JP2014203862A

JP2014203862A - セラミック電子部品およびその製造方法

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Publication number: JP2014203862A
Application number: JP2013076556A
Authority: JP
Inventors: 淳大槻; Jun Otsuki; 由起人山下; Yukihito Yamashita
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2014-10-27

Abstract

【課題】小型化しても、実装しやすく、十分な強度を有し、高精度なセラミック電子部品を提供することを目的とするものである。【解決手段】セラミック素体と内部電極１２とを同時焼成してなるセラミックボディ１１と、このセラミックボディ１１の両端部に設けられた外部電極１３とを備えてなるセラミック電子部品であって、外部電極１３を設けた両端面が対向する方向をＬ方向として、セラミック電子部品のＬ方向の長さをＬ０、セラミック電子部品の実装面となる面１１ａにおける外部電極１３のＬ方向の長さをＬ１としたとき、０．３５＜Ｌ１／Ｌ０＜０．４５としたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器に用いられる面実装型セラミック電子部品およびその製造方法に関するものである。

近年電子機器の小型高性能化により、各種電子部品においても小型高性能な面実装型部品が要求されている。たとえば温度補償用のチップサーミスタにおいても、小型低背化高精度化が要求されている。このため図５のように、サーミスタを構成するセラミック素体の間に内部電極２を形成し、同時焼成したセラミックボディ１の端面に内部電極２と電気的に接続された外部電極３を、導電ペーストを塗布し焼き付けることで形成したものが用いられてきた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００４−３１１６７６号公報

上記従来のチップサーミスタで小型化したものを、実装してリフロー半田付けしようとすると、チップ立ちが発生しやすくなってくる。さらにチップサーミスタにおいて小型低背化すると、その抵抗値は内部電極間の抵抗値だけでなく、内部電極と対向する側の外部電極との間の抵抗値も全体の抵抗値に影響を与えるため、高精度化することが難しかった。

本発明はこの課題を解決するものであり、小型低背、高精度で実装しやすいセラミック電子部品を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、セラミック素体と内部電極とを同時焼成してなるセラミックボディと、このセラミックボディの両端部に設けられた外部電極とを備えてなるセラミック電子部品であって、外部電極を設けた両端面が対向する方向をＬ方向として、セラミックボディのＬ方向の長さをＬ０、セラミック電子部品の実装面となる面における外部電極のＬ方向の長さをＬ１としたとき、０．３５＜Ｌ１／Ｌ０＜０．４５としたものである。

上記構成により、このセラミック電子部品を実装してリフロー半田付けするときに、実装面側の外部電極により実装基板側に引っ張られる力が強くなり、チップ立ちを発生しにくくすることができる。

本発明の一実施の形態におけるチップサーミスタの断面図本発明の一実施の形態におけるチップサーミスタの斜視図本発明の一実施の形態における別のチップサーミスタの断面図本発明の一実施の形態におけるチップサーミスタの製造方法を示す図従来のチップサーミスタの断面図

以下、本発明の一実施の形態におけるセラミック電子部品について、具体的にチップサーミスタを例として、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態におけるチップサーミスタの断面図、図２は同斜視図であって、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ等の酸化物を主成分とするセラミックボディ１１の内層にＰｄからなり、お互いに対向するように内部電極１２が設けられている。セラミックボディ１１の両端部には内部電極１２に電気的に接続された外部電極１３が設けられている。

このチップサーミスタの外形は、長さ約０．４ｍｍ、幅約０．２ｍｍ、高さ約０．２ｍｍとなっている。ここで外部電極１３を設けた両端面１１ｂが対向する方向をＬ方向として、実装面となる面１１ａの外部電極１３のＬ方向の長さ（Ｌ１）を約０．１６ｍｍとしている。

セラミック電子部品が小型化されてくると、その高さが大きさと比較して高くなっていき、半田リフロー時にチップ立ちが発生しやすくなる。このチップ立ちは半田が溶けてきたときにその表面張力により、セラミック電子部品の両端面の方向に引っ張り合う力が働く。この力のバランスが崩れた時にチップ立ちが発生してしまう。これに対して本実施の形態では、Ｌ１を大きくしているため、半田の表面張力が実装基板方向にも働くため、チップ立ちが発生しにくくなっている。この効果を得るためには、セラミック電子部品のＬ方向の長さをＬ０として、０．３５＜Ｌ１／Ｌ０＜０．４５とすることが望ましい。Ｌ１／Ｌ０が０．３５以下となるとチップ立ちを抑える効果が小さくなり、Ｌ１／Ｌ０が０．４５以上となると外部電極間隔が小さくなりすぎ、ショートの発生、あるいは漏れ電流による抵抗値の変化等が発生する可能性があるためである。

なお、この現象はセラミック電子部品の大きさが小さくなってくるとその自重が小さくなってくるため、Ｌ０が０．６ｍｍ以下のものについて特にその効果を発揮することができる。

以上の構成を実現するために、外部電極１３は、セラミックボディ１１の両端面１１ｂに設けられた端面電極１５と、このチップサーミスタの実装面となる面１１ａのセラミックボディ１１の両端面１１ｂに沿って設けられた下面電極１４と、端面電極１５と下面電極１４とを覆うように設けられためっき電極層１６とにより構成することが望ましい。

ここで内部電極１２および下面電極１４の厚さは、約１．５μｍ、内部電極１２間の厚さは約５０μｍ、端面電極１５の厚さは約１５μｍ、めっき電極層１６の厚さは、Ｎｉが約１．５μｍ、Ｓｎが約２．５μｍとなっている。

セラミックボディ１１の両端面１１ｂには端面電極１５が設けられており、それぞれの内部電極１２に電気的に接続されている。このチップサーミスタの実装面となるセラミックボディ１１の面１１ａの両端面１１ｂに沿って下面電極１４が設けられており、この下面電極１４はそれぞれの端面電極１５に電気的に接続されている。下面電極１４は内部電極１２と同じ材料を用い、セラミックボディ１１と内部電極１２を同時焼成するときに、同時に焼成して形成している。さらに端面電極１５および下面電極１４の上にＮｉおよびＳｎのめっき電極層１６が形成されており、これにより外部電極１３を構成している。また実装面側の外部電極１３の外電長さ（Ｌ１）は約０．１６ｍｍとなっており、図２のように、セラミックボディ１１の側面１１ｃには、端面電極の一部が回りこんだものを除いて実質的に外部電極が形成されていない。

以上のように構成したチップサーミスタと従来のように外部電極を塗布して形成したチップサーミスタとを比較してみる。従来の方法で外電長さを約０．１６ｍｍにしようとすると、外部電極の間隔が小さくなりすぎて安定して形成できなかった。そこで例えば約０．１ｍｍにした結果で見ると、端面側での厚さが約２０μｍ、上下面および側面１１ｃでの厚さが約１０μｍとなった。この上にさらにＮｉ約１．５μｍ、Ｓｎ約２．５μｍのめっき電極層を形成すると、高さ方向での外部電極の厚さは合計約２８μｍとなる。これに対して本実施の形態では、約５．５μｍとなる。このように従来に比べて２０μｍ以上（セラミックボディの厚さの１０％以上）外部電極による厚さを低減することができる。すなわち所定の厚さにしようとすると、セラミックボディの厚さを１０％以上厚くすることができ、抗折強度を高めることができる。

また、従来のような塗布による外部電極では、その厚さが大きくなり、セラミックボディとの隙間も大きくなるため、衝撃が加わった場合破壊されやすくなる。これに対し、本実施の形態では、実装面側の外部電極１３をフラットにすることができ、さらに面積が大きくなっているため、外部からの衝撃に対しても強いものとなっている。

さらにチップサーミスタでは、その抵抗値は基本的には内部電極間の抵抗値で決まるが、内部電極とそれに対向する外部電極との間の漏れ電流による抵抗値への影響も付加される。そのため外電長さがばらつくと、内部電極とそれに対向する外部電極との距離がばらつき、これが全体としての抵抗値のばらつきの要因となる。従来のように外部電極を塗布により形成すると外電長さにばらつきが発生しやすい。これに対して本実施の形態では、下面電極１４を印刷によりパターン形成し、同時焼成することにより、外電長さのばらつきを抑えることができる。

また、従来の方法では、側面側にも外部電極が形成されるため、特に小型化が進むと、内部電極と側面との距離も小さくなっていくため、側面の外部電極との漏れ電流も発生する。本実施の形態では、セラミックボディ１１の側面１１ｃには、端面電極の一部が回りこんだものを除いて、実質的に外部電極が形成されていないため、内部電極１２と側面１１ｃとの間には漏れ電流は発生しない。

以上のように本実施の形態では、漏れ電流による全体の抵抗値への影響を大幅に低減することができ、高精度のチップサーミスタを得ることができる。

なお上記実施の形態では、下面電極１４をセラミックボディ１１の実装面となる面１１ａのみに設けたが、図３のように実装面とは反対側の面にも同じ大きさの下面電極１４を設けても良い。このようにすることにより、外部電極１３の厚さはやや厚くなるが、上下面を区別する必要がなくなるため、製造工程あるいは実装時に工程を簡略化することができる。

次に本発明のチップサーミスタの製造方法について説明する。

まず出発原料Ｍｎ₃Ｏ₄、Ｃｏ₃Ｏ₄、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃の酸化物粉末を混合、乾燥した後、仮焼、粉砕してＭｎ₃Ｏ₄を主成分とする負の抵抗特性を有する機能セラミック材料を得る。次に、この機能セラミック材料の粉末に有機バインダー、溶剤を加えてセラミックスラリーを作製する。

次にこのセラミックスラリーを用いてドクターブレード法等により所定厚みのグリーンシートを得る。さらにスクリーン印刷法を用いてスクリーンのメッシュ開口部にＰｄの内部電極ペーストを充填しグリーンシートに内部電極ペーストを塗布して内部電極１２となる導電体層を形成する。

次に図４（ａ）のように、内部電極１２となる導電体層を形成したグリーンシート１７ａを所定枚数積層し、その上下に導電体層を形成していないグリーンシート１７ｂを所定枚数重ね、さらにその上下に内部電極を形成するための内部電極ペーストと同じペーストで、下面電極１４となる電極パターンを形成したグリーンシート１７ｃを重ね、これを圧着して積層ブロックを形成する。

次に図４（ａ）の切断線に沿って積層ブロックを切断しチップ化する。さらにチップの両端面１１ｂに内部電極１２の端部を露出させた後、脱バインダー、１２００℃〜１３００℃で焼成を順次行って図４（ｂ）のようなセラミック焼結体のセラミックボディ１１を得る。続いてセラミックボディ１１の両端面１１ｂに、下面電極１４に電気的に接続される程度のＣｕ粉体とガラスフリットを含有した導電ペーストを塗布して８００℃〜９００℃で焼付けを行うことにより端面電極１５を形成し、図４（ｃ）のようになる。さらにこの端面電極１５および下面電極１４に、Ｎｉ約１．５μｍ、Ｓｎ約２．５μｍのめっき電極層１６を形成することにより外部電極１３を構成し、図４（ｄ）のような長さ約０．４ｍｍ、幅約０．２ｍｍ、高さ約０．２ｍｍのチップサーミスタを得る。

以上のように外部電極１３を形成することにより、外部電極１３は端面と上下面にのみ形成し、側面には形成しないようにすることができる（但し端面に塗布したときに側面側の端に滲んだものは除く）。また上下面に形成した下面電極１４は印刷によって形成しているため外電長さを一定にすることができる。また端面電極１５も下面電極１４と電気的に接続される程度に塗布するため、塗布量を少なくすることができ、外形への影響を最小限にすることができる。

本発明に係るセラミック電子部品は、小型化しても、高精度で実装しやすいセラミック電子部品を提供するものであり、産業上有用である。

１１セラミックボディ
１１ａ実装面となる面
１１ｂ端面
１１ｃ側面
１２内部電極
１３外部電極
１４下面電極
１５端面電極
１６めっき電極層
１７ａ内部電極となる導電体層を形成したグリーンシート
１７ｂ導電体層を形成していないグリーンシート
１７ｃ下面電極となる電極パターンを形成したグリーンシート

Claims

セラミック素体と内部電極とを同時焼成してなるセラミックボディと、このセラミックボディの両端部に設けられた外部電極とを備えてなるセラミック電子部品であって、前記外部電極を設けた両端面が対向する方向をＬ方向として、前記セラミック電子部品の前記Ｌ方向の長さをＬ０、前記セラミック電子部品の実装面となる面における前記外部電極の前記Ｌ方向の長さをＬ１としたとき、０．３５＜Ｌ１／Ｌ０＜０．４５としたことを特徴とするセラミック電子部品。
前記Ｌ１が０．６ｍｍ以下であ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。
前記外部電極は、前記セラミック電子部品の実装面となる面の前記両端面に接する下面電極と、前記セラミックボディの両端面に設けられ、前記内部電極と前記下面電極とに電気的に接続された端面電極と、前記端面電極および前記下面電極を覆うめっき電極層で構成されたことを特徴とする請求項１記載のセラミック電子部品。
前記下面電極は、前記セラミック素体および前記内部電極と同時に焼成されたものであることを特徴とする請求項３記載のセラミック電子部品。
前記下面電極は、前記セラミックボディの対向する上下の面に形成されて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。
内部電極となる導電体層を形成したグリーンシートと、下面電極となる導電体層を形成したグリーンシートとを積層して積層ブロックを形成する工程と、前記積層ブロックを切断してチップ化して焼成することによりセラミックボディを得る工程と、前記セラミックボディの両端面に、前記内部電極および前記下面電極に電気的に接続する端面電極を形成する工程と、前記下面電極および前記端面電極を覆うめっき電極層を設けることにより外部電極を形成する工程とを備え、前記セラミックボディの前記Ｌ方向の長さをＬ０、前記セラミック電子部品の実装面となる面における前記外部電極の前記Ｌ方向の長さをＬ１としたとき、０．３５＜Ｌ１／Ｌ０＜０．４５となるように外部電極を形成することを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。