JP2023119110A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】耐湿信頼性を向上す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1は、誘電体層20と内部電極層30とが積層された積層体10と、外部電極40とを備え、積層体10は、幅方向において、誘電体層と内部電極層とを挟み込むように配置され、誘電体で構成されたサイドマージン部W11,W12を含む。内部電極層30において、引出電極部の幅方向の幅W1は、対向電極部の幅方向の幅W0よりも小さい。サイドマージン部W11,W12は、BaおよびTiを主成分として含み、Mgを副成分として含み、このMgの含有量は、Ti100モルに対して0.2モル%以上2.0モル%以下である。内部電極層30はNiを主成分として含み、対向電極部の幅方向の端部E1はMgを副成分として含み、このMgの含有量は、Ni100モルに対して0.13モル%以上0.39モル%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。
セラミック材料からなる複数の誘電体層と複数の内部電極層とが積層された積層体と、積層体の端面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。また、積層体の側面において、複数の誘電体層と複数の内部電極層とを挟み込むように配置され、セラミック材料からなる誘電体で構成されたサイドマージン部を備えた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)。
特開2019-197790号公報
このような積層セラミックコンデンサにおいて、小型化および高容量化のために、サイドマージン部の厚さを薄くし、内部電極層の面積を大きくすることが考えられる。しかし、サイドマージン部の厚さを薄くすると、積層体の側面からサイドマージン部に浸入して内部電極層に至る水分に対する耐性、すなわち耐湿性が低下し、その結果、信頼性が低下することが考えられる。
また、このような積層セラミックコンデンサにおいて、積層体の側面と外部電極との間から浸入して積層体の端面の内部電極層に至る水分に対する耐性、すなわち耐湿性が低下し、その結果、信頼性が低下することが考えられる。
本発明は、耐湿信頼性を向上す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。
本発明に係る積層セラミックコンデンサは、セラミック材料からなる複数の誘電体層と複数の内部電極層とが積層された積層体であって、積層方向に相対する2つの主面と、前記積層方向に交差する幅方向に相対する2つの側面と、前記積層方向および前記幅方向に交差する長さ方向に相対する2つの端面とを有した積層体と、前記積層体の前記2つの端面の各々に配置された2つの外部電極と、を備える。前記積層体は、前記幅方向において、前記複数の誘電体層と前記複数の内部電極層とを挟み込むように配置され、セラミック材料からなる誘電体でそれぞれ構成された2つのサイドマージン部を含む。前記複数の内部電極層の各々は、前記長さ方向において、前記積層方向に隣り合う内部電極層同士で対向する対向電極部と、前記対向電極部から前記端面に向けて延在する引出電極部とを含み、前記複数の内部電極層の前記対向電極部における前記幅方向の端部は、前記幅方向において5μmの範囲内に位置するように揃っており、前記引出電極部の前記幅方向の幅は、前記対向電極部の前記幅方向の幅よりも小さい。前記2つのサイドマージン部の各々は、BaおよびTiを主成分として含み、Mgを副成分として含み、前記2つのサイドマージン部の各々におけるMgの含有量は、Ti100モルに対して0.2モル%以上2.0モル%以下である。前記複数の内部電極層の各々は、Niを主成分として含み、前記複数の内部電極層の各々における前記対向電極部の前記幅方向の端部は、Mgを副成分として含み、前記複数の内部電極層の各々における前記対向電極部の前記幅方向の端部におけるMgの含有量は、Ni100モルに対して0.13モル%以上0.39モル%以下である。
本発明によれば、積層セラミックコンデンサにおいて、耐湿信頼性を向上することができる。
本実施形態に係る積層セラミックコンデンサを示す斜視図である。 図1に示す積層セラミックコンデンサのII-II線断面図(LT断面)である。 図1に示す積層セラミックコンデンサのIII-III線断面図(WT断面)である。 図2に示す積層セラミックコンデンサのIV-IV線断面図(LW断面)である。 図2に示す積層セラミックコンデンサのV-V線断面図(LW断面)である。 本実施形態の変形例1に係る積層セラミックコンデンサの断面図(LW断面)であって、図4相当の断面図である。 本実施形態の変形例2に係る積層セラミックコンデンサの断面図(LW断面)であって、図4相当の断面図である。 本実施形態の変形例3に係る積層セラミックコンデンサの断面図(LW断面)であって、図4相当の断面図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
<積層セラミックコンデンサ>
図1は、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサを示す斜視図であり、図2は、図1に示す積層セラミックコンデンサのII-II線断面図であり、図3は、図1に示す積層セラミックコンデンサのIII-III線断面図である。図4は、図2に示す積層セラミックコンデンサのIV-IV線断面図であり、図5は、図2に示す積層セラミックコンデンサのV-V線断面図である。図1~図5に示す積層セラミックコンデンサ1は、積層体10と外部電極40とを備える。外部電極40は、第1の外部電極41と第2の外部電極42とを含む。
図1~図5には、XYZ直交座標系が示されている。X方向は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であり、Y方向は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であり、Z方向は積層セラミックコンデンサ1および積層体10の積層方向Tである。これにより、図2に示す断面はLT断面とも称され、図3に示す断面はWT断面とも称され、図4および図5に示す断面はLW断面とも称される。
なお、長さ方向L、幅方向Wおよび積層方向Tは、必ずしも互いに直交する関係になるとは限らず、互いに交差する関係であってもよい。
積層体10は、略直方体形状であり、積層方向Tに相対する第1の主面TS1および第2の主面TS2と、幅方向Wに相対する第1の側面WS1および第2の側面WS2と、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とを有する。
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と好ましい。角部は、積層体10の3面が交る部分であり、稜線部は、積層体10の2面が交る部分である。
図2および図3に示すように、積層体10は、積層方向Tに積層された複数の誘電体層20と複数の内部電極層30とを有する。また、積層体10は、積層方向Tにおいて、内層部100と、内層部100を挟み込むように配置された第1の外層部101および第2の外層部102とを有する。
内層部100は、複数の誘電体層20の一部と複数の内部電極層30とを含む。内層部100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100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。
第1の外層部101は、積層体10の第1の主面TS1側に配置されており、第2の外層部102は、積層体10の第2の主面TS2側に配置されている。より具体的には、第1の外層部101は、複数の内部電極層30のうち第1の主面TS1に最も近い内部電極層30と第1の主面TS1との間に配置されており、第2の外層部102は、複数の内部電極層30のうち第2の主面TS2に最も近い内部電極層30と第2の主面TS2との間に配置されている。第1の外層部101および第2の外層部102は、内部電極層30を含まず、複数の誘電体層20のうち内層部100のための一部以外の部分をそれぞれ含む。第1の外層部101および第2の外層部102は、内層部100の保護層として機能する部分である。
また、図3に示すように、積層体10は、幅方向Wにおいて、内層部100、第1の外層部101および第2の外層部102、すなわち複数の誘電体層20および複数の内部電極層30、を挟み込むように配置された第1の側面側外層部W11(以下では、第1のサイドマージン部ともいう。)および第2の側面側外層部W12(以下では、第2のサイドマージン部ともいう。)とを有する。なお、第1のサイドマージン部W11と第2のサイドマージン部W12とに挟まれた部分であって、複数の誘電体層20および複数の内部電極層30を含む部分を、電極対向部W10ともいう。
第1のサイドマージン部W11は、積層体10の第1の側面WS1側に配置されており、第2のサイドマージン部W12は、積層体10の第2の側面WS2側に配置されている。より具体的には、第1のサイドマージン部W11は、内部電極層30の第1の側面WS1側の端と第1の側面WS1との間に位置し、第2のサイドマージン部W12は、内部電極層30の第2の側面WS2側の端と第2の側面WS2との間に位置する。
第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12は、誘電体で構成される。第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12は、内部電極層30の保護層として機能する部分である。なお、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12は、サイドギャップまたはWギャップともいう。
誘電体層20の材料としては、例えば、BaTiO、CaTiO、SrTiO、またはCaZrO等を主成分として含む誘電体セラミックを用いることができる。また、誘電体層20の材料としては、Mg、Si、Mn、希土類元素、Al、Ni、V等のうち少なくとも1種を副成分として添加されてもよい。
これにより、誘電体層20は、Ba、Tiを主成分として含み、Mg、Si、Mn、希土類元素、Al、Ni、V等のうち少なくとも1種を副成分として含む。希土類元素としては、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuおよびYのうち少なくとも1種が挙げられ、これらの中でもDyが好ましい。また、誘電体層20は、複数の誘電体グレインで構成される。なお、本明細書において、主成分とは、最も重量%が高い成分であると定める。
誘電体層20の厚さは、特に限定されないが、例えば0.40μm以上0.50μm以下であると好ましく、0.40μm以上0.45μm以下であるとより好ましい。誘電体層20の枚数は、特に限定されないが、例えば100枚以上2000枚以下であると好ましい。なお、この誘電体層20の枚数は、内層部の誘電体層の枚数と外層部の誘電体層の枚数との総数である。
第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12を構成する誘電体の材料としては、同様に、例えば、BaTiO、CaTiO、SrTiO、またはCaZrO等を主成分として含む誘電体セラミックを用いることができる。また、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12を構成する誘電体の材料としては、Mg、Si、Mn、希土類元素、Al、Ni、V等のうち少なくとも1種を副成分として添加されてもよい。
これにより、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12を構成する誘電体は、Ba、Tiを主成分として含み、Mg、Si、Mn、希土類元素、Al、Ni、V等のうち少なくとも1種を副成分として含む。希土類元素としては、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuおよびYのうち少なくとも1種が挙げられ、これらの中でもDyが好ましい。また、誘電体層20は、複数の誘電体グレインで構成される。
第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12の各々の厚さは、特に限定されないが、例えば13μm以上25μm以下であると好ましく、13μm以上18μm以下であるとより好ましい。第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12の各々における誘電体は、特に限定されないが、1層構造であってもよいし、2層以上の複数層構造であってもよい。
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を含む。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の積層方向Tに交互に配置されている。
第1の内部電極層31は、対向電極部311と引出電極部312とを含み、第2の内部電極層32は、対向電極部321と引出電極部322とを含む。
対向電極部311と対向電極部321とは、積層体10の積層方向Tにおいて誘電体層20を介して互いに対向している。対向電極部311および対向電極部321の形状は、特に限定されず、例えば略矩形状であればよい。対向電極部311および対向電極部321における幅方向Wの端部は、幅方向において5μmの範囲に位置するように揃っている。対向電極部311と対向電極部321とは、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。
引出電極部312は、対向電極部311から積層体10の第1の端面LS1に向けて延在し、第1の端面LS1において露出している。引出電極部322は、対向電極部321から積層体10の第2の端面LS2に向けて延在し、第2の端面LS2において露出している。引出電極部312および引出電極部322の詳細は後述する。
これにより、第1の内部電極層31は第1の外部電極41に接続され、第1の内部電極層31と、積層体10の第2の端面LS2、すなわち第2の外部電極42、との間にはギャップが存在する。また、第2の内部電極層32は第2の外部電極42に接続され、第2の内部電極層32と、積層体10の第1の端面LS1、すなわち第1の外部電極41、との間にはギャップが存在する。
第1の内部電極層31および第2の内部電極層32は、金属Niを主成分として含む。また、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、Cu、Ag、Pd、またはAu等の金属、またはAg-Pd合金等の、それらの金属の少なくとも一種を含む合金、から選ばれる少なくとも1つを主成分として含んでもよいし、主成分以外の成分として含んでもよい。更に、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に含まれるセラミックと同一組成系の誘電体の粒子を主成分以外の成分として含んでいてもよい。なお、本明細書において、主成分の金属とは、最も重量%が高い金属成分であると定める。
第1の内部電極層31および第2の内部電極層32の厚さは、特に限定されないが、例えば0.30μm以上0.40μm以下であると好ましく、0.30μm以上0.35μm以下であるとより好ましい。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、特に限定されないが、例えば10枚以上1000枚以下であると好ましい。
図2に示すように、積層体10は、長さ方向Lにおいて、内部電極層30の第1の内部電極層31と第2の内部電極層32とが対向する電極対向部L10と、第1のエンドマージン部L11と、第2のエンドマージン部L12とを有する。第1のエンドマージン部L11は、電極対向部L10と第1の端面LS1との間に位置し、第2のエンドマージン部L12は、電極対向部L10と第2の端面LS2との間に位置する。より具体的には、第1のエンドマージン部L11は、第2の内部電極層32の第1の端面LS1側の端と第1の端面LS1との間に位置し、第2のエンドマージン部L12は、第1の内部電極層31の第2の端面LS2側の端と第2の端面LS2との間に位置する。第1のエンドマージン部L11は、第2の内部電極層32を含まず、第1の内部電極層31および誘電体層20を含み、第2のエンドマージン部L12は、第1の内部電極層31を含まず、第2の内部電極層32および誘電体層20を含む。第1のエンドマージン部L11は、第1の内部電極層31の第1の端面LS1への引出電極部として機能する部分であり、第2のエンドマージン部L12は、第2の内部電極層32の第2の端面LS2への引出電極部として機能する部分である。第1のエンドマージン部L11および第2のエンドマージン部L12は、エンドギャップまたはLギャップともいう。
なお、電極対向部L10には、上述した第1の内部電極層31の対向電極部311および第2の内部電極層32の対向電極部321が位置する。また、第1のエンドマージン部L11には、上述した第1の内部電極層31の引出電極部312が位置し、第2のエンドマージン部L12には、上述した第2の内部電極層32の引出電極部322が位置する。
上述した積層体10の寸法は、特に限定されないが、例えば長さ方向Lの長さが0.6mm以上1.6mm以下であり、幅方向Wの幅が0.3mm以上0.8mm以下であり、積層方向Tの厚さが0.3mm以上0.8mm以下であると好ましい。
また、後述する外部電極40を含む積層セラミックコンデンサ1の寸法は、特に限定されないが、例えば長さ方向Lの長さが0.6mm以上1.6mm以下であり、幅方向Wの幅が0.3mm以上0.8mm以下であり、積層方向Tの厚さが0.3mm以上0.8mm以下であると好ましい。
なお、誘電体層20および内部電極層30の厚さの測定方法としては、例えば研磨により露出させた積層体の幅方向中央近傍のLT断面を走査型電子顕微鏡にて観察する方法が挙げられる。また、各値は、長さ方向の複数個所の測定値の平均値であってもよいし、更に積層方向の複数個所の測定値の平均値であってもよい。
同様に、積層体10の厚さまたは積層セラミックコンデンサ1の厚さの測定方法としては、例えば研磨により露出させた積層体の幅方向中央近傍のLT断面、または、研磨により露出させた積層体または積層セラミックコンデンサの長さ方向中央近傍のWT断面を走査型電子顕微鏡にて観察する方法が挙げられる。また、各値は、長さ方向または幅方向の複数個所の測定値の平均値であってもよい。
同様に、積層体10の長さまたは積層セラミックコンデンサ1の長さの測定方法としては、例えば研磨により露出させた積層体または積層セラミックコンデンサの幅方向中央近傍のLT断面を走査型電子顕微鏡にて観察する方法が挙げられる。また、各値は、積層方向の複数個所の測定値の平均値であってもよい。
同様に、積層体10の幅または積層セラミックコンデンサ1の幅の測定方法としては、例えば研磨により露出させた積層体または積層セラミックコンデンサの長さ方向中央近傍のWT断面を走査型電子顕微鏡にて観察する方法が挙げられる。また、各値は、積層方向の複数個所の測定値の平均値であってもよい。
外部電極40は、第1の外部電極41と第2の外部電極42とを含む。
第1の外部電極41は、積層体10の第1の端面LS1に配置されており、第1の内部電極層31に接続されている。第1の外部電極41は、第1の端面LS1から、第1の主面TS1の一部および第2の主面TS2の一部に延びていてもよい。また、第1の外部電極41は、第1の端面LS1から、第1の側面WS1の一部および第2の側面WS2の一部に延びていてもよい。
第2の外部電極42は、積層体10の第2の端面LS2に配置されており、第2の内部電極層32に接続されている。第2の外部電極42は、第2の端面LS2から、第1の主面TS1の一部および第2の主面TS2の一部に延びていてもよい。また、第2の外部電極42は、第2の端面LS2から、第1の側面WS1の一部および第2の側面WS2の一部に延びていてもよい。
第1の外部電極41は、第1の下地電極層415と第1のめっき層416とを有し、第2の外部電極42は、第2の下地電極層425と第2のめっき層426とを有する。なお、第1の外部電極41は第1のめっき層416のみから構成されていてもよいし、第2の外部電極42は第2のめっき層426のみから構成されていてもよい。
第1の下地電極層415および第2の下地電極層425は、金属とガラスとを含む焼成層であってもよい。ガラスとしては、B、Si、Ba、Mg、Al、またはLi等から選ばれる少なくとも1つを含むガラス成分が挙げられる。具体例として、ホウケイ酸ガラスを用いることができる。金属としては、Cuを主成分として含む。また、金属としては、例えばNi、Ag、Pd、またはAu等の金属、またはAg-Pd合金等の合金、から選ばれる少なくとも1つを主成分として含んでもよいし、主成分以外の成分として含んでもよい。
焼成層は、金属およびガラスを含む導電性ペーストをディップ法によって積層体に塗布して焼成した層である。なお、内部電極層の焼成後に焼成されてもよく、内部電極層と同時に焼成されてもよい。また、焼成層は、複数層であってもよい。
或いは、第1の下地電極層415および第2の下地電極層425は、導電性粒子と熱硬化性樹脂とを含む樹脂層であってもよい。樹脂層は、上述した焼成層上に形成されてもよいし、焼成層を形成せずに積層体に直接形成されてもよい。
樹脂層は、導電性粒子と熱硬化性樹脂とを含む導電性ペーストを塗布法によって積層体に塗布して焼成した層である。なお、内部電極層の焼成後に焼成されてもよく、内部電極層と同時に焼成されてもよい。また、樹脂層は、複数層であってもよい。
焼成層または樹脂層としての第1の下地電極層415および第2の下地電極層425の各々の一層あたりの厚さとしては、特に限定されず、1μm以上10μm以下であってもよい。
或いは、第1の下地電極層415および第2の下地電極層425は、スパッタ法または蒸着法等の薄膜形成法により形成され、金属粒子が堆積された1μm以下の薄膜層であってもよい。
第1のめっき層416は、第1の下地電極層415の少なくとも一部を覆い、第2のめっき層426は、第2の下地電極層425の少なくとも一部を覆う。第1のめっき層416および第2のめっき層426としては、例えば、Cu、Ni、Ag、Pd、またはAu等の金属、またはAg-Pd合金等の合金から選ばれる少なくとも1つを含む。
第1のめっき層416および第2のめっき層426の各々は複数層により形成されていてもよい。好ましくは、NiめっきおよびSnめっきの2層構造である。Niめっき層は、下地電極層がセラミック電子部品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ことができ、Snめっき層は、セラミック電子部品を実装する際のはんだの濡れ性を向上させ、容易に実装することができる。
第1のめっき層416および第2のめっき層426の各々の一層あたりの厚さとしては、特に限定されず、1μm以上10μm以下であってもよい。
<<サイドマージン部>>
次に、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12について更に説明する。
第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12の各々は、Mgを副成分として含む。第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12の各々におけるMgの含有量は、Ti100モルに対して0.2モル%以上2.0モル%以下である。
また、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12の各々は、Siを副成分として含んでいてもよい。第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12の各々におけるSiの含有量は、Ti100モルに対して0.2モル%以上2.0モル%以下であると好ましい。
また、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12の各々は、希土類元素Dyを副成分として含んでいてもよい。第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12の各々における希土類元素Dyの含有量は、Ti100モルに対して0.8モル%以上2.0モル%以下であると好ましい。
第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12におけるMg、Si、または希土類元素Dyの含有量の測定方法としては、例えば研磨により露出させた積層体の長さ方向中央近傍のWT断面を観察する方法が挙げられる。測定機器としては、例えば波長分散型X線分析(WDX)またはエネルギー分散型X線分析(EDX)と、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)とが挙げられる。各値は、積層方向の複数個所の測定値の平均値であってもよい。
<<内部電極層>>
次に、内部電極層30、すなわち第1の内部電極層31および第2の内部電極層32、について更に説明する。
図4に示すように、第1の内部電極層31において、引出電極部312の幅方向Wの幅は、対向電極部311の幅方向Wの幅よりも小さい。例えば、引出電極部312の長さ方向中央近傍における幅方向Wの幅W1は、積層体10の長さ方向中央近傍における対向電極部311の幅方向Wの幅W0よりも小さい。
また、図5に示すように、第2の内部電極層32において、引出電極部322の幅方向Wの幅は、対向電極部321の幅方向Wの幅よりも小さい。例えば、引出電極部322の長さ方向中央近傍における幅方向Wの幅W1は、積層体10の長さ方向中央近傍における対向電極部321の幅方向Wの幅W0よりも小さい。
内部電極層30の幅W0、W1の測定方法としては、例えば研磨により露出させた積層体の積層方向中央近傍の内部電極層のLW断面を観察する方法が挙げられる。
なお、例えば、積層セラミックコンデンサ1が0603サイズ(L=0.6mm、W=0.3mm、T=0.3mm)の場合、引出電極部312および322の長さ方向Lの長さは25μmであり、積層セラミックコンデンサ1が1005サイズ(L=1.0mm、W=0.5mm、T=0.5mm)の場合、引出電極部312および322の長さ方向Lの長さは25μmであり、積層セラミックコンデンサ1が1608サイズ(L=1.6mm、W=0.8mm、T=0.8mm)の場合、引出電極部312および322の長さ方向Lの長さは40μm以上50μm以下である。なお、この積層セラミックコンデンサ1のサイズおよび寸法は、積層体10および外部電極40を含む寸法である。
引出電極部312の形状は、特に限定されないが、例えば、図4に示すように、対向電極部311の第1の端面LS1側の端の両角から第1の端面LS1に向けて、直線的に幅狭となる台形形状であってもよい。同様に、引出電極部322の形状は、特に限定されないが、例えば、図5に示すように、対向電極部321の第2の端面LS2側の端の両角から第2の端面LS2に向けて、直線的に幅狭となる台形形状であってもよい。
或いは、図6に示すように、引出電極部312の形状は、対向電極部311の第1の端面LS1側の端の両角よりも幅狭箇所から第1の端面LS1に向けて、直線的に幅狭となる台形形状であってもよい。同様に、引出電極部322の形状は、対向電極部321の第2の端面LS2側の端の両角よりも幅狭箇所から第2の端面LS2に向けて、直線的に幅狭となる台形形状であってもよい(図示省略)。
或いは、図7に示すように、引出電極部312の形状は、対向電極部311の第1の端面LS1側の端の両角よりも幅狭箇所から第1の端面LS1に向けて、等幅で直線的である矩形形状であってもよい。同様に、引出電極部322の形状は、対向電極部321の第2の端面LS2側の端の両角よりも幅狭箇所から第2の端面LS2に向けて、等幅で直線的である矩形形状であってもよい(図示省略)。
或いは、図8に示すように、引出電極部312の形状は、対向電極部311の第1の端面LS1側の端の両角から第1の端面LS1に向けて、曲線的に幅狭となる曲線形状であってもよい。同様に、引出電極部322の形状は、対向電極部321の第2の端面LS2側の端の両角から第2の端面LS2に向けて、曲線的に幅狭となる曲線形状であってもよい(図示省略)。
図4に示すように、第1の内部電極層31における対向電極部311の幅方向Wの端部E1は、Mgを副成分として含む。また、図5に示すように、第2の内部電極層32における対向電極部321の幅方向Wの端部E1は、Mgを副成分として含む。より具体的には、端部E1には、第1のサイドマージン部W11または第2のサイドマージン部W12に由来するMgが偏析している。端部E1におけるMgの含有量は、Ni100モルに対して0.13モル%以上0.39モル%以下である。
図4に示すように、第1の内部電極層31における引出電極部312の幅方向Wの端部E2は、Mgを副成分として含んでいてもよい。また、図5に示すように、第2の内部電極層32における引出電極部322の幅方向Wの端部E2は、Mgを副成分として含んでいてもよい。より具体的には、端部E2には、第1のサイドマージン部W11または第2のサイドマージン部W12に由来するMg、または誘電体層20に由来するMgが偏析していてもよい。端部E2におけるMgの含有量は、Ni100モルに対して0.07モル%以上0.32モル%以下であると好ましい。端部E2におけるMgの含有量は、端部E1におけるMgの含有量より少なくなる。
また、図4に示すように、端部E2のうち、引出電極部312の第1の端面LS1における幅方向Wの端部E3におけるMgの含有量は、Ni100モルに対して0.00モル%以上0.28モル%以下であると好ましい。また、図5に示すように、端部E2のうち、引出電極部322の第2の端面LS2における幅方向Wの端部E3におけるMgの含有量は、Ni100モルに対して0.00モル%以上0.28モル%以下であると好ましい。端部E3におけるMgの含有量は、端部E2におけるMgの含有量より少なくなる。
また、引出電極部312の端部E2におけるMgの含有量は、長さ方向Lにおいて、対向電極部311から第1の端面LS1に向けて、次第に減少していてもよい。また、引出電極部322の端部E2におけるMgの含有量は、長さ方向Lにおいて、対向電極部321から第2の端面LS2に向けて、次第に減少していてもよい。
また、第1の内部電極層31における対向電極部311の幅方向Wの端部E1は、Siを副成分として含んでいてもよい。また、第2の内部電極層32における対向電極部321の幅方向Wの端部E1は、Siを副成分として含んでいてもよい。より具体的には、端部E1には、第1のサイドマージン部W11または第2のサイドマージン部W12に由来するSiが偏析していてもよい。
また、第1の内部電極層31における引出電極部312の幅方向Wの端部E2およびE3は、Siを副成分として含んでいてもよい。また、第2の内部電極層32における引出電極部322の幅方向Wの端部E2およびE3は、Siを副成分として含んでいてもよい。より具体的には、端部E2およびE3には、第1のサイドマージン部W11または第2のサイドマージン部W12に由来するSi、または誘電体層20に由来するSiが偏析していてもよい。
なお、引出電極部312の端部E3はSiを含まないこともある。この場合、引出電極部312の端部E2では、長さ方向Lにおいて対向電極部311から第1の端面LS1に向けての一部、例えば2/3までの部分に、Siを含んでもよい。また、引出電極部322の端部E3はSiを含まないこともある。この場合、引出電極部322の端部E2では、長さ方向Lにおいて対向電極部321から第2の端面LS2に向けての一部、例えば2/3までの部分に、Siを含んでもよい。
第1の内部電極層31の対向電極部311の端部E1および第2の内部電極層32の対向電極部321の端部E1におけるMgまたはSiの含有量の測定方法としては、例えば研磨により露出させた積層体の長さ方向中央近傍のWT断面を観察する方法が挙げられる。測定機器としては、例えば波長分散型X線分析(WDX)またはエネルギー分散型X線分析(EDX)と、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)とが挙げられる。各値は、積層方向の複数個所の測定値の平均値であってもよい。
また、第1の内部電極層31の引出電極部312の端部E2および第2の内部電極層32の引出電極部322の端部E2におけるMgまたはSiの含有量の測定方法としては、例えば研磨により露出させた引出電極部の長さ方向中央近傍のWT断面を観察する方法が挙げられる。測定機器としては、例えば波長分散型X線分析(WDX)またはエネルギー分散型X線分析(EDX)と、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)とが挙げられる。各値は、積層方向の複数個所の測定値の平均値であってもよい。
また、第1の内部電極層31の引出電極部312の端部E3および第2の内部電極層32の引出電極部322の端部E3におけるMgまたはSiの含有量の測定方法としては、例えば研磨により露出させた積層体の端面を観察する方法が挙げられる。測定機器としては、例えば波長分散型X線分析(WDX)またはエネルギー分散型X線分析(EDX)と、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)とが挙げられる。各値は、積層方向の複数個所の測定値の平均値であってもよい。
<製造方法>
次に、上述した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。まず、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を準備する。誘電体シートにはMgが含有されている。また、誘電体シートにはSiおよび/または希土類元素Dyが含有されていてもよい。また、誘電体シートおよび導電性ペーストには、バインダおよび溶剤が含まれる。バインダおよび溶剤としては公知の材料を用いることができる。
次に、誘電体シート上に導電性ペーストを、例えば所定のパターンで印刷することにより、誘電体シート上に内部電極パターンを形成する。内部電極パターンの形成方法としては、スクリーン印刷またはグラビア印刷等を用いることができる。
次に、内部電極パターンが印刷されていない第2の外層部102用の誘電体シートを所定枚数積層する。その上に、内部電極パターンが印刷された内層部100用の誘電体シートを順次積層する。その上に、内部電極パターンが印刷されていない第1の外層部101用の誘電体シートを所定枚数積層する。これにより、積層シートが作製される。
次に、静水圧プレス等の手段により、積層シートを積層方向にプレスし、積層ブロックを作製する。次に、積層ブロックを所定のサイズにカットし、積層チップを切り出す。このとき、長さ方向中央部の断面でみれば明らかで、内部電極層の幅方向Wの両側の端部が揃う(例えば5μmの誤差で揃う)。
次に、積層チップの側面に第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12用の誘電体シートを貼り付ける。誘電体シートにはMgが含有されている。また、誘電体シートにはSiおよび/または希土類元素Dyが含有されていてもよい。このとき、バレル研磨等により積層チップの角部および稜線部に丸みをつける。
次に、積層チップを焼成し、積層体10を作製する。焼成温度は、誘電体や内部電極の材料にもよるが、900℃以上1400℃以下であることが好ましい。
このとき、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12において、Mgの作用により、セラミックグレインの粒成長を抑制することができる。また、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12において、Siの作用により、セラミックの焼結性を高めることができる。また、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12において、希土類元素Dyの作用により、高温信頼性を向上することができる。
また、このとき、第1の内部電極層31の対向電極部311の端部E1、および、第2の内部電極層32の対向電極部321の端部E1に、第1のサイドマージン部W11または第2のサイドマージン部W12に由来するMgまたはSiが偏析する。
また、第1の内部電極層31の引出電極部312の端部E2およびE3、および、第2の内部電極層32の引出電極部312の端部E2およびE3に、第1のサイドマージン部W11または第2のサイドマージン部W12に由来するMgまたはSi、および誘電体層20に由来するMgまたはSiが偏析する。
次に、ディップ法を用いて、積層体10の第1の端面LS1を下地電極層用の電極材料である導電性ペーストに浸漬することによって、第1の端面LS1に第1の下地電極層415用の導電性ペーストを塗布する。同様に、ディップ法を用いて、積層体10の第2の端面LS2を下地電極層用の電極材料である導電性ペーストに浸漬することによって、第2の端面LS2に第2の下地電極層425用の導電性ペーストを塗布する。その後、これらの導電性ペーストを焼成することにより、焼成層である第1の下地電極層415および第2の下地電極層425が形成される。焼成温度は、600℃以上900℃以下であることが好ましい。
なお、上述したように、導電性粒子と熱硬化性樹脂とを含む導電性ペーストを塗布法によって塗布して焼成することによって、樹脂層である第1の下地電極層415および第2の下地電極層425を形成してもよいし、スパッタ法または蒸着法等の薄膜形成法により、薄膜である第1の下地電極層415および第2の下地電極層425を形成してもよい。
また、上述では、積層チップを焼成した後に下地電極層を形成して焼成した、すなわち積層体と外部電極とを別々に焼成した。しかし、積層チップを焼成する前に下地電極層を形成して焼成してもよい、すなわち、積層体と外部電極とを同時に焼成してもよい。
その後、第1の下地電極層415の表面に第1のめっき層416を形成して第1の外部電極41を形成し、第2の下地電極層425の表面に第2のめっき層426を形成して第2の外部電極42を形成する。以上の工程により、上述した積層セラミックコンデンサ1が得られる。
以上説明したように、本実施形態の積層セラミックコンデンサ1によれば、図4に示すように、第1の内部電極層31において、引出電極部312の幅W1が対向電極部311の幅W0よりも小さいので、積層体10の第1の端面LS1において、積層体10の第1の側面WS1から第1の内部電極層31までの距離が長い。これにより、第1の外部電極41と積層体10の第1の側面WS1および第2の側面WS2との間から浸入して積層体10の第1の端面LS1の第1の内部電極層31に至る水分の浸入経路を長くすることができる。また、図5に示すように、第2の内部電極層32において、引出電極部322の幅W1が対向電極部321の幅W0よりも小さいので、積層体10の第2の端面LS2において、積層体10の第1の側面WS1および第2のWS2から第2の内部電極層32までの距離が長い。これにより、第2の外部電極42と積層体10の第1の側面WS1および第2の側面WS2との間から浸入して積層体10の第2の端面LS2の第2の内部電極層32に至る水分の浸入経路を長くすることができる。そのため、積層セラミックコンデンサ1の耐湿性を向上することができ、積層セラミックコンデンサ1の信頼性を向上することができる。
また、本実施形態の積層セラミックコンデンサ1によれば、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12がMgを副成分として含み、Mgの含有量がTi100モルに対して0.2モル%以上2.0モル%以下である。これにより、第1のサイドマージン部W11のセラミックグレインの粒成長を抑制することができ、積層体10の第1の側面WS1から第1のサイドマージン部W11に浸入して内部電極層30に至る水分の浸入を抑制することができる。また、第2のサイドマージン部W12のセラミックグレインの粒成長を抑制することができ、積層体10の第2の側面WS2から第2のサイドマージン部W12に浸入して内部電極層30に至る水分の浸入を抑制することができる。そのため、積層セラミックコンデンサ1の耐湿性を向上することができ、積層セラミックコンデンサ1の信頼性を向上することができる。
また、本実施形態の積層セラミックコンデンサ1によれば、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12がSiを副成分として含んでいてもよく、Siの含有量は、Ti100モルに対して1.0モル%以上2.8モル%以下であるとこのましい。これにより、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12のセラミックの焼結性を高めることができ、積層セラミックコンデンサ1の信頼性(寿命)を向上することができる。特に、積層セラミックコンデンサ1の高温信頼性を向上することができる。
また、本実施形態の積層セラミックコンデンサ1によれば、第1の内部電極層31の対向電極部311の端部E1および第2の内部電極層32の対向電極部321の端部E1に、第1のサイドマージン部W11または第2のサイドマージン部W12に由来するMgが偏析し、Mgの含有量は、Ni100モルに対して0.13モル%以上0.39モル%以下である。これにより、第1の内部電極層31の対向電極部311の端部E1および第2の内部電極層32の対向電極部321の端部E1における電界集中を抑制することができ、積層セラミックコンデンサ1の信頼性(寿命)を向上することができる。特に、積層セラミックコンデンサ1の高温信頼性を向上することができる。
また、本実施形態の積層セラミックコンデンサ1によれば、第1の内部電極層31の引出電極部312の端部E2および第2の内部電極層32の引出電極部322の端部E2に、第1のサイドマージン部W11または第2のサイドマージン部W12に由来するMg、または誘電体層20に由来するMgが偏析していてもよく、Mgの含有量は、Ni100モルに対して0.07モル%以上0.32モル%以下であると好ましい。
また、端部E2のうち、引出電極部312の第1の端面LS1における端部E3および引出電極部322の第2の端面LS2におけるの端部E3におけるMgの含有量は、Ni100モルに対して0.00モル%以上0.28モル%以下であると好ましい。
これにより、第1の内部電極層31の引出電極部312の端部E2およびE3、および、第2の内部電極層32の引出電極部322の端部E2およびE3における電界集中を抑制することができ、積層セラミックコンデンサ1の信頼性(寿命)を向上することができる。特に、積層セラミックコンデンサ1の高温信頼性を向上することができる。
また、本実施形態の積層セラミックコンデンサ1によれば、第1の内部電極層31の対向電極部311の端部E1および第2の内部電極層32の対向電極部321の端部E1に、第1のサイドマージン部W11または第2のサイドマージン部W12に由来するSiが偏析していてもよい。また、第1の内部電極層31の引出電極部312の端部E2およびE3、および、第2の内部電極層32の引出電極部322の端部E2およびE3に、第1のサイドマージン部W11または第2のサイドマージン部W12に由来するSi、または誘電体層20に由来するSiが偏析していてもよい。
これにより、第1の内部電極層31の対向電極部311の端部E1、第2の内部電極層32の対向電極部321の端部E1、第1の内部電極層31の引出電極部312の端部E2およびE3、および、第2の内部電極層32の引出電極部322の端部E2およびE3における電界集中を抑制することができ、積層セラミックコンデンサ1の信頼性(寿命)を向上することができる。特に、積層セラミックコンデンサ1の高温信頼性を向上することができる。
また、本実施形態の積層セラミックコンデンサ1によれば、第1のサイドマージン部W11および第2のサイドマージン部W12が希土類元素Dyを副成分として含んでいてもよく、希土類元素Dyの含有量は、Ti100モルに対して0.8モル%以上2.0モル%以下であるとこのましい。希土類元素Dyの含有量が0.8モル%未満であると、酸素空孔の移動を抑制する効果が低いため、積層セラミックコンデンサ1の信頼性(寿命)が低下する。希土類元素Dyの含有量が2.0モル%を超えると、セラミックスの緻密性不足のため、積層セラミックコンデンサ1の耐湿性が低下する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
図1~図5に示す本実施形態の積層セラミックコンデンサを実施例1~8として作製するとともに、比較例1および2の積層セラミックコンデンサを作製した。実施例1~8および比較例1および2の積層セラミックコンデンサの主な構成は以下の通りである。
・積層セラミックコンデンサ:0603サイズ(L=0.6mm、W=0.3mm、T=0.3mm)
・誘電体層20:主成分Ba、Ti、副成分Mg、Si、希土類元素Dy、厚さ0.40μm、枚数100枚
・内部電極層30の主成分Ni、厚さ0.30μm、枚数10枚
・引出電極部312および322:長さL方向の長さ25μm
・サイドマージン部W11およびW12:主成分Ba、Ti、副成分Mg、Si、希土類元素Dy、厚さ18μm
また、実施例1~8および比較例1および2の積層セラミックコンデンサのサイドマージン部W11およびW12のTi100モルに対する副成分MgおよびSiの含有量モル%、内部電極層30の幅方向Wの端部E1、E2およびE3のNi100モルに対するMgの含有量モル%は表1の通りである。
各含有量の測定方法は、上述した一例の通りである。すなわち、サイドマージン部W11およびW12におけるMgおよびSiの含有量の測定では、研磨により露出させた積層体の長さ方向中央近傍のWT断面を観察した。測定機器は、波長分散型X線分析(WDX)またはエネルギー分散型X線分析(EDX)と、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)とを用いた。各値は、積層方向における5個所の測定値の平均値である。
内部電極層30の対向電極部の端部E1におけるMgの含有量の測定では、研磨により露出させた積層体の長さ方向中央近傍のWT断面を観察した。また、内部電極層30の引出電極部の端部E2におけるMgの含有量の測定では、研磨により露出させた引出電極部の長さ方向中央近傍のWT断面を観察した。また、内部電極層30の引出電極部の端部E3におけるMgの含有量の測定方法としては、研磨により露出させた積層体の端面を観察した。これらの測定機器は、波長分散型X線分析(WDX)またはエネルギー分散型X線分析(EDX)と、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)とを用いた。各値は、積層方向の5個所の測定値の平均値である。
(評価)
実施例および比較例の積層セラミックコンデンサの信頼性試験として、HALT(Highly Accelerated Limit Test)を行った。
HALTとは、仕様を超える温度および振動等のストレスを試験対象物に加え、稼動限界および/または破壊限界、換言すれば仕様に対する稼動マージンおよび/または破壊マージンを明らかにする試験、いわゆる加速試験および/または破壊試験、である。HALTにより、仕様に対するマージン、すなわち信頼性を、短期間に試験することができる。
HALTの条件は、以下の2通りである。
・耐湿信頼性:温度85℃、湿度85%RH、電圧6.3V
・高温信頼性(寿命):温度85℃、電圧6.3V、1000時間
これらの耐湿信頼性および高温信頼性(寿命)のHALTの評価結果として、サンプル100個における故障個数を表1に示す。故障の判定値としては、端子間絶縁抵抗100kΩ以下とした。
また、これらのHALTの総合判定として、3段階判定を表1に示す。3段階判定では、故障数0である場合に◎、故障数3個未満である場合に〇、故障数3個以上である場合に×とした。
Figure 2023119110000002
表1によれば、サイドマージン部W11およびW12のMg含有量が、Ti100モルに対して0.2モル%以上2.0モル%であると、耐湿信頼性が高いことがわかる。また、サイドマージン部W11およびW12のSi含有量が、Ti100モルに対して1.0モル%以上2.8モル%以下であると、高温信頼性が高いことがわかる。
また、内部電極層30の対向電極部の端部E1のMg含有量が、Ni100モルに対して0.13モル%以上0.39モル%以下であると、或いは内部電極層30の引出電極部の端部E2のMg含有量が、Ni100モルに対して0.07モル%以上0.32モル%以下であると、或いは内部電極層30の引出電極部の端面の端部E3のMg含有量が、Ni100モルに対して0.00モル%以上0.28モル%以下であると、高温信頼性が高いことがわかる。
1 積層セラミックコンデンサ
10 積層体
20 誘電体層
30 内部電極層
31 第1の内部電極層
311 第1の対向電極部
312 第1の引出電極部
32 第2の内部電極層
321 第2の対向電極部
322 第2の引出電極部
40 外部電極
41 第1の外部電極
415 第1の下地電極層
416 第1のめっき層
42 第2の外部電極
425 第2の下地電極層
426 第2のめっき層
100 内層部
101 第1の外層部
102 第2の外層部
L10 電極対向部
L11 第1のエンドマージン部
L12 第2のエンドマージン部
W10 電極対向部
W11 第1のサイドマージン部(第1の側面側外層部)
W12 第2のサイドマージン部(第2の側面側外層部)
L 長さ方向
T 積層方向
W 幅方向
LS1 第1の端面
LS2 第2の端面
TS1 第1の主面
TS2 第2の主面
WS1 第1の側面
WS2 第2の側面
E1、E2、E3 端部

Claims (8)

  1. セラミック材料からなる複数の誘電体層と複数の内部電極層とが積層された積層体であって、積層方向に相対する2つの主面と、前記積層方向に交差する幅方向に相対する2つの側面と、前記積層方向および前記幅方向に交差する長さ方向に相対する2つの端面とを有した積層体と、
    前記積層体の前記2つの端面の各々に配置された2つの外部電極と、
    を備え、
    前記積層体は、前記幅方向において、前記複数の誘電体層と前記複数の内部電極層とを挟み込むように配置され、セラミック材料からなる誘電体でそれぞれ構成された2つのサイドマージン部を含み、
    前記複数の内部電極層の各々は、前記長さ方向において、前記積層方向に隣り合う内部電極層同士で対向する対向電極部と、前記対向電極部から前記端面に向けて延在する引出電極部とを含み、
    前記複数の内部電極層の前記対向電極部における前記幅方向の端部は、前記幅方向において5μmの範囲内に位置するように揃っており、
    前記引出電極部の前記幅方向の幅は、前記対向電極部の前記幅方向の幅よりも小さく、
    前記2つのサイドマージン部の各々は、BaおよびTiを主成分として含み、Mgを副成分として含み、
    前記2つのサイドマージン部の各々におけるMgの含有量は、Ti100モルに対して0.2モル%以上2.0モル%以下であり、
    前記複数の内部電極層の各々は、Niを主成分として含み、
    前記複数の内部電極層の各々における前記対向電極部の前記幅方向の端部は、Mgを副成分として含み、
    前記複数の内部電極層の各々における前記対向電極部の前記幅方向の端部におけるMgの含有量は、Ni100モルに対して0.13モル%以上0.39モル%以下である、
    積層セラミックコンデンサ。
  2. 前記2つのサイドマージン部の各々は、Siを副成分として含み、
    前記2つのサイドマージン部の各々におけるSiの含有量は、Ti100モルに対して1.0モル%以上2.8モル%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. 前記複数の内部電極層の各々における前記引出電極部の前記幅方向の端部は、Mgを副成分として含み、
    前記複数の内部電極層の各々における前記引出電極部の前記幅方向の端部におけるMgの含有量は、Ni100モルに対して0.07モル%以上0.32モル%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。
  4. 前記複数の内部電極層の各々における前記引出電極部の前記端面における前記幅方向の端部は、Mgを副成分として含み、
    前記複数の内部電極層の各々における前記引出電極部の前記端面における前記幅方向の端部におけるMgの含有量は、Ni100モルに対して0.00モル%以上0.28モル%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。
  5. 前記複数の内部電極層の各々における前記引出電極部の前記幅方向の端部は、Mgを副成分として含み、
    前記複数の内部電極層の各々における前記引出電極部の前記幅方向の端部におけるMgの含有量は、前記長さ方向において、前記対向電極部から前記端面に向けて次第に減少する、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。
  6. 前記複数の内部電極層の各々における前記対向電極部の前記幅方向の端部は、Siを副成分として含み、
    前記複数の内部電極層の各々における前記引出電極部の前記幅方向の端部は、Siを副成分として含む、
    請求項2に記載の積層セラミックコンデンサ。
  7. 前記2つのサイドマージン部の各々は、希土類元素を副成分として含み、
    前記2つのサイドマージン部の各々における希土類元素の含有量は、Ti100モルに対して0.8モル%以上2.0モル%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. 前記複数の内部電極層の各々における前記引出電極部の前記長さ方向の長さは、20μm以上50μm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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