JP2007243040A - 積層セラミック電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化・容量増加を阻害することなく、上下面から左右側面に達するクラックの発生を抑制することができる積層セラミック電子部品を提供する。
【解決手段】 積層セラミックコンデンサ１においては、セラミック基体３に複数の内部電極５、７が埋設されており、内部電極とその間のセラミック層とによって構成される機能領域５１と、その周囲に形成される環状断面の保護領域５３とを備える。保護領域における上下方向の肉厚をｔとし、左右方向の肉厚をＷｇとした場合、０＜ｔ／Ｗｇ≦０．８０を満たす。より好適には、０＜ｔ／Ｗｇ≦０．５７を満たす。
【選択図】図３

Description

本発明は、積層セラミック電子部品に関するものである。

積層セラミック電子部品の一つである積層セラミックコンデンサは、一般に、次のような工程によって製造されている。まず、セラミックペーストから構成されたセラミックグリーンシート上面に、導電ペーストから構成された内部電極を設ける。そして、このような内部電極が上面に形成されたセラミックグリーンシートを、多数枚積層して機能積層体を構成し、さらにその機能積層体の上下には、実質的な内部電極を持たないセラミックグリーンシートからなる保護積層体を積み重ねる。そして、このようにして機能積層体及びその上下にある保護積層体からなるシート積層体をプレスし、一つのコンデンサの形状に向けた大きさに切断して、直方体状の積層チップ体を得る。さらに、その積層チップ体に対して、バインダ等を除去する脱バインダ処理を行い、所定条件で焼成した後、積層チップ体の両端部に外部電極を形成して、積層セラミックコンデンサを得る（特許文献１参照）。
特開平１０−２２１６１号

しかしながら、上述したように部分的に内部電極を介在させながらセラミックグリーンシートを積層して構成する積層セラミック電子部品においては、積層方向と直交する上下面から積層方向と平行な左右側面へ達するクラックが発生することがある。本発明者の知見によれば、近年、積層セラミック電子部品における小型化・容量増加に伴い、内部電極及びその間のセラミック層の体積占有率が増加するにつれて、クラック発生傾向が顕著になっている。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、小型化・容量増加を阻害することなく、上下面から左右側面に達するクラックの発生を抑制することができる、積層セラミック電子部品を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、セラミック基体に複数の導電層が埋設されている積層セラミック電子部品であって、前記複数の導電層とその間のセラミック層とによって構成される機能領域と、前記機能領域の周囲に形成される環状断面の保護領域とを備え、前記保護領域における上下方向の肉厚をｔとし、左右方向の肉厚をＷｇとした場合、０＜ｔ／Ｗｇ≦０．８０を満たす。
さらに、０＜ｔ／Ｗｇ≦０．５７を満たすと好適である。
また、前記保護領域における左右方向の全幅をＷとした場合、０．２４≦（２Ｗｇ／Ｗ）≦０．６を満たすと好適である。

上述した本発明によれば、小型化・容量増加を阻害することなく、上下面から左右側面に達するクラックの発生を抑制することができる。

なお、本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。

以下、この発明に係る積層セラミック電子部品を、積層セラミックコンデンサとして実施した場合の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

図１は、本実施の形態に係る積層セラミックコンデンサの簡略的な斜視図であり、図２及び図３はそれぞれ、図１のＩＩ−ＩＩ線及びＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。積層セラミックコンデンサ１は、全体がほぼ直方体状の部品である。なお、本願明細書及び本願特許請求の範囲においては、図１〜図３に示されるように、積層方向を上下方向Ｙとし、上下方向と直交する方向であって後述する端子引き出し方向を長さ方向Ｚとし、さらに、上下方向及び長さ方向と直交する方向を左右方向Ｘとして記述する。

積層セラミックコンデンサ１は、セラミック基体３を備えており、セラミック基体３の対向する側面には、外部電極としての端子電極１５、１７が設けられている。

図２及び図３に示されるように、セラミック基体３の内部には、複数の内部電極（導電層）５、７が埋設されている。セラミック基体３は後述するように複数のセラミックグリーンシートを積層することによって構成されている。

図中上下に隣り合う関係の内部電極５、７は、特に図２に示されるように、端子電極１５、１７に達する延長端部が互い違いになるように配置されている。すなわち、内部電極５は、端子電極１５に導電可能に接続しており、内部電極７は端子電極１７に導電可能に接続している。さらに、図中上下に隣り合う関係の内部電極５、７は、セラミック基体３を構成するセラミック層を介して向き合っている。内部電極５、７の層数は、要求される静電容量に応じて決定される。

また、セラミック基体３は、内層部分９及び外層部分１１、１３によって構成されている。内部電極５、７は、厳密には、セラミック基体３における内層部分９に埋設されている。外層部分１１、１３は上下一対設けられており、すなわち、内層部分９の上方には上部外層部分１１が積層され、内層部分９の下方には下部外層部分１３が積層されている。

なお、外層部分とは、上部外層部分に関しては、電子部品としての本来の機能を担う内部電極（導電層）のうち最上部にある内部電極よりも上方にある部分を指し、下部外層部分に関しては、同機能を担う内部電極（導電層）のうち最下部にある内部電極が形成されたシートよりも下方にある部分を指す。

また、積層セラミックコンデンサ１は、次のような領域へ概念的に区分できる構成として認識される。図３に示されるように、積層セラミックコンデンサ１は、内部電極５、７とその間に介在するセラミック層とによって構成される機能領域５１と、当該機能領域の周囲に形成される保護領域５３とを備える。

機能領域５１は、ＸＹ断面においてほぼ矩形の断面を有し、且つ、Ｚ方向に延長しているほぼ直方体状の仮想領域である。一方、保護領域５３は、同じくＸＹ断面において外周縁及び内周縁が共に矩形である環状の断面を有し、且つ、同じくＺ方向に延長している筒状の仮想領域である。

別の見方からより詳細に説明すると、本実施の形態では、機能領域５１は、内層部分９のうち、内部電極５、７とそれらの間に介在するセラミック層との部分から構成されている。一方、保護領域５３は、内層部分９のうち内部電極５、７の端部よりも左右外側に位置するセラミック層の部分と、上部外層部分１１と、下部外層部分１３とから構成されている。

また、図３に示すように、本発明としては、保護領域５３における環状の上下方向の肉厚をｔとし、環状の左右方向の肉厚をＷｇとした場合、０＜ｔ／Ｗｇ≦０．８０を満たすように構成されている。さらに、好適な例としては、０＜ｔ／Ｗｇ≦０．５７を満たすように構成される。また、本実施の形態においては、保護領域５３における左右方向の全幅をＷとした場合、０．２４≦（２Ｗｇ／Ｗ）≦０．６を満たすように構成されている。

次に、本実施の形態に係る積層セラミックコンデンサの製造プロセスについて簡単に説明する。まず、図４を参照して、内層部分９を構成するシートの形成について説明する。図４に示されるように、可撓性のあるＰＥＴフィルム２１の上面に、セラミック粉末、バインダ、溶剤及び可塑剤などを必要に応じて含む誘電体ペーストを塗布し、さらに、それを乾燥して、セラミックグリーンシート２３を形成する。誘電体ペーストの塗布においては、例えば、ドクターブレード又は押出ヘッド等を用いることができる。セラミックグリーンシート２３は、最終的にはセラミック基体３を構成するセラミック層となる。

続いて、乾燥されたセラミックグリーンシート２３の上面に、内部電極５、７を形成するための導電ペースト２５を複数部分に分離して配置する。導電ペースト２５は、導電体粉末、バインダ及び溶剤などを少なくとも含む。導電ペースト２５の配置は、例えば、スクリーン印刷法やグラビア印刷法によって行うことができるが、図４では、スクリーン印刷法を例に示す。スクリーン２７の面上で、スキージ２９を矢印Ｆの方向に移動させ、導体ペースト２５をセラミックグリーンシート２３の面上に押出すことにより印刷する。さらに、印刷された導電ペーストの乾燥を行って、内部電極５、７を得る。

他方、上述した内層部分用のセラミックグリーンシート２３の製造とは別の工程で、外層部分用セラミックグリーンシートを製造する。外層部分用セラミックグリーンシートも、セラミック粉末、バインダ、溶剤及び可塑剤などを必要に応じて含む誘電体ペーストを塗布し、乾燥させて得られたものである。また、同様に、ドクターブレード又は押出ヘッド等を用いることができる。

そして、このようにして用意されたセラミックグリーンシートを図５に示すように積層する。まず、必要層数の下部外層部分１３用のセラミックグリーンシート４３を、受台３１の上に順次に積層した後、その上に、必要層数の内層部分９用のセラミックグリーンシート２３を、順次に積層する。さらに、内層部分９の上に、上部外層部分１１用のセラミックグリーンシート４１を、順次に積層する。

なお、セラミックグリーンシートの積層方法には、種々の態様がありえる。例えば、内層部分用セラミックグリーンシートを、必要層数だけ積層して、内層部分用のセラミックグリーンシート積層体を形成する一方、別の工程で、外層部分用セラミックグリーンシートを必要数積層し、その後に両者を重ね合わせてもよい。あるいは、内層部分や外層部分という区分けではなく、何枚かまとめて乾燥させたセラミックグリーンシート積層体を作っては、それを順次に積層していく態様でもよい。さらに、各セラミックグリーンシート毎に形成、乾燥、積層を繰り返す態様も可能である。

内層部分用のセラミックグリーンシート２３の積層にあたっては、隣接する２枚の内層部分用のセラミックグリーンシート２３において、一方のセラミックグリーンシート２３上の内部電極５、７が、他方のセラミックグリーンシート２３の内部電極５、７の一部と重なるようにして、順次に積層する。

この後は、グリーンシート積層体をプレスした後、裁断し、そのグリーンシート積層体から複数の直方体状のグリーンチップを得る。さらに、グリーンチップに対して脱バインダ処理を行い、グリーンチップからバインダ成分をバーンアウトさせた後、焼成を行い、端子電極１５、１７を形成して、図１に示した積層セラミックコンデンサ１が得られる。

次に、本実施の形態に係る積層セラミックコンデンサの作用について説明する。前述したように、積層セラミックコンデンサにおいては、その上下面から左右側面へと達するクラックが発生することがある。本発明者の経験によれば、積層セラミックコンデンサにおける機能領域の体積占有率が増加するにつれて、クラック発生傾向は顕著になる。普通ならば、このような傾向は、保護領域の肉厚が薄くなるため、保護領域の強度が低下することに起因すると考えられ、環状の保護領域の外周を均等に拡径して肉厚を稼ぐか、あるいは、保護領域の内周を均等に縮径して肉厚を稼ぐことで対処することが考えられる。しかしながら、前者では、積層セラミックコンデンサ全体が大型化することとなるため、望ましくない。また、後者については、積層セラミックコンデンサにおける機能領域の体積占有率が減少することを意味し、容量の確保・増加にとって望ましくない。

さらに、後者については、本発明者の検討によると、保護領域の内周を縮径して肉厚を増加させても、それに見合うクラック発生防止効果が得られないことが分った。そこで、本発明者は、保護領域５３における、積層方向に平行な肉厚ｔと積層方向に垂直な肉厚Ｗｇとを個別に操作する思想に至った。これについて以下の表１及び表２を参照しながら説明する。

表１には、クラック発生に関する試験結果が示されている。試験対象としては、保護領域における左右方向の全幅Ｗ及び上下方向の全高Ｔが共に５００［μｍ］である積層セラミックコンデンサを用いた。そして、保護領域における環状の左右方向の肉厚Ｗｇが６０〜１５０［μｍ］の範囲に含まれ、保護領域における環状の上下方向の肉厚ｔが０〜１５０［μｍ］の範囲に含まれる複数タイプのサンプルを用意して、クラックの発生状況について調べた。

まず、表１から分ることとして、サンプル番号４、１４、２４を比較すると、左右方向の肉厚Ｗｇ及び上下方向の肉厚ｔを均等に増加させても、クラック発生状況は思いのほか改善されていないことが分る。また、左右方向の肉厚Ｗｇを一定とした場合、上下方向の肉厚ｔが増加するほど、クラック発生はむしろ増加することも分る。すなわち、肉厚Ｗｇ＝６０［μｍ］で一定のサンプル番号１〜８内では、肉厚ｔが増加するほどクラック発生も増加する。肉厚Ｗｇ＝１００［μｍ］で一定のサンプル番号９〜１６内、及び、肉厚Ｗｇ＝１５０［μｍ］で一定のサンプル番号１７〜２４内でも同様の傾向を示している。

そこで、本発明では、積層方向に平行な肉厚ｔと積層方向に垂直な肉厚Ｗｇとの比ｔ／Ｗｇに着目し、上述した問題の解消を図っている。表１の結果から、かかる比ｔ／Ｗｇ等を抽出したものを表２に示す。

表２から分るように、本発明の実施例である、０＜ｔ／Ｗｇ≦０．８０を満たすサンプル番号２、３、１０〜１３及び１８〜２３においては、クラック発生を３０００［ｐｐｍ］以下に抑制することが可能となっている。さらに、本発明のより好適な実施例である、０＜ｔ／Ｗｇ≦０．５７を満たすサンプル番号２、１０〜１２及び１８〜２１においては、クラック発生を実質的に０［ｐｐｍ］にすることが可能となっている。

このように本実施の形態に係る積層セラミックコンデンサによれば、小型化・容量増加を阻害することなく、上下面から左右側面に達するクラックの発生を抑制することができる。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

例えば、本発明の対象製品は、積層セラミックコンデンサに限定されるものではなく、導電層とセラミック層とを有する機能領域を備えさらにその周囲がセラミック層からなる保護領域によって取り囲まれている積層セラミック電子部品であれば広く本発明の適用対象となりうる。積層セラミックコンデンサ以外の例としては、インダクタ、ＬＣフィルタ、アレイ部品等を挙げることができる。

本発明の実施の形態に係る積層セラミックコンデンサの斜視図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 図１のIII−III線に沿う断面図である。 機能領域に用いるセラミックグリーンシートを製造する工程を例示する図である。 本実施の形態に係る積層セラミックコンデンサの製造プロセスのうち、セラミックグリーンシートを積層した状態を例示する図である。

符号の説明

１ 積層セラミックコンデンサ
３ セラミック基体
５、７ 内部電極
５１ 機能領域
５３ 保護領域

Claims (3)

1. セラミック基体に複数の導電層が埋設されている積層セラミック電子部品であって、
   前記複数の導電層とその間のセラミック層とによって構成される機能領域と、
   前記機能領域の周囲に形成される環状断面の保護領域とを備え、
   前記保護領域における上下方向の肉厚をｔとし、左右方向の肉厚をＷｇとした場合、
   ０＜ｔ／Ｗｇ≦０．８０を満たす、
   積層セラミック電子部品。
2. 請求項１に記載の積層セラミック電子部品であって、
   さらに、０＜ｔ／Ｗｇ≦０．５７を満たす、
   積層セラミック電子部品。
3. 請求項１又は２に記載の積層セラミック電子部品であって、
   前記保護領域における左右方向の全幅をＷとした場合、
   ０．２４≦（２Ｗｇ／Ｗ）≦０．６を満たす、
   積層セラミック電子部品。

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