JP2014183170A - 積層セラミックコンデンサおよびその実装構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】積層セラミックコンデンサにおいて、回路基板の設計の自由度を保ちつつ、鳴きを低減する。
【解決手段】積層セラミックコンデンサ１０１は、内部電極と誘電体層とが交互に積層され、互いに対向する２つの端面を有する直方体状の積層体２１と、前記２つの端面の各々において前記端面の一部のみを覆うことによって、積層体２１を挟んで互いに対向するように設けられた少なくとも１対の外部電極２５ａ，２５ｂとを備え、内部電極２２同士の重なり部分は、平面的に見て切欠き部を有し、前記切欠き部の少なくとも一部は、外部電極２５ａ，２５ｂによって挟まれた領域内に位置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、積層セラミックコンデンサおよびその実装構造体に関するものである。

近年、電子機器の高性能化が急速に進み、これに対応して積層セラミックコンデンサの大容量化が進んでいる。大容量の積層セラミックコンデンサにおいては、誘電体を構成する材料として、チタン酸バリウムなどの高誘電率のセラミックスが使用されている。

これらの高誘電率のセラミックスは、圧電性および電歪性を有する。このため、高誘電率のセラミックスからなる誘電体を含む積層セラミックコンデンサは、電圧または電界が印加された際に機械的な歪みを生じる。

よって、これらの積層セラミックコンデンサに交流電圧、または交流成分が重畳された直流電圧が印加されると、機械的な歪みに起因する振動が発生する。積層セラミックコンデンサが回路基板に接続されている場合、この振動は、回路基板に伝播し、回路基板が振動することとなる。

こうして引き起こされる回路基板の周辺の空気の振動が、可聴周波数域である２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲内であると、不快音として人の耳に聞こえる。この発音現象は「鳴き（acoustic noise）」と呼ばれている。

このような鳴きを防止、抑制するために従来いくつかの提案がなされている。鳴きを低減させるための技術の一例が特開２０００−２３２０３０号公報（特許文献１）に記載されている。

特許文献１に記載された積層セラミックコンデンサの回路基板実装方法においては、回路基板の表裏両面のほぼ面対称な位置に互いに導通するコンデンサ実装用のランドを形成し、これらのランドの各々に積層セラミックコンデンサを配置して導電接続することとしている。この技術では、一方の積層セラミックコンデンサから回路基板に伝達した振動と他方の積層セラミックコンデンサから回路基板に伝達した振動とが打ち消し合い、鳴きの発生を抑制することが期待されている。

特開２０００−２３２０３０号公報

上記特許文献１に記載の発明によれば、実質的には、同等仕様の２つの積層セラミックコンデンサを回路基板の表裏両面に実装する必要があるので、回路基板の設計の自由度が失われるという問題があった。

そこで、本発明は、回路基板の設計の自由度を保ちつつ、鳴きを低減することができる積層セラミックコンデンサおよびその実装構造体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づく積層セラミックコンデンサは、内部電極と誘電体層とが交互に積層され、互いに対向する２つの端面を有する直方体状の積層体と、上記２つの端面の各々において上記端面の一部のみを覆うことによって、上記積層体を挟んで互いに対向するように設けられた少なくとも１対の外部電極とを備え、上記内部電極同士の重なり部分は、平面的に見て切欠き部を有し、上記切欠き部の少なくとも一部は、上記外部電極によって挟まれた領域内に位置する。

本発明によれば、内部電極同士の重なり部分の切欠き部の少なくとも一部は、互いに対向する外部電極同士によって挟まれた領域内に位置するので、歪みが大きく発生する内部電極同士の重なり部分を、外部電極同士によって挟まれた領域内から減らすことができ、その結果、歪みが外部電極に伝わる度合いを低減することができる。したがって、回路基板の設計の自由度を保ちつつ、鳴きを低減することができる。

本発明に基づく実施の形態１における積層セラミックコンデンサの実装構造体の斜視図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態１における積層セラミックコンデンサを平面的に見た透視図である。 本発明に基づく実施の形態１における積層セラミックコンデンサの変形例を平面的に見た透視図である。 本発明に基づく実施の形態２における積層セラミックコンデンサを平面的に見た透視図である。 本発明に基づく実施の形態３における積層セラミックコンデンサの実装構造体の斜視図である。 本発明に基づく実施の形態３における積層セラミックコンデンサを平面的に見た透視図である。 本発明に基づく実施の形態４における積層セラミックコンデンサを平面的に見た透視図である。 鳴きの音圧レベルの測定方法の説明図である。 比較例としての積層セラミックコンデンサを平面的に見た透視図である。 鳴きの音圧レベルに関するシミュレーション結果を示すグラフである。

（実施の形態１）
（構成）
図１〜図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における積層セラミックコンデンサについて説明する。積層セラミックコンデンサを基材１の上面に実装した様子を、図１に示す。図１におけるＩＩ−ＩＩ線に関する矢視断面図を図２に示す。積層セラミックコンデンサは、直方体の積層体２１の両端面に外部電極２５ａ，２５ｂを設けた構造となっている。外部電極２５ａ，２５ｂは各端面の全面を覆うのではなく、端面を上下方向に完全に横切る一直線上に設けられている。基材１の上面には２つのランド２が設けられており、外部電極の各々は、ランド２に載るように配置されている。図１ではハンダを図示省略しているが、実際には図２に示すようにランド２上にはハンダ３が付けられている。積層セラミックコンデンサ１０１を平面的に見て内部電極を透視したところを図３に示す。内部電極の重なり部分については、説明の便宜のために、重なる内部電極２２を模式的にわずかにずらして表示している。

積層セラミックコンデンサ１０１は、図１および図２に示すように、内部電極２２と誘電体層２３とが交互に積層され、互いに対向する２つの端面２１ａ，２１ｂを有する直方体状の積層体２１と、２つの端面２１ａ，２１ｂの各々において前記端面の一部のみを覆うことによって、積層体２１を挟んで互いに対向するように設けられた少なくとも１対の外部電極２５ａ，２５ｂとを備える。図３に示すように、内部電極２２同士の重なり部分は、平面的に見て切欠き部３１を有し、切欠き部３１の少なくとも一部は、外部電極２５ａ，２５ｂによって挟まれた領域内に位置する。

なお、「内部電極２２同士の重なり部分」とは、外部電極２５ａに接続する内部電極２２と、外部電極２５ｂに接続する内部電極２２とが重なり合っている部分を意味する。「内部電極同士の重なり部分」が「切欠き部」を有するといった場合、一方の端の外部電極に接続する内部電極と、他方の端の外部電極に接続する内部電極との両方とも同じように切欠きを有する構成は当然該当するが、これに限らない。たとえば、一方の端の外部電極に接続する内部電極と、他方の端の外部電極に接続する内部電極とのうちのいずれか一方のみが切欠きを有する構成であってもよい。なぜなら、一方の内部電極が切欠きとなっている部分は、たとえ他方の内部電極が存在していても、もはや「内部電極同士の重なり部分」とはいえないので、「内部電極同士の重なり部分」にとって切欠きに該当し、その結果、平面的に見たときには「内部電極同士の重なり部分」が「切欠き部」を有するといえるからである。

（作用・効果）
そもそも鳴きの原因となる歪みは、内部電極の重なり部分に存在する誘電体層において圧電効果によって生じるものであり、互いに対向する外部電極同士によって挟まれた領域内にそのような内部電極の重なり部分が多く存在すればするほど外部電極に歪みが多く伝わる。これに対して、本実施の形態では、内部電極２２同士の重なり部分は、平面的に見て切欠き部３１を有し、切欠き部３１の少なくとも一部は、外部電極２５ａ，２５ｂによって挟まれた領域内に位置するので、歪みが大きく発生する内部電極２２同士の重なり部分を、外部電極２５ａ，２５ｂによって挟まれた領域内から減らすことができている。したがって、歪みが外部電極２５ａ，２５ｂに伝わる度合いを低減することができ、その結果、回路基板に伝わる振動を積層セラミックコンデンサ単体で低減できるため、回路基板の設計の自由度を保ちつつ、鳴きを低減することができる。

本実施の形態では、図３に示すように、外部電極２５ａ，２５ｂによって挟まれた領域からの内部電極２２同士の重なりのずれ量Ｄは、外部電極２５ａ，２５ｂによって挟まれた領域の幅Ｗ以上であるが、図４に示す積層セラミックコンデンサ１０２のように、ずれ量Ｄが幅Ｗに比べて小さな構成であってもよい。外部電極に伝わる歪みの影響をなるべく小さくするためには、図３に示した程度にずれ量Ｄが大きい方が好ましいが、図４に示した程度の構成であっても、ある程度の効果を得ることはできる。

さらに、本実施の形態で図３または図４に示したように、平面的に見て、外部電極２５ａ，２５ｂによって挟まれた領域の外側に、内部電極２２同士の重なり部分の少なくとも一部が存在することが好ましい。この構成を採用することにより、外部電極２５ａ，２５ｂによって挟まれた領域の内部で切欠き部を設けたことによって減った「内部電極２２同士の重なり部分」の面積を、他の領域で代わりに確保することができる。

（積層セラミックコンデンサの実装構造体）
次に、本発明に基づく実施の形態１における積層セラミックコンデンサの実装構造体について説明する。ここでいう「積層セラミックコンデンサの実装構造体」とは、積層セラミックコンデンサを何らかの基材に実装したものである。

図１および図２に示したように、本実施の形態における積層セラミックコンデンサの実装構造体２０１は、基材１と、基材１に配置されたランド２と、積層セラミックコンデンサ１０１とを備える。積層セラミックコンデンサ１０１は、ランド２と外部電極２５ａ，２５ｂとを電気的に接続するようにして基材１に実装されている。

本実施の形態における積層セラミックコンデンサの実装構造体では、積層セラミックコンデンサの内部で、歪みが大きく発生する内部電極同士の重なり部分を、外部電極によって挟まれた領域内から減らすことができているので、歪みが外部電極に伝わる度合いを低減することができている。ここで示す積層セラミックコンデンサの実装構造体は、このような積層セラミックコンデンサを基材に対して実装したものであるので、全体としては、回路基板の設計の自由度を保ちつつ、鳴きを低減することができる。

ここでは、実装構造体に含まれる積層セラミックコンデンサとして積層セラミックコンデンサ１０１を例にとって説明したが、積層セラミックコンデンサ１０１に代えて、積層セラミックコンデンサ１０２であってもよく、あるいは、以下の実施の形態で説明するいずれかの積層セラミックコンデンサを用いてもよい。

（実施の形態２）
（構成）
図５を参照して、本発明に基づく実施の形態２における積層セラミックコンデンサについて説明する。本実施の形態における積層セラミックコンデンサ１０３は、基本的な構成については実施の形態１で説明したものと共通する。この積層セラミックコンデンサを平面的に見て内部電極を透視したところを図５に示す。

本実施の形態では、内部電極２２同士の重なり部分は、平面的に見て環状部３２を含み、前記切欠き部は、環状部３２の内側の開口部としての切欠き部３１ｉである。

（作用・効果）
本実施の形態では、内部電極２２の重なり部分は、外部電極２５ａ，２５ｂによって挟まれた領域内に環状部３２の内側の開口部という形の切欠き部３１ｉを有するので、歪みが大きく発生する内部電極２２同士の重なり部分を、外部電極２５ａ，２５ｂによって挟まれた領域内から減らすことができている。したがって、歪みが外部電極２５ａ，２５ｂに伝わる度合いを低減することができ、その結果、回路基板の設計の自由度を保ちつつ、鳴きを低減することができる。

図５では、開口部としての切欠き部３１ｉの幅Ｅは、外部電極２５ａ，２５ｂによって挟まれた領域の幅Ｗより小さくなっているが、幅Ｅが幅Ｗより大きくなっていれば、歪みが外部電極に伝わる度合いをさらに減らすことができるのでより好ましい。

（実施の形態３）
（構成）
図６〜図７を参照して、本発明に基づく実施の形態３における積層セラミックコンデンサについて説明する。本実施の形態における積層セラミックコンデンサ１０４は、基本的な構成については実施の形態１で説明したものと共通する。積層セラミックコンデンサ１０４を平面的に見て内部電極を透視したところを図７に示す。

本実施の形態では、外部電極２５ａ，２５ｂは、平面的に見て前記端面の中央部を避けて積層体２１の角部の近傍に配置されている。外部電極２５ａは、外部電極２５ａ１，２５ａ２を含み、外部電極２５ｂは、外部電極２５ｂ１，２５ｂ２を含む。外部電極２５ａ１と外部電極２５ｂ１とが互いに対向している。外部電極２５ａ２と外部電極２５ｂ２とが互いに対向している。

（作用・効果）
内部電極の重なり部分に存在する誘電体層において圧電効果による変形があったときには、平面的に見て、積層体の各辺がたわむように変形するので、各辺の中央部は大きく変位するのに対して、積層体の角部は変位量が小さい傾向がある。本実施の形態では、実施の形態１または２で述べたような効果を奏し、なおかつ、外部電極が積層体２１の端面の中央部を避けて角部に配置されているので、外部電極に対して歪みが伝わる度合いを低減することができ、その結果、回路基板に伝わる振動を積層セラミックコンデンサ単体で低減できるため、回路基板の設計の自由度を保ちつつ、鳴きを低減することができる。

（実施の形態４）
（構成）
図８を参照して、本発明に基づく実施の形態４における積層セラミックコンデンサについて説明する。本実施の形態における積層セラミックコンデンサ１５１は、内部電極と誘電体層とが交互に積層され、互いに対向する２つの端面を有する直方体状の積層体２１と、前記２つの端面の各々において前記端面の一部のみを覆うことによって、積層体２１を挟んで互いに対向するように設けられた少なくとも１対の外部電極２５ａ１，２５ｂ１，２５ａ２，２５ｂ２とを備える。外部電極２５ａ１，２５ｂ１，２５ａ２，２５ｂ２は、平面的に見て前記端面の中央部を避けて前記積層体の角部の近傍に配置されている。

（作用・効果）
本実施の形態では、外部電極が積層体２１の端面の中央部を避けて角部に配置されているので、外部電極に対して歪みが伝わる度合いを低減することができる。したがって、回路基板の設計の自由度を保ちつつ、鳴きを低減することができる。

（鳴きの音圧レベルの測定方法）
鳴きの音圧レベルの測定方法について、図９を参照して説明する。たとえば積層セラミックコンデンサ１０１がもたらす音圧レベルを測定しようとする場合、音圧レベルは、以下のようにして測定することができる。

積層セラミックコンデンサ１０１が実装された回路基板５０を準備し、無響箱７３内に設置する。この状態で、積層電子部品１０１に評価用の周波数および１Ｖｐｐの電圧を有する交流電圧を印加する。集音マイク７４を回路基板５０に対向するように配置して集音し、集音計７６およびＦＦＴアナライザ７８で集音された音圧レベルを測定した。

（比較実験）
まず、本発明を適用しない積層セラミックコンデンサのシミュレーション・モデルを比較例として用意した。比較例としての積層セラミックコンデンサを平面的に見て内部電極を透視したところを図１０に示す。積層体２１の内部では、単純な短冊状の内部電極２２が同一直線上で長手方向に交互に位置をずらしながら積層されて配置されている。積層体２１の両端には外部電極２６ａ，２６ｂが設けられている。外部電極２６ａ，２６ｂは、これまで説明してきた外部電極２５ａ，２５ｂとは異なり、積層体２１の端面において幅全体を覆うように形成されている。この比較例の構造を、以下「構造１」と呼ぶものとする。

次に本発明を適用した積層セラミックコンデンサとして、図５を参照して実施の形態２で説明した積層セラミックコンデンサ１０３のシミュレーション・モデルを用意した。ただし、図５における幅ＥおよびＷはいずれも０．４ｍｍとした。この積層セラミックコンデンサ１０３の構造を、以下「構造３」と呼ぶものとする。

構造１と構造３とをそれぞれ回路基板５０に実装したものとして、上述の測定方法によって測定される音圧レベルをシミュレーションによって求めた。

構造１および構造３における音圧レベルのシミュレーション結果をグラフにしたものを、図１１に示す。なお、図１１に表示されている「外部電極幅」は、図５における外部電極２５ａ，２５ｂの幅Ｗを意味し、「スリット幅」は、環状部３２の内側の開口部としての切欠き部３１ｉの幅Ｅを意味する。

図１１に示すように、構造１に比べて構造３では音圧レベルが平均して７．２ｄＢ低下していた。これは鳴きが小さくなったことを意味する。このことから、積層セラミックコンデンサに本発明を適用することで、鳴きを低減できることが確認された。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 基材、２ ランド、３ ハンダ、２１ 積層体、２１ａ，２１ｂ 端面、２２ 内部電極、２３ 誘電体層、２５ａ，２５ａ１，２５ａ２，２５ｂ，２５ｂ１，２５ｂ２，２６ａ，２６ｂ 外部電極、３１，３１ｉ 切欠き部、３２ 環状部、５０ 回路基板、７３ 無響箱、７４ 集音マイク、７６ 集音計、７８ ＦＦＴアナライザ、１０１，１０２，１０３，１０４，１５１ 積層セラミックコンデンサ、２０１ 積層セラミックコンデンサの実装構造体。

Claims (6)

1. 内部電極と誘電体層とが交互に積層され、互いに対向する２つの端面を有する直方体状の積層体と、
   前記２つの端面の各々において前記端面の一部のみを覆うことによって、前記積層体を挟んで互いに対向するように設けられた少なくとも１対の外部電極とを備え、
   前記内部電極同士の重なり部分は、平面的に見て切欠き部を有し、前記切欠き部の少なくとも一部は、前記外部電極によって挟まれた領域内に位置する、積層セラミックコンデンサ。
2. 平面的に見て、前記外部電極によって挟まれた領域の外側に、前記内部電極同士の重なり部分の少なくとも一部が存在する、請求項１に記載の積層セラミックコンデンサ。
3. 前記内部電極同士の重なり部分は、平面的に見て環状部を含み、前記切欠き部は、前記環状部の内側の開口部である、請求項１または２に記載の積層セラミックコンデンサ。
4. 前記外部電極は、平面的に見て前記端面の中央部を避けて前記積層体の角部の近傍に配置されている、請求項１から３のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。
5. 内部電極と誘電体層とが交互に積層され、互いに対向する２つの端面を有する直方体状の積層体と、
   前記２つの端面の各々において前記端面の一部のみを覆うことによって、前記積層体を挟んで互いに対向するように設けられた少なくとも１対の外部電極とを備え、
   前記外部電極は、平面的に見て前記端面の中央部を避けて前記積層体の角部の近傍に配置されている、積層セラミックコンデンサ。
6. 基材と、
   前記基材に配置されたランドと、
   請求項１から５のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサとを備え、
   前記積層セラミックコンデンサは、前記ランドと前記外部電極とを電気的に接続するようにして前記基材に実装されている、積層セラミックコンデンサの実装構造体。

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