JP2022125694A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化が図られながら高容量と信頼性の両立を実現することができる積層セラミックコンデンサを提供する。【解決手段】第１の誘電体セラミック層の積層方向に対応する厚みは０．４８μｍ以上０．５０μｍ以下であり、付加誘電体セラミック層の幅方向に対応する厚みは１０μｍ以上１５μｍ以下であり、第１の誘電体セラミック層の積層方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子の個数は３個以上６個以下であり、付加誘電体セラミック層の幅方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子の個数は１００個以上１５０個以下であり、第１の誘電体セラミック層の積層方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子の個数と、付加誘電体セラミック層の幅方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子の個数との比は１：２３．０８以上４６．１５以下である。【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と、この積層体の両端部に配置された外部電極と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、積層体の側面を保護し、側面の内部電極層が外部電極層に接続することを防止するなどの機能を備えたサイドマージン部を備える積層セラミックコンデンサが知られている（例えば、特許文献１）。
高容量の積層セラミックコンデンサを得るためには、誘電体セラミック層の薄層化および積層数を増やすことが必要とされる一方、積層セラミックコンデンサの小型化及び薄型化も要求されている。しかし、小型化のためにサイドマージン部の厚みを薄くすると耐湿性の低下による信頼性の低下が懸念され、高容量と信頼性の両立が困難になる。
本発明は、小型化が図られながら高容量と信頼性の両立を実現することができる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、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、を有するとともに、前記内部電極層が前記誘電体セラミック層を介して交互に積層される内層部と、前記内層部を前記積層方向に挟むように配置される外層部と、を有し、前記誘電体セラミック層は、前記内層部において前記内部電極層の間に積層される第１の誘電体セラミック層と、前記外層部を構成する第２の誘電体セラミック層と、を含み、前記第１の側面及び前記第２の側面に、前記内層部及び前記外層部を前記幅方向に挟むように付加誘電体セラミック層が配置された積層セラミックコンデンサにおいて、前記第１の誘電体セラミック層の前記積層方向に対応する厚みは、０．４８μｍ以上０．５０μｍ以下であり、前記付加誘電体セラミック層の前記幅方向に対応する厚みは、１０μｍ以上１５μｍ以下であり、前記第１の誘電体セラミック層の前記積層方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子の個数は、３個以上６個以下であり、前記付加誘電体セラミック層の前記幅方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子の個数は、１００個以上１５０個以下であり、前記第１の誘電体セラミック層の前記積層方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子の個数と、前記付加誘電体セラミック層の前記幅方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子の個数との比は、１：２３．０８以上４６．１５以下である。
本発明によれば、小型化が図られながら高容量と信頼性の両立を実現することが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。
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している。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及び図５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及び図５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セラミック層１５と、を含んでいる。付加誘電体セラミック層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及び付加誘電体セラミック層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及び付加誘電体セラミック層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及び付加誘電体セラミック層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。
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。すなわち内層部１２Ａにおいては、複数の内部電極層１４が第１の誘電体セラミック層１３ａを介して交互に積層されている。
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セラミック層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となるセラミックグリーンシート等のセラミック材料及び内部電極層１４となる導電ペースト等の導電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、付加誘電体セラミック層１５となるセラミックグリーンシート等のセラミック材料が貼り付けられる。そして、積層体１２及び付加誘電体セラミック層１５となるそれらの材料が焼成され、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で示す部分の拡大図であり、内部電極層１４の幅（Ｗ）方向の一端部と、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セラミック層１５と、を示している。
第１の誘電体セラミック層１３ａは、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。また、付加誘電体セラミック層１５は、付加誘電体セラミック層１５の材料に由来する誘電体粒子３１を含んでいる。
本実施形態においては、第１の誘電体セラミック層１３ａの積層（Ｔ）方向に対応する厚みＴ１は、例えば０．４８μｍ以上０．５０μｍ以下である。一方、付加誘電体セラミック層１５の幅（Ｗ）方向に対応する厚みＴ２は、例えば１０μｍ以上１５μｍ以下である。
本実施形態においては、第１の誘電体セラミック層１３ａの積層（Ｔ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子２１の個数は、３個以上６個以下であることが好ましい。一方、付加誘電体セラミック層１５の幅（Ｗ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子３１の個数は、１００個以上１５０個以下であることが好ましい。
そして、第１の誘電体セラミック層１３ａの積層（Ｔ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子２１の個数と、付加誘電体セラミック層１５の幅（Ｗ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子３１の個数との比は、第１の誘電体セラミック層１３ａの積層（Ｔ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子２１の個数１に対して、付加誘電体セラミック層１５の幅（Ｗ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子３１の個数が２３．０８以上４６．１５以下、すなわち１：２３．０８以上４６．１５以下であることが好ましい。
例えば、付加誘電体セラミック層１５の厚みＴ２が１８０００ｎｍ、厚み方向の中央で、側面から中心に向かって直線を引き、直線上に配置される付加誘電体セラミック層１５に存在する誘電体粒子３１の平均粒子径が１３０ｎｍであった場合、付加誘電体セラミック層１５の厚み方向における誘電体粒子３１の個数は計算上１３８．４６２個となり、これに対する幅方向、厚み方向、長さ方向中央部で、積層方向に直線をひき、直線上の第１の誘電体セラミック層１３ａの厚み方向における個数が３以上６以下であると、両者の個数の比は、１：２３．０８以上４６．１５以下となる。
したがって本実施形態においては、第１の誘電体セラミック層１３ａに含まれる誘電体粒子２１の平均粒子径は、付加誘電体セラミック層１５に含まれる誘電体粒子３１の平均粒子径よりも大幅に大きい。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（体積Ｄ５０径）を意味する。
また、本実施形態においては、図５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０．５μｍ以下が好ましい。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。
本実施形態においては、第１の誘電体セラミック層１３ａ及び付加誘電体セラミック層１５の双方がＭｇを含む場合、付加誘電体セラミック層１５のＭｇの含有量は、第１の誘電体セラミック層１３ａが含有するＭｇの含有量よりも多いことが好ましい。また、第１の誘電体セラミック層１３ａがＭｇを含まない場合であっても、付加誘電体セラミック層１５はＭｇを含むことが好ましい。
Ｍｇは、誘電体セラミック層の焼成時における粒成長を阻害する作用を有する。そのため、誘電体セラミック層のＭｇの含有量を調整することによって、誘電体セラミック層の粒子の大きさが調整される。付加誘電体セラミック層１５のＭｇの含有量が、第１の誘電体セラミック層１３ａが含有するＭｇの含有量よりも多くされることによって、第１の誘電体セラミック層１３ａの積層（Ｔ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子２１の個数と、付加誘電体セラミック層１５の幅（Ｗ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子３１の個数との比が容易に調整される。
なお、本実施形態の積層セラミックコンデンサ１０は、全体の寸法が、例えば、長さ（Ｌ）方向において０．４０ｍｍ以上０．６０ｍｍ以下、幅（Ｗ）方向において０．２０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、積層（Ｔ）方向において０．２０ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下といった程度の小型に構成することができる。
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（Ｗ）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、を有するとともに、内部電極層１４が誘電体セラミック層１３を介して交互に積層される内層部１２Ａと、内層部１２Ａを積層（Ｔ）方向に挟むように配置される外層部１２Ｂと、を有し、誘電体セラミック層１３は、内層部１２Ａにおいて内部電極層１４の間に積層される第１の誘電体セラミック層１３ａと、外層部１２Ｂを構成する第２の誘電体セラミック層１３ｂと、を含み、第１の側面１７ｂ１及び第２の側面１７ｂ２に、内層部１２Ａ及び外層部１２Ｂを幅（Ｗ）方向に挟むように付加誘電体セラミック層１５が配置され、第１の誘電体セラミック層１３ａの積層（Ｔ）方向に対応する厚みＴ１は、０．４８μｍ以上０．５０μｍ以下であり、付加誘電体セラミック層１５の幅（Ｗ）方向に対応する厚みＴ２は、１０μｍ以上１５μｍ以下であり、第１の誘電体セラミック層１３ａの積層（Ｔ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子２１の個数は、３個以上６個以下であり、付加誘電体セラミック層１５の幅（Ｗ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子３１の個数は、１００個以上１５０個以下であり、第１の誘電体セラミック層１３ａの積層（Ｔ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子２１の個数と、付加誘電体セラミック層１５の幅（Ｗ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子３１の個数との比は、１：２３．０８以上４６．１５以下である。
これにより、第１の誘電体セラミック層１３ａに含まれる誘電体粒子２１が大径となることによる高容量化が図られる。一方、付加誘電体セラミック層１５に含まれる誘電体粒子３１は小径となることから全体の表面積が大きくなり、その表面積を形成する界面も大きくなるため耐湿性が向上する。これらの結果、小型化が図られながら高容量と信頼性の両立を実現することができる。
（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、第１の誘電体セラミック層１３ａに含まれる誘電体粒子２１の平均粒子径は、付加誘電体セラミック層１５に含まれる誘電体粒子３１の平均粒子径よりも大きい。
これにより、高容量化が図られる。
これにより、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、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、０．５μｍ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に付加誘電体セラミック層１５を貼り付けて形成する場合、付加誘電体セラミック層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。
（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、付加誘電体セラミック層１５はＭｇを含み、付加誘電体セラミック層１５のＭｇの含有量は、第１の誘電体セラミック層１３ａが含有するＭｇの含有量よりも多いことが好ましい。
これにより、第１の誘電体セラミック層１３ａの積層（Ｔ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子２１の個数と、付加誘電体セラミック層１５の幅（Ｗ）方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子３１の個数との比が容易に調整される。
（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、全体の寸法が、長さ（Ｌ）方向において０．４０ｍｍ以上０．６０ｍｍ以下、幅（Ｗ）方向において０．２０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、積層（Ｔ）方向において０．２０ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下である寸法に構成することができる。
これにより、小型化が図られながら高容量と信頼性の両立を実現することができる。
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
１２Ａ 内層部
１２Ｂ 外層部
１３ 誘電体セラミック層
１３ａ 第１の誘電体セラミック層
１３ｂ 第２の誘電体セラミック層
１４ 内部電極層
１４ａ 内部電極層の幅方向の端縁
１５ 付加誘電体セラミック層
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 第１の誘電体セラミック層の誘電体粒子
３１ 付加誘電体セラミック層の誘電体粒子
１２ 積層体
１２Ａ 内層部
１２Ｂ 外層部
１３ 誘電体セラミック層
１３ａ 第１の誘電体セラミック層
１３ｂ 第２の誘電体セラミック層
１４ 内部電極層
１４ａ 内部電極層の幅方向の端縁
１５ 付加誘電体セラミック層
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 第１の誘電体セラミック層の誘電体粒子
３１ 付加誘電体セラミック層の誘電体粒子
Claims (5)
- 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、
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、を有するとともに、前記内部電極層が前記誘電体セラミック層を介して交互に積層される内層部と、前記内層部を前記積層方向に挟むように配置される外層部と、を有し、
前記誘電体セラミック層は、前記内層部において前記内部電極層の間に積層される第１の誘電体セラミック層と、前記外層部を構成する第２の誘電体セラミック層と、を含み、
前記第１の側面及び前記第２の側面に、前記内層部及び前記外層部を前記幅方向に挟むように付加誘電体セラミック層が配置された積層セラミックコンデンサにおいて、
前記第１の誘電体セラミック層の前記積層方向に対応する厚みは、０．４８μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
前記付加誘電体セラミック層の前記幅方向に対応する厚みは、１０μｍ以上１５μｍ以下であり、
前記第１の誘電体セラミック層の前記積層方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子の個数は、３個以上６個以下であり、
前記付加誘電体セラミック層の前記幅方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子の個数は、１００個以上１５０個以下であり、
前記第１の誘電体セラミック層の前記積層方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子の個数と、前記付加誘電体セラミック層の前記幅方向に対応する厚み方向に存在する誘電体粒子の個数との比は、１：２３．０８以上４６．１５以下である、積層セラミックコンデンサ。 - 前記第１の誘電体セラミック層に含まれる誘電体粒子の平均粒子径は、前記付加誘電体セラミック層に含まれる誘電体粒子の平均粒子径よりも大きい、請求項１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、０．５μｍ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。
- 前記付加誘電体セラミック層はＭｇを含み、前記付加誘電体セラミック層のＭｇの含有量は、前記第１の誘電体セラミック層が含有するＭｇの含有量よりも多い、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。
- 全体の寸法が、前記長さ方向において０．４０ｍｍ以上０．６０ｍｍ以下、前記幅方向において０．２０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、前記積層方向において０．２０ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下である、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。
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