JP2022085818A - 積層型キャパシター - Google Patents

Abstract

【課題】積層型キャパシターを提供する。【解決手段】本発明の一実施形態は、複数の誘電体層が積層された積層構造、及び上記誘電体層を挟んで積層された複数の内部電極を含む本体と、上記本体の外部に形成され、上記内部電極と接続された外部電極とを含み、上記外部電極は、上記本体で上記内部電極が露出した第１面をカバーする第１電極層と、上記第１電極層及び上記本体で上記複数の内部電極が積層された方向に垂直な第２面をカバーするガラス層と、上記ガラス層をカバーする第２電極層とを含み、上記ガラス層は、不連続領域を有する内部領域と、上記本体の第２面をカバーしながら上記第２電極層から露出した端部を有する外部領域とを含む積層型キャパシターを提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、積層型キャパシターに関する。

キャパシターは、電気を貯蔵することができる素子であって、一般的に２つの電極を対向させて電圧をかけると各電極に電気が蓄積される原理を利用する。直流電圧を印加した場合には、電気が蓄電されながらキャパシター内部に電流が流れるが、蓄積が完了すると、電流が流れなくなる。一方、交流電圧を印加した場合、電極の極性が交番しながら交流電流が流れるようになる。

かかるキャパシターは、電極の間に備えられる絶縁体の種類によって、アルミニウムで電極を構成し、上記アルミニウム電極の間に薄い酸化膜を備えるアルミニウム電解キャパシター、電極材料としてタンタルを用いるタンタルキャパシター、電極の間にチタン酸バリウムなどの高誘電率の誘電体を用いるセラミックキャパシター、電極の間に備えられる誘電体として高誘電率系セラミックを多層構造で用いる積層セラミックキャパシター（Ｍｕｌｔｉ－Ｌａｙｅｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、ＭＬＣＣ）、電極の間の誘電体としてポリスチレンフィルムを用いるフィルムキャパシターなど、様々な種類に区分され得る。

中でも、積層セラミックキャパシターは、温度特性及び周波数特性に優れており、小型で実現可能であるという長所を有することから、近年、高周波回路などの様々な分野で多く応用されている。近年、積層セラミックキャパシターをさらに小さく実現するために、誘電体層と内部電極を薄く形成する試みが続けられている。

最近、積層型キャパシターの関連分野では、水分やメッキ液などの浸透による不良を減らして耐湿信頼性を向上させようとする試みが多く行われている。一つの方法として、キャパシター本体のカバー層や外部電極を厚く形成する場合、部品の大きさが大きくなり、同一の大きさで静電容量が低下するという問題がある。

本発明の一目的は、耐湿信頼性が向上した積層型キャパシターを提供することにある。

上述の課題を解決するための方法として、本発明は、一例によって積層型キャパシターの新たな構造を提案する。具体的に、複数の誘電体層が積層された積層構造、及び上記誘電体層を挟んで積層された複数の内部電極を含む本体と、上記本体の外部に形成され、上記内部電極と接続された外部電極と、を含み、上記外部電極は、上記本体で上記内部電極が露出した第１面をカバーする第１電極層と、上記第１電極層及び上記本体で上記複数の内部電極が積層された方向に垂直な第２面をカバーするガラス層と、上記ガラス層をカバーする第２電極層とを含み、上記ガラス層は、不連続領域を有する内部領域と、上記本体の第２面をカバーしながら上記第２電極層から露出した端部を有する外部領域とを含む。

一実施形態において、上記外部領域は、上記内部領域より厚いことができる。

一実施形態において、上記不連続領域のうち少なくとも一部は上記第１及び第２電極層のうち少なくとも一つが充填され、上記第１及び第２電極層は互いに連結された形態であることができる。

一実施形態において、上記第１及び第２電極層は、同一の物質を含むことができる。

一実施形態において、上記第１及び第２電極層は、Ｃｕ及びＮｉのうち少なくとも一つを含むことができる。

一実施形態において、上記第１及び第２電極層は、上記ガラス層に含まれたものと同一の成分のガラスを含むことができる。

一実施形態において、上記外部領域は、上記本体で上記複数の内部電極が積層された方向に垂直な面のうち一部を露出することができる。

一実施形態において、上記外部電極は、互いに対向する第１及び第２外部電極を含み、上記第１外部電極に含まれたガラス層の外部領域と上記第２外部電極に含まれたガラス層の外部領域とは互いに連結されていないことができる。

一実施形態において、上記ガラス層の内部領域のうち上記本体の第２面をカバーする領域は、上記本体の第１面をカバーする領域より厚いことができる。

一実施形態において、上記ガラス層の外部領域の厚さは、０．５μｍ以上であることができる。

一実施形態において、上記ガラス層の内部領域の厚さは、０．２μｍ以上であることができる。

一実施形態において、上記ガラス層の内部領域のうち上記本体の第２面をカバーする領域は、上記本体と接触することができる。

一実施形態において、上記第１電極層は、上記本体の第２面はカバーしないことができる。

一実施形態において、上記内部領域のうち一部は、上記外部領域と連結された領域から内側に行くほど厚さが薄くなる形態であることができる。

一実施形態において、上記内部領域の表面は、ランダムな形状であることができる。

一実施形態において、上記外部領域の表面は、ランダムな形状であることができる。

本発明の一例による積層型キャパシターの場合、耐湿信頼性が向上することができる。

本発明の一実施形態による積層型キャパシターの外観を概略的に示す斜視図である。 図１の積層型キャパシターにおいて、Ｉ－Ｉ'断面図である。 図１の積層型キャパシターにおいて、ＩＩ－ＩＩ'断面図である。 図２の一部領域を拡大して示すものである。 図２の一部領域を拡大して示すものである。 図２の一部領域を拡大して示すものである。 図２の一部領域を拡大して示すものである。 図２の一部領域を拡大して示すものである。 図２の一部領域を拡大して示すものである。

以下、具体的な実施形態及び添付された図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、いくつかの他の形態に変形することができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、通常の技術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拡大縮小表示（又は強調表示や簡略化表示）がされることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。

尚、図面において本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示しており、同一の思想の範囲内の機能が同一の構成要素は、同一の参照符号を用いて説明する。さらに、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」というのは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

図１は本発明の一実施形態による積層型キャパシターの外観を概略的に示す斜視図である。図２及び図３は図１の積層型キャパシターにおいて、それぞれＩ－Ｉ'及びＩＩ－ＩＩ'断面図である。そして、図４から図９は図２の一部領域を拡大して示すものである。

図１から図４を共に参照すると、本発明の一実施形態による積層型キャパシター１００は、誘電体層１１１及びこれを挟んで積層された複数の内部電極１２１、１２２を含む本体１１０と、外部電極１３１、１３２とを含み、外部電極１３１、１３２はガラス層１４２を含む。ここで、ガラス層１４２は、外部から湿気やメッキ液などの侵入を防止することができ、不連続領域Ｄを有する内部領域１５１及び第２電極層１４３から露出した端部を有する外部領域１５２を含む。

本体１１０は、複数の誘電体層１１１を含み、例えば、複数のグリーンシートを積層した後、焼結して得られることができる。かかる焼結工程により複数の誘電体層１１１は一体化した形態を有することができる。そして、図１に示す形態のように、本体１１０は直方体と類似した形状を有することができる。本体１１０に含まれた誘電体層１１１は高誘電率を有するセラミック材料を含むことができ、例えばＢＴ系、即ち、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）系セラミックを含むことができるが、十分な静電容量が得られる限り、当技術分野で知られた他の物質も使用可能である。誘電体層１１１には、主成分であるかかるセラミック材料と共に、必要な場合、添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤及び分散剤などがさらに含まれることができる。ここで、添加剤の場合、これらは製造過程で金属酸化物の形態で添加されることができる。かかる金属酸化物添加剤の例として、ＭｎＯ_２、Ｄｙ_２Ｏ_３、ＢａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３及びＣａＣＯ_３のうち少なくともいずれか一つの物質を含むことができる。

複数の内部電極１２１、１２２は、セラミックグリーンシートの一面に所定の厚さで導電性金属を含むペーストを印刷した後、これを焼結する方法などで得られる。この場合、複数の内部電極１２１、１２２は、本体１１０の互いに対向する方向（図面を基準としてＺ方向）に露出した第１及び第２内部電極１２１、１２２を含むことができ、本体１１０で第１及び第２内部電極１２１、１２２が露出した面を第１面Ｓ１と定義する。第１及び第２内部電極１２１、１２２は、互いに異なる外部電極１３１、１３２と連結されて、駆動時に互いに異なる極性を有することができ、これらの間に配置された誘電体層１１１によって互いに電気的に分離されることができる。但し、外部電極１３１、１３２の個数や内部電極１２１、１２２との連結方式は、実施形態によって変わることができる。内部電極１２１、１２２をなす主要構成物質は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｄなどが例として挙げられ、これらの合金も使用することができる。

外部電極１３１、１３２は、本体１１０の外部に形成され、第１及び第２内部電極１２１、１２２とそれぞれ接続された第１及び第２外部電極１３１、１３２を含むことができる。外部電極１３１、１３２は、第１電極層１４１、ガラス層１４２、第２電極層１４３を含む。そして、第２電極層１４３上には追加電極層１４４、１４５が配置されることができるが、但し、実施形態によって追加電極層１４４、１４５は除外されてもよい。

第１電極層１４１は本体１１０の第１面Ｓ１をカバーし、上述したように、第１面Ｓ１は内部電極１２１、１２２が露出した面に該当する。第１電極層１４１は内部電極１２１、１２２と接続され、導電性物質、例えば、Ｃｕ、Ｎｉやこれらの合金で形成されることができる。第１電極層１４１は、本体１１０の第１面Ｓ１に導電性ペーストを転写するか、プリンティング或いはデイッピングする方式などで形成されることができる。本実施形態では、第１電極層１４１が本体１１０の第１面Ｓ１のみに形成されたことを示したが、第１電極層１４１は、本体１１０で内部電極１２１、１２２の積層方向（Ｘ方向）に垂直な第２面Ｓ２、そして第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２の両方に垂直な第３面Ｓ３にも形成されることができる。第２電極層１４３は、第１電極層１４１とガラス層１４２をカバーし、導電性物質、例えば、Ｎｉ、Ｃｕやこれらの合金で形成されることができる。この場合、第２電極層１４３は、第１電極層１４１と同一の物質を含むことができる。第２電極層１４３は、ガラス層１４２をカバーするように導電性ペーストを転写するか、プリンティングあるいはデイッピングする方式などで形成されることができる。上述した方式を利用する場合、第１及び第２電極層１４１、１４３は、導電性ペーストを焼成して得られた焼成電極形態で実現されることができる。

ガラス層１４２は、第１電極層１４１及び本体１１０の第２面Ｓ２をカバーし、その他に本体１１０の第３面Ｓ３をカバーすることもできる。図４及び図５に示す形態のように、ガラス層１４２は、不連続領域Ｄを有する内部領域１５１と、本体１１０の第２面Ｓ２をカバーしながら第２電極層１４３から露出した端部を有する外部領域１５２とを含む。ここで、外部領域１５２の端部は、第２電極層１４３から側方向に突き出した形態であることができる。図５ではガラス層１４２と第２電極層１４３の他に外部電極１３１、１３２の他の構成は図示を省略した。ガラス層１４２は、外部電極１３１、１３２と本体１１０の界面などのように耐湿信頼性が脆弱な領域を保護するために採用された構成である。そのため、ガラス層１４２は、セラミックなどとの反応性、緻密性、耐メッキ性などの特性に優れた物質で形成されることができ、例えば、Ｂａ－Ｚｎ系ガラス、Ｄｙ－Ｚｒ系ガラスなどを用いることができ、その他にＢ、Ｓｉ成分を含むガラスも用いることができる。

ガラス層１４２の内部領域１５１の場合、不連続領域Ｄを含むが、そのうち少なくとも一部は、第１及び第２電極層１４１、１４３のうち少なくとも一つが充填され、第１及び第２電極層１４１、１４３は互いに連結されることができる。かかる不連続領域Ｄにより、第１及び第２電極層１４１、１４３の電気連結経路が形成されることができる。ガラス層１４２の不連続領域Ｄは、第１及び第２電極層１４１、１４３の焼成過程でガラス成分が溶融され、ガラス層１４２の一部が切り出されることによって形成されることができる。これにより、図９に示す形態のように、ガラス層１４２は、内部領域１５１の表面がランダムな形状で得られることもできる。ガラス層１４２は、断面を基準としてみると、全体的に層形態を維持するように見え、不連続領域Ｄにより区分される多数の領域はアイランド形態で存在することができる。そして、第１及び第２電極層１４１、１４３は、ガラス層１４２に含まれたものと同一の成分のガラスｇを含むことができる。図示の形態のように、ガラス層１４２の内部領域１５１のうち本体１１０の第２面Ｓ２をカバーする領域は、本体１１０と接触することができる。この場合、第１電極層１４１は、本体１１０の第２面Ｓ２はカバーしないことがある。

上述したように、ガラス層１４２の外部領域１５２は、第２電極層１４３から露出した端部を有することで、外部電極１３１、１３２と本体１１０の界面で湿気やメッキ液などが浸透することを効果的に遮断することができる。この場合、図示の形態のように、外部領域１５２は外部電極１３１、１３２の端部周辺のみに形成されることができ、これにより、外部領域１５２は本体１１０の第２面Ｓ２のうち一部を露出することができる。同様に、外部領域１５２は本体１１０の第３面Ｓ３のうち一部を露出することもできる。ガラス層１４２の外部領域１５２が本体１１０の第２面Ｓ３や第３面Ｓ３を全てカバーする場合、外部電極１３１、１３２の焼成や後続熱処理過程で、ガラス層１４２のガラス成分は、本体１１０に存在するガラス成分と反応して二次相を形成することができるが、かかる二次相によって本体１１０の絶縁抵抗が減少し得て、これは信頼性の低下に繋がるおそれがある。本実施形態では、第１外部電極１３１のガラス層１４２と第２外部電極１３２のガラス層１４２が互いに連結されないようにし、さらに具体的には、ガラス層１４２の外部領域１５２が連結されないようにした。これから本体１１０とガラス層１４２の反応による二次相の生成を減らすことができる。

本実施形態において、ガラス層１４２は、外部領域１５２が内部領域１５１より厚いことができる。即ち、図４及び図５に示す形態において、外部領域１５２の厚さｔ３は内部領域１５１の厚さｔ１より大きいことができる。かかる形態は、外部領域１５２より内部領域１５１でガラス成分の消失がより多く起こる場合に得られることができる。ガラス層１４２による保護効果を充分に得るために、外部領域１５２の厚さｔ３は０．５μｍ以上であることができ、内部領域１５１の厚さｔ１は０．２μｍ以上であることができる。ここで、各厚さｔ１、ｔ２は、図２のような第２方向（Ｙ方向）に垂直な切断面を基準とすることができ、一例として、本体１１０で第２方向（Ｙ方向）の中間領域の切断面を選定することができる。また、図６の変形された例のように、内部領域１５１と外部領域１５２の連結部で厚さの変化は次第に起こることができる。具体的に、ガラス層１４２の内部領域１５１のうち一部は、外部領域１５２と連結された領域で内側（図６を基準として左側）に行くほど厚さが薄くなる形態で実現されることもできる。一方、ガラス層１４２がランダムな形状を有する場合があることを考慮すると、ガラス層１４２の厚さは該当領域で最大厚さとして定義されることができる。

また、ガラス層１４２の内部領域１５１のうち本体１１０の第２面Ｓ２をカバーする領域の厚さｔ２は、本体１１０の第１面Ｓ１をカバーする領域の厚さｔ１より大きいことができる。かかる形態は、本体１１０の第２面Ｓ２をカバーする領域で相対的にガラス層１４２のガラス成分の消失が少ない場合に得られることができる。

図７及び図８は、ガラス層１４２の変形された形態を示し、先ず、図７の実施形態の場合、ガラス層１４２の外部領域１５２は、第２電極層１４３から側方向に突き出しない形態である。即ち、ガラス層１４２の最外側の側面のみが第２電極層１４３から露出して外部領域１５２を形成することもできる。図８の実施形態の場合、ガラス層１４２の外部領域１５２はランダムな形態であり、第２電極層１４３から離れるほど厚さが薄くなることができる。ガラス層１４２のかかる形状は、外部電極１３１、１３２の焼成過程で流動性を有するガラス層１４２が外側に広がった状態で硬化する場合に得られることができる。

再び図２を参照して外部電極１３１、１３２の残りの構成を説明すると、外部電極１３１、１３２は、第２電極層１４３をカバーする追加電極層１４４、１４５を含むことができる。追加電極層１４４、１４５は、導電性樹脂電極１４４とメッキ層１４５とを含むことができる。導電性樹脂電極１４４は、導電性物質と樹脂が混合した形態であることができるが、但し、実施形態によって除かれてよい。この場合、メッキ層１４５は、第２電極層１４３と直ちに接触することができる。メッキ層１４５は、Ｎｉ、Ｓｎなどを含む多層構造で実現されることができ、上述したように、メッキ層１４５の形成時にガラス層１４２がメッキ液が本体１１０側に浸透することを効果的に遮断することができる。

本発明は、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって限定される。従って、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更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自明なことであり、これも添付の特許請求の範囲に記載された技術的思想に属するといえる。

１００：積層型キャパシター
１１０：本体
１１１：誘電体層
１２１、１２２：内部電極
１３１、１３２：外部電極
１４１：第１電極層
１４２：ガラス層
１４３：第２電極層
１４４、１４５：追加電極層
１５１：内部領域
１５２：外部領域

Claims (16)

1. 複数の誘電体層が積層された積層構造、及び前記複数の誘電体層を挟んで積層された複数の内部電極を含む本体と、
   前記本体の外部に形成され、前記複数の内部電極と接続された外部電極と、を含み、
   前記外部電極は、前記本体で前記複数の内部電極が露出した第１面をカバーする第１電極層と、前記第１電極層及び前記本体で前記複数の内部電極が積層された方向に垂直な第２面をカバーするガラス層と、前記ガラス層をカバーする第２電極層とを含み、
   前記ガラス層は、不連続領域を有する内部領域と、前記本体の第２面をカバーしながら前記第２電極層から露出した端部を有する外部領域とを含む、積層型キャパシター。
2. 前記外部領域は、前記内部領域より厚い、請求項１に記載の積層型キャパシター。
3. 前記不連続領域のうち少なくとも一部は前記第１電極層及び前記第２電極層のうち少なくとも一つが充填され、前記第１電極層及び前記第２電極層は互いに連結された形態である、請求項１または２に記載の積層型キャパシター。
4. 前記第１電極層及び前記第２電極層は、同一の物質を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。
5. 前記第１電極層及び前記第２電極層は、Ｃｕ及びＮｉのうち少なくとも一つを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。
6. 前記第１電極層及び前記第２電極層は、前記ガラス層に含まれたものと同一の成分のガラスを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。
7. 前記外部領域は、前記本体で前記複数の内部電極が積層された方向に垂直な面のうち一部を露出する、請求項１から６のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。
8. 前記外部電極は、互いに対向する第１外部電極及び第２外部電極を含み、前記第１外部電極に含まれたガラス層の外部領域と前記第２外部電極に含まれたガラス層の外部領域とは互いに連結されていない、請求項１から７のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。
9. 前記ガラス層の内部領域のうち前記本体の第２面をカバーする領域は、前記本体の第１面をカバーする領域より厚い、請求項１から８のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。
10. 前記ガラス層の外部領域の厚さは、０．５μｍ以上である、請求項１から９のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。
11. 前記ガラス層の内部領域の厚さは、０．２μｍ以上である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。
12. 前記ガラス層の内部領域のうち前記本体の第２面をカバーする領域は、前記本体と接触する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。
13. 前記第１電極層は、前記本体の第２面はカバーしない、請求項１から１２のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。
14. 前記内部領域のうち一部は、前記外部領域と連結された領域から内側に行くほど厚さが薄くなる形態である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。
15. 前記内部領域の表面は、ランダムな形状である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。
16. 前記外部領域の表面は、ランダムな形状である、請求項１から１５のいずれか一項に記載の積層型キャパシター。

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