JPWO2017090530A1 - 積層型コンデンサおよびその実装構造体 - Google Patents
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Abstract
積層型コンデンサは、複数の誘電体層が積層された、一対の面、一対の側面および一対の端面を有する積層体と、複数の誘電体層の層間に積層方向に間隔を置いて配置された複数の内部電極と、一対の側面にそれぞれ配置された、互いに異なる内部電極に電気的に接続された一対の外部電極とを備えている。一対の側面は、凹状に湾曲した湾曲面を有している。一対の外部電極は、側面の中央部を含むように配置された側面部と側面部から前記一対の面のうち第1の面に延在する第1の面延在部と側面部から一対の面のうち第2の面に延在する第2の面延在部とを有し、側面部が凹状に湾曲している。
Description
本発明は、複数の誘電体層と内部電極とが交互に積層された積層体に一対の外部電極を設けた積層型コンデンサに関するものである。
積層型コンデンサは、誘電体層と内部電極とが交互に積層されており、誘電体層を構成するセラミック材料としては、誘電率が比較的高いチタン酸バリウム等の強誘電体材料が一般的に用いられている。例えば、このような積層型コンデンサは、交流電圧が印加されると、電圧による電歪効果よって誘電体層に歪みが発生して振動する。積層型コンデンサは、はんだ等を介して基板に実装されており、はんだ接合部を介して振動を基板に伝播させる。さらに、積層型コンデンサは、振動によって基板を共鳴させるとともに振動を増幅させて、基板に振動音を発生させる。したがって、基板は、可聴域の共振周波数で共振した際に、可聴音を発生し、いわゆる、「音鳴き」という現象を生じる。このように、積層型コンデンサは、一対の外部電極と基板電極とがはんだを介して実装されており、振動がはんだ接合部を介して基板を変形させるので、基板において振動音を発生させることになる。例えば、特許文献1には、積層体の一対の側面の中央部に一対の外部電極を設けた積層型コンデンサが開示されている。
本開示の積層型コンデンサは、複数の誘電体層が積層された、一対の面、一対の側面および一対の端面を有する積層体と、前記複数の誘電体層の層間に積層方向に間隔を置いて配置された複数の内部電極と、前記一対の側面にそれぞれ配置された、互いに異なる前記内部電極に電気的に接続された一対の外部電極とを備えている。前記一対の側面は、凹状に湾曲した湾曲面を有している。前記一対の外部電極は、前記湾曲面の中央部を含むように配置された側面部と該側面部から前記一対の面のうち第1の面に延在する第1の面延在部と前記側面部から前記一対の面のうち第2の面に延在する第2の面延在部とを有し、前記側面部が凹状に湾曲している。
また、本開示の積層型コンデンサは、複数の誘電体層が積層された、一対の面、一対の側面および一対の端面を有する積層体と、前記複数の誘電体層の層間に積層方向に間隔を置いて配置された複数の内部電極と、前記一対の端面にそれぞれ配置された、互いに異なる前記内部電極に電気的に接続された一対の外部電極とを備えている。前記一対の端面は、凹状に湾曲した湾曲面を有している。前記一対の外部電極は、前記湾曲面の中央部を含むように配置された端面部と該端面部から前記一対の面のうち第1の面に延在する第1の面延在部と前記端面部から前記一対の面のうち第2の面に延在する第2の面延在部とを有し、前記端面部が凹状に湾曲している。
従来の積層型コンデンサは、一対の側面の中央部に一対の外部電極が設けられ、外部電極と基板電極がはんだを介して実装される。その結果、はんだフィレット層は、外部電極の上方にまで形成され、振動振幅の大きい側面の中央部を含むことになり、振動を基板に伝播しやすくなる。
本開示の積層型コンデンサにおいては、外部電極と基板電極とをはんだを介して実装した場合、一対の外部電極が凹状に湾曲しており、はんだフィレット層が外部電極の上方にまで形成されにくく、振動を基板に伝播しにくくすることができる。以下、本開示の積層型コンデンサについて、詳細に説明する。
<実施の形態1>
以下、本開示の実施の形態1に係る積層型コンデンサ10について図面を参照しながら説明する。また、積層型コンデンサ10は、便宜的に、直交座標系XYZを定義するとともに、Z方向の正側を上方として、上面もしくは下面の用語を用いるものとする。本実施の形態では、一対の面のうち下面が第1の面4aとなり、上面が第2の面4bとなる。なお、各図面において、同じ部材および同じ部分に関しては共通の符号を用いて、重複する説明は適宜省略する。
以下、本開示の実施の形態1に係る積層型コンデンサ10について図面を参照しながら説明する。また、積層型コンデンサ10は、便宜的に、直交座標系XYZを定義するとともに、Z方向の正側を上方として、上面もしくは下面の用語を用いるものとする。本実施の形態では、一対の面のうち下面が第1の面4aとなり、上面が第2の面4bとなる。なお、各図面において、同じ部材および同じ部分に関しては共通の符号を用いて、重複する説明は適宜省略する。
図1(a)は、本開示の実施の形態1に係る積層型コンデンサ10を示す概略の斜視図である。積層型コンデンサ10は、複数の誘電体層1aが積層されており、積層体1と、内部電極2と、一対の外部電極3とを備えている。積層体1は、一対の面、一対の側面および一対の端面を有している。複数の内部電極2(第1の内部電極2aおよび第2の内部電極2b)は、複数の誘電体層1aの層間に積層方向に間隔を置いて配置されている。一対の外部電極3(第1の外部電極3aおよび第2の外部電極3b)は、一対の側面にそれぞれ配置されており、互いに異なる内部電極2に電気的に接続されている。このように、積層体1は、内部に第1の内部電極2aと第2の内部電極2bとが誘電体層1aを介して交互に積層されたものである。
積層体1は、互いに対向する第1の面4aおよび第2の面4bが誘電体層1aと内部電極2(第1の内部電極2aおよび第2の内部電極2b)との積層方向にそれぞれ位置している。また、互いに対向する一対の側面(第1の側面4eおよび第2の側面4f)は、第1の面4aと第2の面4bとの間に位置するとともに第1の面4aおよび第2の面4bの長辺側に隣接している。互いに対向する一対の端面(第1の端面4cおよび第2の端面4d)は、第1の面4aと第2の面4bとの間に位置するとともに第1の面4aおよび第2の面4bの短辺側に隣接している。なお、一対の側面(第1の側面4eおよび第2の側面4f)は、積層体1の長手方向(X方向)に沿って位置している。また、一対の端面(第1の端面4cおよび第2の端面4d)は、積層体1の短手方向(Y方向)に沿って位置している。
積層体1は、図1に示すように、一対の側面(第1の側面4eおよび第2の側面4f)が凹状に湾曲しており、また、一対の端面(第1の端面4cおよび第2の端面4d)が凹状に湾曲している。
また、積層体1は、下面の第1の面4aが下方(Z方向の負側)に向かって湾曲し、上面の第2の面4bが上方(Z方向の正)に向かって湾曲している。すなわち、積層体1は、図1に示すように、積層体1の長手方向に垂直な方向の断面視において第1の面4aが両端部から中央部に向かって曲線となる曲面部4gを両端部に有している。また、積層体1は、第2の面4bが両端部から中央部に向かって曲線となる曲面部4hを両端部に有している。積層体1は、第1の面4aが下方に向かって緩やかな凸曲面となり、また、第2の面4bが上方に向かって緩やかな凸曲面となっている。
このように、積層体1は、一対の面、一対の側面および一対の端面を有し、直方体状であり、一対の側面および一対の端面がそれぞれ凹状に湾曲し、湾曲面を有している。また、積層体1は、第1の面4aおよび第2の面4bも凸状に湾曲している。ここでは、直方体状とは、一対の側面が凹状に湾曲し、一対の端面が凹状に湾曲しているものをいう。また、積層体1は、稜線部がR形状になっていてもよい。
積層体1は、誘電体層1aの表面に内部電極2が形成されたセラミックグリーンシートを複数枚積層して焼成することで得られる焼結体である。また、積層体1は、誘電体層1aおよび内部電極2を同時に焼成する時に、互いの収縮率の差を利用することによって、一対の側面および一対の端面を凹状に湾曲させることができ、また、一対の面を凸状に湾曲させることができる。
一対の外部電極3は、図1に示すように、第1の外部電極3aと第2の外部電極3bとを含んでいる。第1の外部電極3aは、側面部3a1と第1の面延在部3a2と第2の面延在部3a3とを有している。側面部3a1は、凹状に湾曲する第1の側面4eの中央部を含むように第1の側面4eに設けられている。第1の面延在部3a2は、側面部3a1から積層体1の短手方向(Y方向)の中央部に向かって第1の面4a上に延在している。また、第2の面延在部3a3は、側面部3a1から積層体1の短手方向(Y方向)の中央部に向かって第2の面4b上に延在している。このように、積層型コンデンサ10は、図1に示すように、側面部3a1が第1の側面4eの凹状に湾曲した湾曲面に設けられ、凹状に湾曲している。
また、第2の外部電極3bは、側面部3b1と第1の面延在部3b2と第2の面延在部3b3とを有している。側面部3b1は、凹状に湾曲する第2の側面4fの中央部を含むように第2の側面4fに沿って設けられている。第1の面延在部3b2は、側面部3b1から積層体1の短手方向(Y方向)の中央部に向かって第1の面4a上に延在している。第2の面延在部3b3は、側面部3b1から積層体1の短手方向(Y方向)の中央部に向かって第2の面4b上に延在している。このように、積層型コンデンサ10は、図1に示すように、側面部3b1が第2の側面4fの凹状に湾曲した湾曲面に設けられ、凹状に湾曲している。
内部電極2は、図1に示すように、第1の内部電極2aと第2の内部電極2bとを含んでいる。第1の内部電極2aおよび第2の内部電極2bは、所定間隔を介して互いに対向しており、複数の誘電体層1aを介して積層方向に所定間隔で交互に配置されている。図1(b)に示すように、積層体1の短手方向の垂直な方向の断面視において、第1の面4aの形状に沿うように、下方に位置する内部電極2は下方に緩やかに湾曲し、第2の面4bの形状に沿うように、上方に位置する内部電極2は上方に緩やかに湾曲している。また、図1(c)に示すように、積層体1の長手方向に垂直な方向の断面視において、第1の面4aの形状に沿うように、下方に位置する内部電極2は下方に緩やかに湾曲し、第2の面4bの形状に沿うように、上方に位置する内部電極2は上方に緩やかに湾曲している。
第1の外部電極3aは、図1および図2に示すように、側面部3a1が凹状に湾曲した第1の側面4eの中央部を含むように配置され、第1の側面4eに引き出された第1の内部電極2aに電気的に接続されている。また、第2の外部電極3bは、図1および図2に示すように、側面部3b1が凹状に湾曲した第2の側面4fの中央部を含むように配置され、第2の側面4fに引き出された第2の内部電極2bに電気的に接続されている。
第1の内部電極2aは、図2(b)に示すように、第1の側面4e側の中央部に第1の側面4eへの引出部2aaを有しており、引出部2aaが第1の側面4eに引き出され、第1の側面4eに露出するように配置されている。
また、第2の内部電極2bは、図2(c)に示すように、第2の側面4f側の中央部に第2の側面4fへの引出部2baを有しており、引出部2baが第1の側面4eに対向する第2の側面4fに引き出され、第2の側面4fに露出するように配置されている。なお、第1の内部電極2aおよび第2の内部電極2bは、第1の端面4cおよび第2の端面4dには露出していない。図2(a)は、第1の側面4eに露出する第1の内部電極2aを実線で示し、第2の側面4fに露出する第2の内部電極2bを破線で示している。
このように、積層型コンデンサ10は、第1の外部電極3aが凹状に湾曲した第1の側面4eの中央部に設けられ、第2の外部電極3bが凹状に湾曲した第2の側面4fの中央部に設けられている。第1の外部電極3aは、図2(b)に示すように、側面部3a1が第1の側面4eに引き出された第1の内部電極2aの引出部2aaを覆うように設けられ、第1の内部電極2aに電気的に接続されている。また、第2の外部電極3bは、図2(c)に示すように、側面部3b1が第2の側面4fに引き出された第2の内部電極2bの引出部2baを覆うように設けられ、第2の内部電極2bに電気的に接続されている。
なお、第1の側面4eの中央部とは、第1の側面4eを垂直に2等分する2等分線8を含む領域であり、第1の外部電極3aは側面部3a1がこの領域を含んで設けられている。また、第2の側面4fの中央部とは、第2の側面4fを垂直に2等分する2等分線8を含む領域であり、第2の外部電極3bは側面部3b1がこの領域を含んで設けられている。なお、図2は、2等分線8を長鎖線で示している。
このように、内部電極2は、1層毎に異なる外部電極3に電気的に接続されており、一対の外部電極3に電圧が印加されると、第1の内部電極2aと第2の内部電極2bに挟まれた誘電体層1aにおいて静電容量が発生する。
積層型コンデンサ10は、長手方向(X方向)の長さが、例えば、0.6(mm)〜2.2(mm)であり、短手方向(Y方向)の長さが、例えば、0.3(mm)〜1.5(mm)であり、高さ方向(Z方向)の長さが、例えば、0.3(mm)〜1.2(mm)である。
内部電極2は、図2に示すように、積層方向(Z方向)からの平面視において、長方形状である。また、図1に示す誘電体層1aおよび内部電極2の構造は、模式的なものであり、実際には数層〜数百層の誘電体層1aと内部電極2とが積層されたものが多く用いられている。誘電体層1aは、1層当たりの厚みが、例えば、0.2(μm)〜3(μm)である。積層体1は、例えば、10(層)〜1000(層)の複数の誘電体層1aと内部電極2とがZ方向に積層されている。また、積層体1内の内部電極2の積層数は、積層型コンデンサ10の特性等に応じて適宜に設定される。
誘電体層1aは、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸カルシウム(CaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)またはジルコン酸カルシウム(CaZrO3)等である。また、誘電体層1aは、高い誘電率の点から、特に、誘電率の高い強誘電体材料としてチタン酸バリウムを用いてもよい。
図2に示すように、引出部2aaおよび引出部2baは、積層体1の長手方向(X方向)に沿った長さがほぼ同じ長さになるように設けられている。これに限らず、引出部2aaおよび引出部2baは、積層体1の長手方向(X方向)に沿った長さが互いに異なっていてもよい。
引出部2aa(引出部2ba)は、振動の対称性を保ち、基板を振動させる要素を低減するために、第1の側面4e(第2の側面4f)における露出部が第1の側面4e(第2の側面4f)の2等分線8を含むように設けてもよい。
内部電極2の導電材料は、例えば、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)または金(Au)等の金属材料である。または、内部電極2の導電性材料は、これらの金属材料の一種以上を含む、例えば、Ag−Pd合金等の合金材料である。第1の内部電極2aおよび第2の内部電極2bは、電極の厚みが、例えば、0.2(μm)〜2(μm)であり、用途に応じて厚みを適宜に設定すればよい。また、第1の内部電極2aおよび第2の内部電極2bは、同一の金属材料または合金材料を用いて形成してもよい。
第1の外部電極3aは、第1の側面4eから第1の面4aおよび第2の面4bにかけて設けられており、また、第2の外部電極3bは、第2の側面4fから第1の面4aおよび第2の面4bにかけて設けられている。
一対の外部電極3は、下地電極5と金属層6とを含んでいる。一対の下地電極5は、第1の下地電極が凹状に湾曲した第1の側面4eから第1の面4aおよび第2の面4bに延在するように設けられ、また、第2の下地電極が凹状に湾曲した第2の側面4fから第1の面4aおよび第2の面4bに延在するように設けられている。金属層6は、下地電極5を覆うように下地電極5の表面上に形成されている。
一対の下地電極5は、第1の下地電極が第1の側面4eに引き出された第1の内部電極2aに電気的に接続され、第2の下地電極が第2の側面4fに引き出された第2の内部電極2bに電気的に接続されている。下地電極5の導電材料は、例えば、Cu(銅)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)または金(Au)等の金属材料である。また、下地電極5の導電材料は、これらの金属材料の一種以上を含む、例えば、Cu−Ni合金等の合金材料である。一対の下地電極5は、積層体1の表面に同一の金属材料または同一の合金材料に用いて形成してもよい。
第1の外部電極3aは、下地電極5と金属層6とからなり、第1の側面4eを含んで第1の面4aから第2の面4bにわたって設けられている。また、第2の外部電極3bは、下地電極5と金属層6とからなり、第2の側面4fを含んで第1の面4aから第2の面4bにわたって設けられている。
下地電極5は、図1(b)および図1(c)に示すように、積層体1の表面に設けられている。金属層6は、下地電極5の全体を覆うように設けられている。また、金属層6は、図1(b)および図1(c)に示すように、第1の金属層6aと第2の金属層6bとを含んでいる。第1の金属層6aは、下地電極5を覆うように下地電極5の表面上に設けられ、また、第2の金属層6bは、第1の金属層6aを覆うように第1の金属層6aの表面上に設けられる。
下地電極5は、第1の面4aおよび第2の面4bにおける厚みが、例えば、3(μm)〜5(μm)であり、第1の側面4eおよび第2の側面4fにおける厚みが、例えば、5(μm)〜10(μm)である。
一対の下地電極5は、例えば、ローラ転写法等を用いて、凹状に湾曲した第1の側面4eおよび第2の側面4fに設けられる。また、一対の外部電極3は、下地電極5上に金属層6を設けることによって得られる。
ローラ転写法は、図9に示すように、積層体1の送り速度および回転転写ローラ16の回転速度を調整することによって、下地電極5となる導電性ペースト17を積層体1の一対の側面および一対の面(第1の面4aおよび第2の面4b)に転写することができる。
また、このローラ転写法において、下地電極5となる導電性ペースト17は、粘度を調整することによって、凹状に湾曲した一対の側面に均一に転写される。具体的には、導電性ペースト17は、粘度を、例えば、10(Pa・s)〜20(Pa・s)にすることによって、表面張力が低くなる。これによって、転写される導電性ペースト17は、厚みが薄くなるとともに、凹状に湾曲した一対の側面に沿って均一に転写され、一対の側面に凹状に湾曲して設けられる。なお、導電性ペースト17は、射出ニードル18から回転転写ローラ16に供給され、スクレッパー19で用いて膜厚が調整される。
このように、下地電極5となる導電性ペースト17は、凹状に湾曲した第1の側面4eおよび第2の側面4fに設けられるとともに、第1の面4aおよび第2の面4bに延在するように設けられる。
転写された導電性ペースト17は、焼結して下地電極5となる。一対の下地電極5は、一対の側面(第1の側面4eおよび第2の側面4f)の凹状に湾曲した形状に反映して凹状に湾曲している。下地電極5は、表面を覆うように金属層6を設けて一対の外部電極3となる。
したがって、積層型コンデンサ10は、導電性ペースト17を焼結することによって下地電極5を設け、さらに、下地電極5の表面を覆うように金属層6を設けて一対の外部電極3とすることができる。これによって、一対の外部電極3(第1の外部電極3aおよび第2の外部電極3b)は、側面部3a1および側面部3b1が凹状に湾曲した湾曲面に沿って凹状に湾曲して設けられる。
金属層6は、例えば、第1の金属層6aおよび第2の金属層6bがめっき層である。第1の金属層6aは、下地電極5を覆うように下地電極5の表面上にめっき処理を用いて設けられる。第2の金属層6bは、第1の金属層6aのめっき層を覆うように第1の金属層6aのめっき層の表面上にめっき処理を用いて設けられる。
第1の金属層6aおよび第2の金属層6bは、例えば、ニッケル(Ni)めっき層、銅(Cu)めっき層、金(Au)めっき層、銀(Ag)めっき層または錫(Sn)めっき層等である。積層型コンデンサ10は、例えば、第1の金属層6aがニッケル(Ni)めっき層であり、第2の金属層6bが錫(Sn)めっき層である。第1の金属層6aは、めっき層の厚みが、例えば、5(μm)〜10(μm)であり、第2の金属層6bは、めっき層の厚みが、例えば、3(μm)〜5(μm)である。
ここで、図1に示す積層型コンデンサ10の製造方法の一例について以下に説明する。
複数の第1および第2のセラミックグリーンシートを準備する。第1のセラミックグリーンシートは、第1の内部電極2aを形成するものである。また、第2のセラミックグリーンシートは、第2の内部電極2bを形成するものである。
複数の第1のセラミックグリーンシートは、第1の内部電極2aを形成するために、セラミックグリーンシート上に、第1の内部電極2aの導体ペースト層が第1の内部電極2a用の導体ペースト用いて形成される。なお、第1のセラミックグリーンシートは、多数個の積層型コンデンサ10を得るために、1枚のセラミックグリーンシート内に複数の第1の内部電極2aが形成される。
また、複数の第2のセラミックグリーンシートは、上述の方法を用いて、第2の内部電極2bが形成される。
上述の第1の内部電極2aの導体ペースト層および第2の内部電極2bの導体ペースト層は、セラミックグリーンシート上に、例えば、それぞれの導体ペーストを所定のパターン形状でスクリーン印刷法等を用いて形成される。
なお、第1および第2のセラミックグリーンシートは誘電体層1aとなる。第1の内部電極2aの導体ペースト層は、第1の内部電極2aとなる。第2の内部電極2bの導体ペースト層は、第2の内部電極2bとなる。
セラミックグリーンシートの材料は、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸カルシウム(CaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)またはジルコン酸カルシウム(CaZrO3)等の誘電体セラミックスを主成分とするものである。副成分として、例えば、Mn化合物、Fe化合物、Cr化合物、Co化合物またはNi化合物等が添加されたものであってもよい。
第1および第2のセラミックグリーンシートは、誘電体セラミックスの原料粉末および有機バインダに適当な有機溶剤等を添加して混合することによって泥漿状のセラミックスラリーを作製し、ドクターブレード法等を用いて成形することによって得られる。
第1の内部電極2aおよび第2の内部電極2b用の導体ペーストは、上述したそれぞれの内部電極2の導体材料(金属材料)の粉末に添加剤(誘電体材料)、バインダ、溶剤、分散剤等を加えて混練することで作製される。第1の内部電極2aおよび第2の内部電極2bの導電材料は、例えば、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)または金(Au)等の金属材料である。また、第1の内部電極2aおよび第2の内部電極2bの導電材料は、これらの金属材料の一種以上を含む、例えばAg−Pd合金等の合金材料が挙げられる。第1の内部電極2aおよび第2の内部電極2bは、同一の金属材料または合金材料を用いて形成してもよい。
セラミック材料の積層体1は、第1のセラミックグリーンシートと第2のセラミックグリーンシートとを交互に積層して、内部電極2を形成していないセラミックグリーンシートを積層方向の最外層にそれぞれ積層することによって作製する。
このように、複数の第1および第2のセラミックグリーンシートが積層された積層体は、プレスして一体化することによって、多数個の生積層体を含む大型の生積層体となる。この大型の生積層体を切断することによって、図1に示す積層型コンデンサ10の積層体1となる生積層体を得ることができる。大型の生積層体の切断は、例えば、ダイシングブレード等を用いて行なうことができる。
そして、積層体1は、生積層体を、例えば、800(℃)〜1300(℃)で焼成することによって得ることができる。積層体1は、誘電体層1aおよび内部電極2の同時焼成時に、互いの収縮率の差を利用することによって、一対の側面および一対の端面が凹状に湾曲し、また、一対の面が凸状に湾曲することになる。
焼成することによって、複数の第1および第2のセラミックグリーンシートは、誘電体層1aとなる。第1の内部電極2aの導体ペースト層は、第1の内部電極2aとなる。第2の内部電極2bの導体ペースト層は、第2の内部電極2bとなる。また、積層体1は、例えば、バレル研磨等の研磨手段を用いて角部または辺部が丸められる。積層体1は、角部または稜線部を丸めることによって、角部または稜線部が欠けにくいものとなる。
そして、一対の下地電極5は、例えば、ローラ転写法等を用いて、凹状に湾曲した第1の側面4eおよび第2の側面4fに設けられる。一対の下地電極5は、表面に金属層6を設けることによって、一対の外部電極3となる。一連の工程によって、積層型コンデンサ10が得られる。
ここで、本実施の形態1に係る積層型コンデンサ10の実装構造体について以下に説明する。
図3(a)は、積層型コンデンサ10を基板9に実装した状態を示しており、図3(b)は、積層型コンデンサ10を基板9に実装した状態であって、図3(a)のC−C線で切断した断面図である。
積層型コンデンサ10は、例えば、はんだを介して回路基板(以下、基板9という)上に実装される。基板9は、例えば、ノートパソコン、スマートフォンまたは携帯電話等に用いられるものである。基板9は、例えば、表面には積層型コンデンサ10が電気的に接続される電気回路が形成されている。なお、基板9は、表面の絶縁層を省略して示している。
また、基板9は、図3に示すように、例えば、積層型コンデンサ10の実装面には基板電極9aおよび基板電極9bが設けられ、基板電極9aから配線(図示せず)が延びており、また、基板電極9bから配線(図示せず)が延びている。積層型コンデンサ10は、第1の面4aが基板9の実装面に対向して配置され、例えば、第1の外部電極3aと基板電極9aとが導電性接合材を介して接合され、また、第2の外部電極3bと基板電極9bとが導電性接合材を介して接合される。導電性接合材は、例えば、はんだまたは導電性樹脂等である。本実施の形態は、導電性接合材として、はんだを用いており、一対の外部電極3と基板電極9aおよび基板電極9bとがはんだ接合されている。
積層型コンデンサ10の実装構造体は、図3に示すように、第1の面延在部3a2と基板電極9aとが対向して配置され、第1の面延在部3b2と基板電極9bとが対向して配置されている。したがって、積層型コンデンサ10は、第1の面延在部3a2と基板電極9aとがはんだを介して接合され、第1の面延在部3b2と基板電極9bとがはんだを介して接合されている。はんだ接合は、例えば、基板電極9aおよび基板電極9b上に印刷したはんだによって行なわれる。使用するはんだ材料は、一対の外部電極3との濡れ性がよいものであれば特に限定されない。
図3および図4に示すように、実装構造体は、第1の外部電極3aと基板電極9aとの間および第2の外部電極3bと基板電極9bとの間にははんだ層が形成され、はんだフィレット層7が凹状に湾曲した側面部3a1および側面部3b1に沿って形成される。
ここで、実施の形態1の積層型コンデンサ10と比較するために、従来の積層型コンデンサ10Bについて以下に説明する。
積層型コンデンサ10Bは、図5(b)に示すように、直方体状の積層体と、積層体の両側面に設けられた一対の外部電極(第1の外部電極30a1および第2の外部電極30b1)とを備えている。図5(b)は、基板9に実装した積層型コンデンサ10Bの実装構造体を示している。
積層体は、図5(b)に示すように、誘電体層と内部電極とが交互に積層されたものである。内部電極は、積層体の両端部の第1の外部電極30a1または第2の外部電極30b1に電気的のいずれかに接続されている。また、積層型コンデンサ10Bにおいて、誘電体層、内部電極および外部電極は、本実施の形態1に係る積層型コンデンサ10と同じ材料を用いている。
積層型コンデンサ10Bは、図5(b)に示すように、第1の外部電極30a1と基板電極9aおよび第2の外部電極30b1と基板電極9bとがはんだを介して電気的に接合されている。はんだは、第1の外部電極30a1と基板電極9aとの間および第2の外部電極30b1と基板電極9bとの間の隙間を埋めるとともに、積層体の両側面部にはんだフィレット層70を形成している。具体的には、はんだフィレット層70は、一対の外部電極(第1の外部電極30a1および第2の外部電極30b1)の両側面部に沿って形成されている。
ここで、はんだ接合におけるはんだフィレット層7およびはんだフィレット層70について、図5(a)〜(c)を参照しながら説明する。
はんだ接合において、はんだ接合のしやすさは、図5(a)に示すように、母材(例えば、基板電極)と溶融したはんだとが接触した際のぬれ角θで表わされる。
積層型コンデンサ10Bは、図5(b)に示すように、一対の外部電極(第1の外部電極30a1および第2の外部電極30b1)が実装面(基板電極9aおよび基板電極9b)に対して垂直に配置されている。
はんだ接合において、リフロー等ではんだが溶融温度を超えると、溶融したはんだは、図5(b)に示すように、積層型コンデンサ10Bの外部電極とはんだフィレット層70の側面に沿った側面線A1とが成す固有のぬれ角θ1を有することになる。さらに、溶融したはんだは、実装面とはんだフィレット層70の側面に沿った側面線A2とが成す固有のねれ角θ2を有することになる。
溶融したはんだは、はんだの冷却とともに、溶融状態から固体状態に移行する際に、若干の凝固収縮があるものの、固有のぬれ角θ1およびぬれ角θ2とほぼ同じぬれ角θ1およびぬれ角θ2を有した状態で凝固する。これによって、溶融したはんだは、一対の外部電極3の側面にはんだフィレット層70を形成する。
実施の形態1に係る積層型コンデンサ10は、一対の外部電極3(第1の外部電極3aおよび第2の外部電極3b)の材料が積層型コンデンサ10Bの材料と同一の材料を用い、また、同一のはんだ材料を用いている。したがって、積層型コンデンサ10は、固有のぬれ角θ1およびぬれ角θ2が積層型コンデンサ10Bとほぼ同じになる。
ここで、積層型コンデンサ10は、一対の側面(第1の側面4eおよび第2の側面4f)が凹状に湾曲しており、溶融したはんだが凹状に湾曲した側面部側(側面部3a1および側面部3b1)に傾いて固有のぬれ角θ1を維持しようとする。また、積層型コンデンサ10は、溶融したはんだが実装面とはんだフィレット層7の側面に沿った側面線B2との成す固有のぬれ角θ2を維持しようとする。
すなわち、積層型コンデンサ10は、外部電極3(第1の外部電極3aおよび第2の外部電極3b)とはんだフィレット層7の側面に沿った側面線B1との成す固有のぬれ角θ1を有することになる。さらに、積層型コンデンサ10は、実装面(基板電極9aおよび基板電極9b)とはんだフィレット層7の側面に沿った側面線B2との成す固有のぬれ角θ2を有することになる。したがって、積層型コンデンサ10は、積層型コンデンサ10Bと同じように、固有のぬれ角θ1およびぬれ角θ2を維持するように、はんだフィレット層7が形成されることになる。
この場合には、積層型コンデンサ10は、積層型コンデンサ10Bと比較して、凹状に湾曲した側面部3a1および側面部3b1に、溶融したはんだが流入する自由空間が形成されることになる。このように、溶融したはんだは、自由空間によって凹状に湾曲した側面部3a1側および側面部3b1側に傾いてぬれ角θ1を維持するためにはんだフィレット層7のZ方向の高さが低くなる。したがって、凹状に湾曲した側面部3a1および側面部3b1において、はんだフィレット層7は、Z方向の高さが積層型コンデンサ10Bの場合よりも低い位置で安定して形成されることになる。また、積層型コンデンサ10は、溶融したはんだがぬれ角θ2も維持することになる。
積層型コンデンサ10の実装構造体は、はんだの冷却とともに、溶融状態から固体状態に移行する際に若干の凝固収縮があるものの、溶融したはんだが固有のぬれ角θ1およびぬれ角θ2とほぼ同じぬれ角θ1およびぬれ角θ2を有した状態で凝固することになる。これによって、溶融したはんだは、一対の外部電極3の側面にはんだフィレット層7を形成する。したがって、積層型コンデンサ10は、一対の外部電極3が凹状に湾曲しているので、はんだフィレット層7のZ方向の高さを低くすることができる。
積層型コンデンサは、第1の側面4eおよび第2の側面4fのZ方向の中央部付近では、振動振幅が大きくなりやすい。したがって、はんだフィレット層7が振動振幅の大きい第1の側面4eおよび第2の側面4fの中央部付近に存在することによって、積層型コンデンサは、はんだフィレット層7を介して振動が基板9に伝播しやすくなる。
一方、積層型コンデンサ10は、一対の外部電極3が第1の側面4eおよび第2の側面4fの凹状に湾曲した湾曲面に設けられ、凹状に湾曲しているので、上述したように、はんだフィレット層7のZ方向の高さを低くすることができる。
したがって、積層型コンデンサ10は、はんだフィレット層7が振動振幅の大きい第1の側面4eおよび第2の側面4fの中央部付近に形成されにくく、はんだフィレット層7を介して振動が基板9に伝播しにくくなり、音鳴きを低減することができる。
また、積層型コンデンサ10は、図3および図4に示すように、積層体1の長手方向に垂直な方向の断面視において第1の面4aが両端部から中央部に向かって曲線となっている曲面部4gを有している。これによって、積層型コンデンサ10は、第1の面延在部3a2および第1の面延在部3b2が曲面部4gに沿って設けられる。したがって、第1の面延在部3a2および第1の面延在部3b2は、曲面部4gに沿って設けられ、形状が曲面状になる。
積層型コンデンサ10は、はんだが溶融した際に、第1の面延在部3a2および第1の面延在部3b2には、下方(Z方向の負側)に向かう張力が働くことになる。さらに、積層型コンデンサ10は、はんだが溶融した際に、第1の面延在部3a2には積層体1の外側(Y方向の負側)に向かう張力が働き、また、第1の面延在部3b2には積層体1の外側(Y方向の正側)に向かう張力が働くことになる。
したがって、積層型コンデンサ10は、第1の面延在部3a2および第1の面延在部3b2が曲面状であり、実装構造体において、下方(Z方向の負側)に向かう張力および積層体1の外側(Y方向の負側および正側)に向かう張力が互いにバランスを取り合うことができる。このように、積層型コンデンサ10は、実装構造体において、張力がバランスを取り合っているので、基板電極9aおよび基板電極9bに対して、XY方向の位置安定性を向上させるとともに、Z方向に対する平衡安定性を向上させることができる。すなわち、積層型コンデンサ10は、はんだの溶融時のセルフアライメント効果によって実装の安定性が向上する。
本開示は、上述の実施の形態1に係る積層型コンデンサ10に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更および改良等が可能である。他の実施の形態について以下に説明する。なお、他の実施の形態に係る積層型コンデンサのうち、実施の形態1に係る積層型コンデンサ10と同じ部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
<実施の形態2>
以下、本開示の実施の形態2に係る積層型コンデンサ10Aについて図6を参照しながら説明する。積層型コンデンサ10Aは、積層型コンデンサ10とは異なり、一対の外部電極3が第1の端面4cおよび第2の端面4dの中央部を含むように設けられている。なお、積層型コンデンサ10Aは、一対の外部電極3が一対の端面(第1の端面4cおよび第2の端面4d)に設けられているが、一対の外部電極3の形状は積層型コンデンサ10と同じであり、また、他の構成等も積層型コンデンサ10と同じである。
以下、本開示の実施の形態2に係る積層型コンデンサ10Aについて図6を参照しながら説明する。積層型コンデンサ10Aは、積層型コンデンサ10とは異なり、一対の外部電極3が第1の端面4cおよび第2の端面4dの中央部を含むように設けられている。なお、積層型コンデンサ10Aは、一対の外部電極3が一対の端面(第1の端面4cおよび第2の端面4d)に設けられているが、一対の外部電極3の形状は積層型コンデンサ10と同じであり、また、他の構成等も積層型コンデンサ10と同じである。
また、積層型コンデンサ10Aは、上述の積層型コンデンサ10で適用した技術内容を適宜に採用することができる。また、第1の外部電極3Aおよび第2の外部電極3Bは、積層型コンデンサ10と同じように、上述のローラ転写法等を用いて、第1の端面4cおよび第2の端面4dに設けることができる。
図6(a)は、本開示の実施の形態2に係る積層型コンデンサ10Aを示す概略の斜視図であり、積層型コンデンサ10Aは、積層体1と、内部電極2と、一対の外部電極3とを備えている。積層体1は、誘電体層1aと内部電極2(第1の内部電極2aおよび第2の内部電極2b)とが交互に積層された直方体状である。一対の外部電極3(第1の外部電極3Aおよび第2の外部電極3B)は、積層体1の長手方向の一対の端面(第1の端面4cおよび第2の端面4d)に設けられ、互いに異なる内部電極2にそれぞれ電気的に接続されている。
積層体1は、図6に示すように、一対の側面(第1の側面4eおよび第2の側面4f)が凹状に湾曲しており、また、一対の端面(第1の端面4cおよび第2の端面4d)が凹状に湾曲している。
また、積層体1は、下面の第1の面4aが下方(Z方向の負側)に向かって湾曲し、また、上面の第2の面4bが上方(Z方向の正)に向かって湾曲している。すなわち、積層体1は、図6に示すように、積層体1の短手方向に垂直な方向の断面視において第1の面4aが両端部から中央部に向かって曲線となる曲面部4iを両端部に有している。また、積層体1は、第2の面4bが両端部から中央部に向かって曲線となる曲面部4jを両端部に有している。積層体1は、第1の面4aが下方に向かって緩やかな凸曲面となり、また、第2の面4bが上方に向かって緩やかな凸曲面となっている。
一対の外部電極3は、図6に示すように、第1の外部電極3Aと第2の外部電極3Bと含んでいる。第1の外部電極3Aは、端面部3A1と第1の面延在部3A2と第2の面延在部3A3とを有している。端面部3A1は、第1の端面4cの中央部を含むように凹状に湾曲した第1の端面4cに配置されている。第1の面延在部3A2は、端面部3A1から積層体1の長手方向(X方向)の中央部に向かって第1の面4a上に延在している。第2の面延在部3A3は、端面部3A1から積層体1の長手方向(X方向)の中央部に向かって第2の面4b上に延在している。
また、第2の外部電極3Bは、端面部3B1と第1の面延在部3B2と第2の面延在部3B3とを有している。端面部3B1は、第2の端面4dの中央部を含むように凹状に湾曲した第2の端面4dに配置されている。第1の面延在部3B2は、端面部3A1から積層体1の長手方向(X方向)の中央部に向かって第1の面4a上に延在している。第2の面延在部3B3は、端面部3B1から積層体1の長手方向(X方向)の中央部に向かって第2の面4b上に延在している。また、端面部3A1および端面部3B1は、上述の実施の形態1で示した形状を用いることができる。
第1の外部電極3Aは、図6および図7に示すように、端面部3A1が凹状に湾曲した第1の端面4cの中央部を含むように設けられ、第1の端面4cに引き出された第1の内部電極2aに電気的に接続されている。また、第2の外部電極3Bは、図6および図7に示すように、端面部3B1が凹状に湾曲した第2の端面4dの中央部を含むように設けられ、第2の端面4dに引き出された第2の内部電極2bに電気的に接続されている。
図8(a)は、積層型コンデンサ10と同じように、積層型コンデンサ10Aを基板9に実装した状態を示しており、図8(b)は、積層型コンデンサ10Aを基板9に実装した状態であって、図8(a)のF−F線で切断した断面図である。
積層型コンデンサは、第1の端面4cおよび第2の端面4dのZ方向の中央部付近では、振動振幅が大きくなりやすい。したがって、はんだフィレット層7が振動振幅の大きい第1の端面4cおよび第2の端面4dの中央部付近に存在することによって、積層型コンデンサは、はんだフィレット層7を介して振動が基板9に伝播しやすくなる。
一方、積層型コンデンサ10Aは、一対の外部電極3が第1の端面4cおよび第2の端面4dの凹状に湾曲した湾曲面に設けられ、凹状に湾曲しているので、実施の形態1で上述したように、はんだフィレット層7のZ方向の高さを低くすることができる。
したがって、積層型コンデンサ10Aは、はんだフィレット層7が振動振幅の大きい第1の端面4cおよび第2の端面4dの中央部付近に形成されにくく、はんだフィレット層7を介して振動が基板9に伝播しにくくなり、音鳴きを低減することができる。
また、積層型コンデンサ10Aは、図6に示すように、積層体1の短手方向に垂直な方向の断面視において第1の面4aが両端部から中央部に向かって曲線となっている曲面部4iを有している。これによって、積層型コンデンサ10Aは、第1の面延在部3A2および第1の面延在部3B2が曲面部4iに沿って設けられる。したがって、第1の面延在部3A2および第1の面延在部3B2は、曲面部4iに沿って設けられ、形状が曲面状になる。
積層型コンデンサ10Aは、はんだが溶融した際に、第1の面延在部3A2および第1の面延在部3B2には、下方(Z方向の負側)に向かう張力が働くことになる。さらに、積層型コンデンサ10は、はんだが溶融した際に、第1の面延在部3A2には積層体1の外側(X方向の負側)に向かう張力が働き、また、第1の面延在部3B2には積層体1の外側(X方向の正側)に向かう張力が働くことになる。
したがって、積層型コンデンサ10Aは、第1の面延在部3A2および第1の面延在部3B2が曲面状であり、実装構造体において、下方(Z方向の負側)に向かう張力および積層体1の外側(X方向の負側および正側)に向かう張力が互いにバランスを取り合うことができる。このように、積層型コンデンサ10は、実装構造体において、張力がバランスを取り合っているので、基板電極9aおよび基板電極9bに対して、XY方向の位置安定性を向上させるとともに、Z方向に対する平衡安定性を向上させることができる。すなわち、積層型コンデンサ10Aは、はんだの溶融時のセルフアライメント効果によって実装の安定性が向上する。
本開示は、上述した実施の形態に特に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々の変更および改良が可能である。
1 積層体
1a 誘電体層
2 内部電極
2a 第1の内部電極
2aa 引出部
2b 第2の内部電極
2ba 引出部
3 外部電極
3a、3A 第1の外部電極
3a1 側面部
3A1 端面部
3a2、3A2 第1の面延在部
3a3、3A3 第2の面延在部
3b、3B 第2の外部電極
3b1 側面部
3B1 端面部
3b2、3B2 第1の面延在部
3b3、3B3 第2の面延在部
4a 第1の面
4b 第2の面
4c 第1の端面
4d 第2の端面
4e 第1の側面
4f 第2の側面
5 下地電極
6 金属層
6a 第1の金属層
6b 第2の金属層
7、70 はんだフィレット層
8 2等分線
9 基板
9a、9b 基板電極
10、10A、10B 積層型コンデンサ
16 回転転写ローラ
17 導電性ペースト
18 射出ニードル
19 スクレッパー
1a 誘電体層
2 内部電極
2a 第1の内部電極
2aa 引出部
2b 第2の内部電極
2ba 引出部
3 外部電極
3a、3A 第1の外部電極
3a1 側面部
3A1 端面部
3a2、3A2 第1の面延在部
3a3、3A3 第2の面延在部
3b、3B 第2の外部電極
3b1 側面部
3B1 端面部
3b2、3B2 第1の面延在部
3b3、3B3 第2の面延在部
4a 第1の面
4b 第2の面
4c 第1の端面
4d 第2の端面
4e 第1の側面
4f 第2の側面
5 下地電極
6 金属層
6a 第1の金属層
6b 第2の金属層
7、70 はんだフィレット層
8 2等分線
9 基板
9a、9b 基板電極
10、10A、10B 積層型コンデンサ
16 回転転写ローラ
17 導電性ペースト
18 射出ニードル
19 スクレッパー
Claims (6)
- 複数の誘電体層が積層された、一対の面、一対の側面および一対の端面を有する積層体と、前記複数の誘電体層の層間に積層方向に間隔を置いて配置された複数の内部電極と、前記一対の側面にそれぞれ配置された、互いに異なる前記内部電極に電気的に接続された一対の外部電極とを備え、
前記一対の側面は、凹状に湾曲した湾曲面を有しており、
前記一対の外部電極は、前記湾曲面の中央部を含むように配置された側面部と該側面部から前記一対の面のうち第1の面に延在する第1の面延在部と前記側面部から前記一対の面のうち第2の面に延在する第2の面延在部とを有し、前記側面部が凹状に湾曲していることを特徴とする積層型コンデンサ。 - 前記積層体は、前記積層体の長手方向に垂直な方向の断面視において前記第1の面が両端部に曲面部を有するように凸状に湾曲しており、前記第1の面延在部は、前記曲面部に沿って湾曲していることを特徴とする請求項1に記載の積層型コンデンサ。
- 複数の誘電体層が積層された、一対の面、一対の側面および一対の端面を有する積層体と、前記複数の誘電体層の層間に積層方向に間隔を置いて配置された複数の内部電極と、前記一対の端面にそれぞれ配置された、互いに異なる前記内部電極に電気的に接続された一対の外部電極とを備え、
前記一対の端面は、凹状に湾曲した湾曲面を有しており、
前記一対の外部電極は、前記湾曲面の中央部を含むように配置された端面部と該端面部から前記一対の面のうち第1の面に延在する第1の面延在部と前記端面部から前記一対の面のうち第2の面に延在する第2の面延在部とを有し、前記端面部が凹状に湾曲していることを特徴とする積層型コンデンサ。 - 前記積層体は、前記積層体の短手方向に垂直な方向の断面視において前記第1の面が両端部に曲面部を有するように凸状に湾曲しており、前記第1の面延在部は、前記曲面部に沿って湾曲していることを特徴とする請求項3に記載の積層型コンデンサ。
- 請求項1または請求項2に記載の積層型コンデンサと該積層型コンデンサが実装される基板電極を備えた基板とが、前記第1の面延在部と前記基板電極とを対向させて配置されているとともに、前記第1の面延在部と前記基板電極とが導電性接合材を介して接合されていることを特徴とする実装構造体。
- 請求項3または請求項4に記載の積層型コンデンサと該積層型コンデンサが実装される基板電極を備えた基板とが、前記第1の面延在部と前記基板電極とを対向させて配置されているとともに、前記第1の面延在部と前記基板電極とが導電性接合材を介して接合されていることを特徴とする実装構造体。
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JP2015231928 | 2015-11-27 | ||
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2017090530A1 true JPWO2017090530A1 (ja) | 2018-08-30 |
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JP2017552391A Pending JPWO2017090530A1 (ja) | 2015-11-27 | 2016-11-18 | 積層型コンデンサおよびその実装構造体 |
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US11476053B2 (en) * | 2020-03-05 | 2022-10-18 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Multi-layer ceramic electronic component, method of producing a multi-layer ceramic electronic component, and circuit board |
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WO2024176578A1 (ja) * | 2023-02-22 | 2024-08-29 | 株式会社村田製作所 | 積層セラミックコンデンサ |
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- 2016-11-18 JP JP2017552391A patent/JPWO2017090530A1/ja active Pending
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017090530A1 (ja) | 2017-06-01 |
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