JPH042106A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、積層セラミックコンデンサに関Ｌ、特に、そ
の構造に関する。

〔従来の技術〕

現在、コンピュータを始めとする各種電子装置の小形高
性能化が急速に進んでおり、それに伴って、これに使用
される電子部品の小形化が強く要請されている。

この様な動向の中で、上記の電子装置の電源としてよく
用いられるスイッチング電源（以下電源と記す）も例外
でなく、スイッチング周波数の高周波化によって小形化
が図られている。

このため、この電源に使用される出力平滑用の大容量コ
ンデンサに対しても小形化が求められている。

この出力平滑用のコンデンサとしては、４．７〜１０μ
Ｆ程度の大きな静電容量が必要とされる。

上記の様な出力平滑用のコンデンサとしては、通常、積
層セラミックコンデンサが使われるが、従来、この種の
積層セラミックコンデンサにおいては、第２図に示す様
に、端子電極１間の寸法をＬ、コンデンサ素子２の幅方
向の寸法をＷ、厚さをＴとした時に、１０μＦという大
きな静電容ｌを得るためにＬ＝１０ｍｍ、Ｗ＝６ｍｍ、
Ｔ＝２ｍｍ程度の形状が用いられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

現在、電源のスイッチング周波数は、電源を小形化する
ため、従来の１００〜２００ｋＨｚから５００　ｋ　ｌ
−（ｚに移行しつつある。

この高周波化された電源に対して、出力平滑用のコンデ
ンサとして、上述した従来の形状の積層セラミックコン
デンサを使用した場合、後述するような理由により、ス
イッチング周波数である５００ｋＨｚ付近で等価直列抵
抗が著しく高くなるという現象が生じる。

このような、スイッチング周波数近傍での出力平滑用コ
ンデンサの等価直列抵抗の上昇があると、電源としては
リップル電流の増大及び発熱などの弊害が生じるため、
このコンデンサは出力平滑用としては実用上使用できな
い。

前述の現象は、積層セラミックコンデンサのように、誘
電体材料に強誘電体を用いた時に特有の現象である。

一般に、コンデンサ用強誘電体材料のキュリー点は、室
温での誘電率を高くとるために、通常、室温付近にくる
ように設計される。このため、室温付近では、誘電体に
、電界の二乗に比例した歪が発生するいわゆる電歪効果
が現れる。

ここで、電界として、このコンデンサ素子に交流電圧が
印加される場合を考える。

この時、直流バイアスをかけなければ、１ｖ以下の微少
な交流電圧を印加しても、実質上振動は起らない。

しかＬ、直流バイアスを印加すると、コンデンサ素子に
は直流と交流の電界が重畳して印加され、この電界の二
乗に比例した歪が発生するため、強い振動が現れる。

この時、コンデンサ素子の機械的な固有振動数と、印加
する交流電圧の周波数が一致する場合に共振が起り、等
価直列抵抗が急激に増加する。

上記の共振が起る周波数は、−Ｒに知られている圧電縦
効果及び横効果の共振周波数の関係式で表され、それぞ
れ下記の（１）及び（２１の式で求められる。

ただＬ、ｆ；共振周波数 ρ；密度 ｊ；長さ Ｓ目７Ｓ３３＋コンプライアンス である。

ここで、従来用いられている成分・組成の鉛系複合ペロ
ブスカイト化合物の誘電体では、Ｅ　。

５ｘ１ｔ１．２Ｘ１０−　”ｍ２７Ｎ ρ＝８．２ｇ／ｃｍ’ 程度である。

上記の数値を用いて、例えば、ＬＸＷＸＴ＝１０ｍｍＸ
６ｍｍＸ２ｍｍの形状の積層セラミックコンデンサにつ
いて、その共振周波数を求めてみると、圧電横効果のし
成分の共振周波数がおよそ１６０ｋＨｚに、又、Ｗ成分
の共振周波数がおよそ２６０ｋＨｚになる。

このため、上記のし成分の３倍振動、Ｗ成分の２倍振動
が５００ｋＨｚ付近に現れることになり、実用上問題と
なる。

又、現在、基板への自動実装が可能な積層セラミックコ
ンデンサの中で最も大きく、且つ広く用いられている形
状（ＬｘＷｘＴ＝４．５ｍｍｘ３．２ｍｍＸ２．０ｍｍ
）のものについて、上と同様に共振周波数を求めると、
Ｌ成分の共振周波数が３５０ｋＨｚに、Ｗ成分の共振周
波数が４９０ｋＨｚになる。この場合はＷ成分の共振周
波数が５００ｋＨｚ付近にくるので、やはり実用上大き
な問題となる。

本発明の目的は、できるかぎり小形で、且つ、電源のス
イッチング周波数である５００ｋＨｚ付近に共振の現れ
ない形状の積層セラミックコンデンサを提供することに
ある。

なお、上述の説明では、簡単のため、圧電横効果につい
て述べた。

厳密には、圧電縦効果におけるコンプライアンスと、横
効果におけるコンプライアンスとは全く同じではないが
、その違いは小さく、且つ、共振周波数に対しては、１
／２乗で効いてくるので、各々の共振周波数は同じと見
なしてよい。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による積層セラミックコンデンサは、鉛系複合ペ
ロブスカイト化合物の薄層と内部電極とが交互に積層し
てなるコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の外面上
に相対して設けられた一対の端子電極とからなる積層セ
ラミックコンデンサにおいて、 前記積層セラミックコンデンサの端子電極間の寸法をＬ
、前記コンデンサ素子の幅方向の寸法及び厚さをそれぞ
れＷ及びＴとした時、 ４．７μＦ以上の静電容量を有Ｌ、且つ、Ｌ＝５．４±
１０％ Ｗ＝２．７±１０％ Ｔ≦２．５ｍｍ の形状を満足することを特徴とする。

〔実施例〕

次に、本発明について、図面を参照して説明する。

先ず、誘電体材料にマグネシウム・ニオブ酸鉛Ｐｂ　（
Ｍｇ１７３Ｎｂ２／３　）０３、ニッケル・ニオブ酸鉛
Ｐ　ｂ　（Ｎ　ｉ　１／３　Ｎ　ｂｚ／３）０３及びチ
タン酸鉛ＰｂＴｉＯ３がモル比で、０．２．０．６．０
．２になるような３成分系複合へロブスカイト化合物を
選んだ。

上記の組成になるように出発材料を秤量、混合Ｌ、一定
の温度で予焼Ｌ、ボールミルで粉砕して誘電体粉末を得
た。

次に、この誘電体粉末に有機バインダ、有機溶剤を加え
て混合Ｌ、泥漿を作成Ｌ、通常のドクターブレードを用
いて２０μｍの厚さに成膜Ｌ、切断してグリーンシート
を作成した。

更に、上記のグリーンシート上に内部電極ペーストをス
クリーン印刷法によって形成Ｌ、第３図に示すように、
複数のグリーンシートを、その各々のグリーンシート上
の内部電極３が互いに誘電体層４の対向電極となるよう
に交互に積層したのち、所定の寸法に切断してチップ得
た。この状態のチップを生チップと呼ぶ。（なお、第３
図は、第２図に示す積層セラミックコンデンサの断面を
示す図であって、生チップの段階ではまだ端子電極１は
形成されていない。） 次いで、この生チップを一定の温度で処理して有機バイ
ンダを分解・飛散させた後に所定の温度で焼成を行って
コンデンサ素子２を得た、このコンデンサ素子２に端子
電極１を被着形成して第２図及び第３図に示す積層セラ
ミックコンデンサを作成した。

このようにして得た積層セラミックコンデンサの実際の
寸法は、Ｌ＝５．６５ｍｍ、Ｗ＝２．７ｍｍ、Ｔ＝２．
０５ｍｍであった。

作成した積層セラミックコンデンサの等価直列抵抗の周
波数依存性を測定するために、この積層セラミックコン
デンサをアルミナ基板にはんだで固定Ｌ、横用ヒューレ
ットパッカード社製４１９４Ａインピーダンスアナライ
ザを用いて２５ＶＤＣを印加した状態で１００ｋＨｚか
らＩＯＭＨｚの範囲で等価直列抵抗を測定した。

この測定結果を第４図に示す。第４図によれば、この積
層セラミックコンデンサのし成分の固有振動による共振
が３００ｋＨｚ付近に、更にこの２倍振動による共振が
６００ｋＨｚ付近に現れている。

又、Ｗ成分の固有振動による共振が７００〜７５０ｋＨ
ｚ付近に現れている。

しかＬ、問題としている５００ｋＨｚ付近には共振が現
れず、電源のスイッチング周波数が５００ｋＨｚでも問
題がないことが分かる。

次に、比較のために、上記実施例で用いたと同一の成分
・組成の誘電体粉末を用いて、実施例と全く同じ製鑵条
件で、実施例とは異なる形状の積層セラミックコンデン
サを作成した。

作成した積層セラミックコンデンサの寸法は、Ｌ＝４．
２０ｍｍ、Ｗ＝３．ＢＯｍｍ及びＴ＝２．０５ｍｍであ
った。

前述の実施例の場合と同様にこの積層セラミックコンデ
ンサの等価直列抵抗の周波数依存性を測定した結果を第
３図に示す。

Ｌ性分の固有振動による共振が４００ｋＨｚ付近に、２
倍振動による共振が８００ｋＨｚ付近に現れている。

又、Ｗ成分の固有振動による共振が５１０ｋＨｚ付近に
現れている。

この形状では５００ｋＨｚ付近に共振が起り、スイッチ
ング周波数が５００ｋＨｚの電源には用いることができ
ない。

ここで、積層セラミックコンデンサについて、スイッチ
ング周波数が５００ｋＨｚの時に共振が起らない形状を
求める。

但Ｌ、前述のように、圧電縦効果による共振周波数と、
横効果による共振周波数とが等しいものとＬ、又、誘電
体の密度及びコンプライアンスの値はそれぞれ、 ８．２ｇ／ｃｍ３及び １．２Ｘ１０−１１ｍ２／Ｎとする。

前出の（１）又は（２）式において、ｆ＝５００ｋＨｚ
として（を求めると、１＝３．２ｍｍである。

従って、ｊ；ｌ＝３．２ｍｍでは基本振動による共振が
５００ｋＨｚに現れる。

更に、ρ＝６．４ｍｍでは２倍振動による共振が、１＝
９．６ｍｍでは３倍振動による共振が５００ｋＨｚに現
れる。

このことから、積層セラミックコンデンサの端子電極間
寸法Ｌ、コンデンサ素子の幅方向寸法Ｗ及び厚さのいず
れもが上記のｉの値に一致しなければ５００ｋＨｚ付近
での共振は起らない。

今、積層セラミックコンデンサの形状として、Ｌ＝５．
４ｍｍ±１０％ Ｗ＝２．７ｍｍ±１０％ Ｔ≦２．５ｍｍ を考えると、コンデンサ素子の幅方向寸法Ｗ及び厚さＴ
については、いずれも３．２ｍｍより小さいので、それ
ぞれの共振周波数は５００ｋＨｚ以上となる。

又、端子電極間寸法りについては、 Ｌ＝４．８６〜５．９４ｍｍ となり、前出の孟の値とは一致しないので、基本振動、
２倍振動及び３倍振動のいずれによっても５００ｋＨｚ
付近での共振は起らない。

従って、上記のような形状を有する積層セラミックコン
デンサを、スイッチング周波数が５００ｋＨｚの電源に
用いても、スイッチング周波数付近での等価直列抵抗の
急激な上昇は起らない。

なお、上記のような寸法の精度は、従来の技術で充分実
現できるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の積層セラミックコンデン
サをスイッチング周波数が５００ｋＨｚの電源の出力平
滑用に用いた場合、スイッチング周波数付近での等価直
列抵抗の急激な上昇が起らない。

従って、電源としてはリップル電流の増大や発熱など実
用上の問題は全く起らない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例による積層セラミックコンデ
ンサの等価直列抵抗の周波数依存性を表す図、第２図は
、積層セラミックコンデンサの外観を示す斜視図、第３
図は、積層セラミックコンデンサの断面を表す断面図、
第４図は、比較例として作成した積層セラミックコンデ
ンサの等価直列抵抗の周波数依存性を表す図である。 １・・・端子電極、２・・・コンデンサ素子、３・・・
内部電極、４・・・誘電体層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　鉛系複合ペロブスカイト化合物の薄層と内部電極とが
   交互に積層してなるコンデンサ素子と、このコンデンサ
   素子の外面上に相対して設けられた一対の端子電極とか
   らなる積層セラミックコンデンサにおいて、 前記積層セラミックコンデンサの端子電極間の寸法をＬ
   、前記コンデンサ素子の幅方向の寸法及び厚さをそれぞ
   れＷ及びＴとした時、 ４．７μＦ以上の静電容量を有し、且つ、 Ｌ＝５．４±１０％ Ｗ＝２．７±１０％ Ｔ≦２．５ｍｍ の形状を満足することを特徴とする積層セラミックコン
   デンサ。