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JP6634990B2 - セラミック電子部品およびその実装構造 - Google Patents

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Description

この発明は、セラミック電子部品およびその実装構造に関する。
セラミック電子部品は、故障によりその内部にショートパスが形成された場合、組み込まれた電子機器内にショート回路が形成され、当該電子機器に定格以上の電流(以下、単に「過電流」という)が流れてしまう場合がある。その結果、セラミック電子部品そのものや、電子機器内のショート回路に接続された電池および導体などが異常発熱し、発煙や発火に至る虞があった。このような問題を解消するために、過電流を遮断し得る電流ヒューズなどを組み込んだ回路構成が知られている。例えば、DCラインのPN間をまたいで、積層セラミックコンデンサ(セラミック電子部品)を組み込む必要がある回路では、積層セラミックコンデンサの故障に起因したショートによる異常発熱、発煙および発火などの防止を目的として、図14(A)に示すように電流ヒューズが併用される場合がある。しかしながら、このようにした場合、電流ヒューズが機能することで回路が機能しなくなってしまうという問題や、電流ヒューズに対する信頼性の問題があった。なお、図14(A)において右側に位置する長方形はインバーターである。また、次に説明する図14(B)においても同様である。
そこで、図14(B)に示すように、積層セラミックコンデンサを複数個直列に接続して用いる場合がある。これにより、1つの積層セラミックコンデンサが故障してその内部にショートパスが形成されたとしても、他の積層セラミックコンデンサがDC電流を遮断するため、ショート回路が形成されることを回避し得る。その結果、電流ヒューズが機能した場合でも回路は機能し続け、且つ積層セラミックコンデンサの故障に起因した異常発熱などを防止し得る。しかしながら、実際にこのような回路で1つの積層セラミックコンデンサが故障し、その内部にショートパスが形成された場合、その故障の仕方や積層セラミックコンデンサに流れるリップル電流によっては、故障した積層セラミックコンデンサが異常発熱し、実装基板や周囲の可燃物を焦がして発煙や発火に至る虞があった。なお、直列接続された積層セラミックコンデンサ全てが故障した場合に機能する電流ヒューズが用いられることも多い。しかしながら、このような電流ヒューズは、例えば、1つの積層セラミックコンデンサが故障したのみでは機能しないため、前述した異常発熱などを同様に回避することができない。
また、図14(C)に示すようなLC共振回路において、積層セラミックコンデンサのインピーダンスが十分に小さくなる周波数のAC負荷のみが印加される場合、その内部にショートパスが形成された積層セラミックコンデンサのインピーダンスは、積層セラミックコンデンサ成分のインピーダンスに比べて十分に小さくならない。これにより、回路に流れる電流が極端に大きくなることもない。したがって、電流ヒューズを直列接続したとしても機能しない。しかしながら、故障した積層セラミックコンデンサは、自身に流れるAC電流によって異常発熱し、実装基板や周囲の可燃物を焦がして発煙や発火に至る虞があった。なお、図14(C)に示すようなLC共振回路において、積層セラミックコンデンサが複数個直列に接続される場合や、複数個直列に接続された積層セラミックコンデンサが並列に接続される場合には、その中の1つの積層セラミックコンデンサが故障したことによる全体的な電流の変化はより小さいものとなる。
また、回路構成にかかわらず、セラミック電子部品の故障は、その内部にショートパスが形成される場合に限られない。例えば、単純に損失の増大による想定以上の発熱をきたすような劣化や故障も生じ得る。しかしながら、電流ヒューズでは、当然ながらこのような故障に対処し得ないため、上記したような発煙や発火などを回避することができない。なお、温度を検知することにより機能する温度ヒューズを用いることも考えられる。しかしながら、温度ヒューズは、セラミック電子部品の温度を直接検知することができないため、作動するまでに時間が掛かる。その結果、上記したような異常発熱による発煙や発火を回避することができない。さらに、故障時に発熱が予想されるセラミック電子部品に上記したような電流ヒューズを併用することは、回路設計や組み立てが困難になり得る。また、回路のESRやESLの増大を招き、回路におけるセラミック電子部品の性能発揮を妨げることになり、現実的ではない。
さらに、特許文献1に開示された保安機能付き電子部品のように、セラミック電子部品に直接ヒューズを取り付けることにより、セラミック電子部品それ自体にヒューズ機能を持たせる技術も知られている。特許文献1には、2個のセラミックコンデンサ素子を備え、その側面にそれぞれ銀−パラジウム(以下Ag−Pd)を主成分とする導電塗料を塗布して乾燥させ、外部電極を形成し、一方の外部電極は、ガラス層を介してコ字状の外部端子が固定されており、この外部端子は電流ヒューズで外部電極と接続され、他方の外部電極は、コ字状の外部端子と接続されているから、コンデンサ素子に過電流が継続して流れた場合は、電流ヒューズが溶断しコンデンサが回路から切り離されるとした技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1のように、セラミック電子部品に直接ヒューズを取り付ける場合、セラミック電子部品の外部電極を細くしたり、ヒューズ自体を細くしたりする必要がある。また、セラミック電子部品の内部において電流経路が複雑になるため、ESLが増大して高周波特性が悪化したり、ESRが増大して発熱および損失が増加したり、さらには、許容電流が低下したりしてしまう。すなわち、特許文献1のセラミック電子部品は、ヒューズ機能を持たない電子部品と比較して、性能が劣ることになってしまい、且つ組み込まれる回路によっては性能が全く不十分になってしまうという問題があった。
特開平11−54357号公報
それゆえに、この発明の目的は、その性能を損なうことなく、上記したような故障の際に確実に回路を開き、且つ異常発熱やそれにより生じ得る発煙および発火などの事故を防止することができる、セラミック電子部品およびその実装構造を提供することである。
この発明に係るセラミック電子部品は、複数のセラミック層と、複数の第1の内部電極層と、複数の第2の内部電極層とが交互に積層されることにより直方体状に形成され、積層方向において相対する第1の主面および第2の主面と、積層方向に直交する幅方向において相対する第1の側面および第2の側面と、積層方向および幅方向に直交する長さ方向において相対する第1の端面および第2の端面とを含む積層体と、積層体の表面のうち、少なくとも第1の端面に形成されることにより、複数の第1の内部電極層に電気的に接続される第1の外部電極と、積層体の表面のうち、少なくとも第2の端面に形成されることにより、複数の第2の内部電極層に電気的に接続される第2の外部電極と、電気的に絶縁可能な接合材を用いて、第1の外部電極と絶縁された状態で、第1の外部電極および積層体のうち少なくとも1つに接合される第1の基板接続端子と、電気的に絶縁可能な接合材を用いて、第2の外部電極と絶縁された状態で、第2の外部電極および積層体のうち少なくとも1つに接合される第2の基板接続端子と、第1の外部電極と第1の基板接続端子とを電気的に接続する第1の金属端子と、第2の外部電極と第2の基板接続端子とを電気的に接続する第2の金属端子とを備え、第1の金属端子は、弾性変形した状態を維持されたまま、その一方の端部が電気的に接続可能な接合材を用いて第1の外部電極に接合され、且つその他方の端部が接合材とは異なる融点の接合手段を用いて第1の基板接続端子に接合され、第2の金属端子は、弾性変形した状態を維持されたまま、その一方の端部が電気的に接続可能な接合材を用いて第2の外部電極に接合され、且つその他方の端部が接合材とは異なる融点の接合手段を用いて第2の基板接続端子に接合されることを特徴とする。
好ましくは、第1の金属端子の一方の端部と第1の外部電極とが接合される部分、および第2の金属端子の一方の端部と第2の外部電極とが接合される部分のそれぞれは、少なくとも電気的に接続可能な接合材の表面を覆うように、低融点の樹脂によりコーティングされている。
好ましくは、第1の金属端子および第2の金属端子のそれぞれは、低融点の樹脂によりコーティングされている。
好ましくは、第1の金属端子および第2の金属端子のそれぞれは、その一方の端部側に形成される複数の櫛歯部と、その他方の端部側に形成される櫛本体部とを含む櫛体形状である。
好ましくは、第1の金属端子および前記第2の金属端子のそれぞれは、複数から構成される。
この発明に係るセラミック電子部品の実装構造は、上記したいずれかに記載のセラミック電子部品と、セラミック電子部品が実装される実装基板とを備え、セラミック電子部品の第1の基板接続端子と、実装基板の第1のランド部とが電気的に接続され、且つセラミック電子部品の第2の基板接続端子と、実装基板の第2のランド部とが電気的に接続される。
好ましくは、セラミック電子部品の第1の基板接続端子と、実装基板の第1のランド部とが電気的に接続された状態を固定するための第1の螺子部材と、セラミック電子部品の第2の基板接続端子と、実装基板の第2のランド部とが電気的に接続された状態を固定するための第2の螺子部材とをさらに備える。
この発明に係るセラミック電子部品の実装構造は、セラミック電子部品と、セラミック電子部品が実装される実装基板とを備えるセラミック電子部品の実装構造であって、セラミック電子部品は、複数のセラミック層と、複数の第1の内部電極層と、複数の第2の内部電極層とが交互に積層されることにより直方体状に形成され、積層方向において相対する第1の主面および第2の主面と、積層方向に直交する幅方向において相対する第1の側面および第2の側面と、積層方向および幅方向に直交する長さ方向において相対する第1の端面および第2の端面とを含む積層体と、積層体の表面のうち、少なくとも第1の端面に形成されることにより、複数の第1の内部電極層に電気的に接続される第1の外部電極と、積層体の表面のうち、少なくとも第2の端面に形成されることにより、複数の第2の内部電極層に電気的に接続される第2の外部電極と、第1の外部電極と実装基板とを電気的に接続する第1の金属端子と、第2の外部電極と実装基板とを電気的に接続する第2の金属端子とを含み、実装基板は、第1の金属端子を介して第1の外部電極に電気的に接続される第1のランド部と、第2の金属端子を介して第2の外部電極に電気的に接続される第2のランド部とを含み、且つ電気的に絶縁可能な接合材を用いて、第1の外部電極と絶縁された状態で、第1の外部電極および積層体のうち少なくとも1つに接合され、且つ電気的に絶縁可能な接合材を用いて、第2の外部電極と絶縁された状態で、第2の外部電極および積層体のうち少なくとも1つに接合され、第1の金属端子は、弾性変形した状態を維持されたまま、その一方の端部が電気的に接続可能な接合材を用いて第1の外部電極に接合され、且つその他方の端部が接合材とは異なる融点の接合手段を用いて第1のランド部に接合され、第2の金属端子は、弾性変形した状態を維持されたまま、その一方の端部が電気的に接続可能な接合材を用いて第2の外部電極に接合され、且つその他方の端部が接合材とは異なる融点の接合手段を用いて第2のランド部に接合されることを特徴とする。
好ましくは、セラミック電子部品の第1の金属端子の他方の端部と、実装基板の第1のランド部とが電気的に接続された状態を固定するための第1の螺合部材と、セラミック電子部品の第2の金属端子の他方の端部と、実装基板の第2のランド部とが電気的に接続された状態を固定するための第2の螺合部材とをさらに備える。
好ましくは、第1の金属端子の一方の端部と第1の外部電極とが接合される部分、および第2の金属端子の一方の端部と第2の外部電極とが接合される部分のそれぞれは、低融点の樹脂によりコーティングされている。
好ましくは、第1の金属端子および第2の金属端子のそれぞれは、低融点の樹脂によりコーティングされている。
好ましくは、第1の金属端子および第2の金属端子のそれぞれは、その一方の端部側に形成される複数の櫛歯部と、その他方の端部側に形成される櫛本体部とを含む櫛体形状である。
好ましくは、第1の金属端子および前記第2の金属端子のそれぞれは、複数から構成される。
この発明によれば、その性能を損なうことなく、上記したような故障の際に確実に回路を開き、且つ異常発熱やそれにより生じ得る発煙および発火などの事故を防止することができる、セラミック電子部品およびその実装構造を提供し得る。
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴及び利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品を示す外観斜視図である。 この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の長さ方向に沿った断面図である。 この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の通常時の状態を示す第1の外部電極近傍の長さ方向に沿った断面図である。 この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の電気的な接続が切断された状態を示す第1の外部電極近傍の長さ方向に沿った断面図である。 この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の第1の金属端子および第2の金属端子のそれぞれが櫛体形状に形成された変形例の外観斜視図である。 この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の第1の金属端子および第2の金属端子のそれぞれが複数のリボンにより構成された変形例の外観斜視図である。 この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造を示す外観斜視図である。 この発明の他の実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造を示す外観斜視図である。 この発明の他の実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造の長さ方向に沿った断面図である。 この発明の他の実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造の通常時の状態を示す第1の外部電極近傍の長さ方向に沿った断面図である。 この発明の他の実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造の電気的な接続が切断された状態を示す第1の外部電極近傍の長さ方向に沿った断面図である。 この発明に係るセラミック電子部品の効果を確かめるために発明者らが行った実験例1、実験例2および比較実験例1で用いた回路図である。 この発明に係るセラミック電子部品の効果を確かめるために発明者らが行った実験例2および実験例3で用いた回路図である。 この発明に係るセラミック電子部品の背景技術を説明するための回路図である。
1.セラミック電子部品
以下、この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品について、図1〜4に基づいて説明する。図1は、この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品を示す外観斜視図である。図2は、この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の長さ方向に沿った断面図である。図3は、この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の通常時の状態を示す第1の外部電極近傍の長さ方向に沿った断面図である。図4は、この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の電気的な接続が切断された状態を示す第1の外部電極近傍の長さ方向に沿った断面図である。
この実施の形態に係るセラミック電子部品10は、電子部品本体20と、電子部品本体20に電気的に絶縁可能な接合材を用いて接合される第1の基板接続端子70aと、電子部品本体20と第1の基板接続端子70aとを電気的に接続する第1の金属端子80aとを備える。また、セラミック電子部品10は、電子部品本体20に電気的に絶縁可能な接合材を用いて接合される第2の基板接続端子70bと、電子部品本体20と第2の基板接続端子70bとを電気的に接続する第2の金属端子80bとを備える。
(電子部品本体20)
電子部品本体20は、直方体状に形成された積層体30と、積層体30の表面に形成された第1の外部電極60aおよび第2の外部電極60bとを備える。
(積層体30)
積層体30は、複数のセラミック層40と、複数の第1の内部電極層50aと、複数の第2の内部電極層50bとが交互に積層されることにより直方体状に形成される。そして、積層体30は、積層方向(図1および図2に示すT方向)において相対する第1の主面32aおよび第2の主面32bと、積層方向に直交する幅方向(図1および図2に示すW方向)において相対する第1の側面34aおよび第2の側面34bと、積層方向および幅方向に直交する長さ方向(図1および図2に示すL方向)において相対する第1の端面36aおよび第2の端面36bとを含む。積層体30は、その角部および稜線部に丸みを形成されることが好ましい。ここで、積層体30の角部とは、上記した積層体30の主面、側面および端面のうちの3面が交わる部分である。また、積層体30の稜線部とは、上記した積層体30の主面および側面のうちの2面が交わる部分である。積層体30は、例えば、L寸法が4mm以上50mm以下、W寸法が3mm以上50mm以下、T寸法が1.2mm以上10mm以下に形成され得るが、他の寸法であってもよい。
セラミック層40は、第1の内部電極層50aと第2の内部電極層50bとの間に挟まれて積層される。セラミック層40の1層あたりの厚みは、0.5μm以上100μm以下であることが好ましい。また、セラミック層40のセラミック材料としては、例えば、BaTiO3、CaTiO3、SrTiO3またはCaZrO3などの主成分を含む誘電体セラミックを用いることができる。さらに、これらの主成分にMn化合物、Fe化合物、Cr化合物、Co化合物、Ni化合物などの主成分よりも含有量の少ない副成分を添加してもよい。
第1の内部電極層50aは、セラミック層40の界面を平板状に延在し、その端部が積層体30の第1の端面36aに露出する。一方、第2の内部電極層50bは、セラミック層40を介して第1の内部電極層50aと対向するようにセラミック層40の界面を平板状に延在し、その端部が積層体30の第2の端面36bに露出する。したがって、第1の内部電極層50aは、セラミック層40を介して第2の内部電極層50bに対向する対向電極部と、当該対向電極部の第1の端面36a側の端部から第1の端面36aまでの引出電極部と、第1の端面36aから露出した露出部とを有する。同様に、第2の内部電極層50bは、セラミック層40を介して第1の内部電極層50aに対向する対向電極部と、当該対向電極部の第2の端面36b側の端部から第2の端面36bまでの引出電極部と、第2の端面36bから露出した露出部とを有する。第1の内部電極層50aの対向電極部と、第2の内部電極層50bの対向電極部とがセラミック層40を介して互いに対向することにより、静電容量が発生する。その結果、この実施の形態に係るセラミック電子部品10は、コンデンサとして機能する。なお、セラミック電子部品10は、セラミック材料としてPZT系セラミックなどの圧電体セラミックを用いた場合、圧電部品として機能させることができる。また、セラミック電子部品10は、セラミック材料としてスピネル系セラミックなどの半導体セラミックを用いた場合、サーミスタとして機能させることができる。さらに、セラミック電子部品10は、セラミック材料としてフェライトなどの磁性体セラミックを用いた場合、インダクタとして機能させることができる。
第1の内部電極層50aおよび第2の内部電極層50bそれぞれの1層あたりの厚みは、0.2μm以上2.0μm以下程度であることが好ましい。また、第1の内部電極層50aおよび第2の内部電極層50bは、例えば、Ni、Cu、Ag、Pd、Auなどの金属や、これらの金属のうち少なくとも1種を含む合金(例えば、Ag−Pd合金)など、適宜の導電材料により構成することができる。
(第1の外部電極60aおよび第2の外部電極60b)
第1の外部電極60aは、積層体30の表面のうち、少なくとも第1の端面36aに形成されることにより、第1の内部電極層50aと電気的に接続される。なお、第1の外部電極60aは、積層体30の第1の端面36aに形成された部分から延長されて、積層体30の第1の主面32a、第2の主面32b、第1の側面34aおよび第2の側面34bそれぞれの一部まで至るように形成されてもよい。一方、第2の外部電極60bは、積層体30の表面のうち、少なくとも第2の端面36bに形成されることにより、第2の内部電極層50bと電気的に接続される。なお、第2の外部電極60bは、積層体30の第2の端面36bに形成された部分から延長されて、積層体30の第1の主面32a、第2の主面32b、第1の側面34aおよび第2の側面34bそれぞれの一部まで至るように形成されてもよい。
第1の外部電極60aは、積層体30の表面に形成される第1の下地電極層62aと、第1の下地電極層62aの表面に形成される第1のめっき層64aとを含む。同様に、第2の外部電極60bは、積層体30の表面に形成される第2の下地電極層62bと、第2の下地電極層62bの表面に形成される第2のめっき層64bとを含む。なお、第1の外部電極60aおよび第2の外部電極60bのそれぞれは、半田により構成されてもよい。
第1の下地電極層62aは、積層体30の表面のうち、少なくとも第1の端面36aに形成される。なお、第1の下地電極層62aは、積層体30の第1の端面36aに形成された部分から延長されて、積層体30の第1の主面32a、第2の主面32b、第1の側面34aおよび第2の側面34bそれぞれの一部まで至るように形成されてもよい。一方、第2の下地電極層62bは、積層体30の表面のうち、少なくとも第2の端面36bに形成される。なお、第2の下地電極層62bは、積層体30の第2の端面36bに形成された部分から延長されて、積層体30の第1の主面32a、第2の主面32b、第1の側面34aおよび第2の側面34bそれぞれの一部まで至るように形成されてもよい。第1の下地電極層62aおよび第2の下地電極層62bそれぞれの最も厚い部分の厚みは、10μm以上200μm以下であることが好ましい。
第1の下地電極層62aおよび第2の下地電極層62bそれぞれは、導電性金属およびガラスを含む。第1の下地電極層62aおよび第2の下地電極層62bそれぞれの導電性金属としては、例えば、Cu、Ni、Ag、Pd、Ag−Pd合金、Auなどを用いることができる。第1の下地電極層62aおよび第2の下地電極層62bそれぞれのガラスは、例えば、B、Si、Ba、Mg、Al、Liなどを用いることができる。第1の下地電極層62aおよび第2の下地電極層62bそれぞれは、ガラスを含むことにより、積層体30との密着力を高めることができる。第1の下地電極層62aおよび第2の下地電極層62bそれぞれは、上記したような導電性金属およびガラスを含む導電性ペーストを塗布して焼き付けることにより形成することができる。なお、第1の下地電極層62aおよび第2の下地電極層62bそれぞれは、第1の内部電極層50aおよび第2の内部電極層50bと同時焼成することにより形成されてもよいし、第1の内部電極層50aおよび第2の内部電極層50bを焼成した後に焼き付けることにより形成されてもよいし、他の方法により形成されてもよい。他の方法としては、例えば、導電性粒子および熱硬化性樹脂を含んだ樹脂層や、スパッタ法または蒸着法などの薄膜形成法により形成され、金属粒子が堆積した1μm以下の薄膜層などを含んでもよい。
(第1のめっき層64aおよび第2のめっき層64b)
第1のめっき層64aは、第1の下地電極層62aを覆うようにその表面に形成される。一方、第2の下地電極層62bは、第2の下地電極層62bを覆うようにその表面に形成される。第1のめっき層64aおよび第2のめっき層64bそれぞれは、複数層であってもよい。第1のめっき層64aおよび第2のめっき層64bそれぞれは、Niめっき層と、Ni層めっき層の表面に形成されたSnめっき層とからなる2層構造であることが好ましい。第1の下地電極層62aの表面にNiめっき層を形成することにより、第1の下地電極層62aが半田に侵食されることを防止することができる。また、Niめっき層の表面にSnめっき層を形成することにより、半田の濡れ性が向上するため、第1の外部電極60aに第1の金属端子80aを接合する作業を容易に行うことができる。なお、第2の下地電極層62bの表面に形成されるNiめっき層、および当該Niめっき層の表面に形成されるSnめっき層についても同様の効果を奏するため、ここではその説明を繰り返さない。第1のめっき層64aおよび第2のめっき層64bそれぞれの1層当たりの厚みは、1μm以上15μm以下であることが好ましい。第1のめっき層64aおよび第2のめっき層64bは、例えば、Cu、Ni、Sn、Ag、Pd、Ag−Pd合金、Auなどから選ばれる少なくとも1つを含む。
(第1の基板接続端子70aおよび第2の基板接続端子70b)
第1の基板接続端子70aは、第1の外部電極60aと絶縁された状態で、第1の外部電極60aおよび積層体30のうち少なくとも1つに、電気的に絶縁可能な接合材を用いて接合される。当該接合材は、第1の外部電極60aの表面から積層体30の表面の一部まで延びるように形成されることが好ましい。また、当該接合材は、第1の外部電極60aと第1の基板接続端子70aとの間隙を満たすように形成されることが好ましい。これにより、第1の基板接続端子70aと電子部品本体20との接合強度を向上させることができ、且つ第1の外部電極60aと第1の基板接続端子70aとの絶縁性をより確実なものとすることができる。以下の説明において、当該接合部分を第1の絶縁接合部90aとする。
第2の基板接続端子70bは、第2の外部電極60bと絶縁された状態で、第2の外部電極60bおよび積層体30のうち少なくとも1つに、電気的に絶縁可能な接合材を用いて接合される。当該接合材は、第2の外部電極60bの表面から積層体30の表面の一部まで延びるように形成されることが好ましい。また、当該接合材は、第2の外部電極60bと第2の基板接続端子70bとの間隙を満たすように形成されることが好ましい。これにより、第2の基板接続端子70bと電子部品本体20との接合強度を向上させることができ、且つ第2の外部電極60bと第1の基板接続端子70bとの絶縁性をより確実なものとすることができる。以下の説明において、当該接合部分を第2の絶縁接合部90bとする。
第1の基板接続端子70aには、実装の際に用いられる2つの第1の螺子孔72aが穿設される。同様に、第2の基板接続端子70bには、実装の際に用いられる2つの第2の螺子孔72bが穿設される。第1の螺子孔72aおよび第2の螺子孔72bそれぞれは、平面視したとき略円形状である。なお、第1の螺子孔72aおよび第2の螺子孔72bそれぞれは、平面視したとき円形状に限定されず、例えば、楕円形状、四角形状、三角形状などであってもよいし、枝分かれした略Y字形状であってもよい。
第1の基板接続端子70aおよび第2の基板接続端子70bのそれぞれは、例えば、リン青銅や高銅合金などにより形成される。また、電気的に絶縁可能な接合材としては、例えば、シリコーン系接着剤や低弾性率のエポキシ接着剤などを用いることができる。
(第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80b)
第1の金属端子80aは、第1の外部電極60aと第1の基板接続端子70aとを電気的に接続する。第1の金属端子80aは、第1の外部電極60aのうち、積層体30の第1の端面36aに形成された部分に接合される一方の端部と、当該一方の端部の第1の基板接続端子70a側の端縁(すなわち、図2および図3において下側端縁)から屈曲し、第1の基板接続端子70aに近づきながら外側(すなわち、図2および図3において右側)へと延びる本体部分と、当該本体部分の外側端縁(すなわち、図2および図3において右側端縁)から屈曲し、第1の基板接続端子70aの表面に接合される他方の端部とを含む。同様に、第2の金属端子80bは、第2の外部電極60bと第2の基板接続端子70bとを電気的に接続する。第2の金属端子80bは、第2の外部電極60bのうち、積層体30の第2の端面36bに形成された部分に接合される一方の端部と、当該一方の端部の第2の基板接続端子70b側の端縁(すなわち、図2において下側端縁)から屈曲し、第2の基板接続端子70bに近づきながら外側(すなわち、図2において左側)へと延びる本体部分と、当該本体部分の外側端縁(すなわち、図2において左側端縁)から屈曲し、第2の基板接続端子70bの表面に接合される他方の端部とを含む。
第1の金属端子80aは、弾性変形した状態を維持されたまま、その一方の端部が電気的に接続可能な接合材を用いて第1の外部電極60aに接合され、且つその他方の端部が当該接合材とは異なる融点の接合手段を用いて第1の基板接続端子70aに接合される。このとき、第1の金属端子80aは、弾性変形から元の形状に戻ろうとするため、その一方の端部が第1の外部電極60aから離間しようとしており、且つその他方の端部が第1の基板接続端子70aから離間しようとしている。言い換えると、第1の金属端子80aは、図3(および図2)において、その一方の端部を中心として右回転しようとしており、且つその他方の端部を中心として左回転しようとしている。しかしながら、第1の金属端子80aは、上記したように、その一方の端部が第1の外部電極60aに接合され、且つその他方の端部が第1の基板接続端子70aに接合されていることにより、弾性変形した状態を維持される。同様に、第2の金属端子80bは、弾性変形した状態を維持されたまま、その一方の端部が電気的に接続可能な接合材を用いて第2の外部電極60bに接合され、且つその他方の端部が当該接合材とは異なる融点の接合手段を用いて第2の基板接続端子70bに接合される。このとき、第2の金属端子80bは、弾性変形から元の形状に戻ろうとするため、その一方の端部が第2の外部電極60bから離間しようとしており、且つその他方の端部が第2の基板接続端子70bから離間しようとしている。言い換えると、第2の金属端子80bは、図2において、その一方の端部を中心として左回転しようとしており、且つその他方の端部を中心として右回転しようとしている。しかしながら、第2の金属端子80bは、上記したように、その一方の端部が第2の外部電極60bに接合され、且つその他方の端部が第2の基板接続端子70bに接合されていることにより、弾性変形した状態を維持される。
第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bのそれぞれは、弾性変形可能な端子本体からなる。端子本体は、例えば、Ni、Fe、Cu、Ag、Crまたはこれらの金属のうち1種以上を主成分として含む合金で形成される。端子本体は、ばね性を有した高銅合金であることが好ましい。これにより、第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bは、正常動作時の電流による発熱に起因して誤作動することを防止され得る。また、そのばね性により電子部品本体20が故障などで異常発熱を生じた際には、電子部品本体20から確実に離間することができる。さらに、セラミック電子部品10の等価直列抵抗(ESR)を小さくすることが可能となる。高銅合金には、母材として、例えば、C7025、C7035、りん青銅、およびベリリウム銅などを用いることができる。端子本体の厚さは、0.05mm以上0.5mm以下程度であることが好ましい。
端子本体の表面にめっき層が形成されてもよい。めっき層は、端子本体の表面に形成される下層めっきと、下層めっきの表面に形成される上層めっきとを含んでもよい。下層めっきおよび上層めっきのそれぞれは、複数層であってもよい。好ましくは、下層めっきは、Ni、Fe、Cu、Ag、Crまたはこれらの金属のうち1種以上を主成分として含む合金で形成される。より好ましくは、下層めっきは、Ni、Fe、Crまたはこれらの金属のうち1種以上を主成分として含む合金で形成される。これにより、バリア層として機能し、第1の半田接合部94aおよび第2の半田接合部94bとの相互拡散や合金化が抑制され、耐熱性を向上させることができる。下層のめっきの厚さは、2.0μm以上6.0μm以下程度であることが好ましい。上層めっきは、例えば、Sn、Ag、Auまたはこれらの金属のうちの1種以上を主成分として含む合金で形成される。好ましくは、上層めっきは、SnまたはSnを主成分として含む合金で形成される。これにより、第1の金属端子80aと第1の外部電極60aとの半田付き性、および第2の金属端子80bと第2の外部電極60bとの半田付き性を向上させることができる。上層めっきの厚さは、2.0μm以上10.0μm以下程度であることが好ましい。
第1の金属端子80aの一方の端部と第1の外部電極60aとの接合、および第2の金属端子80bの一方の端部と第2の外部電極60bとの接合は、半田(接合材)を用いて行われる。当該半田としては、例えば、Sn系の半田を用いることができる。なお、多様な融点(例えば、固相線温度135℃以上183℃以下)のSn系の半田を適宜用いることができる。以下の説明において、第1の金属端子80aの一方の端部と第1の外部電極60aとが接合される部分を第1の半田接合部94aとし、第2の金属端子80bの一方の端部と第2の外部電極60bとが接合される部分を第2の半田接合部94bとする。
第1の金属端子80aの他方の端部と第1の基板接続端子70aとの接合、および第2の金属端子80bの他方の端部と第2の基板接続端子70bとの接合は、上記した第1の半田接合部94aおよび第2の半田接合部94bとで用いられた半田と異なる融点の溶接(接合手段)により行われる。以下の説明において、第1の金属端子80aの他方の端部と第1の基板接続端子70aとが接合される部分を第1の溶接接合部92aとし、第2の金属端子80bの他方の端部と第2の基板接続端子70bとが接合される部分を第2の溶接接合部92bとする。第1の溶接接合部92aおよび第2の溶接接合部92bは、第1の半田接合部94aおよび第2の半田接合部94bが溶融する温度においても、接合状態を維持する必要がある。なお、第1の溶接接合部92aおよび第2の溶接接合部92bは、溶接以外にも、SnSbから構成される比較的融点の高い半田や、導電性接着剤などの接合材を用いて行うことも可能である。また、溶接には接合材を用いない接合も含まれる。
第1の半田接合部94aおよび第2の半田接合部94bのそれぞれは、少なくとも半田の表面を覆うように、低融点の樹脂によりコーティングされてもよい。また、第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bのそれぞれが、低融点の樹脂によりコーティングされてもよい。これらのコーティングに用いる樹脂としては、例えば、ロジンやポリオレフィンワックス、PEワックス、PPワックスなどを挙げることができる。
(効果)
この実施の形態に係るセラミック電子部品10は、弾性変形した状態を維持されたまま、その一方の端部が半田を用いて第1の外部電極60aに接合され、且つその他方の端部が当該半田よりも融点が高い溶接により第1の基板接続端子70aに接合される第1の金属端子80aと、弾性変形した状態を維持されたまま、その一方の端部が半田を用いて第2の外部電極60bに接合され、且つその他方の端部が当該半田よりも融点が高い溶接により第2の基板接続端子70bに接合される第2の金属端子80bとを備える。セラミック電子部品10は、故障したとき、第1の半田接合部94aおよび第2の半田接合部94bで用いられる半田が電子部品本体20の発熱を検知することにより溶融する。このとき、当該半田は、電子部品本体20の発熱を直接的に検知できるため、例えば、高周波交流の回路で用いられることなどにより、大きな過電流が流れない場合であっても、故障した電子部品本体20を流れるリップル電流に起因した電子部品本体20の異常発熱を感度良く検知することができる。なお、第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bのどちらか一方の接合が外れることにより、セラミック電子部品10が組み込まれている回路を開くことができる。よって、必ずしも第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bの両方において、弾性変形した状態を保つ金属端子を用いる必要はない。しかしながら、第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bの両方の接合が外れることにより、故障による異常発熱の箇所がどちらかに偏っており、且つ電子部品本体20の第1の端面36aと第2の端面36bとの間の距離が大きい場合に発生し得る検出遅延も抑制することができる。また、第1の基板接続端子70aおよび第2の基板接続端子70b、並びに第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bのそれぞれが、電子部品本体20に直接接合して配設されるため、実装の際に省スペース化を図ることもできる。以上の通りであるため、この実施の形態に係るセラミック電子部品10は、その性能を損なうことなく、故障の際に確実に回路を開き、且つ異常発熱やそれにより生じ得る発煙および発火などの事故を防止することができる。
また、この実施の形態に係るセラミック電子部品10は、第1の金属端子80aの一方の端部と第1の外部電極60aとが接合される第1の半田接合部94a、および第2の金属端子80bの一方の端部と第2の外部電極60bとが接合される第2の半田接合部94bのそれぞれが、少なくとも当該接合において用いられる半田の表面を覆うように、低融点の樹脂によりコーティングされている。これにより、この実施の形態に係るセラミック電子部品10は、熱衝撃サイクルや高温環境に起因して半田クラックが生じることを抑制することができる。
さらに、この実施の形態に係るセラミック電子部品10は、第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bのそれぞれが、低融点の樹脂によりコーティングされている。これにより、弾性変形した第1の金属端子80aの応力が第1の半田接合部94aに集中すること、および弾性変形した第2の金属端子80bの応力が第2の半田接合部94bに集中することを緩和することができる。その結果、この実施の形態に係るセラミック電子部品10は、通常時の状態において、第1の半田接合部94aおよび第2の半田接合部94bが破断してしまうことを防止することができる。
なお、この実施の形態に係るセラミック電子部品10は、第1の金属端子80aの他方の端部と第1の基板接続端子70aとが溶接により接合され、第2の金属端子80bの他方の端部と第2の基板接続端子70bとが溶接により接合される。これにより、正常な通電時においては勿論、例えば、電子部品本体20が故障して過電流が流れても、当該接合部分(第1の溶接接合部92aおよび第2の溶接接合部92b)の接合が破断してしまうことを抑制することができる。さらに、第1の金属端子80aと第1の基板接続端子70aとの接合が、第1の金属端子80aの他方の端部を第1の基板接続端子70aの表面に押し付けながら行われるため、弾性変形した状態を維持させたまま、第1の金属端子80aを接合する作業を容易に行うことが可能となる。第2の金属端子80bと第2の基板接続端子70bとの接合についても同様であるため、ここでは説明を繰り返さない。
なお、この実施の形態に係るセラミック電子部品10は、第1の半田接合部94aおよび第2の半田接合部94bにおいて、多様な融点のSn系の半田を適宜用いることにより、検知温度を制御することが可能となる。
(変形例)
以下、この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の変形例について、図5および図6に基づいて説明する。図5は、この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の第1の金属端子および第2の金属端子のそれぞれが櫛体形状に形成された変形例の外観斜視図である。図6は、この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の第1の金属端子および第2の金属端子のそれぞれが複数のリボンにより構成された変形例の外観斜視図である。なお、ここで説明する変形例は、第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bを除いて、上記した一実施の形態に係るセラミック電子部品10と同様である。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。
第1の金属端子80aは、その一方の端部側(すなわち、第1の外部電極60aに接続される端部側)に形成される複数の櫛歯部と、その他方の端部側(すなわち、第1の基板接続端子70aに接続される端部側)に形成される櫛本体部とを含む櫛体形状であってもよい。同様に、第2の金属端子80bは、その一方の端部側(すなわち、第2の外部電極60bに接続される端部側)に形成される複数の櫛歯部と、その他方の端部側(すなわち、第2の基板接続端子70bに接続される端部側)に形成される櫛本体部とを含む櫛体形状であってもよい。セラミック電子部品10は、このような櫛体形状の第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bを備えることにより、電子部品本体20と第1の基板接続端子70aおよび第2の基板接続端子70bそれぞれとの線膨張係数差に起因する熱応力を緩和することができる。当該効果は、特に、セラミック電子部品10が大型である場合に顕著となる。このように熱応力が緩和されることにより、熱衝撃サイクルなどにおいて、セラミック電子部品10が破壊されることを抑制することができる。
第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bのそれぞれは、複数から構成されてもよい。このような場合、第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bのそれぞれは、絶縁体により被覆された複数のリード線により構成されてもよいし、複数のリボンにより構成されてもよい。ここで、リボンとは、第1の外部電極60aまたは第2の外部電極60bのうち、積層体30の第1の主面32aに形成された部分に接合される一方の端部と、当該一方の端部の外側端縁から屈曲し、電子部品本体20から離間するように外側へと略上方に延び、そこから滑らかに湾曲して、電子部品本体20から離間するように外側へと略下方に延びる本体部分と、当該本体部分の外側端縁から屈曲し、第1の基板接続端子70aまたは第2の基板接続端子70bの表面に接合される他方の端部とを含む。セラミック電子部品10は、このような第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bを備えることにより、上記で説明した第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bのそれぞれが櫛体形状である場合と同様の効果を奏する。
なお、第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bのそれぞれは、例えば、上記した実施の形態で説明した形状のもの(図1〜4)を複数備えることにより構成されてもよいし、櫛体形状のものを複数備えることにより構成されてもよいし、絶縁体により被覆されたリード線以外の複数の導線(例えば、露出した複数の金属線など)を備えることにより構成されてもよい。
なお、上記した実施の形態では、第1の金属端子80aの他方の端部と第1の基板接続端子70aとの接合に用いられる接合手段の融点が、第1の金属端子80aの一方の端部と第1の外部電極60aとの接合に用いられる接合材のそれやコーティングよりも高い場合について説明したが、この逆であってもよい。このような場合、セラミック電子部品10は、例えば、故障により過電流が流れたとき、第1の金属端子80aの他方の端部と第1の基板接続端子70aとの接合が破断することにより、回路を開くことができる。
2.セラミック電子部品の製造方法
この発明に係るセラミック電子部品の製造方法の一例について、上記したセラミック電子部品を例にして説明する。
はじめに、複数のセラミック層と複数の内部電極層とが交互に積層されることにより直方体状に形成された積層体と、積層体の表面に形成された第1の外部電極および第2の外部電極とを含む電子部品本体を作製する。具体的には次の通りである。
まず、セラミック粉末を含むセラミックペーストおよび内部電極形成用の導電性ペーストを準備する。
次に、セラミックペーストを、例えば、スクリーン印刷法などによりシート状に塗布して乾燥させることにより、セラミックグリーンシートを作製する。
また、作製したセラミックグリーンシートの表面に、内部電極形成用の導電性ペーストを、例えば、スクリーン印刷法などにより所定のパターンで塗布して内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを用意する。また、内部電極パターンが形成されていないセラミックグリーンシートも用意する。なお、セラミックグリーンシートや内部電極用の導電性ペーストには、例えば、公知のバインダや溶剤が含まれてもよい。
さらに、内部電極パターンが形成されていないセラミックグリーンシートを所定枚数積層し、その表面に内部電極パターンが形成されたセラミックシートを所定枚数積層し、その表面に内部電極パターンが形成されていないセラミックグリーンシートを所定枚数積層することにより、マザー積層体を作製する。
そして、必要に応じてマザー積層体を積層方向にプレスしてもよい。当該プレスの手段としては、静水圧プレスなどを用いることができる。
そして、マザー積層体を所定の寸法にカットすることにより、生の積層体を複数作製する。このとき、バレル研磨を施すことにより、生の積層体の角部や稜線部に丸みを形成してもよい。
次に、生の積層体を焼成することにより、その内部に第1の内部電極層および第2の内部電極層が配設され、その第1の端面に第1の内部電極層の端部が引き出され、且つその第2の端面に第2の内部電極層の端部が引き出された積層体を作製する。このときの焼成温度は、例えば、900℃以上1300℃以下程度とすることができる。なお、焼成温度は、この場合に限定されず、用いたセラミック材料や導電材料に応じて適宜設定することができる。
また、焼成後の積層体の表面のうち、少なくとも第1の端面および第2の端面それぞれに、外部電極形成用の導電性ペーストを塗布して焼き付けることにより、第1の外部電極および第2の外部電極それぞれの下地電極層を形成する。このときの焼付け温度は、700℃以上900℃以下であることが好ましい。
さらに、必要に応じて下地電極層の表面にめっき層を形成してもよい。
上記のようにして、電子部品本体を作製することができる。
続いて、電子部品本体に第1の金属端子および第2の金属端子並びに第1の基板接続端子および第2の基板接続端子を接合し、この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品を完成させる手順について説明する。
まず、上記の手順により作製した電子部品本体と、第1の金属端子および第2の金属端子並びに第1の基板接続端子および第2の基板接続端子とを準備する。
次に、電子部品本体の第1の外部電極のうち、積層体の第1の端面に形成された部分に、半田を用いて、第1の金属端子の一方の端部を接合する。同様に、電子部品本体の第2の外部電極のうち、積層体の第2の端面に形成された部分に、半田を用いて、第2の金属端子の一方の端部を接合する。
また、電気的に絶縁可能な接合材を用いて、第1の外部電極と絶縁された状態で、第1の外部電極および積層体のうち少なくとも1つに第1の基板接続端子を接合する。同様に、電気的に絶縁可能な接合材を用いて、第2の外部電極と絶縁された状態で、第2の外部電極および積層体のうち少なくとも1つに第2の基板接続端子を接合する。
最後に、第1の金属端子の他方の端部に、第1の外部電極に向かう方向の外力を加えるようにして、第1の金属端子を弾性変形させ、この状態を維持したまま、第1の金属端子の他方の端部と第1の基板接続端子とを溶接により接合する。同様に、第2の金属端子の他方の端部に、第2の外部電極に向かう方向の外力を加えるようにして、第2の金属端子を弾性変形させ、この状態を維持したまま、第2の金属端子の他方の端部と第2の基板接続端子とを溶接により接合する。
上記のようにして、この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品を製造することができる。
3.セラミック電子部品の実装構造
(一実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造)
以下、この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造について、図7に基づいて説明する。図7は、この発明の一実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造を示す外観斜視図である。なお、この実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造は、上記した一実施の形態に係るセラミック電子部品10が実装基板100に対して実装された構造である。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、セラミック電子部品10についての同様となる説明は繰り返さない。
この実施の形態に係るセラミック電子部品10の実装構造は、上記で説明したセラミック電子部品10と、当該セラミック電子部品10が実装される実装基板100と、当該セラミック電子部品10を実装基板100に固定するための第1の螺子部材98aおよび第2の螺子部材98bとを備える。
実装基板100は、第1のランド部110aと第2のランド部110bとを含む。
第1の螺子部材98aは、第1の基板接続端子70aに穿設された第1の螺子孔72aに通され、実装基板100に螺合される。これにより、第1の基板接続端子70aは、第1のランド部110aに電気的に接続された状態で固定される。同様に、第2の螺子部材98bは、第2の基板接続端子70bに穿設された第2の螺子孔72bに通され、実装基板100に螺合される。これにより、第2の基板接続端子70bは、第2のランド部110bに電気的に接続された状態で固定される。
この実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造は、第1の基板接続端子70aに予め穿設された第1の螺子孔72aと、第2の基板接続端子70bに予め穿設された第2の螺子孔72bとを備える。これにより、実装作業を容易に行うことが可能となる。
なお、第1の螺子孔72aおよび第2の螺子孔72bは予め穿設されなくてもよい。この場合、例えば、螺合作業を行う過程において、第1の螺子部材98aが第1の基板接続端子70aの一部を穿つことにより実装基板100まで至り、且つ第2の螺子部材98bにより第1の基板接続端子70aの一部を穿つことにより実装基板100まで至る。このようにして、セラミック電子部品10を実装基板100に固定してもよい。なお、第1の螺子部材98aおよび第2の螺子部材98bには、実装基板100に予め雌螺子を形成しておき、これに対応した雄螺子を用いてもよいし、またはタッピングビスを用いるようにしてもよい。
(他の実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造)
以下、この発明の他の実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造について、図8〜11に基づいて説明する。図8は、この発明の他の実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造を示す外観斜視図である。図9は、この発明の他の実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造の長さ方向に沿った断面図である。図10は、この発明の他の実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造の通常時の状態を示す第1の外部電極近傍の長さ方向に沿った断面図である。図11は、この発明の他の実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造の電気的な接続が切断された状態を示す第1の外部電極近傍の長さ方向に沿った断面図である。なお、この実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造は、第1の基板接続端子70aおよび第2の基板接続端子70bと、第1の金属端子80aおよび第2の金属端子80bとを除いて、上記した一実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造と同様である。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。
この実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造は、上記した一実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造とは異なり、第1の基板接続端子70aおよび第2の基板接続端子70bを備えない。そして、第1の金属端子80aの他方の端部(すなわち、実装基板100側の端部)は、第1の螺子部材98aを通される第1の切欠き82aが形成されることにより、枝分かれした略Y字状に形成される。同様に、第2の金属端子80bの他方の端部(すなわち、実装基板100側の端部)には、第2の螺子部材98bを通される第2の切欠き82bが形成されることにより、枝分かれした略Y字状に形成される。
実装基板100は、第1のランド部110aおよび第2のランド部110bを備える。そして、第1の金属端子80aは、その第1の切欠き82aを通り抜けて実装基板100に螺合される第1の螺子部材98aにより、第1のランド部110aに電気的に接続された状態で固定される。同様に、第2の金属端子80bは、その第2の切欠き82bを通り抜けて実装基板100に螺合される第2の螺子部材98bにより、第2のランド部110bに電気的に接続された状態で固定される。当該固定部分は、上記した一実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造における第1の溶接接合部92aおよび第2の溶接接合部92bに相当する。そして、実装基板100は、第1の外部電極60aおよび積層体30のうち少なくとも1つに電気的に絶縁可能な接合材を用いて接合され、且つ第2の外部電極60bおよび積層体30のうち少なくとも1つに電気的に絶縁可能な接合材を用いて接合される。当該接合部分は、上記した一実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造における第1の絶縁接合部90aおよび第2の絶縁接合部90bに相当する。
この実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造は、第1の基板接続端子70aおよび第2の基板接続端子70bを備えないため、上記した一実施の形態に係るセラミック電子部品の実装構造と比較して部品点数が少なく、小型且つ低背化することができる。
4.実験例
以下、この発明の効果を確認するために発明者らが行った実験例について説明する。図12は、この発明に係るセラミック電子部品の効果を確かめるために発明者らが行った実験例1、実験例2および比較実験例1で用いた回路図であり、DCラインのPN間をまたぐようにセラミック電子部品を2個直列に接続して用いた場合を想定している。中央の2個直列に接続されたコンデンサが、試験対象となるセラミック電子部品(積層セラミックコンデンサ)である。左側に接続された回路により試験対象となる積層セラミックコンデンサにDC電圧を印加し、且つ右側に接続された回路により試験対象となる積層セラミックコンデンサにリップル電圧を印加する。図13は、この発明に係るセラミック電子部品の効果を確かめるために発明者らが行った実験例3で用いた回路図であり、図中右上に位置する試験対象となる積層セラミックコンデンサにLC共振負荷を印加するものである。左側に接続された回路により試験対象となる積層セラミックコンデンサにDC電圧を印加し、且つ右側に接続された回路により試験対象となる積層セラミックコンデンサにリップル電圧を印加する。
(実験例1)
実験例1では、この発明に係るセラミック電子部品として積層セラミックコンデンサを図12のように直列接続した回路を作製し、当該積層セラミックコンデンサのフェールセーフ機能を評価した。なお、2個直列に接続した積層セラミックコンデンサのうち1つは、故障状態を再現するため、絶縁破壊電圧試験機を用いて絶縁破壊させた後、基板に実装した。また、図12の回路において右側に接続されたコンデンサは、耐圧2kV、静電容量500μFである。
(実施例1)
上記した製造方法にしたがって、実施例1の試料(積層セラミックコンデンサ)を作製した。実施例1の仕様および基板接続端子と実装基板の固定方法は次の通りである。
・チップサイズ(L寸法×W寸法×T寸法):16mm×20mm×3.7mm(設計値)
・セラミック層:BaTiO3
・内部電極層:Ni
・外部電極の構造
下地電極層:Cu
めっき層 :なし
・金属端子の構造
DOWA OLIN製 C7035TM04
個数:合計2個(一対のみ)
基板接続端子側の端部(他方の端部)の形状:略Y字形状
厚さ:0.1mm
・外部電極と金属端子との接合に用いた接合材:千住金属製M705
・外部電極と基板接続端子との接合に用いた接合材:シリコーン系接着剤 信越シリコーン製KE−1830
・基板接続端子と金属端子の接合方法:溶接
・基板接続端子と実装基板の固定方法:螺子止め
(電圧印加条件)
実験例1では、図12の回路に次の条件で電圧を印加することにより、実施例1のフェールセーフ機能を評価した。
・印加電圧:DC400V
・重畳電圧:AC 15kHz、Vp−p=56V
・静電容量(積層セラミックコンデンサ1個当たり):15uF(2直の合成容量7.5uF)
(実験例1の結果)
上記した実験条件において、DC電圧を印加し、この段階で異常がないことを確認した。次に、AC電圧を印加し、試験対象である実施例1(積層セラミックコンデンサ)にAC電流を通電した。AC電圧の印加開始から4分経過したとき、あらかじめ絶縁破壊していた実施例1が温度240℃になったところで、外部電極と金属端子とを接合していた半田が溶融し、電気的な接続が切断されることが確認された。このとき、実施例1は発煙や発火に至らなかった。なお、実験中に回路がショートすることも無かった。以上の通りであるため、この発明に係るセラミック電子部品は、当該セラミック電子部品が2個以上直列接続される回路において、故障などにより過電流が流れた場合であっても、外部電極と金属端子との接合に用いられる半田が電子部品本体の発熱を直接的に検知することにより、合理的に電気的な接続を切断することができる。その結果、この発明に係るセラミック電子部品は、故障した際に確実に回路を開くことができるため、発煙や発火に至ることを防止することができる。また、当該半田は、回路を流れるリップル電流に起因した電子部品本体の発熱についても感度良く検知することができるため、当該発熱により発煙や発火が生じることを防止することができる。
(比較実験例1)
比較実験例1では、この発明に係るセラミック電子部品の比較例1としての積層セラミックコンデンサを実験例1と同様の図12のように直列接続した回路を作製し、当該積層セラミックコンデンサのフェールセーフ機能を評価した。なお、2個直列に接続した積層セラミックコンデンサのうちの1つは、故障状態を再現するため、絶縁破壊電圧試験機を用いて絶縁破壊させた後、基板に実装した。安全のために、この実験で用いた設備には、測定温度が400℃を超えた場合に自動的に電源をOFFにする仕組みが備わっているが、その他の実験方法は上記した実験例1と同じである。
(比較例1)
上記した製造方法にしたがって作製した電子部品本体を用いて、比較例1の試料(積層セラミックコンデンサ)を作製した。比較例1は、電子部品本体が上記した実施例1のそれと同様であるが、一対の金属端子が実施例1とは異なり弾性を有さず、且つ一対の基板接続端子を有さない構造である。比較例1の仕様および金属端子と実装基板の固定方法は次の通りである。
・チップサイズ(L寸法×W寸法×T寸法):16mm×20mm×3.7mm(設計値)
・セラミック層:BaTiO3
・内部電極層:Ni
・外部電極の構造
下地電極層:Cu
めっき層 :なし
・金属端子の構造
ベリリウム銅
個数:合計2個(一対のみ)
金属端子の形状:図5に示すような櫛体形状(すなわち、一対の金属端子それぞれが外部電極側に4つの櫛歯部を有し、且つ実装基板に櫛本体部が直接接合される形状)
厚さ:0.2mm
・外部電極と金属端子の接合方法:接合材として銅とガラスの複合ペーストを用いて、温度700℃で焼付け
・金属端子と実装基板の固定方法:M705はんだを用いてリフロー実装
(電圧印加条件)
比較実験では、図12の回路に次の条件で電圧を印加することにより、本発明のフェールセーフ機能を持たない場合の挙動を確認した。
・印加電圧:DC400V
・重畳電圧:AC 15kHz、Vp−p=56V
・静電容量(積層セラミックコンデンサ1個当たり):15uF(2直の合成容量7.5uF)
(比較実験例1の結果)
上記した実験条件において、DC電圧を印加し、この段階で異常が無いことを確認した。次に、AC電圧を印加し、試験対象である比較例1(積層セラミックコンデンサ)にAC電流を通電した。AC電圧の印加開始から1分経過したとき、あらかじめ絶縁破壊していた比較例1が温度500℃に達したため、上記した安全装置によりAC電圧の印加が停止した。なお、試験中において、回路がショートすることは無かった。試験後の基板から試験対象である比較例1を取り外して状態を確認したところ、あらかじめ絶縁破壊していた比較例1、および実装基板の当該比較例1が実装された部分が黒く焦げている状態を確認した。以上の結果から、比較例1(積層セラミックコンデンサ)を2個直列に接続し、そのうちの1つの比較例1の故障に起因してショート回路が形成されることを防いだとしても、AC電流の通電により故障した比較例1が異常発熱をきたし、発煙や発火に至る危険があることを確認した。
(実験例2)
上記した製造方法にしたがって、実施例2の試料(積層セラミックコンデンサ)を作製した。なお、実施例2は、基板接続端子を備えない点を除いて、実施例1と同様の構造である。また、金属端子の他方の端部は実装基板のランド部に直接接続される。実施例2の仕様は次の通りである。
・チップサイズ(L寸法×W寸法×T寸法):16mm×20mm×3.7mm(設計値)
・セラミック層:BaTiO3
・内部電極層:Ni
・外部電極の構造
下地電極層:Cu
めっき層 :なし
・金属端子の構造
DOWA OLIN製 C7035TM04
個数:合計2個(一対のみ)
実装基板側の端部(他方の端部)の形状:略Y字形状
厚さ:0.1mm
・外部電極と金属端子との接合に用いた接合材:千住金属製M705
・外部電極および積層体と実装基板との接合に用いた接合材:シリコーン系接着剤 信越シリコーン製KE−1830
・金属端子と実装基板との固定方法:螺子止め
(電圧印加条件)
実験例2では、図13の回路に次の条件で電圧を印加することにより、実施例2のフェールセーフ機能を評価した。
・印加電圧:DC400V
・重畳電圧:AC 15kHz、Vp−p=56V
・静電容量(積層セラミックコンデンサ1個当たり):15uF(2直の合成容量7.5uF)
(実験例2の結果)
上記した条件で電圧の印加を開始したところ、経過時間2分、温度238℃になったところで、外部電極と金属端子とを接合していた半田が溶融し、電気的な接続が切断されることが確認された。このとき、実施例2は発煙や発火に至らなかった。以上の通りであるため、この発明に係るセラミック電子部品は、電子部品が2個以上直列に接続される回路において、故障などにより過電流が流れた場合であっても、外部電極と金属端子との接合に用いられる半田が電子部品本体の発熱を直接的に検知することにより、合理的に電気的な接続を切断することができる。その結果、この発明に係るセラミック電子部品は、故障した際に確実に回路を開くことができるため、発煙や発火に至ることを防止することができる。また、当該半田は、回路を流れるリップル電流に起因した電子部品本体の発熱についても感度良く検知することができるため、当該発熱により発煙や発火が生じることを防止することができる。
(実験例3)
上記した製造方法にしたがって、実施例3の試料(積層セラミックコンデンサ)を作製した。なお、実施例3は、基板接続端子を備えない点、および金属端子を合計4個(二対)備える点を除いて、実施例1と同様の構造である。また、金属端子の他方の端部は実装基板のランド部に直接接続される。実施例3の仕様は次の通りである。
・チップサイズ(L寸法×W寸法×T寸法):16mm×20mm×3.7mm(設計値)
・セラミック層:Ca(Zr,Ti)O3
・内部電極層:Ni
・外部電極の構造
下地電極層:Cu
めっき層 :なし
・金属端子の構造
DOWA OLIN製 C7035TM04
個数:合計4個(二対)
実装基板側の端部(他方の端部)の形状:略Y字形状
厚さ:0.1mm
・外部電極と金属端子との接合で用いた接合材:千住金属製M705
・外部電極および積層体と実装基板との接合に用いた接合材:シリコーン系接着剤 信越シリコーン製KE−1830
・金属端子と実装基板との固定方法:螺子止め
(電圧印加条件)
実験例3では、図13の回路に次の条件でAC電圧を印加することにより、実施例3のフェールセーフ機能を評価した。
・印加電圧:AC 24kHz、800Vp−p
・積層セラミックコンデンサの静電容量:1.2uF
(実験例3の結果)
上記した条件で電圧の印加を開始したところ、経過時間1分、温度240℃になったところで、外部電極と金属端子とを接合していた半田が溶融し、電気的な接続が切断されることが確認された。このとき、実施例3は発煙や発火に至らなかった。以上の通りであるため、この発明に係るセラミック電子部品は、電子部品が2個以上直列に接続され、且つLC共振による交流しか流れない回路において、故障などにより過電流が流れた場合であっても、外部電極と金属端子との接合に用いられる半田が電子部品本体の発熱を直接的に検知することにより、合理的に電気的な接続を切断することができる。その結果、この発明に係るセラミック電子部品は、故障した際に確実に回路を開くことができるため、発煙や発火に至ることを防止することができる。また、当該半田は、回路を流れるAC電流に起因した電子部品本体の発熱についても感度良く検知することができるため、当該発熱により発煙や発火が生じることを防止することができる。
なお、実験例1および実験例2並びに比較実験例1において、積層セラミックコンデンサが異常発熱して高温に達するまでの時間は、積層セラミックコンデンサの故障状態に依存する。したがって、高温に達するまでの時間の長短は、本発明の過熱防止機構の性能と直接的には関係がない。
なお、この発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。
10 セラミック電子部品
20 電子部品本体
30 積層体
32a 第1の主面
32b 第2の主面
34a 第1の側面
34b 第2の側面
36a 第1の端面
36b 第2の端面
40 セラミック層
50a 第1の内部電極層
50b 第2の内部電極層
60a 第1の外部電極
60b 第2の外部電極
62a 第1の下地電極層
62b 第2の下地電極層
64a 第1のめっき層
64b 第2のめっき層
70a 第1の基板接続端子
70b 第2の基板接続端子
72a 第1の螺子孔
72b 第2の螺子孔
80a 第1の金属端子
80b 第2の金属端子
82a 第1の切欠き
82b 第2の切欠き
90a 第1の絶縁接合部
90b 第2の絶縁接合部
92a 第1の溶接接合部
92b 第2の溶接接合部
94a 第1の半田接合部
94b 第2の半田接合部
98a 第1の螺子部材
98b 第2の螺子部材
100 実装基板
110a 第1のランド部
110b 第2のランド部

Claims (13)

  1. 複数のセラミック層と、複数の第1の内部電極層と、複数の第2の内部電極層とが交互に積層されることにより直方体状に形成され、積層方向において相対する第1の主面および第2の主面と、前記積層方向に直交する幅方向において相対する第1の側面および第2の側面と、前記積層方向および前記幅方向に直交する長さ方向において相対する第1の端面および第2の端面とを含む積層体と、
    前記積層体の表面のうち、少なくとも前記第1の端面に形成されることにより、前記複数の第1の内部電極層に電気的に接続される第1の外部電極と、前記積層体の表面のうち、少なくとも前記第2の端面に形成されることにより、前記複数の第2の内部電極層に電気的に接続される第2の外部電極と、
    電気的に絶縁可能な接合材を用いて、前記第1の外部電極と絶縁された状態で、前記第1の外部電極および前記積層体のうち少なくとも1つに接合される第1の基板接続端子と、電気的に絶縁可能な接合材を用いて、前記第2の外部電極と絶縁された状態で、前記第2の外部電極および前記積層体のうち少なくとも1つに接合される第2の基板接続端子と、
    前記第1の外部電極と前記第1の基板接続端子とを電気的に接続する第1の金属端子と、前記第2の外部電極と前記第2の基板接続端子とを電気的に接続する第2の金属端子とを備え、
    前記第1の金属端子は、その一方の端部が前記第1の外部電極から離間しようとするように弾性変形した状態を維持されたまま、その一方の端部が電気的に接続可能な接合材を用いて前記第1の外部電極に接合され、且つその他方の端部が前記接合材とは異なる融点の接合手段を用いて前記第1の基板接続端子に接合され、前記第2の金属端子は、その一方の端部が前記第の外部電極から離間しようとするように弾性変形した状態を維持されたまま、その一方の端部が電気的に接続可能な接合材を用いて前記第2の外部電極に接合され、且つその他方の端部が前記接合材とは異なる融点の接合手段を用いて前記第2の基板接続端子に接合されることを特徴とする、セラミック電子部品。
  2. 前記第1の金属端子の一方の端部と前記第1の外部電極とが接合される部分、および前記第2の金属端子の一方の端部と前記第2の外部電極とが接合される部分のそれぞれは、少なくとも電気的に接続可能な接合材の表面を覆うように、ロジン、ポリオレフィンワックス、PEワックス、PPワックスのいずれかの樹脂によりコーティングされている、請求項1に記載のセラミック電子部品。
  3. 前記第1の金属端子および前記第2の金属端子のそれぞれは、ロジン、ポリオレフィンワックス、PEワックス、PPワックスのいずれかの樹脂によりコーティングされている、請求項1または2に記載のセラミック電子部品。
  4. 前記第1の金属端子および前記第2の金属端子のそれぞれは、その一方の端部側に形成される複数の櫛歯部と、その他方の端部側に形成される櫛本体部とを含む櫛体形状である、請求項1〜3のいずれかに記載のセラミック電子部品。
  5. 前記第1の金属端子および前記第2の金属端子のそれぞれは、複数から構成される、請求項1〜4のいずれかに記載のセラミック電子部品。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のセラミック電子部品と、前記セラミック電子部品が実装される実装基板とを備え、
    前記セラミック電子部品の第1の基板接続端子と、前記実装基板の第1のランド部とが電気的に接続され、且つ
    前記セラミック電子部品の第2の基板接続端子と、前記実装基板の第2のランド部とが電気的に接続される、セラミック電子部品の実装構造。
  7. 前記セラミック電子部品の第1の基板接続端子と、前記実装基板の第1のランド部とが電気的に接続された状態を固定するための第1の螺子部材と、
    前記セラミック電子部品の第2の基板接続端子と、前記実装基板の第2のランド部とが電気的に接続された状態を固定するための第2の螺子部材とをさらに備える、請求項6に記載のセラミック電子部品の実装構造。
  8. セラミック電子部品と、前記セラミック電子部品が実装される実装基板とを備えるセラミック電子部品の実装構造であって、
    前記セラミック電子部品は、
    複数のセラミック層と、複数の第1の内部電極層と、複数の第2の内部電極層とが交互に積層されることにより直方体状に形成され、積層方向において相対する第1の主面および第2の主面と、前記積層方向に直交する幅方向において相対する第1の側面および第2の側面と、前記積層方向および前記幅方向に直交する長さ方向において相対する第1の端面および第2の端面とを含む積層体と、
    前記積層体の表面のうち、少なくとも前記第1の端面に形成されることにより、前記複数の第1の内部電極層に電気的に接続される第1の外部電極と、前記積層体の表面のうち、少なくとも前記第2の端面に形成されることにより、前記複数の第2の内部電極層に電気的に接続される第2の外部電極と、
    前記第1の外部電極と前記実装基板とを電気的に接続する第1の金属端子と、前記第2の外部電極と前記実装基板とを電気的に接続する第2の金属端子とを含み、
    前記実装基板は、
    前記第1の金属端子を介して前記第1の外部電極に電気的に接続される第1のランド部と、前記第2の金属端子を介して前記第2の外部電極に電気的に接続される第2のランド部とを含み、且つ
    電気的に絶縁可能な接合材を用いて、前記第1の外部電極と絶縁された状態で、前記第1の外部電極および前記積層体のうち少なくとも1つに接合され、且つ電気的に絶縁可能な接合材を用いて、前記第2の外部電極と絶縁された状態で、前記第2の外部電極および前記積層体のうち少なくとも1つに接合され、
    前記第1の金属端子は、その一方の端部が前記第1の外部電極から離間しようとするように弾性変形した状態を維持されたまま、その一方の端部が電気的に接続可能な接合材を用いて前記第1の外部電極に接合され、且つその他方の端部が前記接合材とは異なる融点の接合手段を用いて前記第1のランド部に接合され、前記第2の金属端子は、その一方の端部が前記第の外部電極から離間しようとするように弾性変形した状態を維持されたまま、その一方の端部が電気的に接続可能な接合材を用いて前記第2の外部電極に接合され、且つその他方の端部が前記接合材とは異なる融点の接合手段を用いて前記第2のランド部に接合されることを特徴とする、セラミック電子部品の実装構造。
  9. 前記セラミック電子部品の第1の金属端子の他方の端部と、前記実装基板の第1のランド部とが電気的に接続された状態を固定するための第1の螺合部材と、
    前記セラミック電子部品の第2の金属端子の他方の端部と、前記実装基板の第2のランド部とが電気的に接続された状態を固定するための第2の螺合部材とをさらに備える、請求項8に記載のセラミック電子部品の実装構造。
  10. 前記第1の金属端子の一方の端部と前記第1の外部電極とが接合される部分、および前記第2の金属端子の一方の端部と前記第2の外部電極とが接合される部分のそれぞれは、ロジン、ポリオレフィンワックス、PEワックス、PPワックスのいずれかの樹脂によりコーティングされている、請求項8または9に記載のセラミック電子部品の実装構造。
  11. 前記第1の金属端子および前記第2の金属端子のそれぞれは、ロジン、ポリオレフィンワックス、PEワックス、PPワックスのいずれかの樹脂によりコーティングされている、請求項8〜10のいずれかに記載のセラミック電子部品の実装構造。
  12. 前記第1の金属端子および前記第2の金属端子のそれぞれは、その一方の端部側に形成される複数の櫛歯部と、その他方の端部側に形成される櫛本体部とを含む櫛体形状である、請求項8〜11のいずれかに記載のセラミック電子部品の実装構造。
  13. 前記第1の金属端子および前記第2の金属端子のそれぞれは、複数から構成される、請求項8〜12のいずれかに記載のセラミック電子部品の実装構造。
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