电子部件的制作方法
【专利摘要】本发明旨在提供一种在进行焊接安装时能在不发生焊料爆裂的情况下实施可靠性高的焊接安装的电子部件，进一步提供一种在进行焊接安装时不会出现须晶且高温下的接合强度优异的电子部件。在包括电子部件主体(陶瓷层叠体)1和形成在电子部件主体1的表面上的外部电极5的电子部件A1中，外部电极具有选自Cu-Ni合金层和Cu-Mn合金层中的至少一种合金层10和形成在合金层10外侧的含有Sn的含Sn层20。将含Sn层形成在外部电极的最外层。将含Sn层形成为与合金层接触。含Sn层为镀层。合金层为镀层。合金层为厚膜电极。
【专利说明】电子部件
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电子部件，更详细地，涉及一种具有外部电极、该外部电极通过焊 接接合到安装用陆地电极（land electrode)等接合对象物上的电子部件。
【背景技术】
[0002] 芯片电容器、芯片电感器等表面安装型电子部件通常通过将形成在电子部件主体 上的外部电极焊接在例如设置在基板上的安装用陆地电极等上进行安装。
[0003] 并且，作为这种电子部件，以提高外部电极的焊料润湿性为目的，包括表面具有Sn 镀层等的外部电极的电子部件正被广泛使用。
[0004] 然而，对实施镀敷、在表面上形成有镀层的电子部件进行焊接安装时，存在残留在 外部电极内部的镀液、清洗液暴露在焊接时的高温下而急剧蒸发，引起焊料爆裂，邻接的电 极间、电子部件间发生短路的问题。
[0005] 因此，为了制造能够解决这种问题的电子部件，已提出的技术方案例如有以下的 电容器（层叠陶瓷电容器）的制造方法：在将电介质层和内部电极层交互层叠而形成的长 方体状层叠体的侧面上涂布含有球状Cu粉、薄片状Cu粉和玻璃粉末的导电膏、焙烧，将其 烧结在层叠体侧面上，由此形成与内部电极层导通的外部电极，进一步在该外部电极的表 面用湿镀法形成镀层，得到电容器（层叠陶瓷电容器）；所述导电膏中，相对于总Cu粉100 重量份，薄片状Cu粉为2?33重量份，相对于总Cu粉100重量份，玻璃粉末为6?10重 量份（可参见专利文献1)。
[0006] 这样，在为用该方法制得的电容器的情况下，由于形成了致密的外部电极（Cu厚 膜电极），因而在用湿镀法形Ni镀层、Sn镀层时，水、Ni的结晶水等不易进入外部电极的内 部，例如，在将电容器搭载在底板上的部件衰减电极上时，即使在部件衰减电极上的焊料在 回流焊工序中顺着电容器的侧面上升的情况下，由于从外部电极的内部渗出、与高温的熔 融焊料接触而发生水蒸气爆炸所需的水的量不足，因此，被认为能抑制焊料向外爆裂，防止 与邻接的电子部件之间出现短路（专利文献1的段落0008)。
[0007] 然而，由于在Cu厚膜电极中使用了虽在溶解程度上有一定差异、但会在镀液中溶 解的玻璃成分，因而仅通过将外部电极优化（致密化）的方法来完全防止焊料爆裂的发生 是困难的。
[0008] 此外，也有不少通过镀液加以改善的尝试，但实际情况是，即使这样，仍不能完全 防止玻璃成分的溶解，不能完全使焊料爆裂不发生。
[0009] 此外，如专利文献1的实施例中所示的电容器那样，在形成在外部电极上的镀层 的最外层为Sn镀层的情况下，存在其表面上Sn结晶会生成须状延伸的晶须、该晶须成为短 路的原因的问题。
[0010] 专利文献：
[0011] 专利文献1 :日本特开2005-101470号公报
【发明内容】
[0012] 本发明是为了解决上述问题而作出的，旨在提供一种在进行焊接安装时能在不发 生焊料爆裂的情况下实施可靠性高的焊接安装的电子部件，进一步提供一种在进行焊接安 装时不会出现须晶且高温下的接合强度优异的电子部件。
[0013] 为解决上述问题，本发明的电子部件具有电子部件主体和形成在所述电子部件主 体的表面上的外部电极，其特征在于，
[0014] 所述外部电极具有选自Cu-Ni合金层和Cu-Mn合金层中的至少一种合金层和
[0015] 形成在所述合金层外侧的含有Sn的含Sn层。
[0016] 另外，在本发明中，形成在电子部件主体表面上的外部电极例如包括芯片电容器、 芯片电感器等表面安装型电子部件的外部电极、形成在多层基板表面上的表面电极等。
[0017] 此外，在本发明中，上述合金层的下层侧还可具有Cu厚膜电极层等其他电极层。
[0018] 在本发明中，上述含Sn层可作为上述外部电极的最外层而形成。
[0019] 在以往的电子部件中，在外部电极的最外层为含Sn层的情况下，容易发生须晶， 但即使是在这种情况下，根据本发明的电子部件，也能抑制、防止须晶的发生。这是因为，由 于Cu-Ni合金层和/或Cu-Mn合金层与含Sn层的界面的快速扩散作用，合金层和含Sn层 迅速反应，生成金属间化合物，最外层的Sn被驱除之故。
[0020] 此外，上述含Sn层在与上述合金层接触时尤其有意义。含Sn层与合金层接触时， 合金层和含Sn层更迅速地反应，迅速生成高熔点（例如熔点在400°C以上）的金属间化合 物而固体化，因此，能高效地抑制、防止由水蒸汽从外部电极内部急速发生、即外部电极的 内部压力的上升引起的焊料爆裂的发生。
[0021] 此外，上述含Sn层优选为镀层。
[0022] 对电子部件的外部电极而言，为了提高焊料润湿性，有时会在其表面上形成Sn或 Sn系合金的镀层，但这种情况下本发明更有意义。
[0023] 此外，上述合金层可以是镀层，还可以是厚膜电极。
[0024] 合金层可以是由镀敷形成的镀层，还可以是涂布导电膏（Cu-Ni膏或Cu-Mn膏）进 行烘烤而形成的厚膜电极，任一情况下均能得到本发明的效果。
[0025] 上述合金层优选为以5?30重量％的比例含有Ni的Cu-Ni合金层和以5?30 重量％的比例含有Μη的Cu-Mn合金层中的任一种。
[0026] 满足上述必要条件能实现构成外部电极的合金层的金属材料和Sn的快速扩散作 用，得到上述那样的本发明的效果。
[0027] 上述合金层更优选为以5?20重量％的比例含有Ni的Cu-Ni合金层和以5?20 重量％的比例含有Μη的Cu-Mn合金层中的任一种。
[0028] 满足上述必要条件能实现构成外部电极的合金层的金属材料和Sn的快速扩散作 用，更切实地得到上述那样的本发明的效果。
[0029] 此外，优选的是，上述电子部件主体是具有多个陶瓷层和在上述陶瓷层之间以一 部分导出到端面的方式配设的内部电极层的陶瓷层叠体，上述外部电极以与上述内部电极 层导通的方式配置在上述内部电极层所导出的端面上。
[0030] 通常，层叠陶瓷电子部件具有上述那样的构成，本发明能良好地用于那样的层叠 陶瓷电子部件中。
[0031] 本发明的电子部件具有电子部件主体和形成在电子部件主体表面上的外部电极， 外部电极具有选自Cu-Ni合金层和Cu-Mn合金层中的至少一种合金层和形成在合金层外侧 的含有Sn的含Sn层，因此，由于Cu-Ni合金层和/或Cu-Mn合金层与含Sn层的界面的快 速扩散作用，合金层和含Sn层迅速反应，生成高熔点（例如熔点在400°C以上）的金属间化 合物而固体化，因而能高效地抑制、防止由水蒸汽从外部电极内部迅速发生、即外部电极的 内部压力的上升引起的焊料爆裂的发生。
[0032] 另外，上述Cu-Ni合金层和/或Cu-Mn合金层与Sn的快速扩散通过金属间化合物 在由热处理工序而熔融的Sn中边剥离、分散边重复反应而发生。
[0033] 此外，通过上述快速扩散，合金层外侧的含Sn层中的Sn基本上被迅速驱除，因而， 即使在例如设置在外部电极外侧的含Sn层位于最外层的情况下，也能高效地抑制、防止作 为本发明问题的须晶的发生。
[0034] 此夕卜，由于Cu-Ni合金层和/或Cu-Mn合金层与Sn的快速扩散，Sn的大部分迅速 被驱除，在电子部件与接合对象物（例如基板的安装用陆地电极）的接合部上生成熔点在 400°C以上的金属间化合物，因此，在安装电子部件后的阶段，在实施多次回流焊的情况下， 以及在安装的电子部件（例如车载用电子部件）在高温环境下使用等情况下，均可形成不 会引起电子部件脱落、高温强度高的接合部（焊接接合部）。
[0035] 此外，在外部电极的最外层为选自Cu-Ni合金层和Cu-Mn合金层中的至少一种的 情况下，会有合金层被氧化、无法得到充分的焊料润湿性的情况，但在本发明中，在合金层 的外侧设有含Sn层，因而能防止由合金层被氧化引起的焊料润湿性降低，确保良好的焊接 性。
[0036] 另外，为了更切实地得到本发明的效果，优选使Cu-Ni合金层和/或Cu-Mn合金层 的厚度与抗氧化膜（含Sn膜）的厚度的关系在相对于合金层10 μ m，含Sn膜的厚度为2? 3μπι的范围内。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 图1是示意性地显示本发明的实施方式一的电子部件（层叠陶瓷电容器）Α1的构 成的截面图。
[0038] 图2是示意性地显示本发明的实施方式二的电子部件（层叠陶瓷电容器）Α2的构 成的截面图。
【具体实施方式】
[0039] 下面显示本发明的实施方式，对本发明的特征部分进行更详细的说明。
[0040] 这里，作为本发明实施方式的电子部件，制作具有图1所示结构的层叠陶瓷电容 器（实施方式一）A1和具有图2所示结构的层叠陶瓷电容器（实施方式二）Α2。
[0041] 图1所示的实施方式一的电子部件（层叠陶瓷电容器）Α1通过在作为电子部件主 体的陶瓷层叠体（层叠陶瓷元件）1的两端面4、4上以与内部电极2导通的方式配设一对外 部电极5、5而形成，在陶瓷层叠体1的结构中，内部电极2夹着作为电介质层的陶瓷层（电 介质陶瓷层）3而层叠，交互地引出到陶瓷层叠体1的两端面4、4上。
[0042] 外部电极5具有Cu厚膜电极层50、在该Cu厚膜电极层50上通过镀敷形成的 Cu-Ni合金层或Cu-Mn合金层（下面也仅称作"合金层"）10和在合金层10上通过镀敷形 成的Sn镀层（本发明中的含Sn层）20。
[0043] 此外，图2所示的实施方式二的电子部件（层叠陶瓷电容器）A2也与图1所示的 电子部件（层叠陶瓷电容器）A1相同，通过在作为电子部件主体的陶瓷层叠体（层叠陶瓷 元件）1的两端面4、4上以与内部电极2导通的方式配设一对外部电极5、5而形成，在陶瓷 层叠体1的结构中，内部电极2夹着作为电介质层的陶瓷层（电介质陶瓷层）3而层叠，交 互地引出到陶瓷层叠体1的两端面4、4上。
[0044] 但是，在图2的电子部件A2中，外部电极5、5具有形成在陶瓷层叠体（层叠陶瓷元 件）1的两端面4、4上的Cu-Ni合金层（厚膜Cu-Ni合金层）或Cu-Mn合金层（厚膜Cu-Mn 合金层）l〇a和在该厚膜Cu-Ni合金层或厚膜Cu-Mn合金层10a上通过镀敷形成的Sn镀层 (本发明的含Sn层）20。
[0045] 〔实施方式一的电子部件（层叠陶瓷电容器）A1的制造〕
[0046] 下面对实施方式一的电子部件（层叠陶瓷电容器）A1(可参见图1)的制造方法进 行说明。
[0047] (1)首先，制作以钛酸钡为主要成分的陶瓷生片。然后，在该陶瓷生片的表面上丝 网印刷以Ni粉为导电成分的导电膏（内部电极用膏），形成内部电极膏图案。
[0048] (2)接着，将形成有内部电极膏图案的陶瓷生片多片层叠，压粘，形成层叠体。
[0049] (3)然后，将该层叠体沿层叠方向、即厚度方向切割，得到芯片层叠体（焙烧后形 成陶瓷层叠体1 (图1)的未焙烧层叠体），该芯片层叠体中，内部电极膏图案在彼此相向的 端面（切割端面）的一侧和另一侧上交替露出。
[0050] (4)接着，将该未焙烧层叠体在空气中于1300°C下焙烧1小时，得到陶瓷层叠体 1 (图1)。该陶瓷层叠体1的尺寸为宽（W) = 0· 8mm，长（L) = 1. 6mm，厚（W) = 0· 8mm。
[0051] (5)然后，向该陶瓷层叠体1的两端面上涂布焙烧型Cu膏（以Cu粉末为导电成分 的Cu厚膜膏），通过焙烧形成作为外部电极主体的Cu厚膜电极50。
[0052] (6)接着，使用Cu-Ni合金镀液在形成在上述陶瓷层叠体1的两端面上的Cu厚膜 电极50上进行电镀，形成Cu-Ni合金层（镀层）或Cu-Mn合金层（镀层）10。
[0053] 此时，通过改变镀液中的Cu金属盐和Ni金属盐的比率形成具有表1的试样编号 1?14的合金组成的Cu-Ni合金层或Cu-Mn合金层。
[0054] 另外，例如，表1的试样编号1的合金层的组成栏中的"Cu_5Ni"的数字5表不该 成分（这种情况下为Ni)的重量％的值。即，这种情况下，表示Cu-Ni合金粉末中所占的Ni 的比例为5重量％。对其他试样而言，Ni的比例和Μη的比例也用同样的方法进行表示。
[0055] 此外，通过改变镀敷处理的时间调整表1的试样编号1?14所示的Cu-Ni合金层 (镀层）或Cu-Mn合金层（镀层）的厚度。
[0056] (7)然后，继续使用Sn镀液在用上述（6)的工序形成的Cu-Ni合金层或Cu-Mn合 金层上形成厚2 μ m的Sn镀层（含Sn层）20,从而制得表1的试样编号1?14的、本发明 的实施方式一的电子部件（层叠陶瓷电容器）A1 (可参见图1)。
[0057] 此外，为了进行比较，制得表1的试样编号15的试样（与实施方式一的电子部件 A1相对应的比较例1的试样），其除了不包括上述Cu-Ni合金层或Cu-Mn合金层，而包括厚 10 μ m的Ni层（镀Ni层）以外，与上述试样编号1?14的试样具有相同的结构。
[0058] 〔实施方式二的电子部件（层叠陶瓷电容器）A2的制造〕
[0059] 下面对实施方式二的电子部件（层叠陶瓷电容器）A2(可参见图2)的制造方法进 行说明。
[0060] (1)首先，制作以钛酸钡为主要成分的陶瓷生片。然后，在该陶瓷生片的表面上丝 网印刷以Ni粉为导电成分的导电膏（内部电极用膏），形成内部电极膏图案。
[0061] (2)接着，将形成有内部电极膏图案的陶瓷生片多片层叠，压粘，形成层叠体。
[0062] (3)然后，将该层叠体沿层叠方向、即厚度方向切割，得到芯片层叠体（焙烧后形 成陶瓷层叠体1 (图2)的未焙烧层叠体），该芯片层叠体中，内部电极膏图案在彼此相向的 端面（切割端面）的一侧和另一侧上交替露出。
[0063] (4)接着，将该未焙烧层叠体在空气中于1300°C下焙烧1小时，得到陶瓷层叠体 1 (图2)。该陶瓷层叠体1的尺寸为宽（W) = 0· 8mm，长（L) = 1. 6mm，厚（W) = 0· 8mm。
[0064] (5)然后，向该陶瓷层叠体1的两端面4、4上涂布焙烧型Cu-Ni厚膜膏或Cu-Mn厚 膜膏作为外部电极形成用导电膏。
[0065] 作为Cu-Ni厚膜膏，使用将粒径3 μ m的Cu-Ni粉末、玻璃粉、有机粘合剂、分散剂 和有机溶剂混合、用球磨机和辊磨机分散、混炼而形成的膏状物。
[0066] 此外，作为Cu-Mn厚膜膏，同样地，使用将粒径3 μ m的Cu-Mn粉末、玻璃粉、有机粘 合剂、分散剂和有机溶剂混合、用球磨机和辊磨机分散、混炼而形成的膏状物。
[0067] 而且，使构成Cu-Ni厚膜膏的Cu-Ni合金粉末中所占的Ni的比例和构成Cu-Mn厚 膜膏的Cu-Mn合金粉末中所占的Μη的比例在表2的试样编号21?30所示的范围内变化。
[0068] (6)然后，对在两端面4、4上涂布了按上述那样制得的Cu-Ni厚膜膏或Cu-Mn厚膜 膏的陶瓷层叠体1进行焙烧，形成厚膜Cu-Ni合金层或厚膜Cu-Mn合金层10a (图2)。
[0069] 另外，通过观察截面，确认焙烧后的合金层l〇a的厚度为100?150 μ m。
[0070] (7)接着，使用Sn镀液在用上述（6)的工序形成的厚膜Cu-Ni合金层或厚膜Cu-Mn 合金层l〇a上形成厚2 μ m的Sn镀层（含Sn层）20,从而制得本发明的实施方式二的、表2 的试样编号21?30的电子部件（层叠陶瓷电容器）A2 (可参见图2)。
[0071] 此外，为了进行比较，制作了表2的试样编号31的试样（与实施方式二的电子部 件A2相对应的比较例2的试样），该试样除了不包括上述厚膜Cu-Ni合金层或厚膜Cu-Mn 合金层而包括厚100?150μπι的Cu厚膜层以外，与上述试样编号21?30的试样具有相 同的构成。
[0072] 然后，对按上述方法制得的表1的试样编号1?14的试样（本发明的实施方式一 的试样）和试样编号15的比较例1的试样，以及表2的试样编号21?30的试样（本发明 的实施方式二的试样）和试样编号31的比较例2的试样进行下述特性评价。
[0073] 〔特性评价〕
[0074] 在评价特性时，准备具有Cu电极（接合对象物）的基板（用于层叠陶瓷电子部件 的贴覆有Cu的FR4玻璃环氧基板），将其作为焊接安装作为按上述方法制得的试样的电子 部件（层叠陶瓷电容器）用的基板。然后，使用金属掩模在Cu电极表面上印刷千住金属工 业公司生产的Sn-3Ag-0. 5Cu焊膏（旧MIL规格RA Flux)。金属掩模的厚度为50 μ m。
[0075] 另外，在上述材料（焊膏）的标记中，例如"Sn-3Ag-0. 5Cu"的数字3表示该成分 (这种情况为Ag)的重量％的值，0. 5表示Cu的重量％的值。
[0076] 接着，在印刷的焊膏上安装上作为用上述方法制得的试样的各电子部件（层叠陶 瓷电容器）后，使用回流焊装置在预热150°C、正式加热250°C的条件下将电子部件的外部 电极和玻璃环氧基板接合，由此将外部电极和Cu电极电连接和机械连接。
[0077] 将按上述方法所得的接合结构体作为特性评价用试样，用以下方法评价特性。
[0078] 《焊料爆裂评价》
[0079] 对按上述方法制得的特性评价用试样在10倍的放大倍数下进行实体显微镜观 察，检查有无焊料粒的飞散，将发现有飞散的试样评价为不良（X )，未发现飞散的试样评价 为良（〇）。
[0080] 《须晶评价》
[0081] 将特性评价用试样在50°C的恒温槽中放置60天后，对除了镀层端部至相距5mm处 的周边区域之外的中央区域在1000倍下进行SEM观察，检查有无须晶，将发现有须晶的试 样评价为不良（X)，将未发现须晶的试样评价为良（〇）。
[0082] 《高温强度评价》
[0083] 将使基板的接合有电子部件（层叠陶瓷电容器）的面朝下的特性评价用试样在 250°C热风强风循环烘箱中放置5分钟后取出，检查电子部件有无从基板上脱落，由此评价 高温时的接合强度（高温强度）。
[0084] 将此时有电子部件脱落的试样评价为不良（X)。为了进一步确认电子部件的外部 电极和基板的Cu电极通过金属间化合物进行接合的状态，在对未反应的金属Sn成分进行 蚀刻后，检查电子部件有无脱落。
[0085] 然后，对此时发现有电子部件脱落的试样，鉴于好歹接合在一起而评价为良 (〇），将在蚀刻后电子部件也未脱落的试样视为通过金属间化合物而牢固地接合，评价为 优（◎)。
[0086] 将特性的评价结果一并示于表1和表2。
[0087] 表 1
[0088]
【权利要求】
1. 电子部件，其具有电子部件主体和形成在所述电子部件主体表面的外部电极，其中， 所述外部电极具有选自Cu-Ni合金层和Cu-Mn合金层中的至少一种合金层和形成在所 述合金层外侧的含有Sn的含Sn层。
2. 根据权利要求1所述的电子部件，其特征在于，所述含Sn层形成在所述外部电极的 最外层。
3. 根据权利要求1或2所述的电子部件，其特征在于，所述含Sn层与所述合金层接触。
4. 根据权利要求1?3中任一项所述的电子部件，其特征在于，所述含Sn层为镀层。
5. 根据权利要求1?4中任一项所述的电子部件，其特征在于，所述合金层为镀层。
6. 根据权利要求1?4中任一项所述的电子部件，其特征在于，所述合金层为厚膜电 极。
7. 根据权利要求1?6中任一项所述的电子部件，其特征在于，所述合金层为以5? 30重量％的比例含有Ni的Cu-Ni合金层和以5?30重量％的比例含有Μη的Cu-Mn合金 层中的任一种。
8. 根据权利要求1?7中任一项所述的电子部件，其特征在于，所述合金层为以5? 20重量％的比例含有Ni的Cu-Ni合金层和以5?20重量％的比例含有Μη的Cu-Mn合金 层中的任一种。
9. 根据权利要求1?8中任一项所述的电子部件，其特征在于，所述电子部件主体为具 有多个陶瓷层和在所述陶瓷层之间以一部分被导出到端面的方式配设的内部电极层的陶 瓷层叠体， 所述外部电极配置在所述内部电极层所导出的端面上，与所述内部电极层导通。
【文档编号】H01G4/228GK104145317SQ201380012399
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年2月12日 优先权日:2012年3月5日
【发明者】高冈英清, 中野公介, 太田裕, 川崎健一 申请人:株式会社村田制作所