JP6136916B2

JP6136916B2 - 積層コンデンサ

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Publication number: JP6136916B2
Application number: JP2013268295A
Authority: JP
Inventors: 服部　和生; 和生服部; 力藤本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN104051153A; JP2014199912A; US20140268488A1; KR101601822B1; KR20140113453A; US9633791B2

Description

本発明は、積層コンデンサ、特に、複数の誘電体層を積層してなる積層体に複数のコンデンサ電極を誘電体層を介して互いに対向して配置し、積層体の表面に各コンデンサ電極と接続した外部電極を設けた積層コンデンサに関する。

誘電体層とコンデンサ電極とが積層されてなる積層コンデンサでは、電圧を印加すると容量部において電歪現象が発生し、積層体が伸縮する。近年、積層コンデンサの小型化・薄層化の進展に伴い、誘電体への印加電界が強くなり、電歪現象が無視できなくなってきた。基板に搭載（はんだ付け）された積層コンデンサにリップルを含む交流電圧又は交流成分重畳された直流電圧が印加されると、積層体の伸縮が基板に伝搬されて該基板が振動し、その振動数が可聴域である２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚになると可聴音として人間の耳に認識される。この現象は「鳴き（acoustic noise）」とも言われ、特に、テレビ、ノートパソコン、携帯電話機などで問題となっている。

このような「鳴き」を防止・低減するために従来様々な提案がなされている。例えば、特許文献１には、回路基板の表面と裏面にそれぞれ同等仕様のセラミックコンデンサを面対称となるように配置することを提案している。この技術では、一方のコンデンサから回路基板に伝達した振動と他方のコンデンサから回路基板に伝達した振動とが打ち消し合い、可聴音の発生を低減する。

しかしながら、特許文献１に記載の実装形態では、同等仕様の二つのコンデンサを回路基板の表裏面に実装する必要があるので、回路設計の自由度が損なわれるという問題点があった。

特開２０００−２３２０３０号公報

本発明の目的は、回路設計において高い自由度を得つつ、可聴音を低減することのできる積層コンデンサを提供することにある。

本発明の一形態である積層コンデンサは、
複数の誘電体層を積層してなる六つの面を有する直方体形状をなし、実装面である第１面、該第１面に対向する第２面、第１面と第２面に直交し積層方向に直交して互いに対向する第３面と第４面、第１面から第４面に直交して互いに対向する第５面と第６面を有する積層体と、
前記積層体の内部に配置された複数の第１コンデンサ電極及び第２コンデンサ電極と、
前記積層体の少なくとも一つの面に配置された第１外部電極及び第２外部電極と、
を備え、
第１コンデンサ電極及び第２コンデンサ電極は第１面及び第２面に対して垂直方向に配置されており、
第１コンデンサ電極は、前記誘電体層を挟んで第２コンデンサ電極と対向する容量部と、該容量部から前記積層体の少なくとも一つの面に引き出され、第１外部電極と接続された引出し部と、該容量部と該引出し部との間に第２コンデンサ電極と対向しない中間部とを有し、
第２コンデンサ電極は、前記誘電体を挟んで第１コンデンサ電極と対向する容量部と、該容量部から前記誘電体の少なくとも一つの面に引き出され、第２外部電極と接続された引出し部とを有し、
積層方向から見て、第１コンデンサ電極の引出し部の内側露出端部と第２コンデンサ電極の引出し部の内側露出端部を第１面と第２面とを結ぶ方向に延在する仮想線と、第１コンデンサ電極及び第２コンデンサ電極の容量部と、第１面とによって囲われるギャップ領域に前記中間部が配置されており、
前記積層体の第１面から前記容量部までのギャップ寸法をＧ１、第２面から前記容量部までのギャップ寸法をＧ２としたとき、Ｇ１＞Ｇ２であること、
を特徴とする。

前記積層コンデンサにおいては、ギャップ領域に第１コンデンサ電極に設けた中間部が配置されているため、その分だけ積層体のヤング率が大きくなり、電歪現象に起因する積層体の伸縮が抑制される。その結果、回路基板へ伝搬される振動が抑制され、基板の可聴音が低減する。

本発明によれば、単一の積層コンデンサのみで積層体の伸縮が基板に伝達されるのを抑制でき、回路設計において高い自由度を得つつ、可聴音を低減することができる。

本発明に係る積層コンデンサにおける積層体を示す斜視図である。第１実施例である積層コンデンサを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。第１実施例である積層コンデンサにおけるコンデンサ電極を示す正面図である。第１実施例である積層コンデンサを示し、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は積層コンデンサを回路基板上に実装した状態を示す断面図である。第１実施例である積層コンデンサのギャップ領域を示す説明図である。第２実施例である積層コンデンサにおけるコンデンサ電極を示す正面図である。第２実施例である積層コンデンサの断面図である。第３実施例である積層コンデンサにおけるコンデンサ電極を示す正面図である。第３実施例である積層コンデンサのギャップ領域を示す説明図である。第４実施例である積層コンデンサにおけるコンデンサ電極を示す正面図である。第４実施例である積層コンデンサのギャップ領域を示す説明図である。可聴音が低減される様子を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は本発明例、（Ｂ）は従来例である。

以下、本発明に係る積層コンデンサの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図面においては、同じ部材、部分に関しては共通の符号を付し、重複する説明は省略する。

（積層体の６面の定義、図１参照）
積層コンデンサを構成する積層体１０は、図１に示すように、複数の誘電体層を積層してなる六つの面を有する直方体形状をなす。本明細書においては、実装面（下面）を第１面（１）、第１面に対向する上面を第２面（２）、第１面（１）と第２面（２）に直交して互いに対向する正面側を第３面（３）、背面側を第４面（４）、第１面（１）から第４面（４）に直交して互いに対向する左側を第５面（５）、右側を第６面（６）と定義する。

また、第１面（１）と第２面（２）とを結ぶ方向の寸法をＴ、第３面（３）と第４面（４）とを結ぶ方向の寸法をＷ、第５面（５）と第６面（６）とを結ぶ方向の寸法をＬとする。なお、ここでの各種寸法には外部電極の厚みを含む。また、高さ方向を座標軸Ｘ、長さ方向を座標軸Ｙ、複数の誘電体層の積層方向を座標軸Ｚで示す。

（第１実施例、図２〜図５参照）
第１実施例である積層コンデンサ１Ａは、積層体１０の内部に誘電体層を挟んで互いに対向する複数の第１及び第２コンデンサ電極１１，１２を配置し、第１及び第２外部電極１５，１６を設けたもので、従来から周知の積層工法によって製造される。コンデンサ電極１１，１２は第１面及び第２面に対して垂直に配置されている。第１外部電極１５は少なくとも第１面に形成され、第１面から第５面の一部（下部）にわたって形成されている。第１外部電極１５はさらに第２面にまでわたって形成されていてもよい。第２外部電極１６は少なくとも第１面に形成され、第１面から第６面の一部（下部）にわたって形成されている。第２外部電極１６はさらに第２面にまでわたって形成されていてもよい。また、第１及び第２外部電極１５，１６は、第３面及び第４面の一部にも延在して形成されているが、第３面及び第４面には形成されていなくてもよい。外部電極１５，１６の形状は他の実施例においても同様である。

第１及び第２コンデンサ電極１１，１２は、互いに対向する容量部１１ａ，１２ａと、該容量部１１ａ，１２ａから積層体１０の第１面に引き出された引出し部１１ｂ，１２ｂとを有している。第１コンデンサ電極１１の引出し部１１ｂが第１外部電極１５と接続され、第２コンデンサ電極１２の引出し部１２ｂが第２外部電極１６と接続されている。そして、容量部１１ａ，１２ａが誘電体層を挟んで対向する領域が容量領域ＣＡとして機能する。

また、第１及び第２コンデンサ電極１１，１２は、それぞれ、容量部１１ａ，１２ａと引出し部１１ｂ，１２ｂとの間に互いに対向しない中間部１１ｃ，１２ｃを有している。この中間部１１ｃ，１２ｃは、図５に斜線を付して示すギャップ領域ＧＡに配置されている。ギャップ領域ＧＡとは、積層方向（座標軸Ｚ方向）から見て、第１コンデンサ電極１１の引出し部１１ｂの内側露出端部と第２コンデンサ電極１２の引出し部１２ｂの内側露出端部を第１面と第２面とを結ぶ方向に延在する仮想線α１，α２と、第１及び第２コンデンサ電極１１，１２の容量部１１ａ，１２ａとによって囲われる領域を意味し、より詳しくは、仮想線α１，α２と容量部１１ａ，１２ａの第１面側縁部と第１面とによって囲われる領域を意味する。なお、中間部１１ｃ，１２ｃは少なくとも一方のコンデンサ電極１１，１２が有していればよい。また、中間部１１ｃ，１２ｃは互いに異なる形状を有していてもよい。

ギャップ領域ＧＡは、以下の方法によって特定することができる。積層コンデンサ１ＡのＬＴ面を長さ方向Ｌに沿って、即ち、図１において、第３面又は第４面をＺ軸方向に沿って、積層コンデンサ１Ａを研磨し、第１コンデンサ電極１１を露出させ、光学顕微鏡を使って、積層体１０の外形形状と第１コンデンサ電極１１の外形形状とを検出する。さらに研磨を行い、第２コンデンサ電極１２を露出させ、光学顕微鏡を使って、積層体１０の外形形状と第２コンデンサ電極１２の外形形状とを検出する。第１コンデンサ電極１１を露出させた際の積層体１０の外形形状と、第２コンデンサ電極を露出させた際の積層体１０の外形形状とがほぼ一致するように第１コンデンサ電極１１の外形形状と第２コンデンサ電極１２の外形形状とを重ね合わせ、前記仮想線α１，α２と容量部１１ａ，１２ａとによって囲われる領域をギャップ領域ＧＡと特定する。

中間部１１ｃ，１２ｃの特定は、ギャップ領域ＧＡの特定と同様にして、第１コンデンサ電極１１の外形形状と第２コンデンサ電極１２の外形形状とを重ね合わせ、第１コンデンサ電極１１と第２コンデンサ電極１２とが対向しない領域を検出することによって行われる。

ところで、積層コンデンサ１Ａにおいて、高さ寸法Ｔと幅寸法ＷとはＴ＞Ｗの関係を満足することが好ましい。長さ寸法Ｌと幅寸法ＷとはＬ＞Ｗの関係を満足することが好ましい。積層体１０の角部や稜線部には丸みが付けられていることが好ましい。また、第１面から容量部１１ａ，１２ａまでのギャップ寸法をＧ１、第２面から容量部１１ａ，１２ａまでのギャップ寸法をＧ２としたとき、Ｇ１＞Ｇ２であることが好ましい。Ｇ１−Ｇ２は少なくとも１０μｍであることが好ましい。

誘電体層としては、ＢａＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃などを主成分とする比誘電率の高い誘電体セラミックを好適に用いることができる。これらの主成分に、Ｍｎ化合物、Ｍｇ化合物、Ｓｉ化合物、Ｃｏ化合物、Ｎｉ化合物、希土類化合物などの副成分を添加したものを用いてもよい。容量領域ＣＡにおける誘電体層の厚みは０．５〜１０μｍであることが好ましい。また、誘電体層は３５０層以上であることが好ましい。即ち、積層型のコンデンサは高容量であって可聴音が発生しやすいので、このような積層コンデンサに本発明を好適に用いることができる。

第１及び第２コンデンサ電極１１，１２としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｕなどが用いられ、その厚みは０．３〜２．０μｍであることが好ましい。後述するヤング率を高める観点からはヤング率の高いＮｉを用いることが好ましい。

外部電極１５，１６は、下地層とその上に形成されるめっき層とで構成されることが好ましい。下地層としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｕなどを好適に用いることができ、導電性ペーストを焼き付けるなどして形成される。さらに、下地層は積層体１０の表面にめっきによって直接的に形成されていてもよい。めっき層としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｕなどを好適に用いることができ、複数層により形成されていてもよい。好ましくは、Ｎｉめっき及びＳｎめっきの２層構造である。外部電極１５，１６は、導電性樹脂層を含んでいてもよい。

前記構成からなる積層コンデンサ１Ａは、図４（Ｃ）に示すように、プリント回路基板５０上に実装される。プリント回路基板５０はガラスエポキシ基板が好適に用いられ、積層コンデンサ１Ａのための図示しない回路が形成されている。

積層コンデンサ１Ａは、プリント回路基板５０上に形成された第１及び第２ランド５１，５２にはんだ５５を介して実装される。即ち、ランド５１，５２上に塗布したはんだペーストをリフロー炉で加熱することにより、はんだペーストが溶融し濡れ広がってランド５１，５２が外部電極１５，１６とそれぞれ接合される。この場合、積層コンデンサ１Ａはコンデンサ電極１１，１２がプリント回路基板５０の表面に対して垂直になる向きに実装される。はんだペーストとしては、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだやＳｎ−Ａｇ−Ｃｕなどの鉛フリーはんだを好適に用いることができる。はんだに代えて導電性接着剤などを用いてもよい。

前記積層コンデンサ１Ａにおいては、ギャップ領域ＧＡに第１コンデンサ電極１１及び第２コンデンサ電極１２の中間部１１ｃ，１２ｃが配置されているため、その分だけ積層体１０のヤング率が大きくなり、互いに対向する容量部１１ａ，１２ａで発生する電歪現象に起因する積層体１０の伸縮が抑制される。その結果、回路基板５０へ伝搬される振動が抑制され、回路基板５０から発生する可聴音が低減する。

ここで、前記可聴音が低減する作用について図１２を参照して詳述する。積層体において、プリント回路基板と対向する第１面と容量部１１ａ，１２ａとの間の部分を下側外装部Ａと称する。容量部１１ａ，１２ａで発生した歪みは、下側外装部Ａを歪ませ、下側外装部Ａの歪みは最終的に回路基板に対して歪みの振動として伝播する。下側外装部Ａのヤング率が大きくなると、下側外装部Ａの変形に対する拘束力が強くなり、下側外装部Ａの歪みを抑制する。その結果、回路基板へ伝播する歪み（振動）が抑制され、回路基板から発生する可聴音が低減する。

第１コンデンサ電極及び第２コンデンサ電極がＮｉからなる場合、そのヤング率は約２００ＧＰａであり、ＢａＴｉＯ₃を主成分とする誘電体セラミックの２倍以上である。従って、第１コンデンサ電極及び第２コンデンサ電極の中間部の積層枚数を多くするほど、厚みを大きくするほど、下側外装部Ａのヤング率が高まり、歪みを一層抑制することができる。第１コンデンサ電極及び第２コンデンサ電極の中間部の積層枚数は３５０層以上であることが好ましい。

積層体１０のヤング率を大きくする観点から、前記中間部１１ｃ，１２ｃは、積層方向（座標軸Ｚ方向）から見て、ギャップ領域ＧＡの２０％以上の面積を占めていることが好ましい。また、中間部１１ｃ，１２ｃは積層体１０の第１面に沿って該第１面と平行に延在していることが好ましく、矩形形状であることがより好ましい。これにて、中間部１１ｃ，１２ｃの専有面積を極力大きく設定することができ、可聴音の低減に効果的である。同時に、高周波電流がより回路基板５０に近い経路、即ち、第１面に沿った経路を流れるので、ループインダクタンスの低減につながる。

また、積層体１０の第１面から容量部１１ａ，１２ａまでのギャップ寸法Ｇ１が第２面から容量部１１ａ，１２ａまでのギャップ寸法をＧ２よりも大きいことが好ましい。これにて、容量部１１ａ，１２ａが回路基板５０から遠ざかるので、可聴音の低減に効果的である。また、ギャップ寸法Ｇ１を大きくしても、中間部１１ａ，１２ｃが設けられているので、ループインダクタンスの増加を最小限に抑えられる。

さらに、第１外部電極１５は積層体１０の第１面から第５面にわたって形成され、第２外部電極１６は第１面から第６面にわたって形成されていることが好ましい。外部電極１５，１６の高さを調整することにより、外部電極１５，１６に形成されるはんだフィレットを所定の高さに調整することができる。また、外部電極１５，１６が高さ方向（座標軸Ｘ方向）の一方（底部）にのみ形成されているので、積層体１０の実装方向の識別が容易になる。

（第２実施例、図６及び図７参照）
第２実施例である積層コンデンサ１Ｂは、図６及び図７に示すように、第１及び第２コンデンサ電極１１，１２を積層体１０の第１面に引き出す（引出し部１１ｂ，１２ｂ）のみならず、第２面にも引き出している（引出し部１１ｂ’，１２ｂ’）。積層体１０の第２面から第５面にかけていま一つの第１の外部電極１５’が形成され、第２面から第６面にかけていま一つの第２の外部電極１６’が形成されている。外部電極１５’，１６’はそれぞれ引出し部１１ｂ’，１２ｂ’に接続されている。

さらに、容量部１１ａ，１２ａと引出し部１１ｂ’，１２ｂ’との間にそれぞれ互いに対向しない中間部１１ｃ’，１２ｃ’を有している。その他の構成は前記第１実施例（積層コンデンサ１Ａ）と同様である。従って、本積層コンデンサ１Ｂの作用効果は前記積層コンデンサ１Ａと同様であり、特に、回路基板５０上に実装する際に、積層体１０の高さ方向（座標軸Ｘ方向）の上下を問うことはない。

（第３実施例、図８及び図９参照）
第３実施例である積層コンデンサ１Ｃは、図８及び図９に示すように、第１及び第２コンデンサ電極１１，１２に設けた中間部１１ｃ，１２ｃを互いに第１面と平行に延長させて積層方向に互いに重なる部分（図８で斜線を付した部分）を形成したものである。中間部１１ｃ，１２ｃの積層方向に互いに重なる部分は、容量部１１ａ，１２ａの一部として容量領域ＣＡとして機能することになる。また、本第３実施例において、ギャップ領域ＧＡは図９に斜線を付して示すように、矩形形状の一部が凹んだ形状となる。

第３実施例における他の構成は前記第１実施例と基本的に同様である。従って、第３実施例においても第１実施例と同様の作用効果を奏し、特に、中間部１１ｃ，１２ｃの形状が拡大されている分、積層体１０のヤング率がより大きくなり、ひいては回路基板から発生する可聴音がより低減する。

（第４実施例、図１０及び図１１参照）
第４実施例である積層コンデンサ１Ｄは、図１０及び図１１に示すように、第１及び第２コンデンサ電極１１，１２の引出し部１１ｂ，１２ｂの幅寸法（座標軸Ｙ方向の寸法）を比較的大きく設定し、かつ、第１コンデンサ電極１１のみに中間部１１ｃを設けたものである。本第４実施例において、ギャップ領域ＧＡは図１１に斜線を付して示すように、比較的小さい面積となる。また、第１及び第２外部電極１５，１６の高さ（座標軸Ｘ方向の位置）は容量領域ＣＡの下縁部よりも低くしている。

第４実施例における他の構成は前記第１実施例と基本的に同様である。従って、第４実施例においても第１実施例と同様の作用効果を奏し、特に、引出し部１１ｂ，１２ｂの形状が拡大されている分、積層体１０のヤング率がより大きくなり、ひいては回路基板から発生する可聴音がより低減する。また、外部電極１５，１６の高さを容量領域ＣＡの下縁部よりも低くしているため、外部電極１５，１６やはんだフィレットが電圧の印加による伸縮の大きい容量領域ＣＡから離れることになり、振動の伝搬が抑えられ、ひいては回路基板から発生する可聴音が低減する。

（他の実施形態）
なお、本発明に係る積層コンデンサは、前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、積層体やコンデンサ電極の細部の形状は任意である。コンデンサの容量も任意であるが、通常は１μＦ以上の容量のコンデンサが鳴くことが知られている。また、第１実施例において、コンデンサ電極１１，１２は積層体１０の第５面、第６面でも外部電極１５，１６と接続されていてもよい。

以上のように、本発明は、積層コンデンサに有用であり、特に、回路設計において高い自由度を得つつ、可聴音を低減することができる点で優れている。

１Ａ〜１Ｄ…積層コンデンサ
１０…積層体
１１，１２…コンデンサ電極
１１ａ，１２ａ…容量部
１１ｂ，１１ｂ’，１２ｂ，１２ｂ’…引出し部
１１ｃ，１１ｃ’，１２ｃ，１２ｃ’…中間部
１５，１６…外部電極
５０…プリント回路基板

Claims

複数の誘電体層を積層してなる六つの面を有する直方体形状をなし、実装面である第１面、該第１面に対向する第２面、第１面と第２面に直交し積層方向に直交して互いに対向する第３面と第４面、第１面から第４面に直交して互いに対向する第５面と第６面を有する積層体と、
前記積層体の内部に配置された複数の第１コンデンサ電極及び第２コンデンサ電極と、
前記積層体の少なくとも一つの面に配置された第１外部電極及び第２外部電極と、
を備え、
第１コンデンサ電極及び第２コンデンサ電極は第１面及び第２面に対して垂直方向に配置されており、
第１コンデンサ電極は、前記誘電体層を挟んで第２コンデンサ電極と対向する容量部と、該容量部から前記積層体の少なくとも一つの面に引き出され、第１外部電極と接続された引出し部と、該容量部と該引出し部との間に第２コンデンサ電極と対向しない中間部とを有し、
第２コンデンサ電極は、前記誘電体を挟んで第１コンデンサ電極と対向する容量部と、該容量部から前記誘電体の少なくとも一つの面に引き出され、第２外部電極と接続された引出し部とを有し、
積層方向から見て、第１コンデンサ電極の引出し部の内側露出端部と第２コンデンサ電極の引出し部の内側露出端部を第１面と第２面とを結ぶ方向に延在する仮想線と、第１コンデンサ電極及び第２コンデンサ電極の容量部と、第１面とによって囲われるギャップ領域に前記中間部が配置されており、
前記積層体の第１面から前記容量部までのギャップ寸法をＧ１、第２面から前記容量部までのギャップ寸法をＧ２としたとき、Ｇ１＞Ｇ２であること、
を特徴とする積層コンデンサ。
積層方向から見て、第１コンデンサ電極の前記中間部は、前記ギャップ領域の２０％以上の面積を占めていること、を特徴とする請求項１に記載の積層コンデンサ。
前記中間部は前記積層体の第１面に沿って該第１面と平行に延在していること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の積層コンデンサ。
前記積層体において、第１面と第２面とを結ぶ方向の寸法をＴ、第３面と第４面とを結ぶ方向の寸法をＷ、第５面と第６面とを結ぶ方向の寸法をＬとしたとき、Ｔ＞Ｗであること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の積層コンデンサ。
前記第１外部電極は前記積層体の第１面から第５面にわたって形成され、前記第２外部電極は第１面から第６面にわたって形成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の積層コンデンサ。
第２コンデンサ電極は、その容量部とその引出し部との間に第１コンデンサ電極と対向しない中間部をさらに有し、
積層方向から見て、第１コンデンサ電極の引出し部の内側露出端部と第２コンデンサ電極の引出し部の内側露出端部を第１面と第２面とを結ぶ方向に延在する仮想線と、第１コンデンサ電極及び第２コンデンサ電極の容量部と、第１面とによって囲われるギャップ領域に第２コンデンサ電極の前記中間部が配置されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の積層コンデンサ。