JPH11150037A - 積層セラミックコンデンサ - Google Patents

積層セラミックコンデンサ

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JPH11150037A
JPH11150037A JP9335006A JP33500697A JPH11150037A JP H11150037 A JPH11150037 A JP H11150037A JP 9335006 A JP9335006 A JP 9335006A JP 33500697 A JP33500697 A JP 33500697A JP H11150037 A JPH11150037 A JP H11150037A
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Japan
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capacitor
layer
layers
dielectric layer
dielectric
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JP9335006A
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Takashi Suzuki
尚 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部電極並びに誘電体層の層数を増やすこと
により高容量値を確保すると共に、絶縁破壊電圧,電歪
破壊発生電圧を高め、機械的応力破壊によるクラックが
コンデンサ素子に生ずるのを確実に防ぐ。 【解決手段】 複数個のコンデンサ層10,10a,1
0bと、外表面層を形成する最外誘電体層11a,11
bとに加え、コンデンサ層10,10a,10bの誘電
体層1b…よりも厚みの厚いt1 <t2 中間誘電体層1
2,12a,12bをコンデンサ層10,10a,10
bの間に介在させてコンデンサ素子1を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧回路等に使
用される大容量で高耐電圧の積層構造を有する積層セラ
ミックコンデンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、積層セラミックコンデンサは内
部電極を誘電体層となるセラミックグリーンシートのシ
ート面に印刷し、これを複数枚積層させてコンデンサ層
を形成すると共に、外表面層を形成する最外誘電体層を
重ね合わせて一体に燒結することによりコンデンサ素子
を形成し、更に、コンデンサ層の内部電極と電気的に接
続する一対の外部電極をコンデンサ素子の両端部に設け
ることにより構成されている。
【0003】その積層セラミックコンデンサは、大容量
化の要請から内部電極並びに誘電体層の層数を増加する
傾向にある。然し、チタン酸バリウム等を主成分とする
高誘電率系の誘電体材料は誘電率(ε)が1,000〜
20,000と高くて双極子を形成し易い結晶構造のも
ので、大きな歪みを有し且つ膨張,収縮するものである
ため、電圧の印加に伴って電圧を機械的に変化させる圧
電現象または逆圧電現象,即ち、電歪現象が起き易い。
【0004】そのため、積層セラミックコンデンサでは
内部電極並びに誘電体層の層数を単に増やすだけである
と、電歪現象から絶縁破壊の電圧域に達する前に膨張,
収縮の繰り返しで、機械的応力破壊によるクラックがコ
ンデンサ素子に発生し、絶縁破壊電圧や電歪破壊発生電
圧のような耐電圧レベルが低くなってしまう。このクラ
ックの発生を防止するにはコンデンサ層の誘電体層を厚
く形成することがあるが、これでは全体形状が大きくな
るばかりでなく、誘電体層を厚くすることによって容量
の低下を招くことになる。
【0005】従来、半田付けによる熱的ストレスの影響
によりクラックがコンデンサ素子に生ずるのを防止し、
または、表面層から侵入する水分と電極間の直流電圧に
より電極材料が移動することによる絶縁抵抗の低下や短
絡を防止することから、中間が分離されて外部電極と電
気的に接続される一対の電極を誘電体層の同一面に設
け、その誘電体層を最外誘電体層とコンデンサ層の間に
介在させてコンデンサ素子を構成することが提案されて
いる(特開平1ー220420号,実開平5ー6695
1号)。
【0006】また、電圧破壊が外部電極の折返し先端と
内部電極の先端との間で生ずるのを防止し、電界強度も
低減させて耐電圧を向上することから、上述したものと
同様な中間が分離されて外部電極と電気的に接続される
一対の電極を同一面に設けた誘電体層を最外誘電体層側
に配置すると共に、その誘電体層とコンデンサ層の間に
は外部電極に接続されない浮遊電極を設けた誘電体層を
介在させてコンデンサ素子を形成することも提案されて
いる(実開昭60ー99522号)。
【0007】然し、上述した誘電体層を付加しただけで
は、内部電極並びに誘電体層の層数を増やことに伴う電
歪現象から、機械的応力破壊によるクラックがコンデン
サ素子に発生するのを確実に防ぐことはできない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、内部電極並
びに誘電体層の層数を増やすことにより高容量値を確保
すると共に、絶縁破壊電圧,電歪破壊発生電圧を高め、
機械的応力破壊によるクラックがコンデンサ素子に生ず
るのを確実に防げる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。
【0009】また、本発明は絶縁破壊電圧,電歪破壊発
生電圧と共に、沿面放電発生電圧も高められる積層セラ
ミックコンデンサを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
積層セラミックコンデンサにおいては、複数個のコンデ
ンサ層と、外表面層を形成する最外誘電体層とに加え、
コンデンサ層の誘電体層よりも厚みの厚い中間誘電体層
を該コンデンサ層の間に介在させることによりコンデン
サ素子が構成されている。
【0011】本発明の請求項2に係る積層セラミックコ
ンデンサにおいては、複数個のコンデンサ層と、そのコ
ンデンサ層の誘電体層よりも厚みの厚い中間誘電体層と
を交互に重ね合わせた第1のコンデンサ層と、第1のコ
ンデンサ層の内部電極よりも相対的に小さい対向面積を
有する内部電極と誘電体層とを交互に重ね合わせた第2
のコンデンサ層とを備え、第2のコンデンサ層を第1の
コンデンサ層の外側に重ね合わせ、更に、最外誘電体層
を第2のコンデンサ層の外側に重ね合わせることにより
コンデンサ素子が構成されている。
【0012】本発明の請求項3に係る積層セラミックコ
ンデンサにおいては、中間が分離されて外部電極と電気
的に接続される一対の電極を同一面に設けた誘電体層を
沿面放電制御層とし、その沿面放電制御層を最外誘電体
層とコンデンサ層の間に介在させることによりコンデン
サ素子が構成されている。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して説明す
ると、図示の積層セラミックコンデンサは内部電極1a
…と誘電体層1b…とを交互に重ね合わせた複数個のコ
ンデンサ層10…と、外表面層を形成する最外誘電体層
11a,11bとに加え、各コンデンサ層10…を形成
する誘電体層1b…の厚みt1 よりも厚みt2 が厚い
(t1 <t2 )中間誘電体層12…を該コンデンサ層1
0…の間に介在させてコンデンサ素子1を構成し、コン
デンサ層10…の内部電極1a…と電気的に接続する一
対の外部電極2,3をコンデンサ素子1の両端部に設け
た基本形態を有する。
【0014】コンデンサ層10…は、チタン酸バリウム
系のセラミック誘電体粉末を主成分とし、それに所要の
有機溶剤とバインダーを添加したスラリーを得、このス
ラリーからドクターブレード法により所定厚みt1 の誘
電体層1b…となるセラミックグリーンシートを得、更
に、Pd電極ペーストからスクリーン印刷法により所定
パターンの内部電極1a…をセラミックグリーンシート
のシート面に印刷し、そのセラミックグリーンシートを
複数枚積層することにより形成されている。この誘電体
層1b…は、図示実施の形態では厚みt1 が25μm程
度に設定されている。
【0015】最外誘電体層11a,11bは、コンデン
サ層10…の誘電体層1b…と同じ材料のスラリーを用
いてドクターブレード法により形成できる。その厚みt
3 は通常150〜300μm程度に設定され、図示実施
の形態では150μm程度に設定されている。また、中
間誘電体層12…は最外誘電体層11a,11bと同様
にコンデンサ層10…の誘電体層1b…と同じ材料のス
ラリーを用いてドクターブレード法により形成され、そ
の厚みt2 は50〜300μm程度、図示実施の形態で
は50μm程度に設定されている。
【0016】これら各層は後述するように複数個のコン
デンサ層と、各コンデンサ層の間に介在させて中間誘電
体層とを交互に重ね合わせ、更に、最外誘電体層をコン
デンサ層の外側に重ね合わせて誘電体積層シートとして
プレス成形した後、所定の部品単位に切断し、脱バイン
ダー工程,焼成工程を経てコンデンサ素子1として構成
されている。また、このコンデンサ素子1にはフリット
含有の銀ーパラジュウム合金を端部面に印刷,焼き付け
処理し、ニッケル,錫メッキを電気メッキ処理で施すこ
とにより外部電極2,3を設けて積層セラミックコンデ
ンサとして構成されている。
【0017】図1は、内部電極1a…を厚みt1 :25
μmの誘電体層1b…に設けて20層積層することによ
りコンデンサ層を形成し、そのコンデンサ層10,10
a,10bを3個備えた第1の実施の形態を示す。この
積層セラミックコンデンサでは、厚みt2 :50μmの
中間誘電体層12,12aをコンデンサ層10と10
a、10aと10bの各間に重ね合わせ、更に、厚みt
3 :150μmの最外誘電体層11a,11bをコンデ
ンサ層10,10bの外側に重ね合わせることにより構
成されている。
【0018】図2は、内部電極1a…を厚みt1 :25
μmの誘電体層1b…に設けて12層積層することによ
りコンデンサ層を形成し、そのコンデンサ層10〜10
dを5個備えた第2の実施の形態を示す。この積層セラ
ミックコンデンサでは、第1の実施の形態と同様に厚み
2 :50μmの中間誘電体層12〜12cをコンデン
サ層10と10a、10aと10b、10bと10c、
10cと10dの各間に介在させ、厚みt3 :150μ
mの最外誘電体層11a,11bをコンデンサ層10,
10dの外側に重ね合わせることによりコンデンサ素子
1が構成されている。
【0019】図3は第3の実施の形態を示すもので、こ
の積層セラミックコンデンサは第2の実施の形態と同様
に内部電極1a…を厚みt1 :25μmの誘電体層1b
…に設けて12層積層することによりコンデンサ層を形
成し、そのコンデンサ層10〜10dを5個備えると共
に、厚みt2 が50μmの中間誘電体層12〜12cを
コンデンサ層10と10a、10aと10b、10bと
10c、10cと10dの各間に介在させて第1のコン
デンサ層とする。これに加えて、第2のコンデンサ層1
0e,10fが第1中のコンデンサ層10,10dの外
側に重ね合わされている。
【0020】その第2のコンデンサ層10e,10f
は、第1中のコンデンサ層10〜10dと同様に内部電
極1a’…を厚みt1 :25μmの誘電体層1b’…に
設けて12層積層することにより形成されている。ま
た、このコンデンサ層10e,10fの内部電極1a’
…としては対向面積w1 が第1のコンデンサ層10〜1
0dの内部電極1a…の対向面積w2 よりも相対的に小
さく(w1 <w2 )設けられている。その第2のコンデ
ンサ層10e,10fの外側には、厚みt3 :150μ
mの最外誘電体層11a,11bをコンデンサ層10,
10dの外側に重ね合わせることによりコンデンサ素子
1が構成されている。
【0021】図4は第4の実施の形態を示すもので、図
3で示す実施の形態に加えて、沿面放電制御層13a,
13bを備えることによりコンデンサ素子1が構成され
ている。その沿面放電制御層13a,13bは中間Gが
分離されて外部電極2,3と電気的に接続される一対の
電極1a1 ,1a2 を誘電体層1b”の同一面に設けた
もので、この誘電体層1b”も他の誘電体層と同じ材料
のスラリーを用いてドクターブレード法により厚みt
4 :25μm厚みに形成されている。この沿面放電制御
層13a,13bは、最外誘電体層11a,11bと第
2のコンデンサ層10e,10fの間に介在させてコン
デンサ素子1が構成されている。
【0022】図5は従来構造の積層セラミックコンデン
サであり、図1,図2の比較例として示す。その積層セ
ラミックコンデンサは内部電極1a…を厚み:25μm
の誘電体層1b…に設けて60層積層することによりコ
ンデンサ層10を形成し、外表面層を形成する厚み:1
50μmの最外誘電体層11a,11bを外側に重ね合
わせてコンデンサ素子1を構成し、コンデンサ層10の
内部電極1a…と電気的に接続する一対の外部電極2,
3をコンデンサ素子1の両端部に設けることにより構成
されている。
【0023】上述した実施の形態1〜4並びに従来例に
ついて夫々50個の試料を作成し、実施の形態1,2と
従来例に基づいて中間誘電体層の有無による絶縁破壊電
圧,電歪破壊発生電圧を測定した。この測定は電圧を1
00V/秒の昇圧速度により絶縁油中で印加し、漏れ電
流が10mAとなったところを破壊発生電圧と判断する
ことにより行った。その平均値は表1で示す通りであ
り、厚み50μm程度の中間誘電体層を備えると、最外
誘電体層の厚みを150μm程度に抑えても、中間誘電
体層を備えないものよりも、絶縁破壊電圧,電歪破壊発
生電圧をいずれも高められる。特に、実施の形態2のよ
うに4層程度多層を備えると、電歪破壊発生電圧を1.
5倍も向上できることが判る。
【0024】
【表1】
【0025】また、実施の形態2と実施の形態3に基づ
いて第2のコンデンサ層の有無による絶縁破壊電圧,電
歪破壊発生電圧を測定した。この測定も電圧を100V
/秒の昇圧速度により絶縁油中で印加し、漏れ電流が1
0mAとなったところを破壊発生電圧と判断することに
より行った。その平均値は表2で示す通りであり、容量
の相対的に小さい第2のコンデンサ層を外層側に備える
と、絶縁破壊電圧,電歪破壊発生電圧を共に更に高める
ことができ、特に、電歪破壊発生電圧は0.5KVも向
上できることが判る。
【0026】
【表2】
【0027】更に、実施の形態3と実施の形態4に基づ
いて沿面放電制御層の有無による沿面放電発生電圧を測
定した。この測定は電圧を100V/秒の昇圧速度によ
り空気中で印加し、漏れ電流が1mAとなったところを
沿面放電発生電圧と判断することにより行った。その平
均値は表3で示す通りであり、沿面放電制御層の中間が
分離された一対の電極と外部電極との極性が等しくな
り、電気力線が外部電極と各電極との間に集中しないこ
とにより沿面放電の発生を抑えられるもので、この沿面
放電制御層を備えないものよりも、沿面放電発生電圧を
2倍以上も向上できることが判る。
【0028】
【表3】
【0029】
【発明の効果】以上の如く、本発明の請求項1に係る積
層セラミックコンデンサに依れば、中間誘電体層を備え
てコンデンサ素子を構成することから、最外誘電体層の
厚みを薄く抑えても、中間誘電体層を備えないものより
も、絶縁破壊電圧,電歪破壊発生電圧をいずれも高めら
れ、特に、電歪破壊発生電圧を著しく向上することがで
きる。
【0030】本発明の請求項2に係る積層セラミックコ
ンデンサに依れば、コンデンサ層と中間誘電体層と交互
に重ね合わせた第1のコンデンサ層と共に、容量の相対
的に小さい第2のコンデンサ層を外層側に備えてコンデ
ンサ素子を構成することにより、絶縁破壊電圧,電歪破
壊発生電圧を共に更に高められ、特に、電歪破壊発生電
圧を向上するようにできる。
【0031】本発明の請求項3に係る積層セラミックコ
ンデンサに依れば、中間誘電体層と交互に重ね合わせた
コンデンサ層と共に、沿面放電制御層を備えてコンデン
サ素子を構成することから、絶縁破壊電圧,電歪破壊発
生電圧を高められるばかりでなく、電気力線が沿面放電
制御層の中間が分離された一対の電極と外部電極との間
に集中しないことにより、沿面放電制御層を備えないも
のよりも、沿面放電発生電圧を極めて向上することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施の形態に係る2層の中間誘電
体層を備えた積層セラミックコンデンサを示す説明図で
ある。
【図2】本発明の第2実施の形態に係る4層の中間誘電
体層を備えた積層セラミックコンデンサを示す説明図で
ある。
【図3】本発明の第3実施の形態に係る第1のコンデン
サ層と第2のコンデンサ層を備えた積層セラミックコン
デンサを示す説明図である。
【図4】本発明の第4実施の形態に係る沿面放電制御層
を備えた積層セラミックコンデンサを示す説明図であ
る。
【図5】従来例に係る積層セラミックコンデンサを内部
電極の電極パターンで示す説明図である。
【符号の説明】
1 コンデンサ素子 1a… 内部電極 1b… 誘電体層 10,10a,10b コンデンサ層 11a,11b 最外誘電体層 12,12a,12c 中間誘電体層 2,3 外部電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部電極と誘電体層とを交互に重ね合わ
    せたコンデンサ層をコンデンサ素子の内部に備え、その
    コンデンサ層の内部電極と電気的に接続する一対の外部
    電極をコンデンサ素子の両端部に設けてなる積層セラミ
    ックコンデンサにおいて、 複数個のコンデンサ層と、外表面層を形成する最外誘電
    体層とに加え、コンデンサ層の誘電体層よりも厚みの厚
    い中間誘電体層を該コンデンサ層の間に介在させてコン
    デンサ素子を構成したことを特徴とする積層セラミック
    コンデンサ。
  2. 【請求項2】 複数個のコンデンサ層と、そのコンデン
    サ層の誘電体層よりも厚みの厚い中間誘電体層とを交互
    に重ね合わせた第1のコンデンサ層と、第1のコンデン
    サ層の内部電極よりも相対的に小さい対向面積を有する
    内部電極と誘電体層とを交互に重ね合わせた第2のコン
    デンサ層とを備え、第2のコンデンサ層を第1のコンデ
    ンサ層の外側に重ね合わせ、更に、最外誘電体層を第2
    のコンデンサ層の外側に重ね合わせてコンデンサ素子を
    構成したことを特徴とする請求項1に記載の積層セラミ
    ックコンデンサ。
  3. 【請求項3】 中間が分離されて外部電極と電気的に接
    続される一対の電極を同一面に設けた誘電体層を沿面放
    電制御層とし、その沿面放電制御層を最外誘電体層とコ
    ンデンサ層の間に介在させてコンデンサ素子を構成した
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の積層セラミ
    ックコンデンサ。
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