【解決手段】本発明は、複数の誘電体層が積層されたセラミック本体、前記誘電体層を介して前記セラミック本体の両端面に交互に露出するように形成された複数の第1及び第2内部電極を含む活性層及び前記セラミック本体の両端面から下面の一部まで延長されるように形成された第1及び第2外部電極を含む積層セラミックキャパシタと、前記積層セラミックキャパシタの前記第1及び第2外部電極が実装されるように第1及び第2電極パッドを有する基板と、を含み、前記第1及び第2電極パッドは、前記積層セラミックキャパシタの前記セラミック本体を基準に対角線に相対する位置に配置された積層セラミックキャパシタの実装基板を提供する。
複数の誘電体層が積層されたセラミック本体、前記セラミック本体の両端面に交互に露出するように前記誘電体層を介して形成された複数の第1及び第2内部電極を含む活性層及び前記セラミック本体の両端面から下面の一部まで延長されるように形成された第1及び第2外部電極を含む積層セラミックキャパシタと、
前記積層セラミックキャパシタの前記第1及び第2外部電極が実装されるように第1及び第2電極パッドを有する基板と、を含み、
前記第1及び第2電極パッドは、前記積層セラミックキャパシタの前記セラミック本体を基準に対角線に相対する位置に配置される、積層セラミックキャパシタの実装基板。
複数の誘電体層が積層されたセラミック本体、前記セラミック本体の両側面に交互に露出するように前記誘電体層を介して形成された複数の第1及び第2内部電極を含む活性層及び前記セラミック本体の両側面から下面の一部まで延長されるように形成された第1及び第2外部電極を含む積層セラミックキャパシタと、
前記積層セラミックキャパシタの前記第1及び第2外部電極が実装されるように第1及び第2電極パッドを有する基板と、を含み、
前記第1及び第2電極パッドは、前記積層セラミックキャパシタの前記セラミック本体を基準に対角線に相対する位置に配置される、積層セラミックキャパシタの実装基板。
前記第1及び第2電極パッドは、前記セラミック本体の長さ方向に離隔されるように形成される、請求項4から6のいずれか1項に記載の積層セラミックキャパシタの実装基板。
前記セラミック本体の長さ方向における前記第1及び第2電極パッド間の間隔をDと規定するとき、前記Dは、50μm≦D<300μmの範囲を満たす、請求項7に記載の積層セラミックキャパシタの実装基板。
前記セラミック本体の幅をW、前記セラミック本体の一側面に配置された第1電極パッドの先端から他側面に配置された第2電極パッドの先端までの距離をSと規定するとき、前記WとSの比率は、0.58≦W/S≦1.00の範囲を満たす、請求項4から8のいずれか1項に記載の積層セラミックキャパシタの実装基板。
【背景技術】
【0002】
積層チップ電子部品の一つである積層セラミックキャパシタは、液晶表示装置(LCD、Liquid Crystal Display)及びプラズマ表示装置パネル(PDP、Plasma Display Panel)などの映像機器、コンピュータ、個人携帯用端末機(PDA、Personal Digital Assistants)及び携帯電話などの多様な電子製品の基板に装着されて電気を充填または放電させる役割をするチップ形態のコンデンサである。
【0003】
このような積層セラミックキャパシタ(MLCC、Multi−Layered Ceramic Capacitor)は、小型でありながら、高容量が保障され、実装が容易であるという長所により、多様な電子装置の部品として用いられることができる。
【0004】
上記積層セラミックキャパシタは、複数の誘電体層と、上記誘電体層の間に異なる極性を有する内部電極と、が交互に積層された構造を有することができる。
【0005】
このとき、上記誘電体層は圧電性及び電歪性を有するため、積層セラミックキャパシタに直流または交流電圧が印加されると、上記内部電極の間で圧電現象が生じて振動が発生する可能性がある。
【0006】
このような振動は、積層セラミックキャパシタの外部電極を通じて上記積層セラミックキャパシタが実装された基板に伝達され、上記基板全体が音響反射面となり、雑音となる振動音を発生させる。
【0007】
上記振動音は、人に不快感を与える20〜20,000Hz領域の可聴周波数に該当し、このように人に不快感を与える振動音をアコースティックノイズ(acoustic noise)という。
【0008】
下記特許文献1には、積層体の両側面に形成されて第1及び第2内部導体とそれぞれ電気的に連結された第1及び第2側面電極と、第1及び第2側面電極と接続され、積層体の少なくとも一主面において対角線に相対する位置に形成された第1及び第2主面電極と、を含む積層セラミックキャパシタが記載されているが、本発明の基板の第1及び第2電極パッドがセラミック本体を基準に対角線に相対するように配置された構造については開示されていない。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
【0023】
本発明の実施形態を明確に説明するために、六面体の方向を定義すると、図面に示されるL、W及びTは、それぞれ長さ方向、幅方向及び厚さ方向を示す。ここで、「厚さ方向」は誘電体層を積み上げる方向、即ち、「積層方向」と同一の概念で用いられることができる。
【0024】
また、本実施形態では、説明の便宜のために、
図2においてセラミック本体の長さ方向に第1及び第2外部電極が形成される面を両端面、これと直交する面を両側面に設定する。なお、基板が配置された方向を下部、これと対向して積層セラミックキャパシタが位置する方向を上部に設定してともに説明する。
【0026】
図1は本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタの一部を切開して概略的に示した斜視図であり、
図2は
図1の平面図である。
【0027】
図1及び
図2を参照すると、本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタ100の実装基板200は、セラミック本体110、複数の第1及び第2内部電極121、122を有する活性層115及びセラミック本体110の両端面から実装面である下面の一部まで延長されるように形成された第1及び第2外部電極131、132を含む積層セラミックキャパシタ100と、積層セラミックキャパシタ100の第1及び第2外部電極131、132が実装されるように上部に第1及び第2電極パッド221、222を有する基板210と、を含む。
【0028】
このとき、第1及び第2電極パッド221、222は、積層セラミックキャパシタ100のセラミック本体110を基準に対角線に相対する位置に配置される。
【0029】
セラミック本体110は、複数の誘電体層111を積層してから焼成することで形成されるが、このようなセラミック本体110の形状、寸法及び誘電体層111の積層数は本実施形態に示されるものに限定されない。
【0030】
また、セラミック本体110を形成する複数の誘電体層111は、焼結された状態で、隣接する誘電体層111間の境界が走査電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)を利用せずには確認できないほど一体化されていることができる。
【0031】
このようなセラミック本体110は、キャパシタの容量形成に寄与する部分である活性層115と、上下マージン部として活性層115の上下部にそれぞれ形成された上部及び下部カバー層112、113と、を含むことができる。
【0032】
活性層115は、誘電体層111を介して複数の第1及び第2内部電極121、122を繰り返し積層して形成されることができる。
【0033】
このとき、誘電体層111の厚さは、積層セラミックキャパシタ100の容量設計に応じて任意に変更することができ、焼成後の1層の厚さが0.01〜1.00μmになるように構成することが好ましいが、本発明はこれに限定されない。
【0034】
また、誘電体層111は、高誘電率を有するセラミック粉末、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO
3)系またはチタン酸ストロンチウム(SrTiO
3)系粉末を含むことができるが、本発明はこれに限定されない。
【0035】
上部及び下部カバー層112、113は、内部電極を含まないことを除いては、誘電体層111と同一の材質及び構成を有することができる。
【0036】
上部及び下部カバー層112、113は、単一または二つ以上の誘電体層を活性層115の上下面にそれぞれ厚さ方向に積層して形成することができ、基本的に物理的または化学的ストレスによる第1及び第2内部電極121、122の損傷を防止する役割をすることができる。
【0037】
第1及び第2内部電極121、122は、異なる極性を有する一対の電極であり、誘電体層111に所定の厚さで導電性金属を含む導電性ペーストを印刷して誘電体層111の積層方向に沿って両端面に交互に露出するように形成されることができ、その間に配置された誘電体層111によって電気的に絶縁されることができる。
【0038】
また、第1及び第2内部電極121、122は、セラミック本体110の両端面に交互に露出した部分によって第1及び第2外部電極131、132とそれぞれ電気的に連結されることができる。
【0039】
これにより、第1及び第2外部電極131、132に電圧が印加されると、対向する第1及び第2内部電極121、122の間に電荷が蓄積され、このとき、積層セラミックキャパシタ100の静電容量は、活性層115において第1及び第2内部電極121、122が重畳する領域の面積と比例するようになる。
【0040】
このような第1及び第2内部電極121、122の厚さは、用途によって決定されることができる。例えば、セラミック本体110のサイズを考慮して0.2〜1.0μmの範囲内にあるように決定することができるが、本発明はこれに限定されない。
【0041】
また、第1及び第2内部電極121、122を形成する導電性ペーストに含まれる導電性金属は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)またはこれらの合金であることができるが、本発明はこれに限定されない。
【0042】
なお、上記導電性ペーストの印刷方法としては、スクリーン印刷法やグラビア印刷法などを用いることができるが、本発明はこれに限定されない。
【0043】
第1及び第2外部電極131、132は導電性金属を含む導電性ペーストによって形成されることができ、上記導電性金属はニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)またはこれらの合金であることができるが、本発明はこれに限定されない。
【0044】
このとき、第1及び第2外部電極131、132は、セラミック本体110の下面のみならず、上面の一部まで延長されるように形成することで、セラミック本体を上下対称構造に形成して基板210への実装時に上下方向性を除去することができる。
【0045】
本実施形態による積層セラミックキャパシタ100の実装基板200は、積層セラミックキャパシタ100が水平実装される基板210と、基板210の上面にセラミック本体110を基準に対角線に相対する位置に配置された第1及び第2電極パッド221、222と、を含む。
【0046】
また、第1及び第2電極パッド221、222においてセラミック本体110の下面ではない外部に露出する部分のサイズを調節すると、はんだ230のサイズ及び高さが調節されて積層セラミックキャパシタ100から基板210に伝達される振動を調節することができる。
【0047】
このとき、積層セラミックキャパシタ100は、下部カバー層113がその下側に配置され、第1及び第2外部電極131、132の一部がそれぞれ第1及び第2電極パッド221、222上に接触されるように位置した状態で、はんだ230によって基板210と電気的に連結されることができる。
【0048】
このように積層セラミックキャパシタ100が基板210に実装された状態において、電圧が印加されると、アコースティックノイズが発生する可能性がある。
【0049】
このとき、第1及び第2電極パッド221、222のサイズは、積層セラミックキャパシタ100の第1及び第2外部電極131、132と第1及び第2電極パッド221、222を連結するはんだ230の量を決定する指標になり得る。また、このようなはんだ230の量によってアコースティックノイズのサイズが調節されることができる。
【0050】
一方、
図3を参照すると、下部カバー層113は、上部カバー層112より誘電体層の積層数をさらに増やすことで、上部カバー層112に比べて厚い厚さを有するように形成されることができる。
【0051】
以下では、
図3に示された本発明の他の実施形態による積層セラミックキャパシタに含まれる構成要素の寸法とアコースティックノイズとの関係について説明する。
【0052】
図4では、セラミック本体110の全体厚さの1/2をA、下部カバー層113の厚さをB、活性層115の全体厚さの1/2をC、上部カバー層112の厚さをDと規定する。
【0053】
ここで、セラミック本体110の全体厚さは、セラミック本体110の上面から下面までの距離を意味し、活性層115の全体厚さは、活性層115の最上部に形成された第1内部電極121の上面から活性層115の最下部に形成された第2内部電極122の下面までの距離を意味する。
【0054】
また、下部カバー層113の厚さBは、活性層115の厚さ方向の最下部に形成された第2内部電極122の下面からセラミック本体110の下面までの距離を意味する。
【0055】
積層セラミックキャパシタ100の両端面に形成された第1及び第2外部電極131、132に異なる極性を有する電圧が印加されると、誘電体層111の逆圧電効果(Inverse piezoelectric effect)によってセラミック本体110は厚さ方向に膨張及び収縮をするようになり、セラミック本体110の両端面は、ポアソン効果(Poisson effect)によってセラミック本体110の厚さ方向への膨張及び収縮とは逆に収縮及び膨張するようになる。
【0056】
ここで、活性層115の中心部は、第1及び第2外部電極131、132が形成された長さ方向の両端部で収縮及び膨張が大きく発生する部分で、この部分にはんだが接合される場合、セラミック本体110の長さ方向の両端部における収縮及び膨張挙動が上記はんだを通じて基板に殆ど伝達されるため、アコースティックノイズの発生が大きく増加する。
【0057】
これにより、本実施形態では、アコースティックノイズを減少させるために、電圧が印加されて活性層115の中心部CL
Aにおいて発生する変形率と下部カバー層113において発生する変形率との差異によってセラミック本体110の両端面に形成された変曲点(PI、point of inflection)をセラミック本体110の厚さの中心部CL
C以下に形成させることができる。
【0058】
このとき、アコースティックノイズをさらに減少させるために、活性層115の中心部CL
Aがセラミック本体110の中心部CL
Cから外れた比率(B+C)/Aは、1.063≦(B+C)/A≦1.745の範囲を満たすことが好ましい。
【0059】
本発明の他の実施形態の実施例及び比較例による積層セラミックキャパシタは、以下の通り製作された。
【0060】
まず、チタン酸バリウム(BaTiO
3)などの粉末を含んで形成されたスラリーをキャリアフィルム(carrier film)上に塗布及び乾燥し、1.8μmの厚さを有するように製造された複数個のセラミックグリーンシートを用意する。
【0061】
次に、上記セラミックグリーンシート上にスクリーンを用いてニッケル内部電極用導電性ペーストを塗布することで、セラミックグリーンシートの両端面に交互に露出するように第1及び第2内部電極121、122を形成する。
【0062】
上記セラミックグリーンシートを約370層積層し、積層体を形成する。但し、第1及び第2内部電極121、122が形成されないセラミックグリーンシートを第1及び第2内部電極121、122が形成されたセラミックグリーンシートの上部より下部にさらに多く積層した。
【0063】
このように形成された積層体を約85℃において約1,000kgf/cm
2の圧力条件で等圧圧縮成形(isostatic pressing)した。
【0064】
次いで、圧着された積層体を個別のチップ状に切断した。上記切断されたチップを約230℃の大気雰囲気で約60時間維持して脱バインダーを行った。
【0065】
その後、約1200℃において第1及び第2内部電極121、122が酸化しないようにNi/NiO平衡酸素分圧より低い10
−11から10
−10atmの酸素分圧下の還元雰囲気で焼成してセラミック本体110を用意した。
【0066】
焼成後のセラミック本体110のサイズは、長さ×幅(L×W)が約1.64mm×0.88mm(L×W、1608サイズ)であった。次に、セラミック本体110の両端面に第1及び第2外部電極131、132をそれぞれ形成する工程を経て積層セラミックキャパシタ100に製作した後、基板210の第1及び第2電極パッド221、222上に第1及び第2外部電極131、132を実装した。
【0067】
ここで、積層セラミックキャパシタ100の製作公差は、長さ×幅(L×W)が±0.1mm内の範囲になるように設定し、これを満たすものに、実験を行ってアコースティックノイズを測定した。
【0068】
【表1】
ここで、*は比較例、ANはアコースティックノイズ(acoustic noise)である。
【0069】
上記表1のデータは、
図4に示されているように、積層セラミックキャパシタ100のセラミック本体110における幅方向(W)の中心部から長さ方向(L)及び厚さ方向(T)に切開した断面を走査電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)で撮影した写真を基準にそれぞれの寸法を測定したものである。
【0070】
ここで、上記の通り、セラミック本体110の全体厚さの1/2をA、下部カバー層113の厚さをB、活性層115の全体厚さの1/2をC、上部カバー層112の厚さをDと規定した。
【0071】
アコースティックノイズを測定するために、アコースティックノイズ測定用基板当たり1つのサンプル(積層セラミックキャパシタ)を、上下方向に区分して基板に実装した後、その基板を測定用治具(Jig)に装着した。
【0072】
また、DCパワーサプライ(Power supply)及び信号発生器(Function generator)を用いて測定治具に装着されたサンプルの両端子にDC電圧及び電圧変動を印加した。なお、アコースティックノイズは、上記基板の真上に設置されたマイクを用いて測定した。
【0073】
上記表1において、サンプル1から3は、下部カバー層113の厚さB及び上部カバー層112の厚さDが殆ど類似したカバー対称構造を有する比較例であり、サンプル4から13は、上部カバー層112の厚さDが下部カバー層113の厚さBより厚い構造を有する比較例である。
【0074】
また、サンプル14、15及び35から37は、下部カバー層113の厚さBが上部カバー層112の厚さDより厚い構造を有する比較例であり、サンプル16から34は、本発明の実施形態による実施例である。
【0075】
ここで、(B+C)/A値が略1の場合は、活性層115の中心部がセラミック本体110の中心部から大きく外れないことを意味する。下部カバー層113の厚さB及び上部カバー層112の厚さDが殆ど類似したカバー対称構造を有するサンプル1から3の(B+C)/A値は略1である。
【0076】
(B+C)/A値が1より大きいと、活性層115の中心部がセラミック本体110の中心部から上部方向に外れたことを意味する。また、(B+C)/A値が1より小さいと、活性層115の中心部がセラミック本体110の中心部から下部方向に外れたことを意味する。
【0077】
上記表1を参照すると、活性層115の中心部がセラミック本体110の中心部から外れた比率(B+C)/Aは、1.063≦(B+C)/A≦1.745の範囲を満たす実施例であるサンプル16から34において、アコースティックノイズが20dB未満に著しく減少することが確認できる。
【0078】
また、活性層115の中心部がセラミック本体110の中心部から外れた比率(B+C)/Aが1.063未満のサンプル1から15は、活性層115の中心部がセラミック本体110の中心部から殆ど外れないか、活性層115の中心部がセラミック本体110の中心部から下部方向に外れた構造を有する。
【0079】
上記(B+C)/Aが1.063未満のサンプル1から15は、アコースティックノイズが23.1〜32.5dBであることから、本発明による実施例に比べてアコースティックノイズ減少効果がないことが分かる。
【0080】
また、活性層115の中心部がセラミック本体110の中心部から外れた比率(B+C)/Aが1.745を超過するサンプル35から37の場合は、目標容量に対する静電容量が低いことが原因で容量不良が発生した。
【0081】
上記表1において、容量具現率(即ち、目標容量に対する静電容量の比率)が「NG」と示されるものは、目標容量値を100%としたとき、目標容量に対する静電容量値が80%未満の場合を意味する。
【0083】
図5は本発明のさらに他の実施形態による積層セラミックキャパシタの実装基板の平面図である。
【0084】
図5を参照すると、本発明のさらに他の実施形態による積層セラミックキャパシタ100'は、複数の第1及び第2内部電極がセラミック本体110'の両側面に交互に露出するように形成される。
【0085】
また、第1及び第2外部電極131'、132'は、第1及び第2内部電極の露出部分と接触するようにセラミック本体110'の両側面から実装面である下面の一部まで延長されるように形成される。
【0086】
ここで、上述した一実施形態と同一の構造、即ち、基板210と第1及び第2電極パッド221、222の構成や配置された位置などについては、重複を避けるため、これに対する具体的な説明は省略する。
【0087】
本実施形態の積層セラミックキャパシタ100'の実装基板200は、セラミック本体110'の幅をW、セラミック本体110'の一側面に配置された第1電極パッド221の先端から他側面に配置された第2電極パッド222の先端までの距離をSと規定するとき、上記WとSの比率は、0.58≦W/S≦1.00の範囲を満たすことができる。
【0089】
上記表2を参照すると、上記W/S値が0.58未満のサンプル7及び上記W/S値が1.00を超過するサンプル1は、アコースティックノイズが30dBを超過することが分かる。
【0090】
即ち、基板に伝達される積層セラミックキャパシタ100'の振動のサイズは、はんだ230の量に影響されるが、上記表2に示されているように、上記W/S値が過度に大きいもしくは小さいと、はんだ230の量も過度に少ないか多くなってアコースティックノイズが増加することが分かる。
【0091】
本実施形態の積層セラミックキャパシタ100'の実装基板200は、セラミック本体110'の長さ方向に第1電極パッド221及び第2電極パッド222間の間隔をDと規定するとき、上記Dは、50μm≦D<300μmの範囲を満たすことができる。
【0093】
上記表3は、上記D値によるアコースティックノイズ及び実装不良率を示したものである。
【0094】
積層セラミックキャパシタ100'の振動は、相対する第1及び第2外部電極131、132が基板210と接着されて伝達されるが、上記表3を参照すると、上記Dが50μm以上の場合、このような積層セラミックキャパシタ100'からの振動が基板210に伝達されるサイズが低下するようになるため、アコースティックノイズの減少効果を期待することができるようになる。
【0095】
また、本実施形態では、第1及び第2外部電極131、132が基板210に非対称的に実装されるため、上記Dが300μm以上になると、実装不良が発生する可能性がある。
【0096】
図6は本発明のさらに他の実施形態による積層セラミックキャパシタの実装基板の平面図である。
【0097】
図6を参照すると、本発明のさらに他の実施形態による積層セラミックキャパシタ100"は、第1及び第2外部電極1310、1311、1320、1321がセラミック本体110"の長さ方向に沿ってそれぞれ離隔されるように一対が分離されて形成されることができる。
【0098】
この場合、基板に実装される積層セラミックキャパシタの左右方向性を除去することができる。
【0099】
ここで、上述した一実施形態と同一の構造、即ち、基板210と第1及び第2電極パッド221、222の構成や配置された位置などについては、重複を避けるためこれに対する具体的な説明は省略する。
【0100】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。