JPH04364014A

JPH04364014A - 積層セラミックコンデンサ

Info

Publication number: JPH04364014A
Application number: JP3138748A
Authority: JP
Inventors: Koji Amano; 天野　弘司
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1991-06-11
Filing date: 1991-06-11
Publication date: 1992-12-16

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック製本体内に
発熱体部を設けた積層セラミックコンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今、積層セラミックコンデンサの軽薄
短小化と同時に静電容量をも一層増やすことが強く要求
されている。これに応ずるため、誘電率の高い誘電体材
料を新規に開発したり、誘電体層を薄くしたりすること
がなされているが、いずれも技術的に限界に近づいてお
り、これ以上の静電容量の増量化は非常に困難である。

【０００３】ところで、積層セラミックコンデンサは一
般に、六面体であるセラミック製本体と、セラミック製
本体をセラミック層状に仕切る複数の内部電極と、内部
電極に導通すると共にセラミック製本体の一対の側端面
に設けた外部電極とを有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】セラミック製本体の材
料としては、チタン酸バリウム系が多用されている。チ
タン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３　等）系のセラミック誘
電体は、誘電率が常温付近で数千〜１万数千程度と非常
に大きい反面、温度や電圧によって誘電率が大幅に変化
する。このため、このセラミック誘電体を使用したコン
デンサは、小形で大きな静電容量が得られるが、静電容
量が温度や電圧により大きく変動する。

【０００５】例えば、ＢａＴｉＯ３　誘電体の温度と誘
電率との関係をグラフで示す図９において、実線ａで示
すように、ＢａＴｉＯ３　は約１２５℃のキューリー点
（キューリー温度）Ｔｃ　を有するが、このキューリー
点Ｔｃ　付近で誘電率が最大、即ち静電容量が最大にな
り、それ以外の温度、例えば常温付近では静電容量が１
／３程度に減少する。このことから、コンデンサは通常
は常温下で使用するため、ＢａＴｉＯ３　誘電体が本来
持つ誘電率を十分に利用していないことが分かる。この
ため、シフター及びディプサー（ＣｅＯ２、ＺｒＯ２　
、ＢａＳｎＯ３　、ＣａＴｉＯ３　等）をＢａＴｉＯ３
　に添加して常温付近で最大の静電容量が得られる様に
、又よりフラットな特性を得る様にキューリー点を移動
して使用する（点線ｃ参照）。しかしながら、キューリ
ー点を１２５℃から常温程度までシフトし、かつ特性を
滑らかにしてやるためには、非常に多くのシフターとデ
ィプサーを必要とし、その分、コンデンサ全体が大型化
し、小型化の要請に反することになる。

【０００６】本発明は、前記問題点に着目してなされた
ものであって、静電容量を飛躍的に大きくし、それでい
て小型化の要請に応え得る新規な積層セラミックコンデ
ンサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の積層セラミックコンデンサは、前記従来の
コンデンサにおいて、一対の外部電極から通電されるよ
うに発熱体部をセラミック製本体内に設けたことを特徴
とするものである。本発明のコンデンサでは、セラミッ
ク製本体が上述したようにキューリー点を移動するため
にシフター及びディプサーをチタン酸バリウム系材料に
添加したセラミック誘電体であることと、セラミック製
本体内に発熱体部を設けたこととにより、通電すれば常
温よりも高い温度で作動する。特に、発熱体部が通電に
より発熱し、この熱がセラミック製本体に伝導し、セラ
ミック製本体の温度が常温よりも高い温度に保持される
。この結果、図９で示した実線ａのキューリー点Ｔｃ　
に近い範囲でセラミック誘電体を使用することになり、
この時の温度にキューリーポイントを移動させる上記添
加剤の作用と相まって静電容量は一段と高くなる。この
発明のキューリー点は、発熱体部への通電時の温度に対
応して常温よりも高いので、シフター及びディプサーの
量は、常温にキューリー点を移動させる場合に比し少な
くて良い。その分、小型化が実現する。

【０００８】セラミック製本体内に設ける発熱体部は、
通電により発熱してコンデンサを常温よりも高い温度に
維持できる限り、その材料に限定はない。一般的な材料
としては、正温度特性抵抗体（以下、ＰＴＣという）や
負温度特性抵抗体（以下、ＮＴＣという）が好適である
。ここで、ＰＴＣとＮＴＣの温度と抵抗変化率（２０℃
の値に対する変化比）との関係を図１０にグラフで示す
。このグラフから分かるように、ＰＴＣとＮＴＣはそれ
ぞれ組成やその比率によっても多少温度特性が異なるた
め、コンデンサの適用温度に応じて適宜選択すればよい
。例えば、ＰＴＣではＢａＴｉＯ３　とＹ２　Ｏ３　等
の希土類化合物との混合物を使用してもよいし、或いは
キューリー点を調整するために（Ｂａ１−ｘ　Ｐｂｘ　
Ｙ）ＴｉＯ３　又は（Ｂａ１−ｘ　Ｓｒｘ　Ｙ）ＴｉＯ
３　を用いてもよい。ＮＴＣとしては、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ等の金
属酸化物を２種類以上組合せた混合物を使用すればよい
。

【０００９】発熱体部は、セラミック製本体内において
一対の外部電極から通電されればよいのであって、その
形状や位置等には種々の様態がある。例えば、互いに隣
接する内部電極間において双方の内部電極が重なる部分
のみに発熱体部を発熱体層として設けたり、一対の外部
電極間において両方の外部電極に接触して発熱体層を設
けたりすればよい。発熱体部を発熱体層とする場合、少
なくとも１層の発熱体層がセラミック製本体内に存在す
れば十分であり、以下の実施例にも示すように１層のみ
、又は２層を設ける態様がある。更に、発熱体層は上記
ＰＴＣ又はＮＴＣのいずれで構成しても構わず、２層以
上の場合にはどちらか一方のみを使用してもよいし、両
方を組合せても差し支えない。しかし、図１０に示す特
性からすると、ＰＴＣとＮＴＣを組合せた場合、ＰＴＣ
の発熱し難い温度帯（通電初期の低温度領域）をＮＴＣ
が補償するため、通電に対する昇温特性が優れることに
なる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の積層セラミックコンデンサを
実施例に基づいて説明する。図１はその一例の斜視図を
示す。このコンデンサは、その外観には従来と全く相違
するところはなく、ＢａＴｉＯ３　誘電体からなるセラ
ミック製本体１０と、セラミック製本体１０の一対の側
端面と側端面の回りの４面の一部分とに設けた外部電極
１１とを有する。図２〜図７にセラミック製本体内に内
部電極と発熱体部としての発熱体層を設けた各種態様を
示す。

【００１１】まず、図２に示すコンデンサでは、両側端
面の外部電極１１に導通された内部電極１２がセラミッ
ク製本体１０内に形成され、内部電極１２はセラミック
製本体１０をセラミック層状に仕切り、外部電極１１の
一方と他方に交互に接続されている。内部電極１２のう
ち、最上の電極と隣接の電極との間、及び最下の電極と
隣接の電極との間に、ＰＴＣからなる発熱体層２０が設
けられている。このＰＴＣ発熱体層２０は、それぞれ２
つの内部電極１２に接触すると共に、一対の外部電極１
１にも導通する。

【００１２】このコンデンサでは、２層の発熱体層２０
が図１０に示すような正温度特性を有するため、通電に
際し発熱体層２０が発熱して昇温すると、更に発熱体層
２０の抵抗値が上昇するに連れて発熱体層２０の温度も
一層高くなる。この発熱体層２０の熱がセラミック製本
体１０に伝導し、本体１０の温度を常温よりも高温に保
持する。この温度にキューリー点を移動させるようにシ
フターとディプサーで調整する。この結果、図９に一点
鎖線ｂのグラフで示すような温度と誘電率との関係が得
られ、セラミック製本体１０であるＢａＴｉＯ３　誘電
体が従来のコンデンサに係る点線ｃよりも高い誘電率を
示し、ＢａＴｉＯ３　誘電体の本来持つ誘電率を相当程
度まで活用するため、静電容量が大幅に増える。しかも
、キューリー点が常温より高いので、その分シフターと
ディプサーの量が少なくて良く、その分、コンデンサが
小型となる。

【００１３】図３のコンデンサは、内部電極１２のうち
、最中の２つの電極間にＰＴＣ発熱体層２０を設けたも
のである。発熱体層２０が１層のみである点以外は作用
・効果は図２のものと大差ない。図４に示すコンデンサ
は、構造的には図２に示すものと同一であるが、上層の
発熱体層２０がＰＴＣからなるのに対し、下層の発熱体
層２１は負温度特性を有するＮＴＣからなる。このコン
デンサでは、ＰＴＣ発熱体層２０のみであれば通電初期
には発熱体層２０は未だ低温で抵抗値も低く、発熱体層
２０が十分発熱するまで或る程度の時間を要するのであ
るが、ＮＴＣ発熱体層２１が共存すれば、通電初期の低
温状態で図１０から分かるようにＮＴＣ発熱体層２１の
抵抗値が大きいため、発熱体層２１の温度が上昇し、こ
の発熱体層２１の熱によりセラミック製本体１０とＰＴ
Ｃ発熱体層２０の温度が上昇し、発熱体層２０の昇温に
伴いやがてセラミック製本体１０の加熱を発熱体層２０
が担うようになる。従って、このコンデンサは通電初期
の昇温特性に優れ、通電後に高誘電率を即座に示すよう
になる。

【００１４】図５〜図７のコンデンサは、外部電極１３
の構造が図２〜図４のものとは異なる。即ち、外部電極
１３は、その拡大図を図８に示すように、外部電極１１
上にＮｉメッキ１４と半田メッキ１５又はスズメッキを
施した３層構造である。又、図５のコンデンサでは、最
上の内部電極１２と隣接の内部電極と間、並びに最下の
内部電極１２と隣接の内部電極と間において、それぞれ
双方の電極が重なる部分のみにＰＴＣ発熱体層２０が設
けられており、この発熱体層２０は一対の外部電極１３
に接触していない。

【００１５】図６のコンデンサは図２のコンデンサと外
部電極１３の構造が異なる以外は全く同じである。又、
図７に示すコンデンサはセラミック製本体１０の上層と
下層をＰＴＣ発熱体層２０としたものである。次に、上
記各種のコンデンサの製造について簡潔に述べる。まず
ＢａＴｉＯ３　誘電体１００部に対し、添加剤のシフタ
ーとして酸化セリウム及びディプサーとして酸化ジルコ
ニウム０．５〜４．５部、有機結合剤としてアクリル酸
樹脂１０部、溶媒としてトルエン３０部を、ボールミル
で４８時間混合・粉砕してスラリーを作製する。このス
ラリーを用いて、ドクターブレード法にてポリエステル
フィルム又はＳＵＳベルト上に厚さ３０μｍの誘電体層
を成形し、誘電体シート（グリーンシート）を得る。同
様に、ＰＴＣ又はＮＴＣに有機結合剤、溶媒を混合した
ものから発熱体層となる発熱体シートを作製する。但し
、誘電体シートとセラミックシートに添加するシフター
とディプサーの量は、シートの使用温度に合わせるため
に適宜調整することが重要である。

【００１６】その後、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、又はＰｄと、
有機結合剤と、有機溶媒とからなる内部電極材のインク
を調製し、このインクをスクリーン印刷法によって誘電
体シートと発熱体シート上にそれぞれ塗布し、内部電極
を形成する。これらの誘電体シートと発熱体シートを図
２〜図７に示すような構造が得られるように、適当数組
合せて重ねた後、プレスにより加温・加熱して積層し、
一体化する。これを所定寸法に切断し、既知の方法で１
１５０〜１３５０℃で焼成してセラミック製本体を得る
。更に、セラミック製本体を面取りして内部電極を側端
面から露出させると共に、内部電極と外部電極の導通を
確実にするためにセラミック製本体をバレル研摩する。

【００１７】そして、セラミック製本体を乾燥した後、
Ａｇ又はＡｇ／Ｐｄフリット、有機結合剤、有機溶媒か
らなる外部電極材をセラミック製本体の一対の側端面と
側端面の回りの４面の一部分とに塗布して乾燥・焼付し
、外部電極を形成する。更に、選択的にコンデンサの実
装時の半田濡れ性を良くするために、Ｎｉメッキ及びＳ
ｎ／Ｐｂ、Ｓｎ等の半田メッキ等を外部電極上に順に施
し、コンデンサの完成品を得る。

【００１８】なお、上記製造は本の一例に過ぎず、本発
明ではこれに限定されることはない。例えば、ＢａＴｉ
Ｏ３　誘電体、エチルセルロース等の結合剤、フタル酸
ジオクチル等の可塑剤、ブチルセルソルブ等の溶媒等か
ら調製したインク又はペーストを用い、スクリーン印刷
、フローコーター、バーコーター、ドクターブレード等
で誘電体シートを形成してもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明の積層セラミックコンデンサは、
以上説明したようにセラミック製本体内に発熱体部を設
けてあるので、下記の効果を有する。通電により発熱体
部が発熱するので、セラミック製本体の温度が上昇し、
セラミック製本体を常温よりも高い温度に保持する。こ
のため、セラミック製本体を構成するチタン酸バリウム
系誘電体が本来持つキューリー点での最高誘電率に近い
温度領域でコンデンサが作動し、チタン酸バリウム系誘
電体の高誘電率を十分に活用できる。また、キューリー
点を発熱体部による発熱温度近くまでシフトすれば良い
ので、シフター、ディプサーを使用して、キューリー点
を常温にまでシフトさせる場合に比し、シフター、ディ
プサーの混入量が少なくてすみ、その分コンデンサの小
型化を実現することができる。この結果、従来よりも大
幅に高い静電容量で小型のものが得られ、例えば形状・
寸法を特に変更しなくても従来の２倍以上の静電容量を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るコンデンサの斜視図であ
る。

【図２】図１のコンデンサの線Ａ−Ａにおける断面構造
例を示す断面図である。

【図３】図１のコンデンサの線Ａ−Ａにおける別の断面
構造例を示す断面図である。

【図４】図１のコンデンサの線Ａ−Ａにおける更に別の
断面構造例を示す断面図である。

【図５】図１のコンデンサの線Ａ−Ａにおける更に別の
断面構造例を示す断面図である。

【図６】図１のコンデンサの線Ａ−Ａにおける更に別の
断面構造例を示す断面図である。

【図７】図１のコンデンサの線Ａ−Ａにおける更に別の
断面構造例を示す断面図である。

【図８】図５〜図７のコンデンサにおける外部電極の構
造を示す拡大断面図である。

【図９】ＢａＴｉＯ３　誘電体の温度と誘電率との関係
を示すグラフである。

【図１０】正温度特性抵抗体（ＰＴＣ）と負温度特性抵
抗体（ＮＴＣ）の温度と抵抗変化率との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１０　　　　　　　　セラミック製本体１１、１３　　
外部電極１２　　　　　　　　内部電極２０　　　　　　　　ＰＴＣ発熱体層２１　　　　　　　　ＮＴＣ発熱体層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック製本体内に複数の内部電極を形
成し、内部電極に導通する一対の外部電極をセラミック
製本体に設けたコンデンサにおいて、一対の外部電極か
ら通電されるように発熱体部をセラミック製本体内に設
けたことを特徴とする積層セラミックコンデンサ。
【請求項２】前記セラミック製本体がチタン酸バリウム
系材料からなる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。