JP2015099815A

JP2015099815A - 電子機器

Info

Publication number: JP2015099815A
Application number: JP2013237754A
Authority: JP
Inventors: 暁央清水; Akihisa Shimizu; 貴弘坂口; Takahiro Sakaguchi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2015-05-28
Also published as: US20150136464A1

Abstract

【課題】特別な部品や加工を必要とせずに、コンデンサの電歪現象に起因して発生する基板の音鳴きを防ぐ。
【解決手段】直方体形状のコンデンサ本体の短手方向の両端部に一対の外部電極が形成された積層セラミックコンデンサが実装されるプリント基板を備える。このプリント基板上に上記一対の外部電極毎に設けられる第１および第２のパッドの幅を上記一対の外部電極の幅よりも小さくして、上記一対の外部電極の一部を上記プリント基板にはんだ付けした実装構造とする。
【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、プリント基板上に積層セラミックコンデンサが実装された電子機器に関する。

例えばＰＣ（Personal Computer）やタブレット端末、携帯電話等の小型の電子機器に用いられるプリント基板には、多数の電子部品が高密度に実装されている。その電子部品の１つとして、積層セラミックコンデンサがある。

積層セラミックコンデンサは、誘電体と電極を多数積み重ねたチップタイプのセラミックコンデンサである。セラミックが持つ優れた高周波特性により、小型で大容量のコンデンサを実現できる。しかしながら、この積層セラミックコンデンサに交流電圧を印加すると、誘電体を形成するセラミック材料が電歪現象を発生する。この電歪現象によりプリント基板が振動して、音鳴きとしてユーザに聞こえることがある。

このようなコンデンサの電歪現象に起因して発生する基板の音鳴きを防ぐために、例えばコンデンサの電極部分に金属性の足部材を付けてプリント基板から浮かした状態で実装する方法がある。また、コンデンサ自体の内部構造において、電極を本体の側面（長辺側）に形成する方法などがある。

特開２０１２−２２７４９１号公報特開２００８−１８７０３７号公報

しかしながら、コンデンサに足部材を設ける方法では、特別な部品が必要であり、その分コスト高となる。また、コンデンサ自体の内部構造を変える方法では、コンデンサに対して特殊な加工が必要となる。

本発明が解決しようとする課題は、特別な部品や加工を必要とせずに、コンデンサの電歪現象に起因して発生する基板の音鳴きを防ぐことのできるコンデンサの実装構造を有する電子機器を提供することである。

本実施形態に係る電子機器は、直方体形状のコンデンサ本体の短手方向の両端部に一対の外部電極が形成された積層セラミックコンデンサが実装されるプリント基板を備え、上記プリント基板上に上記一対の外部電極毎に設けられる第１および第２のパッドの幅を上記一対の外部電極の幅よりも小さくして、上記一対の外部電極の一部を上記プリント基板にはんだ付けした実装構造を有する。

図１は一実施形態に係る電子機器に備えられた積層セラミックコンデンサの実装構造を示す断面図である。図２は同実施形態における一般的な積層セラミックコンデンサの外観構成を示す図である。図３は同実施形態における一般的な積層セラミックコンデンサの内部電極の構成を示す図であり、図３（ａ）は第１の外部電極、同図（ｂ）は第２の外部電極の構成を上から見た図である。図４は同実施形態におけるＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサの外観構成を示す図である。図５は同実施形態におけるＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサの内部電極の構成を示す図であり、図５（ａ）は第１の外部電極、同図（ｂ）は第２の外部電極の構成を上から見た図である。図６は同実施形態におけるＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサの実装構造を説明するための図である。図７は同実施形態におけるＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサをはんだ付けした状態を示す斜視図である。図８は同実施形態におけるＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサをはんだ付けした状態を示す側面図である。図９は同実施形態における一般的な積層セラミックコンデンサの基板変位を示す図である。図１０は同実施形態におけるＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサの基板変位（パット幅狭）を示す図である。図１１は他の実施形態としてＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサの外部電極の中央付近から一端部側にずらした位置にパッドを設けた場合の一例を示す図である。図１２は他の実施形態としてＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサの外部電極に対して対角線上にパッドを設けた場合の一例を示す図である。図１３は他の実施形態としてＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサの外部電極に対して複数のパッドを設けた場合の一例を示す図である。

以下、図面を参照して一実施形態を説明する。

図１は一実施形態に係る電子機器に備えられた積層セラミックコンデンサの実装構造を示す断面図である。なお、図１の例は、一般的な２端子の積層セラミックコンデンサである。

電子機器１のプリント基板２上に電子部品の１つである積層セラミックコンデンサ３が実装されている。なお、電子機器１としては、例えばＰＣ、タブレット端末、携帯電話などがある。

積層セラミックコンデンサ３は、直方体形状のコンデンサ本体１０と、コンデンサ本体１０の内部に形成された一対の内部電極１１ａ，１１ｂと、コンデンサ本体１０の外表面上に形成された一対の外部電極１３ａ，１３ｂとを備える。

内部電極１１ａ，１１ｂは、コンデンサ本体１０の内部に誘電体層１２を介して交互に積層されている。また、内部電極１１ａ，１１ｂは、外部電極１３ａ，１３ｂに交互に接続されている。外部電極１３ａ，１３ｂは、コンデンサ本体１０の外表面上に対向させて形成されている。

積層セラミックコンデンサ３は、外部電極１３ａ，１３ｂを介してはんだ１４ａ，１４ｂによってプリント基板１５上の所定の位置に実装される。詳しくは、プリント基板１５上の接合部位にはんだペーストを印刷し、その上に積層セラミックコンデンサ３をマウントして、赤外線等ではんだ１４ａ，１４ｂを溶かして接合する。

このような構成の積層セラミックコンデンサ３において、内部電極１１ａ，１１ｂの積層方向に電圧を印加すると、コンデンサ本体１０が積層方向に伸張し、積層方向と垂直の方向には収縮する。また、電圧の極性が逆転すると、積層セラミックコンデンサ３は積層方向に収縮し、積層方向と垂直の方向に伸張する。このような現象を「電歪現象」と呼んでいる。この電歪現象によりコンデンサ本体１０が伸縮すると、プリント基板２が小刻みに振動し、ユーザに音鳴きとして聞こえることがある。

このような積層セラミックコンデンサ３の電歪現象に起因したプリント基板２の振動を防ぐために、以下のような対策を講じる。

・積層セラミックコンデンサ３としてＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサを用いる。
・パッドの幅をコンデンサの電極（外部電極）の幅よりも小さくする。なお、「パッド」とは、プリント基板上の接合部分のことであり、ランドとも呼ぶこともある。

ここで、一般的な積層セラミックコンデンサとＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサとの違いについて説明する。

（一般的な積層セラミックコンデンサ）
図２は一般的な積層セラミックコンデンサの外観構成を示す図である。図３は一般的な積層セラミックコンデンサの内部電極の構成を示す図であり、図３（ａ）は第１の外部電極、同図（ｂ）は第２の外部電極の構成を上から見た図である。

図２に示すように、一般的な積層セラミックコンデンサでは、直方体形状のコンデンサ本体１０の長手方向（Ｘ方向）の両端部に一対の外部電極１３ａ，１３ｂが互いに対向するようにして形成される。つまり、一般的な積層セラミックコンデンサは、コンデンサ本体１０の短辺側に外部電極１３ａ，１３ｂが形成された構造を有する。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、コンデンサ本体１０に積層される内部電極１１ａ，１１ｂのうち、第１の内部電極１１ａはコンデンサ本体１０の一端部に引き出されて、外部電極１３ｂに接続される。また、第２の内部電極１１ｂはコンデンサ本体１０の他端部に引き出されて、外部電極１３ａに接続される。

（ＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサ）
図４はＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサの外観構成を示す図である。図５はＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサの内部電極の構成を示す図であり、図５（ａ）は第１の外部電極、同図（ｂ）は第２の外部電極の構成を上から見た図である。

図４に示すように、ＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサは、一般的な積層セラミックコンデンサとは外部電極１３ａ，１３ｂの位置が異なる。ＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサでは、直方体形状のコンデンサ本体１０の短手方向（Ｙ方向）の両端部に一対の外部電極１３ａ，１３ｂが互いに対向させるようにして形成される。つまり、一般的な積層セラミックコンデンサは、コンデンサ本体１０の長辺側に外部電極１３ａ，１３ｂが形成された構造を有する。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、コンデンサ本体１０に積層される内部電極１１ａ，１１ｂのうち、第１の内部電極１１ａはコンデンサ本体１０の一端部に引き出されて、外部電極１３ｂに接続される。また、第２の内部電極１１ｂはコンデンサ本体１０の他端部に引き出されて、外部電極１３ａに接続される。

ここで、電歪現象によるコンデンサ本体１０の変位量は、図１におけるＸ方向つまりコンデンサ本体１０の長手方向がＹ方向やＺ方向に比べて大きい。このため、コンデンサ本体１０の長手方向の両端部に形成された外部電極１３ａ，１３ｂをプリント基板２に接合すると、プリント基板２がコンデンサ本体１０と共に大きく振動してしまい、音鳴きが発生しやすくなる。

このような基板振動を低減するために、ＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサを用いて基板接合部間の距離を短くすることを考える。

図６はＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサの実装構造を説明するための図である。

ＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサは、コンデンサ本体１０の短手方向（Ｙ方向）の両端部に外部電極１３ａ，１３ｂが形成されているので、電極幅が一般的な積層セラミックコンデンサよりも長い。

そこで、プリント基板１５上に形成される電極接合用のパッド１５ａ，１５ｂの幅Ｌ２を外部電極１３ａ，１３ｂの幅Ｌ１よりも小さくする。第１のパッド１５ａは第１の外部電極１３ａに対応し、第２のパッド１５ｂは第２の外部電極１３ｂに対応している。これらのパッド１５ａ，１５ｂの幅Ｌ２を外部電極１３ａ，１３ｂの幅Ｌ１よりも小さくして、変位量の大きいコンデンサ本体１０の長手方向の両端部をプリント基板１５に接合しないようにする。

パッド１５ａ，１５ｂの位置は、外部電極１３ａ，１３ｂの中央付近とする。これにより、パッド１５ａ，１５ｂの位置でハンダ付けしたときにコンデンサ本体１０の一端部を浮かせずに水平に接合することができる。

図７はＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサをはんだ付けした状態を示す斜視図、図８はＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサをはんだ付けした状態を示す側面図である。

外部電極１３ａ，１３ｂに対してパッド１５ａ，１５ｂの幅を小さくしたことで、はんだ１４ａ，１４ｂは外部電極１３ａ，１３ｂの一部のみに付着される。この例では、パッド１５ａ，１５ｂの位置が外部電極１３ａ，１３ｂの中央付近にあるので、はんだ１４ａ，１４ｂも外部電極１３ａ，１３ｂの中央付近に付着されることになる。

このように、コンデンサ本体１０の短手方向（Ｙ方向）に外部電極１３ａ，１３ｂを有するＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサを用い、その外部電極１３ａ，１３ｂの一部をプリント基板２にはんだ付けする。これにより、コンデンサ本体１０の振動（伸縮）に伴う基板振動を一般的な積層セラミックコンデンサの実装構造よりも低減でき、音鳴きの発生を防ぐことができる。

この様子を図９および図１０に示す。
図９は一般的な積層セラミックコンデンサの基板変位を示す図である。図１０はＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサの基板変位（パット幅狭）を示す図である。

一般的な積層セラミックコンデンサでは、コンデンサ本体１０の伸縮に伴い、プリント基板２が大きく振動するので、音鳴きが発生しやすい。これに対し、ＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサをプリント基板２のパット幅を狭めて実装した構造では、コンデンサ本体１０の伸縮がプリント基板２に伝わりにくい。このため、プリント基板２の変位が少なく、音鳴きが発生しない。

（他の実施形態）
上記実施形態では、ＬＷ逆転型積層セラミックコンデンサの外部電極１３ａ，１３ｂの中央付近にパッド１５ａ，１５ｂを設けたが（図６参照）、必ずしも外部電極１３ａ，１３ｂの中央付近に設ける必要はない。

例えば、図１１に示すように、外部電極１３ａ，１３ｂの中央付近から一端部側にずらした位置にパッド１５ａ，１５ｂを設けても良い。ただし、パッド１５ａ，１５ｂが外部電極１３ａ，１３ｂの一端部側に寄りすぎてしまうと、コンデンサ本体１０を接合したときに他端部側が浮いてしまう可能性があるので、外部電極１３ａ，１３ｂの中央に近い方が好ましい。

また、パッド１５ａ，１５ｂは、必ずしも対向させる必要はなく、図１２に示すように外部電極１３ａ，１３ｂに対して対角線上に設けられていても良い。いずれの場合も、外部電極１３ａ，１３ｂの幅Ｌｌよりもパッド１５ａ，１５ｂの幅Ｌ２を小さくすることで、上記実施形態と同様の効果が得られる。

さらに、外部電極１３ａ，１３ｂに対して複数のパッドを設けても良い。ただし、パッドが多すぎると、外部電極１３ａ，１３ｂの全体がプリント基板２に密接して、コンデンサ本体１０の振動がプリント基板２に伝搬しやすくなる。したがって、外部電極１３ａ，１３ｂの幅Ｌｌに対して、できるだけ間隔を置いて配置できる数が好ましい。

図１３の例では、外部電極１３ａに対して２個のパッド１６ａ，１６ｂ、外部電極１３ｂに対して２個のパッド１６ｃ，１６ｄを設け、それぞれのパット幅Ｌ３をＬ２よりもさらに小さくしている（Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３）。このように、外部電極１３ａ，１３ｂに対して複数のパッドを間隔を置いて設けることでも、上記実施形態と同様の効果が得られる。

以上述べた少なくとも１つの実施形態によれば、特別な部品や加工を必要とせずに、コンデンサの電歪現象に起因して発生する基板の音鳴きを防ぐことのできるコンデンサの実装構造を有する電子機器を提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電子機器、２…プリント基板、３…積層セラミックコンデンサ、１０…コンデンサ本体、１１ａ，１１ｂ…内部電極、１２…誘電体層、１３ａ，１３ｂ…外部電極、１４ａ，１４ｂ…はんだ、１５ａ，１５ｂ…パッド、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ…パッド。

Claims

直方体形状のコンデンサ本体の短手方向の両端部に一対の外部電極が形成された積層セラミックコンデンサが実装されるプリント基板を備え、
上記プリント基板上に上記一対の外部電極毎に設けられる第１および第２のパッドの幅を上記一対の外部電極の幅よりも小さくして、上記一対の外部電極の一部を上記プリント基板にはんだ付けした実装構造を有する電子機器。
上記第１および第２のパッドは、
上記プリント基板上の上記一対の外部電極の中央付近に設けられている請求項１記載の電子機器。
上記第１および第２のパッドは、
上記プリント基板上の上記一対の外部電極の中央付近から一端部側にずらした位置に設けられている請求項１記載の電子機器。
上記第１および第２のパッドは、
上記プリント基板上の上記一対の外部電極に対して対角線上に設けられている請求項１記載の電子機器。
上記第１および第２のパッドは、
上記プリント基板上の上記一対の外部電極に対し、それぞれに間隔を置いて複数個設けられている請求項１記載の電子機器。