JP5587443B2 - 積層セラミックキャパシタ、積層セラミックキャパシタの回路基板実装構造及び積層セラミックキャパシタの包装体 - Google Patents

積層セラミックキャパシタ、積層セラミックキャパシタの回路基板実装構造及び積層セラミックキャパシタの包装体 Download PDF

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Description

本発明は、積層セラミックキャパシタ、積層セラミックキャパシタの回路基板実装構造及び積層セラミックキャパシタの包装体に関する。
積層チップ電子部品の一つである積層セラミックキャパシタは、液晶表示装置(LCD;Liquid Crystal Display)及びプラズマ表示装置パネル(PDP;Plasma Display Panel)などの映像機器、コンピュータ、個人携帯用端末(PDA;Personal Digital Assistants)及び携帯電話などの各種電子製品の印刷回路基板に装着されて電気を充電又は放電させる機能を果たすチップ形態のコンデンサである。
このような積層セラミックキャパシタ(MLCC;Multi‐Layered Ceramic Capacitor)は、小型でかつ高容量が保障され、実装が容易であるという長所により、様々な電子装置の部品として用いられることができる。
上記積層セラミックキャパシタは、複数の誘電体層と、上記誘電体層の間に互いに異なる極性の内部電極が交互に積層された構造を有することができる。
このような誘電体層は圧電性及び電歪性を有するため、積層セラミックキャパシタに直流又は交流電圧が印加される際に上記内部電極の間で圧電現象が生じ、振動が起こり得る。
このような振動は、積層セラミックキャパシタの外部電極を介して、上記積層セラミックキャパシタが実装された印刷回路基板に伝達され、上記印刷回路基板全体が音響反射面となり、雑音となる振動音を発生させる。
上記振動音はヒトに不快感を与える20〜20,000Hz領域の可聴周波数に該当する。このようにヒトに不快感を与える振動音をアコースティックノイズ(acoustic noise)と言う。
上記アコースティックノイズを低減するために、積層セラミックキャパシタの下部カバー層を増加させた形態の製品が研究されている。
また、このような下部カバー層が増加された積層セラミックキャパシタは、印刷回路基板に実装する際にアコースティックノイズの減少に有利であるように、厚い下部カバー層が下部に位置し、水平実装タイプに実装されることができる。
この際、上記積層セラミックキャパシタの薄い上部カバー層と厚い下部カバー層が設けられる方向を区分するために画像認識などの方法が用いられるが、上記画像認識のような作業は多くの時間と費用がかかり、実装基板の組立性を低下させ得るという問題点があった。
下記特許文献1にはダミー電極について開示されておらず、下記特許文献2には上部カバー層よりも厚い厚さを有する下部カバー層について開示されていない。
特開平06‐215978号公報 韓国特許公開第10‐2005‐0071733号公報
当技術分野において、積層セラミックキャパシタの圧電現象による振動によって発生する騒音を減少させるとともに、積層セラミックキャパシタを印刷回路基板に実装する際に設けられる上下方向を容易に確認することができる新たな方法が求められてきた。本発明はかかる課題を解決するためにされたものである。
本発明は、一側面は、複数の誘電体層が積層されるセラミック本体と、上記誘電体層を挟んで上記セラミック本体の両断面を介して交互に露出するように形成された複数の第1及び第2内部電極を含んで容量が形成されるアクティブ層と、上記アクティブ層の上部に形成される上部カバー層と、上記アクティブ層の下部に形成され、上記上部カバー層よりも厚い厚さを有する下部カバー層と、上記上部又は下部カバー層のうち少なくとも一つの内部に、上記セラミック本体の上面又は下面を通して透けて見えるように、容量形成と無関係に形成されるダミー電極と、上記セラミック本体の両断面を覆うように形成される第1及び第2外部電極と、を含み、上記セラミック本体の全体厚さの1/2をA、上記下部カバー層の厚さをB、上記アクティブ層の全体厚さの1/2をC、上記上部カバー層の厚さをDとそれぞれ規定したときに、上記アクティブ層の中心部が、上記セラミック本体の中心部から外れる割合(B+C)/Aが、1.063≦(B+C)/A≦1.745の範囲を満たす積層セラミックキャパシタを提供する。
本発明の一実施例において、上記上部カバー層の厚さ(D)と上記下部カバー層の厚さ(B)との割合D/Bが、0.021≦D/B≦0.422の範囲を満たすようにすることができる。
本発明の一実施例において、上記セラミック本体の厚さの1/2(A)に対する上記下部カバー層の厚さ(B)の割合B/Aが、0.329≦B/A≦1.522の範囲を満たすようにすることができる。
本発明の一実施例において、上記下部カバー層の厚さ(B)に対する上記アクティブ層の厚さの1/2(C)の割合C/Bが、0.146≦C/B≦2.458の範囲を満たすようにすることができる。
本発明の一実施例において、上記上部カバー層においてダミー電極が形成されていない上端部の厚さが4〜30μmとすることができる。
この際、上記上部カバー層に形成されるダミー電極は、上記セラミック本体の上面に近接するように形成することができ、上記アクティブ層の最上部に配置された内部電極と同一方向の内部電極で形成することができる。
本発明の一実施例では、上記下部カバー層においてダミー電極が形成されていない下端部の厚さが4〜30μmとすることができる。
この際、上記下部カバー層に形成されるダミー電極は、上記セラミック本体の下面に近接するように形成することができ、上記アクティブ層の最下部に配置された内部電極と同一方向の内部電極で形成することができる。
本発明の一実施例において、上記ダミー電極は上記上部及び下部カバー層の両方に形成され、上記上部及び下部カバー層に形成されたダミー電極は、上下方向を容易に区分するために、互いに異なる形状を有することができる。
本発明の一実施例において、上記ダミー電極は、上記上部又は下部カバー層の一断面を介して露出する第1ダミー電極と、上記上部又は下部カバー層の他断面を介して露出し、上記第1ダミー電極と同一水平線上に互いに間隔をおいて対向するように形成される第2ダミー電極と、を含むことができる。
本発明の一実施例において、上記ダミー電極は、上記上部又は下部カバー層の両断面から離隔するように形成することができる。
本発明の一実施例において、上記ダミー電極は、上記第1及び第2外部電極が、上記セラミック本体の上下面を覆う部分と上記セラミック本体の厚さ方向に沿って互いに重なる部分とを有する長さにするか、又は上記第1及び第2外部電極が、上記セラミック本体の上下面を覆う部分と上記セラミック本体の厚さ方向に沿って互いに重なる部分とがなくなる長さにすることができる。
本発明の一実施例において、上記下部カバー層の上記アクティブ層の下端に近接する位置に、容量形成と無関係に形成されるダミー電極をさらに含むことができる。
本発明の一実施例において、上記下部カバー層の上記アクティブ層の下端に近接する位置に形成されたダミー電極は、上記上部カバー層に形成されたダミー電極に対向する内部電極で形成することができる。
本発明の一実施例において、電圧印加時に、上記アクティブ層の中心部で発生する変形率と上記下部カバー層で発生する変形率との差により、上記セラミック本体の両断面に形成された変曲点を、上記セラミック本体の厚さの中心部以下に形成することができる。
本発明の他の側面は、上部に第1及び第2電極パッドを有する印刷回路基板と、上記印刷回路基板上に設けられる積層セラミックキャパシタと、を含み、上記積層セラミックキャパシタは、複数の誘電体層が積層されるセラミック本体と、上記誘電体層を挟んで上記セラミック本体の両断面を介して交互に露出するように形成された複数の第1及び第2内部電極を含んで容量が形成されるアクティブ層と、上記アクティブ層の上部に形成される上部カバー層と、上記アクティブ層の下部に、上記上部カバー層よりも厚く形成された下部カバー層と、上記上部又は下部カバー層のうち少なくとも一つの内部に、上記セラミック本体の上面又は下面から透けて見えるように、容量形成と無関係に形成されるダミー電極と、上記セラミック本体の両断面に形成され、上記第1及び第2電極パッドと半田付けによって連結される第1及び第2外部電極と、を含み、上記セラミック本体の全体厚さの1/2をA、上記下部カバー層の厚さをB、上記アクティブ層の全体厚さの1/2をC、上記上部カバー層の厚さをDとそれぞれ規定したときに、上記アクティブ層の中心部が上記セラミック本体の中心部から外れる割合(B+C)/Aが、1.063≦(B+C)/A≦1.745の範囲を満たす積層セラミックキャパシタの回路基板実装構造を提供する。
本発明の一実施例において、電圧印加時に上記アクティブ層の中心部で発生する変形率と上記下部カバー層で発生する変形率との差により、上記セラミック本体の両断面に形成された変曲点を上記半田付けの高さ以下に形成することができる。
本発明のさらに他の側面は、複数の誘電体層が積層されるセラミック本体と、上記誘電体層を挟んで上記セラミック本体の両断面を介して交互に露出するように形成された複数の第1及び第2内部電極を有するアクティブ層と、上記アクティブ層の上部に形成される上部カバー層と、上記アクティブ層の下部に、上記上部カバー層よりも厚く形成された下部カバー層と、上記上部又は下部カバー層のうち少なくとも一つの内部に、上記セラミック本体の上面又は下面から透けて見えるように、容量形成と無関係に形成されるダミー電極と、上記セラミック本体の両断面に形成され、上記第1及び第2内部電極の露出した部分と電気的に連結される第1及び第2外部電極と、を含み、上記セラミック本体の全体厚さの1/2をA、上記下部カバー層の厚さをB、上記アクティブ層の全体厚さの1/2をC、上記上部カバー層の厚さをDとそれぞれ規定したときに、上記アクティブ層の中心部が上記セラミック本体の中心部から外れる割合(B+C)/Aが、1.063≦(B+C)/A≦1.745の範囲を満たす少なくとも一つの積層セラミックキャパシタと、上記それぞれの積層セラミックキャパシタを、下部カバー層が底面に向かうように収納する複数の収納部が形成された包装シートと、を含む積層セラミックキャパシタの包装体を提供する。
本発明の一実施例において、上記積層セラミックキャパシタが収納された収納部を密封するように、上記包装シートの一面に付着された包装膜をさらに含むことができる。
本発明の一実施例において、上記包装シートは、リールタイプに巻線して形成することができる。
本発明の一実施形態によると、積層セラミックキャパシタで発生する振動を減少させることで、積層セラミックキャパシタを印刷回路基板に実装する際にアコースティックノイズを減少させるとともに、積層セラミックキャパシタを印刷回路基板に実装する際に上下方向を容易に確認して積層セラミックキャパシタの上下が逆になって実装されることを防止することにより、実装基板の組立性を向上させ、実装基板の不良率を減少させる効果がある。
本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタの一部を切開して概略的に図示した斜視図である。 図1の積層セラミックキャパシタを長さ方向に切断して図示した断面図である。 積層セラミックキャパシタに含まれる構成要素の寸法関係を説明するために、図1の積層セラミックキャパシタを長さ方向に切断して概略的に図示した断面図である。 図1の積層セラミックキャパシタが印刷回路基板に実装された状態を図示した斜視図である。 図4の積層セラミックキャパシタ及び印刷回路基板を長さ方向に切断して図示した断面図である。 図4の積層セラミックキャパシタが印刷回路基板に実装された状態で電圧が印加されて、積層セラミックキャパシタが変形される状態を概略的に図示した断面図である。 本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタが包装体に実装される状態を概略的に図示した斜視図である。 図7の包装体をリール状に巻取して概略的に図示した断面図である。 本発明の他の実施形態による積層セラミックキャパシタをそれぞれ長さ方向に切断して図示した断面図である。 本発明の他の実施形態による積層セラミックキャパシタをそれぞれ長さ方向に切断して図示した断面図である。 本発明の他の実施形態による積層セラミックキャパシタを、それぞれ長さ方向に切断して図示した断面図である。 本発明の他の実施形態による積層セラミックキャパシタを、それぞれ長さ方向に切断して図示した断面図である。 本発明の他の実施形態による積層セラミックキャパシタを、それぞれ長さ方向に切断して図示した断面図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
但し、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されるものではない。
また、本発明の実施形態は当技術分野において平均的な知識を有する者に、本発明をより完全に説明するために提供される。
従って、図面における要素の形状及び大きさ等は、より明確な説明のために誇張されることがある。
また、各実施例の図面に表示された同一の思想の範囲内の機能が同一の構成要素は、同一の参照符号を用いて説明する。
本発明の実施例を明確に説明するために六面体の方向を定義すると、図面上に表示されたL、W及びTは、それぞれ、長さ方向、幅方向及び厚さ方向を示す。ここで、厚さ方向は、誘電体層が積層された積層方向と同一の概念に用いることができる。
また、本実施形態において、説明の便宜上、セラミック本体の長さ方向に第1及び第2外部電極が形成される面を左右両断面に設定し、これと垂直に交差する面を左右側面に設定して、併せて説明する。
積層セラミックキャパシタ
図1及び図2を参照すると、本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタ100は、セラミック本体110と、第1及び第2内部電極121、122を有するアクティブ層115と、上部及び下部カバー層112、113と、セラミック本体110の両断面を覆うように形成される第1及び第2外部電極131、132と、を含み、上部カバー層112の内部には、容量形成と無関係に、少なくとも一つの上下方向確認用のダミー電極123を形成することができる。
セラミック本体110は、複数の誘電体層111を積層してから焼成して形成したものであり、このようなセラミック本体110の形状、寸法及び誘電体層111の積層数は、本実施形態に図示されたものに限定されない。
また、セラミック本体110を形成する複数の誘電体層111は焼結された状態であり、隣接する誘電体層111の間の境界は、走査型電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)を利用せずには確認することが困難であるほど一体化することができる。
このようなセラミック本体110は、キャパシタの容量形成に寄与する部分としてのアクティブ層115と、上下マージン部としてアクティブ層115の上下部にそれぞれ形成された上部及び下部カバー層112、113と、で構成することができる。
アクティブ層115は、誘電体層111を挟んで複数の第1及び第2内部電極121、122を繰り返して積層して形成することができる。
この際、誘電体層111の厚さは、積層セラミックキャパシタ100の容量設計に合わせて任意に変更することができ、好ましくは、1層の厚さが焼成後に0.01〜1.00μmになるように構成することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、誘電体層111は、高誘電率を有するセラミック粉末、例えばチタン酸バリウム(BaTiO)系又はチタン酸ストロンチウム(SrTiO)系粉末を含むことができ、本発明はこれに限定されるものではない。
上部及び下部カバー層112、113は、内部電極を含まない点以外は、誘電体層111と同一の材質及び構成を有することができる。
上部及び下部カバー層112、113は、単一の誘電体層又は二つ以上の誘電体層をアクティブ層115の上下面にそれぞれ上下方向に積層して形成することができ、基本的に、物理的又は化学的なストレスによる第1及び第2内部電極121、122の損傷を防止する機能を果たすことができる。
また、下部カバー層113は、上部カバー層112より誘電体層の積層数を増やすことにより、上部カバー層より大きい厚さを有することができる。
ダミー電極123は、上部カバー層112の内部にセラミック本体110の上面Sから透けて見えるように、セラミック本体110の厚さ方向に沿って少なくとも一層以上積層して形成することができる。
これにより、セラミック本体110の上部カバー層112が形成された上面Sと、下部カバー層113が形成された下面Sとを明確に区別することができ、積層セラミックキャパシタ100を印刷回路基板に実装する際に、上下方向を容易に確認して積層セラミックキャパシタの上下が逆になって実装されることが防止されるので、実装基板の組立性が向上して、実装基板の不良率を減少させることができる。
この際、ダミー電極123がセラミック本体110の上面Sを通して容易に透けて見えるように、上部カバー層112においてダミー電極123が形成されていない上端部の厚さ(E)を、信頼性を有する範囲内で最小限の厚さに形成することができる。
また、ダミー電極123がセラミック本体110の上面Sを通して容易に透けて見えるように、最上部に配置されたダミー電極123を、上部カバー層112の内部で可能な限りセラミック本体110の上面Sに近接するように形成することができる。
このようなダミー電極123は、アクティブ層115の最上部に配置された第1内部電極121と同一方向の内部電極で形成することができ、誘電体層を挟んで互いに異なる極性の内部電極が重なる構造ではない。
従って、ダミー電極123は、セラミック本体110の長さ方向の両端部に形成された外部電極131、132又は容量を形成するアクティブ層115の影響により発生する寄生キャパシタンス以外には、容量形成に寄与することができない。
一方、本実施形態において、ダミー電極123が、アクティブ層115の最上部に配置された第1内部電極121と同一方向の内部電極で形成されたものとして図示されているが、本発明のダミー電極の構造は、必要に応じて様々に変更することができ、本発明はこれに限定されるものではない。
上記ダミー電極の様々な実施例については、下記の本発明の他の実施例において関連図面と併せて具体的に説明する。
第1及び第2内部電極121、122は、互いに異なる極性を有する一対の電極であって、誘電体層111上に所定の厚さで導電性金属を含む導電性ペーストを印刷して、誘電体層111の積層方向に沿って、両断面を介して交互に露出するように形成することができ、中間に配置された誘電体層111によって互いに電気的に絶縁することができる。
即ち、第1及び第2内部電極121、122は、セラミック本体110の両断面を介して、交互に露出する部分を介して第1及び第2外部電極131、132に、それぞれ電気的に連結することができる。
従って、第1及び第2外部電極131、132に電圧を印加すると、互いに対向する第1及び第2内部電極121、122の間に電荷が蓄積され、この際、積層セラミックキャパシタ100の静電容量は、第1及び第2内部電極121、122の互いに重なる領域の面積に比例する。
このような第1及び第2内部電極121、122の厚さは用途に応じて決定することができる。例えば、セラミック本体110の大きさを考慮して、0.2〜1.0μmの範囲内になるように決定することができ、本発明はこれに限定されるものではない。
また、第1及び第2内部電極121、122を形成する導電性ペーストに含まれる導電性金属は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、又はこれらの合金とすることができ、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上記導電性ペーストの印刷方法としては、スクリーン印刷法又はグラビア印刷法などが挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。
第1及び第2外部電極131、132は導電性金属を含む導電性ペーストにより形成することができ、上記導電性金属は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、金(Au)又はこれらの合金とすることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
以下、本実施形態による積層セラミックキャパシタに含まれる構成要素の寸法とアコースティックノイズの関係について説明する。
図3を参照してセラミック本体110の全体厚さの1/2をA、下部カバー層113の厚さをB、アクティブ層115の全体厚さの1/2をC、上部カバー層112の厚さをD、上部カバー層112においてダミー電極123が存在しない部分の厚さをEとそれぞれ規定する。
ここで、セラミック本体110の全体厚さは、セラミック本体110の上面Sから下面Sまでの距離を意味し、アクティブ層115の全体厚さは、アクティブ層115の最上部に形成された第1内部電極121の上面からアクティブ層115の最下部に形成された第2内部電極122の下面までの距離を意味する。
また、下部カバー層113の厚さ(B)は、アクティブ層115の厚さ方向の最下部に形成された第2内部電極122の下面からセラミック本体110下面Sまでの距離を意味し、上部カバー層112の厚さ(D)は、アクティブ層115の厚さ方向の最上部に形成された第1内部電極121の上面からセラミック本体110の上面Sまでの距離を意味する。
積層セラミックキャパシタ100の両端部に形成された第1及び第2外部電極131、132に異なる極性の電圧が印加されると、誘電体層111の逆圧電効果(Inverse piezoelectric effect)によってセラミック本体110が厚さ方向に膨張及び収縮するようになり、第1及び第2外部電極131、132の両端部は、ポアソン効果(Poisson effect)によってセラミック本体110の厚さ方向の膨張及び収縮とは反対に収縮及び膨張するようになる。
ここで、アクティブ層115の中心部は、第1及び第2外部電極131、132の長さ方向の両端部で最大に膨張及び収縮される部分であり、アコースティックノイズが発生する原因となる。
即ち、本実施形態では、アコースティックノイズを減少させるために、電圧が印加されてアクティブ層115の中心部CLで発生する変形率と下部カバー層113で発生する変形率との差により、セラミック本体110の両断面に形成された変曲点(PI;point of inflection)をセラミック本体110の厚さの中心部CL以下に形成することができる。
その際、アコースティックノイズをさらに減少させるために、アクティブ層115の中心部CLがセラミック本体110の中心部CLから外れる割合(B+C)/Aが、1.063≦(B+C)/A≦1.745の範囲を満たすことが好ましい。
また、上部カバー層112の厚さ(D)と下部カバー層113の厚さ(B)との割合D/Bが、0.021≦D/B≦0.422の範囲を満たすようにすることができる。
また、セラミック本体110の厚さの1/2(A)に対する下部カバー層113の厚さ(B)の割合B/Aが、0.329≦B/A≦1.522の範囲を満たすようにすることができる。
また、下部カバー層113の厚さ(B)に対するアクティブ層115の厚さの1/2(C)の割合C/Bが、0.146≦C/B≦2.458の範囲を満たすようにすることができる。
実験例
本発明の実施例と比較例による積層セラミックキャパシタは、下記のようにして製作された。
チタン酸バリウム(BaTiO)などの粉末を含んでなるスラリーをキャリアフィルム(carrier film)上に塗布及び乾燥して、1.8μmの厚さに製造された複数個のセラミックグリーンシートを準備する。
次に、上記セラミックグリーンシート上に、スクリーンを利用してニッケル内部電極用導電性ペーストを塗布して内部電極を形成する。
上記セラミックグリーンシートが370層ほど積層されるが、内部電極が形成されていないセラミックグリーンシートを、内部電極が形成されたセラミックグリーンシートの上部より下部に多く積層した。この積層体を、85℃にて1000kgf/cmの圧力条件で等圧圧縮成形(isostatic pressing)した。
圧着が完了したセラミック積層体を個別チップの形態に切断し、切断したチップは、大気雰囲気で230℃に60時間維持して脱バインダを行った。
次に、1200℃で内部電極が酸化されないように、Ni/NiO平衡酸素分圧より低い10−11〜10−10atmの酸素分圧下の還元雰囲気で焼成した。焼成後の積層チップキャパシタのチップサイズは、長さ×幅(L×W)が約1.64mm×0.88mm(L×W、1608サイズ)であった。ここで、製作公差は、長さ×幅(L×W)が±0.1mm内の範囲となるように定め、これを満たす場合には実験を行って、アコースティックノイズを測定した。
次に、外部電極、メッキなどの工程を経て、積層セラミックキャパシタを製作した。
Figure 0005587443
*は比較例、AN:アコースティックノイズ(acoustic noise)
上記表1のデータは、図3のように、積層セラミックキャパシタ100をセラミック本体110の幅方向(W)の中心部で長さ方向(L)及び厚さ方向(T)に切開した断面を、走査型電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)で撮影した写真を基準として、それぞれの寸法を測定したものである。
ここで、A、B、C及びDは、上述したように、セラミック本体110の全体厚さの1/2をA、下部カバー層113の厚さをB、アクティブ層115の全体厚さの1/2をC、上部カバー層112の厚さをDとそれぞれ規定したものである。
アコースティックノイズを測定するために、アコースティックノイズ測定用基板当たり一つのサンプル(積層チップキャパシタ)を上下方向に区分して印刷回路基板に実装した後、その基板を測定用治具(Jig)に装着した。
そして、DCパワーサプライ(Power supply)及び信号発生器(Function generator)を用いて、測定治具に装着されたサンプルの両端子にDC電圧及び電圧変動を印加し、上記印刷回路基板の真上に設けられたマイクを用いてアコースティックノイズを測定した。
上記表1において、サンプル1〜3は、下部カバー層113の厚さ(B)と上部カバー層112の厚さ(D)がほぼ類似したカバー対称構造を有する比較例であり、サンプル4〜13は、上部カバー層112の厚さ(D)が下部カバー層の厚さ(B)よりも厚い構造を有する比較例である。
また、サンプル14、15及びサンプル35〜37は、下部カバー層113の厚さ(B)が上部カバー層112の厚さ(D)よりも厚い構造を有する比較例であり、サンプル16〜34は、本発明の実施形態による実施例である。
ここで、(B+C)/Aの値がほぼ1である場合には、アクティブ層115の中心部がセラミック本体110の中心部からほとんど外れていないことを意味する。下部カバー層113の厚さ(B)と上部カバー層112の厚さ(D)がほぼ類似したカバー対称構造を有するサンプル1〜3の(B+C)/Aの値は、ほぼ1である。
(B+C)/Aの値が1よりも大きい場合には、アクティブ層115の中心部がセラミック本体110の中心部から上部方向に外れていることを意味し、(B+C)/Aの値が1よりも小さい場合には、アクティブ層115の中心部がセラミック本体110の中心部から下部方向に外れていることを意味すると考えられる。
上記表1を参照すると、アクティブ層115の中心部がセラミック本体110の中心部から外れる割合(B+C)/Aが、1.063≦(B+C)/A≦1.745の範囲を満たす実施例であるサンプル16〜34において、アコースティックノイズが、20dB未満に著しく減少することを確認することができる。
また、アクティブ層115の中心部がセラミック本体110の中心部から外れる割合(B+C)/Aが、1.063未満であるサンプル1〜15は、アクティブ層115の中心部が、セラミック本体110の中心部からほとんど外れていないか、アクティブ層115の中心部が、セラミック本体110の中心部から下部方向に外れた構造を有する。
上記(B+C)/Aが1.063未満であるサンプル1〜15は、アコースティックノイズが25〜32.5dBであり、本発明による実施例よりもアコースティックノイズの減少効果が少ないことが分かる。
また、アクティブ層115の中心部がセラミック本体110の中心部から外れる割合(B+C)/Aが、1.745を超えるサンプル35〜37では、目標容量に対する静電容量が低く容量不良が発生した。
上記表1において、容量具現率(即ち、目標容量に対する静電容量の割合)が「NG」と表示されたものは、目標容量値を100%としたときに、目標容量に対する静電容量値が80%未満である場合を意味する。
また、表1から、上部カバー層112の厚さ(D)と下部カバー層113の厚さ(B)との割合(D/B)が、0.021≦D/B≦0.422の範囲を満たす実施例において、アコースティックノイズが著しく減少することが分かる。
反面、上部カバー層112の厚さ(D)と下部カバー層113の厚さ(B)との割合(D/B)が、0.422を超える比較例は、アコースティックノイズの減少効果が少ないことが分かる。
上部カバー層112の厚さ(D)と下部カバー層113の厚さ(B)との割合(D/B)が、0.021未満である場合には、上部カバー層112の厚さ(D)より下部カバー層113の厚さ(B)が大きすぎて、クラック又はデラミネーションが発生する可能性があり、目標容量に対する静電容量が低く容量不良が発生する可能性もある。
実施例のうち、セラミック本体110の厚さ(A)に対する下部カバー層113の厚さ(B)の割合(B/A)、及び下部カバー層113の厚さ(B)に対するアクティブ層115の厚さ(C)の割合(C/B)のそれぞれが、0.329≦B/A≦1.522、及び0.146≦C/B≦2.458の範囲を満たす実施例であるサンプル19〜34においては、アコースティックノイズが18dB未満にさらに減少することが分かる。
反面、セラミック本体110の厚さ(A)に対する下部カバー層113の厚さ(B)の割合(B/A)が、1.522を超えるか、下部カバー層113の厚さ(B)に対するアクティブ層115の厚さ(C)の割合(C/B)が、0.146未満であるサンプル35〜37においては、目標容量に対する静電容量が低く容量不良が発生する問題点があった。
次に、下記表2は、上部カバー層112においてダミー電極123が形成されていない上端部の厚さ(E)によって、ダミー電極123がセラミック本体110の上面Sから透けて見えるか否かを示すものである。
Figure 0005587443
上記表2を参照すると、上部カバー層112においてダミー電極123が形成されていない上端部の厚さ(E)が30μmを超える場合、セラミック本体110の上面Sから、ダミー電極123が透けて見えるか否かを確認することが容易でないことが分かる。
また、上部カバー層112においてダミー電極123が形成されていない上端部の厚さ(E)が4μmの未満の場合は、外部から湿気が流入したり、外部衝撃によってダミー電極123が外部に露出して信頼性が低下する可能性があるので好ましくない。
従って、上部カバー層112において、ダミー電極123が形成されていない上端部の好ましい厚さ(E)は、4〜30μmであることができる。
また、ダミー電極123が、セラミック本体110の上面Sを通して容易に透けて見えるように、最上部に配置されたダミー電極123は、上部カバー層112内部で、可能な限りセラミック本体110の上面Sに近接するように形成することができる。
また、全てのサンプルにおいて、17dB未満のアコースティックノイズが現われており、ダミー電極123が挿入されても下部カバー層113によるアコースティックノイズの低減効果が継続的に発生していることを確認することができる。
積層セラミックキャパシタの回路基板実装構造
図4及び図5を参照すると、本実施形態による積層セラミックキャパシタ100の実装基板200は、積層セラミックキャパシタ100が水平に実装される印刷回路基板210と、印刷回路基板210の上面に互いに離隔するように形成された第1及び第2電極パッド221、222と、を含む。
その際、積層セラミックキャパシタ100は、下部カバー層113が下側に配置され、第1及び第2外部電極131、132が、それぞれ第1及び第2電極パッド221、222上に接触するように位置した状態で、半田付け230により印刷回路基板210と電気的に連結することができる。
上記のように積層セラミックキャパシタ100が、印刷回路基板210に実装された状態で電圧を印加するとアコースティックノイズが生じ得る。
その際、第1及び第2電極パッド221、222の大きさは、積層セラミックキャパシタ100の第1及び第2外部電極131、132と第1及び第2電極パッド221、222を連結する半田付け230の量を決定する指標とすることができ、このような半田付け230の量に応じてアコースティックノイズの大きさを調節することができる。
図6を参照すると、積層セラミックキャパシタ100が印刷回路基板210に実装された状態で、積層セラミックキャパシタ100の両端部に形成された第1及び第2外部電極131、132に異なる極性の電圧が印加されると、誘電体層111の逆圧電効果(Inverse piezoelectric effect)によって、セラミック本体110は厚さ方向に膨張及び収縮するようになり、第1及び第2外部電極131、132の両端部は、ポアソン効果(Poisson effect)によって、セラミック本体110の厚さ方向の膨張及び収縮とは反対に収縮及び膨張するようになる。
ここで、アクティブ層115の中心部は、第1及び第2外部電極131、132の長さ方向の両端部で最大に膨張及び収縮される部分であり、アコースティックノイズが発生する原因となる。
積層セラミックキャパシタ100の長さ方向の両断面が最大に膨張すると、半田付け230の上部には膨脹によって外部に押し出される力(1)が生じ、半田付け230の下部には膨脹によって外部に押し出される力によって外部電極の方に押す、収縮される力(2)が生じる。
従って、本実施形態のように、電圧が印加されてアクティブ層115の中心部CLで発生する変形率と、下部カバー層113で発生する変形率との差により、セラミック本体110の両断面に形成された変曲点が、半田付け230の高さ以下に形成されるとき、アコースティックノイズをさらに減少させることができる。
積層セラミックキャパシタの包装体
図7を参照すると、本実施形態による積層チップキャパシタの包装体300は、それぞれの積層セラミックキャパシタ100を収納するために、積層セラミックキャパシタ100に対応する形状からなる複数の収納部311が形成された包装シート310を含むことができる。
その際、それぞれの積層セラミックキャパシタ100は、電子部品整列装置420によって、第1及び第2内部電極121、122が水平に整列された状態を維持し、移送装置410によって包装シート310へ運搬されることができる。
このように運搬された積層セラミックキャパシタ100は、下部カバー層113が収納部311の底面311aに向かうように、収納部311に収納することができる。
また、包装シート310の一面には、それぞれの積層セラミックキャパシタ100が収納された収納部311を、密封するように覆う包装膜320を付着させることができる。
一方、図8を参照すると、このように形成された包装シート310はリールタイプに連続的に巻線して形成することができる。
ダミー電極の変形例
図9は、本発明のさらに他の実施例による積層セラミックキャパシタを概略的に示すものである。
上述した実施例のように、上部カバー層112の厚さと下部カバー層113の厚さが互いに異なる非対称構造に形成され、上部カバー層112にのみダミー電極123が形成される場合、アクティブ層115と下部カバー層113が焼結収縮される際に収縮率が相違するため、セラミック本体110に対するデラミネーション又はクラック発生率が増加する可能性がある。
図9を参照すると、本実施形態の積層セラミックキャパシタは、下部カバー層113の内部に、容量形成と無関係に、セラミック本体110の厚さ方向に沿って、少なくとも一層以上のダミー電極124を積層してさらに形成することができる。
上記のように下部カバー層113の内部にダミー電極124をさらに形成すると、セラミック本体110のL方向マージンの段差非対称が低減して、アクティブ層115と下部カバー層113との収縮率の差を低減し、これにより、セラミック本体110のデラミネーション又はクラック発生率を減少させることができ、デラミネーション又はクラックが発生してもアクティブ層115に及ぼす影響を最小化することができ、アコースティックノイズの大きさも減少させることができる。
このような効果を高めるために、下部カバー層113に形成されたダミー電極124を、上部カバー層112に形成されたダミー電極123に対向するように形成することができ、アクティブ層115の下端に近接するように形成することができる。
ここで、セラミック本体110のアクティブ層115と、第1及び第2内部電極121、122と、上部及び下部カバー層112、113と、第1及び第2外部電極131、132の構造は、上述した一実施形態と類似しており、重複を避けるために具体的な説明は省略する。
図10は、本発明のさらに他の実施例による積層セラミックキャパシタを概略的に示すものである。
上述した実施例のように、上部カバー層112の内部にダミー電極123を形成する際に、上部カバー層112の厚さが厚すぎる場合、ダミー電極123を上部カバー層112の厚さだけさらに積層しなければならないという問題点があった。
図10を参照すると、本実施形態の積層セラミックキャパシタは、厚さが厚い上部カバー層112の内部に、ダミー電極123を形成する代りに、下部カバー層113の内部にダミー電極123を形成したものである。
このような構造は、上部カバー層が厚すぎる積層セラミックキャパシタにおいて有用であり、上記で積層セラミックキャパシタを印刷回路基板に実装する際に説明した実施例とは反対に、印刷回路基板に積層セラミックキャパシタを実装する際に、ダミー電極が透けて見えない面を上面と判断して実装すれば良い。
また、ダミー電極123がセラミック本体110の上面Sを通して容易に透けて見えるように、最下部に配置されたダミー電極123を、下部カバー層113の内部で、可能な限りセラミック本体110下面Sに近接するように形成することができる。
このようなダミー電極123は、アクティブ層115の最下部に配置された第2内部電極122と同一方向の内部電極で形成することができ、誘電体層を挟んで互いに異なる極性の内部電極が重なる構造ではない。
従って、ダミー電極123は、セラミック本体110の長さ方向の両端部に形成された外部電極131、132、又は容量を形成するアクティブ層115の影響により発生する寄生キャパシタンス以外には容量形成に寄与することができない。
ここで、セラミック本体110のアクティブ層115と、第1及び第2内部電極121、122と、上部及び下部カバー層112、113と、第1及び第2外部電極131、132との構造は、上述した一実施形態と類似しており、重複を避けるために具体的な説明は省略する。
図11は、本発明のさらに他の実施例による積層セラミックキャパシタを概略的に示すものである。
図11を参照すると、ダミー電極は上部カバー層112の一断面を介して露出した第1ダミー電極125aと、上部カバー層112の他断面を介して露出した第2ダミー電極125bと、を含むことができ、第1及び第2ダミー電極125a、125bが同一水平線上に互いに間隔をおいて対向するように形成されることができる。
本実施形態において、第1及び第2ダミー電極125a、125bは、上部カバー層112の内部に厚さ方向に沿って2層に積層されたものに図示されているが、本発明はこれに限定されず、必要に応じて、単層又は3層以上の第1及び第2ダミー電極125a、125bを厚さ方向に沿って積層して形成することができる。
ここで、セラミック本体110のアクティブ層115と、第1及び第2内部電極121、122と、上部及び下部カバー層112、113と、第1及び第2外部電極131、132の構造は、上述した一実施形態と類似しており、重複を避けるために具体的な説明は省略する。
図12及び図13は本発明のさらに他の実施例による積層セラミックキャパシタを概略的に示すものである。
本実施形態の第1及び第2外部電極131、132は、信頼性を高めるために、その上下端部がセラミック本体110の上下面の一部を覆うように形成されることができる。
また、ダミー電極は、上部カバー層112の両断面から離隔するように形成されることができ、この際、ダミー電極の長さは限定されず、様々に変更されることができる。
例えば、図12を参照すると、ダミー電極126の長さは、第1及び第2外部電極131、132がセラミック本体110の上下面を覆う部分の一部分と、セラミック本体110の厚さ方向に沿って互いに重なるように形成されることができる。
また、図13を参照すると、ダミー電極127の長さは、第1及び第2外部電極131、132がセラミック本体110の上下面を覆う部分と、セラミック本体110の厚さ方向に沿って互いに重なる部分がないように形成されることができる。
ここで、セラミック本体110のアクティブ層115と、第1及び第2内部電極121、122と、上部及び下部カバー層112、113と、第1及び第2外部電極131、132の構造は、上述した一実施形態と類似しており、重複を避けるために具体的な説明は略する。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求範囲に記載された本発明の技術的事項から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野において通常の知識を有した者には明らかである。
100 積層セラミックキャパシタ
110 セラミック本体
111 誘電体層
112 上部カバー層
113 下部カバー層
115 アクティブ層
121、122 第1及び第2内部電極
123、124、125a、125b、126、127 ダミー電極
131、132 第1及び第2外部電極
200 実装基板
210 印刷回路基板
221、222 第1及び第2電極パッド
230 半田付け
300 包装体
310 包装シート
311 収納部
320 包装膜
410 移送装置
420 電子部品整列装置

Claims (22)

  1. 複数の誘電体層が積層されるセラミック本体と、
    前記誘電体層を挟んで前記セラミック本体の両断面を介して交互に露出するように形成された複数の第1及び第2内部電極を含んで容量が形成されるアクティブ層と、
    前記アクティブ層の上部に形成される上部カバー層と、
    前記アクティブ層の下部に形成され、前記上部カバー層より大きい厚さを有する下部カバー層と、
    前記上部又は下部カバー層のうち少なくとも一つの内部に、前記セラミック本体の上面又は下面を通して透けて見えるように、容量形成と無関係に形成されるダミー電極と、
    前記セラミック本体の両断面を覆うように形成される第1及び第2外部電極と、を含み、
    前記セラミック本体の全体厚さの1/2をA、前記下部カバー層の厚さをB、前記アクティブ層の全体厚さの1/2をC、前記上部カバー層の厚さをDとそれぞれ規定したときに、前記アクティブ層の中心部が前記セラミック本体の中心部から外れる割合(B+C)/Aが、1.063≦(B+C)/A≦1.745の範囲を満た前記セラミック本体の厚さの1/2(A)に対する前記下部カバー層の厚さ(B)の割合B/Aが、0.329≦B/A≦1.522の範囲を満たす、積層セラミックキャパシタ。
  2. 前記上部カバー層の厚さ(D)と前記下部カバー層の厚さ(B)との割合D/Bが、0.021≦D/B≦0.422の範囲を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  3. 前記下部カバー層の厚さ(B)に対する前記アクティブ層の厚さの1/2(C)の割合C/Bが、0.146≦C/B≦2.458の範囲を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  4. 前記上部カバー層においてダミー電極が形成されていない上端部の厚さが、4〜30μmであることを特徴とする、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  5. 前記ダミー電極は、前記セラミック本体の上面に近接するように形成されることを特徴とする、請求項に記載の積層セラミックキャパシタ。
  6. 前記ダミー電極は、前記アクティブ層の最上部に配置された内部電極と同一方向の内部電極で形成されることを特徴とする、請求項に記載の積層セラミックキャパシタ。
  7. 前記下部カバー層においてダミー電極が形成されていない下端部の厚さが4〜30μmであることを特徴とする、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  8. 前記ダミー電極は、前記セラミック本体の下面に近接するように形成されることを特徴とする、請求項に記載の積層セラミックキャパシタ。
  9. 前記ダミー電極は、前記アクティブ層の最下部に配置された内部電極と同一方向の内部電極で形成されることを特徴とする、請求項に記載の積層セラミックキャパシタ。
  10. 前記ダミー電極は、前記上部及び下部カバー層の両方に形成され、前記上部及び下部カバー層に形成されたダミー電極は互いに異なる形状を有することを特徴とする、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  11. 前記ダミー電極は、前記上部又は下部カバー層の一断面を介して露出する第1ダミー電極と、前記上部又は下部カバー層の他断面を介して露出し、前記第1ダミー電極と同一水平線上に互いに間隔をおいて対向するように形成される第2ダミー電極と、を含むことを特徴とする、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  12. 前記ダミー電極は、前記上部又は下部カバー層の両断面から離隔するように形成されることを特徴とする、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  13. 前記ダミー電極は、前記第1及び第2外部電極が前記セラミック本体の上下面を覆う部分と前記セラミック本体の厚さ方向に沿って互いに重なる部分があるように長さを有することを特徴とする、請求項12に記載の積層セラミックキャパシタ。
  14. 前記ダミー電極は、前記第1及び第2外部電極が前記セラミック本体の上下面を覆う部分と前記セラミック本体の厚さ方向に沿って互いに重なる部分がないように長さを有することを特徴とする、請求項12に記載の積層セラミックキャパシタ。
  15. 前記下部カバー層の前記アクティブ層の下端に近接する位置に容量形成と無関係に形成されるダミー電極をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  16. 前記下部カバー層の前記アクティブ層の下端に近接する位置に形成されたダミー電極は、前記上部カバー層に形成されたダミー電極に対向する内部電極で形成されることを特徴とする、請求項15に記載の積層セラミックキャパシタ。
  17. 電圧印加時に前記アクティブ層の中心部で発生する変形率と前記下部カバー層で発生する変形率との差により、前記セラミック本体の両断面に形成された変曲点が前記セラミック本体の厚さの中心部以下に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  18. 上部に第1及び第2電極パッドを有する印刷回路基板と、
    前記印刷回路基板上に設けられる積層セラミックキャパシタと、を含み、
    前記積層セラミックキャパシタは、複数の誘電体層が積層されるセラミック本体と、前記誘電体層を挟んで前記セラミック本体の両断面を介して交互に露出するように形成された複数の第1及び第2内部電極を含んで容量が形成されるアクティブ層と、前記アクティブ層の上部に形成される上部カバー層と、前記アクティブ層の下部に前記上部カバー層より厚く形成された下部カバー層と、前記上部又は下部カバー層のうち少なくとも一つの内部に、前記セラミック本体の上面又は下面から透けて見えるように、容量形成と無関係に形成されるダミー電極と、前記セラミック本体の両断面に形成され、前記第1及び第2電極パッドと半田付けによって連結される第1及び第2外部電極と、を含み、
    前記セラミック本体の全体厚さの1/2をA、前記下部カバー層の厚さをB、前記アクティブ層の全体厚さの1/2をC、前記上部カバー層の厚さをDとそれぞれ規定したときに、前記アクティブ層の中心部が前記セラミック本体の中心部から外れる割合(B+C)/Aが、1.063≦(B+C)/A≦1.745の範囲を満た前記セラミック本体の厚さの1/2(A)に対する前記下部カバー層の厚さ(B)の割合B/Aが、0.329≦B/A≦1.522の範囲を満たす、積層セラミックキャパシタの回路基板実装構造。
  19. 電圧印加時に前記アクティブ層の中心部で発生する変形率と前記下部カバー層で発生する変形率との差により、前記セラミック本体の両断面に形成された変曲点が前記半田付けの高さ以下に形成されることを特徴とする、請求項18に記載の積層セラミックキャパシタの回路基板実装構造。
  20. 複数の誘電体層が積層されるセラミック本体と、前記誘電体層を挟んで前記セラミック本体の両断面を介して交互に露出するように形成された複数の第1及び第2内部電極を有するアクティブ層と、前記アクティブ層の上部に形成される上部カバー層と、前記アクティブ層の下部に前記上部カバー層より厚く形成された下部カバー層と、前記上部又は下部カバー層のうち少なくとも一つの内部に、前記セラミック本体の上面又は下面から透けて見えるように、容量形成と無関係に形成されるダミー電極と、前記セラミック本体の両断面に形成され、前記第1及び第2内部電極の露出した部分と電気的に連結される第1及び第2外部電極と、を含み、前記セラミック本体の全体厚さの1/2をA、前記下部カバー層の厚さをB、前記アクティブ層の全体厚さの1/2をC、前記上部カバー層の厚さをDと規定したときに、前記アクティブ層の中心部が前記セラミック本体の中心部から外れる割合(B+C)/Aが、1.063≦(B+C)/A≦1.745の範囲を満たし、前記セラミック本体の厚さの1/2(A)に対する前記下部カバー層の厚さ(B)の割合B/Aが、0.329≦B/A≦1.522の範囲を満たす少なくとも一つの積層セラミックキャパシタと、
    前記それぞれの積層セラミックキャパシタを下部カバー層が底面に向かうように収納する複数の収納部が形成された包装シートと、を含む、積層セラミックキャパシタの包装体。
  21. 前記積層セラミックキャパシタが収納された収納部を密封するように前記包装シートの一面に付着された包装膜をさらに含むことを特徴とする、請求項20に記載の積層セラミックキャパシタの包装体。
  22. 前記包装シートはリールタイプに巻線して形成されることを特徴とする、請求項20に記載の積層セラミックキャパシタの包装体。
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