JPH0969464A - チップ型積層セラミックコンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミック素子との固着力確保のための下層外
部電極と、実装の際のはんだ付け性確保のための上層外
部電極とを含む多層構造の外部電極を備えるチップ型積
層セラミックコンデンサにおいて、急激な温度変化に伴
うクラックに起因する絶縁抵抗劣化、短絡故障のない、
信頼性の高いチップ型積層セラミックコンデンサを提供
する。 【解決手段】チップ型積層セラミックコンデンサを内部
電極取出し面に平行な方向から見たとき、内部電極取出
し面と上層外部電極６Ａの縁端６０Ａとの間の距離Ａ
を、内部電極取出し面と内部電極２の先端とで作るサイ
ドマージンＢ以下にする。たとえクラックが発生して
も、そのクラックはセラミック素子１内部で、互いに対
向する内部電極２には跨がらないので、対向する内部電
極間に亘る銀のマイグレーションは発生しない。従って
絶縁抵抗劣化、短絡故障は生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はチップ型積層セラミ
ックコンデンサに関し、特に、外部電極が、セラミック
素子との固着力確保のための下層外部電極と、外部の回
路と接続する際のはんだ付け性確保のための上層外部電
極とを含む多層構造のチップ型積層セラミックコンデン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来のチップ型積層セラミック
コンデンサは一般に、図３（ａ）に示すように、導電性
の内部電極２を被着形成した誘電体シート３を複数枚、
内部電極取出し部が相対向するように交互に積層し、そ
の上下に保護層となる誘電体シート（内部電極の形成な
し）を積層して一体化した後、得られた積層セラミック
素子１の相対向する内部電極取出し面に外部電極４を設
けた構造となっている。このコンデンサを電子機器に組
み込むときは通常、図３（ｂ）に示すように、プリント
配線基板のような実装用基板８上の接続用電極（ラン
ド）とコンデンサの外部電極４とをフロー、リフロー法
を用いてはんだ付けすることにより、コンデンサを基板
８に実装する。

【０００３】ところで、上述のセラミックコンデンサに
おいて外部電極４の構造は、セラミック素子側に位置す
る下層外部電極５とその上に形成された上層外部電極６
とからなる二層構造である。外部電極４は原理的には多
層構造である必要はないのであるが、実用面からは上記
のような少なくとも二層構造であることが望ましい。外
部電極にはセラミック素子１に対する強固な固着力と、
基板８に実装する際の良好なはんだ付け性とが要求され
るからである。すなわち、一般に積層セラミックコンデ
ンサの外部電極の形成には、内部電極２との接合性ある
いはその製造工程との整合性などの点から、銀を主成分
とする導電性ペーストが用いられる。この導電性ペース
トをセラミック素子１の内部電極取出し面に塗布した
後、ペーストを加熱、乾燥させた後焼結させて外部電極
とするのである。その場合、導電性ペーストには、上記
のセラミック素子に対する固着力強化のために、ガラス
成分を含ませる。その結果、焼成後の外部電極では、セ
ラミック素子に対する固着力は向上するもののはんだ付
け性が悪化する。そこで、外部の回路に対するはんだ付
け性を確保するために、更に、めっき処理や（ガラス成
分を含まない）導電性ペーストの重ね塗りなどを行って
上層外部電極６を形成して、二層構造にするのである。

【０００４】本発明との関連において、これまで述べた
外部電極が二層構造のチップ型積層セラミックコンデン
サの特徴は、下層外部電極５と上層外部電極６とが輪郭
を同じくしてぴったり重なり合っている点と、下層外部
電極５の縁端（つまり、上層外部電極６の縁端）５０が
このコンデンサのサイドマージン（セラミック素子１の
内部電極取出し面と、内部電極２の先端との間の距離）
Ｂを越えた部分に位置している点にある。

【０００５】これに対し、実開平４ー１０７８２２号公
報には、上層外部電極６の縁端を下層外部電極５の縁端
から引っ込めて、下層外部電極５の縁端近傍が上層外部
電極６の縁端から露出するようにした構造の外部電極を
持つチップ型積層セラミックコンデンサが記載されてい
る。上記公報に開示された外部電極構造はセラミックコ
ンデンサに限らずチップ型セラミック電子部品一般に適
用されて、実装時のはんだ付けによる急激な温度変化に
よってセラミックにクラックが発生するのを防止すると
いう効果をもたらす。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の図３（ａ）に示
すチップ型積層セラミックコンデンサでは、はんだ付け
によって実装用基板８にはんだ付けされるときの昇温・
降温あるいは実装された状態での環境変化などにより急
激な温度変化を受けると、基板８とセラミック材料との
間の熱膨張率の違いによって、外部電極４とセラミック
素子１との界面近傍で熱応力が発生する。その場合、セ
ラミック材料は金属材料とは異って弾性等による応力の
緩和が殆んど無く、応力集中に伴う脆性破壊を起し易
い。このことから、上記の熱応力が、図３（ｂ）に示す
ように、上層外部電極６とはんだ７との接合部の縁端５
０に集中し、比較的簡単に臨界破壊応力を越えて微細な
クラック９が生じ易い。このようにして発生したクラッ
ク９は、その起点となる下層外部電極５の縁端５０がサ
イドマージンＢを越えた位置に在ることから、内部電極
のうち相対向する内部電極どうしを跨いで走る。そし
て、一旦このようなクラック９が生じると、このクラッ
クに沿って外部から侵入する水分と相対向する内部電極
の間に印加される電圧とにより、電極中の銀の相手側電
極へのマイグレーションが発生し、絶縁抵抗劣化が起
る。そして最終的には、電子部品の故障の中でも最も致
命的な故障である、短絡故障に至る。

【０００７】一方、実開平４ー１０７８２２号公報に開
示されたチップ型積層セラミックコンデンサでは、上層
外部電極６の縁端が下層外部電極５の縁端５０より引っ
込んでいるので、はんだ付けの際などの熱応力が分散さ
れる、つまり、熱応力の下層外部電極５の縁端５０への
集中の程度が緩和される。その結果、クラックの発生確
率が小さくなる。しかしながら、本発明者が調査したと
ころ、この構造のコンデンサにおいても、クラックの発
生を確実には防止できなかった。特に、下層外部電極５
の縁端５０も上層外部電極６の縁端も共にサイドマージ
ンＢを越えた位置に在るコンデンサで、短絡故障が多く
見られた。

【０００８】従って本発明は、セラミック素子との固着
力確保のための下層外部電極と、実装の際のはんだ付け
性確保のための上層外部電極とを含む多層構造の外部電
極を備えるチップ型積層セラミックコンデンサにおい
て、急激な温度変化に伴うクラックに起因する絶縁抵抗
劣化、短絡故障のない、信頼性の高いチップ型積層セラ
ミックコンデンサを提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のチップ型積層セ
ラミックコンデンサは、導電性の内部電極を被着形成し
た誘電体シートを複数枚、内部電極取出し部が相対向す
るように交互に積層し一体化した積層セラミック素子
の、相対向する内部電極取出し面を含む部分に外部の回
路と前記内部電極とを電気的に接続するための外部電極
を設けてなるチップ型積層セラミックコンデンサであっ
て、前記外部電極が、前記セラミック素子に対する固着
力確保のための第１層目外部電極と、外部の回路との接
続時のはんだ付け性確保のための第２層目外部電極とを
含む多層構造のチップ型積層セラミックコンデンサにお
いて、このチップ型積層セラミックコンデンサを前記内
部電極取出し面に平行な方向から見たとき、前記内部電
極取出し面と前記第２層目外部電極の縁端との間の距離
が、前記内部電極取出し面と内部電極の先端とで作るサ
イドマージン以下であることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の
一実施の形態によるチップ型積層セラミックコンデンサ
の斜視図である。図１（ｂ）はその断面図である。又、
図２は、このコンデンサを実装用基板にはんだ付けした
ときの状態を示す断面図である。図１を参照して、本実
施の形態のコンデンサは、上層外部電極６Ａの縁端６０
ＡがサイドマージンＢより短い位置に在る点が、図３に
示すチップ型積層セラミックコンデンサ及び実開平４ー
１０７８２２号公報に記載されたチップ型積層セラミッ
クコンデンサと異っている。

【００１１】本実施の形態では、図１に示すコンデンサ
を、以下のようにして製造した。先ず、αβＯ₃ （α，
βは金属元素、Ｏは酸素原子）で表され、結晶構造がペ
ロブスカイト構造を持つ誘電体セラミック粉末と有機バ
インダとを混合しスラリー状にしたものをテープキャス
ト法で成膜し、乾燥させてシート状にした誘電体シート
を、複数枚作る。

【００１２】次に、各誘電体シート上に銀・パラジウム
合金からなる導電性ペーストを用いて内部電極を形成
し、その取出し部が相対向するように、積層する。更
に、その上に上下マージンＣとなる誘電体シート（内部
電極の形成なし）を積層し、一体化する。そして、熱圧
着、脱バインダを行った後焼結して、積層セラミック素
子１を得る。

【００１３】次いで、銀を主体としガラス成分を含む下
地用の下層外部電極５を、セラミック素子１の内部電極
取出し面に形成する。更に、下層外部電極５の上にめっ
き層や導電性ペースト層によるはんだ付け性の良い上層
外部電極６Ａを形成し、本実施の形態によるチップ型積
層セラミックコンデンサを得る。この場合、下層外部電
極５のガラス成分を３ｗｔ％以上にすると、下層外部電
極５にははんだが付かなくなった。

【００１４】このようにして得た本実施の形態のチップ
型積層セラミックコンデンサでは、実装用基板８にはん
だ付けする時の昇温・降温あるいは実装された状態での
環境変化などにより急激な温度変化を受けると、基板材
料および外部電極に比べてセラミック材料の熱膨張率が
一桁程度小さいことから、従来のチップ型積層セラミッ
クコンデンサにおけると同様に、外部電極とセラミック
素子１との間に生じる熱応力によるクラックが発生する
ことがある。しかしその場合、上層外部電極６Ａの縁端
６０ＡがサイドマージンＢより短い位置に在る、すなわ
ち、はんだ接合される部分の長さＡがサイドマージンＢ
以下であるので、クラック９Ａは、図２に示すように、
対向する内部電極に跨がらない位置に発生する。これに
より、たとえクラック９Ａが発生しそこに侵入した水分
により電極中から銀イオンが遊離したとしても、その銀
イオンにはこれを駆動する電界が加わらないので、対向
する内部電極間に亘る銀のマイグレーションは起り難
い。従って絶縁抵抗の劣化、短絡故障は起らない。

【００１５】これに対し、前述の実開平４ー１０７８２
２号公報に開示されたチップ型積層セラミックコンデン
サでは、クラックの発生確率は図３に示される従来のコ
ンデンサに比べて減るものの、皆無ではない。この場
合、上層外部電極６の縁端がサイドマージンＢを越えた
位置に在るような構造のコンデンサにクラックが発生す
ると、この上層外部電極の縁端の位置を起点とするクラ
ックは対向する内部電極の間を跨ぐように延びる。この
ような対向する内部電極間に亘るクラックの場合には、
内部電極間に加わる電界により銀のマイグレーションが
発生するので、絶縁抵抗の低下ひいては短絡故障は、や
はり免れられない。

【００１６】表１に、本実施の形態において、はんだ付
け可能な長さ（セラミック素子１の内部電極取出し面か
ら上層外部電極６Ａの縁端６０Ａまでの距離）Ａと、サ
イドマージンＢと、コンデンサの信頼性との関係をまと
めて示す。

【００１７】表１において、水準１，２，３，４，６，
７，８，１２ではＡ≦Ｂであって、これらの水準のグル
ープが、本発明を適用したグループ（以下、実施例グル
ープと記す）である。一方、水準５，９，１０，１１，
１３，１４，１５，１６ではＡ＞Ｂであって、これらの
水準のグループは、比較のためのグループ（以下、比較
例グループと記す）である。尚、コンデンサの外形形状
は全て、３．２ｍｍ×２．５ｍｍ×１．２ｍｍである。

【００１８】又、表１中、信頼性試験１、信頼性試験２
の欄は共に、供試サンプル２０個における絶縁抵抗劣化
不良数を示す。信頼性試験１は、実装用基板（ガラスエ
ポキシ基板）へのはんだ付けを通常通り行った後、耐湿
負荷試験に供したときの結果である。耐湿負荷試験の条
件は、温度８５℃，湿度８５〜９０％ＲＨ，電圧２５
Ｖ，時間１０００ｈである。信頼性試験２は、試験１に
おけると同様の基板へのはんだ付け後に、予め温度サイ
クル試験を施した後、耐湿負荷試験に供したときの結果
である。温度サイクル試験の条件は、温度−５５〜＋１
２５℃，サイクル数１００サイクルである。耐湿負荷試
験の条件は試験１における条件と同一で、温度８５℃，
湿度８５〜９０％ＲＨ，電圧２５Ｖ，時間１０００ｈで
ある。試験２は、耐湿負荷試験前に温度サイクル試験を
加えているので、試験１に比べて厳しい評価である。
尚、二つの試験１，２のいずれにおいても、耐湿負荷試
験前後で絶縁抵抗値が２桁以上低下した場合をもって、
絶縁抵抗劣化不良とした。尚また、基板へのはんだ付け
に際して、クラックが発生し易いように、降温時に、最
大−１０℃／秒の温度勾配を持つ鉄板急冷を行った。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１を参照して、実施例グループに属する
水準１，２，３，４，６，７，８，１２の全ての水準
で、信頼性試験１での不良発生はゼロである。一方、比
較例グループに属する水準５，９，１０，１１，１３，
１４，１５，１６では全ての水準に亘って１〜２個の不
良発生があり、二つのグループ間に不良率の明かな差が
認められる。この二つのグループ間の不良率の差異は、
条件の厳しい信頼性試験２では更に大きくなっており、
本発明における絶縁抵抗劣化防止効果が絶大であること
が分る。尚、実施例グループの二つの水準１，７で、信
頼性試験２で各１個ずつの不良発生があるが、故障解析
を行った結果、外部電極構造とは拘りのない、サンプル
に固有の要因による故障であることが確められた。

【００２１】尚、本実施の形態では、下層外部電極５の
縁端５０がサイドマージンＢを越えた位置に在り、一
方、上層外部電極６Ａの縁端６０ＡはサイドマージンＢ
以下の位置に在る構造のコンデンサについて説明した
が、本発明はこれに限られるものではない。これまでの
説明から明かなとおり、上層外部電極６Ａの縁端６０Ａ
がサイドマージンＢ以下でさえあれば、下層外部電極５
と上層外部電極６Ａとがぴったり重なる構造であっても
良い。このような構造にすれば、製造工程を簡略化でき
る。しかし、このような構造の場合、温度変化による熱
応力は全て下層外部電極の縁端に集中する、つまり熱応
力が大きいことから、誘電体シートの厚さ或いは内部電
極の厚さなどのコンデンサの構造によっては、微細クラ
ックに留まらずセラミック素子の「割れ」が生じる可能
性があるので、下層外部電極の縁端の位置はサイドマー
ジンＢを越えた位置に来るようにするのが好ましい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、導電性
の内部電極を被着形成した誘電体シートを複数枚、内部
電極取出し部が相対向するように交互に積層し一体化し
た積層セラミック素子の、相対向する内部電極取出し面
を含む部分に外部の回路と内部電極とを電気的に接続す
るための外部電極を設けてなるチップ型積層セラミック
コンデンサであって、外部電極が、セラミック素子に対
する固着力確保のための下層外部電極と、外部の回路と
の接続時のはんだ付け性確保のための上層外部電極とを
含む多層構造のチップ型積層セラミックコンデンサにお
いて、このチップ型積層セラミックコンデンサを内部電
極取出し面に平行な方向から見たとき、内部電極取出し
面と上層外部電極の縁端との間の距離が、内部電極取出
し面と内部電極の先端とで作るサイドマージン以下であ
るように構成している。

【００２３】これにより本発明によれば、このコンデン
サに急激な温度変化が加わった場合に発生し易いクラッ
クを、対向する内部電極に跨がらない位置に発生するよ
うにし、たとえクラック発生しても銀のマイグレーショ
ンは起らず、従って絶縁抵抗の劣化、短絡故障が起らな
いようにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるチップ型積層セラ
ミックコンデンサの斜視図および、断面図である。

【図２】図１に示すチップ型積層セラミックコンデンサ
を実装用基板にはんだ付けしたときの断面図である。

【図３】従来のチップ型積層セラミックコンデンサの一
例の断面図および、これを実装用基板にはんだ付けした
ときの断面図である。

【符号の説明】

１ 積層セラミック素子 ２ 内部電極 ３ 誘電体シート ４ 外部電極 ５ 下層外部電極 ６，６Ａ 上層外部電極 ７ はんだ ８ 基板 ９，９Ａ クラック ５０ 下層外部電極の縁端 ６０Ａ 上層外部電極の縁端

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性の内部電極を被着形成した誘電体
   シートを複数枚、内部電極取出し部が相対向するように
   交互に積層し一体化した積層セラミック素子の、相対向
   する内部電極取出し面を含む部分に外部の回路と前記内
   部電極とを電気的に接続するための外部電極を設けてな
   るチップ型積層セラミックコンデンサであって、前記外
   部電極が、前記セラミック素子に対する固着力確保のた
   めの第１層目外部電極と、外部の回路との接続時のはん
   だ付け性確保のための第２層目外部電極とを含む多層構
   造のチップ型積層セラミックコンデンサにおいて、 このチップ型積層セラミックコンデンサを前記内部電極
   取出し面に平行な方向から見たとき、前記内部電極取出
   し面と前記第２層目外部電極の縁端との間の距離が、前
   記内部電極取出し面と内部電極の先端とで作るサイドマ
   ージン以下であることを特徴とするチップ型積層セラミ
   ックコンデンサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のチップ型積層セラミッ
   クコンデンサにおいて、 このチップ型積層セラミックコンデンサを前記内部電極
   取出し面に平行な方向から見たとき、前記内部電極取出
   し面と前記第１層目外部電極の縁端との間の距離が、前
   記内部電極取出し面と内部電極の先端とで作るサイドマ
   ージンより大であることを特徴とするチップ型積層セラ
   ミックコンデンサ。