JP2018073900A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】積層セラミックコンデンサの外部電極に導電性樹脂層を含んでもESRが低下しう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は、積層体12と第1および第2の外部電極24a,24bとを有する。第1および第2の外部電極24a,24bは、第1および第2の下地電極層26a,26bと第1および第2の導電性樹脂層28a,28bと第1および第2のめっき層30a,30bとを含む。第1および第2の下地電極層26a,26bは、積層体12の両端面12e,12fにのみ配置される。第1および第2の導電性樹脂層28a,28bは、積層体12の両主面12a,12bの表面の一部および両側面12c,12dの表面の一部に配置される。第1および第2のめっき層30a,30bは、下地電極層26a,26bおよび導電性樹脂層28a,28bを覆うように配置される。
【選択図】図2

Description

本発明は、積層セラミックコンデンサに関する。
近年、積層セラミックコンデンサに代表されるセラミック電子部品は、従来に比べてより過酷な環境下で使用されるようになってきている。
たとえば、携帯電話や携帯音楽プレーヤーなどのモバイル機器に用いられる積層セラミックコンデンサについては、落下時の衝撃に耐えることが求められている。具体的には、落下衝撃を受けても、実装基板から積層セラミックコンデンサが脱落しない、または積層セラミックコンデンサにクラックが生じないようにする必要がある。
また、ECU(Electronic Control Unit)などの車載機器に用いられる積層セラミックコンデンサについては、熱サイクルの衝撃に耐えることが求められている。具体的には、熱サイクルを受けて実装基板が熱膨張収縮することにより発生するたわみ応力を受けても、積層セラミックコンデンサにクラックが生じないにする必要がある。
これを受けて、積層セラミックコンデンサの外部電極に熱硬化性導電樹脂ペーストを用いることが提案されている。たとえば、特許文献1では、従来の電極層とNiめっき層との間に、エポキシ系熱硬化性樹脂層を形成し、厳しい環境下でも、積層体にクラックが入らないような対策を行っている。
特開平11−162771号公報
しかしながら、特許文献1のように電極層とNiめっき層との間にエポキシ系熱硬化性樹脂層を形成した設計においては、エポキシ系熱硬化性樹脂層とNiめっき層との接触抵抗が高くなり、等価直列抵抗(Equivalent Series Resistance、以下、「ESR」という。)が高くなるという問題が生じることがあった。また、特許文献1のように電極層の全体を覆うようにエポキシ系熱硬化性樹脂層を形成しているため、外部電極の端面厚が厚くなるだけでなく、この点においてもESRが高くなるという問題が生じることがあった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、積層セラミックコンデンサの外部電極に導電性樹脂層を含んでもESRが低下しうる積層セラミックコンデンサを提供することである。
この発明にかかる積層セラミックコンデンサは、積層された複数の誘電体層を含み、積層方向に相対する第1の主面および第2の主面と、積層方向に直交する幅方向に相対する第1の側面および第2の側面と、積層方向および幅方向に直交する長さ方向に相対する第1の端面および第2の端面と、を含む積層体と、複数の誘電体層を介して交互に積層され、第1の端面に露出部を有する第1の内部電極および第2の端面に露出部を有する第2の内部電極と、第1の内部電極に接続され、第1の端面側に配置された第1の外部電極と、第2の内部電極に接続され、第2の端面側に配置された第2の外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサにおいて、第1の外部電極は、導電性金属およびガラス成分を含む第1の下地電極層と、熱硬化性樹脂および金属成分とを含む第1の導電性樹脂層と、第1のめっき層と、を含み、第2の外部電極は、導電性金属およびガラス成分を含む第2の下地電極層と、熱硬化性樹脂および金属成分とを含む第2の導電性樹脂層と、第2のめっき層と、を含み、第1の下地電極層は、第1の端面の表面にのみ配置され、第2の下地電極層は、第2の端面の表面にのみ配置され、第1の導電性樹脂層は、第1の下地電極層に接続されるように、第1の下地電極層の端部から、第1および第2の主面の表面の一部および第1および第2の側面の表面の一部に配置され、第2の導電性樹脂層は、第2の下地電極層に接続されるように、第1の下地電極層の端部から、第1および第2の主面の表面の一部および第1および第2の側面の表面の一部に配置され、第1のめっき層は、第1の下地電極層の表面および第1の導電性樹脂層の表面に配置され、第2のめっき層は、第2の下地電極層の表面および第2の導電性樹脂層の表面に配置される、積層セラミックコンデンサである。
また、この発明にかかる積層セラミックコンデンサは、第1の下地電極層は、少なくとも第1の内部電極の露出部を覆うように配置され、第2の下地電極層は、少なくとも第2の内部電極の露出部を覆うように配置され、第1の導電性樹脂層は、第1の下地電極層に接続されるように第1の端面の第1の内部電極の露出部の端部から、第1および第2の主面の表面の一部ならびに第1および第2の側面の表面の一部に配置され、第2の導電性樹脂層は、第2の下地電極層に接続されるように第2の端面の第2の内部電極の露出部の端部から、第1および第2の主面の表面の一部ならびに第1および第2の側面の表面の一部に配置されることが好ましい。
この発明にかかる積層セラミックコンデンサによれば、第1の導電性樹脂層は、第1の下地電極層に接続されるように、第1の下地電極層の端部から第1および第2の主面の表面の一部ならびに第1および第2の側面の表面の一部に配置され、第2の導電性樹脂層は、第2の下地電極層に接続されるように、第2の下地電極層の端部から第1および第2の主面の表面の一部ならびに第1および第2の側面の表面の一部に配置されているので、第1の下地電極層は、高抵抗の第1の導電性樹脂層で覆わず、第2の下地電極層は、高抵抗の第2の導電性樹脂層で覆わないため、ESRが低下しうる。
また、この発明にかかる積層セラミックコンデンサによれば、第1の導電性樹脂層は、第1の端面の表面に配置される第1の下地電極層を覆わず、第2の導電性樹脂層は、第2の端面の表面に配置される第2の下地電極層を覆わないことから、積層体の第1の端面側および第2の端面側の膜厚を薄く形成することができる。そのため、導電性樹脂層を有していても、積層体の設計寸法を大きくすることができ、高容量の積層セラミックコンデンサの設計が可能となる。
さらに、この発明にかかる積層セラミックコンデンサによれば、第1および第2の主面、ならびに第1および第2の側面のそれぞれの表面には、第1の下地電極層および第2の下地電極層が配置されないため、積層体の積層方向における第1の外部電極および第2の外部電極の厚みを薄くすることができ、積層体の設計自由度が増すことから、積層セラミックコンデンサに対して高容量化を図ることが可能となる。
また、この発明にかかる積層セラミックコンデンサでは、第1の下地電極層は、少なくとも第1の内部電極の露出部を覆うように配置され、第2の下地電極層は、少なくとも第2の内部電極の露出部を覆うように配置され、第1の導電性樹脂層は、第1の下地電極層に接続されるように第1の端面の第1の内部電極の露出部の端部から、第1および第2の主面の表面の一部ならびに第1および第2の側面の表面の一部に配置され、第2の導電性樹脂層は、第2の下地電極層に接続されるように第2の端面の第2の内部電極の露出部の端部から、第1および第2の主面の表面の一部ならびに第1および第2の側面の表面の一部に配置されると、熱サイクルを受けて実装基板が熱膨張収縮することにより発生するたわみ応力を受けても、そのたわみ応力が、積層セラミックコンデンサの第1の端面から第1および第2の主面の表面の一部ならびに第1および第2の側面の表面の一部に広く配置される第1の導電性樹脂層、ならびに第2の端面から第1のおよび第2の主面の表面の一部ならびに第1および第2の側面の表面の一部に広く配置される第2の導電性樹脂層により吸収されるので、積層セラミックコンデンサの耐クラック性能をより向上させることができる。
この発明によれば、積層セラミックコンデンサの外部電極に導電性樹脂層を含んでもESRが低下しうる積層セラミックコンデンサが得られる。
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサの一例を示す外観斜視図である。 この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサを示す図1のII−II線における断面図である。 この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサを示す図1のIII−III線における断面図である。 この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサの一例を示す外観斜視図である。 この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサを示す図4のV−V線における断面図である。 この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサを示す図4のVI−VI線における断面図である。
1.積層セラミックコンデンサ
(第1の実施の形態)
この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサについて説明する。図1は、この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサの一例を示す外観斜視図である。図2は、この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサを示す図1のII−II線における断面図であり、図3は、この発明の第1の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサを示す図1のIII−III線における断面図である。
図1ないし図3に示すように、積層セラミックコンデンサ10は、直方体状の積層体12を含む。
積層体12は、積層された複数の誘電体層14と複数の内部電極16とを有する。さらに、積層体12は、積層方向xに相対する第1の主面12aおよび第2の主面12bと、積層方向xに直交する幅方向yに相対する第1の側面12cおよび第2の側面12dと、積層方向xおよび幅方向yに直交する長さ方向zに相対する第1の端面12eおよび第2の端面12fとを有する。この積層体12には、角部および稜線部に丸みがつけられていることが好ましい。なお、角部とは、積層体の隣接する3面が交わる部分のことであり、稜線部とは、積層体の隣接する2面が交わる部分のことである。また、第1の主面12aおよび第2の主面12b、第1の側面12cおよび第2の側面12d、ならびに第1の端面12eおよび第2の端面12fの一部または全部に凹凸などが形成されていてもよい。
誘電体層14は、外層部14aと内層部14bとを含む。外層部14aは、積層体12の第1の主面12a側および第2の主面12b側に位置し、第1の主面12aと最も第1の主面12aに近い内部電極16との間に位置する誘電体層14、および第2の主面12bと最も第2の主面12bに近い内部電極16との間に位置する誘電体層14である。そして、両外層部14aに挟まれた領域が内層部14bである。なお、外層部14aの厚みは、10μm以上300μm以下であることが好ましい。
誘電体層14は、たとえば、誘電体材料により形成することができる。誘電体材料としては、たとえば、BaTiO3、CaTiO3、SrTiO3、またはCaZrO3などの成分を含む誘電体セラミックを用いることができる。上記の誘電体材料を主成分として含む場合、所望する電子部品本体12の特性に応じて、たとえば、Mn化合物、Fe化合物、Cr化合物、Co化合物、Ni化合物などの主成分よりも含有量の少ない副成分を添加したものを用いてもよい。
焼成後の誘電体層14の厚みは、0.4μm以上20μm以下であることが好ましい。また、誘電体層の枚数は、外層部14aおよび内層部14bを含み、20枚以上2000枚以下であることが好ましい。
積層体12は、複数の内部電極16として、たとえば略矩形状の複数の第1の内部電極16aおよび複数の第2の内部電極16bを有する。複数の第1の内部電極16aおよび複数の第2の内部電極16bは、積層体12の積層方向xに沿って等間隔に交互に配置されるように埋設されている。
第1の内部電極16aの一端側には、積層体12の第1の端面12eに引き出された第1の引出電極部18aを有する。第1の引出電極部18aは、その端部が積層体12の第1の端面12eの表面に引き出されており、第1の露出部20aを有する。
第2の内部電極16bの一端側には、積層体12の第2の端面12fに引き出された第2の引出電極部18bを有する。第2の引出電極部18bは、その端部が積層体12の第2の端面12fの表面に引き出されており、第2の露出部20bを有する。
積層体12は、誘電体層14の内層部14bにおいて、第1の内部電極16aと第2の内部電極16bとが対向する対向電極部22aを含む。また、積層体12は、対向電極部22aの幅方向Wの一端と第1の側面12cとの間および対向電極部22aの幅方向Wの他端と第2の側面12dとの間に形成される積層体12の側部(以下、「Wギャップ」という。)22bを含む。さらに、積層体12は、第1の内部電極16aの第1の引出電極部18aとは反対側の端部と第2の端面12fとの間および第2の内部電極16bの第2の引出電極部18bとは反対側の端部と第1の端面12eとの間に形成される積層体12の端部(以下、「Lギャップ」という。)22cを含む。
内部電極16は、たとえば、Ni、Cu、Ag、Pd、Auなどの金属や、これらの金属の一種を含む、たとえば、Ag−Pd合金などの、それらの金属の少なくとも一種を含む合金などの適宜の導電材料を含有している。内部電極16は、さらに誘電体層14に含まれるセラミックスと同一組成系の誘電体粒子を含んでいてもよい。
内部電極16の厚みは、0.2μm以上2.0μm以下であることが好ましい。また、内部電極16の枚数は、2枚以上1600枚以下であることが好ましい。内部電極16が誘電体層14を覆っている割合は、50%以上100%以下であることが好ましい。
積層体12の第1の端面12e側および第2の端面12f側には、外部電極24が配置される。外部電極24は、第1の外部電極24aおよび第2の外部電極24bを有する。
第1の外部電極24aは、積層体12の第1の端面12e側に配置される。第1の外部電極24aは、積層体12の第1の端面12eを覆う。この場合、第1の外部電極24aは、第1の内部電極16aと第1の露出部20aを介して電気的に接続される。
第2の外部電極24bは、積層体12の第2の端面12f側に配置される。第2の外部電極24bは、積層体12の第2の端面12fを覆う。この場合、第2の外部電極24bは、第2の内部電極16bと第2の露出部20bを介して電気的に接続される。
積層体12内においては、各対向電極部22aで第1の内部電極16aと第2の内部電極16bとが誘電体層14を介して対向することにより、静電容量が形成されている。そのため、第1の内部電極16aが接続された第1の外部電極24aと第2の内部電極16bが接続された第2の外部電極24bとの間に、静電容量を得ることができ、コンデンサの特性が発現する。
第1の外部電極24aは、導電性金属およびガラスを含む第1の下地電極層26aと、熱硬化性樹脂および金属を含む第1の導電性樹脂層28aと、第1のめっき層30aとを含む。同様に、第2の外部電極24bは、導電性金属およびガラスを含む第2の下地電極層26bと、熱硬化性樹脂および金属を含む第2の導電性樹脂層28bと、第2のめっき層30bとを含む。
第1の下地電極層26aは、積層体12の第1の端面12eの表面にのみ配置されている。また、第2の下地電極層26bは、積層体12の第2の端面12fの表面にのみ配置されている。なお、積層体12の角部および稜線部に丸みがつけられている場合には、第1の下地電極層26aおよび第2の下地電極層26bは、角部や稜線部のそれぞれの部分にかかっても良いが、第1の主面12aおよび第2の主面12bならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの上面の高さを超えない範囲で配置されていることが好ましい。
第1の下地電極層26aおよび第2の下地電極層26b(以下、単に下地電極層ともいう)は、導電性金属およびガラスを含む。下地電極層の導電性金属としては、たとえば、Cu、Ni、Ag、Pd、Ag−Pd合金、Au等から選ばれる少なくとも1つを含む。また、下地電極層のガラスとしては、B、Si、Ba、Mg、Al、Li等から選ばれる少なくとも1つを含む。下地電極層は、複数層であってもよい。下地電極層は、ガラスおよび金属を含む導電性ペーストを積層体12に塗布して焼き付けたものであり、誘電体層14および内部電極16と同時に焼成したものでもよく、誘電体層14および内部電極16を焼成した後に焼き付けたものでもよい。下地電極層のうちの最も厚い部分の厚みは、10μm以上150μm以下であることが好ましい。
第1の導電性樹脂層28aは、第1の下地電極層26aに接続されるように、第1の下地電極層26aの端部から第1の主面12aおよび第2の主面12bの表面の一部、ならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面の一部に配置されている。
同様に、第2の導電性樹脂層28bは、第2の下地電極層26bに接続されるように、第2の下地電極層26bの端部から第1の主面12aおよび第2の主面12bの表面の一部、ならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面の一部に配置されている。したがって、第1の導電性樹脂層28aは、第1の端面12eには配置されず、第2の導電性樹脂層28bは、第2の端面12fには配置されない。
なお、積層体12の角部および稜線部に丸みがつけられている場合には、第1の導電性樹脂層28aおよび第2の導電性樹脂層28bは、角部や稜線部のそれぞれの部分にかかる第1の下地電極層26aおよび第2の下地電極層26bの表面にオーバーラップしても良いが、第1の下地電極層26aおよび第2の下地電極層26bの第1の端面12eおよび第2の端面12fの最上面を超えない範囲で配置されていることが好ましい。
第1の導電性樹脂層28aおよび第2の導電性樹脂層28b(以下、単に導電性樹脂層ともいう)は、熱硬化性樹脂および金属を含む。導電性樹脂層は、熱硬化性樹脂を含むため、たとえば、めっき膜や導電性ペーストの焼成物からなる下地電極層よりも柔軟性に富んでいる。このため、積層セラミックコンデンサ10に物理的な衝撃や熱サイクルに起因する衝撃が加わった場合であっても、導電性樹脂層が緩衝層として機能し、積層セラミックコンデンサ10についてクラックが生じることを防止することができる。
熱硬化性樹脂の具体例としては、たとえば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などの公知の種々の熱硬化性樹脂を使用することができる。その中でも、耐熱性、耐湿性、密着性などに優れたエポキシ樹脂は最も適切な樹脂の一つである。
また、導電性樹脂層には、熱硬化性樹脂とともに、硬化剤を含むことが好ましい。ベース樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂の硬化剤としては、フェノール系、アミン系、酸無水物系、イミダゾール系など公知の種々の化合物を使用することができる。
導電性樹脂層に含まれる金属としては、Ag、Cu、またはそれらの合金を使用することができる。金属の表面にAgコーティングされたものを使用することができる。金属の表面にAgコーティングされたものを使用する際には、金属としてCuやNiを用いることが好ましい。また、Cuに酸化防止処理を施したものを使用することもできる。Agコーティングされた金属を用いるのは、Agの特性を保ちつつ、母材の金属を安価なものにすることが可能になるためである。
導電性樹脂層に含まれる金属は、導電性樹脂層全体の体積に対して、35vol%以上75vol%以下で含まれていることが好ましい。
導電性樹脂層に含まれる金属の形状は、特に限定されない。導電性樹脂層に含まれる金属(導電性フィラー)は、球形状、扁平状等であってもよい。しかしながら、導電性樹脂層に含まれる金属は、球形状金属と扁平状金属とを混合して用いるのが好ましい。
導電性樹脂層に含まれる金属の平均粒径は、特に限定されない。導電性樹脂層に含まれる金属(導電性フィラー)の平均粒径は、たとえば、0.3μm以上10μm程度であってもよい。
導電性樹脂層に含まれる金属は、主に導電性樹脂層の通電性を担う。具体的には、導電性樹脂層に含まれる金属(導電性フィラー)どうしが接触することにより、導電性樹脂層内部に通電経路が形成される。
導電性樹脂層に含まれる金属は、複数種の金属を含んでいても良く、例えば、第1の金属成分と第2の金属成分から構成されていても良い。第1の金属成分は、例えばSn、In、Biや、これらの金属の少なくとも一種を含む合金からなることが好ましい。なかでも、第1の金属成分は、SnまたはSnを含む合金からなることがより好ましい。Snを含む合金の具体例としては、例えば、Sn−Ag、Sn−Bi、Sn−Ag−Cu等が挙げられる。第2の金属成分は、例えばCu、Ag、Pd、Pt、Auなどの金属やこれらの金属のうちの少なくとも一種を含む合金からなることが好ましい。なかでも、第2の金属成分は、CuやAgであることが好ましい。
第1のめっき層30aは、第1の下地電極層26aおよび第1の導電性樹脂層28aを覆うように配置される。具体的には、第1のめっき層30aは、第1の下地電極層26aと第1の導電性樹脂層28aの表面の第1の端面12eに配置され、第1の導電性樹脂層28aの表面の第1の主面12aおよび第2の主面12bならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dにも至るように設けられていることが好ましい。なお、第1のめっき層30aは、第1の端面12eに配置される第1の下地電極層26aの表面のみに配置されてもよい。
同様に、第2のめっき層30bは、第2の下地電極層26bおよび第2の導電性樹脂層28bを覆うように配置される。具体的には、第2のめっき層30bは、第1の下地電極層26bと第2の導電性樹脂層28bの表面の第2の端面12fに配置され、第2の導電性樹脂層28bの表面の第1の主面12aおよび第2の主面12bならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dにも至るように設けられていることが好ましい。なお、第2のめっき層30bは、第2の端面12fに配置される第2の下地電極層26bの表面のみに配置されてもよい。
また、第1のめっき層30aおよび第2のめっき層30b(以下、単にめっき層ともいう)としては、たとえば、Cu、Ni、Sn、Ag、Pd、Ag−Pd合金、Auなどから選ばれる少なくとも1種の金属または当該金属を含む合金が用いられる。
めっき層は、複数層によって形成されてもよい。この場合、めっき層は、Niめっき層とSnめっき層の2層構造であることが好ましい。Niめっき層が、下地電極層および導電性樹脂層の表面を覆うように設けられることで、積層セラミックコンデンサ10を実装する際に、実装に用いられる半田によって下地電極層や導電性樹脂層が侵食されることを防止することができる。また、Niめっき層の表面に、Snめっき層を設けることにより、積層セラミックコンデンサ10を実装する際に、実装に用いられる半田の濡れ性を向上させ、容易に実装することができる。
めっき層一層あたりの厚みは、1μm以上15μm以下であることが好ましい。
なお、積層体12、第1の外部電極24aおよび第2の外部電極24bを含む積層セラミックコンデンサ10の長さ方向zの寸法をL寸法とし、積層体12、第1の外部電極24aおよび第2の外部電極24bを含む積層セラミックコンデンサ10の積層方向xの寸法をT寸法とし、積層体12、第1の外部電極24aおよび第2の外部電極24bを含む積層セラミックコンデンサ10の幅方向yの寸法をW寸法とする。
積層セラミックコンデンサ10の寸法は、長さ方向zのL寸法が0.25mm以上3.20mm以下、幅方向yのW寸法が0.125mm以上2.50mm以下、積層方向xのT寸法が0.125mm以上2.50mm以下である。なお、長さ方向zのL寸法は、幅方向yのW寸法よりも必ずしも長いとは限らない。また、積層セラミックコンデンサ10の寸法は、マイクロスコープにより測定することができる。
図1に示す積層セラミックコンデンサ10によれば、第1の導電性樹脂層28aは、第1の下地電極層26aに接続されるように、第1の下地電極層26aの端部から第1の主面12aおよび第2の主面12bの表面の一部ならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面の一部に配置され、第2の導電性樹脂層28bは、第2の下地電極層26bに接続されるように、第2の下地電極層26bの端部から第1の主面12aおよび第2の主面12bの表面の一部ならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面の一部に配置されているので、第1の下地電極層26aは、高抵抗の第1の導電性樹脂層28aで覆わず、第2の下地電極層26bは、高抵抗の第2の導電性樹脂層28bで覆わないため、ESRが低下しうる。
また、図1に示す積層セラミックコンデンサ10によれば、上述したように、第1の導電性樹脂層28aは、第1の端面12eの表面に配置される第1の下地電極層26aを覆わず、第2の導電性樹脂層28bは、第2の端面12fの表面に配置される第2の下地電極層26bを覆わないことから、積層体12の第1の端面12e側および第2の端面12f側の膜厚を薄く形成することができる。そのため、積層体12の設計寸法を大きくすることができ、高容量の積層セラミックコンデンサの設計が可能となる。
さらに、図1に示す積層セラミックコンデンサ10によれば、第1の主面12aおよび第2の主面12bならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dのそれぞれの表面には、第1の下地電極層26aおよび第2の下地電極層26bが配置されないため、積層体12の積層方向xにおける第1の外部電極24aおよび第2の外部電極24bの厚みを薄くすることができ、積層体12の設計自由度が増すことから、積層セラミックコンデンサに対して高容量化を図ることが可能となる。
(第2の実施の形態)
この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサについて説明する。図4は、この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサの一例を示す外観斜視図である。図5は、この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサを示す図4のV−V線における断面図であり、図6は、この発明の第2の実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサを示す図4のVI−VI線における断面図である。なお、この実施の形態にかかる積層セラミックコンデンサ110は、外部電極における下地電極層および導電性樹脂層の配置される態様が異なることを除いて、図1を用いて説明した積層セラミックコンデンサ10と同様の構成を有する。従って、図1に示した積層セラミックコンデンサ10と同一部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図4に示す積層セラミックコンデンサ110では、第1の下地電極層26aは、少なくとも第1の内部電極16aの第1の露出部20aを覆うように第1の端面12eの表面に配置される。同様に、第2の下地電極層26bは、少なくとも第2の内部電極16bの露出部20bを覆うように第2の端面12fの表面に配置される。
また、図4に示す積層セラミックコンデンサ110では、第1の導電性樹脂層28aは、第1の下地電極層26aに接続されるように第1の端面12eの第1の内部電極16aの露出部20aの端部から、第1の主面12aおよび第2の主面12bの表面の一部ならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面の一部に配置される。
同様に、第2の導電性樹脂層28bは、第2の下地電極層26bに接続されるように第2の端面12fの第2の内部電極16bの露出部20bの端部から、第1の主面12aおよび第2の主面12bの表面の一部ならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面の一部に配置される。
図4に示す積層セラミックコンデンサ110は、図1に示す積層セラミックコンデンサ10と同様の効果を奏するとともに、次の効果を奏する。
すなわち、熱サイクルを受けて実装基板が熱膨張収縮することにより発生するたわみ応力を受けても、そのたわみ応力が、積層セラミックコンデンサ110の第1の端面12eから第1の主面12aおよび第2の主面12bの表面の一部ならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面の一部に広く配置される第1の導電性樹脂層28a、ならびに第2の端面12fから第1の主面12aおよび第2の主面12bの表面の一部ならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面の一部に広く配置される第2の導電性樹脂層28bにより吸収されるので、積層セラミックコンデンサ110の耐クラック性能をより向上させることができる。
2.積層セラミックコンデンサの製造方法
次に、以上の構成からなる積層セラミックコンデンサの製造方法の一実施の形態について、積層セラミックコンデンサ10を例にして説明する。
まず、セラミックグリーンシート、内部電極16を形成するための内部電極用導電性ペーストおよび外部電極24を形成するための外部電極用導電性ペーストが準備される。なお、セラミックグリーンシート、内部電極用導電性ペーストおよび外部電極用導電性ペーストには、有機バインダおよび溶剤が含まれるが、公知の有機バインダや有機溶剤を用いることができる。
そして、セラミックグリーンシート上に、例えば、所定のパターンで内部電極用導電性ペーストを印刷し、セラミックグリーンシートには、内部電極16のパターンが形成される。なお、内分電極用導電性ペーストは、スクリーン印刷やグラビア印刷などの公知の方法により印刷することができる。
次に、内部電極16のパターンが印刷されていない外層用セラミックグリーンシートが所定枚数積層され、その上に、内部電極パターンが印刷されたセラミックグリーンシートが順次積層され、その上に、外層用セラミックグリーンシートが所定枚数積層され、積層体ブロックが作製される。必要に応じて、この積層体ブロックは、静水圧プレスなどの手段により積層方向に圧着させてもよい。
その後、積層体ブロックが所定の形状寸法に切断され、生の積層体チップが切り出される。このとき、バレル研磨などにより積層体の角部や稜部に丸みをつけてもよい。続いて、切り出された生の積層体チップが焼成され、積層体が生成される。なお、生の積層体チップの焼成温度は、セラミックの材料や内部電極用導電性ペーストの材料に依存するが、900℃以上1300℃以下であることが好ましい。
次に、焼成後の積層体の両端面に外部電極用導電性ペーストを塗布し、焼き付け、第1の外部電極24aの第1の下地電極層26aおよび第2の外部電極24bの第2の下地電極層26bが形成される。焼き付け温度は、700℃以上900℃以下であることが好ましい。
なお、第1の下地電極層26aを形成するために、外部電極用導電性ペーストを積層体12の第1の端面12eに対してのみ塗布する方法としては、第1の主面12aおよび第2の主面12bならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面をマスクし、第1の端面12eのみを外部電極用導電性ペーストに浸漬するか、あるいは第1の端面12eのみに外部電極用導電性ペーストをスクリーン印刷する。これにより、第1の端面12eのみに第1の下地電極層26aを形成することができる。
同様に、第2の下地電極層26bを形成するために、外部電極用導電性ペーストを積層体12の第2の端面12fに対してのみ塗布する方法としては、第1の主面12aおよび第2の主面12bならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面をマスクし、第2の端面12fのみを外部電極用導電性ペーストに浸漬するか、あるいは第2の端面12fのみに外部電極用導電性ペーストをスクリーン印刷する。これにより、第2の端面12fのみに第2の下地電極層26bを形成することができる。
そして、両主面と両側面の表面に熱硬化性樹脂および金属を含む導電性樹脂ペーストを塗布し、250℃以上550℃以下の温度で熱処理を行い、樹脂を熱硬化させることで、第1の外部電極24aの第1の導電性樹脂層28aおよび第2の外部電極24bの第2の導電性樹脂層28bが形成される。
なお、第1の導電性樹脂層28aを形成するために、導電性樹脂ペーストを積層体12の第1の端面12e側の第1の主面12aおよび第2の主面12bならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dに塗布する方法としては、第1の端面12eの表面をマスクし、第1の端面12e側の第1の主面12aおよび第2の主面12bならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面に導電性樹脂ペーストを浸漬するか、あるいは第1の端面12e側の第1の主面12aおよび第2の主面12bならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面に導電性樹脂ペーストをスクリーン印刷する。これにより、第1の導電性樹脂層28aを形成することができる。
同様に、第2の導電性樹脂層28bを形成するために、導電性樹脂ペーストを積層体12の第2の端面12f側の第1の主面12aおよび第2の主面12bならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dに塗布する方法として、第2の端面12fの表面をマスクし、第2の端面12f側の第1の主面12aおよび第2の主面12bならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面に導電性樹脂ペーストを浸漬するか、あるいは第2の端面12f側の第1の主面12aおよび第2の主面12bならびに第1の側面12cおよび第2の側面12dの表面に導電性樹脂ペーストをスクリーン印刷する。これにより、第2の導電性樹脂層28bを形成することができる。
上述の熱処理時の雰囲気は、N2雰囲気であることが好ましい。
また、導電性樹脂ペーストの飛散を防ぎ、かつ、各種金属成分の酸化を防ぐため、酸素濃度は、100ppm以下に抑えることが好ましい。
続いて、第1の下地電極層26aおよび第1の導電性樹脂層28aを覆うように、第1のめっき層30aが形成される。
同様に、第2の下地電極層26bおよび第2の導電性樹脂層28bを覆うように、第2のめっき層30aが形成される。
第1のめっき層30aおよび第2のめっき層30bがNiめっき層で形成される場合は、その形成方法として電解めっきが用いられる。
なお、第1のめっき層30aおよび第2のめっき層30bは、2層構造で形成される場合、必要に応じて、それぞれのNiめっき層の表面にSnめっき層が形成される。
上述のようにして、図1に示す積層セラミックコンデンサ10が製造される。
3.実験例
次に、上述の方法により得られた積層セラミックコンデンサ10について、ESRの測定と積層体の拡大率を確認するための実験を行った。
実施例として、上述した積層セラミックコンデンサの製造方法にしたがって、以下に記載するようなスペックを有する実施例1ないし実施例8の積層セラミックコンデンサのサンプルを作製した。
実施例1は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=0.245mm×0.122mm×0.120mm
・誘電体層の材料:BaTiO3
・容量:0.01μF
・定格電圧:6.3V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):10μm
・導電性樹脂層
金属:Ag
樹脂:エポキシ系
導電性樹脂層の厚み(主面側中央部):16μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:3.5μm
Snめっき層の厚み:3.5μm
実施例2は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=0.245mm×0.122mm×0.120mm
・誘電体層の材料:CaZrO3
・容量:0.0001μF
・定格電圧:50V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):10μm
・導電性樹脂層
金属:Ag
樹脂:エポキシ系
導電性樹脂層の厚み(主面側中央部):16μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:3.5μm
Snめっき層の厚み:3.5μm
実施例3は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=0.410mm×0.210mm×0.210mm
・誘電体層の材料:BaTiO3
・容量:0.1μF
・定格電圧:6.3V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):25μm
・導電性樹脂層
金属:Ag
樹脂:エポキシ系
導電性樹脂層の厚み(主面側中央部):17μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:5.0μm
Snめっき層の厚み:4.5μm
実施例4は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=0.410mm×0.210mm×0.210mm
・誘電体層の材料:CaZrO3
・容量:0.0001μF
・定格電圧:50V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):25μm
・導電性樹脂層
金属:Ag
樹脂:エポキシ系
導電性樹脂層の厚み(主面側中央部):17μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:5.0μm
Snめっき層の厚み:4.5μm
実施例5は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=0.635mm×0.338mm×0.338mm
・誘電体層の材料:BaTiO3
・容量:1μF
・定格電圧:6.3V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):30μm
・導電性樹脂層
金属:Ag
樹脂:エポキシ系
導電性樹脂層の厚み(主面側中央部):13μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:5.0μm
Snめっき層の厚み:4.5μm
実施例6は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=0.635mm×0.338mm×0.338mm
・誘電体層の材料:CaZrO3
・容量:0.0001μF
・定格電圧:50V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):30μm
・導電性樹脂層
金属:Ag
樹脂:エポキシ系
導電性樹脂層の厚み(主面側中央部):13μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:5.0μm
Snめっき層の厚み:4.5μm
実施例7は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=3.450mm×2.750mm×2.750mm
・誘電体層の材料:BaTiO3
・容量:330μF
・定格電圧:4V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):85μm
・導電性樹脂層
金属:Ag
樹脂:エポキシ系
導電性樹脂層の厚み(主面側中央部):62μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:4.0μm
Snめっき層の厚み:4.0μm
実施例8は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=3.450mm×2.750mm×2.750mm
・誘電体層の材料:CaTiO3
・容量:0.47μF
・定格電圧:6.3V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):85μm
・導電性樹脂層
金属:Ag
樹脂:エポキシ系
導電性樹脂層の厚み(主面側中央部):62μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:4.0μm
Snめっき層の厚み:4.0μm
また、比較例として、以下に記載するようなスペックを有する比較例1ないし比較例8の積層セラミックコンデンサのサンプルを作製した。なお、比較例における積層セラミックコンデンサは、実施例にかかる積層セラミックコンデンサとは異なり、外部電極に導電性樹脂層を有さない積層セラミックコンデンサである。
比較例1は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=0.245mm×0.122mm×0.120mm
・誘電体層の材料:BaTiO3
・容量:0.01μF
・定格電圧:6.3V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):10μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:3.5μm
Snめっき層の厚み:3.5μm
比較例2は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=0.245mm×0.122mm×0.120mm
・誘電体層の材料:CaZrO3
・容量:0.0001μF
・定格電圧:50V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):10μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:3.5μm
Snめっき層の厚み:3.5μm
比較例3は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=0.410mm×0.210mm×0.210mm
・誘電体層の材料:BaTiO3
・容量:0.1μF
・定格電圧:6.3V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):25μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:5.0μm
Snめっき層の厚み:4.5μm
比較例4は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=0.410mm×0.210mm×0.210mm
・誘電体層の材料:CaZrO3
・容量:0.0001μF
・定格電圧:50V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):25μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:5.0μm
Snめっき層の厚み:4.5μm
比較例5は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=0.635mm×0.338mm×0.338mm
・誘電体層の材料:BaTiO3
・容量:1μF
・定格電圧:6.3V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):30μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:5.0μm
Snめっき層の厚み:4.5μm
比較例6は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=0.635mm×0.338mm×0.338mm
・誘電体層の材料:CaZrO3
・容量:0.0001μF
・定格電圧:50V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):30μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:5.0μm
Snめっき層の厚み:4.5μm
比較例7は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=3.450mm×2.750mm×2.750mm
・誘電体層の材料:BaTiO3
・容量:330μF
・定格電圧:4V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):85μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:4.0μm
Snめっき層の厚み:4.0μm
比較例8は、以下のようなスペックの積層セラミックコンデンサである。
・チップサイズ(設計値):長さ×幅×高さ=3.450mm×2.750mm×2.750mm
・誘電体層の材料:CaTiO3
・容量:0.47μF
・定格電圧:6.3V
・内部電極の材料:Ni
・下地電極層
下地電極層の材料:Cuとガラスを含む電極
下地電極層の厚み(端面中央部):85μm
・めっき層
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
Niめっき層の厚み:4.0μm
Snめっき層の厚み:4.0μm
(1)ESRの測定方法
測定周波数1MHz、10MHzおよび50MHzのESRの測定は、測定前に積層セラミックコンデンサを空気雰囲気において150℃で1時間の熱処理を行い、その後、測定用基板に実装し、熱処理完了後24±2時間後に、ネットワークアナライザを用いて測定した。
測定周波数500MHzと1GHzのESRの測定は、チップ単体にてインピーダンスアナライザを用いて測定した。
(2)拡大率の算出方法
積層体のL寸法、W寸法およびT寸法の各寸法測定は、以下のように測定した。W寸法は、1/2L寸の位置において、ポイントマイクロメーターで測定した。また、L寸法とT寸法は、同一チップをLT面と平行となるように1/2Wの位置まで研磨し、露出させた断面において、マイクロスコープを用いて測定した。
体積は、上述した方法で測定したL寸法、W寸法およびT寸法の乗算(L×W×T)により算出した。
拡大率は、同一の測定周波数の実施例および比較例の積層体について、実施例の体積を比較例の体積で割ることで、それぞれの測定周波数ごとに算出した。
なお、実施例1ないし実施例8、ならびに比較例1ないし比較例8の各サンプルは、ESRの測定方法および拡大率の算出のために、それぞれ10個ずつ準備した。
以上の、実施例および比較例のそれぞれに対するESRの測定結果、積層体の各寸法の実測値、積層体の体積および拡大率の算出結果を表1に示す。
Figure 2018073900
まず、ESRの測定結果に関して、各測定周波数について、実施例1ないし実施例8ならびに比較例1ないし比較例8のESRの測定結果を比較すると、実施例の積層セラミックコンデンサのESRは、比較例の積層セラミックコンデンサのESRに対して、いずれの測定周波数についても、概ね半減していることが確認された。
次に、同一の測定周波数の実施例および比較例の積層体についての拡大率は、いずれの測定周波数についても1.06ないし1.43と1を超える拡大率を有しており、積層体の設計寸法を大きくすることができることが明らかとなった。この結果から、本発明にかかる積層セラミックコンデンサでは、高容量設計が可能であることが示唆された。
なお、この発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。
10、110 積層セラミックコンデンサ
12 積層体
12a 第1の主面
12b 第2の主面
12c 第1の側面
12d 第2の側面
12e 第1の端面
12f 第2の端面
14 誘電体層
14a 外層部
14b 内層部
16 内部電極
16a 第1の内部電極
16b 第2の内部電極
18a 第1の引出電極部
18b 第2の引出電極部
20a 第1の露出部
20b 第2の露出部
22a 対向電極部
22b 側部(Wギャップ)
22c 端部(Lギャップ)
24 外部電極
24a 第1の外部電極
24b 第2の外部電極
26a 第1の下地電極層
26b 第2の下地電極層
28a 第1の導電性樹脂層
28b 第2の導電性樹脂層
30a 第1のめっき層
30b 第2のめっき層
x 積層方向
y 幅方向
z 長さ方向

Claims (2)

  1. 積層された複数の誘電体層を含み、積層方向に相対する第1の主面および第2の主面と、積層方向に直交する幅方向に相対する第1の側面および第2の側面と、積層方向および幅方向に直交する長さ方向に相対する第1の端面および第2の端面と、を含む積層体と、
    前記複数の誘電体層を介して交互に積層され、前記第1の端面に露出部を有する第1の内部電極および前記第2の端面に露出部を有する第2の内部電極と、
    前記第1の内部電極に接続され、前記第1の端面側に配置された第1の外部電極と、前記第2の内部電極に接続され、前記第2の端面側に配置された第2の外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサにおいて、
    前記第1の外部電極は、導電性金属およびガラス成分を含む第1の下地電極層と、熱硬化性樹脂および金属成分とを含む第1の導電性樹脂層と、第1のめっき層と、を含み、前記第2の外部電極は、導電性金属およびガラス成分を含む第2の下地電極層と、熱硬化性樹脂および金属成分とを含む第2の導電性樹脂層と、第2のめっき層と、を含み、
    前記第1の下地電極層は、前記第1の端面の表面にのみ配置され、前記第2の下地電極層は、前記第2の端面の表面にのみ配置され、
    前記第1の導電性樹脂層は、前記第1の下地電極層に接続されるように、前記第1の下地電極層の端部から、前記第1および前記第2の主面の表面の一部および前記第1および前記第2の側面の表面の一部に配置され、前記第2の導電性樹脂層は、前記第2の下地電極層に接続されるように、前記第1の下地電極層の端部から、前記第1および前記第2の主面の表面の一部および前記第1および前記第2の側面の表面の一部に配置され、
    前記第1のめっき層は、前記第1の下地電極層の表面および前記第1の導電性樹脂層の表面に配置され、前記第2のめっき層は、前記第2の下地電極層の表面および前記第2の導電性樹脂層の表面に配置される、積層セラミックコンデンサ。
  2. 前記第1の下地電極層は、少なくとも前記第1の内部電極の露出部を覆うように配置され、前記第2の下地電極層は、少なくとも前記第2の内部電極の露出部を覆うように配置され、
    前記第1の導電性樹脂層は、前記第1の下地電極層に接続されるように前記第1の端面の前記第1の内部電極の露出部の端部から、前記第1および前記第2の主面の表面の一部ならびに前記第1および前記第2の側面の表面の一部に配置され、前記第2の導電性樹脂層は、前記第2の下地電極層に接続されるように前記第2の端面の前記第2の内部電極の露出部の端部から、前記第1および前記第2の主面の表面の一部ならびに前記第1および前記第2の側面の表面の一部に配置される、請求項1に記載の積層セラミックコンデンサ。
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