JPH03136308A

JPH03136308A - 積層セラミックコンデンサ

Info

Publication number: JPH03136308A
Application number: JP1276797A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Fujikawa; 信儀藤川; Yoshihiro Fujioka; 芳博藤岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1991-06-11
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JP2678206B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、積層セラミックコンデンサの改良に関する。

（従来の技術）近時、電子部品としてチップ型積層セラミックコンデン
サが大量に使用されるようになった。斯かる積層セラミ
ックコンデンサは、チタン酸バリウムやチタン酸ネオジ
ウム等から成る厚さ１５〜３０μｍの誘電体セラミック
層と、銀パラジウムやニッケル等から成る厚さ０．５〜
２μｍの内部電極層とを交互に積層し、更にこの積層物
の上下に内部層と同質の誘電体セラミックから成る厚さ
１００〜５００μ・ｍの：保護層を接着して一体的に焼
成した後−該積層焼結体の両端面に端子電極を焼付けし
て形成される。このようなチップ型積層セラミックコン
デンサは、厚膜回路基板やプリント基板等に直接ハンダ
付けされる表面実装部品として各方面で大量゛に・使用
・されている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、上記コンデンサに使用されるセラミック誘電体
材料は、通常その抗折強度が８〜１５ｋｇ／ａａ”　と
小さく、また熱膨張係数が９０〜１３０ＸＩＯ−７／℃
と大きい為、表面実装工程で生じる熱応力や機械的応力
更には熱？ｔｉ撃等によりコンデンサにクラックを生じ
、その信頼性の低下を招くことが多々あった６（発明の目的）本発明は、上記に鑑みなされたもので、表面実装工程で
のクラックの発生を抑止し、コンデンサとしての信頼性
を維持し得る新規な積層セラミックコンデンサを程供せ
んとするものである。

（課題を解決する為の手段）上記目的を達成する本発明の積層セラミックコンデンサ
を添付図面に基づき説明する。第１図は本発明の積層セ
ラミックコンデンサの一例を示す斜視図、第２図は同縦
断面図、第３図は表面実装要領を示す図である。

即ち、本発明の積層セラミックコンデンサは。

複数の誘電体セラミック層１・・・と、複数の内部電極
層２・・・とを交互に積層して一体化し１両端部に端子
電極３を形成した積層セラミックコンデンサに於いて、
少なくとも片面側表層部４の誘電体セラミックの熱膨張
係数が内層部５の誘電体セラミックの熱膨張係数より２
〜１０　Ｘ　１０−７／’Ｃだけ小さく且つ当該表層部
４の厚みが２０〜２００μｍであることを特徴とする。

表層部４と内層部５との熱膨張係数差及び表層部４の厚
みを上記の如く特定した理由は、熱膨張係数差が２　Ｘ
　１０−７／℃未満の場合或いは表層部４の厚みが２０
μｍ未謂の場合、表面実装工程で生じる熱応力、機械的
応力更には熱衝撃を吸収し得るに十分な圧縮応力を表面
に保有せず表面からクラックが生じ易くなり、−力無膨
張係数差が１０　ｘ　１０−’／”Ｃを超え或いは表層
部４の厚みが２００μｍを超えた場合、内部の引っ張り
応力が大きくなり過ぎて内部からクラックが生じ易くな
るからである。

上記誘電体セラミック層１・・・を、主に、チタン酸バ
リウム、チタン酸ランタン、チタン酸カルシウム、チタ
ン酸ネオジウム及びチタン酸マグネシウム等のチタン酸
塩を主成分とする誘電体セラミックから構成することが
望ましい、この場合は、上記表層部４のセラミックが内
層部５のセラミックよりジルコニウム酸塩を５〜１５ｍ
ｏｌ％多く含むよう調製することにより、表層部４と内
層部５との熱膨張係数の差を上記の如く設定することが
出来る。而して、表層部４に於けるジルコニウム酸塩の
過剰含有量が５ｍ０１％未満の場合、上記熱膨張係数差
が２　Ｘ　１０−７／℃を下回り、逆に１５　ｍ　ｏ　
１％を超えると同熱膨張係数差が１０×１０−７／℃を
上回ることになる。尚、ジルコニウム酸塩について表層
部４が「・・・多く含む」と表現したのは、主体たる誘
電体セラミックの原料中にジルコニウム酸塩が不可避的
に含まれている場合があること、また誘電体セラミック
の一組成材料としてジルコニウム酸塩を後添加する場合
もあることによる。このように、誘電体セラミックの一
組成としてジルコニウム酸塩を添加すると、コンデンサ
としての磁器強度も大となるので望ましく採用される。

（作用）上記構成の積層セラミックコンデンサは、表層部４の熱
膨張係数が内層部５のそれより小さいので、焼結後の冷
却過程で表層部４に圧縮応力が蓄積され残留する。而し
て、第３図に示す如く当該コンデンサＣを銅配線８され
たガラスエポキシ等の基板６上にハンダ付フして実装す
る場合、実装過程で生じる熱応力、機械的応力更には熱
衝撃（基板に加わる曲げ応力やハンダ付けの際の熱負荷
等による）等による引っ張り応力がハンダ７を介してコ
ンデンサＣに作用するが、この引っ張り応力は上記圧縮
応力により吸収され、その結果表層部４と内層部５との
間にストレスが生じず、クラックの発生が未然に防止さ
れる。

上記熱膨張係数の特定された表層部４は、少なくとも片
面側に形成されることを必須とするが。

実際の実装工程では表裏の峻別が難しい為４又基板６上
にハンダ７により固定されたコンデンサＣには固定面だ
けではなく上面にも一部引っ張り応力が作用する為、図
に示す如く両面に形成することが望ましい６従って１表
裏峻別が可能な場合には片面のみでも、この表層部４が
基板面側になるよう実装することにより引っ張り応力の
大半を吸収することが出来る。

（実施例）次に実施例により本発明を更に詳述する。

（ａ）チタン酸バリウムを主成分とし、酸化ニオブ（Ｎ
　ｂｉｏｉ）　１−５　ｍ　ｏ　１％と鉱化剤とを含む
誘電体材料粉末を、アルミナ玉石、水及び分散剤と共に
磁製ポットに入れ、２０時間回転させてスラリーを得た
。

（ｂ）得られたスラリーに有機バインダー及び可塑剤を
加えて混合後、ドクターブレード法により厚さ２５μｍ
の内層部用グリーンシートを得た。

（Ｑ）このグリーンシートの両面に銀パラジウムペース
トを印刷しこれらを２０層積み重ね、更にこの積層物の
上下に銀パラジウムペーストを印刷していないグリーン
シートを３枚づつ配置積層した。

（ｄ）上記誘電体材料粉末に、ジルコン酸カルシウム（
Ｃａ　Ｚ　ｒ　Ｏ３）及びジルコン酸バリウム（ＢａＺ
　ｒ　０３　）粉末を加え、上記と同様に処理して表層
部用グリーンシートを得た。

（ｅ）この表層部用グリーンシートを（ｃ）の積層物の
両面に１〜８枚ずつ配置積層し、これらを熱圧着した後
所定の寸法に切断した。

（ｆ）この熱圧着成形物をジルコニア板の上に載せて１
２００〜１３００℃で焼成し、３Ｘ１．５腫、厚さ０．
５〜０．８−のチップコンデンサ用焼結体を得た。

（ｇ）この焼結体をバレル研磨後、両端に銀ペーストを
塗布し、８００℃で焼付け、更にその表面にニッケルめ
っき及び錫めっきを施し端子電極を形成して積層セラミ
ックコンデンサを得た。

（ｈ）表層部の厚み、ＣａＺｒ０．及びＢａＺｒ０１の
添加量を変えたコンデンササンプルについて１表層部と
内層部との熱膨張係数の差を測定算出し、また残留応力
（表層部の圧縮応力、内層部の引っ張り応力）をＦＥＭ
解析法により求めた。

（ｉ）上記コンデンサを銅配線されたガラスエポキシ基
板上にハンダ付けし、該基板を間隔が９０閣の支持台上
に載せ、基板の裏面より押圧してコンデンサにクラック
が入る５までのたわみ変形、量を求めた（日本電子機械
工業会規格ＲＣ−３４０２に準拠）。

（ｊ）上記（ｆ）の焼結体の研磨断面を実体顕微鏡（Ｘ
４０）で観察し、内部のクラックの有無を調べた。

表層部の厚み、ＣａＺｒ０ａ及びＢａＺｒ０．の添加量
１表層部と内層部との熱膨張、係数の差、残−留塔力、
クラックが入るまでのた□わみ変形量及び、内部クラッ
クの有無の観察結果を一括して第１表に示す。

（以下余白）第１表に於いて、試料Ｎα２乃至６及び８は、いずれも
表層部の圧縮圧力が大きい為、上記規格ＲＣ−３４０２
の試験法によるクラックが入るまでの変形量が大きく、
表面実装時の引っ張り応力に十分耐え得ることが理解さ
れる。また、内層部の引っ張り応力が小さく従って内部
クラックが皆無である。これに対し、試料Ｎα１は、表
層部と内層部との熱膨張係数に差がない為、表層部に圧
縮応力が蓄積されず、従ってクラックが入るまでの変形
量が小さく、表面実装の際の引っ張り応力によりクラッ
クが発生する可能性がある。試料Ｎα７は、表層部の厚
みが厚い為内層部の引っ張り応力が大となり、焼結体内
部にクラックが発生した。更に、試料Ｎα９は、熱膨張
係数の差が大きい為内層部の引っ張り応力が大となり試
料Ｎα７と同様内部クラックが発生した。

尚、上記では表層部の熱膨張係数を小さくする手段とし
て、表層部の誘電体セラミックにジルコニウム酸塩を添
加する方法を採用したが、他の方法の採用を除外するも
のではない。

（発明の効果）叙上の如く１本発明の積層セラミックコンデンサは、表
層部の熱膨張係数が内層部のそれより小さいから、コン
デンサの焼結形成後表層部に圧縮応力が蓄積残留し、こ
の圧縮応力により表面実装時の引っ張り応力が吸収され
る。従って１表面実装時のクラックの発生が抑止され、
コンデンサの信頼性が維持される。

亦、誘電体セラミックがチタン酸塩を主成分とする場合
、表層部のセラミックにジルコニウム酸塩を適宜添加す
ることにより上記熱膨張係数の調整が簡易になされ、上
記優れた特性を有する積層セラミックコンデンサが確実
に得られる。

このように特筆すべき効果を有する本発明の実用価値は
極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の積層セラミックコンデンサの一例を示
す斜視図、第２図は同縦断面図、第３図は表面実装要領
を示す図である。（符号の説明）１・・・誘電体セラミック層、２・・・内部電極層、３・・・端子電極。４・・・表層部。・・内層部。一以上一

Claims

【特許請求の範囲】

１．複数の誘電体セラミック層と、複数の内部電極層と
を交互に積層して一体化し、両端部に端子電極を形成し
た積層セラミックコンデンサに於いて、少なくとも片面
側表層部の誘電体セラミックの熱膨張係数が内層部の誘
電体セラミックの熱膨張係数より２〜１０×１０＾−＾
７／℃だけ小さく且つ当該表層部の厚みが２０〜２００
μｍであることを特徴とする積層セラミックコンデンサ
。
２．上記誘電体セラミック層がチタン酸塩を主成分とし
、上記表層部のセラミックが内層部のセラミックよりジ
ルコニウム酸塩を５〜１５ｍｏｌ％多く含むことを特徴
とする請求項１記載の積層セラミックコンデンサ。