【解決手段】本発明は、キャパシタ本体、及び上記キャパシタ本体の両端にそれぞれ形成される一対の外部電極を含む積層型キャパシタと、インターポーザ本体、及び上記インターポーザ本体の両端にそれぞれ形成される一対の外部端子を含むインターポーザと、を含み、上記外部端子は、上記インターポーザ本体の上面に形成され、上記外部電極と接続される接合部、上記インターポーザ本体の下面に形成される実装部、及び上記インターポーザ本体の端面に上記接合部と実装部を連結するように形成される連結部を含み、上記外部電極と上記接合部の間に接合剤が配置され、上記接合剤は、上記外部端子の連結部に沿って下降し、上記接合剤が上記外部端子の連結部に沿って下降する高さをt、上記インターポーザの高さをTと定義するとき、t/Tが0.04≦t/T≦0.80を満たす電子部品を提供する。
前記高融点半田は、アンチモン(Sb)、カドミウム(Cd)、鉛(Pb)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)のうち少なくとも一つ以上を含む、請求項3に記載の電子部品。
前記キャパシタ本体は、互いに対向する第1及び第2面、第1及び第2面と連結され、且つ互いに対向する第3及び第4面、及び第1及び第2面と連結され、第3及び第4面と連結され、且つ互いに対向する第5及び第6面を含み、複数の誘電体層と、前記誘電体層を間に挟んで前記第5及び第6面を連結する方向に交互に配置される複数の第1及び第2内部電極と、を含み、
前記第1及び第2内部電極の一端が第3及び第4面にそれぞれ露出する、請求項1から6のいずれか一項に記載の電子部品。
【背景技術】
【0002】
積層型キャパシタは、小型でありながらも高容量実現が可能であるため、様々な電子機器の部品として使用されている。
【0003】
かかる積層型キャパシタは、複数の誘電体層を有し、上記誘電体層の間に異なる極性の内部電極が交互に配置された構造を有する。
【0004】
この際、上記誘電体層は、圧電性を有するため、上記積層型キャパシタに直流又は交流電圧が印加されると、上記内部電極間に圧電現象が生じ、周波数に応じてキャパシタ本体の体積を膨張及び収縮させながら周期的な振動を発生させる可能性がある。
【0005】
かかる振動は、基板実装時に、積層型キャパシタの外部電極と基板を連結するための半田(Solder)を介して基板に伝達されて、上記基板全体が音響反射面となって雑音となる振動音を発生させるおそれがある。
【0006】
上記振動音は、人に不快感を与える20〜20,000Hz領域の可聴周波数に該当する。このように、人に不快感を与える振動音をアコースティックノイズ(acoustic noise)と言う。
【0007】
一方、このようなアコースティックノイズを低減するための方案として、積層型キャパシタと基板の間に配置されるインターポーザを用いた電子部品が開示されている。
【0008】
しかし、従来のインターポーザを用いる電子部品の場合、アコースティックノイズの低減効果が期待に反して高くないか、又は基板実装時の固着強度が確保されなくて実装不良が発生するという問題があった。
【0009】
そこで、積層型キャパシタのアコースティックノイズをより効果的に低減させるとともに、一定レベル以上の固着強度を確保することができる技術が要求される。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示(又は強調表示や簡略化表示)がされることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。
【0024】
また、明細書全体において、ある構成要素を「含む」というのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【0025】
なお、本発明の実施形態を明確に説明するために、方向を定義すると、図面に示されるX、Y、及びZはそれぞれ積層型キャパシタ及びインターポーザの長さ方向、幅方向、及び厚さ方向を示す。
【0026】
ここで、Y方向は、本実施形態において、誘電体層が積層される積層方向と同一の概念で用いられることができる。
【0027】
図1は本発明の電子部品に適用される積層型キャパシタを部分的に切開して示した斜視図であり、
図2の(a)及び(b)はそれぞれ
図3の積層型キャパシタの第1及び第2内部電極を示した平面図である。
【0028】
まず、
図1〜
図2(b)を参照して、本実施形態の電子部品に適用される積層型キャパシタの構造について説明する。
【0029】
本実施形態の積層型キャパシタ100は、キャパシタ本体110と、キャパシタ本体110のX方向の両端にそれぞれ形成される第1及び第2外部電極131、132と、を含む。
【0030】
キャパシタ本体110は、複数の誘電体層111をY方向に積層した後、焼成したものであって、キャパシタ本体110の互いに隣接する誘電体層111間の境界は、走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を利用せずには確認できないほど一体化していることができる。
【0031】
また、キャパシタ本体110は、複数の誘電体層111と、上記誘電体層111を間に挟んでY方向に交互に配置され、互いに異なる極性を有する第1及び第2内部電極121、122と、を含む。
【0032】
なお、キャパシタ本体110は、キャパシタの容量形成に寄与する部分としての活性領域と、マージン部としてY方向にキャパシタ本体110の両側部とZ方向において上記活性領域の上下部にそれぞれ設けられるカバー領域と、を含むことができる。
【0033】
かかるキャパシタ本体110は、その形状に特に制限はないが、六面体形状であることができ、Z方向において互いに対向する第1及び第2面1、2と、第1及び第2面1、2と互いに連結され、且つX方向において互いに対向する第3及び第4面3、4と、第1及び第2面1、2と連結され、第3及び第4面3、4と連結され、且つ互いに対向する第5及び第6面5、6と、を含むことができる。
【0034】
誘電体層111は、セラミック粉末、例えば、BaTiO
3系セラミック粉末などを含むことができる。
【0035】
上記BaTiO
3系セラミック粉末は、BaTiO
3にCa又はZrなどが一部固溶された(Ba
1−xCa
x)TiO
3、Ba(Ti
1−yCa
y)O
3、(Ba
1−xCa
x)(Ti
1−yZr
y)O
3又はBa(Ti
1−yZr
y)O
3などがあり得るが、これに限定されるものではない。
【0036】
また、誘電体層111には、上記セラミック粉末とともに、セラミック添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤、及び分散剤などが添加されることができる。
【0037】
上記セラミック添加剤は、例えば、遷移金属酸化物又は遷移金属炭化物、希土類元素、マグネシウム(Mg)又はアルミニウム(Al)などが含まれることができる。
【0038】
第1及び第2内部電極121、122は、互いに異なる極性が印加される電極であって、誘電体層111上に形成され、Y方向に積層されることができ、一つの誘電体層111を間に挟んでキャパシタ本体110の内部にY方向において互いに対向するように交互に配置されることができる。
【0039】
この際、第1及び第2内部電極121、122は、上記第1及び第2内部電極121、122の間に配置された誘電体層111によって互いに電気的に絶縁されることができる。
【0040】
一方、本発明では、内部電極がY方向に積層された構造を示して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて、内部電極がZ方向に積層される構造にも適用することができる。
【0041】
かかる第1及び第2内部電極121、122は、一端がキャパシタ本体110の第3及び第4面3、4にそれぞれ露出することができる。
【0042】
このように、キャパシタ本体110の第3及び第4面3、4に交互に露出する第1及び第2内部電極121、122の端部は、後述するキャパシタ本体110のX方向の両端部に配置される第1及び第2外部電極131、132とそれぞれ接続されて電気的に連結されることができる。
【0043】
上記のような構成により、第1及び第2外部電極131、132に所定の電圧が印加されると、第1及び第2内部電極121、122の間に電荷が蓄積される。
【0044】
この際、積層型キャパシタ100の静電容量は、上記活性領域のうちY方向において互いに重なる第1及び第2内部電極121、122の重なり面積と比例するようになる。
【0045】
また、第1及び第2内部電極121、122を形成する材料は、特に制限されず、例えば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、パラジウム−銀(Pd−Ag)合金などの貴金属材料と、ニッケル(Ni)及び銅(Cu)のうち一つ以上の物質からなる導電性ペーストを用いることができる。
【0046】
この際、上記導電性ペーストの印刷方法は、スクリーン印刷法又はグラビア印刷法などを用いることができるが、本発明がこれに限定されるものではない。
【0047】
一方、本実施形態では、キャパシタ本体110の内部電極が実装面である第1面1に対して垂直方向に積層されるように図示して説明しているが、本発明の内部電極は、必要に応じて、実装面に対して水平方向に積層されることもできる。
【0048】
第1及び第2外部電極131、132には互いに異なる極性の電圧が印加され、上記第1及び第2外部電極131、132は、キャパシタ本体110のX方向の両端部に配置され、且つ第1及び第2内部電極121、122の露出する端部とそれぞれ接続されて電気的に連結されることができる。
【0049】
第1外部電極131は、第1頭部131aと、第1バンド部131bと、を含むことができる。
【0050】
第1頭部131aは、キャパシタ本体110の第3面3に配置され、第1内部電極121のうちキャパシタ本体110の第3面3に外部に露出する端部と接触することで、第1内部電極121と第1外部電極131を互いに電気的に連結する役割を果たす。
【0051】
第1バンド部131bは、固着強度の向上などのために、第1頭部131aから本体110の第1、第2、第5及び第6面1、2、5、6の一部まで延びる部分である。
【0052】
第2外部電極132は、第2頭部132aと、第2バンド部132bと、を含むことができる。
【0053】
第2頭部132aは、キャパシタ本体110の第4面4に配置され、第2内部電極122のうちキャパシタ本体110の第4面4に外部に露出する端部と接触することで、第2内部電極122と第2外部電極132を互いに電気的に連結する役割を果たす。
【0054】
第2バンド部132bは、固着強度の向上などのために、第2頭部132aから本体110の第1、第2、第5及び第6面1、2、5、6の一部まで延びる部分である。
【0055】
一方、第1及び第2外部電極131、132は、メッキ層をさらに含むことができる。
【0056】
上記メッキ層は、第1及び第2ニッケル(Ni)メッキ層と、上記第1及び第2ニッケルメッキ層をそれぞれカバーする第1及び第2スズ(Sn)メッキ層と、を含むことができる。
【0057】
図3は本発明の一実施形態による電子部品を示した斜視図であり、
図4は
図3の分離斜視図であり、
図5は
図3のI−I'線に沿った断面図である。
【0058】
図3〜
図5を参照すると、本実施形態による電子部品101は、積層型キャパシタ100と、インターポーザ200と、を含む。
【0059】
インターポーザ200は、インターポーザ本体210と、インターポーザ本体210のX方向の両端部にそれぞれ形成される第1及び第2外部端子220、230と、を含む。
【0060】
この際、インターポーザは、X方向の長さが2.0mm以上であることができ、Y方向の幅が1.2mm以上であることができる。
【0061】
インターポーザ本体210は、セラミック材料からなり、好ましくはアルミナ(Al
2O
3)からなることができる。
【0062】
また、インターポーザ本体210のX方向の長さ及びY方向の幅はそれぞれ、キャパシタ本体110のX方向の長さ及びY方向の幅と同一であるか、又はそれよりも小さく形成されることができる。
【0063】
第1及び第2外部端子220、230には互いに異なる極性の電圧が印加され、上記第1及び第2外部端子220、230は、第1及び第2外部電極131、132の第1及び第2バンド部131b、132bとそれぞれ接続されて電気的に連結されることができる。
【0064】
第1外部端子220は、第1接合部221と、第1実装部222と、第1連結部223と、を含む。
【0065】
第1接合部221は、インターポーザ本体210の上面に形成される部分であって、一端がインターポーザ本体210のX方向の一面に露出し、且つ第1外部電極131の第1バンド部131bと接続される部分である。
【0066】
第1実装部222は、インターポーザ本体210の下面に第1接合部221とZ方向において対向するように形成される部分であって、基板実装時に端子の役割を果たすことができる。
【0067】
第1連結部223は、インターポーザ本体210のX方向の一端面に形成され、第1接合部221の端部と第1実装部222の端部を連結する役割を果たす。
【0068】
これにより、第1外部端子220は、逆コ字状のX−Z断面を有するように形成することができる。
【0069】
この際、第1接合部221と第1バンド部131bの間には、第1接合剤310が配置され、第1接合部221と第1バンド部131bを互いに接合することができる。
【0070】
かかる第1接合剤310は高融点半田などからなることができる。
【0071】
上記高融点半田は、アンチモン(Sb)、カドミウム(Cd)、鉛(Pb)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)のうち少なくとも一つ以上を含むことができる。
【0072】
また、第1接合剤310は、第1連結部223の一部まで延びるように配置される。この際、第1接合剤310がインターポーザ200の第1外部端子220の第1連結部223に沿って下降する高さをt、インターポーザ200の高さをTと定義するとき、t/Tが0.04≦t/T≦0.80を満たすことができる。
【0073】
また、第1接合剤310がインターポーザ200の第1外部端子220の第1連結部223に沿って下降する高さtは、0.02〜0.40mmであることができる。
【0074】
第2外部端子230は、第2接合部231と、第2実装部232と、第2連結部233と、を含む。
【0075】
第2接合部231は、インターポーザ本体210の上面に形成される部分であって、一端がインターポーザ本体210のX方向の他面に露出し、第2外部電極132の第2バンド部132bと接続される部分である。
【0076】
第2実装部232は、インターポーザ本体210の下面に第2接合部231とZ方向において対向するように形成される部分であって、基板実装時に端子の役割を果たすことができる。
【0077】
第2連結部233は、インターポーザ本体210のX方向の他端面に形成され、第2接合部231の端部と第2実装部232の端部を連結する役割を果たす。
【0078】
これにより、第2外部端子230は、逆コ字状のX−Z断面を有するように形成することができる。
【0079】
この際、第2接合部231と第2バンド部132bの間には、第2接合剤320が配置され、第2接合部231と第2実装部232を互いに接合することができる。
【0080】
かかる第2接合剤320は高融点半田などからなることができる。
【0081】
また、第2接合剤320は、第2連結部233の一部まで延びるように配置される。この際、第2接合剤320がインターポーザ200の第2外部端子230の第2連結部233に沿って下降する高さをt、インターポーザ200の高さをTと定義するとき、t/Tが0.04≦t/T≦0.80を満たすことができる。
【0082】
また、第2接合剤320がインターポーザ200の第2外部端子230の第2連結部233に沿って下降する高さtは、0.02〜0.04mmであることができる。
【0083】
一方、第1及び第2外部端子220、230の表面には、必要に応じて、メッキ層がさらに形成されることができる。
【0084】
上記メッキ層は、ニッケルメッキ層と、上記ニッケルメッキ層をカバーするスズメッキ層と、を含むことができる。
【0085】
電子部品100が基板に実装された状態で、電子部品100に形成された第1及び第2外部電極131、132に極性が異なる電圧が印加されると、誘電体層111の逆圧電効果(Inverse piezoelectric effect)によってキャパシタ本体110はZ方向に膨張及び収縮するようになる。
【0086】
ここで、第1及び第2外部電極131、132の両端部は、ポアソン効果(Poisson effect)により、キャパシタ本体110のZ方向の膨張及び収縮とは逆に収縮及び膨張をするようになり、かかる収縮及び膨張は振動を発生させることになる。
【0087】
そして、上記振動は、第1及び第2外部電極131、132と第1及び第2外部端子220、230を介して基板に伝達され、その結果、基板から音響が放射されてアコースティックノイズとなる。
【0088】
本実施形態のインターポーザ200は、積層型キャパシタ100の実装方向である第1面側に付着されて、積層型キャパシタ100の振動が基板に伝達されることを防ぐ役割を果たすことにより、積層型キャパシタ100のアコースティックノイズを低減させることができる。
【0089】
特に、本実施形態の積層型キャパシタ100は、内部電極がインターポーザ200の実装面に対して垂直となるように積層された状態でインターポーザ200に接合されるため、インターポーザ200が積層型キャパシタ100から基板に伝達される振動を遮断させるという効果を向上させることで、アコースティックノイズの低減効果をより向上させることができる。
【0090】
本実施形態において、積層型キャパシタとインターポーザは高融点半田からなる接合剤を介して互いに結合する。
【0091】
この際、上記高融点半田の量が少ないほど積層型キャパシタとインターポーザの接合面積が小さくなるため、積層型キャパシタから基板に伝達される振動をより効果的に低減させることができる。
【0092】
しかし、このように積層型キャパシタとインターポーザの接合面積が小さくなると、固着強度もともに低下するため、期待に反して積層型キャパシタとインターポーザが分離するという問題が発生する可能性も高くなる。
【0093】
また、高融点半田の量が多すぎると、高融点半田がインターポーザの外部端子の連結部に沿って下降し、基板実装時に用いられる半田の量を制限するようになって基板との固着強度を弱くする可能性がある。
【0094】
そこで、電子部品のアコースティックノイズを効果的に減少させ、積層型キャパシタとインターポーザの固着強度及び一般の半田の量を十分に確保することができる高融点半田の量を模索する。
【0095】
本実施形態では、かかる接合剤の適正量をインターポーザの外部端子の上端から連結部に沿って下降する長さに基づいて提案する。
【実施例】
【0096】
図6は
図3の電子部品が基板に実装された状態を示す断面図である。
【0097】
図6において、図面符号410は基板を示し、図面符号421及び422は第1及び第2外部端子220、230の第1及び第2実装部222、232が実装される第1及び第2ランドパターンを示し、図面符号431は第1外部端子220と第1ランドパターン421を接合する半田を示し、図面符号432は第2外部端子230と第2ランドパターン432を接合する半田を示す。
【0098】
また、表1及び
図7は、インターポーザ200の高さと、接合剤310、320がインターポーザ200の外部端子220、230の連結部223、233に沿って下降する高さの比による電子部品の固着強度を示す。
【0099】
各サンプルに用いられた積層型キャパシタ100は、X方向の長さが2.0mmであり、Y方向の幅が1.2mmであり、22uFの電気的特性を有するように製造する。
【0100】
また、各サンプルに用いられたインターポーザ200は、X方向の長さが1.7mmであり、Y方向の長さが1.2mmであり、Z方向の厚さが0.5mmとなるように製造する。
【0101】
このように製造された積層型キャパシタ100とインターポーザ200は、高融点半田からなる接合剤310、320を介して互いに接合して電子部品を製造し、基板410に実装して固着強度をテストする。この際、各サンプルごとに接合剤310、320である高融点半田の量を多様に変化させる。
【0102】
各サンプルごとに用いられた高融点半田の量は、電子部品のX−Z断面写真を利用して、接合剤310、320がインターポーザ200の第1及び第2外部端子220、230の第1又は第2連結部223、233に沿って下降する高さであるtを求めることで互いに比較することができる。
【0103】
この際、固着強度は、基板410の第1及び第2ランドパターン421、422に実装された電子部品のX−Zの一面に対して徐々に増加するように力を加えて、電子部品が基板410から分離されるか、又は積層型キャパシタ100とインターポーザ200が分離される瞬間の強度で確認することができる。
【0104】
ここで、Tはインターポーザ200の高さを示し、tは第1又は第2接合剤310、320がインターポーザ200の第1又は第2外部端子220、230の第1又は第2連結部223、233に沿って下降する高さを示す。
【0105】
また、固着強度の破壊位置において、上側は、外部電極131、132と外部端子220、230が最初に分離される場合を示し、下側は、外部端子220、230と基板410のランドパターン421、422が最初に分離される場合を示す。
【0106】
また、固着強度の強度は、上側又は下側のいずれかで破壊が起こる際の強度を示し、固着強度の結果は、5N未満の強度で破壊が起こる場合を不良(NG)と判断して示す。
【0107】
【表1】
【0108】
表1を参照すると、t/Tが0.04未満のサンプル1の場合には、外部電極と外部端子の間の固着強度が十分に確保されず、2.1Nの強度で電子部品の上側の破壊が発生した。
【0109】
そして、t/Tが0.80を超え、tが0.4mmを超えるサンプル11及び12の場合には、接合剤310、320の高さが高すぎるため半田431、432の高さが比較的低くなることから、外部端子と基板の間の固着強度が十分に確保されず、4.6N及び3.8Nの強度でそれぞれ電子部品の下側の破壊が発生した。
【0110】
したがって、外部電極131、132と外部端子220、230の間の固着強度を一定レベルに確保するとともに、外部端子220、230と基板410のランドパターン421、422の間の固着強度を一定レベルに確保するためには、tが0.02〜0.40mmであり、t/Tが0.04≦t/T≦0.80を満たす必要があることが分かる。
【0111】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。