JP5773702B2

JP5773702B2 - コンデンサ

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Publication number: JP5773702B2
Application number: JP2011075559A
Authority: JP
Inventors: 雄二新宮
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP2012209506A

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両端面に設けられた外部電極とを具備する（特許文献１を参照）。

特開2009−146732号公報

特許文献１に示すようなコンデンサは、誘電体層となるグリーンシートと、内部電極となる電極ペーストとを積層して成形体を得た後に、これを焼結させて作製する。しかしながら、一般的に、内部電極は誘電体層より焼結収縮が速い。よって、特許文献１に示すようなコンデンサでは、内部電極が焼結により収縮する方向に、誘電体層が引っ張られる。特に、内部電極は積層方向に垂直な方向に大きく収縮しやすい。よって、誘電体層は、内部電極によって積層方向と垂直な方向に残留応力が生じやすい。従って、このような残留応力が発生しているコンデンサに、外部から衝撃が加わると、層間剥離しやすいという問題点があった。

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、前記誘電体層を介して対向するように前記誘電体層間に設けられた第１内部電極および第２内部電極と、前記第１内部電極および前記第２内部電極にそれぞれ電気的に接続される第１外部電極および第２外部電極とを備え、前記第１外部電極および前記第２外部電極の配列方向に垂直な断面において、前記第１内部電極および前記第２内部電極と、前記積層体の側面との間は、空孔が多くなっており、前記第１外部電極および前記第２外部電極の前記配列方向において、前記第１内部電極および前記第２内部電極と前記積層体の側面との間の前記空孔は、前記積層体を前記配列方向に３分割した真ん中の領域で多くなっていることを特徴とするもの
である。

本発明のコンデンサによれば、複数の誘電体層が積層された積層体と、誘電体層を介して対向するように誘電体層間に設けられた第１内部電極および第２内部電極と、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ電気的に接続される第１外部電極および第２外部電極とを備え、第１外部電極および第２外部電極の配列方向に垂直な断面において、第１内部電極および第２内部電極と、積層体の側面との間は、空孔が多くなっていることから、誘電体層が内部電極の焼結収縮による引張り力を受けても、空孔がこの力を緩和する。よって、誘電体層における積層方向に垂直な方向の残留応力が低減される。従って、コンデンサが外部から衝撃を受けた場合であっても、誘電体層と内部電極との間の層間剥離の発生を抑制することができる。

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。（ａ）は、図１に示すコンデンサのＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は、図１に示すコンデンサのＢ−Ｂ線における断面図である。図１に示すコンデンサの横断面図である。

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、基本的な構成として、積層体２と、内部電極３と、外部電極４とを具備している。

積層体２は、複数の誘電体層５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５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５の材料としては、例えば、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３またはＣａＺｒＯ_３等が挙げられる。なお、他の例としては、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３またはＣａＺｒＯ_３などを主成分とし、Ｍｎ化合物、Ｆｅ化合物、Ｃｒ化合物、Ｃｏ化合物、Ｎｉ化合物等が添加されたものであってもよい。

積層体２は、図１〜３に示すように、互いに対向する第１の主面２ａ（上面）及び第２の主面（下面）２ｂと、互いに対向する第１の側面２ｃ及び第２の側面２ｄと、互いに対向する第１の端面２ｅ及び第２の端面２ｆとを有する略直方体状に形成されている。

第１外部電極４ａおよび第２外部電極４ｂは、図３に示すように、第１内部電極３ａおよび第２内部電極３ｂにそれぞれ接続される。この第１外部電極４ａおよび第２外部電極４ｂは、積層体２の表面に設けられる。以下の説明では、単に「外部電極４」と表記した場合には、第１外部電極４ａおよび第２外部電極４ｂの双方を意味するものとする。

図３に示す例では、第１外部電極４ａおよび第２外部電極４ｂは、積層体２の端部に設けられている。また、この外部電極４は、厚みが５〜50μｍで形成されている。外部電極４は、配線基板上の電極パッドに電気的に接続されて、配線基板との電気的な導通を確保する役割を果たす。

図３に示すように、第１外部電極４ａは、第２の端面２ｆ上に形成されている。図１に示すように、第１外部電極４ａの端部は、第１及び第２の主面２ａ、２ｂ並びに第１及び第２の側面２ｃ、２ｄにまで至っている。図３に示すように、第１外部電極４ａは、第２の端面２ｆに引き出される複数の第１内部電極３ａのそれぞれに電気的に接続されている。

図３に示すように、第２外部電極４ｂは、第１の端面２ｅ上に形成されている。図１に示すように、第２外部電極４ｂの端部は、第１及び第２の主面２ａ、２ｂ並びに第１及び第２の側面２ｃ、２ｄにまで至っている。図３に示すように、第２外部電極４ｂは、第１の端面２ｅに引き出される複数の第２内部電極３ｂのそれぞれに電気的に接続されている。

なお、外部電極４の表面には、外部電極４の保護、及び実装性の向上等のために、例えば、Ｎｉめっき膜やＳｎめっき膜などの１または複数のめっき膜が形成されていることが好ましい。例えば、外部電極４の表面に、Ｎｉめっき膜とＳｎめっき膜との積層体を形成してもよい。

外部電極４を配線基板に接合する方法は、特に限定されない。例えば、Ｓｎ−Ｓｂ系高温半田などの高温半田、Ｓｂ−Ｐｂ共晶半田、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系Ｐｂフリー半田、Ｓｎ
−Ｃｕ系Ｐｂフリー半田、導電性微粒子を含む樹脂などの適宜の接合部材を用いて外部電極４と配線基板とを接合することができる。

第１内部電極３ａおよび第２内部電極３ｂは、誘電体層５を介して対向するように誘電体層５間に設けられている。以下の説明では、単に「内部電極３」と表記した場合には、第１内部電極３ａおよび第２内部電極３ｂの双方を意味するものとする。

図３に示す例では、積層体２内には、複数の第１内部電極３ａと、複数の第２内部電極３ｂとが、積層方向に沿って交互に間隔をおいて配置されている。これにより、複数の第１内部電極３ａと、複数の第２内部電極３ｂとが、相互に絶縁されている。

図２（ａ）および図３に示すように、複数の第１内部電極３ａの一方の端部は、第２の端面２ｆに引き出されている。複数の第１内部電極３ａは、第１及び第２の主面２ａ、２ｂに対して平行な方向に延びるように、コンデンサ１の積層方向において等間隔に配置されている。第１内部電極３ａは、第１及び第２の側面２ｃ、２ｄには至っていない。

図３に示すように、複数の第２内部電極３ｂの一方の端部は、第１の端面２ｅに引き出されている。複数の第２内部電極３ｂは、第１及び第２の主面２ａ、２ｂに対して平行な方向に延びるように、コンデンサ１の積層方向において等間隔に配置されている。第２内部電極３ｂは、第１及び第２の側面２ｃ、２ｄには至っていない。

内部電極３は、積層体２の誘電体層５間に20〜2000層形成されている。この内部電極３の材料としては、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ等の金属、またはこれらの金属の一種以上を含む、Ａｇ−Ｐｄ合金などの合金などが挙げられる。全ての内部電極３は、同一の金属または合金により形成されていることが好ましい。

内部電極３の全体の寸法は、図２（ａ）における積層体２の長辺方向に例えば0.39〜3.1ｍｍであり、積層体２の短辺方向に例えば0.19〜1.5ｍｍである。内部電極３の厚さは、特に限定されない。内部電極３の厚さは、例えば、0.3〜２μｍ程度であってもよい。

図２（ｂ）に示す例のように、第１外部電極４ａおよび第２外部電極４ｂの配列方向に垂直な断面において、第１内部電極３ａおよび第２内部電極３ｂと、積層体２の側面２ｃ、２ｄとの間は、空孔６が多くなっている。このような構成によって、誘電体層５が内部電極３の焼結収縮による引張り力を受けても、空孔６がこの力を緩和する。よって、誘電体層５における積層方向に垂直な方向の残留応力が低減される。従って、コンデンサ１が外部から衝撃を受けた場合であっても、誘電体層５と内部電極３との間の層間剥離の発生を抑制することができる。

ここで、「空孔６が多い」とは、外部電極４の配列方向に垂直な断面において、内部電極３と積層体２の側面２ｃ、２ｄとの間の空孔率が、内部電極３と積層体２の主面２ａ、２ｂとの間の空孔率と比較して、高いことを意味する。また、空孔率とは、外部電極４の配列方向に垂直な断面において、空孔が占める面積割合を意味する。また、これらの面積の測定は、図２（ｂ）のような断面を研磨した後に、電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）による画像を解析することにより行うことができる。

また、内部電極３と側面２ｃ、２ｄとの間の中央部の空孔率は、内部電極３の近傍の空孔率よりも高いことが好ましい。ここで、内部電極３と側面２ｃ、２ｄとの間の中央部の空孔率とは、外部電極４の配列方向に垂直な断面において、内部電極３の端部から側面２ｃ、２ｄまでの間隔を３分割した際の真ん中の分割領域において空孔が占める面積割合を意味する。また、内部電極３の近傍の空孔率とは、内部電極３側の分割領域において空孔
が占める面積割合を意味する。また、内部電極３の端部から側面２ｃ、２ｄまでの間隔は、一般的に、３０〜１００μｍ程度である。また、空孔６の直径は、0.1〜１μｍ程度で
ある。

具体的には、内部電極３と側面２ｃ、２ｄとの間の中央部の空孔率は、１５〜３０％程度であり、内部電極３の近傍の空孔率は、１〜５％程度である。これにより、内部電極３の近傍に空孔６があまり存在しないこととなるので、内部電極３同士の絶縁性を維持することができる。

内部電極３側の分割領域における、内部電極３の端部から所定の間隔においては、空孔率は、さらに低いことが好ましい。具体的には、0.5〜2.5％程度である。また、この所定の間隔とは、内部電極３側の分割領域の１／３〜１／２程度の間隔をいう。

また、内部電極３と側面２ｃ、２ｄとの間の中央部の空孔率は、側面２ｃ、２ｄの近傍の空孔率よりも、高いことが好ましい。これにより、側面２ｃ、２ｄ近傍には空孔６があまり存在しないこととなる。よって、積層体２の側面２ｃ、２ｄに衝撃が加わった場合に、側面２ｃ、２ｄ近傍の空孔６を起点としてクラックが発生することを抑制することができる。また、メッキ液等が、積層体の表面から内部に侵入するのを抑制することができる。

ここで、側面２ｃ、２ｄの近傍の空孔率とは、上述したように３分割した際の、側面２ｃ、２ｄ側の分割領域において空孔が占める面積割合を意味する。具体的には、内部電極３と側面２ｃ、２ｄとの間の中央部の空孔率は、１５〜３０％程度であり、側面２ｃ、２ｄの近傍の空孔率は、１〜５％程度である。

側面２ｃ、２ｄ側の分割領域における、側面２ｃ、２ｄから所定の間隔において、空孔率は、さらに低いことが好ましい。具体的には、0，5〜2.5％程度である。また、この所
定の間隔とは、側面２ｃ、２ｄ側の分割領域の１／３〜１／２程度の間隔をいう。

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５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および有機バインダに適当な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を形成する。この工程においては、得られたセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法等によって、内部電極３のパターンとなる導体材料を形成する。なお、１枚のグリーンシートから多数個のコンデンサが得られるように、この１枚のグリーンシートに複数の内部電極３のパターンを印刷する。

なお、内部電極３のパターン間であって、積層体２の側面２ｃ、２ｄとなる分割線上に、セラミックグリーンシートより焼結助剤の量が少ないセラミックスラリーを配置しておくと良い。これにより、この部分においては、セラミックグリーンシートよりも焼結性が低下するので、誘電体材料の密度が上がらず、空孔６が生じやすくなる。また、この部分に配置するセラミックスラリーにおけるセラミック原料粉末の粒径を、セラミックグリーンシートにおけるセラミック原料粉末より大きくすることによって、焼結性を低下させてもよい。

なお、１枚のグリーンシートに複数印刷された内部電極３パターンの端部側においても、上記と同様のセラミックスラリーを配置するものとする。

また、ここで説明したセラミックスラリー中においても、焼結助剤の量、セラミック原料粉末の粒径を変化させることで、所望の空孔率の分布を設定することができる。

次に、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、多数個分が一体となった生の積層体を作製する。この積層体をカットして、単体分の積層体として、コンデンサ１本体の生の状態のものを得る。

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、導体材料は、内部電極３となる。

次に、導電ペーストを積層体２の両端部に塗布し、焼き付けることにより外部電極４を形成する。また、外部電極４は、蒸着、メッキ、スパッタリング等の薄膜形成法によって形成してもよい。

このようにして得られる外部電極４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の表面に、必要に応じてニッケル（Ｎｉ）メッキ層，金（Ａｕ）メッキ層，スズ（Ｓｎ）メッキ層あるいは半田メッキ層等のメッキ層を形成して、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メッキ付着性を向上させる効果がある。

また、例えば、積層体２の主面２ａ、２ｂと側面２ｃ、２ｄとの間の角部の近傍においては、内部電極３と積層体２の主面２ａ、２ｂとの間よりも、空孔６が多くなっていることが好ましい。これによって、外部からの衝撃を受け易い積層体２角部において、空孔６が衝撃緩和の役割を果たす。よって、耐衝撃性を有するコンデンサとすることができる。

また、例えば、内部電極３と、積層体２の側面２ｃ、２ｄとの間の空孔６は、外部電極４の配列方向における中央部で、多くなっていることが好ましい。中央部とは、積層体２を外部電極４の配列方向に３分割した際の真ん中の領域を意味する。積層体２への外部からの衝撃は、この領域において最も頻度が多くなりやすい。よって、この構成の場合には、空孔６によって外部からの衝撃を吸収する効果が向上しやすい。よって、耐久性の高いコンデンサ１を提供することができる。

１：コンデンサ
２：積層体
３：内部電極
４：外部電極
５：誘電体層
６：空孔

Claims

複数の誘電体層が積層された積層体と、
前記誘電体層を介して対向するように前記誘電体層間に設けられた第１内部電極および第２内部電極と、
前記第１内部電極および前記第２内部電極にそれぞれ電気的に接続される第１外部電極および第２外部電極とを備え、
前記第１外部電極および前記第２外部電極の配列方向に垂直な断面において、前記第１内部電極および前記第２内部電極と、前記積層体の側面との間は、空孔が多くなっており、前記第１外部電極および前記第２外部電極の前記配列方向において、前記第１内部電極および前記第２内部電極と前記積層体の側面との間の前記空孔は、前記積層体を前記配列方向に３分割した真ん中の領域で多くなっていることを特徴とするコンデンサ。
前記第１内部電極および前記第２内部電極と前記積層体の側面との間の中央部は、前記第１内部電極および前記第２内部電極の近傍よりも、空孔率が高いことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
前記第１内部電極および前記第２内部電極と前記積層体の側面との間の中央部は、前記積層体の側面の近傍よりも、空孔率が高いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンデンサ。