JP4574283B2 - 積層コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は積層コンデンサの構造に関するものである。

従来の積層コンデンサとしては、例えば図６に示す如く、矩形状を成す誘電体層２２を、間に第１の内部電極２３と第２の内部電極２４とを交互に介在させて積層してなる積層体２１の端面に、第１の内部電極２３、第２の内部電極２４のそれぞれと電気的に接続される外部端子電極２５，２６を被着した構造のものが知られており、かかる積層コンデンサは、第１の内部電極２３及び第２の内部電極２４に所定の電圧を印加し、両内部電極間に配されている誘電体層２２に所定の静電容量を形成することによりコンデンサとして機能する。

このような積層コンデンサをマザーボード等の配線基板上に実装する際は、上述した積層コンデンサを、その外部端子電極２５，２６と配線基板の接続パッドとの間に半田等の導電性接着剤が介在されるようにして配線基板上に載置させた後、半田等を高温で加熱・溶融させることによって行なわれ、これによって積層コンデンサの内部電極２３，２４が外部端子電極２５，２６及び半田等を介して配線基板の配線導体と電気的に接続される。

しかしながら、上述した従来の積層コンデンサにおいては、誘電体層２２と内部電極との密着力が弱いため、積層体２１の焼成時、誘電体層と内部電極との間でデラミネーションが発生するという問題があった。そこで、このようなデラミネーションの発生を抑えるために、同一面内の内部電極を複数の内部電極に分割することにより、誘電体層間の接合面積を大きくし、それによって誘電体層と内部電極との間に発生するデラミネーションを防止するようにした積層コンデンサが検討されている。しかしながら、同一面内の内部電極を複数に分割すると、分割された内部電極の断面が矩形状の場合、内部電極間の対向面積が減少してしまい、所望の静電容量を得ることができないといった欠点が誘発される。

本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、デラミネーションの発生を有効に防止しつつ、大きな静電容量を確保することができる積層コンデンサを提供することにある。

本発明の積層コンデンサは、複数個の誘電体層を積層して直方体状をなすように形成した積層体の内部で、隣接する誘電体層間に第１の内部電極及び第２の内部電極を交互に介在させるとともに、前記積層体の一側面に前記第１の内部電極に電気的に接続される第１の外部端子電極を、前記一側面と平行に配される他の側面に前記第２の内部電極に電気的
に接続される第２の外部端子電極を被着させてなる積層コンデンサにおいて、
前記第１の内部電極及び前記第２の内部電極が、金属メッキ膜で形成され、それぞれ間に帯状の空白部を介してストライプ状に並設された複数個の帯状導体から成り、これら帯状導体は、その側面が凸面状をなしているとともに、並設方向に隣接する前記帯状導体の側面のうち対向配置されている２個の側面に沿った前記帯状導体の上面から下面までのそれぞれの長さＬ_１、Ｌ_２と、隣接する前記帯状導体の上面間の距離Ｄ_１と、下面間の距離Ｄ_２とが下記関係式（１）、（２）の少なくとも一方を満たすように設定されていることを特徴とするものである。
（Ｌ _１ ＋Ｌ _２ ）≧２Ｄ _１ ・・・（１）
（Ｌ _１ ＋Ｌ _２ ）≧２Ｄ _２ ・・・（２）

また本発明の積層コンデンサは、前記帯状導体の側面が曲面状をなし、その曲率半径Ｒと前記帯状導体の厚みＴとが下記関係式（３）を満たすように設定されていることを特徴とするものである。
（Ｔ×１／２）≧Ｒ≧（Ｔ×１／２０）・・・（３）

更に本発明の積層コンデンサは、前記帯状導体の側面の頂部が前記帯状導体の下面から（Ｔ×１／５）〜（Ｔ×４／５）の高さ位置に設定されていることを特徴とするものである。

本発明の積層コンデンサによれば、第１の内部電極及び第２の内部電極を、それぞれ間に帯状の空白部を介してストライプ状に並設された金属メッキ膜から成る複数の帯状導体により形成するとともに、これら帯状導体の側面が凸面状をなし、且つ並設方向に隣接する帯状導体の側面のうち対向配置されている２個の側面に沿った帯状導体の上面から下面までの長さＬ_１、Ｌ_２と、隣接する帯状導体の上面間の距離Ｄ_１ と、下面間の距離Ｄ_２とが、下記関係式（１）、（２）の少なくとも一方を満たすように設定したことから、誘電体層と内部電極間でデラミネーションが発生するのを有効に防止しつつ、内部電極間の対向面積を大となし、大きな静電容量を確保することが可能となる。
（Ｌ _１ ＋Ｌ _２ ）≧２Ｄ _１ ・・・（１）
（Ｌ _１ ＋Ｌ _２ ）≧２Ｄ _２ ・・・（２）

すなわち、第１の内部電極及び第２の内部電極のそれぞれを、間に帯状の空白部を介してストライプ状に並設された複数の帯状導体により形成するようにしたことから、かかる空白部において内部電極を挟む誘電体層同士が接合され、この部分で誘電体層同士が強く密着されるようになる。これに伴い、内部電極と該内部電極を挟む誘電体層との密着力も強まるので、誘電体層と内部電極間のデラミネーションの発生を抑えることができるようになる。また、帯状導体の側面が凸面状をなし、且つ並設方向に隣接する帯状導体の側面のうち対向配置されている２個の側面に沿った帯状導体の上面から下面までのそれぞれの長さＬ_１、Ｌ_２と、隣接する帯状導体の上面間の距離Ｄ_１ と、下面間の距離Ｄ_２とが、上記関係式（１）、（２）の少なくとも一方を満たすように設定したことから、断面が矩形状の分割内部電極を形成する場合に比し、誘電体層を介して上下に対向配置される内部電極の対向面積が、帯状導体の上面から帯状導体の側面の頂部までの部分及び／又は帯状導体の下面から帯状導体の側面の頂部までの部分で屈曲している分だけ大となり、比較的大きな静電容量を確保することが可能となる。

また本発明の積層コンデンサによれば、帯状導体の側面の曲率半径Ｒと帯状導体の厚みＴとが、関係式（Ｔ×１／２）≧Ｒ≧（Ｔ×１／２０）を満たすように設定したことにより、誘電体層と帯状導体の接する部分で角部が殆どなくなる。これによって、積層コンデンサを配線基板上に搭載するにあたり、積層コンデンサの外部端子電極と配線基板の接続パッドとの間に介在される半田等を高温で加熱した際に積層コンデンサの角部に集中しやすい熱応力が緩和され、クラックの発生を有効に抑えることができるようになる。

また更に本発明の積層コンデンサによれば、帯状導体の側面の頂部が帯状導体の下面から（Ｔ×１／５）〜（Ｔ×４／５）の高さ位置に設定されているので、誘電体層と帯状導体の接する部分に比較的大きな曲率部分を得ることができ、積層コンデンサを配線基板上に搭載するにあたり、積層コンデンサの外部端子電極と配線基板の接続パッドとの間に介在される半田等を高温で加熱した際に積層コンデンサの角部に集中しやすい熱応力がより緩和され、クラックの発生をさらに抑えることができるようになる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る積層コンデンサの一部を切欠いた外観斜視図、図２は図１の積層コンデンサのＡ−Ａ´線断面図、図３は図１の積層コンデンサのＢ−Ｂ´線断面図、図４は図３に示すＣ部の拡大図である。

同図に示す積層コンデンサは、矩形状を成す複数個の誘電体層２を積層することにより略直方体状の積層体１を形成するとともに、該積層体１の内部で、各誘電体層２−２間に、第１の内部電極３及び第２の内部電極４を一部対向させた状態で交互に介在させ、さらに、その積層体１の両端部に、第１の内部電極３に電気的に接続される第１の外部端子電極５と第２の内部電極４に電気的に接続される第２の外部端子電極６とを被着・形成した構造を有している。

前記誘電体層２は、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム等を主成分とする誘電体材料によって１層あたり１μm〜３μmの厚みに形成されており、かかる誘電体層２を、例えば、７０層〜６００層だけ積層することによって積層体１が形成される。

上述した誘電体層２は、例えば、チタン酸バリウムを主成分とする誘電体材料から成る場合、チタン酸バリウムの粉末に適当な有機溶剤、ガラスフリット、有機バインダ等を添加・混合して泥漿状になすとともに、これを従来周知のドクターブレード法等によって所定形状、所定厚みのセラミックグリーンシートと成し、しかる後、得られたセラミックグリーンシートを従来周知のグリーンシート積層法等にて所定の枚数だけ積層・圧着させることによりセラミックグリーンシートの積層体を形成し、最後に積層体を、例えば、１１００℃〜１４００℃の温度で焼成することによって製作される。尚、この工程において使用されるセラミックグリーンシートの焼成に伴なう収縮率は、例えば、１０％〜２０％程度に設定される。

一方、前記誘電体層間に介在されている第１の内部電極３及び第２の内部電極４は、ニッケル、銅、銀、またはこれらの複合材からなる金属を主成分とする導体材料によって、例えば、外形寸法が２ｍｍ×２ｍｍの場合、１層あたりの厚みは０．５μm〜２．０μmに設定される。

前記第１の内部電極３は、図２に示す如く、帯状の空白部７を介してストライプ状に並設された複数個の帯状導体３ａ〜３ｇから構成され、各帯状導体３ａ〜３ｇの一端は第２の外部端子電極６に接続され、他端は開放されている。また、第２の内部電極４は、前記第１の内部電極３と同様に、帯状の空白部を介してストライプ状に並設された複数個の帯状導体４ａ〜４ｇ（図示せず）から構成され、各帯状導体４ａ〜４ｇの一端は第１の外部端子電極５に接続され、他端は開放されている。第１の内部電極３及び第２の内部電極４を構成する各帯状導体はそれぞれ、平面形状が略矩形状をなしている。また、第１の内部電極３を構成する帯状導体３ａ〜３ｇと第２の内部電極４を構成する帯状導体４ａ〜４ｇとは、それぞれ誘電体層を介して対向する領域を有するように配置されている。尚、これら帯状導体の個数は、積層コンデンサのサイズおよび材質により便宜変更可能であり、特に限定するものではない。

並設方向に隣接する帯状導体間（３ａ−３ｂ間、３ｂ−３ｃ間・・・・、４ａ−４ｂ間、４ｂ−４ｃ間・・・・）の空白部７には、内部電極を挟んでいる誘電体層２が入り込み誘電体で埋められた状態となっている。これによって、空白部７において内部電極を挟む誘電体層同士が接合され、この部分で誘電体層同士が強く密着されるようになる。これに伴い、内部電極と該内部電極を挟む誘電体層２との密着力も強まるので、誘電体層２と内部電極間のデラミネーションの発生を抑えることができるようになる。

次に、並設方向に隣接する帯状導体間の関係について詳説する。尚、ここでは帯状導体３ａ−３ｂ間の関係を例にして述べるが、並設方向に隣接する他の帯状導体間も以下に述べることと同様の関係を有している。図４は、帯状導体３ａ、３ｂの側面部分の断面拡大図であり、図３のＣ部に相当するものである。かかる図４に示すように、帯状導体３ａの上面と側面との交点をＥ_１、帯状導体３ａの側面の頂部をＦ_１、帯状導体３ａの下面と側面との交点をＧ_１、帯状導体３ａの厚さをＴ_１、帯状導体３ａの側面の曲率半径をＲ_１、交点Ｅ_１から頂部Ｆ_１を経て交点Ｇ_１に至るまでの側面の長さをＬ_１とする。一方、帯状導体３ｂについても帯状導体３ａと同様に、上面と側面との交点、側面の頂部、下面と側面との交点、厚さ、側面の曲率半径をそれぞれＥ_２、Ｆ_２、Ｇ_２、Ｔ_２、Ｒ_２とし、更に交点Ｅ_２から頂部Ｆ_２を経て交点Ｇ_２に至るまでの側面の長さをＬ_２とする。また、帯状導体３ａ、３ｂの上面間の距離をＤ_１、帯状導体３ａ、３ｂの下面間の距離をＤ_２とする。尚、帯状導体３ａ、３ｂの上面間の距離Ｄ_１とは交点Ｅ_１−Ｅ_２間の距離を指し、帯状導体３ａ、３ｂの下面間の距離Ｄ_２とは交点Ｇ_１−Ｇ_２間の距離を指すものとする。

前記帯状導体３ａ−３ｂ間には空白部７が形成され、この空白部７には内部電極３を挟む誘電体層２により埋められた誘電体が存在している。そして、この帯状導体は、その側面が凸曲面状をなしているとともに、上面間の距離Ｄ_１、下面間の距離Ｄ_２とが、帯状導体３ａ、３ｂの側面に沿った上面から下面までの長さＬ_１、Ｌ_２に対し、以下の式（１）、（２）を満たすように設定されている。
（Ｌ _１ ＋Ｌ _２ ）≧２Ｄ _１ ・・・（１）
（Ｌ _１ ＋Ｌ _２ ）≧２Ｄ _２ ・・・（２）

これによって、誘電体層を介して上下に対向配置される内部電極の対向面積が、断面が矩形状の分割内部電極を形成する場合に比し、帯状導体の上面から帯状導体の側面の頂部までの部分及び／又は帯状導体の下面から帯状導体の側面の頂部までの部分で屈曲している分だけ大となり、比較的大きな静電容量を確保することが可能となる。

帯状導体３ａ、３ｂが上記関係式（１）、（２）のいずれも満たさない場合、静電容量を得る内部電極の表面積が、断面が矩形状の分割内部電極を形成した場合よりも減少してしまい所望の静電容量が確保できない。

また、帯状導体３ａ、３ｂの側面の曲率半径Ｒ_１、Ｒ_２と、帯状導体３ａ、３ｂの厚さＴ_１、Ｔ_２とは以下の関係式（３）を満たすように設定されている。

（Ｔ×１／２）≧Ｒ≧（Ｔ×１／２０）・・・（３）
尚、本実施形態においては、Ｒ＝（Ｔ×１／２）に設定されている。帯状導体３ａ、３ｂの側面を上記関係式（３）を満たす曲率半径に設定することにより、誘電体層と帯状導体の接する部分で角部が殆どなくなる。これによって、積層コンデンサを配線基板上に搭載するにあたり、積層コンデンサの外部端子電極と配線基板の接続パッドとの間に介在される半田等を高温で加熱した際に積層コンデンサの角部に集中しやすい熱応力が緩和され、クラックの発生を有効に抑えることができる。

帯状導体の側面の曲率半径Ｒ_１、Ｒ_２が、上記関係式（３）を満たさない場合、すなわち帯状導体の厚さＴ_１、Ｔ_２の１／２０倍未満の場合は、交点Ｅ_１、Ｅ_２、Ｇ_１、Ｇ_２に極端な角は生じないが微小な角部があるので、配線基板上に載置させた後、半田等を高温で加熱する際に積層コンデンサに印加される熱応力がこの角部に集中し、この部分を起点としてクラックが発生しやすくなる。一方、帯状導体の側面の曲率半径Ｒ_１、Ｒ_２が帯状導体の厚さＴ_１、Ｔ_２の１／２倍を超える場合は、帯状導体の交点Ｅ_１、Ｇ_１、Ｅ_２、Ｇ_２に角部が発生するので、やはり角部を起点としてクラックが生じやすくなる。

また、帯状導体の側面の頂部Ｆ_１、Ｆ_２を帯状導体の下面から（Ｔ×１／５）〜（Ｔ×４／５）の高さに位置するように設定すれば、配線基板上に載置させた後、半田等を高温で加熱した際に発生する熱による応力の集中をより緩和することができ、クラックの発生をさらに抑えることが可能となる。従って、頂部Ｆ_１、Ｆ_２が帯状導体の下面からＴ／５〜４Ｔ／５の高さに位置するように設定することが好ましい。

上述した第１の内部電極３及び第２の内部電極４は、まず、転写用支持体の主面に電解メッキにより析出された金属メッキ膜をストライプ状の帯状導体３ａ〜３ｇ及び４ａ〜４ｇの形状になるようにエッチング処理を施し、得られたストライプ状の金属メッキ膜にさらにエッチング処理を施して側面を凸曲面に加工する。このようにして得られた金属メッキ膜を転写用支持体からセラミックグリーンシートへ転写し、かかるセラミックグリーンシートを所定枚数積層した後、セラミックグリーンシート積層体を焼成するのと同時に金属メッキ膜を焼成することにより第１の内部電極３、第２の内部電極４が形成される。

一方、積層体１の両端部に設けられている第１の外部端子電極５，第２の外部端子電極６は、積層コンデンサをマザーボード等の配線基板上に搭載する際、配線基板の接続パッドに半田等の導電性接着剤を介して電気的に接続される外部接続用の端子として機能するものであり、積層体１の両端部に外部端子電極用の導体ペーストを塗布して焼成し、更に、例えば、ニッケルや金等の半田濡れ性が良好な金属を従来周知の電解めっき法等によって所定厚みに被着させることによって形成される。

上述した構造を有する積層コンデンサは、第１の内部電極３及び第２の内部電極４に所定の電圧を印加し、誘電体層２を介して対向配置している第１の内部電極３−第２の内部電極４間に所定の静電容量を形成することによってコンデンサとして機能する。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

上述した実施形態においては、側面形状が全て曲面をなしている場合について説明したが、側面の形状はこれに限定されるものではなく、断面が凸面状をなし、上述した関係式（１）、（２）の少なくとも一方を満たしていればどのような形状でもよい。図５は本発明の他の実施形態における図３のＣ部拡大図であり、帯状導体の側面の曲率半径Ｒを帯状導体の厚みＴに対し、Ｒ＝Ｔ×（１／３）に設定したものである。帯状導体３ａの側面は当該帯状導体３ａの上面と接する曲率半径Ｒ_３の曲面と当該帯状導体３ａの下面と接する曲率半径Ｒ_４の曲面及びこの２つの曲線間を結ぶ直線状の面から成り、これら曲面と直線状の面とのそれぞれの交点を頂部Ｆ_３、Ｆ_４とする。また、帯状導体３ａの上面と曲面との交点をＥ_１、帯状導体３ａの下面と曲面との交点をＧ_１とし、交点Ｅ_１から頂部Ｆ_３、Ｆ_４を経て交点Ｇ_１までの側面の長さをＬ_３とする。帯状導体３ｂも帯状導体３ａと同様の側面形状を有し、同意義の符号Ｒ_５、Ｒ_６、Ｆ_５、Ｅ_２、Ｇ_２、Ｆ_５、Ｆ_６、Ｌ_４を付した。かかる実施形態においても、（Ｌ_３＋Ｌ_４）≧２Ｄ_１、（Ｌ_３＋Ｌ_４）≧２Ｄ_２の少なくとも一方の関係式を満たすように設定することにより、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

また上述した実施形態においては、内部電極の材料として、金属を主成分とする導体材料を用いたが、これに代えて、セラミック微粒子を含む内部電極を用いることも出来る。

また上述した実施形態においては、金属メッキ膜にエッチング処理を施して側面を凸曲面に加工するようにしたが、これに代えて、金属メッキ膜を溶解できるように電位を与えることで導体側面に凸曲面を形成するようにしてもよい。

また上述した実施形態においては、１個の積層コンデンサを単独で製造する場合を例にとって説明したが、これに代えて、いわゆる‘複数個取り’の手法を採用して、大型の積層体より切り出した複数個の個片を焼成することにより複数個の積層コンデンサを同時に得ても良いことは言うまでもない。

また更に、積層コンデンサの厚み方向の両内部電極より外側の誘電体層を、内部電極間の誘電体層と異なる誘電体材料を用いて形成するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る積層コンデンサの外観斜視図である。 図１の積層コンデンサのＡ−Ａ´線断面図である。 図１の積層コンデンサのＢ−Ｂ´線断面図である。 図３に示すＣ部の拡大図である。 本発明の他の実施形態の拡大断面図である。 従来の積層コンデンサの断面図である。

符号の説明

１・・・積層体
２・・・誘電体層
３・・・第１の内部電極
４・・・第２の内部電極
５・・・第１の外部端子電極
６・・・第２の外部端子電極
Ｅ_１、Ｅ_２・・・帯状導体上面の交点
Ｆ_１、Ｆ_２・・・帯状導体の頂点
Ｇ_１、Ｇ_２・・・帯状導体下面の交点
Ｄ_１、Ｄ_２・・・帯状導体の上面間、下面間の距離
Ｌ_１、Ｌ_２・・・帯状導体側面の長さ
Ｒ_１、Ｒ_２・・・帯状導体の曲率半径
Ｔ_１、Ｔ_２・・・帯状導体の厚み

Claims (3)

1. 複数個の誘電体層を積層して直方体状をなすように形成した積層体の内部で、隣接する誘電体層間に第１の内部電極及び第２の内部電極を交互に介在させるとともに、前記積層体の一側面に前記第１の内部電極に電気的に接続される第１の外部端子電極を、前記一側面と平行に配される他の側面に前記第２の内部電極に電気的に接続される第２の外部端子電極を被着させてなる積層コンデンサにおいて、
   前記第１の内部電極及び前記第２の内部電極が、金属メッキ膜で形成され、それぞれ間に帯状の空白部を介してストライプ状に並設された複数個の帯状導体から成り、これら帯状導体は、その側面が凸面状をなしているとともに、並設方向に隣接する前記帯状導体の側面のうち対向配置されている２個の側面に沿った前記帯状導体の上面から下面までのそれぞれの長さＬ_１、Ｌ_２と、隣接する前記帯状導体の上面間の距離Ｄ_１ と、下面間の距離Ｄ_２とが下記関係式（１）、（２）の少なくとも一方を満たすように設定されていることを特徴とする積層コンデンサ。
   （Ｌ_１＋Ｌ_２）≧２Ｄ_１・・・（１）
   （Ｌ_１＋Ｌ_２）≧２Ｄ_２・・・（２）
2. 前記帯状導体の側面が曲面状をなし、その曲率半径Ｒと前記帯状導体の厚みＴとが下記関係式（３）を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の積層コンデンサ。
   （Ｔ×１／２）≧Ｒ≧（Ｔ×１／２０）・・・（３）
3. 前記帯状導体の側面の頂部が前記帯状導体の下面から（Ｔ×１／５）〜（Ｔ×４／５）の高さ位置に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の積層コンデンサ。

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