JP2022114084A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】内部電極層間のショートを十分に抑制することができ、高い信頼性を備えた積層セラミックコンデンサを提供する。【解決手段】誘電体セラミック層１３及び内部電極層１４を含む積層体１２と、内部電極層１４に接続される外部電極１６と、を備え、積層体１２は、積層方向において相対する第１の主面１７ａ１及び第２の主面１７ａ２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１７ｂ１及び第２の側面１７ｂ２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１７ｃ１及び第２の端面１７ｃ２と、を有し、内部電極層１４の幅方向の端部の近傍に、Ｓｉを主成分とするシリカが偏析し、誘電体セラミック層１３における内部電極層１４の幅方向端部の近傍に存在する誘電体粒子２１の平均粒子径は、誘電体セラミック層１３における内部電極層１４の幅方向中央部の近傍に存在する誘電体粒子２１の平均粒子径よりも小さい。【選択図】図４
Description
本発明は、積層セラミックコンデンサに関する。
従来、誘電体セラミック層と内部電極層とを多層化した積層体を備えた積層セラミックコンデンサが知られている。このような積層セラミックコンデンサにおいては、誘電体セラミック層の薄層化及び積層数の増加により、高容量を実現できるとされている。
例えば特許文献１には、誘電体セラミック層を形成する誘電体粒子における内部電極層と平行な方向の平均粒子径を、誘電体セラミック層の厚みよりも大きくすることにより、静電容量の増大が図られるとされた積層セラミックコンデンサが記載されている。
積層セラミックコンデンサにおいては、側面の内部電極層の間でショートが発生しやすい。
本発明は、内部電極層間のショートを十分に抑制することができ、高い信頼性を備えた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る誘電体セラミック層及び内部電極層を含む積層体と、前記内部電極層に接続される外部電極と、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、を有し、前記内部電極層の前記幅方向の端部の近傍に、Ｓｉを主成分とする偏析が存在し、前記誘電体セラミック層における前記内部電極層の前記幅方向端部の近傍に存在する誘電体粒子の平均粒子径は、前記誘電体セラミック層における前記内部電極層の前記幅方向中央部の近傍に存在する誘電体粒子の平均粒子径よりも小さい。
本発明によれば、内部電極層間のショートを十分に抑制することができ、高い信頼性を備えた積層セラミックコンデンサを提供することができる。
以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１０の概略斜視図である。図２は、図１に示すII－II線に沿った断面図である。図３は、図１に示すIII－III線に沿った断面図である。
図１は、実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１０の概略斜視図である。図２は、図１に示すII－II線に沿った断面図である。図３は、図１に示すIII－III線に沿った断面図である。
図１に示すように、実施形態の積層セラミックコンデンサ１０は、全体として略直方体形状を有する電子部品である。この積層セラミックコンデンサ１０は、素体部１１と、一対の外部電極１６と、を備えている。
図１ないし図３において、矢印Ｔは、積層セラミックコンデンサ１０及び素体部１１の積層方向を示している。図１及び図２において、矢印Ｌは、積層セラミックコンデンサ１０及び素体部１１の、積層（Ｔ）方向に直交する長さ方向を示している。図１及び図３において、矢印Ｗは、積層セラミックコンデンサ１０及び素体部１１の、積層（Ｔ）方向及び長さ（Ｌ）方向に直交する幅方向を示している。
なお、図４ないし図７においても、積層（Ｔ）方向及び幅（Ｗ）方向を示している。
なお、図４ないし図７においても、積層（Ｔ）方向及び幅（Ｗ）方向を示している。
図１及び図２に示すように、一対の外部電極１６は、素体部１１の長さ（Ｌ）方向の両端部の外表面を覆うように互いに離間して設けられている。一対の外部電極１６は、それぞれ導電膜により構成されている。
一対の外部電極１６は、例えば焼結金属層とめっき層との積層膜により構成される。焼結金属層は、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｇ－Ｐｄ合金、Ａｕ等のペーストを焼き付けることで形成される。めっき層は、例えばＮｉめっき層とこれを覆うＳｎめっき層とにより構成される。めっき層は、これに代えてＣｕめっき層やＡｕめっき層であってもよい。また、一対の外部電極１６は、めっき層のみによって構成されていてもよい。さらには、一対の外部電極１６として、導電性樹脂ペーストを利用することも可能である。
図２及び図３に示すように、素体部１１は、積層（Ｔ）方向に沿って交互に積層された複数の誘電体セラミック層１３及び内部電極層１４からなる積層体１２と、積層体１２の幅（Ｗ）方向両側の側面を覆う一対の付加誘電体部１５と、を含んでいる。付加誘電体部１５は、サイドギャップ部と称されることもある。積層体１２は、積層セラミックコンデンサ１０及び素体部１１と同一の方向である積層（Ｔ）方向、長さ（Ｌ）方向及び幅（Ｗ）方向を有する。
誘電体セラミック層１３及び付加誘電体部１５は、例えばチタン酸バリウムを主成分とするセラミックス材料が焼成されて形成される。誘電体セラミック層１３及び付加誘電体部１５は、他の高誘電率のセラミックス材料（例えば、ＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＣａＺｒＯ３等を主成分とするもの）により形成されていてもよい。誘電体セラミック層１３及び付加誘電体部１５を形成するセラミック材料には、例えば組成を調整することを目的として、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｃｕ、希土類、Ｎｉ及びＡｌ等の添加剤が含まれる。
内部電極層１４は、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｇ－Ｐｄ合金、Ａｕ等に代表される金属材料により形成される。内部電極層１４は、これらの金属材料に限られず、他の導電材料で形成されてもよい。
図２に示すように、積層（Ｔ）方向に沿って誘電体セラミック層１３を挟んで隣り合う一対の内部電極層１４のうちの一方は、積層セラミックコンデンサ１０の内部において一対の外部電極１６のうちの一方に電気的に接続されており、積層（Ｔ）方向に沿って誘電体セラミック層１３を挟んで隣り合う一対の内部電極層１４のうちの他方は、積層セラミックコンデンサ１０の内部において一対の外部電極１６のうちの他方に電気的に接続されている。これにより、一対の外部電極１６間は、複数のコンデンサ要素が電気的に並列に接続された構造となっている。
図２及び図３に示すように、誘電体セラミック層１３は、内部電極層１４の間に挟まれた複数の第１の誘電体セラミック層１３ａと、積層（Ｔ）方向の両端に配置され、第１の誘電体セラミック層１３ａよりも厚みの大きい一対の第２の誘電体セラミック層１３ｂと、を有する。第１の誘電体セラミック層の厚みは、例えば０．４μｍ以上０．５３μｍ以下であると好ましい。
図２及び図３に示すように、積層体１２は、複数の内部電極層１４のそれぞれが第１の誘電体セラミック層１３ａを介して対向している内層部１２Ａと、内層部１２Ａを積層（Ｔ）方向に挟むように配設された一対の外層部１２Ｂと、を有する。
また、積層体１２は、積層（Ｔ）方向において相対する第１の主面１７ａ１及び第２の主面１７ａ２と、幅（Ｗ）方向において相対する第１の側面１７ｂ１及び第２の側面１７ｂ２と、長さ（Ｌ）方向において相対する第１の端面１７ｃ１及び第２の端面１７ｃ２と、を有する。
積層体１２の第１の端面１７ｃ１及び第２の端面１７ｃ２においては、外部電極１６に接続されるべき内部電極層１４の長さ（Ｌ）方向における片側の端面が露出している。一方、積層体１２の第１の側面１７ｂ１及び第２の側面１７ｂ２においては、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向の両側の端面が露出している。
図３に示すように、積層体１２の第１の側面１７ｂ１及び第２の側面１７ｂ２には、第１の側面１７ｂ１及び第２の側面１７ｂ２のそれぞれを覆うように付加誘電体部１５が形成されている。
実施形態の積層セラミックコンデンサ１０は、例えば、誘電体セラミック層１３及び内部電極層１４となる材料が積層されて積層体１２が形成され、その積層体１２の第１の側面１７ｂ１及び第２の側面１７ｂ２に、付加誘電体部１５となる材料が貼り付けられる。そして、積層体１２及び付加誘電体部１５となる各材料が焼成され、この後、外部電極１６が焼き付けやめっき等により形成されて、積層セラミックコンデンサ１０が製造される。
図４は、図３のIVで示す部分、すなわち内部電極層１４の幅（Ｗ）方向の端部付近の拡大図であり、内部電極層１４と、内部電極層１４の間に配置された第１の誘電体セラミック層１３ａと、内部電極層１４及び第１の誘電体セラミック層１３ａの第２の側面１７ｂ２に接触する状態に配置された付加誘電体部１５と、を示している。図５は、図３のＶで示す部分、すなわち内部電極層１４の幅（Ｗ）方向中央部付近の拡大図であり、内部電極層１４と、内部電極層１４の間に配置された第１の誘電体セラミック層１３ａと、を示している。第１の誘電体セラミック層１３ａは、当該第１の誘電体セラミック層１３ａの材料に由来する誘電体粒子２１を含んでいる。
本実施形態では、図４に示すように、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向の端部の近傍であって第１の誘電体セラミック層１３ａとの界面に、Ｓｉを主成分とするシリカ３１が偏析している。シリカ３１は、第１の誘電体セラミック層１３ａに含まれる元素の１つであって、添加剤のＳｉに由来するＳｉＯ２によって構成される。シリカ３１の偏析は、第１の誘電体セラミック層１３ａに含まれるＳｉが、第１の誘電体セラミック層１３ａの焼成時に内部電極層１４側に移動することにより生じる。
なお、本明細書において、近傍とは、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向の端部から３５μｍ以内の領域を意味する。
なお、本明細書において、近傍とは、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向の端部から３５μｍ以内の領域を意味する。
なお、図示は省略するが、図４に示す内部電極層１４の幅（Ｗ）方向の逆側、すなわち第１の側面１７ｂ１側においても、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向の端部の近傍であって第１の誘電体セラミック層１３ａとの界面にも、図４と同様にシリカ３１が偏析している。
なお、シリカ３１は、幅（Ｗ）方向端部において、内部電極層１４と第１の誘電体セラミック層１３ａとの界面のみならず、内部電極層１４と付加誘電体部１５との界面に偏析していてもよい。
なお、シリカ３１は、幅（Ｗ）方向端部において、内部電極層１４と第１の誘電体セラミック層１３ａとの界面のみならず、内部電極層１４と付加誘電体部１５との界面に偏析していてもよい。
また、図４及び図５を比較して明らかなように、第１の誘電体セラミック層１３ａにおいて、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向端部の近傍に存在する誘電体粒子２１の平均粒子径は内部電極層１４の幅（Ｗ）方向中央部の近傍に存在する誘電体粒子２１の平均粒子径よりも小さい。
なお、本明細書において、平均粒子径とは、所定の領域内において走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による画像解析を行った際の積算個数分布が５０％の円相当粒子径を意味する。
なお、本明細書において、平均粒子径とは、所定の領域内において走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による画像解析を行った際の積算個数分布が５０％の円相当粒子径を意味する。
本実施形態においては、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向中央部の近傍に存在する第１の誘電体セラミック層１３ａの誘電体粒子２１の平均粒子径は、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向端部の近傍に存在する第１の誘電体セラミック層１３ａの誘電体粒子２１の平均粒子径の、例えば１．９倍以上２．６倍以下が好ましく、１．９倍以上２．３倍以下であればより好ましい。
あるいは、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向端部の近傍に存在する第１の誘電体セラミック層１３ａの誘電体粒子２１の幅方向寸法と、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向中央部の近傍に存在する第１の誘電体セラミック層１３ａの誘電体粒子２１の幅方向寸法との比が、１：８～６３であってもよい。
また、本実施形態においては、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向端部の近傍に存在する第１の誘電体セラミック層１３ａの誘電体粒子２１の数が、内部電極層１４の幅方向中央部の近傍に存在する第１の誘電体セラミック層１３ａの誘電体粒子２１の数の、例えば２．０倍以上２．５倍以下が好ましく、２．０倍以上２．２倍以下であればより好ましい。
本実施形態においては、図６に示すように、外層部１２Ｂを構成する第２の誘電体セラミック層１３ｂにおける内部電極層１４の近傍に、シリカ３２が偏析している形態を含む。外層部１２Ｂは内層部１２Ａの積層（Ｔ）方向両端に配置されているが、少なくとも一方、あるいは双方の外層部１２Ｂにおいて、第２の誘電体セラミック層１３ｂにおける内部電極層１４の近傍に、シリカ３２が偏析していてよい。
また、本実施形態においては、図７に示すように、積層体１２の第２の側面１７ｂ２を構成する全ての内部電極層１４の端縁１４ａの、幅（Ｗ）方向への最大ずれ量は、例えば５μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以下である。積層体１２の第１の側面１７ｂ１側においても同様であって、内部電極層１４の端縁の幅（Ｗ）方向の最大ずれ量は０．５μｍ以下とされる。
なお、ここでいう最大ずれ量とは、幅（Ｗ）方向外側の端縁１４ａが最も幅（Ｗ）方向内側にある内部電極層１４（図７で１４Ｅ）の端縁１４ａと、幅（Ｗ）方向外側の端縁１４ａが最も幅（Ｗ）方向外側にある内部電極層１４（図７で１４Ｆ）の端縁１４ａとの幅（Ｗ）方向の差Ｄである。
以上説明した本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１０によれば、以下の効果が奏される。
（１）本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１０においては、積層（Ｔ）方向に積層される誘電体セラミック層１３及び内部電極層１４を含む積層体１２と、内部電極層１４に接続される外部電極１６と、を備え、積層体１２は、積層（Ｔ）方向において相対する第１の主面１７ａ１及び第２の主面１７ａ２と、積層（Ｔ）方向に直交する幅（Ｗ）方向において相対する第１の側面１７ｂ１及び第２の側面１７ｂ２と、積層（Ｔ）方向及び幅方向に直交する長さ（Ｌ）方向において相対する第１の端面１７ｃ１及び第２の端面１７ｃ２と、を有し、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向の端部の近傍に、Ｓｉを主成分とする偏析としてシリカ３１の偏析が存在し、誘電体セラミック層１３における内部電極層１４の幅（Ｗ）方向端部の近傍に存在する誘電体粒子２１の平均粒子径は、誘電体セラミック層１３における内部電極層１４の幅（Ｗ）方向中央部の近傍に存在する誘電体粒子２１の平均粒子径よりも小さい。
これにより、シリカ３１が偏析した内部電極層１４の幅（Ｗ）方向の端部においては、シリカ３１による水分浸入抑止の効果を得られ、内部電極層１４間のショートが十分に抑制されて高い信頼性が確保される。
また、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向端部の近傍に存在する誘電体粒子２１全体の表面積が大きくなり、このため、その表面積を形成する界面に偏析するシリカ３１の面積が大きくなる。その結果、シリカ３１による水分浸入抑止の効果が顕著に得られ、内部電極層１４間のショートが十分に抑制されてより高い信頼性が確保される。
また、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向端部の近傍に存在する誘電体粒子２１全体の表面積が大きくなり、このため、その表面積を形成する界面に偏析するシリカ３１の面積が大きくなる。その結果、シリカ３１による水分浸入抑止の効果が顕著に得られ、内部電極層１４間のショートが十分に抑制されてより高い信頼性が確保される。
（２）本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１０においては、誘電体セラミック層１３における内部電極層１４の幅（Ｗ）方向中央部の近傍に存在する誘電体粒子２１の平均粒子径は、誘電体セラミック層１３における内部電極層１４の幅（Ｗ）方向端部の近傍に存在する誘電体粒子２１の平均粒子径の１．９倍以上２．６倍以下であることが好ましい。
これにより、幅（Ｗ）方向中央部の誘電体粒子２１の平均粒子径が幅（Ｗ）方向端部の誘電体粒子２１の平均粒子径よりも大きい状態が確保され、結果として高容量化が図られる。
（３）本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１０においては、誘電体セラミック層１３における内部電極層１４の幅（Ｗ）方向端部の近傍に存在する誘電体粒子２１の数が、誘電体セラミック層１３における内部電極層１４の幅（Ｗ）方向中央部の近傍に存在する誘電体粒子２１の数の２．０倍以上２．５倍以下であることが好ましい。
これにより、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向端部の近傍に存在する誘電体粒子２１全体の表面積が大きくなり、このため、その表面積を形成する界面に偏析するシリカ３１の面積が大きくなる。その結果、シリカ３１による水分浸入抑止の効果が顕著に得られ、内部電極層１４間のショートが十分に抑制されてより高い信頼性が確保される。
（４）本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１０においては、積層体１２における積層（Ｔ）方向の両側に、内部電極層１４に接する誘電体セラミックからなる外層部１２Ｂをそれぞれ有し、外層部１２Ｂにおける内部電極層１４の近傍に、シリカ３２が偏析していてもよい。
これにより、内層部１２Ａの積層（Ｔ）方向端部の内部電極層１４と外層部１２Ｂの誘電体セラミック層１３ｂとの界面に偏析するシリカ３２によって水分浸入抑止の効果が顕著に得られ、高い信頼性が確保される。
（５）本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１０においては、内部電極層１４の間に配置される第１の誘電体セラミック層１３ａの厚みは、０．４μｍ以上０．５３μｍ以下であると好ましい。
内部電極層１４の間に配置される第１の誘電体セラミック層１３ａの厚みが０．４μｍ以下であると絶縁抵抗性が保てなくなる可能性があり、信頼性が低下する。一方、０．５３μｍ以上の場合には静電容量が確保しにくい。したがって内部電極層１４の間に配置される第１の誘電体セラミック層１３ａの厚みが０．４μｍ以上０．５３μｍ以下であると、信頼性および静電容量が確保される。
（６）本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１０においては、積層体１２の第１の側面１７ｂ１及び第２の側面１７ｂ２を構成する内部電極層１４の幅（Ｗ）方向の端縁１４ａの、幅（Ｗ）方向への最大ずれ量が、５μｍ以下であると好ましい。
これにより、積層体１２の第１の側面１７ｂ１及び第２の側面１７ｂ２が平坦になり、第１の側面１７ｂ１及び第２の側面１７ｂ２に付加誘電体部１５を貼り付けて形成する場合、付加誘電体部１５を凹凸のない平坦な状態に貼り付けて形成することができる。
以上、実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に制限はされず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
１０ 積層セラミックコンデンサ
１２ 積層体
１２Ｂ 外層部
１３ 誘電体セラミック層
１４ 内部電極層
１６ 外部電極
１７ａ１ 第１の主面
１７ａ２ 第２の主面
１７ｂ１ 第１の側面
１７ｂ２ 第２の側面
１７ｃ１ 第１の端面
１７ｃ２ 第２の端面
２１ 誘電体粒子
３１ シリカ
１２ 積層体
１２Ｂ 外層部
１３ 誘電体セラミック層
１４ 内部電極層
１６ 外部電極
１７ａ１ 第１の主面
１７ａ２ 第２の主面
１７ｂ１ 第１の側面
１７ｂ２ 第２の側面
１７ｃ１ 第１の端面
１７ｃ２ 第２の端面
２１ 誘電体粒子
３１ シリカ
Claims (6)
- 積層方向に積層される誘電体セラミック層及び内部電極層を含む積層体と、
前記内部電極層に接続される外部電極と、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、を有し、
前記内部電極層の前記幅方向の端部の近傍に、Ｓｉを主成分とする偏析が存在し、
前記誘電体セラミック層における前記内部電極層の前記幅方向端部の近傍に存在する誘電体粒子の平均粒子径は、前記誘電体セラミック層における前記内部電極層の前記幅方向中央部の近傍に存在する誘電体粒子の平均粒子径よりも小さい、積層セラミックコンデンサ。 - 前記誘電体セラミック層における前記内部電極層の前記幅方向中央部の近傍に存在する誘電体粒子の平均粒子径は、前記誘電体セラミック層における前記内部電極層の前記幅方向端部の近傍に存在する誘電体粒子の平均粒子径の１．９倍以上２．６倍以下である、請求項１に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記誘電体セラミック層における前記内部電極層の前記幅方向端部の近傍に存在する誘電体粒子の数が、前記誘電体セラミック層における前記内部電極層の前記幅方向中央部の近傍に存在する誘電体粒子の数の２．０倍以上２．５倍以下である、請求項１または２に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記積層体における前記積層方向の両側に、前記内部電極層に接する誘電体セラミックからなる外層部をそれぞれ有し、前記外層部における前記内部電極層の近傍に、シリカが偏析している、請求項１～３のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記内部電極層の間に配置される前記誘電体セラミック層の厚みは、０．４μｍ以上０．５３μｍ以下である、請求項１～４のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記積層体の前記第１の側面及び前記第２の側面を構成する前記内部電極層の前記幅方向の端縁の、前記幅方向への最大ずれ量が、５μｍ以下である、請求項１～５のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。
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