特許 7671657 積層電子部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-23

(45)【発行日】2025-05-02

(54)【発明の名称】積層電子部品

(51)【国際特許分類】

   H01G 4/30 20060101AFI20250424BHJP

【ＦＩ】

H01G4/30 201K

H01G4/30 512

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021145969

(22)【出願日】2021-09-08

(65)【公開番号】P2023039031

(43)【公開日】2023-03-20

【審査請求日】2024-04-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(72)【発明者】

【氏名】井口 俊宏

(72)【発明者】

【氏名】永島 義崇

(72)【発明者】

【氏名】奥井 保弘

(72)【発明者】

【氏名】石津谷 正英

(72)【発明者】

【氏名】日高 優貴

【審査官】小南 奈都子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１０７４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１３７０７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｇ ４／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の誘電体層と、
前記複数の誘電体層と交互に積層された複数の電極層と、を備え、
前記複数の誘電体層についての任意の複数の箇所における前記誘電体層の厚さの分布の歪度は、０．２以上である、積層電子部品。

【請求項2】

前記分布の歪度は、０．６以下である、請求項１に記載の積層電子部品。

【請求項3】

前記分布の尖度は、３．２以上である、請求項１又は２に記載の積層電子部品。

【請求項4】

前記分布の尖度は、５．０以下である、請求項３に記載の積層電子部品。

【請求項5】

前記複数の誘電体層の厚さの平均値は、０．４μｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の積層電子部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層電子部品に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、積層電子部品の一種である積層セラミックコンデンサが記載されている。特許文献１に記載された積層セラミックコンデンサは、誘電体層と内部電極層とが交互に積層されて構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１６０１３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような積層電子部品には、信頼性を高めるために、高温負荷寿命を向上することが求められる。また、クラックの発生を抑制することが併せて求められる。

【0005】

そこで、本発明は、高温負荷寿命を向上することができると共に、クラックの発生を抑制することができる積層電子部品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】

【0006】

本発明の積層電子部品は、複数の誘電体層と、複数の誘電体層と交互に積層された複数の電極層と、を備え、複数の誘電体層についての任意の複数の箇所における誘電体層の厚さの分布の歪度は、０．２以上である。

【0007】

この積層電子部品では、複数の誘電体層についての任意の複数の箇所における誘電体層の厚さの分布の歪度が、０．２以上となっている。これにより、厚さの分布が左側（薄い側）に偏った分布となり、薄い側における厚さのばらつきが小さくなる。その結果、誘電体層において薄い部分を少なくすることができ、高温負荷寿命を向上することができる。また、歪度が０．２以上であることで、厚さの分布の右側（厚い側）の裾が長くなり、誘電体層に厚い部分を含ませることができる。その結果、誘電体層と電極層との間の接触面積を増加させて接合強度を確保することができ、クラックの発生を抑制することができる。よって、この積層電子部品によれば、高温負荷寿命を向上することができると共に、クラックの発生を抑制することができる。

【0008】

分布の歪度は、０．６以下であってもよい。この場合、歪度が過剰に大きいことで誘電体層により形成される静電容量のばらつきが増加してしまう事態の発生を抑制することができる。

【0009】

分布の尖度は、３．２以上であってもよい。この場合、厚さの分布の裾を厚くすることができ、誘電体層に厚い部分を多く含ませることができる。その結果、クラックの発生を一層抑制することができる。

【0010】

分布の尖度は、５．０以下であってもよい。この場合、尖度が過剰に大きいことで誘電体層により形成される静電容量のばらつきが増加してしまう事態の発生を抑制することができる。

【0011】

複数の誘電体層の厚さの平均値は、０．４μｍ以下であってもよい。このように誘電体層が薄い場合、誘電体層に高い電界強度が作用するため、高温負荷寿命が低下し易い。また、積層電子部品中における電極層の割合が相対的に増加するため、クラックが発生し易くなる。対して、この積層電子部品によれば、そのような場合でも、高温負荷寿命を向上することができると共に、クラックの発生を抑制することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、高温負荷寿命を向上することができると共に、クラックの発生を抑制することができる積層電子部品を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態の積層電子部品の断面図である。

【図2】歪度を説明するためのグラフである。

【図3】尖度を説明するためのグラフである。

【図4】実施形態の積層電子部品における誘電体層の厚さの分布の例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［積層電子部品の構成］

【0015】

図１には、積層セラミックコンデンサである積層電子部品１が示されている。積層電子部品１は、素体２を備えている。素体２は、例えば略直方体状に形成されている。素体２は、一対の主面２ａと、第１側面２ｂ及び第２側面２ｃと、を有する。一対の主面２ａは、第１方向Ｄ１において互いに対向する。第１側面２ｂ及び第２側面２ｃは、第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２において互いに対向する。一方の主面２ａは、実装面を構成する。積層電子部品１は、例えば、一方の主面２ａにおいて実装対象（例えば電子部品又は基板等）に半田付けにより実装される。積層電子部品１は、例えば、車両に搭載されて用いられる車載用の積層電子部品である。この場合、積層電子部品１には、高い高温負荷寿命が求められる。

【0016】

素体２は、複数の誘電体層３と、複数の電極層４と、を有する。複数の電極層４は、第１電極層１０と、複数の第２電極層２０と、を含む。各誘電体層３は、例えば誘電体材料（ＢａＴｉＯ_３系、Ｂａ(Ｔｉ，Ｚｒ)Ｏ_３系、（Ｂａ，Ｃａ）ＴｉＯ_３系、ＣａＺｒＯ_３系、又は（Ｃａ，Ｓｒ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３系等の誘電体セラミック）を含むセラミックグリーンシート（誘電体シート）の焼結体からなる。実際の素体２においては、隣り合う誘電体層３は、互いの間の境界を視認することができない程度に一体化されている。複数の誘電体層３の厚さの平均値は、例えば１０μｍ以下であり、この例では０．４μｍ以下である。素体２は、例えば、少なくとも１０層又は２０層以上の誘電体層３を含んでいる。

【0017】

複数の誘電体層３と複数の電極層４とは、第１方向Ｄ１に沿って交互に積層されている。この例では、複数の第１電極層１０と複数の第２電極層２０とが、第１方向Ｄ１において誘電体層３を介して互いに向かい合うように交互に配置されている。第１電極層１０は、素体２の第１側面２ｂに至るように延在しており、第２電極層２０は、素体２の第２側面２ｃに至るように延在している。

【0018】

電極層４は、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、又はこれらの合金等の導電性材料により形成されている。電極層４は、例えば、当該導電性材料を含む導電性ペースト（導電層）の焼結体からなる。電極層４は、素体２内に配置された内部電極として機能する。第１電極層１０及び第２電極層２０は、互いに異なる極性を有する。積層電子部品１においては、第１電極層１０と第２電極層２０とが互いに向かい合うことによって静電容量が形成される。

【0019】

積層電子部品１は、実装対象と電気的に接続される一対の外部電極５を更に備えている。一対の外部電極５は、素体２の第１側面２ｂ及び第２側面２ｃ上にそれぞれ形成されている。一方の外部電極５は、第１側面２ｂにおいて第１電極層１０に電気的に接続されており、他方の外部電極５は、第２側面２ｃにおいて第２電極層２０に電気的に接続されている。
［積層電子部品の製造方法］

【0020】

積層電子部品１の製造時には、まず、複数の誘電体シートが用意される（用意工程）。誘電体シートは、焼成後に誘電体層３となるセラミック部材である。続いて、複数の誘電体シートと複数の導電層とが交互に積層される（積層工程）。導電層は、焼成後に電極層４となる層であり、例えば導電性ペーストである。

【0021】

続いて、積層工程により得られた積層体が第１方向Ｄ１に加圧される（加圧工程）。この加圧工程により隣接する層同士が一体化され、所定の大きさを有するチップが得られる。なお、切断後に各々がチップとなる複数の部分を有する積層体を加圧工程において加圧し、その後に積層体を切断することで所定の大きさを有する複数のチップを得てもよい。続いて、チップが焼成されることで、素体２が得られる。その後、素体２の外面に外部電極５を設ける工程等を経て、積層電子部品１が得られる。
［誘電体層の厚さの分布の歪度及び尖度］

【0022】

積層電子部品１では、複数の誘電体層３についての任意の複数の箇所における誘電体層３の厚さの分布の歪度が０．２以上０．６以下となっており、当該分布の尖度が３．２以上５．０以下となっている。以下、この点について説明する。

【0023】

図２は、歪度を説明するためのグラフであり、図３は、尖度を説明するためのグラフである（参考文献：Cain, Meghan K., Zhiyong Zhang, and Ke-Hai Yuan, "Univariateand multivariate skewness and kurtosis for measuring nonnormality: Prevalence,influence and estimation." Behavior research methods 49.5 (2017), 1716-1735）。確率変数Ｘが従う確率分布の歪度Ａは式（１）により定義され、尖度Ｂは式（２）により定義される。

【数1】

【数2】

【0024】

式（１）及び式（２）において、Ｅ（Ｘ）は確率変数Ｘの期待値、μは確率変数Ｘの平均値、σは確率変数Ｘの標準偏差である。歪度は非対称性の指標であり、確率分布が正規分布である場合にはゼロとなる。尖度は尖りの程度を表す指標であり、確率分布が正規分布である場合に３となる。すなわち、本明細書では、尖度は、確率分布が正規分布である場合にゼロとなる過剰尖度とは異なり、確率分布が正規分布である場合に３となるように定義される。

【0025】

図２には、歪度がそれぞれ０．９５，０，－０．３である３つの確率分布が示されている。図２に示されるように、歪度が正の値である場合、分布が左側（確率変数が小さい側）に偏った分布となり、分布の右側（確率変数が大きい側）の裾が長くなる。そのため、分布の右側に対応する、確率変数が大きな事象が発生し易くなる。一方、歪度が負の値である場合、分布が右側に偏った分布となり、分布の左側の裾が長くなる。そのため、分布の左側に対応する、確率変数が小さな事象が発生し易くなる。

【0026】

図３には、尖度がそれぞれ３，０，－１である３つの確率分布が示されている。いずれの確率分布においても分散は１である。図３に示されるように、尖度が３よりも大きい場合、分布の裾が厚くなる。すなわち、分布の両端部に対応する、確率変数が極端に大きな事象が発生し易くなる。

【0027】

上述したとおり、積層電子部品１では、複数の誘電体層３についての任意の複数の箇所における誘電体層３の厚さの分布の歪度が０．２以上０．６以下となっており、当該分布の尖度が３．２以上５．０以下となっている。当該分布は、例えば、次のように算出される。積層電子部品１について、積層方向（第１方向Ｄ１）に沿った断面の画像を１枚取得する。当該画像は、例えばレーザ顕微鏡を用いて取得される。当該画像に含まれる複数の誘電体層３について、任意の複数の箇所（例えば３０００箇所）において誘電体層３の厚さを測定する。誘電体層３の厚さを測定する位置は、例えばランダムに選択されるが、所定の間隔を空けて並ぶ複数の位置において誘電体層３の厚さが測定されてもよい。測定された厚さに基づいて、確率変数を誘電体層３の厚さとする確率分布を算出することができる。

【0028】

図４は、積層電子部品１における誘電体層３の厚さの分布の例を示すグラフである。この分布は、３０００箇所において測定された誘電体層３の厚さ（μｍ）に基づいて算出されている。この例では、分布の歪度は０．４２であり、尖度は３．２９であった。誘電体層３の厚さの平均値は０．３８μｍであり、標準偏差は０．０５であった。このように、積層電子部品１では、誘電体層３の厚さの分布の歪度が、０．２以上０．６以下となっている。また、分布の尖度が、３．２以上５．０以下となっている。

【0029】

歪度及び尖度の調整方法について説明する。概略的には、上述した製造工程中の用意工程において、複数の誘電体シートについての任意の複数の箇所における誘電体シートの厚さの分布の歪度が０．２以上０．６以下となり、且つ当該分布の尖度が３．２以上５．０以下となるように、複数の誘電体シートを用意する。これにより、積層工程により得られる積層体において、誘電体シートの厚さの分布の歪度が０．２以上０．６以下となり、且つ当該分布の尖度が３．２以上５．０以下となる。また、最終的に得られる積層電子部品１において、誘電体層３の厚さの分布の歪度が０．２以上０．６以下となり、且つ当該分布の尖度が３．２以上５．０以下となる。

【0030】

より具体的には、用意工程では、例えば、誘電体シートの厚さを測定し、厚さが所定の閾値よりも小さい誘電体シートを除外する一方で、厚さが当該閾値以上である誘電体シートを除外しない（使用する）ことにより、誘電体シートの厚さの分布の歪度が０．２以上となるように複数の誘電体シートを用意する。誘電体シートの厚さは、例えばＸ線等を用いて測定される。閾値としては、例えば、１００枚の誘電体シートの厚さを測定し、それらの厚さの平均値に所定の係数（例えば、０．２）を乗算した値を用いることができる。このように厚さが閾値よりも小さい誘電体シートを使用しないことで、歪度を０．２以上に制御することができる。

【0031】

また、用意工程では、例えば、分散剤の含有量が所定値よりも小さい誘電体シートを使用することにより、誘電体シートの厚さの分布の尖度が３．２以上となるように誘電体シートを用意する。このように、分散剤の含有量を減少させることにより、厚さのばらつきの大きな誘電体シートを作製することができる。

【0032】

或いは、用意工程では、誘電体シートの厚さの分布の尖度が３．２以上となるように、厚さの平均値が第１値である第１誘電体シートと、厚さの平均値が第１値とは異なる第２値である第２誘電体シートとを用意してもよい。この場合、積層工程では、第１誘電体シート及び第２誘電体シートが誘電体シートとして使用されて積層される。このように厚さが異なる誘電体シートを混在させて積層することによっても、尖度を制御することができる。例えば、第１誘電体シートよりも厚い（すなわち、第２値が第１値よりも大きい）第２誘電体シートを第１誘電体シートよりも少ない数だけ用意し、大部分が第１誘電体シートにより構成された積層体中に第２誘電体シートを混在させることで、すべての誘電体シートを第１誘電体シートにより構成する場合と比べて、尖度を大きくすることができる。
［作用及び効果］

【0033】

積層電子部品１では、複数の誘電体層３についての任意の複数の箇所における誘電体層３の厚さの分布の歪度が、０．２以上となっている。これにより、厚さの分布が左側（薄い側）に偏った分布となり、薄い側における厚さのばらつきが小さくなる。その結果、誘電体層３において薄い部分を少なくすることができ、高温負荷寿命を向上することができる。すなわち、誘電体層３に基準値よりも薄い部分が多く含まれていると、高温負荷寿命が低下するおそれがあるが、積層電子部品１では、誘電体層３に含まれる薄い部分が少ないため、高温負荷寿命を向上することができる。上述したとおり、高温負荷寿命は、積層電子部品１が車載用であり高温環境下で用いられる場合に特に重要となる。また、歪度が０．２以上であることで、厚さの分布の右側（厚い側）の裾が長くなり、誘電体層３に厚い部分を含ませることができる。その結果、誘電体層３と電極層４との間の接触面積を増加させて接合強度を確保することができ、クラックの発生を抑制することができる。よって、積層電子部品１によれば、高温負荷寿命を向上することができると共に、クラックの発生を抑制することができる。

【0034】

すなわち、通常、積層セラミックコンデンサにおける誘電体層の厚さの分布は、正規分布に近いと考えられる。そのような積層セラミックコンデンサにおいて、例えば、単に誘電体層３の厚さのばらつきを小さくすると、薄い部分を少なくして高温負荷寿命を向上することができるが、誘電体層と電極層との間の接合強度が低下してクラックが発生しやすくなってしまう。これに対して、積層電子部品１では、誘電体層３の厚さの分布の歪度を０．２以上とすることにより、誘電体層３において薄い部分を少なくして高温負荷寿命を向上しながら、誘電体層３に厚い部分を含ませて誘電体層３と電極層４との間の接合強度を確保し、クラックの発生を抑制することができる。このように、積層電子部品１によれば、高温負荷寿命の向上と、クラックの発生の抑制とを両立することができる。

【0035】

誘電体層３の厚さの分布の歪度が、０．６以下である。これにより、歪度が過剰に大きいことで誘電体層３により形成される静電容量のばらつきが増加してしまう事態の発生を抑制することができる。

【0036】

誘電体層３の厚さの分布の尖度が、３．２以上である。これにより、厚さの分布の裾を厚くすることができ、誘電体層３に厚い部分を多く含ませることができる。その結果、クラックの発生を一層抑制することができる。すなわち、誘電体層３の厚さの分布の尖度が、３．２以上であり、且つ歪度が０．２以上であることで、誘電体層３に厚い部分を多く含ませてクラックの発生を抑制しながら、薄い部分の増加を抑制して高温負荷寿命の低下を抑制することができる。

【0037】

誘電体層３の厚さの分布の尖度が、５．０以下である。これにより、尖度が過剰に大きいことで誘電体層３により形成される静電容量のばらつきが増加してしまう事態の発生を抑制することができる。

【0038】

複数の誘電体層３の厚さの平均値が、０．４μｍ以下である。このように誘電体層３が薄い場合、誘電体層３に高い電界強度が作用するため、高温負荷寿命が低下し易い。また、積層電子部品１中における電極層４の割合が相対的に増加するため、クラックが発生し易くなる。対して、積層電子部品１によれば、そのような場合でも、高温負荷寿命を向上することができると共に、クラックの発生を抑制することができる。

【0039】

本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。積層電子部品１は、積層圧電アクチュエータ、積層バリスタ、積層サーミスタ、又は積層複合部品等であってもよい。

【符号の説明】

【0040】

１…積層電子部品、３…誘電体層、４…電極層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】