JP5420060B2

JP5420060B2 - コンデンサ

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Publication number: JP5420060B2
Application number: JP2012505924A
Authority: JP
Inventors: 恒佐藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: US8743528B2; US20120218678A1; JPWO2012043740A1; KR20120060868A; WO2012043740A1; CN102549687A

Description

本発明は、コンデンサに関するものである。

一般的に、コンデンサは、複数の誘電体層が積層された積層体と、積層体の誘電体層間に設けられた内部電極と、内部電極に接続されるように積層体の端面に設けられ、第１主面に延在する延在部を有した外部電極とを具備する構成である。外部電極を形成する方法としては、例えば、めっき法等が使用される。なお、この方法によって、外部電極の延在部を形成する際には、積層体の第１主面であって延在部を形成するための部分に予め下地電極層を形成していた。そして、めっき法によって、この下地電極層上に外部電極の延在部を形成していた。

特開平７−201636号公報

上記のようなコンデンサの作製にあたっては、外部電極の形成前に誘電体層を積層してなる積層体および下地電極層を高温で焼結させる。

ここで、積層体は主にセラミック成分から成っているのに対し、下地電極層は主に金属成分から成っており、両者は焼結収縮率が大きく異なることから、積層体に反りが生じやすいという問題点があった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、反りの発生を低減することが可能なコンデンサを提供することにある。

本発明のコンデンサは、複数の誘電体層が積層された積層体と、該積層体の前記誘電体層間に設けられた内部電極と、該内部電極に接続されるように前記積層体の端面に設けられ、第１主面に延在する延在部を有した外部電極と、前記延在部および前記第１主面の間に設けられた基体、及び該基体に含有されている金属粒子を含む下地層と、を有しており、前記金属粒子は、前記外部電極に接合されている金属粒子を含み、前記下地層における前記金属粒子の含有比率は、前記第１主面側より、前記延在部側の方が高いことを特徴とするものである。

上記の構成によれば、焼結時に積層体に反りが生じにくいコンデンサを提供することができる。

本発明のコンデンサの実施の形態の一例を示す斜視図である。図１に示すコンデンサのＸ−Ｘ線における断面図である。（ａ）は、下地層周辺の拡大断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す下地層を模式的に示す断面図である。本発明のコンデンサの外部電極を形成する工程を示す断面図である。（ａ）は、本発明の他の例を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すコンデンサのＸ−Ｘ線における断面図である。本発明の他の例における、下地層周辺の拡大断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、下地層と延在部との接合部における拡大断面図である。（ａ）は、本発明の他の例における、下地層周辺の拡大断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す下地層を模式的に示す断面図である。

以下に、本発明のコンデンサの実施の形態の一例について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１に示すコンデンサ１は、積層体２と、内部電極３と、外部電極４と、下地層５とを具備している。

積層体２は、複数の誘電体層６が積層されて成る。この積層体２は、１層当たり例えば１〜５μｍの厚みに形成された矩形状の複数の誘電体層６を、例えば20〜2000層積層して成る直方体状の誘電体ブロックである。また、積層体２の寸法は、積層体２の長辺の長さを、例えば0.4〜3.2ｍｍとし、積層体２の短辺の長さを、例えば0.2〜1.6ｍｍとする。

誘電体層６の材料としては、例えば、チタン酸バリウム，チタン酸カルシウムあるいはチタン酸ストロンチウム等の比較的誘電率が高いセラミックスを主成分とする誘電体材料を用いる。

内部電極３は、積層体２の誘電体層６間に20〜2000層形成されている。この内部電極３は、図２に示すように、端部が積層体２の端面に達しており、この端面で外部電極４に接続されている。なお、図２において図示した一部の内部電極３は図２の右側の外部電極４と接続されているが、この内部電極３の１層上または下に配置された他の内部電極３は、図２の左側の外部電極４と接続されている。また、各誘電体層６間の内部電極３は、積層体２の端部にそれぞれ形成された両外部電極４に交互に１つずつ接続されている。

内部電極３の寸法は、図２における積層体２の長手方向に例えば0.39〜3.1ｍｍであり、積層体２の短辺方向に例えば0.19〜1.5ｍｍであり、厚みは例えば0.5〜２μｍである。この内部電極３の材料としては、例えばニッケル，銅，銀またはパラジウム等の金属を主成分とする導体材料が用いられる。

外部電極４は、図１、図２に示すように、内部電極３に接続されるように積層体２の端面に設けられ、第１主面２Ａに延在する延在部４Ａを有している。外部電極４における端面の部分の寸法は、例えば、積層体２の積層方向に0.2〜2.0ｍｍであり、積層体２の短手方向に0.2〜1.6ｍｍである。また、外部電極４における延在部４Ａの寸法は、例えば、積層体２の長手方向に0.1〜0.85ｍｍであり、積層体２の短手方向に0.2〜1.6ｍｍである。また、外部電極４は、後述するように無電解めっき法、または電解めっき法によって形成されるめっき膜である。

下地層５は、図２に示すように、延在部４Ａおよび第１主面２Ａの間に設けられている。また、下地層５は、図３（ａ）に示すように、基体５ａと、金属粒子５ｂとを含む。基体５ａは、延在部４Ａおよび第１主面２Ａの間に設けられている。金属粒子５ｂは、基体５ａに含有されており、外部電極４に接合されている。この下地層５は、図３（ｂ）に示すように、例えば、焼結によってセラミック粒子が結合して成るセラミック焼結体（基体５ａ）中に、金属粒子５ｂが分散しているものである。

このような構成によれば、下地層５の主成分はセラミック成分となるので、下地層５のセラミック成分および、第１主面２Ａのセラミック成分は、焼結収縮率が略等しくなる。よって、焼結時に積層体２に反りが生じにくいコンデンサ１を提供することができる。

また、図３（ａ）によれば、金属粒子５ｂと延在部４Ａとは異なるハッチングで描かれているため、互いに別部材のように見えるが、延在部４Ａはめっき法によって金属粒子５ｂを起点として形成されるので、金属粒子５ｂは実質的に延在部４Ａの一部となり、一体化されているような構成となっている。従って、図３（ａ）について別の見方をすれば、延在部４Ａの一部が下地層５に打ち込まれているような構成となるので、アンカー効果によって延在部４Ａは下地層５から剥離しにくくなる。

下地層５は、図２に示すように、第１主面２Ａ上であって、両端面側にそれぞれ部分的に設けられている。下地層５が、このような位置に部分的に設けられているのは、下地層５が外部電極４を設ける位置に予め形成されるものだからである。また、下地層５は、第１主面２Ａ上に設けられているのであって、積層体２の端面には設けられていない。このような構成によって、セラミックを主な成分とする下地層５が、端面における内部電極３の露出部を覆ってしまうことを防ぐことができる。よって、内部電極３と外部電極４との電気的な導通性を確保することができる。

下地層５の基体５ａがセラミック焼結体である場合、このセラミック焼結体を構成するセラミック成分は、チタン酸バリウム，チタン酸カルシウムあるいはチタン酸ストロンチウム等が使用される。このセラミック成分は、前述した誘電体層６を構成するセラミック成分と同一の種類であることが好ましい。このような場合には、下地層５と積層体２とが、より強力に接着することとなるからである。また、下地層５のセラミック焼結体（基体５ａ）と、積層体２とを、同一のセラミック成分とすることにより、両者の焼結収縮率をより均一化でき、また、両者の焼結の際の挙動もほぼ同じとなるので、積層体２の反りをより低減することができるので好ましい。

金属粒子５ｂは、銅，銀，ニッケル，パラジウムまたはこれらの合金等が使用される。また、この金属粒子５ｂは、前述した外部電極４の金属成分と同一の種類であることが好ましい。このような場合には、後述するように無電解めっき法によって外部電極４を形成する場合に、外部電極５と積層体２とが、より強力に接着することとなるからである。

下地層５におけるセラミック焼結体（基体５ａ）の含有比率は、70〜95重量％であり、下地層５における金属粒子５ｂの含有比率は、５〜30重量％であることが好ましい。ここで、含有比率とは、下地層５に対するセラミック焼結体（基体５ａ）および金属粒子５ｂの重量比のことを示している。金属粒子５ｂの含有比率が５重量％以上であることより、下地層５に適度に金属粒子５ｂが存在していることとなる。よって、下地層５に無電解めっき法または電解めっき法を施す際に、外部電極４の延在部４Ａを下地層５上に均一に形成することができる。また、セラミック焼結体（基体５ａ）の含有比率が70重量％以上であることより、下地層５はセラミック成分が主成分となるので、下地層５の焼結収縮率がセラミック成分の焼結収縮率と略等しくなる。よって、焼結時に積層体に反りが生じることを抑制できる。

特に、下地層５において、分散した金属粒子５ｂ同士の間隔が10μｍ以下であることが好ましい。この場合には、めっきによって形成された部分が途切れることなく、延在部４Ａを形成することができる。また、分散した金属粒子５ｂ同士の間隔が５μｍ以下である場合には、さらに好ましい。この場合には、延在部４Ａを均一に形成することができ、膜厚にムラが少ない外部電極を形成することができる。また、分散した金属粒子５ｂの平均粒径は、例えば、0.5〜５μｍである。この分散した金属粒子５ｂの形状は、例えば、球形状，楕円形状または針形状等のいずれであってもよい。なお、楕円形状または針形状等の球形状以外の形状であっても、球形状と仮定した場合の平均粒径を求め、その値が、例えば、0.5〜５μｍであるとする。この場合の平均粒径の求め方は、後述する。

また、下地層５における金属粒子５ｂの含有比率は第１主面２Ａ側より、延在部４Ａ側の方が高いことが好ましい。この構成により、下地層５の第１主面２Ａ側は、セラミック焼結体（基体５ａ）の含有比率が高くなるので、下地層５が第１主面２Ａと接着しやすくなる。また、下地層５の延在部４Ａ側は、金属粒子５ｂの含有比率が高いので、めっき法を施した際に、延在部４Ａを形成するのが容易となる。

また、下地層５の延在部４Ａ側の表面に対する、金属粒子５ｂの露出面積の比率は、５〜４５％であることが好ましい。金属粒子５ｂの露出面積の比率が、５％以上である場合には、下地層５の表面に適度に金属部分が存在していることとなるので、下地層５に無電解めっき法または電解めっき法を施す際に、外部電極４の延在部４Ａを下地層５上に均一に形成することができる。また、４５％以下である場合には、焼結工程の際に、金属粒子５ｂ同士が近接し過ぎて凝集することを抑制し、金属粒子５ｂが適度に分散された状態とすることができる。

金属粒子の露出面積の比率を求めるためには、まず、金属粒子の露出面積を求める。そのためには、まず、外部電極４が設けられておらず下地層５が露出した状態のコンデンサを、バレル研摩して乾燥させる。次に、下地層５における延在部４Ａ側の表面を電子顕微鏡で観察して、0.1〜0.2ｍｍ平方の区画のＳＥＭ写真をとる。次に、そのＳＥＭ写真の電子ファイルに２値化処理ソフトによって画像処理を施した後、画像中の金属粒子の露出面積の合計を算出する。しかる後に、算出した露出面積を、ＳＥＭ写真を撮った区画の面積で割ることによって、金属粒子の露出面積の比率を求めることができる。

また、金属粒子の平均粒径を求めるためには、まず金属粒子の露出面積の合計を、ＳＥＭ写真の区画中の金属粒子の個数で割って、金属粒子１つ当たりの露出面積を算出する。この値を円周率で割り、0.5乗すれば、見かけの平均粒径を求めることができる。そして、見かけの平均粒径を1.155倍すれば、真の平均粒径を求めることができる。なお、金属粒子５ｂの形状が、楕円形状または針形状等の球形状以外の場合であっても、ここで説明した方法によって、球形状であると仮定して、見かけの平均粒径及び真の平均粒径を求める。

また、金属粒子の含有比率を求めるためには、まず金属粒子の平均粒径に基づいて、金属粒子１つ当たりの体積を求める。また、ＳＥＭ写真の区画中に存在する金属粒子の個数を1.5乗し、当該区画中の下地層５における金属粒子の真の個数を求める。こうして求めた金属粒子の個数に、金属粒子１つ当たりの体積を掛けることにより、金属粒子の体積合計が求まる。そして、この値を、ＳＥＭ写真の区画における下地層５の体積で割ることによって、体積比率を求める。この値に、金属粒子５ｂおよび基体５ａ（セラミックス）の比重比を掛けることによって、重量比率を求めることができる。

また、金属粒子同士の間隔は、ＳＥＭ写真中の区画の１辺の長さを、この区画に存在する金属粒子の個数を０．５乗した値で割ることによって求めればよい。

以上のような構成のコンデンサ１は、以下に示すようなセラミックグリーンシート積層法によって作製される。

具体的には、誘電体層６となる複数のグリーンシートを用意する。この工程において、セラミックグリーンシートは、セラミック原料粉末に適当な樹脂成分及び有機溶剤等を添加し混合することによって泥漿状のセラミックスラリーを作製し、これをドクターブレード法等によって成形することによって得られる。

次に、グリーンシート上に、内部電極３となる導電性ペーストを塗布する。この工程において、導電性ペーストは、スクリーン印刷法等によって塗布する。

次に、積層体２の第１主面２Ａにあたる部分に、金属粒子５ｂ、およびセラミック焼結体（基体５ａ）となるセラミック成分を含んでおり、かつ、焼結により下地層５となる混合材料ペーストを塗布する。

次に、コンデンサ１本体の生の状態のものを得るため、複数のセラミックグリーンシートを積層しかつプレスした後に単体にカットする。

次に、生の状態のコンデンサ１本体を焼成して積層体２を得る。この工程においては、例えば800〜1050℃で焼成することによって積層体２を得る。この工程によって、グリーンシートは誘電体層６となり、導電性ペーストは内部電極３となり、混合材料ペーストは下地層５となる。

次に、図４（a）、（ｂ）に示すように、無電界めっき法または電界めっき法によって外部電極４および延在部４Ａを形成する。この工程においては、積層体２の端面から露出している内部電極３、下地層５上に銅を析出させて、これらの析出した銅同士を連結させることによって外部電極４および延在部４Ａを形成する。こうして得られた外部電極４および延在部４Ａの膜厚は５〜50μｍ程度である。

なお、析出した銅同士が連結するためには、端面から露出する内部電極３同士の間隔が10μｍ程度以下であることが好ましい。なお、下地層５および内部電極３間の間隔も同様であることが好ましい。また、このような例に限らず、積層体の端面を覆うように予め金属被膜を形成しておいてもよい。この金属被膜は、積層体２の端面に露出している内部電極３と電気的に接続している。この金属被膜に対してめっき法を施すことによって、より容易に、かつ、より均一な厚みで外部電極４を形成することができる。

このようにして得られる外部電極４および延在部４Ａの材料は、銅以外に銀，ニッケル，パラジウムまたはこれらの合金等の金属材料であってもよい。

次に、得られた外部電極４および延在部４Ａの表面に、必要に応じてニッケル（Ｎｉ）めっき層，金（Ａｕ）めっき層，スズ（Ｓｎ）めっき層あるいは半田めっき層等のめっき層２ｂを形成して、コンデンサ１を得る。

なお、本発明は上述した実施の形態の例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。

例えば、積層体２に面取りを施し、丸み部を形成してもよい。この工程によって、得られた積層体２の丸み部に、マイクロクラックの除去および欠けが発生することを防止することができる。さらにバレル研磨は、下地層５における延在部４Ａ側の表面に露出する金属粒子の表面酸化膜を削り取り金属表面を露出させて、めっき付着性を向上させる効果がある。

また、例えば、図１および図２に示す例においては、積層体２の一方の主面（第１主面２Ａ）のみに、延在部４Ａおよび下地層５を設けたが、図５（ｂ）に示すように、積層体２の他方の主面（第２主面）２Ｂにも、これらを同様に設けてもよい。

また、下地層５の基体５ａは、セラミック焼結体以外に、樹脂成形体であってもよい。樹脂成形体は、例えば、エポキシ樹脂等である。基体５ａが樹脂成形体である下地層５を設けるためには、焼結が終わった積層体２に、金属粒子を含む樹脂ペーストを塗布して加熱によって硬化させればよい。このように、基体５ａが樹脂成形体である下地層５を用いたとしても、樹脂成形体の焼結収縮率が積層体２に近似している場合には、セラミック焼結体の場合と同様の効果を得ることができる。

また、図６に示すように、金属粒子５ｂの露出面は、基体５ａの表面と面一であることが好ましい。この場合には、無電解めっき法または電解めっき法で、凹凸のない下地層５表面に延在部４Ａを形成することができるため、延在部４Ａを均一な厚みにして形成することができる。なお、金属粒子５ｂの露出面を、基体５ａの表面と面一とするためには、めっきを施す工程の前に、下地層５の表面を研磨すればよい。

また、図６に示すように、下地層５に含まれる金属粒子５ｂは、延在部４Ａ側のみに存在することが好ましい。この場合には、金属粒子５ｂが延在部４Ａ側から少なくとも露出していることから、無電解めっき法または電解めっき法で延在部４Ａを形成することを可能としつつ、下地層５における延在部４Ａ側以外の部分を、基体５ａであるセラミック焼結体のみとすることができる。よって、積層体２に接する側の方が、セラミック焼結体のみとなるので、積層体側の焼結収縮率にさらに近づかせることができ、焼結時の積層体２の反りを更に抑制することができる。

また、図７（ａ）に示す例のように、金属粒子５ｂが延在部４Ａと下地層５との境界に存在する場合、以下の条件を満たす金属粒子５ｂを下地層５の一部とし、満たさない金属粒子５ｂは下地層５の一部としないものとする。この条件とは、「図７において延在部４Ａ側の表面にあって金属粒子５ｂと基体５ａとが接触している点をＸ、Ｙとした場合に、このＸ、Ｙを結ぶ仮想の線分Ｌと直交する方向に、0.25μｍ以上の長さを有する事」である。この条件は、図７（ｂ）に示す例のように、金属粒子５ｂが球形状以外の場合であっても、同様に適用する。また、この条件は、図７（ｃ）に示す例のように、延在部４Ａと下地層５との境界が、湾曲している場合であっても、同様に適用する。

また、図８に示すように、金属粒子５ｂが互いに結合することによって複数の結合体が形成されており、これら複数の結合体が基体５ａ中に分散していることが好ましい。このような場合には、下地層５に打ち込まれている延在部４Ａの一部が大きくなるので、アンカー効果が向上し、延在部４Ａは下地層５から、さらに剥離しにくくなる。また、図８に示す例のように、結合体が延在部４Ａと下地層５との境界に存在する場合にも、上述した条件を満たす場合には、結合体を下地層５の一部とみなすこととする。

１：コンデンサ
２：積層体
２Ａ：第１主面
２Ｂ：第２主面
３：内部電極
４：外部電極
４Ａ：延在部
５：下地層
５ａ：基体
５ｂ：金属粒子
６：誘電体層

Claims

複数の誘電体層が積層された積層体と、
該積層体の前記誘電体層間に設けられた内部電極と、
該内部電極に接続されるように前記積層体の端面に設けられ、第１主面に延在する延在部を有した外部電極と、
前記延在部および前記第１主面の間に設けられた基体、及び該基体に含有されている金属粒子を含む下地層と、
を有しており、前記金属粒子は、前記外部電極に接合されている金属粒子を含み、前記下地層における前記金属粒子の含有比率は、前記第１主面側より、前記延在部側の方が高いことを特徴とするとするコンデンサ。
前記外部電極は、めっき膜であることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
前記基体は、セラミック焼結体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンデンサ。
前記下地層において、分散した前記金属粒子同士の間隔が10μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンデンサ。
前記下地層における前記基体の含有比率は、70〜95重量％であり、前記金属粒子の含有比率は、５〜30重量％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコンデンサ。
前記金属粒子の平均粒径は、０．５〜５μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のコンデンサ。
前記下地層の前記延在部側の表面に対する、前記金属粒子の露出面積の比率は、５〜45％であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のコンデンサ。
前記金属粒子の露出面は、前記基体の表面と面一であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のコンデンサ。
前記金属粒子が互いに結合することによって複数の結合体が形成されており、該複数の結合体が前記基体中に分散していることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のコ
ンデンサ。