JP2005217340A - 積層セラミックコンデンサおよびその実装構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも規定領域下側内層部32aに、規定領域下側外層部33aよりも大きい、内部電極3a,3bの主面に平行な方向の圧縮応力を残留させ、規定領域下側外層部33aについてビッカース試験を行った場合に発生する厚み方向におけるクラックの長さの平均値をAとし、規定領域下側内層部についてビッカース試験を行った場合に発生する厚み方向におけるクラックの長さの平均値をBとした場合に、B/A≦0.8の要件を満たすようにする。
また、規定領域中央内層部についてビッカース試験を行った場合に発生する厚み方向におけるクラックの長さの平均値をCとした場合に、C/A≦0.7の要件を満たすようにする。
【選択図】図1
Description
セラミック積層素子の内部に、セラミック層を介して複数の内部電極が互いに対向するように配設され、かつ、内部電極の端部が交互にセラミック積層素子の一方端面および他方端面に引き出されているとともに、セラミック積層素子の両端側に、内部電極と導通する一対の外部電極が、セラミック積層素子の端面から該端面に連続する側面にまで回り込むように配設された構造を有する積層セラミックコンデンサであって、
(a)内部電極の積層方向についてみた場合に下面となるセラミック積層素子の側面に回り込んだ外部電極の先端部と、上面となる側面に回り込んだ外部電極の先端部とを結ぶ線と、当該外部電極により規定されるセラミック積層素子の両端側の領域を「規定領域」とし、
(b)セラミック積層素子の内部電極が配設された領域を「内層部」とし、
(c)「規定領域」内の内層部を「規定領域内層部」とし、
(d)「規定領域内層部」の、実装時に積層方向において基板実装面に近い側となる部分を「規定領域下側内層部」とし、
(e)セラミック積層素子の、内層部の上側および下側に配設されたセラミック層である外層部のうちの、実装時に積層方向において基板実装面に近い側となる外層部の「規定領域」内の部分を「規定領域下側外層部」とした場合において、
少なくとも「規定領域下側内層部」に、「規定領域下側外層部」よりも大きい、内部電極の主面に平行な方向の圧縮応力を残留させ、
「規定領域下側外層部」についてビッカース試験を行った場合に発生する厚み方向におけるクラックの長さの平均値をAとし、
「規定領域下側内層部」についてビッカース試験を行った場合に発生する厚み方向におけるクラックの長さの平均値をBとした場合に、
B/A≦0.8
の要件を満たすようにしたことを特徴としている。
C/A≦0.7
の要件を満たすようにしたことを特徴としている。
C/B≦0.8
の要件を満たすようにしたことを特徴としている。
請求項1〜3のいずれかの積層セラミックコンデンサを、その外部電極を基板上に配設されたランド電極にはんだ付けすることにより実装するための実装構造であって、
積層セラミックコンデンサの外部電極がはんだ付けされるランド電極の端部が、セラミック積層素子の側面への外部電極の回り込み部分の先端部よりも手前側に位置するように積層セラミックコンデンサを配設すること
を特徴としている。
なお、B/A≦0.8としたのは、B/Aが0.8を超えると、内層部にクラックが進展することを防止する効果が不十分になることによる。なお、B/Aの値に具体的な下限はないが、通常は、B/Aの値が0.5以上となるようにすることが望ましい。これにより、厚み方向の極端な内部応力差による内部構造の変形やゆがみを生じにくくすることができる。
なお、C/A≦0.7としたのは、C/Aが0.7を超えると、内層部にクラックが進展することを防止する効果が不十分になることによる。なお、C/Aの値に具体的な下限はないが、通常は、C/Aの値が0.4以上となるようにすることが望ましい。これにより、厚み方向の極端な内部応力差による内部構造の変形やゆがみを生じにくくすることができる。
なお、C/B≦0.8としたのは、C/Bが0.8を超えると、内層部にクラックが進展することを防止する効果が不十分になることによる。なお、C/Bの値に具体的な下限はないが、通常は、C/Bの値が0.6以上となるようにすることが望ましい。これにより、厚み方向の極端な内部応力差による内部構造の変形やゆがみを生じにくくすることができる。
すなわち、積層セラミックコンデンサの外部電極がはんだ付けされる、ランド電極の端部が、セラミック積層素子の側面への、外部電極の回り込み部分の先端部よりも外側(手前側)に位置するように積層セラミックコンデンサを配設することにより、ランド電極が、外部電極のセラミック積層素子の側面への回り込み部分全体と接合するのではなく、回り込み部分の一部(外部電極の回り込み部分の先端側よりも後退した位置までの領域)で接合することになるため、外部電極の回り込み部分を介してセラミック積層素子に加わる応力を減少させて、セラミック積層素子にクラックや剥がれが発生することを効率よく抑制、防止することが可能になる。
なお、図1において、セラミック積層素子1の端面5a,5bから、内部電極3a,3bの積層方向(矢印Xの方向)についてみた場合に下面となる側面6aに回り込んだ外部電極4a,4bの先端部14a,14bと、上面となる側面6bに回り込んだ外部電極4a,4bの先端部14a,14bとを結ぶ線と、当該外部電極4a,4bにより規定されるセラミック積層素子1の両端側の領域が「規定領域」30となる。図1では右側の規定領域30のみを示しているが、この実施例1の各積層セラミックコンデンサは左右対称で、左側の相当部分も規定領域となる。
また、セラミック積層素子1の内部電極3a,3bが配設された領域が「内層部」31となり、規定領域30内の内層部31が「規定領域内層部」32となる。
さらに、規定領域内層部32の、実装時に積層方向において基板実装面に近い側(基板対向面側)となる部分が「規定領域下側内層部」32aとなり、逆側が「規定領域上側内層部」32bとなる。
また、セラミック積層素子1の、内層部31の下側および上側に配設されたセラミック層である外層部33,34のうちの、実装時に積層方向において基板実装面に近い側(基板対向面側)となる下側の外層部33の規定領域30内の部分が「規定領域下側外層部」33a、上側の外層部34の規定領域30内の部分が「規定領域上側外層部」34aとなる。
さらに、規定領域内層部32の厚み方向中央部が「規定領域中央内層部」32cとなる。
(1)BaTiO3,BaCO3,MgO,Dy2O3,MnCO3,SiO2からなるセラミック原料混合粉末に、バインダ、可塑剤、および有機溶剤を加え、混合することによりセラミック原料スラリーを得る。
(2)それから、このセラミック原料スラリーを用いて、厚み25μmのセラミックグリーンシートを作製する。
(3)次に、このセラミックグリーンシート上に、ニッケル粉末を導電成分とする電極ペーストを塗布することにより内部電極パターンを形成し、乾燥させる。
(4)それから、この内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを所定の内部構造になるように積層し、圧着することにより、マザーブロックを得る。
(5)それから、このマザーブロックを所定の位置で切断することにより、個々の未焼成のセラミック積層素子に分割する。
(6)次いで、得られた未焼成のセラミック積層素子を、大気中280℃に加熱してバインダの燃焼/分解を行った後、N2/H2/H2Oからなる所定の雰囲気中で、1150〜1300℃,2hrの焼成を行い、セラミック焼結体(セラミック積層素子)を得る。
なお、上記焼成を1150〜1300℃の範囲で行うようにしたのは、各積層セラミックコンデンサの製造に用いたセラミック材料の組成に応じ、セラミック材料の最適温度で焼成するため、1150〜1300℃の範囲で焼成温度に幅を持たせたためである。
(7)それから、得られたセラミック積層素子をバレル研磨した後、銅粉末を導電成分とする導電ペーストを塗布して焼付け、その上面にNi/Snめっきを施すことにより、図1〜図5に示すような構造を有する積層セラミックコンデンサ10を得た。
上述のようにして製造した実施例、比較例および従来例の各積層セラミックコンデンサについて、JIS R1607 ファインセラミックスの破壊靭性試験方法に指定されている圧子圧入法により、試験荷重49.0mN、保持時間15秒の条件で、ビッカース硬度計にて試料にくぼみをつけたときに生じるクラック(亀裂)の長さを調べ、その平均値を求めた。なお、クラックの長さは、図7に示すように、くぼみ16の上下両側(すなわち、セラミック積層素子の厚み方向)に生じたクラック17の上端から下端までの距離Lの値である。
上述のようにして製造した実施例、比較例および従来例の各積層セラミックコンデンサについて、JIS C5101-1に準じる方法により、たわみ強度試験を行い、実装時の静電容量の低下の状態を調べた。
なお、たわみ強度試験は、積層セラミックコンデンサを、ガラスエポキシ基板上にリフロー炉ではんだ付けし、基板裏面よりR230の押治具を速度1mm/秒で押圧することにより行った。そして、静電容量が10%低下したときの基板変位量をたわみ量とした。試料数はn=20とした。
また、上述のようにして製造した実施例、比較例および従来例の各積層セラミックコンデンサについて、熱応力に対する信頼性を確認するため、はんだ耐熱試験を行った。
なお、はんだ耐熱試験は、以下の条件で積層セラミックコンデンサをはんだに浸漬し、その際のショート発生率を調べることにより行った。
はんだ温度 :室温+350℃
はんだ浸漬速度:40mm/秒
浸漬時間 :3秒
試料数 :n=50ヶ
BT :BaTiO3,Nb2O5,SiO2
BT1:BaTiO3,Dy2O3,MgO,MnO2,SiO2,CaO,BaO
BT2:BaTiO3,Dy2O3,MgO,MnO2,SiO2,BaO
BT3:BaTiO3,ZnO,Bi2O3,Nb2O5,Nd2O3
BT4:BaTiO3,Nb2O5,Nd2O3,Co2O3,MnO2,SiO2
CZ :CaZrO3
CZ1:CaZrO3,MnO2,SiO2,SrO
BZ :BaZrO3
また、表5に示すように、比較例1〜3の積層セラミックコンデンサは、はんだ耐熱試験の結果は良好であったが、たわみ強度が低いことが確認された。
この実施例2では、基板21上のランド電極22a,22bの端部122a,122bが、セラミック積層素子1の端面5a,5bから側面6a,6bへの、外部電極4a,4bの回り込み部分の先端部14a,14bよりも距離Yだけ外側(手前側)(すなわち、セラミック積層素子1の端面5a,5b寄り)に位置するような態様で、外部電極4a,4bをランド電極22a,22bにはんだ付けすることにより、積層セラミックコンデンサ10が基板21上に実装されている。
すなわち、積層セラミックコンデンサ10の外部電極4a,4bがはんだ付けされる、ランド電極22a,22bの端部122a,122bが、セラミック積層素子1の側面6a,6bへの、外部電極4a,4bの回り込み部分の先端部14a,14bよりも距離Yだけ外側に位置しており、ランド電極22a,22bは、外部電極4a,4bのセラミック積層素子1の側面6a,6bへの回り込み部分全体と接合されるのではなく、回り込み部分の一部(先端部14a,14bよりも距離Yだけ後退した位置までの領域)で接合している。
したがって、本願発明は、積層セラミックコンデンサおよびその実装構造に関する分野に広く適用することが可能である。
2 セラミック層
3a,3b 内部電極
4a,4b 外部電極
5a,5b セラミック積層素子の端面
6a,6b セラミック積層素子の側面
10 積層セラミックコンデンサ
14a,14b 外部電極の側面への回り込み部分の先端部
13a,13b ダミー電極
16 ビッカース硬度試験により形成されたくぼみ
17 クラック
21 基板
22a,22b ランド電極
23 はんだフィレット部分
30 規定領域
31 内層部
32 規定領域内層部
32a 規定領域下側内層部
32b 規定領域上側内層部
32c 規定領域中央内層部
33 内層部の下側に配設された外層部
33a 規定領域下側外層部
34 内層部の上側に配設された外層部
34a 規定領域上側外層部
41 内部電極が配設されていない領域
122a,122b ランド電極の端部
D はんだフィレット部分の長さ
L クラックの上端から下端までの距離
X セラミック積層素子の積層方向を示す矢印
Claims (4)
- セラミック積層素子の内部に、セラミック層を介して複数の内部電極が互いに対向するように配設され、かつ、内部電極の端部が交互にセラミック積層素子の一方端面および他方端面に引き出されているとともに、セラミック積層素子の両端側に、内部電極と導通する一対の外部電極が、セラミック積層素子の端面から該端面に連続する側面にまで回り込むように配設された構造を有する積層セラミックコンデンサであって、
(a)内部電極の積層方向についてみた場合に下面となるセラミック積層素子の側面に回り込んだ外部電極の先端部と、上面となる側面に回り込んだ外部電極の先端部とを結ぶ線と、当該外部電極により規定されるセラミック積層素子の両端側の領域を「規定領域」とし、
(b)セラミック積層素子の内部電極が配設された領域を「内層部」とし、
(c)「規定領域」内の内層部を「規定領域内層部」とし、
(d)「規定領域内層部」の、実装時に積層方向において基板実装面に近い側となる部分を「規定領域下側内層部」とし、
(e)セラミック積層素子の、内層部の上側および下側に配設されたセラミック層である外層部のうちの、実装時に積層方向において基板実装面に近い側となる外層部の「規定領域」内の部分を「規定領域下側外層部」とした場合において、
少なくとも「規定領域下側内層部」に、「規定領域下側外層部」よりも大きい、内部電極の主面に平行な方向の圧縮応力を残留させ、
「規定領域下側外層部」についてビッカース試験を行った場合に発生する厚み方向におけるクラックの長さの平均値をAとし、
「規定領域下側内層部」についてビッカース試験を行った場合に発生する厚み方向におけるクラックの長さの平均値をBとした場合に、
B/A≦0.8
の要件を満たすようにしたことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 - 前記「規定領域内層部」の厚み方向中央部を「規定領域中央内層部」とし、該「規定領域中央内層部」についてビッカース試験を行った場合に発生する厚み方向におけるクラックの長さの平均値をCとした場合に、
C/A≦0.7
の要件を満たすようにしたことを特徴とする請求項1記載の積層セラミックコンデンサ。 - 前記「規定領域中央内層部」の、内部電極の主面に平行な方向の圧縮応力を、前記「規定領域下側内層部」の、内部電極の主面に平行な方向の圧縮応力よりも大きくし、
C/B≦0.8
の要件を満たすようにしたことを特徴とする請求項1または2記載の積層セラミックコンデンサ。 - 請求項1〜3のいずれかの積層セラミックコンデンサを、その外部電極を基板上に配設されたランド電極にはんだ付けすることにより実装するための実装構造であって、
積層セラミックコンデンサの外部電極がはんだ付けされるランド電極の端部が、セラミック積層素子の側面への外部電極の回り込み部分の先端部よりも手前側に位置するように積層セラミックコンデンサを配設すること
を特徴とする積層セラミックコンデンサの実装構造。
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