JP2021034648A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】信頼性の高い積層セラミックコンデンサを提供する。
【解決手段】積層方向に積層された複数の誘電体層と複数の内部電極層とを含む積層体と、積層体の端面上に配置され、かつ、上記内部電極層と接続される一対の外部電極と、を備える積層セラミックコンデンサであって、上記内部電極層の幅方向端部から、サイドマージン部に向かって幅方向に厚みが漸減する障壁部が設けられ、上記内部電極層の幅方向端部と、上記障壁部と、上記サイドマージン部とで囲まれた空隙部が設けられ、上記障壁部には、Ni及びSnが含まれる、積層セラミックコンデンサ。
【選択図】図5

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、例えば、誘電体層と内部電極層とが交互に積層され、さらに、その上面と下面に誘電体層が積層された積層体と、該積層体の両端面に形成された一対の外部電極とを備えている。
一般に、積層セラミックコンデンサは、セラミックグリーンシートと未焼成の内部電極層とを交互に積層してグリーンチップを作製し、当該グリーンチップを焼成した後、得られた積層体の端面に外部電極を形成することにより製造することができる。
近年、大容量かつ小型の積層セラミックコンデンサが求められている。このような積層セラミックコンデンサを実現するためには、セラミックグリーンシート上を占有する内部電極層の有効面積、つまり、互いに対向する内部電極層の面積を大きくすることが有効である。
そこで、グリーンチップの側面にサイドマージン部と呼ばれる誘電体セラミック層を形成する方法が提案されている。具体的には、未焼成の内部電極層が表面に形成されたセラミックグリーンシートを積層してマザーブロックを作製した後、マザーブロックを切断してグリーンチップを作製する。グリーンチップを作製する際には、外部電極が形成されない側面において内部電極層が露出するようにマザーブロックを切断する。切断後のグリーンチップの側面にサイドマージン部を形成する。この方法では、グリーンチップの全幅にわたって内部電極層を形成することができるため、大容量かつ小型の積層セラミックコンデンサを製造することが可能となる。
例えば、特許文献1には、スプレー又はローラーを利用して積層本体の両側面にセラミックスラリーを塗布することによりサイドマージン部を形成する方法や、積層本体をセラミックスラリーにディッピングすることにより積層本体の両側面にサイドマージン部を形成する方法が記載されている。
特許第5654102号公報
しかしながら、サイドマージン部が付与された積層本体を焼成すると、収縮率の違いから、積層本体とサイドマージン部との間、特に、内部電極層の端部とサイドマージン部との間に空隙が生じやすい。この空隙に水分が浸入することで、誘電体層間の絶縁抵抗が劣化し、積層セラミックコンデンサとしての信頼性が低下するおそれがある。なお、上記の問題は、誘電体層が薄くなるほど深刻になる。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、信頼性の高い積層セラミックコンデンサを提供することを目的とする。
本発明の積層セラミックコンデンサは、積層方向に積層された複数の誘電体層と複数の内部電極層とを含み、上記積層方向において相対する第1の主面及び第2の主面と、上記積層方向に直交する幅方向において相対する第1の側面及び第2の側面と、上記積層方向及び上記幅方向に直交する長さ方向において相対する第1の端面及び第2の端面とを有する積層体と、上記第1の端面上又は上記第2の端面上に配置され、かつ、上記内部電極層と接続される一対の外部電極と、を備える積層セラミックコンデンサであって、上記積層体は、上記内部電極層が上記誘電体層を介して対向している内層部と、上記第1の主面と上記内層部との間に配置される第1の外層部と、上記第2の主面と上記内層部との間に配置される第2の外層部と、上記第1の側面と上記内層部、上記第1の外層部及び上記第2の外層部との間に配置される第1のサイドマージン部と、上記第2の側面と上記内層部、上記第1の外層部及び上記第2の外層部との間に配置される第2のサイドマージン部とを有し、上記内部電極層の幅方向端部から、上記第1のサイドマージン部又は上記第2のサイドマージン部に向かって上記幅方向に厚みが漸減する障壁部が設けられ、上記内部電極層の幅方向端部と、上記障壁部と、上記第1のサイドマージン部又は上記第2のサイドマージン部とで囲まれた空隙部が設けられ、上記障壁部には、Ni及びSnが含まれる。
本発明によれば、信頼性の高い積層セラミックコンデンサを提供することができる。
図1は、本発明の積層セラミックコンデンサの一例を模式的に示す斜視図である。 図2は、図1に示す積層セラミックコンデンサを構成する積層体の一例を模式的に示す斜視図である。 図3は、図1に示す積層セラミックコンデンサのIII−III線に沿った断面図である。 図4は、図1に示す積層セラミックコンデンサのIV−IV線に沿った断面図である。 図5は、サイドマージン部と内部電極層との接続部分の一例を模式的に示す拡大断面図である。 図6は、サイドマージン部と内部電極層との接続部分の別の一例を模式的に示す拡大断面図である。 図7は、内部電極層の連続性を定量化する方法を説明するための模式図である。 図8は、内部電極層及び誘電体層の厚みを定量化する方法を説明するための模式図である。 図9A、図9B及び図9Cは、セラミックグリーンシートの一例を模式的に示す平面図である。 図10は、マザーブロックの一例を模式的に示す分解斜視図である。 図11は、グリーンチップの一例を模式的に示す斜視図である。 図12は、未焼成のサイドマージン部が形成されたグリーンチップの一例を模式的に示す拡大断面図である。
以下、本発明の積層セラミックコンデンサについて説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
[積層セラミックコンデンサ]
図1は、本発明の積層セラミックコンデンサの一例を模式的に示す斜視図である。図2は、図1に示す積層セラミックコンデンサを構成する積層体の一例を模式的に示す斜視図である。図3は、図1に示す積層セラミックコンデンサのIII−III線に沿った断面図である。図4は、図1に示す積層セラミックコンデンサのIV−IV線に沿った断面図である。
本明細書においては、積層セラミックコンデンサ及び積層体の積層方向、幅方向、長さ方向を、図1に示す積層セラミックコンデンサ1及び図2に示す積層体10において、それぞれ矢印T、W、Lで定める方向とする。ここで、積層方向と幅方向と長さ方向とは互いに直交する。積層方向は、複数の誘電体層20と複数対の第1の内部電極層21及び第2の内部電極層22とが積み上げられていく方向である。
図1に示す積層セラミックコンデンサ1は、積層体10と、積層体10の両端面上にそれぞれ配置された第1の外部電極51及び第2の外部電極52とを備えている。
図2に示すように、積層体10は、直方体状又は略直方体状をなしており、積層方向において相対する第1の主面11及び第2の主面12と、積層方向に直交する幅方向において相対する第1の側面13及び第2の側面14と、積層方向及び幅方向に直交する長さ方向において相対する第1の端面15及び第2の端面16とを有している。
本明細書においては、第1の端面15及び第2の端面16に直交し、かつ、積層方向と平行な積層セラミックコンデンサ1又は積層体10の断面を、長さ方向及び積層方向を含む断面であるLT断面という。また、第1の側面13及び第2の側面14に直交し、かつ、積層方向と平行な積層セラミックコンデンサ1又は積層体10の断面を、幅方向及び積層方向を含む断面であるWT断面という。また、第1の側面13、第2の側面14、第1の端面15及び第2の端面16に直交し、かつ、積層方向に直交する積層セラミックコンデンサ1又は積層体10の断面を、長さ方向及び幅方向を含む断面であるLW断面という。したがって、図3は、積層セラミックコンデンサ1のLT断面であり、図4は、積層セラミックコンデンサ1のWT断面である。
積層体10は、角部及び稜線部に丸みが付けられていることが好ましい。角部は、積層体の3面が交わる部分であり、稜線部は、積層体の2面が交わる部分である。
図2、図3及び図4に示すように、積層体10は、積層方向に積層された複数の誘電体層20と、誘電体層20間の界面に沿って形成された複数対の第1の内部電極層21及び第2の内部電極層22とを含む積層構造を有している。誘電体層20は、幅方向及び長さ方向に沿って延びており、第1の内部電極層21及び第2の内部電極層22のそれぞれは、誘電体層20に沿って平板状に延びている。
第1の内部電極層21は、積層体10の第1の端面15に引き出されている。一方、第2の内部電極層22は、積層体10の第2の端面16に引き出されている。
第1の内部電極層21と第2の内部電極層22とは、積層方向において、誘電体層20を介して対向している。第1の内部電極層21と第2の内部電極層22とが誘電体層20を介して対向している部分により、静電容量が発生する。
第1の内部電極層21及び第2の内部電極層22のそれぞれは、Ni、Cu、Ag、Pd、Ag−Pd合金、Au等の金属を含むことが好ましい。第1の内部電極層21及び第2の内部電極層22のそれぞれは、上記金属に加えて、誘電体層20と同じ誘電体セラミック材料を含んでもよい。
第1の外部電極51は、積層体10の第1の端面15に設けられており、図1では、第1の主面11、第2の主面12、第1の側面13及び第2の側面14の各一部にまで回り込んだ部分を有している。第1の外部電極51は、第1の端面15において、第1の内部電極層21に接続されている。
第2の外部電極52は、積層体10の第2の端面16に設けられており、図1では、第1の主面11、第2の主面12、第1の側面13及び第2の側面14の各一部にまで回り込んだ部分を有している。第2の外部電極52は、第2の端面16において、第2の内部電極層22に接続されている。
第1の外部電極51及び第2の外部電極52のそれぞれは、例えば、積層体10の端面側から、焼付けにより形成されるCuを含むベース電極層と、該ベース電極層の表面に形成される第1のめっき層と、該第1のめっき層の表面に形成される第2のめっき層とを含む3層構造である。
図3及び図4に示すように、積層体10は、第1の内部電極層21及び第2の内部電極層22が誘電体層20を介して対向している内層部30と、第1の主面11と内層部30との間に配置される第1の外層部31と、第2の主面12と内層部30との間に配置される第2の外層部32と、第1の側面13と内層部30、第1の外層部31及び第2の外層部32との間に配置される第1のサイドマージン部41と、第2の側面14と内層部30、第1の外層部31及び第2の外層部32との間に配置される第2のサイドマージン部42とを有している。図3及び図4では、内層部30は、積層方向に沿って、第1の主面11に最も近い第1の内部電極層21と、第2の主面12に最も近い第1の内部電極層21に挟まれた領域である。図示されていないが、第1の外層部31及び第2の外層部32のそれぞれは、積層方向に積層された複数の誘電体層20から構成されることが好ましい。
なお、図1、図2及び図4においては、説明の便宜のために、積層体10と第1のサイドマージン部41との境界、及び、積層体10と第2のサイドマージン部42との境界が明瞭に図示されているが、このような境界は明瞭に現れなくてもよい。
内層部30を構成する誘電体層20は、例えば、Ba及びTiを含むペロブスカイト型化合物を主成分とする誘電体セラミック材料から構成される。
第1の外層部31及び第2の外層部32を構成する誘電体層20は、例えば、Ba及びTiを含むペロブスカイト型化合物を主成分とする誘電体セラミック材料から構成される。第1の外層部31及び第2の外層部32を構成する誘電体層20は、内層部30を構成する誘電体層20と同じ誘電体セラミック材料から構成されることが好ましいが、内層部30を構成する誘電体層20と異なる誘電体セラミック材料から構成されてもよい。
第1の外層部31及び第2の外層部32の厚みは、各々、15μm以上40μm以下であることが好ましい。なお、第1の外層部31及び第2の外層部32は、各々、複層構造ではなく単層構造であってもよい。
第1のサイドマージン部41及び第2のサイドマージン部42は、例えば、Ba及びTiを含むペロブスカイト型化合物を主成分とする誘電体セラミック材料から構成される。第1のサイドマージン部41及び第2のサイドマージン部42は、内層部30、第1の外層部31及び第2の外層部32を構成する誘電体層20と同じ誘電体セラミック材料から構成されることが好ましいが、内層部30、第1の外層部31及び第2の外層部32を構成する誘電体層20と異なる誘電体セラミック材料から構成されてもよい。
第1のサイドマージン部41及び第2のサイドマージン部42は、各々、幅方向に積層された複数のセラミック層から構成されてもよい。第1のサイドマージン部41と第2のサイドマージン部42とで、セラミック層の層数が異なっていてもよい。
第1のサイドマージン部41又は第2のサイドマージン部42が複層構造である場合、焼結性の違いから、暗視野で光学顕微鏡を用いて観察することにより、複層構造であることを確認することができる。
第1のサイドマージン部41及び第2のサイドマージン部42の厚みは、各々、5μm以上40μm以下であることが好ましく、5μm以上20μm以下であることがより好ましい。第1のサイドマージン部41及び第2のサイドマージン部42の厚みは、互いに同じであることが好ましい。
サイドマージン部の厚みとは、積層方向に沿ってサイドマージン部の厚みを複数箇所で測定したときの平均値を意味する。
具体的には、積層セラミックコンデンサ又は積層体の長さ方向の略中央においてWT断面を露出させ、WT断面の第1及び第2の内部電極層の幅方向の端部といずれか一方のサイドマージン部が同一視野に収まるように光学顕微鏡又は電子顕微鏡を用いて撮像する。撮像箇所として、積層方向において、上部、中央部及び下部の3箇所をそれぞれ撮像する。上部、中央部及び下部において、第1及び第2の内部電極層の幅方向の端部から積層体の側面に向かって幅方向に平行な複数の線分を引き、それぞれの線分の長さを測定する。測定した線分の長さについて、上部、中央部及び下部それぞれの平均値を算出する。それぞれの平均値をさらに平均化することで、サイドマージン部の厚みが得られる。
図5は、サイドマージン部と内部電極層との接続部分の一例を模式的に示す拡大断面図である。
図5に示すように、第1の内部電極層21の幅方向端部から、第1のサイドマージン部41に向かって幅方向に厚みが漸減する障壁部61が設けられており、第1の内部電極層21の幅方向端部と、障壁部61と、第1のサイドマージン部41とで囲まれた領域に空隙部60が設けられている。図5では、障壁部61は、上方の誘電体層20及び下方の誘電体層20にそれぞれ独立して設けられている。
図6は、サイドマージン部と内部電極層との接続部分の別の一例を模式的に示す拡大断面図である。
図6に示すように、障壁部61は、上方の誘電体層20及び下方の誘電体層20に一体として設けられていてもよい。
図5及び図6には、第1の内部電極層21と第1のサイドマージン部41との間に空隙部60及び障壁部61が設けられている例を示しているが、第2の内部電極層22と第1のサイドマージン部41との間に空隙部60及び障壁部61が設けられていてもよい。また、第1の内部電極層21と第2のサイドマージン部42との間に空隙部60及び障壁部61が設けられていてもよいし、第2の内部電極層22と第2のサイドマージン部42との間に空隙部60及び障壁部61が設けられていてもよい。また、第1の内部電極層21と第1のサイドマージン部41との間、第2の内部電極層22と第1のサイドマージン部41との間、第1の内部電極層21と第2のサイドマージン部42との間、又は、第2の内部電極層22と第2のサイドマージン部42との間には、障壁部61が設けられていない空隙部60が存在してもよい。
障壁部61には、Ni及びSnが含まれている。Ni及びSnを含む障壁部61を空隙部60内に設けることにより、内部電極層21又は22とサイドマージン部41又は42との間の絶縁性が向上する。その結果、電圧印加時における信頼性を高くすることができる。
なお、ここでいう信頼性は、積層セラミックコンデンサに温度40℃、湿度95%の環境下で定格電圧を500時間印加したとき、絶縁抵抗の劣化が発生するか否かで判定することができる。具体的には、絶縁抵抗が1Ω・Fを下回る場合、耐湿性が劣化したと判定する。
積層セラミックコンデンサ1において、障壁部61の形状は特に限定されず、種々の形状の障壁部61が混在していてもよい。図5及び図6に示すように、障壁部61は、上方の誘電体層20及び下方の誘電体層20の両方に設けられていることが好ましいが、いずれか一方のみに設けられていてもよい。また、障壁部61の端部は、第1のサイドマージン部41又は第2のサイドマージン部42まで達していなくてもよい。
積層体10の長さ方向中央部において、積層体10の積層方向及び幅方向を含む断面(WT断面)で見たとき、空隙部60が存在する内部電極層21及び22の枚数は、内部電極層21及び22の合計枚数に対して20%以上90%以下であることが好ましい。空隙部60が存在する内部電極層21及び22の枚数の割合が上記範囲であると、内部電極層21又は22とサイドマージン部41又は42との間の絶縁性が向上する効果が充分に得られる。
障壁部61に含まれるSnの濃度は、第1の内部電極層21の幅方向端部から第1のサイドマージン部41に向かって低くなることが好ましい。同様に、障壁部61に含まれるSnの濃度は、第2の内部電極層22の幅方向端部から第2のサイドマージン部42に向かって低くなることが好ましい。内部電極層21又は22の幅方向端部に近い障壁部61に含まれるSnの濃度を高くすることにより、積層セラミックコンデンサ1の信頼性を高くすることができる。
障壁部61に含まれるNi及びSnの濃度は、以下の方法により測定することができる。
焼成後の積層セラミックコンデンサ又は積層体のWT断面の長さ方向の1/2程度の位置において、内部電極層が積層されている領域の、積層方向中央領域と、上下の外層部に近い領域(上部領域および下部領域)の3つの領域の、内部電極層の幅方向端部及び障壁部を含む部分を、集束イオンビーム(FIB)によるマイクロサンプリング加工法を用いて加工し、薄片化された分析用の試料を作製する。なお、分析用の試料の厚みは60nm以下となるように加工する。また、FIB加工時に形成された試料表面のダメージ層は、Arイオンミリングによって除去する。分析用の試料を加工する際、FIBにはSMI3050SE(セイコーインスツル社製)、ArイオンミリングにはPIPS(Gatan社製)を用いる。
作製した分析用の試料を走査透過型電子顕微鏡(STEM)で観察し、試料中の各領域から異なる障壁部を10箇所選ぶ。同一の障壁部について、幅方向に分析を実施する。
STEM分析において、STEMとしてJEM−2200FS(JEOL製)を用いる。加速電圧は200kVとする。検出器には、JED−2300Tで60mm口径のSDD検出器を用い、EDXシステムにはNoran System7(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を用いる。
そして、上記の上部領域、中央領域および下部領域の3つの領域で、障壁部10箇所の合計30ポイントにおいて、EDX(エネルギー分散型X線分析装置)を用いてNiおよびSnの定量分析を実施する。電子線の測定プローブ径は約1nmとし、測定時間は30秒とする。得られたEDXスペクトルからの定量補正はクリフ・ロリマー補正を用いる。マッピング時間は3時間とする。
積層体10の長さ方向中央部において、積層体10の積層方向及び幅方向を含む断面(WT断面)で見たとき、内部電極層21又は22の幅方向端部に位置する誘電体層20に含まれるMgのTiに対するモル比は、該誘電体層20の幅方向中央部に含まれるMgのTiに対するモル比より多いことが好ましい。サイドマージン部41又は42に含まれるMgが内層部30を構成する誘電体層20に供給されることで、内部電極層21又は22の幅方向端部にMgが偏析した領域が配される。これにより、絶縁性の異相が形成され、内部電極層21又は22とサイドマージン部41又は42との間の絶縁性が向上するため、積層セラミックコンデンサ1の信頼性が高くなる。
誘電体層20の組成は、積層セラミックコンデンサ1又は積層体10から誘電体層20を削り取り、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光法で定量分析を行うことによって確認することができる。
積層体10の長さ方向中央部において、積層体10の積層方向及び幅方向を含む断面(WT断面)で見たとき、内部電極層21及び22の少なくとも1枚は、連続性が90%以上であることが好ましい。内部電極層21又は22の連続性が90%以上であると、積層セラミックコンデンサ1の静電容量を高くすることができる。
図7は、内部電極層の連続性を定量化する方法を説明するための模式図である。図7には、積層体10の長さ方向の略中央を通る第1の内部電極層21のWT断面図を示している。
図7に示すように、第1の内部電極層21において、ギャップGを含む第1の内部電極層21の全体長さをT、実際に第1の内部電極層21が形成された部分の長さをt1、t2、t3、・・・、tnと規定すると、実際の第1の内部電極層21の長さ(t1+t2+t3+・・・+tn)は、第1の内部電極層21の全体長さTからギャップGの長さを引いた値で測定されることができる。なお、障壁部61の長さは含まない。ここで、第1の内部電極層21の連続性は、(t1+t2+t3+・・・+tn)/Tで求めることができる。図7では、第1の内部電極層21の1つの層において実際に第1の内部電極層21が形成された4つの部分(t1、t2、t3及びt4)のみが表現されているが、実際に第1の内部電極層21が形成された部分の数は特に制限されない。第2の内部電極層22についても同様である。
測定箇所はWT断面における中央部が好ましく、中央部から30μm×30μmの領域で撮像し、そのうち中央に位置する1層の第1の内部電極層21又は第2の内部電極層22を計測する。
第1の内部電極層21がNiを含む場合、第1の内部電極層21と誘電体層20との界面にNi−Sn反応層62が形成され、Ni−Sn反応層62は、第1の内部電極層21の幅方向の寸法の50.0%以上100.0%以下の長さで直線状に連続して形成され、誘電体層20の厚みに対するNi−Sn反応層62の厚みの比率が0.0035以上0.06以下であることが好ましい。また、第2の内部電極層22がNiを含む場合、第2の内部電極層22と誘電体層20との界面にNi−Sn反応層62が形成され、Ni−Sn反応層62は、第2の内部電極層22の幅方向の寸法の50.0%以上100.0%以下の長さで直線状に連続して形成され、誘電体層20の厚みに対するNi−Sn反応層62の厚みの比率が0.0035以上0.06以下であることが好ましい。
内部電極層21又は22と誘電体層20との界面にNi−Sn反応層62が形成されると、積層セラミックコンデンサ1の信頼性がさらに向上する。なお、Ni−Sn反応層62が内部電極層21又は22の幅方向の寸法の50.0%よりも低い場合及び誘電体層20の厚みに対するNi−Sn反応層62の厚みの比率が0.0035よりも低い場合、信頼性向上の効果が弱くなる。一方、誘電体層20の厚みに対するNi−Sn反応層62の厚みの比率が0.06よりも高い場合、積層セラミックコンデンサ1の機能が低下してしまう。
ここで、Ni−Sn反応層の連続性及び厚みを定量化する方法について説明する。まず、積層体の長さ方向の略中央を通るWT断面を研磨により露出させる。次に、露出させたWT断面をFIB加工により薄片化させる。さらに、薄片化させたWT断面の積層方向中央部において、走査透過型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分光器(STEM−EDS)を用いて、幅方向に沿ってランダムに20点の視野を選択し、選択した視野それぞれについて元素分布マッピング観察を行う。このようにして、Ni−Sn反応層の連続性及び厚みを定量化する。
積層セラミックコンデンサ1において、第1の内部電極層21及び第2の内部電極層22の厚みは、各々、0.4μm以下であることが好ましく、0.38μm以下であることがより好ましく、0.25μm以上であることがさらに好ましい。
誘電体層20の厚みは、0.33μm以上0.53μm以下であることが好ましい。ここでいう誘電体層20の厚みとは、内部電極層21又は22の間にある誘電体層20の厚み、すなわち、内層部30における誘電体層20の厚みを意味する。
図8は、内部電極層及び誘電体層の厚みを定量化する方法を説明するための模式図である。図8には、積層体10の長さ方向の略中央を通るWT断面図の一部を示している。
まず、積層体の長さ方向の略中央を通るWT断面を研磨により露出させる。必要に応じて、研磨で引き伸ばされた内部電極層を除去するために研磨面にエッチング処理を行う。そして、露出させたWT断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察する。
積層体の積層方向に延びてかつ積層体の中心を通る直線Lcを引く。次に、直線Lcと平行な複数の直線を等間隔(ピッチS)に引く。ピッチSは、測定しようとする誘電体層又は内部電極層の厚みの5倍〜10倍程度で決めればよく、例えば、厚みが約0.5μmの誘電体層の厚みを測定する場合には、ピッチS=2.5μmとする。また、直線Lcの両側に同じ本数の直線を引く。すなわち、直線Lcを合わせて奇数本の直線を引く。図8においては、直線La〜直線Leまでの5本の直線を図示している。
次に、直線La〜直線Leの各直線上において、誘電体層及び内部電極層の厚みを測定する。ただし、直線La〜直線Leの各直線上において、内部電極層が欠損して、この内部電極層を挟む誘電体層同士が繋がっている場合、または、測定位置の拡大像が不明瞭である場合は、さらに直線Lcから離れた直線上において、厚み又は距離を測定する。
例えば、誘電体層の厚みを測定する際には、図8に示すように、直線La上の厚みDa、直線Lb上の厚みDb、直線Lc上の厚みDc、直線Ld上の厚みDd、及び、直線Le上の厚みDeを測定し、これらの平均値を誘電体層の厚みとする。
同様に、内部電極層の厚みを測定する際には、図8に示すように、直線La上の厚みEa、直線Lb上の厚みEb、直線Lc上の厚みEc、直線Ld上の厚みEd、及び、直線Le上の厚みEeを測定し、これらの平均値を内部電極層の厚みとする。
例えば、複数の誘電体層及び内部電極層の平均厚みを算出する際には、積層方向の略中央に位置する誘電体層及び内部電極層とその両側にそれぞれ位置する2層ずつの誘電体層又は内部電極層とを合わせた5層の誘電体層及び内部電極層の各々について上記の方法により厚みを測定し、その平均値を複数の誘電体層及び内部電極層の平均厚みとする。なお、誘電体層又は内部電極層の積層数が5層未満である場合には、全ての誘電体層及び内部電極層について上記の方法により厚みを測定し、その平均値を複数の誘電体層及び内部電極層の平均厚みとする。
積層セラミックコンデンサ1の好ましい寸法を以下に示す。なお、積層セラミックコンデンサ1の寸法は、例えば、マイクロメータや光学顕微鏡を用いて測定することができる。
積層方向の寸法:0.300mm±0.090mm
幅方向の寸法 :0.300mm±0.090mm
長さ方向の寸法:0.600mm±0.090mm
誘電体層の枚数:100枚以上500枚以下
積層方向の寸法:0.200mm±0.050mm
幅方向の寸法 :0.200mm±0.050mm
長さ方向の寸法:0.400mm±0.050mm
誘電体層の枚数:50枚以上300枚以下
積層方向の寸法:0.200mm±0.020mm
幅方向の寸法 :0.200mm±0.020mm
長さ方向の寸法:0.400mm±0.020mm
誘電体層の枚数:50枚以上300枚以下
積層方向の寸法:0.300mm±0.020mm
幅方向の寸法 :0.200mm±0.020mm
長さ方向の寸法:0.400mm±0.020mm
誘電体層の枚数:50枚以上300枚以下
積層方向の寸法:0.300mm±0.050mm
幅方向の寸法 :0.200mm±0.050mm
長さ方向の寸法:0.400mm±0.050mm
誘電体層の厚み:0.48μm±0.10μm
誘電体層の枚数:100枚以上500枚以下
積層方向の寸法:0.300mm±0.050mm
幅方向の寸法 :0.300mm±0.050mm
長さ方向の寸法:0.400mm±0.050mm
誘電体層の枚数:100枚以上500枚以下
積層方向の寸法:0.250mm±0.025mm
幅方向の寸法 :0.250mm±0.025mm
長さ方向の寸法:0.500mm±0.025mm
誘電体層の枚数:100枚以上500枚以下
積層方向の寸法:0.500mm±0.050mm
幅方向の寸法 :0.500mm±0.050mm
長さ方向の寸法:0.800mm±0.050mm
誘電体層の厚み:0.48μm±0.10μm
誘電体層の枚数:200枚以上1000枚以下
積層方向の寸法:0.600mm±0.050mm
幅方向の寸法 :0.450mm±0.050mm
長さ方向の寸法:0.750mm±0.050mm
誘電体層の厚み:0.48μm±0.10μm
誘電体層の枚数:200枚以上1000枚以下
積層方向の寸法:0.500mm±0.200mm
幅方向の寸法 :0.500mm±0.200mm
長さ方向の寸法:1.000mm±0.200mm
誘電体層の厚み:0.48μm±0.10μm
誘電体層の枚数:200枚以上1000枚以下
[積層セラミックコンデンサの製造方法]
本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法は、好ましくは、
未焼成の状態にある複数の誘電体層と複数対の内部電極層とをもって構成された積層構造を有し、積層方向に直交する幅方向において相対する第1の側面及び第2の側面に前記内部電極層が露出した、グリーンチップを準備する工程と、
前記グリーンチップの前記第1の側面及び前記第2の側面に、未焼成のサイドマージン部を形成することにより、未焼成の積層体を作製する工程と、
前記未焼成の積層体を焼成する工程と、を備える。
以下、図1に示す積層セラミックコンデンサ1の製造方法の一例について説明する。
まず、誘電体層20となるべきセラミックグリーンシートを準備する。セラミックグリーンシートには、上述した誘電体セラミック材料を含むセラミック原料の他、バインダ及び溶剤等が含まれる。セラミックグリーンシートには、Mgが実質的に含まれないことが好ましい。セラミックグリーンシートは、例えば、キャリアフィルム上で、ダイコータ、グラビアコータ、マイクログラビアコータ等を用いて成形される。
図9A、図9B及び図9Cは、セラミックグリーンシートの一例を模式的に示す平面図である。
図9A、図9B及び図9Cには、それぞれ、内層部30を形成するための第1のセラミックグリーンシート101、内層部30を形成するための第2のセラミックグリーンシート102、及び、第1の外層部31又は第2の外層部32を形成するための第3のセラミックグリーンシート103を示している。
図9A、図9B及び図9Cでは、第1のセラミックグリーンシート101、第2のセラミックグリーンシート102及び第3のセラミックグリーンシート103は積層セラミックコンデンサ1ごとに切り分けられていない。図9A、図9B及び図9Cには、積層セラミックコンデンサ1ごとに切り分ける際の切断線X及びYが示されている。切断線Xは長さ方向に平行であり、切断線Yは幅方向に平行である。
図9Aに示すように、第1のセラミックグリーンシート101には、第1の内部電極層21に対応する未焼成の第1の内部電極層121が形成されている。図9Bに示すように、第2のセラミックグリーンシート102には、第2の内部電極層22に対応する未焼成の第2の内部電極層122が形成されている。図9Cに示すように、第1の外層部31又は第2の外層部32に対応する第3のセラミックグリーンシート103には、未焼成の第1の内部電極層121又は第2の内部電極層122は形成されていない。
第1の内部電極層121及び第2の内部電極層122は、例えば、Niを主成分とする導電性ペーストを用いて形成することができる。上述した障壁部61及びNi−Sn反応層62を形成するために、導電性ペーストには、さらにSnが含まれている。導電性ペーストによる第1の内部電極層121及び第2の内部電極層122の形成には、例えば、スクリーン印刷法、グラビア印刷法等の方法を用いることができる。
第1の内部電極層121及び第2の内部電極層122は、切断線Yによって仕切られた長さ方向に隣接する2つの領域にわたって配置され、幅方向に帯状に延びている。第1の内部電極層121と第2の内部電極層122とでは、切断線Yによって仕切られた領域1列ずつ長さ方向にずらされている。つまり、第1の内部電極層121の中央を通る切断線Yが第2の内部電極層122の間の領域を通り、第2の内部電極層122の中央を通る切断線Yが第1の内部電極層121の間の領域を通っている。
その後、第1のセラミックグリーンシート101、第2のセラミックグリーンシート102及び第3のセラミックグリーンシート103を積層することにより、マザーブロックを作製する。
図10は、マザーブロックの一例を模式的に示す分解斜視図である。
図10では、説明の便宜上、第1のセラミックグリーンシート101、第2のセラミックグリーンシート102及び第3のセラミックグリーンシート103を分解して示している。実際のマザーブロック104では、第1のセラミックグリーンシート101、第2のセラミックグリーンシート102及び第3のセラミックグリーンシート103が静水圧プレス等の手段により圧着されて一体化されている。
図10に示すマザーブロック104では、内層部30に対応する第1のセラミックグリーンシート101及び第2のセラミックグリーンシート102が積層方向に交互に積層されている。さらに、交互に積層された第1のセラミックグリーンシート101及び第2のセラミックグリーンシート102の積層方向の上下面に、第1の外層部31及び第2の外層部32に対応する第3のセラミックグリーンシート103が積層されている。なお、図10では、第3のセラミックグリーンシート103がそれぞれ3枚ずつ積層されているが、第3のセラミックグリーンシート103の枚数は適宜変更可能である。
得られたマザーブロック104を切断線X及びY(図9A、図9B及び図9C参照)に沿って切断することにより、複数のグリーンチップを作製する。この切断には、例えば、ダイシング、押切り、レーザカット等の方法が適用される。
図11は、グリーンチップの一例を模式的に示す斜視図である。
図11に示すグリーンチップ110は、未焼成の状態にある複数の誘電体層120と複数対の第1の内部電極層121及び第2の内部電極層122とをもって構成された積層構造を有している。グリーンチップ110の第1の側面113及び第2の側面114は切断線Xに沿う切断によって現れた面であり、第1の端面115及び第2の端面116は切断線Yに沿う切断によって現れた面である。第1の側面113及び第2の側面114には、第1の内部電極層121及び第2の内部電極層122が露出している。また、第1の端面115には、第1の内部電極層121のみが露出し、第2の端面116には、第2の内部電極層122のみが露出している。
得られたグリーンチップ110の第1の側面113及び第2の側面114に、未焼成のサイドマージン部を形成することにより、未焼成の積層体を作製する。未焼成のサイドマージン部は、例えば、グリーンチップの第1の側面及び第2の側面に、サイドマージン部用セラミックグリーンシートを貼り付けることにより形成される。
例えば、Ba及びTiを含むペロブスカイト型化合物を主成分とする誘電体セラミック材料を含むセラミック原料の他、バインダ及び溶剤等を含むサイドマージン部用セラミックスラリーを作製する。サイドマージン部用セラミックスラリーには、Mgが含まれていることが好ましい。
樹脂フィルムの表面に、サイドマージン部用セラミックスラリーを塗布し、乾燥することにより、サイドマージン部用セラミックグリーンシートが形成される。その後、樹脂フィルムから、サイドマージン部用セラミックグリーンシートを剥離する。
続いて、サイドマージン部用セラミックグリーンシートとグリーンチップ110の第1の側面113を対向させ、押し付けて打ち抜くことにより、未焼成の第1のサイドマージン部41が形成される。さらに、グリーンチップ110の第2の側面114についても、サイドマージン部用セラミックグリーンシートを対向させ、押し付けて打ち抜くことにより、未焼成の第2のサイドマージン部42が形成される。このとき、グリーンチップの側面には、予め、接着剤となる有機溶剤を塗布しておくことが好ましい。以上により、未焼成の積層体が得られる。
図12は、未焼成のサイドマージン部が形成されたグリーンチップの一例を模式的に示す拡大断面図である。
図12では、グリーンチップ110の第1の側面113には、未焼成の第1のサイドマージン部141が形成されている。図12に示すように、グリーンチップ110の第1の側面113側において、未焼成の第1の内部電極層121及び未焼成の第2の内部電極層122の端面の位置は、未焼成の誘電体層120の端面の位置と同じであることが好ましいが、未焼成の誘電体層120の端面に対して内側に位置してもよい。
図示しないが、グリーンチップ110の第2の側面114には、未焼成の第2のサイドマージン部142が形成されている。グリーンチップ110の第2の側面114側において、未焼成の第1の内部電極層121及び未焼成の第2の内部電極層122の端面の位置は、未焼成の誘電体層120の端面の位置と同じであることが好ましいが、未焼成の誘電体層120の端面に対して幅方向の内側に位置してもよい。
上記の方法によって得られた未焼成の積層体に対して、バレル研磨等を施すことが好ましい。未焼成の積層体を研磨することにより、焼成後の積層体10の角部及び稜線部に丸みが付けられる。
未焼成の積層体に対して、例えば、窒素雰囲気中、所定の条件で脱脂処理を行った後、窒素−水素−水蒸気混合雰囲気中、所定の温度で焼成する。これにより、焼結した積層体10(図2参照)が得られる。
誘電体層20と第1の内部電極層21及び第2の内部電極層22との収縮率の違いから、第1の内部電極層21の幅方向端部と第1のサイドマージン部41との間、第2の内部電極層22の幅方向端部と第1のサイドマージン部41との間、第1の内部電極層21の幅方向端部と第2のサイドマージン部42との間、又は、第2の内部電極層22の幅方向端部と第2のサイドマージン部42との間のうち、少なくとも1つには、図5に示す空隙部60が形成される。
さらに、導電性ペーストに含まれるSnがNiに固溶することにより、第1の内部電極層21の幅方向端部と第1のサイドマージン部41との間、第2の内部電極層22の幅方向端部と第1のサイドマージン部41との間、第1の内部電極層21の幅方向端部と第2のサイドマージン部42との間、又は、第2の内部電極層22の幅方向端部と第2のサイドマージン部42との間のうち、少なくとも1つには、図5に示す障壁部61が形成される。
また、図5に示すように、第1の内部電極層21又は第2の内部電極層22と誘電体層20との界面には、Ni−Sn反応層62が形成されてもよい。
得られた積層体10の第1の端面15に第1の外部電極51を形成し、第2の端面16に第2の外部電極52を形成する。以上により、積層セラミックコンデンサ1が製造される。
なお、未焼成のサイドマージン部は、グリーンチップの両側面に、サイドマージン部用セラミックグリーンシートを貼り付けることによって形成してもよいし、サイドマージン部用セラミックスラリーを塗布することによって形成してもよい。
サイドマージン部用セラミックスラリーを塗布することにより未焼成のサイドマージン部を形成する場合、グリーンチップの両側面に、サイドマージン部用セラミックスラリーがそれぞれ塗布され、乾燥される。
また、サイドマージン部は、グリーンチップの両端面を樹脂等でマスクした上で、このグリーンチップを丸ごとサイドマージン部用セラミックスラリー内にディッピングすることで形成してもよい。
上述した実施形態では、マザーブロック104を切断線X及びYに切断して複数のグリーンチップを得てから、グリーンチップの両側面に未焼成のサイドマージン部を形成していたが、以下のように変更することも可能である。
すなわち、マザーブロックを切断線Xのみに沿って切断することによって、切断線Xに沿う切断によって現れた側面に第1の内部電極層及び第2の内部電極層が露出した、複数の棒状のグリーンブロック体を得てから、グリーンブロック体の両側面に未焼成のサイドマージン部を形成した後、切断線Yに切断して複数の未焼成の積層体を得て、その後、未焼成の積層体を焼成してもよい。焼成後は、前述の実施形態と同様の工程を行うことによって、積層セラミックコンデンサを製造することができる。
1 積層セラミックコンデンサ
10 積層体
11 第1の主面
12 第2の主面
13 第1の側面
14 第2の側面
15 第1の端面
16 第2の端面
20 誘電体層
21 第1の内部電極層
22 第2の内部電極層
30 内層部
31 第1の外層部
32 第2の外層部
41 第1のサイドマージン部
42 第2のサイドマージン部
51 第1の外部電極
52 第2の外部電極
60 空隙部
61 障壁部
62 Ni−Sn反応層
101 第1のセラミックグリーンシート
102 第2のセラミックグリーンシート
103 第3のセラミックグリーンシート
104 マザーブロック
110 グリーンチップ
113 グリーンチップの第1の側面
114 グリーンチップの第2の側面
115 グリーンチップの第1の端面
116 グリーンチップの第2の端面
120 未焼成の誘電体層
121 未焼成の第1の内部電極層
122 未焼成の第2の内部電極層
141 未焼成の第1のサイドマージン部
X、Y 切断線

Claims (17)

  1. 積層方向に積層された複数の誘電体層と複数の内部電極層とを含み、前記積層方向において相対する第1の主面及び第2の主面と、前記積層方向に直交する幅方向において相対する第1の側面及び第2の側面と、前記積層方向及び前記幅方向に直交する長さ方向において相対する第1の端面及び第2の端面とを有する積層体と、
    前記第1の端面上又は前記第2の端面上に配置され、かつ、前記内部電極層と接続される一対の外部電極と、を備える積層セラミックコンデンサであって、
    前記積層体は、前記内部電極層が前記誘電体層を介して対向している内層部と、前記第1の主面と前記内層部との間に配置される第1の外層部と、前記第2の主面と前記内層部との間に配置される第2の外層部と、前記第1の側面と前記内層部、前記第1の外層部及び前記第2の外層部との間に配置される第1のサイドマージン部と、前記第2の側面と前記内層部、前記第1の外層部及び前記第2の外層部との間に配置される第2のサイドマージン部とを有し、
    前記内部電極層の幅方向端部から、前記第1のサイドマージン部又は前記第2のサイドマージン部に向かって前記幅方向に厚みが漸減する障壁部が設けられ、
    前記内部電極層の幅方向端部と、前記障壁部と、前記第1のサイドマージン部又は前記第2のサイドマージン部とで囲まれた空隙部が設けられ、
    前記障壁部には、Ni及びSnが含まれる、積層セラミックコンデンサ。
  2. 前記積層体の長さ方向中央部において、前記積層体の前記積層方向及び前記幅方向を含む断面で見たとき、
    前記空隙部が存在する前記内部電極層の枚数は、前記内部電極層の合計枚数に対して20%以上90%以下である、請求項1に記載の積層セラミックコンデンサ。
  3. 前記障壁部に含まれるSnの濃度は、前記内部電極層の幅方向端部から前記第1のサイドマージン部又は前記第2のサイドマージン部に向かって低くなる、請求項1又は2に記載の積層セラミックコンデンサ。
  4. 前記積層体の長さ方向中央部において、前記積層体の前記積層方向及び前記幅方向を含む断面で見たとき、
    前記内部電極層の幅方向端部に位置する前記誘電体層に含まれるMgのTiに対するモル比は、該誘電体層の幅方向中央部に含まれるMgのTiに対するモル比より多い、請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  5. 前記積層体の長さ方向中央部において、前記積層体の前記積層方向及び前記幅方向を含む断面で見たとき、
    前記内部電極層の少なくとも1枚は、連続性が90%以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  6. 前記内部電極層はNiを含み、
    前記内部電極層と前記誘電体層との界面にNi−Sn反応層が形成され、
    前記Ni−Sn反応層は、前記内部電極層の前記幅方向の寸法の50.0%以上100.0%以下の長さで直線状に連続して形成され、
    前記誘電体層の厚みに対する前記Ni−Sn反応層の厚みの比率が0.0035以上0.06以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  7. 前記誘電体層の厚みは、0.33μm以上0.53μm以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  8. 前記積層方向の寸法が0.300mm±0.090mmであり、
    前記幅方向の寸法が0.300mm±0.090mmであり、
    前記長さ方向の寸法が0.600mm±0.090mmであり、
    前記誘電体層の枚数が100枚以上500枚以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  9. 前記積層方向の寸法が0.200mm±0.050mmであり、
    前記幅方向の寸法が0.200mm±0.050mmであり、
    前記長さ方向の寸法が0.400mm±0.050mmであり、
    前記誘電体層の枚数が50枚以上300枚以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  10. 前記積層方向の寸法が0.200mm±0.020mmであり、
    前記幅方向の寸法が0.200mm±0.020mmであり、
    前記長さ方向の寸法が0.400mm±0.020mmであり、
    前記誘電体層の枚数が50枚以上300枚以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  11. 前記積層方向の寸法が0.300mm±0.020mmであり、
    前記幅方向の寸法が0.200mm±0.020mmであり、
    前記長さ方向の寸法が0.400mm±0.020mmであり、
    前記誘電体層の枚数が50枚以上300枚以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  12. 前記積層方向の寸法が0.300mm±0.050mmであり、
    前記幅方向の寸法が0.200mm±0.050mmであり、
    前記長さ方向の寸法が0.400mm±0.050mmであり、
    前記誘電体層の厚みが0.48μm±0.10μmであり、
    前記誘電体層の枚数が100枚以上500枚以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  13. 前記積層方向の寸法が0.300mm±0.050mmであり、
    前記幅方向の寸法が0.300mm±0.050mmであり、
    前記長さ方向の寸法が0.400mm±0.050mmであり、
    前記誘電体層の枚数が100枚以上500枚以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  14. 前記積層方向の寸法が0.250mm±0.025mmであり、
    前記幅方向の寸法が0.250mm±0.025mmであり、
    前記長さ方向の寸法が0.500mm±0.025mmであり、
    前記誘電体層の枚数が100枚以上500枚以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  15. 前記積層方向の寸法が0.500mm±0.050mmであり、
    前記幅方向の寸法が0.500mm±0.050mmであり、
    前記長さ方向の寸法が0.800mm±0.050mmであり、
    前記誘電体層の厚みが0.48μm±0.10μmであり、
    前記誘電体層の枚数が200枚以上1000枚以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  16. 前記積層方向の寸法が0.600mm±0.050mmであり、
    前記幅方向の寸法が0.450mm±0.050mmであり、
    前記長さ方向の寸法が0.750mm±0.050mmであり、
    前記誘電体層の厚みが0.48μm±0.10μmであり、
    前記誘電体層の枚数が200枚以上1000枚以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  17. 前記積層方向の寸法が0.500mm±0.200mmであり、
    前記幅方向の寸法が0.500mm±0.200mmであり、
    前記長さ方向の寸法が1.000mm±0.200mmであり、
    前記誘電体層の厚みが0.48μm±0.10μmであり、
    前記誘電体層の枚数が200枚以上1000枚以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層セラミックコンデンサ。
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