(57)【要約】【課題】設計値に近い静電容量を安定して確保できる積層コンデンサを提供する。【解決手段】計１９個の単位コンデンサＵＣ１〜ＵＣｎの静電容量を積層方向両側から積層方向中央に向かって徐々に大きくすることにより、実測上において、外部電極４を通じて測定した積層コンデンサの静電容量を、外部電極４を取り除いた状態で個別に測定された単位コンデンサの静電容量の合計に近い値とすることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の内部電極層が誘電体層を介して積層されたチップ構造を備え、内部電極層の端縁がチップの相対する２つの端面に交互に露出し、一方の端面に露出している内部電極層の端縁が対を成す一方の外部電極に電気的に接続し、他方の端面に露出している内部電極層の端縁が他方の外部電極に電気的に接続している積層コンデンサにおいて、
積層方向で隣接する２つの内部電極層及びこれらに挟まれる誘電体層によって構成される部分を単位コンデンサとして捕らえたときに、チップ内に存する多数の単位コンデンサのうち積層方向中央の単位コンデンサの静電容量は積層方向両側の単位コンデンサの静電容量よりも大きい、
ことを特徴とする積層コンデンサ。
【請求項２】
単位コンデンサの静電容量は積層方向両側から積層方向中央に向かって徐々に増加するように変位する、
ことを特徴とする請求項１に記載の積層コンデンサ。
【請求項３】
単位コンデンサの静電容量は積層方向両側から積層方向中央に向かって増減を伴いながら変位する、
ことを特徴とする請求項１に記載の積層コンデンサ。
【請求項４】
単位コンデンサの静電容量の変位は単位コンデンサを構成する誘電体層の誘電率に依存する、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の積層コンデンサ。
【請求項５】
単位コンデンサの静電容量の変位は単位コンデンサを構成する誘電体層の厚さに依存する、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の積層コンデンサ。
【請求項６】
単位コンデンサの静電容量変位は単位コンデンサを構成する誘電体層の誘電率と厚さに依存する、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の積層コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の内部電極層が誘電体層を介して積層されたチップ構造を備える積層コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層コンデンサは、多数の内部電極層が誘電体層を介して積層されたチップ構造を備えており、内部電極層の端縁がチップの相対する２つの端面に交互に露出し、一方の端面に露出している内部電極層の端縁が対を成す一方の外部電極に電気的に接続され、他方の端面に露出している内部電極層の端縁が他方の外部電極に電気的に接続されている。
【０００３】
この積層コンデンサでは、積層方向で隣接する２つの内部電極層及びこれらに挟まれる誘電体層によって構成される単位コンデンサが多数個並列状態で一対の外部電極に接続されたものであるため、外部電極を通じて測定される積層コンデンサの静電容量は単位コンデンサの静電容量の合計と同じであると考えられており、部品設計も基本的にはこの考えに基づいて行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際のところ、外部電極を通じて測定された積層コンデンサの静電容量は、外部電極を取り除いた状態で個別に測定した単位コンデンサの静電容量の合計よりも低く、同一種類の積層コンデンサであっても前記の容量低下は２０〜３０％程度の範囲でばらつきを生じる。とりわけ、前記の容量低下は誘電体層の厚さが薄く且つ積層数が多い大容量タイプのものにおいて顕著に現れる。
【０００５】
前記の容量低下には種々の原因が推測され、その１つとしてはチップ内の残留応力が挙げられる。積層コンデンサは未焼成内部電極層と未焼成誘電体層を交互に積層し圧着して未焼成積層物を得る工程とこの未焼成積層物を焼成してチップを得る工程を経て製造されているため、積層時において生じる応力差や焼成時において生じる応力差等によって焼成後のチップには大きさや方向が異なる応力が均衡状態で残留する。この残留応力は積層構造を有するチップの積層方向外側よりも積層方向中央のほうが大きいため、電圧印加時には残留応力の大きい部分が圧電効果の影響を受け易くなり、結果的に全体としての静電容量が低下するものと考えられる。
【０００６】
発明者は前記事情に鑑みて種々の実験，考察を行った結果、本発明に到達したものであり、その目的とするところは、設計値に近い静電容量を安定して確保できる積層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、本発明は、多数の内部電極層が誘電体層を介して積層されたチップ構造を備え、内部電極層の端縁がチップの相対する２つの端面に交互に露出し、一方の端面に露出している内部電極層の端縁が対を成す一方の外部電極に電気的に接続し、他方の端面に露出している内部電極層の端縁が他方の外部電極に電気的に接続している積層コンデンサにおいて、積層方向で隣接する２つの内部電極層及びこれらに挟まれる誘電体層によって構成される部分を単位コンデンサとして捕らえたときに、チップ内に存する多数の単位コンデンサのうち積層方向中央の単位コンデンサの静電容量は積層方向両側の単位コンデンサの静電容量よりも大きい、ことをその特徴とする。
【０００８】
この積層コンデンサによれば、積層方向中央の単位コンデンサの静電容量を積層方向両側の単位コンデンサの静電容量よりも大きくすることにより、外部電極を通じて測定された積層コンデンサの静電容量を、外部電極を取り除いた状態で個別に測定した単位コンデンサの静電容量の合計に近づけることができ、これにより設計値に近い静電容量を安定して確保することができる。
【０００９】
本発明の前記目的とそれ以外の目的と、構成特徴と、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態を示す積層コンデンサの縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図中の符号１はチップ、２は内部電極層、３は誘電体層、４は外部電極である。
【００１１】
チップ１はＢａＴｉＯ３　等のペロブスカイト構造の誘電体材料を主成分とする誘電体セラミックスから直方体形状に形成されていて、多数（図中は２０個）の内部電極層２が誘電体層３を介して積層された構造を備える。
【００１２】
内部電極層２はＮｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕ等の金属の１種またはこれらの合金から矩形状に形成されていて、各々の端縁がチップ１の相対する２つの端面（長さ方向の端面）に交互に露出している。
【００１３】
外部電極４はＮｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕ等の金属の１種またはこれらの合金から成り、チップ１の長さ方向の端面及び４側面の端部を覆うようにチップ１の長さ方向の両端部に形成されている。
【００１４】
チップ１の一方の端面に露出している内部電極層２の端縁は一方の外部電極４に電気的に接続し、チップ１の他方の端面に露出している内部電極層２の端縁は他方の外部電極４に電気的に接続している。
【００１５】
この積層コンデンサは、積層方向で隣接する２つの内部電極層２及びこれらに挟まれる誘電体層３によって計１９個の単位コンデンサＵＣ１〜ＵＣｎが構成されていて、図３（Ａ）に示すように計１９個の単位コンデンサＵＣ１〜ＵＣｎは一対の外部電極４に並列状態で接続されている。
【００１６】
また、外部電極４を取り除いた状態で個別に測定した計１９個の単位コンデンサＵＣ１〜ＵＣｎの静電容量は、図３（Ｂ）に示すように積層方向両側よりも積層方向中央が大きく、具体的には単位コンデンサＵＣ１〜ＵＣｎの静電容量は積層方向両側から積層方向中央（ＣＬ）に向かって徐々に増加するように変位している。また、積層方向両側及びその近傍に位置する単位コンデンサＵＣの静電容量は図３（Ｂ）中に破線で示した設計上の単位コンデンサの静電容量ＤＣよりも小さく、積層方向中央及びその近傍に位置する単位コンデンサＵＣの静電容量は図３（Ｂ）中に破線で示した設計上の単位コンデンサの静電容量ＤＣよりも大きい。
【００１７】
以下に、前記積層コンデンサの製造方法をその一例を挙げて具体的に説明する。
【００１８】
まず、ＢａＴｉＯ３　やＢａＴｉＯ３　のＢａサイトの一部をＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｐｂの１種または複数種で置換したものやＢａＴｉＯ３　のＴｉサイトの一部をＺｒ，Ｓｎの１種または両方で置換したものやＢａｏの一部をＳｒＯ，ＣａＯ，ＭｇＯの１種または複数種で置換したもの等から成るペロブスカイト構造の誘電体材料と、Ｈｏ２Ｏ３やＣｅＯ２　等の希土類酸化物やＭｎＯ２　から成る耐還元性材料とを少なくとも含む耐還元性の誘電体粉末を用意し、この誘電体粉末と有機バインダと有機溶媒と分散剤と可塑剤等を適当な重量割合で混合，混練してスラリーを得る。
【００１９】
次に、前記スラリーをドクターブレードやダイコータ等を用いた塗工法によりＰＥＴ等から成るベースフィルム上に１〜５μｍの厚みで塗工し乾燥してグリーンシートを得る。
【００２０】
次に、Ｎｉ，Ｃｕ等の卑金属粉末と有機バインダと有機溶剤等を適当な重量割合で混合，混練して得た導体ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等の厚膜形成法により前記グリーンシート上に０．５〜３μｍの厚みで且つ所定パターンで印刷し乾燥してｍ×ｎ配列の未焼成内部電極層を形成する。
【００２１】
次に、未焼成内部電極層を形成していないグリーンシートを１乃至複数枚積層し、その上に、未焼成内部電極層が形成されているグリーンシートを必要枚数積層し、その上に、未焼成内部電極層を形成していないグリーンシートを１乃至複数枚積層して、最終的に全体に圧力を加え圧着度を増して未焼成積層物を得る。具体的には、ベースフィルムで支持された状態にあるグリーンシートを下側グリーンシートに重ねて圧着してからベースフィルムを剥離する手順を最終のグリーンシートまで順次繰り返して全体に圧力を加える。
【００２２】
次に、未焼成積層物をダイシング装置等を用いて個々の部品サイズに分断し、分断された未焼成チップを焼成炉に投入し、Ｎ２　やＮ２＋Ｈ２等の還元性雰囲気下または酸素分圧が低い雰囲気下で、所定の温度で所定の時間をかけて脱バイを行い、続いて、所定の温度で所定の時間をかけて本焼成を行う。これにより、卑金属粉末を含有する未焼成内部電極層が酸化することなく焼結し、耐還元性の誘電体粉末を含有するグリーンシート部分も焼結する。
【００２３】
この焼成時には、内部電極間の誘電体層のうち積層方向両側の誘電体層の誘電率が低下し、且つ、その低下度合が積層方向中央に向かって低くなるように焼成条件を設定して、単位コンデンサを構成する誘電体層の誘電率が積層方向外側から積層方向中央に向かって徐々に大きくなるようにする。換言すれば、単位コンデンサの静電容量が単位コンデンサを構成する誘電体層の誘電率に依存して変位するようにする。
【００２４】
次に、本焼成後のチップをバレル研磨し、その長さ方向両端部に前記同様の導体ペーストをディップ法やロール塗布法等の手法によって塗布し、前記同様の還元性雰囲気下または酸素分圧が低い雰囲気下で、所定の温度で所定の時間をかけて焼き付けて外部電極を形成する。この外部電極用塗布ペーストの焼き付けは未焼成チップの焼成と同時に行うようにしてもよく、その場合には未焼成チップの長さ方向両端部に導体ペーストを塗布してから、これを焼成炉に投入して未焼成チップの焼成と外部電極用塗布ペーストの焼成を同時に行う。
【００２５】
尚、前述の説明では、未焼成積層物を脱バイ及び本焼成するときの熱処理条件によって、単位コンデンサを構成する誘電体層の誘電率を積層方向外側から積層方向中央に向かって徐々に大きくなるようにしたが、厚さがほぼ一定で誘電率が異なるグリーンシートを組成変更や配合比変更等により何種類か予め用意しておいて、積層方向中央に高誘電率のグリーンシートが位置し積層方向外側に向かって誘電率が徐々に小さくなるようにグリーンシートを積層すれば、前記熱処理条件に工夫を凝らさなくとも、単位コンデンサを構成する誘電体層の誘電率を積層方向外側から積層方向中央に向かって徐々に大きくすることができる。
【００２６】
また、内部電極層用の導体ペーストとして卑金属粉末を含有したものを例示したが、内部電極層用の導体ペーストや外部電極用の導体ペーストとして卑金属以外の非酸化の金属粉末を含有したものを用いると共にスラリーとして耐還元性材料を含まないものを用い、未焼成積層物を大気中等の酸化性雰囲気下や酸素分圧が高い雰囲気下で焼成して積層コンデンサを製造するようにしてもよい。
【００２７】
先に述べた積層コンデンサでは、未焼成積層物を脱バイ及び本焼成するときの熱処理条件に工夫を凝らすか、または、誘電率が異なるグリーンシートを使用することによって、単位コンデンサを構成する誘電体層の誘電率を積層方向外側から積層方向中央に向かって徐々に大きくなるようにしたが、図４に示すような構成を採用しても前記同様の静電容量特性を有する積層コンデンサを得ることができる。
【００２８】
図４に示した積層コンデンサが図１及び２に示した積層コンデンサと異なるところは、各単位コンデンサＵＣを構成する誘電体層３の誘電率をほぼ一定にし、誘電体層３の厚さを積層方向外側から積層方向中央に向かって徐々に薄くした点にある。他の構成は図１に示した積層コンデンサと同じである。
【００２９】
以下に、前記積層コンデンサの製造方法をその一例を挙げて具体的に説明する。
【００３０】
まず、図１の積層コンデンサの製造方法で説明したものと同じスラリーを用意し、このスラリーをドクターブレードやダイコータ等を用いた塗工法によりＰＥＴ等から成るベースフィルム上に１〜５μｍの厚みで塗工し乾燥してグリーンシートを得る。
【００３１】
次に、図１の積層コンデンサの製造方法で説明したものと同じ導体ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等の厚膜形成法により前記グリーンシート上に０．５〜３μｍの厚みで且つ所定パターンで印刷し乾燥してｍ×ｎ配列の未焼成内部電極層を形成する。
【００３２】
次に、未焼成内部電極層を形成していないグリーンシートを１乃至複数枚積層し、その上に、未焼成内部電極層が形成されているグリーンシートを必要枚数積層し、その上に、未焼成内部電極層を形成していないグリーンシートを１乃至複数枚積層して、最終的に全体に圧力を加え圧着度を増して未焼成積層物を得る。具体的には、ベースフィルムで支持された状態にあるグリーンシートを下側グリーンシートに重ねて圧着してからベースフィルムを剥離する手順を最終のグリーンシートまで順次繰り返して全体に圧力を加える。
【００３３】
この積層時には、積層方向中央のグリーンシートを圧着するときの圧力が最も高く、積層方向外側に行くに従ってグリーンシートを圧着するときの圧力が徐々に小さくなるようにし、圧着時の圧力変化によって未焼成積層物におけるグリーンシートの厚さが積層方向外側から積層方向中央に向かって徐々に薄くなるようにする。換言すれば、単位コンデンサの静電容量が単位コンデンサを構成する誘電体層の厚さに依存して変位するようにする。
【００３４】
次に、未焼成積層物をダイシング装置等を用いて個々の部品サイズに分断し、分断された未焼成チップを焼成炉に投入し、Ｎ２　やＮ２＋Ｈ２等の還元性雰囲気下または酸素分圧が低い雰囲気下で、所定の温度で所定の時間をかけて脱バイを行い、続いて、所定の温度で所定の時間をかけて本焼成を行う。これにより、卑金属粉末を含有する未焼成内部電極層が酸化することなく焼結し、耐還元性の誘電体粉末を含有するグリーンシートも焼結する。
【００３５】
次に、本焼成後のチップをバレル研磨し、その長さ方向両端部に前記同様の導体ペーストをディップ法やロール塗布法等の手法によって塗布し、前記同様の還元性雰囲気下または酸素分圧が低い雰囲気下で、所定の温度で所定の時間をかけて焼き付けて外部電極を形成する。この外部電極用塗布ペーストの焼き付けは未焼成チップの焼成と同時に行うようにしてもよく、その場合には未焼成チップの長さ方向両端部に導体ペーストを塗布してから、これを焼成炉に投入して未焼成チップの焼成と外部電極用塗布ペーストの焼成を同時に行う。
【００３６】
尚、前述の説明では、グリーンシートを積層圧着するときの圧力条件によって、単位コンデンサを構成する誘電体層の厚さを積層方向外側から積層方向中央に向かって徐々に薄くなるようにしたが、厚さが異なるグリーンシートを何種類か予め用意しておいて、積層方向中央に厚さが薄いグリーンシートが位置し積層方向外側に向かって厚さが徐々に厚くなるようにグリーンシートを積層すれば、前記圧力条件に工夫を凝らさなくとも、単位コンデンサを構成する誘電体層の誘電率を積層方向外側から積層方向中央に向かって徐々に大きくすることができる。
【００３７】
勿論、厚さと誘電率が反比例したグリーンシートを何種類か予め用意しておいて、積層方向中央に厚さが薄く且つ高誘電率のグリーンシートが位置し積層方向外側に向かって厚さが徐々に厚くなり且つ誘電率が徐々に小さくなるグリーンシートを積層すれば、前記圧力条件に工夫を凝らさなくとも、単位コンデンサを構成する誘電体層の誘電率を積層方向外側から積層方向中央に向かって徐々に大きくすることができる。
【００３８】
また、内部電極層用の導体ペーストとして卑金属粉末を含有したものを例示したが、内部電極層用の導体ペーストや外部電極用の導体ペーストとして卑金属以外の非酸化の金属粉末を含有したものを用いると共に、スラリーとして耐還元性材料を含まないものを用い、未焼成積層物を大気中等の酸化性雰囲気下や酸素分圧が高い雰囲気下で焼成して積層コンデンサを製造するようにしてもよい。
【００３９】
このように、図１〜図４を引用して説明した積層コンデンサによれば、チップ１内に存する多数の単位コンデンサＵＣ１〜ＵＣｎの静電容量を積層方向両側から積層方向中央に向かって徐々に大きくすることにより、実測上において、外部電極４を通じて測定した積層コンデンサの静電容量を、外部電極４を取り除いた状態で個別に測定された単位コンデンサの静電容量の合計にかなり近い値とすることができる。
【００４０】
ちなみに、チップ１内に存する多数の単位コンデンサの静電容量が積層方向両側から積層方向中央に向かって徐々に大きくなるようにした積層コンデンサ、詳しくは３２１６形状（長さが３．２ｍｍで幅及び高さが１．６ｍｍ）で公称静電容量が２０００ｎＦで２００層のＢ特性積層コンデンサに対して前記同様の実測（実測数１００）を行ったところ、単位コンデンサの静電容量の合計は平均で２２３０ｎＦで、外部電極４を通じて測定した積層コンデンサの静電容量は平均で１８９５ｎＦでその低下割合は１５．１％であった。これに対し、単位コンデンサの静電容量がほぼ一定な積層コンデンサに対して前記同様の実測（実測数１００）を行ったところ、単位コンデンサの静電容量の合計は平均で２１４１ｎＦで、外部電極４を通じて測定した積層コンデンサの静電容量は平均で１５８０ｎＦでその低下割合は２６．３％であった。
【００４１】
依って、容量低下の１つの原因として考えられていた残留応力に関しては言えば、チップ１の積層方向中央にその外側よりも大きな応力が残留していて電圧印加時に残留応力の大きい部分が圧電効果の影響を受け易い状態でも、全体としての容量低下を抑制して設計値に近い静電容量を安定して確保することができる。
【００４２】
尚、図３（Ｂ）にはチップ１内に存する多数の単位コンデンサＵＣ１〜ＵＣｎの静電容量が積層方向両側から積層方向中央に向かって徐々に大きくなるようにしたものを示したが、基本的には積層方向中央の単位コンデンサの静電容量が積層方向両側の単位コンデンサの静電容量よりも大きくなっていれば、単位コンデンサＵＣ１〜ＵＣｎの静電容量が積層方向両側から積層方向中央に向かって徐々に大きくなっていなくとも前記同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
図５（Ａ）と図５（Ｂ）はその例を示すもので、単位コンデンサＵＣ１〜ＵＣｎの静電容量は積層方向両側から積層方向中央に向かって増減を伴いながら変位している。
【００４４】
図５（Ａ）のものは、単位コンデンサＵＣ１〜ＵＣｎの静電容量を積層方向両側から積層方向中央に向かって徐々に大きくなるように製造したものの、結果的に図３（Ｂ）のような静電容量変位が得られなかったものではあるが、このような静電容量変位を有する積層コンデンサであっても、全体としての容量低下を抑制して設計値に近い静電容量を安定して確保することができる。
【００４５】
図５（Ｂ）のものは、シート積層方法としてブロック積層、つまり、ベースフィルムで支持された状態にあるグリーンシートを下側グリーンシートに重ねて圧着してからベースフィルムを剥離する手順を所定枚数に達するまで順次繰り返して得た単位未焼成積層物（ブロック）を幾つか用意しておき、用意された単位未焼成積層物を複数個重ねて全体を加圧する方法を採用したもので、ブロック積層を行った関係から各ブロック毎に山なりの静電容量変位が現れたものではあるが、このような静電容量変位を有する積層コンデンサであっても、全体としての容量低下を抑制して設計値に近い静電容量を安定して確保することができる。
【００４６】
ちなみに、図４に示した積層コンデンサの場合には、前記のブロック積層方法として、グリーンシートを圧着するときの圧力を変えてグリーンシートの厚さが異なる単位未焼成積層物（ブロック）を幾つか用意し、グリーンシートの厚さが小さい単位未焼成積層物が積層方向中央に位置し、これよりもグリーンシートの厚さが大きい単位未焼成積層物が積層方向外側に位置するように未焼成積層物を重ねるようにした方法を採用することもできる。
【００４７】
以上の説明では、図示の便宜上、計２０個の内部電極層２を有するものを積層コンデンサとして例示したが、これよりも内部電極層２の数が多い場合や少ない場合でも前記同様の作用効果は得られることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、設計値に近い静電容量を安定して確保できる積層コンデンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す積層コンデンサの縦断面図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図
【図３】図１に示した積層コンデンサの等価回路を示す図と、単位コンデンサの静電容量変位を示す図
【図４】図１に示した積層コンデンサとは構成が異なる積層コンデンサの縦断面図
【図５】図３（Ｂ）に示したものとは異なる単位コンデンサの静電容量変位を示す図
【符号の説明】
１…チップ、２…内部電極層、３…誘電体層、４…外部電極、ＵＣ，ＵＣ１〜ＵＣｎ…単位コンデンサ。
【図１】
2004039840.tif 000003
【図２】
2004039840.tif 000004
【図３】
2004039840.tif 000005
【図４】
2004039840.tif 000006
【図５】
2004039840.tif 000007