JP2013021010A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】耐湿性の良好な積層セラミックコンデンサを提供する。
【解決手段】内部電極21が形成された複数の第1のセラミック層22を積層してなる有効層20と、前記有効層20を挟むように内部電極が形成されていない複数の第2のセラミック層31を積層してなる一対の保護層30とを有する積層体10と、該積層体10の外面に形成され前記内部電極21と電気的に接続した外部電極40とを備えた積層セラミックコンデンサにおいて、前記第1のセラミック層21及び第2のセラミック層31はそれぞれSiO2が添加されたセラミック材料からなり、且つ、前記保護層は相対的に互いにSiO2濃度が異なる複数の第2のセラミック層31H,31Lを積層してなる。
【選択図】図2
【解決手段】内部電極21が形成された複数の第1のセラミック層22を積層してなる有効層20と、前記有効層20を挟むように内部電極が形成されていない複数の第2のセラミック層31を積層してなる一対の保護層30とを有する積層体10と、該積層体10の外面に形成され前記内部電極21と電気的に接続した外部電極40とを備えた積層セラミックコンデンサにおいて、前記第1のセラミック層21及び第2のセラミック層31はそれぞれSiO2が添加されたセラミック材料からなり、且つ、前記保護層は相対的に互いにSiO2濃度が異なる複数の第2のセラミック層31H,31Lを積層してなる。
【選択図】図2
Description
本発明は、積層セラミックコンデンサに関し、特に積層体の構造に関する。
この種の積層セラミックコンデンサとしては、例えば特許文献1に記載されているように、内部電極が埋設されたセラミックからなる積層体と、該積層体の外面に形成され前記内部電極と電気的に接続した外部電極とを備えている。前記積層体は、(a)内部電極が形成されていない1以上のセラミックグリーンシート、(b)内部電極が形成された複数のセラミックグリーンシート、(c)内部電極が形成されていない1以上のセラミックグリーンシート、を順次積層・圧着・焼成することにより得られる。ここで、前記(b)により形成された部位は容量形成機能を有することから、当該部位を有効層と呼ぶものとする。また、前記(a)及び(c)により形成された部位は前記有効層を保護する機能を有することから、当該部位を保護層と呼ぶものとする。特許文献1に記載のものでは、焼成ムラをなくすことを目的として、セラミックにガラス成分を含ませ、且つ、保護層におけるガラス成分濃度が有効層におけるガラス成分濃度より高くなるようにしている。
しかし、前記特許文献1に記載の積層セラミックコンデンサでは、高い耐湿性を確保することが困難であるという問題があった。すなわち、ガラス成分はメッキ液などの薬品に弱いという性質がある。一方、積層セラミックコンデンサの外部電極の形成工程は一般的に、積層体の表面に金属ペーストを塗布・焼付けを行った後に、1層以上のメッキ層を電解メッキにより形成している。このため、特許文献1に記載の積層セラミックコンデンサでは、当該工程において保護層におけるガラス成分が浸食され、結果として耐湿性が低下する場合があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、耐湿性の良好な積層セラミックコンデンサを提供することにある。
上記目的を達成するために、本願発明は、内部電極が形成された複数の第1のセラミック層を積層してなる有効層と、前記有効層を挟むように内部電極が形成されていない複数の第2のセラミック層を積層してなる一対の保護層とを有する積層体と、該積層体の外面に形成され前記内部電極と電気的に接続した外部電極とを備えた積層セラミックコンデンサにおいて、前記第1のセラミック層及び第2のセラミック層はそれぞれSiO2が添加されたセラミック材料からなり、且つ、前記保護層は相対的に互いにSiO2濃度が異なる複数の第2のセラミック層を積層してなることを特徴とする。
本発明によれば、保護層において相対的に低いSiO2濃度の第2のセラミック層が必ず存在するので、当該セラミック層によりメッキ液による浸食を抑えることができる。したがって耐湿性の低下を防止することができる。なお、第1のセラミック層及び第2のセラミック層におけるSiO2濃度は、耐湿性の確保や焼成ムラ防止等の観点から適宜選択すればよい。
本発明の好適な態様の一例としては、前記保護層は、相対的にSiO2濃度が低い第2のセラミック層と相対的にSiO2濃度が高い第2のセラミック層とを交互に積層してなることを特徴とするものが挙げられる。このような構造により前述した保護層を確実且つ容易に実施することができる。
また本発明の好適な態様の他の一例としては、前記有効層は、内部電極の形成されていない領域において内部電極による段差を吸収するように形成された第3のセラミック層を含み、該第3のセラミック層は、SiO2が添加されたセラミック材料からなり且つ第1のセラミック層とはSiO2濃度が異なることを特徴とするものが挙げられる。該第3のセラミック層は第1のセラミック層と同様に積層体の側面に露出しており、何れか一方のセラミック層が相対的にSiO2濃度が低くなる。したがって、特に積層体側面からのメッキ液による浸食を抑えるのに有効である。
また、本発明の好適な態様の他の一例としては、前記保護層は、前記有効層と向かいあう第2のセラミック層が相対的にSiO2濃度が低く形成されていることを特徴とするものが挙げられる。これによれば、有効層に隣接する第2のセラミック層が相対的にSiO2濃度が低く形成されているので、有効層へのメッキ液の浸食を効果的に抑えることができる。
また、本発明の好適な態様の他の一例としては、前記保護層は、最外層の第2のセラミック層が相対的にSiO2濃度が低く形成されていることを特徴とするものが挙げられる。これによれば、積層体内へのメッキ液の浸食を効果的に抑えることができる。
以上説明したように本発明によれば、保護層において相対的に低いSiO2濃度の第2のセラミック層が必ず存在するので、当該セラミック層により電解メッキ時に使用されるメッキ液の浸食を抑えることができる。したがって耐湿性の低下を防止することができる。
本発明の一実施の形態に係る積層セラミックコンデンサについて図面を参照して説明する。図1は積層セラミックコンデンサの断面図、図2は積層セラミックコンデンサを構成する積層体の分解斜視図である。なお本願では説明の簡単のため適宜寸法や形状を模式化している点に留意されたい。
積層セラミックコンデンサ1は、図1に示すように、略直方体形状の積層体10と、該積層体10の長手方向両端部に形成された一対の外部電極40とを備えている。
積層体10は、図2に示すように、内部電極21が埋設されたセラミック層である有効層20と、該有効層20を積層方向において挟むように形成され且つ内部電極が形成されていないセラミック層である保護層30とを積層した構造になっている。
有効層20は、所定パターンの内部電極21が形成された複数の第1のセラミック層22を積層した構造となっている。内部電極21は、一方の端部のみが積層体10の何れか一方の端面に交互に露出するよう第1のセラミック層22よりもやや小さい矩形状に形成されている。これにより内部電極21は、第1のセラミック層22を介して積層方向に互いに重なり合うように配置される。また積層体10の端面に露出した内部電極21は該端面において外部電極40に電気的に接続している。したがって内部電極21は一層おきに同一の外部電極40に電気的に接続している。内部電極21はNi,Cu等の卑金属、Pd,Agなどの貴金属、Ag−Pd合金などを主成分とした金属からなるが、コストダウンの観点からはNiが好適である。
また有効層20においては、第1のセラミック層22の上面であって(換言すれば内部電極21と同層であって)且つ内部電極21が形成されていない領域には、第3のセラミック層23が形成されている。該第3のセラミック層23は、内部電極21の厚みによる段差を吸収するような厚みに設定されている。
保護層30は、1つ以上の第2のセラミック層31を積層した構造となっている。ここで該第2のセラミック層31には内部電極21は形成されていない点に留意されたい。
外部電極40は、積層体10の両端面から該端面に隣接する側面にまで回り込んで形成されている。外部電極40は、最内層、すなわち積層体10の外面に形成された主電極層41、主電極層41の外面に形成された2層のメッキ層42,43を備えた3層構造になっている。主電極層41は、外部電極40としての主機能を果たすための層であり電気的特性,内部電極21との接続性,積層体10への密着性などに着目して材料選択するのが好ましい。具体的には、Cu、Niなどの卑金属、Ag,Auなどの貴金属、これらの合金などから選択することが好ましい。メッキ層42,43は、電解メッキにより形成された薄膜からなる。メッキ層42はハンダ喰われを防止するための層である。メッキ層42の材料としては例えばNiやNi−Pなどが挙げられる。また、メッキ層43は、ハンダ濡れ性を向上させるとともにメッキ層42の酸化を防止するための層である。メッキ層43の材料としては例えばSnやSn合金やAuなどが挙げられる。
本願発明では、有効層20における第1のセラミック層22及び第3のセラミック層23並びに保護層30における第2のセラミック層31は、SiO2が添加されたチタン酸バリウムベースの誘電体セラミックからなる。SiO2は低粒径で且つ分散性が良好なものが好ましい。
そして本願発明では、保護層30における第2のセラミック層31は、全ての層においてSiO2濃度が均一というわけでなく、互いにSiO2濃度が異なる層が混在していることを特徴の1つとしている。具体的には、保護層30は図2に示すように、相対的にSiO2濃度が高い第2のセラミック層31Hと、相対的にSiO2濃度が低い第2のセラミック層31Lとを含む。
この種の積層セラミックコンデンサでは、内部電極用のペーストに含まれる共生地の拡散、脱バインダ工程における挙動、成形後の密度差など種々の要因により、有効層20が良好な緻密状態となるような条件で焼成した場合、保護層30においては有効層20よりも緻密化挙動が劣り多くのポアが残留する傾向があることが確認されている。そこで本願発明では、相対的にSiO2濃度が高い第2のセラミック層31HによりポアをSiO2相で充填することで耐熱性や耐湿性の低下を防止している。一方でSiO2はメッキ液による浸食を受けやすいという性質もある。そこで、本願発明では、相対的にSiO2濃度が低い第2のセラミック層31Lを介在させることにより積層体10の側面や積層方向上下面からのメッキ液の侵入を防止している。
本実施の形態では、図2に示すように、相対的にSiO2濃度が高い第2のセラミック層31Hと、相対的にSiO2濃度が低い第2のセラミック層31Lとを交互に積層されている。また、メッキ液の侵入の防止という観点からは、図2に示すように、相対的にSiO2濃度が低い第2のセラミック層31Lを積層体10の最外層に配置すると好ましい。また同様に、メッキ液の侵入の防止という観点からは、図2に示すように、相対的にSiO2濃度が低い第2のセラミック層31Lを有効層20に隣り合う層に配置すると好ましい。
また本願発明では、有効層20における第1のセラミック層22と第3のセラミック層23のSiO2濃度が互いに異なっていることを特徴の1つとしている。本実施の形態では、第3のセラミック層23は、第1のセラミック層22のSiO2濃度より相対的に高くなるように形成している。また、第3のセラミック層23は前記第2のセラミック層31LとSiO2濃度が等しく、第1のセラミック層22は前記第2のセラミック層31HとSiO2濃度が等しくなるように形成している。なお、第3のセラミック層23のSiO2濃度は、第1のセラミック層22のSiO2濃度より相対的に低くなるように形成してもよい。この場合にはSiO2の偏析を抑えることができる。
次に本実施の形態に係る積層セラミックコンデンサ1の製造方法について図3のフローチャートを参照して説明する。まず誘電体セラミックを形成する原料粉末、有機バインダ、溶剤、SiO2及びその他添加剤を混合してセラミックスラリーを作製する(ステップS1)。ここでは、相対的にSiO2濃度が高いものと低いものの2種類を用意する。次に、各セラミックスラリーをドクターブレード法などによりシート状に形成・乾燥してセラミックグリーンシートを得る(ステップS2)。次に第1のセラミック層22に対応するセラミックグリーンシートに所定のパターン形状で内部電極用の金属ペーストを印刷する(ステップS3)。該金属ペーストには共生地としてセラミック原料粉を所定分量混合しておくと好適である。一方、誘電体セラミックを形成する原料粉末、有機バインダ、溶剤、SiO2及びその他添加剤を混合して、前記第3のセラミック層23形成用のセラミックペーストを作成する(ステップS4)。次に、前記セラミックグリーンシートの内部電極の形成されていない領域にセラミックペーストを印刷する(ステップS5)。この印刷工程では前記内部電極印刷用のパターンを反転させたパターンを用いればよい。次に、金属ペースト及びセラミックペーストを印刷したセラミックグリーンシートと、第2のセラミック層31に対応するセラミックグリーンシートを所定のパターン・枚数積層した後に圧着してシート積層体を得る(ステップS6)。ここで第2のセラミック層31に対応するセラミックグリーンシートは、SiO2濃度の高いものとSiO2濃度の低いものが交互になり、且つ、最外層にはSiO2濃度の低いものが配置されるように積層する。
次にシート積層体を個別チップに切断した後に(ステップS7)、バレル研磨などで個別チップの表面を研磨する(ステップS8)。次に、研磨後の個別チップに対して大気中又は窒素等の非酸化性ガス中で脱バインダ処理を行う(ステップS9)。次に、個別チップの端部にディップ法や印刷法などで主電極層41用の金属ペーストを塗布する(ステップS10)。次に脱バインダ処理後の個別チップを所定温度の窒素―水素雰囲気中で焼成する(ステップS11)。なお、該焼成工程は、内電電極間のセラミック層すなわち第1のセラミック層22の異常粒成長や、内部電極の劣化が確認されるよりも十分低温な条件で焼成を行う。次に、焼成後の個別チップの再酸化処理を行うことにより主電極層41が形成された積層体10を得る(ステップS12)。次に主電極層41の上に、Niからならメッキ層42,Snからなるメッキ層43を順に電解メッキで形成する(ステップS13)。以上の工程により積層セラミックコンデンサ1が得られた。
このように本実施の形態に係る積層セラミックコンデンサでは、保護層30及び有効層20において相対的にSiO2濃度が低いセラミック層が形成されているので、セラミックの緻密状態を良好に維持しつつ且つメッキ液による浸食を抑制することができる。これにより耐湿性の向上が図れる。
以上本発明の一実施の形態について詳述したが本発明はこれに限定されるものではない。例えば上記実施の形態では外部電極40の主電極層41用の金属ペーストと個別チップとを同時に焼成させていたが、個別チップを焼成して積層体10を得た後に金属ペーストの塗布・焼付けを行って主電極層21を形成してもよい。
本発明の実施例について説明する。実施例1及び2として上記実施形態に示した積層セラミックコンデンサを下記条件で用意した。各実施例1,2では、内部電極21はNi、外部電極40の主電極層41はNi、メッキ層42はNi、メッキ層43はSnを用いた。また、主電極層41は積層体10と同時に焼成した。目標静電容量は10μF、定格電圧は6.3Vとした。実施例1は焼成温度を1180℃とし、実施例2は1220℃とした。
比較例1及び2として、保護層30における全ての第2のセラミック層31が、有効層20の第1のセラミック層22及び第3のセラミック層23よりもSiO2濃度が高いものを用意した。他の条件は上記各実施例1,2と同様である。
以上の実施例1,2及び比較例1,2について耐湿負荷試験を行い、該試験により得られたNG発生率を図4に示す。耐湿負荷試験は、(a)前処理として85℃、105℃あるいは125℃で定格電圧の2倍を1時間印加する電圧処理を実施、(b)試験温度は85±2℃、(c)試験時間は1000時間、(d)印加電圧は定格電圧の2倍、(e)充放電電流は50mA以下、(f)放置時間は24±2時間(標準状態)という条件で行った。
図4から明らかなように、比較例1,2では相対的に高いSiO2濃度のセラミック層により静電容量は向上するものの、耐湿負荷試験NG品が多くなる傾向が確認できた。一方、本願発明に係る実施例1,2では、比較例1,2と同等の静電容量を確保しつつ、耐湿性も良好であることが確認できた。
1…積層セラミックコンデンサ、10…積層体、20…有効層、21…内部電極、22…第1のセラミック層、23…第3のセラミック層、30…保護層、31,31H,31L…第2のセラミック層、40…外部電極、41…主電極層、42,43…メッキ層
Claims (6)
- 内部電極が形成された複数の第1のセラミック層を積層してなる有効層と、前記有効層を挟むように内部電極が形成されていない複数の第2のセラミック層を積層してなる一対の保護層とを有する積層体と、該積層体の外面に形成され前記内部電極と電気的に接続した外部電極とを備えた積層セラミックコンデンサにおいて、
前記第1のセラミック層及び第2のセラミック層はそれぞれSiO2が添加されたセラミック材料からなり、且つ、前記保護層は相対的に互いにSiO2濃度が異なる複数の第2のセラミック層を積層してなる
ことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。 - 前記保護層は、相対的にSiO2濃度が低い第2のセラミック層と相対的にSiO2濃度が高い第2のセラミック層とを交互に積層してなる
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。 - 前記有効層は、内部電極の形成されていない領域において内部電極による段差を吸収するように形成された第3のセラミック層を含み、
該第3のセラミック層は、SiO2が添加されたセラミック材料からなり且つ第1のセラミック層とはSiO2濃度が異なる
ことを特徴とする請求項1又は2記載の積層セラミックコンデンサ。 - 前記保護層における相対的に低いSiO2濃度の第2のセラミック層と相対的に高いSiO2濃度の第2のセラミック層の間隔は、前記有効層における低いSiO2濃度の第1又は第3のセラミック層と相対的に高いSiO2濃度の第3又は第1のセラミック層の間隔よりも広い
ことを特徴とする請求項3記載の積層セラミックコンデンサ。 - 前記保護層は、前記有効層と向かいあう第2のセラミック層が相対的にSiO2濃度が低く形成されている
ことを特徴とする請求項1乃至4何れか1項記載の積層セラミックコンデンサ。 - 前記保護層は、最外層の第2のセラミック層が相対的にSiO2濃度が低く形成されている
ことを特徴とする請求項1乃至5何れか1項記載の積層セラミックコンデンサ。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9064636B1 (en) * | 2014-08-13 | 2015-06-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Multilayer ceramic capacitor including first and second outer layer portions and an inner layer portion disposed therebetween |
US10811192B2 (en) | 2018-09-28 | 2020-10-20 | Apple Inc. | Reliable capacitor structures |
-
2011
- 2011-07-07 JP JP2011150824A patent/JP2013021010A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
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US9064636B1 (en) * | 2014-08-13 | 2015-06-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Multilayer ceramic capacitor including first and second outer layer portions and an inner layer portion disposed therebetween |
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