JP2022129225A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】積層体にクラックが生じることを抑制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。【解決手段】積層セラミックコンデンサ1であって、第1の側面側下地電極層52Aの第2の端面LS2側の先端P1から、第1の側面側下地電極層52Aの長さ方向の寸法L1の10%の長さL2の位置P2までの第1の範囲R1において、第1の側面側下地電極層52Aにおけるガラス成分Gの存在割合は60%以上であり、第2の側面側下地電極層52Bの第1の端面LS1側の先端P3から、第2の側面側下地電極層52Bの長さ方向の寸法L1の10%の長さL2の位置P4までの第2の範囲R2において、第2の側面側下地電極層52Bにおけるガラス成分Gの存在割合が60%以上である。【選択図】図5A

Description

本発明は、積層セラミックコンデンサに関する。
従来、積層セラミックコンデンサが知られている。一般に、積層セラミックコンデンサは、チタン酸バリウムなどの誘電体セラミックスを含むセラミック焼結体を備える。このセラミック焼結体の内部には、セラミック層を介して重なり合うように複数の内部電極が配置されている。また、このセラミック焼結体の一方端面上および他方端面上には、内部電極に電気的に接続されるように外部電極が形成されている(例えば、特許文献1)。
特開平8-306580号公報
しかしながら、特許文献1に記載されているような積層セラミックコンデンサにおいては、熱膨張や衝撃等によって外部電極の先端部近傍のセラミック焼結体に応力がかかることがある。この場合、外部電極の先端部近傍を起点として、積層体としてのセラミック焼結体にクラックが生じるおそれがあった。
本発明の目的は、積層体にクラックが生じることを抑制することが可能な積層セラミックコンデンサを提供することである。
本発明に係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、高さ方向に相対する第1の側面および第2の側面と、前記高さ方向に直交する幅方向に相対する第3の側面および第4の側面と、前記高さ方向および前記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上に配置され、前記第1の端面に露出する第1の内部電極層と、前記複数の誘電体層上に配置され、前記第2の端面に露出する第2の内部電極層と、前記第1の内部電極層に接続され、前記第1の端面側に配置される第1の外部電極と、前記第2の内部電極層に接続され、前記第2の端面側に配置される第2の外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサであって、前記第1の外部電極は、金属成分およびガラス成分を有する第1の下地電極層と、前記第1の下地電極層上に配置される第1のめっき層とを有し、前記第2の外部電極は、金属成分およびガラス成分を有する第2の下地電極層と、前記第2の下地電極層上に配置される第2のめっき層とを有し、前記第1の下地電極層は、前記第1の端面上に配置される第1の端面側下地電極層と、4つの前記側面のうちの少なくとも1つの側面の前記第1の端面側の一部に配置される第1の側面側下地電極層と、を有し、前記第2の下地電極層は、前記第2の端面上に配置される第2の端面側下地電極層と、4つの前記側面のうちの少なくとも1つの側面の前記第2の端面側の一部に配置される第2の側面側下地電極層と、を有し、前記第1の側面側下地電極層の前記第2の端面側の先端から、前記第1の側面側下地電極層の前記長さ方向の寸法の10%の長さの位置までの第1の範囲において、前記第1の側面側下地電極層における前記ガラス成分の存在割合は60%以上であり、前記第2の側面側下地電極層の前記第1の端面側の先端から、前記第2の側面側下地電極層の前記長さ方向の寸法の10%の長さの位置までの第2の範囲において、前記第2の側面側下地電極層における前記ガラス成分の存在割合が60%以上である。
本発明によれば、積層体にクラックが生じることを抑制することが可能な積層セラミックコンデンサを提供することができる。
第1実施形態の積層セラミックコンデンサの外観斜視図である。 図1に示す積層セラミックコンデンサのII-II線に沿った断面図である。 図2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2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2に示す積層セラミックコンデンサのVA部の拡大図であって、外部電極の断面を模式的に示す拡大断面図である。 図2に示す積層セラミックコンデンサのVB部の拡大図であって、外部電極の断面を模式的に示す拡大断面図である。 上記実施形態の外部電極の断面のSEMによる顕微鏡画像である。 上記実施形態の外部電極の断面のEDXによるTiの元素マッピング画像である。 上記実施形態の外部電極の断面のEDXによるBaの元素マッピング画像である。 第2実施形態の積層セラミックコンデンサの外部電極の断面を模式的に示す拡大断面図であって、図5Aに対応する拡大断面図である。 2連構造の積層セラミックコンデンサを示す図である。 3連構造の積層セラミックコンデンサを示す図である。 4連構造の積層セラミックコンデンサを示す図である。
<第1実施形態>
以下、本開示の第1実施形態に係る積層セラミックコンデンサ1について説明する。図1は、本実施形態の積層セラミックコンデンサ1の外観斜視図である。図2は、図1の積層セラミックコンデンサ1のII-II線に沿った断面図である。図3は、図2の積層セラミックコンデンサ1のIII-III線に沿った断面図である。図4は、図2の積層セラミックコンデンサ1のIV-IV線に沿った断面図である。
積層セラミックコンデンサ1は、積層体10と、外部電極40と、を有する。
図1~図4には、XYZ直交座標系が示されている。積層セラミックコンデンサ1および積層体10の長さ方向Lは、X方向と対応している。積層セラミックコンデンサ1および積層体10の幅方向Wは、Y方向と対応している。積層セラミックコンデンサ1および積層体10の高さ方向Tは、Z方向と対応している。ここで、図2に示す断面はLT断面とも称される。図3に示す断面はWT断面とも称される。図4に示す断面はLW断面とも称される。
図1~図4に示すように、積層体10は、高さ方向Tに相対する第1の側面TS1および第2の側面TS2と、高さ方向Tに直交する幅方向Wに相対する第3の側面WS1および第4の側面WS2と、高さ方向Tおよび幅方向Wに直交する長さ方向Lに相対する第1の端面LS1および第2の端面LS2と、を含む。
図1に示すように、積層体10は、略直方体形状を有している。なお、積層体10の長さ方向Lの寸法は、幅方向Wの寸法よりも必ずしも長いとは限らない。積層体10の角部および稜線部には、丸みがつ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。なお、積層体10を構成する表面の一部または全部に凹凸などが形成されていてもよい。
積層体10の寸法は、特に限定されない。
図2および図3に示すように、積層体10は、内層部11と、高さ方向Tにおいて内層部11を挟み込むように配置された第1の側面側外層部12および第2の側面側外層部13と、を有する。
内層部11は、複数の誘電体層20と、複数の内部電極層30と、を含む。内層部11は、高さ方向Tにおいて、最も第1の側面TS1側に位置する内部電極層30から最も第2の側面TS2側に位置する内部電極層30までを含む。内層部11では、複数の内部電極層30が誘電体層20を介して対向して配置されている。内層部11は、静電容量を発生させ実質的にコンデンサとして機能する部分である。
複数の誘電体層20は、誘電体材料により構成される。誘電体材料は、例えば、BaTiO、CaTiO、SrTiO、またはCaZrOなどの成分を含む誘電体セラミックであってもよい。また、誘電体材料は、これらの主成分にMn化合物、Fe化合物、Cr化合物、Co化合物、Ni化合物などの副成分を添加したものであってもよい。
誘電体層20の厚みは、0.5μm以上10μm以下であることが好ましい。積層される誘電体層20の枚数は、15枚以上700枚以下であることが好ましい。なお、この誘電体層20の枚数は、内層部11の誘電体層の枚数と第1の側面側外層部12および第2の側面側外層部13の誘電体層の枚数との総数である。
複数の内部電極層30は、複数の第1の内部電極層31および複数の第2の内部電極層32を有する。複数の第1の内部電極層31は、複数の誘電体層20上に配置されている。複数の第2の内部電極層32は、複数の誘電体層20上に配置されている。複数の第1の内部電極層31および複数の第2の内部電極層32は、積層体10の高さ方向Tに誘電体層20を介して交互に配置されている。第1の内部電極層31および第2の内部電極層32は、誘電体層20を挟むようにして配置されている。
第1の内部電極層31は、第2の内部電極層32に対向する第1の対向部31Aと、第1の対向部31Aから第1の端面LS1に引き出される第1の引き出し部31Bとを有している。第1の引き出し部31Bは、第1の端面LS1に露出している。
第2の内部電極層32は、第1の内部電極層31に対向する第2の対向部32Aと、第2の対向部32Aから第2の端面LS2に引き出される第2の引き出し部32Bとを有している。第2の引き出し部32Bは、第2の端面LS2に露出している。
本実施形態では、第1の対向部31Aと第2の対向部32Aが誘電体層20を介して対向することにより容量が形成され、コンデンサの特性が発現する。
第1の対向部31Aおよび第2の対向部32Aの形状は、特に限定されないが、矩形状であることが好ましい。もっとも、矩形形状のコーナー部が丸められていてもよいし、矩形形状のコーナー部が斜めに形成されていてもよい。第1の引出き出し部31Bおよび第2の引き出し部32Bの形状は、特に限定されないが、矩形状であることが好ましい。もっとも、矩形形状のコーナー部が丸められていてもよいし、矩形形状のコーナー部が斜めに形成されていてもよい。
第1の対向部31Aの幅方向Wの寸法と第1の引き出し部31Bの幅方向Wの寸法は、同じ寸法で形成されていてもよく、どちらか一方の寸法が小さく形成されていてもよい。第2の対向部32Aの幅方向Wの寸法と第2の引き出し部32Bの幅方向Wの寸法は、同じ寸法で形成されていてもよく、どちらか一方の寸法が狭く形成されていてもよい。
第1の内部電極層31および第2の内部電極層32は、例えば、Ni、Cu、Ag、Pd、Auなどの金属や、こ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により構成される。合金を用いる場合、第1の内部電極層31および第2の内部電極層32は、例えばAg-Pd合金等により構成されてもよい。
第1の内部電極層31および第2の内部電極層32のそれぞれの厚みは、例えば、0.2μm以上2.0μm以下程度であることが好ましい。第1の内部電極層31および第2の内部電極層32の枚数は、合わせて15枚以上200枚以下であることが好ましい。
第1の側面側外層部12は、積層体10の第1の側面TS1側に位置する。第1の側面側外層部12は、第1の側面TS1と最も第1の側面TS1に近い内部電極層30との間に位置する複数の誘電体層20の集合体である。第1の側面側外層部12で用いられる誘電体層20は、内層部11で用いられる誘電体層20と同じものであってもよい。
第2の側面側外層部13は、積層体10の第2の側面TS2側に位置する。第2の側面側外層部13は、第2の側面TS2と最も第2の側面TS2に近い内部電極層30との間に位置する複数の誘電体層20の集合体である。第2の側面側外層部13で用いられる誘電体層20は、内層部11で用いられる誘電体層20と同じものであってもよい。
なお、積層体10は、対向電極部11Eを有する。対向電極部11Eは、第1の内部電極層31の第1の対向部31Aと第2の内部電極層32の第2の対向部32Aが対向する部分である。対向電極部11Eは、内層部11の一部として構成されている。図4には、対向電極部11Eの幅方向Wおよび長さ方向Lの範囲が示されている。なお、対向電極部11Eは、コンデンサ有効部ともいう。
なお、積層体10は、第3の側面側外層部WG1と、第4の側面側外層部WG2とを有する。第3の側面側外層部WG1は、対向電極部11Eと第3の側面WS1との間に位置する誘電体層20を含む部分である。第4の側面側外層部WG2は、対向電極部11Eと第4の側面WS2との間に位置する誘電体層20を含む部分である。図3および図4には、第3の側面側外層部WG1および第4の側面側外層部WG2の幅方向Wの範囲が示されている。なお、第3の側面側外層部WG1および第4の側面側外層部WG2は、Wギャップまたはサイドギャップともいう。
なお、積層体10は、第1の端面側外層部LG1と、第2の端面側外層部LG2とを有する。第1の端面側外層部LG1は、対向電極部11Eと第1の端面LS1との間に位置する誘電体層20を含む部分である。第2の端面側外層部LG2は、対向電極部11Eと第2の端面LS2との間に位置する誘電体層20を含む部分である。図2および図4には、第1の端面側外層部LG1および第2の端面側外層部LG2の長さ方向Lの範囲が示されている。なお、第1の端面側外層部LG1および第2の端面側外層部LG2は、Lギャップまたはエンドギャップともいう。
外部電極40は、第1の端面LS1側に配置された第1の外部電極40Aと、第2の端面LS2側に配置された第2の外部電極40Bと、を有する。
第1の外部電極40Aは、第1の内部電極層31に接続されている。第1の外部電極40Aは、第1の端面LS1上に配置されている。第1の外部電極40Aは、4つの側面TS1、TS2、WS1、WS2のうちの少なくとも1つの側面の第1の端面LS1側の一部に配置されている。すなわち、第1の外部電極40Aは、第1の側面TS1、第2の側面TS2、第3の側面WS1、または第4の側面WS2の少なくともいずれか1つの側面の第1の端面LS1側の一部に配置されている。
本実施形態においては、第1の外部電極40Aは、第1の側面TS1、第2の側面TS2、第3の側面WS1、および第4の側面WS2の全ての側面の第1の端面LS1側の一部に配置されている。すなわち、本実施形態においては、第1の外部電極40Aは、第1の端面LS1上から第1の側面TS1の一部および第2の側面TS2の一部、ならびに第3の側面WS1の一部および第4の側面WS2の一部にまで延びて形成されている。
第2の外部電極40Bは、第2の内部電極層32に接続されている。第2の外部電極40Bは、第2の端面LS2上に配置されている。第2の外部電極40Bは、4つの側面TS1、TS2、WS1、WS2のうちの少なくとも1つの側面の第2の端面LS2側の一部に配置されている。すなわち、第2の外部電極40Bは、第1の側面TS1、第2の側面TS2、第3の側面WS1、または第4の側面WS2の少なくともいずれか1つの側面の第2の端面LS2側の一部に配置されている。
本実施形態においては、第2の外部電極40Bは、第1の側面TS1、第2の側面TS2、第3の側面WS1、および第4の側面WS2の全ての側面の第2の端面LS2型の一部に配置されている。すなわち、本実施形態においては、第2の外部電極40Bは、第2の端面LS2上から第1の側面TS1の一部および第2の側面TS2の一部、ならびに第3の側面WS1の一部および第4の側面WS2の一部にまで延びて形成されている。
前述のとおり、積層体10内においては、第1の内部電極層31の第1の対向部31Aと第2の内部電極層32の第2の対向部32Aとが誘電体層20を介して対向することにより容量が形成されている。そのため、第1の内部電極層31が接続された第1の外部電極40Aと第2の内部電極層32が接続された第2の外部電極40Bとの間でコンデンサの特性が発現する。
第1の外部電極40Aは、金属成分およびガラス成分を有する第1の下地電極層50Aと、第1の下地電極層50A上に配置された第1のめっき層60Aと、を有する。
第2の外部電極40Bは、金属成分およびガラス成分を有する第2の下地電極層50Bと、第2の下地電極層50B上に配置された第2のめっき層60Bと、を有する。
第1の下地電極層50Aは、第1の内部電極層31に接続されている。第1の下地電極層50Aは、第1の端面LS1上に配置される第1の端面側下地電極層51Aと、4つの側面TS1、TS2、WS1、WS2のうちの少なくとも1つの側面の第1の端面LS1側の一部に配置される第1の側面側下地電極層52Aとを有する。すなわち、第1の下地電極層50Aの第1の側面側下地電極層52Aは、第1の側面TS1、第2の側面TS2、第3の側面WS1、または第4の側面WS2の少なくともいずれか1つの側面の第1の端面LS1側の一部に配置される。
本実施形態においては、第1の側面側下地電極層52Aは、第1の側面TS1、第2の側面TS2、第3の側面WS1、および第4の側面WS2の全ての側面の第1の端面LS1側の一部に配置されている。すなわち、本実施形態においては、第1の下地電極層50Aは、第1の端面LS1上から第1の側面TS1の一部および第2の側面TS2の一部、ならびに第3の側面WS1の一部および第4の側面WS2の一部にまで延びて形成されている。
第2の下地電極層50Bは、第2の内部電極層32に接続されている。第2の下地電極層50Bは、第2の端面LS2上に配置される第2の端面側下地電極層51Bと、4つの側面TS1、TS2、WS1、WS2のうちの少なくとも1つの側面の第2の端面LS2側の一部に配置される第2の側面側下地電極層52Bとを有する。すなわち、第2の下地電極層50Bの第2の側面側下地電極層52Bは、第1の側面TS1、第2の側面TS2、第3の側面WS1、または第4の側面WS2の少なくともいずれか1つの側面の第2の端面LS2側の一部に配置される。
本実施形態においては、第2の側面側下地電極層52Bは、第1の側面TS1、第2の側面TS2、第3の側面WS1、および第4の側面WS2の全ての側面の第2の端面LS2側の一部に配置されている。すなわち、本実施形態においては、第2の下地電極層50Bは、第2の端面LS2上から第1の側面TS1の一部および第2の側面TS2の一部、ならびに第3の側面WS1の一部および第4の側面WS2の一部にまで延びて形成されている。
第1の端面LS1に位置する第1の下地電極層50Aの長さ方向の厚みは、第1の下地電極層50Aの高さ方向Tおよび幅方向Wの中央部において、例えば、3μm以上160μm以下程度であることが好ましい。
第2の端面LS2に位置する第2の下地電極層50Bの長さ方向の厚みは、第2の下地電極層50Bの高さ方向Tおよび幅方向Wの中央部において、例えば、3μm以上160μm以下程度であることが好ましい。
第1の側面TS1または第2の側面TS2の少なくも一方の面の一部にも第1の下地電極層50Aを設ける場合には、この部分に設けられた第1の下地電極層50Aの高さ方向の厚みは、この部分に設けられた第1の下地電極層50Aの長さ方向Lおよび幅方向Wの中央部において、例えば、3μm以上40μm以下程度であることが好ましい。
第3の側面WS1または第4の側面WS2の少なくも一方の面の一部にも第1の下地電極層50Aを設ける場合には、この部分に設けられた第1の下地電極層50Aの幅方向の厚みは、この部分に設けられた第1の下地電極層50Aの長さ方向Lおよび高さ方向Tの中央部において、例えば、3μm以上40μm以下程度であることが好ましい。
第1の側面TS1または第2の側面TS2の少なくも一方の面の一部にも第2の下地電極層50Bを設ける場合には、この部分に設けられた第2の下地電極層50Bの高さ方向の厚みは、この部分に設けられた第2の下地電極層50Bの長さ方向Lおよび幅方向Wの中央部において、例えば、3μm以上40μm以下程度であることが好ましい。
第3の側面WS1または第4の側面WS2の少なくも一方の面の一部にも第2の下地電極層50Bを設ける場合には、この部分に設けられた第2の下地電極層50Bの幅方向の厚みは、この部分に設けられた第2の下地電極層50Bの長さ方向Lおよび高さ方向Tの中央部において、例えば、3μm以上40μm以下程度であることが好ましい。
なお、第1の下地電極層50Aおよび第2の下地電極層50Bの詳細については、追って説明する。
第1のめっき層60Aは、第1の下地電極層50Aを覆うように配置されている。
第2のめっき層60Bは、第2の下地電極層50Bを覆うように配置されている。
第1のめっき層60Aおよび第2のめっき層60Bは、例えば、Cu、Ni、Sn、Ag、Pd、Ag-Pd合金、Au等から選ばれる少なくとも1つを含んでいてもよい。第1のめっき層60Aおよび第2のめっき層60Bは、それぞれ複数層により形成されていてもよい。第1のめっき層60Aおよび第2のめっき層60Bは、Niめっき層の上にSnめっき層が形成された2層構造が好ましい。
第1のめっき層60Aは、第1の下地電極層50Aを覆うように配置されている。本実施形態においては、第1のめっき層60Aは、第1のNiめっき層61Aと、第1のNiめっき層61A上に位置する第1のSnめっき層62Aと、を有する。
第2のめっき層60Bは、第2の下地電極層50Bを覆うように配置されている。本実施形態においては、第2のめっき層60Bは、第2のNiめっき層61Bと、第2のNiめっき層61B上に位置する第2のSnめっき層62Bと、を有する。
Niめっき層は、第1の下地電極層50Aおよび第2の下地電極層50Bが、積層セラミックコンデンサ1を実装する際のはんだによって侵食されることを防止する。また、Snめっき層は、積層セラミックコンデンサ1を実装する際のはんだの濡れ性を向上させる。これにより、積層セラミックコンデンサ1の実装を容易にする。第1のNiめっき層61A、第1のSnめっき層62A、第2のNiめっき層61B、第2のSnめっき層62Bそれぞれの厚みは、2μm以上15μm以下であることが好ましい。
ここで、第1の外部電極40Aおよび第2の外部電極40Bを構成する各層の基本的な構成は同じである。また、第1の外部電極40Aおよび第2の外部電極40Bは、積層セラミックコンデンサ1の長さ方向Lの中央のWT断面に対して概ね面対称である。よって、第1の外部電極40Aと第2の外部電極40Bとを特に区別して説明する必要のない場合は、第1の外部電極40Aおよび第2の外部電極40Bは、まとめて外部電極と呼ばれる場合がある。また、第1の外部電極40Aおよび第2の外部電極40Bを構成する各層についても同様である。例えば、第1の下地電極層50Aと第2の下地電極層50Bとを特に区別して説明する必要のない場合は、第1の下地電極層50Aおよび第2の下地電極層50Bは、まとめて下地電極層と呼ばれる場合がある。また、第1の端面側下地電極層51Aと第2の端面側下地電極層51Bとを特に区別して説明する必要のない場合は、第1の端面側下地電極層51Aおよび第2の端面側下地電極層51Bは、まとめて端面側下地電極層と呼ばれる場合がある。また、第1の側面側下地電極層52Aと第2の側面側下地電極層52Bとを特に区別して説明する必要のない場合は、第1の側面側下地電極層52Aおよび第2の側面側下地電極層52Bは、まとめて側面側下地電極層と呼ばれる場合がある。また、第1のめっき層60Aと第2のめっき層60Bとを特に区別して説明する必要のない場合は、第1のめっき層60Aおよび第2のめっき層60Bは、まとめてめっき層と呼ばれる場合がある。また、第1のNiめっき層61Aと第2のNiめっき層61Bとを特に区別して説明する必要のない場合は、第1のNiめっき層61Aおよび第2のNiめっき層61Bは、まとめてNiめっき層と呼ばれる場合がある。また、第1のSnめっき層62Aと第2のSnめっき層62Bとを特に区別して説明する必要のない場合は、第1のSnめっき層62Aおよび第2のSnめっき層62Bは、まとめてSnめっき層と呼ばれる場合がある。
次に、第1の下地電極層50Aおよび第2の下地電極層50Bの詳細について説明する。図5Aは、図2に示す積層セラミックコンデンサ1のVA部の拡大図であり、第1の外部電極40Aの断面を模式的に示す拡大断面図である。図5Bは、図2に示す積層セラミックコンデンサ1のVB部の拡大図であり、第2の外部電極40Bの断面を模式的に示す拡大断面図である。
図5Aに示すように、積層体10上には、第1の下地電極層50Aが配置されている。そして、第1の下地電極層50Aを覆うように、第1のめっき層60Aが配置されている。第1の下地電極層50Aは、第1の端面側下地電極層51Aおよび第1の側面側下地電極層52Aを有する。第1のめっき層60Aは、第1のNiめっき層61Aおよび第1のSnめっき層62Aを有する。
図5Bに示すように、積層体10上には、第2の下地電極層50Bが配置されている。そして、第2の下地電極層50Bを覆うように、第2のめっき層60Bが配置されている。第2の下地電極層50Bは、第2の端面側下地電極層51Bおよび第2の側面側下地電極層52Bを有する。第2のめっき層60Bは、第2のNiめっき層61Bおよび第2のSnめっき層62Bを有する。
本実施形態においては、下地電極層は、焼き付け層である。下地電極層は、金属成分Mおよびガラス成分Gを有する。下地電極層に含まれる金属成分Mは、例えば、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。これらの中でも、下地電極層に含まれる金属成分Mは、Cuであることが好ましい。これにより、加工時の取り扱い易さが向上する。また、コストダウンを図ることができる。
下地電極層に含まれるガラス成分Gは、例えば、B、Si、Ba、Mg、Al、Li等から選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物を含んでもいてもよい。例えば、下地電極層に含まれるガラス成分Gは、けい酸(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)、酸化バリウム(BaO2)、ジルコニア(ZrO2)といった酸化物を含むガラスであることが好ましい。中でも、下地電極層に含まれるガラス成分Gは、Ba、Tiを含む酸化物を含んでいることがより好ましい。例えば、下地電極層に含まれるガラス成分Gは、酸化バリウム(BaO2)、酸化チタン(TiO2)を含むガラスであることが好ましい。なお下地電極層に含まれるガラス成分が、酸化バリウム(BaO2)、酸化チタン(TiO2)である場合、このようなガラス成分は、ガラス成分中の不純物が少なく、柔らかい特徴を有する。よって、このようなガラス成分は、加工性が良いため、ガラスを所望の大きさに加工することが容易となる。
図5Aに示すように第1の側面側下地電極層52Aは、金属成分Mおよびガラス成分Gを有する。そして、第1の側面側下地電極層52Aの第2の端面LS2側の先端P1から、第1の側面側下地電極層52Aの長さ方向の寸法L1の10%の長さL2の位置P2までの、第1の範囲R1において、第1の側面側下地電極層52Aにおけるガラス成分Gの存在割合は60%以上となっている。
図5Bに示すように第2の側面側下地電極層52Bは、金属成分Mおよびガラス成分Gを有する。そして、第2の側面側下地電極層52Bの第1の端面LS1側の先端P3から、第2の側面側下地電極層52Bの長さ方向の寸法L1の10%の長さL2の位置P4までの、第2の範囲R2において、第2の側面側下地電極層52Bにおけるガラス成分Gの存在割合は60%以上となっている。
さらに、第1の側面側下地電極層52Aは、第1の範囲R1において、少なくとも1箇所以上で、第1の側面側下地電極層52Aの厚みの寸法の60%以上の長さを有するガラス成分Gを有していることが好ましい。
また、第2の側面側下地電極層52Bは、第2の範囲R2において、少なくとも1箇所以上で、第2の側面側下地電極層52Bの厚みの寸法の60%以上の長さを有するガラス成分Gを有していることが好ましい。
なお、上述の第1の側面側下地電極層52Aにおける金属成分Mおよびガラス成分Gについての構成は、第1の側面TS1上に限らす、第1の側面側下地電極層52Aが配置されているいずれかの側面TS1、TS2、WS1、WS2上において形成される。また、第1の側面側下地電極層52Aが配置されている全ての側面上において、上述の構成を有する第1の側面側下地電極層52Aが形成されていることが好ましい。
なお、上述の第2の側面側下地電極層52Bにおける金属成分Mおよびガラス成分Gについての構成は、第1の側面TS1上に限らず、第2の側面側下地電極層52Bが配置されているいずれかの側面TS1、TS2、WS1、WS2上において形成される。また、第2の側面側下地電極層52Bが配置されている全ての側面上において、上述の構成を有する第2の側面側下地電極層52Bが形成されていることが好ましい。
次に、第1の側面側下地電極層52Aの第1の範囲R1を示す顕微鏡画像等を一例として用いて、側面側下地電極層における金属成分Mおよびガラス成分Gの状態を説明する。図6Aは、側面側下地電極層を含む外部電極の断面の顕微鏡画像の例であり、第1の外部電極40Aの断面の走査型電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡画像である。図6Bは、側面側下地電極層を含む外部電極の断面の元素マッピング画像の例であり、第1の外部電極40Aの断面のエネルギー分散型X線分光法(EDX)によるTiの元素マッピング画像である。図6Cは、側面側下地電極層を含む外部電極の断面の元素マッピング画像の例であり、第1の外部電極40Aの断面のEDXによるBaの元素マッピング画像である。
図6Aに示されるように、積層体10の第1の側面TS1上には、第1の側面側下地電極層52Aが配置されている。そして、第1の側面側下地電極層52Aを覆うように、第1のNiめっき層61Aが配置されている。さらに、第1のNiめっき層61Aを覆うように、第1のSnめっき層62Aが配置されている。図6Aには、上述の第1の範囲R1が示されている。
第1の側面側下地電極層52Aは、金属成分Mと、ガラス成分Gを有する。そして、前述の第1の範囲R1において、第1の側面側下地電極層52Aにおけるガラス成分Gの存在割合は60%以上となっている。さらに、第1の側面側下地電極層52Aは、第1の範囲R1において、第1の側面側下地電極層52Aの厚みの寸法T1の60%以上の長さT2を有するガラス成分Gを有している。
図6Bは、図6AのSEM画像に対応する分析画像であり、EDXによるTiの元素マッピング画像である。図6Cは、図6AのSEM画像に対応する分析画像であり、EDXによるBaの元素マッピング画像である。
図6Bに示されるように、図6AのSEM画像におけるガラス成分Gに対応する部分は、Tiが検出されている。また、図6Cに示されるように、図6AのSEM画像におけるガラス成分Gに対応する部分は、Baが検出されている。このように、EDXを用いることにより、下地電極層における金属成分Mとガラス成分Gとの境界を判別することができる。
そして、前述のとおり、第1の側面側下地電極層52Aの第1の範囲R1において、第1の側面側下地電極層52Aにおけるガラス成分Gの存在割合は60%以上となっている。また、第2の側面側下地電極層52Bの第2の範囲R2においても、第2の側面側下地電極層52Bにおけるガラス成分Gの存在割合は60%以上となっている。
さらに、第1の側面側下地電極層52Aは、第1の範囲R1において、少なくとも1箇所以上で、第1の側面側下地電極層52Aの厚みの寸法の60%以上の長さを有するガラス成分Gを有していることが好ましい。例えば、図6Aにおいては、積層体10の表面からのガラス成分Gの高さT2、すなわち、第1の側面側下地電極層52Aの厚み方向における、ガラス成分Gの長さT2は、第1の側面側下地電極層52Aの厚みの寸法T1の60%以上の長さになっている。なお、第2の側面側下地電極層52Bの第2の範囲R2においても、第2の側面側下地電極層52Bは、少なくとも1箇所以上で、第2の側面側下地電極層52Bの厚みの寸法の60%以上の長さを有するガラス成分Gを有していることが好ましい。
ここで、従来の特許文献1に記載されているような積層セラミックコンデンサにおいては、熱膨張や衝撃等によって外部電極の先端部近傍の積層体に応力がかかることがある。この場合、外部電極の先端部近傍を起点として、積層体にクラックが生じるおそれがあった。
例えば、従来の積層セラミックコンデンサを実装基板に直接はんだ実装した場合、実装基板および積層体は、温度変化に応じて、それぞれの熱膨張係数に基づいて膨張または収縮する。このとき、両者の熱膨張係数の差によって、積層体に応力がかかり、その結果、積層体にクラックが生じるおそれがあった。また、従来の特許文献1に記載されているような積層セラミックコンデンサが携帯電話、携帯音楽プレーヤーなどのモバイル機器に用いられる場合、モバイル機器が落下した時の衝撃(応力)によって、積層体にクラックが生じるおそれがあった。なお、積層体に対する外部電極の締めつけ応力の影響により、このようなクラックの問題が生じている場合もある。この場合は、外部電極の先端部の近傍を起点として、積層体にクラックが入りやすい。
従来、下地電極層中のガラス成分は、積層体のセラミックスを腐食させるため、積層体の強度を低下させる原因になるとも言われていた。しかしながら、鋭意研究の結果、下地電極層中のガラス成分の存在割合等を制御することにより、積層体で発生するクラックを抑制できることがわかった。
具体的には、下地電極層の構造を、上述の本実施形態の構造とすることにより、実装基板や積層体に応力が加わった際に、その応力を外部電極の先端のガラス成分に誘導することが可能となり、さらには、下地電極層の先端のガラス成分内にクラックをとどめておくことが可能となる。その結果、積層体に応力がかかりにくくなるため、積層体で発生するクラックを抑制することができる。
なお、ガラス成分Gの存在割合を60%以上とする側面側下地電極層の範囲を、上述の第1の範囲R1および第2の範囲R2とする理由は、クラックの発生箇所が外部電極の先端部に集中しているからである。第1の範囲R1および第2の範囲R2におけるガラス成分Gの存在割合を制御することにより、問題となるクラックを制御することができる。
なお、第1の範囲R1および第2の範囲R2において、側面側下地電極層のガラス成分Gの存在割合が60%よりも小さい場合には、ガラス成分Gのみでは、機械的負荷を開放しきれなくなるおそれがある。この場合は、積層体10に負荷がかかるため、積層体10にクラックが入ってしまう場合がある。
なお、第1の範囲R1および第2の範囲R2において、側面側下地電極層の厚み方向における、ガラス成分Gの長さT2が、側面側下地電極層の厚みの寸法T1の60%以上であることにより、機械的負荷がガラス成分Gの存在により開放されやすくなる。その結果、積層体10に応力がかかりにくくなるため、積層体10で発生するクラックを抑制することができる。
なお、図5Aに示すように、第1の端面LS1上に配置された第1の端面側下地電極層51Aも、金属成分Mおよびガラス成分Gを有する。そして、第1の端面側下地電極層51Aにおけるガラス成分Gの存在割合は10%以上40%以下であることが好ましい。なお、本実施形態においては、第1の端面側下地電極層51Aにおけるガラス成分Gの存在割合は、第1の側面側下地電極層52Aの第1の範囲R1におけるガラス成分Gの存在割合よりも小さい。
なお、図5Bに示すように、第2の端面LS2上に配置された第2の端面側下地電極層51Bも、金属成分Mおよびガラス成分Gを有する。そして、第2の端面側下地電極層51Bにおけるガラス成分Gの存在割合は10%以上40%以下であることが好ましい。なお、本実施形態においては、第2の端面側下地電極層51Bにおけるガラス成分Gの存在割合は、第2の側面側下地電極層52Bの第2の範囲R2におけるガラス成分Gの存在割合よりも小さい。
ガラス成分Gは、下地電極層の充填剤・焼結助剤として機能する。よって、上述の構成により、端面側下地電極層の緻密性が向上し、耐湿信頼性が向上する。また、絶縁体であるガラス成分Gの存在割合を40%以下とすることにより、内部電極層と端面側下地電極層との接合部の抵抗値の上昇が抑制される。よって、静電容量が取得できない、あるいは発熱するといった不具合の発生を抑制することができる。すなわち、上述の本実施形態の構成を採用することにより、接続信頼性が向上する。
なお、端面側下地電極層におけるガラス成分Gの存在割合が10%よりも小さい場合、積層体10と端面側下地電極層との接合力が低下する場合がある。この場合、積層体10と端面側下地電極層との界面でのシール性が低くなり、その結果、耐湿性が低下する場合がある。
なお、端面側下地電極層におけるガラス成分Gの存在割合が40%よりも大きい場合、絶縁体であるガラス成分Gにより、内部電極層と端面側下地電極層との接合部の抵抗値が上昇する場合がある。よって、静電容量や発熱の観点からすると、端面側下地電極層におけるガラス成分Gの存在割合は40%以下であることが好ましい。
なお、本実施形態においては、第1の範囲R1よりも第1の端面LS1側の領域、すなわち、位置P2から第1の端面LS1までの領域における第1の側面側下地電極層52Aのガラス成分Gの存在割合は、第1の端面側下地電極層51Aにおけるガラス成分Gの存在割合と同様に、10%以上40%以下であってもよい。
また、本実施形態においては、第2の範囲R2よりも第2の端面LS2側の領域、すなわち、位置P4から第2の端面LS2までの領域における第2の側面側下地電極層52Bのガラス成分Gの存在割合は、第2の端面側下地電極層51Bにおけるガラス成分Gの存在割合と同様に、10%以上40%以下であってもよい。
なお、積層体10と外部電極40を含む積層セラミックコンデンサ1の長さ方向の寸法をL寸法とすると、L寸法は、0.6mm以上2.0mm以下であることが好ましい。また、積層セラミックコンデンサ1の高さ方向の寸法をT寸法とすると、T寸法は、0.3mm以上1.2mm以下であることが好ましい。また、積層セラミックコンデンサ1の幅方向の寸法をW寸法とすると、W寸法は、0.3mm以上1.2mm以下であることが好ましい。
ここで、ガラス成分Gの存在割合Aの測定方法について説明する。ガラス成分Gの存在割合Aは、下地電極層における、ガラス成分Gが占める割合である。
ここでは、ガラス成分Gの存在割合Aの測定例として、第1の範囲R1における、第1の側面側下地電極層52A中のガラス成分の存在割合Aの測定方法について説明する。
まず、第1の側面側下地電極層52Aの断面を観察可能とするために、積層セラミックコンデンサ1を、第1の側面TS1、第2の側面TS2、第3の側面WS1、第4の側面WS2のいずれかの面から研磨する。例えば、第1の側面側下地電極層52Aが、第1の側面TS1または第2の側面TS2に配置されている場合は、第3の側面WS1または第4の側面WS2から研磨を行う。そして、第3の側面WS1または第4の側面WS2とほぼ平行な断面が露出するように、W寸法の1/2の位置まで研磨して、LT断面を露出させる。その後、SEMにより、LT断面における第1の側面側下地電極層52Aを観察する。この時の観察倍率は、第1の範囲R1が収まる倍率とする。次に、その観察倍率による観察エリア内で、EDXによる元素マッピングを行う。これにより、第1の下地電極層50Aの主成分である金属成分Mおよびガラス成分Gのそれぞれが存在している部分が明確化される。すなわち、第1の下地電極層50Aにおける金属成分Mとガラス成分Gとの境界が判別可能となり、金属成分Mの部分と、ガラス成分Gの部分とが識別される。
その後、以下の式(1)により、第1の範囲R1を測定対象領域として、第1の側面側下地電極層52A中のガラス成分Gの存在割合Aが算出される。
ガラス成分Gの存在割合A(%)=((ガラス成分Gの部分の面積)/((ガラス成分Gの部分の面積)+(金属成分Mの部分の面積)))×100・・・(1)
また、以下の式(2)により、第1の側面側下地電極層52Aの厚みの寸法T1に対するガラス成分Gの長さの寸法T2の寸法比率Bが算出される。この寸法比率Bは、第1の側面側下地電極層52Aの厚さ方向における、ガラス成分Gの部分の長さの寸法T2と、寸法T2を測った位置と長さ方向Lにおいて同じ位置における、第1の側面側下地電極層52Aの厚みの寸法T1とによって算出される。
寸法比率B(%)=((ガラス成分Gの部分の長さの寸法T2)/(側面側下地電極層の厚みの寸法T1))×100・・・(2)
なお、EDXによる元素マッピングの結果から、下地電極層中に含まれるガラス成分Gが図示される。よって、式(2)におけるガラス成分Gの部分の長さの寸法T2は、その図示された結果をもとに、物理的に測長することができる。また、式(2)における側面側下地電極層の厚みの寸法T1は、EDXによる、下地電極層の主成分である金属成分の元素マッピング結果に基づき、物理的に測長することができる。
なお、第2の側面側下地電極層52Bの第2の範囲R2を測定対象領域とする場合においても、同様の方法により、存在割合Aおよび寸法比率Bが測定される。
また、その他の部位、例えば第1の端面側下地電極層51Aおよび第2の端面側下地電極層51Bを測定対象領域とする場合においても、同様の方法により、ガラス成分Gの存在割合Aが測定される。なお、測定対象領域が大きい場合は、第1の範囲R1を測定対象として観察したときの観察倍率と同じ観察倍率で測定される。
次に、本実施形態の積層セラミックコンデンサ1の製造方法について説明する。
誘電体層20用の誘電体シートおよび内部電極層30用の導電性ペーストが準備される。誘電体シートおよび内部電極用の導電性ペーストは、バインダおよび溶剤を含む。バインダおよび溶剤は、公知のものであってもよい。
誘電体シート上に、内部電極層30用の導電性ペーストが、例えば、スクリーン印刷やグラビア印刷などにより所定のパターンで印刷される。これにより、第1の内部電極層31のパターンが形成された誘電体シートおよび、第2の内部電極層32のパターンが形成された誘電体シートが準備される。
内部電極層のパターンが印刷されていない誘電体シートが所定枚数積層されることにより、第1の側面TS1側の第1の側面側外層部12となる部分が形成される。その上に、第1の内部電極層31のパターンが印刷された誘電体シートおよび第2の内部電極層32のパターンが印刷された誘電体シートが順次積層されることにより、内層部11となる部分が形成される。この内層部11となる部分の上に、内部電極層のパターンが印刷されていない誘電体シートが所定枚数積層されることにより、第2の側面TS2側の第2の側面側外層部13となる部分が形成される。これにより、積層シートが作製される。
積層シートが静水圧プレスなどの手段により高さ方向にプレスされることにより、積層ブロックが作製される。
積層ブロックが所定のサイズにカットされることにより、積層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チップの角部および稜線部に丸みがつけられてもよい。
積層チップが焼成されることにより、積層体10が作製される。焼成温度は、誘電体層20や内部電極層30の材料にもよるが、900℃以上1400℃以下であることが好ましい。
積層体10の両端面に下地電極層となる導電性ペーストが塗布される。本実施形態においては、下地電極層は、焼き付け層である。ガラス成分と金属成分とを含む導電性ペーストが、積層体10に塗布される。このとき、塗布工法や塗布厚み、導電性ペースト中のガラスの含有量をコントロールすることにより、ガラスの状態を制御することができる。
まず、本実施形態においては、第1の端面側下地電極層51Aになる部分と、第1の側面側下地電極層52Aになる部分のうち第1の範囲R1を除いた部分とに、ディッピング工法を用いて導電性ペーストを塗布することができる。また、第2の端面側下地電極層51Bになる部分と、第2の側面側下地電極層52Bになる部分のうち第2の範囲R2を除いた部分に、ディッピング工法を用いて導電性ペーストを塗布することができる。
その後、印刷工法や、ローラー工法により、第1の側面側下地電極層52Aの第1の範囲R1になる部分と、第2の側面側下地電極層52Bの第2の範囲R2になる部分とに、導電性ペーストを塗布することができる。
あるいは、第1の側面側下地電極層52Aになる部分のうち第1の範囲R1を除いた部分と、第1の範囲R1になる部分とに、それぞれマスキングを行いながら、ガラス成分の比率を変更した導電性ペーストを2度塗りすることで塗布することもできる。また、第2の範囲R2になる部分と、第2の側面側下地電極層52Bになる部分のうち第2の範囲R2を除いた部分とに、それぞれマスキングを行いながら、ガラス成分の比率を変更した導電性ペーストを2度塗りすることで塗布することもできる。
なお、第1の範囲R1および第2の範囲R2に位置する下地電極層になる部分に塗布される導電性ペーストの組成は、ガラスフリットの割合が27vol%以上45vol%以下であることが好ましい。一方、第1の端面側下地電極層51Aになる部分および第2の端面側下地電極層51Bになる部分に塗布される導電性ペーストの組成は、ガラスフリットの割合が3vol%以上27vol%以下であることが好ましい。また、第1の側面側下地電極層52Aになる部分のうち第1の範囲R1を除いた部分と、第2の側面側下地電極層52Bになる部分のうち第2の範囲R2を除いた部分とに塗布される導電性ペーストの組成は、ガラスフリットの割合が3vol%以上27vol%以下であることが好ましい。
その後、焼き付け処理が行われ、下地電極層が形成される。この時の焼き付け処理の温度は、700℃以上900℃以下であることが好ましい。
その後、下地電極層の表面に、めっき層が形成される。本実施形態においては、第1の下地電極層50Aの表面に、第1のめっき層60Aが形成される。また、第2の下地電極層50Bの表面に、第2のめっき層60Bが形成される。本実施形態では、めっき層として、Niめっき層およびSnめっき層が形成される。めっき処理を行うにあたっては、電解めっき、無電解めっきのどちらを採用してもよい。ただし、無電解めっきは、めっき析出速度を向上させるために、触媒などによる前処理が必要となるため、工程が複雑化するというデメリットがある。したがって、通常は、電解めっきを採用することが好ましい。Niめっき層およびSnめっき層は、例えばバレルめっきにより、順次形成される。
このような製造工程により、積層セラミックコンデンサ1が製造される。
本実施形態の積層セラミックコンデンサ1によれば、以下の効果を奏する。
(1)本実施形態の積層セラミックコンデンサ1は、積層された複数の誘電体層20を含み、高さ方向に相対する第1の側面TS1および第2の側面TS2と、高さ方向に直交する幅方向に相対する第3の側面WS1および第4の側面WS2と、高さ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LS1および第2の端面LS2と、を含む積層体10と、複数の誘電体層20上に配置され、第1の端面LS1に露出する第1の内部電極層31と、複数の誘電体層20上に配置され、第2の端面LS2に露出する第2の内部電極層32と、第1の内部電極層31に接続され、第1の端面LS1側に配置される第1の外部電極40Aと、第2の内部電極層32に接続され、第2の端面LS2側に配置される第2の外部電極40Bと、を有し、第1の外部電極40Aは、金属成分Mおよびガラス成分Gを有する第1の下地電極層50Aと、第1の下地電極層50A上に配置される第1のめっき層60Aとを有し、第2の外部電極40Bは、金属成分Mおよびガラス成分Gを有する第2の下地電極層50Bと、第2の下地電極層50B上に配置される第2のめっき層60Bとを有し、第1の下地電極層50Aは、第1の端面LS1上に配置される第1の端面側下地電極層51Aと、4つの側面TS1、TS2、WS1、WS2のうちの少なくとも1つの側面の第1の端面LS1側の一部に配置される第1の側面側下地電極層52Aと、を有し、第2の下地電極層50Bは、第2の端面LS2上に配置される第2の端面側下地電極層51Bと、4つの側面TS1、TS2、WS1、WS2のうちの少なくとも1つの側面の第2の端面LS2側の一部に配置される第2の側面側下地電極層52Bと、を有し、第1の側面側下地電極層52Aの第2の端面LS2側の先端P1から、第1の側面側下地電極層52Aの長さ方向の寸法L1の10%の長さL2の位置P2までの第1の範囲R1において、第1の側面側下地電極層52Aにおけるガラス成分Gの存在割合は60%以上であり、第2の側面側下地電極層52Bの第1の端面LS1側の先端P3から、第2の側面側下地電極層52Bの長さ方向の寸法L1の10%の長さL2の位置P4までの第2の範囲R2において、第2の側面側下地電極層52Bにおけるガラス成分Gの存在割合が60%以上である。これにより、積層体10にクラックが生じることを抑制することができる。
(2)本実施形態の第1の側面側下地電極層52Aは、第1の範囲R1において、少なくとも1箇所以上で、第1の側面側下地電極層52Aの厚みの寸法T1の60%以上の長さT2を有するガラス成分Gを有し、第2の側面側下地電極層52Bは、第2の範囲R2において、少なくとも1箇所以上で、第2の側面側下地電極層52Bの厚みの寸法T1の60%以上の長さT2を有するガラス成分Gを有する。これにより、積層体10にクラックが生じることを抑制することができる。
(3)本実施形態の第1の下地電極層50Aおよび第2の下地電極層50Bの金属成分Mは、Cuである。これにより、加工時の取り扱い易さが向上する。また、コストダウンを図ることができる。
(4)本実施形態の第1の下地電極層50Aおよび第2の下地電極層50Bのガラス成分Gは、BaまたはTiの少なくともいずれか一方を含むガラス成分である。このようなガラス成分は、ガラス成分中の不純物が少なく、柔らかい特徴を有する。よって、このようなガラス成分は、加工性が良いため、ガラスを所望の大きさに加工することが容易となる。
(5)本実施形態の第1の端面側下地電極層51A中のガラス成分Gの存在割合は10%以上40%以下であり、第2の端面側下地電極層51B中のガラス成分Gの存在割合は10%以上40%以下である。これにより、第1の端面側下地電極層51Aおよび第2の端面側下地電極層51Bの緻密性が向上し、耐湿信頼性が向上する。また、絶縁体であるガラス成分Gの存在割合を40%以下とすることにより、内部電極層30と端面側下地電極層との接合部の抵抗値の上昇が抑制される。よって、静電容量が取得できない、あるいは発熱するといった不具合の発生を抑制することができる。すなわち、接続信頼性が向上する。
<第2実施形態>
以下、第2実施形態に係る積層セラミックコンデンサ1について説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、また詳細な説明を省略する。図7は、本実施形態の積層セラミックコンデンサの外部電極の断面を模式的に示す拡大断面図であって、図5Aに対応する拡大断面図である。
本実施形態の積層セラミックコンデンサ1は、側面側下地電極層の態様が、第1実施形態と異なる。第1実施形態で述べたように、第1の外部電極40Aおよび第2の外部電極40Bを構成する各層の基本的な構成は同じである。よって、本実施形態においては、側面側下地電極層を代表して、第1の側面側下地電極層52Aを用いて説明する。
図7に示されるように、積層体10の第1の側面TS1上には、第1の側面側下地電極層52Aが配置されている。そして、第1の側面側下地電極層52Aを覆うように、第1のNiめっき層61Aが配置されている。さらに、第1のNiめっき層61Aを覆うように、第1のSnめっき層62Aが配置されている。第1の側面側下地電極層52Aは、金属成分Mと、ガラス成分Gを有する。
本実施形態においては、第1の側面側下地電極層52Aの全領域において、第1の側面側下地電極層52Aにおけるガラス成分Gの存在割合が60%以上となっている。すなわち、図7に示すように、長さ方向の寸法L1で示される、第1の側面側下地電極層52Aの第2の端面LS2側の先端P1から、第1の端面LS1までの全領域において、第1の側面側下地電極層52Aにおけるガラス成分Gの存在割合が60%以上となっている。換言すると、本実施形態においては、第1の側面側下地電極層52Aの第1の範囲R1(図5A参照)よりも第1の端面LS1側の領域におけるガラス成分Gの存在割合は、第1の範囲R1におけるガラス成分の存在割合と同様に、60%以上となっている。
本実施形態においては、図示は省略するが、第2の側面側下地電極層52Bの全領域において、第2の側面側下地電極層52Bにおけるガラス成分Gの存在割合が60%以上となっている。すなわち、第2の側面側下地電極層52Bの第1の端面LS1側の先端から、第2の端面LS2までの全領域において、第2の側面側下地電極層52Bにおけるガラス成分Gの存在割合が60%以上となっている。換言すると、本実施形態においては、第2の側面側下地電極層52Bの第2の範囲R2(図5B参照)よりも第2の端面LS2側の領域におけるガラス成分Gの存在割合は、第2の範囲R2におけるガラス成分の存在割合と同様に、60%以上となっている。
次に、本実施形態の積層セラミックコンデンサ1の製造方法について説明する。ここでは、第1実施形態とは異なる工程、すなわち、下地電極層となる導電性ペーストを塗布する工程についてのみ説明する。
積層体10の両端面に下地電極層となる導電性ペーストが塗布される。本実施形態においては、下地電極層は、焼き付け層である。ガラス成分と金属成分とを含む導電性ペーストが、積層体10に塗布される。このとき、塗布工法や塗布厚み、導電性ペースト中のガラスの含有量をコントロールすることにより、ガラスの状態を制御することができる。
このとき、第1の側面側下地電極層52Aになる部分および第2の側面側下地電極層52Bになる部分に塗布する導電性ペーストの組成と、第1の端面側下地電極層51Aになる部分および第2の端面側下地電極層51Bになる部分に塗布する導電性ペーストの組成とを変えることが好ましい。
例えば、第1の側面側下地電極層52Aになる部分および第2の側面側下地電極層52Bとなる部分に塗布される導電性ペーストの組成は、ガラスフリットの割合が27vol%以上45vol%以下であることが好ましい。一方、第1の端面側下地電極層51Aになる部分および第2の端面側下地電極層51Bになる部分に塗布される導電性ペーストの組成は、ガラスフリットの割合が3vol%以上27vol%以下であることが好ましい。
なお、第1の側面側下地電極層52Aになる部分および第2の側面側下地電極層52Bになる部分については、印刷工法やローラー工法により導電性ペーストが塗布されることが好ましい。また、第1の端面側下地電極層51Aになる部分および第2の端面側下地電極層51Bになる部分については、ディッピング工法やローラー工法により導電性ペーストが塗布されることが好ましい。
その後、焼き付け処理が行われ、下地電極層が形成される。この時の焼き付け処理の温度は、700℃以上900℃以下であることが好ましい。
なお、積層セラミックコンデンサ1の構成は、図1~4に示す構成に限定されない。例えば、積層セラミックコンデンサ1は、図8A、図8B、図8Cに示すような、2連構造、3連構造、4連構造の積層セラミックコンデンサであってもよい。
図8Aに示す積層セラミックコンデンサ1は、2連構造の積層セラミックコンデンサ1であり、内部電極層30として、第1の内部電極層33および第2の内部電極層34に加えて、第1の端面LS1および第2の端面LS2のどちらにも引き出されない浮き内部電極層35を備える。図8Bに示す積層セラミックコンデンサ1は、浮き内部電極層35として、第1の浮き内部電極層35Aおよび第2の浮き内部電極層35Bを備えた、3連構造の積層セラミックコンデンサ1である。図8Cに示す積層セラミックコンデンサ1は、浮き内部電極層35として、第1の浮き内部電極層35A、第2の浮き内部電極層35Bおよび第3の浮き内部電極層35Cを備えた、4連構造の積層セラミックコンデンサ1である。このように、内部電極層30として、浮き内部電極層35を設けることにより、積層セラミックコンデンサ1は、対向電極部が複数に分割された構造となる。これにより、対向する内部電極層30間において複数のコンデンサ成分が形成され、これらのコンデンサ成分が直列に接続された構成となる。よって、それぞれのコンデンサ成分に印加される電圧が低くなり、積層セラミックコンデンサ1の高耐圧化を図ることができる。なお、本実施形態の積層セラミックコンデンサ1は、4連以上の多連構造であってもよいことはいうまでもない。
<実験例>
実験例のサンプルとして積層セラミックコンデンサを作製し、クラック試験と、信頼性試験および接続性試験とを行った。
まず、実験例のサンプルとして、第1実施形態の製造方法にしたがって、以下の仕様の積層セラミックコンデンサを作製した。
・積層セラミックコンデンサの寸法:L×W×T=1.00mm×0.60mm×0.50mm
・誘電体層:BaTiO3
・容量:4.7μF
・定格電圧:4V
・内部電極層:Ni
・下地電極層
金属成分とガラス成分を含む電極
金属成分:Cu
ガラス成分:BaおよびTiを含むガラス
端面側下地電極層の厚み(端面中央部):30μm
側面側下地電極層の厚み(長さ方向中央部):15μm
ガラス成分の存在割合A:試験1、試験2を参照
・めっき層:Niめっき層4μmおよびSnめっき層4μmの2層構造
次に、作製したサンプルについて、以下の試験方法にしたがって試験を行った。
(試験1)
端面側下地電極層のガラス成分の存在割合を20%とし、第1の範囲R1および第2の範囲R2における側面側下地電極層のガラス成分の存在割合Aを変化させたサンプルを、クラック試験の試験条件ごとに50個作製し、クラック試験を行った。なお、端面側下地電極層のガラス成分の存在割合は、20%となるように事前に導電性ペースト中のガラスフリットの割合を設定した上でサンプルを作製した。また、第1の範囲R1および第2の範囲R2における側面側下地電極層のガラス成分の存在割合Aは、表1に記載の20%~80%となるように事前に導電ペースト中のガラスフリットの割合を設定した上で表1に記載のガラスの存在割合Aとなるようにサンプルを作製した。また、同様の仕様のサンプルをそれぞれ追加で作製し、側面側下地電極層の厚みの寸法T1に対するガラス成分Gの長さの寸法T2の寸法比率Bを確認した。この寸法比率Bの確認結果を表1に示す。また、クラック試験の試験結果を表1に示す。
Figure 2022129225000002
(試験2)
第1の範囲R1および第2の範囲R2における側面側下地電極層のガラス成分の存在割合Aを60%とし、端面側下地電極層のガラス成分の存在割合Aを変化させたサンプルを、信頼性試験用に77個、接続性試験用に100個作製し、信頼性試験および接続性試験を行った。なお、第1の範囲R1および第2の範囲R2における側面側下地電極層のガラス成分の存在割合Aは、60%となるように事前に導電性ペースト中のガラスフリットの割合を設定した上でサンプルを作製した。また、端面側下地電極層のガラス成分の存在割合は、表2に記載の5%~50%となるように事前に導電ペースト中のガラスフリットの割合を設定した上で表2に記載のガラスの存在割合Aとなるようにサンプルを作製した。この信頼性試験および接続性試験の結果を表2に示す。なお、同様の仕様のサンプルをそれぞれ追加で作製し、側面側下地電極層の厚みの寸法T1に対するガラス成分Gの長さの寸法T2の寸法比率Bを算出したところ、寸法比率Bはいずれの試料も60%以上であった。
Figure 2022129225000003
上記試験における測定方法および試験方法を以下に示す。
(各サンプルのガラス寸法比率Bの測定方法)
ガラス寸法比率Bは、前述の方法により、式(2)により算出する。ガラス寸法比率Bは、第1の範囲R1内および第2の範囲R2内において最も大きい数値を代表値とする。
寸法比率B(%)=((ガラス成分Gの部分の長さの寸法T2)/(側面側下地電極層の厚みの寸法T1))×100・・・(2)
なお、EDXによる元素マッピングにより、ガラス成分に含まれるTiおよびBaと、下地電極層の主成分である金属成分との存在位置が明確化される。本実施例では、TiおよびBaが含まれたガラス成分が使用されているため、どちらか一方の元素マッピング結果に基づいてガラス成分の部分が特定され、これにより、ガラス寸法比率Bが算出される。
(クラック試験)
まず、はんだペーストを用いて、サンプルである積層セラミックコンデンサを、1.6mmの厚さの実装基板に実装した。その後、積層セラミックコンデンサが実装されていない部分の基板の裏面に、直径1umの押し棒を押し当てて基板を曲げて、機械的ストレスをかけた。ここで、基板を曲げた状態で保持する保持時間は60秒とした。また、基板のたわみ量は3.0mm、4.0mm、5.0mmとした。なお、本試験は、積層セラミックコンデンサの通常の使用条件よりも厳しい条件である。
基板を曲げた後、基板から積層セラミックコンデンサを外し、クラック発生の有無を観察した。具体的には、積層セラミックコンデンサを、W寸法の1/2の位置まで研磨して、LT断面を露出させた。その後、顕微鏡を用いて、研磨面を40倍以上の観察倍率で観察し、積層体10におけるクラック発生の有無を確認した。クラックの発生が確認されたサンプルを、クラック試験NGのサンプルであると判断した。
(信頼性試験)
各サンプルを、鉛フリー半田(Sn3Ag0.5Cu)を用いてガラスエポキシ基板に実装した。その後、各サンプルを、125℃、相対湿度95%RHの高温高湿槽内に投入し、2.5V、144時間の条件で耐湿加速試験を行った。絶縁抵抗値(IR値)が2桁以上低下したサンプルを、耐湿性が劣化した、信頼性試験NGのサンプルであると判断した。
(接続性試験)
接続性試験においては、定格電圧の400%以上の電圧を積層セラミックコンデンサに60秒間印加したときの、絶縁破壊の発生の有無で評価を行う。本実験例においては、積層セラミックコンデンサ単体に定格電圧の600%の電圧を印加したときに、絶縁破壊が発生したサンプルを、接続性試験NGのサンプルとした。なお、ガラス成分の存在割合が大きくなると、積層体と下地電極層との界面にガラス成分が集中しやすくなる。この場合、ガラスは絶縁体であるため、内部電極層と下地電極層との接続抵抗が大きくなる。よって、積層セラミックコンデンサに過負荷の電圧がかかった場合、接続抵抗が大きい部分において絶縁破壊が発生する。
表1に示されるように、第1の側面側下地電極層52Aの第1の範囲R1および第2の側面側下地電極層52Bの第2の範囲R2におけるガラス存在割合Aが60%以上のサンプルは、クラック試験の結果が良好であった。一方、このガラス存在割合Aが55%以下のサンプルについては、クラック試験NGとなるものがあった。
表2に示されるように、第1の端面側下地電極層51Aおよび第2の端面側下地電極層51Bにおけるガラス存在割合Aが10%以上のサンプルは、信頼性試験の結果が良好であった。一方、このガラス存在割合Aが5%のサンプルについては、信頼性試験NGとなるものがあった。
表2に示されるように、第1の端面側下地電極層51Aおよび第2の端面側下地電極層51Bにおけるガラス存在割合Aが40%以下のサンプルは、接続性試験の結果が良好であった。一方、このガラス存在割合Aが45%以上のサンプルについては、信頼性試験NGとなるものがあった。
以上の実験結果より、側面側下地電極層におけるガラスの存在割合を60%以上とすることにより、クラックの発生を抑制することが可能であることが分かる。また、端面側下地電極層におけるガラスの存在割合を10%以上40%以下とすることにより、信頼性および接続性を良好に保つことができることが分かる。
以上のように、上述の実施形態の構造とすることにより、実装基板や積層体に応力が加わった際に、その応力を外部電極の先端のガラス成分に誘導することが可能となり、さらには、下地電極層の先端のガラス成分内にクラックをとどめておくことが可能となる。その結果、積層体に応力がかかりにくくなるため、積層体で発生するクラックを抑制することができる。
また、端面側下地電極層におけるガラスの存在割合を10%以上40%以下とすることにより、外部電極の緻密性が向上し、耐湿信頼性が向上する。そして、内部電極層と端面側下地電極層との接合部の抵抗値の上昇が抑制される。よって、静電容量が取得できない、あるいは発熱するといった不具合の発生を抑制することができる。すなわち、上述の実施形態の構成を採用することにより、接続信頼性が向上する。
本発明は、上記実施形態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。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。第2の実施形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明している。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態には逐次言及していない。
1 積層セラミックコンデンサ
10 積層体
11 内層部
11E 対向電極部
12 第1の側面側外層部
13 第2の側面側外層部
LS1 第1の端面
LS2 第2の端面
TS1 第1の側面
TS2 第2の側面
WS1 第3の側面
WS2 第4の側面
20 誘電体層
30 内部電極層
31 第1の内部電極層
31A 第1の対向部
31B 第1の引き出し部
32 第2の内部電極層
32A 第2の対向部
32B 第2の引き出し部
40 外部電極
40A 第1の外部電極
40B 第2の外部電極
50A 第1の下地電極層
51A 第1の端面側下地電極層
52A 第1の側面側下地電極層
50B 第2の下地電極層
51B 第2の端面側下地電極層
52B 第2の側面側下地電極層
60A 第1のめっき層
60B 第2のめっき層
M 金属成分
G ガラス成分

Claims (5)

  1. 積層された複数の誘電体層を含み、高さ方向に相対する第1の側面および第2の側面と、前記高さ方向に直交する幅方向に相対する第3の側面および第4の側面と、前記高さ方向および前記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上に配置され、前記第1の端面に露出する第1の内部電極層と、
    前記複数の誘電体層上に配置され、前記第2の端面に露出する第2の内部電極層と、
    前記第1の内部電極層に接続され、前記第1の端面側に配置される第1の外部電極と、
    前記第2の内部電極層に接続され、前記第2の端面側に配置される第2の外部電極と、
    を有する積層セラミックコンデンサであって、
    前記第1の外部電極は、金属成分およびガラス成分を有する第1の下地電極層と、前記第1の下地電極層上に配置される第1のめっき層とを有し、
    前記第2の外部電極は、金属成分およびガラス成分を有する第2の下地電極層と、前記第2の下地電極層上に配置される第2のめっき層とを有し、
    前記第1の下地電極層は、前記第1の端面上に配置される第1の端面側下地電極層と、4つの前記側面のうちの少なくとも1つの側面の前記第1の端面側の一部に配置される第1の側面側下地電極層と、を有し、
    前記第2の下地電極層は、前記第2の端面上に配置される第2の端面側下地電極層と、4つの前記側面のうちの少なくとも1つの側面の前記第2の端面側の一部に配置される第2の側面側下地電極層と、を有し、
    前記第1の側面側下地電極層の前記第2の端面側の先端から、前記第1の側面側下地電極層の前記長さ方向の寸法の10%の長さの位置までの第1の範囲において、前記第1の側面側下地電極層における前記ガラス成分の存在割合は60%以上であり、
    前記第2の側面側下地電極層の前記第1の端面側の先端から、前記第2の側面側下地電極層の前記長さ方向の寸法の10%の長さの位置までの第2の範囲において、前記第2の側面側下地電極層における前記ガラス成分の存在割合が60%以上である、積層セラミックコンデンサ。
  2. 前記第1の側面側下地電極層は、前記第1の範囲において、少なくとも1箇所以上で、前記第1の側面側下地電極層の厚みの寸法の60%以上の長さを有するガラス成分を有し、
    前記第2の側面側下地電極層は、前記第2の範囲において、少なくとも1箇所以上で、前記第2の側面側下地電極層の厚みの寸法の60%以上の長さを有するガラス成分を有する、請求項1に記載の積層セラミックコンデンサ。
  3. 前記金属成分は、Cuである、請求項1または請求項2に記載の積層セラミックコンデンサ。
  4. 前記ガラス成分は、BaまたはTiの少なくともいずれか一方を含むガラス成分である、請求項1~請求項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. 前記第1の端面側下地電極層中の前記ガラス成分の存在割合は10%以上40%以下であり、
    前記第2の端面側下地電極層中の前記ガラス成分の存在割合は10%以上40%以下である、請求項1~請求項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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