JP4057520B2 - 電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、電気的な接続にスルーホールが用いられた電子部品に関する。

従来におけるこの種の電子部品として、例えば特許文献１に記載された積層型圧電素子がある。この積層型圧電素子は、多数の個別電極がパターン形成された圧電体層と、コモン電極がパターン形成された圧電体層とが交互に積層され、積層型圧電素子の厚さ方向に整列した各個別電極が、圧電体層に形成されたスルーホールを介して導電部材により接続されたものである。

このような積層型圧電素子においては、最上層の圧電体層に形成された各端子電極に、駆動電源等に接続するためのリード線が半田付けされる。そして、リード線を介して所定の個別電極とコモン電極との間に電圧が印加されることで、圧電体層において当該所定の個別電極に対応する活性部（圧電効果により歪みが生じる部分）が選択的に変位させられる。
特開２００２−２５４６３４号公報

しかしながら、上述したような積層型圧電素子にあっては、端子電極にリード線を半田付けする際に、端子電極下に形成されたスルーホール内の導電部材が、溶融した半田に溶け込み（いわゆる半田食われ）、スルーホール内における電気的な接続が切断されるおそれがある。また、隣り合う端子電極間において、リード線を半田付けするための半田がはみ出し等により互いに接合してしまい、当該隣り合う端子電極同士がショートするおそれがある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スルーホール内の導電部材に接続された複数の端子電極のそれぞれにリード線等を確実に半田付けすることができる電子部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電子部品は、所定の方向に沿って基体の表面に配列された複数の端子電極のそれぞれが、基体に形成されたスルーホール内の導電部材に接続された電子部品であって、隣り合う端子電極のうち、所定の方向と直交する方向における他端側に半田によりリード線が接続される一方の端子電極は、所定の方向と直交する方向における一端側においてスルーホール内の導電部材に接続されており、所定の方向と直交する方向における一端側に半田によりリード線が接続される他方の端子電極は、所定の方向と直交する方向における他端側においてスルーホール内の導電部材に接続されていることを特徴とする。

この電子部品においては、隣り合う端子電極のうち一方の端子電極に対しては、所定の方向と直交する方向における他端側にリード線等を半田付けし、他方の端子電極に対しては、所定の方向と直交する方向における一端側にリード線等を半田付けすることができる。ここで、一方の端子電極の他端側及び他方の端子電極の一端側は、スルーホール内の導電部材に接続される側の反対側であるため、溶融した半田にスルーホール内の導電部材が溶け込むのを防止することが可能になる。しかも、上述したようにリード線等を半田付けすることで、リード線等を半田付けするための半田が所定の方向において隣り合うことを回避することができるため、隣り合う端子電極間において半田が互いに接合するのを防止することが可能になる。よって、この電子部品によれば、スルーホール内の導電部材に接続された複数の端子電極のそれぞれにリード線等を確実に半田付けすることができる。

また、端子電極は、所定の方向と直交する方向を長手方向とする形状に形成されていることが好ましい。これにより、端子電極において、スルーホール内の導電部材に接続される部分と、リード線等が半田付けされる部分との距離を長くとることができるため、端子電極にリード線等を半田付けする際に、溶融した半田にスルーホール内の導電部材が溶け込むのをより確実に防止することが可能になる。更にこのとき、隣り合う端子電極の形成間隔を狭くしても、当該隣り合う端子電極のそれぞれにおいてリード線等が半田付けされる部分間の距離が長くなるため、当該隣り合う端子電極間において半田が互いに接合するのをより確実に防止することが可能になる。

また、端子電極は、基体の表面に形成された第１の電極層と、第１の電極層の表面に形成された第２の電極層とを有し、第１の電極層は、所定の方向と直交する方向における一端側又は他端側においてスルーホール内の導電部材に接続されており、第２の電極層は、第１の電極層にスルーホール内の導電部材が接続される側の反対側において第１の電極層に形成されていることが好ましい。これにより、半田が乗り易い材料（すなわち、半田ぬれ性の良好な材料）で第２の層を形成すれば、スルーホール内の導電部材に接続される側の反対側に確実にリード線等を半田付けすることが可能になる。

また、端子電極には、半田によりリード線が接続されていることが好ましい。この電子部品においては、上述したように、溶融した半田へのスルーホール内の導電部材の溶け込み、及び隣り合う端子電極間における半田の互いの接合が防止されるため、スルーホール内の導電部材に接続された複数の端子電極のそれぞれにリード線等が確実に半田付けされる。

本発明によれば、スルーホール内の導電部材に接続された複数の端子電極のそれぞれにリード線等を確実に半田付けすることができる。

以下、本発明に係る電子部品の好適な実施形態としての積層型圧電素子について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態の積層型圧電素子１は、個別電極２が形成された圧電体層３と、コモン電極４が形成された圧電体層５とを交互に積層し、更に、端子電極１７，１８が形成された圧電体層７を最上層に積層して構成されている。

各圧電体層３，５，７は、チタン酸ジルコン酸鉛等のセラミックスを主成分とし、例えば「１０ｍｍ×３０ｍｍ，厚さ３０μｍ」の長方形薄板状に形成されている。また、個別電極２及びコモン電極４は、銀及びパラジウムを主成分とする材料からなり、スクリーン印刷によりパターン形成されたものである。このことは、端子電極１７，１８を除き、以下に述べる各電極についても同様である。

最上層の圧電体層７から数えて２層目、４層目、６層目、８層目の圧電体層３ａの上面には、図２に示すように、多数の長方形状の個別電極２がマトリックス状に配置されている。各個別電極２は、その長手方向が圧電体層３ａの長手方向と直交するように配置されており、隣り合う個別電極２，２は、所定の間隔をとることによって電気的な独立が達成され、且つ互いの振動による影響が防止されている。

ここで、圧電体層３ａの長手方向を行方向、当該長手方向と直交する方向を列方向とすると、個別電極２は、例えば４行７５列というように配置されている（明瞭化のため図面では４行２０列とする）。このように、多数の個別電極２をマトリックス状に配置することで、圧電体層３ａに対して効率の良い配置が可能となるため、圧電体層３ａにおいて振動に寄与する活性部の面積を維持しつつ、積層型圧電素子１の小型化或いは個別電極２の高集積化を図ることができる。

１行目及び２行目の個別電極２は、１行目と２行目との間で対向する端部を接続端部２ａとし、その接続端部２ａの直下において圧電体層３ａに形成されたスルーホール１３内の導電部材に接続されている。同様に、３行目及び４行目の個別電極２は、３行目と４行目との間で対向する端部を接続端部２ａとし、その接続端部２ａの直下において圧電体層３ａに形成されたスルーホール１３内の導電部材に接続されている。

更に、圧電体層３ａの上面の縁部には、上下に位置する圧電体層５のコモン電極４，４を電気的に接続するための中継電極６が形成されている。この中継電極６は、その直下において圧電体層３ａに形成されたスルーホール８内の導電部材に接続されている。

なお、最下層の圧電体層３ｂの上面にも、上述した２層目、４層目、６層目、８層目の圧電体層３ａと同様に個別電極２がマトリックス状に配置されている。ただし、図３に示すように、最下層の圧電体層３ｂは、中継電極６及びスルーホール８，１３が形成されていない点で圧電体層３ａと異なっている。

また、最上層の圧電体層７から数えて３層目、５層目、７層目の圧電体層５ａの上面には、図４に示すように、積層型圧電素子１の積層方向（換言すれば、積層型圧電素子１の厚さ方向、すなわち、圧電体層３，５の厚さ方向）において圧電体層３ａの各接続端部２ａに対向するように中継電極１６が形成されている。各中継電極１６は、その直下において圧電体層５に形成されたスルーホール１３内の導電部材に接続されている。

更に、圧電体層５ａの上面にはコモン電極４が形成されているが、このコモン電極４は、１行目及び２行目の中継電極１６の集合と、３行目及び４行目の中継電極１６の集合とのそれぞれを所定の間隔をとって包囲すると共に、積層方向から見て、各個別電極２の接続端部２ａを除く部分と重なっている。これにより、圧電体層３，５において各個別電極２の接続端部２ａを除く部分に対向する部分の全体を、振動に寄与する活性部として有効に用いることができる。なお、コモン電極４は、圧電体層５ａの外周部から所定の間隔をとって形成され、積層方向において圧電体層３ａの中継電極６に対向するように圧電体層５に形成されたスルーホール８内の導電部材に接続されている。

なお、９層目の圧電体層５ｂの上面にも、上述した３層目、５層目、７層目の圧電体層５ａと同様に中継電極１６及びコモン電極４が形成されている。ただし、図５に示すように、９層目の圧電体層５ｂは、スルーホール８が形成されていない点で圧電体層５ａと異なっている。

また、最上層の圧電体層７の上面には、図６に示すように、積層方向において圧電体層３ａの各個別電極２の接続端部２ａに対向するように端子電極１７が形成され、積層方向において圧電体層３ａの中継電極６に対向するように端子電極１８が形成されている。各端子電極１７は、その直下において圧電体層７に形成されたスルーホール１３内の導電部材に接続され、端子電極１８は、その直下において圧電体層７に形成されたスルーホール８内の導電部材に接続されている。これらの端子電極１７，１８には、駆動電源に接続するためのリード線が半田付けされる。

以上のように電極パターンが形成された圧電体層３，５，７の積層によって、最上層の各端子電極１７に対しては、積層方向において５つの個別電極２が中継電極１６を介在させて整列し、整列した各電極２，１６，１７は、図７に示すように、スルーホール１３内の導電部材１４により電気的に接続されることになる。一方、最上層の端子電極１８に対しては、積層方向において４つのコモン電極４が中継電極６を介在させて整列し、整列した各電極４，６，１８は、スルーホール８内の導電部材１４により電気的に接続されることになる。

このような積層型圧電素子１における電気的接続により、所定の端子電極１７と端子電極１８との間に電圧を印加すると、当該所定の端子電極１７下に整列する個別電極２とコモン電極４との間に電圧が印加されることになる。これにより、圧電体層３，５においては、図７に示すように、個別電極２とコモン電極４とで挟まれる部分に電界Ｅが生じ、当該部分が活性部Ａとして変位することになる。従って、電圧を印加する端子電極１７を選択することで、マトリックス状に配置された各個別電極２に対応する活性部Ａのうち、選択した端子電極１７下に整列する活性部Ａを積層方向に変位させることができる。このような積層型圧電素子１は、マイクロポンプの弁制御等、微小変位を必要とする種々の装置の駆動源に適用される。

次に、上述した端子電極１７について、より詳細に説明する。圧電体層（基体）７の長手方向を行方向、当該長手方向と直交する方向を列方向とすると、図６に示すように、端子電極１７は、積層方向において圧電体層３ａの各個別電極２の接続端部２ａに対向するため、例えば４行７５列というように圧電体層７の表面７ａに配置されることになる（明瞭化のため図面では４行２０列とする）。各端子電極１７は長方形状に形成され、その長手方向が列方向と一致するように配置されている。

行方向に沿って圧電体層７の表面７ａに配列された各端子電極１７の直下に形成されたスルーホール１３は、行方向において千鳥状に配置されている。従って、図８に示すように、１行目〜４行目の各行では、行方向において隣り合う端子電極１７，１７のうち一方の端子電極１７は、その長手方向における一端側においてスルーホール１３内の導電部材１４に接続され、他方の端子電極１７は、その長手方向における他端側においてスルーホール１３内の導電部材１４に接続されることになる。

図８及び図９に示すように、端子電極１７は、スルーホール１３の開口を覆うように圧電体層７の表面７ａに形成された第１の電極層２１と、この第１の電極層２１の表面２１ａに形成された第２の電極層２３とを有している。この第２の電極層２３は、リード線２４が半田２５により接続される部分であり、第１の電極層２１においてスルーホール１３内の導電部材１４に接続される側の反対側に形成されている。なお、第１の電極層２１は、銀及びパラジウムを主成分とする材料からなり、第２の電極層２３は、銀を主成分とする材料からなる。

以上のように、第１実施形態の積層型圧電素子１においては、隣り合う端子電極１７，１７のうち一方の端子電極１７に対しては、その長手方向における他端側に形成された第２の電極層２３にリード線２４が半田付けされ、他方の端子電極１７に対しては、その長手方向における一端側に形成された第２の電極層２３にリード線２４が半田付けされる。ここで、一方の端子電極１７の他端側及び他方の端子電極１７の一端側は、スルーホール１３内の導電部材１４に接続される側の反対側であるため、各端子電極１７の第２の電極層２３にリード線２４を半田付けする際に、溶融した半田２５にスルーホール１３内の導電部材１４が溶け込むのを防止することが可能になる。しかも、上述したようにリード線２４を半田付けすることで、半田２５が端子電極１７の長手方向と直交する方向において隣り合うことを回避することができる。そのため、隣り合う端子電極１７，１７間において半田２５が互いに接合するのを防止することが可能になる。よって、第１実施形態の積層型圧電素子１によれば、スルーホール１３内の導電部材１４に接続された複数の端子電極１７のそれぞれにリード線２４を確実に半田付けすることができる。

なお、端子電極１７は、その配列方向（すなわち、行方向）と直交する列方向を長手方向とする長方形状に形成されている。これにより、端子電極１７において、スルーホール１３内の導電部材１４に接続される部分と、リード線２４が半田付けされる第２の電極層２３との距離が長くなるため、溶融した半田２５へのスルーホール１３内の導電部材１４の溶け込みの防止がより確実化される。更にこのとき、隣り合う端子電極１７，１７の形成間隔を狭くしても、当該隣り合う端子電極１７，１７のそれぞれにおいてリード線２４が半田付けされる第２の電極層２３，２３間の距離が長くなるため、当該隣り合う端子電極１７，１７間における半田２５の互いの接合の防止がより確実化される。

また、リード線２４が半田２５により接続される部分である第２の電極層２３は、半田が乗り易い材料である銀を主成分とする材料からなる。そのため、スルーホール１３内の導電部材１４に接続される側の反対側に形成された第２の電極層２３に確実にリード線２４を半田付けすることができる。

次に、上述した積層型圧電素子１の作製手順について説明する。まず、チタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする圧電セラミックス材料に有機バインダ・有機溶剤等を混合して基体ペーストを作製し、この基体ペーストを用いて各圧電体層３，５，７となるグリーンシートを成形する。また、所定比率の銀とパラジウムとからなる金属材料に有機バインダ・有機溶剤等を混合して導電ペーストを作製する。

続いて、各圧電体層３，５，７となるグリーンシートの所定の位置にレーザ光を照射してスルーホール８，１３を形成する。そして、スルーホール８，１３内に対して、導電ペーストを用いて充填スクリーン印刷を行い、導電部材１４を形成する。その後、各圧電体層３，５となるグリーンシートに対しては、導電ペーストを用いてスクリーン印刷を行い、各電極２，４，６，１６を形成する。また、最上層の圧電体層７となるグリーンシートに対しては、導電ペーストを用いてスクリーン印刷を行い、下地電極として第１の電極層２１を形成する。

続いて、電極パターンが形成されたグリーンシートを上述の順序で積層し、積層方向にプレスを行って積層体グリーンを作製する。この積層体グリーンを脱脂・焼成した後、圧電体層７となる焼結シートに対して銀の焼付電極を施し、第２の電極層２３を形成する。その後、分極処理を行って積層型圧電素子１を完成させる。なお、第２の電極層２３の材料として金や銅等を用いてもよい。また、第２の電極層２３の形成方法としてスパッタリングや無電界メッキ法等を採用してもよい。

［第２実施形態］
図１０に示すように、第２実施形態の積層型圧電素子１は、ベースとなる圧電体層９上に、個別電極２が形成された圧電体層３と、コモン電極４が形成された圧電体層５とを交互に積層し、更に、中継電極６，３１が形成された圧電体層１１と、端子電極１７，１８が形成された圧電体層７とを順次積層して構成されている。以下、第１実施形態の積層型圧電素子１との相違点を中心に、第２実施形態の積層型圧電素子１について説明する。

最上層には、図６に示す圧電体層７が積層されており、この最上層の圧電体層７から数えて４層目、６層目、８層目には、図２に示す圧電体層３ａが積層されている。なお、１０層目の圧電体層３ｂは、スルーホール８，１３が形成されていない点でのみ圧電体層３ａと異なっている。

また、最上層の圧電体層７から数えて３層目、５層目、７層目、９層目には、図４に示す圧電体層５ａが積層されている。なお、最下層の圧電体層９の上面には、図１１に示すように、圧電体層５ａのコモン電極４の外形と同等の外形を有する長方形状のコモン電極１９が形成されている。

更に、最上層の圧電体層７から数えて２層目の圧電体層１１の上面には、図１２に示すように、積層方向において圧電体層７の端子電極１７に対向し、且つ圧電体層５ａの中継電極１６に対向するように中継電極３１が形成され、積層方向において圧電体層７の端子電極１８に対向するように中継電極６が形成されている。各中継電極３１は、その直下において圧電体層１１に形成されたスルーホール１３内の導電部材に接続され、中継電極６は、その直下において圧電体層１１に形成されたスルーホール８内の導電部材に接続されている。

以上のように電極パターンが形成された圧電体層３，５，７，９，１１の積層によって、最上層の各端子電極１７に対しては、積層方向において４つの個別電極２が中継電極１６，３１を介在させて整列し、整列した各電極２，６，１６，３１は、図１３に示すように、スルーホール１３内の導電部材１４により電気的に接続されることになる。一方、最上層の端子電極１８に対しては、積層方向において４つのコモン電極４と最下層のコモン電極１９とが中継電極６を介在させて整列し、整列した各電極４，６，１８，１９は、スルーホール８内の導電部材１４により電気的に接続されることになる。

このような積層型圧電素子１における電気的接続により、所定の端子電極１７と端子電極１８との間に電圧を印加すると、当該所定の端子電極１７下に整列する個別電極２とコモン電極４との間に電圧が印加されることになる。これにより、圧電体層３，５においては、図１３に示すように、個別電極２とコモン電極４とで挟まれる部分に電界Ｅが生じ、当該部分が活性部Ａとして変位することになる。従って、電圧を印加する端子電極１７を選択することで、マトリックス状に配置された各個別電極２に対応する活性部Ａのうち、選択した端子電極１７下に整列する活性部Ａを積層方向に変位させることができる。このような積層型圧電素子１は、第１実施形態の積層型圧電素子１と同様に、マイクロポンプの弁制御等、微小変位を必要とする種々の装置の駆動源に適用される。

次に、上述した中継電極３１について、より詳細に説明する。図１４に示すように、各中継電極３１は、圧電体層１１の表面１１ａ上においてＬ字状に形成されている。各中継電極３１において、圧電体層１１の長手方向と直交する方向に沿って延在する第１の部分３１ａは、積層方向において直上層の圧電体層７の端子電極１７に対向し、圧電体層１１の長手方向に沿って延在する第２の部分３１ｂは、積層方向において直下層の圧電体層５ａの中継電極１６に対向している。

このように形成された中継電極３１は、図１４及び図１５に示すように、第２の部分３１ｂの先端部分（第１の部分３１ａから突出した部分）の直下において圧電体層１１に形成されたスルーホール１３を介して導電部材１４により圧電体層５ａの中継電極１６と接続されている。また、中継電極３１の第１の部分３１ａは、端子電極１７の直下において圧電体層７に形成されたスルーホール１３を介して導電部材１４により端子電極１７と接続されている。

このとき、端子電極１７と中継電極３１の第１の部分３１ａとは積層方向から見てほぼ重なる形状を有している。そのため、端子電極１７と中継電極３１とを接続すべく圧電体層７に形成されるスルーホール１３が、端子電極１７の一端側又は他端側のいずれかの側の直下に形成されても、端子電極１７と中継電極３１とを導電部材１４により確実に接続ことができ、ひいては、端子電極１７と中継電極１６とを電気的に確実に接続することが可能になる。

本発明は、上述した第１実施形態及び第２実施形態に限定されない。例えば、上記各実施形態は、端子電極１７が、その配列方向（すなわち、行方向）と直交する列方向を長手方向とする長方形状に形成されている場合であったが、端子電極１７は楕円形状や正方形状等、他の形状であってもよい。

また、上記各実施形態は、端子電極１７が第１の電極層２１と第２の電極層２３とを有する二層構造の場合であったが、例えば、半田が乗り易い材料で第１の電極層２１を形成可能であれば、第２の電極層２３を設けず、端子電極１７を一層構造としてもよい。

更に、本発明は、積層型圧電素子１に限らず、電気的な接続にスルーホールが用いられる種々の電子部品に適用可能である。

第１実施形態の積層型圧電素子を示す分解斜視図である。 図１に示す積層型圧電素子の２層目、４層目、６層目、８層目の圧電体層の平面図である。 図１に示す積層型圧電素子の最下層の圧電体層の平面図である。 図１に示す積層型圧電素子の３層目、５層目、７層目の圧電体層の平面図である。 図１に示す積層型圧電素子の９層目の圧電体層の平面図である。 図１に示す積層型圧電素子の最上層の圧電体層の平面図である。 図１に示す積層型圧電素子の長手方向に垂直な拡大部分断面図である。 図１に示す積層型圧電素子の拡大部分平面図である。 図８に示すIX−IX線に沿っての拡大部分断面図である。 第２実施形態の積層型圧電素子を示す分解斜視図である。 図１０に示す積層型圧電素子の最下層の圧電体層の平面図である。 図１０に示す積層型圧電素子の２層目の圧電体層の平面図である。 図１０に示す積層型圧電素子の長手方向に垂直な拡大部分断面図である。 図１０に示すXIV−XIV線に沿っての拡大部分断面図である。 図１４に示すXV−XV線に沿っての拡大部分断面図である。

符号の説明

１…積層型圧電素子、７…圧電体層（基体）、１３…スルーホール、１４…導電部材、１７…端子電極、２１…第１の電極層、２３…第２の電極層、２４…リード線、２５…半田。

Claims (4)

1. 所定の方向に沿って基体の表面に配列された複数の端子電極のそれぞれが、前記基体に形成されたスルーホール内の導電部材に接続された電子部品であって、
   隣り合う前記端子電極のうち、
   前記所定の方向と直交する方向における他端側に半田によりリード線が接続される一方の端子電極は、前記所定の方向と直交する方向における一端側において前記スルーホール内の前記導電部材に接続されており、
   前記所定の方向と直交する方向における一端側に半田によりリード線が接続される他方の端子電極は、前記所定の方向と直交する方向における他端側において前記スルーホール内の前記導電部材に接続されていることを特徴とする電子部品。
2. 前記端子電極は、前記所定の方向と直交する方向を長手方向とする形状に形成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. 前記端子電極は、前記基体の表面に形成された第１の電極層と、前記第１の電極層の表面に形成された第２の電極層とを有し、
   前記第１の電極層は、前記所定の方向と直交する方向における一端側又は他端側において前記スルーホール内の前記導電部材に接続されており、
   前記第２の電極層は、前記第１の電極層に前記スルーホール内の前記導電部材が接続される側の反対側において前記第１の電極層に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品。
4. 前記端子電極には、半田によりリード線が接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電子部品。
   

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