JPWO2016121745A1 - コンデンサおよびモジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】 デラミネーションの発生を抑制することのできるコンデンサおよびこれを用いた信頼性の高いモジュールを提供する。【解決手段】 セラミック層５と内部電極層７とが交互に積層された誘電体部９と、該誘電体部９の周囲に設けられたカバー部１１とを備えており、カバー部１１が気孔１２を有するとともに、カバー部１１のうち、セラミック層５と内部電極層７との積層方向に対して垂直な方向に位置する部位を側面カバー部１１Ａとし、該側面カバー部１１Ａを幅方向に誘電体部側領域１１Ａａ、中央領域１１Ａｂおよび表面側領域１１Ａｃと３等分したときに、誘電体部側領域１１Ａａは中央領域１１Ａｂおよび表面側領域１１Ａｃよりも気孔１２の数が多い。【選択図】 図１
Description
本開示は、コンデンサおよびこれを実装したモジュールに関する。
コンデンサは、電子回路における電流および電圧を制御する機能あるいは蓄電池としての機能を有することから多くの電子機器に用いられている。
コンデンサの例としては、積層セラミックコンデンサ、フィルムコンデンサ、アルミ電解コンデンサおよびタンタルコンデンサが挙げられる。
上記したコンデンサの中で、積層セラミックコンデンサは、他のコンデンサに比べて、高い静電容量を維持しつつ小型化が進んでおり、携帯電話など小型の電子機器への需要がますます増える傾向にある。
図９（ａ）は、一般的な積層セラミックコンデンサを模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
積層セラミックコンデンサ１００は、コンデンサ本体１０１と、コンデンサ本体１０１の両端部に設けられた外部電極１０３とから構成されている。以下、積層セラミックコンデンサのことをコンデンサと記す。
コンデンサ本体１０１は、セラミック層１０５と内部電極層１０７とが交互に積層され誘電体部１０９と、誘電体部１０９の周囲に設けられたカバー部１１１とを備えている。
コンデンサは、電圧が印加されると、誘電体部１０９が積層方向に伸びる電歪効果が発生するが、このとき誘電体部１０９の周囲に設けられているカバー部１１１には電歪効果が生じないため、誘電体部１０９とカバー部１１１との間に歪が生じるようになり、カバー部１１１内において歪みが集中した部分にデラミネーションが発生する場合がある（例えば、特許文献１を参照）。
本発明の目的は、デラミネーションの発生を抑制することのできるコンデンサおよびこれを用いた信頼性の高いモジュールを提供することにある。
本開示のコンデンサは、セラミック層と内部電極層とが交互に積層された誘電体部と、該誘電体部の周囲に設けられたカバー部とを備えている。
このコンデンサでは、前記カバー部が気孔を有するとともに、前記カバー部のうち、前記セラミック層と前記内部電極層との積層方向に対して垂直な方向に位置する部位を側面カバー部とする。
また、このコンデンサでは、前記側面カバー部を幅方向に誘電体部側領域、中央領域および表面側領域と３等分したときに、前記誘電体部側領域は前記中央領域および前記表面側領域よりも気孔の数が多い。
本開示のモジュールは、配線基板の表面上にコンデンサが実装されたモジュールであって、前記コンデンサが上記のコンデンサである。
本開示のコンデンサおよびモジュールによれば、デラミネーションが発生し難いコンデンサと、これにより信頼性の高いモジュールを得ることができる。
図１（ａ）は、本開示のコンデンサの第１実施形態を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。（ｄ）は、（ａ）におけるカバー部付近（Ａ部）を拡大した概略断面図である。
コンデンサは、コンデンサ本体１と、コンデンサ本体１の対向する両端部に設けられた外部電極３とを有している。
コンデンサ本体１は、誘電体部９とその誘電体部９の周囲に設けられたカバー部１１とを有している。
誘電体部９は、セラミック層５と内部電極層７とが交互に積層されたものである。
ここで、誘電体部９は、静電容量の発現に寄与する部位である。カバー部１１は、静電容量を発現しない部位である。カバー部１１は、セラミック層５と同様の主成分を含む磁器によって形成されているが、コンデンサが所望の誘電特性および機械的特性を満足する範囲であれば、セラミック層５とは異なる組成であっても構わない。
ここで、カバー部１１のうち、セラミック層５と内部電極層７との積層方向に対して垂直な方向に位置する側面側のカバー部１１Ａを、以下、側面カバー部１１Ａとする。
一方、誘電体部９の上面側および下面側に設けられているカバー部１１を外層カバー部１１Ｂとする。
コンデンサ本体１を構成するカバー部１１には気孔１２が存在する。気孔１２は、直径が０．１μｍ以上であるものと定義する。この場合、気孔１２の直径は、カバー部１１の断面において、気孔１２の開口径となる。
気孔１２は、例えば、図１（ｄ）に示すような領域を電子顕微鏡によって観察したときに、カバー部１１の磁器とは異なる色彩を呈することから確認できる。電子顕微鏡による観察は、例えば、倍率２０００〜５０００倍で行う。
コンデンサの特徴部分を表す場合に、図１（ｂ）（ｄ）に示すように、側面カバー部１１Ａを幅の方向に３等分する方法を採る。
ここで、側面カバー部１１Ａの幅ＷＡとは、図１（ｄ）に示すように、誘電体部９と側面カバー部１１Ａとの境界Ｂから側面カバー部１１Ａの外表面１１ａまでの間の間隔のことである。
側面カバー部１１Ａを幅ＷＡの方向に３等分した各領域は、誘電体部９側から、誘電体部側領域１１Ａａ、中央領域１１Ａｂおよび表面側領域１１Ａｃである。
誘電体部側領域１１Ａａ、中央領域１１Ａｂおよび表面側領域１１Ａｃのそれぞれの幅は、符号Ｗａ、ＷｂおよびＷｃとして表している。
このコンデンサでは、誘電体部側領域１１Ａａは、中央領域１１Ａｂおよび表面側領域１１Ａｃよりも気孔１２の数が多い。
ここで、気孔１２の数に差を有するとは、誘電体部側領域１１Ａａにおける気孔１２の数が、中央領域１１Ａｂの気孔１２の数および表面側領域１１Ａｃの気孔１２の数のそれぞれと比較したときに１．２倍以上ある場合を言う。
従来のコンデンサでは、セラミック層１０５および内部電極層１０７が、さらに薄層化され、内部電極層１０７の面積比率および積層数が増大したコンデンサでは、未だ、カバー部１１１にデラミネーションが発生することがある。
これに対し、第１実施形態のコンデンサによれば、誘電体部側領域１１Ａａにおける気孔１２の数が、中央領域１１Ａｂおよび表面側領域１１Ａｃのそれぞれにおける気孔１２の数よりも多いことから、側面カバー部１１Ａの中でも、誘電体部９に近い領域の剛性が低い。
これにより、コンデンサに電圧が印加され、誘電体部９が電歪効果によって積層方向に伸びた場合でも、誘電体部９と側面カバー部１１Ａとの間に生じる歪を低減できる。
その結果、側面カバー部１１Ａにデラミネーションが発生するのを抑えることができる。
この場合、上記コンデンサにおいて、気孔１２の数が表面側領域１１Ａｃから誘電体部側領域１１Ａａに向けて次第に多くなる構造であると、側面カバー部１１Ａが誘電体部９から受ける歪の影響を側面カバー部１１Ａの全体で緩和できる効果をさらに高めることができる。
なお、このコンデンサは、側面カバー部１１Ａの表面側領域１１Ａｃが緻密であることからコンデンサの耐湿性が高い。
気孔１２の数は、コンデンサの断面を走査型電子顕微鏡によって観察し、撮影した写真を解析することによって求める。
具体的には、コンデンサを図１（ｂ）に示す断面のように加工した後に、図１（ｄ）に示すような所定の領域の写真を撮る。次に、その写真から側面カバー部１１Ａを幅ＷＡの方向に３等分して誘電体部側領域１１Ａａ、中央領域１１Ａｂおよび表面側領域１１Ａｃを定め、それぞれの領域の気孔１２の数をカウントして求める。このとき、気孔１２をカウントする領域は積層方向には同じ高さ方向の位置とする。図１（ｄ）に間隔ｔとして示した位置である。この場合、各領域を区別するために引いた線上に載った気孔１２はカウントしない。
また、このコンデンサにおいて、誘電体部側領域１１Ａａにおける気孔１２の平均径Ｄ１が表面側領域１１Ａｃにおける気孔１２の平均径Ｄ２よりも大きいときには、コンデンサにデラミネーションが発生する確率をさらに低くすることができる。
本開示のコンデンサは、上記した第１実施形態の構成に、さらに、以下の構成を加えることができる。
図２（ａ）は、第２実施形態のコンデンサを模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
図３は、配線基板の表面上にコンデンサが実装されたモジュールの一部分を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
第２実施形態のコンデンサでは、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、コンデンサ本体１を構成する側面カバー部１１Ａの気孔率が誘電体部９を積層方向に２等分したときの上層側および下層側で異なっている。
つまり、第２実施形態のコンデンサでは、側面カバー部１１Ａの内部に存在する気孔１２の数が誘電体部９を積層方向に見たときに一方側に偏っている。
コンデンサ本体１を構成している側面カバー部１１Ａが、上記した第１実施形態の構造に加えて、気孔１２の数が積層方向にも異なる状態になると、側面カバー部１１Ａの内部に存在する気孔１２によって、コンデンサの積層方向の一方側が拘束されてコンデンサの内部に応力が発生するような場合に、その応力を緩和することができる。
例えば、コンデンサ２０が、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、配線基板２１の表面上にハンダなどの接合部材２３よって固着されている場合、コンデンサ２０は接合部材２３によって拘束されることになる。その拘束力は、コンデンサ２０の積層方向では、配線基板２１側とその反対側との間で、配線基板２１側が大きい。
このような場合、コンデンサ２０には大きな応力が発生し、場合によっては、コンデンサ２０にクラックが発生することがある。
第２実施形態のコンデンサ２０は、側面カバー部１１Ａに存在する気孔１２が偏っている。コンデンサ２０を配線基板２１に実装する際に、気孔１２の数の多い側が配線基板２１の表面に近くなるように実装されている。
つまり、コンデンサ２０が図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように配線基板２１の表面上に実装されたときに、コンデンサ２０に発生する応力を側面カバー部１１Ａの配線基板２１側の内部に存在する気孔１２によって緩和することができる。
その結果、コンデンサ２０にクラックが発生するのを抑制することができる。
以下に示す第３実施形態のコンデンサ３０、第４実施形態のコンデンサ４０は、上記した第１実施形態の構成または第２実施形態の構成のそれぞれに対して、さらに、以下の構成を加えたものである。
図４（ａ）は、第３実施形態のコンデンサを模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
第３実施形態のコンデンサ３０は、第１実施形態の構成を基にしたものである。コンデンサ３０は、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、カバー部１１のうち、誘電体部９の積層方向の上面側および下面側に位置する２つのカバー部をそれぞれ外層カバー部１１Ｂａ、１１Ｂｂとしたときに、２つの外層カバー部１１Ｂａ、１１Ｂｂ間で気孔１２の数または気孔率が異なっている。以下、気孔１２の数だけで表す場合がある。
コンデンサ３０のように、上記した第１実施形態の構造に加えて、コンデンサ本体１を構成している外層カバー部１１Ｂの気孔１２の数または気孔率が誘電体部９の上面側と下面側とで異なる状態であると、外層カバー部１１Ｂａ、１１Ｂｂのうち、気孔率が高いかまたは気孔１２の数の多い外層カバー部１１Ｂａ、Ｂｂを配線基板２１側に配置することによって、コンデンサの積層方向の一方側が拘束されてコンデンサ３０の内部に応力が発生する場合にも、その応力を小さくすることができる。これによりコンデンサ３０にクラックが発生するのを抑えることができる。
図５（ａ）は、第４実施形態のコンデンサを模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
第４実施形態のコンデンサ４０は、第２実施形態の構成を基にしたものである。図４（ｂ）（ｃ）に示すコンデンサ２０についても、誘電体部９の積層方向の上面側および下面側に位置する外層カバー部１１Ｂａ、１１Ｂｂは、上記した第３実施形態における外層カバー部１１Ｂａ、１１Ｂｂと同様の構成である。
つまり、コンデンサ４０は、誘電体部９の積層方向の上面側および下面側に位置する外層カバー部１１Ｂａ、１１Ｂｂ間で気孔率または気孔１２の数が異なっている。
このコンデンサ４０においても、第３実施形態のコンデンサ３０と同様の効果を得ることができる。
以下に示す第５実施形態のコンデンサ５０は、上記した第４実施形態の構成に対して、さらに、以下の構成を加えたものである。
図６（ａ）は、第５実施形態のコンデンサを模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
第５実施形態のコンデンサ５０は、誘電体部９内に他のセラミック層５とは厚みｔｄの異なるセラミック層５を有する。図６（ｂ）（ｃ）では、厚みｔｄの厚いセラミック層を符号５ａとし、厚みの薄いセラミック層を符号５ｕで表している。
図６（ａ）（ｂ）（ｃ）では、厚みｔｄの厚いセラミック層５ａが気孔１２の数が多いかまたは気孔率の高い方の外層カバー部１１Ａ側に配置されている。厚みｔｄの薄いセラミック層５ｕは気孔１２の数が少ないかまたは気孔率の低い方の外層カバー部１１Ａ側に配置されている。
誘電体部９は、セラミック層５および内部電極層７の厚みが薄く、積層数が多くなるほど、カバー部１１との間で熱膨張係数など物性に起因した機械的特性の違いが大きくなる。
セラミック層５の厚みｔｄを厚くした箇所は、セラミック層５の厚みｔｄが厚くなった分だけ、誘電体部９の熱膨張係数をカバー部１１の熱膨張係数に近づけることができる。これによりコンデンサ本体１のカバー部１１と誘電体部９との間に局所的に発生する応力を緩和することができる。その結果、コンデンサ５０にクラックが発生する可能性を小さくすることができる。
また、上記した第２〜第５実施形態のコンデンサにおいて、誘電体部９を積層方向に見たときに、気孔１２の数の多い側面カバー部１１Ａおよび気孔１２の数の多い外層カバー部１１Ｂ側の内部電極層７が、これとは反対側に位置する気孔１２の数の少ない側面カバー部１１Ａおよび気孔１２の数の少ない外層カバー部１１Ｂ側の内部電極層７に比べて連続性が低いときには、内部電極層７が疎になった分だけ、誘電体部９の熱膨張係数をカバー部１１の熱膨張係数に近づけることができる。このような場合にも、コンデンサ本体１のカバー部１１と誘電体部９との間に局所的に発生する応力を緩和することができる。その結果、コンデンサ５０にクラックが発生する可能性をより小さくすることができる。
ここで、内部電極層７の連続性とは、内部電極層７の有効面積が高いか否かを意味する。内部電極層７の有効面積が高い場合が内部電極層７の連続性が高いことになる。内部電極層７の連続性は、例えば、図１（ｂ）に示すような誘電体部９の断面を観察したときに、その断面に露出した内部電極層７の単位長さ当たりに占める金属部分の長さの割合を求めて判定する。
図７（ａ）は、第６実施形態のコンデンサを模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
第６実施形態のコンデンサ６０は、上記した第４実施形態の構成に対して、さらに、以下の構成を加えたものである。
第６実施形態のコンデンサ６０は、気孔の数が多いかまたは気孔率の高い外層カバー部１１Ｂｂの寸法Ｗ２が、この外層カバー部１１Ｂｂに対して積層方向の反対側に位置する外層カバー部１１Ｂａの寸法Ｗ１よりも大きい。
この場合、外層カバー部１１Ｂの長さは、図７（ｂ）（ｃ）に示す、一対の外部電極３が配置された方向および一対の外部電極３が配置された方向に対して垂直な方向のうちの少なくとも一方が大きいことが望ましい。
例えば、図７（ｂ）（ｃ）に示すように、誘電体部９の上面側および下面側に配置されている外層カバー部１１Ｂａ、１１Ｂｂのうち、気孔率が高いかまたは気孔１２の数の多い外層カバー部１１Ｂｂの長さがその反対側の外層カバー部１１Ｂａよりも大きいときには、外層カバー部１１Ｂｂの体積が大きい分だけ、外層カバー部１１Ｂｂにクラックが発生した場合でも、そのクラックによる故障の程度を軽減することができる。これにより故障による不良の発生率を低くすることができる。
この場合、外層カバー部１１Ｂの長さは、図７（ｂ）（ｃ）に示しているように、一対の外部電極３が配置された方向、および一対の外部電極３が配置された方向に対して垂直な方向の両方が共に大きいことが望ましい。
なお、第３〜第６実施形態のコンデンサ３０、４０、５０、６０についても、第２実施形態のコンデンサ２０と同様、コンデンサ３０、４０、５０、６０が、配線基板２１の表面上にハンダなどの接合部材２３よって実装されている場合において同様の効果を有する。
これらのコンデンサを構成するセラミック層５およびカバー部１１の材料としては、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛および二酸化チタン等から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物または複合酸化物が好ましい。これらの材料の熱膨張係数としては９×１０−６〜１１×１０−６／℃であるのが良い。
また、内部電極層７の材料としては、ニッケル、銅、パラジウムおよび銀から選ばれる１種の金属もしくはこれらの合金を適用することが好ましい。これらの金属の熱膨張係数としては１０×１０−６〜２０×１０−６／℃であることが望ましい。
セラミック層５の平均厚みは０．５〜３μｍ、内部電極層７の平均厚みは０．２〜２μｍであるのが良い。
また、誘電体部９における内部電極層７の積層数は１００層以上、カバー部１１の厚みは誘電体部９の積層方向の厚みを１としたときに０．０１〜０．１であるのが良い。
図８は、本実施形態のコンデンサの製造方法を示す模式図である。
ここで、図８（ａ）（ｂ）は、交互に積層するパターンシート２７ａ、２７ｂの平面図である。図８（ｃ）は、パターンシート２７ａ、２７ｂを積層して形成された母体積層体３１を模式的に示す平面図である。図８（ｃ）では、内部電極パターン２３およびセラミックパターン２５の存在位置が分かるように透かした状態を示している。図８（ｄ）は、パターンシート２７ａ、２７ｂを積層して形成された母体積層体３１を模式的に示す断面図である。
本実施形態のコンデンサを製造する場合、まず、図８（ａ）（ｂ）に示すように、例えば、チタン酸バリウムを主成分とする誘電体粉末を含むセラミックグリーンシート２１の主面上に矩形状の内部電極パターン２３と、この内部電極パターン２３の周囲にセラミックパターン２５とを形成してパターンシート２７a、２７ｂを作製する。
次に、パターンシート２７ａ、２７ｂを複数層重ねてコア積層体を形成する。次いで、このコア積層体の上面側および下面側に導体パターンを形成していないセラミックグリーンシート２１を所定の枚数だけ重ね、加圧加熱処理を行ってコンデンサ本体１となる積層体２９を複数個有する母体積層体３１を形成する。
次に、この母体積層体３１を図８（ｃ）（ｄ）に示す切断線Ｃに沿って切断することにより積層体２９にする。
このとき、積層体２９の切断にはレーザ加工機を用いる。レーザ加工機によりセラミックパターン２５に熱を与えて切断する。これにより切断線Ｃ付近であるセラミックパターン２５の周縁部２５ａと、ここから遠い内部電極パターン２３の周縁部２３ａとの間でセラミックパターン２５に含まれる有機樹脂の含有量を変化させることができる。
このときセラミックパターン２５を構成するセラミック粒子がわずかに焼結する。これによりセラミックパターン２５の周縁部２５ａ（カバー部１１の表面１１ａ）と、ここから遠い内部電極パターン２３の周縁部２３ａ（誘電体部９）との間で気孔１２の数を変化させることができる。
なお、側面カバー部１１Ａにおける誘電体部側領域１１Ａａの気孔１２の数を中央領域１１Ａｂおよび表面側領域１１Ａｃの気孔１２の数をよりも多くする場合、側面カバー部１１Ａの表面側領域１１Ａｃから誘電体部側領域１１Ａａにかけて気孔１２の数が多くなる状態に形成する場合、および誘電体部側領域１１Ａａにおける気孔１２の平均径を表面側領域１１Ａｃにおける気孔１２の平均径よりも大きくする場合など、側面カバー部１１Ａに気孔１２が形成される状態を変化させる場合には、レーザ加工機の出力を変更する。
誘電体部９を積層方向に２等分したときに、側面カバー部１１Ａにおける気孔１２の数を上層側および下層側で異ならせる場合には、母体積層体３１をレーザ加工機によって切断する際に、厚み方向の真ん中あたりからレーザ加工機の出力を徐々に下げていくようにして切断する。
誘電体部９の積層方向の上面側および下面側に位置する外層カバー部１１Ｂａ、１１Ｂｂ間で気孔１２の数を異ならせる場合には、母体積層体３１をレーザ加工機によって切断する際に母体積層体３１の上面側から水を噴霧上に拭きかけて切断する。
母体積層体３１に水を噴霧上に拭きかけて切断すると、セラミックグリーンシート２１に含まれるバリウム（Ｂａ）成分が溶出することから、セラミックグリーンシート２１は、その表面付近や切断箇所付近が局部的にチタン（Ｔｉ）リッチになる。チタンリッチになった箇所は、これよりもバリウム成分の割合が多い箇所よりも焼結し難くなり、気孔１２が外層カバー部１１Ｂ内に多くなる。
次に、作製した積層体２９を所定の条件にて焼成することによりコンデンサ本体１を作製する。なお、外層カバー部１１Ｂの平面方向の長さを誘電体部９の上面側および下面側で変化させる場合には、母体積層体３１に水を噴霧上に拭きかけて切断する上記の方法によって得られた積層体２９を焼成する際の最高温度を変化させる。このとき内部電極層７の連続性も同時に変化する。
次に、焼成により得られたコンデンサ本体１の内部電極層７が露出した端面を含む端部に外部電極３を形成し、必要に応じてニッケルめっき膜およびスズめっき膜を形成する。こうして、第１〜第６実施形態のコンデンサを得ることができる。
以下、具体的に積層セラミックコンデンサを作製して本発明の効果を確認した。まず、セラミック層用およびカバー部用の材料として以下の誘電体粉末を調製した。誘電体粉末の原料粉末として、チタン酸バリウム粉末、ＭｇＯ粉末、Ｙ２Ｏ３粉末およびＭｎＣＯ３粉末を準備した。これらの各種粉末を、チタン酸バリウム粉末量を１００モルとしたときに、ＭｇＯ粉末を２モル、Ｙ２Ｏ３粉末を０．５モル、ＭｎＣＯ３粉末を０．５モル添加し、さらに、チタン酸バリウム粉末１００質量部に対して、ガラス粉末（ＳｉＯ２＝５５，ＢａＯ＝２０，ＣａＯ＝１５，Ｌｉ２Ｏ＝１０（モル％））を１質量部添加して誘電体粉末を調製した。
次に、湿式混合した誘電体粉末を、ポリビニルブチラール樹脂を溶解させたトルエンおよびアルコールの混合溶媒中に投入し、直径１ｍｍのジルコニアボールを用いて湿式混合してセラミックスラリを調製し、ドクターブレード法により平均厚みが１μｍのセラミックグリーンシートを作製した。また、試料Ｎｏ．８のコンデンサ用に厚みが１．２μｍのセラミックグリーンシートも作製した。
次に、このセラミックグリーンシートの上面に矩形状の内部電極パターンを形成し、次いで、内部電極パターンの周囲にセラミックパターンを形成してパターンシートを作製した。内部電極パターンを形成するための導体ペーストは、Ｎｉ粉末４５質量％に対して、共材としてチタン酸バリウム粉末を２０重量％と、エチルセルロース５質量％およびオクチルアルコール９５質量％からなる有機ビヒクル３０質量％を３本ロールで混練したものを用いた。セラミックパターン用のセラミックペーストはセラミックグリーンシートに用いた誘電体粉末を適用した。
次に、作製したパターンシートを３３０層重ね、次いで、この積層体の上下面にそれぞれ内部電極パターンを形成していないセラミックグリーンシートを重ね、加圧加熱処理を行って母体積層体を形成した。試料Ｎｏ．８については、水を噴霧しない方になる最初に重ねる方の１０層に、厚みが１．２μｍのセラミックグリーンシートを用いて作製したパターンシートを用いた。
この後、この母体積層体を、レーザ加工機を用いて所定の寸法に切断して積層体を形成した。
表１の試料Ｎｏ．１は切断にカッター刃を用いた。試料Ｎｏ．２〜４については、レーザ加工機を使用した。試料Ｎｏ．３は、試料Ｎｏ．２の０．９倍、試料Ｎｏ．４は試料Ｎｏ．２の０．７倍の出力で切断した。試料Ｎｏ．５〜９は、試料Ｎｏ．２の条件を基にして作製した。試料Ｎｏ．６〜９については、母体積層体の表面に水を噴霧状に吹きかけて切断した。試料Ｎｏ．５、７および８は、試料Ｎｏ．６の条件で厚み方向の中程まで切断したところで、レーザ加工機の出力を徐々に０．１倍まで低下させて切断を行った。
次に、作製した積層体を大気中にて脱脂した後、水素−窒素の混合ガス雰囲気にて酸素分圧が１０−８Ｐａの条件にて、最高温度を１２８０℃に設定して２時間の焼成を行い、コンデンサ本体を作製した。なお、試料Ｎｏ．９は、焼成温度を他の試料よりも２０℃高い温度（１３００℃）に設定して作製した。この試料は、内部電極層の連続性が誘電体部の積層方向で変化していた。気孔の数の多い側の外層カバー部側の内部電極層は、これとは反対側の気孔の数の少ない側の外層カバー部側よりも連続性が低かった。
作製したコンデンサ本体のサイズは１００５型に相当するものであり、そのサイズはおおよそ、０．９５ｍｍ×０．４８ｍｍ×０．４８ｍｍであった。また、セラミック層の平均厚みは０．７μｍ、誘電体部の内部電極層の１層の平均厚みは０．６μｍであった。側面カバー部の平均の幅および外層カバー部の平均の厚みは２０μｍであった。
これらセラミック層および内部電極層の１層の平均厚みは、積層セラミックコンデンサを構成する誘電体部の断面の積層方向の上層、中層および下層における内部電極層の両端部（端から１μｍほど内側）および中央部（計９箇所）を測定し、平均値から求めた。
次に、作製したコンデンサ本体の内部電極層が露出した端部に銅ペーストを塗布し、約８００℃条件で加熱して外部電極を形成した。
次に、この外部電極の表面に、順に、電解めっき法によりＮｉメッキ膜およびＳｎメッキ膜を形成して積層セラミックコンデンサを作製した。
次に、作製した積層セラミックコンデンサについて以下の評価を行った。
誘電体部およびカバー部に存在する気孔の数および気孔の平均径は走査型電子顕微鏡により撮影した断面写真（５０００倍）から求めた。このとき、観察領域は、図１（ｄ）に示すように、側面カバー部を幅の方向に３等分し、誘電体部側領域、中央領域および表面側領域を設定した。各領域の面積はそれぞれ１００μｍ２とした。各領域を分けた線上に存在する気孔についてはカウントから除外した。気孔の平均径は、各領域の中央部に気孔が３０個ほど入る円を描き、画像解析によって各気孔の面積を求め、それぞれの面積から求めた直径を対応させた。
デラミネーションの発生率は、３５０℃に加温した半田槽中に、積層セラミックコンデンサの試料を約１秒間浸漬させた後に外観を評価することによって求めた。試料数は３００個とした。
耐湿負荷試験は、６５℃、６５％ＲＨ、印加電圧６．３Ｖにおいて１００時間放置した後に絶縁抵抗を測定して求めた。試料Ｎｏ．５〜８の試料については、温度を８５℃に設定した条件でも耐湿負荷試験を行った。試料数は表１に示すように、３００個とし、絶縁抵抗が１０６Ω以下となったものを不良とした。
絶縁破壊電圧は絶縁抵抗計を用いて測定した。試料数は１００個とした。
外層カバー部の幅の比（Ｗ１／Ｗ２、Ｗ３／Ｗ４）は、図７（ｂ）（ｃ）に示した方向をスケール表示のできるデジタルマイクロスコープを用いて測定した値から求めた。作製した試料は、Ｗ１／Ｗ２比とＷ３／Ｗ４比とが同じであった。
また、コンデンサを配線基板の表面上に実装した試料を作製し、耐熱衝撃試験を行った。
配線基板としては、ＦＲ−４製の基板の表面に配線パターンが形成された配線基板を用いた。配線パターンは銅箔パターンの表面に半田めっきが施されたものであった。コンデンサは半田によって配線パターン上に実装した。
耐熱衝撃試験は、デラミネーションの発生率を評価した条件と同じ条件で行った。試料数は各試料３０個とした。
作製した積層セラミックコンデンサの試料における有効誘電体部を構成する誘電体セラミック層には気孔は観察されなかった。
試料Ｎｏ．２〜９では、側面カバー部の誘電体部側領域は中央領域および表面側領域に比べて気孔の数が多かった。これらの試料では、デラミネーションの発生率が３００個中１個以下であった。また、側面カバー部に存在する気孔の平均径が中央領域および表面側領域に存在する気孔の平均径よりも大きかった。
また、試料Ｎｏ．２〜９では、６５℃、６５％ＲＨ、印加電圧６．３Ｖ、１００時間の耐湿負荷試験において不良が無かった。また、これらの試料はいずれも絶縁破壊電圧が４９Ｖ／μｍ以上であった。
さらに、試料Ｎｏ．２〜９は、配線基板に実装した後に行った耐熱衝撃試験においてもクラックの発生個数が３０個中２個以下であった。
これに対して、試料Ｎｏ．１では、デラミネーションの発生率が３００個中１２個、耐湿負荷試験での不良発生率が３００個中４個であった。
１・・・・・・コンデンサ本体
３・・・・・・外部電極
５・・・・・・誘電体セラミック層
７・・・・・・内部電極層
９・・・・・・誘電体部
１１・・・・・カバー部
１１ａ・・・・カバー部の表面
１１Ａ・・・・側面カバー部
１１Ａａ・・・誘電体部側領域
１１Ａｂ・・・中央領域
１１Ａｃ・・・表面側領域
１１Ｂ・・・・外層カバー部
１２・・・・・気孔
２０、３０、４０、５０、６０・・・コンデンサ
２１・・・・・配線基板
３・・・・・・外部電極
５・・・・・・誘電体セラミック層
７・・・・・・内部電極層
９・・・・・・誘電体部
１１・・・・・カバー部
１１ａ・・・・カバー部の表面
１１Ａ・・・・側面カバー部
１１Ａａ・・・誘電体部側領域
１１Ａｂ・・・中央領域
１１Ａｃ・・・表面側領域
１１Ｂ・・・・外層カバー部
１２・・・・・気孔
２０、３０、４０、５０、６０・・・コンデンサ
２１・・・・・配線基板
図１（ａ）は、本開示のコンデンサの第１実施形態を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。（ｄ）は、（ｂ）におけるカバー部付近（Ａ部）を拡大した概略断面図である。
図３（ａ）は、配線基板の表面上にコンデンサが実装されたモジュールの一部分を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
第４実施形態のコンデンサ４０は、第２実施形態の構成を基にしたものである。図５（ｂ）（ｃ）に示すコンデンサ２０についても、誘電体部９の積層方向の上面側および下面側に位置する外層カバー部１１Ｂａ、１１Ｂｂは、上記した第３実施形態における外層カバー部１１Ｂａ、１１Ｂｂと同様の構成である。
図６（ａ）（ｂ）（ｃ）では、厚みｔｄの厚いセラミック層５ａが気孔１２の数が多いかまたは気孔率の高い方の外層カバー部１１側に配置されている。厚みｔｄの薄いセラミック層５ｕは気孔１２の数が少ないかまたは気孔率の低い方の外層カバー部１１側に配置されている。
耐湿負荷試験は、６５℃、６５％ＲＨ、印加電圧６．３Ｖにおいて１００時間放置した後に絶縁抵抗を測定して求めた。試料Ｎｏ．５〜９の試料については、温度を８５℃に設定した条件でも耐湿負荷試験を行った。試料数は表１に示すように、３００個とし、絶縁抵抗が１０６Ω以下となったものを不良とした。
Claims (10)
- セラミック層と内部電極層とが交互に積層された誘電体部と、該誘電体部の周囲に設けられたカバー部とを備えているコンデンサであって、前記カバー部が気孔を有するとともに、前記カバー部のうち、前記セラミック層と前記内部電極層との積層方向に対して垂直な方向に位置する部位を側面カバー部とし、該側面カバー部を幅方向に誘電体部側領域、中央領域および表面側領域と３等分したときに、前記誘電体部側領域は前記中央領域および前記表面側領域よりも気孔の数が多いことを特徴とするコンデンサ。
- 前記気孔の数は、前記表面側領域から前記誘電体部側領域に向けて次第に多くなっていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
- 前記気孔の平均径は、前記誘電体部側領域が前記表面側領域よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサ。
- 前記側面カバー部における前記気孔の数は、前記誘電体部を積層方向に２等分したときの上層側および下層側で異なっていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載のコンデンサ。
- 前記カバー部のうち、前記誘電体部の積層方向の上面側および下面側に位置する２つのカバー部をそれぞれ外層カバー部としたときに、２つの前記外層カバー部の前記気孔の数は異なっており、前記気孔の数の多い方の前記外層カバー部が前記気孔の数の多い方の前記側面カバー部側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサ。
- 前記気孔の数の多い方の前記外層カバー部側に配置されている前記セラミック層は、前記気孔の数の少ない方の前記外層カバー部側に配置されている前記セラミック層よりも厚みが厚いことを特徴とする請求項５に記載のコンデンサ。
- 前記気孔の数の多い方の前記外層カバー部側に配置されている前記内部電極層は、前記気孔の数の少ない方の前記外層カバー部側に配置されている前記内部電極層よりも連続性が低いことを特徴とする請求項５または６に記載のコンデンサ。
- 前記セラミック層および前記内部電極層の積層方向に対して垂直な方向に、対向した一対の外部電極を有しており、前記気孔の数の多い方の前記外層カバー部は、前記外部電極が対向した方向の長さが、前記気孔の数の少ない方の前記外層カバー部よりも長さが長いことを特徴とする請求項５乃至７のうちいずれかに記載のコンデンサ。
- 前記気孔の数の多い方の前記外層カバー部は、前記外部電極が対向した方向に対して垂直な方向の長さが、前記気孔の数の少ない方の前記外層カバー部よりも長さが長いことを特徴とする請求項５乃至８のうちいずれかに記載のコンデンサ。
- 配線基板の表面上にコンデンサが実装されたモジュールであって、前記コンデンサが請求項１乃至９のうちいずれかに記載のコンデンサであることを特徴とするモジュール。
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