CN107134365A - 层叠陶瓷电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种层叠陶瓷电容器，其不损害电容增加的好处而且在为了进一步增加电容而使用了高介电常数类电介质陶瓷的情况下也能够抑制DC偏压特性恶化。在层叠陶瓷电容器(10)中，电容器主体(11)的第1面(f1)为凹面形状，第1外部电极(12)的第1部分(12a)形成为与凹面形状的第1面(f1)紧贴，电容器主体(11)的第2面(f2)为凹面形状，第2外部电极(13)的第1部分(13a)形成为与凹面形状的第2面(f2)紧贴。

Description

层叠陶瓷电容器
技术领域
本发明涉及在电容器主体的相对的端部分别设置有大致L字形状的外部电极的层叠陶瓷电容器。
背景技术
作为在层叠陶瓷电容器的相对的端部分别设置的外部电极的形态，已知有具有沿着电容器主体的长度方向一个面的部分和沿着高度方向一个面的部分的大致L字形状的外部电极(参照后述专利文献1)。后述专利文献1所公开的层叠陶瓷电容器(以下称为现有的层叠陶瓷电容器)包括：电容器主体，其具有在长度方向上相对的第1面和第2面、在宽度方向上相对的第3面和第4面以及在高度方向上相对的第5面和第6面；大致L字形状的第1外部电极，其具有沿着电容器主体的第1面的第1部分和沿着第5面的第2部分；和大致L字形状的第2外部电极，其具有沿着电容器主体的第2面的第1部分和沿着第5面的第2部分。在电容器主体中，内置有由多个第1内部电极层和多个第2内部电极层隔着电介质层层叠而成的电容部。多个第1内部电极层各自的端缘与第1外部电极的第1部分连接。另外，多个第2内部电极层各自的端缘与第2外部电极的第1部分连接。
现有的层叠陶瓷电容器中，第1外部电极和第2外部电极分别为不具有沿着电容器主体的第6面的部分、沿着第3面的部分和沿着第4面的部分的大致L字形状。因此，与使用了具有沿着第6面的部分的U字状的外部电极的同一外形尺寸(长度、宽度和高度)的层叠陶瓷电容器相比，能够将电容器主体的高度方向尺寸设计成增大与沿着第6面的部分的厚度相应的量。另外，与使用了具有沿着第6面的部分、沿着第3面的部分和沿着第4面的部分的有底4角筒状的外部电极的同一外形尺寸的层叠陶瓷电容器相比，能够将电容器主体的高度方向尺寸和宽度方向尺寸设计成分别增大与沿着第6面的部分、沿着第3面的部分和沿着第4面的部分各自的厚度相应的量。即，基于电容器主体的尺寸扩大来实现内部电极层的数量的增加和内部电极层的面积的增加，因此，能够对电容增加有贡献。
关于在上文中所记载的电容增加，尝试了作为电容器主体的除了第1内部电极层和第2内部电极层之外的部分的材料，使用相对介电常数高的高介电常数类电介质陶瓷，但是，使用高介电常数类电介质陶瓷时，层叠陶瓷电容器自身的DC偏压特性恶化，施加了比额定电压高的直流电压时的有效电容大幅降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-228481号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
本发明的课题在于提供一种层叠陶瓷电容器，其不损害电容增加的好处，而且在为了进一步增加电容使用了高介电常数类电介质陶瓷的情况下也能够抑制DC偏压特性恶化。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的层叠陶瓷电容器，其特征在于，包括：(1)电容器主体，包括：在长度方向上相对的第1面和第2面；在宽度方向上相对的第3面和第4面；和在高度方向上相对的第5面和第6面，并且内置有多个第1内部电极层和多个第2内部电极层隔着电介质层层叠的电容部；(2)第1外部电极，其具有沿着上述电容器主体的上述第1面的第1部分和沿着上述第5面的第2部分，在上述第1外部电极的上述第1部分连接着上述多个第1内部电极层各自的端缘；和(3)第2外部电极，其具有沿着上述电容器主体的上述第2面的第1部分和沿着上述第5面的第2部分，在上述第2外部电极的上述第1部分连接着上述多个第2内部电极层各自的端缘，上述电容器主体的上述第1面为凹面形状，上述第1外部电极的上述第1部分与上述电容器主体的上述第1面相接，上述电容器主体的上述第2面为凹面形状，上述第2外部电极的上述第1部分与上述电容器主体的上述第2面相接。
发明效果
根据本发明，能够提供一种层叠陶瓷电容器，其不损害电容增加的好处而且在为了进一步增加电容而使用了高介电常数类电介质陶瓷的情况下也能够抑制DC偏压特性恶化。
附图说明
图1是从电容器主体的第6面f6一侧观看使用了本发明的层叠陶瓷电容器的图。
图2是沿着图1的S1-S1线的截面图。
图3是沿着图1的S2-S2线的截面图。
图4是表示评价用试样的条件和特性的图。
附图标记说明
10…层叠陶瓷电容器；11…电容器主体；f1…电容器主体的凹面形状的第1面；f2…电容器主体的凹面形状的第2面；Dmax…电容器主体的凹面形状的第1面和凹面形状的第2面之间的最大长度方向尺寸；Dmin…电容器主体的凹面形状的第1面和凹面形状的第2面之间的最小长度方向尺寸；f3…电容器主体的平面形状的第3面；f4…电容器主体的平面形状的第4面；f5…电容器主体的平面形状的第5面、f6…电容器主体的平面形状的第6面；12…第1外部电极；12a…第1外部电极的第1部分；12b…第1外部电极的第2部分；13…第2外部电极；13a…第2外部电极的第1部分；13b…第2外部电极的第2部分。
具体实施方式
首先，使用图1～图3对使用本发明的层叠陶瓷电容器10的构造进行说明。
层叠陶瓷电容器10的尺寸由长度L和宽度W以及高度H规定。该层叠陶瓷电容器10包括大致长方体形状的电容器主体11、大致L字形状的第1外部电极12和大致L字形状的第2外部电极13。
电容器主体11包括：在长度方向上相对的第1面f1和第2面f2；在宽度方向上相对的第3面f3和第4面f4；和在高度方向上相对的第5面f5和第6面f6。另外，在电容器主体11中内置有由多个第1内部电极层14和多个第2内部电极层15隔着电介质层16交替层叠而成的电容部(附图标记省略)，该电容部的宽度方向两侧和高度方向两侧被由电介质形成的边缘部(附图标记省略)覆盖。即，各第1内部电极层14的轮廓和各第2内部电极层15的轮廓为矩形，各第1内部电极层14的轮廓尺寸和厚度与各第2内部电极层15的轮廓尺寸和厚度大致相同，各电介质层16的厚度大致相同。
各第1内部电极层14的长度方向一端部(图2的左端部)为引出部14a，各引出部14a的端缘被引出到电容器主体11的第1面f1，各端缘与第1外部电极12的第1部分12a连接。另外，各第2内部电极层15的长度方向一端部(图2的右端部)为引出部15a，各引出部15a的端缘被引出到电容器主体11的第2面f2，各端缘与第2外部电极13的第1部分13a连接。
电容器主体11的第3面f3、第4面f4、第5面f5和第6面f6分别为大致平坦的平面形状，但是第1面f1和第2面f2分别为具有深度的凹面形状。该“凹面形状”是指向中央或者中央附近去深度增加的形状，面本身可以是凹凸不平的也可以是平滑的。图2中的Dmax和Dmin是替代规定“凹面形状”的规格的尺寸，Dmax表示凹面形状的第1面f1与凹面形状的第2面f2之间的最大长度方向尺寸(长度方向最大尺寸)、具体而言在第1面f1的边与第2面f2的边之间呈现的最大的长度方向尺寸，Dmin表示在凹面形状的第1面f1与凹面形状的第2面f2之间的最小长度方向尺寸(长度方向最小尺寸)，具体而言表示在第1面f1的最深部与第2面f2的最深部之间呈现的最小的长度方向尺寸。此外，优选凹面形状的第1面f1的最大深度与凹面形状的第2面f2的最大深度大致相同，但是并不一定为大致相同。另外，优选凹面形状的第1面f1的规格与凹面形状的第2面f2的规格大致相同，但是并不一定为大致相同。
第1外部电极12为具有沿着电容器主体11的凹面形状的第1面f1的第1部分12a和沿着平面形状的第5面f5的第2部分12b的大致L字形状，第1部分12a与凹面形状的第1面f1紧贴，第2部分12b与平面形状的第5面f5紧贴。另外，第2外部电极13为具有沿着电容器主体11的凹面形状的第2面f2的第1部分13a和沿着平面形状的第5面f5的第2部分13b的大致L字形状，第1部分13a与凹面形状的第2面f2紧贴，第2部分13b与平面形状的第5面f5紧贴。
另外，第1外部电极12的第1部分12a的厚度比电容器主体11的凹面形状的第1面f1的最大深度大，并且第2外部电极13的第1部分13a的厚度比电容器主体11的凹面形状的第2面f1的最大深度大。因此，在从第6面f6一侧观看电容器主体11时，第1外部电极12的第1部分12a和第2外部电极13的第1部分13a分别从该电容器主体11突出到外侧。此外，优选第1外部电极12的第1部分12a的突出部分的厚度与第2外部电极13的第1部分13a的突出部分的厚度大致相同，但是，并不一定为大致相同。另外，第1外部电极12的第2部分12b的厚度和长度方向尺寸与第2外部电极13的第2部分13b的厚度和长度方向尺寸大致相同。
虽然省略图示，第1外部电极12具有包括与电容器主体11的凹面形状的第1面f1和平面形状的第5面f5紧贴的基底膜和与该基底膜的外表面紧贴的表面膜的2层构造，或者具有在基底膜和表面膜之间包括至少1个中间膜的多层构造。另外，第2外部电极13具有包括与电容器主体11的凹面形状的第2面f2和平面形状的第5面f5紧贴的基底膜和与该的基底膜的外表面的表面膜的2层构造、或者具有在基底膜和表面膜之间包括至少1个中间膜的多层构造。
对电容器主体11的材料补充说明，电容器主体11的除了第1内部电极层14和第2内部电极层15之外的部分，优选能够使用以钛酸钡、钛酸锶、钛酸钙、钛酸镁、锆酸钙、锆钛酸钙、锆酸钡、氧化钛等为主成分的高介电常数类电介质陶瓷，更优选能够使用相对介电常数在1000以上的高介电常数类电介质陶瓷。
对各第1内部电极层14的材料和各第2内部电极层15的材料补充说明，各第1内部电极层14和各第2内部电极层15优选能够使用以镍、铜、钯、铂、银、金、它们的合金等为主成分的良导体。
对第1外部电极12和第2外部电极13各自的基底膜等的材料和作制方法补充说明，第1外部电极12和第2外部电极13各自的基底膜例如由烤膜或者镀膜构成，该基底膜优选能够使用以镍、铜、钯、铂、银、金、它们的合金等为主成分的良导体。表面膜例如由镀膜构成，该表面膜优选能够使用以铜、锡、钯、金、锌、它们的合金等为主成分的良导体。中间膜例如由镀膜构成，该中间膜优选能够使用以铂、钯、金、铜、镍、它们的合金等为主成分的良导体。
此外，在图1～图3中，描绘了长度L和宽度W以及高度H分别为长度L＞宽度W＝高度H的层叠陶瓷电容器10，但是，上述长度L、宽度W和高度H的关系除了长度L＞宽度W＞高度H、长度L＞高度H＞宽度W之外，也可以为宽度W＞长度L＝高度H、宽度W＞长度L＞高度H、宽度W＞高度H＞长度L。另外，将第1内部电极层14和第2内部电极层15各描绘了7层，并且描绘了13层的电介质层16，但是，上述是图示的情况，第1内部电极层14和第2内部电极层15各自的数量也可以为8层以上(电介质层16的数量为15层以上)，也可以为6层以下(电介质层16的数量为11层以下)。
接着，适当引用图1～图3的附图标记，对适用于上述层叠陶瓷电容器10的制法例进行说明。
在制造时，准备含有电介质陶瓷粉末的陶瓷浆料，含有良导体粉末的第1电极膏，和含有良导体粉末并且含有共材(与在陶瓷浆料中所包含的电介质陶瓷粉末相同的电介质陶瓷粉末)的第2电极膏。接着，在载体膜的表面涂敷上述陶瓷浆料并使其干燥，制作第1生片。另外，在第1生片的表面印刷上述第1电极膏并使其干燥，制作作为第1内部电极层14和第2内部电极层15的前体的形成有内部电极图案组的第2生片。
接着，反复进行叠层热压接的操作直至从第1生片所取出的单位片达到规定个数，制作与高度方向一侧的边缘部对应的部位。另外，反复进行叠层热压接的操作直至从第2生片所取出的单位片(包含内部电极图案组)达到规定个数，制作与电容部对应的部位。并且，反复进行叠层热压接的操作直至从第1生片所取出的单位片达到规定个数，制作与高度方向另一侧的边缘部对应的部位。最后，对所叠层的整体进行正式热压，制作未烧制层叠片。
接着，将未烧制层叠片按格子状切断，制作未烧制芯片。接着，在未烧制芯片的长度方向两个面分别浸渍上述第2电极膏并使其干燥，并且，在未烧制芯片的高度方向一个面印刷上述第2电极膏并使其干燥，制作与第1外部电极12和第2外部电极13各自的基底膜对应的未烧制基底膜。
接着，将多个形成了未烧制基底膜的未烧制芯片，在与上述陶瓷浆料中所包含的电介质陶瓷粉末和上述第1电极膏以及上述第2电极膏中所包含的良导体粉末相应的气氛下，并且按温度曲线一并进行烧制(包括脱粘结剂处理和烧制处理)，根据需要进行二次烧制(再氧化处理)，制作烧制芯片。接着，将多个烧制芯片一并滚筒研磨(抛光)，将角和棱线进行倒圆，制作电容器主体11。
在上述未烧制芯片作制工序中所得到的未烧制芯片的长度方向两个面分别为大致平坦的平面形状，但是，在上述未烧制基底膜作制工序中分别在未烧制芯片的长度方向两个面形成的未烧制基底膜中含有共材，在未烧制芯片的宽度方向两个面和高度方向另一个面没有形成未烧制基底膜。因此，在上述烧制芯片作制工序中，根据未烧制基底膜中所含有的共材的含量，作用将未烧制芯片的长度方向两个面分别向宽度方向内侧压缩的力CF(参照图1)并且作用向高度方向内侧压缩的力CF(参照图2)，基于这些压缩力，未烧制芯片的长度方向两个面分别整形为凹面形状。
此外，未烧制基底膜中所包含的共材(在此，是与上述陶瓷浆料中所包含的电介质陶瓷粉末相同的电介质陶瓷粉末)产生上述作用，但是，替代上述共材而使用具有与该共材相同程度的热膨胀系数的材料、例如具有与上述陶瓷浆料中所包含的电介质陶瓷粉末相同程度的热膨胀系数的其它种类的电介质陶瓷粉末、具有与上述陶瓷浆料中所包含的电介质陶瓷粉末相同程度的热膨胀系数的玻璃粉末等，也能够进行上述同样的整形。
接着，通过电解电镀、无电解电镀等的湿式镀层法，或者溅射、真空蒸镀等的干式镀层法形成覆盖烧制芯片的各基底膜的表面膜、或者中间膜和表面膜，分别制作第1外部电极12和第2外部电极13。
接着，使用图4，对用于评价上述层叠陶瓷电容器10而准备的试样1～12的条件和特性等进行说明。
各试样1～12是基于上述制法例所制造的样品，各试样1～12的共通条件和不同条件如以下所述。此外，共通条件和不同条件中所记载的数值均是设计上的基准值，不包含制造公差。
<试样1～12的共通条件(引用图1～图3的附图标记)＞
·额定电压为6.3V，额定电容为2.2μF。
·长度L为600μm，宽度W为300μm，高度H为300μm。
·电容器主体11的长度方向尺寸(对应于最大长度方向尺寸Dmax)为520μm，宽度方向尺寸为300μm，高度方向尺寸为275μm。
·电容器主体11的除了第1内部电极层14和第2内部电极层15之外的部分的主成分为钛酸钡。
·第1内部电极层14和第2内部电极层15的主成分为镍，各自的厚度为0.5μm，各自的层数为123层。
·电介质层16的厚度为0.5μm，层数为245层。
·电容器主体11的宽度方向边缘部的厚度为20μm，高度方向边缘部的厚度为15μm。
·第1外部电极12的第1部分12a的突出部分的厚度和第2外部电极13的第1部分13a的突出部分的厚度为40μm，第1外部电极12的第2部分12b的厚度和第2外部电极13的第2部分13b的厚度为25μm。
·第1外部电极12和第2外部电极13分别为3层构造，基底膜的主成分为铜，中间膜的主成分为镍，表面膜的主成分为锡。
<试样1～12的不同条件(引用图1～图3的附图标记)＞
·试样1的最小长度方向尺寸Dmin为520μm。
·试样2的最小长度方向尺寸Dmin为515μm。
·试样3的最小长度方向尺寸Dmin为510μm。
·试样4的最小长度方向尺寸Dmin为504μm。
·试样5的最小长度方向尺寸Dmin为499μm。
·试样6的最小长度方向尺寸Dmin为494μm。
·试样7的最小长度方向尺寸Dmin为489μm。
·试样8的最小长度方向尺寸Dmin为484μm。
·试样9的最小长度方向尺寸Dmin为478μm。
·试样10的最小长度方向尺寸Dmin为473μm。
·试样11的最小长度方向尺寸Dmin为468μm。
·试样12的最小长度方向尺寸Dmin为463μm。
·各试样1～12的最小长度方向尺寸Dmin在上述制法例中通过分别使用共材的含量不同的第2电极膏而变化。
图4的“Dmin/Dmax”中是按试样1～12的每一个记录了将最小长度方向尺寸Dmin除以最大长度方向尺寸Dmax而得到的数值。图4的“电容降低率(％)”中是按试样1～12的每一个，记录了对于试样1～12的各100个使用安捷伦科技公司的精密LCR测试仪4284A施加比额定电压(6.3V)高的直流电压(7.0V)来测定这时的有效电容，并且将从额定电容减去各100个的有效电容的平均值而得到的值除以额定电容所得的值。另外，图4的“分层产生率(％)”是按试样1～12的每一个记录了利用光学显微鏡观察试样1～12的各100个的截面，在电容器主体内的内部电极层中产生分层的个数。
从图4的“电容降低率(％)”的数值可知，与试样1和2的电容降低率相比，试样3～12的电容降低率较小。另外，从图4的“分层产生率(％)”的数值可知，与试样3～12中的、试样12的分层产生率相比，试样3～11的分层产生率较小。即，对于图4的“电容降低率(％)”的数值考虑了“分层产生率(％)”的数值的情况下，Dmin/Dmax的优选范围在0.90以上0.98以下。
接着，对通过上述层叠陶瓷电容器10获得的效果进行说明。
(1)上述层叠陶瓷电容器10中，电容器主体11的第1面f1为凹面形状，第1外部电极12的第1部分12a形成为与凹面形状的第1面f1紧贴，电容器主体11的第2面f2为凹面形状，第2外部电极13的第1部分13a形成为与凹面形状的第2面f2紧贴。即，根据该构成，为了进一步增加电容，在电容器主体11的除了第1内部电极层14和第2内部电极层15之外的部分使用了高介电常数类电介质陶瓷的情况下，也能够抑制层叠陶瓷电容器10自身的DC偏压特性恶化。
通过采用上述构成能够抑制DC偏压特性的恶化的事实，根据使用图4在上文所说明的内容更加明确，但是，作为其根据能够推测是以下的内容。例如，在上述制法例的烧制芯片制作工序中，将未烧制芯片的长度方向两个面分别向宽度方向内侧压缩的力CF(参照图1)和向高度方向内侧压缩的力CF(参照图2)在制造后也残留。即，图1～图3所示的层叠陶瓷电容器10中，第1外部电极12和第2外部电极13分别为大致L字形状，所以，能够形成使将电容器主体11的凹面形状的第1面f1和凹面形状的第2面f2分别向宽度方向内侧压缩的力CF(参照图1)和向高度方向内侧压缩的力CF(参照图2)产生作用的状态，因此，认为即使施加比额定电压高的直流电压，高介电常数类电介质陶瓷的相对介电常数也难以发生变化。
(2)上述层叠陶瓷电容器10中，第1外部电极12的第1部分12a的厚度比电容器主体11的凹面形状的第1面f1的最大深度大，并且第2外部电极13的第1部分13a的厚度比电容器主体11的凹面形状的第2面f2的最大深度大。即，根据采用该构成，即使为了进一步增加电容而在电容器主体11的除了第1内部电极层14和第2内部电极层15之外的部分使用高介电常数类电介质陶瓷的情况下，也能够更可靠地抑制层叠陶瓷电容器10自身的DC偏压特性恶化。
通过采用上述构成能够更可靠地抑制DC偏压特性的恶化的事实，根据使用图4在上文所说明的内容变得明确，但是，作为其根据能够推测是以下的情况。例如，在图1～图3所示的层叠陶瓷电容器10中，形成使将电容器主体11的凹面形状的第1面f1和凹面形状的第2面f2分别向宽度方向内侧压缩的力CF(参照图1)和向高度方向内侧压缩的力CF(参照图2)产生了作用的状态，需要与第1外部电极12的第1部分12a和第2外部电极13的第1部分13a相应的厚度。所以，认为使第1外部电极12的第1部分12a的厚度比电容器主体11的凹面形状的第1面f1的最大深度大，并且使第2外部电极13的第1部分13a的厚度比电容器主体11的凹面形状的第2面f2的最大深度大的情况下，就能够更可靠地维持上述状态。
(3)上述层叠陶瓷电容器10中，电容器主体11的凹面形状的第1面f1和凹面形状的第2面f2之间的最大长度方向尺寸设为Dmax，电容器主体11的凹面形状的第1面f1和凹面形状的第2面f2之间的最小长度方向尺寸设为Dmin时，最大长度方向尺寸Dmax和最小长度方向尺寸Dmin满足0.90≤Dmin/Dmax≤0.98的条件。对于该条件如使用图4在上文所说明的那样，只要满足该条件，即使施加比额定电压高的直流电压也难以产生电容降低，因此能够更可靠地抑制层叠陶瓷电容器10自身的DC偏压特性恶化，并且，能够抑制电容器主体11内的第1内部电极层14和第2内部电极层15各自产生分层的情况，提供高品质的层叠陶瓷电容器10。

Claims (3)

1.一种层叠陶瓷电容器，其特征在于，包括：
电容器主体，包括：在长度方向上相对的第1面和第2面；在宽度方向上相对的第3面和第4面；和在高度方向上相对的第5面和第6面，并且内置有多个第1内部电极层和多个第2内部电极层隔着电介质层层叠的电容部；
第1外部电极，其具有沿着所述电容器主体的所述第1面的第1部分和沿着所述第5面的第2部分，在所述第1外部电极的所述第1部分连接着所述多个第1内部电极层各自的端缘；和
第2外部电极，其具有沿着所述电容器主体的所述第2面的第1部分和沿着所述第5面的第2部分，在所述第2外部电极的所述第1部分连接着所述多个第2内部电极层各自的端缘，
所述电容器主体的所述第1面为凹面形状，所述第1外部电极的所述第1部分与所述电容器主体的所述第1面相接，
所述电容器主体的所述第2面为凹面形状，所述第2外部电极的所述第1部分与所述电容器主体的所述第2面相接。
2.如权利要求1所述的层叠陶瓷电容器，其特征在于：
所述第1外部电极的所述第1部分的厚度比所述电容器主体的凹面形状的所述第1面的最大深度大，并且所述第2外部电极的所述第1部分的厚度比所述电容器主体的凹面形状的所述第2面的最大深度大。
3.如权利要求1或2所述的层叠陶瓷电容器，其特征在于：
设所述电容器主体的凹面形状的所述第1面和凹面形状的所述第2面之间的最大长度方向尺寸为Dmax，所述电容器主体的凹面形状的所述第1面和凹面形状的所述第2面之间的最小长度方向尺寸为Dmin时，最大长度方向尺寸Dmax和最小长度方向尺寸Dmin满足0.90≤Dmin/Dmax≤0.98的条件。
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