(57)【要約】  【課題】  耐電圧が高く、破壊確率を低減できるコンデンサを提供する。  【解決手段】  誘電体層５および内部電極層７が交互に積層されたコンデンサ本体１と、該コンデンサ本体１の内部電極層７が露出した対向する両端部に設けられた一対の外部電極３とを備えており、内部電極層７は、外部電極３に接続される一端部７ａと、該一端部７ａの反対側に位置しており、かつ外部電極３には接続されていない他端部７ｂと、を有しており、誘電体層５は、他端部７ｂの位置における厚み７ｂが他の部分５ａよりも厚い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層および内部電極層が交互に積層されたコンデンサ本体と、該コンデンサ本体の前記内部電極層が露出した対向する両端部に設けられた一対の外部電極とを備えたコンデンサであって、
前記内部電極層は、前記外部電極に接続される一端部と、該一端部の反対側に位置しており、かつ前記外部電極には接続されていない他端部と、を有しており、
前記誘電体層は、前記他端部の位置における厚みが他の部分よりも厚いことを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】
前記誘電体層における前記他端部の位置における厚みの厚い部位を層厚部とするとき、前記層厚部は１層置きに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記コンデンサ本体を前記外部電極側から見たときに、前記層厚部が前記内部電極層の両端部の位置に全層にわたって設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記誘電体層における前記他端部の位置における厚みの厚い部位を層厚部とし、前記誘電体層における前記層厚部を除く前記他の部分を層薄部とするとき、前記層厚部における誘電体粒子の平均粒径が前記層薄部における誘電体粒子の平均粒径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載のコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、セラミック製の誘電体層と内部電極層とを交互に積み重ねた後、一体的に焼成して作製された積層型のコンデンサが知られている（例えば、特許文献１を参照）。このようなコンデンサにおいて、誘電体層および内部電極層の積層数が例えば数百層にも及ぶものにおいては、内部電極層とともに誘電体層も同様に薄層化されているため、誘電体層が受ける電界強度が高くなってきている。このため誘電体層の薄層化とともに、耐電圧が低下し、低い電圧で破壊する確率が高くなってきており、コンデンサの生産における歩留り向上の妨げとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−５８３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、耐電圧が高く、破壊確率を低減することのできるコンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のコンデンサは、誘電体層および内部電極層が交互に積層されたコンデンサ本体と、該コンデンサ本体の前記内部電極層が露出した対向する両端部に設けられた一対の外部電極とを備えたコンデンサであって、前記内部電極層は、前記外部電極に接続される一端部と、該一端部の反対側に位置しており、かつ前記外部電極には接続されていない他端部と、を有しており、前記誘電体層は、前記他端部の位置における厚みが他の部分よりも厚いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、耐電圧が高く、破壊確率を低減することのできるコンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）は、本発明のコンデンサの一実施形態を示す外観斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】（ａ）は、誘電体層の積層数の異なる２種類のコンデンサ、（ｂ）は、（ａ）に示した２種類のコンデンサについて、電圧を印加したときの破壊確率を模式的に示したグラフである。
【図３】本実施形態のコンデンサを製造するときに用いるパターン付きシートを模式的に示したものである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１（ａ）は、本発明のコンデンサの一実施形態を示す外観斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【０００９】
本実施形態のコンデンサは、コンデンサ本体１の対向する端面を含む端部に外部電極３
を有する構成である。コンデンサ本体１は、誘電体層５と内部電極層７とが交互に積層された構成となっており、これらの誘電体層５および内部電極層７は数百層にも及ぶ積層体となっている。図１（ａ）に示したコンデンサは、その形状が直方体状となるものを示しているが、ここで直方体状というのは、コンデンサ本体１を構成する２つの平面あるいは３つの平面が交わる角度が直角というだけではなく、稜線や角部が丸くなっている構造も含むという意味である。
【００１０】
本実施形態のコンデンサは、図１（ｂ）に示すように、内部電極層７が外部電極３に接続される一端部７ａと、その一端部７ａの反対側に位置し、外部電極３には接続されていない他端部７ｂとを有し、誘電体層５は他端部７ｂの位置５ｂにおける厚みｔｂが他の部分５ａの厚みｔａよりも厚い構成となっている。ここでは、厚みとは平均厚みのことである。
【００１１】
通常、コンデンサに電界（ここでは直流電界）が印加された場合には、誘電体層５を挟んでいる内部電極層７間に電圧が生じるが、誘電体層５の厚みが薄くなってくると、内部電極層７が重なった領域の外側にまで電界が広がるようになり、とりわけ、外部電極３に接続されていない内部電極層７の他端部７ｂ付近に電界が集中するようになる。
【００１２】
そこで、本実施形態のコンデンサでは、この電界の集中しやすい内部電極層７の他端部７ｂの位置における誘電体層５の厚みを他端部７ｂ以外である他の部分５ａの厚みよりも部分的に厚くしている。これにより誘電体層５を含めたコンデンサの耐電圧を高めることができる。また、破壊確率を低くすることができる。以下、誘電体層５における他端部７ｂの位置における厚みの厚い部位を層厚部５ｂといい、誘電体層５における層厚部５ｂを除く他の部分５ａのことを層薄部５ａという場合がある。
【００１３】
図２（ａ）は、誘電体層５の積層数の異なる２種類のコンデンサを断面模式図で示したものである。（ｂ）は、これら２種類のコンデンサについて、電圧を印加したときの破壊確率を模式的に示したグラフである。図２（ａ）には、誘電体層５の積層数が１００層のコンデンサ（Ｃ１００）と誘電体層５の積層数が１０層のコンデンサ（Ｃ１０）とを示している。ここで、図２（ａ）に示した２つのコンデンサの誘電体層５の厚みは同じである。図２（ｂ）には、Ｃ１０およびＣ１００のコンデンサに対応する破壊確率の変化を示している。
【００１４】
コンデンサを構成している誘電体層５は、通常、誘電体粒子を焼結させたセラミックスにより形成されている。このため誘電体層５には誘電体粒子自体や粒界に多くの欠陥が存在していたり、添加成分の偏在などにより組成的に不均一な部分が形成されていたりする。また、セラミックスの特性上、焼結後の誘電体層５には、厚みにも不均一な部分がある。
【００１５】
こうした欠陥を有する誘電体層５を備えたコンデンサでは、その耐電圧（破壊電圧）は、誘電体層５の厚みとともに積層数にも依存する。積層数の多いコンデンサＣ１００は、積層数の少ないコンデンサＣ１０に比べて破壊しやすく、耐電圧が低くなる傾向にある。例えば、図２（ｂ）の例では、積層数の少ないコンデンサＣ１０に最初に破壊が起こったときに、積層数の多いコンデンサＣ１００は、すでに１０個の破壊による故障が発生しているようなことになる。
【００１６】
ここで、本実施形態のコンデンサと従来のコンデンサとを比較する。本実施形態のコンデンサは、上述したように、内部電極層７の他端部７ｂの位置におけるいわゆる層厚部５ｂの厚みｔｂが他端部７ｂ以外の他の部分５ａである層薄部５ｂの厚みｔａよりも厚くなったものである。
【００１７】
一方、従来のコンデンサは、内部電極層７の他端部７ｂの位置における誘電体層５の厚みｔｂと他端部７ｂ以外である他の部分５ａの厚みｔａとが同じである。
【００１８】
この場合、本実施形態のコンデンサと従来のコンデンサは、ともに誘電体層５における層薄部５ａに相当する部分の厚みｔａは同じである。厚みが同じとは、測定した箇所間での厚み差が０．０１μｍ以内であるものをいう。
【００１９】
本実施形態のコンデンサを構成する誘電体層５は、内部電極層７の他端部７ｂの位置における層厚部５ｂが形成されて厚くなっている分だけ、この他端部７ｂの位置における電界集中が緩和されることから電界強度が局部的に低くなる。これにより電圧を印加したときの耐電圧が向上し、破壊確率を低くすることができる。この場合、層厚部５ｂの厚みｔｂは、層薄部５ａの厚みよりも０．１〜０．４μｍほど厚いことが望ましい。層厚部５ｂの厚みｔｂの増加分を０．１〜０．４μｍとすると、ハンダ実装や耐熱衝撃試験などにおいてもコンデンサにクラックが発生するのを抑えることができる。
【００２０】
また、本実施形態のコンデンサでは、層厚部５ｂは、コンデンサ本体１の積層方向に１層置きに配置されていてもよい。このコンデンサにおいても、誘電体層５の層厚部５ｂを積層方向に１層置きに配置させているにすぎないため、層厚部５ｂの形成されていない誘電体層５が約半分ほど存在することになるが、層厚部５ｂを有する誘電体層５が約半分ほどを占めるため、破壊確率はこれにより低減することになる。こうして、誘電体層５に層厚部５ｂを設けたコンデンサは破壊確率を低くすることができる。また、このコンデンサの場合には、静電容量を低下させずに耐電圧を高めることができる。
【００２１】
また、誘電体層５の層厚部５ｂを積層方向に１層置きに配置させた構成では、内部電極層７の他端部７ｂの位置における厚みが積層方向に極端に累積されるのを抑制できることから、積層される内部電極層７の厚みへのしわ寄せを抑えることができ、これにより内部電極層７の厚みが不均一になることを抑制することができる。その結果、内部電極層７の有効面積の低下を抑えることができることから、コンデンサの静電容量のばらつきを低減させることができる。また、誘電体層５の局部的な厚みの増加によるコンデンサ本体１の形状の変形も小さくすることができる。誘電体層５の層厚部５ｂに対応する内部電極層７の他端部７ｂは、その厚みが薄くなっている場合があり、これにより誘電体層５に層厚部５ｂが形成された分の厚みを補償している。
【００２２】
また、誘電体層５の層厚部５ｂを積層方向に１層置きに配置させた構成によれば、後述する本実施形態のコンデンサの製造方法に起因して、コンデンサ本体１を外部電極３側から見たときに、層厚部５ｂが内部電極層７の両端部の位置に全層にわたって設けられた構成にすることができる。本実施形態のコンデンサでは、コンデンサ本体１を外部電極３側から見たときの内部電極層７の両端部において誘電体層５の端部を層厚部５ｂとすることができるため、内部電極層７の長辺７Ｌ付近においても電界集中を緩和することができ、耐電圧を高めることができ、破壊確率を低下させることができる。
【００２３】
内部電極層７の長辺７Ｌ付近においても、層薄部５ａの厚みｔａに対する層厚部５ｂの厚みｔｂの増加分は０．０５〜０．４μｍほどであるのが良い。
【００２４】
さらに、本実施形態のコンデンサにおいて、誘電体層５の層厚部５ｂにおける誘電体粒子の平均粒径を層薄部５ａにおける誘電体粒子の平均粒径よりも小さくしたものにすると、層厚部５ｂにおける絶縁性を高めることができることから、コンデンサの耐電圧をさらに向上させることができる。
【００２５】
このとき、誘電体層５の厚み（ｔａ、ｔｂ）としては０．５〜３μｍ、内部電極層７の厚みは０．５〜２μｍ、誘電体層５の積層数としては１００層以上であるものが好適なものとされる。
【００２６】
本実施形態のコンデンサを構成する誘電体層５を形成するための誘電体材料としては、チタン酸バリウムを主成分とし、これにバナジウム（Ｖ）、希土類元素（ＲＥ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびマンガン（Ｍｎ）などの特性調整材やガラスなどの焼結助剤を含有しているものが好適なものとして選ばれる。内部電極層７の材料としては、ニッケルおよび  銅などの卑金属が好ましい。
【００２７】
次に、本実施形態のコンデンサを製造する方法について説明する。図３は、本実施形態のコンデンサを製造するときに用いるパターン付きシート２７Ａ、２７Ｂを模式的に示したものである。本実施形態のコンデンサを構成するコンデンサ本体１は、誘電体グリーンシート２１の表面にスクリーン印刷によって内部電極パターン２３を形成した後に、内部電極パターン２３の周縁部２３ａを含む周囲に、内部電極パターン２３の段差を解消するためのセラミックパターン２５を形成したパターン付きシート２７Ａ、２７Ｂを交互に重ねた積層体を焼成して形成される。
【００２８】
図３では、パターン付きシート２７Ａとして、誘電体グリーンシート２１の表面に矩形状の内部電極パターン２３を２つ並べたものを示している。また、パターン付きシート２７Ｂとしては、誘電体グリーンシート２１の表面に矩形状の内部電極パターン２３を３つ並べたものを示している。
【００２９】
パターン付きシート２７Ａ、２７Ｂでは、内部電極パターン２３の周囲に、内部電極パターン２３と誘電体グリーンシート２１の表面との間の段差を解消するために形成されたセラミックパターン２５が形成されているが、このセラミックパターン２５は、内部電極パターン２３の周縁部２３ａを一部覆うように形成されている。
【００３０】
パターン付きシート２７Ａとパターン付きシート２７Ｂとを交互に重ねて積層体を形成し、切断線ｓにて切断する。積層体の切断は、内部電極パターン２３の周囲において、図３に示した切断線ｓに垂直な方向へも行う。切断した後においては、矢印で示した箇所が、焼成後のコンデンサ本体１において、それぞれ内部電極層７の一端部７ａ、他端部７ｂ、長辺７Ｌとなる。
【００３１】
本実施形態のコンデンサの製造方法では、誘電体グリーンシート２１の表面に形成した内部電極パターン２３の周縁部２３ａにも段差解消のためのセラミックパターン２５が重なるように形成する。これにより、図３のパターン付きシート２７Ａに示しているように、内部電極パターン２３において、符号（７ｂ）で示した箇所（ここが、焼成後の内部電極層７において他端部７ｂとなる。）では、内部電極パターン２３の上面側にセラミックパターン２５が重なる箇所となり、こうして、焼成後にコンデンサ本体１を形成したときに、内部電極層７の他端部７ｂの位置における誘電体層５の厚みｔｂを他の部分７ａの位置における誘電体層５の厚みｔａよりも厚い構成とすることができる。
【００３２】
なお、図３に示したコンデンサの製造方法では、内部電極パターン２３の長さ方向の中央部を切断するする層と２つ並べた内部電極パターン２３間を切断する層とを交互に積層しているために、コンデンサ本体１において、誘電体層５の層厚部５ｂが積層方向に一層置きに配置されることになる。
【００３３】
次に、得られたコンデンサ本体１の対向する両端部に銅などの金属粉末を主成分とする外部電極３を形成する。この場合、必要に応じて外部電極３の表面に錫やはんだのメッキ
膜を形成する。
【実施例】
【００３４】
以下、具体的に積層型のコンデンサを作製して本発明の効果を確認した。まず、誘電体粉末の原料粉末として、チタン酸バリウム粉末を用意し、特性調整材として、ＭｇＯ粉末、Ｙ２Ｏ３粉末およびＭｎＣＯ３粉末およびＶ２Ｏ５粉末を準備した。特性調整材の組成は、チタン酸バリウム粉末１００モルに対して、ＭｇＯ粉末を０．５モル、Ｙ２Ｏ３粉末を０．５モル、ＭｎＣＯ３粉末を０．２モルおよびＶ２Ｏ５粉末を０．２モルとした。また、チタン酸バリウム粉末１００質量部に対して、ガラス粉末（ＳｉＯ２＝５５，ＢａＯ＝２０，ＣａＯ＝１５，Ｌｉ２Ｏ＝１０（モル％））を１質量部添加した。次いで、調製した誘電体粉末を直径５ｍｍのジルコニアボールを用いて、溶媒としてトルエンとアルコールとからなる混合溶媒を添加し湿式混合した。
【００３５】
次に、湿式混合した誘電体粉末を、ポリビニルブチラール樹脂を溶解させたトルエンおよびアルコールの混合溶媒中に投入し、直径５ｍｍのジルコニアボールを用いて湿式混合してセラミックスラリを調製し、ドクターブレード法により誘電体グリーンシートを作製した。
【００３６】
次に、この誘電体グリーンシートの上面に矩形状の内部電極パターンを形成し、次いで、内部電極パターンの周縁部を含む周囲にセラミックパターンを形成してパターン付きシートを形成した。内部電極パターンを形成するための導体ペーストは、Ｎｉ粉末４５質量％に対して、共材としてチタン酸バリウム粉末を２０重量％と、エチルセルロース５質量％およびオクチルアルコール９５質量％からなる有機ビヒクル３０質量％を３本ロールで混練したものを用いた。Ｎｉ粉末は粒度分布において累積％表示したときに１０〜９０％の範囲にある粒径が０．０５〜０．２μｍであるものを用いた。セラミックパターンは誘電体グリーンシートに用いたスラリーを用いて形成した。スラリーとしてはチタン酸バリウム粉末の平均粒径が異なるように粉砕したものを用いた。
【００３７】
次に、パターン付きシート（ここでは、図３に示した２７Ａ、２７Ｂ）を交互に複数層重ねてコア積層体を形成し、さらに、この上面および下面にそれぞれ内部電極パターンを形成していない誘電体グリーンシートを重ね、温度７０℃、圧力１００ＭＰａの加圧加熱処理を行って積層体を複数個有する母体積層体を形成した。この後、この母体積層体を、所定の寸法に切断して積層体を形成した。積層体における内部電極層の積層数は３５０層とした。
【００３８】
次に、作製した積層体を大気中にて脱脂した後、水素−窒素の混合ガス雰囲気にて酸素分圧が１０−８Ｐａの条件にて１１５０℃で２時間の焼成を行い、コンデンサ本体を作製した。作製したコンデンサ本体のサイズは１６０８型に相当するものであった。誘電体層の厚みは表１に示した。作製したコンデンサ本体から得られる静電容量の設計値（誘電体層を挟んで内部電極が上下で重なっている有効面積の領域に空隙が無い状態で発現する静電容量）は約１０μＦと見積もった。
【００３９】
次に、作製したコンデンサ本体に対し、窒素雰囲気中（酸素分圧：１０−６Ｐａ）、９００〜１０００℃で５時間の熱処理を行った。
【００４０】
次に、作製した電子部品本体にバレル研磨処理を行い、コンデンサ本体の端面に内部電極層を十分に露出させた。
【００４１】
次に、バレル研磨したコンデンサ本体の端部に銅ペーストを塗布し、約８００℃、酸素分圧を１Ｐａ、最高温度の保持時間を０．２時間とする条件で加熱して外部電極を形成し
た。
【００４２】
次に、この外部電極の表面に、順に、電解めっき法によりＮｉメッキ膜およびＳｎメッキ膜を形成して積層型のコンデンサを作製した。
【００４３】
次に、作製した積層型のコンデンサについて以下の評価を行った。
【００４４】
誘電体層の厚みはコンデンサの断面を電子顕微鏡により撮影して求めた。このとき３カ所を測定して平均値を求めた。層厚部を含む誘電体層の厚みも３層の箇所を測定して求めた。作製したコンデンサは図３に示す製造方法を用いたことから、いずれの試料も内部電極層の他端部における層厚部は積層方向に一層置きに配置され、内部電極層の長辺の位置では層厚部が全層に形成されていた。
【００４５】
静電容量は、温度２５℃、周波数１．０ｋＨｚ、測定電圧１Ｖｒｍｓの測定条件で測定した。作製したコンデンサはいずれも約５５μＦ／ｍｍ３であった。
【００４６】
耐電圧は、リーク電流が０．５Ａに達したときの電圧から求めた。また、試料数１００個から耐電圧測定でのワイブル係数を求めた。
【００４７】
誘電体粒子の平均粒径は、誘電体磁器の断面を透過電子顕微鏡にて観察可能となる状態まで研磨（イオンミリング）した研磨面について、透過電子顕微鏡にて映し出されている画像をコンピュータに取り込んで、その画面上で約２０個を囲む円を描き、その円の周上を含む内側に存在する誘電体粒子の輪郭を画像処理し、各誘電体粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、平均値から求めた。
【００４８】
比較例として、内部電極パターンの段差解消のためのセラミックパターンを内部電極パターンの周縁部に重ならないように形成し、焼成後の誘電体層の厚みが一端部から他端部まで一様なものを同様に作製し、評価した。
【００４９】
【表１】
2015159140.tif 000003
【００５０】
表１の結果から明らかなように、誘電体層に層厚部を形成した試料Ｎｏ．２〜８では、コンデンサの耐電圧が９４．１Ｖ以上、耐電圧のワイブル係数が７．６以上であった。
【００５１】
この中で、層厚部の誘電体粒子を他の部分よりも小さくした試料（試料Ｎｏ．３〜８）
では、耐電圧が９６．８Ｖであった。
【００５２】
また、層厚部の厚み増加分を層薄部の厚みよりも０．２〜０．４μｍとした試料（試料Ｎｏ．３〜５、７および８）では、コンデンサの耐電圧が９６．８Ｖ以上、耐電圧のワイブル係数が１５．８以上であった。
【００５３】
これに対し、誘電体層に層厚部を設けなかった試料Ｎｏ．１では、コンデンサの耐電圧が８２．７Ｖ、耐電圧のワイブル係数が５．９であった。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・・・・・・コンデンサ本体
３・・・・・・・・外部電極
５・・・・・・・・誘電体層
５ａ・・・・・・・層薄部
５ｂ・・・・・・・層厚部
７・・・・・・・・内部電極層
７ａ・・・・・・・一端部
７ｂ・・・・・・・他端部
７Ｌ・・・・・・・長辺
２１・・・・・・・誘電体グリーンシート
２３・・・・・・・内部電極パターン
２３ａ・・・・・・周縁部
２５・・・・・・・セラミックパターン
２７Ａ、２７Ｂ・・パターン付きシート
ｔａ・・・・・・・層薄部の厚み
ｔｂ・・・・・・・層厚部の厚み
【図１】
2015159140.tif 000004
【図２】
2015159140.tif 000005
【図３】
2015159140.tif 000006