JP2012033655A - セラミックコンデンサ - Google Patents

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Katsuhiko Igarashi
克彦 五十嵐
Takashi Komatsu
敬 小松
Emi Nimiya
恵美 仁宮
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Tdk Corp
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Abstract

【課題】セラミックコンデンサに接続された回路基板において発生する振動音を抑制することができるセラミックセラミックコンデンサを提供する。
【解決手段】セラミックセラミックコンデンサは、誘電体を含む誘電体素体と、誘電体の少なくとも一部を介して対向する内部電極と、内部電極に接続する一対の外部電極と、回路基板と外部電極との距離を一定間隔に保ち、回路基板と外部電極とを電気的に接続可能な一対の接続端子と、を有し、接続端子が空間を内在させるように少なくとも折り返し部を有し、外部電極の回路基板側の端面に前記接続端子が接合材で固定される。
【選択図】図1

Description

本発明は、回路基板に実装されるセラミックコンデンサに関する。
ノート型パーソナルコンピュータ、PDA(Personal Digital Assistants)又は携帯電話等の電子機器は、コンデンサ、インダクタ、バリスタ、又はこれらを複合した複合部品が表面実装された回路基板を有する。このような構造により、前記電子機器は、高密度に電子部品を搭載して回路基板全体を小型化している。回路基板に搭載されるコンデンサとしては、例えば、セラミックコンデンサがある。
セラミックコンデンサは、誘電体と内部電極とが交互に積層されている。誘電体を形成するセラミック材料には、誘電率が比較的高いチタン酸バリウム等の強誘電体材料が一般的に用いられている。セラミックコンデンサに交流電圧を印加すると、誘電体を形成するセラミック材料は電歪現象を伴うので、セラミックコンデンサは印加電圧の大きさに応じた機械的歪みを生じる。セラミックコンデンサに交流電圧を印加すると、誘電体の電歪現象によりセラミックコンデンサが振動する。
電歪現象によるセラミックコンデンサの振動は、セラミックコンデンサが実装されている基板に伝播する。基板に伝わった振動により、基板において振動音(音鳴り)が発生する。大きな静電容量を得るため、複数のセラミックコンデンサを基板上に並列に接続した場合等には、複数のセラミックコンデンサが同じ周期で振動する。複数のセラミックコンデンサが伝える基板への振動が増幅されるため、振動音がより発生し易くなる。
そこで、基板の振動音を低減するため、コンデンサ素子の外部電極の側面に一対の金属端子を当接し、コンデンサ素子の下側に引き出して、回路基板へ接合する電子部品が提案されている(例えば、特許文献1参照)。一方、複数のセラミックコンデンサを一枚のセラミック基板表面に並列に接続し、裏面に金属端子を配置する電子部品が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2003−303732号公報 特開平9−266125号公報
しかしながら、特許文献1記載のセラミックコンデンサ素子は、コンデンサ素子の外部電極の側面に一対の金属端子を当接すると、セラミックコンデンサで発生した振動が抑制される効果が限られてしまう。また、特許文献2記載のセラミックコンデンサ素子は、セラミックコンデンサを一枚のセラミック基板表面を介して、金属端子を接続するため、セラミック基板そのものが振動してしまい、振動音がより発生し易くなる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、セラミックコンデンサに接続された回路基板において発生する振動音を抑制することができるセラミックコンデンサを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のセラミックコンデンサは、誘電体を含む誘電体素体と、前記誘電体の少なくとも一部を介して対向する内部電極と、前記内部電極に接続する一対の外部電極と、回路基板と前記外部電極との距離を一定間隔に保ち、前記回路基板と前記外部電極とを電気的に接続可能な一対の接続端子と、を有し、前記接続端子が空間を内在させるように少なくとも折り返し部を有し、前記外部電極の前記回路基板側の端面に前記接続端子が接合材で固定されることを特徴とする。
本発明は、セラミックコンデンサに接続された回路基板において発生する振動音を抑制することができる。接続端子は、外部電極端面と基板電極との間に介在して、誘電体素体が発生させる電歪効果による振動が回路基板へ伝達されることを軽減することができる。
また、本発明の望ましい態様としては、セラミックコンデンサは、前記接続端子は、前記外部電極の前記回路基板側の端面を搭載する搭載部を有し、前記回路基板側の前記外部電極の端面と垂直な外部電極側面と、前記搭載部との間に前記接合材が介在することが好ましい。本発明は、電歪現象による誘電体素体の振動が外部電極から接合材を介して搭載部の外表面へ伝わると、回路基板側の外部電極の端面と垂直な外部電極側面と、搭載部との間に介在する接合材が回路基板の共鳴周波数と異なるように振動の周波数を変化させることができる。
また、本発明の望ましい態様にとしては、前記搭載部からの前記接合材の高さをhとし、前記搭載部からの前記外部電極の高さをT1とした場合、h/T1が0.1以上であることが好ましい。本発明は、外部電極と接続端子との接続強度を高めることができる。また、セラミックコンデンサに接続された回路基板において発生する振動音を抑制することができる。
また、本発明の望ましい態様にとしては、前記搭載部からの前記接合材の高さをhとし、前記搭載部からの前記外部電極の高さをT1とした場合、h/T1が1以下であることが好ましい。本発明は、セラミックコンデンサに接続された回路基板において発生する振動音を抑制することができる。
本発明に係るセラミックコンデンサは、セラミックコンデンサに接続された回路基板において発生する振動音を抑制することができる。
図1は、実施形態1のセラミックコンデンサを示す斜視図である。 図2は、図1のセラミックコンデンサの断面図を示す図である。 図3は、図1のセラミックコンデンサの平面図である。 図4は、回路基板に実施形態1のセラミックコンデンサを実装した状態を模式的に説明する図である。 図5−1は、接続端子の変形例を説明するための説明図である。 図5−2は、接続端子の変形例を説明するための説明図である。 図5−3は、接続端子の変形例を説明するための説明図である。 図6は、実施形態2のセラミックコンデンサを示す斜視図である。 図7は、回路基板に実施形態2のセラミックコンデンサを実装した状態を模式的に説明する図である。 図8は、実施形態3のセラミックコンデンサを示す斜視図である。 図9は、実施形態3のセラミックコンデンサのX軸方向視の平面図を示す説明図である。 図10は、回路基板に比較例のセラミックコンデンサを実装した状態を模式的に説明する図である。 図11は、音圧の測定を行なう際に用いた試験装置の構成を簡略に示す模式図である。 図12は、接合強度試験を簡略に示す模式図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
(実施形態1)
図1は、実施形態1のセラミックコンデンサを示す斜視図である。図2は、図1のII−II線に沿った断面図である。図3は、図1のセラミックコンデンサをZ方向上部から見た上面図である。図1〜図3に示すように、セラミックコンデンサ1は、セラミックコンデンサ素子10と一対の接続端子(金属端子)40、50とを含む。なお、本実施形態では、セラミックコンデンサ1の長手方向をX、幅方向をY、厚さ方向、すなわち、内部電極及び誘電体が積層された方向をZとする。幅方向Y及び厚さ方向Zは互いに直交する。また、幅方向Y及び厚さ方向Zは、それぞれ長手方向Xに直交する。
セラミックコンデンサ素子10は、誘電体素体11と、一対の外部電極(端子電極)20、30とを有する。セラミックコンデンサ素子10の外形は、X方向にL1、Y方向にW1、Z方向にT1である。セラミックコンデンサ素子10は、積層型のセラミックコンデンサであり、略直方体形状に形成される。誘電体素体11は、セラミックコンデンサ素子10の長さ方向Xの両端面と、その両端面より所定長さだけ周囲を囲む部位とに一対の外部電極20、30が設けられている。誘電体素体11は、Z方向に互いに対向する誘電体素体端面12、13と、X方向に互いに対向する誘電体素体端面14、15と、Y方向に互いに対向する誘電体素体端面16、17とを有する6面体である。
誘電体素体11は、複数の誘電体11aと複数の内部電極18、19とを交互に積層して形成されている。誘電体素体11は、セラミックグリーンシート(未焼成セラミックシート)を複数枚積層した積層体を過熱圧着して一体化して、切断し、脱脂し、焼成することにより得られた直方体状の焼結体である。
誘電体素体11のX方向の両側には、一対の外部電極20、30が形成されている。外部電極20、30は、導電体で形成される。外部電極20、30は、誘電体素体端面14、15を覆っている。誘電体素体端面14、15を覆う外部電極20、30のX方向の両外側面は、外部電極側面21、31となる。また、外部電極20は、誘電体素体端面12、13と誘電体素体端面16、17とにも延びており、外部電極20の外部電極端面22、23、24及び25を有している。また、外部電極30は、誘電体素体端面12、13と誘電体素体端面16、17とにも延びており、外部電極30の外部電極端面32、33、34及び35を有している。外部電極側面21と、外部電極端面22、23、24及び25とは、垂直な平面となる。外部電極側面31と、外部電極端面32、33、34及び35とは、垂直な平面となる。図2に示す誘電体素体11のZ方向下面に形成された外部電極端面23、33が、セラミックコンデンサ1が回路基板に接続される場合に、回路基板側に位置することになる。外部電極端面23、33とは、角部26、36で接続されている。
内部電極18、19のそれぞれは、誘電体素体11の内部に埋設されている。内部電極18、19を構成する材料としては、積層型の電気素子の内部電極として通常用いられる導電性材料であれば用いることができ、例えば、卑金属であるNiを主成分とする導電性材料として含んだものが用いられる。内部電極18と内部電極19とは、誘電体素体11内の誘電体11aの少なくとも一部を介して対向している。内部電極18と内部電極19とは、誘電体素体11内の誘電体11aを介してZ方向に積層されている。内部電極18の一端は、X方向の誘電体素体端面15で外部電極30と電気的に接続されている。内部電極18の他端は、誘電体素体11内で開放端となっている。内部電極19の一端は、誘電体素体11のX方向の誘電体素体端面14で外部電極20と電気的に接続されている。内部電極19の他端は、誘電体素体11内で開放端となっている。
外部電極20、30は、例えばCuを主成分として含有するものが用いられ、Cu粉末を含有する導電性ペーストを誘電体素体11の外表面に塗布して焼き付けることによって形成されている。外部電極20、30は、複数の金属電極層で構成されていてもよく、例えば、外部電極20、30は、Cuを主成分とした下地電極に、Niめっき層、Snめっき層を形成するようにしてもよい。セラミックコンデンサ素子10の一対の外部電極20、30に電圧を印加すると、誘電体素体11には、電荷が蓄えられる。
誘電体素体11内の誘電体11aは、例えば、誘電率の高い強誘電体材料としてチタン酸バリウム(BaTiO3)系セラミック材料で構成され、複数の誘電体層で形成されている。誘電体11aとしてチタン酸バリウムを主成分として用いて構成された誘電体素体11は、誘電体として作用する。誘電体は、電界が加えられると電歪現象により歪みが生じる。セラミックコンデンサ素子10は、交流電界が印加された場合、誘電体素体11に交流電界の周波数に同期した機械的歪みを生じる。誘電体素体11の機械的歪みの周波数が可聴周波数帯域である場合、機械的歪みが振動音として現れることなる。
一対の接続端子40、50は、電気的に導通可能な材料、例えば42質量%のNiを含むNiFe合金で形成される。一対の接続端子40、50は、回路基板と外部電極との距離(Z方向)を一定間隔である高さT2に保つことができる。接続端子40、50は、回路基板と外部電極20、30とを電気的に接続している。
図2に示すように、接続端子40は、平板状の金属板を折り曲げ屈曲部44、45を設けることにより、搭載部41と、折り返し部42と、接続部43と、を有する。搭載部41と接続部43とは、折り返し部42の両方の端部から同じ方向に延出している。接続端子40の断面形状は、そして、断面コの字形状となる。搭載部41と接続部43とが延出する方向は、平行である。搭載部41は、セラミックコンデンサ1の外部電極端面23を外表面41aに搭載可能なように、外表面41aを平坦にしてある。接続部43は、回路基板へ電気的に安定に接続するため及びセラミックコンデンサ1の姿勢を安定して保つためXY平面に平行な平坦面を有している。搭載部41と接続部43とは、互いにZ方向に対向しており、互いに平行な面である。搭載部41と接続部43との間には、空間Gが形成される。搭載部41と接続部43との間の距離は、ギャップ高さG1である。折り返し部42は、搭載部41と接続部43とに直交するZ方向に延びており、搭載部41と接続部43とを接続する。接続端子40は、搭載部41から折り返し部42を介して、接続部43へ折り返す折り曲げ加工がされている。
図2に示すように、接続端子50は接続端子40と、Y軸視で左右逆とした対称形状である。接続端子50は平板状の金属板を折り曲げ屈曲部54、55を設けることにより、搭載部51と、折り返し部52と、接続部53と、を有する。搭載部51と接続部53とは、折り返し部52の両方の端部から同じ方向に延出している。接続端子50の断面形状は、そして、断面コの字形状となる。搭載部51と接続部53とが延出する方向は、平行である。搭載部51は、セラミックコンデンサ1の外部電極端面33を外表面51aに搭載可能なように、外表面51aを平坦にしてある。接続部53は、回路基板へ接続するための辺部である。搭載部51と接続部53とは、互いにZ方向に対向しており、互いに平行な面である。搭載部51と接続部53との間には、空間Gが形成される。搭載部51と接続部53との間の距離は、ギャップ高さG1である。折り返し部52は、搭載部51と接続部53と直交するZ方向に延びており、搭載部51と接続部53とを接続する。接続端子50は、搭載部51から折り返し部52を介して、接続部53へ折り返す折り曲げ加工がされている。接続端子40、50は、それぞれの空間Gが互いに対向するように配置されている。
図2に示すように、接続端子40、50は、接合材60を介して、外部電極20、30と接合している。接合材60は、例えば、Sbを10質量%含むSn−Sb合金、Sn−Ag−Cu合金等のはんだや、導電性接着剤を用いることができる。接続端子40、50は、外部電極20、30のY方向に渡って幅W2だけ接合している。また、外部電極20、30のX方向の幅B1が搭載部41、51のX方向長さL2に収まるよう搭載部41、51に搭載されている方が安定する。外部電極20、30が接合材60で搭載部41、51と接合している。接合材60は、接合材60のZ方向下端長さB2が、X方向長さL2に収まるよう搭載部41、51に付着している。図1に示すように、実施形態1のセラミックコンデンサ1は、搭載部41、51のX方向長さL2と接続部43、53のX方向長さL3とが同じ長さである。誘電体素体11の姿勢は、搭載部41、51のX方向長さL2より接続端子40、50の接続部43、53の長さL3が長い方が安定する。
図4は、回路基板に実施形態1のセラミックコンデンサを実装した状態を模式的に説明する図である。回路基板70には回路配線に繋がる基板電極(ランド)71が設けられている。基板電極71は、例えば銅で形成されている。基板電極71上に、セラミックコンデンサ1が載置される。
セラミックコンデンサ1が回路基板70に実装される場合、誘電体素体11が有する外部電極端面23、33は、回路基板70側に位置する。セラミックコンデンサ1の接続端子40、50の接続部43は、接合材72を介して基板電極71と接合される。外部電極端面23、33は、接続端子40、50を介して、基板電極71と接合されている。接続端子40、50は、外部電極側面21、31に対向していない。外部電極側面21、31は、外部電極端面23、33と直交する。外部電極側面21と搭載部41の外表面41aとの間には、接合材60が介在されている。また、外部電極側面31と搭載部51の外表面51aとの間には、接合材60が介在されている。搭載部41の外表面41a及び搭載部51の外表面51a上の接合材60のZ方向高さをhとする。また、接合材60が外部電極側面21、31からX方向に向かってはみ出す長さをL4とする。また、角部26、36の高さをTR1とする。ここで、接合材60の高さhは、角部26、36の高さTR1よりも高い方が、誘電体素体11と接続端子40、50との接合強度を高めることができるため好ましい。
図5−1は、接続端子の変形例を説明するための説明図である。接続端子40、50のうち、接続端子50を代表して説明すると、折り返し部52は、Z方向に延びているが非直線である。搭載部51と接続部53とは折り返し部52の両方の端部から同じ方向に延出している。そして、搭載部51と接続部53とが延出する方向は、平行である。このような構造により、接続端子50の断面形状は、断面略Uの字形状となる。
図5−2は、接続端子の変形例を説明するための説明図である。接続端子40、50のうち、接続端子50を代表して説明すると、搭載部51は、凸部81を有している。凸部81は、搭載部51の外部端子30側の面から、当該面と直交し、かつ当該面から離れる方向に向かって突出している。凸部81が設けられることにより、搭載部51の外部端子30側から凸部81の壁面81aが立ち上がっている。この壁面81aで、図4に示す接合材60を堰き止めることができる。
接合材60のZ方向高さhを高くするためには、接合材60を多く付着させる必要があるが、このようにすると、接続端子40、50の外側に流れだしてしまうおそれがある。そして、接合材60と接合材72とが繋がってしまうと、電歪現象に起因して発生するセラミックコンデンサ素子10の振動が回路基板70へ伝播しやすくなる結果、振動音(音鳴り)が大きくなる。そこで、壁面81aで、接合材60を堰き止めることで、接合材60のZ方向高さhを高くしても、接続端子40、50の外側に流れ出す接合材60量を低減することができる。凸部81は、例えば搭載部51の外表面を加工して形成する。また、凸部81は、搭載部51の外表面に部材を取り付けることにより形成してもよい。凸部81として、搭載部51の外表面に取り付ける材料は、例えばポリイミド等の樹脂がある。
図5−3は、接続端子の変形例を説明するための説明図である。接続端子40、50のうち、接続端子50を代表して説明すると、搭載部51は、凹部82を有している。凹部82は、搭載部51の外部端子30側の面よりも接続端子50の内部に向かって凹んでいる。凹部82は、対向する壁面82a、82bを有する。この壁面82a、82bは、余剰な接合材60を保持することができる。このため、凹部82は、接合材60の高さhを高くしても、凹部82を超えて接続端子40、50の外側に接合材60が流れ出さないようにすることができる。凹部82は、例えば搭載部51の外表面を加工して形成される。
セラミックコンデンサ1は、電歪効果による振動が発生した場合、外部電極端面33から振動を接続端子40、50へ伝達する。接続端子40、50は、外部電極端面23、33と回路基板70の基板電極71との間に介在して、誘電体素体11が発生させる電歪効果による振動が基板電極71へ伝達されることを軽減することができる。これは、セラミックコンデンサ1の振動は、主にZ方向、すなわち、図2に示す誘電体11aの積層方向に生じるものと考えられ、前記積層方向と直交する外部電極端面23、33に接続端子40、50を設けることにより、前記振動が緩和されるからであると推定される。このように、セラミックコンデンサ1は、接続端子40、50でセラミックコンデンサ1のZ方向の振動を減衰させることができるので、回路基板70への振動の伝達は抑制される。その結果、電歪現象に起因して発生する振動音(音鳴り)を抑制できる。
また、電歪現象による誘電体素体11の振動が外部電極20、30から接合材60を介して搭載部41の外表面41a及び搭載部51の外表面51aへ伝わると、セラミックコンデンサ1は、外部電極側面21、31と搭載部41の外表面41a及び搭載部51の外表面51aに介在する接合部60が回路基板70の共鳴周波数と異なるように振動の周波数を変化させることができる。さらに、搭載部41と接続部43との間又は搭載部51と接続部53との間に形成される空間Gが振動の減衰に寄与する。セラミックコンデンサ1は、空間Gに、接続端子40、50とはヤング率の異なるポリイミド等の樹脂を充填することで、さらに振動を減衰させることもできる。
(実施形態2)
図6は、実施形態2のセラミックコンデンサを示す斜視図である。なお、前述した実施形態で説明したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施形態2のセラミックコンデンサ2は、接続端子50が外部電極20と接合材60を介して接合されている。また、セラミックコンデンサ2は、接続端子40が接合剤60を介して外部電極30と接合している。実施形態2は、実施形態1のセラミックコンデンサ1と比較して、接続端子40と接続端子50とが接合される配置を入れ替えた実施形態である。すなわち、実施形態1では、接続端子40、50は、それぞれの空間Gが互いに対向するように配置されていた。これに対して、実施形態2は、接続端子40、50は、それぞれの空間Gは、互いにセラミックコンデンサ2の外側を向くように配置されている。
図7は、回路基板に実施形態2のセラミックコンデンサを実装した状態を模式的に説明する図である。回路基板70には回路配線に繋がる基板電極71が設けられている。基板電極71は、例えば銅で形成されている。基板電極71上に、セラミックコンデンサ2が載置される。セラミックコンデンサ2の接続端子40、50が基板電極71と接合材72を介して接合される。
セラミックコンデンサ2が回路基板70に実装される場合、誘電体素体11が有する外部電極端面23、33は、回路基板70側に位置する。セラミックコンデンサ2の接続端子40、50の接続部43、53は基板電極71と接合材72を介して接合される。外部電極端面23、33は、接続端子40、50を介して、基板電極71と接合されている。接続端子40、50は外部電極側面21、31に対向していない。外部電極側面21、31は、外部電極端面23、33と直交する。外部電極側面31と搭載部41の外表面41aとの間には、接合材60が介在されている。また、外部電極側面21と搭載部51の外表面51aとの間には、接合材60が介在されている。搭載部41の外表面41a及び搭載部51の外表面51a上の接合材60のZ方向高さをhとする。また、接合材60が外部電極側面21、31からX方向に向かってはみ出す長さをL4とする。また、角部26、36の高さをTR2とする。ここで、接合材60の高さhは、角部26、36の高さTR2よりも高い方が、誘電体素体11と接続端子40、50との接合強度を高めることができるため好ましい。
セラミックコンデンサ2は、電歪効果による振動が発生した場合、外部電極端面23、33から振動を接続端子40、50へ伝達する。接続端子40、50は、外部電極端面23、33と回路基板70の基板電極71との間に介在して、誘電体素体11が発生させる電歪効果による振動が基板電極71へ伝達されることを軽減することができる。これは、セラミックコンデンサ2の振動は、主にZ方向、すなわち、図6に示す誘電体11aの積層方向に生じるものと考えられ、前記積層方向と直交する外部電極端面23、33に接続端子40、50を設けることにより、前記振動が緩和されるからであると推定される。このように、セラミックコンデンサ2は、接続端子40、50でセラミックコンデンサ2のZ方向の振動を減衰させることができるので、回路基板70への振動の伝達は抑制される。その結果、電歪現象に起因して発生する振動音(音鳴り)を抑制できる。
また、電歪現象による誘電体素体11の振動が外部電極20、30から接合材60を介して搭載部41の外表面41a及び搭載部51の外表面51aへ伝わると、セラミックコンデンサ2は、外部電極側面21、31と搭載部41の外表面41a及び搭載部51の外表面51aに介在する接合部60が回路基板の共鳴周波数と異なるように振動の周波数を変化させることができる。また、搭載部41と接続部43との間又は搭載部51と接続部53との間に形成される空間Gが振動の減衰に寄与する。セラミックコンデンサ2は、空間Gに、接続端子40、50とはヤング率の異なるポリイミド等の樹脂を充填することで、さらに振動を減衰させることもできる。
(実施形態3)
図8及び図9は、実施形態3に係るセラミックコンデンサを模式的に示す図である。なお、前述した実施形態で説明したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施形態3のセラミックコンデンサ3は、一対の接続端子100、100を有している。接続端子100は、図9に示すように、平板状の金属板を折り曲げ屈曲部106、107、108、109を設けることにより、搭載部101と、折り返し部102、103と、接続部104、105と、を有する。搭載部101と接続部104とは、折り返し部103の両方の端部から同じ方向に延出している。また、搭載部101と接続部105とは、折り返し部102の両方の端部から同じ方向に延出している。接続端子100の断面形状は、そして、断面コの字形状を空間Gが向かい合わせになるようにされている。部101と接続部104、105とが延出する方向は、平行である。なお、接続端子100の変形例としては、それぞれの空間Gは、互いに折り返し部102、103を介して外側を向いていてもよい。接続端子100は、実施形態1で説明した接続端子40及び接続端子50を搭載部41及び搭載部51が同一平面となるように延長の上接続して一体としている。また、接続端子100は、実施形態1で説明した接続端子40及び接続端子50とは、配置方向が90°異なっている。図9に示すように、接続端子100は、X方向視断面の幅W5が外部電極20、30の幅W1よりも大きくなるように形成されている。図8及び図9に示すように、接続端子100は、接合材60を介して外部電極20と接合している。また、図9に示すように、接続端子100は、接合材61を介して外部電極20の外部電極端面24、25と接合している。同様に、他の接続端子100が接合材60を介して、外部電極30と接合している。また、接続端子100は、接合材61を介して外部電極30の外部電極端面34、35と接合している。実施形態3のセラミックコンデンサ3は、接続端子の向きを90°変えたとしても、3kHzにおける音圧を低減できる。また、セラミックコンデンサ3は、接合材60及び61を有するので実施形態1のセラミックコンデンサ1よりもセラミックコンデンサ素子10と接続端子100との接合強度を向上できる。
(評価)
上述の実施形態1及び2のセラミックコンデンサ1及び2を用いて、評価サンプルを作成し評価例1〜11の評価を行った。比較のため比較例1のサンプルを作成し評価を行った。
評価例1は、実施形態1で説明したセラミックコンデンサ1が評価サンプルに用いられている。セラミックコンデンサ素子10は、型式4532(長さ(L1)4.5mm×幅(W1)3.2mm×厚さ(T1)3.2mm)、型式3225(長さ(L1)3.2mm×幅(W1)2.5mm×厚さ(T1)2.5mm)、型式3216(長さ(L1)3.2mm×幅(W1)1.6mm×厚さ(T1)1.6mm)の3種類を用意した。セラミックコンデンサ1の接続端子40、50の材料は42質量%のNiを含むNiFe合金を板材として用いた。接続端子40、50のギャップ高さG1が1.0mm、板厚みaが0.1mm、板幅W2が3.2mm、2.5mm、1.6mmの3種類を用意し、セラミックコンデンサ素子の幅W1に合わせて組み合わせたサンプルを用意した。接続端子40、50は、いずれも3μmのSnめっき膜で覆われている。接続端子40、50と外部電極20、30とを接合する接合材60は、Sn−Ag−Cuはんだ(Sn−Ag−Cu合金)を用いた。また、接続端子40、50が基板電極71と接続する接合材72は、Sn−Ag−Cuはんだ(Sn−Ag−Cu合金)を用いた。接続端子40、50のZ方向高さT2は、1.2mmとした。接合材60のZ方向高さをh、セラミックコンデンサ素子10の厚さ(外部電極の高さ)T1としたとき、hとT1の比h/T1を、0.05、0.1、0.2、0.6、0.8、1.0と変化させたサンプルも作成した。
評価例2は、実施形態1で説明したセラミックコンデンサ1が評価サンプルに用いられている。評価例2のサンプルは、評価例1の接続端子40、50のギャップ高さG1を1.0mmから0.2mmへ変更している。その他の条件は、評価例1と同じである。
評価例3は、実施形態2で説明したセラミックコンデンサ2が評価サンプルに用いられている。セラミックコンデンサ素子10は、型式4532(長さ(L1)4.5mm×幅(W1)3.2mm×厚さ(T1)3.2mm)、型式3225(長さ(L1)3.2mm×幅(W1)2.5mm×厚さ(T1)2.5mm)、型式3216(長さ(L1)3.2mm×幅(W1)1.6mm×厚さ(T1)1.6mm)の3種類を用意した。セラミックコンデンサ2の接続端子40、50の材料は42質量%のNiを含むNiFe合金を板材として用いた。接続端子40、50のギャップ高さG1が1.0mm、板厚みaが0.1mm、板幅W2が3.2mm、2.5mm、1.6mmの3種類を用意し、セラミックコンデンサ素子の幅W1に合わせて組み合わせたサンプルを用意した。接続端子40、50は、いずれも3μmのSnめっき膜で覆われている。接続端子40、50と外部電極20、30とを接合する接合材60は、Sn−Ag−Cuはんだ(Sn−Ag−Cu合金)を用いた。また、接続端子40、50が基板電極71と接続する接合材72は、Sn−Ag−Cuはんだ(Sn−Ag−Cu合金)を用いた。接続端子40、50のZ方向高さT2は、1.2mmとした。接合材60のZ方向高さをh、セラミックコンデンサ素子10の厚さ(外部電極の高さ)T1としたとき、hとT1の比h/T1を、0.05、0.1、0.2、0.6、0.8、1.0と変化させたサンプルも作成した。
評価例4は、実施形態2で説明したセラミックコンデンサ2が評価サンプルに用いられている。評価例4のサンプルは、評価例3の接続端子40、50のギャップ高さG1を1.0mmから0.2mmへ変更している。その他の条件は、評価例3と同じである。
評価例5は、実施形態1で説明したセラミックコンデンサ1が評価サンプルに用いられている。評価例5のサンプルは、評価例1の接続端子40、50の板厚aを0.1mmから0.05mmへ変更している。その他の条件は、評価例1と同じである。
評価例6は、実施形態1で説明したセラミックコンデンサ1が評価サンプルに用いられている。評価例6のサンプルは、評価例1の接続端子40、50の板厚aを0.1mmから0.2mmへ変更している。その他の条件は、評価例1と同じである。
評価例7は、実施形態2で説明したセラミックコンデンサ2が評価サンプルに用いられている。評価例7のサンプルは、評価例3の接続端子40、50の板厚aを0.1mmから0.05mmへ変更している。その他の条件は、評価例3と同じである。
評価例8は、実施形態2で説明したセラミックコンデンサ2が評価サンプルに用いられている。評価例8のサンプルは、評価例3の接続端子40、50の板厚aを0.1mmから0.2mmへ変更している。その他の条件は、評価例3と同じである。
評価例9は、実施形態1で説明したセラミックコンデンサ1が評価サンプルに用いられている。評価例9のサンプルは、評価例1の接合材60の材質をSn−Ag−Cuはんだ(Sn−Ag−Cu合金)から導電性接着剤へ変更している。その他の条件は、評価例1と同じである。
評価例10は、実施形態2で説明したセラミックコンデンサ2が評価サンプルに用いられている。評価例10のサンプルは、評価例3の接合材60の材質をSn−Ag−Cuはんだ(Sn−Ag−Cu合金)から導電性接着剤へ変更している。その他の条件は、評価例3と同じである。
評価例11は、実施形態1で説明したセラミックコンデンサ1が評価サンプルに用いられている。評価例11のサンプルは、評価例1の接続端子40、50の材質を42質量%のNiを含むNiFe合金からリン青銅へ変更している。その他の条件は、評価例1と同じである。
図10は、回路基板に比較例のセラミックコンデンサを実装した状態を模式的に説明する図である。比較例1は、同図に示すようなセラミックコンデンサ120を比較サンプルとしている。なお、前述した実施形態で説明したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。一対の接続端子150、150は、外部電極20、30のX方向の両外側面である外部電極側面21、31に各々接合材60を介して接合されている。一対の接続端子150、150は、回路基板70と外部電極20、30との距離(Z方向)を一定間隔である高さT3に保つことができる。図10に示すように、接続端子150は、平板状の金属板を折り曲げ屈曲部154、155、156を設けることにより、折り曲げ加工されている。接続端子150は、Z方向に立脚する脚部151から屈曲部154、155により折り返し部152を介して、脚部151と平行に折り返され、端子接合辺部153を有している。端子接合辺部153は、外部電極20、30の外部電極側面21、31に平行である。端子接合辺部153と外部電極20、30の外部電極側面21、31とは対向している。脚部151は、屈曲部156により回路基板70と平行な接続部157に繋がっている。そして、接続部157が基板電極71と接合材72を介して接合される。
比較例1は、セラミックコンデンサ120が比較例1のサンプルに用いられている。セラミックコンデンサ素子10は、型式4532(長さ(L1)4.5mm×幅(W1)3.2mm×厚さ(T1)3.2mm)を用いた。セラミックコンデンサ200の接続端子150の材料は42質量%のNiを含むNiFe合金を板材として用いた。接続端子150の板厚aは、0.1mmの1種類のサンプルを用意した。サンプルは、いずれも3μmのSnめっき膜で覆われている。接続端子150と外部電極20、30とを接合する接合材60は、SbをSn−Ag−Cuはんだ(Sn−Ag−Cu合金)を用いた。また、接続端子150が基板電極71と接続する接合材72は、Sn−Ag−Cuはんだ(Sn−Ag−Cu合金)を用いた。接続端子150のZ方向高さT3は、1mmとした。
以上、準備した評価例1〜11のサンプル及び比較例1のサンプルの音圧を測定した。
図11は、音圧の測定を行なう際に用いた試験装置の構成を簡略に示す図である。各セラミックコンデンサを基板に搭載して交流電圧を印加した際に、基板から発生する振動音の大きさ(音圧)を測定した。図11に示すように、試験装置160は、無響箱161と、集音マイク(商品名;MI−1233、小野測器社製)162と、電源装置163と、FFTアナライザ(商品名:DS2100、小野測器社製)164とを備えている。そして、測定対象となるサンプル165は、基板166に設置された状態で、無響箱161内に設置される。サンプル165を設置した基板166は、その両端に正負一対の電極がそれぞれ設けられる。
無響箱161は、箱状に形成され、その内壁に吸音材167が設けられている。吸音材167は、グラスウール等を用いており、その表面を波型等に形成することで、音波の接触面積を拡大させ、吸音効果を高めている。
電源装置163は、一対の配線168を介して、基板166の正負一対の電極にそれぞれ接続されており、基板166は、配線168に吊り下げられた状態で、サンプル165が無響箱161内の底面に対向するように、無響箱161の中央部分に配置される。電源装置163は、サンプル165に対してDCバイアスを与えながら交流電圧を印加した。DCバイアスは20Vとした。交流電圧は、周波数を1kHz〜10kHzとした。また、交流電圧は、3Vp−pとなるように、すなわち、DCバイアスの20Vを中心として、交流電圧が±3Vの範囲で変化するように印加された。
集音マイク162は、無響箱161内の底面に設けられ、無響箱161の中央部分に設置されたサンプル165と所定距離を保つようにして配置される。FFTアナライザ164は、集音マイク162により集音された振動音の大きさ(音圧)を解析した。
したがって、試験装置160において、電源装置163が基板166へ向けて所定の交流電圧を印加すると、サンプル165で振動が発生し、サンプル165の振動が基板166に伝達され、基板166から振動音が発生する。この振動音を、集音マイク162を用いて集音し、集音した振動音を、FFTアナライザ164で解析することで、基板166から発生する振動音の大きさを測定した。なお、ISO226に規定される等感度曲線から、人間の耳の感度は3kHzから4kHzで最も鋭くなる。このため、本評価例においては、人間の耳の感度がもっと鋭くなる周波数(より具体的には3kHz)での音圧を測定した。音圧測定評価の結果、表1〜12に示すような評価結果となった。
図12は、接合強度試験を簡略に示す模式図である。本評価においては、評価例1、3、9及び10について、セラミックコンデンサのセラミックコンデンサ素子と接続端子との接合強度を測定した。図12に示すように、接合強度試験170は、実施形態1で用いられる接続端子40、50を設けたセラミックコンデンサ素子10を例示して説明している。評価例3、9及び10においても同様に接合強度試験170が実施される。接合強度試験170は、ピアノ線171を各試料であるセラミックコンデンサの接続端子40、50に巻きつける。接合強度試験170は、ピアノ線171を接続端子40、50に引っかけた状態で、2本のピアノ線171をX方向に互いに逆向きに示す矢印P方向に引っ張る。接合強度試験170は、セラミックコンデンサ素子10と接続端子40、50とが剥離した際の引っ張り強度を測定しセラミックコンデンサ素子10と接続端子40、50との接合強度を求める。評価例1、3、9及び10におけるセラミックコンデンサ素子10と接続端子との接合強度の測定結果を表1、3、9及び10に音圧測定評価の結果と共に併記する。
表12に示すように、比較例1の音圧は、3kHzにおいて60dBを示した。表1〜12に示すように、比較例1と評価例1〜11のサンプルを比較すると、3kHzにおける音圧は、比較例1の3kHzにおける音圧よりも低い。人間の耳の感度は、3〜4kHzで高くなると言われている。したがって、実施形態1のセラミックコンデンサ1及び実施形態2のセラミックコンデンサ2は、セラミックコンデンサが発生する3kHzにおける音圧を下げることができる。
表1〜11に示すように、評価例1〜11のサンプルは、h/T1の値が0.05を超えて、0.1以上となると急激に3kHzにおける音圧が減少する。接合材60の量が少ないと、接合材60の高さhは、角部26、36の高さを超えず、接合材60がフィレット形状となり難い。また、表1、3、9及び10に示すように、h/T1の値が0.05では、セラミックコンデンサ素子10と接続端子40、50との接合強度が低い。外部電極20、30のX方向の両外側面である外部電極側面21、31に接合材60が達するようになると振動が外部電極20、30から接合材60を介して搭載部41の外表面41a及び搭載部51の外表面51aへ伝わる。接続端子40、50に伝達された振動は、折り返し部42、52の影響で回路基板70の共鳴周波数と異なるように振動の周波数が変化する。したがって、実施形態1のセラミックコンデンサ1及び実施形態2のセラミックコンデンサ2は、セラミックコンデンサが発生する3kHzにおける音圧を下げることができる。
h/T1の値が1となると、評価例1〜11のサンプルは、最も3kHzにおける音圧を下げることができる。実施形態1のセラミックコンデンサ1及び実施形態2のセラミックコンデンサ2は、0.1≦h/T1≦1となるように、接合材60の高さを設定し、セラミックコンデンサ素子10と、接続端子40、50とを接合すると、セラミックコンデンサが発生する3kHzにおける音圧を下げることができる。
評価例1及び評価例2のセラミックコンデンサ1は、空間Gのギャップ高さG1を変更している。同様に、評価例3及び評価例4のセラミックコンデンサ2は、空間Gのギャップ高さG1を変更している。評価例1、2、3及び4は、いずれも3kHzにおける音圧が比較例1の3kHzにおける音圧よりも低い。本発明は、空間Gのギャップ高さG1を小さくしても3kHzにおける音圧を比較例1に対して下げることができる。空間Gのギャップ高さG1を小さくして接続端子40、50の高さの選択範囲を広げることができる。実施形態1のセラミックコンデンサ1及び実施形態2のセラミックコンデンサ2は、セラミックコンデンサを低背できる。
評価例1、5及び6は、実施形態1のセラミックコンデンサ1の接続端子40、50の板厚aを0.1mm、0.05mm及び0.2mmと変えた3種類サンプルである。評価例1、5及び6のサンプル同士を比較すると、接続端子40、50の板厚aを増加すると、3kHzにおける音圧が上昇する傾向が見られる。評価例3、7及び8は、実施形態2のセラミックコンデンサ2の接続端子40、50の板厚aを0.1mm、0.05mm及び0.2mmと変えた3種類サンプルである。評価例3、7及び8のサンプル同士を比較すると、接続端子40、50の板厚aを増加すると、3kHzにおける音圧が上昇する傾向が見られる。評価例1、3、5、6、7及び8のサンプルの3kHzにおける音圧は、比較例1の3kHzにおける音圧よりも低い。したがって、実施形態1のセラミックコンデンサ1及び実施形態2のセラミックコンデンサ2は、接続端子40、50の板厚aの選択範囲を広げることができる。
評価例1及び9は、実施形態1のセラミックコンデンサ1の接合材60の材料を変えている。接合材60は、Sn−Ag−Cuはんだで形成した方が導電性接着剤で形成するよりも固着強度を高くすることができる。接合材60は、Sn−Ag−Cuはんだで形成しても導電性接着剤で形成しても3kHzにおける音圧に有意差はみられない。
評価例3及び10は、実施形態2のセラミックコンデンサ2の接合材60の材料を変えている。接合材60は、Sn−Ag−Cuはんだで形成した方が導電性接着剤で形成するよりも固着強度を高くすることができる。接合材60は、Sn−Ag−Cuはんだで形成しても導電性接着剤で形成しても3kHzにおける音圧に有意差はみられない。
評価例1及び11は、実施形態1のセラミックコンデンサ1の接続端子40、50の材質を変えている。評価例1の接続端子40、50の材質を42質量%のNiを含むNiFe合金とすると、接続端子40、50の材質をリン青銅とするよりも固着強度を高くすることができる。接続端子40、50の材質を42質量%のNiを含むNiFe合金としても、接続端子40、50の材質をリン青銅としても3kHzにおける音圧に有意差はみられない。
以上のように、本発明に係るセラミックコンデンサは、回路基板に搭載して用いる場合に有用である。
1、2、3 セラミックコンデンサ
10 セラミックコンデンサ素子
11 誘電体素体
11a 誘電体
12〜17 誘電体素体端面
18、19 内部電極
20、30 外部電極
21、31 外部電極側面
22〜25 外部電極端面
32〜35 外部電極端面
40、50 接続端子
41、51 搭載部
42、52 折り返し部
43、53 接続部
100 接続端子
160 試験装置
162 集音マイク
163 電源装置
166 基板
167 吸音材

Claims (4)

  1. 誘電体を含む誘電体素体と、
    前記誘電体の少なくとも一部を介して対向する内部電極と、
    前記内部電極に接続する一対の外部電極と、
    回路基板と前記外部電極との距離を一定間隔に保ち、前記回路基板と前記外部電極とを電気的に接続可能な一対の接続端子と、を有し、
    前記接続端子が空間を内在させるように少なくとも折り返し部を有し、前記外部電極の前記回路基板側の端面に前記接続端子が接合材で固定されることを特徴とするセラミックコンデンサ。
  2. 前記接続端子は、前記外部電極の前記回路基板側の端面を搭載する搭載部を有し、前記回路基板側の前記外部電極の端面と垂直な外部電極側面と、前記搭載部との間に前記接合材が介在する請求項1に記載のセラミックコンデンサ。
  3. 前記搭載部からの前記接合材の高さをhとし、前記搭載部からの前記外部電極の高さをT1とした場合、
    h/T1が0.1以上である請求項2に記載のセラミックコンデンサ。
  4. 前記搭載部からの前記接合材の高さをhとし、前記搭載部からの前記外部電極の高さをT1とした場合、h/T1が1以下である請求項3に記載のセラミックコンデンサ。
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