CN108122673A - 层叠陶瓷电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种不损害可靠性地能够将层叠陶瓷电容器小型化的层叠陶瓷电容器。该层叠陶瓷电容器包括：主体、第1外部电极和第2外部电极。主体具有：第1和第2端面、被引出到第1端面的第1内部电极、被引出到第2端面的第2内部电极、第1和第2内部电极相对置而构成的电容形成部、在第1端面与第2内部电极之间形成间隔的第1端边缘部、和在第2端面与第1内部电极之间形成间隔的第2端边缘部。第1外部电极设置于主体的第1端面。第2外部电极设置于主体的第2端面。设第1和第2端边缘部的合计尺寸相对于主体的尺寸的比例为R(％)，电容形成部的截面的面积为S(mm2)时，满足R≥‑4.4×ln(S)+2.3的条件。
Description
技术领域
本发明涉及用于将层叠陶瓷电容器小型化的技术。
背景技术
一直以来，对于层叠陶瓷电容器逐渐要求小型化(例如参照专利文献1、2)。近年来，伴随电子设备的小型化和高集成化，层叠陶瓷电容器正被要求进一步小型化。层叠陶瓷电容器的长边方向的尺寸期望缩小至例如0.4mm以下。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-089944号公报
专利文献2：日本特开2015-128177号公报
发明内容
发明要解决的课题
在进行层叠陶瓷电容器的小型化时，如果将层叠陶瓷电容器的各部分以一定的比例尺缩小，则将与一方的外部电极连接的内部电极与另一方的外部电极隔开的端边缘部的尺寸变小。由此，例如因进入到端边缘部的水分的影响等，变得容易发生短路。
鉴于以上那样的情况，本发明的目的在于提供一种不损害可靠性地能够将层叠陶瓷电容器小型化的技术。
用于解决课题的方法
为了达成上述目的，本发明的一个方式的层叠陶瓷电容器包括：主体、第1外部电极和第2外部电极。
上述主体包括：在一个轴方向彼此相对的第1端面和第2端面；被引出到上述第1端面的第1内部电极；被引出到上述第2端面的第2内部电极；上述第1内部电极和上述第2内部电极相对置而构成的电容形成部；在上述第1端面与上述第2内部电极之间形成间隔的第1端边缘部；和在上述第2端面与上述第1内部电极之间形成间隔的第2端边缘部。
上述第1外部电极设置于上述主体的上述第1端面。
上述第2外部电极设置于上述主体的上述第2端面。
上述层叠陶瓷电容器的上述一个轴方向的尺寸为0.4mm以下。
设上述第1端边缘部和上述第2端边缘部的在上述一个轴方向上的合计尺寸相对于上述主体的在上述一个轴方向的尺寸的比例为R(％)，上述电容形成部的与上述一个轴方向正交的截面的面积为S(mm2)时，满足R≥-4.4×ln(S)+2.3的条件。
根据该结构，即使将层叠陶瓷电容器小型化，第1和第2端边缘部的尺寸也能够确保为不损害可靠性的程度。因此，该层叠陶瓷电容器能够得到高可靠性。
上述第1和第2端边缘部的上述一个轴方向的合计尺寸可以为68μm以下。
根据该结构，通过减小第1和第2端边缘部的尺寸，相应地能够增大电容形成部。由此，能够增大层叠陶瓷电容器的电容。
在与上述第1内部电极和上述第2内部电极相邻的位置的、上述第1外部电极和上述第2外部电极各自的在上述一个轴方向的尺寸为3μm以上。
根据该结构，能够确保第1和第2外部电极的厚度，所以能够有效抑制水分进入到第1和第2端边缘部。
发明的效果
能够提供一种不损害可靠性地能够将层叠陶瓷电容器小型化的技术。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的层叠陶瓷电容器的立体图。
图2是上述层叠陶瓷电容器的沿A-A’线的截面图。
图3是上述层叠陶瓷电容器的沿B-B’线的截面图。
图4是上述层叠陶瓷电容器的主体的分解立体图。
图5是表示端边缘部的比率的基准值的图表。
附图标记说明
10…层叠陶瓷电容器
11…主体
12、13…内部电极
14、15…外部电极
16…电容形成部
17…覆盖部
18…侧边缘部
19…第1端边缘部
20…第2端边缘部
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
在图中，适当地表示彼此正交的X轴、Y轴和Z轴。X轴、Y轴和Z轴在所有图中是共通的。
1.层叠陶瓷电容器10的整体结构
图1～3是表示本发明的一个实施方式的层叠陶瓷电容器10的图。图1是层叠陶瓷电容器10的立体图。图2是层叠陶瓷电容器10的沿图1的A-A’线的截面图。图3是层叠陶瓷电容器10的沿图1的B-B’线的截面图。
层叠陶瓷电容器10具有X轴方向的尺寸为0.4mm以下的小型的形状。在层叠陶瓷电容器10中，Y轴和Z轴方向的尺寸优选为0.2mm以下。作为一例，层叠陶瓷电容器10中，X轴方向的尺寸能够形成为0.25mm，Y轴和Z轴方向的尺寸能够形成为0.125mm。
层叠陶瓷电容器10包括：主体11、第1外部电极14和第2外部电极15。外部电极14、15分别局部地覆盖主体11。
主体11具有包含朝向X轴方向的2个端面、朝向Y轴方向的2个侧面和朝向Z轴方向的2个主面的六面体形状。另外，主体11也可以不是严格的六面体形状，例如，主体11的各面也可以为曲面，主体11还可以作为整体为带圆角的形状。
外部电极14、15覆盖主体11的两个端面，并从两个端面沿侧面和主面延伸。外部电极14、15在主体11的侧面和主面中在X轴方向上彼此隔开间隔。由此，在外部电极14、15的任一电极中，与X-Z平面平行的截面和与X-Y平面平行的截面的形状均呈U字形。
外部电极14、15分别由电的良导体形成，作为层叠陶瓷电容器10的端子发挥作用。作为形成外部电极14、15的电的良导体，能够使用例如以镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)、金(Au)等为主要成分的金属或合金。
外部电极14、15并不限定于特定的结构。例如，外部电极14、15可以为单层结构也可以为多层结构。多层结构的外部电极14、15例如可以构成为基底膜和表面膜的2层结构、或构成为基底膜、中间膜和表面膜的3层结构。
基底膜能够采用例如以镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)、金(Au)等为主要成分的金属或合金的烧焊膜(热粘膜)。
中间膜能够采用例如以铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)等为主要成分的金属或合金的镀膜。
表面膜能够采用例如以铜(Cu)、锡(Sn)、钯(Pd)、金(Au)、锌(Zn)等为主要成分的金属或合金的镀膜。
主体11具有电容形成部16、覆盖部17、侧边缘部18、第1端边缘部19和第2端边缘部20。电容形成部16配置于主体11的中央部分，被覆盖部17、侧边缘部18和端边缘部19、20覆盖。
覆盖部17分别配置于电容形成部16的Z轴方向两侧。侧边缘部18分别配置于电容形成部16的Y轴方向两侧。覆盖部17和侧边缘部18主要保护电容形成部16，并且具有确保电容形成部16的周围的绝缘性的功能。
端边缘部19、20配置于电容形成部16的X轴方向两侧。即，第1端边缘部19配置于电容形成部16与第1外部电极14之间。即，第2端边缘部20配置于电容形成部16与第2外部电极15之间。
在主体11设置有多个第1内部电极12和多个第2内部电极13。内部电极12、13都是沿X-Y平面延伸的片状，沿Z轴方向交替地配置。内部电极12、13在电容形成部16中彼此相对，并且没有被配置到覆盖部17和侧边缘部18。
图4是主体11的分解立体图。主体11具有如图4所示的片层叠而成的结构。电容形成部16、侧边缘部18和端边缘部19、20由印刷有内部电极12、13的片构成。覆盖部17由没有印刷内部电极12、13的片构成。
如图2所示，第1内部电极12在X轴方向上贯通第1端边缘部19，并与第1外部电极14连接。第2内部电极13在X轴方向上贯通第2端边缘部20，并与第2外部电极15连接。由此，内部电极12、13与外部电极14、15导通。
另外，第1内部电极12没有配置于第2端边缘部20，由第2端边缘部20在与第2外部电极15之间形成间隔。因此，第1内部电极12和第2外部电极15经由第2端边缘部20被绝缘。
并且，第2内部电极13没有配置于第1端边缘部19，由第1端边缘部19在与第1外部电极14之间形成间隔。因此，第2内部电极13和第1外部电极14经由第1端边缘部19被绝缘。
内部电极12、13分别由电的良导体形成，作为层叠陶瓷电容器10的内部电极发挥作用。作为形成内部电极12、13的电的良导体，能够使用例如以镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)、金(Au)等为主要成分的金属或合金。
电容形成部16和端边缘部19、20由电介质陶瓷形成。在层叠陶瓷电容器10中，为了使内部电极12、13之间的各电介质陶瓷层的电容大，使用高介电常数的电介质陶瓷作为构成电容形成部16和端边缘部19、20的材料。
作为高介电常数的电介质陶瓷，可以举出例如以钛酸钡(BaTiO3)为代表的、含有钡(Ba)和钛(Ti)的钙钛矿结构的材料。
此外，构成电容形成部16和端边缘部19、20的电介质陶瓷除了钛酸钡类以外还可以为钛酸锶(SrTiO3)类、钛酸钙(CaTiO3)类、钛酸镁(MgTiO3)类、锆酸钙(CaZrO3)类、钛酸锆酸钙(Ca(Zr,Ti)O3)类、锆酸钡(BaZrO3)类或氧化钛(TiO2)类等。
覆盖部17和侧边缘部18也由电介质陶瓷形成。形成覆盖部17和侧边缘部18的材料只要为绝缘性陶瓷即可，而通过使用与电容形成部16同样的组成类的材料，能够提高制造效率，并且抑制主体11的内部应力。
根据上述结构，在层叠陶瓷电容器10中，当对外部电极14、15之间施加电压时，电压施加到电容形成部16中内部电极12、13之间的多个电介质陶瓷层。由此，在层叠陶瓷电容器10中蓄积了与外部电极14、15之间的电压相应的电荷。
另外，层叠陶瓷电容器10的结构并不限定于特定的结构，能够根据层叠陶瓷电容器10所要求的尺寸和性能等适当地采用公知的结构。例如，各内部电极12、13的个数和内部电极12、13之间的电介质陶瓷层的厚度能够适当决定。
2.层叠陶瓷电容器10的详细结构
层叠陶瓷电容器10中，因小型化而电容形成部16变小，所以必然难以得到大电容。因此，为了确保电容，优选即使很小的程度也尽可能地增大电容形成部16。关于这一点，通过减小端边缘部19、20的X轴方向的尺寸，能够增大电容形成部16。
另一方面，在层叠陶瓷电容器10中，端边缘部19、20的X轴方向的尺寸越小，第1外部电极14与第2内部电极13越靠近，第2外部电极15与第1内部电极12越靠近。因此，当端边缘部19、20的X轴方向的尺寸过小时，例如因进入到端边缘部19、20的水分的影响等，变得容易发生绝缘电阻下降。
另外，在仅配置有内部电极12、13的一者的端边缘部19、20，与配置有内部电极12、13两者的电容形成部16相比密度容易变低。因此，当端边缘部19、20的X轴方向的尺寸过小时，端边缘部19、20中各层的紧贴变得不充分，容易发生各层剥离的层离现象(Delamination、分层现象)。
当在端边缘部19、20发生层离现象时，水分容易经由各层间的间隙进入，所以容易发生绝缘电阻的降低。另外，在层叠陶瓷电容器10的制造过程中，因形成外部电极14、15时的镀液侵入到端边缘部19、20，可靠性容易变低。
图2表示第1端边缘部19的X轴方向的尺寸L1和第2端边缘部20的X轴方向的尺寸L2。层叠陶瓷电容器10在端边缘部19、20的合计尺寸(L1+L2)为68μm以下的情况下，特别是确保可靠性变得困难。
层叠陶瓷电容器10要成为即使端边缘部19、20的尺寸小、特别是端边缘部19、20的合计尺寸(L1+L2)为68μm以下也不容易损害可靠性的结构。另外，端边缘部19、20的尺寸L1、L2理想的是优选为相等，但也可以根据尺寸精度等彼此不同。
更详细地说，层叠陶瓷电容器10通过构成为在X轴方向的端边缘部19、20相对于主体11的比率R、和电容形成部16的沿Y-Z平面的截面的面积S满足特定的条件，能够得到高可靠性。以下，对端边缘部19、20的比率R和电容形成部16的面积S进行说明。
图2表示主体11的X轴方向的尺寸L3。在X轴方向的端边缘部19、20相对于主体11的比率R，用端边缘部19、20的合计尺寸(L1+L2)和主体11的尺寸L3，由如下式(1)所示。
R(％)＝100×(L1+L2)/L3…(1)
另外，图3表示电容形成部16的Y轴方向的尺寸W和Z轴方向的尺寸T。电容形成部16的沿Y-Z平面的截面的面积S用电容形成部16的尺寸W、T，由如下式(2)所示。
S(mm2)＝W(mm)×T(mm)…(2)
在此，端边缘部19、20的比率R越大，在端边缘部19、20的水分的侵入路径越长，而且难以发生层离现象。因此，端边缘部19、20的比率R越大，因侵入到端边缘部19、20的水分的影响而导致的绝缘电阻下降越难以发生。
另一方面，在X轴方向的尺寸为0.4mm以下的小型的层叠陶瓷电容器10中，当维持端边缘部19、20的比率R不变而想要进一步小型化时，发现耐湿性有降低的趋势。这可以认为是因为，端边缘部19、20的绝对尺寸L1+L2变得过小。
因此，在这样的小型的层叠陶瓷电容器10中，伴随进一步小型化，为了确保耐湿性所需的端边缘部19、20的比率R发生变化。具体来说，本发明发现了，为了确保耐湿性所必需的端边缘部19、20的比率R，与电容形成部16的截面的面积S相应地变化。
图5是表示端边缘部19、20的比率R和电容形成部16的截面的面积S的关系的图表。图5中，纵轴表示端边缘部19、20的比率R，横轴表示电容形成部16的截面的面积S。图5所示的直线，表示端边缘部19、20的比率R的基准值。
即，根据图5所示的直线，决定与电容形成部16的截面的面积S相应的端边缘部19、20的比率R的基准值。实验确认了，在端边缘部19、20的比率R为该基准值以上的情况下，即在图5所示的直线的上侧区域和直线上，层叠陶瓷电容器10的可靠性得以确保。
图5所示的直线由如下式(3)所示。
R＝-4.4×ln(S)+2.3…(3)
因此，层叠陶瓷电容器10中能够确保可靠性的条件由如下式(4)所示。
R≥-4.4×ln(S)+2.3…(4)
其中，不仅是端边缘部19、20形成得薄，通过将外部电极14、15形成得薄，也能够增大电容形成部16。另一方面，当外部电极14、15过薄时，水分变得容易侵入到端边缘部19、20。
因此，优选外部电极14、15也确保一定程度的厚度。具体来说，通过使与内部电极12、13相邻位置的外部电极14、15的各自的X轴方向的尺寸为3μm以上，能够有效抑制侵入到端边缘部19、20的水分的影响导致的绝缘电阻的下降。
3.实施例
以下，对为了评价层叠陶瓷电容器10的可靠性而进行的实验的一例进行说明。
首先，制作了各种尺寸的层叠陶瓷电容器10。在此，对层叠陶瓷电容器10做成X轴方向的尺寸为0.25mm、且Y轴和Z轴方向的尺寸为0.125mm的第1尺寸的例子，和做成X轴方向的尺寸为0.4mm、且Y轴和Z轴方向的尺寸为0.2mm的第2尺寸的例子进行说明。
第1尺寸的层叠陶瓷电容器10的电容形成部16的截面的面积S为0.003745mm2。第2尺寸的层叠陶瓷电容器10的电容形成部16的截面的面积S为0.01286mm2。关于各尺寸制作了端边缘部19、20的比率R不同的5个样品1～10。
对层叠陶瓷电容器10的各样品1～10，通过耐湿负荷试验和分层观察来进行可靠性的评价。
耐湿负荷试验通过对各1000个样品1～10，以温度40℃、湿度95％、施加了6.3V电压的状态保持500小时来进行。对各样品测量电阻值，将电阻值为50MΩ以上的样品判定为良品，将电阻值低于50MΩ的样品判断为不良品。
分层观察中，与Y-Z平面平行地研磨各样品，使能看到内部电极12、13的层叠状态的截面露出。通过观察各样品的截面，判断在各样品的端边缘部19、20中是否存在各层剥离的层离现象。
表1表示样品1～10的可靠性的评价结果。另外，关于耐湿负荷试验，表示了1000个样品中判定为不良品的样品的个数。另外，关于分层观察，表示了1000个样品中发现了层离现象的样品的个数。
其中，表1表示了由各样品的电容形成部16的截面的面积S用上述式(3)(图5所示的直线)导出的端边缘部19、20的比率R的基准值。即，端边缘部19、20的比率R比该基准值大的样品，满足上述式(4)的条件。
【表1】
如表1所示，端边缘部19、20的比率R为基准值以上的样品3、4、5、8、9、10都在耐湿负荷试验中判定为全部样品是良品，在分层观察中全部样品没有发现层离现象。
另一方面，端边缘部19、20的比率R小于基准值的样品1、2、6、7的任一者，都存在在耐湿负荷试验中判定为不良品的样品、和在分层观察中发现有层离现象的样品的至少一者。
根据该结果确认了，通过使端边缘部19、20的比率R为基准值以上，能够更可靠地确保层叠陶瓷电容器10的可靠性。因此，通过以满足上述式(4)的条件的方式进行层叠陶瓷电容器10的小型化设计，能够不损害可靠性地实现小型化。
4.其它实施方式
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，当然也可以进行各种变形。
Claims (3)
1.一种层叠陶瓷电容器，其特征在于，包括：
主体，其包括：在一个轴方向彼此相对的第1端面和第2端面；被引出到所述第1端面的第1内部电极；被引出到所述第2端面的第2内部电极；所述第1内部电极和所述第2内部电极相对置而构成的电容形成部；在所述第1端面与所述第2内部电极之间形成间隔的第1端边缘部；和在所述第2端面与所述第1内部电极之间形成间隔的第2端边缘部；
设置于所述主体的所述第1端面的第1外部电极；和
设置于所述主体的所述第2端面的第2外部电极，
所述一个轴方向的尺寸为0.4mm以下，
设所述第1端边缘部和所述第2端边缘部的在所述一个轴方向上的合计尺寸相对于所述主体的在所述一个轴方向的尺寸的比例为R(％)，所述电容形成部的与所述一个轴方向正交的截面的面积为S(mm2)时，满足R≥-4.4×ln(S)+2.3的条件。
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端边缘部和所述第2端边缘部的在所述一个轴方向的合计尺寸为68μm以下。
3.如权利要求1或2所述的层叠陶瓷电容器，其特征在于：
在与所述第1内部电极和所述第2内部电极相邻的位置的、所述第1外部电极和所述第2外部电极各自的在所述一个轴方向的尺寸为3μm以上。
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