(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記セラミック本体の長さをL、前記第1又は第2の支持部の高さをA、前記第1又は第2の下部本体部の長さをB、前記第1又は第2の下部本体部の幅をCとしたとき、0.0115≦(A×B)/(C×L)≦0.4100の範囲を満たす、請求項1に記載の積層セラミック電子部品。
前記第1及び第2の下部本体部のそれぞれの最大長さは前記セラミック本体の長さの1/2未満である、請求項1から3のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
前記セラミック本体の長さをL、前記第1又は第2の支持部の高さをA、前記第1又は第2の下部本体部の長さをB、前記第1又は第2の下部本体部の幅をCとしたとき、0.0115≦(A×B)/(C×L)≦0.4100の範囲を満たす、請求項5に記載の積層セラミック電子部品。
前記第1及び第2の下部本体部のそれぞれの最大長さは前記セラミック本体の長さの1/2未満である、請求項5から9のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
前記第1及び第2の上部本体部の他端に、前記第1及び第2の外部電極の本体部の一部とそれぞれ接合されるように第1及び第2のガイド部が上方に伸びて形成される、請求項5から10のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
前記セラミック本体は、最上部の内部電極の上部及び最下部の内部電極の下部にそれぞれ誘電体カバー層が配置される、請求項5から14のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下では、添付の図面を参照して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。
【0015】
積層セラミック電子部品
図1は、本発明の一実施形態による積層セラミック電子部品を概略的に示す斜視図であり、
図2は、
図1のA‐A’線に沿う断面図である。
【0016】
図1及び
図2を参照すると、本実施形態による積層セラミック電子部品100は、セラミック本体110、第1及び第2の外部電極131、132、第1及び第2の内部電極121、122、及び第1及び第2の金属フレーム141、142を含む。
【0017】
セラミック本体110は、複数の誘電体層111を厚さ方向(T方向)に積層した後に焼成したものである。
【0018】
セラミック本体110において、隣接した各誘電体層111同士は、境界が確認できないほどに一体化されることができる。
【0019】
また、セラミック本体110は、六面体状であればよいが、これに限定されない。
【0020】
本実施形態では、説明の便宜のために、セラミック本体110の誘電体層111が積層される厚さ方向(T方向)に対向する面を上面2及び下面1、上記上面2と下面1を連結し且つ長さ方向(L方向)に対向する面を第1及び第2の側面3、4、上記第1及び第2の側面3、4と垂直に交差し且つ幅方向(W方向)に対向する面を第3及び第4の側面5、6とする。
【0021】
セラミック本体110は、最上部の内部電極の上部に所定の厚さの上部誘電体カバー層112が形成され、最下部の内部電極の下部に下部誘電体カバー層113が形成されることができる。
【0022】
上部及び下部誘電体カバー層112、113は、誘電体層111と同じ組成からなり、内部電極を含まない誘電体層をセラミック本体110の上下面に少なくとも一つ以上積層して形成される。
【0023】
誘電体層111は、高誘電率のセラミック材料、例えば、BaTiO
3系セラミック粉末等を含むことができるが、本発明はこれに限定されない。
【0024】
上記BaTiO
3系セラミック粉末としては、例えば、BaTiO
3にCa、Zr等が一部固溶された(Ba
1−xCa
x)TiO
3、Ba(Ti
1−yCa
y)O
3、(Ba
1−xCa
x)(Ti
1−yZr
y)O
3又はBa(Ti
1−yZr
y)O
3等があるが、本発明はこれに限定されない。
【0025】
また、誘電体層111には、セラミック添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤及び分散剤のうち少なくとも一つ以上がさらに含まれることができる。
【0026】
上記セラミック添加剤としては、例えば、遷移金属酸化物又は炭化物、希土類元素、マグネシウム(Mg)又はアルミニウム(Al)等を用いることができる。
【0027】
第1及び第2の外部電極131、132は、セラミック本体110の両端部にそれぞれ配置され、必要に応じて、セラミック本体110の第1及び第2の側面3、4からセラミック本体110の上面2及び下面1の一部又は第3及び第4の側面5、6の一部までそれぞれ伸びて形成されることができる。
【0028】
第1及び第2の外部電極131、132は、セラミック本体110の両端部に導電性金属を含む導電性ペーストを塗布し焼成して形成されることができる。
【0029】
上記導電性金属は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、又はこれらの合金であればよい。
【0030】
一方、第1及び第2の外部電極131、132には、必要に応じて、表面をメッキ処理してメッキ層を形成することができる。
【0031】
上記メッキ層は、第1及び第2の外部電極131、132上にニッケル(Ni)をメッキして形成されたニッケルメッキ層と、上記ニッケルメッキ層上にスズ(Sn)をメッキして形成されたスズメッキ層を含むことができる。
【0032】
第1及び第2の内部電極121、122は、各誘電体層111を介してセラミック本体110の厚さ方向に沿って一つずつ順次配置される。
【0033】
第1及び第2の内部電極121、122は、中間に配置された誘電体層111によって互いに電気的に絶縁されることができる。
【0034】
第1及び第2の内部電極121、122は、誘電体層111を形成する各セラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法又はグラビア印刷法等を用いて導電性金属を含む導電性ペーストで第1及び第2の内部電極パターンを印刷した後、上記第1及び第2の内部電極パターンの印刷されたセラミックグリーンシートを、上記第1及び第2の内部電極パターンが各誘電体層111を介して厚さ方向(T方向)に沿って交互に配置されるように積層した後に焼成して形成されることができる。
【0035】
上記導電性金属は、例えば、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、又はこれらの合金であればよいが、本発明はこれに限定されない。
【0036】
また、第1及び第2の内部電極121、122は、セラミック本体110の第1及び第2の側面3、4からそれぞれ露出し且つ相違する極性の電圧が印加される第1及び第2の外部電極131、132とそれぞれ接続されるように構成される。
【0037】
上記のような構成により、第1及び第2の外部電極131、132に電圧を印加すると、対向する第1及び第2の内部電極121、122の間に電荷が蓄積される。
【0038】
この際、積層セラミック電子部品100の静電容量は、第1及び第2の内部電極121、122の積層方向(T方向)に沿って重なる面積に比例する。
【0039】
一方、本実施形態の積層セラミックキャパシタは、
図2に示されている水平積層型の他に、
図3に示されている垂直積層型にも構成されることができる。
【0040】
図3を参照すると、本実施形態の垂直積層型の積層セラミックキャパシタは、セラミック本体110の幅方向に複数の誘電体層が積層され、第1及び第2の内部電極121’、122’が誘電体層の積層方向、即ち、セラミック本体110の幅方向に複数積層されたものであり、基板に実装されたときに基板の実装面と積層セラミックキャパシタの内部電極が垂直に対向するように構成される構造である。
【0041】
このような垂直積層型の積層セラミックキャパシタは、基板の実装面と垂直な方向(T方向)への振動が、
図2に示されている水平積層型の積層セラミックキャパシタより相対的に小さいため、アコースティックノイズをさらに3〜5dB低減させることができる。
【0042】
第1及び第2の金属フレーム141、142は、セラミック本体110の実装面である下面1に第1及び第2の外部電極131、132とそれぞれ接続されるように配置される。
【0043】
第1及び第2の金属フレーム141、142は、積層セラミック電子部品100を基板等に実装したときに積層セラミック電子部品100と上記基板の間に所定の間隔を確保するようにすることにより第1及び第2の外部電極131、132とハンダが直接接触しないようにすると共に、積層セラミック電子部品100の第1及び第2の外部電極131、132を介して伝達される振動の一部を直接遮断する機能を行うことによりアコースティックノイズを低減させる。
【0044】
第1及び第2の金属フレーム141、142は、第1及び第2の上部本体部141a、142aと、第1及び第2の下部本体部141b、142bと、第1及び第2の支持部141c、142cを含む。
【0045】
第1及び第2の上部本体部141a、142aは、第1及び第2の外部電極131、132の実装面とそれぞれ接合される。
【0046】
第1及び第2の上部本体部141a、142aのそれぞれの最大長さは、セラミック本体110の長さの1/2未満であればよい。
【0047】
第1及び第2の下部本体部141b、142bは、第1及び第2の上部本体部141a、142aと厚さ方向(T方向)にそれぞれ対向して配置され、後述する基板の電極パッドに接合される部分である。
【0048】
第1及び第2の下部本体部141b、142bのそれぞれの最大長さは、セラミック本体110の長さの1/2未満であればよい。
【0049】
第1及び第2の支持部141c、142cは、第1及び第2の上部本体部141a、142aの一端と第1及び第2の下部本体部141b、142bの一端とを連結し、第1及び第2の外部電極131、132よりセラミック本体110の中央側に配置される。
【0050】
このような構成により、第1及び第2の金属フレーム141、142は、それぞれ「⊃」又は「]」と「⊂」又は「[」の形状を有し、内部に第1及び第2のスペース部151、152がそれぞれ設けられることができる。
【0051】
したがって、積層セラミック電子部品100を基板に実装する場合、ハンダは第1及び第2の金属フレーム141、142と基板を接合し、この際、第1及び第2の支持部141c、142cは積層セラミック電子部品100を基板から所定の高さ離隔させると共に上記ハンダが第1及び第2のスペース部151、152に収容されることにより上記ハンダが第1及び第2の外部電極121、122と直接接触しないようにする。
【0052】
上記第1及び第2の金属フレーム141、142は、導電性物質として、例えば、導電性を有する金属、伝導性エポキシ等の伝導性樹脂又は金属がコーティングされた基板等の多様なものを用いることができ、その材質に特に制限はない。
【0053】
以下、本実施形態による積層セラミック電子部品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を説明する。
【0054】
ここで、セラミック本体110の長さをL、第1又は第2の支持部141c、142cの高さをA、第1又は第2の下部本体部141b、142bの長さをB、第1又は第2の下部本体部141b、142bの幅をCとする。
【0055】
上記第1又は第2の支持部141c、142cの高さAは、第1又は第2の支持部141c、142cの下端から第1又は第2の上部本体部141a、142aの下面までの距離を意味する。
【0056】
積層セラミック電子部品100が基板に実装された状態で積層セラミック電子部品100の第1及び第2の側面3、4に形成された第1及び第2の外部電極131、132に極性の異なる電圧が印加されると、誘電体層111の逆圧電性効果(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し、第1及び第2の外部電極131、132が形成されたセラミック本体110の第1及び第2の側面3、4はポアソン効果(Poisson effect)によってセラミック本体110の厚さ方向の膨張及び収縮とは逆に収縮及び膨張する。
【0057】
本実施形態の第1及び第2の金属フレーム141、142は、積層セラミック電子部品100を基板に実装したときに積層セラミックキャパシタと上記基板の間に所定の間隔を確保するようにすることにより第1及び第2の外部電極131、132とハンダが直接接触しないようにし、積層セラミックキャパシタの振動が第1及び第2の外部電極131、132を介して基板に直接伝達されることを一部緩和させることによりアコースティックノイズを減少させることができる。
【0058】
また、本実施形態の第1及び第2の金属フレーム141、142は、ハンダが第1及び第2のスペース部151、152に収容されることにより、当該ハンダが第1及び第2の外部電極131、132と直接接触することを防止する効果を向上させることができる。
【0059】
上記セラミック本体110の長さ‐幅方向(L‐W方向)の面積に対する第1及び第2のスペース部151、152の長さ‐厚さ方向(L‐T方向)の面積(A×B)の比(A×B)/(C×L)は0.0115≦(A×B)/(C×L)≦0.4100の範囲を満たすことができる。
【0060】
また、第1又は第2の支持部141c、142cの高さAと第1又は第2の下部本体部141b、142bの幅Cとの比(A/C)は0.079≦A/C≦2.748の範囲を満たすことができる。
【0061】
また、セラミック本体110の長さLに対する第1又は第2の下部本体部141b、142bの長さBの比(B/L)は0.050≦B/L≦0.471の範囲を満たすことができる。
【0062】
上記A又はBが小さすぎる場合は、積層セラミック電子部品100を基板に実装したときにハンダが第1又は第2の金属フレーム141、142を伝って上ることにより積層セラミックキャパシタの第1又は第2の外部電極131、132に直接接触するか、又は第1及び第2の金属フレーム141、142の弾性力が大きくなりすぎることにより振動を緩和させる作用がうまく行われず、アコースティックノイズを低減させる効果が低下する可能性がある。
【0063】
一方、
図4に示されているように、本発明の第1及び第2の金属フレーム1410、1420は、第1及び第2の上部本体部141a、142aの他端に、第1及び第2の外部電極131、132の本体部の一部とそれぞれ接合されるように第1及び第2のガイド部141d、142dが上方に伸びて形成されることができる。
【0064】
また、第1及び第2のガイド部141d、142dは、第1及び第2の外部電極131、132と第1及び第2の金属フレーム141、142との接合強度を向上させるためのものであり、第1及び第2の上部本体部141a、142aの他端から垂直に伸びて形成される。
【0065】
上記第1及び第2のガイド部141d、142dの最大高さはセラミック本体110の高さの1/3未満であればよい。
【0066】
一方、
図5に示されているように、第1及び第2の金属フレーム141’、142’の第1及び第2のガイド部141e、142eは、第1及び第2の上部本体部141a、142aの他端から所定の角度に傾斜して形成されることもできる。
【0067】
実験例
本発明の実施例と比較例による積層セラミック電子部品は、下記のように製作された。
【0068】
まず、チタン酸バリウム(BaTiO
3)等のパウダーを含んで形成されたスラリーをキャリアフィルム(carrier film)上に塗布し乾燥して1.8μmの厚さで製造された複数のセラミックグリーンシートを用意した。
【0069】
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して、セラミックグリーンシートの両端面から交互に露出するように第1及び第2の内部電極を形成した。
【0070】
次に、上記セラミックグリーンシートを約370層積層して積層体を形成した。この際、上記第1及び第2の内部電極の形成されていないセラミックグリーンシートを第1及び第2の内部電極121、122の形成されたセラミックグリーンシートの上部及び下部に配置した。
【0071】
次に、上記積層体を約85℃で約1,000kgf/cm
2の圧力条件で等圧圧縮成形(isostatic pressing)した。
【0072】
次に、圧着が完了した積層体を個別チップの形に切断し、切断されたチップを大気雰囲気で約230℃、約60時間維持して脱バインダーを行った。
【0073】
次に、約1,200℃で上記第1及び第2の内部電極が酸化しないようにNi/NiO平衡酸素分圧より低い10
−11〜10
−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を製造した。
【0074】
焼成後のセラミック本体のサイズは、長さ×幅(L×W)が約1.64mm×0.88mm(L×W、1608サイズ)であった。
【0075】
次に、上記セラミック本体の両端部に第1及び第2の外部電極をそれぞれ形成する工程を経た。
【0076】
次に、上記セラミック本体の下面に、上記第1及び第2の外部電極とそれぞれ接続されるように第1及び第2の金属フレームを配置した。
【0077】
この際、上記第1及び第2の金属フレームの第1及び第2の支持部が上記第1及び第2の外部電極より上記セラミック本体の中央側に配置されるようにした。
【0078】
ここで、製作公差は長さ×幅(L×W)の範囲を±0.1mm内とし、これを満たすと、実験を行ってアコースティックノイズを測定した。
【0080】
上記表1のデータは、
図1のように製作された積層セラミック電子部品100の外形における該当部分の寸法をそれぞれ測定して示したものである。
【0081】
ここで、A、B、C及びLについては、上述したように、セラミック本体110の長さをL、第1又は第2の支持部141c、142cの高さをA、第1又は第2の下部本体部141b、142bの長さをB、第1又は第2の下部本体部141b、142bの幅をCとした。
【0082】
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一つのサンプル(積層セラミック電子部品)を上下方向に区分して基板に実装した後、その基板を測定用ジグ(Jig)に装着した。
【0083】
次に、DCパワーサプライ(Power supply)及び信号発生器(Function generator)を用いて測定ジグ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与えた。
【0084】
次に、上記基板の直上に設置されたマイクを用いてアコースティックノイズを測定した。
【0085】
上記表1から分かるように、セラミック本体110の長さ‐幅方向(L‐W方向)の面積に対する第1及び第2のスペース部151、152の長さ‐厚さ方向(L‐T方向)の面積(A×B)の比(A×B)/(C×L)が0.0115≦(A×B)/(C×L)≦0.4100の範囲を満たす実施例であるサンプル3〜10とサンプル14〜19は、アコースティックノイズが30dBA未満と低くなった。
【0086】
また、上記(A×B)/(C×L)が0.0115未満のサンプル1、2、12及び13は、アコースティックノイズが40dBA以上で、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。
【0087】
また、上記(A×B)/(C×L)が0.4100を超えるサンプル11は、アコースティックノイズが20dBA未満と良好であるが、実装不良が発生した。
【0088】
なお、上記表1において、実装NGが「NG」で表示されたものは、サンプルの高さが大きすぎて実装過程でチップが倒れたものを意味する。
【0089】
また、上記表1から、第1又は第2の支持部141c、142cの高さAと第1又は第2の下部本体部141b、142bの幅Cとの比(A/C)が0.079≦A/C≦2.748の範囲を満たし、且つセラミック本体110の長さLに対する第1又は第2の下部本体部141b、142bの長さBの比(B/L)が0.050≦B/L≦0.471の範囲を満たすときにアコースティックノイズが減ることが分かる。
【0090】
積層セラミック電子部品の実装基板
図6及び
図7を参照すると、本実施形態による積層セラミック電子部品100の実装基板200は、積層セラミックキャパシタが水平に実装される基板210と、基板210の上面に離隔して形成された第1及び第2の電極パッド221、222を含む。
【0091】
上記積層セラミック電子部品100は、第1及び第2の金属フレーム141、142の第1及び第2の下部本体部141b、142bがそれぞれ第1及び第2の電極パッド221、222上に接触するように位置した状態でハンダ231、232によって基板210と電気的に連結されることができる。
【0092】
上記のように積層セラミック電子部品100が基板210に実装された状態で電圧を印加すると、アコースティックノイズが発生する可能性がある。
【0093】
この際、第1及び第2の電極パッド221、222のサイズは積層セラミック電子部品100の第1及び第2の外部電極131、132と第1及び第2の電極パッド221、222とを連結するハンダ231、232の量を決める目安となり、このハンダ231、232の量によってアコースティックノイズのサイズを調節することができる。
【0094】
なお、
図8に示されているように、第1及び第2の金属フレーム141、142の第1又は第2の下部本体部141b、142bの長さBを長くすると、積層セラミック電子部品100を基板210に実装したときに電流経路(Current Path、CP)の断面積が減少してESLの増加を抑制することができる。
【0095】
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、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者には明らかである。