CN111326344B - 层叠陶瓷电子部件和电路板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供层叠陶瓷电子部件和电路板。层叠陶瓷电子部件包括陶瓷主体和外部电极。陶瓷主体包括：在第1方向上层叠有多个内部电极的电容形成部；从电容形成部起在与第1方向正交的第2方向上延伸的引出部，其引出了多个内部电极的一部分的多个内部电极；朝向第1方向的一对主面；和形成于引出部的朝向第2方向的端面。外部电极从端面连续地覆盖至一对主面的一部分。层叠陶瓷电子部件中，在将陶瓷主体的第1方向上的尺寸设为TS，将一对主面上的外部电极的第1方向上的厚度尺寸的平均值设为T，将引出部的多个内部电极的第1方向上的厚度尺寸的总和设为t的情况下，TS、T、t满足规定的条件。本发明的层叠陶瓷电子部件能够为低高度型且提高可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及低高度型的层叠陶瓷电子部件和组装有该层叠陶瓷电子部件的电路板。
背景技术
随着电子设备的小型化，要求层叠陶瓷电子部件低高度化。专利文献1中公开了一种例如陶瓷主体的厚度为120μm以下的层叠陶瓷电容器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-130999号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
层叠陶瓷电子部件随着低高度化，而强度降低。特别是在引出内部电极的端面侧的引出部，有助于增加强度的内部电极的层数与中央部相比减半，所以强度降低变得显著，难以提高可靠性。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种低高度型且能够提高可靠性的层叠陶瓷电子部件和组装有该层叠陶瓷电子部件的电路板。
用于解决技术问题的技术方案
为了达成上述目的，本发明的一个方式的层叠陶瓷电子部件包括陶瓷主体和外部电极。
上述陶瓷主体包括：在第1方向上层叠有多个内部电极的电容形成部；从上述电容形成部起在与上述第1方向正交的第2方向上延伸的引出部，其引出了上述多个内部电极的一部分的多个内部电极；朝向上述第1方向的一对主面；和形成于上述引出部的朝向上述第2方向的端面。
上述外部电极从上述端面连续地覆盖至上述一对主面的一部分。
上述层叠陶瓷电子部件中，在将上述陶瓷主体的第1方向上的尺寸设为TS，将上述一对主面上的上述外部电极的上述第1方向上的厚度尺寸的平均值设为T，将上述引出部的上述多个内部电极的上述第1方向上的厚度尺寸的总和设为t的情况下，满足
30μm≤TS≤100μm，
6μm≦T≦18μm，且
0.19≤(2T+t)/TS≤1.55的条件。
在上述层叠陶瓷电子部件中，通过满足30μm≤TS≤100μm的条件，形成为低高度型的。
另外，通过满足6μm≤T≤18μm的条件，能够使外部电极形成得薄，并且能够防止因过薄导致的破裂。
而且，通过使0.19≤(2T+t)/TS，在引出部中，能够充分确保强度高的内部电极和外部电极的厚度尺寸。由此，能够充分确保引出部的强度。
另外，通过使(2T+t)/TS≤1.55，能够适当地限制相对于陶瓷主体的厚度尺寸TS的、内部电极和外部电极的厚度尺寸。由此，能够抑制陶瓷主体烧制时和发热时由陶瓷部分与电极部分的线膨胀系数的差异所致的应力。
如上所述，利用上述结构，能够防止引出部的裂缝和外部电极的破裂等损伤，能够获得可靠性高的层叠陶瓷电子部件。
而且，上述层叠陶瓷电子部件，还可以满足0.40≤(2T+t)/TS≤1.00的条件。
由此，能够获得可更加充分地确保引出部的强度，并可进一步抑制陶瓷部分和电极部分的应力的层叠陶瓷电子部件。
而且，上述层叠陶瓷电子部件，还可以满足30μm≤TS≤80μm的条件。
由此，能够使层叠陶瓷电子部件更低高度地构成，能够节省空间。
上述层叠陶瓷电子部件，还可以满足0.07≤t/TS≤0.35的条件。
由此，能够使引出部的陶瓷主体的厚度尺寸和内部电极的厚度尺寸的总和的平衡更加适当，能够更可靠地防止引出部的裂缝等损伤。因此，能够提高层叠陶瓷电子部件的可靠性。
上述层叠陶瓷电子部件，还可以满足1≤T/t的条件。
由此，能够使覆盖引出部整体的更有助于强度提高的外部电极的厚度形成得相对较厚。因此，能够进一步提高引出部的抗折强度。
另外，本发明的其他方式的电路板，可以为组装有上述层叠陶瓷电子部件的电路板。
由此，能够形成可靠性高的电路板。
发明效果
如上所述，依照本发明，能够提供低高度型且能够提高可靠性的的层叠陶瓷电子部件。
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图1的A-A’线的截面图。
图3是上述层叠陶瓷电容器的沿图1的B-B’线的截面图。
图4是上述层叠陶瓷电容器的陶瓷主体的分解立体图。
图5是图2的放大图。
图6是组装有上述层叠陶瓷电容器的电路板的截面图。
附图标记说明
10……层叠陶瓷电容器
11……陶瓷主体
11a……端面
11b……侧面
11c……主面
12、13……内部电极
14……外部电极
19……引出部
100……电路板。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
在图中，适当地示出了彼此正交的X轴、Y轴和Z轴。X轴、Y轴和Z轴在所有图中是相同的。
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包括陶瓷主体11和2个外部电极14。外部电极14分别形成于陶瓷主体11的表面。
陶瓷主体11具有大致六面体形状。即，陶瓷主体11包括朝向X轴方向的2个端面11a、朝向Y轴方向的2个侧面11b和朝向Z轴方向的2个主面11c。陶瓷主体11可以在X轴方向和Y轴方向的任一方向上具有长边，在图1～3所示的例子中，在X轴方向上具有长边。
作为层叠陶瓷电容器10的尺寸，例如X轴方向的尺寸为0.2mm～2.0mm，Y轴方向的尺寸为0.2mm～2.0mm。层叠陶瓷电容器10的Z轴方向的尺寸例如为120μm以下，构成为低高度型的。此外，层叠陶瓷电容器10的各尺寸是沿各方向的最大的部分的尺寸。
而且，在层叠陶瓷电容器10中，X轴方向的尺寸或Y轴方向的尺寸中最小的尺寸可以为Z轴方向的尺寸的2倍以上。由此，能够使层叠陶瓷电容器的10成为更加扁平且小型的结构。
陶瓷主体11具有电容形成部16、覆盖部17、侧边缘部18和引出部19。电容形成部16配置于陶瓷主体11的Y轴和Z轴方向的中央部。覆盖部17从Z轴方向覆盖电容形成部16，侧边缘部18从Y轴方向覆盖电容形成部16。引出部19配置在电容形成部16的X轴方向外侧。
更详细而言，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。关于引出部19的详情在后文叙述。
电容形成部16中，多个第1内部电极12与多个第2内部电极13隔着陶瓷层15(参照图2)在Z轴方向上交替层叠。
图4是陶瓷主体11的分解立体图。陶瓷主体11具有如图4所示的将片层叠而成的结构。电容形成部16和侧边缘部18能够由印刷了内部电极12、13的片构成。覆盖部17能够由没有印刷内部电极12、13的片构成。此外，制造后的陶瓷主体11实际上形成为一体而无法分解。
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，能够使用以例如镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)、金(Au)等为主要成分的金属或合金。
陶瓷层15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之间的各陶瓷层15的电容增大，使用高介电常数的电介质陶瓷。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，上述电介质陶瓷除了钛酸钡类以外还可以为钛酸锶(SrTiO3)系、钛酸钙(CaTiO3)系、钛酸镁(MgTiO3)系、锆酸钙(CaZrO3)系、钛酸锆酸钙(Ca(Zr，Ti)O3)系、锆酸钡(BaZrO3)系或氧化钛(TiO2)系等。
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同样的组成系的材料，能够提高制造效率，并且抑制陶瓷主体11的内部应力。
引出部19从电容形成部16起在X轴方向上延伸，分别引出内部电极12、13。第1内部电极12经由一个引出部19被引出到一个端面11a。第2内部电极13经由另一个引出部19被引出到另一个端面11a。在各引出部19中，内部电极12、13的一者隔着陶瓷层15层叠于Z轴方向。
各外部电极14从各端面11a连续地覆盖至一对主面11c的一部分。即，引出部19被外部电极14覆盖。由此，第1内部电极12与一个外部电极14连接，第2内部电极13与另一个外部电极14连接。
根据上述结构，在层叠陶瓷电容器10中，当在外部电极14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之间的多个陶瓷层15。由此，在层叠陶瓷电容器10中蓄积了与外部电极14之间的电压相应的电荷。
2.层叠陶瓷电容器10的详细结构
图5是图2的放大图，是表示层叠陶瓷电容器10的一个引出部19及其周围的结构的图。下面，基于图5，对引出第1内部电极12一侧的结构进行说明，引出第2内部电极13一侧也是同样的结构。
层叠陶瓷电容器10如上所述形成为低高度型的，陶瓷主体11的Z轴方向的厚度尺寸TS满足以下的式(1)的条件。
30μm≤TS≤100μm……(1)
此处所说的陶瓷主体11的Z轴方向的尺寸TS，是指如图2所示用在陶瓷主体11的Y轴方向的大致中央部且垂直于Y轴方向的面将其截断而得的一个截面上，在Z轴方向上最厚的部分的尺寸。陶瓷主体11的存在引出部19的部分中Z轴方向上最厚的部分的尺寸，与TS大致相等。
这种低高度型的层叠陶瓷电容器10，能够节省空间地形成，但内部电极12、13的层数受到限制。而且，在引出部19中，与电容形成部16相比内部电极12、13的层数减半。一般而言，由金属材料构成的内部电极12、13和外部电极14，其机械强度比陶瓷层15等陶瓷部分高。因此，在低高度型的层叠陶瓷电容器10中，特别是在引出部19，难以确保施加外力时的机械强度。
于是，在本实施方式中，通过规定相对于陶瓷主体11的厚度尺寸TS的、内部电极12、13和外部电极14的Z轴方向上的厚度尺寸，来实现引出部19的强度确保和可靠性强化。
如图5所示，将内部电极12的Z轴方向上的厚度尺寸的总和设为t。在将引出部19的内部电极的层数设为n，将各内部电极12的厚度尺寸设为tk(k＝1，2，……，n－1，n)时，t能够由以下的式(2)表示。
t＝t1+t2+…+tn－1+tn……(2)
其中，tk是指如图2所示在将层叠陶瓷电容器10在Y轴方向的大致中央部且垂直于Y轴方向的面截断而得的一个截面中，各内部电极12的在引出部19中Z轴方向上最厚的部分的尺寸。
将一对主面11c上的外部电极14的Z轴方向上的2个最大厚度尺寸的平均值设为T。在将一个主面11c上的外部电极14的Z轴方向上的厚度尺寸设为T1，将另一个主面11c上的外部电极14的Z轴方向上的厚度尺寸设为T2的情况下，T能够由以下的式(3)表示。
T＝(T1+T2)/2……(3)
其中，T1和T2是指如图2所示在将层叠陶瓷电容器10在Y轴方向的大致中央部且垂直于Y轴方向的面截断而得的一个截面中，在主面11c上、各外部电极14的Z轴方向上最厚的部分的尺寸。
T满足以下的式(4)的条件。
6μm≤T≤18μm……(4)
通过将T设为6μm以上，能够防止外部电极14变得过薄而破裂的不良状况。通过将T设为18μm以下，能够限制层叠陶瓷电容器10整体的厚度尺寸，能够实现低高度型的结构。
而且，层叠陶瓷电容器10在式(1)和式(4)的基础上，还满足以下的式(5)的条件。
0.19≤(2T+t)/TS≤1.55……(5)
(2T+t)是将引出部19沿Z轴方向截断时的、内部电极12与外部电极14的Z轴方向上的厚度尺寸的总和。
通过使0.19≤(2T+t)/TS，在引出部19中，能够充分确保相对于陶瓷主体11的厚度尺寸TS的、强度高的内部电极12和外部电极14的厚度尺寸。由此，能够充分确保引出部19的机械强度。因此，即使在将层叠陶瓷电容器10安装到基板后因该基板的挠曲等而被施加了外力的情况下，也能够有效地防止在引出部19产生裂缝。
另外，通过使(2T+t)/TS≤1.55，能够限制相对于陶瓷主体11的厚度尺寸TS的、内部电极12和外部电极14的厚度尺寸。由此，能够抑制在陶瓷主体11发热时由陶瓷部分与电极部分的线膨胀系数的差异而导致的应力。因此，能够防止在引出部19中产生由于热所致的应力而导致的裂缝。
根据以上所述，通过层叠陶瓷电容器10的各尺寸TS、t和T满足式(1)、式(4)和式(5)，能够实现低高度型且引出部19具有足够的强度，防止产生裂缝等的损伤。由此，即使在将层叠陶瓷电容器10安装到基板后因该基板的挠曲等而被施加了外力的情况、在主体内产生热所致的应力的情况下，也能够防止在包括引出部19在内的陶瓷主体11产生裂缝。
假如产生了裂缝，则耐湿性等耐环境性降低，导致可靠性降低。因此，通过能够防止裂缝的产生，而能够提供可靠性高的低高度型的层叠陶瓷电容器10。
而且，层叠陶瓷电容器10也可以与式(5)关联地，满足以下的式(6)的条件。
0.40≤(2T+t)/TS≤1.00……(6)
通过使0.40≤(2T+t)，能够更加充分地确保引出部19的强度，通过设为(2T+t)/TS≤1.00，能够进一步抑制陶瓷部分和电极部分的应力，更可靠地防止裂缝的产生。
而且，层叠陶瓷电容器10也可以与式(1)关联地，满足以下的式(7)的条件。
30μm≤TS≤80μm……(7)
由此，能够使层叠陶瓷电容器的10进一步低高度化，能够成为节省空间的结构。
而且，层叠陶瓷电容器10也可以满足以下的式(8)的条件。
0.07≤t/TS≤0.35……(8)
通过使0.07≤t/TS，能够增大引出部19的内部电极12所占比例，能够提高引出部19的强度。通过使t/TS≤0.35，能够更加可靠地防止引出部19的陶瓷层15与内部电极12的线膨胀系数差所导致的裂缝的产生。
而且，层叠陶瓷电容器10也可以满足以下的式(9)的条件。
1≤T/t……(9)
即，外部电极14的厚度尺寸T可以为引出部19的内部电极12的厚度尺寸的总和t以上。外部电极14从端面11a至主面11c从外侧覆盖引出部19整体，所以有助于引出部19的Z轴方向上的抗折强度提高。通过满足式(9)，能够使外部电极14形成得相对较厚，能够进一步提高引出部19的抗折强度。因此，能够提高层叠陶瓷电容器10的可靠性。
如图6所示，以上结构的层叠陶瓷电容器10可以组装到电路板100。电路板100例如具有层叠陶瓷电容器10和与层叠陶瓷电容器10连接的电路板主体110。电路板主体110构成为例如具有通过焊料H与层叠陶瓷电容器10连接的安装面110a的安装基板。在本实施方式的电路板100中，能够节省空间地安装层叠陶瓷电容器10，并且能够获得高可靠性。
另外，电路板100并不限定于图示例子，也可以构成为例如内置有层叠陶瓷电容器10的部件内置基板。
3.实施例和比较例
作为本实施方式的实施例和比较例，如下所述制作了层叠陶瓷电容器的样品。
首先，以钛酸钡为主成分，形成了含有有机粘合剂、溶剂等的陶瓷生片。在该陶瓷生片上，作为内部电极印刷了含Ni的导电性膏。将多个陶瓷生片如图4所示进行层叠和压接并在规定的位置切断，由此制作了未烧制的陶瓷主体。
接着，在端面上涂敷外部电极形成用的含Ni的导电性膏，在1000～1400℃下进行烧制，由此得到了包含图1～3所示的陶瓷主体的烧结体。然后通过镀敷法等在导电膏的烧结膜上形成外部电极，制作了图1～3所示的层叠陶瓷电容器的样品。
各样品的X轴方向的尺寸为1.0mm，Y轴方向的尺寸为0.5mm。另外，制作陶瓷主体的Z轴方向的尺寸TS(以下称为陶瓷主体的厚度尺寸TS)、一对主面上的外部电极的Z轴方向的厚度尺寸的平均值T(以下称为外部电极的厚度尺寸T)、引出部的多个内部电极的Z轴方向的厚度尺寸的总和t(以下称为内部电极的厚度尺寸的总和t)各自不同大小的多个样品，分别作为实施例1～93、比较例1～19。各实施例和各比较例的各尺寸如以下的表1～4所示。
各样品的陶瓷主体的厚度尺寸TS为100μm、80μm、50μm和30μm。各样品的外部电极的厚度尺寸T为4μm以上21μm以下。内部电极的厚度尺寸的总和t为5.3μm以上12.7μm以下。其中，测量是通过用扫描型电子显微镜从图5的视野观察来进行的。
而外部电极的厚度尺寸T为21μm的样品，对于陶瓷主体的厚度尺寸TS来说外部电极过厚，作为低高度型的层叠陶瓷电容器是不合适的。因此，以下的评价是对于外部电极的厚度尺寸T为4μm以上18μm以下的样品进行的。
基于测量和计算出的TS、T、t的值，对各实施例和各比较例计算出(2T+t)/TS的值。计算结果用以下的表1～4表示。
接着，使用安装器(mounter)将制作出的各样品安装到基板之后，通过目视检查了是否存在损伤。具体而言，在各实施例和各比较例的1000个样品中，确认了是否产生了陶瓷主体的裂缝和外部电极的破裂。将没有产生了这些损伤的样品的情况评价为A，将产生了损伤的样品为1个以上的情况评价为B。
表1表示陶瓷主体的厚度尺寸TS为100μm的实施例1～22和比较例1～6的结果。
表1
如表1所示，在外部电极的厚度尺寸T为4μm的比较例3～6中，都有产生了外部电极的破裂的样品，外观评价为B。关于外部电极的厚度尺寸T为6μm以上18μm以下的样品，在(2T+t)/TS为0.17的较小的比较例1和2的样品中，存在在陶瓷主体产生了裂缝的样品，评价为B。关于外部电极的厚度尺寸T为6μm以上18μm以下，且满足0.19≤(2T+t)/TS≤0.49的实施例1～22，损伤产生数量都为0，评价为A。
表2表示陶瓷主体的厚度尺寸TS为80μm的实施例23～46和比较例7～10的结果。
表2
如表2所示，在外部电极的厚度尺寸T为4μm的比较例7～10中，都有产生了外部电极的破裂的样品，外观评价为B。在外部电极的厚度尺寸T为6μm以上18μm以下的实施例23～46中，0.21≤(2T+t)/TS≤0.61，损伤产生数量都为0，评价为A。
表3表示陶瓷主体的厚度尺寸TS为50μm的实施例47～70和比较例11～14的结果。
表3
如表3所示，在外部电极的厚度尺寸T为4μm的比较例11～14中，都有产生了外部电极破裂的样品，外观评价为B。在外部电极的厚度尺寸T为6μm以上18μm以下的实施例47～70中，0.33≤(2T+t)/TS≤0.97，损伤产生数量都为0，评价为A。
表4表示陶瓷主体的厚度尺寸TS为30μm的实施例71～93和比较例15～19的结果。
表4
如表4所示，在外部电极的厚度尺寸T为4μm的比较例16～19中，都是产生了外部电极的破裂的样品，外观评价为B。关于外部电极的厚度尺寸T为6μm以上18μm以下的样品，在(2T+t)/TS为1.62的较大的比较例的15中，有产生了裂缝的样品，评价为B。关于外部电极的厚度尺寸T为6μm以上18μm以下且满足0.55≤(2T+t)/TS≤1.55的实施例71～93，损伤产生数量都为0，评价为A。
根据这些结果可以确认，关于满足30μm≤TS≤100μm的低高度型的层叠陶瓷电容器，通过使外部电极的厚度尺寸T为6μm≤T≤18μm，而且满足0.19≤(2T+t)/TS≤1.55的条件，能够可靠地防止产生陶瓷主体的裂缝和外部电极的破裂等损伤。因此，确认了通过满足上述条件，能够获得耐湿性等耐环境性高的层叠陶瓷电容器。
以上，对本发明的各实施方式进行了说明，但本发明并不仅限定于上述实施方式，只要在不脱离本发明的主旨的范围内当然可以增加各种变更。例如本发明的实施方式能够采用将各实施方式组合而成的实施方式。
在上述实施方式中作为层叠陶瓷电子部件的一例对层叠陶瓷电容器10进行了说明，但本发明能够适用于层叠有陶瓷层和内部电极的所有层叠陶瓷电子部件。作为这种层叠陶瓷电子部件，可以举出例如片式变阻器、片式热敏电阻、层叠电感器等。
Claims (6)
1.一种层叠陶瓷电子部件，其特征在于，包括：
陶瓷主体，其包括：在第1方向上层叠有多个内部电极的电容形成部；从所述电容形成部起在与所述第1方向正交的第2方向上延伸的引出部，其引出了所述多个内部电极的一部分的多个内部电极；朝向所述第1方向的一对主面；形成于所述引出部的朝向所述第2方向的端面；和朝向与所述第1方向及所述第2方向正交的第3方向的一对侧面；以及
外部电极，其覆盖所述端面并从所述端面连续地覆盖至所述一对主面的一部分和所述一对侧面的一部分，
在将所述陶瓷主体的所述第1方向上的尺寸设为TS，将所述一对主面中的一个主面上的所述外部电极的所述第1方向上的厚度尺寸与另一个主面上的所述外部电极的所述第1方向上的厚度尺寸的平均值设为T，将所述引出部的所述多个内部电极的所述第1方向上的厚度尺寸的总和设为t的情况下，满足
30μm≤TS≤100μm，
6μm≤T≤18μm，且
0.19≤(2T+t)/TS≤1.55的条件。
2.如权利要求1所述的层叠陶瓷电子部件，其特征在于：
还满足0.40≤(2T+t)/TS≤1.00的条件。
3.如权利要求1或2所述的层叠陶瓷电子部件，其特征在于：
还满足30μm≤TS≤80μm的条件。
4.如权利要求1或2所述的层叠陶瓷电子部件，其特征在于：
还满足0.07≤t/TS≤0.35的条件。
5.如权利要求1或2所述的层叠陶瓷电子部件，其特征在于：
还满足1≤T/t的条件。
6.一种电路板，其特征在于：
组装有权利要求1至5中任一项所述的层叠陶瓷电子部件。
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