(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電層と導電層とを積層させた積層体と、前記積層体の両端部に設けられ、前記導電層を相互に接続する端面電極と、を備えた積層構造体であって、
前記端面電極が、フレーク形状の導電粒子と塊状形状の導電粒子と樹脂材料とを含み、
前記端面電極材料中の前記樹脂材料が、熱可塑性樹脂を主成分とし、
前記塊状形状導電粒子が表面に複数個の突起を有する導電接続構造体。
【請求項２】
端面電極の上に、単層あるいは複層の導電層を設けた請求項１に記載の導電接続構造体。
【請求項３】
端面電極材料中のフレーク形状導電粒子が、比表面積０.５〜４ｍ2/g、タップ密度１〜１０g/ccである請求項１に記載の導電接続構造体。
【請求項４】
端面電極材料中の塊状形状導電粒子が、平均粒径0.1〜10μｍ、比表面積0.1〜５ｍ2/g、タップ密度１〜20g/ccである請求項１に記載の導電接続構造体。
【請求項５】
端面電極材料中の熱可塑性樹脂の分子量が1000以上である請求項１に記載の導電接続構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術用分野】
本発明は、電子部品に電極材料・導電接合材料として使用される導電接続構造体およびこれに用いる導電性組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子部品や回路のダウンサイジングおよび高機能化に伴い、部品に使用される電極は、多層化等、非常に高密度で複雑な構造をとるようになっている。多層化され、立体的に配置された電極を、相互に接続する方法には種々あり、例えば、チップ型電子部品では内層化された導電層が露出している端面に電極（端面電極）を設けることなどが行われている。
【０００３】
この端面電極の材料としては、導電粒子・フリットガラス等を主成分とする焼成型厚膜材料が一般に使用されている。この焼成型厚膜材料はビヒクルに分散されたペースト状態で端面に塗布され、数百℃以上で焼成されて電極となる。焼成型厚膜材料は、高温で焼成されるため、焼成型厚膜材料中の導電粒子と端面に露出している内層電極とが相互に固体拡散し、非常に安定な導電接続が得れる。また、焼成型厚膜材料中のフリットガラスも端面基材に固体拡散するため、端面と非常に堅固な密着が得られる。ここで基材とは、電子部品を構成する材料のことであり、電子部品がチップコンデンサであれば、誘電体材料のことである。
【０００４】
しかし焼成型厚膜材料は、電極形成に高温を要し、膜がガラス質であるため、端面基材としては、端面電極焼成温度以上の耐熱性を有する材質に限定される。また、可撓性に乏しく、熱衝撃や撓み応力に対しクラック・剥離等の膜破壊が生じやすい。
【０００５】
上記焼成型厚膜端面電極に対し、最近、フリットガラスの代わりに樹脂材料、特に熱硬化性樹脂をバインダーに用いた硬化型樹脂厚膜端面電極が提案されている（特開平３−２６６４０４号公報、特開平３−２７０００３号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この熱硬化性樹脂をバインダに用いた厚膜端面電極では、撓み強度が十分でない。最近、携帯機器などが多数出回り、機器の小型化にともない基板（プリント基板）の厚みも小さくなってきており、これにより基板が撓みやすくなってきた。熱硬化性樹脂は、変形率が小さい段階で、破壊するため、基板の撓みに対して端面電極が追従できず、電子部品が基板から剥離しやすい。つまり、基板の撓みに対しての強度が小さいのである。
【０００７】
また、電子部品の耐環境信頼性試験に耐えうるだけの十分な性能も得られていない。例えば、ヒ−トサイクル試験により、電子部品に繰り返し熱履歴を加えていくと、熱硬化性樹脂が膨張・収縮を繰り返すことになり、内層電極と端面電極間の導電接続部に亀裂が入り、導電構造が断線、あるいは基材（ここで基材とは、電子部品本体を構成する材料。チップコンデンサであれば誘電体材料、チップインダクタであれば磁性体材料のことである。）にクラックを生じさせてしまう。これは、熱硬化性樹脂には硬化する際の収縮により大きな残留応力が残っており、これに熱応力が付加されるからである。
【０００８】
そこで本発明は、基板が薄くなり、撓み量が大きくなっても撓み密着強度が高く、端面電極と端面に露出した内層電極間の高信頼性の接続ができる導電接続構造体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の導電接続構造体は、誘電層と導電層とを積層させた積層体と、前記積層体の両端部に設けられ、前記導電層を相互に接続する端面電極と、を備えた積層構造体であって、前記端面電極が、フレーク形状の導電粒子と塊状形状の導電粒子と樹脂材料とを含み、前記端面電極材料中の前記樹脂材料は、熱可塑性樹脂を主成分とし、前記塊状形状導電粒子が表面に複数個の突起を有する。端面電極厚膜材料中の樹脂材料に、主成分として熱可塑性樹脂を用いることにより、大きな基板撓み、および熱応力に対しても安定な接続が実現できる。これは、熱可塑性樹脂を含ませることで、破壊に至るまでの変形率が大きくなり、基板撓みに追従できようになるためである。
【００１０】
さらに熱可塑性樹脂を含ませることにより、硬化収縮による残留応力が小さくなること、および熱衝撃に対して熱可塑性樹脂が緩衝剤として働き、高信頼性の導電接続および基材の端面のクラック発生を防止できる。
【００１１】
ここで用いられる熱可塑性樹脂には、例えばポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリウレア、ポリアクリレート、ポリビニルエーテル、ポリビニルエステル、ポリビニルハライド、セルロース類等が使用でき、これらの共重合体あるいは変性体でも構わない。これらの熱可塑性樹脂は１種または２種以上の任意の組み合わせで使用することも可能である。熱硬化性樹脂を含んでいてもよいが、重量比で３０パーセント以下にし、その他は熱可塑性樹脂でなければならない。
【００１２】
また、本発明の導電接続構造体の端面電極厚膜材料中の熱可塑性樹脂材料は、分子量が１０００以上の物が望ましい。これは樹脂材料の分子量が高いほど少ない樹脂材料で多量の導電粒子を被覆できるためである。端面電極はペースト状態の厚膜材料を基材端面に塗布後、固化して形成される。適正な電極を形成させるには、ペーストのレオロジーを最適化する必要がある。最適なレオロジーを得るためには、導電粒子表面を樹脂材料で完全に被覆する必要があり、厚膜材料中の樹脂材料の割合はある一定量以上必要である。高分子量の樹脂材料は、少量でも多量の導電粒子を被覆できるため、最適なレオロジーが得られやすい利点がある。また、高分子量の樹脂材料は厚膜材料中の導電粒子の割合を増やすこと、および導電接触確率が高いが高比表面積で被覆しにくいフレーク粉を多量に含ませることができるため、内層電極との接続性が一層高めることができる。
【００１３】
本発明導電接続構造体の端面電極厚膜材料中は、導電粒子と樹脂材料の比率としては体積比で35：65〜80：20が好ましい。またフレーク形状導電粒子と塊状形状導電粒子の比率は体積比で10：90〜80：20が好ましい。
【００１４】
本発明導電接続構造体の端面電極厚膜材料には以上の成分の他に、必要に応じて溶剤、分散剤等のレオロジー調節剤、充填剤等が加えられてペースト状態にされる。
【００１５】
誘電層と導電層を積層し、内層導電層を露出させた積層体の両端部に上記ペースト状の厚膜材料を転写し300℃以下で固め端面電極を設け、露出した各層の内層導電層と端面電極を相互に導電接続させた導電接続構造体を得る。
【００１６】
端面電極は、フレーク形状の導電性粒子と熱可塑性樹脂とで構成されているが、さらに、端面電極の上に単層あるいは複層の導電層を設けた構造にすることもできる。この単層あるいは複層の導電層の材質は、例えばNi,Cu,Cr,Pb,Sn,Zn,In,Bi,Au,Ag,Pd,Pt,から選ばれる少なくとも一つの金属又はこれらの合金（半田など）が使用できる。導電層の形成方法には特に制限はなく、例えばメッキ・蒸着・スパッタリング・厚膜塗工などが使用できる。
【００１７】
この端面電極厚膜に使用される導電性粒子の材質としては、例えばNi,Cu,Al,Ti,Cr,Pb,Sn,Zn,In,Bi,Au,Ag,Pd,Pt,から選ばれる少なくとも一つの金属粒子又はこれらの合金粒子、これらの金属を粒子表面に配した金属被覆粒子、さらにカーボン等の導電性を有する非金属粒子が使用できる。
【００１９】
具体的な形状・大きさとしては以下のものが好ましい。
フレーク形状導電粒子は、比表面積０.５〜４ｍ2/g、タップ密度１〜１０g/cc、であり、塊状形状導電粒子は、平均粒径0.1〜10μｍ、比表面積0.1〜５ｍ2/g、タップ密度１〜20g/ccである。
【００２０】
本発明導電接続構造体の端面電極厚膜に使用する導電粒子としては、フレーク形状の粒子は必須である。これは、図３に示すように、フレーク形状粒子を端面に添って平行に配置することにより、各積層電極との接触を確実にすることができるからである。好ましくは、導電粒子は、上記２種の形状を有しているものがよい。また、これら２種類の導電粒子のほかに必要に応じて別の粒子を添加することもできる。
【００２１】
本発明の導電接続構造体は、端面電極がフレーク形状を有する導電粒子と熱可塑性樹脂材料とを含む厚膜材料で構成されているため、非常に信頼性の高い導電接続が実現できる。積層体の両端部に露出した各層の導電層と、その端面上に設けた端面電極厚膜材料中の導電粒子とが接触することで導電接続する。この厚膜材料中の導電粒子がフレーク形状をしており、フレーク形状の長手方向が端面に露出した内層電極の長手方向とほぼ垂直方向に配置されており、露出した内層電極との電気的な接触を確実に行うことができる。よって、両端部に露出した各層の導電層と端面電極厚膜材料中の導電粒子の接触確率が格段に向上し、信頼性の高い導電接続が実現できる。
【００２２】
フレーク形状を有する導電粒子と塊状形状を有する導電粒子とを組み合わせることで、信頼性の高い導電接続を確保しながら、さらに高い電極の撓み強度を有する端面電極が実現できる。
【００２３】
より具体的なフレーク形状導電粒子の形状・大きさとしては、比表面積０.５〜４ｍ2/g、タップ密度１〜１０g/ccのものが好ましい。比表面積が４ｍ2/gより高くタップ密度が１g/ccより低い場合、端面電極の転写形成が不安定となると共に強度が低下する。一方比表面積０.５ｍ2/gより低くタップ密度が１０g/ccより高い場合、導電接触確率が低下し安定な導電接続信頼性が実現できない。
【００２４】
より具体的な塊状形状導電粒子の形状・大きさとしては、平均粒径0.1〜10μｍ、比表面積0.1〜５ｍ2/g、タップ密度１〜20g/ccのものが好ましい。この範囲を越え平均粒径とタップ密度が高すぎ比表面積が低すぎた場合、端面電極ペーストの相分離(導電粒子沈殿)が生じる。
【００２５】
反対に、平均粒径とタップ密度が低すぎ比表面積が高すぎた場合、電極の撓み強度が低下する。塊状形状導電粒子としては、粒子表面に複数個の突起を有する。これは突起が接触確率を高めるためと、突起凹凸に厚膜バインダーである樹脂材料が食い込みアンカー効果で電極の撓み強度を著しく高められるためである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施例の一つであるチップ型セラミックコンデンサの断面図である。基材は、セラミック誘電体材料であり、セラミック誘電体層１と内層電極層２とが積層された積層構造になっており、各端面側に露出している内層電極２をそれぞれ接続するため、端面電極層３がコンデンサ端面に配置されている。また端面電極層３は、ここでは、フレーク形状を有する導電粒子と塊状形状を有する導電粒子と樹脂材料とを含む厚膜電極層３ａ、その上に、Ｎｉ導電層３ｂ、ハンダ導電層３ｃが形成されている。
【００２８】
このコンデンサの製造方法を以下に説明する。チタン酸バリウムや酸化チタン等を主成分とした強誘電体セラミックのグリーンシートの表面に、ＰｄやＮｉ等の金属粒子とガラスフリットを主成分とする厚膜ペーストを印刷などによって所定のパターンに塗布し乾燥させる。この誘電体シートを複数枚積層後、所定の個片状に切断加工し、相対する両端面に内層電極２が露出された状態とする。これを1000℃以上で焼成しチップ個片状のコンデンサ素子を得る。
【００２９】
次にこの素子の両端部に露出している内層電極２と接続する端面電極３を形成する。
【００３０】
この端面電極３は、厚膜電極層３ａ、Ｎｉ導電層３ｂ、ハンダ導電層３ｃからなる。但し、Ｎｉ導電層３ｂ、ハンダ導電層３ｃはなくてもよい。なお厚膜電極層３ａはペーストの状態で、素子端面に塗布され温度をかけて固化される。
【００３１】
厚膜電極層３ａの組成は、本実施例では図４に示すような、フレーク形状を有する導電粒子と塊状形状を有する導電粒子と樹脂材料とを含む厚膜材料である。
【００３２】
一方比較例１の厚膜電極層３ａでは、Ａｇ等の金属粒子とガラスフリットを主成分とする厚膜材料である。比較例２、３および４の厚膜電極層３ａでは図４に示すような組成の厚膜材料である。
【００３３】
これら厚膜電極層３ａを形成した後、厚膜電極層３ａ素子上にそれぞれＮｉ導電層３ｂ、ハンダ導電層３ｃをメッキ等で設けガラスエポキシ基板に２３０℃でハンダ付けし評価した。評価結果を図５に示す。
【００３４】
比較例１では、導電接続の信頼性は高いが撓み強度が低い。これは比較例１での端面電極がガラスをバインダーとする厚膜材料であり堅いため、基板の撓みに対し追従できず導電接続が破壊したものと考えられる。
【００３５】
比較例２は、接続抵抗が高くまたその接続安定性も低い。これは比較例２に使われている端面電極が図４にあるように導電粒子が塊状形状の物のみで構成されているため内層電極との接触確率が非常に低く不安定であるためである。また樹脂材料がフェノール樹脂であるため硬化収縮応力が大きく熱応力に対し接続が破壊されてしまうものと考える。また比較例２の端面電極膜はガラス膜よりは多少柔らかいものの未だ不十分で大きな基板の撓みには耐えられない。
【００３６】
比較例３では初期の接続抵抗は低く安定な接続が得られているが熱応力が負荷されると接続が破壊してしまう。この理由は初期こそ樹脂の大きな硬化収縮応力によって導電粒子が内層電極に押しつけられ導電接続が実現されているが、一旦熱応力が負荷されるとその大きな収縮応力が災いして接続が破壊に至る。また膜も未だ堅く大きな基板の撓みには耐えられない。
【００３７】
比較例４では初期の接続抵抗とハンダ耐熱試験に対しては接続を維持しているが、熱衝撃試験、高温高湿負荷試験及び撓み強度については接続を維持できていない。比較例４では端面電極の導電粒子がフレーク形状を有しているため接続信頼性は高くはんだ耐熱のような瞬間的な熱応力に対しては対応できる導電接続が得られる。
【００３８】
しかしフレーク形状を有する導電粒子で構成された厚膜電極は密着性が低い。このため高温高湿環境下では膜が剥離しその結果両端面電極間の電位差でＡｇマイグレーションが発生してしまう。また、樹脂材料が熱硬化性であるため大きな硬化歪を残しているため、繰り返し熱応力が負荷される熱サイクル試験に対しても接続を維持できない。
【００３９】
これに対し図５にあるように本発明による導電接続構造体は様々な環境負荷に対しても信頼性の高い接続を実現できる。また基板の撓みに対しても倍以上の強度を有している。
【００４０】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施例の一つであるチップ型インダクタの断面図である。インダクタは、基材がセラミック磁性体であり、磁性体層４の中に内層電極層５が形成されている。また、基材の端面には、端面電極層３が形成されている。
【００４１】
端面電極層３は、フレーク形状を有する導電粒子と塊状形状を有する導電粒子と樹脂材料とを含む厚膜電極層３ａ、Ｎｉ導電層３ｂ、ハンダ導電層３ｃから構成されている。
【００４２】
この実施例においても従来の導電接続構造に比べ信頼性の高い接続を実現でき、また基板の撓みに対しても大きな強度を有していることが確認できている。
【００４３】
本発明は以上のチップ型セラミックコンデンサやチップ型インダクタの例に限らず、端面に露出した内層電極を端面電極とを相互に接続する場合に広く適用できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明では、端面電極の樹脂材料に熱可塑性樹脂を用いることにより、昨今増加してきている基財の大きな撓みに対しても、従来の電極構造に対して倍以上の強度を有している。
【００４５】
特に端面電極の膜中にフレーク形状を有する導電粒子と熱硬化性樹脂材料とを含み、フレーク状導電粒子の長手方向が端面に対して平行に配置されているので、内層電極と端面電極に接続が確実になり、環境負荷に対しても耐えられる信頼性の高い導電接続が実現できる。
【００４６】
更に本発明は端面電極形成プロセスが高温ではなく、２００度程度の比較的低温で行われるため、低コスト化はもちろん、熱履歴に弱い素子・基材に対しても適用可能で、熱によって特性変化が出てしまう課題に対しても大きな改善効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のチップコンデンサの構造断面図
【図２】本発明の一実施例のチップインダクタの構造断面図
【図３】本発明の一実施例のチップコンデンサの構造断面図の拡大図
【図４】厚膜電極層の組成を示す図
【図５】評価結果を示す図
【符号の説明】
１  セラミック誘電体層
２  内層電極層
３  端面電極層
３ａ  フレーク形状を有する導電粒子と塊状形状を有する導電粒子と樹脂材料とを含む厚膜電極層
３ｂ  Ｎｉ導電層
３ｃ  ハンダ導電層
４  セラミック磁性体層
５  内層電極層
３０ａ  フレーク形状を有する導電粒子
３０ｂ  塊状形状を有する導電粒子
【図１】
0003887870.tif 000002
【図２】
0003887870.tif 000003
【図３】
0003887870.tif 000004
【図４】
0003887870.tif 000005
【図５】
0003887870.tif 000006