고 있어도 된다.
또한, 상기 제2 합금은, 주석(Sn)을 주성분으로 하고, 안티몬(Sb), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 중 적어도 어느 것을 포함하는 합금을 주성분으로 해도 된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따른 세라믹 전자 부품의 제조 방법은, 내부 전극을 갖는 세라믹 소체의 표면에 도포된 전극 재료를 소성함으로써, 상기 내부 전극과 접속된 소결 금속막을 형성하는 공정을 포함한다.
상기 소결 금속막의 표면이 블라스트 처리된다.
블라스트 처리된 상기 소결 금속막의 표면에 금속 단자가 접합된다.
상기 구성에 의해, 소결 금속막의 표면을, 유리의 석출(유리 들뜸)이나 산화막, 오염 등을 제거한 평활한 상태로 할 수 있다. 따라서, 외부 전극으로서 기능하는 소결 금속막과 금속 단자의 접합 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 블라스트 처리는, 세라믹 소체를 고정한 상태에서 행해지기 때문에, 세라믹 소체끼리의 충돌이 일어날 수 없어, 칩핑 등의 대미지를 발생시키지 않는다. 또한, 블라스트 처리에서는, 소자 형상에 변동이 있어도 동일한 조건을 적용할 수 있어, 소자간의 처리의 불균형을 방지할 수 있다.
또한, 융점이 230℃ 이상인 땜납을 사용하여 상기 소결 금속막과 상기 금속 단자를 접합해도 된다.
또한, 상기 소결 금속막의 상기 표면 중 1축 방향을 향한 면을 블라스트 처리해도 된다.
금속 단자의 접합에 사용되는 땜납은, 블라스트 처리된 부분에만 젖게 할 수 있다. 이에 의해, 땜납의 흐름을 방지할 수 있다.
이 경우, 상기 세라믹 소체의 상기 1축 방향을 향한 단부면에 인쇄법에 의해 상기 전극 재료를 도포함으로써, 상기 소결 금속막을 형성해도 된다.
이에 의해, 1축 방향을 향한 단부면에만 소결 금속막을 형성할 수 있어, 소결 금속막의 1축 방향을 향한 면만을 블라스트 처리하는 것이 용이해진다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 외부 전극과 금속 단자의 접합 신뢰성을 향상시키는 것이 가능한 세라믹 전자 부품 및 그 제조 방법, 및 전자 부품 실장 기판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 사시도.
도 2는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 도 1의 A-A'선을 따른 단면도.
도 3은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 도 1의 B-B'선을 따른 단면도.
도 4는 도 2의 부분 확대도.
도 5는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법을 나타내는 플로우차트.
도 6은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 분해 사시도.
도 7은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 사시도.
도 8은 상기 실시 형태의 변형예에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 사시도.
도 9는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 도 8의 C-C'선을 따른 단면도.
도 10은 도 9의 부분 확대도.
도 11은 상기 실시 형태의 비교예에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 확대 단면도.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전자 부품 실장 기판의 단면도.
도 2는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 도 1의 A-A'선을 따른 단면도.
도 3은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 도 1의 B-B'선을 따른 단면도.
도 4는 도 2의 부분 확대도.
도 5는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법을 나타내는 플로우차트.
도 6은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 분해 사시도.
도 7은 상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 과정을 도시하는 사시도.
도 8은 상기 실시 형태의 변형예에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 사시도.
도 9는 상기 적층 세라믹 콘덴서의 도 8의 C-C'선을 따른 단면도.
도 10은 도 9의 부분 확대도.
도 11은 상기 실시 형태의 비교예에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 확대 단면도.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전자 부품 실장 기판의 단면도.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
도면에는, 적절히 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축이 도시되어 있다. X축, Y축 및 Z축은 전체 도면에 있어서 공통이다. X축 방향은 「1축 방향」에 대응한다.
I. 제1 실시 형태
1. 적층 세라믹 콘덴서(10)의 기본 구성
도 1∼도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서(10)를 도시하는 도면이다. 도 1은 적층 세라믹 콘덴서(10)의 사시도이다. 도 2는 적층 세라믹 콘덴서(10)의 도 1의 A-A'선을 따른 단면도이다. 도 3은 적층 세라믹 콘덴서(10)의 도 1의 B-B'선을 따른 단면도이다.
적층 세라믹 콘덴서(10)는 세라믹 소체(11)와, 제1 소결 금속막(14)과, 제2 소결 금속막(15)과, 제1 금속 단자(16)와, 제2 금속 단자(17)와, 제1 합금 접합부(18)와, 제2 합금 접합부(19)를 구비한다. 적층 세라믹 콘덴서(10)는 세라믹 소체(11)의 표면에 소결 금속막(14, 15)이 형성되고, 소결 금속막(14, 15)의 표면에 합금 접합부(18, 19)를 통해 금속 단자(16, 17)가 각각 접합된 구성을 갖는다. 소결 금속막(14, 15)은 적층 세라믹 콘덴서(10)의 외부 전극으로서 기능한다.
세라믹 소체(11)는 전형적으로는, X축 방향을 향한 2개의 단부면(11a, 11b)과, Y축 방향을 향한 2개의 측면(11c, 11d)과, Z축 방향을 향한 2개의 주면(11e, 11f)을 갖는다. 단부면(11a, 11b)에는, 소결 금속막(14, 15)이 형성된다. 세라믹 소체(11)의 각 면을 접속하는 모서리부는 모따기되어 있어도 된다. 세라믹 소체(11)는, 예를 들어 X축 방향을 따른 길이가 3㎜ 이상, Y축 방향을 따른 길이가 2㎜ 이상으로 구성된다.
또한, 세라믹 소체(11)는 도 1∼도 3에 도시한 바와 같은 직육면체 형상이 아니어도 된다. 예를 들어, 세라믹 소체(11)의 각 면은 곡면이어도 되고, 세라믹 소체(11)는 전체로서 둥그스름하게 된 형상이어도 된다.
세라믹 소체(11)는 용량 형성부(20)와, 보호부(21)를 갖는다. 용량 형성부(20)는 복수의 세라믹층(22)과, 복수의 제1 내부 전극(12)과, 복수의 제2 내부 전극(13)을 갖고, 이들이 적층된 구성을 갖는다. 보호부(21)는 용량 형성부(20)의 Z축 방향을 향한 양 주면의 전체 영역과, Y축 방향을 향한 양 측면의 전체 영역을 각각 덮고 있다.
내부 전극(12, 13)은, Z축 방향으로 적층된 복수의 세라믹층(22) 사이에, Z축 방향을 따라서 교대로 배치되어 있다. 제1 내부 전극(12)은 단부면(11a)으로 인출되며, 단부면(11b)으로부터 이격되어 있다. 제2 내부 전극(13)은 단부면(11b)으로 인출되며, 단부면(11a)으로부터 이격되어 있다.
내부 전극(12, 13)은, 전형적으로는 니켈(Ni)을 주성분으로 하여 구성되며, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 내부 전극으로서 기능한다. 또한, 내부 전극(12, 13)은, 니켈 이외에, 구리(Cu), 은(Ag), 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 주성분으로 하고 있어도 된다.
세라믹층(22)은 유전체 세라믹스에 의해 형성되어 있다. 세라믹층(22)은 용량 형성부(20)에 있어서의 용량을 크게 하기 위해, 고유전율의 유전체 세라믹스로 형성된다.
상기 고유전율의 유전체 세라믹스로서, 티타늄산바륨(BaTiO3)계 재료의 다결정체, 즉 바륨(Ba) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 페로브스카이트 구조의 다결정체가 사용된다. 이에 의해, 대용량의 적층 세라믹 콘덴서(10)가 얻어진다.
또한, 세라믹층(22)은 티타늄산스트론튬(SrTiO3)계, 티타늄산칼슘(CaTiO3)계, 티타늄산마그네슘(MgTiO3)계, 지르콘산칼슘(CaZrO3)계, 티타늄산지르콘산칼슘(Ca(Zr, Ti)O3)계, 지르콘산바륨(BaZrO3)계, 산화티타늄(TiO2)계 등으로 형성되어도 된다.
보호부(21)도, 유전체 세라믹스로 형성되어 있다. 보호부(21)를 형성하는 재료는, 절연성 세라믹스이면 되지만, 세라믹층(22)과 마찬가지의 유전체 세라믹스를 사용함으로써, 세라믹 소체(11)에 있어서의 내부 응력이 억제된다.
보호부(21)는 용량 형성부(20)에 있어서의 X축 방향 양 단부면 이외의 면을 피복한다. 보호부(21)는 주로, 용량 형성부(20)의 주위를 보호하고, 내부 전극(12, 13)의 절연성을 확보하는 기능을 갖는다.
이하, 보호부(21)의 양 주면(11e, 11f)측의 영역을 커버 영역, 양 측면(11c, 11d)측의 영역을 사이드 마진 영역이라 칭한다.
소결 금속막(14, 15)은, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 외부 전극으로서 기능하고, 세라믹 소체(11)의 양 단부면(11a, 11b)에 각각 형성된다. 제1 소결 금속막(14)은 단부면(11a)으로 인출된 제1 내부 전극(12)과 접속되고, 제2 소결 금속막(15)은 단부면(11b)으로 인출된 제2 내부 전극(13)과 접속된다. 소결 금속막(14, 15)은, X축 방향을 향하여 형성된 접합면(14a, 15a)을 각각 갖는다.
소결 금속막(14, 15)은, 예를 들어 단부면(11a, 11b)에만 형성된다. 이에 의해, 후술하는 합금 접합부(18, 19)의 접합면(14a, 15a) 이외에의 흐름을 용이하게 방지할 수 있다. 혹은, 소결 금속막(14, 15)은, 후술하는 도 8 및 도 9에 도시하는 바와 같이, 단부면(11a, 11b)을 덮고, 또한, 양 측면(11c, 11d) 및 양 주면(11e, 11f)으로 연장 돌출되어 있어도 된다.
소결 금속막(14, 15)은, 니켈(Ni), 구리(Cu) 등의 금속을 주성분으로 한 도전성 페이스트를 베이킹한 소결막으로서 구성된다. 소결 금속막(14, 15)은, 주성분 외에, 도전성 페이스트 유래의 유리 등이 포함되어 있다. 또한, 소결 금속막(14, 15)은, 니켈, 구리 이외에, 은(Ag), 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 주성분으로 하고 있어도 된다.
상기의 구성에 의해, 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는, 금속 단자(16, 17)를 통해 제1 소결 금속막(14)과 제2 소결 금속막(15) 사이에 전압이 인가되면, 제1 내부 전극(12)과 제2 내부 전극(13) 사이의 복수의 세라믹층(22)에 전압이 가해진다. 이에 의해, 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는, 제1 소결 금속막(14)과 제2 소결 금속막(15) 사이의 전압에 따른 전하가 축적된다.
금속 단자(16, 17)는, 적층 세라믹 콘덴서(10)를 실장 기판 등에 실장하기 위한 단자이며, 예를 들어 판 형상의 리드 프레임으로서 구성된다. 제1 금속 단자(16)는 제1 소결 금속막(14)의 접합면(14a)에 접합되며, Y축 방향을 따라서 접합면(14a) 상에 배열되어 있다. 제2 금속 단자(17)는 제2 소결 금속막(15)의 접합면(15a)에 접합되며, Y축 방향을 따라서 접합면(15a) 상에 배열되어 있다. 각 금속 단자(16, 17)는, 소결 금속막(14, 15)과의 접합부로부터 Z축 방향으로 연장되고, 또한 X축 방향 외측을 향하여 절곡된 형상으로서 도시되어 있지만, 실장 기판에 적절하게 실장할 수 있으면 이 구성에 한정되지 않는다. 또한, 금속 단자(16, 17)의 수도 도시한 예에 한정되지 않는다.
금속 단자(16, 17)는, 예를 들어 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬(Cr) 등을 주성분으로 한 금속 재료나, 이들을 포함하는 합금으로 형성된다. 금속 단자(16, 17)는, 예를 들어 도금 처리되어 있지 않아도 되고, 도금 처리되어 있어도 된다.
제1 합금 접합부(18)는 접합면(14a)과 금속 단자(16)를 접합하고, 제2 합금 접합부(19)는 접합면(15a)과 금속 단자(17)를 접합한다. 각 합금 접합부(18, 19)는, 각 금속 단자(16, 17)에 대응하여 형성된다. 합금 접합부(18, 19)의 형상은 특별히 한정되지 않고, 금속 단자(16, 17)와 소결 금속막(14, 15) 사이에 형성되어도 되고, 금속 단자(16, 17)의 단부를 피복하여 형성되어도 된다.
합금 접합부(18, 19)의 재료는, 예를 들어 융점이 230℃ 이상인 땜납으로 형성된다. 이와 같은 땜납을 고온 땜납이라 칭한다. 고온 땜납으로서는, 구체적으로는, 주석(Sn)을 주성분으로 하고, 안티몬(Sb), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 중 적어도 어느 것을 포함하는 합금을 들 수 있다. 이와 같은 합금의 예로서는, Sn-Sb계나 Sn-Ag-Cu계나 Sn-Cu-Ni계 등을 들 수 있다. 고온 땜납에 의해, 실장 기판에의 리플로우 시에 합금 접합부(18, 19)의 땜납이 용융되는 등의 문제를 방지할 수 있다.
또한, 합금 접합부(18, 19)는 고온 땜납에 한정되지 않고, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 알루미늄(Al) 등을 주성분으로 하는 합금을 포함하는 납재여도 된다.
도 4는 도 2의 확대도이며, 제1 금속 단자(16)와 제1 소결 금속막(14)의 접합부를 도시하는 도면이다. 또한, 제2 금속 단자(17)와 제2 소결 금속막(15)의 접합부도 마찬가지로 형성된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 적층 세라믹 콘덴서(10)는 제1 소결 금속막(14)에 직접 금속 단자(16)가 땜납 접합된다.
금속 단자(16, 17)가 접합되는 접합면(14a, 15a)은, 0.200㎛ 이하의 표면 조도 Ra를 갖는다. 베이킹 후의 소결 금속막(14, 15)의 표면은, 소결 금속막(14, 15)의 도전성 페이스트에 포함되는 유리가 석출된 유리 들뜸이나, 산화막 등에 기인하는 요철을 갖고 있고, 표면 조도 Ra는 0.200㎛보다도 크다. 이들 요철은, 땜납의 습윤성을 저하시켜, 소결 금속막(14, 15)과 금속 단자(16, 17)의 접합 신뢰성을 저하시킨다.
따라서, 접합면(14a, 15a)의 표면 조도 Ra가 0.200㎛ 이하로 되도록 소결 금속막(14, 15)을 표면 처리하여, 상기 요철을 제거한다. 이에 의해, 합금 접합부(18, 19)의 땜납 습윤성을 적절하게 제어하여, 소결 금속막(14, 15)과 금속 단자(16, 17)의 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
2. 적층 세라믹 콘덴서(10)의 제조 방법
도 5는 적층 세라믹 콘덴서(10)의 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다. 도 6 및 도 7은 적층 세라믹 콘덴서(10)의 제조 과정을 도시하는 도면이다. 이하, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 제조 방법에 대하여, 도 5를 따라서, 도 6 및 도 7을 적절히 참조하면서 설명한다.
2. 1 스텝 S01 : 세라믹 시트 적층
스텝 S01에서는, 용량 형성부(20)를 형성하기 위한 제1 세라믹 시트(101) 및 제2 세라믹 시트(102)와, 보호부(21)의 커버 영역을 형성하기 위한 제3 세라믹 시트(103)를 준비한다. 그리고, 도 6에 도시한 바와 같이, 이들 세라믹 시트(101, 102, 103)를 적층하여, 미소성의 세라믹 소체(111)를 제작한다.
세라믹 시트(101, 102, 103)는, 유전체 세라믹스를 주성분으로 하는 미소성의 유전체 그린 시트로서 구성된다. 세라믹 시트(101, 102, 103)는, 예를 들어 롤 코터나 닥터 블레이드 등을 사용하여 시트 형상으로 성형된다. 세라믹 시트(101, 102, 103)의 두께는 적절히 조정 가능하다.
도 6에 도시한 바와 같이, 제1 세라믹 시트(101)에는 제1 내부 전극(12)에 대응하는 미소성의 제1 내부 전극(112)이 형성되고, 제2 세라믹 시트(102)에는 제2 내부 전극(13)에 대응하는 미소성의 제2 내부 전극(113)이 형성되어 있다. 또한, 보호부(21)의 커버 영역에 대응하는 제3 세라믹 시트(103)에는 내부 전극이 형성되어 있지 않다.
내부 전극(112, 113)은, 임의의 도전성 페이스트를 세라믹 시트(101, 102)에 도포함으로써 형성할 수 있다. 도전성 페이스트의 도포 방법은, 공지의 기술로부터 임의로 선택 가능하다. 예를 들어, 도전성 페이스트의 도포에는, 스크린 인쇄법이나 그라비아 인쇄법을 사용할 수 있다.
도 6에 도시한 미소성의 세라믹 소체(111)에서는, 세라믹 시트(101, 102)가 교대로 적층되고, 그 Z축 방향 상하면에 커버 영역에 대응하는 제3 세라믹 시트(103)가 적층된다. 또한, 세라믹 시트(101, 102, 103)의 매수는 도 6에 도시한 예에 한정되지 않는다.
미소성의 세라믹 소체(111)는 세라믹 시트(101, 102, 103)를 압착함으로써 일체화된다. 세라믹 시트(101, 102, 103)의 압착에는, 예를 들어 정수압 가압이나 1축 가압 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 세라믹 소체(111)를 고밀도화하는 것이 가능하다.
도 7은 스텝 S01에서 얻어지는 미소성의 세라믹 소체(111)의 사시도이다. 미소성의 세라믹 소체(111)는 세라믹층(122)의 사이에 내부 전극(112, 113)이 교대로 적층된 용량 형성부(120)를 갖고, X축 방향 양 단부면에 내부 전극(112, 113)이 노출되어 있다. 미소성의 세라믹 소체(111)는 용량 형성부(120)의 주위에 보호부(121)가 형성되어 있고, Y축 방향 양 측면 및 Z축 방향 양 주면으로부터 내부 전극(112, 113)이 노출되어 있지 않다.
또한, 이상에서는 1개의 세라믹 소체(11)에 상당하는 미소성의 세라믹 소체(111)에 대하여 설명하였지만, 실제로는, 개편화되어 있지 않은 대형 시트로서 구성된 적층 시트가 형성되고, 세라믹 소체(111)마다 개편화된다.
2. 2 스텝 S02 : 소성
스텝 S02에서는, 스텝 S01에서 얻어진 미소성의 세라믹 소체(111)를 소결시킴으로써, 도 1∼도 3에 도시한 세라믹 소체(11)를 제작한다. 즉, 스텝 S02에 의해, 용량 형성부(120)가 용량 형성부(20)로 되고, 보호부(121)가 보호부(21)로 된다.
스텝 S02에 있어서의 소성 온도는, 세라믹 소체(111)의 소결 온도에 기초하여 결정 가능하다. 예를 들어, 유전체 세라믹스로서 티타늄산바륨계 재료를 사용하는 경우에는, 소성 온도를 1000∼1300℃ 정도로 할 수 있다. 또한, 소성은, 예를 들어 환원 분위기 하에서, 또는 저산소 분압 분위기 하에서 행할 수 있다.
2. 3 스텝 S03 : 소결 금속막 형성
스텝 S03에서는, 스텝 S02에서 얻어진 세라믹 소체(11)의 표면에 소결 금속막(14, 15)을 형성한다.
보다 상세하게, 스텝 S03에서는, 먼저, 세라믹 소체(11)의 양 단부면(11a, 11b)에 미소성의 전극 재료를 도포한다. 전극 재료로서는, 예를 들어 니켈(Ni)이나 구리(Cu) 등의 금속분과 유리분 등을 포함하는 도전성 페이스트가 사용된다.
도포 방법으로서는, 스크린 인쇄법이나 롤 전사법이 사용된다. 이에 의해, 단부면(11a, 11b)에만 전극 재료를 도포할 수 있다. 혹은, 딥 공법을 사용해도 된다. 이에 의해, 양 단부면(11a, 11b)을 덮도록 전극 재료를 도포할 수 있다. 이 경우에는, 양 단부면(11a, 11b)뿐만 아니라, 양 측면(11c, 11d)이나 양 주면(11e, 11f)에도 전극 재료가 부착될 수 있다.
도포된 미소성의 전극 재료를, 예를 들어 환원 분위기 하에서, 또는 저산소 분압 분위기 하에서 소성한다. 이에 의해, 내부 전극(12, 13)과 접속된 소결 금속막(14, 15)이 형성된다.
2. 4 스텝 S04 : 블라스트 처리
스텝 S04에서는, 소결 금속막(14, 15)의 X축 방향을 향한 접합면(14a, 15a)을 블라스트 처리함으로써, 접합면(14a, 15a)의 표면 조도 Ra를 0.200㎛ 이하로 한다. 블라스트 처리로서는, 샌드블라스트법, 웨트 블라스트법 등을 사용할 수 있다. 샌드블라스트 처리에서는, 예를 들어 소결 금속막(14, 15)이 형성된 세라믹 소체(11)를 홀더 등에 보유 지지하고, 접합면(14a, 15a)에 대하여 소정의 분사압으로 분사 미디어를 분사한다. 분사 미디어는, 일례로서 Al2O3를 사용할 수 있다.
2. 5 스텝 S05 : 금속 단자 접합
스텝 S05에서는, 복수의 금속 단자(16, 17)를 소결 금속막(14, 15)의 접합면(14a, 15a)에 접합한다.
먼저, 복수의 금속 단자(16, 17)를 준비한다. 금속 단자(16, 17)는, 예를 들어 원하는 형상의 리드 프레임이다. 금속 단자(16, 17)의 수는 특별히 한정되지 않는다.
계속해서, 각 금속 단자(16, 17)를, 단자 접합용 땜납을 사용하여 접합면(14a, 15a)에 접합한다. 단자 접합용 땜납은 합금 접합부(18, 19)로 된다. 단자 접합용 땜납은, 금속 단자(16, 17)마다 도포된다.
땜납으로서는, 예를 들어 230℃ 이상의 융점을 갖는 고온 땜납이 사용된다. 이에 의해, 금속 단자(16, 17)를 사용하여 적층 세라믹 콘덴서(10)를 실장 기판에 실장할 때, 리플로우에 의해 합금 접합부(18, 19)가 용융되는 것을 방지할 수 있다.
이상에 의해, 도 1∼도 3에 도시한 적층 세라믹 콘덴서(10)가 제작된다.
3. 작용 효과
이상과 같은 적층 세라믹 콘덴서(10)는 소결 금속막(14, 15)에 대한 금속 단자(16, 17)의 접합 강도를 높일 수 있다.
베이킹 후의 소결 금속막(14, 15)의 표면에는, 도전성 페이스트 중에 포함되는 유리가 표면에 석출되는 유리 들뜸이 발생하고 있다. 이에 의해, 땜납의 습윤성이 저하되어, 금속 단자(16, 17)의 땜납 접합 시에 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는다. 또한, 소결 금속막(14, 15)의 표면에는, 산화막이나 오염 등이 부착되어 있는 경우도 있어, 이들에 의해서도 접합 강도가 저하될 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 소결 금속막(14, 15)의 표면을 블라스트 처리함으로써, 표면에 들뜬 유리나 산화막, 오염 등을 제거하여, 접합면(14a, 15a)을 평활화한다. 접합면(14a, 15a)의 표면 조도 Ra를 0.200㎛ 이하로 되도록 평활화함으로써, 땜납의 습윤성을 향상시켜, 접합 강도를 높일 수 있다.
블라스트 처리는, 세라믹 소체(11)를 고정한 상태에서 행해지기 때문에, 배럴 연마법과 같은 세라믹 소체(11)끼리의 충돌이 일어날 수 없어, 칩핑 등의 대미지를 발생시키지 않는다. 또한, 블라스트 처리에서는, 접합면(14a, 15a)에 대하여 분사 미디어를 분사하기 때문에, 소자 형상에 변동이 있어도 동일한 조건을 적용할 수 있어, 소자간의 처리의 불균형을 방지할 수 있다. 또한, 마스크를 사용함으로써 접합면(14a, 15a)에만 블라스트 처리를 행할 수 있다.
또한, 일반적인 적층 세라믹 콘덴서의 외부 전극은, 소결 금속막인 하지막과, 하지막 상에 습식 도금 등에 의해 형성된 복수의 도금막을 갖는다. 그리고, 도금막에 금속 단자가 접합된다. 그러나, 습식 도금으로서 일반적으로 사용되는 배럴 도금 등에 의해, 소체끼리의 충돌이 일어나, 소체가 손상되는 경우가 있다.
한편, 본 실시 형태의 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는, 도금막을 형성하지 않고, 통상 하지막으로서 사용되는 소결 금속막(14, 15)을 외부 전극으로서 사용한다. 즉, 소결 금속막(14, 15)에는 습식 도금 처리는 되지 않고, 금속 단자(16, 17)가 직접 접합된다. 이에 의해, 습식 도금으로서 일반적으로 사용되는 배럴 도금 등에 의해 발생하는 소체끼리의 충돌을 방지할 수 있어, 세라믹 소체(11)에의 칩핑 등의 대미지를 방지할 수 있다. 특히 세라믹 소체(11)가 대형인 경우에는, 충돌에 의한 에너지가 커지기 때문에, 본 실시 형태의 기술이 적합하게 사용된다.
4. 변형예
도 8 및 도 9는 본 실시 형태의 변형예에 따른 적층 세라믹 콘덴서(30)를 도시하는 도면이다. 도 8은 도 1에 대응하는 적층 세라믹 콘덴서(30)의 사시도이다. 도 9는 적층 세라믹 콘덴서(30)의 도 8의 C-C'선을 따른 단면도이며, 도 2에 대응하는 도면이다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 적층 세라믹 콘덴서(30)의 제1 및 제2 소결 금속막(34, 35)은, 단부면(11a, 11b)을 덮고, 또한, 양 측면(11c, 11d) 및 양 주면(11e, 11f)으로 연장 돌출되어 있어도 된다. 이 경우, 제1 및 제2 소결 금속막(34, 35) 중 어느 것에 있어서도, X-Z 평면에 평행한 단면 및 X-Y 평면에 평행한 단면의 형상이 U자 형상으로 되어 있다.
도 10은 도 9의 확대도이며, 제1 금속 단자(16)와 제1 소결 금속막(34)의 접합부를 도시하는 도면이다. 또한, 제2 금속 단자(17)와 제2 소결 금속막(35)의 접합부도 마찬가지로 형성된다.
금속 단자(16, 17)가 접합되는 접합면(34a, 35a)은, 제1 및 제2 소결 금속막(34, 35)의 표면 중 X축 방향을 향한 면이다. 접합면(34a, 35a)은, 블라스트 처리되어, 0.200㎛ 이하의 표면 조도 Ra를 갖고 있다. 합금 접합부(38, 39)의 땜납은, 블라스트 처리됨으로써 활성화된 접합면(34a, 35)에만 젖게 할 수 있다.
도 11은 본 실시 형태의 비교예의 확대 단면도이며, 도 9에 도시한 소결 금속막(34)의 표면에 도금막(44)이 형성된 구성을 도시한다. 부호 48은 합금 접합부를 나타낸다.
도 11에 도시한 바와 같이, 도금막(44) 상에 금속 단자(16)를 땜납 접합하는 경우, 도금막(44)의 X축 방향을 향한 접합면(44a) 이외의 면에까지 땜납이 널리 퍼지는 경우가 있다. 구체적으로는, 도금막(44)의 Y축 방향 및 Z축 방향을 향한 표면에까지 땜납이 젖는 경우가 있다. 또한, 금속 단자(16)의 접합 시에 땜납 파열이 발생하여, 비산된 땜납이 원래 부착되지 않는 부분에까지 부착되는 경우가 있다.
접합면(34a, 35a)을 블라스트 처리함으로써, 도 10에 도시한 바와 같이 블라스트 처리된 접합면(34a, 35a)에만 땜납이 젖게 되어, 땜납의 퍼짐이나 땜납 파열을 방지할 수 있다.
5. 실시예 및 비교예
본 실시 형태의 실시예 및 비교예로서, 상기의 제조 방법에 기초하여 적층 세라믹 콘덴서(10)의 샘플을 제작하였다. 이 샘플에서는, 세라믹 소체(11)의 X축 방향의 치수를 10㎜로 하고, Y축 방향 및 Z축 방향의 치수를 10㎜로 하였다.
표 1은 각 실시예 및 비교예의 소결 금속막의 처리 방법 및 평가 결과를 나타내는 표이다.
실시예 1의 샘플은, 소결 금속막(14, 15)의 표면(접합면(14a, 15a))을 샌드블라스트 처리하였다. 샌드블라스트 처리의 조건으로서, 분사 미디어는 Al2O3, 분사 에어압은 0.2㎫로 하였다. 샌드블라스트 처리한 접합면(14a, 15a)에, 고온 땜납을 사용하여 금속 단자(16, 17)를 접합하였다.
비교예 1의 샘플은, 소결 금속막(14, 15)의 블라스트 처리를 행하지 않고, 접합면(14a, 15a)에 고온 땜납을 사용하여 금속 단자(16, 17)를 접합하였다.
비교예 2의 샘플은, 소결 금속막(14, 15)을 하지층으로 하여 배럴 도금 처리를 행하고, 당해 도금막의 표면에 고온 땜납을 사용하여 금속 단자(16, 17)를 접합하였다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 도금 처리한 비교예 2의 샘플에는, 칩핑이 발생하였다. 도금 처리를 하지 않은 실시예 1 및 비교예 1의 샘플에는, 칩핑 등의 소체의 손상은 보이지 않았다.
다음에, 소체의 손상이 보이지 않은 실시예 1 및 비교예 1의 샘플에 있어서, 소결 금속막(14, 15)의 표면의 땜납의 습윤성을 평가하였다. 구체적으로는, 소결 금속막(14, 15)의 표면에 땜납 방울을 떨어뜨려 리플로우로에 투입하고, 용융한 땜납의 접촉각을 평가하였다. 땜납의 접촉각이 135° 이상인 경우, 충분한 금속 단자의 접합 강도가 얻어지는 것이 확인되었다. 따라서, 접촉각이 135° 이상인 경우, 습윤성이 양호(A)로 판정하고, 접촉각이 135° 미만인 경우, 습윤성이 불량(B)으로 판정하였다.
실시예 1에 있어서의 접촉각은 144°이며, 양호로 판정되었다. 한편, 비교예 1에 있어서의 접촉각은 101°이며, 불량으로 판정되었다. 이에 의해, 실시예 1에서는 적절한 땜납의 습윤성이 얻어지고, 양호한 금속 단자의 접합 강도가 얻어지는 것에 비해, 비교예에서는 땜납의 습윤성이 나쁘고, 금속 단자의 접합 강도도 불충분한 것으로 추인된다.
또한, 실시예 1 및 비교예 1의 샘플에 있어서, 표면 조도계를 사용하여 소결 금속막(14, 15)의 접합면(14a, 15a)의 표면 조도 Ra를 계측하였다. 그 결과, 실시예 1의 접합면(14a, 15a)의 표면 조도 Ra는 0.188㎛이었지만, 비교예 1의 접합면(14a, 15a)의 표면 조도 Ra는 0.293㎛이었다. 실제로, 실시예 1 및 비교예 1의 소결 금속막(14, 15)의 표면을 SEM(주사형 전자 현미경) 및 EDS(에너지 분산형 X선 분석)에 의해 관찰한바, 비교예 1에서는 유리 들뜸이 다수 보였지만, 실시예 1에서는 유리 들뜸 등은 보이지 않고, 미세한 선 형상의 요철이 보일 뿐이며, 거의 평활하였다. 또한, 소결 금속막(14, 15)의 접합면(14a, 15a)의 표면 조도 Ra가 0.015㎛보다 작아지면 소결 금속막(14, 15)의 표면 광택이 증가되어 버리기 때문에, 자동기에서 부품을 취급할 때에 센서에 의한 부품 인식에 지장이 발생해 버린다.
II. 제2 실시 형태
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서(10)를 구비한 전자 부품 실장 기판(100)을 도시하는 도면이며, 도 2에 대응하는 Y축 방향으로부터 본 단면도이다. 또한, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
전자 부품 실장 기판(100)은 적층 세라믹 콘덴서(10)와, 회로 기판(50)과, 제1 합금 실장부(61)와, 제2 합금 실장부(62)를 구비한다.
회로 기판(50)은 각종 회로 모듈을 포함하고, 양 주면의 적어도 한쪽에 회로가 형성된 기판이다. 회로 기판(50)은 적층 세라믹 콘덴서(10)를 실장 가능하게 구성된 실장면(51)을 갖고 있어도 된다.
적층 세라믹 콘덴서(10)는 세라믹 소체(11)와, 접합면(14a)을 포함하는 제1 소결 금속막(14)과, 접합면(15a)을 포함하는 제2 소결 금속막(15)과, 제1 금속 단자(16)와, 제2 금속 단자(17)와, 제1 합금 접합부(18)와, 제2 합금 접합부(19)를 갖는다. 적층 세라믹 콘덴서(10)는 제1 실시 형태에서 설명한 구성을 갖는다. 또한, 본 실시 형태의 적층 세라믹 콘덴서(10)는 제1 실시 형태의 변형예에 따른 적층 세라믹 콘덴서(30)와 마찬가지의 구성을 갖고 있어도 된다.
합금 실장부(61, 62)는, 제1 합금으로 형성되고, 적층 세라믹 콘덴서(10)와 회로 기판(50)을 접합한다. 제1 합금은, 예를 들어 융점이 230℃ 미만인 합금이며, 전형적으로는 땜납이 사용된다. 이와 같은 합금의 예로서는, Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성의 땜납을 들 수 있다.
합금 접합부(18, 19)는, 제1 합금보다도 융점이 높은 제2 합금으로 형성된다. 제2 합금은, 예를 들어 융점이 230℃ 이상인 고온 땜납이어도 되고, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 알루미늄(Al) 등을 주성분으로 하는 합금을 포함하는 납재여도 된다.
회로 기판(50)에 적층 세라믹 콘덴서(10)를 실장할 때에는, 예를 들어 회로 기판(50)의 실장면(51)에 형성된 랜드(도시하지 않음) 상에 제1 합금으로 형성된 땜납을 도포한다. 계속해서, 회로 기판(50) 상에 적층 세라믹 콘덴서(10)를 배치한다. 이때, 적층 세라믹 콘덴서(10)의 금속 단자(16, 17)를 땜납이 도포된 랜드 상에 배치한다. 그리고, 리플로우로 등에서 당해 땜납을 용융시킨다. 그 후, 회로 기판(50)을 냉각함으로써 당해 땜납이 응고되어, 합금 실장부(61, 62)가 형성된다.
제1 합금으로 형성된 땜납을 용융할 때, 적층 세라믹 콘덴서(10)도 제1 합금의 융점 이상으로 가열된다. 본 실시 형태에 따르면, 합금 접합부(18, 19)의 제2 합금이 제1 합금보다도 높은 융점을 갖기 때문에, 상기 가열 시에 합금 접합부(18, 19)가 용융되는 것을 방지할 수 있다.
III. 그 밖의 실시 형태
이상, 본 발명의 각 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 다양하게 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다. 예를 들어 본 발명의 실시 형태는 각 실시 형태를 조합한 실시 형태로 할 수 있다.
이상의 실시 형태에서는, 접합면(14a, 15a)의 표면 조도 Ra를 0.200㎛ 이하로 하기 위한 표면 처리로서 블라스트 처리의 예를 들었지만, 기계 연마법이나 화학 연마법 등의 다른 연마 처리를 사용해도 된다.
예를 들어, 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는, 용량 형성부(20)가 Z축 방향으로 복수로 분할되어 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 각 용량 형성부(20)에 있어서 내부 전극(12, 13)이 Z축 방향을 따라서 교대로 배치되어 있으면 되고, 용량 형성부(20)가 전환되는 부분에 있어서 제1 내부 전극(12) 또는 제2 내부 전극(13)이 연속하여 배치되어 있어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 세라믹 전자 부품의 일례로서 적층 세라믹 콘덴서에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 서로 쌍을 이루는 내부 전극이 교대로 배치되는 적층 세라믹 전자 부품 전반에 적용 가능하다. 이와 같은 적층 세라믹 전자 부품으로서는, 예를 들어 압전 소자 등을 들 수 있다.
10, 30 : 적층 세라믹 콘덴서(세라믹 전자 부품)
11 : 세라믹 소체
12, 13 : 내부 전극
14, 15, 34, 35 : 소결 금속막
14a, 15a, 34a, 35a : 접합면
16, 17 : 금속 단자
18, 19, 38, 39 : 합금 접합부
50 : 회로 기판
61, 62 : 합금 실장부
100 : 전자 부품 실장 기판
11 : 세라믹 소체
12, 13 : 내부 전극
14, 15, 34, 35 : 소결 금속막
14a, 15a, 34a, 35a : 접합면
16, 17 : 금속 단자
18, 19, 38, 39 : 합금 접합부
50 : 회로 기판
61, 62 : 합금 실장부
100 : 전자 부품 실장 기판
Claims (11)
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- 세라믹 전자 부품과,
상기 세라믹 전자 부품이 실장된 회로 기판과,
제1 합금으로 형성되며, 상기 세라믹 전자 부품과 상기 회로 기판을 접합하는 합금 실장부를 구비하는 전자 부품 실장 기판으로서,
상기 세라믹 전자 부품은,
1축 방향을 향한 단부면과, 상기 단부면에 인출된 내부 전극을 갖는 세라믹 소체와,
표면 조도 Ra가 0.200㎛ 이하인 접합면을 갖고, 상기 내부 전극과 접속되며 상기 세라믹 소체의 상기 단부면에만 형성된 소결 금속막과,
상기 접합면에 접합되며, 상기 합금 실장부에 의해 상기 회로 기판에 접합되는 금속 단자와,
상기 제1 합금보다도 융점이 높은 제2 합금으로 형성되며, 상기 접합면과 상기 금속 단자를 접합하는 합금 접합부를 갖고,
상기 금속 단자가,
상기 합금 접합부와 접합되는 막 접합 부분과,
상기 합금 실장부와 접합되는 기판 접합 부분과,
상기 막 접합 부분과 상기 기판 접합 부분 사이의 굴절 부분을 포함하고;
상기 금속 단자의 막 접합 부분은, 상기 회로 기판과 수직인 방향으로 연장되고,
상기 금속 단자의 굴절 부분은, 상기 접합면으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되어 있고,
상기 금속 단자가 복수 독립하여 구성되고,
상기 합금 접합부가, 각 금속 단자에 대응하여 복수 구성되는 전자 부품 실장 기판. - 제5항에 있어서,
상기 제2 합금은, 230℃ 이상의 융점을 갖는 전자 부품 실장 기판. - 제6항에 있어서,
상기 제2 합금은, 주성분으로서의 Sn과, Sb, Ag, Cu, 또는 Ni 중 적어도 어느 것을 포함하는 합금을 주성분으로 하는 전자 부품 실장 기판. - 1축 방향을 향한 단부면에 인출된 내부 전극을 갖는 세라믹 소체의, 상기 단부면에만 표면에 도포된 전극 재료를 소성함으로써, 상기 내부 전극과 접속된 소결 금속막을 형성하고,
상기 소결 금속막의 표면을 표면 조도 Ra가 0.200㎛ 이하가 되도록 블라스트 처리하고,
블라스트 처리된 상기 소결 금속막의 표면에 금속 단자를 접합하고,
상기 금속 단자가,
합금 접합부와 접합되는 막 접합 부분과,
합금 실장부와 접합되는 기판 접합 부분과,
상기 막 접합 부분과 상기 기판 접합 부분 사이의 굴절 부분을 포함하고;
상기 금속 단자의 막 접합 부분은, 회로 기판과 수직인 방향으로 연장되고,
상기 금속 단자의 굴절 부분은, 접합면으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되어 있고,
상기 금속 단자가 복수 독립하여 구성되고,
상기 합금 접합부가, 각 금속 단자에 대응하여 복수 구성되는 세라믹 전자 부품의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
융점이 230℃ 이상인 땜납을 사용하여 상기 소결 금속막과 상기 금속 단자를 접합하는 세라믹 전자 부품의 제조 방법. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 소결 금속막의 상기 표면 중 상기 1축 방향을 향한 면을 블라스트 처리하는 세라믹 전자 부품의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 세라믹 소체의 상기 1축 방향을 향한 상기 단부면에 인쇄법에 의해 상기 전극 재료를 도포함으로써, 상기 소결 금속막을 형성하는 세라믹 전자 부품의 제조 방법.
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