JP6230164B2 - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、積層セラミックコンデンサに関する。

図１は従来の積層セラミックコンデンサ１００を基板２０１に実装した状態を示す図である。

積層セラミックコンデンサ１００（以下、単にコンデンサ１００と言う）は、誘電体セラミックスから成る略直方体形状の誘電体チップ１０１の相対する端部それぞれに外部電極１０２を有しており、全体として略直方体形状を成している。誘電体チップ１０１は複数の内部電極層（図示省略）を相互非接触で内蔵しており、該複数の内部電極層１１ａの一部（上から奇数番目）の端は一方の外部電極１２に接続され他部（上から偶数番目）の端は他方の外部電極１２に接続されている。

このコンデンサ１００を基板２０１に実装するときには、基板２０１のパッド２０２上に塗布されたクリームハンダに各外部電極１０２の一側面（略矩形状の被接続面）が接するようにコンデンサ１００を搭載した後、リフローハンダ付け法等の熱処理によってクリームハンダを一旦溶融してから硬化させ、各外部電極１０２をハンダ３０１を介してパッド２０２に接合する。因みに、基板２０１のパッド２０２は、各外部電極１０２の被接続面よりも僅かに大きな略矩形状輪郭を有している。

前記熱処理時には、溶融したクリームハンダが各外部電極１０２の端面及び側面を上昇するような挙動を生じるため、図１に示したように、実装後のコンデンサ１００の各外部電極１０２の端面側には所定高さのハンダフィレット３０１ａが形成される。

ところで、図１に示した実装状態においてコンデンサ１００への電圧印加、特に交流電圧印加によって誘電体チップ１０１に電歪現象（誘電体チップ１０１の図１における左右方向寸法の減少及び上下方向寸法の増加（太線矢印を参照）とその復元の繰り返し）を生じたときに、該電歪現象に伴う反り（２点鎖線を参照）とその復元が基板２０１に生じて振動が発生し、該振動によって所謂音鳴きが発生することがある。

特に、図１に示したように、実装後のコンデンサ１００の各外部電極１０２の端面側にハンダフィレット３０１ａが形成されている場合には、該ハンダフィレット３０１ａに基づく引張力ＴＥ（白抜き矢印を参照）が基板２０１に作用するために、該基板２０１の反り（２点鎖線を参照）が増加して音鳴きが発生し易くなる。

下記特許文献１には、前記電歪現象に伴う音鳴きを抑制するために、前記外部電極１０２のそれぞれに脚状端子を設けた積層セラミックコンデンサが記載されているが、実装後の各脚状端子の端面側に図１と同様のハンダフィレット３０１ａが形成される場合には、該各脚状端子それ自体によって基板２０１への応力伝達を緩和できる作用は得られるものの、該ハンダフィレット３０１ａに基づく引張力ＴＥ（図１の白抜き矢印を参照）が基板２０１に作用してしてしまう。

特開２００４−２７３９３５号公報

本発明の目的は、電歪現象に伴う音鳴きを確実に抑制できる積層セラミックコンデンサを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る積層セラミックコンデンサは、誘電体セラミックスから成る略直方体形状の誘電体チップの長さ方向の端部それぞれに外部電極を有し、該誘電体チップに相互非接触で内蔵されている複数の内部電極層の一部の端が一方の外部電極に接続され他部の端が他方の外部電極に接続されている積層セラミックコンデンサにおいて、前記各外部電極は、前記誘電体チップの端面を覆う略矩形状の端面部と、前記誘電体チップの４側面の一部を覆う略４角筒状の側面部と、端面部と側面部との間に介在する断面略円弧状の曲面部を有しており、前記各外部電極には、前記端面部の表面全体と前記曲面部の表面の少なくとも一部を連続して覆うように、ハンダが付着しない材料から成るハンダ非付着膜が設けられており、前記各外部電極に設けられた前記ハンダ非付着膜の内側端の間隔は、前記誘電体チップの長さよりも狭い。

本発明によれば、電歪現象に伴う音鳴きを確実に抑制できる積層セラミックコンデンサを提供することができる。

本発明の前記目的及び他の目的と、各目的に応じた特徴と効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。

図１は従来の積層セラミックコンデンサを基板に実装した状態を示す図であ る。 図２は本発明の第１実施形態である積層セラミックコンデンサの上面図であ る。 図３は図２に示した積層セラミックコンデンサの縦断面図である。 図４は図２に示した積層セラミックコンデンサを基板に実装した状態を示す 図である。 図５は本発明の第２実施形態である積層セラミックコンデンサの上面図であ る。 図６は図５に示した積層セラミックコンデンサの縦断面図である。 図７は図５に示した積層セラミックコンデンサを基板に実装した状態を示す 図である。 図８は本発明の参考形態である積層セラミックコンデンサの上面図である。 図９は図８に示した積層セラミックコンデンサの縦断面図である。 図１０は図８に示した積層セラミックコンデンサを基板に実装した状態を 示す図である。

［第１実施形態（図２〜図４）］
図２は積層セラミックコンデンサ１０-1の上面図、図３は図２に示した積層セラミックコンデンサ１０-1の縦断面図、図４は図２に示した積層セラミックコンデンサ１０-1を基板２１に実装した状態を示す図である。

本欄の説明では、記述の便宜上、積層セラミックコンデンサ１０-1の図２及び図３における左右方向寸法を長さと言い、図２における上下方向寸法を幅と言い、図３における上下方向寸法を高さと言う。

図２に示したように、積層セラミックコンデンサ１０-1（以下、単にコンデンサ１０-1と言う）は、誘電体セラミックスから成る略直方体形状の誘電体チップ１１の長さ方向の端部（誘電体チップ１１の相対する端部）それぞれに外部電極１２を有しており、全体として長さ＞幅＝高さ、或いは、長さ＞幅＞高さの基準寸法を有する略直方体形状を成している。

図３に示したように、誘電体チップ１１は複数（図３では計２０）の内部電極層１１ａを相互非接触で内蔵しており、該複数の内部電極層１１ａの一部（上から奇数番目）の端は一方（左側）の外部電極１２に接続され他部（上から偶数番目）の端は他方（右側）の外部電極１２に接続されている。図３には、図示の便宜上、内部電極層１１ａの総数を２０としてあるが、実際の総数は１００以上である。誘電体チップ１１はチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウム、チタン酸ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸バリウム、酸化チタン等の誘電体セラミックス、好ましくはε＞１０００又はクラス２（高誘電率系）の誘電体セラミックスから成り、内部電極層１１ａの間それぞれに存在する層状部分は略同じ厚さを有している。各内部電極層１１ａはニッケル、銅、パラジウム、白金、銀、金、これらの合金等の金属から成り、略同じ厚さ及び上面視形状（略矩形）を有している。

各外部電極１２は、誘電体チップ１１に密着した下地層（図示省略）と該下地層の表面に形成された表面層（図示省略）との２層構造、或いは、下地層と表面層との間に少なくとも１つの中間層（図示省略）を有する多層構造を有している。下地層はニッケル、銅、パラジウム、白金、銀、金、これらの合金等の金属から成り、表面層はスズ、パラジウム、金、亜鉛等の金属から成り、中間層は白金、パラジウム、金、銅、ニッケル等の金属から成る。

また、各外部電極１２は、図３に示した破線を境として３つの区域、即ち、誘電体チップ１１の端面を覆う略矩形状の端面部１２ａと、誘電体チップ１１の４側面の一部を覆う略４角筒状の側面部１２ｂと、端面部１２ａと側面部１２ｂとの間に介在する断面略円弧状の曲面部１２ｃを有している。補足すれば、端面部１２ａは誘電体チップ１１の長さを規定する面を覆う部分を指し、側面部１２ｂは所謂回り込み部と称される部分を指し、曲面部１２ｃは端面部１２ａ及び側面部１２ｂに該当しない部分で表面が曲面から成る部分を指す。

符号１３-1はハンダが付着しない材料から成るハンダ非付着膜であり、各外部電極１２の端面部１２ａの表面全体と曲面部１２ｃの表面全体を連続して覆うように設けられている。図３には端面部１２ａ上の部分の厚さが略一定で、且つ、曲面部１２ｃ上の部分の厚さがその端に向かって徐々に薄くなる態様のハンダ非付着膜１３-1を示してあるが、後述する該ハンダ非付着膜１３-1の役割からして、端面部１２ａ上の部分の厚さは略一定でなくても良いし、曲面部１２ｃ上の部分の厚さはその端に向かって徐々に薄くなっていなくても良い。

前記のハンダが付着しない材料としては、（１）周知のソルダレジスト、（２）エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂等の熱硬化性プラスチック、又は（３）二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素等の無機絶縁材、即ち、金属成分を含まない絶縁材料が好適に使用できる。

材料（１）及び（２）の場合には、例えば硬化前ペーストを塗布して熱硬化させる方法によってハンダ非付着膜１３-1を作製でき、同方法によれば高温焼付けに比べて低温度下で硬化処理を行える。材料（３）の場合には、例えばスパッタリング法や蒸着法等の薄膜形成手法による成膜によってハンダ非付着膜１３-1を作製できる。

図２及び図３に示したコンデンサ１０-1を基板２１に実装するときには、図４に示したように、基板２１のパッド２２上に塗布されたクリームハンダに各外部電極１２の側面部１２ｂの一面（略矩形状の被接続面）が接するようにコンデンサ１０-1を搭載した後、リフローハンダ付け法等の熱処理によってクリームハンダを一旦溶融してから硬化させ、各外部電極１２をハンダ３１を介してパッド２２に接合する。因みに、基板２１のパッド２２は、各外部電極１２の被接続面よりも僅かに大きな略矩形状輪郭を有している。

前記熱処理時には、溶融したクリームハンダが各外部電極１２の端面部１２ａの表面及び側面部１２ｂの表面（幅方向側面）を上昇する挙動を生じるが、ハンダが付着しない材料から成るハンダ非付着膜１３-1が各外部電極１２の端面部１２ａの表面全体と曲面部１２ｃの表面全体を連続して覆うように設けられているため、図４に示したように、実装後のコンデンサ１０-1の各外部電極１２の端面部１２ａ側にはハンダフィレット（図１の符号３０１ａを参照）は形成されない。

依って、図４に示した実装状態においてコンデンサ１０-1への電圧印加、特に交流電圧印加により誘電体チップ１１に電歪現象（誘電体チップ１１の長さの減少及び高さの増加（太線矢印を参照）とその復元の繰り返し）を生じた場合でも、ハンダフィレットに基づく引張力ＴＥ（図１の白抜き矢印を参照）が基板２１に作用することを防止して該基板２１の反り（２点鎖線を参照）を低減でき、該反り低減により基板２１に生じる振動を軽減して電歪現象に伴う音鳴きを確実に抑制できる。

また、各外部電極１２の端面部１２ａの表面全体と曲面部１２ｃの表面全体を連続して覆うように設けられているハンダ非付着膜１３-1にハンダ３１が付着することはないため、図４に示した実装状態において各外部電極１２に付着したハンダ３１の外側端間距離Ｌ１をコンデンサ１０-1の長さよりも短くなるように短縮でき、該外側端間距離Ｌ１の短縮により基板２１の反り（２点鎖線を参照）をより一層低減でき、該反り低減により基板２１に生じる振動をより一層軽減して電歪現象に伴う音鳴きをより一層確実に抑制できる。

［第２実施形態（図５〜図７）］
図５は積層セラミックコンデンサ１０-2の上面図、図６は図５に示した積層セラミックコンデンサ１０-2の縦断面図、図７は図５に示した積層セラミックコンデンサ１０-2を基板２１に実装した状態を示す図である。

本欄の説明では、［第１実施形態］と同様、記述の便宜上、積層セラミックコンデンサ１０-2の図５及び図６における左右方向寸法を長さと言い、図５における上下方向寸法を幅と言い、図６における上下方向寸法を高さと言う。

図５及び図６に示した積層セラミックコンデンサ１０-2（以下、単にコンデンサ１０-2と言う）が、第１実施形態であるコンデンサ１０-1と構成を異にするところは、
・ハンダが付着しない材料から成るハンダ非付着膜１３-2を、各外部電極１２の端面部１２ａの表面全体と曲面部１２ｃの表面一部（図６にあっては略半分）を連続して覆うように設けた点
にある。

図６には端面部１２ａ上の部分の厚さが略一定で、且つ、曲面部１２ｃ上の部分の厚さがその端に向かって徐々に薄くなる態様のハンダ非付着膜１３-2を示してあるが、後述する該ハンダ非付着膜１３-2の役割からして、端面部１２ａ上の部分の厚さは略一定でなくても良いし、曲面部１２ｃ上の部分の厚さはその端に向かって徐々に薄くなっていなくても良い。

図５及び図６に示したコンデンサ１０-2を基板２１に実装するときには、図７に示したように、基板２１のパッド２２上に塗布されたクリームハンダに各外部電極１２の側面部１２ｂの一面（略矩形状の被接続面）が接するようにコンデンサ１０-2を搭載した後、リフローハンダ付け法等の熱処理によってクリームハンダを一旦溶融してから硬化させ、各外部電極１２をハンダ３１を介してパッド２２に接合する。因みに、基板２１のパッド２２は、各外部電極１２の被接続面よりも僅かに大きな略矩形状輪郭を有している。

前記熱処理時には、溶融したクリームハンダが各外部電極１２の端面部１２ａの表面及び側面部１２ｂの表面（幅方向側面）を上昇する挙動を生じるが、ハンダが付着しない材料から成るハンダ非付着膜１３-2が各外部電極１２の端面部１２ａの表面全体と曲面部１２ｃの表面一部を連続して覆うように設けられているため、図７に示したように、実装後のコンデンサ１０-2の各外部電極１２の端面部１２ａ側にはハンダフィレット（図１の符号３０１ａを参照）は形成されない。

依って、図７に示した実装状態においてコンデンサ１０-2への電圧印加、特に交流電圧印加により誘電体チップ１１に電歪現象（誘電体チップ１１の長さの減少及び高さの増加（太線矢印を参照）とその復元の繰り返し）を生じた場合でも、ハンダフィレットに基づく引張力ＴＥ（図１の白抜き矢印を参照）が基板２１に作用することを防止して該基板２１の反り（２点鎖線を参照）を低減でき、該反り低減により基板２１に生じる振動を軽減して電歪現象に伴う音鳴きを確実に抑制できる。

また、各外部電極１２の端面部１２ａの表面全体と曲面部１２ｃの表面一部を連続して覆うように設けられているハンダ非付着膜１３-2にハンダ３１が付着することはないため、図７に示した実装状態において各外部電極１２に付着したハンダ３１の外側端間距離Ｌ２をコンデンサ１０-2の長さよりも短くなるように短縮でき、該外側端間距離Ｌ２の短縮により基板２１の反り（２点鎖線を参照）をより一層低減でき、該反り低減により基板２１に生じる振動をより一層軽減して電歪現象に伴う音鳴きをより一層確実に抑制できる。

さらに、各外部電極１２の曲面部１２ｃの表面他部には側面部１２ｂと連続してハンダ３１が付着するため、該曲面部１２ｃの表面他部にハンダ３１が付着することを利用したセルフアライメント効果が期待できる。

［参考形態（図８〜図１０）］
図８は積層セラミックコンデンサ１０-3の上面図、図９は図８に示した積層セラミックコンデンサ１０-3の縦断面図、図１０は図８に示した積層セラミックコンデンサ１０-3を基板２１に実装した状態を示す図である。

本欄の説明では、［第１実施形態］と同様、記述の便宜上、積層セラミックコンデンサ１０-3の図８及び図９における左右方向寸法を長さと言い、図８における上下方向寸法を幅と言い、図９における上下方向寸法を高さと言う。

図８及び図９に示した積層セラミックコンデンサ１０-3（以下、単にコンデンサ１０-3と言う）が、第１実施形態であるコンデンサ１０-1と構成を異にするところは、
・ハンダが付着しない材料から成るハンダ非付着膜１３-3を、各外部電極１２の端面部１２ａの表面全体を覆うように設けた点
にある。

図９には端面部１２ａ上の外周部分を除く部分の厚さが略一定で、且つ、外周部分の厚さがその端に向かって徐々に薄くなる態様のハンダ非付着膜１３-3を示してあるが、後述する該ハンダ非付着膜１３-3の役割からして、端面部１２ａ上の外周部分を除く部分の厚さは略一定でなくても良いし、外周部分の厚さはその端に向かって徐々に薄くなっていなくても良い。

図８及び図９に示したコンデンサ１０-3を基板２１に実装するときには、図１０に示したように、基板２１のパッド２２上に塗布されたクリームハンダに各外部電極１２の側面部１２ｂの一面（略矩形状の被接続面）が接するようにコンデンサ１０-3を搭載した後、リフローハンダ付け法等の熱処理によってクリームハンダを一旦溶融してから硬化させ、各外部電極１２をハンダ３１を介してパッド２２に接合する。因みに、基板２１のパッド２２は、各外部電極１２の被接続面よりも僅かに大きな略矩形状輪郭を有している。

前記熱処理時には、溶融したクリームハンダが各外部電極１２の端面部１２ａの表面及び側面部１２ｂの表面（幅方向側面）を上昇する挙動を生じるが、ハンダが付着しない材料から成るハンダ非付着膜１３-2が各外部電極１２の端面部１２ａの表面全体を覆うように設けられているため、図１０に示したように、実装後のコンデンサ１０-3の各外部電極１２の端面部１２ａ側にはハンダフィレット（図１の符号３０１ａを参照）は形成されない。

依って、図１０に示した実装状態においてコンデンサ１０-3への電圧印加、特に交流電圧印加により誘電体チップ１１に電歪現象（誘電体チップ１１の長さの減少及び高さの増加（太線矢印を参照）とその復元の繰り返し）を生じた場合でも、ハンダフィレットに基づく引張力ＴＥ（図１の白抜き矢印を参照）が基板２１に作用することを防止して該基板２１の反り（２点鎖線を参照）を低減でき、該反り低減により基板２１に生じる振動を軽減して電歪現象に伴う音鳴きを確実に抑制できる。

また、各外部電極１２の端面部１２ａの表面全体を覆うように設けられているハンダ非付着膜１３-3にハンダ３１が付着することはないため、図１０に示した実装状態において各外部電極１２に付着したハンダ３１の外側端間距離Ｌ３をコンデンサ１０-3の長さと略同じに短縮でき、該外側端間距離Ｌ３の短縮により基板２１の反り（２点鎖線を参照）をより一層低減し、該反り低減により基板２１に生じる振動をより一層軽減して電歪現象に伴う音鳴きをより一層確実に抑制できる。

さらに、各外部電極１２の曲面部１２ｃの表面全体には側面部１２ｂと連続してハンダ３１が付着するため、該曲面部１２ｃの表面全体にハンダ３１が付着することを利用したセルフアライメント効果が期待できる。

１０-1，１０-2，１０-3…積層セラミックコンデンサ、１１…誘電体チップ、１１ａ…内部電極層、１２…外部電極、１２ａ…端面部、１２ｂ…側面部、１２ｃ…曲面部、１３-1，１３-2，１３-3…ハンダ非付着膜。

Claims (4)

1. 長さ、幅及び高さを有する略直方体形状の誘電体チップの長さ方向の端部それぞれに外部電極を有し、前記誘電体チップに相互非接触で内蔵されている複数の内部電極層の一部の端が前記外部電極の一方に接続され他部の端が前記外部電極の他方に接続されている積層セラミックコンデンサにおいて、
   前記各外部電極は、前記誘電体チップの長さ方向の端面を覆う略矩形状の端面部と、前記誘電体チップの幅方向及び高さ方向の４側面それぞれの一部を覆う略４角筒状の側面部と、前記端面部と前記側面部の前記４側面それぞれに対応する部分との間に介在する断面略円弧状で環状の曲面部を有しており、
   前記各外部電極には、前記端面部の表面全体と前記曲面部の表面の前記４側面それぞれに対応する部分の少なくとも一部を連続して覆うように、ハンダが付着しない材料から成るハンダ非付着膜が設けられており、
   前記各外部電極に設けられた前記ハンダ非付着膜の内側端の間隔は、前記誘電体チップの長さよりも狭く、
   前記各外部電極に設けられた前記ハンダ非付着膜の高さ方向の寸法は前記各外部電極の前記側面部の高さ方向の寸法以下であり、且つ、前記ハンダ非付着膜の幅方向の寸法は前記各外部電極の前記側面部の幅方向の寸法以下である、
   積層セラミックコンデンサ。
2. 前記ハンダが付着しない材料は、金属成分を含まない絶縁材料である、
   請求項１に記載の積層セラミックコンデンサ。
3. 前記誘電体チップは、ε＞１０００又はクラス２の誘電体セラミックスから成る、
   請求項１又は２に記載の積層セラミックコンデンサ。
4. 前記複数の内部電極層の総数は、１００以上である、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の積層セラミックコンデンサ。

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