JP7005955B2 - 積層セラミックコンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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∝ESR×I2)が起こる。この発熱により積層セラミックコンデンサは温度が上昇し、特に中央部で温度が高くなり、高温負荷信頼性を低減させる原因となっている。
また、本発明に係る積層セラミックコンデンサは、第1の内部電極および前記第2の内部電極の厚みが厚い部分が、対向電極部の積層方向の中央部のみに配置され、かつ、積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部の中心に近付くにつれて、第1の内部電極および第2の内部電極の厚みが厚い部分が厚くなる。
また、本発明に係る積層セラミックコンデンサは、積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部における第1の内部電極と第2の内部電極とが対向する対向電極部において、第1の内部電極および第2の内部電極を平面視した際に、対向電極部の中心に近付くにつれて第1の内部電極および第2の内部電極の厚みが厚い部分が厚くなることが好ましい。
また、本発明に係る積層セラミックコンデンサは、積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部における第1の内部電極と第2の内部電極とが対向する対向電極部において、第1の内部電極および第2の内部電極を平面視した際に、対向電極部の中心に近付くにつれて第1の内部電極および第2の内部電極の厚みが厚い部分が、徐々に厚みを厚くした円滑ドーム形状からなることが好ましい。
あるいは、本発明に係る積層セラミックコンデンサは、積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部における第1の内部電極と第2の内部電極とが対向する対向電極部において、第1の内部電極および第2の内部電極を平面視した際に、対向電極部の中心に近付くにつれて第1の内部電極および第2の内部電極の厚みが厚い部分が、階段状に厚みを厚くした階段ドーム形状からなることが好ましい。
本発明に係る積層セラミックコンデンサの製造方法は、前述のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサの製造方法であって、第1の内部電極および第2の内部電極は、インクジェット印刷法により印刷し、厚みが厚い部分の厚みを制御すること、を特徴とする、積層セラミックコンデンサの製造方法である。
また、本発明に係る積層セラミックコンデンサの製造方法は、厚みが厚い部分の厚みは、一回塗りによって、厚みを制御することが好ましい。
また、この発明にかかる積層セラミックコンデンサは、積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部の中心に近付くにつれて、第1の内部電極および第2の内部電極の厚みが厚い部分が厚いので、発熱の低減を極力温度勾配の少ない状態で実現することができる。これにより、材料組成はそのままにして、積層セラミックコンデンサの発熱量を低減することができ、設計の自由度を確保することができる。また、必要な部分においてのみ内部電極の厚みを厚くすることができるため、内部電極の材料の使用量も最適化され、製造コストアップも抑えることができる。
さらに、この発明にかかる積層セラミックコンデンサは、積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部における第1の内部電極と第2の内部電極とが対向する対向電極部において、第1の内部電極および第2の内部電極を平面視した際に、対向電極部の中心に近付くにつれて第1の内部電極および第2の内部電極の厚みが厚い部分が厚くなると、積層セラミックコンデンサの最も発熱が生じやすい中心部において、発熱の低減を極力温度勾配の少ない状態で実現しやすくなり、発熱をより一層低減することができる。
また、この発明にかかる積層セラミックコンデンサは、積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部における第1の内部電極と第2の内部電極とが対向する対向電極部において、第1の内部電極および第2の内部電極を平面視した際に、対向電極部の中心に近付くにつれて第1の内部電極および第2の内部電極の厚みが厚い部分が、徐々に厚みを厚くした円滑ドーム形状からなると、設計の自由度を広げると共に、積層セラミックコンデンサの最も発熱が生じやすい中心部において、より発熱を低減することができる。
さらに、この発明にかかる積層セラミックコンデンサは、積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部における第1の内部電極と第2の内部電極とが対向する対向電極部において、第1の内部電極および第2の内部電極を平面視した際に、対向電極部の中心に近付くにつれて第1の内部電極および第2の内部電極の厚みが厚い部分が、階段状に厚みを厚くした階段ドーム形状からなると、中央部の最厚部が平坦となり、電界の集中を緩和する効果を得ることができる。
この発明にかかる積層セラミックコンデンサの製造方法によれば、本発明にかかる積層セラミックコンデンサを製造するに際して、厚みの異なる内部電極パターンを形成のために、インクジェット印刷法により印刷するので、本発明にかかる積層セラミックコンデンサを効率的に製造することができる。
また、この発明にかかる積層セラミックコンデンサの製造方法によれば、厚みを厚くした内部電極パターンを一回塗りによって、厚みを制御すると、より効率的に積層セラミックコンデンサを効率的に製造するこができる。
この発明の一実施の形態に係る積層セラミックコンデンサについて説明する。図1は、本発明に係る積層セラミックコンデンサの一実施の形態を示す外観斜視図である。図2は、図1のII-II線における断面図である。図3は、図1のIII-III線における断面図である。図4は、図1のIV-IV線における断面図である。図5は、図4に示した3層構造の内部電極を示す概略構成図である。図6は、図1のVI-VI線における断面図である。図7は、図6に示した2層構造の内部電極を示す概略構成図である。図8は、図1のVIII-VIII線における断面図である。図9は、図8に示した1層構造の内部電極を示す概略構成図である。
また、第1の主面14aおよび第2の主面14b、並びに、第1の側面14cおよび第2の側面14d、並びに、第1の端面14eおよび第2の端面14fの一部または全部に凹凸などが形成されていてもよい。
なお、内部電極18は、実装面に対して平行になるように配置されてもよく、垂直になるように配置されてもよい。
3段構造の第2の内部電極18b3は、第1層40と第2層42と第3層44とで構成され、対向電極部22aにおいて、第2の内部電極18b3の厚みが局所的に厚い部分(第2層42と第3層44とが配置されている部分)が存在している。
例えば、3段構造の第1の内部電極18a3および第2の内部電極18b3は、厚みが局所的に厚い部分(第2層42と第3層44とが配置されている部分)が、その他の部分(第1層40のみが配置されている部分)よりも1.2倍~3倍程度厚みが厚いことが好ましい。具体的には、厚みが局所的に厚い部分(第2層42と第3層44とが配置されている部分)は、0.4μm以上3μm以下であることが好ましく、その他の部分(第1層40のみが配置されている部分)は、0.3μm以上1μm以下であることが好ましい。
2段構造の第2の内部電極18b2は、第1層50と第2層52とで構成され、対向電極部22aにおいて、第2の内部電極18b2の厚みが局所的に厚い部分(第2層52が配置されている部分)が存在している。
1段構造の第2の内部電極18b1は、第1層60で構成され、対向電極部22aにおいて、第2の内部電極18b1の厚みは全面が略均一の厚さであり、厚みが局所的に厚い部分は存在しない。
そして、これらの8つの頂点92a、頂点92b、頂点92c、頂点92d、頂点94a、頂点94b、頂点94cおよび頂点92dを結んで形成される直方体90内に、第1の内部電極18aおよび第2の内部電極18bの厚みが局所的に厚い部分が配設される。なお、中心点Cから各角部80a~82dに向かうまでの距離を20%未満に設定すると、直方体90のサイズが小さくなり過ぎて、内部電極18の体積の増加量が少なくなり、放熱特性の向上効果が認められなくなる。一方、中心点Cから各角部80a~82dに向かうまでの距離を80%超に設定すると、内部電極18の材料の使用量が増加して、製造コストがアップする。内部電極18の端部は、丸みを付けた形状とすることが好ましい。
第1の外部電極24aは、積層体14の第1の端面14eの表面に配置され、第1の端面14eから延伸して第1の主面14a、第2の主面14b、第1の側面14cおよび第2の側面14dのそれぞれの一部分を覆うように形成される。この場合、第1の外部電極24aは、第1の内部電極18aの第1の引出電極20aと電気的に接続される。
第2の外部電極24bは、積層体14の第2の端面14fの表面に配置され、第2の端面14fから延伸して第1の主面14a、第2の主面14b、第1の側面14cおよび第2の側面14dのそれぞれの一部分を覆うように形成される。この場合、第2の外部電極24bは、第2の内部電極18bの第2の引出電極20bと電気的に接続される。
また、第2の下地電極層28bは、積層体14の第2の端面14fの表面に配置され、第2の端面14fから延伸して第1の主面14a、第2の主面14b、第1の側面14cおよび第2の側面14dのそれぞれの一部分を覆うように形成される。もっとも、第2の下地電極層28bは、積層体14の第2の端面14fの表面上にのみ配置されていてもよい。
焼付け層は、ガラスと金属とを含む。焼付け層の金属としては、たとえば、Cu、Ni、Ag、Pb、Ag-Pb合金、Au等から選ばれる少なくとも1つを含む。また、焼付け層のガラスとしては、B、Si、Ba、Mg、Al、Li等から選ばれる少なくとも1つを含む。焼付け層は、複数層であってもよい。焼付け層は、ガラスおよび金属を含む導電性ペーストを積層体14に塗布して焼き付けたものであり、誘電体層16および内部電極18と同時に焼成したものでもよく、誘電体層16および内部電極18を焼成した後に焼き付けたものでもよい。焼付け層のうちの最も厚い部分の厚みは、10μm以上50μm以下であることが好ましい。
また、薄膜層は、スパッタ法または蒸着法等の薄膜形成法により形成され、金属粒子が堆積された1μm以下の層である。
同様に、第2のめっき層30bは、第2の下地電極層28bを覆うように配置される。具体的には、第2のめっき層30bは、第2の下地電極層28bの表面の第2の端面14fに配置され、第2の下地電極層28bの表面の第1の主面14aおよび第2の主面14bならびに第1の側面14cおよび第2の側面14dにも至るように設けられていることが好ましい。なお、第2の下地電極層28bが、積層体14の第2の端面14fの表面上にのみ配置される場合には、第2のめっき層30bは、第2の下地電極層28bの表面のみを覆うように設けられていればよい。
めっき層は、複数層によって形成されてもよい。この場合、めっき層は、Niめっき層とSnめっき層の2層構造であることが好ましい。Niめっき層が、下地電極層の表面を覆うように設けられることで、下地電極層が積層セラミックコンデンサ10を回路基板に実装する際のはんだによって侵食されることを防止できる。また、Niめっき層の表面に、Snめっき層を設けることにより、積層セラミックコンデンサを実装する際に、実装に用いられるはんだの濡れ性を向上させ、容易に実装することができる。
また、第2の下地電極層28bは、内部電極18と直接接続されるめっき層から構成され、積層体14の第2の端面14fの表面に直接に配置され、第2の端面14fから延伸して第1の主面14a、第2の主面14b、第1の側面14cおよび第2の側面14dのそれぞれの一部分を覆うように形成される。
ただし、第1の下地電極層28aおよび第2の下地電極層28bがめっき層から構成されるためには、前処理として積層体14上に触媒が設けられる。
例えば、内部電極18としてNiを用いた場合、第1の下地電極層28aおよび第2の下地電極層28bとしては、Niと接合性のよいCuを用いることが好ましい。
また、第1のめっき層30aおよび第2のめっき層30bとしては、はんだ濡れ性のよいSnやAuを用いることが好ましく、第1の下地電極層28aおよび第2の下地電極層28bとしては、はんだバリア性能を有するNiを用いることが好ましい。
積層セラミックコンデンサ10の寸法は、特に限定されないが、長さ方向zのL寸法が3.2mm以上5.7mm以下、幅方向yのW寸法が1.6mm以上5.0mm以下、積層方向xのT寸法が0.8mm以上3.0mm以下である。なお、長さ方向zのL寸法は、幅方向yのW寸法よりも必ずしも長いとは限らない。また、積層セラミックコンデンサ10の寸法は、マイクロスコープにより測定することができる。
次に、以上の構成からなる積層セラミックコンデンサ10の製造方法の一実施の形態について説明する。
次に、図6および図7に示す2層構造の第1の内部電極18a2のパターンが形成された誘電体グリーンシートと第2の内部電極18b2のパターンが形成された誘電体グリーンシートが交互に所定枚数積層される。
次に、図4および図5に示す3層構造の第1の内部電極18a3のパターンが形成された誘電体グリーンシートと第2の内部電極18b3のパターンが形成された誘電体グリーンシートが交互に所定枚数積層される。
次に、再度、図6および図7に示す2層構造の第1の内部電極18a2のパターンが形成された誘電体グリーンシートと第2の内部電極18b2のパターンが形成された誘電体グリーンシートが交互に所定枚数積層される。
次に、再度、図8および図9に示す3層構造の第1の内部電極18a3のパターンが形成された誘電体グリーンシートと第2の内部電極18b3のパターンが形成された誘電体グリーンシートが交互に所定枚数積層される。
そして、最後に、内部電極パターンが印刷されていない外層用誘電体グリーンシートが所定枚数積層され、誘電体シートを作製することができる。
こうして、積層体14の第1の端面14eおよび第2の端面14fに直接にめっき電極が形成される。
次に、積層セラミックコンデンサを作製して表面発熱分布の評価を行った。
実施例と比較例との設計は以下の通りである。
実施例では、図1ないし図9に示す本実施の形態の積層セラミックコンデンサ10を作製して評価を行った。
・長さ×幅×高さのサイズ(設計値):5.7mm×5.0mm×2.0mm
・誘電体(セラミック)材料:BaTiO3
・静電容量:180nF
・定格電圧:630V
・外部電極24の構造
下地電極層:導電性金属(Cu)とガラスを含む焼付け電極
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
・内部電極18の構造
金属:Ni
3層構造の第1の内部電極18a3または第2の内部電極18b3が形成された誘電体シートの積層枚数:5枚
2層構造の第1の内部電極18a2または第2の内部電極18b2が形成された誘電体シートの積層枚数:第1の主面14a側で5枚、第2の主面14b側で5枚
1層構造の第1の内部電極18a1または第2の内部電極18b1が形成された誘電体シートの積層枚数:第1の主面14a側で5枚、第2の主面14b側で5枚
・内部電極18の厚み
3層構造の内部電極:第1層40は0.9μm、第2層42は0.9μm、第3層44は0.9μm
2層構造の内部電極:第1層50は0.9μm、第2層52は0.9μm
1層構造の内部電極:第1層60は0.9μm
比較例では、図13に示す従来の積層セラミックコンデンサ100を作製して評価を行った。
・長さ×幅×高さのサイズ(設計値):5.7mm×5.0mm×2.0mm
・誘電体(セラミック)材料:BaTiO3
・静電容量:180nF
・定格電圧:630V
・外部電極124の構造
下地電極層:導電性金属(Cu)とガラスを含む焼付け電極
めっき層:Niめっき層とSnめっき層の2層構造
・内部電極118の構造
金属:Ni
1層構造の第1の内部電極118aまたは第2の内部電極118bが形成された誘電体シートの積層枚数:25枚
・内部電極118の厚み:0.9μm
放熱性試験は、以下のようにして行った。
作製された積層セラミックコンデンサを実装した基板をリード線で高周波電源に接続し、25℃無風状態にて正弦波電流を300kHzで6Arms印加し、温度が安定した状態における表面温度分布をサーモビューワーにて測定した。
14 積層体
14a 第1の主面
14b 第2の主面
14c 第1の側面
14d 第2の側面
14e 第1の端面
14f 第2の端面
16 誘電体層
16a 外層部
16b 内層部
18 内部電極層
18a,18a3,18a2,18a1 第1の内部電極
18b,18b3,18b2,18b1 第2の内部電極
20a 第1の引出電極部
20b 第2の引出電極部
22a 対向電極部
22b 側部(Wギャップ)
22c 端部(Lギャップ)
24 外部電極
24a 第1の外部電極
24b 第2の外部電極
28a,28b 下地電極層
30a,30b めっき層
40,50,60 第1層
42,52 第2層
44 第3層
80a,80b,80c,80d 角部
82a,82b,82c,82d 角部
L1 角部80aと角部82cを結ぶ対角線
L2 角部80bと角部82dを結ぶ対角線
L3 角部80cと角部82aを結ぶ対角線
L4 角部80dと角部82bを結ぶ対角線
90 直方体
92a 頂点(中心点Cから角部80aまでの距離の20%~80%の位置の点)
92b 頂点(中心点Cから角部80bまでの距離の20%~80%の位置の点)
92c 頂点(中心点Cから角部80cまでの距離の20%~80%の位置の点)
92d 頂点(中心点Cから角部80dまでの距離の20%~80%の位置の点)
94a 頂点(中心点Cから角部82aまでの距離の20%~80%の位置の点)
94b 頂点(中心点Cから角部82bまでの距離の20%~80%の位置の点)
94c 頂点(中心点Cから角部82cまでの距離の20%~80%の位置の点)
94d 頂点(中心点Cから角部82dまでの距離の20%~80%の位置の点)
C 中心点(対角線L1と対角線L2と対角線L3と対角線L4との交点)
x 積層方向
y 幅方向
z 長さ方向
Claims (6)
- 積層された複数の誘電体層を含み、積層方向に相対する第1の主面および第2の主面と、積層方向に直交する幅方向に相対する第1の側面および第2の側面と、積層方向および幅方向に直交する長さ方向に相対する第1の端面および第2の端面と、を含む積層体と、
前記複数の誘電体層上に配置され、前記第1の端面に第1の引出電極部が露出する第1の内部電極と、
前記複数の誘電体層上に配置され、前記第2の端面に第2の引出電極部が露出する第2の内部電極と、
前記第1の内部電極に接続されて前記第1の端面上に配置された第1の外部電極と、前記第2の内部電極に接続されて前記第2の端面上に配置された第2の外部電極と、を有する積層セラミックコンデンサであって、
前記積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部における前記第1の内部電極と前記第2の内部電極とが対向する対向電極部において、前記第1の内部電極および前記第2の内部電極の厚みが厚い部分が存在し、
前記第1の内部電極および前記第2の内部電極の厚みが厚い部分は、
前記対向電極部の積層方向の中央部のみに配置され、かつ、
前記積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部の中心に近付くにつれて、前記第1の内部電極および前記第2の内部電極の厚みが厚い部分が厚くなること、
を特徴とする、積層セラミックコンデンサ。 - 前記積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部における前記第1の内部電極と前記第2の内部電極とが対向する対向電極部において、前記第1の内部電極および前記第2の内部電極を平面視した際に、前記対向電極部の中心に近付くにつれて前記第1の内部電極および前記第2の内部電極の厚みが厚い部分が厚くなること、を特徴とする、請求項1に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部における前記第1の内部電極と前記第2の内部電極とが対向する対向電極部において、前記第1の内部電極および前記第2の内部電極を平面視した際に、前記対向電極部の中心に近付くにつれて前記第1の内部電極および前記第2の内部電極の厚みが厚い部分が、徐々に厚みを厚くした円滑ドーム形状からなること、を特徴とする、請求項2に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 前記積層体の第1の主面および第2の主面を結ぶ積層方向の中央部における前記第1の内部電極と前記第2の内部電極とが対向する対向電極部において、前記第1の内部電極および前記第2の内部電極を平面視した際に、前記対向電極部の中心に近付くにつれて前記第1の内部電極および前記第2の内部電極の厚みが厚い部分が、階段状に厚みを厚くした階段ドーム形状からなること、を特徴とする、請求項2に記載の積層セラミックコンデンサ。
- 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の積層セラミックコンデンサの製造方法であって、
前記第1の内部電極および前記第2の内部電極は、インクジェット印刷法により印刷し、前記厚みが厚い部分の厚みを制御すること、を特徴とする、積層セラミックコンデンサの製造方法。 - 前記厚みが厚い部分の厚みは、一回塗りによって、厚みを制御すること、を特徴とする、請求項5に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
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