JPH063783B2 - フェールセーフ・モノリシック・セラミックコンデンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はコンデンサ、特にモノリシック多層セラミック
コンデンサ（ＭＬＣ）に関する。

コンピュータ、テレビ装置、無線送受信装置、マイクロ
チップ制御回路のような電子装置は多数のＭＬＣを用い
ている。ＭＬＣはこのような電子装置の動作に関係する
パルスの減衰の手段として集積回路素子に付随する電源
回路にしばしば用いられる。ＭＬＣは標準的には電極材
の導電層を挿入した多数の誘電体セラミック材の積重ね
層を含む。

ＭＬＣの相隣接する電極材の導電層間の短絡の可能性を
最小にする大量生産技術や製造したＭＬＣの検査技術は
工夫されてきているが、使用中での誤操作や、電子装置
の長期間の使用後の短絡を起すセラミック層の初期弱点
により短絡したＭＬＣを見出すことはまれなことではな
い。コンデンサが短絡すると、その結果の非制御電流が
電子装置中の関連部品に対して損傷を与え、比較的安価
なコンデンサの故障が関連する部品へ重大かつ高価な損
傷を与えることになる。

（従来の技術） セラミックコンデンサの故障から生じる損害を除き又は
最小とするため、各種の装置が提案されている。一例と
して、モノリシック・セラミックコンデンサと組合せた
ヒューズを提供することが提案されている（米国特許第
４１０７７５９号及び第４１９３１９６号）。各種のコ
ンデンサに実施した又は組合せたヒューズの他の例は以
下の米国特許に見出される。

２２１６５５８号 ３５７９０６２号 ２２１６５５９号 ３６３８０８３号 ２７０４３４１号 ４１０７７６２号 ３２３６９７６号 ４１５０４１９号 ３５７９０６１号 ４４４２４７３号 ヒューズ付コンデンサ設計に代る別の方法はコンデンサ
を取付けるプリント回路素子にヒューズ機能を設けるこ
とである。このような方法を採用した従来技術特許の代
表例は、以下の通りである。

３５００２７６号 ４１７２９７６号 ３６９９３９５号 ４３４２９７７号 ４０４２９５０号 ４３９４６３９号 以上引用した従来技術特許により表わされるようなヒュ
ーズ機能の設置は故障したコンデンサに関連する機器の
保護には比較的有効であるが、このような故障の診断と
故障したコンデンサとヒューズの交換は電子装置の重大
な使用不能時間を生じ、また修理を行うため技術者には
多くの時間の浪費となる。

（発明が解決すべき課題） 従って本発明の目的はフェールセーフのコンデンサ、即
ち一対の電極材の導電層間の短絡により回路からの層対
の除去を必要とするが、その結果として容量値の部分的
損失を生じるが、コンデンサ自体は受容可能な形態で依
然として機能していることを特徴とするフェールセーフ
・コンデンサを提供することである。本発明のさらに別
な目的は、コンデンサの故障時に全コンデンサの短絡を
生じない内部装置を有するＭＬＣの提供である。

（課題を解決するための手段） 本発明のフェールセーフ・モノリシック・セラミックコ
ンデンサは、誘電体セラミック材の複数の積重ね誘電体
層と、前記複数の誘電体層のそれぞれの間に挿入された
電極材の複数の導電層であって、前記複数の導電層は交
互に前記コンデンサの第１の側面に延びる複数の交互導
電層を含み、前記コンデンサの前記第１の側面上に形成
され前記交互導電層を電気的に接続する第１の端子装置
と、前記複数の導電層は、前記複数の交互導電層のそれ
ぞれの中間にある複数の中間導電層を含み、前記中間導
電層の各々は、ヒューズ部を作る縮少断面域をもつと共
に前記第１の側面から離れた前記コンデンサの第３の側
面へ延びる分離した導電性のタブ部とをもち、また、前
記中間導電層の前記タブ部及び前記縮少断面域はそれぞ
れ前記コンデンサの前記第１の側面と第３の側面の両者
に隣接した第２の側面に出る出口部分をもち、これらの
出口部分は接近して離れており、前記中間導電層の前記
タブ部と縮少断面域の各出口部分を電気的に結合する低
融点金属の帯と、前記複数の中間導電層のそれぞれの前
記タブ部を電気的に接続する前記コンデンサの前記第３
の側面上の第２の端子装置と、を含む。

（作用） 本発明のコンデンサでは、相隣接する導電層間の短絡が
単にコンデンサの容量値の微小な変動を生じるが、コン
デンサの取替を必要としないという意味でコンデンサ内
の内部短絡が自己補正的であることを特徴とした新規の
モノリシック・セラミックコンデンサである。さらに、
完全なコンデンサ故障が生じたとしても、コンデンサは
「開放」故障となり、従って過大電流を生じる「短絡」
ではなく関連部品が損傷から保護される点に利点を有す
る。

特に、本発明の１対の隣接する電極材の導電層間の短絡
が全コンデンサを回路から除去することなく回路から１
対の短絡した導電層の除去を生じるＭＬＣの改良に向け
られている。相当な数の導電層の対が故障に関係しない
限り、勿論コンデンサが正確な容量値を保持しなければ
ならない回路の分野でなければ、容量値の損失は装置の
正しい動作には影響しない。

また、間の誘電体の層にピンホールが形成された場合に
生じるような反対極性の一対の電極材の導電層が互いに
短絡した場合、高電流が該当する導電層の縮少断面域、
すなわちヒューズ部を流れ、この電流は縮少断面域の過
熱を生じ、この結果タブ部と縮少断面域の両者の出口部
分を結合する低融点金属の帯の溶融と開放を生じる。こ
のような場合、互いに短絡した導電層の対は回路から除
去され、コンデンサの残りの導電層の対は通常の方法で
機能することが可能となる。前記導電層対の除去の結果
として容量のわずかな減少が生じるが、前記コンデンサ
が通常用いられている回路の許容値は通常回路の連続し
た機能動作を可能とするよう十分大きい。

（実施例） 図面を参照すると、第１の極性の電極材の導電層である
電極１４を担持する誘電体セラミック層１０の第１の多
数の層と反対極性の電極材の導電層である電極１７を担
持する誘電体セラミック層１１の第２の多数の層を含む
モノリシック・セラミックコンデンサが第１図及び第２
図に図式的に図示されている。当業者には理解できるよ
うに、誘電体層１０の多数の層と誘電体層１１の多数の
層は各コンデンサでは交互に配置されている。標準的に
は、誘電体セラミック材の最上及び最下カバー層１２，
１３はそれぞれ電極を担持した誘電体層１０，１１の多
数の層のスタックの最上部及び底部に配置されている。
第３ｂ図から最もよく理解できるように、誘電体層１０
はその表面の大部分を覆う電極１４のパターンがその上
に設けてある。電極１４のパターンは、電極１４の縁１
６′が露出しているコンデンサの第１の側面Ａ上にある
誘電体層１０の縁１６を除いて誘電体層１０の縁から奥
に入りこんでいる。

誘電体層１１は同様にその表面を覆う電極１７のパター
ンを含む。誘電体層１１上に設けられた電極１７は、誘
電体層１１に形成して図示してはあるが必ずしもこの必
要はない溝２２内でコンデンサの第２の側面Ｂの方へ出
口部２１の位置で出るわずかに拡大した部分２０と一体
の縮少断面域１９を含む。誘電体層１１に設けた電極１
７のパターンは、さらにコンデンサの第３の側面Ｃに出
る縁２４を有する接触用タブ部２３を含む。加えて、タ
ブ部２３は溝２２へ出る露出縁である出口部２６を含
む。第３ａ図からわかるように、拡大部分２０の出口部
２１はタブ部２３の出口部２６から離れている。

当業者には認められるように、コンデンサは第１図及び
第２図に図示されているように交互に配置された誘電体
層１０，１１の多数の積重ね層からなる。これらの層に
は上部及び下部セラミック・カバー層１２，１３内に囲
まれる。

コンデンサは積重ね層の各々の層の縁１６の上部へ従来
の任意の方法で第１の側面Ａ上に導電層を端子装置３０
として取付け、これにより端子装置３０は誘電体層１０
の電極１４の各々に対して縁１６の総てを電気的に接続
する。

同様に、コンデンサの第３の側面Ｃ上の誘電体層１１の
出口の縁２４は、タブ２３の縁２４の総てと電気的に接
触している導電層である端子装置３１により終端され
る。以上より明らかなように、誘電体層１１の電極１７
は層１１のタブ部２３から電気的に絶縁されている（後
述の低融点金属の帯４０で接続する迄は）。

この電気的接続は、出口部２１，２６と接触する低融点
金属の帯４０（極薄層又は薄膜）を溝２２に取り付ける
ことにより拡大部分２０とタブ部２３間の溝２２で形成
され、望ましい金属材は亜鉛又はアルミニウムを含む。
任意ではあるが、金属は蒸着処理により印加され約０．
４μｍの厚であることが望ましい。

図面から明らかなように、誘電体層１０は誘電体層１１
の溝２２と整列した溝２２′も有し、層１０上に設けた
電極１４は引込部３２をもちこれにより溝２２′から離
れて後退している。

カバー層１２，１３は又溝２２，２２′と整列した溝２
２″も有する。これらの整列した溝２２，２２′，２
２″の総ては帯４０として薄膜が塗布される。

電極材の望ましい例はパラジウム基材を含むスクリーン
用インクから形成した材料であり、パラジウムは溶媒と
有機充填材と混合される。適当な電極インクは厚膜電極
ペースト４８１０Ｄの商標名とカタログ指定でデュポン
・イー・アイ・ドネマー・アンド・カンパニー社で販売
されている。電極材は塗布後約４μｍの厚さになるよう
に各種層上に設けられる。

電極１７の縮少断面域１９のヒータ及びヒューズとして
機能し、約４ミル幅で２０ミル長であることが望まし
く、このような寸法の部品は約１オームの抵抗が与え
る。

コンデンサの動作は以上の説明から容易に理解できる。
コンデンサは端子装置３０，３１へ接続することにより
電源回路の分流コンデンサとしてしばしば所要回路へ導
入される。端子装置３１は、タブ部２３から出口部２
６、スパッタ被膜の帯４４、そして出口部２１から縮少
断面域１９へ渡る回路により電極１７への電気的接続を
行なう。縮少断面域１９は個々にみると相当なオーム抵
抗を与えるが、それぞれの層の抵抗は並列化され、従っ
てその合成抵抗は大したものでないことが理解できる。

１対の隣接層の電極１４，１７間の短絡時、（このよう
な短絡は多分これら電極を分離する誘電体セラミック材
のピンホールに起因する）には、端子装置３０，３１間
の回路の電流は、コンデンサを用いている回路構成とパ
ラメータに応じた値まで激しく増大する。増大した電流
は関係する縮少断面域１９の迅速な加熱を生じ、この加
熱は溝２２に形成した薄い金属被膜の帯４０の近接した
隣接の結合部に伝えられる。このようにして発生された
熱は、加熱された縮少断面域１９に対応する溝２２にあ
る帯４０の局所的溶融を生じる。溝２２にある帯４０の
溶融により帯４０は出口部２６，２１間の区域から表面
張力の影響で収縮し、その間の電流を遮断する。この帯
４０の溶融と収縮は短絡した電極１４，１７の対を電気
回路から除去することになる。従って、短絡の結果とし
て、回路から除去それた電極数に応じた程度でＭＬＣの
容量が減少する。従って、このコンデンサは電源に対し
てわずかに減少した容量値で容量を提供する。この意味
で、標準のモノリシック・セラミックコンデンサは５０
以上の電極を含み、従っていくつかの電極を除去しても
コンデンサの容量を実質的には減少しないことを認識す
べきである。

当業者には認められるように、コンデンサを形成する誘
電材は重大な問題ではなく、チタン酸バリウム等のよう
な従来のセラミック複合材を使用できる。同様に、従来
と同じく、リード線を端子装置３０，３１にハンダ付
し、コンデンサを各種のポリマの保護絶縁被膜で被覆し
てもよい。

当業者には明らかなように、本発明の範囲から逸脱する
ことなく本コンデンサの構成の細部に多数の変更を加え
てもよい。

（発明の効果） 本発明のコンデンサにおいては、相隣接する反対極性の
一対の電極材の導電層間に短絡が生じても、これらの導
電層の一方の電極に設けられた縮少断面域がそこを流れ
る高電流により加熱され、この縮少断面域に隣接した低
融点金属の帯が溶断され端子装置からその電極に流れる
電流を遮断する。従って、この短絡した一対の導電層は
回路から除去それるがコンデンサの残りの導電層の対は
正常に機能することができるのので、コンデンサは容量
のわずかに減少するだけで動作を継続できる。

また、重要なことは、本発明によるコンデンサは直接の
閉回路、すなわち短絡回路を与えるのではなく、単に容
量が減少するか、又は全体的に故障の場合には、「開」
状態で故障し、従ってこれに接続された部品への損傷の
可能性を最小としたことである。

また、コンデンサでは縮少断面域は多数並列接続される
ので回路には実質的な抵抗を与えない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるコンデンサの斜視図、第２図はコ
ンデンサの展開図式斜視図、第３ａ図及び第３ｂ図は各
々本発明により形成されるコンデンサの別な層の平面図
である。 １０，１１…誘電体層、１４，１７…電極材の導電層、
１９…縮少断面域、２３…タブ部、４０…低融点金属の
帯、３０，３１…端子装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フェールセーフ・モノリシック・セラミッ
   クコンデンサであって、 誘電体セラミック材の複数の積重ね誘電体層と、 前記複数の誘電体層のそれぞれの間に挿入された電極材
   の複数の導電層であって、前記複数の導電層は交互に前
   記コンデンサの第１の側面に延びる複数の交互導電層を
   含み、 前記コンデンサの前記第１の側面上に形成され前記交互
   導電層を電気的に接続する第１の端子装置と、 前記複数の導電層は、前記複数の交互導電層のそれぞれ
   の中間にある複数の中間導電層を含み、前記中間導電層
   の各々は、ヒューズ部を作る縮少断面域をもつと共に前
   記第１の側面から離れた前記コンデンサの第３の側面へ
   延びる分離した導電性のタブ部をもち、また、前記中間
   導電層の前記タブ部及び前記縮少断面域はそれぞれ前記
   コンデンサの前記第１の側面と第３の側面の両者に隣接
   した第２の側面に出る出口部分をもち、これらの出口部
   分は接近して離れており、 前記中間導電層の前記タブ部と縮少断面域の各出口部分
   を電気的に結合する低融点金属の帯と、 前記複数の中間導電層のそれぞれの前記タブ部を電気的
   に接続する前記コンデンサの前記第３の側面上の第２の
   端子装置と、を含むフェールセーフ・モノリシック・セ
   ラミックコンデンサ。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のコンデンサに
   おいて、前記コンデンサの前記第２の側面に形成した溝
   を含み、前記タブ部と前記縮少断面域の出口部分は前記
   溝中で露出しており、前記低融点金属の帯は前記溝内に
   配置され、かつ前記両方の出口部分を電気的に接続して
   いるフェールセーフ・モノリシック・セラミックコンデ
   ンサ。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載のコンデンサに
   おいて、前記低融点金属の帯は約０．１μｍから１．０
   μｍの範囲の厚さの亜鉛、アルミニウム、アンチモン鉛
   又は任意の低融点合金を含むフェールセーフ・モノリシ
   ック・セラミックコンデンサ。