JP5275393B2 - 積層型セラミックコンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、積層型セラミックコンデンサに関し、特に、各内部電極層がキャパシタンスを形成するように、その長さを調節して抵抗損失を減少させた積層型セラミックコンデンサに関する。

近年、電子装置の小型化に伴って、超小型積層セラミックコンデンサが要求されており、移動通信システム基地局の増幅回路のような分野で、信号損失を減らすために、インピーダンス整合（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ）、ＤＣ信号遮断などの用途に、損失の小さい積層型セラミックコンデンサが多く使用されている。

損失のないコンデンサが理想的ではあるが、実際、コンデンサは誘電損失と抵抗損失を有している。このような損失の大きさは、次のように品質係数（Ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ、以下「Ｑ」と称する）で示すことができ、損失が小さいほどＱ値は大きくなる。
Ｑ＝１／（２πｆ・Ｃ・ＥＳＲ）

ここで、ｆは周波数、Ｃはコンデンサの静電容量、ＥＳＲはコンデンサの等価直列抵抗（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を示す。よって、高いＱ値を有する積層型セラミックコンデンサを製造するためには、数百ＭＨｚ以下の周波数領域では主に誘電体の損失を小さくする必要があり、数百ＭＨｚを超える周波数領域では主に内部電極の抵抗損失を減少させる必要がある。

米国特許第７，２３９，５００ Ｂ２号公報

本発明の目的は、積層型セラミックコンデンサの内部電極の長さを調節して、内部電極の抵抗損失を減少させた積層型セラミックコンデンサを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の一実施形態による積層型セラミックコンデンサは、両面の最外郭層として提供されるカバー層及びその間に複数のセラミック層が積層されたセラミック焼結本体部と、セラミック焼結本体部の外部面にそれぞれ形成された第１及び第２の外部電極と、セラミック層を介して複数のセラミック層の積層方向に互いに隣接し、第１または第２の外部電極に電気的に連結された２Ｎまたは２Ｎ＋１（Ｎは１より大きい整数）個の内部電極を含む複数の第１及び第２の内部電極群と、を含み、同一内部電極群で、外側方向に位置する内部電極は隣接した中央方向に位置する内部電極に比べて、長さが短い。
更に、互いに対向する内部電極の間に、Ｍ個の対向面積を有する場合、ｍ番目（１≦ｍ≦Ｍ）対向面積をＳｍとするとき、下記の式（式４）を満足させる。
（式４）
Ｓ _１ ＝…＝Ｓ _ｍ ＝…＝Ｓ _Ｍ

また、２Ｎまたは２Ｎ＋１（Ｎは１より大きい整数）個の内部電極は、隣接する他の内部電極群の少なくとも一つの内部電極に対向して配置され、内部電極においてｎ番目の内部電極の長さをＬｎとするとき、下記の式（式１）を満足させることが好ましい。
（式１）
Ｌ_１＜Ｌ_２＜．．．＜Ｌ_ｎ＝Ｌ_ｎ＋１＞Ｌ_ｎ＋２＞．．．＞Ｌ_２ｎ（内部電極が２Ｎ個の場合）
Ｌ_１＜Ｌ_２＜．．．＜Ｌ_ｎ＋１＞Ｌ_ｎ＋２＞．．．＞Ｌ_２ｎ＋１（内部電極が２Ｎ＋１個の場合）

そして、積層型セラミックコンデンサは、Ｌ_ｎ＝Ｌ_ｎ＋１の場合を除き、下記の式（式２）を満足させることが好ましい。
（式２）
｜Ｌ_ｎ−Ｌ_ｎ＋１｜＝ｄ (但し、ｄは定数)

また、Ｍ個（２Ｎまたは２Ｎ＋１個）の内部電極を有する内部電極群の内部電極は、下記の式（式３）を満足させることが好ましい。
（式３）
Ｌ_１＝Ｌ_Ｍ，Ｌ_２＝Ｌ_Ｍ−１，Ｌ_３＝Ｌ_Ｍ−２．．．

そして、互いに対向する内部電極群の互いに対向する内部電極の間に、Ｍ個の対向面積を有する場合、ｍ番目（１≦ｍ≦Ｍ）対向面積をＳｍとするとき、Ｓｍは０ではないことが好ましい。

そして、内部電極群の内部電極の幅が互いに異なることが好ましい。

また、Ｎ値を調節してＥＳＲ値を調節することが好ましい。

本発明による積層型セラミックコンデンサによると、内部電極群を交互に配置し、内部電極群のそれぞれの内部電極が対向する内部電極群とキャパシタンスを形成して、電流の流れる経路を増加させて内部抵抗を減少させることができる。すなわち、内部電極群の内部電極の個数によって電流の流れる経路の数が変化して、ＥＳＲを調節することができる。

本発明の一実施形態による積層型セラミックコンデンサの断面図である。 本発明の別の実施形態による積層型セラミックコンデンサの断面図である。 本発明の別の実施形態による積層型セラミックコンデンサの断面図である。 本発明の別の実施形態による積層型セラミックコンデンサの断面図である。 本発明の一実施形態による図１の積層型セラミックコンデンサの分解斜視図である。 本発明の別の実施形態による図１の積層型セラミックコンデンサの分解斜視図である。 Ｎ値によるインピーダンス及びＥＳＲ値を示すグラフである。 Ｎ値によるインピーダンス及びＥＳＲ値を示すグラフである。

図１は、本発明の一実施形態による積層型セラミックコンデンサの断面図である。

図１を参照すると、本実施形態による積層型コンデンサ１０は、複数の誘電体層が積層されて形成されたコンデンサ本体を含む。各誘電体層上には、第１及び第２の内部電極群２００、３００が形成される。第１及び第２の内部電極群２００、３００は各誘電体層を介して対向するように配置され、コンデンサ本体の両側端面に形成された第１及び第２の外部電極２０、３０にそれぞれ接続される。

一般的に、第１及び第２の外部電極２０、３０は、コンデンサ本体の両側面を金属ペーストに浸漬（ｄｉｐｐｉｎｇ）する方式で製造されるため、隣接した他の面の一部領域にも延長されて形成される場合もある。このような外部電極のうち、コンデンサ本体の上下面に延長された領域は、プリント回路基板に内蔵される場合、導電性ビアホールまたは導電ラインに連結可能な領域として提供される。

本発明の一実施形態によると、積層型コンデンサ１０は、誘電体層が積層された素子と、素子の外表面に形成された第１の外部電極と、第１の外部電極と電気的に絶縁された第２の外部電極とを含む。コンデンサ１０は、それぞれ第１の外部電極に電気的に連結された、２Ｎまたは２Ｎ＋１（Ｎは１より大きい整数）個の内部電極を含む複数の内部電極群を含むことができる。また、コンデンサ１０は、それぞれ第２の外部電極に電気的に連結された、２Ｎまたは２Ｎ＋１（Ｎは１より大きい整数）個の内部電極を含む複数の内部電極群を含むことができる。

それぞれの内部電極群は、同じ個数の内部電極を含んでもよく、内部電極群に含まれた内部電極の個数は２以上の自然数で表すことができる。

同一内部電極群で、外側に位置する内部電極は、中央方向に隣接して位置する内部電極に比べて長さが短い。

第１の外部電極に電気的に連結された複数の内部電極群と第２の外部電極に電気的に連結された複数の内部電極群は、交互に配置される。それぞれの内部電極は、隣接する内部電極群の内部電極に対向する対向面積（Ｐ）を有するように配置される。

また、内部電極群内部の各内部電極の長さと幅は、必ずしも同じものではなく、それぞれ異なる長さと幅を有してもよい。

また、内部電極においてｎ番目の内部電極の長さをＬ_ｎとするとき、積層型セラミックコンデンサは下記の式（式１）を満足する。
（式１）
Ｌ_１＜Ｌ_２＜．．．＜Ｌ_ｎ＝Ｌ_ｎ＋１＞Ｌ_ｎ＋２＞．．．＞Ｌ_２ｎ（内部電極が２Ｎ個の場合）
Ｌ_１＜Ｌ_２＜．．．＜Ｌ_ｎ＋１＞Ｌ_ｎ＋２＞．．．＞Ｌ_２ｎ＋１（内部電極が２Ｎ＋１個の場合）

すなわち、２Ｎ個の内部電極を有する内部電極群のｎ番目の内部電極の長さは、中間位置に向かって大きくなり、両方の外側に向かって小さくなる。すなわち、内部電極の長さは次第に大きくなり、中間値を頂点にまた小さくなって、ピラミッドの形を成す。

また、本発明の一実施形態による積層型セラミックコンデンサは、Ｌ_ｎ＝Ｌ_ｎ＋１の場合を除き、下記の式（式２）を満足することが好ましい。
（式２）
｜Ｌ_ｎ−Ｌ_ｎ＋１｜＝ｄ （但し、ｄは定数）

内部電極群内で隣接する内部電極間の長さの差が一定であることが好ましい。

また、中央の内部電極を中心に両方の外側に位置する内部電極の長さが互いに対称を成すことが好ましい。すなわち、Ｍ（２Ｎまたは２Ｎ＋１）個の内部電極を有する内部電極群の内部電極は、下記の式（式３）を満足することが好ましい。
（式３）
Ｌ_１＝Ｌ_Ｍ、Ｌ_２＝Ｌ_Ｍ−１、Ｌ_３＝Ｌ_Ｍ−２…

これによって、内部電極群の内部電極は同じ間隔で配置されることができ、隣接した内部電極群の内部電極と同じ対向面積を有するように配置されることができる。

言い換えれば、互いに対向する内部電極群の互いに対向する内部電極の間にＭ個の対向面積を有する場合、ｍ番目の対向面積をＳ_ｍとするとき、対向面積は０ではないことが好ましい。
Ｓ_ｍ≠０

対向面積が０である内部電極は、キャパシタンスを形成することができないため、これによって電流の流れる経路を形成できず、ＥＳＲ低減効果にも寄与することができなくなる。また、下記の式（式４）を満足することが好ましい。
（式４）
Ｓ_１＝…＝Ｓ_ｍ＝…＝Ｓ_Ｍ

すなわち、それぞれの対向面積が互いに同一であることが好ましい。より具体的には、内部電極群の内部電極が有する対向面積Ｓ_Ｍによって形成されるそれぞれのキャパシタンスが同一であるとき、電流の流れが均一に分けられて、ＥＳＲ減少効果が大きくなる。

図１を参照すると、第１の外部電極２０に電気的に連結された第１の内部電極群２００は、３個の内部電極２０１、２０２、２０３を含む。そして、第１の内部電極２０１の長さＬ_１と第３の内部電極２０３の長さＬ_３は同一である。そして、第２の内部電極２０２の長さＬ_２は、次の式を満足する。
Ｌ_１＜Ｌ_２＞Ｌ_３

すなわち、第２の内部電極２０２の長さが最も長く、第１及び第３の内部電極２０１、２０３の長さは互いに同じであって、第２の内部電極２０２の長さより短い。また、第２の内部電極２０２の長さと隣接した第１及び第３の内部電極２０１、２０３の長さとの差（ｄ）は互いに同一である。

同様に、第２の外部電極３０に電気的に連結された第２の内部電極群３００は、３個の内部電極３０１、３０２、３０３を含む。そして、第１の内部電極３０２の長さＬ_２が最も長く、第１及び第３の内部電極３０１、３０３の長さＬ_１、Ｌ_３は互いに同じであって、第２の内部電極３０２の長さＬ_２より短い。また、第２の内部電極３０２の長さと隣接した第１及び第３の内部電極３０１、３０３の長さとの差（ｄ）は互いに同一である。すなわち、次の式を満足する。
｜Ｌ_１−Ｌ_２｜＝｜Ｌ_２−Ｌ_３｜＝ｄ

一方、第１の内部電極群２００と第２の内部電極群３００は互いに対向する面積を有する。第１の内部電極群２００の第２及び第３の内部電極２０２、２０３は、第２の内部電極群３００の第１及び第２の内部電極３０１、３０２と対向するように配置され、対向面積を有する。

図１を参照すると、第１の内部電極群の第３の内部電極２０３と第２の内部電極群の第２の内部電極３０２は、互いに対向するように配置され、対向面積Ｓ_１を有する。そして、第１の内部電極群の第２の内部電極２０２は、第２の内部電極群の第２及び第１の内部電極３０２、３０１とそれぞれ対向するように配置され、対向面積Ｓ_２、Ｓ_３を有する。

また、本発明の好ましい実施形態によると、対抗面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３は、次のような式を満足する。
Ｓ_１＝Ｓ_２＝Ｓ_３

すなわち、対向面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３は互いに同一である。それぞれの対向面積は、個別のコンデンサの役割を果たす。より具体的に、内部電極群の内部電極が有する対向面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３によって形成されるそれぞれのキャパシタンスが同一であるとき、電流の流れが均等に分けられて、ＥＳＲ減少効果が大きくなる。

図２〜図４は、本発明の別の実施形態による積層型セラミックコンデンサの断面図である。

図２は、本発明の別の実施形態として、それぞれ４個（Ｎ＝４）の内部電極を有する複数の内部電極群からなる積層型コンデンサの断面図である。

図２を参照すると、第１の外部電極２０に電気的に連結された第１の内部電極群２００は、４個の内部電極２０１、２０２、２０３、２０４を含む。第１の内部電極２０１の長さＬ_１と第４の内部電極２０４の長さＬ_４は同一である。そして、第２の内部電極２０２の長さＬ_２と第３の内部電極２０３の長さＬ_３は同一である。そして、４個の内部電極２０１、２０２、２０３、２０４は、次のような式を満足する。
Ｌ_１＜Ｌ_２＝Ｌ_３＞Ｌ_４

すなわち、中央の第２の内部電極２０２及び第３の内部電極２０３の長さが最も長く、第１及び第４の内部電極２０１、２０４の長さは互いに同じであり、第２の内部電極２０２及び第３の内部電極２０３の長さより短い。また、第１の内部電極２０１の長さと隣接した第２の内部電極２０２の長さとの差（ｄ）及び第３の内部電極２０３の長さと隣接した第４の内部電極２０４の長さとの差（ｄ）は同一であるが、この場合、偶数個の内部電極が存在するため、中央に位置する第２及び第３の内部電極２０２、２０３の長さは互いに同一である。
｜Ｌ_１−Ｌ_２｜＝｜Ｌ_３−Ｌ_４｜＝ｄ（但し、Ｌ_２とＬ_３は同一である）

同様に、第２の外部電極３０に電気的に連結された第２の内部電極群３００は、４個の内部電極３０１、３０２、３０３、３０４を含む。そして、第２及び第３の内部電極３０２、３０３の長さＬ_２、Ｌ_３が最も長く、第１及び第４の内部電極３０１、３０４の長さＬ_１、Ｌ_４は互いに同一であり、第２及び第３の内部電極３０２、３０３の長さＬ_２、Ｌ_３より短い。また、第１の内部電極３０１の長さと隣接した第２の内部電極３０２との長さの差（ｄ）及び第３の内部電極３０３の長さと隣接した第４の内部電極３０４との長さの差（ｄ）は同一であるが、中央に位置する第２及び第３の内部電極２０２、２０３の長さは互いに同一である。

図３は、本発明の別の実施形態として、それぞれ５個（Ｎ＝５）の内部電極を有する複数の内部電極群からなる積層型コンデンサの断面図である。

図３を参照すると、第１の外部電極２０に電気的に連結された第１の内部電極群２００は、５個の内部電極２０１、２０２、２０３、２０４、２０５を含む。第３の内部電極２０３の長さが最も長く、第１の内部電極２０１の長さＬ_１と第５内部電極２０５の長さＬ_５は互いに同一である。そして、第２の内部電極２０２の長さＬ_２と第４の内部電極２０４の長さＬ_４は互いに同一である。そして、５個の内部電極２０１、２０２、２０３、２０４、２０５は次のような式を満足する。
Ｌ_１＜Ｌ_２＜Ｌ_３＞Ｌ_４＞Ｌ_５

そして、それぞれの５個の内部電極２０１、２０２、２０３、２０４、２０５の長さＬ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４、Ｌ_５は、次のような式を満足する。
｜Ｌ_１−Ｌ_２｜＝｜Ｌ_２−Ｌ_３｜＝｜Ｌ_３−Ｌ_４｜＝｜Ｌ_４−Ｌ_５｜＝ｄ

すなわち、隣接する内部電極同士の長さの差は互いに同一であり、中央に向かうほど長くなって両方の外側に向かって小さくなるピラミッドの形を成す。

一方、図３を参照すると、第１の内部電極群２００と第２の内部電極群３００は互いに対向する面積を有する。第１の内部電極群２００の第３、第４及び第５の内部電極２０３、２０４、２０５は、第２の内部電極群３００の第１、第２及び第３の内部電極３０１、３０２、３０３と対向するように配置され、対向面積を有する。

第１の内部電極群の第５内部電極２０５と第２の内部電極群の第３の内部電極３０３は、互いに対向するように配置され、対向面積Ｓ_１を有する。第１の内部電極群の第２の内部電極２０４は、第２の内部電極群の第３及び第２の内部電極３０３、３０２とそれぞれ対向するように配置され、対向面積Ｓ_２、Ｓ_３を有する。第１の内部電極群の第３の内部電極２０３は、第２の内部電極群の第２及び第１の内部電極３０２、３０１とそれぞれ対向するように配置され、対向面積Ｓ_４、Ｓ_５を有する。

それぞれの対向面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４、Ｓ_５は、次の式を満足することが好ましい。
Ｓ_１＝Ｓ_２＝Ｓ_３＝Ｓ_４＝Ｓ_５

図４は、本発明の別の実施形態として、それぞれ６個（Ｎ＝６）の内部電極を有する複数の内部電極群からなる積層型コンデンサの断面図である。

図４を参照すると、第１の外部電極２０に電気的に連結された第１の内部電極群２００は、６個の内部電極２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６を含む。そして、６個の内部電極２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６は次のような式を満足する。
Ｌ_１＜Ｌ_２＜Ｌ_３＝Ｌ_４＞Ｌ_５＞Ｌ_６

そして、それぞれの６個の内部電極２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６の長さＬ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４、Ｌ_５、Ｌ_６は、次のような式を満足する。
｜Ｌ_１−Ｌ_２｜＝｜Ｌ_２−Ｌ_３｜＝｜Ｌ_４−Ｌ_５｜＝｜Ｌ_５−Ｌ_６｜＝ｄ（但し、Ｌ_３とＬ_４は同一である）

偶数個の内部電極は、中央に位置する第３及び第４の内部電極の長さは互いに同一であり、他の隣接する内部電極同士の長さの差は同一である。

図５は、図１の積層型セラミックコンデンサの分解斜視図である。

図５に示すように、積層型コンデンサのアレイには、複数の誘電体層それぞれに内部電極２０１、２０２、２０３、３０１、３０２、３０３が形成される。両方の最外側には、カバーの役割をする誘電体層が形成され、その間に第１の内部電極群２００に相当する第１、第２及び第３の内部電極２０１、２０２、２０３及び第２の内部電極群３００に相当する第１、第２及び第３の内部電極３０１、３０２、３０３が形成される。

それぞれの内部電極は同一幅を有してもよく、上述したように、第１、第２及び第３の内部電極の長さＬ_１、Ｌ_２、Ｌ_３は次のような式を満足する。
Ｌ_１＜Ｌ_２＞Ｌ_３

図６は、本発明の別の実施形態による図１の積層型セラミックコンデンサの分解斜視図である。

図６を参照すると、上述したように、積層型コンデンサのアレイには、複数の誘電体層それぞれに内部電極２０１、２０２、２０３、３０１、３０２、３０３が形成され、上記のような長さ条件を満足することができる。

しかし、本発明の別の実施形態の場合、それぞれの内部電極は相違する幅を有してもよい。一つの内部電極群に複数の内部電極が含まれる場合、内部電極の幅が減少しても、同一内部電極群内の他の内部電極に対して対向配置されることができるためである。よって、本発明の場合、内部電極は相違する幅を有してもよい。

図７及び図８は、Ｎ値によるインピーダンス及びＥＳＲ値を示すグラフである。

図７及び図８を参照すると、Ｎ値が増加するによって、ＥＳＲ値が減少することを確認できる。すなわち、積層型セラミックコンデンサの内部電極が内部電極群を形成するように構成し、対向する内部電極群とキャパシタンスを形成することで、電流の流れを分散させてＥＳＲ値を減少させることができる。したがって、本発明によると、Ｎ値を調節することにより、ＥＳＲ値を調節することができる。

１０ 積層型コンデンサ
２０ 第１の外部電極
３０ 第２の外部電極
２００ 第１の内部電極群
３００ 第２の内部電極群
２０１、３０１ 第１の内部電極
２０２、３０２ 第２の内部電極
２０３、３０３ 第３の内部電極

Claims (7)

1. 両面の最外郭層として提供されるカバー層及びその間に複数のセラミック層が積層されたセラミック焼結本体部と、
   前記セラミック焼結本体部の外部面にそれぞれ形成された第１及び第２の外部電極と、
   前記セラミック層を介して前記複数のセラミック層の積層方向に互いに隣接し、前記第１の外部電極に電気的に連結された２Ｎまたは２Ｎ＋１（Ｎは１より大きい整数）個の内部電極を含む複数の第１の内部電極群と、
   前記セラミック層を介して前記複数のセラミック層の積層方向に互いに隣接し、前記第２の外部電極に電気的に連結された２Ｎまたは２Ｎ＋１（Ｎは１より大きい整数）個の内部電極を含む複数の第２の内部電極群と、を含み、
   前記同一内部電極群で、外側方向に位置する内部電極は隣接した中央方向に位置する内部電極に比べて、長さが短く、
   互いに対向する内部電極の間に、Ｍ個の対向面積を有する場合、ｍ番目（１≦ｍ≦Ｍ）の対向面積をＳｍとするとき、下記の式（式４）を満足させる積層型セラミックコンデンサ。
   （式４）
   Ｓ _１ ＝…＝Ｓ _ｍ ＝…＝Ｓ _Ｍ
2. 前記２Ｎまたは２Ｎ＋１（Ｎは１より大きい整数）個の内部電極は、隣接する他の内部電極群の少なくとも一つの内部電極に対向して配置され、
   前記内部電極においてｎ番目の内部電極の長さをＬ_ｎとするとき、下記の式（式１）を満足させる請求項１に記載の積層型セラミックコンデンサ。
   （式１）
   Ｌ_１＜Ｌ_２＜．．．＜Ｌ_ｎ＝Ｌ_ｎ＋１＞Ｌ_ｎ＋２＞．．．＞Ｌ_２ｎ（内部電極が２Ｎ個の場合）
   Ｌ_１＜Ｌ_２＜．．．＜Ｌ_ｎ＋１＞Ｌ_ｎ＋２＞．．．＞Ｌ_２ｎ＋１（内部電極が２Ｎ＋１個の場合）
3. Ｌ_ｎ＝Ｌ_ｎ＋１の場合を除き、下記の式（式２）を満足させる請求項１に記載の積層型セラミックコンデンサ。
   （式２）
   ｜Ｌ_ｎ−Ｌ_ｎ＋１｜＝ｄ （但しｄは定数）
4. Ｍ個（２Ｎまたは２Ｎ＋１個）の内部電極を有する内部電極群の内部電極が、下記の式（式３）を満足させる請求項１に記載の積層型セラミックコンデンサ。
   （式３）
   Ｌ_１＝Ｌ_Ｍ，Ｌ_２＝Ｌ_Ｍ−１，Ｌ_３＝Ｌ_Ｍ−２．．．
5. 前記互いに対向する内部電極群の互いに対向する内部電極の間に、Ｍ個の対向面積を有する場合、ｍ番目（１≦ｍ≦Ｍ）の対向面積をＳｍとするとき、Ｓｍは０ではない請求項１に記載の積層型セラミックコンデンサ。
6. 内部電極群の内部電極の幅が互いに異なる請求項１に記載の積層型セラミックコンデンサ。
7. 前記Ｎ値を調節してＥＳＲ値を調節する請求項１に記載の積層型セラミックコンデンサ。

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