JP2017199894A - 積層型キャパシター及びその実装基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】低いＥＳＬを有し、且つ耐久性及び信頼性に優れた積層型キャパシター及びその実装基板を提供する。
【解決手段】本発明は、複数の誘電体層、及び上記複数の第１及び第２内部電極を幅方向に積層してキャパシターの本体を形成し、上記第１及び第２内部電極はそれぞれ、互いに重なる本体部と、上記キャパシターの本体の実装面に露出し、互いに離隔して配置されるリード部と、を含み、上記キャパシターの本体の実装面に、上記それぞれのリード部と接続されるように第１、第２及び第３外部電極が配置されており、上記第１、第２及び第３外部電極は、順に積層される第１、第２及び第３電極層を含み、上記第１及び第２電極層は金属粒子及びガラスを含み、上記第３電極層は導電性樹脂を含む積層型キャパシター及びその実装基板を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、複数の誘電体層、及び上記複数の第１及び第２内部電極を幅方向に積層してキャパシターの本体を形成し、上記第１及び第２内部電極はそれぞれ、互いに重なる本体部と、上記キャパシターの本体の実装面に露出し、互いに離隔して配置されるリード部と、を含み、上記キャパシターの本体の実装面に、上記それぞれのリード部と接続されるように第１、第２及び第３外部電極が配置されており、上記第１、第２及び第３外部電極は、順に積層される第１、第２及び第３電極層を含み、上記第１及び第２電極層は金属粒子及びガラスを含み、上記第３電極層は導電性樹脂を含む積層型キャパシター及びその実装基板を提供する。
【選択図】図１
Description
本発明は、積層型キャパシター及びその実装基板に関するものである。
ＬＳＩ（ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）などの電源回路にはデカップリングキャパシター（Ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）が実装される。
デカップリングキャパシターは、キャパシターの充電及び放電によってＬＳＩの電源電圧変動を抑制し、ＬＳＩの性能を確保する役割を果たす。
近年、ＬＳＩの多機能化及び高集積化に伴って消費電流が増加し、駆動周波数の高周波化により電源回路に急激な過渡電流が発生していることから、デカップリングキャパシターの高容量化及びＥＳＬ（等価直列インダクタンス；Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）の低減が求められている。
また、情報通信装置の携帯化によって電子部品の小型化が求められている。これに伴い、信頼性及び耐久性に優れた高性能のデカップリングキャパシターに対する需要が増加している。
一方、最近、自動車のＥＣＵ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）には車載カメラと画像処理システムが多数搭載されるため、高度の情報処理とデータ通信を行うためには、高速化及び高機能のＬＳＩが求められる。
上記ＥＣＵは、大きい温度変化及び長時間にわたる振動と衝撃が発生する環境で用いられるため、ＥＣＵに用いられる電子部品、特に積層型キャパシターは、熱及び機械的ストレスに対する優れた耐久性及び長期間の信頼性が求められている。
本発明の目的は、低いＥＳＬを有し、且つ耐久性及び信頼性に優れた積層型キャパシター及びその実装基板を提供することにある。
本発明の一側面は、複数の誘電体層、上記複数の誘電体層の各々を挟んで交互に配置される複数の第１及び第２内部電極を幅方向に積層してキャパシターの本体を形成し、上記第１及び第２内部電極はそれぞれ、互いに重なる本体部と、上記キャパシターの本体の実装面に露出し、互いに離隔して配置されるリード部と、を含み、上記キャパシターの本体の実装面に、上記それぞれのリード部と接続されるように第１、第２及び第３外部電極が配置されており、上記第１、第２及び第３外部電極は、順に積層される第１、第２及び第３電極層を含み、上記第１及び第２電極層は金属粒子及びガラスを含み、上記第３電極層は導電性樹脂を含む、積層型キャパシター及びその実装基板を提供する。
本発明の一実施形態によると、積層型キャパシターのＥＳＬを低くし、且つ耐久性及び信頼性を向上させることができる。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（または強調表示や簡略化表示）が誇張されることがある。
なお、各実施形態の図面に示された同一思想の範囲内において機能が同一である構成要素に対しては同一の参照符号を用いて説明する。
本発明の実施形態を明確に説明するために六面体の方向を定義すると、図面に表示されたＬ、Ｗ、及びＴはそれぞれ、長さ方向、幅方向、及び厚さ方向を示す。
ここで、幅方向は、誘電体層が積層される積層方向と同一の概念として用いることができる。
積層型キャパシター
図１は本発明の一実施形態による積層型キャパシターを倒立して概略的に示した斜視図であり、図２は図１の本体において内部電極の積層構造を示した分離斜視図であり、図３は図１の本体を示した斜視図であり、図４は図３の本体に第１電極層が配置されたことを示した斜視図であり、図５は図４の本体に第２電極層がさらに配置されたことを示した斜視図であり、図６は図５の本体に第３電極層がさらに配置されたことを示した斜視図である。
図１は本発明の一実施形態による積層型キャパシターを倒立して概略的に示した斜視図であり、図２は図１の本体において内部電極の積層構造を示した分離斜視図であり、図３は図１の本体を示した斜視図であり、図４は図３の本体に第１電極層が配置されたことを示した斜視図であり、図５は図４の本体に第２電極層がさらに配置されたことを示した斜視図であり、図６は図５の本体に第３電極層がさらに配置されたことを示した斜視図である。
図１〜図６を参照すると、本実施形態による積層型キャパシター１００は、本体１１０と、第１、第２及び第３外部電極１４０、１６０、１５０と、を含む。
本体１１０は、幅方向に積層される複数の誘電体層１１１と、各々の誘電体層１１１を間に挟んで幅方向に沿って交互に配置される複数の第１内部電極１２０及び第２内部電極１３０と、を含む。
本体１１０は、複数の誘電体層１１１と、第１内部電極１２０及び第２内部電極１３０と、を幅方向に積層してから焼成することで形成したもので、その形状は特に制限されないが、図示されたように略六面体形状を有することができる。
この際、本体１１０は、厚さ方向Ｔにおいて互いに対向する第１面及び第２面と、上記第１面と第２面とを接続し、且つ長さ方向Ｌにおいて互いに対向する第３面及び第４面と、幅方向Ｗにおいて互いに対向する第５面及び第６面を有することができる。
以下、本実施形態において、積層型キャパシター１００の実装面は本体１１０の第１面であって、図１では本体１１０の上面と定義してともに説明する。
誘電体層１１１は焼結された状態であって、隣接する誘電体層１１１の間の境界は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いずには確認することが困難な程度に一体化された状態とすることができる。
この際、誘電体層１１１の厚さは、積層型キャパシター１００の容量設計に応じて任意に変更することができる。
また、誘電体層１１１は、高誘電率を有するセラミック粉末、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）系またはチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）系粉末、またはチタン酸マグネシウムなどを含むことができ、十分な静電容量が得られるものであれば、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、必要に応じて、誘電体層１１１には、上記セラミック粉末とともに、セラミック添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤、及び分散剤などの少なくとも一つ以上がさらに添加されることができる。
また、本体１１０は、幅方向の両側の最外側にマージンとしてのカバー１１２、１１３が配置されることができる。
カバー１１２、１１３は、内部電極を含まないことを除き、誘電体層１１１と同一の材質及び構成を有することができる。
このようなカバー１１２、１１３は、単一の誘電体層または２つ以上の誘電体層を本体１１０の幅方向の両側の最外側にそれぞれ積層して形成することができる。カバー１１２、１１３は、基本的に、物理的または化学的ストレスによる第１内部電極１２０及び第２内部電極１３０の損傷を防止する役割を果たす。
第１内部電極１２０及び第２内部電極１３０は、互いに異なる極性が印加される電極であって、本体１１０の内部に配置され、誘電体層１１１を間に挟んで幅方向に交互に配置される。
この際、第１内部電極１２０及び第２内部電極１３０は、その間に配置された誘電体層１１１によって互いに電気的に絶縁されることができる。
また、第１内部電極１２０及び第２内部電極１３０を形成する材料は特に制限されず、例えば、パラジウム（Ｐｄ）、パラジウム−銀（Ｐｄ−Ａｇ）合金などの貴金属材料、ニッケル（Ｎｉ）、及び銅（Ｃｕ）の一つ以上の物質からなる導電性ペーストを用いて形成されることができる。
この際、上記導電性ペーストの印刷方法としては、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法などを用いることができるが、本発明がこれらに限定されるものではない。
また、本実施形態の第１内部電極１２０及び第２内部電極１３０は、本体１１０の第３面及び第４面から所定の距離離隔して配置されることができる。これにより、その離隔距離だけ、本体１１０に長さ方向のマージンが形成されることができる。
第１内部電極１２０は、幅方向において互いに隣合うように配置された第２内部電極１３０の後述の第２本体部１３１と重なって容量形成に寄与する第１本体部１２１と、第１本体部１２１から延在して本体１１０の第１面にそれぞれ露出する第１及び第２リード部１２２、１２３と、を含む。
この際、第１及び第２リード部１２２、１２３は、本体１１０の長さ方向に沿って互いに離隔して配置され、第１外部電極１４０及び第３外部電極１５０とそれぞれ接触して電気的に接続される。
第２内部電極１３０は、幅方向において互いに隣合うように配置された第１内部電極１２０の第１本体部１２１と重なって容量形成に寄与する第２本体部１３１と、第２本体部１３１から延在して本体１１０の第１面に露出する第３リード部１３２と、を含む。
また、第３リード部１３２は、本体１１０の長さ方向に沿って第１リード部１２２と第２リード部１２３との間に配置され、第２外部電極１６０と接触して電気的に接続される。
通常の積層型キャパシターは、本体の長さ方向において互いに対向する両端に外部電極が配置されることから、外部電極に交流が印加された際に、電流の経路が長いため電流ループがより大きく形成される。これは、誘導磁場の大きさを増加させ、電子部品のインダクタンスを増加させる原因となり得る。
本実施形態では、本体１１０の第１面に第１、第２及び第３外部電極１４０、１６０、１５０が全て配置されるため、電流の経路を短くし、電流ループを減少させることができる。これにより、電子部品のインダクタンスを低減させることができる。
第１、第２及び第３外部電極１４０、１６０、１５０は、本体１１０の第１面に、本体１１０の長さ方向に沿って互いに離隔して順に配置される。
また、第１外部電極１４０及び第３外部電極１５０は、本体１１０の長さ方向の第３面及び第４面から離隔して配置されることができる。
この際、第１、第２及び第３外部電極１４０、１６０、１５０は、本体１１０から順に積層される第１電極層１４１、１６１、１５１と、第２電極層１４２、１４３、１６２、１６３、１５２、１５３と、第３電極層１４４、１６４、１５４と、を含む。
第１電極層１４１、１６１、１５１は、金属粒子及びガラスを含み、本体１１０の実装面である第１面に配置され、それぞれ第１リード部１２２、第３リード部１３２、及び第２リード部１２３が露出している部分と接触して、互いに対応する内部電極と外部電極とを電気的に接続する役割を果たす。
第２電極層１４２、１４３、１６２、１６３、１５２、１５３は、金属粒子及びガラスを含み、本体１１０の幅方向の第５面及び第６面から第１電極層１４１、１６１、１５１の一部を覆ってそれぞれ延在する。
他の例として、第２電極層１４２、１４３、１６２、１６３、１５２、１５３は、導電性樹脂を含み、本体１１０の幅方向の第５面及び第６面から第１電極層１４１、１６１、１５１の一部を覆ってそれぞれ延在することができる。この場合、導電性樹脂の弾性力により、機械的ストレスから本体を保護することができる。
また、第２電極層１４２、１４３、１６２、１６３、１５２、１５３は、本体１１０の幅方向の第５面及び第６面から第２面の一部までそれぞれ延在することができる。これにより、第１、第２及び第３外部電極１４０、１６０、１５０の固着強度を向上させることができる。
第３電極層１４４、１６４、１５４は、導電性樹脂を含み、第１電極層１４１、１６１、１５１及び第２電極層１４２、１４３、１６２、１６３、１５２、１５３をそれぞれ全て覆って形成される。
一方、必要に応じて、第３電極層１４４、１６４、１５４上にはめっき層１４５、１６５、１５５がそれぞれさらに形成されることができ、めっき層１４５、１６５、１５５は、ニッケル（Ｎｉ）めっき層と、ニッケル（Ｎｉ）めっき層上に形成されるスズ（Ｓｎ）めっき層と、を含むことができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
図７ａを参照すると、従来の積層型キャパシターは、めっき層２が外部電極１の周りを単に覆っているだけで、外部電極１のバンドの端部が位置する部分は、水分の流入に弱いという問題がある。すなわち、この部分を介して、本体１０の上面に露出した内部電極３に水分が流入するため、絶縁抵抗の低下などの信頼性劣化の問題が発生し得る。
これに対し、図７ｂを参照すると、本実施形態の外部電極は、かかる水分の浸入経路を３重層の形態で遮断することで、水分や湿気に対する遮蔽効果が大きく耐湿性に優れており、従来の積層型キャパシターの構造において、内部電極の露出部に水分が流入して発生する絶縁抵抗の低下などの信頼性劣化の問題を効果的に防止することができる。
また、本体の側面に延在する第２電極層により、本体内部の発熱が外部に放熱することができるため、製品の信頼性を高めることができ、リップル電流の許容値を高く設定することができる。
変形例
図８は本発明の他の実施形態による積層型キャパシターを倒立して概略的に示した斜視図であり、図９は図８の本体に第１電極層が配置されたことを示した斜視図であり、図１０は図９の本体に第２電極層がさらに配置されたことを示した斜視図であり、図１１は図１０の本体に第３電極層がさらに配置されたことを示した斜視図である。
図８は本発明の他の実施形態による積層型キャパシターを倒立して概略的に示した斜視図であり、図９は図８の本体に第１電極層が配置されたことを示した斜視図であり、図１０は図９の本体に第２電極層がさらに配置されたことを示した斜視図であり、図１１は図１０の本体に第３電極層がさらに配置されたことを示した斜視図である。
ここで、上述の実施形態と同一の部分についての具体的な説明は、重複を避けるために省略し、上述の実施形態と異なる構造を有する外部電極の構造について具体的に説明する。
図８〜図１１を参照すると、本実施形態の積層型キャパシター３００は、第１、第２及び第３外部電極３４０、３６０、３５０が、本体３１０の第１面に、本体３１０の長さ方向に沿って互いに離隔して順に配置される。
この際、第１、第２及び第３外部電極３４０、３６０、３５０は、本体３１０から順に積層される第１電極層３４１、３６１、３５１と、第２電極層３４２、３６２ａ、３６２ｂ、３５２と、第３電極層３４３、３６３、３５３と、を含む。
第１電極層３４１、３６１、３５１は、金属粒子及びガラスを含み、本体３１０の実装面である第１面に配置され、それぞれ上述の第１リード部１２２、第３リード部１３２、及び第２リード部１２３が露出している部分と接触して、互いに対応する内部電極と外部電極を電気的に接続する役割を果たす。
第２電極層３４２、３６２ａ、３６２ｂ、３５２は金属粒子及びガラスを含む。
第１外部電極３４０及び第３外部電極３５０は、第２電極層３４２、３５２が本体３１０の長さ方向の第３面及び第４面から第１電極層３４１、３５１の一部まで接続されて電気的に接続される。この際、第２電極層３４２、３５２は、本体３１０の長さ方向の第３面及び第４面から第２面の一部までそれぞれ延在して、第１外部電極３４０及び第３外部電極３５０の固着強度を向上させることができる。
第２外部電極３６０は、第２電極層３６２ａ、３６２ｂが本体３１０の幅方向の第５面及び第６面から第１電極層３６１の一部までそれぞれ延在する。この際、第２電極層３６２ａ、３６２ｂは、本体３１０の幅方向の第５面及び第６面から第２面の一部までそれぞれ延在して、第２外部電極３６０の固着強度を向上させることができる。
第３電極層３４３、３６３、３５３は、導電性樹脂を含み、第１電極層３４１、３６１、３５１及び第２電極層３４２、３６２ａ、３６２ｂ、３５２をそれぞれ全て覆って形成される。
一方、必要に応じて、第３電極層３４３、３６３、３５３上にはそれぞれめっき層３４５、３６５、３５５がさらに形成されることができ、めっき層３４５、３６５、３５５は、ニッケル（Ｎｉ）めっき層と、ニッケル（Ｎｉ）めっき層上に形成されるスズ（Ｓｎ）めっき層と、を含むことができるが、本発明がこれに限定されるものではない。
本実施形態のように第２電極層の構造を変更すると、基板に実装する際に、第２外部電極と第１外部電極及び第３外部電極に塗布される半田との距離が遠くなるため、半田ブリッジ現象を防止することができる。
積層型キャパシターの実装基板
図１２は図１の積層型キャパシターが基板に実装された形状を示した斜視図である。
図１２は図１の積層型キャパシターが基板に実装された形状を示した斜視図である。
図１２を参照すると、本実施形態による積層型キャパシターの実装基板２００は、積層型キャパシター１００が実装される基板２１０と、基板２１０の上面において互いに離隔して形成された第１電極パッド２２１、第２電極パッド２２３及び第３電極パッド２２２と、を含む。
この際、積層型キャパシター１００は、第１、第２及び第３外部電極のめっき層１４５、１６５、１５５が第１、第２及び第３電極パッド２２１、２２３、２２２上にそれぞれ接触して位置した状態で、半田２３０によって付着されて基板２１０と電気的に接続されることができる。
一方、本実施形態は、図１の積層型キャパシターを基板に実装する形態を示して説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
一例として、図１３に示されたように、図８に示された積層型キャパシターなども類似の構造で基板に実装して、実装基板を構成することができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
１００ 積層型キャパシター
１１０ 本体
３００ 積層型キャパシター
３１０ 本体
１１１ 誘電体層
１１２、１１３ カバー
１２０ 第１内部電極
１３０ 第２内部電極
１４０ 第１外部電極
１６０ 第２外部電極
１５０ 第３外部電極
２００ 実装基板
２１０ 基板
２２１ 第１電極パッド
２２３ 第２電極パッド
２２２ 第３電極パッド
２３０ 半田
１１０ 本体
３００ 積層型キャパシター
３１０ 本体
１１１ 誘電体層
１１２、１１３ カバー
１２０ 第１内部電極
１３０ 第２内部電極
１４０ 第１外部電極
１６０ 第２外部電極
１５０ 第３外部電極
２００ 実装基板
２１０ 基板
２２１ 第１電極パッド
２２３ 第２電極パッド
２２２ 第３電極パッド
２３０ 半田
Claims (10)
- 幅方向に積層される複数の誘電体層、及び前記複数の誘電体層の各々を挟んで交互に配置される複数の第１及び第２内部電極を含む本体と、
前記本体の実装面に、前記本体の長さ方向に沿って離隔して配置される第１、第２及び第３外部電極と、を含み、
前記第１内部電極は、第１本体部と、前記第１本体部から前記本体の実装面に露出するように延在する第１及び第２リード部と、を含み、前記第１及び第２リード部は、前記本体の長さ方向に沿って互いに離隔して配置されて前記第１及び第３外部電極とそれぞれ接続され、
前記第２内部電極は、第１本体部と重なる第２本体部と、前記第２本体部から前記本体の実装面に露出するように延在する第３リード部と、を含み、前記第３リード部は、長さ方向に前記第１リード部と第２リード部との間に配置されて前記第２外部電極と接続され、
前記第１、第２及び第３外部電極は、順に積層される第１、第２及び第３電極層を含み、前記第１及び第２電極層は金属粒子及びガラスを含み、前記第３電極層は導電性樹脂を含む、積層型キャパシター。 - 前記第１及び第３外部電極が、前記本体の長さ方向の両面から離隔して配置される、請求項１に記載の積層型キャパシター。
- 前記第１、第２及び第３外部電極は、前記第１電極層が、前記本体の実装面から前記本体の幅方向の両面の一部までそれぞれ延在し、前記第２電極層が、前記本体の幅方向の両面から前記第１電極層の一部までそれぞれ延在し、前記第３電極層が、前記第１及び第２電極層を覆って配置される、請求項１または２に記載の積層型キャパシター。
- 前記第１、第２及び第３外部電極は、前記第２及び第３電極層が前記本体の実装面の反対面の一部まで延在する、請求項３に記載の積層型キャパシター。
- 前記第１、第２及び第３外部電極は、前記第３電極層上に形成されるめっき層をさらに含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の積層型キャパシター。
- 前記第１及び第２内部電極が、前記本体の長さ方向の両面から離隔して配置される、請求項１〜５の何れか一項に記載の積層型キャパシター。
- 前記第２外部電極は、前記第１電極層が、前記本体の実装面から前記本体の幅方向の両面の一部までそれぞれ延在し、前記第２電極層が、前記本体の幅方向の両面から前記第１電極層の一部までそれぞれ延在し、前記第３電極層が、前記第１及び第２電極層を覆って配置されており、
前記第１及び第３外部電極は、前記第１電極層が、前記本体の実装面から前記本体の幅方向の両面の一部までそれぞれ延在し、前記第２電極層が、前記本体の長さ方向の対向する両面から前記第１電極層の一部までそれぞれ延在し、前記第３電極層が、前記第１及び第２電極層を覆って配置される、請求項１〜６の何れか一項に記載の積層型キャパシター。 - 前記第１、第２及び第３外部電極は、前記第２及び第３電極層が前記本体の実装面の反対面の一部まで延在する、請求項７に記載の積層型キャパシター。
- 前記第１、第２及び第３外部電極は、前記第３電極層上に形成されるめっき層をさらに含む、請求項７または８に記載の積層型キャパシター。
- 上部に第１、第２及び第３電極パッドを有する基板と、
前記第１、第２及び第３電極パッド上に第１、第２及び第３外部電極がそれぞれ配置されるように前記基板上に実装される、請求項１〜９の何れか一項に記載の積層型セラミックキャパシターと、を含む、積層型キャパシターの実装基板。
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