JPH09298127A - 積層コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部電極の端縁での電界強度をより低くし、
表面絶縁破壊を防止し得る、積層コンデンサを得る。 【解決手段】 複数の内部電極１５，１６と複数の誘電
体層１７とが交互に積層されてなる容量形成部１８と、
この容量形成部１８の上下面上にそれぞれ積み重ねられ
る誘電体からなる外層部１９，２０とを含む、コンデン
サ本体１２と、コンデンサ本体１２の外表面上に形成さ
れかつ内部電極１５，１６の特定のものに接続される、
外部電極１３，１４とを備える、積層コンデンサ１１に
おいて、外層部１９，２０に、比誘電率εが誘電体層１
７の比誘電率より低くかつ３００以下であって、厚みｄ
〔μｍ〕がｄ＞０．２×ε＋２０の式を満たしている絶
縁破壊防止層２１，２２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、積層コンデンサ
に関するもので、特に、積層コンデンサの表面絶縁破壊
を防止するための改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、積層セラミックコンデンサのよ
うな積層コンデンサは、小型でありながら、大きな静電
容量を取得できるという利点を有し、耐電圧の比較的低
い定格のコンデンサとしては適しているが、たとえば数
百Ｖ以上の定格電圧を有する、いわゆる中高圧用コンデ
ンサとしては必ずしも適しているとは言えない。中高圧
用コンデンサを設計する場合、内部電極間の誘電体層に
おける破壊値を上げることは、取得静電容量を犠牲にす
れば、当該誘電体層の厚みを増すことで対応できるが、
それでもなお外部電極とこれと逆の電位が与えられる最
外層の内部電極との間に生じ得る気中での表面絶縁破壊
を防止することは難しい。

【０００３】このような気中での表面絶縁破壊を防止し
得る技術が、たとえば特開昭５７−１７６１５号公報に
記載されている。図５を参照して、この従来技術を説明
すると、積層コンデンサ１は、コンデンサ本体２とこの
コンデンサ本体２の外表面上の相対向する位置に形成さ
れる第１および第２の外部電極３および４とを備える。
コンデンサ本体２においては、複数の内部電極５および
６と複数の誘電体層７とが交互に積層されている。これ
ら内部電極５および６は、組をなして互いの間に静電容
量を形成するようにされた第１の内部電極５と第２の内
部電極６とに分類され、第１の内部電極５は第１の外部
電極３に電気的に接続され、第２の内部電極６は第２の
外部電極４に電気的に接続される。ここまで述べた構成
は、一般的な積層コンデンサにおいても採用されてい
る。

【０００４】このような積層コンデンサ１において、気
中での表面絶縁破壊を防止するため、最外層に位置する
内部電極５ａおよび６ａの長手方向寸法が、コンデンサ
本体２の長手方向寸法のほぼ半分となる程度にまで、他
の内部電極５および６の長手方向寸法より短くされてい
る。これによって、一方の外部電極３または４とこれと
は逆の電位が与えられる最外層の内部電極６ａまたは５
ａとの間隔を広げることができ、そのため、これらの間
での電界強度を下げることができる結果、気中での表面
絶縁破壊が防止される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示した積層コンデンサ１には、次のような解決されるべ
き問題がある。

【０００６】すなわち、この積層コンデンサ１にあって
は、最外層の内部電極５ａおよび６ａが他の内部電極５
および６に比べて小さい面積しか有していないので、そ
の取得静電容量が通常の積層コンデンサに比べて小さく
なる。

【０００７】また、積層コンデンサ１の製造におけるセ
ラミックシートの積み重ね工程において、それぞれパタ
ーンの異なる２種類の内部電極５と５ａ、および６と６
ａを取り扱うことになるので、積み重ね工程が煩雑にな
る。

【０００８】また、表面絶縁破壊特性が最外層の内部電
極５ａおよび６ａと外部電極４および３との各間の距離
に左右されるが、これら距離は積み重ね工程等において
ばらつきやすいため、表面絶縁破壊特性のばらつきが生
じやすい。

【０００９】また、最外層の内部電極５ａまたは６ａの
長手方向寸法が短くされ、それによって外部電極４およ
び３に対する距離が長くされても、積層コンデンサ１を
回路基板上に実装したときには、最外層の内部電極５ａ
または６ａが回路基板上の導電ランドに接近する状況に
もたらされることがあるため、この導電ランドの影響に
より表面絶縁破壊レベルが低下することがある。

【００１０】そこで、この発明の目的は、上述のような
問題を解決し得る積層コンデンサを提供しようとするこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の内部
電極と複数の誘電体層とが交互に積層されてなる容量形
成部と、この容量形成部の上下面上にそれぞれ積み重ね
られる誘電体からなる外層部とを含む、コンデンサ本
体、ならびに、このコンデンサ本体の外表面上の相異な
る位置に形成される第１および第２の外部電極を備え、
複数の内部電極は組をなして互いの間に静電容量を形成
するようにされた第１の内部電極と第２の内部電極とに
分類され、第１の内部電極は第１の外部電極に電気的に
接続され、第２の内部電極は第２の外部電極に電気的に
接続されている、積層コンデンサに向けられるものであ
って、上述した技術的課題を解決するため、次のような
構成を備えることを特徴としている。

【００１２】すなわち、この発明は、上述の各外層部に
おいて、その比誘電率εが前記容量形成部の誘電体層の
比誘電率より低くかつ３００以下であるとともに、その
厚みｄ〔μｍ〕がｄ＞０．２×ε＋２０の式を満たす絶
縁破壊防止層がそれぞれ形成されていることを特徴とし
ている。

【００１３】上述の絶縁破壊防止層は、これによって各
外層部全体を構成するようにしても、各外層部の一部を
構成するようにしてもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施形態に
よる積層コンデンサ１１を示す図解的断面図である。

【００１５】この積層コンデンサ１１は、コンデンサ本
体１２と、このコンデンサ本体１２の外表面上の相異な
る位置たとえば相対向する位置に形成される第１および
第２の外部電極１３および１４とを備えている。コンデ
ンサ本体１２は、複数の内部電極１５および１６と複数
の誘電体層１７とが交互に積層されてなる容量形成部１
８と、この容量形成部１８の上下面上にそれぞれ積み重
ねられる誘電体からなる外層部１９および２０とを含ん
でいる。

【００１６】上述の複数の内部電極１５および１６は組
をなして互いの間に静電容量を形成するようにされた第
１の内部電極１５と第２の内部電極１６とに分類され、
第１の内部電極１５は第１の外部電極１３に電気的に接
続され、第２の内部電極１６は第２の外部電極１４に電
気的に接続される。

【００１７】ここまで述べた構成は、従来の一般的な積
層コンデンサにおいても採用されている。以下に、この
実施形態にとって特徴ある構成について説明する。

【００１８】外層部１９および２０の各々において、ハ
ッチングでその領域を示すように、絶縁破壊防止層２１
および２２が形成される。これら絶縁破壊防止層２１お
よび２２は、その比誘電率εが容量形成部１８の誘電体
層１７の比誘電率より低くかつ３００以下に選ばれる。
また、絶縁破壊防止層２１および２２の各厚みｄ〔μ
ｍ〕は、ｄ＞０．２×ε＋２０の式を満たすように選ば
れる。これらの限定理由は、後述する実施例の説明から
明らかとなる。

【００１９】このように、特定的な比誘電率および厚み
を有する絶縁破壊防止層２１および２２を外層部１９お
よび２０に設けることにより、外部電極１３および１４
の端縁部での電界強度が低く抑えられる。そのため、気
中での電圧印加による表面絶縁破壊を防止することがで
きる。

【００２０】この発明は、典型的には、積層セラミック
コンデンサに適用されるが、セラミック以外の誘電体を
用いる積層コンデンサにも適用することができる。

【００２１】図２には、図１に示した積層コンデンサ１
１を回路基板２３上に実装した状態が示されている。

【００２２】積層コンデンサ１１は、外部電極１３およ
び１４が回路基板２３上の導電ランド２４および２５に
対して半田２６および２７を用いてそれぞれ半田付けさ
れることにより実装されている。

【００２３】一般に、積層コンデンサ１は、回路基板２
３上に実装されると、実装前に比べて、表面絶縁破壊の
レベルが低下する。なぜなら、実装状態において、たと
えば、一方の導電ランド２５の先端２８とこれと逆電位
であって最も下の内部電極１５ａの先端２９との距離
が、対応の外部電極１４の端縁３０と当該内部電極１５
ａの先端２９との距離に比べて短くなり、導電ランド２
５の先端２８での電界強度がより高くなるためである。

【００２４】これに対して、図１に示した積層コンデン
サ１１では、コンデンサ本体１２の外層部１９および２
０に絶縁破壊防止層２１および２２をそれぞれ設けてい
る。そのため、図２に示すように実装されたときに回路
基板２３側に位置する絶縁破壊防止層２２が、前述のよ
うに低い比誘電率を有していることから、導電ランド２
５の先端２８と最も下の内部電極１５ａの先端２９との
間の電界強度を低くするように作用し、その結果、表面
絶縁破壊を防止することができる。

【００２５】図３は、この発明の他の実施形態による積
層コンデンサ１１ａを示す図解的断面図である。図３に
おいて、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照
符号を付し、重複する説明は省略する。

【００２６】図３に示す積層コンデンサ１１ａでは、絶
縁破壊防止層２１および２２が、コンデンサ本体１２の
外層部１９および２０の各々のすべてを構成するのでは
なく、各一部を構成していることを特徴としている。よ
り詳細には、外層部１９および２０の各々の外側の半層
部が、絶縁破壊防止層２１および２２によって与えられ
ている。そして、外層部１９および２０の各々の内側の
半層部は、無効層３１および３２とされ、容量形成部１
８における誘電体層１７と同じ誘電体をもって構成され
る。

【００２７】このように、絶縁破壊防止層２１および２
２は、外層部１９および２０の各々の一部のみを構成す
るように設けられても、前述のような特定の厚みさえ確
保されれば、表面絶縁破壊防止効果を同様に発揮するこ
とができる。

【００２８】なお、図３では、容量形成部１８における
内部電極１５および１６と誘電体層１７との積層数が、
図１における積層数より多くなっているが、このことは
本質的な相違ではない。

【００２９】また、図３では、絶縁破壊防止層２１およ
び２２が、外層部１９および２０の各々の外側に位置す
るように設けられたが、内側に位置するように設けられ
ても、あるいは、中間部に位置するように設けられても
よい。

【００３０】なお、このことに関連して、絶縁破壊防止
層２１および２２が、図３に示すように外層部１９およ
び２０の各々の外側、あるいは中間部に位置するように
設けられると、無効層３１および３２が絶縁破壊防止層
２１および２２の各々と容量形成部１８との各間にそれ
ぞれ介在することになり、このことは、以下のような利
点をもたらす。

【００３１】すなわち、積層コンデンサ１１ａが積層セ
ラミックコンデンサである場合、コンデンサ本体１２を
得るため、焼成工程が必要であり、また、絶縁破壊防止
層２１および２２を構成する誘電体と容量形成部１８の
誘電体層１７を構成する誘電体とは、比誘電率および温
度特性等が互いに異なっている。このような場合、焼成
工程において、このように特性の互いに異なる誘電体が
相互拡散し、焼成の結果、絶縁破壊防止層２１および２
２ならびに誘電体層１７のそれぞれにおいて目標とする
特性が得られないことがある。しかしながら、無効層３
１および３２が絶縁破壊防止層２１および２２の各々と
容量形成部１８との各間にそれぞれ介在していると、上
述の相互拡散の生じる領域をこれら無効層３１および３
２の部分に留めることができ、絶縁破壊防止層２１およ
び２２ならびに誘電体層１７のそれぞれにおいて目標と
する特性が得られやすくなる。

【００３２】図４は、この発明のさらに他の実施形態に
よる積層コンデンサ１１ｂを示す図解的断面図である。
図４において、図１または図３に示した要素に相当する
要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略す
る。

【００３３】図４に示した積層コンデンサ１１ｂでは、
内部電極として、第１の外部電極１３に電気的に接続さ
れる第１の引出し内部電極３３と、第２の外部電極１４
に電気的に接続される第２の引出し内部電極３４と、こ
れら第１の引出し内部電極３３および第２の引出し内部
電極３４間に複数の直列容量を形成する複数の浮き内部
電極３５とが設けられている。

【００３４】なお、この実施形態では、互いの間に静電
容量を形成するようにされた１組の第１および第２の引
出し内部電極３３および３４の間に、８連の直列容量が
形成されるように、７つの浮き内部電極３５が配置され
たが、たとえば、２連、３連、４連、５連、６連という
ように、他の連数の直列容量が形成されるように浮き内
部電極の数が変更されてもよい。

【００３５】この実施形態によれば、容量分担効果によ
り、耐電圧レベルが高められるとともに、前述した実施
形態と同様、外層部１９および２０に絶縁破壊防止層２
１および２２がそれぞれ形成されているので、表面絶縁
破壊レベルをより高めることができる。

【００３６】

【実施例１】図１に示した実施形態に従って、積層セラ
ミックコンデンサ１１を次のような要領で作製した。

【００３７】すなわち、容量形成部１８において、比誘
電率が２５００、厚みが１００μｍの誘電体層１７を各
々２つの内部電極１５および１６とともに積層した。そ
して、絶縁破壊防止層２１および２２において、比誘電
率を１００、２００、および３００というように変える
とともに、厚みを２０、４０、６０、８０、１００、１
２０、および１４０というように変えた種々の試料を作
製した。

【００３８】得られた各試料について、ＡＣ−ＢＶＤ試
験により気中放電の有無を判定することにより、表面絶
縁破壊レベルを評価した。すなわち、この表面絶縁破壊
は、積層セラミックコンデンサ１１の周囲を空気とし、
昇圧２００Ｖ・ＡＣ／秒で交流電圧を外部電極１３およ
び１４間に印加し、気中放電が発生することで確認し
た。

【００３９】以下の表１に、絶縁破壊防止層２１および
２２の比誘電率および厚みと表面絶縁破壊の発生率（発
生数／試料数）との関係が示されている。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１から、絶縁破壊防止層２１および２２
の比誘電率εが３００以下のとき、それらの各厚みｄ
〔μｍ〕が以下の式を満たすとき、表面絶縁破壊を有利
に防止できることがわかる。

【００４２】ｄ＞０．２×ε＋２０

【００４３】

【実施例２】次に、図４に示した実施形態に従って、積
層セラミックコンデンサ１１ｂを以下の要領で作製し
た。

【００４４】すなわち、容量形成部１８において、引出
し内部電極３３および３４ならびに浮き内部電極３５に
よって与えられる内部電極の層数が４０となるように、
比誘電率が２５００、厚みが３０μｍの複数の誘電体層
１７をこれら内部電極とともに積層した。また、無効層
３１および３２は、それぞれ、誘電体層１７と同一の誘
電体から構成し、その厚みを５０μｍとした。そして、
絶縁破壊防止層２１および２２において、（１）比誘電
率を２５００および厚みを３００μｍ、（２）比誘電率
を３００および厚みを５０μｍ、（３）比誘電率を３０
０および厚みを１００μｍというようにそれぞれ変えた
種々の試料を作製した。

【００４５】得られた各試料について、前述の実施例１
と同様に表面絶縁破壊レベルを評価した。以下の表２
に、試料数２０における表面絶縁破壊レベル（ＡＣ−Ｂ
ＶＤ）の平均値（Ｘ）、最大値（ＭＡＸ）、最小値（Ｍ
ＩＮ）、および偏差（σ）が示されている。

【００４６】

【表２】

【００４７】表２において、（１）比誘電率を２５００
および厚みを３００μｍとしたものは従来例に相当する
が、（３）比誘電率を３００および厚みを１００μｍと
したものは、前述した式：ｄ＞０．２×ε＋２０を満た
しており、表面絶縁破壊レベルにおいて、（１）のもの
より優れた結果を示している。このように、この発明
は、直列容量を形成する積層コンデンサに対しても有効
であることがわかる。

【００４８】なお、（１）のものと（２）比誘電率を３
００および厚みを５０μｍとしたものとを比較すればわ
かるように、絶縁破壊防止層２１および２２において、
比誘電率を２５００から３００にまで低くすれば、厚み
を３００μｍから５０μｍにまで薄くしても、ほぼ同等
の表面絶縁破壊レベルが得られている。これは、直列容
量が効いているためであると推測される。

【００４９】

【発明の効果】このように、この発明によれば、コンデ
ンサ本体の各外層部は絶縁破壊防止層を備えている。こ
の絶縁破壊防止層は、その比誘電率εが容量形成部の誘
電体層の比誘電率より低くかつ３００以下であるととも
に、その厚みｄ〔μｍ〕がｄ＞０．２×ε＋２０の式を
満たしているので、上述した実施例からわかるように、
外部電極の端縁部の電界強度が低く抑えられ、その結
果、気中での電圧印加による表面絶縁破壊を防止するこ
とができ、また、同様の理由により、回路基板上への実
装時の表面絶縁破壊を防止することができる。したがっ
て、この発明によれば、中高圧用として適した積層コン
デンサを得ることができる。なお、この発明において、
絶縁破壊防止層の比誘電率が３００以下とされたのは、
これを超えると、絶縁破壊防止層にとって必要な厚みが
増すため、積層コンデンサ全体としての厚みが増し、実
用上好ましくない結果を招くからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態による積層コンデンサ１
１を示す図解的断面図である。

【図２】図１に示した積層コンデンサ１１が回路基板２
３上に実装された状態を示す図解的断面図である。

【図３】この発明の他の実施形態による積層コンデンサ
１１ａを示す図解的断面図である。

【図４】この発明のさらに他の実施形態による積層コン
デンサ１１ｂを示す図解的断面図である。

【図５】この発明にとって興味ある従来の積層コンデン
サ１を示す図解的断面図である。

【符号の説明】

１１，１１ａ，１１ｂ 積層コンデンサ １２ コンデンサ本体 １３ 第１の外部電極 １４ 第２の外部電極 １５ 第１の内部電極 １６ 第２の内部電極 １７ 誘電体層 １８ 容量形成部 １９，２０ 外層部 ２１，２２ 絶縁破壊防止層 ３１，３２ 無効層 ３３ 第１の引出し内部電極 ３４ 第２の引出し内部電極 ３５ 浮き内部電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の内部電極と複数の誘電体層とが交
   互に積層されてなる容量形成部と、前記容量形成部の上
   下面上にそれぞれ積み重ねられる誘電体からなる外層部
   とを含む、コンデンサ本体と、 前記コンデンサ本体の外表面上の相異なる位置に形成さ
   れる第１および第２の外部電極とを備え、 前記複数の内部電極は組をなして互いの間に静電容量を
   形成するようにされた第１の内部電極と第２の内部電極
   とに分類され、前記第１の内部電極は前記第１の外部電
   極に電気的に接続され、前記第２の内部電極は前記第２
   の外部電極に電気的に接続されている、積層コンデンサ
   において、 各前記外層部は、その比誘電率εが前記容量形成部の誘
   電体層の比誘電率より低くかつ３００以下であるととも
   に、その厚みｄ〔μｍ〕がｄ＞０．２×ε＋２０の式を
   満たす絶縁破壊防止層をそれぞれ備えていることを特徴
   とする、積層コンデンサ。