JPH08273977A - 積層コンデンサ - Google Patents

積層コンデンサ

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JPH08273977A
JPH08273977A JP7103150A JP10315095A JPH08273977A JP H08273977 A JPH08273977 A JP H08273977A JP 7103150 A JP7103150 A JP 7103150A JP 10315095 A JP10315095 A JP 10315095A JP H08273977 A JPH08273977 A JP H08273977A
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JP
Japan
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internal electrode
electrodes
dielectric
internal
layer structure
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JP7103150A
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Yutaka Shimabara
豊 島原
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 小型大容量で耐電圧性能に優れ、等価直列抵
抗成分及びコイル成分が少なく、損失及び発熱の少ない
中高圧用の積層コンデンサを提供する。 【構成】 同一平面に、一方の外部端子4aと接続する
2層構造の第1の接続内部電極2a、他方の外部端子4
bと接続する2層構造の第2の接続内部電極2b、及び
第1及び第2の接続内部電極2a,2bの間に位置する
2層構造の少なくとも一つの浮遊内部電極2cを配設し
てなる第1の内部電極群2と、誘電体1を介して第1の
内部電極群2と対向する、同一平面に配設された、外部
端子4a,4bに接続される内部電極を含まない、2層
構造の複数の浮遊内部電極12aからなる第2の内部電
極群12とを交互に配設するとともに、第1及び第2の
内部電極群2,12中の浮遊内部電極2c,12aを、
異なる外部端子(4a,または4b)に接続される第1
及び第2の接続内部電極2a,2bの間に、直列接続の
コンデンサ部5が4つ以上形成されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、積層コンデンサに関
し、詳しくは、高耐圧、大容量の積層コンデンサに関す
る。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】積層コ
ンデンサとしては、例えば、図4に示すように、誘電体
(層)51と内部電極52a,52bが交互に積層され
た素子53の両端側に、一層おきに逆側の端面に引き出
された内部電極52a,52bと導通する外部端子54
a,54bが配設された構造を有する積層コンデンサが
広く知られている。このような積層コンデンサは、小型
で大容量を得ることが可能であり、かつ、基板への実装
が容易であるという特徴を有していることから、種々の
用途に広く用いられ、電子機器の小型化に寄与してい
る。
【0003】また、近年においては、電源の小型化など
の用途に対応できるように、中圧あるいは高圧領域での
小型大容量化が進められている。
【0004】しかし、従来の中高圧向け積層コンデンサ
においては、耐電圧を維持しようとすると内部電極によ
りはさまれた誘電体の厚みを大きくすることが必要にな
り、配設可能な内部電極の層数(枚数)が減少するた
め、大きな容量を得ようとすると、素子が大型化すると
いう問題点がある。
【0005】また、内部電極の層数が減少すると、積層
コンデンサの損失成分である等価直列抵抗成分が増大し
て発熱の原因となるため、電源用回路に使用した場合に
は大きな問題となる。さらに、積層コンデンサの損失成
分としては、上記の等価直列抵抗成分以外にもコイル成
分があり、一般に細長い内部電極構造を有するものほど
このコイル成分が大きくなる傾向がある。そして、この
ような細長い内部電極構造を有する積層コンデンサを高
周波回路に使用した場合には、コイル成分による損失の
ため、コンデンサ機能を十分に発揮できなくなることが
ある。
【0006】本願発明は、上記問題点を解決するもので
あり、小型大容量で、耐電圧性能に優れ、等価直列抵抗
成分及びコイル成分が少なく、しかも高い電圧を印加す
ることが可能で、高周波領域まで損失及び発熱の少ない
中高圧用の積層コンデンサを提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】一般に、耐電圧Vと、内
部電極によりはさまれた誘電体の厚みtとの関係は正比
例の関係ではなく、次式で近似されるような曲線とな
る。 耐電圧V=A・tn (但し、A,nは、材料によって定まる定数で、nは概
ね0.5±0.2である。)
【0008】このため、耐電圧は、誘電体の厚みには正
比例せず、およそ誘電体の厚みの平方根に比例し、誘電
体の厚みが小さいほど単位厚みあたりの耐電圧が高くな
る。したがって、誘電体の厚みの大きいコンデンサ素子
を形成するより、誘電体の厚みの小さいコンデンサ素子
を多数直列に並べる方が高耐圧を得るのに有利である。
【0009】また、等価直列抵抗成分は、内部電極を構
成する電極材料の比抵抗と内部電極構造の要因が大き
く、内部電極の面積を増加させるほど等価直列抵抗成分
が小さくなる。さらに、同じ電極面積でも、内部電極の
長手方向(端子間方向)の寸法を小さくし、幅方向(端
子間方向に直交する方向)の寸法を大きくする(すなわ
ち、幅方向の比率を大きくする)ほど等価直列抵抗成分
が小さくなる傾向がある。
【0010】また、コイル成分は、内部電極の長手方向
と幅方向の比率の影響を受けやすく、長手方向の比率が
大きくなるほど(端子間方向に細長い形状になるほど)
コイル成分が増加し、損失の増大を招く傾向があること
から、長手方向の比率を小さくする(幅広の形状にす
る)ことが望ましい。
【0011】さらに、各内部電極が単層の電極から形成
されている場合(すなわち1層構造である場合)には、
内部電極の先端部に電界が集中し、破壊点となりやすい
傾向がある。
【0012】発明者は、かかる知見に基づいて、さらに
実験、検討を行い、本発明を完成するに至った。
【0013】すなわち、本発明の積層コンデンサは、誘
電体中に、外部端子に接続される内部電極と接続されな
い内部電極が配設され、誘電体と内部電極が多層構造を
形成している積層コンデンサであって、同一平面に、一
方の外部端子と導通する、誘電体層を挟んで対向する2
つの電極からなる2層構造の第1の接続内部電極、他方
の外部端子と導通する、誘電体層を挟んで対向する2つ
の電極からなる2層構造の第2の接続内部電極、及び前
記第1及び第2の接続内部電極の間に位置する、誘電体
層を挟んで対向する2つの電極からなる2層構造の浮遊
内部電極を配設してなる第1の内部電極群と、誘電体を
介して前記第1の内部電極群と対向する同一平面に配設
された、外部端子に接続される内部電極を含まない、同
じく2層構造の複数の浮遊内部電極からなる少なくとも
1つの第2の内部電極群とを交互に配設するとともに、
前記第1及び第2の内部電極群中の浮遊内部電極を、異
なる外部端子に接続される第1及び第2の接続内部電極
の間に直列接続のコンデンサ部が4つ以上形成されるよ
うに構成したことを特徴としている。
【0014】前記2層構造を有する内部電極を構成する
2つの電極間に介在する誘電体の厚みを20μm以下と
したことを特徴としている。
【0015】
【作用】本発明の積層コンデンサにおいては、上述のよ
うに、コンデンサ部が4連以上の多連構造を有している
とともに、それらが直列接続を形成している(すなわ
ち、多連シリーズ構造を有している)ことから、誘電体
の単位厚みあたりの耐電圧を大きくでき、所定の耐電圧
を得ようとした場合に、誘電体の厚みを小さくすること
ができるようになる。そして、誘電体の厚みを小さくで
きることにより、内部電極の積層枚数を増やして素子数
(コンデンサ素子数)を増加させることが可能になり、
直列接続でありながらも大きな容量を得ることが可能に
なる。
【0016】また、内部電極が2層構造を有しており、
電界が集中して破壊点となりやすい内部電極の先端部が
2つになっているため、先端部の電界強度が従来の積層
コンデンサ(各内部電極が単層構造である)の場合より
も緩和され、耐電圧性能が向上する。
【0017】さらに、コンデンサ部を上述のような多連
シリーズ構造とし、かつ、各内部電極を2層構造として
いるため、従来の積層コンデンサに比べて内部電極面
積が大幅に増加するとともに、内部電極の長手方向
(端子間方向)の寸法に対する幅方向(長手方向に直交
する方向)の寸法の比率が大きくなり、等価直列抵抗成
分及びコイル成分の大幅な減少を図ることが可能にな
る。
【0018】したがって、本発明の構成によれば、小型
大容量で、耐電圧性能に優れ、等価直列抵抗成分及びコ
イル成分が少なく、しかも高い電圧を印加することが可
能で、高周波領域まで損失及び発熱の少ない中高圧用の
積層コンデンサを得ることが可能になる。
【0019】また、前記2層構造を有する各内部電極を
構成する2つの電極間に介在する誘電体の厚みは、内部
電極を2層構造として電界の集中を緩和する見地から
は、前記2層構造が確実に形成される限りにおいて任意
の厚みとすることが可能であるが、電極間に介在する誘
電体の厚みが大きくなると素子サイズが大型化して、小
型化への対応性を損うため、電極間に介在する誘電体の
厚みは、20μm以下とすることが望ましい。
【0020】また、本発明の構成によれば、耐電圧性能
を損うことなく、前記第1の内部電極群と前記第2の内
部電極群の間に介在する誘電体の厚みを100μm以下
とすることが可能になり、信頼性が高く、しかも小型大
容量の積層コンデンサを得ることが可能になる。すなわ
ち、積層コンデンサにおいては、内部電極間に介在する
誘電体の厚みが小さくなると、大容量を得ることが可能
になる半面、耐電圧性能に問題が生じることが多いが、
本発明によれば、そのような場合(例えば、誘電体の厚
みが10〜100μmの範囲にあるような場合)にも、
十分な耐電圧性能を得ることが可能になるため特に有意
義である。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を示して、その特徴と
するところを詳しく説明する。
【0022】図1は本発明の一実施例にかかる積層コン
デンサを示す斜視図、図2は断面図である。
【0023】この実施例の積層コンデンサは、4連シリ
ーズ構造の積層コンデンサであり、素子3を構成する誘
電体1中の同一平面に、一方の外部端子4aと導通す
る、誘電体1を挟んで互に対向する2つの電極A1,A2
からなる2層構造(以下、単に「2層構造」ともいう)
を有する第1の接続内部電極2a、他方の外部端子4b
と導通する同じく2層構造の第2の接続内部電極2b、
及び第1及び第2の接続内部電極2a,2bの間に位置
する同じく2層構造の少なくとも1つの浮遊内部電極2
cを配設してなる第1の内部電極群2と、誘電体(層)
1を介して第1の内部電極群2と対向する面に配設され
た、外部端子4a,4bに接続される内部電極を含まな
い複数(この実施例では2つ)の、同じく2層構造を有
する浮遊内部電極12aからなる第2の内部電極群12
とを交互に配設することにより形成されている。
【0024】また、第1の内部電極群2と第2の内部電
極群12は、図1,図2に示すように、それぞれを構成
する各浮遊内部電極(2c及び12a)が、誘電体1を
介して対向する2つの電極の一部ずつに対向するように
構成されており、例えば、図1,図2における最上層の
第1の内部電極群2及び第2の内部電極群12について
みると、異なる外部端子4a,4bに接続される第1及
び第2の接続内部電極2a,2bの間に直列接続のコン
デンサ部5が4つ(4連)形成されている。
【0025】このように構成された積層コンデンサにお
いては、コンデンサ部が多連構造を有し、かつ、それら
が直列接続を形成しているため、誘電体の単位厚みあた
りの耐電圧が向上し、誘電体の厚みを小さくして内部電
極の積層枚数を増やすことが可能になる。したがって、
素子サイズを大きくすることなくコンデンサ素子数を増
加させることが可能になり、直列接続でありながらも大
容量を得ることができる。
【0026】また、内部電極が2層構造を有しているた
め、電界が集中して破壊点となりやすい内部電極の先端
部を2つにして電界の集中を緩和し、耐電圧性能を向上
させることが可能になる。
【0027】さらに、コンデンサ部を多連シリーズ構造
とし、かつ、各内部電極を2層構造としているため、内
部電極面積を大幅に増加させることが可能になるととも
に、内部電極の長手方向(端子間方向)の寸法に対する
幅方向(長手方向に直交する方向)の寸法の比率を大き
くすることが可能になり、等価直列抵抗成分及びコイル
成分を大幅に減少させることができる。
【0028】[具体例]以下、具体例を示して本発明の
特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【0029】BaTiO3,PbTiO3,SrTi
3,Bi23を主体とする誘電率1200の誘電体材
料(セラミック原料)を用いて、表1に示すような素子
サイズ、(長さ、幅、厚み)、内部電極構造(誘電体の
厚み、素子数、2層構造を構成する2つの電極間に介在
する誘電体層の厚み)を有する実施例の積層コンデンサ
(図3)と、従来の内部電極構造を有する比較例の積層
コンデンサ(図4)を作成し、それぞれについて、形成
される容量の大きさ、誘電正接(tanδ)、絶縁抵抗対
数値、直流耐電圧、等価直列抵抗、発熱特性などの諸特
性を測定した。その結果を表1に示す。なお、図3にお
いて符号を付した部分は、図2において同一符号を付し
た部分と同一又は相当する部分を示している。
【0030】
【表1】
【0031】なお、表1に示されている発熱特性は、通
常環境(25℃室温、大気圧下)で素子に交流300k
Hz、100Vを印加したときの素子表面温度をサーモ
グラフィーで測定した値である。
【0032】表1に示すように、実施例の積層コンデン
サにおいては、容量、直流耐電圧、等価直列抵抗、及び
発熱特性の各特性が、同じ素子サイズを有する従来の積
層コンデンサに比べて大幅に向上しており、誘電正接
(tanδ)及び絶縁抵抗対数値は同等となっている。
【0033】これより、本発明によれば、小型大容量
で、耐電圧性能に優れ、しかも、高い電圧を印加するこ
とが可能で、高周波領域まで損失及び発熱の少ない中高
圧用の積層コンデンサが得られることがわかる。
【0034】なお、上記実施例では、コンデンサ部が4
連構造を有する積層コンデンサを例にとって説明した
が、4連以上の多連構造とすることも可能であることは
いうまでもない。但し、極端な多連構造にすると電極コ
ストの増加につながるため、実用上は4〜10連程度ま
でとすることが好ましい。
【0035】なお、本発明の積層コンデンサにおいて
は、最上層及び最下層の内部電極はコンデンサとして機
能しないことから、必ずしも2層構造としなくてもよ
い。
【0036】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、内部電極の具体的なパターンや連数、誘
電体を構成する材料の種類、内部電極の積層数、内部電
極を構成する2つの電極間に介在する誘電体の厚み、第
1の内部電極群と第2の内部電極群の間に介在する誘電
体の厚みなどに関し、発明の要旨の範囲内において、種
々の応用、変形を加えることが可能である。
【0037】
【発明の効果】上述のように、本発明の積層コンデンサ
は、コンデンサ部が多連構造を有しているとともに、そ
れらが直列接続を形成しているため、誘電体の単位厚み
あたりの耐電圧を向上させて誘電体の厚みを小さくし、
内部電極の積層枚数を増やしてコンデンサ素子数を増加
させることが可能になり、直列接続でありながらも大容
量を得ることができる。
【0038】また、各内部電極が2層構造を有している
ため、電界が集中して破壊点となりやすい内部電極の先
端部を2つにして電界の集中を緩和し、耐電圧性能を向
上させることができる。
【0039】さらに、コンデンサ部を多連シリーズ構造
とし、かつ、各内部電極を2層構造としているため、内
部電極面積を大幅に増加させることが可能になるととも
に、内部電極の長手方向(端子間方向)の寸法に対する
幅方向(長手方向に直交する方向)の寸法の比率を大き
くすることが可能になり、等価直列抵抗成分及びコイル
成分を大幅に減少させて発熱を抑制することが可能にな
る。
【0040】したがって、本発明の構成によれば、小型
大容量で、耐電圧性能に優れ、等価直列抵抗成分及びコ
イル成分が少なく、しかも高い電圧を印加することが可
能で、高周波領域まで損失及び発熱の少ない中高圧用の
積層コンデンサを得ることが可能になる。
【0041】また、前記2層構造を有する内部電極を構
成する2つの電極間に介在する誘電体の厚みを20μm
以下とすることにより、素子が大型化することを防止し
て本発明をより実効あらしめることができる。
【0042】また、本発明の構成によれば、誘電体の厚
みが100μm以下の積層コンデンサを構成するような
場合にも、十分な耐電圧性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる積層コンデンサの構
造を示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施例にかかる積層コンデンサの構
造を示す断面図である。
【図3】諸特性を測定するために作成した本発明の一実
施例にかかる積層コンデンサを示す断面図である。
【図4】従来の積層コンデンサの構造を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 誘電体(層) 2 第1の内部電極群 2a 第1の接続内部電極 2b 第2の接続内部電極 2c 浮遊内部電極 4a,4b 外部端子 5 コンデンサ部 12 第2の内部電極群 12a 浮遊内部電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体中に、外部端子に接続される内部
    電極と接続されない内部電極が配設され、誘電体と内部
    電極が多層構造を形成している積層コンデンサであっ
    て、 同一平面に、一方の外部端子と導通する、誘電体層を挟
    んで対向する2つの電極からなる2層構造の第1の接続
    内部電極、他方の外部端子と導通する、誘電体層を挟ん
    で対向する2つの電極からなる2層構造の第2の接続内
    部電極、及び前記第1及び第2の接続内部電極の間に位
    置する、誘電体層を挟んで対向する2つの電極からなる
    2層構造の少なくとも1つの浮遊内部電極を配設してな
    る第1の内部電極群と、 誘電体を介して前記第1の内部電極群と対向する同一平
    面に配設された、外部端子に接続される内部電極を含ま
    ない、同じく2層構造の複数の浮遊内部電極からなる第
    2の内部電極群とを交互に配設するとともに、 前記第1及び第2の内部電極群中の浮遊内部電極を、異
    なる外部端子に接続される第1及び第2の接続内部電極
    の間に直列接続のコンデンサ部が4つ以上形成されるよ
    うに構成したことを特徴とする積層コンデンサ。
  2. 【請求項2】 前記2層構造を有する内部電極を構成す
    る2つの電極間に介在する誘電体の厚みを20μm以下
    としたことを特徴とする請求項1記載の積層コンデン
    サ。
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