JP2005109151A - セラミック電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電歪共振により発生する音圧レベルを簡便に下げることができるように改良された、強誘電体セラミックからなる素子本体と外部電極とを備えるセラミック電子部品を提供する。
【解決手段】 強誘電体セラミックからなる素子本体と外部電極とを備えるセラミック電子部品において、防振合金であるTi−Ni系合金、Cu−Zn系合金、Mn−Cu系合金、Fe−Cr系合金、Mg系合金、またはAl−Zn系合金からなる金属キャップにより形成されている、電歪により発生する振動を吸収する振動吸収層を、前記外部電極中に有することを特徴とする。
【選択図】 図1
【解決手段】 強誘電体セラミックからなる素子本体と外部電極とを備えるセラミック電子部品において、防振合金であるTi−Ni系合金、Cu−Zn系合金、Mn−Cu系合金、Fe−Cr系合金、Mg系合金、またはAl−Zn系合金からなる金属キャップにより形成されている、電歪により発生する振動を吸収する振動吸収層を、前記外部電極中に有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
この発明は、強誘電体セラミックからなる素子本体と外部電極とを備える、コンデンサ、バリスタ、およびLCフィルタのような電子部品に関する。
例えば、積層セラミックコンデンサ素子は、大容量を得るため、素子本体の誘電体は比誘電率の高いチタン酸バリウム系の強誘電体セラミックから構成される。このようなコンデンサを特定の周波数帯で用いると、強誘電体セラミックが持つ圧電特性により、電歪現象が引き起こされ、それによって意図しない振動が生じ、それが実装された基板に伝わって共振し、音を発する、いわゆる「鳴き」と呼ばれる現象が起こる。このような「鳴き」を生じる電子部品が組み込まれた電子機器をある条件下で使用すると、電子機器から耳障りな音が発せられることがある。
前記の電歪共振を抑制する技術として、例えばセラミック電子部品本体表面に電歪キャンセル用の凸部を設けることが提案されている(特許文献1参照)。この凸部の振動とセラミック電子部品本体の振動を干渉させて打ち消し合うことで、電歪共振を抑制しようとするものである。
特開平11−40456号公報
前記のような構造を持ったセラミック電子部品を得るためには、例えば樹脂塗布、別途作製された部材の接合、および溝加工などの複雑な工程が必要となり、生産性に対する制約となる。同様の問題は、例えばバリスタやLCフィルタなど、強誘電体セラミックを誘電体として用いる他の電子部品においても生じる。
そこで、この発明の目的は、電歪共振により発生する音圧レベルを簡便に下げることができるように改良された電子部品を提供しようとすることである。
この発明は、強誘電体セラミックからなる素子本体と外部電極とを備えるセラミック電子部品に向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、電歪により発生する振動を吸収する振動吸収層を、外部電極中に有することを特徴としている。
また、前記振動吸収層は、防振合金からなる金属キャップにより形成されていることを特徴としている。
さらに、前記防振合金は、Ti−Ni系合金、Cu−Zn系合金、Mn−Cu系合金、Fe−Cr系合金、Mg系合金、およびAl−Zn系合金の中から選ばれた少なくとも1つの合金であることを特徴としている。
この発明によれば、電歪により発生する振動を吸収する振動吸収層を、防振合金からなる金属キャップの冠着という形で外部電極中に設けているので、樹脂塗布、別途作製された部材の接合、および溝加工などの複雑な工程を必要とせず、生産性を低下させることなく、電歪共振により発生する音圧レベルを簡便に下げることができる。
図1は、この発明の第一の実施形態による積層セラミックコンデンサ1の断面図である。積層セラミックコンデンサ1は、強誘電体セラミックからなる素子本体2を備え、素子本体2の内部には、複数の静電容量を構成するように、誘電体セラミック層を介して互いに対向する、複数組の内部電極3、4が形成されている。また、素子本体2の一方端面には、内部電極3に電気的に接続されるように、外部電極5が形成されている。一方、素子本体2の他方端面には、内部電極4に電気的に接続されるように、外部電極6が形成されている。
このような積層セラミックコンデンサ1において、外部電極5、6は、電歪により発生する振動を吸収する防振合金からなる振動吸収層7、8と、該振動吸収層を素子本体2に接合し、また内部電極3、4との電気的な導通を確保するための導電性接着剤9、10と、前記振動吸収層の上に施されためっき層11、12から構成される。
このような構造を有する積層セラミックコンデンサ1の振動吸収特性について、具体的に調べた結果について以下に述べる。
まず、この発明の積層セラミックコンデンサの製造方法について説明する。
素子本体として、組成式:(Ba0.95Ca0.05)1.010(Ti0.85Zr0.15)O3で表わされる組成を有するチタン酸バリウム系の強誘電体セラミックを用いた。上記で表わされる組成が得られるように、各成分の炭酸塩、および酸化物を出発原料として秤量し、湿式混合した後、蒸発乾燥して乾燥物を得た。この乾燥物を60メッシュのふるいを通して造粒した後、1150℃で仮焼して誘電体セラミック原料粉末を得た。
次に、還元性雰囲気中で低温焼結を進めるための焼結助剤を準備した。この焼結助剤は、組成式:0.08Li2O−0.42BaO−0.22B2O3−0.28SiO2で表わされる組成を有するホウケイ酸系ガラスを用いた。上記で表わされる組成が得られるように、各成分の炭酸塩、酸化物、および水酸化物を出発原料粉末を出発原料として秤量し、湿式混合した後、蒸発乾燥して乾燥物を得た。この乾燥物を60メッシュのふるいを通して造粒した後、アルミナるつぼに入れて1300℃で1時間溶解し、水中に投入し急冷してガラス化させた。その後200メッシュのふるいを通過する程度まで粉砕して焼結助剤粉末を得た。
誘電体セラミック原料粉末に対し、焼結助剤粉末を1重量%となるように秤量し、ボールミルで16時間混合粉砕した後、ポリビニルブチラール系のバインダ、および可塑剤を加え、さらに16時間混合して誘電体セラミックのスラリーを得た。このスラリーをポリエチレンテレフタレートなどからなる厚さ25μmのキャリアフィルム上にシート状に成形して、誘電体セラミックのグリーンシートを得た。得られたグリーンシートの厚みは10μmであった。
このグリーンシートに内部電極パターンをNiペーストを用いて印刷した後、互いに対向して複数の静電容量を構成するように101層積み重ね、さらにその上下面に内部電極パターンを印刷していないダミーのグリーンシートをそれぞれ10層積み重ねて熱圧着し、圧着体を得た。得られた圧着体の厚さは1.2mmであった。この圧着体から内部電極パターンに合わせて、長さ4mm、幅2mm、厚さ1.2mmの成形体を切り出した。
この成形体を大気中で240℃、3時間保持して脱バインダし、その後、N2−H2−H2Oの混合ガスを用いて、Ni内部電極が酸化しない還元雰囲気中で1250℃、2時間保持して焼成し、素子本体を得た。焼結後の誘電体厚さは7μmであった。
次に、振動吸収層に用いる防振合金として、厚さ0.05mmのTi0.50−Ni0.50合金板、Cu0.78−Zn0.14−Al0.08合金板、Mn0.40−Cu0.58−Al0.02合金板、Fe0.85−Cr0.12−Al0.03合金板、Mg0.995−Zr0.005合金板、およびAl0.61−Zn0.39合金板を準備し、素子本体の幅、および厚み寸法に合わせた大きさのキャップ状に加工した。キャップ加工後、歪取りのため、800℃で1時間の熱処理を行なった。
前記素子本体の両端面に導電性接着剤を塗布し、キャップ状に加工した防振合金を素子本体の両端面に冠着した後、NiおよびSnめっき処理を施して外部電極を形成し、この発明の積層セラミックコンデンサを得た。
ここで、Ti−Ni系合金、Cu−Zn系合金、およびMn−Cu系合金は、温度により低温相および高温相間で可逆的に結晶構造が変化するが、この内低温相でなければ防振性能を発揮することができない。低温相は結晶粒内に多数の内部双晶を有し、加わった振動を結晶粒内における内部双晶の可逆的な移動に伴うエネルギー損失として消費することが、防振特性の発現機構となっているためである。それで、用いられるTi−Ni系合金、Cu−Zn−Al系合金、およびMn−Cu系合金としては、低温相から高温相に結晶構造が変化し始める点(As点)が室温より十分高くなければならない。As点は各成分元素の比率により変化させることができるが、この実験例で用いたTi0.50−Ni0.50合金、Cu0.78−Zn0.14−Al0.08合金、およびMn0.40−Cu0.58−Al0.02合金はAs点がいずれも50℃を超えており、十分な防振特性を発揮できるものである。
なお、Fe−Cr系合金、Mg系合金、およびAl−Zn系合金は、防振特性の発現機構がそれぞれ磁気変態、転位の運動、結晶粒界での摩擦によるものであり、上記のTi−Ni系合金、Cu−Zn系合金、およびMn−Cu系合金とは異なり、防振特性の発現に温度依存性を有しない。
また、比較例として、Cu板をキャップ状に加工し、同様に前記素子本体に冠着した後、NiおよびSnめっき処理を施して外部電極を形成した積層セラミックコンデンサと、Ti0.49−Ni0.51であってAs点が−12℃と室温より低いため、室温付近でほぼ高温相状態にあり、防振特性が発揮できないTi−Ni系合金板をキャップ状に加工し、同様に前記素子本体に冠着した後、NiおよびSnめっき処理を施して外部電極を形成した積層セラミックコンデンサを得た。
次に、この発明の積層セラミックコンデンサの振動吸収特性の測定方法、および測定結果について以下に述べる。
前記のようにして得られた積層セラミックコンデンサを、Cu箔によりランド設計の施された、長さ100mm、幅40mm、厚さ1.6mmのガラス−エポキシ樹脂複合材からなる基板に、ペースト状のSn−Pb共晶はんだを用いて、リフロー方式により炉内設定温度235℃で実装した。
基板に実装された積層セラミックコンデンサに、振幅16V、周波数10Hz〜200MHzの交流電圧を連続的に印加し、電歪により発生した「鳴き」の最大値を調べた。その際、積層セラミックコンデンサ近傍にマイクロホンを設置してを集音し、アンプで増幅して音圧(dB)を測定した。測定は室温にて行なった。その測定結果を表1に示す。
表1に示すように、外部電極中に振動吸収層を設けない比較例では、「鳴き」音圧が大きくなっており、実感上でも音の発生が気になるが、外部電極中に振動吸収層を設けたこの発明の実施例では、いずれの防振合金を用いても「鳴き」音圧は比較例の1/2から1/3と大幅に低減することができる。また、実感上でも静粛であり音の発生が気にならなかった。
図2は、この発明の第二の実施形態による積層セラミックコンデンサ21の断面図である。積層セラミックコンデンサ21において、外部電極5、6は電歪により発生する振動を吸収する、防振合金からなる振動吸収層7、8と、該振動吸収層を部品素子2に接合し、また内部電極3、4との電気的な導通を確保するためのCu電極層23、24と、前記振動吸収層の上に施されためっき層11、12から構成される。
このような構造を有する積層セラミックコンデンサ21の振動吸収特性について、具体的に調べた結果について以下に述べる。
前述の実施例1と同様にして得られた素子本体の両端面にCuペーストを塗布し、120℃で10分間乾燥させた。乾燥後の部品素子の両端面にTi0.50−Ni0.50合金、Mn0.40−Cu0.58−Al0.02合金、およびFe0.85−Cr0.12−Al0.03合金からなる金属キャップを冠着した。酸素濃度10ppmの雰囲気中において900℃で焼成し、素子本体にCu電極層と金属キャップを焼き付けた後、NiおよびSnめっき処理を施して外部電極を形成し、この発明の積層セラミックコンデンサを得た。
また、比較例として、防振合金からなる金属キャップを冠着せず、Cuペーストのみを焼き付けた後、NiおよびSnめっき処理を施して外部電極を形成した積層セラミックコンデンサを得た。
上記の積層セラミックコンデンサについて、前述の実施例1と同様の方法で調べた振動吸収特性の測定結果について表2に示す。
表2に示すように、外部電極中に振動吸収層を設けたこの発明の実施例では、いずれの防振合金を用いても「鳴き」音圧は比較例の1/2から1/3と大幅に低減することができ、また、実感上でも静粛であり音の発生が気にならなかった。
以上、この発明を積層セラミックコンデンサに係る実施形態に関連して説明したが、この発明はバリスタ、およびLCフィルタ等の強誘電体セラミックを部品素子として用いる他の電子部品にも適用することができる。
また、この発明を構成する外部電極中の振動吸収層以外の材料は、上記実施例に限定されるものではない。例えば、めっき層としては、NiおよびSnめっきの代わりに、はんだめっき等を用いることができる。さらに、Cuペーストの代わりにAgペースト等の焼き付けにより、振動吸収層と内部電極の電気的な導通を確保することができる。
また、外部電極の構造についても、上記実施例に限定されるものではない。例えば、焼成前の成形体の両端面にNiペーストを塗布し、乾燥後に成形体と同時焼成することで、予め素子本体の両端面に内部電極との導通を確保するためのNi電極層を形成しておき、その上からキャップ状に加工した防振合金を圧着して、Ni電極層と接合した後、めっき処理を施して外部電極を形成することができる。
1、21 積層セラミックコンデンサ
2 素子本体
3、4 内部電極
5、6 外部電極
7、8 振動吸収層
9、10 導電性接着剤
11、12 めっき層
23、24 Cu電極層
2 素子本体
3、4 内部電極
5、6 外部電極
7、8 振動吸収層
9、10 導電性接着剤
11、12 めっき層
23、24 Cu電極層
Claims (3)
- 強誘電体セラミックからなる素子本体と外部電極とを備えるセラミック電子部品において、電歪により発生する振動を吸収する振動吸収層を、前記外部電極中に有することを特徴とする、セラミック電子部品。
- 前記振動吸収層は、防振合金からなる金属キャップにより形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のセラミック電子部品。
- 前記防振合金は、Ti−Ni系合金、Cu−Zn系合金、Mn−Cu系合金、Fe−Cr系合金、Mg系合金、およびAl−Zn系合金の中から選ばれた少なくとも1つの合金であることを特徴とする、請求項2に記載のセラミック電子部品。
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