JP7133908B2 - 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の耐電圧性能向上のため、内部電極の重なり部分の面積を大きくすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。耐電圧を向上させるため、複数の内部電極の辺を積層方向で合致させないことが知られている（例えば、特許文献２参照）。内部電極の先端部が丸みを有することが知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開２０００－３０６７６１号公報 特開２００９－２０００９２号公報 特開平９－２６０１８５号公報
しかしながら、特許文献１～３の技術では、積層セラミックコンデンサの耐電圧性能が十分ではない。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高耐圧な積層セラミックコンデンサを提供することを目的とする。
本発明に係る積層セラミックコンデンサは、セラミックを主成分とする誘電体層と、内部電極と、が交互に積層され、積層された複数の前記内部電極が交互に対向する２端面に露出するように形成され、略直方体形状を有する積層体と、前記２端面に形成された１対の外部電極と、を備え、前記１対の外部電極が対向する第１方向において、前記複数の内部電極における前記外部電極と接続していない端のうち最も外側に位置する第１端と、当該外部電極と接続していない端のうち最も内側に位置する第２端と、の距離をＬ１（ｍｍ）、前記複数の誘電体層の各々の層厚をｔ１（μｍ）、前記複数の誘電体層の積層数をＮとしたとき、ｔ１２×Ｌ１／Ｎは１０以上であり、前記複数の内部電極と複数の誘電体層の面方向において前記第１方向に交差する第２方向において、前記積層体の同じ端面に対して、前記複数の内部電極の端のうち最も外側に位置する第１端と、前記複数の内部電極の端のうち最も内側に位置する第２端と、の距離をＷ１（ｍｍ）としたとき、ｔ１２×Ｗ１／Ｎは１０以上であり、前記複数の内部電極における前記外部電極と接続していない端の角部の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、Ｒ＞Ｗ１かつＲ＞Ｌ１であり、前記複数の内部電極の前記第１方向における端の位置は、前記積層体の積層方向において周期的に配置され、前記複数の内部電極の前記第２方向における端の位置は、前記積層体の積層方向において周期的に配置されていることを特徴とする。
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記積層体の積層方向のいずれかの箇所に、前記誘電体層の３倍以上の厚みを有する厚膜誘電体層を備えていてもよい。
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記誘電体層はチタン酸バリウムを主成分としてもよい。
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記一対の外部電極の一方が接続された内部電極のうち前記端の位置が同じである隣接する一定数の内部電極と、前記一対の外部電極の他方が接続された内部電極のうち前記端の位置が同じである隣接する一定数の内部電極と、を１グループとして、グループごとに前記端の位置が異なっていてもよい。
上記積層セラミックコンデンサにおいて、前記端の位置が同じ隣接する複数の一定数の内部電極を１グループとして、グループごとに前記端の位置が異なっていてもよい。
本発明によれば、高耐圧な積層セラミックコンデンサを提供することができる。
図１は、第１実施形態における積層セラミックコンデンサの部分断面斜視図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 図１のＢ－Ｂ断面図である。 （ａ）および（ｂ）は１つのコンデンサを示す図である。 第１比較形態における積層セラミックコンデンサの断面図である。 第１実施形態における積層セラミックコンデンサの断面図である。 第１実施形態の一例を示す積層セラミックコンデンサの断面図である。 第２比較形態における積層セラミックコンデンサの断面図である。 第１実施形態における積層セラミックコンデンサの断面図である。 算出したＸ位置に対する応力を示す図である。 第１実施形態の一例を示す積層セラミックコンデンサの断面図である。 第３比較形態における積層セラミックコンデンサのＺ方向から見た場合の内部電極の重なり関係を示す図である。 第１実施形態に係る内部電極の平面形状を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は内部電極の重なりを示す図である。 内部電極の重なりを示す図である。 （ａ）および（ｂ）は第２実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１００ａの積層構造を例示する図である。 実施例１，２および比較例１～３における各サンプルの各寸法を示す図である。
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。
（第１実施形態）
まず、積層セラミックコンデンサについて説明する。図１は、第１実施形態における積層セラミックコンデンサの部分断面斜視図である。図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。図３は、図１のＢ－Ｂ断面図である。図１から図３に示すように、積層セラミックコンデンサ１００は、直方体形状を有する積層体１０と、積層体１０のいずれかの対向する両端面に設けられた外部電極２０，３０とを備える。積層体１０は、誘電体として機能するセラミック材料を含む複数の誘電体層１１と、複数の内部電極１２とが、交互に積層された構成を有する。誘電体層１１および内部電極１２の積層方向をＺ方向、外部電極２０と外部電極３０が対向する方向をＹ方向、Ｙ方向とＺ方向に直交する方向をＸ方向とする。
各内部電極１２の端縁は、積層体１０の外部電極２０が設けられた端面と、外部電極３０が設けられた端面とに、交互に露出している。これにより、各内部電極１２は、外部電極２０と外部電極３０とに、交互に導通している。図２および図３において、内部電極１２ａが外部電極２０と電気的に接続され、内部電極１２ｂが外部電極３０に電気的に接続されている。これにより、積層セラミックコンデンサ１００は、複数のセラミックコンデンサが積層された構成を有する。また、積層体１０において、誘電体層１１と内部電極１２との積層方向の両端面は、カバー層１３によって覆われている。例えば、カバー層１３の主成分は、誘電体層１１の主成分と同じである。図２のように、Ｙ方向において内部電極１２ａ，１２ｂの端縁の位置が異なっている。また、図３のように、Ｘ方向において内部電極１２ａ，１２ｂの端縁の位置が異なっている。詳細は後述する。
外部電極２０，３０および内部電極１２は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｓｎ（スズ）、Ａｇ（銀）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）等の金属を主成分とする。誘電体層１１は、例えば一般式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト構造を有するセラミック材料を主成分とする。誘電体層１１に含まれるペロブスカイト構造のセラミック材料としては、例えばＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）、ＳｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム）、ＣａＴｉＯ３（チタン酸カルシウム）、ＭｇＴｉＯ３（チタン酸マグネシウム）、ＣａＺｒＯ３（ジルコン酸カルシウム）、ＣａＴｉｘＺｒ１－ｘＯ３（チタン酸ジルコン酸カルシウム）、ＢａＺｒＯ３（ジルコン酸バリウム）、ＰｂＴｉｘＺｒ１－ｘＯ３（チタン酸ジルコン酸鉛：ＰＺＴ）等を用いる。誘電体層１１に含まれるセラミック材料はＴｉＯ２（酸化チタン）でもよい。誘電体層１１は、例えば焼結体であり、マクロには結晶方位に対し等方的である。ペロブスカイト構造を有するセラミック材料は化学量論的な組成から外れていてもよく、例えばＭｇ（マグネシウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｒ（クロム）、および希土類元素（Ｙ（イットリウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム））、Ｃｏ（コバルト）、Ｌｉ（リチウム）、Ｂ（ホウ素）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）並びにＳｉ（シリコン）の少なくとも１つの酸化物、またはガラス等が添加されていてもよい。なお、各誘電体層１１は、略同一の厚みを有しているが、所定のバラツキを有していてもよい。例えば、各誘電体層１１は、各誘電体層１１の平均厚みの±１０％の範囲のバラツキを有していてもよい。また、各誘電体層１１の厚みに上記バラツキが有る場合には、誘電体層１１の各々の厚みとは、各誘電体層１１の平均厚みのことを意味する。
図２および図３のように、積層体１０のＺ方向の厚さをＴ、積層体１０のＹ方向の長さをＬ、および積層体１０のＸ方向の幅をＷとする。誘電体層１１の各々の厚さをｔ１とする。Ｙ方向の内部電極１２ａと内部電極１２ｂとの重なり幅をＬｉとする。Ｙ方向において内部電極１２ａの外部電極３０側の端のうち最も外側の端の位置Ｙ１と、最も内側の端の位置Ｙ２と、の距離をずらし量Ｌ１とする。また、Ｙ方向において内部電極１２ｂの外部電極２０側の端のうち最も外側の端の位置Ｙ１と、最も内側の端の位置Ｙ２との距離をずらし量Ｌ１とする。本実施形態においては、内部電極１２ａのずらし量Ｌ１と内部電極１２ｂのずらし量Ｌ１とは同じ値に設定されているが、異なっていてもよい。最も外側の内部電極１２の端から積層体１０の近い方の端面までの距離をエンドマージンＥＭとする。内部電極１２のＸ方向の幅をＷｉとする。Ｘ方向において、積層体１０の同じ端面側において、内部電極１２の端のうち最も外側の端の位置Ｘ１と、最も内側の端の位置Ｘ２と、の距離をずらし量Ｗ１とする。最も外側の内部電極１２の端から積層体１０の近い方の端面までの距離をサイドマージンＳＭとする。誘電体層１１の積層数Ｎとする。
発明者らは、積層セラミックコンデンサの耐電圧が低くなる原因として、以下のような電歪効果を考えた。内部電極１２ａと内部電極１２ｂとの間に電圧が印加されたとき、電歪効果により積層体１０内に応力が発生し、応力が集中する箇所にクラック等が発生する。このクラック等により、積層セラミックコンデンサが破壊されると考えた。
図４（ａ）および図４（ｂ）は、１つのセラミックコンデンサを示す図である。図４（ａ）に示すように、厚さｔ１の誘電体層１１の上下に内部電極１２ａおよび１２ｂが設けられている。図４（ｂ）に示すように、内部電極１２ａに、内部電極１２ｂに対し正の電圧が印加される。このとき誘電体層１１には積層方向に電界が加わる。このため電歪効果により誘電体層１１は矢印５０のように積層方向に伸びるような変位が生じる。
図５は、第１比較形態における積層セラミックコンデンサの断面図である。図５に示すように、外部電極２０に接続された内部電極１２ａを点線で示し、外部電極３０に接続された内部電極１２ｂを実線で示す。Ｙ方向における内部電極１２ａの端の位置はほぼ一致し、内部電極１２ｂの端の位置もほぼ一致している。誘電体層１１のうち電歪効果により変位が生じる領域は、Ｚ方向に内部電極１２に挟まれた領域４０である。領域４０は、領域４０以外の誘電体層１１と区別するため、ハッチングの方向を誘電体層１１と逆に傾斜させている。積層体１０内において、変位量が急激に変化するところに応力が集中しやすい。よって、矢印４２ａの内部電極１２の端の箇所に応力が集中し易くなる。
電歪効果による積層された誘電体層１１全体の変位量ΔＤｔは、１層の誘電体層１１の変位量ΔＤに誘電体層１１の積層数Ｎを乗じたものとなる。つまり、ΔＤｔ＝ΔＤ×Ｎとなる。また、１層の誘電体層１１における変位量ΔＤは誘電体層１１内の電界の大きさの２乗に比例する。電界の大きさは誘電体層１１の厚さｔ１に反比例する。つまりΔＤ∝１／（ｔ１）２である。よって、ΔＤｔ∝Ｎ／（ｔ１）２である。
図６は、本実施形態における積層セラミックコンデンサ１００の断面図である。図６に示すように、Ｙ方向における内部電極１２ａの端の位置が異なり、内部電極１２ｂの端の位置が異なる。この例では、内部電極１２ａの端のＹ方向の位置を０、＋Ｌｙ、０、および－Ｌｙと順に３水準で変化させている。内部電極１２ｂの端のＹ方向の位置を０、＋Ｌｙ（－Ｌｙ）、０、および＋Ｌｙ（－Ｌｙ）と順に３水準で変化させている。１周期Ｐには誘電体層１１が８層含まれる。このとき、ずらし量Ｌ１は２Ｌｙである。
１周期Ｐあたり、位置－２Ｌｙ、－Ｌｙ、０、Ｌｙおよび２Ｌｙにおいて内部電極１２ａと内部電極１２ｂとで挟まれる誘電体層１１の層数は、それぞれ、０層、１層、６層、８層および８層となる。よって、各位置における全体の変位量ΔＤｔは以下となる。
位置－２Ｌｙ：０
位置－Ｌｙ ：（２／８）×Ｎ×ΔＤ
位置 ０ ：（６／８）×Ｎ×ΔＤ
位置 Ｌｙ ：（８／８）×Ｎ×ΔＤ
位置 ２Ｌｙ：（８／８）×Ｎ×ΔＤ
応力は、位置に対する変位量の傾きに対応する。よって、各位置間における応力は以下となる。
位置－２．５Ｌｙ：０
位置－１．５Ｌｙ：（２／８）×Ｎ×ΔＤ／Ｌｙ
位置－０．５Ｌｙ：（４／８）×Ｎ×ΔＤ／Ｌｙ
位置０．５Ｌｙ ：（２／８）×Ｎ×ΔＤ／Ｌｙ
位置１．５Ｌｙ ：０
この例では、応力が最大となる位置は－０．５Ｌｙであり、応力の最大値は、ＮおよびΔＤに比例しＬｙ（すなわちＬ１）に反比例する。ΔＤは（ｔ１）２に反比例するから、応力の最大値はＮに比例しＬｙ（すなわちＬ１）および（ｔ１）２に反比例する。つまり、応力の最大値∝Ｎ／［（ｔ１）２×Ｌ１）］である。積層セラミックコンデンサの耐電圧ＢＤＶは応力の最大値に反比例すると、耐電圧ＢＤＶは以下となる。
ＢＤＶ∝［（ｔ１）２×Ｌ１）］／Ｎ （式１）
実際は、ＢＤＶは［（ｔ１）２×Ｌ１）］／Ｎに厳密には比例しなくとも、［（ｔ１）２×Ｌ１）］／Ｎが大きくなるとＢＤＶが大きくなるという相関が成り立つ。積層セラミックコンデンサ１００の小型化、大容量化のためには、ｔ１は小さくＮは大きくすることになる。よって、耐電圧ＢＤＶは低くなる方向となる。そこで、本実施形態ではずらし量Ｌ１を大きくする。これにより、耐電圧ＢＤＶを向上できる。
上記考察に基づけば、電歪効果を有する誘電体層１１であれば、式１または同様の相関が成り立つ。また、内部電極１２の端をＹ方向にずらすパターンによらず、式１は一般的に成り立つ。
図７は、本実施形態の一例を示す積層セラミックコンデンサ１００の断面図である。図７に示すように、隣接する２層の内部電極１２ａおよび２層の内部電極１２ｂを１グループとして、内部電極１２ａおよび１２ｂの端のＹ方向の位置を０、Ｌｙ（－Ｌｙ）、０、および－Ｌｙ（＋Ｌｙ）と順に変化させている。この例では１周期には誘電体層１１が１６層含まれる。このように変化させるグループに含まれる誘電体層１１の層数は任意である。
また、位置０のグループ内の内部電極１２ａを１層および内部電極１２ｂを１層とし、位置Ｌｙおよび－Ｌｙのグループ内の内部電極１２ａを２層および内部電極１２ｂを２層とすることもできる。このように、１つのグループ内の内部電極１２の層数を変化させることもできる。
さらに、内部電極１２ａ，１２ｂの端のＹ方向の位置を０、Ｌｙ、２Ｌｙ、Ｌｙ、０、－Ｌｙ、－２Ｌｙ、および－Ｌｙのように３水準以外の水準で変化させることもできる。
図８は、第２比較形態における積層セラミックコンデンサの断面図である。図８に示すように、外部電極２０に接続された内部電極１２ａを点線で示し、外部電極３０に接続された内部電極１２ｂを実線で示す。Ｘ方向における内部電極１２の端の位置がほぼ一致している。誘電体層１１のうち電歪効果により変位が生じる領域は、Ｚ方向に内部電極１２に挟まれた領域４０である。領域４０は、領域４０以外の誘電体層１１と区別するため、ハッチングの方向を誘電体層１１と逆に傾斜させている。積層体１０内において、変位量が急激に変化するところに応力が集中しやすい。よって、矢印４２ｂの内部電極１２の端の箇所に応力が集中し易くなる。
図９は、本実施形態における積層セラミックコンデンサ１００の断面図である。図９に示すように、Ｘ方向における内部電極１２の端の位置が異なる。この例では、隣接する１層の内部電極１２ａと１層の内部電極１２ｂを１グループとして、内部電極１２の端のＸ方向の位置を０、＋Ｗｘ、０、および－Ｗｘと順に３水準変化させている。１周期Ｐには誘電体層１１が８層含まれる。このとき、ずらし量Ｗ１は２Ｌである。
１周期Ｐあたり、位置－２Ｗｘ、－Ｗｘ、０、Ｗｘおよび２Ｗｘにおいて含まれる誘電体層１１の層数は、それぞれ、０層、１層、５層、８層および８層となる。よって、各位置における全体の変位量ΔＤｔは以下となる。
位置－２Ｗｘ：０
位置－Ｗｘ ：（１／８）×Ｎ×ΔＤ
位置 ０ ：（５／８）×Ｎ×ΔＤ
位置 Ｗｘ ：（８／８）×Ｎ×ΔＤ
位置 ２Ｗｘ：（８／８）×Ｎ×ΔＤ
応力は、位置に対する変位量の傾きに対応する。よって、各位置間における応力は以下となる。
位置－２．５Ｗｘ：０
位置－１．５Ｗｘ：（１／８）×Ｎ×ΔＤ／Ｗｘ
位置－０．５Ｗｘ：（１／２）×Ｎ×ΔＤ／Ｗｘ
位置０．５Ｗｘ ：（３／８）×Ｎ×ΔＤ／Ｗｘ
位置１．５Ｗｘ ：０
Ｗ０を一定値として、Ｗｘを以下の５つの場合について各位値の応力を計算した。Ｗｘは、Ｗｘ＝０．５×Ｗ０、０．７５×Ｗ０、１．０×Ｗ０、１．５×Ｗ０、２．０×Ｗ０の５つの場合である。Ｗｘ＝０．５×Ｗ０のときの最大応力を１として規格化している。
図１０は、算出したＸ方向の位置に対する応力（ストレス）を示す図である。図１０に示すように、Ｗｘを大きくすると応力の最大値が小さくなる。応力の最大値はＸ方向の位置が－０．５Ｗｘのときであり、Ｗｘに反比例する。
このように応力の最大値は、ＮおよびΔＤに比例しＷｘ（すなわちＷ１）に反比例する。ΔＤは（ｔ１）２に反比例するから、応力の最大値はＮに比例しＷｘ（すなわちＷ１）、ｔ１に反比例する。つまり、応力の最大値∝Ｎ／［（ｔ１）２×Ｗ１）］である。積層セラミックコンデンサの耐電圧ＢＤＶは応力の最大値に反比例すると、耐電圧ＢＤＶは以下となる。
ＢＤＶ∝［（ｔ１）２×Ｗ１）］／Ｎ （式２）
実際は、ＢＤＶは［（ｔ１）２×Ｗ１）］／Ｎに厳密には比例しなくとも、［（ｔ１）２×Ｗ１）］／Ｎが大きくなるとＢＤＶが大きくなるという相関が成り立つ。積層セラミックコンデンサの小型化、大容量化のためには、ｔ１は小さくＮは大きくすることになる。よって、耐電圧ＢＤＶは低くなる方向となる。そこで、本実施形態ではずらし量Ｗ１を大きくする。これにより、耐電圧ＢＤＶを向上できる。
上記考察に基づけば、電歪効果を有する誘電体層１１であれば、式２または同様の相関が成り立つ。また、内部電極１２をＸ方向にずらすパターンによらず、式２は一般的に成り立つ。
図１１は、本実施形態の一例を示す積層セラミックコンデンサの断面図である。図１１に示すように、隣接する３層の内部電極１２を１グループとして、内部電極１２の端のＸ方向の位置を０、Ｗｘ、０、および－Ｗｘと順に変化させている。この例では１周期Ｐには誘電体層１１が１２層含まれる。このように変化させるグループに含まれる誘電体層１１の層数は任意である。
また、位置０のグループ内の内部電極１２を２層とし、位置Ｗｘおよび－Ｗｘのグループ内の内部電極１２を３層とすることもできる。このように、１つのグループ内の内部電極１２の層数を変化させることもできる。
さらに、内部電極１２の端のＸ方向の位置を０、Ｗｘ、２Ｗｘ、Ｗｘ、０、－Ｗｘ、－２Ｗｘ、および－Ｗｘのように３水準以外の水準で変化させることもできる。
図１２は、第３比較形態における積層セラミックコンデンサのＺ方向から見た場合の内部電極１２ａ，１２ｂの重なり関係を示す図である。図１２において、誘電体層１１を実線で示し、外部電極２０に接続された内部電極１２ａを太破線で示し、外部電極３０に接続された内部電極１２ｂを細破線で示す。図１２に示すように、第３比較形態においては、Ｘ方向において、内部電極１２ａの端部の位置と内部電極１２ｂの端部の位置とが異なっている。この場合、電歪効果に起因する応力が分散される。しかしながら、図１２の太点線の丸で示す領域のように、内部電極１２ａのＹ方向に延びる辺と内部電極１２ｂのＸ方向に延びる辺とが直交している。このように、辺同士が直交する領域において、応力が集中することになる。
図１３は、本実施形態に係る内部電極１２ａの平面形状を示す図である。図１３に示すように、内部電極１２ａは、外部電極２０に接続されていない各角部に丸みを有している。なお、図１３では内部電極１２ａを例示しているが、内部電極１２ｂも同様の平面形状を有する。すなわち、内部電極１２ｂは、外部電極３０に接続されていない各角部に丸みを有している。各角部の曲率半径をＲとする。なお、外部電極２０，３０に接続されている角部は、丸みを有していてもよく、直角であってもよい。
図１４（ａ）に示すように、曲率半径Ｒは、Ｗ１よりも大きくなっている。これにより、Ｘ方向において端部の位置が異なる内部電極１２ａと内部電極１２ｂとの間で、一方のＹ方向に延びる辺と他方のＸ方向に延びる辺とが直交せずに斜めに交差する。それにより、応力が分散する。なお、図１４（ｂ）に示すように、Ｘ方向の端部の位置が重なる内部電極１２ａと内部電極１２ｂとの間では、一方のＹ方向に延びる辺と他方のＸ方向に延びる辺とは直交しない。
図１５に示すように、曲率半径ＲがＷ１よりも大きいことで、２層の内部電極１２ａの間で、一方のＹ方向に延びる辺と他方のＸ方向に延びる辺とが直交せずに斜めに交差する。また、２層の内部電極１２ｂの間で、一方のＹ方向に延びる辺と他方のＸ方向に延びる辺とが直交せずに斜めに交差する。それにより、応力が分散される。さらに、曲率半径Ｒは、Ｌ１よりも大きいことが好ましい。この場合、２層の内部電極１２ａの間で一方のＹ方向に延びる辺と他方のＸ方向に延びる辺との交差角度がより小さくなり、２層の内部電極１２ｂの間で一方のＹ方向に延びる辺と他方のＸ方向に延びる辺との交差角度がより小さくなる。それにより、応力がより分散される。
本実施形態によれば、一対の外部電極２０，３０は、積層体１０の対向する面に設けられ、複数の内部電極１２の各々の一端が外部電極２０および３０いずれかに接続されている。このような積層セラミックコンデンサにおいて、ｔ１２×Ｌ１／Ｎを一定以上とする。ここで、Ｌ１（ｍｍ）は、Ｙ方向（外部電極２０と外部電極３０とが対向する方向）において、複数の内部電極１２における外部電極２０，３０と接続していない端のうち最も外側に位置する第１端Ｙ１と、複数の内部電極１２における端のうち最も内側に位置する第２端Ｙ２と、の距離である。ｔ１（μｍ）は、複数の誘電体層１１の各々の層厚である。Ｎは、複数の誘電体層１１の積層数である。
これにより、電歪効果に起因した応力を分散し、耐電圧を向上できる。ｔ１２×Ｌ１／Ｎは、１より大きいことが好ましく、１０以上がより好ましく、２０以上がより好ましい。ｔ１２×Ｌ１／Ｎが大きいと、積層体１０のＹ方向の幅が大きくなる。よって、ｔ１２×Ｌ１／Ｎは１００以下が好ましい。
誘電体層１１の電歪効果が大きいと、応力が大きくなり耐電圧が低くなる。よって、ずらし量Ｌ１を大きくすることが好ましい。電歪効果の大きい材料として、チタン酸バリウムを主成分とする焼結体が挙げられる。
複数の内部電極１２のＹ方向における外部電極２０，３０と接続されていない端の位置は周期的に配置されていることが好ましい。これにより、応力をより均一に分散できる。よって、応力をより分散することができ、耐電圧をより向上できる。
Ｙ方向における端の位置が同じ隣接する一定数の内部電極１２ａと内部電極１２ｂのうち端の位置が同じ隣接する一定数の内部電極１２ｂを１グループとして、グループごとに端の位置が異なることが好ましい。これにより、応力をより均一に分散できる。よって、応力をより分散することができ、耐電圧をより向上できる。
動作電圧が高くかつ大型の積層セラミックコンデンサは、電歪効果による応力が大きい。よって、動作電圧が１００Ｖ以上、または２００Ｖ以上の積層セラミックコンデンサにおいて、ずらし量Ｌ１を大きくすることが好ましい。また、積層体１０の長さＬおよび幅Ｗが各々１０ｍｍ以上の積層セラミックコンデンサにおいて、ずらし量Ｌ１を大きくすることが好ましい。
また、ｔ１２×Ｗ１／Ｎを一定以上とする。ここで、Ｗ１（ｍｍ）は、Ｘ方向（内部電極１２と誘電体層１１の面方向において第１方向（Ｙ方向）と交差する第２方向）において、複数の内部電極１２の端のうち最も外側に位置する第１端と、複数の内部電極１２の端のうち最も内側に位置する第２端と、の距離である。ｔ１（μｍ）は、複数の誘電体層１１の各々の層厚である。Ｎは、複数の誘電体層１１の積層数である。
これにより、電歪効果に起因した応力を分散し、耐電圧を向上できる。ｔ１２×Ｗ１／Ｎは、１より大きいことが好ましく、１０以上がより好ましく、２０以上がより好ましい。ｔ１２×Ｗ１／Ｎが大きいと、積層体１０のＸ方向の幅が大きくなる。よって、ｔ１２×Ｗ１／Ｎは１００以下が好ましい。
誘電体層１１の電歪効果が大きいと、応力が大きくなり耐電圧が低くなる。よって、ずらし量Ｗ１を大きくすることが好ましい。
複数の内部電極１２のＸ方向における端の位置は周期的に配置されていることが好ましい。これにより、応力をより均一に分散できる。よって、応力をより分散することができ、耐電圧をより向上できる。
Ｘ方向における端の位置が同じ隣接する複数の一定数の内部電極１２を１グループとして、グループごとに端の位置が異なることが好ましい。これにより、応力をより均一に分散できる。よって、応力をより分散することができ、耐電圧をより向上できる。
動作電圧が高くかつ大型の積層セラミックコンデンサ１００は、電歪効果による応力が大きい。したがって、動作電圧が１００Ｖ以上、または２００Ｖ以上の積層セラミックコンデンサにおいて、ずらし量Ｗ１を大きくすることが好ましい。また、積層体１０の長さＬおよび幅Ｗが各々１０ｍｍ以上の積層セラミックコンデンサにおいて、ずらし量Ｗ１を大きくすることが好ましい。
さらに、内部電極１２は、外部電極２０，３０と接続されていない各角部に丸みを有している。各角部の曲率半径Ｒは、Ｗ１よりも大きくなっている。これにより、Ｘ方向において端部の位置が異なる２層の内部電極１２間で、一方のＹ方向に延びる辺と他方のＸ方向に延びる辺とが直交せずに斜めに交差する。それにより、電歪効果に起因する応力を分散することができる。
（第２実施形態）
図１６（ａ）は、第２実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１００ａの積層構造を例示する図である。図１６（ａ）で例示するように、積層セラミックコンデンサ１００ａが第１実施形態に係る積層セラミックコンデンサ１００と異なる点は、積層体１０における積層方向のいずれかの箇所に、誘電体層１１の３倍以上の厚みを有する厚膜誘電体層１１ａが備わっている点である。
厚膜誘電体層１１ａは、他の誘電体層１１と比較して厚いことから、他の誘電体層１１と比較して、応力に対して大きい強度を有する。それにより、電歪効果により積層体１０内に発生した応力を分散することができる。その結果、耐電圧を向上させることができる。
厚膜誘電体層１１ａは、他の誘電体層１１と比較して３倍以上の厚みを有していることが好ましい。また、積層体１０のＺ方向において下側のカバー層１３の上面の位置をゼロとして上側のカバー層１３の下面の位置をＴｉとした場合に、厚膜誘電体層１１ａは、積層体１０における積層方向において、１／３・Ｔｉ以上２／３・Ｔｉ以下の間に設けられていることが好ましい。また、図１６（ｂ）で例示するように、２層以上の厚膜誘電体層１１ａが、互いに離間して設けられていてもよい。
上記各実施形態に係る積層セラミックコンデンサを作製した。内部電極１２および外部電極２０，３０はニッケルを主成分とした。誘電体層１１は、チタン酸バリウムを主成分とした。実施例１～４および比較例１～３を作製した。作製したサンプルの耐電圧ＢＤＶを測定した。ＢＤＶの測定は、外部電極２０と外部電極３０との間に直流電圧を印加し、昇圧速度を５０秒／１ｋＶとし、サンプルが破壊された電圧を耐電圧ＢＤＶとした。
図１７は、実施例１～４および比較例１～３における各サンプルの各寸法を示す図である。図１７に示すように、積層体１０の長さＬを１４ｍｍとした。積層体１０の幅Ｗを１９ｍｍとした。実施例１および比較例１では積層体１０の厚さＴを３．３ｍｍとし、実施例２～４および比較例２，３では４．１ｍｍとした。内部電極１２の幅Ｗｉは、実施例１～４および比較例１～３のいずれにおいても１５ｍｍとした。なお、内部電極１２の幅は全ての内部電極１２で同じである。実施例１～４ではずらし量Ｗ１を１．２ｍｍとし、比較例１～３では０．０１９ｍｍとした。実施例１～４ではサイドマージンＳＭを０．８ｍｍとし、比較例１～３では２ｍｍとした。内部電極１２ａと１２ｂとの重なり幅Ｌｉは、実施例１～４および比較例１～３のいずれにおいても１１ｍｍとした。実施例１～４では、ずらし量Ｌ１を１．３ｍｍとし、比較例１～３では０．０１９ｍｍとした。実施例１～４ではエンドマージンＥＭを０．８５ｍｍとし、比較例１～３では１．５ｍｍとした。実施例１～４では曲率半径Ｒを２．５ｍｍとし、比較例１～３では０．００３ｍｍとした。実施例１，４および比較例１では誘電体層１１の厚さｔ１を２６．１μｍとし、実施例２，３および比較例２では３５．６μｍとし、比較例３では２７．３μｍとした。実施例１，３，４および比較例１，３では積層数Ｎを６８とし、実施例２および比較例２では８１とした。実施例１～３および比較例１～３では、厚膜誘電体層１１ａを設けなかった。実施例４では、厚さｔａが誘電体層１１の３倍の７８．３μｍの厚膜誘電体層１１ａを積層方向の中央に１層設けた。
比較例１～３では、耐電圧ＢＤＶがそれぞれ５３５Ｖ，５４９Ｖ，５３８Ｖと低くなった。これは、［（ｔ１）２×Ｌ１］／Ｎおよび［（ｔ１）２×Ｗ１］／Ｎの値が１未満となっていることで、電歪効果に起因する応力が分散されなかったからであると考えられる。また、曲率半径ＲがＷ１よりも大きくないことで、内部電極１２ａのＹ方向に延びる辺と内部電極１２ｂのＸ方向に延びる辺とが直交し、辺同士が直交する領域において応力が集中したからであると考えられる。
比較例１～３に対し、実施例１～３では、耐電圧ＢＤＶがそれぞれ１４８３Ｖ，１４９７Ｖ，１５５０Ｖと十分に高い値となった。これは、［（ｔ１）２×Ｌ１］／Ｎおよび（ｔ１）２×Ｗ１］／Ｎの両方の値が１０以上となったことに加えて、曲率半径ＲがＷ１よりも大きくなり内部電極１２ａのＹ方向に延びる辺と内部電極１２ｂのＸ方向に延びる辺とが斜めに交差したことで、応力が十分に分散したからであると考えられる。また、曲率半径ＲがＬ１よりも大きくなったことで、２層の内部電極１２ａの間または２層の内部電極１２ｂの間において、一方のＹ方向に延びる辺と他方のＸ方向に延びる辺とが斜めに交差し、応力がさらに分散したことも貢献していると考えられる。
さらに、実施例４では、誘電体層１１の厚さｔ１が実施例１と同じであるものの、耐電圧ＢＤＶが１５４９Ｖとさらに高い値となった。これは、厚膜誘電体層１１ａを設けたことで、応力がさらに分散したからであると考えられる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 積層体
１１ 誘電体層
１１ａ 厚膜誘電体層
１２ 内部電極
１３ カバー層
２０，３０ 外部電極
１００ 積層セラミックコンデンサ

Claims (5)

  1. セラミックを主成分とする誘電体層と、内部電極と、が交互に積層され、積層された複数の前記内部電極が交互に対向する２端面に露出するように形成され、略直方体形状を有する積層体と、
    前記２端面に形成された１対の外部電極と、を備え、
    前記１対の外部電極が対向する第１方向において、前記複数の内部電極における前記外部電極と接続していない端のうち最も外側に位置する第１端と、当該外部電極と接続していない端のうち最も内側に位置する第２端と、の距離をＬ１（ｍｍ）、前記複数の誘電体層の各々の層厚をｔ１（μｍ）、前記複数の誘電体層の積層数をＮとしたとき、ｔ１２×Ｌ１／Ｎは１０以上であり、
    前記複数の内部電極と複数の誘電体層の面方向において前記第１方向に交差する第２方向において、前記積層体の同じ端面に対して、前記複数の内部電極の端のうち最も外側に位置する第１端と、前記複数の内部電極の端のうち最も内側に位置する第２端と、の距離をＷ１（ｍｍ）としたとき、ｔ１２×Ｗ１／Ｎは１０以上であり、
    前記複数の内部電極における前記外部電極と接続していない端の角部の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、Ｒ＞Ｗ１かつＲ＞Ｌ１であり、
    前記複数の内部電極の前記第１方向における端の位置は、前記積層体の積層方向において周期的に配置され、
    前記複数の内部電極の前記第２方向における端の位置は、前記積層体の積層方向において周期的に配置されていることを特徴とする積層セラミックコンデンサ。
  2. 前記積層体において、積層方向のいずれかの箇所に、前記誘電体層の３倍以上の厚みを有する厚膜誘電体層を備えることを特徴とする請求項１に記載の積層セラミックコンデンサ。
  3. 前記誘電体層はチタン酸バリウムを主成分とすることを特徴とする請求項１または２に記載の積層セラミックコンデンサ。
  4. 前記１対の外部電極の一方が接続された内部電極のうち前記端の位置が同じである隣接する一定数の内部電極と、前記１対の外部電極の他方が接続された内部電極のうち前記端の位置が同じである隣接する一定数の内部電極と、を１グループとして、グループごとに前記端の位置が異なる請求項１～３のいずれか一項に記載の積層セラミックコンデンサ。
  5. 前記端の位置が同じ隣接する複数の一定数の内部電極を１グループとして、グループごとに前記端の位置が異なる請求項４に記載の積層セラミックコンデンサ。
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