JP2015018891A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】容量形成に寄与しないダミー電極層又は金属層をコンデンサ本体内に設けることなく、撓み強度を向上できる積層セラミックコンデンサを提供する。【解決手段】積層セラミックコンデンサ１０のコンデンサ本体１１は、セラミックス製の保護部１１ａと、複数の内部電極層１１ｂ１がセラミック層１１ｂ２を介して積層された容量形成部１１ｂと、セラミックス製の非容量形成部１１ｃを、積層方向一側から他側に向かって保護部１１ａ−容量形成部１１ｂ−非容量形成部１１ｃ−容量形成部１１ｂ−保護部１１ａの順に有しており、各保護部１１ａの積層方向厚さをＴ２とし、各容量形成部１１ｂの積層方向厚さをＴ３とし、非容量形成部１１ｃの積層方向厚さをＴ４としたとき、該Ｔ２〜Ｔ４はＴ２＜Ｔ３≰Ｔ４の関係にある。【選択図】図１

Description

本発明は、積層セラミックコンデンサに関する。

積層セラミックコンデンサは、一般に、積層構造のコンデンサ本体と、該コンデンサ本体の相対する端部それぞれに設けられた外部電極を備えている。コンデンサ本体は、複数の内部電極層がセラミック層を介して積層された容量形成部と、該容量形成部の積層方向両側に配されたセラミックス製の保護部を有している。また、複数の内部電極層の一部の端縁は一方の外部電極に接続され、残部の端縁は他方の外部電極に接続されている。

この種の積層セラミックコンデンサには、回路基板等に実装する際に受ける応力や実装後の熱衝撃等を原因として受ける応力に対抗するために、それ相応の撓み強度が必要とされている。因みに、この撓み強度は、一般に、基板の一面に積層セラミックコンデンサをハンダ付けした後、該基板の一面を駒で支えた状態でその他面のコンデンサハンダ付け箇所に相当する部位をジグにより一定速度で下側に押圧して変形させ、該変形過程で積層セラミックコンデンサに所定％以上の容量低下が生じたときのジグの押し込み量（単位はｍｍ）によって表されている。

下記特許文献１及び２には、積層セラミックコンデンサの撓み強度向上に利用可能な構造が開示されている。しかしながら、何れも、容量形成に寄与しないダミー電極層又は金属層をコンデンサ本体内に設けたものであるため、コンデンサ本体の構造が複雑化してしまう。

特開平０７−３３５４７３号公報 特開平０８−１８１０３２号公報

本発明の目的は、容量形成に寄与しないダミー電極層又は金属層をコンデンサ本体内に設けることなく、撓み強度を向上できる積層セラミックコンデンサを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、積層構造のコンデンサ本体と、該コンデンサ本体の相対する端部それぞれに設けられた外部電極を備えた積層セラミックコンデンサであって、前記コンデンサ本体は、セラミックス製の保護部と、複数の内部電極層がセラミック層を介して積層された容量形成部と、セラミックス製の非容量形成部を、積層方向一側から他側に向かって保護部−容量形成部−非容量形成部−容量形成部−保護部の順に有しており、前記各保護部の積層方向厚さをＴ２とし、前記各容量形成部の積層方向厚さをＴ３とし、前記非容量形成部の積層方向厚さをＴ４としたとき、該Ｔ２〜Ｔ４はＴ２＜Ｔ３≦Ｔ４の関係にある。

本発明によれば、容量形成に寄与しないダミー電極層又は金属層をコンデンサ本体内に設けることなく、撓み強度を向上できる積層セラミックコンデンサを提供することができる。

本発明の前記目的及び他の目的と、各目的に応じた特徴と効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。

図１は本発明を適用した積層セラミックコンデンサの基本構造を示す縦断面である。 図２は図１に示した積層セラミックコンデンサの製法例を説明するための図である。 図３は効果検証用のサンプル１〜２３の仕様及び検査結果を示す図である。

《積層セラミックコンデンサの基本構造》
先ず、図１を引用して、本発明を適用した積層セラミックコンデンサ１０の基本構造について説明する。

積層セラミックコンデンサ１０は、略直方体状を成す積層構造のコンデンサ本体１１と、該コンデンサ本体１１の長さ方向端部それぞれに設けられた外部電極１２を備えている。

コンデンサ本体１１は、セラミックス製の保護部１１ａと、複数の内部電極層１１ｂ１がセラミック層１１ｂ２を介して積層された容量形成部１１ｂと、セラミックス製の非容量形成部１２ｃを、積層方向一側から他側に向かって、保護部１１ａ−容量形成部１１ｂ−非容量形成部１１ｃ−容量形成部１１ｂ−保護部１１ａの順に有している。因みに、図１中のＬは積層セラミックコンデンサ１０を長さを示し、Ｔ１はコンデンサ本体１１の積層方向厚さを示し、Ｔ２は各保護部１１ａの積層方向厚さを示し、Ｔ３は各容量形成部１１ｂの積層方向厚さを示し、Ｔ４は非容量形成部１１ｃの厚さを示し、Ｔ５はＴ２とＴ３の和を示す。

各保護部１１ａの積層方向厚さＴ２の基準値は同じであり、各容量形成部１１ｂの積層方向厚さＴ３の基準値は同じであり、各内部電極層１１ｂ１の厚さの基準値は同じであり、各セラミック層１１ｂ２の厚さ（内部電極層１１ｂ１に挟まれた部分の厚さ）の基準値は同じである。各内部電極層１１ｂ１の輪郭は矩形状（図２を参照）を成していて、該輪郭を規定する寸法の基準値は同じである。各内部電極層１１ｂ１は長さＬ方向に交互にずれていて、一部（図１中の上から奇数番目）の端縁は一方（図１中の左側）の外部電極１２に接続され、残部（図１中の上から偶数番目）の端縁は他方（図１中の右側）の外部電極１２に接続されている。

各保護部１１ａと各セラミック層１１ｂ２と非容量形成部１１ｃは同一材料から成り、該材料にはチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウム、チタン酸ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸バリウム、酸化チタン等の誘電体セラミックス、好ましくはε＞１０００又はクラス２（高誘電率系）の誘電体セラミックスが用いられている。各内部電極層１１ｂ１は同一材料から成り、該材料にはニッケル、銅、パラジウム、白金、銀、金、これらの合金等の金属が用いられている。

各外部電極１２は、コンデンサ本体１１の長さ方向端面と該端面と隣接する４側面の一部をそれぞれ覆っている。図示を省略したが、各外部電極１２は、コンデンサ本体１１の外面に密着した下地膜と該下地膜の外面に密着した表面膜との２層構造、或いは、下地膜と表面膜との間に少なくとも１つの中間膜を有する多層構造を有している。下地膜は例えば焼付け金属膜から成り、その材料にはニッケル、銅、パラジウム、白金、銀、金、これらの合金等の金属が用いられている。表面膜は例えばメッキ金属膜から成り、その材料にはスズ、パラジウム、金、亜鉛等の金属が用いられている。中間膜は例えばメッキ金属膜から成り、その材料には白金、パラジウム、金、銅、ニッケル等の金属が用いられている。

《積層セラミックコンデンサの製法例》
次に、図２を引用して、前記積層セラミックコンデンサ１０の製法例について説明する。

最初に、前記誘電体セラミックスの粉末を含有したセラミックスラリーを塗工し乾燥して第１シートＳ１を用意すると共に、前記金属の粉末を含有した電極ペーストを該第１シートＳ１上に印刷し乾燥して電極パターンＥＰを形成した第２シートＳ２及び第３シートＳ３を用意する。第２シートＳ２及び第３シートＳ３は、各内部電極層１１ｂ１が長さＬ方向に交互にずれている形態（図１を参照）が得られるように、電極パターンＥＰの位置がずれている。

続いて、第１シートＳ１を複数枚積み重ね、その上に第３シートＳ３と第２シートＳ２を交互に複数枚積み重ね、その上に第１シートＳ１を複数枚積み重ね、その第３シートＳ３と第２シートＳ２を交互に複数枚積み重ね、その上に第１シートＳ１を複数枚積み重ね、全体を熱圧着してシート積層物を作製する。

続いて、シート積層物をカットして、コンデンサ本体１１対応の未焼成チップを作製する。尚、図２には１個のコンデンサ本体１１に対応した層構成を示してあるが、実際の第１〜第３シート及びシート積層物は多数個取りに対応したものであるため、前記電極パターンＥＰはマトリクス配列や千鳥配列で形成され、多数個取り可能なシート積層物をカットすることによって未焼成チップが作製される。

続いて、未焼成チップを前記セラミックスラリー及び前記電極ペーストに応じた雰囲気及び温度プロファイルで焼成（脱バインダ処理を含む）する。

続いて、焼成チップの長さ方向端部それぞれに前記電極ペーストを塗布し焼き付けて下地膜を作製し、該下地膜上に電解メッキによって表面膜、或いは、中間膜及び表面膜を作製する。因みに、下地膜は、未焼成チップの長さ方向端部それぞれに前記電極ペーストを塗布し乾燥した後、これを未焼成チップと同時焼成することによって作製することもできる。

《サンプル１〜２３の仕様》
次に、図３を引用して、効果検証用のサンプル１〜２３の仕様について説明する。

サンプル１〜２３は、何れも、前記積層セラミックコンデンサ１０と同等の構造を有し、且つ、前記製法例に準じて作製されたものであって、
・各保護部１１ａ、各セラミック層１１ｂ２及び非容量形成部１１ｃにチタン酸バリウム が用いられている点
・各内部電極層１１ｂ１にニッケルが用いられている点
・各外部電極１２がニッケルを用いた下地膜、銅を用いた中間膜及びスズを用いた表面膜 の３層構造を有している点
・各外部電極１２の厚さの基準値が０．０１ｍｍである点
で共通する。

サンプル１〜２３の非共通点は、
・サンプル１〜８の長さＬの基準値が１．００ｍｍで、サンプル９〜１６の長さＬの基準 値が０．６０ｍｍで、サンプル１７〜２３の長さＬの基準値が０．４０ｍｍである点
・サンプル１〜８の各容量形成部１１ｂ（Ｔ３は０．１０ｍｍ）が５２層の内部電極層１ １ｂ１（厚さは１μｍ）と５１層のセラミック層１１ｂ２（厚さは１μｍ）を有し、サ ンプル９〜１６の各容量形成部１１ｂ（Ｔ３は０．０６ｍｍ）が３２層の内部電極層１ １ｂ１（厚さは１μｍ）と３１層のセラミック層１１ｂ２（厚さは１μｍ）を有し、サ ンプル１７〜２３の各容量形成部１１ｂ（Ｔ３は０．０４ｍｍ）が２２層の内部電極層 １１ｂ１（厚さは１μｍ）と２１層のセラミック層１１ｂ２（厚さは１μｍ）を有する 点
・各外部電極１２の回り込み部分の（コンデンサ本体１１の４側面の一部を覆う部分）の 長さＬに沿う寸法の基準値が、サンプル１〜８が０．２５ｍｍで、サンプル９〜１６が ０．１５ｍｍで、サンプル１７〜２３が０．１０ｍｍである点
にある。他の非共通点は、図３の［Ｔ１（ｍｍ）］欄、［Ｔ２（ｍｍ）］欄、［Ｔ３（ｍｍ）］欄、［Ｔ４（ｍｍ）］欄、及び［Ｔ５（ｍｍ）］欄に示した通りである。

《サンプル１〜２３の検査方法》
次に、図３の［撓み強度］欄の数値を導き出した検査方法と、［クラック発生］欄の数値を導き出した検査方法について説明する。

図３の［撓み強度］欄には、サンプル１〜２３（各々１０個）それぞれをＪＩＳ−Ｃ−６４８４準拠のガラスエポキシ基板の一面にハンダ付けした後、該ガラスエポキシ基板の一面におけるサンプルハンダ付け箇所から両側４５ｍｍのところを駒で支えた状態でその他面におけるサンプルハンダ付け箇所に相当する部位をジグ（押圧部が曲率半径２３０ｍｍの曲面から成るもの）で０．５ｍｍ／ｓｅｃの一定速度で下側に押圧して変形させ、該変形過程でサンプルに１２．５％以上の容量低下が生じたときのジグの押し込み量（単位はｍｍ）を記してある。

図３の［クラック発生］欄には、サンプル１〜８（Ｌは１．００ｍｍ）の実用上の撓み強度標準が５．０ｍｍで、サンプル９〜１６（Ｌは０．６０ｍｍ）の実用上の撓み強度標準が５．０ｍｍで、サンプル１７〜２３（Ｌは０．４０ｍｍ）の実用上の撓み強度標準が５．０ｍｍであることを踏まえ、前記撓み強度検査においてジグの押し込み量を各々の撓み強度標準の２倍値としたときにサンプル１〜２３（各々１０個）それぞれのコンデンサ本体１１にクラックを生じた数ｎをｎ／１０で記してある。

《サンプル１〜２３の検査結果及びその考察》
図３の［Ｔ１］欄はサンプル１〜２３のコンデンサ本体１１の積層方向厚さを示し、［Ｔ２］欄はサンプル１〜２３の各保護部１１ａの積層方向厚さを示し、［Ｔ３］欄はサンプル１〜２３の各容量形成部１１ｂの積層方向厚さを示し、［Ｔ４］欄はサンプル１〜２３の非容量形成部１１ｃの厚さを示す。

図３の［撓み強度］欄の数値及び［クラック発生］欄の数値からすると、サンプル１〜８のうちのサンプル３、４、６、７及び８は、各々の撓み強度が前記撓み強度標準（５．０ｍｍ）以上で、且つ、各々のクラック発生も１０／１０を下回っており、該サンプル３、４、６、７及び８は、何れも、Ｔ２＜Ｔ３≦Ｔ４の関係を満足している。サンプル９〜１６のうちのサンプル１１、１２、１４、１５及び１６は、各々の撓み強度が前記撓み強度標準（５．０ｍｍ）以上で、且つ、各々のクラック発生も１０／１０を下回っており、該サンプル１１、１２、１４、１５及び１６は、何れも、Ｔ２＜Ｔ３≦Ｔ４の関係を満足している。サンプル１７〜２３のうちのサンプル１９、２０、２２及び２３は、各々の撓み強度が前記撓み強度標準（５．０ｍｍ）以上で、且つ、各々のクラック発生も１０／１０を下回っており、これらサンプル１９、２０、２２及び２３は、何れも、Ｔ２＜Ｔ３≦Ｔ４の関係を満足している。換言すれば、Ｔ２＜Ｔ３≦Ｔ４の関係を満足していれば、実用に供する優れた撓み強度を確保できると言える。要するに、容量形成に寄与しないダミー電極層又は金属層をコンデンサ本体１１内に設けることなく、撓み強度を向上できる積層セラミックコンデンサ１０を提供することができる。

図３の［Ｔ２／Ｔ１］欄、［Ｔ４／Ｔ１］欄、［Ｔ５／Ｔ１］欄、及び［Ｔ２／Ｌ］欄は、前記関係にＴ２、Ｔ３及びＴ４が関与していることに照らして、
・Ｔ２／Ｔ１（保護部１１ａの積層方向厚さ／コンデンサ本体１１の積層方向厚さ）
・Ｔ４／Ｔ１（非容量形成部１１ｃの厚さ／コンデンサ本体１１の積層方向厚さ）
・Ｔ５／Ｔ１（保護部１１ａの積層方向厚さ＋容量形成部１１ｂの積層方向厚さ／コンデ ンサ本体１１の積層方向厚さ）
・Ｔ２／Ｌ（保護部１１ａの積層方向厚さ／積層セラミックコンデンサ１０を長さ）
の傾向を把握するために作成したものである。因みに、サンプル１〜８のＴ３は同一数値（０．１０ｍｍ）であり、サンプル９〜１６のＴ３も同一数値（０．０６ｍｍ）であり、サンプル１７〜２３のＴ３も同一数値（０．０４ｍｍ）であることから、Ｔ３／Ｔ１の代わりにＴ５／Ｔ１を採用している。

図３の［Ｔ２／Ｔ１］欄の数値からすると、前記サンプル３、４、６、７及び８は、何れも、Ｔ２／Ｔ１≦１９／１００の関係を満足している。前記サンプル１１、１２、１４、１５及び１６は、何れも、Ｔ２／Ｔ１≦１９／１００の関係を満足している。前記サンプル１９、２０、２２及び２３は、何れも、Ｔ２／Ｔ１≦１９／１００の関係を満足している。換言すれば、前記関係に加えてＴ２／Ｔ１≦１９／１００の関係を満足していれば、実用に供する撓み強度を確保できると言える。

また、図３の［Ｔ４／Ｔ１］欄の数値からすると、前記サンプル３、４、６、７及び８は、何れも、Ｔ４／Ｔ１≧２１／１００の関係を満足している。前記サンプル１１、１２、１４、１５及び１６は、何れも、Ｔ４／Ｔ１≧２１／１００の関係を満足している。前記サンプル１９、２０、２２及び２３は、何れも、Ｔ４／Ｔ１≧２１／１００の関係を満足している。換言すれば、前記関係に加えてＴ４／Ｔ１≧２１／１００の関係を満足していれば、実用に供する優れた撓み強度を確保できると言える。

さらに、図３の［Ｔ５／Ｔ１］欄の数値からすると、前記サンプル３、４、６、７及び８は、何れも、Ｔ５／Ｔ１≦４０／１００の関係を満足している。前記サンプル１１、１２、１４、１５及び１６は、何れも、Ｔ５／Ｔ１≦４０／１００の関係を満足している。前記サンプル１９、２０、２２及び２３は、何れも、Ｔ５／Ｔ１≦４０／１００の関係を満足している。換言すれば、前記関係に加えてＴ５／Ｔ１≦４０／１００の関係を満足していれば、実用に供する優れた撓み強度を確保できると言える。

さらに、図３の［Ｔ２／Ｌ］欄の数値からすると、前記サンプル３、４、６、７及び８は、何れも、Ｔ２／Ｌ≦９／１００の関係を満足している。前記サンプル１１、１２、１４、１５及び１６は、何れも、Ｔ２／Ｌ≦９／１００の関係を満足している。前記サンプル１９、２０、２２及び２３は、何れも、Ｔ２／Ｌ≦９／１００の関係を満足している。換言すれば、前記関係に加えてＴ２／Ｌ≦９／１００の関係を満足していれば、実用に供する優れた撓み強度を確保できると言える。

１０…積層セラミックコンデンサ、１１…コンデンサ本体、１１ａ…保護部、１１ｂ……容量形成部、１１ｂ１…内部電極層、１１ｂ２…セラミック層、１１ｃ…非容量形成部、１２…外部電極。

Claims (5)

1. 積層構造のコンデンサ本体と、該コンデンサ本体の相対する端部それぞれに設けられた外部電極を備えた積層セラミックコンデンサであって、
   前記コンデンサ本体は、セラミックス製の保護部と、複数の内部電極層がセラミック層を介して積層された容量形成部と、セラミックス製の非容量形成部を、積層方向一側から他側に向かって保護部−容量形成部−非容量形成部−容量形成部−保護部の順に有しており、
   前記各保護部の積層方向厚さをＴ２とし、前記各容量形成部の積層方向厚さをＴ３とし、前記非容量形成部の積層方向厚さをＴ４としたとき、該Ｔ２〜Ｔ４はＴ２＜Ｔ３≦Ｔ４の関係にある、
   ことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。
2. 前記コンデンサ本体の積層方向厚さをＴ１としたとき、該Ｔ１と前記Ｔ２はＴ２／Ｔ１≦１９／１００の関係にある、
   ことを特徴とする請求項１に記載の積層セラミックコンデンサ。
3. 前記コンデンサ本体の積層方向厚さをＴ１としたとき、該Ｔ１と前記Ｔ４はＴ４／Ｔ１≧２１／１００の関係にある、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の積層セラミックコンデンサ。
4. 前記コンデンサ本体の積層方向厚さをＴ１とし、前記Ｔ２と前記Ｔ３の和をＴ５としたとき、該Ｔ１及びＴ５はＴ５／Ｔ１≦４０／１００の関係にある、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の積層セラミックコンデンサ。
5. 前記積層セラミックコンデンサの長さをＬとしたとき、該Ｌと前記Ｔ２はＴ２／Ｌ≦９／１００の関係にある、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の積層セラミックコンデンサ。

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