特開 2024-143711 積層セラミックコンデンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024143711

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】積層セラミックコンデンサ

(51)【国際特許分類】

   H01G 4/30 20060101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

H01G4/30 201L

H01G4/30 512

H01G4/30 515

H01G4/30 201K

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056513

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(72)【発明者】

【氏名】岩▲崎▼ 好洋

(72)【発明者】

【氏名】早川 達也

【テーマコード（参考）】

5E001

5E082

【Ｆターム（参考）】

5E001AB03

5E082AA01

5E082AB03

5E082EE01

5E082FF05

5E082FG26

5E082GG10

(57)【要約】

【課題】小型化を図りながら、大容量化と信頼性を両立させることができる積層セラミックコンデンサを提供すること。
【解決手段】誘電体層１４と内部電極層１５が積層する積層方向Ｚにおいて複数の前記内部電極層１５同士が前記誘電体層１４を介して対向する有効部１６を含む積層体２と、該積層体２の表面に配置され前記内部電極層１５と接続する一対の外部電極３と、備えた積層セラミックコンデンサであって、前記有効部１６を前記積層方向Ｚに３等分して３つの領域に分けたとき、前記有効部１６の中間領域１６ｂにある誘電体層１４を構成する結晶粒子の粒子径Ｄ５０は、他の２つの領域にある誘電体層１４を構成する結晶粒子の粒子径Ｄ５０より大きい積層セラミックコンデンサ１。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体層と内部電極層が積層する積層方向において複数の前記内部電極層同士が前記誘電体層を介して対向する有効部を含む積層体と、該積層体の表面に配置され前記内部電極層と接続する一対の外部電極と、備えた積層セラミックコンデンサであって、
前記有効部を前記積層方向に３等分して３つの領域に分けたとき、
前記有効部の中間領域にある誘電体層を構成する結晶粒子の粒子径Ｄ５０は、他の２つの領域にある誘電体層を構成する結晶粒子の粒子径Ｄ５０より大きい積層セラミックコンデンサ。

【請求項2】

前記中間領域にある誘電体層を構成する結晶粒子の粒子径Ｄ５０は、前記他の２つの領域にある誘電体層を構成する結晶粒子の粒子径Ｄ５０の２倍以上２０倍以下である、請求項１記載の積層セラミックコンデンサ。

【請求項3】

前記中間領域にある誘電体層は、前記積層方向にみて誘電体層の１層を形成する結晶粒子の数が１つである領域を含む、請求項１又は２記載の積層セラミックコンデンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層セラミックコンデンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、携帯電話機、携帯音楽プレーヤーなどの電子機器等に広く用いられる積層セラミックコンデンサは、セラミック材料からなる複数の誘電体層と複数の内部電極層とを積層し静電容量を形成する内層部と、該内層部の積層方向の両側に配置される外層部と、前記内層部の幅方向の両側に配置されるサイドマージン部と、を備える。そして、近年の電子機器等の高性能化および小型化にともない、積層セラミックコンデンサにおいても大容量化および小型化が求められている。

【0003】

積層セラミックコンデンサの大容量化においては、高誘電率の誘電体層を得るための方法の１つとして、セラミック粒子（結晶粒子）を粒成長させる方法がある（例えば、特許文献１）。

【0004】

一方、積層セラミックコンデンサの小型化の要求に対し、誘電体層および内部電極層を薄層化させた積層セラミックコンデンサにおいては、粒成長させた際に、誘電体層が部分的に薄くなり、絶縁性や耐湿性が低下し、信頼性が低下するという問題がある。

【0005】

このため、小型化を図りながら、大容量化と信頼性を両立させることができる積層セラミックコンデンサが求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４－２１０６８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明らは、小型化を図りながら、大容量化と信頼性を両立させることができ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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者らは、積層セラミックコンデンサを構成する有効部を積層方向に３等分して３つの領域に分けたとき、中間領域にある誘電体層の結晶粒子の粒子径を、他の２つの領域にある誘電体層の結晶粒子の粒子径より大きくすることにより、積層セラミックコンデンサを小型化した場合にも、大容量化と信頼性を両立させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0009】

すなわち、本発明は、誘電体層と内部電極層が積層する積層方向において複数の前記内部電極層同士が前記誘電体層を介して対向する有効部を含む積層体と、該積層体の表面に配置され前記内部電極層と接続する一対の外部電極と、備えた積層セラミックコンデンサであって、
前記有効部を前記積層方向に３等分して３つの領域に分けたとき、
前記有効部の中間領域にある誘電体層を構成する結晶粒子の粒子径Ｄ５０は、他の２つの領域にある誘電体層を構成する結晶粒子の粒子径Ｄ５０より大きい積層セラミックコンデンサである。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、小型化を図りながら、大容量化と信頼性を両立させることができる積層セラミックコンデンサを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】積層セラミックコンデンサ１の外観を示す図である。

【図2】図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿った積層セラミックコンデンサ１の断面図である。

【図3】図１に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った積層セラミックコンデンサ１の断面図である。

【図4】図２に示すＡ、Ｂ部分を拡大した図である（（ａ）Ａ部分の拡大図、（ｂ）Ｂ部分の拡大図）。

【図5】積層セラミックコンデンサ１の製造工程を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態として積層セラミックコンデンサ１について説明するが、本発明がこれに限定されることはない。また、図面は、発明の内容を説明するため、模式的に簡略化して描画している場合があり、描画された構成要素又は構成要素間の寸法の比率が、明細書に記載されたそれらの寸法の比率と一致していない場合がある。また、明細書に記載されている構成要素が、図面において省略されている場合や、個数を省略して描画されている場合などがある。

【0013】

図１は、積層セラミックコンデンサ１の概略斜視図である。図２は、積層セラミックコンデンサ１の図１におけるＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、積層セラミックコンデンサ１の図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、図２に示す、Ａ部分およびＢ部分を拡大した状態図である。なお、図２に示す断面はＸＺ断面とも称され、図３に示す断面はＹＺ断面とも称される。

【0014】

積層セラミックコンデンサ１は、略直方体形状で、積層体２及び積層体２の両端に設けられた一対の外部電極３を備える。また、積層体２は、誘電体層１４と内部電極層１５を積層した内層部１１を含む。

【0015】

以下の説明において、積層セラミックコンデンサ１の向きを表わす用語として、積層セラミックコンデンサ１において、一対の外部電極３が設けられている方向を長さ方向Ｘとする。誘電体層１４と内部電極層１５とが積層されている方向を積層方向Ｚとする。長さ方向Ｘ及び積層方向Ｚのいずれにも交差する方向を幅方向Ｙとする。なお、実施形態においては、幅方向Ｙは長さ方向Ｘ及び積層方向Ｚのいずれにも直交している。

【0016】

（積層体２の外表面）
また、積層体２の６つの外表面のうち、積層方向Ｚに相対する一対の外表面を第１主面２ａ１と第２主面２ａ２とし、幅方向Ｙに相対する一対の外表面を第１側面２ｂ１と第２側面２ｂ２とし、長さ方向Ｘに相対する一対の外表面を第１端面２ｃ１と第２端面２ｃ２とする。なお、第１主面２ａ１と第２主面２ａ２とを特に区別して説明する必要のない場合、まとめて主面２ａとし、第１側面２ｂ１と第２側面２ｂ２とを特に区別して説明する必要のない場合、まとめて側面２ｂとし、第１端面２ｃ１と第２端面２ｃ２とを特に区別して説明する必要のない場合、まとめて端面２ｃとして説明する。

【0017】

積層体２は、角部を含む稜線部Ｒ１に丸みがつけられていることが好ましい。稜線部Ｒ１は、積層体２の２面、すなわち主面２ａと側面２ｂ、主面２ａと端面２ｃ、又は、側面２ｂと端面２ｃが交わる部分である。

【0018】

（積層体２）
積層体２は、静電容量を形成する内層部１１と、内層部１１の積層方向Ｚの両側に配置される外層部１２と、内層部１１の幅方向Ｙの両側に配置されるサイドギャップ部１３と、を備える。

【0019】

（内層部１１）
内層部１１は、積層方向Ｚに沿って交互に積層された誘電体層１４と内部電極層１５とを含む。また、内層部１１は、後述する内部電極層１５の第１対向部１５２ａと第２対向部１５２ｂが誘電体層１４を介して対向する有効部１６と、後述する内部電極層１５の第１引き出し部１５１ａが誘電体層１４を介して対向する第１エンドギャップ部１７ａと、内部電極層１５の第２引き出し部１５１ｂが誘電体層１４を介して対向する第２エンドギャップ部１７ｂと、を含む。

【0020】

（誘電体層１４）
誘電体層１４は、セラミック材料で製造されている。セラミック材料としては、例えば、ＢａＴｉＯ_３を主成分とする誘電体セラミックが用いられる。

【0021】

（内部電極層１５）
内部電極層１５は、複数の第１内部電極層１５ａと、複数の第２内部電極層１５ｂとを備える。第１内部電極層１５ａと第２内部電極層１５ｂとは、交互に配置されている。第１内部電極層１５ａは、第２内部電極層１５ｂと対向する第１対向部１５２ａと、第１対向部１５２ａから第１端面２ｃ１側に引き出された第１引き出し部１５１ａとを備える。第１引き出し部１５１ａの端部は、第１端面２ｃ１に露出し、後述の第１外部電極３ａに電気的に接続されている。第２内部電極層１５ｂは、第１内部電極層１５ａと対向する第２対向部１５２ｂと、第２対向部１５２ｂから第２端面２ｃ２に引き出された第２引き出し部１５１ｂとを備える。第２引き出し部１５１ｂの端部は、後述の第２外部電極３ｂに電気的に接続されている。第１内部電極層１５ａの第１対向部１５２ａと、第２内部電極層１５ｂの第２対向部１５２ｂとに電荷が蓄積される。

【0022】

内部電極層１５は、例えばニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀－パラジウム（Ａｇ－Ｐｄ）合金、金（Ａｕ）等に代表される金属材料により形成されることが好ましい。

【0023】

（外層部１２）
外層部１２は、内層部１１を積層方向Ｚから挟み込むように配置され、積層セラミックコンデンサ１の第１主面２ａ１を形成する第１外層部１２ａと、積層セラミックコンデンサ１の第２主面２ａ２を形成する第２外層部１２ｂと、を備える。
外層部１２は、内層部１１の誘電体層１４と同じ材料で形成することができる。

【0024】

（サイドギャップ部１３）
サイドギャップ部１３は、内層部１１を幅方向Ｙから挟み込むように配置され、積層セラミックコンデンサ１の第１側面２ｂ１を形成する第１サイドギャップ部１３ａと、積層セラミックコンデンサ１の第２側面２ｂ２を形成する第２サイドギャップ部１３ｂと、を備える。サイドギャップ部１３は、誘電体層１４と同じの材料で形成することができる。

【0025】

（粒子径Ｄ５０の測定）
粒子径Ｄ５０は、例えば、以下の方法により測定することができる。積層セラミックコンデンサ１を、第１側面２ｂ１が露出するように垂直に立て、積層セラミックコンデンサ１の周りを樹脂で固める。その後、研磨機で積層セラミックコンデンサ１を略中央の高さまで研磨する。得られた断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を倍率１００００倍で撮影し、画像処理ソフトを用いて結晶粒子のＤ５０を求める。
なお、Ｄ５０は、結晶粒子の面積円相当径の累積分布において個数基準でそれぞれ累積５０％となる面積円相当径である。
また、ＳＥＭ写真では、所定の閾値によりＳＥＭ写真を二値化して結晶粒子のみを抽出し、それらの粒子径（面積円相当径）を評価することができる。

【0026】

有効部１６を積層方向Ｚに３等分し、上方から上部領域１６ａ、中間領域１６ｂ、及び下部領域１６ｃの３つの領域に分けたとき、中間領域１６ｂにある誘電体層１４を構成する結晶粒子２０の粒子径Ｄ５０は、他の２つの領域、すなわち上部領域１６ａあるいは下部領域１６ｃにある誘電体層１４を構成する結晶粒子２０の粒子径Ｄ５０より大きい。図４（ａ）は、図２に示す、有効部１６の上部領域１６ａのＡ部分を拡大した状態を示し、図４（ｂ）は、図２に示す、有効部１６の中間領域１６ｂのＢ部分を拡大した状態を示す。図４は、有効部１６の上部領域１６ａのＡ部分と中間領域１６ｂのＢ部分を対比して示すものであるが、有効部１６の下部領域１６ｃは、上部領域１６ａと実施的に同じ状態であることを確認することができる。

【0027】

中間領域１６ｂにおける誘電体層１４の結晶粒子２０を他の２つの領域の誘電体層１４の結晶粒子２０より大きくすることにより、積層セラミックコンデンサを小型化した場合にも、大容量化と信頼性を両立させることが可能となる。

【0028】

中間領域１６ｂにある誘電体層１４を構成する結晶粒子２０の粒子径Ｄ５０は、他の２つの領域にある誘電体層１４を構成する結晶粒子の粒子径Ｄ５０の２倍以上２０倍以下であることが好ましい。中間領域１６ｂにある誘電体層１４を構成する結晶粒子２０の粒子径Ｄ５０を他の２つの領域にある誘電体層１４を構成する結晶粒子の粒子径Ｄ５０の２倍以上２０倍以下とした場合、積層セラミックコンデンサを小型化した場合にも、大容量を維持することができるとともに、絶縁性と耐湿性を保持し、信頼性を維持することができる。

【0029】

中間領域１６ｂにある誘電体層１４は、積層方向Ｚにみて誘電体層１４の１層を形成する結晶粒子２０の数が１つである領域２０ａを含む。図４（ｂ）に示すように、中間領域１６ｂにある誘電体層１４の領域２０ａでは、誘電体層１４の１層を形成する結晶粒子が積層方向Ｚにみて１つである。中間領域１６ｂに、このような領域２０ａを備えることにより、積層セラミックコンデンサ１を小型化した場合にも、大容量を維持することが可能となる。

【0030】

（外部電極３）
外部電極３は、第１端面２ｃ１に設けられた第１外部電極３ａと、第２端面２ｃ２に設けられた第２外部電極３ｂとを備える。外部電極３は、端面２ｃだけでなく、端面２ｃに続く主面２ａ及び側面２ｂの一部も覆っている。

【0031】

上述のように、第１内部電極層１５ａの第１引き出し部１５１ａの端部は第１端面２ｃ１に露出し、第１外部電極３ａに電気的に接続されている。また、第２内部電極層１５ｂの第２引き出し部１５１ｂの端部は第２端面２ｃ２に露出し、第２外部電極３ｂに電気的に接続されている。これにより、第１外部電極３ａと第２外部電極３ｂとの間は、複数のコンデンサ要素が電気的に並列に接続された構造となっている。

【0032】

また、外部電極３は、例えば下地電極層３０とめっき層３１を含む。なお、外部電極３が、このような層状構造であることは、必ずしも必要でない。

【0033】

下地電極層３０は、例えば、銅（Ｃｕ）を含む導電性ペーストを塗布、焼き付けることにより形成される。また、下地電極層３０はガラスを含んでもよい。

【0034】

めっき層３１は、下地電極層３０の表面に配置されたニッケル（Ｎｉ）めっき層３１ａと、その表面に配置された錫（Ｓｎ）めっき層３１ｂとを含む。なお、めっき層３１の構成は、これに限定されるものではない。

【0035】

（積層セラミックコンデンサ１の製造方法）
積層セラミックコンデンサ１の製造方法について、図５を用いて説明する。

【0036】

セラミックス粉末、バインダ及び溶剤を含むセラミックスラリーをキャリアフィルムの表面においてダイコータ、グラビアコータ、マイクログラビアコータ等を用いてシート状に成形して誘電体層１４となる積層用セラミックグリーンシート１０１を作成する。次いで、積層用セラミックグリーンシート１０１に導電体ペーストをスクリーン印刷、インクジェット印刷、グラビア印刷等によって帯状に印刷し、積層用セラミックグリーンシート１０１の表面に内部電極層１５となる導電パターン１０２を印刷して素材シート１０３を作成する。

【0037】

続いて、図５（ａ）に示すように、導電パターン１０２が同一の方向を向き且つ導電パターン１０２が隣り合う素材シート１０３間において長さ方向において半ピッチずつずれた状態になるように、複数の素材シート１０３を積み重ねる。さらに、複数枚積層された素材シート１０３の両側にそれぞれ、外層部１２となる外層部用セラミックグリーンシート１１２を積み重ねる。

【0038】

積み重ねた複数の素材シート１０３と外層部用セラミックグリーンシート１１２とを熱圧着し、図５（ｂ）に示すマザーブロック１１０を作成する。

【0039】

次いで、マザーブロック１１０を、図５（ｂ）に示す切断線ｘ及び切断線ｘと交差する切断線ｙに沿って切断し、図５（ｃ）に示す積層体２を複数製造する。

【0040】

上記工程によれば、外層部１２とサイドギャップ部１３は、積層体２の形成と同時に形成することができるが、マザーブロック部材から切り出すことにより、まず、内部電極層１５の幅方向Ｙの端部が両側面に露出した内層部１１を形成し、つぎに、露出した内部電極層１５の端部を覆うように、内層部１１の両側面にサイドギャップ部１３を貼り付け、積層体２を形成してもよい。このとき、貼り付けるサイドギャップ部１３は、誘電体層１４と同様の誘電体セラミック材料を用いることができる。また、サイドギャップ部１３は、セラミックペーストを内層部１１の両側面に塗布することにより形成してもよい。

【0041】

続いて、積層体２の端面２ｃに、銅（Ｃｕ）を含む導電性ペーストを塗布、焼き付けることにより下地電極層３０を形成する。下地電極層３０は、積層体２両側の端面２ｃのみならず、積層体２の主面２ａ側及び側面２ｂ側まで延びて、主面２ａの端面２ｃ側の一部も覆うように形成する。

【0042】

次いで、下地電極層３０の表面にニッケル（Ｎｉ）めっき層３１ａと、その表面に配置される錫（Ｓｎ）めっき層３１ｂとを形成し、図５（ｄ）に示す積層セラミックコンデンサ１を製造する。

【0043】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

【符号の説明】

【0044】

１ 積層セラミックコンデンサ
２ 積層体
２ａ 主面
２ｂ 側面
２ｃ 端面
３ 外部電極
１１ 内層部
１２ 外層部
１３ サイドギャップ部
１４ 誘電体層
１５ 内部電極層
１６ 有効部
１６ａ 上部領域
１６ｂ 中間領域
１６ｃ 下部領域
１７ エンドギャップ部
２０ 結晶粒子
２０ａ 領域
３０ 下地電極層
３１ めっき層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】