JP2002231564A - セラミックコンデンサ - Google Patents
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Abstract
またはセラミックに亀裂やクラック等の欠陥が発生する
ことのないセラミックコンデンサを提供する。 【解決手段】 セラミックコンデンサ素子1は、相対す
る両側端面に端子電極11、12を有する。金属端子
2、3のそれぞれは、破断に至るまでの伸びが10
(%)以上であり、接合部4、5により端子電極11、
12に接続されている。
Description
ンサに関する。本発明に係るセラミックコンデンサは、
主に、スイッチング電源用の平滑用コンデンサとして用
いるのに適する。
コンデンサとしては、アルミ電解コンデンサが主流であ
った。しかしながら、小型化、信頼性向上等の市場要求
が強まり、これに対応すべく、小型で高信頼性のセラミ
ックコンデンサの要求が高まっている。
板は放熱性の良いアルミニウム基板が用いられる。しか
しながら、電源周辺では、電源のオン/オフによる温度
変化が大きく、熱膨張率の大きなアルミニウム基板上に
実装したセラミックコンデンサには大きな熱応力が発生
する。この熱応力は、セラミックコンデンサにクラック
を発生させ、ショート不良や、発火等のトラブルを発生
させる原因となる。
ラミックコンデンサに発生する熱応力を緩和することが
重要である。熱応力を緩和する手段として、特開2000ー
124063号公報は、端子部材を構成する金属板の熱膨張係
数を、セラミックの熱膨張係数に近づけることにより、
温度変化に起因するはんだの亀裂を防止する技術を開示
している。
熱伝達率が異なるため、端子部材を構成する金属板の熱
膨張係数を、セラミックの熱膨張係数に近づけても、完
全な対策にはならず、はんだあるいはセラミックに亀
裂、クラック等が発生してしまう場合がある。
変化環境下で使用された場合でも、はんだまたはセラミ
ックに亀裂やクラック等の欠陥が発生することのないセ
ラミックコンデンサを提供することである。
ため、本発明に係るセラミックコンデンサは、少なくと
も1つのセラミックコンデンサ素子と、少なくとも一対
の金属端子とを含む。
る両側端面に端子電極を有しており、前記金属端子のそ
れぞれは、破断に至るまでの伸びが10(%)以上であ
り、接合材により前記端子電極に接続されている。
温度変化環境下において使用された場合、セラミックコ
ンデンサに発生する熱応力を、金属端子の伸びによって
緩和することができる。このため、温度変化環境下で使
用された場合でも、はんだまたはセラミックに亀裂やク
ラック等の欠陥が発生することがない。本発明におい
て、金属端子の伸びとは、破断に至るまでの伸び率を言
う。
は、添付図面を参照し、更に具体的に説明する。添付図
面は単に例を示すに過ぎない。
ンデンサの正面部分断面図、図2は図1に示したセラミ
ックコンデンサの正面断面図である。図1及び図2に図
示されたセラミックコンデンサは、1つのセラミックコ
ンデンサ素子1と、一対の金属端子2、3とを含む。セ
ラミックコンデンサ素子1は、長さ方向において相対す
る両側端面に端子電極11、12を有する。
までの伸びが10(%)以上であり、接合材4、5によ
り、セラミックコンデンサ素子2の端子電極11、12
に接続されている。このような伸びを有する金属端子2
は、所定の金属板材を焼鈍することにより得ることがで
きる。金属端子2、3に用いられる金属材料は電気抵抗
が低く、しかもバネ性に優れた材料が好ましい。板厚
は、限定するものではないが、代表的には0.1mm程
度である。
温度変化環境下において使用された場合、セラミックコ
ンデンサ素子1に発生する熱応力を、金属端子2、3の
伸びによって緩和することができる。このため、温度変
化環境下で使用された場合でも、はんだまたはセラミッ
クに亀裂やクラック等の欠陥が発生することがない。金
属端子2、3の伸びが10(%)未満では、試験供試品
の30(%)以上にクラックが発生した。次に具体的な
実験データを挙げる。
標)によって構成した。42アロイ(登録商標)は、F
e58wt%、Ni42wt%の合金であり、α=6×
10-6/℃である。この金属端子に対し異なる温度条件
で焼鈍処理を施し、伸び率5、8、10、20、30の
サンプル群を準備した。サンプル数Nは、各伸び率毎に
30個とした。
で、セラミックコンデンサ素子1の端子電極11、12
にはんだ付けした。これにより、伸び率毎に、30個の
サンプルNo.1〜30、31〜60、61〜90、91
〜120を得た。得られたサンプルについてのクラック
発生率(%)を表1に示してある。セラミックコンデン
サ素子1は、線膨張係数α=12×10-6/℃であっ
た。
発生率を調べた。ヒートサイクル試験は、−55℃の温
度を30分間保持し、125℃の温度を30分保持する
サイクルを1サイクルとして1000サイクルまで行っ
た。
ンプルNo.1〜30では45%、伸び率が8(%)のサ
ンプルNo.31〜60では、30%にクラックの発生が
認められた。これに対して、伸び率が10(%)のサン
プルNo.61〜150ではクラックの発生が認められな
かった。
示す拡大部分断面図である。図示された金属端子2、3
は、基体200の表面に、Niめっき膜300及びAg
めっき膜400の2層のめっき膜を付着させてある。こ
の金属端子2、3は、基体200に焼鈍処理を施して伸
び率を調整した後、めっき膜300、400を形成する
ことによって得ることができる。基体200の構成材料
としては、上述した42アロイ(登録商標)の他、次に
述べる金属材料も使用できる。
部22を有し、曲げ部22の先に、外部と接続される端
子部23を有する。そして、曲げ部22の最初の曲げ部
221と、先端部との間の部分に相当する一端部21
が、端子電極11に接続されている。金属端子2は、更
に、曲げ部22と端子部23とを区画するもう一つの曲
げ部222を有する。
し、曲げ部32の先に、外部と接続される端子部33を
有する。そして、曲げ部32の最初の曲げ部321と、
先端部との間の部分に相当する一端部31が、端子電極
12に接続されている。金属端子3は、更に、曲げ部3
2と端子部33とを区画するもう一つの曲げ部322を
有する。
ク誘電体基体100の内部に多数(例えば100層)の
内部電極101、102を有する。内部電極101は一
端が端子電極11に接続され、他端が自由端になってい
る。内部電極102は一端が端子電極12に接続され、
他端が自由端になっている。端子電極11、12、内部
電極101、102およびセラミック誘電体基体100
の構成材料およびその製造方法等は周知である。典型的
な例では、セラミックコンデンサ素子1は、鉛系複合ペ
ロブスカイトのセラミック誘電体の内部にAg−Pdよ
りなる内部電極101、102を有し、セラミック誘電
体の相対する両側端部にガラスブリットを含んだAgペ
ーストの焼き付け電極でなる端子電極11、12を有す
る。
端と端子電極12との間に、間隔△L1が生じるように
形成する。内部電極102は、その自由端と端子電極1
1との間に、間隔△L2が生じるように形成する。間隔
△L1および△L2は、自由端と端子電極11、12と
の間の最短距離で与えられる。具体的には、間隔△L1
は、端子電極12の内、セラミック誘電体基体100の
表面および裏面に付着されている垂れ部分121の先端
からセラミック誘電体基体100の厚み方向に引かれた
線分S11と、自由端の先端からセラミック誘電体基体
100の厚み方向に引かれた線分S12との間の間隔と
して与えられる。
ック誘電体基体100の表面および裏面に付着されてい
る垂れ部分111の先端からセラミック誘電体基体10
0の厚み方向に引かれた線分S21と、自由端の先端か
らセラミック誘電体基体100の厚み方向に引かれた線
分S22との間の間隔として与えられる。
1は、内部電極101、102の電極面が水平面と平行
となる横配置となっているが、図2の位置からセラミッ
クコンデンサ素子1を約90度回転させて、内部電極1
01、102の電極面が水平面に対して垂直となる縦配
置としてもよい。
ンデンサを回路基板上に実装した時の状態を示す部分断
面図である。セラミックコンデンサは、回路基板70の
上に搭載されている。回路基板70の表面には導体パタ
ーン71、72が設けられている。セラミックコンデン
サに備えられた金属端子2の端子部23がはんだ81に
よって導体パターン71にはんだ付けされ、金属端子3
の端子部33がはんだ82によって導体パターン72に
はんだ付けされている。
コンデンサにおいて、金属端子2、3のそれぞれは、破
断に至るまでの伸びが10(%)以上であるから、回路
基板70の膨張、収縮による熱応力を緩和を、金属端子
2、3によって吸収し、セラミックコンデンサ素子1及
び接合部4、5にクラックが入るのを防止することがで
きる。
ンサ素子1に近い側に、最初の曲げ部221、321を
有し、回路基板にはんだ付けされる端子部23、33に
近い側にもう一つの曲げ部222、322を有する。こ
の構造によれば、最初の曲げ部221、321では、主
に、セラミックコンデンサ素子1に生じる電歪応力を緩
和し、もう一つの曲げ部222、322では、主に、回
路基板70の膨張、収縮による熱応力を緩和するとい
う、言わば、役割分担を持たせると共に、その分担され
た役割を、一つの金属端子2または3上で合成し、クラ
ック防止のための協調動作を確保することができる。
曲げ部22、32は、一つの曲げ部221、321で構
成され、鋭角に曲げられている。この鋭角な曲げによれ
ば、セラミックコンデンサ素子1に生じる電歪応力を、
より一層効果的に緩和することができる。
12との間に、間隔△L1を生じさせ、内部電極102
の自由端と端子電極11との間に、間隔△L2を生じさ
せている構造の場合、クラックや、破壊等を生じ易い金
属端子とはんだとの界面、および、はんだ付け領域付近
に、内部電極101と内部電極102の重なりが存在し
ない。このため、クラックによるショート、および、そ
れに起因する発火等を生じる危険性が激減する。
21、321は、くさび状に曲げられているが、90度
以外の角度、明確な角度を持たない形状、例えば、円弧
状に曲げてもよい。
を、回路基板70上に実装する際の熱によっては再溶融
することのない高温系接合材によって構成することが好
ましい。セラミックコンデンサを共晶はんだによって回
路基板70にはんだ付けする場合を想定すると、共晶は
んだの溶融温度は、一般には、183℃程度であるの
で、200℃以上の耐熱温度特性を有する接合材を用い
る。
の金属成分と、第2の金属成分とを含有するはんだを挙
げることができる。第1の金属成分は、第2の金属成分
の融点よりも低い融点を持つ。はんだ付けに当っては、
第1の金属成分の融点よりも高く、かつ、第2の金属成
分の融点よりも低いはんだ付け温度で、はんだ付けす
る。
金属成分とを混合したはんだ粉体に、フラックスを混合
し、はんだぺ一ストとする。このぺ一ストを基板に印刷
し、所定の温度で、電子部品等のはんだ付けを行う。
の融点が、このときのはんだ付け温度よりも低いから、
第1の金属成分が溶融し、はんだ付けが行われる。
よりも高いから、溶融しない。この第2の金属成分の周
囲を、溶融した第1の金属成分が覆い、拡散により合金
化が進み、均一な組成になる。この均一な組成になった
はんだの融点は、第1の金属成分の融点よりも高くな
る。従って、リフロー工程におけるはんだの溶融及び接
合強度の低下等を回避し得る。
も、Pb以外の金属成分から選択する。これにより、P
bフリーでありながら、Pbを含む場合と同程度の高温
はんだを実現することができる。即ち、Pbを含まない
高温はんだを実現し得る。
み合わせ、及び、組成比等は、第1の金属成分と第2の
金属成分の組み合わせ毎に、既に知られた状態図を参照
して、適切に選択することができる。
g、Sn−0.7Cu、Sn−51In、Sn−58B
i、Sn−5Sb、Sn−10Sb、Sn−10Auま
たはSn−9Znから選択された少なくとも一種を含む
ことができる。第2の金属成分は、Ag、Cu、Sb、
Au、NiまたはZnから選択された少なくとも一種を
含むことができる。
でいてもよい。第3の金属成分は、微量添加物であっ
て、P、Si、GeまたはGaから選択された少なくと
も一種を含むことができる。
々の態様をとることができる。その具体例を図5〜図1
2に示す。これらの図において、図1および図2に現れ
た構成部分と同一の構成部分には、同一の参照符号を付
してある。
デンサの更に別の実施例を示す正面部分図、図6は図5
に示したセラミックコンデンサの正面断面図である。こ
の実施例に示されたセラミックコンデンサでは、2個の
セラミックコンデンサ素子110、120を備える。セ
ラミックコンデンサ素子110、120は順次に積層さ
れ、端子電極11、12が、接合部4、5によって、並
列に接続されている。金属端子2、3の端子部23、3
3は、セラミックコンデンサ素子110、120の内、
最下層に位置するセラミックコンデンサ素子120の下
側に間隔G01、G02をおいて配置されており、これ
により、端子部23、33による基板占有面積の増大を
抑え、実装面積を最小にしてある。
1の曲げ部221、321と、第2の曲げ部222、3
22とを含む。金属端子2、3のそれぞれは、先端部か
ら第1の曲げ部221、321に至る部分が、セラミッ
クコンデンサ素子110、120の側端面に形成された
端子電極11、12に接続されている。金属端子2、3
のそれぞれは、破断に至るまでの伸びが10(%)以上
であり、回路基板70の膨張、収縮による熱応力を緩和
を、金属端子2、3によって吸収し、セラミックコンデ
ンサ素子1及び接合部4、5にクラックが入るのを防止
することができる。
図1および図2を参照して説明した作用効果のほか、2
つのセラミックコンデンサ素子110、120のそれぞ
れの静電容量値を加算した大きな静電容量が取得でき
る。
の更に別の実施例を示す斜視図、図8は図7に示したセ
ラミックコンデンサの正面部分断面図である。この実施
例では、金属端子2、3のそれぞれは、先端部から第1
の曲げ部221、321に至る部分が、セラミックコン
デンサ素子110の側端面に形成された端子電極11、
12にのみ接続されている。この実施例の場合も、金属
端子2、3のそれぞれは、破断に至るまでの伸びが10
(%)以上であり、回路基板の膨張、収縮による熱応力
を緩和を、金属端子2、3によって吸収し、セラミック
コンデンサ素子1及び接合部4、5にクラックが入るの
を防止することができる。
の更に別の実施例を示す斜視図である。この実施例で
は、金属端子2、3は、曲げ部22、32の幅方向の中
間部に、切り抜き部225、325を有する。この実施
例の場合も、金属端子2、3のそれぞれは、破断に至る
までの伸びが10(%)以上であり、回路基板の膨張、
収縮による熱応力を緩和を、金属端子2、3によって吸
収し、セラミックコンデンサ素子1及び接合部4、5に
クラックが入るのを防止することができる。
225、325を有するので、金属端子2、3からセラ
ミックコンデンサ素子110、120に負荷される応力
が低下するので、セラミックコンデンサ素子110、1
20における熱応力を緩和できる。また、金属端子2、
3の剛性が低下するので、基板の撓みおよび熱膨張を吸
収するのに適したスプリング作用を得ることができる。
サの別の実施例を示す斜視図である。この実施例では、
金属端子2は、抜き部24を有する。抜き部は、端子電
極11を取り付けた取り付け部に向き合う。図示されて
いないが、金属端子3も、同様に、抜き部34を有す
る。抜き部34は、端子電極12を取り付けた取り付け
部に向き合う。
れぞれは、破断に至るまでの伸びが10(%)以上であ
り、回路基板の膨張、収縮による熱応力を緩和を、金属
端子2、3によって吸収し、セラミックコンデンサ素子
1及び接合部4、5にクラックが入るのを防止すること
ができる。
12に接続する作業において、金属端子2、3の抜き部
24、34を通して、金属端子2、3の取り付け部を押
さえ、端子電極11、12に接触させ、接続作業を容易
に行なうことができる。また、抜き部24、34を通し
て、均一な力で取り付け部を端子電極11、12に接着
することができる。
サの別の実施例を示す底面図である。この実施例では、
金属端子2の端子部23は、2つの穴231、232を
有する。同様に、金属端子3の端子部33は、2つの穴
331、332を有する。穴数は任意である。
れぞれは、破断に至るまでの伸びが10(%)以上であ
り、回路基板の膨張、収縮による熱応力を緩和を、金属
端子2、3によって吸収し、セラミックコンデンサ素子
1及び接合部4、5にクラックが入るのを防止すること
ができる。
ンデンサは、図4図に示したように、回路基板70に設
けられた導体パターン71、72にはんだ付けする際、
端子部23、33の穴231、232、331、332
に、はんだ82、81を充填し、セラミックコンデンサ
を回路基板70に確実にはんだ付けすることができる。
サの別の実施例を示す正面断面図である。この実施例で
は、4個のセラミックコンデンサ素子110〜140を
順次に積層する。そして、金属端子2において、先端部
と第1の曲げ部221との間を、接合部4によって、端
子電極11に接続固定する。金属端子3において、先端
部と第1の曲げ部321との間を、接合部5によって、
端子電極12に接続固定する。
れぞれは、破断に至るまでの伸びが10(%)以上であ
り、回路基板の膨張、収縮による熱応力を緩和を、金属
端子2、3によって吸収し、セラミックコンデンサ素子
1及び接合部4、5にクラックが入るのを防止すること
ができる。
図1〜図11に示した実施例よりも、更に大きな静電容
量を取得できる。セラミックコンデンサ素子110〜1
40の個数は、要求される静電容量に応じて更に増加で
きる。
けれども、実施例の組み合わせが多数存在することはい
うまでもない。また、Niを内部電極としたチタン酸バ
リウム系のセラミックコンデンサでも同様の効果が得ら
れた。
度変化環境下で使用された場合でも、はんだまたはセラ
ミックに亀裂やクラック等の欠陥が発生することのない
セラミックコンデンサを提供することができる。
断面図である。
図である。
る金属端子の一例を示す拡大断面図である。
回路基板上に実装した時の状態を示す部分断面図であ
る。
例を示す正面部分図である。
ある。
実施例を示す斜視図である。
断面図である。
実施例を示す斜視図である。
の実施例を示す斜視図である。
の実施例を示す底面図である。
の実施例を示す正面断面図である。
子 2、3 金属端子 4、5 接合部
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくとも1つのセラミックコンデンサ
素子と、少なくとも一対の金属端子とを含むセラミック
コンデンサであって、 前記セラミックコンデンサ素子は、相対する両側端面に
端子電極を有しており、 前記金属端子のそれぞれは、破断に至るまでの伸びが1
0(%)以上であり、接合材により前記端子電極に接続
されているセラミックコンデンサ。 - 【請求項2】 請求項1に記載されたセラミックコンデ
ンサであって、 前記金属端子のそれぞれは、中間部に曲げ部を有し、前
記曲げ部より先の部分が前記端子電極に接続され、前記
曲げ部の後方部分に外部と接続される端子部を有するセ
ラミックコンデンサ。 - 【請求項3】 請求項1に記載されたセラミックコンデ
ンサであって、 前記金属端子の前記曲げ部は、鋭角に曲げられているセ
ラミックコンデンサ。
Priority Applications (1)
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