JP5251834B2

JP5251834B2 - 積層コンデンサ

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Publication number: JP5251834B2
Application number: JP2009254120A
Authority: JP
Inventors: 正明富樫; 伸也小野寺; 和幸長谷部
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-11-05
Also published as: JP2011100834A

Description

本発明は、両端面が略正方形を呈する積層コンデンサに関する。

従来から、異なる誘電体層上にそれぞれ形成された２種類の内部電極を交互に積層して直方体形状の素体を形成し、その素体の端面及び端面に隣接する側面の一部を覆うように端子電極を設けた積層コンデンサが知られている（例えば特許文献１参照）。このような積層コンデンサでは、そのサイズが小型化するにつれて、各端面を略正方形とし、積層コンデンサの４つの側面のうち何れの側面を実装面としても回路基板に実装できるようになっている。

特開２００４−２９６９４０号公報

ところで、上述した積層コンデンサでは、端子電極の端面部分の厚みが側面部分の厚みよりも厚くなっていた。このため、積層コンデンサを基板にリフロー半田付けする際、金属等から形成される端子電極とセラミック等から形成される素体との熱膨張性の違いに伴うストレスが大きくなり、積層コンデンサに熱衝撃によるクラックなどの故障が発生する場合があった。

本発明は、熱衝撃によるクラックなどの故障の発生を抑制する積層コンデンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る積層コンデンサは、互いに対向する略長方形の第１及び第２の側面と、第１及び第２の側面間を連結するように第１及び第２の側面の長辺方向に伸び且つ互いに対向する第３及び第４の側面と、第１及び第２の側面間を連結するように第１及び第２の側面の短辺方向に伸び且つ互いに対向する略正方形の第１及び第２の端面とを有し、且つ、第１及び第２の側面の対向方向に積層された複数の誘電体層から構成されるコンデンサ素体と、コンデンサ素体内に配置され、且つ、第１及び第２の端面の対向方向に伸びる第１主電極部と第３及び第４の側面に向けて第１の引出幅で伸びる第１引出電極部とを有する第１の内部電極と、コンデンサ素体内に配置され、且つ、第１及び第２の側面の対向方向において第１主電極部に対向し且つ第１及び第２の端面の対向方向に伸びる第２主電極部と第３及び第４の側面に向けて伸びる第２引出電極部とを有する第２の内部電極と、コンデンサ素体の外表面に配置され、且つ、第１、第２、第３及び第４の側面の第１の端面側に位置し且つ第１引出電極部に接続される第１側面電極部と第１の端面に位置する第１端面電極部とを有する第１の端子電極と、コンデンサ素体の外表面に配置され、且つ、第１、第２、第３及び第４の側面の第２の端面側に位置し且つ第２引出電極部に接続される第２側面電極部と第２の端面に位置する第２端面電極部とを有する第２の端子電極と、を備え、第１及び第２の端子電極の離間距離が、第１及び第２の端面の対向方向における第１側面電極部の電極幅及び第２側面電極部の電極幅よりも短く、且つ、第１端面電極部の最大厚みが、第１側面電極部のうち第１の引出幅に対応する部分の最小厚みよりも薄いことを特徴としている。

本発明に係る積層コンデンサでは、第１端面電極部の最大厚みが、第１側面電極部のうち第１の引出幅に対応する部分の最小厚みよりも薄くなっている。このため、積層コンデンサに加えられる熱衝撃などの急激な温度変化に伴って端子電極からコンデンサ素体へ伝わる応力が緩和され、熱衝撃によるクラックなどの故障の発生を抑制することができる。また、第１側面電極部のうち第１の引出幅に対応する部分の厚みが厚くなっていることから、第１引出電極部の露出面から第１の内部電極の内部へのめっき液の浸入を効果的に抑制できる。一方、第１端面電極部の厚みが薄くなっていることから、積層コンデンサの外形を同じサイズとしたまま素体外形を大きくでき、これにより、第１及び第２の内部電極の面積を広くして、積層コンデンサの静電容量を大きくさせることができる。

本発明に係る積層コンデンサでは、第１及び第２の内部電極の各引出電極部がコンデンサ素体の第３及び第４の側面方向に引き出されて、第１及び第２の端子電極に接続されている。このため、いずれかの側面を実装面として実装した場合であっても、積層コンデンサの等価直列インダクタンス（以下「ＥＳＬ」と記す。）のばらつきを低減できる。また、本発明に係る積層コンデンサでは、第１及び第２の端子電極の離間距離が、第１及び第２の端面の対向方向における第１側面電極部の電極幅及び第２側面電極部の電極幅よりも短くなっている。この場合、第１側面電極部に接続される第１引出電極部の第１の引出幅や第２側面電極部に接続される第２引出電極部の引出幅を広くすることができ、第１及び第２引出電極部において互いに異なる方向に流れる電流を大きくでき、その結果、各電流によって発生する磁界が相殺され、積層コンデンサにおけるＥＳＬを低減することが可能となる。

好ましくは、第２引出電極部は、第３及び第４の側面に向けて第２の引出幅で伸び、第２端面電極部の最大厚みが、第２側面電極部のうち第２の引出幅に対応する部分の最小厚みよりも薄い。この場合、熱衝撃によるクラックなどの故障の発生を一層抑制でき、また、第２引出電極部の露出面から第２の内部電極の内部へのめっき液の浸入を抑制できる。一方、第２端面電極部の厚みが薄くなっていることから、コンデンサの外形を同じサイズとしたまま第１及び第２の内部電極の面積を一層広くでき、積層コンデンサの静電容量を更に大きくすることが可能となる。

本発明によれば、熱衝撃によるクラックなどの故障の発生を抑制する積層コンデンサを提供することができる。

積層コンデンサの斜視図である。積層コンデンサの分解斜視図である。図１におけるIII-III線断面図である。積層コンデンサの側部の一部拡大断面図である。積層コンデンサの端部の一部拡大断面図である。（ａ）は、積層コンデンサを横方向に実装した場合のコンデンサ素体を示す図であり、（ｂ）は、積層コンデンサを縦方向に実装した場合のコンデンサ素体を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１〜図３を参照して、積層コンデンサ１の構成について説明する。積層コンデンサ１は、直方体形状をしたコンデンサ素体２と、コンデンサ素体２内に配置された内部電極３，４と、コンデンサ素体２の外表面に配置された端子電極５，６とを備えた積層コンデンサである。

コンデンサ素体２は、積層された複数の誘電体層１０から構成され、その積層方向と同じ方向に互いに対向する長方形の第１及び第２の側面２ａ，２ｂと、第１及び第２の側面２ａ，２ｂの長辺方向に伸び且つ互いに対向する長方形の第３及び第４の側面２ｃ，２ｄと、第１及び第２の側面２ａ，２ｂの短辺方向に伸び且つ互いに対向する略正方形の第１及び第２の端面２ｅ，２ｆと、を含んでいる。第３及び第４の側面２ｃ，２ｄ及び第１及び第２の端面２ｅ，２ｆは、第１及び第２の側面２ａ，２ｂ間を連結するように伸びる。

第１及び第２の端面２ｅ，２ｆは、上述したように略正方形状を呈しているが、ここで用いる「略正方形」とは、積層コンデンサ１を回路基板に取り付ける際（図６参照）、何れの側面２ａ〜２ｄを実装面として実装した場合であっても、設計上、同一の実装構造と考えられるように、高さ方向の一辺と幅方向の一辺とが所定の交差範囲内の長さである正方形を意味する。例えば、対象製品のサイズが「１００５（長さ１．０ｍｍ、高さ０．５ｍｍ、幅０．５ｍｍからなる積層コンデンサ）」の場合、サイズ「１００５」の端面における各長さは基準０．５ｍｍに対して交差±０．０５ｍｍとなっており、各長さのずれが最大２２．２％となるが、この程度の相違を有する形状も「略正方形」に含まれる。

コンデンサ素体２の内部には、図２及び図３に示されるように、誘電体層１０上に形成された第１の内部電極３と、別の誘電体層１０上に形成された第２の内部電極４とが配置されている。第１の内部電極３と第２の内部電極４とは、誘電体層１０を介して交互に複数積層される。誘電体層１０は、例えば、チタン酸バリウムを主成分とし、誘電体セラミックを含むセラミックグリーンシートの焼結体から構成される。各内部電極３，４は、例えば、Ｎｉ，Ａｇ，Ｐｄなどの金属粉末にバインダ樹脂等を混合した導電性ペーストの焼結体から構成される。実際の積層コンデンサ１では、各誘電体層１０間の境界が視認できない程度に一体化されている。

第１の内部電極３は、略矩形の内部電極であり、誘電体層１０上の中央部に配置される矩形の第１主電極部３１と、第１主電極部３１の第１の端面２ｅ側の側部に連接して形成され且つ第３及び第４の側面２ｃ，２ｄそれぞれに向けて伸びる第１引出電極部３２とを有している。第１主電極部３１は、その各側部が第３及び第４の側面２ｃ，２ｄからそれぞれ離間しており、第１及び第２の端面２ｅ，２ｆの対向方向に伸びるように形成されている。第３及び第４の側面２ｃ，２ｄに引き出された第１引出電極部３２は、第１引出電極部３２の第１の引出幅Ｗ１よりも広い幅Ｗ２をそれぞれの側面２ｃ，２ｄに有する第１の端子電極５に電気的且つ物理的に接続される。

第２の内部電極４は、略矩形の内部電極であり、別の誘電体層１０上の中央部に配置される矩形の第２主電極部４１と、第２主電極部４１の第２の端面２ｆ側の側部に連接して形成され且つ第３及び第４の側面２ｃ，２ｄそれぞれに向けて伸びる第２引出電極部４２とを有している。第２主電極部４１は、その各側部が第３及び第４の側面２ｃ，２ｄからそれぞれ離間しており、第１及び第２の端面２ｅ，２ｆの対向方向に伸びるように形成されている。第３及び第４の側面２ｃ，２ｄに引き出された第２引出電極部４２は、第２引出電極部４２の第２の引出幅Ｗ３よりも広い幅Ｗ４をそれぞれの側面２ｃ，２ｄに有する第２の端子電極６に電気的且つ物理的に接続される。

第１及び第２の内部電極３，４は、第１及び第２の側面２ａ，２ｂの対向方向において、複数の誘電体層１０の内のいずれかの誘電体層１０を介して交互に積層される。この積層により、第１及び第２主電極部３１，４１が第１及び第２の側面２ａ，２ｂの対向方向においてその略全面にわたって互いに対向し、積層コンデンサ１の静電容量部が構成される。なお、本実施形態では、後述するように、同一外形サイズの従来の積層コンデンサよりも内部電極３，４が大きくなるように形成されており、その結果、静電容量が同一サイズの従来品に比べて大きくなっている。また、第１引出電極部３２及び第２引出電極部４２それぞれが第３及び第４の側面２ｃ，２ｄに向けて伸びるように構成されているため、いずれかの側面２ａ〜２ｄを実装面として実装した場合であっても、積層コンデンサ１のＥＳＬのばらつきを低減でき、また、各引出電極部３２，４２を流れる電流が逆向きとなり、その磁界が相殺されることから、積層コンデンサ１のＥＳＬを低減できる構造となっている。

第１の端子電極５は、第１〜第４の側面２ａ〜２ｄの第１の端面２ｅ側の部分及び第１の端面２ｅの略全面を覆うようにコンデンサ素体２の外表面に配置される。第１〜第４の側面２ａ〜２ｄの第１の端面２ｅ側に位置する部分が第１側面電極部５１を構成し、第１の端面２ｅに位置する部分が第１端面電極部５２を構成する。第１側面電極部５１は、第１及び第２の端面２ｅ，２ｆの対向方向における幅が電極幅Ｗ２であり、第３及び第４の側面２ｃ，２ｄにおいて、第１の内部電極３の第１引出電極部３２に接続される。

第２の端子電極６は、第１の端子電極５と対向するように、第１〜第４の側面２ａ〜２ｄの第２の端面２ｆ側の部分及び第２の端面２ｆの略全面を覆うようにコンデンサ素体２の外表面に配置される。第１〜第４の側面２ａ〜２ｄの第２の端面２ｆ側に位置する部分が第２側面電極部６１を構成し、第２の端面２ｆに位置する部分が第２端面電極部６２を構成する。第２側面電極部６１は、第１及び第２の端面２ｅ，２ｆの対向方向における幅が電極幅Ｗ４であり、第３及び第４の側面２ｃ，２ｄにおいて、第２の内部電極４の第２引出電極部４２に接続される。

第１及び第２の端子電極５，６は、その横断面形状が略コ字（略Ｕ字）形状を呈し、互いに接続しないように離間した状態で内向きに対向しており、第１の端子電極５の内側の先端部と第２の端子電極６の内側の先端部との距離が離間距離Ｇとなるように配置されている。離間距離Ｇは、各端子電極５，６の電極幅Ｗ２，Ｗ４よりも短くなるようにされており、上述したように、積層コンデンサ１のＥＳＬ値が低減されるようになっている。端子電極５，６は、例えば、Ａｇ，Ｃｕ又はＮｉを主成分とした導電性金属粉末やガラスフリット等を含む導電性ペーストをコンデンサ素体２の外表面に付与し、焼き付けることによって形成される。必要に応じて、焼き付けられた電極の上にめっき層を形成してもよい。

続いて、各端子電極５，６の横断面形状における厚みの関係について図３〜図５を用いて更に詳細に説明する。

第１の端子電極５の第１側面電極部５１は、積層コンデンサ１の中心部分から外側に向かって徐々にその厚みＤ１が増加するように形成されている。第１側面電極部５１は、図４に示されるように、第１引出電極部３２の第１引出幅Ｗ１に対応する部分において、積層コンデンサの中心部分側の一端での厚みがその対応部分での最小値Ｄ１_ｍｉｎとなり、外側に向かって徐々に厚みＤ１を増し、外側の他端での厚みがその対応部分での最大値Ｄ１_ｍａｘとなるように構成されている。

一方、第１の端子電極５の第１端面電極部５２は、従来の積層コンデンサの端子電極よりも厚みが薄くなるように形成されており、その薄い厚みの範囲内で、図５に示されるように、積層コンデンサ１の外側部分（第３又は第４の側面２ｃ，２ｄ）から第１の端面２ｅに沿って中心側に向かって徐々にその厚みＤ２が増加するように第２の端面２ｅから外側に向かって突出形成されている。このように形成された第１端面電極部５２では、略中央部において、その厚みＤ２が最大値Ｄ２_ｍａｘとなる。そして、最小厚みＤ１_ｍｉｎ等である第１側面電極部５１と最大厚みＤ２_ｍａｘ等である第１端面電極部５２とを有する第１の端子電極５では、第１端面電極部５２の最大厚みＤ２_ｍａｘが第１側面電極部５１のうち第１の引出幅Ｗ１に対応する部分の最小厚みＤ１_ｍｉｎよりも薄いといった関係が形成される。

第２の端子電極６でも、上述した第１の端子電極５と線対称となる形状を備えており、第２側面電極部６１は、積層コンデンサ１の中心部分から外側に向かって徐々にその厚みＤ２が増加するように形成されている。また、第２側面電極部６１は、図示省略するが、第１側面電極部５１と同様に、第２引出電極部４２の第２の引出幅Ｗ３に対応する部分において、積層コンデンサの中心部分側の一端での厚みがその対応部分での最小値Ｄ１_ｍｉｎとなり、外側に向かって徐々に厚みＤ１を増し、外側の他端での厚みがその対応部分での最大値Ｄ１_ｍａｘとなるように構成されている。

一方、第２の端子電極６の第２端面電極部６２は、従来の端子電極よりも厚みが薄くなるように形成されており、その薄い厚みの範囲内で、図示省略するが、第１端面電極部５２と同様に、積層コンデンサ１の外側部分から第２の端面２ｆに沿って中心側に向かって徐々にその厚みＤ２が増加するように第２の端面２ｆから外側に向かって突出形成されている。このように形成された第２端面電極部６２では、略中央部において、その厚みＤ２が最大値Ｄ２_ｍａｘとなる。そして、最小厚みＤ１_ｍｉｎ等である第２側面電極部６１と最大厚みＤ２_ｍａｘ等である第２端面電極部６２とを有する第２の端子電極６でも、第２端面電極部６２の最大厚みＤ２_ｍａｘが第２側面電極部６１のうち第２の引出幅Ｗ３に対応する部分の最小厚みＤ１_ｍｉｎよりも薄いといった関係が形成される。なお、このような厚みをもった端子電極５，６は従来技術を用いて作成することができるため、その説明は省略する。

以上のように、本実施形態に係る積層コンデンサ１では、第１端面電極部５２の最大厚みＤ２_ｍａｘが、第１側面電極部５１のうち第１の引出幅Ｗ１に対応する部分の最小厚みＤ１_ｍｉｎよりも薄くなっている。また、第２端面電極部６２の最大厚みＤ２_ｍａｘが、第２側面電極部６１のうち第２の引出幅Ｗ３に対応する部分の最小厚みＤ１_ｍｉｎよりも薄くなっている。このため、積層コンデンサ１に加えられる熱衝撃などの急激な温度変化に伴う端子電極５，６からコンデンサ素体２へ伝わる応力が緩和され、熱衝撃によるクラックなどの故障の発生を抑制することができる。

また、第１及び第２側面電極部５１，６１のうち第１及び第２の引出幅Ｗ１，Ｗ３に対応する部分の厚みがそれぞれ厚くなっていることから、第１及び第２引出電極部３２，４２の露出面から第１及び第２の内部電極３，４の内部へのめっき液の浸入を効果的に抑制できる。その一方、第１及び第２端面電極部５２，６２の厚みが薄くなっていることから、積層コンデンサ１の外形を同じサイズ（図３の全長Ｌ２参照）としたままコンデンサ素体２の長さＬ１を大きくでき、これにより、第１及び第２の内部電極３，４の面積を広くして、積層コンデンサ１の静電容量を大きくさせることができる。

また、本実施形態に係る積層コンデンサ１では、第１及び第２の端面２ｅ，２ｆが略正方形となっていることから、図６に示されるように、いずれの側面２ａ〜２ｄを実装面とした場合でも、同一の実装形状とすることができる。しかも、第１及び第２の内部電極３，４の各引出電極部３２，４２がコンデンサ素体２の第３及び第４の側面２ｃ，２ｄ方向に引き出されて、第１及び第２の端子電極５，６に接続されているため、いずれかの側面２ａ〜２ｄを実装面として実装した場合であっても、積層コンデンサ１のＥＳＬのばらつきを低減できる。この結果、積層コンデンサ１であれば、実装方向を気にすることなく積層コンデンサ１を基板Ｓに実装することができるので、実装作業が効率化される。

また、本実施形態に係る積層コンデンサ１では、第１及び第２の端子電極５，６の離間距離Ｇが、第１及び第２の端面２ｅ，２ｆの対向方向における第１側面電極部５１の電極幅Ｗ２及び第２側面電極部６１の電極幅Ｗ４よりも短くなっている。この場合、第１側面電極部５１に接続される第１引出電極部３２の第１の引出幅Ｗ１や第２側面電極部６１に接続される第２引出電極部４２の第２の引出幅Ｗ３を広くすることができ、第１及び第２引出電極部３２，４２において互いに異なる方向に流れる電流を大きくでき、その結果、各電流によって発生する磁界が相殺され、積層コンデンサ１におけるＥＳＬを低減することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した第１及び第２の内部電極３，４は、本実施形態では、第１及び第２の端面２ｅ，２ｆに露出して端子電極５，６に接続される構成となっていないが、第１及び第２の内部電極３，４が第１及び第２の端面２ｅ，２ｆに向かって引き出される引出電極部を更に有し、これら引出電極部が第１及び第２の端子電極５，６に接続されるようにしてもよい。

１…積層コンデンサ、２…コンデンサ素体、３…第１の内部電極、４…第２の内部電極、５…第１の端子電極、６…第２の端子電極、１０…誘電体層、３１…第１主電極部、３２…第１引出電極部、４１…第２主電極部、４２…第２引出電極部、５１…第１側面電極部、５２…第１端面電極部、６１…第２側面電極部、６２…第２端面電極部。

Claims

互いに対向する略長方形の第１及び第２の側面と、前記第１及び第２の側面間を連結するように前記第１及び第２の側面の長辺方向に伸び且つ互いに対向する第３及び第４の側面と、前記第１及び第２の側面間を連結するように前記第１及び第２の側面の短辺方向に伸び且つ互いに対向する略正方形の第１及び第２の端面とを有し、且つ、前記第１及び第２の側面の対向方向に積層された複数の誘電体層から構成されるコンデンサ素体と、
前記コンデンサ素体内に配置され、且つ、前記第１及び第２の端面の対向方向に伸びる第１主電極部と前記第３及び第４の側面に向けて第１の引出幅で伸びる第１引出電極部とを有する第１の内部電極と、
前記コンデンサ素体内に配置され、且つ、前記第１及び第２の側面の対向方向において前記第１主電極部に対向し且つ前記第１及び第２の端面の対向方向に伸びる第２主電極部と前記第３及び第４の側面に向けて伸びる第２引出電極部とを有する第２の内部電極と、
前記コンデンサ素体の外表面に配置され、且つ、前記第１、第２、第３及び第４の側面の前記第１の端面側に位置し且つ前記第１引出電極部に接続される第１側面電極部と前記第１の端面に位置する第１端面電極部とを有する第１の端子電極と、
前記コンデンサ素体の外表面に配置され、且つ、前記第１、第２、第３及び第４の側面の前記第２の端面側に位置し且つ前記第２引出電極部に接続される第２側面電極部と前記第２の端面に位置する第２端面電極部とを有する第２の端子電極と、を備え、
前記第１及び第２の端子電極の離間距離が、前記第１及び第２の端面の対向方向における前記第１側面電極部の電極幅及び前記第２側面電極部の電極幅よりも短く、且つ、
前記第１端面電極部の最大厚みが、前記第１側面電極部のうち前記第１の引出幅に対応する部分の最小厚みよりも薄く、前記第１側面電極部のうち前記第１引出電極部に直接接続される部分の最小厚みが前記第１端面電極部の最大厚みよりも厚くなっていることを特徴とする積層コンデンサ。
前記第２引出電極部は、前記第３及び第４の側面に向けて第２の引出幅で伸び、
前記第２端面電極部の最大厚みが、前記第２側面電極部のうち前記第２の引出幅に対応する部分の最小厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の積層コンデンサ。