CN104620341A - 层叠陶瓷电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种绝缘电阻值不易衰减的层叠陶瓷电容器。层叠陶瓷电容器(10)是在将包含层叠方向上邻接的2个内部电极层(12)与***至该2个内部电极层(12)之间的1个电介质层(13)的部分视为单位电容器时，排列在层叠方向上的共计19个单位电容器(UC1～UC19)各自的静电电容具有层叠方向中央小于层叠方向两侧的分布。

Description

层叠陶瓷电容器
技术领域
本发明是关于一种包含具有多层内部电极层隔着电介质层层叠而成的结构的电容器主体的层叠陶瓷电容器。
背景技术
对于此种层叠陶瓷电容器的小型化及大电容化的需求依然较高，而满足该需求则无法避免内部电极层与电介质层进一步薄层化。然而，若电介质层发展薄层化，具体而言，若电介质层的厚度达到1.0μm以下，则容易产生层叠陶瓷电容器的绝缘电阻值劣化。
所述绝缘电阻值劣化被认为主要原因在于高电场下产生于电介质结晶的氧缺陷(结构缺陷)，但在任何情况下，该绝缘电阻值的劣化将直接关系到层叠陶瓷电容器的寿命，因此，要求及早改善。
本发明者是在考量成本的基础上，对所述绝缘电阻值劣化的改善方案进行了各种摸索，最终，开发出可通过与下述专利文献1中记载的方法不同的方法，抑制该绝缘电阻值劣化，从而完成本发明。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2005-281066号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明的目的在于提供一种绝缘电阻值不易劣化的层叠陶瓷电容器。
[解决问题的技术手段]
为达成所述目的，本发明是一种层叠陶瓷电容器，包含具有多层内部电极层隔着电介质层层叠而成的结构的电容器主体，其特征在于：在将包含层叠方向上邻接的2个内部电极层与***至该2个内部电极层之间的1个电介质层的部分视为单位电容器时，排列在层叠方向上的多个单位电容器各自的静电电容具有层叠方向中央小于层叠方向两侧的分布。
[发明的效果]
排列在层叠方向上的多个单位电容器各自的静电电容具有层叠方向中央小于层叠方向两侧的分布的层叠陶瓷电容器与不具有此种分布的层叠陶瓷电容器相比，不易产生绝缘电阻值劣化。因此，即便为满足小型化及大电容化需求而发展电介质层的薄层化，也可提供不易产生绝缘电阻值劣化的层叠陶瓷电容器。
本发明的所述目的及其以外的目的、构成特征、及作用效果是由以下的说明与附图阐明。
附图说明
图1(A)是应用本发明的层叠陶瓷电容器的纵剖视图；图1(B)是该层叠陶瓷电容器的沿着图1(A)的B-B线的横剖视图；图1(C)是表示该层叠陶瓷电容器的等效电路的图；图1(D)是表示该层叠陶瓷电容器所包含的单位电容器各自的静电电容的分布的图。
图2是表示实施样品1及2与比较样品1分别包含的单位电容器的各自的静电电容分布的图。
图3是表示实施样品1～6与比较样品1～3的各自的静电电容及HALT结果的图。
具体实施方式
《层叠陶瓷电容器的结构》
首先，引用图1(A)～(D)，对应用本发明的层叠陶瓷电容器10的结构进行说明。
图1(A)及(B)所示的层叠陶瓷电容器10包含：大致长方体形状的电容器主体11，长度、宽度及高度的基准尺寸具有长度＞宽度＝高度的尺寸关系；及1对外部电极14，设置在该电容器主体11的长度方向两端部。顺带而言，所述长度相当于图1(A)中的左右方向的尺寸，所述宽度相当于图1(B)中的上下方向的尺寸，所述高度相当于图1(A)中的上下方向的尺寸。而且，所述尺寸关系并不限定于长度＞宽度＝高度，例如也可以是长度＞宽度＞高度的尺寸关系。
电容器主体11具有共计20层内部电极层12隔着电介质层13(共计19层)层叠而成的结构。而且，在电容器主体11的最上位的内部电极层12的上侧与最下位的内部电极层12的下侧，存在仅层叠多层电介质层13而构成的上下裕量(margin)(无符号)。进而，在电容器主体11的宽度方向一侧与宽度方向另一侧，存在仅由多层电介质层13构成的左右裕量(无符号)。顺带而言，在图1(A)及(B)中，为便于图示，而表示内部电极层12的数量设为20的层叠陶瓷电容器10，但满足小型化及大电容化的需求的实际的层叠陶瓷电容器的内部电极层的数量可达到100以上。
各内部电极层12包含镍、铜、钯、铂、银、金、或该等的合金等，且各厚度、组成及俯视形状(大致矩形)大致相同。各电介质层13也包括构成上下裕量的电介质层13在内，含有钛酸钡、钛酸锶、钛酸钙、钛酸镁、锆酸钙、锆钛酸钙、锆酸钡、或氧化钛等，且各厚度、组成及俯视形状(大致矩形)大致相同，但该俯视形状是长度及宽度大于各内部电极层12的俯视形状。
共计20层的内部电极层12中的图1(A)中自上而下第奇数层的内部电极层12(共计10层)与自上而下第偶数层的内部电极层12(共计10层)是在长度方向上错开，且自上而下第奇数层的内部电极层12是电性连接在左侧的外部电极14，且自上而下第偶数层的内部电极层12是电性连接在右侧的外部电极14。
各外部电极14具有密接于电容器主体11的长度方向两端部的基底层(无符号)、与形成在该基底层的表面的表面层的2层结构，或者在基底层与表面层之间包含中间层的3层结构。基底层优选包含与内部电极层12相同的材料，且表面层包含锡、钯、金、或锌等，中间层包含铂、钯、金、铜、或镍等。
所述层叠陶瓷电容器10是在将包含电容器主体11的上下方向、即层叠方向上邻接的2个内部电极层12与***至该2个内部电极层12之间的1个电介质层13的部分视为单位电容器时，如图1(C)所示，可视为包含排列在层叠方向上的共计19个单位电容器UC1～UC19，且该单位电容器UC1～UC19并联连接于1对外部电极14。
图1(D)是在自所述层叠陶瓷电容器10卸除1对外部电极14的状态下，利用手动探针仪(manual prober)与LCR测量仪(Agilent制造的4284A)分别地测定共计19个单位电容器UC1～UC19各自的静电电容，并将排列在层叠方向上的共计19个单位电容器UC1～UC19各自的静电电容绘制成二维图表。
根据图1(D)可知，在所述层叠陶瓷电容器10中，排列在层叠方向上的共计19个单位电容器UC1～UC19各自的静电电容具有层叠方向中央小于层叠方向两侧的分布。详细而言，排列在层叠方向上的共计19个单位电容器UC1～UC19各自的静电电容具有自层叠方向两侧的单位电容器UC1及UC19朝向层叠方向中央的单位电容器UC10逐渐降低的分布。
《层叠陶瓷电容器的第1制造方法》
其次，对适合获得所述层叠陶瓷电容器10的第1制造方法进行说明。
在制造时，准备包含钛酸钡粉末、乙醇(溶剂)、聚乙烯丁醛(粘合剂)、及分散剂等添加剂的电介质层用浆料、与包含镍粉末、松油醇(溶剂)、乙基纤维素(粘合剂)、及分散剂等添加剂的内部电极层用膏。
接着，在载具膜上使用模涂机等以特定厚度及宽度涂覆电介质层用浆料后，实施干燥处理，制作第1薄片，并且在该第1薄片上，使用丝网印刷机等以特定厚度及形状矩阵状地印刷内部电极层用膏后实施干燥处理，制作第2薄片。
接着，使用冲裁刀及具有加热器的吸附头等，将自第1薄片冲裁所得的特定形状的第3薄片叠合特定数为止，进行热压接，且在其上叠合自第2薄片冲裁所得的特定形状的第4薄片(包含矩阵状地印刷且经干燥的薄片)至特定数为止，进行热压接，且在其上叠合自第1薄片冲裁所得的特定形状的第3薄片至特定数为止，进行热压接，并使用热等静压机等最终性地对其进行热压接，制作未煅烧层叠薄片。
接着，使用晶圆切片机等将未煅烧层叠薄片切断成晶格状，制作与电容器主体11相对应的未煅烧芯片。
接着，将多个未煅烧芯片投入煅烧炉中，在还原性环境下、或低氧分压环境下，以与所述镍粉末及所述钛酸钡粉末相应的温度分布进行煅烧(包含脱脂处理与煅烧处理)。该煅烧步骤的关键之处在于：煅烧处理中的升温采用急速升温、例如5000～10000℃/hr，自未煅烧芯片的表面朝向中心，有意识地呈现烧结进度低下。
接着，在已煅烧过的芯片的长度方向两端部，使用辊筒涂层机等涂覆外部电极用膏(沿用内部电极层用膏)，并在所述相同环境下实施焙烧处理，形成基底层，接着，在该基底层的表面利用电解镀敷形成表面层、或中间层及表面层，从而制作1对外部电极。
《层叠陶瓷电容器的第2制造方法》
其次，对适合获得所述层叠陶瓷电容器10的第2制造方法进行说明。
该第2制造方法与所述第1制造方法不同之处在于：(1)在所述准备步骤中，不仅准备所述电介质层用浆料与所述内部电极层用膏，而且准备对所述电介质层用浆料中添加烧结助剂所得的第2电介质层用浆料，(2)在所述薄片制作步骤中，不仅制作所述第2薄片，而且在载具膜上使用模涂机等以特定厚度及宽度涂覆第2电介质层用浆料，实施干燥处理，制作第5薄片，(3)在所述未煅烧层叠薄片制作步骤中，将自第5薄片冲裁的特定形状的第6薄片叠合至特定数为止进行热压接，且在其上叠合自第2薄片冲裁的特定形状的第4薄片(包含矩阵状印刷干燥所得的薄片)至特定数为止进行热压接，且在其上叠合自第5薄片冲裁的特定形状的第6薄片至特定数为止进行热压接，且利用热等静压机等对其最终进行热压接，制作未煅烧层叠薄片。其他制程因与所述第1制造方法相同而省略其说明。
在准备构成中准备第2电介质层用浆料，在薄片制作步骤中制作由该第2电介质层用浆料获得的第5薄片，且在未煅烧层叠薄片制作步骤中将由该第5薄片获得的第6薄片层叠在上下部分的原因在于，在煅烧步骤的煅烧处理中，在未煅烧芯片的相当于上下裕量的部分，更显著地呈现烧结进展。第2电介质层用浆料的烧结助剂可利用二氧化硅或稀土类氧化物，且其添加量优选0.5～5.0wt％。
《实施样品1～6与比较样品1～3》
其次，对为确认所述层叠陶瓷电容器10的结构及特性而准备的实施样品1～6与比较样品1～3进行说明。
实施样品1、3及5是依照所述第1制造方法而制造，实施样品2、4及6是依照所述第2制造方法而制造，比较样品1～3是依照将所述第1制造方法的煅烧步骤中的升温设为通常升温、例如300～600℃/hr的制造方法而制造。
实施样品1～6与比较样品1～3均为1005型(长度、宽度及高度的基准尺寸分别为1.0mm、0.5mm、0.5mm)，且内部电极层数为100。而且，实施样品1及2与比较样品1各自的电介质层的厚度为1.0μm，且内部电极层的厚度为1.2μm，实施样品3及4与比较样品2各自的电介质层的厚度为0.8μm，且内部电极层的厚度为1.2μm，实施样品5及6与比较样品3各自的电介质层的厚度为3.0μm，且内部电极层的厚度为1.2μm。
即，实施样品1～6与比较样品1～3是分别在将包含层叠方向上邻接的2个内部电极层与***至该2个内部电极层之间的1个电介质层的部分视为单位电容器时，可视为包含排列在层叠方向上的共计99个单位电容器UC1～UC99，且该单位电容器UC1～UC99并联连接于1对外部电极。
《实施样品1～6与比较样品1～3的各自结构的确认》
其次，对使用所准备的实施样品1～6与比较样品1～3确认各个结构的结果进行说明。
图2是在自实施样品1及2与比较样品1分别卸除1对外部电极的状态下，利用手动探针仪与LCR测量仪(Agilent制造的4284A)单独地测定共计99个单位电容器UC1～UC99的各自的静电电容，并将排列在层叠方向上的共计99个单位电容器UC1～UC99各自的静电电容绘制成与图1(D)相同的二维图表。
根据图2可知，在实施样品1及2各自中，排列在层叠方向上的共计99个单位电容器UC1～UC99各自的静电电容具有层叠方向中央小于层叠方向两侧的分布，详细而言，排列在层叠方向上的共计99个单位电容器UC1～UC99各自的静电电容具有自层叠方向两侧的单位电容器UC1及UC99朝向层叠方向中央的单位电容器UC50逐渐降低的分布。另一方面，在比较样品1中，排列在层叠方向上的共计99个单位电容器UC1～UC99各自的静电电容具有略微增减但大致直线性的分布。
即，在实施样品1及2各自中，可确认排列在层叠方向上的共计99个单位电容器UC1～UC99各自的静电电容分布与图1(D)所示的共计19个单位电容器UC1～UC19各自的静电电容的分布相同，并且可确认该分布与比较样品1的分布明显不同。
虽省略图示，但即便在实施样品3及4各自中、及实施样品5及各自中，排列在层叠方向上的共计99个单位电容器UC1～UC99各自的静电电容也具有层叠方向中央小于层叠方向两侧的分布，详细而言，排列在层叠方向上的共计99个单位电容器UC1～UC99各自的静电电容具有自层叠方向两侧的单位电容器UC1及UC99朝向层叠方向中央的单位电容器UC50逐渐降低的分布。另一方面，在比较样品2及3各自中，排列在层叠方向上的共计99个单位电容器UC1～UC99各自的静电电容具有略微增减但大致直线性的分布。
《实施样品1～6与比较样品1～3的各自特性的确认》
其次，对使用所准备的实施样品1～6与比较样品1～3确认各个特性的结果进行说明。
图3是将在实施下述HALT(高加速寿命试验：HighlyAccelerated Life Test)前，利用LCR测量仪(Agilent制造的4284A)测定实施样品1～6与比较样品1～3各自的静电电容所得的值(单位为nF)记入静电电容栏，并将对实施样品1～6与比较样品1～3分别实施HALT时的结果(单位为sec)记入HALT结果栏。
实施样品1及2与比较样品1各自的HALT条件是温度为125℃及施加电压为20V，实施样品3及4与比较样品2各自的HALT条件是温度为125℃及施加电压为10V，实施样品5及6与比较样品3各自的HALT条件是温度为125℃及施加电压为50V。而且，实施样品1～6与比较样品1～3各自的HALT结果是开始HALT起至绝缘电阻值成为1×105Ω以下为止的时间。
根据图3可知，实施样品1及2各自的静电电容与比较样品1的静电电容之间虽未确认显著的差异，但可确认实施样品1及2各自的HALT结果优于比较样品1的HALT结果，详细而言，可确认实施样品1的HALT结果是比较样品1的HALT结果的约2.4倍，实施样品2的HALT结果是比较样品1的HALT结果的约2.4倍。
而且，实施样品3及4各自的静电电容与比较样品2的静电电容之间虽未确认显著的差异，但可确认实施样品3及4各自的HALT结果优于比较样品2的HALT结果，详细而言，可确认实施样品3的HALT结果是比较样品2的HALT结果的约29.4倍，实施样品4的HALT结果是比较样品2的HALT结果的约28.5倍。
进而，实施样品5及6各自的静电电容与比较样品3的静电电容之间虽未确认显著的差异，但可确认实施样品5及6各自的HALT结果优于比较样品3的HALT结果，详细而言，可确认实施样品5的HALT结果是比较样品3的HALT结果的约1.5倍，实施样品6的HALT结果是比较样品3的HALT结果的约1.4倍。
《基于确认结果的效果证明》
其次，基于所述结构及特性的确认结果对发明效果进行证明。
实施样品1～6是排列在层叠方向上的共计99个单位电容器UC1～UC99各自的静电电容具有层叠方向中央小于层叠方向两侧的分布、详细而言自层叠方向两侧的单位电容器UC1及UC99朝向层叠方向中央的单位电容器UC50逐渐降低的分布，但比较样品1～3不具有此种分布(参照图2)。此外，实施样品1及2各自的HALT结果优于比较样品1的HALT结果，实施样品3及4各自的HALT结果优于比较样品2的HALT结果，实施样品5及6各自的HALT结果优于比较样品3的HALT结果(参照图3)。
即，具有排列在层叠方向上的多个单位电容器各自的静电电容为层叠方向中央小于层叠方向两侧的分布、详细而言自层叠方向两侧的单位电容器朝向层叠方向中央的单位电容器逐渐降低的分布的层叠陶瓷电容器与不具有此种分布的层叠陶瓷电容器相比，可谓不易产生绝缘电阻值衰减。
而且，电介质层的厚度为1.0μm的实施样品1及2各自的HALT结果是比较例1的HALT结果的约2.4倍，电介质层的厚度为0.8μm的实施样品3及4各自的HALT结果是比较例2的HALT结果的约29.4倍与约28.5倍，电介质层的厚度为3.0μm的实施样品5及6各自的HALT结果是比较样品3的HALT结果的约1.5倍与约1.4倍(参照图3)。
即，电介质层的厚度为1.0μm以下的层叠陶瓷电容器与电介质层的厚度厚于1.0μm的层叠陶瓷电容器相比，可谓能够有效地发挥绝缘电阻值的劣化抑制。勿庸置疑，即便电介质层的厚度厚于1.0μm的层叠陶瓷电容器，只要排列在层叠方向上的多个单位电容器各自的静电电容具有所述分布，则可谓能够充分地抑制绝缘电阻值衰减。
《层叠陶瓷电容器的制造方法的变形例》
所述第1及第2制造方法是例示了通过在煅烧步骤的煅烧处理中的升温中采用急速升温，而获得在构成单位电容器的电介质层的厚度及组成大致相同的情况下具有所述分布的层叠陶瓷电容器的方法，但也可以通过不采用急速升温的其他制造方法而获得具有所述分布的层叠陶瓷电容器。
例如，即便为使排列在层叠方向上的多个单位电容器各自的静电电容成为层叠方向中央小于层叠方向两侧，而以构成各单位电容器的电介质层的厚度成为层叠方向中央厚于层叠方向外侧的方式，改变电介质层用薄片的厚度，或者以构成各单位电容器的电介质层的电介质常数成为层叠方向中央低于层叠方向外侧的方式，改变电介质层用薄片的组成，也可以获得具有所述分布的层叠陶瓷电容器。
[符号说明]
10  层叠陶瓷电容器
11  电容器主体
12  内部电极层
13  电介质层
14  外部电极
UC  单位电容器

Claims (4)

1.一种层叠陶瓷电容器，包含具有多层内部电极层隔着电介质层层叠而成的结构的电容器主体，其特征在于：
在将包含层叠方向上邻接的2个内部电极层与***至该2个内部电极层之间的1个电介质层的部分视为单位电容器时，排列在层叠方向上的多个单位电容器各自的静电电容具有层叠方向中央小于层叠方向两侧的分布。
2.根据权利要求1所述的层叠陶瓷电容器，其特征在于：
所述分布是排列在层叠方向上的多个单位电容器各自的静电电容自层叠方向两侧的单位电容器朝向层叠方向中央的单位电容器逐渐降低的分布。
3.根据权利要求1或2所述的层叠陶瓷电容器，其特征在于：
所述电介质层的厚度为1.0μm以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠陶瓷电容器，其特征在于：
所述内部电极层的数量为100以上。
CN201280074116.9A 2012-06-19 2012-10-24 层叠陶瓷电容器 Active CN104620341B (zh)

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