JP2792012B2 - 積層コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、誘電体層（シート）の内部に内部電極薄膜
が埋め込まれてなる積層コンデンサに係わり、特に、保
安機能としてヒューズを有する積層コンデンサ及びその
製造方法に関する。

［従来の技術］ 積層コンデンサは、誘電体層の内部に少なくとも２層
以上の内部電極層（薄膜）がその端部を露出させるよう
に埋め込まれ、内部電極層の端部が露出する誘電体表面
に外部電極が設けられてなる構造のコンデンサ素子を有
している。

このような積層コンデンサにおいては、その使用中
に、コンデンサ素子の誘電体層の絶縁抵抗が低下し、短
絡故障が発生する場合がある。このように短絡故障が発
生すると、誘電体層の一部分に電流が集中するため、ジ
ュール熱によってコンデンサが発熱し、基板を損傷した
り、同じ基板上の他の構成デバイスに熱的な悪影響を及
ぼす虞がある。

このような欠点を解決するために、従来、外部電極と
リード線の間にヒューズを介在させる方法（第１の方
法）や、内部電極層の一部を狭くすることによってその
部分の抵抗を大きくし、ヒューズ機能を持たせる方法
（第２の方法）などが提唱されている。

しかしながら、第１の方法は、コンデンサ素子が小型
の場合には、コンデンサ素子自体のスペースに対し、外
部電極とリード線との間にヒューズが介在するスペース
の方が大きくなり、全体が大きくなってしまうという欠
点を有している。また、ヒューズ自体の機械的強度が低
いために外部電極とリード線の接続における機械的強度
が低くなり、信頼性に問題がある。さらに、コンデンサ
素子とリード線との間にヒューズを接続するに当たって
は、多数個のコンデンサについて一括した接続作業を行
うことができず、個々のコンデンサについて逐次接続作
業を行わなければならないため、量産性に劣り、コスト
が高くつくという欠点もある。

このように第１の方法は、欠点が多く、実用性が低い
ので、実際には採用されていないのが現状である。

また、第２の方法を採用しようとしても、元来、内部
電極層の材質は誘電体層と共に焼結可能な白金やパラジ
ウムなどの貴金属に限定されるため、内部電極層におけ
る比抵抗の拡大は、その材質自体に基因して困難であ
り、部分的に面積を狭くしても短絡電流による溶断を発
生し難く、実際に有効なヒューズ機能を持たせることが
できない。このため、第２の方法も、結局実用化されて
いない。

すなわち、従来技術においては、積層コンデンサに短
絡故障を生じた際に、このコンデンサをオープンモード
にするような保安機能付きの積層コンデンサは実現され
ていない。従って、前述の通り、従来のコンデンサにお
いては、その使用中に短絡故障を生じると、誘電体層の
一部分に電流が集中するため、ジュール熱によってコン
デンサが発熱し、基板を焼損したり、同じ基板上の他の
構成デバイスに熱的な悪影響を及ぼすなどの危険性が高
く、信頼性に問題があった。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の通り、従来では、積層コンデンサが短絡故障を
生じた際に、このコンデンサをオープンモードにできる
ような、実用性の高い技術が存在しなかったため、短絡
故障を生じた場合に、基板や他の構成デバイスに熱的な
損傷を与える危険性が高いという欠点があった。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するた
めに提案されたものであり、その目的は、積層コンデン
サが短絡故障を生じた際に、このコンデンサを容易且つ
確実にオープンモードにできるような優れたヒューズ機
能を、スペースの拡大や機械的強度の定価などを生じる
ことのない簡略な構成によって実現することにより、小
型で、高信頼性を有し、量産性にも貢献し得るような、
優れた積層コンデンサを提供すると共に、そのための優
れた製造方法を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 請求項１に記載の発明による積層コンデンサは、誘電
体シートの内部に複数の内部電極薄膜がその端部を露出
させるように埋め込まれてなるコンデンサ素子が、第１
の端面と第１の側面とに内部電極薄膜の端部を露出させ
た第１の積層コンデンサ構造、及びこの第１の積層コン
デンサとは反対面の第２の端面と第２の側面とに内部電
極薄膜の端部を露出させた第２の積層コンデンサ構造を
積層したものからなり、前記コンデンサ素子の第１の端
面と側面及び第２の端面と側面にそれぞれ外部電極を形
成して積層コンデンサとし、前記第１の積層コンデンサ
構造と第２の積層コンデンサ構造とを第１の側面に形成
した外部電極と第２の側面に形成した外部電極に接続し
た線ヒューズ又は印刷ヒューズを介して直列に接続した
ことを特徴としている。

また、以上のような積層コンデンサを具体的に製造す
るための、請求項２に記載の本発明による積層コンデン
サの製造方法は、長方形の複数の誘電体シートと第１、
第２の複数の内部電極薄膜を使用し、この第１、第２の
複数の内部電極薄膜を、その端部が露出するように誘電
体シートを介して積層することにより、第１、第２の積
層コンデンサ構造を有する直方体のコンデンサ素子を形
成する積層コンデンサの製造方法において、前記直方体
のコンデンサ素子の形成に際し、形成されるコンデンサ
素子の誘電体シートの両側の短辺に対応する両側の積層
端面を第１、第２の端面A₁、A₂とし、誘電体シートの両
側の長辺に対応する両側の積層側面を第１、第２の側面
B₁、B₂とした場合に、第１の複数の内部電極薄膜を、そ
の端部が第１の端面A₁と第１の側面B₁に交互に露出する
ように誘電体シートを介して積層することにより第１の
積層コンデンサ構造を形成し、第２の複数の内部電極薄
膜を、その端部が第２の端面A₂と第２の側面B₂に交互に
露出するように誘電体シートを介して積層することによ
り第２の積層コンデンサ構造を形成し、これを積層して
コンデンサ素子を形成した後、形成されたコンデンサ素
子の各面A₁，B₁，A₂，B₂における第１、第２の内部電極
薄膜の各露出部に外部電極を形成し、この外部電極を形
成した後、コンデンサ素子の第１、第２の側面B₁，B₂に
形成された外部電極間を、線ヒューズ又は印刷ヒューズ
を介して直列に接続することを特徴としている。

［作用］ 以上のような構成を有する本発明の作用は次の通りで
ある。まず、請求項１に記載の積層コンデンサにおいて
は、コンデンサ素子内に２個の積層コンデンサ構造を設
け、この間を線ヒューズ又は印刷ヒューズを介して接続
しているため、このヒューズを長くとることにより、低
い電流値で容易に溶断可能となり、コンデンサを容易且
つ確実にオープンモードにできる。

また、このように、コンデンサ素子内に設けた２個の
積層コンデンサ構造間を線ヒューズ又は印刷ヒューズを
介して接続しているため、ヒューズを素子に近接させて
コンパクトに配置可能となり、従来のような外部電極と
リード線との間にヒューズを設ける場合に比べて、スペ
ースを縮小できると共に、外部電極とリード線との接続
強度を低下させる問題もない。

特に、請求項２に記載の製造方法を適用した場合に
は、コンデンサ素子の第１、第２の側面B₁，B₂に形成し
た外部電極同士をヒューズを介して接続する構成である
ことにより、側面B₁，B₂間でヒューズの距離を十分取れ
るため、低い電流値、例えば1A〜3Aの比較的低い電流値
で容易に溶断可能となる。

また、このように、コンデンサ素子の両側面に形成し
た外部電極間をヒューズを介して接続することは、外部
電極とリード線との間にヒューズを設ける場合に比べ
て、極めて容易であり、量産性の向上に貢献できる利点
もある。

さらに、リードレスのいわゆるチップ構造において
も、コンデンサ素子の両側面に形成した外部電極間を、
線ヒューズで接続するか、またはこの外部電極間にヒュ
ーズ機能を有する低融点金属粉末とビヒクルからなる導
電性塗料を、塗布、焼き付け印刷することにより、容易
にヒューズ機能を持たせることができる。

従って、本発明を適用した積層コンデンサにおいて
は、リード線タイプ及びリードレスタイプ（チップタイ
プ）のいずれの積層コンデンサにおいても、短絡時に容
易にオープンモードでき、基板の焼損或いは他の部品へ
の熱的な悪影響を防止し得る。

なお、本発明の適用にあたっては、第１、第２の積層
コンデンサ構造の最近接層の間の誘電体層を厚くする
か、中間の絶縁層を挿入することが望ましい。そうする
ことによって、ヒューズの溶断によってオープンモード
となった場合に、第１、第２の積層コンデンサの最近接
層の間で新たなコンデンサ構造が形成されることを防止
でき、信頼性をより高められる。

［実施例］ 以下に、本発明による積層コンデンサ及びその製造方
法を積層セラミックコンデンサに適用してなる実施例に
ついて、図面を参照して具体的に説明する。

まず、第１図及び第２図は、本発明に従って製造した
異なる積層セラミックコンデンサを示す図である。この
場合、第１図に示す積層セラミックコンデンサは、第
１、第２の複数の内部電極薄膜（図示せず）を備えた直
方体のコンデンサ素子１、このコンデンサ素子１の第
１、第２の端面A₁，A₂、及び第１、第２の側面B₁，B₂に
形成された外部電極2a,2b、第１、第２の側面B₁，B₂に
形成された外部電極2b間に接続された線ヒューズ３、第
１、第２の端面A₁，A₂に接続されたリード線４、及び外
装樹脂５を有するリード線タイプの積層コンデンサであ
る。

また、第２図に示す積層セラミックコンデンサは、第
１実施例と同様のコンデンサ素子１及び外部電極2a,2b
を有し、線ヒューズ３の代りに印刷ヒューズ６が形成さ
れ、リード線４及び外装樹脂５を省略したチップタイプ
の積層コンデンサである。

次に、第１図に示す積層セラミックコンデンサの製造
工程を、第３図乃至第６図を参照して説明する。なお、
第３図乃至第６図は、積層コンデンサの製造工程のう
ち、特に誘電体シート11と内部電極薄膜12とを積層して
コンデンサ素子を形成する工程を示している。まず、第
３図及び第４図に示すように、誘電体セラミックの微粉
末とバインダとなる樹脂及び溶剤、可塑剤を混合してス
ラリー状となし、ドクターブレード法により、厚さ20ミ
クロンの誘電体シート（誘電体層）11を形成し、この誘
電体シート11の表面にパラジウム微粉末と有機ビヒクル
よりなるペーストをスクリーン印刷法で印刷塗布し、乾
燥して、内部電極薄膜（内部電極層）12を形成する。こ
の場合、内部電極薄膜12の印刷パターンを２種類使用す
ることにより、第３図及び第４図に示すような２種類の
印刷パターンを有する２種類のプリントシートS₁，S₂を
形成する。この場合、内部電極薄膜12を形成すると共
に、プリントシートS₁，S₂のそれぞれにカットマーク13
を形成する。

次に、これらの２種類のパターンを有するプリントシ
ートS₁，S₂を、所定枚数使用し、それぞれのカットマー
ク13が一致するように位置決めして交互に積重ね、下部
の積層シート構造を形成する。この下部の積層シート構
造は、後述する切断、分割によって単位積層体とさた段
階で、第２の積層コンデンサ構造（C₂）となる。続い
て、同様に、所定枚数のプリントシートS₁，S₂を使用
し、先の工程で形成した下部の積層シート構造の上に、
この構造に対して平面方向で180°向きを変え、同様に
位置決めして交互に積み重ね、上部の積層シート構造を
形成する。この上部の積層シート構造は、後述する切
断、分割によって単位積層体とされた段階で、第１の積
層コンデンサ構造（C₁）となる。さらに、このように重
ね合せられてなる積層シート構造の上面及び下面に、内
部電極が印刷されていない誘電体シート11をそれぞれ所
定数積重ねた後、金型に入れ温度と圧力をかけることに
より一体化し、積層体母体とする。この後、この積層体
母体を、前記カットマーク13の一で切断・分割すること
により、第５図に示すような積層構造を有する単位積層
体を得る。この第５図は、一部切欠き断面を備えた斜視
図であり、図中手前の積層端面が第１の端面A₁、図中奥
側の積層端面が第２の端面A₂、図中右側の積層側面が第
１の側面B₁、図中左側の積層側面が第２の側面B₂とされ
ている。

また、第６図は、第５図の単位積層体を構成している
プリントシート片P₁，P₂，P₃，P₄の積層構造を示してい
る。なお、このプリントシート片P₁〜P₄の記号の別は、
その内部電極薄膜12の端部の露出面の違いに基づいてお
り、それぞれ、単位積層体の第１の端面A₁、第１の側面
B₁、第２の端面A₂、第２の側面B₂に露出している。この
場合、第１、第２の端面A₁，A₂における、プリントシー
ト片P₁，P₃の内部電極薄膜12の露出部は、内部電極薄膜
12本体部をその長辺方向に単に延長した形状とされてお
り、従ってこの露出部の露出範囲は若干のマージン部を
残してほぼ端面A₁，A₂の長さ全体に渡っている。これに
対し、第１、第２の側面B₁，B₂におけるプリントシート
片P₂，P₄の内部電極薄膜12の露出部は、内部電極薄膜12
本体部の長辺の長さの数分の１程度の長さの範囲で、そ
の側方中央部に突出した形状とされており、従ってこの
露出部の露出範囲は、側面B₁，B₂の中央の一部のみの範
囲に規定されている。

そして、これら第５図及び第６図に示すように、単位
積層体の上部は、プリントシート片P₁及びプリントシー
ト片P₂が交互に積層され、内部電極薄膜12の端部が第１
の端面A₁及び第１の側面B₁に交互に露出した第１の積層
コンデンサ構造C₁となっている。また、単位積層体の下
部は、プリントシート片P₃及びプリントシート片P₄が交
互に積層され、内部電極薄膜12の端部が第２の端面A₂及
び第２の側面B₂に交互に露出した第２の積層コンデンサ
C₂となっている。

また、第７図は、以上のような単位積層体の等価回路
を示す回路図である。さらに、この単位積層体を所定の
温度で焼結してコンデンサ素子１を完成して後、このコ
ンデンサ素子１における第１、第２の端面A₁，A₂、及び
第１、第２の側面B₁，B₂の内部電極薄膜12の露出部に外
部電極2a及び2bを形成する。この場合、第１、第２の端
面A₁，A₂には、その全面に外部電極2aを形成するが、第
１、第２の側面B₁，B₂については、露出部の露出範囲を
覆う程度、すなわち長さ方向における中央の一部のみの
範囲に外部電極2bを形成する。

この後、第１、第２の側面B₁，B₂に設けた外部電極2b
間に、1A定格の線ヒューズ６をはんだ付けで結線する一
方、第１、第２の端面A₁，A₂に設けた外部電極1aには、
それぞれリード線４をはんだ付けし、外装樹脂５で被覆
することにより、第１図に示すリード線タイプの積層セ
ラミックコンデンサを完成する。

一方、第２図に示すチップタイプの積層セラミックコ
ンデンサの製造工程も、コンデンサ素子１を形成する、
外部電極2aを形成するまでの構成は、ほぼ同様である
が、線ヒューズ３を使用する代りに印刷ヒューズ６を使
用していることから、内部電極薄膜12を形成する際にこ
の印刷ヒューズ６を同様の手法により印刷する必要があ
り、またリード線４及び外装樹脂５を設ける工程が不要
となる点などにおいて異なっている。

以上のような各工程によって、第１図及び第２図に示
す積層セラミックコンデンサ（実施例品）を完成し、同
じ定格の従来技術による積層セラミックコンデンサ（従
来品）と共に、次のような特性試験を行った。すなわ
ち、耐電圧以上の高電圧を印加することにより、意図的
に短絡故障させた後、低電流電源を用いて、短絡電流を
1Aからステップ的に電流を増やすという特性試験を行っ
た。この場合、従来品においては、短絡電流が3Aを越え
たところから、外装樹脂が発煙し、5Aでは外装樹脂が完
全に燃焼し、数分後断線に至るまで発熱し続けたのに対
し、実施例品においては、短絡電流が1Aを越えたところ
で早くも断線し、発煙は見られなかった。

このように、本発明の実施例における積層セラミック
コンデンサは、1A以上の大電流が流れる電源回路におい
て使用された場合に、短絡故障となっても、内蔵するヒ
ューズが速やかに断線するため、オープンモードとな
り、コンデンサの発熱による二次災害、すなわち、基板
の燃焼や周辺の構成デバイスへの熱的な悪影響などを阻
止でき、信頼性に優れ、その工業的価値は高い。

また、本発明の実施例においては、第１、第２の積層
コンデンサ構造C₁，C₂間を、線ヒューズ３又は印刷ヒュ
ーズ６を介して接続しており、第１図及び第２図に示す
ように、線ヒューズ３又は印刷ヒューズ６を素子の表面
に配置しただけの簡単な構成であるため、ヒューズの配
置のためにスペースが拡大することはほとんどなく、コ
ンパクトな構成が実現されている。この場合、線ヒュー
ズの接続は、その両端をともに外部電極に接続するた
め、強度的な考慮も不要であり、作業が容易であり、量
産性の向上に貢献できる。また、印刷ヒューズ６を使用
した場合には、内部電極薄膜12のパターン印刷時に、同
時にヒューズを印刷できるため、ヒューズの接続工程が
不要となり、その分だけさらに作業性を向上できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、単体のコン
デンサ素子内に２個の積層コンデンサ構造を設け、この
間を線ヒューズ又は印刷ヒューズを介して接続するとい
う簡単な構成の改良により、スペースの拡大や機械的強
度の低下を生じること無く、積層コンデンサが短絡故障
を生じた際に、このコンデンサを容易且つ確実にオープ
ンモードにできるような優れたヒューズ機能を実現でき
るため、小型で、高信頼性を有し、量産性にも貢献し得
るような、優れた積層コンデンサ及びその製造方法を提
供できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明に従って製造した積層セラミックコン
デンサの一実施例を示す構造図、第２図は本発明に従っ
て製造した積層セラミックコンデンサの他の実施例を示
す斜視図、第３図乃至第５図は、第１図の積層セラミッ
クコンデンサの製造工程を示す図であり、第３図及び第
４図は、誘電体シートに異なる印刷パターンによって内
部電極薄膜を形成してなる２種類のプリントシートを示
す平面図、第５図は、第３図及び第４図に示すプリント
シートを積層した後、切断・分割して形成してなる積層
コンデンサ構造を２個積層したコンデンサ素子を示す一
部切欠き断面を備えた斜視図、第６図は、積層コンデン
サ構造を構成しているプリントシート片の積層構造を示
す分解斜視図、第７図は第５図に示すコンデンサ素子の
等価回路を示す回路図である。 １…コンデンサ素子、2a,2b…外部電極、３…線ヒュー
ズ ４…リード線、５…外装樹脂、６…印刷ヒューズ 11…誘電体シート、12…内部電極薄膜、13…カットマー
ク A₁…第１の端面、A₂…第２の端面、B₁…第１の側面 B₂…第２の側面、S₁，S₂…プリントシート P₁〜P₄…プリントシート片、C₁…第１の積層コンデンサ
構造 C₂…第２の積層コンデンサ構造

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体シート（11）の内部に複数の内部電
   極薄膜（12）がその端部を露出させるように埋め込まれ
   てなるコンデンサ素子（１）が、第１の端面（A₁）と第
   １の側面（B₁）とに内部電極薄膜の端部を露出させた第
   １の積層コンデンサ構造（C₁）及び第２の端面（A₂）と
   第２の側面（B₂）とに内部電極薄膜の端部を露出させた
   第２の積層コンデンサ構造（C₂）を積層したものからな
   り、前記コンデンサ素子（１）の第１の端面と側面及び
   第２の端面と側面にそれぞれ外部電極（2a）（2b）を形
   成して積層コンデンサとし、前記第１の積層コンデンサ
   構造（C₁）と第２の積層コンデンサ構造（C₂）とを第１
   の側面に形成した外部電極（2b）と第２の側面に形成し
   た外部電極（2b）に接続した線ヒューズ（３）又は印刷
   ヒューズ（６）を介して直列に接続したことを特徴とす
   る積層コンデンサ。
2. 【請求項２】長方形の複数の誘電体シート（11）と第
   １、第２の複数の内部電極薄膜（12）を使用し、この第
   １、第２の複数の内部電極薄膜（12）を、その端部が露
   出するように誘電体シート（11）を介して積層すること
   により、第１、第２の積層コンデンサ構造（C₁）（C₂）
   を有する直方体のコンデンサ素子（１）を形成する積層
   コンデンサの製造方法において、前記直方体のコンデン
   サ素子（１）の形成に際し、形成されるコンデンサ素子
   （１）の、誘電体シート（11）の両側の短辺に対応する
   両側の積層端面を第１、第２の端面（A₁）（A₂）とし、
   誘電体シート（11）の両側の長辺に対応する両側の積層
   側面を第１、第２の側面（B₁）（B₂）とした場合に、第
   １の複数の内部電極薄膜（12）を、その端部が第１の端
   面（A₁）と第１の側面（B₁）に交互に露出するように誘
   電体シート（11）を介して積層することにより、第１の
   積層コンデンサ構造（C₁）を形成し、第２の複数の内部
   電極薄膜（12）を、その端部が第２の端面（A₂）と第２
   の側面（B₂）に交互に露出するように誘電体シート（1
   1）を介して積層することにより、第２の積層コンデン
   サ構造（C₂）を形成し、前記第１のコンデンサ構造
   （C₁）と第２のコンデンサ構造（C₂）を積層してコンデ
   ンサ素子（１）を形成した後、形成されたコンデンサ素
   子（１）の各面（A₁）（B₁）（A₂）（B₂）における第
   １、第２の内部電極薄膜（12）の露出部に、外部電極
   （2a）（2b）を形成し、この外部電極（2a）（2b）を形
   成した後、コンデンサ素子（１）の第１、第２の側面
   B₁，B₂に形成された外部電極（2b）間を、線ヒューズ
   （３）又は印刷ヒューズ（６）を介して直列に接続する
   ことを特徴とする積層コンデンサの製造方法。