JP5998724B2 - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents
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Description
本発明は、積層セラミックコンデンサに関する。
積層セラミックコンデンサでは、誘電体層などのセラミック層が内部電極層と交互に積層される構造の素子本体を有する。誘電体層などのセラミック層には、内部電極間で電圧が印加され、そのためにセラミック層が微小に歪み電歪現象が生じることがある。
特に積層セラミックコンデンサに交流電圧が印加されると、電歪現象による機械的歪みによってコンデンサに振動（電歪振動）が発生する。そのため、コンデンサを基板に実装し、交流電圧を印加すると、電歪振動が基板に伝播して、いわゆる音鳴きが発生することがある。
このような電歪現象による音鳴きを防止するための構造として、金属端子を用いることで実装基板との距離を確保し、音鳴きの原因となる積層セラミックコンデンサと基板との共振を低減する構造が用いられてきた（たとえば特許文献１）。
しかしながら、金属端子を用いることで積層セラミックコンデンサ全体の部品としての構造が複雑になり、外部要因による信頼性低下の恐れが生じたり、構成部材増加による生産負荷の増加、コスト増加などの工業的な課題が懸念されていた。
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、信頼性を低下させることなく、かつ、安価な構造によって音鳴きを低減することができる積層セラミックコンデンサを提供することである。
本発明者等は、信頼性を低下させることなく、かつ、安価な構造によって音鳴きを低減することができる積層セラミックコンデンサについて鋭意検討を重ねた結果、コンデンサのサイズと素子本体の内部における外装部の厚みとの間で、所定の関係を満足させることで、金属端子を用いることなく、音鳴き現象を有効に防止できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の第１の観点に係る積層セラミックコンデンサは、
内部電極層と内部セラミック層とが交互に積層される内装部と、
前記内装部を両側から挟み込むように前記内装部と一体化される外部セラミック層でそれぞれ構成される第１および第２外装部と、を有する素子本体と、
前記素子本体の外表面に形成され、前記内部電極層に接続してある外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサであって、
前記第２外装部が基板の実装表面に向き合うように配置され、
前記第１外装部の厚みをＴｓ１とし、
前記第２外装部の厚みをＴｓ２とし、
前記コンデンサの厚みをＴとし、前記コンデンサの長さをＬとし、前記コンデンサの幅をＷとした場合に、
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）、
１．４≦Ｗ≦１．９（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．３０であることを特徴とする。
内部電極層と内部セラミック層とが交互に積層される内装部と、
前記内装部を両側から挟み込むように前記内装部と一体化される外部セラミック層でそれぞれ構成される第１および第２外装部と、を有する素子本体と、
前記素子本体の外表面に形成され、前記内部電極層に接続してある外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサであって、
前記第２外装部が基板の実装表面に向き合うように配置され、
前記第１外装部の厚みをＴｓ１とし、
前記第２外装部の厚みをＴｓ２とし、
前記コンデンサの厚みをＴとし、前記コンデンサの長さをＬとし、前記コンデンサの幅をＷとした場合に、
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）、
１．４≦Ｗ≦１．９（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．３０であることを特徴とする。
本発明の第２の観点に係る積層セラミックコンデンサは、
内部電極層と内部セラミック層とが交互に積層される内装部と、
前記内装部を両側から挟み込むように前記内装部と一体化される外部セラミック層でそれぞれ構成される第１および第２外装部と、を有する素子本体と、
前記素子本体の外表面に形成され、前記内部電極層に接続してある外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサであって、
前記第２外装部が基板の実装表面に向き合うように配置され、
前記第１外装部の厚みをＴｓ１とし、
前記第２外装部の厚みをＴｓ２とし、
前記コンデンサの厚みをＴとし、前記コンデンサの長さをＬとし、前記コンデンサの幅をＷとした場合に、
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
１．８≦Ｌ≦２．２（ｍｍ）、
１．０≦Ｗ≦１．４（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．４３であることを特徴とする。
内部電極層と内部セラミック層とが交互に積層される内装部と、
前記内装部を両側から挟み込むように前記内装部と一体化される外部セラミック層でそれぞれ構成される第１および第２外装部と、を有する素子本体と、
前記素子本体の外表面に形成され、前記内部電極層に接続してある外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサであって、
前記第２外装部が基板の実装表面に向き合うように配置され、
前記第１外装部の厚みをＴｓ１とし、
前記第２外装部の厚みをＴｓ２とし、
前記コンデンサの厚みをＴとし、前記コンデンサの長さをＬとし、前記コンデンサの幅をＷとした場合に、
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
１．８≦Ｌ≦２．２（ｍｍ）、
１．０≦Ｗ≦１．４（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．４３であることを特徴とする。
本発明の第３の観点に係る積層セラミックコンデンサは、
内部電極層と内部セラミック層とが交互に積層される内装部と、
前記内装部を両側から挟み込むように前記内装部と一体化される外部セラミック層でそれぞれ構成される第１および第２外装部と、を有する素子本体と、
前記素子本体の外表面に形成され、前記内部電極層に接続してある外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサであって、
前記第２外装部が基板の実装表面に向き合うように配置され、
前記第１外装部の厚みをＴｓ１とし、
前記第２外装部の厚みをＴｓ２とし、
前記コンデンサの厚みをＴとし、前記コンデンサの長さをＬとし、前記コンデンサの幅をＷとした場合に、
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）、
２．３≦Ｗ≦２．８（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．３８である。
内部電極層と内部セラミック層とが交互に積層される内装部と、
前記内装部を両側から挟み込むように前記内装部と一体化される外部セラミック層でそれぞれ構成される第１および第２外装部と、を有する素子本体と、
前記素子本体の外表面に形成され、前記内部電極層に接続してある外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサであって、
前記第２外装部が基板の実装表面に向き合うように配置され、
前記第１外装部の厚みをＴｓ１とし、
前記第２外装部の厚みをＴｓ２とし、
前記コンデンサの厚みをＴとし、前記コンデンサの長さをＬとし、前記コンデンサの幅をＷとした場合に、
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）、
２．３≦Ｗ≦２．８（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．３８である。
本発明の第１および第３の観点においては、好ましくは、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔが０．２以上である。また、本発明の第２の観点では、好ましくは、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔが０．３以上である。
本発明では、コンデンサのサイズと素子本体の内部における外装部の厚みとの間で、上述したような所定の関係を満足させることで、金属端子を用いることなく、音鳴き現象を有効に防止できる。本発明では、金属端子を用いる必要がないため、コンデンサの構造がシンプルになり、外部要因による信頼性低下の恐れが無くなり、構成部材増加による生産負荷の増加が無いと共に、コスト低減も図ることができる。
前記素子本体の内部では、前記内部電極層が積層する方向に沿って前記内装部の両側に、前記第１外装部と第２外装部とがそれぞれ一体化してあってもよい。その場合において、第１外装部よりも厚い第２外装部の内部には、外部電極に接続されないダミー電極が形成されていても良い。第２外装部と内装部との熱収縮率を略同一にすることができ、焼成時の熱収縮率の差に起因するクラックを防止することが容易になる。
好ましくは、前記素子本体の内部では、前記内部電極層が積層する方向と垂直方向に沿って前記内装部の両側に、前記第１外装部と第２外装部とがそれぞれ一体化してある。このように構成することで、内部電極層が積層する方向に沿って前記内装部の両側に前記第１外装部と第２外装部とがそれぞれ一体化してある構造に比較して、製造が容易である。なぜなら、この素子本体の構造は、素子本体の製造過程において、内部電極の形成パターンを変更するのみで容易に製造することができるからである。また、製造が容易であることから欠陥も少ない。
本発明に係る実装構造は、上記に記載の積層セラミックコンデンサを基板に実装してある構造である。
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
第１実施形態
第１実施形態
図１および図２に示すように、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ２は、素子本体４と、第１外部電極６と第２外部電極８とを有する。素子本体４は、第１内部電極層１２および第２内部電極層１３を有し、それらの間に内側誘電体層（内部セラミック層の一種）１０が介在するように、これらの内部電極層１２，１３が交互に積層してある。
これらの内部電極層１２，１３が交互に積層してある素子本体４の一部分が、内装部１６となる。本実施形態では、コンデンサ２の厚み（高さ）方向（Ｚ軸方向）が内部電極層１２，１３の積層方向に一致し、素子本体４における内装部１６のＺ軸方向の両側に第１外装部１４と第２外装部１５とが一体的に形成してある。
本実施形態の図面においては、Ｚ軸とＹ軸とＸ軸とが相互に垂直であり、素子本体４のＸ軸方向の両端に、それぞれ第１外部電極６および第２外部電極８が素子本体４の端面全面と側面の一部を覆うように形成してある。
交互に積層される一方の第１内部電極層１２は、素子本体４の第１端部の外側に形成してある第１外部電極６の内側に対して電気的に接続してある。また、交互に積層される他方の第２内部電極層１３は、素子本体４の第２端部の外側に形成してある第２外部電極８の内側に対して電気的に接続してある。
内側誘電体層１０および外装部１４，１５の材質は、特に限定されず、たとえばチタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウムおよび／またはチタン酸バリウムなどの誘電体材料で構成される。内装部６を構成する誘電体材料と、外装部１４，１５とを構成する誘電体材料は、同一であることが製造工程上有利であるが、それぞれの目的に合わせて組成を異ならせても良い。
各内側誘電体層１０の厚みは、特に限定されず、数μｍ〜数十μｍのものが一般的であるが、本実施形態では、特に０．５〜５．０μｍの場合に効果が大きい。
内部電極層１２，１３の材質は、特に限定されず、たとえばＮｉ、Ｎｉ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ合金などで構成される。各内部電極層１２，１３の厚みは、誘電体層１０，１１と同程度であるが、本実施形態では、特に０．５〜５．０μｍの場合に効果が大きい。
外部電極６および８の材質も特に限定されないが、通常、Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ等の少なくとも１種、又はそれらの合金を用いることができる。通常は、Ｃｕ，Ｃｕ合金、Ｎｉ又はＮｉ合金等や、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ合金、Ｉｎ−Ｇａ合金等が使用される。外部電極６および８の厚みも特に限定されないが、通常１０〜５０μｍ程度である。
積層セラミックコンデンサ２の形状やサイズは、目的や用途に応じて適宜決定すればよいが、本実施形態では、全体形状が直方体形状であり、コンデンサ２のＸ軸方向の長さ（Ｌ）寸法が３．０〜３．４ｍｍであり、Ｙ軸方向の幅(Ｗ）寸法が１．４〜１．９ｍｍであり、Ｚ軸方向の厚み（Ｔ）寸法が１．４〜２．１ｍｍである。なお、ここでのＺ軸方向の厚み（Ｔ）寸法は外部電極の厚みを含まない素子本体４の厚み（Ｔｓ１＋Ｔ０＋Ｔｓ２）と略同一である。なぜなら、外部電極６および８の回り込み部の厚みは、厚み（Ｔ）寸法に対して、ほとんど無視することができるからである。Ｘ軸方向の長さ（Ｌ）寸法およびＹ軸方向の幅(Ｗ）寸法に関しても、Ｚ軸方向の厚み（Ｔ）寸法と同様に、素子本体４の長さおよび幅寸法と略同一とみなして良い。
本実施形態では、上記のサイズを有するコンデンサ２について、音鳴き現象を防止するための構造について検討した結果、下記の寸法関係にある時に、音鳴き現象を有効に防止することができることが見出された。
図１および図２に示すコンデンサ２は、図３Ａおよび図４に示すように、基板２の実装表面に、基板２０の実装表面２０ａに所定パターンで形成してあるパッド部２２とコンデンサ２の外部電極６および８とが各々ハンダ２４により接続されるように実装される。実装に際しては、コンデンサ２の第２外装部１５が基板２０の実装表面２０ａに向き合うことになる。本実施形態では、内部電極層１２，１３が基板２０の実装表面と略平行になる。
本実施形態では、図１に示すように、第１外装部１４のＺ軸方向の厚みをＴｓ１とし、第２外装部１５のＺ軸方向の厚みをＴｓ２とし、コンデンサ２のＺ軸方向の厚みをＴとし、コンデンサ２のＸ軸方向の長さをＬとし、コンデンサ２のＹ軸方向の幅をＷとした場合に、下記の関係式が成り立つ。
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）、
１．４≦Ｗ≦１．９（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．３０。
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）、
１．４≦Ｗ≦１．９（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．３０。
本実施形態では、上記の範囲に設定することで、金属端子を用いることなく、音鳴き現象を有効に防止できる。また、金属端子を用いる必要がないため、コンデンサ２の構造がシンプルになり、構成部材増加に伴う特性低減等のリスクが低減する。また、構成部材増加による生産負荷の増加が無くなると共に、コスト低減も図ることができる。
なお、Ｔｓ２／Ｔが０．３０より小さいと、音鳴き防止効果が少なく、Ｔｓ２／Ｔが０．６よりも大きいと、外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
また、本実施形態では、好ましくは、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔの下限が０．２以上、さらに好ましくは、０．２５以上であり、その上限は、０．５０以下が好ましい。このような範囲に設定することで、金属端子を用いることなく、音鳴き現象を有効に防止できる効果が向上する。（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔが小さすぎると、音鳴き防止効果が少なく、大き過ぎると、外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
本実施形態において、Ｔｓ１の下限は、特に限定されないが、好ましくは、７０μｍ以上である。第１外装部１４の厚みが薄すぎると、内装部に対する保護効果が小さくなる傾向にある。
また、図３Ａおよび図４に示すように、本実施形態のコンデンサ２が基板２０の実装表面２０ａに実装された状態では、コンデンサ２の外部電極６および８に対するハンダ２４のハンダ上がり高さＴｈは、コンデンサ２の厚みＴと第２外装部１５の厚みＴｓ２との関係で決定されることが好ましい。
すなわち、ハンダ上がり高さＴｈは、好ましくはＴの１倍以下、さらに好ましくは、Ｔｓの１．２倍以下、特に好ましくは、Ｔｓ２の１倍未満となるように、ハンダ処理が成されることが好ましい。ハンダ２４が、内装部１６の位置に対応する外部電極６および８の表面をほとんど覆わないことになることで、音鳴きの原因となる内装部１６における振動変位の影響が、ハンダ２４を通して基板２０に伝わりにくくなり、音鳴き防止効果が高まる。
次に、本発明の一実施形態としての積層セラミックコンデンサ２の製造方法について説明する。
まず、図５に示すグリーン積層体４Ａを形成する。このグリーン積層体４Ａを形成するために、第１内部電極パターン１２ａが形成された第１グリーンシートと、第２内部電極パターン１３ａが形成された第２グリーンシートとを交互に積層し、グリーン積層体４Ａを形成する。
グリーンシートを形成するための誘電体用ペーストは、通常、セラミック粉末と有機ビヒクルとを混練して得られた有機溶剤系ペースト、または水系ペーストで構成される。本実施形態では、これらのペーストは、有機溶剤系ペーストであることが好ましい。
なお、有機ビヒクルとは、バインダを有機溶剤中に溶解したものである。有機ビヒクルに用いるバインダは特に限定されず、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等の通常の各種バインダから適宜選択すればよい。
内部電極パターン１２ａ，１３ａを形成するための内部電極用ペーストは、各種導電性金属や合金からなる導電材、あるいは焼成後に導電材となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネート等と、上記した有機ビヒクルとを混練して調製する。なお、内部電極用ペーストには、必要に応じて、共材としてセラミック粉末が含まれていても良い。共材は、焼成過程において導電性粉末の焼結を抑制する作用を奏する。
グリーンシートは、上記の誘電体用ペーストを用いたドクターブレード法などで形成される。また、グリーンシートの各表面に内部電極パターン１２ａ，１３ａを形成するには、上記の内部電極用ペーストを用いてスクリーン印刷などを行えばよい。
グリーン積層体４Ａにおける第１内部電極パターン１２ａは、最終的には図１に示す第１内部電極層１２となる部分であり、第２内部電極パターン１３ａは、最終的には図１に示す第２内部電極層１３となる部分である。これらの電極パターン１２ａ，１３ａが形成してある領域が、図１に示す内装部１６となる内装領域１６ａであり、そのＺ軸方向の両端に、第１外装領域１４ａと第２外装領域１５ａとが形成してある。第１外装領域１４ａと第２外装領域１５ａとは、焼成後に、図１に示す第１外装部１４と第２外装部１５となる領域である。
図５では、図示の容易化のために、グリーン積層体４Ａにおける内部電極層１２ａおよび１３ａの積層数を少なく図示してあるが、数層から数百層と自由に設定することができる。
図５に示すように、グリーン積層体４Ａにおいて、第１内部電極パターン１２ａと第２内部電極パターン１３ａとは、パターン１２ａ，１３ａの長手方向（Ｘ軸方向）に沿って、半パターンずらしてある直線の繰り返しパターンである。また、Ｙ軸に沿って見れば、第１内部電極パターン１２ａと第２内部電極パターン１３ａとは、同じピッチ長さの分離した直線パターンである。
なお、図５に示すように、これらの第１内部電極パターン１２ａおよび第２内部電極パターン１３ａは、グリーン積層体４ＡのＹ軸に沿って両端位置には形成されない領域が存在し、その領域が端部切り捨て部分となる。
図５では、グリーン積層体４Ａと素子本体要素４ａとの関係を分かりやすくするために、最終的な切断予定線３０ｘ，３０ｙを図示してある。なお、素子本体要素４ａは、切断して焼成後に図１に示す素子本体４となる部分である。
次に、この実施形態では、切断後の素子本体要素４ａに対して、脱バインダ処理および焼成処理を施し、図１に示す焼結後の素子本体４を得る。脱バインダ処理および焼成処理の諸条件は特に限定されないが、焼成温度としては、たとえば１０００〜１４００°Ｃである。
その後に、素子本体４のＸ軸方向の両端に、外部電極６および８を形成する。外部電極６および８は、電極ペーストの焼き付け処理、および／またはめっき処理などにより形成することができ、単一膜で無くても良く、多層膜であることが好ましい。
なお、上述した実施形態では、第１外装部１４および第２外装部１５の内部には、電極パターン層を形成しなかったが、図３Ｂに示すように、第１外装部１４よりも厚い第２外装部１５の内部には、外部電極６，８に接続されない複数のダミー電極１８が、内部電極層１２，１３と同様にして積層されて形成されていても良い。
このように構成することで、第２外装部１５と内装部１６との熱収縮率を略同一にすることができ、クラックを防止することが容易になる。ダミー電極１８は、外部電極に接続されないので、圧電変位を生じることが無い。したがって、第２外装部１５は、ダミー電極１８が形成されたとしても、上述した実施形態と同様に、内装部１６における圧電変位による振動を緩和して、基板２０側に振動を伝達することを抑制する機能を有する。
第２実施形態
第２実施形態
この実施形態に係るコンデンサ２は、下記の関係式が成り立つ以外は、前述した第１実施形態と同様な構成を有し、同様な作用効果を奏する。
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
１．８≦Ｌ≦２．２（ｍｍ）、
１．０≦Ｗ≦１．４（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．４３。
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
１．８≦Ｌ≦２．２（ｍｍ）、
１．０≦Ｗ≦１．４（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．４３。
本実施形態では、上記の範囲に設定することで、金属端子を用いることなく、音鳴き現象を有効に防止できる。また、金属端子を用いる必要がないため、コンデンサ２の構造がシンプルになり、外部要因による信頼性低下の恐れが無くなり、構成部材増加による生産負荷の増加が無いと共に、コスト低減も図ることができる。
なお、Ｔｓ２／Ｔが０．４３より小さいと、音鳴き防止効果が少なく、Ｔｓ２／Ｔが０．６よりも大きいと外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
また、本実施形態では、好ましくは、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔの下限が０．３以上、さらに好ましくは、０．３５以上であり、その上限は、０．５５以下が好ましい。このような範囲に設定することで、金属端子を用いることなく、音鳴き現象を有効に防止できる効果が向上する。（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔが小さすぎると、音鳴き防止効果が少なく、大き過ぎると、外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
第３実施形態
第３実施形態
この実施形態に係るコンデンサ２は、下記の関係式が成り立つ以外は、前述した第１実施形態と同様な構成を有し、同様な作用効果を奏する。
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）、
２．３≦Ｗ≦２．８（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．３８である。
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）、
２．３≦Ｗ≦２．８（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．３８である。
本実施形態では、上記の範囲に設定することで、金属端子を用いることなく、音鳴き現象を有効に防止できる。また、金属端子を用いる必要がないため、コンデンサ２の構造がシンプルになり、構成部材増加に伴う特性低減等のリスクが低減する。また、構成部材増加による生産負荷の増加が無くなると共に、コスト低減も図ることができる。
なお、Ｔｓ２／Ｔが０．３８より小さいと、音鳴き防止効果が少なく、Ｔｓ２／Ｔが０．６よりも大きいと、相対的に内装部の厚みが減少し、トータル厚みＴに対する静電容量などの電気特性が悪くなる傾向にある。
また、本実施形態では、好ましくは、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔの下限が０．２以上、さらに好ましくは、０．２５以上であり、その上限は、０．５以下が好ましい。このような範囲に設定することで、金属端子を用いることなく、音鳴き現象を有効に防止できる効果が向上する。（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔが小さすぎると、音鳴き防止効果が少なく、大き過ぎると、外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
第４実施形態
第４実施形態
この実施形態に係るコンデンサ２は、以下に示す以外は、前述した第１〜第３実施形態のいずれかと同様な構成を有し、同様な作用効果を奏する。
図６Ａに示すように、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ２ｘは、素子本体４ｘと、第１外部電極６と図示省略してある第２外部電極８（図１参照）とを有する。素子本体４は、第１内部電極層１２ｘおよび図示省略してある第２内部電極層１３ｘ（図１参照）を有し、それらの間に内側誘電体層（内部セラミック層の一種）１０ｘが介在するように、これらの内部電極層１２ｘ，１３ｘが交互に積層してある。
図６Ａに示すように、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ２ｘは、素子本体４ｘと、第１外部電極６と図示省略してある第２外部電極８（図１参照）とを有する。素子本体４は、第１内部電極層１２ｘおよび図示省略してある第２内部電極層１３ｘ（図１参照）を有し、それらの間に内側誘電体層（内部セラミック層の一種）１０ｘが介在するように、これらの内部電極層１２ｘ，１３ｘが交互に積層してある。
これらの内部電極層１２ｘと図示省略してある内部電極層１３ｘが交互に積層してある素子本体４ｘの一部分が、内装部１６ｘとなる。本実施形態では、コンデンサ２の厚み（高さ）方向（Ｚ軸方向）が内部電極層１２，１３の積層方向（Ｙ軸方向）の垂直方向に一致し、素子本体４における内装部１６のＺ軸方向の両側に第１外装部１４ｘと第２外装部１５ｘとが一体的に形成してある。内部電極層１２ｘ（１３ｘも同様）は、Ｘ軸とＺ軸を含む平面と略平行に形成してある。すなわち、本実施形態では、内部電極層１２，１３が基板２０の実装表面と略垂直になる。
次に、このコンデンサ２ｘの製造方法について説明する。
まず、図７に示すグリーン積層体４ｘＡを形成する。このグリーン積層体４ｘＡを形成するために、第１内部電極パターン１２ｘａが形成された第１グリーンシートと、第２内部電極パターン１３ｘａが形成された第２グリーンシートとを交互に積層し、グリーン積層体４ｘＡを形成する。
まず、図７に示すグリーン積層体４ｘＡを形成する。このグリーン積層体４ｘＡを形成するために、第１内部電極パターン１２ｘａが形成された第１グリーンシートと、第２内部電極パターン１３ｘａが形成された第２グリーンシートとを交互に積層し、グリーン積層体４ｘＡを形成する。
グリーン積層体４ｘＡにおける第１内部電極パターン１２ｘａは、最終的には図６Ａに示す第１内部電極層１２ｘとなる部分であり、第２内部電極パターン１３ｘａは、図６Ａでは省略してある第２内部電極層１３となる部分である。これらの電極パターン１２ｘａ，１３ｘａが形成してある領域が、図６Ａに示す内装部１６ｘとなる内装領域１６ｘａであり、そのＺ軸方向の両端に、第１外装領域１４ｘａと第２外装領域１５ｘａとが形成してある。第１外装領域１４ｘａと第２外装領域１５ｘａとは、焼成後に、図６Ａに示す第１外装部１４ｘと第２外装部１５ｘとなる領域である。
図７では、図示の容易化のために、グリーン積層体４ｘＡにおける内部電極層１２ｘａおよび１３ｘａの積層数を少なく図示してあるが、数層から数百層と自由に設定することができる。
図７に示すように、グリーン積層体４ｘＡにおいて、第１内部電極パターン１２ｘａと第２内部電極パターン１３ｘａとは、パターン１２ｘａ，１３ｘａの長手方向（Ｘ軸方向）に沿って、半パターンずらしてある直線の繰り返しパターンである。また、Ｚ軸に沿って見れば、第１内部電極パターン１２ｘａと第２内部電極パターン１３ｘａとは、同じピッチ長さの分離した直線パターンである。
本実施形態では、図６Ａに示す第１外装部１４ｘと第２外装部１５ｘとなる領域が、図７に示すように、内部電極パターン１２ｘａ，１３ｘａの積層方向の両側では無く、内部電極パターン１２ｘａ，１３ｘａにおいて同じピッチ長さの分離した直線パターン間の隙間領域に交互に形成される。
本実施形態では、内部電極層が積層する方向に沿って内装部の両側に第１外装部と第２外装部とがそれぞれ一体化してある第１実施形態に比較して、製造が容易である。なぜなら、本実施形態では、図７に示すように、素子本体の製造過程において、内部電極パターン１２ｘａ，１３ｘａにおける分離パターン方向の隙間を変更するのみで容易に製造することができるからである。また、製造が容易であることから欠陥も少ない。
なお、本実施形態において、第１外装部１４ｘおよび第２外装部１５ｘの内部には、電極パターン層を形成しなかったが、図６Ｂに示すように、第１外装部１４ｘよりも厚い第２外装部１５ｘの内部には、内部電極層１２ｘ（１３ｘ）および外部電極６（８）に接続されない複数のダミー電極１８ｘが、内部電極層１２ｘ（１３ｘ）と同様にして積層されて形成されていても良い。
このように構成することで、第２外装部１５ｘと内装部１６ｘとの熱収縮率を略同一にすることができ、クラックを防止することが容易になる。ダミー電極１８ｘは、外部電極に接続されないので、圧電変位を生じることが無い。したがって、第２外装部１５は、ダミー電極１８ｘが形成されたとしても、上述した実施形態と同様に、内装部１６における圧電変位による振動を緩和して、基板２０側に振動を伝達することを抑制する機能を有する。
その他の実施形態
その他の実施形態
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
実施例１
実施例１
まず、誘電体原料を作製するための出発原料として、平均粒子径０．２μｍの主成分原料（ＢａＴｉＯ３ ）と、副成分原料としてのＹ２ Ｏ３ 、Ｖ２ Ｏ５ 、ＣｒＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２ およびＣａＯと、を準備した。次いで、準備した出発原料をボールミルにより１６時間湿式混合することにより、誘電体原料を調製した。
上記にて調製した誘電体原料：１００重量部と、アクリル樹脂：４．８重量部と、酢酸エチル：１００重量部と、ミネラルスピリット：６重量部と、トルエン：４重量部とをボールミルで混合してペースト化し、内装部用グリーンシート用ペーストおよび外装部用グリーンシート用ペーストを製造した。
次いで、平均粒子径０．２μｍのＮｉ粒子：１００重量部と、有機ビヒクル（エチルセルロース８重量部をターピネオール９２重量部に溶解したもの）：４０重量部と、ターピネオール：１０重量部とを３本ロールにより混練してペースト化し、内部電極層を形成するための導電体ペーストを得た。
次いで、平均粒径０．５μｍのＣｕ粒子：１００重量部と、有機ビヒクル（エチルセルロース樹脂８重量部をターピネオール９２重量部に溶解したもの）：３５重量部およびターピネオール：７重量部とを混練してペースト化し、外部電極用ペーストを得た。
次いで、内装部用グリーンシート用ペーストを、ＰＥＴフィルム上に塗布、乾燥し、その上に内部電極層用の導電体ペーストを印刷して電極ペースト膜を形成し、ＰＥＴフィルムを剥離することにより、電極ペースト膜を有する内装部用グリーンシートを得た。一方、これとは別に、外装部用グリーンシート用ペーストを、ＰＥＴフィルム上に塗布、乾燥し、次いでＰＥＴフィルムを剥離することにより、外側グリーンシートを得た。
次いで、電極ペースト膜を有する内装部用グリーンシートと、外装部用グリーンシートとを積層、圧着して、積層体を得た。次いで、得られた積層体を所定サイズに切断し、脱バインダ処理、焼成およびアニールを行って、積層セラミック焼成体を得た。
脱バインダ処理は、昇温時間１５℃／時間、保持温度２８０℃、保持時間８時間、空気雰囲気の条件で行った。
焼成は、昇温速度２００℃／時間、保持温度１２８０〜１３２０℃、保持時間２時間、冷却速度３００℃／時間、加湿したＮ２ ＋Ｈ２ 混合ガス雰囲気（酸素分圧は１０−９気圧）の条件で行った。
アニールは、保持温度９００℃、温度保持時間９時間、冷却速度３００℃／時間、加湿したＮ２ ガス雰囲気（酸素分圧は１０−５気圧）の条件で行った。なお、焼成およびアニールの際の雰囲気ガスの加湿には、水温を３５℃としたウェッターを用いた。
次いで、積層セラミック焼成体の端面をサンドブラストにて研磨したのち、端子電極用ペーストを端面に転写し、加湿したＮ２ ＋Ｈ２ 雰囲気中において、８００℃にて１０分間焼成して端子電極を形成し、図１に示される構成の積層セラミックコンデンサの試料を得た。
本実施例では、表１に示すように、第１外装部の厚みＴｓ１および内装部の厚みＴ０を変化させずに、第２外装部の厚みＴｓ２を変化させた試料１〜８を準備した。各試料１〜８における図１に示すＬ寸法は３．２ｍｍ、図２に示すＷ寸法は１．６ｍｍであり、内部電極層に挟まれた誘電体層の数は２６０、内側誘電体層の厚さは４．０μｍであり、内部電極層の厚さは１．２μｍであった。また、この実施例では、図１〜図４に示すように、内部電極層１２，１３が基板２０の実装面に対して略平行である。
得られたコンデンサ試料について、以下の方法により、音鳴きを調べた。音鳴きは、図３Ａおよび図４に示すように、基板２０の実装表面２０ａに各コンデンサ試料をハンダ２４により実装し、コンデンサに試験用駆動電圧を印加し、音圧レベルを測定することにより評価した。音圧レベルの測定は、ＦＡＶ−３簡易型無響箱（国洋電気工業製）、信号発生器、確認用のオシロスコープ及び解析ソフトＤＳ−０２２１（小野測器製）を用い、無響箱内にマイク及びサンプル（コンデンサが実装された回路基板）を入れ、サンプルをマイクから５ｃｍ離して配置した状態で、信号発生器によって周波数：３ｋＨｚ、ＤＣバイアス：１０Ｖという発振条件で交流電圧を印加し、その時に回路基板に発生する音圧を測定した。音圧レベルに関しては、一般的に不快に感じる音圧の水準となる３０ｄＢを基準とした。本評価では３０ｄＢ以下を良好とし、表１において、音鳴きの評価を○で表した。また、音圧レベルが３０ｄＢを超える場合には、評価を×とした。結果を表１に示す。
表１に示すように、Ｔｓ２／Ｔが０．３０以上、好ましくは０．３４以上である場合に、音鳴き防止効果が大きいことが確認された。なお、Ｔｓ２／Ｔが０．６よりも大きいと、外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
また、表１に示すように、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔの下限が０．２以上、さらに好ましくは、０．２５以上である場合に、音鳴き防止効果が大きいことが確認された。なお、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔが０．５を超えると、外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
各試料１〜８のＬ寸法およびＷ寸法を、３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）および１．４≦Ｗ≦１．９（ｍｍ）の範囲で変化させても、同様な結果が得られることが確認された。
実施例２
実施例２
表２に示すように、コンデンサのトータル厚みＴを変化させずに、第２外装部の厚みＴｓ２を変化させた以外は、実施例１と同様にして、コンデンサ試料１０〜１８を作成し、音鳴きを調べた。結果を表２に示す。
表２に示すように、Ｔｓ２／Ｔが０．３０以上、好ましくは０．３２以上である場合に、音鳴き防止効果が大きいことが確認された。なお、Ｔｓ２／Ｔが０．６よりも大きいと、外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
また、表２に示すように、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔの下限が０．２以上、さらに好ましくは、０．２５以上である場合に、音鳴き防止効果が大きいことが確認された。なお、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔが０．５を超えると、外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
各試料１１〜１８のＬ寸法およびＷ寸法を、３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）および１．４≦Ｗ≦１．９（ｍｍ）の範囲で変化させても、同様な結果が得られることが確認された。
実施例３
実施例３
Ｌ寸法を２．０ｍｍとし、Ｗ寸法を１．２ｍｍとし、内部電極層に挟まれた誘電体層の数を２１０、内側誘電体層の厚さを１．４μｍ、内部電極層の厚さを１．０μｍとし、表３に示すように、第１外装部の厚みＴｓ１および内装部の厚みＴ０を変化させずに、第２外装部の厚みＴｓ２を変化させた以外は、実施例１と同様にして、コンデンサ試料２０〜２８を作成し、音鳴きを調べた。結果を表３に示す。
表３に示すように、Ｔｓ２／Ｔが０．４３以上、好ましくは０．４９以上である場合に、音鳴き防止効果が大きいことが確認された。なお、Ｔｓ２／Ｔが０．６よりも大きいと、外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
また、表３に示すように、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔの下限が０．３以上、さらに好ましくは、０．３５以上である場合に、音鳴き防止効果が大きいことが確認された。なお、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔが０．５５を超えると、外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
各試料２０〜２８のＬ寸法およびＷ寸法を、１．８≦Ｌ≦２．２（ｍｍ）および１．０≦Ｗ≦１．４（ｍｍ）の範囲で変化させても、同様な結果が得られることが確認された。
実施例４
実施例４
Ｌ寸法を３．２ｍｍとし、Ｗ寸法を２．５ｍｍ、内部電極層に挟まれた誘電体層の数を１５０、内側誘電体層の厚さを４．０μm、内部電極層の厚さを１．２μｍとし、表４に示すように、第１外装部の厚みＴｓ１および内装部の厚みＴ０を変化させずに、第２外装部の厚みＴｓ２を変化させた以外は、実施例１と同様にして、コンデンサ試料３０〜３８を作成し、音鳴きを調べた。結果を表４に示す。
表４に示すように、Ｔｓ２／Ｔが０．３８以上、好ましくは０．４３以上である場合に、音鳴き防止効果が大きいことが確認された。なお、Ｔｓ２／Ｔが０．６よりも大きいと、外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
また、表４に示すように、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔの下限が０．２以上、さらに好ましくは、０．２５以上である場合に、音鳴き防止効果が大きいことが確認された。なお、（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔが０．５を超えると外装部の厚み割合が増加することにより、誘電体層の占有体積が増えるため、外部応力に対して弱くなり、結果としてクラックが発生し易くなる傾向にある。
各試料３０〜３８のＬ寸法およびＷ寸法を、３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）および２．３≦Ｗ≦２．８（ｍｍ）の範囲で変化させても、同様な結果が得られるとが確認された。
実施例５
実施例５
図６Ａに示すように、内部電極層１２ｘ（１３ｘ）が基板２０の実装面に対して略垂直となるように素子本体を形成した以外は、実施例１と同様にして、コンデンサ試料３０〜３８を作成し、音鳴きを調べた。実施例１と同等な結果が得られる。
ただし、この実施例５では、内部電極層の積層方向の一端に第２外装部を設ける実施例１に比較して、製造が容易であり、第２外装部１５ｘおけるクラックなどの発生が少なかった。
２，２ｘ… 積層セラミックコンデンサ
４，４ｘ… 素子本体
４Ａ，４ｘＡ… グリーン積層体
４ａ，４ｘａ… 素子本体要素
６… 第１外部電極
８… 第２外部電極
１０… 内側誘電体層
１２，１２ｘ… 第１内部電極層
１２ａ… 第１内部電極パターン
１２ｘａ… 第１内部電極パターン
１３，１３ｘ… 第２内部電極層
１３ａ… 第２内部電極パターン
１３ｘａ… 第２内部電極パターン
１４，１４ｘ… 第１外装部
１５，１５ｘ… 第２外装部
１６，１６ｘ… 内装部
１８，１８ｘ… ダミー電極
２０… 基板
２０ａ… 実装表面
３０ｘ，３０ｙ… 切断予定線
４，４ｘ… 素子本体
４Ａ，４ｘＡ… グリーン積層体
４ａ，４ｘａ… 素子本体要素
６… 第１外部電極
８… 第２外部電極
１０… 内側誘電体層
１２，１２ｘ… 第１内部電極層
１２ａ… 第１内部電極パターン
１２ｘａ… 第１内部電極パターン
１３，１３ｘ… 第２内部電極層
１３ａ… 第２内部電極パターン
１３ｘａ… 第２内部電極パターン
１４，１４ｘ… 第１外装部
１５，１５ｘ… 第２外装部
１６，１６ｘ… 内装部
１８，１８ｘ… ダミー電極
２０… 基板
２０ａ… 実装表面
３０ｘ，３０ｙ… 切断予定線
Claims (8)
- 内部電極層と内部誘電体層とが交互に積層される内装部と、
前記内装部を両側から挟み込むように前記内装部と一体化される外部セラミック層でそれぞれ構成される第１および第２外装部と、を有する素子本体と、
前記素子本体の外表面に形成され、前記内部電極層に接続してある外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサであって、
各内部誘電体層の厚みが０．５〜５．０μｍであり、
前記第２外装部が基板の実装表面に向き合うように配置され、
前記第１外装部の厚みをＴｓ１とし、
前記第２外装部の厚みをＴｓ２とし、
前記コンデンサの厚みをＴとし、前記コンデンサの長さをＬとし、前記コンデンサの幅をＷとした場合に、
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）、
１．４≦Ｗ≦１．９（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．３０である積層セラミックコンデンサ。 - 内部電極層と内部誘電体層とが交互に積層される内装部と、
前記内装部を両側から挟み込むように前記内装部と一体化される外部セラミック層でそれぞれ構成される第１および第２外装部と、を有する素子本体と、
前記素子本体の外表面に形成され、前記内部電極層に接続してある外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサであって、
各内部誘電体層の厚みが０．５〜５．０μｍであり、
前記第２外装部が基板の実装表面に向き合うように配置され、
前記第１外装部の厚みをＴｓ１とし、
前記第２外装部の厚みをＴｓ２とし、
前記コンデンサの厚みをＴとし、前記コンデンサの長さをＬとし、前記コンデンサの幅をＷとした場合に、
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
１．８≦Ｌ≦２．２（ｍｍ）、
１．０≦Ｗ≦１．４（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．４３である積層セラミックコンデンサ。 - 内部電極層と内部誘電体層とが交互に積層される内装部と、
前記内装部を両側から挟み込むように前記内装部と一体化される外部セラミック層でそれぞれ構成される第１および第２外装部と、を有する素子本体と、
前記素子本体の外表面に形成され、前記内部電極層に接続してある外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサであって、
各内部誘電体層の厚みが０．５〜５．０μｍであり、
前記第２外装部が基板の実装表面に向き合うように配置され、
前記第１外装部の厚みをＴｓ１とし、
前記第２外装部の厚みをＴｓ２とし、
前記コンデンサの厚みをＴとし、前記コンデンサの長さをＬとし、前記コンデンサの幅をＷとした場合に、
Ｔｓ２＞Ｔｓ１、
３．０≦Ｌ≦３．４（ｍｍ）、
２．３≦Ｗ≦２．８（ｍｍ）、
０．６≧Ｔｓ２／Ｔ≧０．３８である積層セラミックコンデンサ。 - （Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔが０．２以上である請求項１または３に記載の積層セラミックコンデンサ。
- （Ｔｓ２−Ｔｓ１）／Ｔが０．３以上である請求項２に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記素子本体の内部では、前記内部電極層が積層する方向に沿って前記内装部の両側に、前記第１外装部と第２外装部とがそれぞれ一体化してある請求項１〜５のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記素子本体の内部では、前記内部電極層が積層する方向と垂直方向に沿って前記内装部の両側に、前記第１外装部と第２外装部とがそれぞれ一体化してある請求項１〜５のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサ。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサを基板に実装してある実装構造。
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