コンデンサ
【課題】絶縁耐力を向上できるコンデンサを提供する。
【解決手段】コンデンサ１は、１対の内部電極７と、当該１対の内部電極７間に位置する誘電体５と、を有する。誘電体５は、粒径が１３０ｎｍ以下の複数の第１の無機粒子１５と、粒径が１６０ｎｍ以上の複数の第２の無機粒子１７と、を含む。第２の無機粒子１７同士は、複数の第１の無機粒子１５を互いに結合してなる三次元マトリクス構造を介して連結されている。
【解決手段】コンデンサ１は、１対の内部電極７と、当該１対の内部電極７間に位置する誘電体５と、を有する。誘電体５は、粒径が１３０ｎｍ以下の複数の第１の無機粒子１５と、粒径が１６０ｎｍ以上の複数の第２の無機粒子１７と、を含む。第２の無機粒子１７同士は、複数の第１の無機粒子１５を互いに結合してなる三次元マトリクス構造を介して連結されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ型コンデンサ、リード付きコンデンサ等のコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂中に無機粒子からなる誘電体フィラーを分散させて誘電体フィルムとし、これを誘電体層に適用したコンデンサが知られている（例えば特許文献１及び２）。このようなコンデンサでは、樹脂よりも誘電率が高い無機粒子が樹脂中に分散されることにより、高い容量が実現される。なお、特許文献１では、誘電体フィラーの平均粒径として０．３μｍ〜０．５μｍが開示されており、特許文献２では、誘電体フィラーの平均粒径として０．２μｍが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２５４８４号公報
【特許文献２】特開２００８−２２９８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した無機粒子を分散させた誘電体フィルムは、無機粒子の誘電率が樹脂の誘電率に比較して高いために、印加された電界が無機粒子の周囲に集中しやすく、これにより絶縁耐力が低下する。
【０００５】
本発明の目的は、絶縁耐力を向上できるコンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態に係るコンデンサは、１対の電極と、前記１対の電極間に位置する誘電体と、を有し、前記誘電体は、粒径が１３０ｎｍ以下の複数の第１の無機粒子と、粒径が１６０ｎｍ以上の複数の第２の無機粒子と、を含み、前記第２の無機粒子同士は、前記複数の第１の無機粒子を互いに結合してなる三次元マトリクス構造を介して連結されている。
【０００７】
好適には、前記第１の無機粒子および前記第２の無機粒子の少なくとも一方はペロブスカイト構造を有している。
【０００８】
好適には、前記第１の無機粒子および前記第２の無機粒子は第１のネック部を介して結合している。
【０００９】
好適には、前記第１のネック部が前記第１の無機粒子と同一材料からなる。
【００１０】
好適には、前記第１の無機粒子同士が第２のネック部を介して互いに結合している。
【００１１】
好適には、前記三次元マトリクス構造をなす前記第１の無機粒子間に樹脂が存在する。
【００１２】
好適には、前記第２の無機粒子同士は直接結合していない。
【００１３】
好適には、前記第２のネック部の幅は前記第１のネック部の幅よりも大きい。
【００１４】
好適には、前記第１の無機粒子は第１の誘電率を有し、前記第２の無機粒子は前記第１の誘電率よりも高い第２の誘電率を有する。
【００１５】
上記の構成によれば、絶縁耐力を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施形態に係るコンデンサの外観を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図。
【図２】図２（ａ）は図１（ｂ）の領域IIａを示す拡大断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の領域IIｂを示す拡大断面図。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は図１のコンデンサの製造方法を説明する図。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は図３（ｄ）の続きを示す図。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は図４（ｃ）の続きを示す図。
【図６】実施例に係る誘電体を電子顕微鏡で撮像した写真。
【図７】図６の領域VIIを拡大して示す写真。
【図８】実施例に係る誘電体における粒度分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係るコンデンサ１の外観を示す斜視図である。
【００１８】
コンデンサ１は、リード付きコンデンサとして構成されており、本体部３と、本体部３から延出し、電圧が印加される１対のリード４とを有している。本体部３は、例えば、概ね直方体状に形成されており、１対のリード４は、例えば、直方体の一の面から延出している。本体部３の大きさは適宜に設定されてよいが、例えば、１辺が３〜１０数ミリである。
【００１９】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。
【００２０】
本体部３は、例えば、積層型コンデンサとして構成されており、交互に積層された複数の誘電体５及び複数の内部電極７を有している。また、本体部３は、複数の内部電極７に接続された１対の外部電極９と、誘電体５及び外部電極９等を覆う外装部１１とを有している。
【００２１】
複数の誘電体５及び複数の内部電極７は、要求される容量等に応じて適宜な数で積層されている。図１では、内部電極７が８層となるように積層されているが、積層数はこれに限定されるものではなく、例えば、１００〜１０００層であってもよい。
【００２２】
複数の誘電体５は、例えば、互いに同一の形状及び大きさとされている。各誘電体５は、厚さが概ね一定の平板状（フィルム状）に形成されている。誘電体５の厚さは、印加される電圧及び要求される容量等に応じて適宜に設定されてよいが、例えば、５〜２０μｍである。誘電体５の平面形状は、適宜に設定されてよいが、例えば矩形である。
【００２３】
複数の内部電極７は、例えば、互いに同一の形状及び大きさとされている。各内部電極７は、厚さが概ね一定の平板状（フィルム状）に形成されている。内部電極７の平面形状は、適宜に設定されてよいが、例えば矩形である。複数の内部電極７は、その積層方向において交互に、１対の外部電極９の対向方向において互いにずれて配置されている。そして、複数の内部電極７は、その積層方向において交互に、１対の外部電極９の一方又は他方に、平面形状の矩形の１辺（縁部）が接続されている。内部電極７は、例えば、Ａｌ若しくはＡｌ−Ｚｎ合金等の金属又はこれらを主成分とする混合材料により形成されている。
【００２４】
外部電極９は、複数の誘電体５及び複数の内部電極７によって構成された積層体８の側面を覆うように形成されており、例えば、Ｓｎ、Ｚｎ若しくはＳｎ−Ｚｎ合金等の金属により形成されている。
【００２５】
外装部１１は、積層体８及び１対の外部電極９の全体を覆っており、本体部３の外面全体を構成している。外装部１１は、樹脂等の絶縁性材料により形成されている。樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアノレジン樹脂等の熱硬化性樹脂である。
【００２６】
リード４は、金属板若しくは線材からなり、一端側が外部電極９の外側面に接続されており、他端側が外装部１１から延出している。リード４は、例えば、Ｆｅ、Ｃｕ若しくはＳｎ等の金属により形成されている。
【００２７】
図２（ａ）は、図１（ｂ）の領域IIａを示す拡大断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の領域IIｂを示す拡大断面図である。
【００２８】
誘電体５は、互いに結合した複数の無機粒子（１５、１７等）と、これらの隙間に位置する樹脂１９とから構成されている。
【００２９】
例えば、誘電体５は、無機粒子を２０体積％以上８０％体積以下含み、樹脂１９を２０体積％以上８０体積％以下含み、より好ましくは、無機粒子を５０体積％以上８０％体積以下含み、樹脂１９を２０体積％以上５０体積％以下含み（無機粒子の体積割合が樹脂１９の体積割合以上であり）、さらに好ましくは、無機粒子を６０体積％以上７０％体積以下含み、樹脂１９を３０体積％以上４０体積％以下含んでいる。
【００３０】
複数の無機粒子は、複数の第１の無機粒子１５と、複数の第１の無機粒子１５よりも粒径が大きい第２の無機粒子１７とを有している。第１の無機粒子１５の粒径と第２の無機粒子１７の粒径との境界は、例えば、１５０ｎｍである。
【００３１】
第１の無機粒子１５の粒径は、１３０ｎｍ以下である。この場合において、好ましくは、第１の無機粒子１５は、１１０ｎｍ以下の粒径の粒子を第１の無機粒子１５全体の体積に対して８０体積％以上含んでいる。また、より好ましくは、第１の無機粒子１５は、その全てが１１０ｎｍ以下である。なお、第１の無機粒子１５の粒径の下限値は、例えば、３ｎｍ若しくは３０ｎｍである。
【００３２】
第２の無機粒子１７の粒径は、１６０ｎｍ以上である。この場合において、好ましくは、第２の無機粒子１７は、２００ｎｍ以上の粒径の粒子を第２の無機粒子１７全体の体積に対して９０体積％以上含んでいる。また、より好ましくは、第２の無機粒子１７は、その全てが２００ｎｍ以上である。なお、第２の無機粒子１７の粒径の上限値は、５μｍ若しくは６００ｎｍである。
【００３３】
さらに、誘電体５に含まれる無機粒子について所定の間隔（例えば１０ｎｍ毎）で粒度分布をとったときに小径側（第１の無機粒子１５）の山の最大頻度を示す粒径と大径側（第２の無機粒子１７）の山の最大頻度を示す粒径との差が１００ｎｍ以上、好ましくは２００ｎｍ以上であるのがよい。
【００３４】
第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７の粒径は、例えば、誘電体５の研磨面若しくは破断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）によって適宜な倍率（例えば３００００倍）で撮像して得られるＳＥＩ（二次電子像）及び／又はＢＥＩ（反射電子像）を観察することにより測定できる。
【００３５】
粒径は、ＳＥＩ及び／又はＢＥＩにおいて観察される粒子の面積と同等の面積を有する円の直径（円相当径）として算出（測定）されることが好ましい。ただし、最大径が粒径とされるなどしてもよい。
【００３６】
誘電体５を構成する複数の無機粒子は、例えば、第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７の合計体積に対して、第１の無機粒子１５を２０体積％以上９０体積％以下含み、第２の無機粒子１７を１０体積％以上８０体積％以下含み、より好ましくは、第１の無機粒子１５を２０体積％以上４０体積％以下含み、第２の無機粒子１７を６０体積％以上８０体積％以下含んでいる。
【００３７】
なお、複数の無機粒子及び樹脂１９の好ましい体積割合と併せると、最も好ましくは、誘電体５は、複数の無機粒子（１５、１７）及び樹脂１９の合計体積に対して、第１の無機粒子１５を１２体積％以上２８体積％以下含み、第２の無機粒子１７を３６体積％以上５６体積％以下含み、樹脂１９を３０体積％以上４０体積％以下含む。
【００３８】
各粒子等の体積％は、例えば、上述のＳＥＩ及び／又はＢＥＩにおいて、画像解析装置等を用いて誘電体５に占める各粒子の面積比率（面積％）を複数個所（例えば１０箇所）の断面にて測定し、その測定値の平均値を算出して含有量（体積％）とみなすことにより、測定される。
【００３９】
第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７は、例えば、互いに異なる材料により構成されている。この場合において、別の観点では、誘電体５を構成する複数の無機粒子は、複数の第１材料粒子２１と、複数の第１材料粒子２１とは異なる材料からなる第２材料粒子２３とからなる。そして、第２材料粒子２３の粒径は、第１材料粒子２１の粒径よりも大きいものとされる。
【００４０】
なお、誤差範囲（例えば無機粒子全体の１体積％未満）で第１材料粒子２１の粒径よりも粒径が小さい第２材料粒子２３が存在してもよい。以下では、特に断りがない限り、第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７と、第１材料粒子２１及び第２材料粒子２３とを特に区別しないものとし、主として第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７の語を用いる。
【００４１】
第１材料粒子２１と第２材料粒子２３との判別（粒子を構成する材料の判別）は、例えば、ＥＤＳ（Energy Dispersive x-ray Spectroscopy）による元素分析に基づいて行われる。そして、ＥＤＳによって材料判別をした後に、上述のようにＳＥＩ及び／又はＢＥＩに基づいて粒径を測定することにより、第１材料粒子２１及び第２材料粒子２３の粒径をそれぞれ測定することができる。
【００４２】
第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７は、例えば、比較的誘電率が大きい材料により構成されていることが好ましい。このような誘電率が高い材料としては、例えば、ペロブスカイト構造を有する材料を挙げることができる。ペロブスカイト構造を有する材料は、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３、比誘電率：１２００〜３０００）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３、比誘電率：３００）、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３、比誘電率：２００）、チタン酸バリウムストロンチウム（Ｂａ１−ｘＳｒｘＴｉＯ３、比誘電率：８００〜１５００）、チタン酸バリウムカルシウム（Ｂａ１−ｘＣａｘＴｉＯ３、比誘電率：６００〜１２００）である。
【００４３】
また、第２の無機粒子１７は、例えば、第１の無機粒子１５に比較して、誘電率が大きい材料によって形成されている。例えば、第１の無機粒子１５が、シリカ（ＳｉＯ２、比誘電率：３〜４）によって形成されているのに対して、第２の無機粒子１７は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３、比誘電率：８〜１１）、二酸化チタン（ＴｉＯ２、比誘電率：８３〜１８３）若しくは上述のペロブスカイト構造を有する材料によって形成されている。また、例えば、第１の無機粒子１５が、シリカ、アルミナ若しくは二酸化チタンによって形成されているのに対して、第２の無機粒子１７は、上述のペロブスカイト構造を有する材料によって形成されている。また、例えば、第１の無機粒子１５が常誘電体（チタン酸ストロンチウム等）によって形成されているのに対し、第２の無機粒子１７は強誘電体（チタン酸バリウム等）によって形成されている。
【００４４】
複数の第１の無機粒子１５は、互いに結合して三次元マトリクス構造（三次元網目構造、骨格構造）を構成している。そして、複数の第２の無機粒子１７同士は、複数の第１の無機粒子１５からなる三次元マトリクス構造を介して互いに連結されている。具体的には、以下のとおりである。
【００４５】
複数の第１の無機粒子１５は、複数の第２ネック部２７を介して互いに結合している。第２ネック部２７は、例えば物質の拡散によって形成されるものである。ただし、複数の第１の無機粒子１５は、焼成されたセラミックのように緻密化はされておらず、複数の第１の無機粒子１５間には複数の第１間隙Ｇ１が形成されている。すなわち、複数の第１の無機粒子１５は、誘電体５において三次元マトリクス構造を構成している。
【００４６】
また、各第２の無機粒子１７は、複数の第１の無機粒子１５に対して複数の第１ネック部２５を介して結合している。なお、第１ネック部２５も第２ネック部２７と同様に例えば物質の拡散によって形成されるものである。そして、複数の第２の無機粒子１７は、複数の第１の無機粒子１５からなる三次元マトリクス構造を介して互いに連結されている。なお、第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７間においても緻密化はなされておらず、これらの間には第２間隙Ｇ２が形成されている。
【００４７】
複数の第２の無機粒子１７同士は、その間に複数の第１の無機粒子１５が介在していることから、そのほとんどは、直接当接していない。また、複数の第２の無機粒子１７同士は、直接当接していたとしても、互いに結合はしていない（ネック部は形成されていない。）。また、第２ネック部２７の幅ｗ２は、第１ネック部２５の幅ｗ１よりも大きい。第１ネック部２５及び第２ネック部２７はいずれも、第１の無機粒子１５と同一材料により形成されている。この場合、第１の無機粒子１５と同一材料とは、第２の無機粒子１７の成分を微量（ＥＰＭＡ分析により求められる測定で０．１質量％以下）含んでいてもよいことを意味する。
【００４８】
第１間隙Ｇ１及び第２間隙Ｇ２は、第１の無機粒子１５が緻密化されないことによって形成されており、その大きさは、概略（オーダー的に）、第１の無機粒子１５の粒径程度である。複数の第１間隙Ｇ１は、断面図においては閉じられているが、三次元的に互いに連通されている。そして、複数の第１間隙Ｇ１は、直接又は間接に誘電体５の主面に通じている。複数の第２間隙Ｇ２も、直接又は間接に誘電体５の主面に通じている。
【００４９】
複数の第１の無機粒子１５及び複数の第２の無機粒子１７からなる無機材料には、複数の空隙Ｇ３が形成されている。各空隙Ｇ３は、その内周面が複数の第１の無機粒子１５及び複数の第２の無機粒子１７により構成されている。複数の空隙Ｇ３も、直接又は間接に誘電体５の主面に通じている。
【００５０】
樹脂１９は、第１間隙Ｇ１、第２間隙Ｇ２及び空隙Ｇ３に充填されている。樹脂１９は、例えば、エポキシ樹脂（比誘電率：２．５〜６）、ポリイミド樹脂（比誘電率：３．５５）、シアノレジン樹脂（比誘電率：１５〜２０）、ポリビニルブチラール樹脂（ＰＶＢ、比誘電率：３．９〜４）、フッ素樹脂（比誘電率：４〜８）、アクリル樹脂（比誘電率：２．７〜４．５）、ポリエチレンテレフタラート樹脂（ＰＥＴ、比誘電率：２．９〜３）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ、比誘電率：２．２〜２．３）である。また、樹脂１９は、例えば、第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７、又は、第２の無機粒子１７に比較して、誘電率が小さいものを用いるのがよい。
【００５１】
図３（ａ）〜図５（ｂ）は、コンデンサ１の製造方法を説明する図である。コンデンサ１の製造方法は、図３（ａ）から図５（ｂ）へ順次進行する。なお、図３（ａ）は、ボールミルの模式的な斜視図である。図３（ｂ）及び図３（ｄ）〜図５（ｂ）は、図１（ｂ）に対応する断面図である。図３（ｃ）は、図２（ｂ）と同様に誘電体５の一部拡大断面図である。
【００５２】
まず、図３（ａ）に示すように、ボールミルを用いて第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７を所定の配合比で混合するとともに溶剤に分散させてスラリーを調製する。なお、第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７の配合比（体積比）は、上述したように、例えば、２：８〜４：６である。
【００５３】
なお、溶剤は、例えば、メタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジメチルアセトアミド、又は、これらから選択された２種以上の混合物を含んだ有機溶剤である。
【００５４】
次に、図３（ｂ）に示すように、作製したスラリーをキャリアフィルム３１上に塗布してシート状に成形し、乾燥（溶剤を蒸発）させることにより、誘電体５（この時点では樹脂１９を含まない）が多数個取りされる、無機材料からなる誘電層３３を形成する。
【００５５】
スラリーの塗布は、例えば、ドクターブレード、ディスペンサー、バーコーター、ダイコーター又はスクリーン印刷を用いて行うことができる。スラリーの乾燥は、例えば加熱及び風乾により行われる。乾燥温度は、例えば、２０℃以上且つ溶剤の沸点(二種類以上の溶剤を混合している場合には、最も沸点の低い溶剤の沸点)未満に設定される。
【００５６】
乾燥中、第１の無機粒子１５同士の結合が進行し、また、第１の無機粒子１５と第２の無機粒子１７との結合が進行する。ただし、高温に加熱しないため、ネック構造（第１ネック部２５及び第２ネック部２７）を維持することができ、第１の無機粒子１５による骨格構造が形成される（第１間隙Ｇ１および第２間隙Ｇ２が形成される。）。
【００５７】
第１の無機粒子１５は、第２の無機粒子１７に比較して原子の運動が活発なので、第１の無機粒子１５同士の第２ネック部２７の方が第１の無機粒子１５と第２の無機粒子１７との第１ネック部２５よりも太くなる。また、同様の理由により及び／又は拡散係数の相違により、第１ネック部２５は主として第１の無機粒子１５によって構成される。また、第２の無機粒子１７同士は、第１の無機粒子１５が間に介在していて結合が困難であるとともに、仮に互いに当接していても、原子の運動が活発でないことから、結合しにくい。なお、このような結合態様は、第１の無機粒子１５の粒径が１１０ｎｍ以下であり、第２の無機粒子１７の粒径が２００ｎｍ以上である場合に好適に生じやすい。
【００５８】
また、第１の無機粒子１５の結合の進行に伴って複数の第１の無機粒子１５全体としての収縮が生じ、空隙Ｇ３が形成される。なお、空隙Ｇ３は、第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７の合計体積に対して、第２の無機粒子１７を６０体積％以上とするなど、第２の無機粒子１７の体積％を比較的大きくすると形成されやすい。
【００５９】
キャリアフィルム３１は、樹脂等の適宜な材料により形成されていてよいが、耐熱性、機械的強度及びコストの観点から、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）により形成されていることが好ましい。
【００６０】
次に、図３（ｃ）に示すように、誘電層３３に溶融状態又は液状の樹脂を含浸させる。例えば、スピンコーターによって、樹脂を誘電層３３の主面に塗布しつつ誘電層３３に含浸しない樹脂は回収する。スクリーン印刷等によって必要十分な量の樹脂を誘電層３３に供給してもよい。なお、含浸は、毛細管力によってなされる。含浸した溶融状態又は液状の樹脂が硬化すると、第１間隙Ｇ１、第２間隙Ｇ２及び空隙Ｇ３に充填された樹脂１９が形成される。
【００６１】
その後、特に図示しないが、誘電層３３に対して加熱処理を行う。これにより、粒子同士の結合は強固になる。この加熱温度は、無機材料の粒成長を抑制するために無機材料の結晶開始温度未満であることが好ましく、また、残存した溶剤を蒸発させるために溶剤の沸点以上であることが好ましい。例えば、第１の無機粒子１５がシリカ（結晶開始温度１３００℃）からなる場合、加熱温度は１００〜６００℃である。なお、この加熱処理は、樹脂の誘電層３３への含浸よりも前に行われてもよい。
【００６２】
次に、図３（ｄ）に示すように、内部電極７を誘電体５上に形成する。例えば、メタルマスクを介して内部電極７となる金属を誘電体５に蒸着することによってパターニングされた内部電極７を形成する。なお、内部電極７は、めっき法やフォトリソグラフィーあるいは金属箔の転写等によって形成されてもよい。
【００６３】
そして、図３（ｂ）〜図３（ｄ）を参照して説明した工程を繰り返すことにより、図４（ａ）さらには図４（ｂ）に示すように、誘電体５（誘電層３３）及び内部電極７を積層していく。なお、このように繰り返しの塗工によって積層していくことにより、キャリアフィルム３１の使用量を低減することができる。また、図３（ｄ）に示した内部電極７の形成された誘電層３３を、逐次キャリアフィルム３１を剥がしながら積層していく工法を用いてもよい。
【００６４】
なお、積層体８は、１軸プレスからなる仮プレス及び静水圧プレスからなる本プレス等を経て、誘電層３３と内部電極７との間及び誘電層３３間の密着が強化されてよい。
【００６５】
その後、図４（ｃ）に示すように、キャリアフィルム３１を剥離し、ダイシングブレード若しくはレーザ等を用いて誘電層３３を個片にカットする。
【００６６】
次に、図５（ａ）に示すように外部電極９を形成する。例えば、誘電体５及び内部電極７からなる積層体８の側面に金属を溶射することによって外部電極９を形成する。また、複数の積層体８をディップ治具に整列させて積層体８の側面をめっき液に浸透させることなどにより、外部電極９の外層にＳｎ等のめっきを施してもよい。
【００６７】
次に、図５（ｂ）に示すように、リード４を外部電極９に接合する。例えば、溶接によってリード４を外部電極９に接合する。なお、レーザ溶接を用いる場合においては、リード４及び外部電極９の外装がレーザを吸収しやすいＳｎによって覆われていることが好ましい。
【００６８】
そして、図２（ｂ）に示すように、外装部１１を形成する。例えば、まず、真空雰囲気下で下塗り樹脂をチップ全体に含浸させ、樹脂種に応じて熱硬化若しくは紫外線硬化させる。その後、エポキシを主成分とする樹脂を粉体塗装等によって塗布し、硬化させる。このように外装部１１が形成され、ひいては、コンデンサ１が作製される。
【００６９】
以上のとおり、実施形態のコンデンサ１は、１対の内部電極７と、当該１対の内部電極７間に位置する誘電体５と、を有する。誘電体５は、粒径が１３０ｎｍ以下の複数の第１の無機粒子１５と、粒径が１６０ｎｍ以上の複数の第２の無機粒子１７と、を含む。第２の無機粒子１７同士は、複数の第１の無機粒子１５を互いに結合してなる三次元マトリクス構造を介して連結されている。
【００７０】
従って、三次元マトリクス構造によって第２の無機粒子１７の周囲において電界が集中することを抑制でき、絶縁耐圧を高めることができる。また、三次元マトリクス構造のアンカー効果によって誘電体５と内部電極７との接合性も向上する。また、誘電体５は、焼成されず、ひいては、焼成による内部電極７の酸化は生じないことから、内部電極７としてＣｕ等の酸化しやすい金属を利用することが容易化される。また、例えば、第２の無機粒子１７のみで誘電体５を構成すると、１つの第２の無機粒子１７の周囲に多くの他の第２の無機粒子１７を配置することが困難であることから、その三次元マトリックス構造は緻密でなく、電界集中の抑制効果が発揮されなかったり、接触面積が小さくなるが、そのような不都合は生じない。
【００７１】
また、コンデンサ１では、第１の無機粒子１５および第２の無機粒子１７の少なくとも一方はペロブスカイト構造を有している。従って、誘電体５の誘電率を高くすることができ、絶縁耐圧の向上によって高電圧を印加できることと相俟って、容量の大きいコンデンサを実現することができる。
【００７２】
また、コンデンサ１では、第１の無機粒子１５および第２の無機粒子１７は第１ネック部２５を介して結合している。従って、第１の無機粒子１５と第２の無機粒子１７とが単に当接することによって第２の無機粒子１７が三次元マトリクス構造に保持されている場合に比較して、誘電体５の強度が向上する。
【００７３】
また、コンデンサ１では、第１ネック部２５が第１の無機粒子１５と同一材料からなる。従って、例えば、第２の無機粒子１７の外周面に第２の無機粒子１７の材料による凹凸が生じることが抑制され、その結果、第２の無機粒子１７の誘電率を高くしても、当該外周面の局所において電界集中が生じることが抑制される。また、第１の無機粒子１５は結合に好適な材料とし、第２の無機粒子１７は誘電率が高い材料とするなどして、強度を向上させつつ誘電率を向上させることができる。
【００７４】
また、コンデンサ１では、第１の無機粒子１５同士が第２ネック部２７を介して互いに結合している。従って、第１の無機粒子１５同士は物質の拡散に基づく結合によって結合されており、強固に結合される。また、第１の無機粒子１５同士の結合と、第１の無機粒子１５と第２の無機粒子１７との結合との双方がネック部を介したものであることから、製造方法が簡素化される。
【００７５】
また、コンデンサ１では、三次元マトリクス構造をなす第１の無機粒子１５間に樹脂１９が存在する。従って、第１の無機粒子１５間の第１間隙Ｇ１が真空になっている場合等に比較して、誘電体５内部の誘電率を向上させて容量を大きくすることができるとともに、粒子とその外側との誘電率の差を縮小して電界集中が生じることを抑制し、絶縁耐力を向上させることができる。さらに、樹脂１９によって三次元マトリクス構造の強度が補強される。
【００７６】
また、コンデンサ１では、第２の無機粒子１７同士は直接結合していない。従って、第２の無機粒子１７同士が結合した大きな粒子が存在することが抑制され、ひいては、電気特性や機械特性に関して異方性が生じることが抑制される。
【００７７】
また、コンデンサ１では、第２ネック部２７の幅ｗ２は第１ネック部２５の幅ｗ１よりも大きい。別の観点では、三次元マトリクス構造は、太い部分（第１の無機粒子１５）と細い部分（第２ネック部２７）との太さの差をもたせていることになる。その結果、第２の無機粒子１７の周囲において電界を好適に迂回させることができる。また、三次元マトリクス構造を構成する第１の無機粒子１５間の結合がより強固になされることになり、誘電体５の機械的強度も向上する。
【００７８】
また、コンデンサ１では、第１の無機粒子１５は第１の誘電率を有し、第２の無機粒子１７は前記第１の誘電率よりも高い第２の誘電率を有する。従って、第１の無機粒子１５と第２の無機粒子１７との配合比率を適宜に変更することにより、任意の誘電率の誘電体５を得ることなどが可能である。また、一般に、誘電率が高い材料は、誘電損失が大きいことから、第２の誘電率の材料のみで誘電体５を形成する場合に比較して、誘電率と誘電損失とを好適にバランスさせて要求される仕様に応じることが可能となる。
【００７９】
（実施例）
実施形態の誘電体５について、具体的な材料の選択及び寸法の設定等を行い、実施例に係る誘電体（試料）を作製し、その研磨面をＳＥＭによって観察し、また、絶縁耐力を調べた。具体的には、以下のとおりである。
【００８０】
（実施例の誘電体の製造方法）
まず、以下の第１の無機粒子及び第２の無機粒子を用意した。
第１の無機粒子：
材料：シリカ、粒径：１３０ｎｍ以下（平均粒径６０ｎｍ）
第２の無機粒子：
材料：チタン酸バリウム、粒径：１６０ｎｍ以上（平均粒径３４０ｎｍ）
【００８１】
上記の第１の無機粒子及び第２の無機粒子を体積比で３：７になるように配合し、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）中に分散させてスラリーを調製した。
【００８２】
この後、上記スラリーをコーターを用いてキャリアフィルム上に塗布してシート状に成形し、乾燥させて、厚み１０μｍの誘電層３３を得た。次に、エポキシ樹脂をシートに含浸させて、８０〜２５０℃の温度で熱処理を行って誘電体５を作製した。
【００８３】
（比較例の誘電体の製造方法）
比較例として、第２の無機粒子と同じチタン酸バリウム粒子とエポキシ樹脂とを混合して調整したスラリーから作製した厚み１０μｍのシートを同じ条件（８０〜２５０℃）で加熱して誘電体を作製した。
【００８４】
そして、上記の実施例及び比較例の誘電体のそれぞれの両主面のほぼ全面に蒸着によりＡｌ膜を形成して試料を作製した。
【００８５】
（実施例の誘電体の粒径測定方法）
上記のように作製した誘電体５を研磨して第１の無機粒子及び第２の無機粒子を露出させた。
【００８６】
次に、３００００倍の倍率でＳＥＭによりＳＥＩ及びＢＥＭを得て、そのうち、縦横の長さが約２０μｍ×約１５μｍの領域を選択して粒子の解析を行った。
【００８７】
粒子の解析では、まず、観察した粒子一つ一つをＥＤＳにて元素分析し、シリカとチタン酸バリウムとの判別を行った。
【００８８】
次に、粒子径の測定をマウンテック社製の画像解析式粒度分布測定ソフトウェア「マックビュー」を用いて行った。具体的には、まず、ＥＤＳにて判別した粒子を１個ずつ指定し、ソフトウエアの機能により粒子の領域を判定した。次に、ソフトウエアに判別させた領域の面積から、円相当径を算出させ、その値を粒子径とし、粒子径の最大値、最小値および平均値を求めた。なお、シリカ粒子はＳＥＩから粒子径の解析を行った。チタン酸バリウム粒子はＢＥＩから粒子径の解析を行った。
【００８９】
（実施例の解析結果）
図６は、実施例の誘電体５に係るＳＥＩの一例であり、図７は、図６の領域VIIの拡大像である。ただし、これらの写真は、樹脂の含浸前のものである。これらの写真に示されるように、第２の無機粒子２３同士は、複数の第１の無機粒子２１によって形成された三次元マトリクス構造によって連結されている。
【００９０】
図８は、解析の結果から得られた実施例に係る粒径の分布を示す図である。横軸は、粒径を対数軸で示し、縦軸は、体積％を示している。体積％は、解析対象の領域における全粒子の体積に対する各粒子の体積割合である。実線Ｌ１は第１の無機粒子の粒径及び体積％を示し、実線Ｌ２は第２の無機粒子の粒径及び体積％を示し、実線Ｌ３は全粒子の累積体積％を示している。
【００９１】
この実施例における第１の無機粒子及び第２の無機粒子の粒径の最小値、最大値及び平均値は以下のとおりであった。
最小値（ｎｍ） 最大値（ｎｍ） 平均値（ｎｍ）
第１材料粒子 ３１ １２３ ５６
第２材料粒子 １６１ ５３９ ３３２
【００９２】
作製した試料について交流電源を用いて破壊電界強度を測定した。その結果は、以下のとおりであった。
比較例：４３．２（Ｖ／μｍ）
実施例：５７．３（Ｖ／μｍ）
このように、実施例は比較例よりも高い破壊電界強度を示した。
【００９３】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００９４】
コンデンサは、積層型のものに限定されず、例えば、一の誘電体のみを有する単板型のものであってもよいし、誘電体及び電極が巻かれた巻き型のものであってもよい。また、コンデンサは、リード付きのものに限定されず、例えば、表面実装されるチップ型のものであってもよい。また、コンデンサは、回路基板の一部として構成されたものであってもよい。また、コンデンサは、２重に重ねられた電極が誘電体を挟んで対向するものであってもよいし、複数対の電極が直列に接続されるものであってもよい。
【００９５】
また、コンデンサが積層型のものである場合において、誘電体が複数積層されたブロック体を接着層を介して積層してもよい。この接着層は、誘電体間に位置してもよいし、電極間に位置してもよい。最外層は誘電体（電極よりも外側の誘電体）に代えて樹脂層としてもよい。
【００９６】
第１の無機粒子及び第２の無機粒子は、互いに同一の材料によって構成されていてもよい。例えば、第１の無機粒子及び第２の無機粒子の双方がシリカによって構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１…コンデンサ、５…誘電体、７…内部電極（電極）、１５…第１の無機粒子、１７…第２の無機粒子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ型コンデンサ、リード付きコンデンサ等のコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂中に無機粒子からなる誘電体フィラーを分散させて誘電体フィルムとし、これを誘電体層に適用したコンデンサが知られている（例えば特許文献１及び２）。このようなコンデンサでは、樹脂よりも誘電率が高い無機粒子が樹脂中に分散されることにより、高い容量が実現される。なお、特許文献１では、誘電体フィラーの平均粒径として０．３μｍ〜０．５μｍが開示されており、特許文献２では、誘電体フィラーの平均粒径として０．２μｍが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２５４８４号公報
【特許文献２】特開２００８−２２９８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した無機粒子を分散させた誘電体フィルムは、無機粒子の誘電率が樹脂の誘電率に比較して高いために、印加された電界が無機粒子の周囲に集中しやすく、これにより絶縁耐力が低下する。
【０００５】
本発明の目的は、絶縁耐力を向上できるコンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態に係るコンデンサは、１対の電極と、前記１対の電極間に位置する誘電体と、を有し、前記誘電体は、粒径が１３０ｎｍ以下の複数の第１の無機粒子と、粒径が１６０ｎｍ以上の複数の第２の無機粒子と、を含み、前記第２の無機粒子同士は、前記複数の第１の無機粒子を互いに結合してなる三次元マトリクス構造を介して連結されている。
【０００７】
好適には、前記第１の無機粒子および前記第２の無機粒子の少なくとも一方はペロブスカイト構造を有している。
【０００８】
好適には、前記第１の無機粒子および前記第２の無機粒子は第１のネック部を介して結合している。
【０００９】
好適には、前記第１のネック部が前記第１の無機粒子と同一材料からなる。
【００１０】
好適には、前記第１の無機粒子同士が第２のネック部を介して互いに結合している。
【００１１】
好適には、前記三次元マトリクス構造をなす前記第１の無機粒子間に樹脂が存在する。
【００１２】
好適には、前記第２の無機粒子同士は直接結合していない。
【００１３】
好適には、前記第２のネック部の幅は前記第１のネック部の幅よりも大きい。
【００１４】
好適には、前記第１の無機粒子は第１の誘電率を有し、前記第２の無機粒子は前記第１の誘電率よりも高い第２の誘電率を有する。
【００１５】
上記の構成によれば、絶縁耐力を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施形態に係るコンデンサの外観を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図。
【図２】図２（ａ）は図１（ｂ）の領域IIａを示す拡大断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の領域IIｂを示す拡大断面図。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は図１のコンデンサの製造方法を説明する図。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は図３（ｄ）の続きを示す図。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は図４（ｃ）の続きを示す図。
【図６】実施例に係る誘電体を電子顕微鏡で撮像した写真。
【図７】図６の領域VIIを拡大して示す写真。
【図８】実施例に係る誘電体における粒度分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係るコンデンサ１の外観を示す斜視図である。
【００１８】
コンデンサ１は、リード付きコンデンサとして構成されており、本体部３と、本体部３から延出し、電圧が印加される１対のリード４とを有している。本体部３は、例えば、概ね直方体状に形成されており、１対のリード４は、例えば、直方体の一の面から延出している。本体部３の大きさは適宜に設定されてよいが、例えば、１辺が３〜１０数ミリである。
【００１９】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。
【００２０】
本体部３は、例えば、積層型コンデンサとして構成されており、交互に積層された複数の誘電体５及び複数の内部電極７を有している。また、本体部３は、複数の内部電極７に接続された１対の外部電極９と、誘電体５及び外部電極９等を覆う外装部１１とを有している。
【００２１】
複数の誘電体５及び複数の内部電極７は、要求される容量等に応じて適宜な数で積層されている。図１では、内部電極７が８層となるように積層されているが、積層数はこれに限定されるものではなく、例えば、１００〜１０００層であってもよい。
【００２２】
複数の誘電体５は、例えば、互いに同一の形状及び大きさとされている。各誘電体５は、厚さが概ね一定の平板状（フィルム状）に形成されている。誘電体５の厚さは、印加される電圧及び要求される容量等に応じて適宜に設定されてよいが、例えば、５〜２０μｍである。誘電体５の平面形状は、適宜に設定されてよいが、例えば矩形である。
【００２３】
複数の内部電極７は、例えば、互いに同一の形状及び大きさとされている。各内部電極７は、厚さが概ね一定の平板状（フィルム状）に形成されている。内部電極７の平面形状は、適宜に設定されてよいが、例えば矩形である。複数の内部電極７は、その積層方向において交互に、１対の外部電極９の対向方向において互いにずれて配置されている。そして、複数の内部電極７は、その積層方向において交互に、１対の外部電極９の一方又は他方に、平面形状の矩形の１辺（縁部）が接続されている。内部電極７は、例えば、Ａｌ若しくはＡｌ−Ｚｎ合金等の金属又はこれらを主成分とする混合材料により形成されている。
【００２４】
外部電極９は、複数の誘電体５及び複数の内部電極７によって構成された積層体８の側面を覆うように形成されており、例えば、Ｓｎ、Ｚｎ若しくはＳｎ−Ｚｎ合金等の金属により形成されている。
【００２５】
外装部１１は、積層体８及び１対の外部電極９の全体を覆っており、本体部３の外面全体を構成している。外装部１１は、樹脂等の絶縁性材料により形成されている。樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアノレジン樹脂等の熱硬化性樹脂である。
【００２６】
リード４は、金属板若しくは線材からなり、一端側が外部電極９の外側面に接続されており、他端側が外装部１１から延出している。リード４は、例えば、Ｆｅ、Ｃｕ若しくはＳｎ等の金属により形成されている。
【００２７】
図２（ａ）は、図１（ｂ）の領域IIａを示す拡大断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の領域IIｂを示す拡大断面図である。
【００２８】
誘電体５は、互いに結合した複数の無機粒子（１５、１７等）と、これらの隙間に位置する樹脂１９とから構成されている。
【００２９】
例えば、誘電体５は、無機粒子を２０体積％以上８０％体積以下含み、樹脂１９を２０体積％以上８０体積％以下含み、より好ましくは、無機粒子を５０体積％以上８０％体積以下含み、樹脂１９を２０体積％以上５０体積％以下含み（無機粒子の体積割合が樹脂１９の体積割合以上であり）、さらに好ましくは、無機粒子を６０体積％以上７０％体積以下含み、樹脂１９を３０体積％以上４０体積％以下含んでいる。
【００３０】
複数の無機粒子は、複数の第１の無機粒子１５と、複数の第１の無機粒子１５よりも粒径が大きい第２の無機粒子１７とを有している。第１の無機粒子１５の粒径と第２の無機粒子１７の粒径との境界は、例えば、１５０ｎｍである。
【００３１】
第１の無機粒子１５の粒径は、１３０ｎｍ以下である。この場合において、好ましくは、第１の無機粒子１５は、１１０ｎｍ以下の粒径の粒子を第１の無機粒子１５全体の体積に対して８０体積％以上含んでいる。また、より好ましくは、第１の無機粒子１５は、その全てが１１０ｎｍ以下である。なお、第１の無機粒子１５の粒径の下限値は、例えば、３ｎｍ若しくは３０ｎｍである。
【００３２】
第２の無機粒子１７の粒径は、１６０ｎｍ以上である。この場合において、好ましくは、第２の無機粒子１７は、２００ｎｍ以上の粒径の粒子を第２の無機粒子１７全体の体積に対して９０体積％以上含んでいる。また、より好ましくは、第２の無機粒子１７は、その全てが２００ｎｍ以上である。なお、第２の無機粒子１７の粒径の上限値は、５μｍ若しくは６００ｎｍである。
【００３３】
さらに、誘電体５に含まれる無機粒子について所定の間隔（例えば１０ｎｍ毎）で粒度分布をとったときに小径側（第１の無機粒子１５）の山の最大頻度を示す粒径と大径側（第２の無機粒子１７）の山の最大頻度を示す粒径との差が１００ｎｍ以上、好ましくは２００ｎｍ以上であるのがよい。
【００３４】
第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７の粒径は、例えば、誘電体５の研磨面若しくは破断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）によって適宜な倍率（例えば３００００倍）で撮像して得られるＳＥＩ（二次電子像）及び／又はＢＥＩ（反射電子像）を観察することにより測定できる。
【００３５】
粒径は、ＳＥＩ及び／又はＢＥＩにおいて観察される粒子の面積と同等の面積を有する円の直径（円相当径）として算出（測定）されることが好ましい。ただし、最大径が粒径とされるなどしてもよい。
【００３６】
誘電体５を構成する複数の無機粒子は、例えば、第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７の合計体積に対して、第１の無機粒子１５を２０体積％以上９０体積％以下含み、第２の無機粒子１７を１０体積％以上８０体積％以下含み、より好ましくは、第１の無機粒子１５を２０体積％以上４０体積％以下含み、第２の無機粒子１７を６０体積％以上８０体積％以下含んでいる。
【００３７】
なお、複数の無機粒子及び樹脂１９の好ましい体積割合と併せると、最も好ましくは、誘電体５は、複数の無機粒子（１５、１７）及び樹脂１９の合計体積に対して、第１の無機粒子１５を１２体積％以上２８体積％以下含み、第２の無機粒子１７を３６体積％以上５６体積％以下含み、樹脂１９を３０体積％以上４０体積％以下含む。
【００３８】
各粒子等の体積％は、例えば、上述のＳＥＩ及び／又はＢＥＩにおいて、画像解析装置等を用いて誘電体５に占める各粒子の面積比率（面積％）を複数個所（例えば１０箇所）の断面にて測定し、その測定値の平均値を算出して含有量（体積％）とみなすことにより、測定される。
【００３９】
第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７は、例えば、互いに異なる材料により構成されている。この場合において、別の観点では、誘電体５を構成する複数の無機粒子は、複数の第１材料粒子２１と、複数の第１材料粒子２１とは異なる材料からなる第２材料粒子２３とからなる。そして、第２材料粒子２３の粒径は、第１材料粒子２１の粒径よりも大きいものとされる。
【００４０】
なお、誤差範囲（例えば無機粒子全体の１体積％未満）で第１材料粒子２１の粒径よりも粒径が小さい第２材料粒子２３が存在してもよい。以下では、特に断りがない限り、第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７と、第１材料粒子２１及び第２材料粒子２３とを特に区別しないものとし、主として第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７の語を用いる。
【００４１】
第１材料粒子２１と第２材料粒子２３との判別（粒子を構成する材料の判別）は、例えば、ＥＤＳ（Energy Dispersive x-ray Spectroscopy）による元素分析に基づいて行われる。そして、ＥＤＳによって材料判別をした後に、上述のようにＳＥＩ及び／又はＢＥＩに基づいて粒径を測定することにより、第１材料粒子２１及び第２材料粒子２３の粒径をそれぞれ測定することができる。
【００４２】
第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７は、例えば、比較的誘電率が大きい材料により構成されていることが好ましい。このような誘電率が高い材料としては、例えば、ペロブスカイト構造を有する材料を挙げることができる。ペロブスカイト構造を有する材料は、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３、比誘電率：１２００〜３０００）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３、比誘電率：３００）、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３、比誘電率：２００）、チタン酸バリウムストロンチウム（Ｂａ１−ｘＳｒｘＴｉＯ３、比誘電率：８００〜１５００）、チタン酸バリウムカルシウム（Ｂａ１−ｘＣａｘＴｉＯ３、比誘電率：６００〜１２００）である。
【００４３】
また、第２の無機粒子１７は、例えば、第１の無機粒子１５に比較して、誘電率が大きい材料によって形成されている。例えば、第１の無機粒子１５が、シリカ（ＳｉＯ２、比誘電率：３〜４）によって形成されているのに対して、第２の無機粒子１７は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３、比誘電率：８〜１１）、二酸化チタン（ＴｉＯ２、比誘電率：８３〜１８３）若しくは上述のペロブスカイト構造を有する材料によって形成されている。また、例えば、第１の無機粒子１５が、シリカ、アルミナ若しくは二酸化チタンによって形成されているのに対して、第２の無機粒子１７は、上述のペロブスカイト構造を有する材料によって形成されている。また、例えば、第１の無機粒子１５が常誘電体（チタン酸ストロンチウム等）によって形成されているのに対し、第２の無機粒子１７は強誘電体（チタン酸バリウム等）によって形成されている。
【００４４】
複数の第１の無機粒子１５は、互いに結合して三次元マトリクス構造（三次元網目構造、骨格構造）を構成している。そして、複数の第２の無機粒子１７同士は、複数の第１の無機粒子１５からなる三次元マトリクス構造を介して互いに連結されている。具体的には、以下のとおりである。
【００４５】
複数の第１の無機粒子１５は、複数の第２ネック部２７を介して互いに結合している。第２ネック部２７は、例えば物質の拡散によって形成されるものである。ただし、複数の第１の無機粒子１５は、焼成されたセラミックのように緻密化はされておらず、複数の第１の無機粒子１５間には複数の第１間隙Ｇ１が形成されている。すなわち、複数の第１の無機粒子１５は、誘電体５において三次元マトリクス構造を構成している。
【００４６】
また、各第２の無機粒子１７は、複数の第１の無機粒子１５に対して複数の第１ネック部２５を介して結合している。なお、第１ネック部２５も第２ネック部２７と同様に例えば物質の拡散によって形成されるものである。そして、複数の第２の無機粒子１７は、複数の第１の無機粒子１５からなる三次元マトリクス構造を介して互いに連結されている。なお、第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７間においても緻密化はなされておらず、これらの間には第２間隙Ｇ２が形成されている。
【００４７】
複数の第２の無機粒子１７同士は、その間に複数の第１の無機粒子１５が介在していることから、そのほとんどは、直接当接していない。また、複数の第２の無機粒子１７同士は、直接当接していたとしても、互いに結合はしていない（ネック部は形成されていない。）。また、第２ネック部２７の幅ｗ２は、第１ネック部２５の幅ｗ１よりも大きい。第１ネック部２５及び第２ネック部２７はいずれも、第１の無機粒子１５と同一材料により形成されている。この場合、第１の無機粒子１５と同一材料とは、第２の無機粒子１７の成分を微量（ＥＰＭＡ分析により求められる測定で０．１質量％以下）含んでいてもよいことを意味する。
【００４８】
第１間隙Ｇ１及び第２間隙Ｇ２は、第１の無機粒子１５が緻密化されないことによって形成されており、その大きさは、概略（オーダー的に）、第１の無機粒子１５の粒径程度である。複数の第１間隙Ｇ１は、断面図においては閉じられているが、三次元的に互いに連通されている。そして、複数の第１間隙Ｇ１は、直接又は間接に誘電体５の主面に通じている。複数の第２間隙Ｇ２も、直接又は間接に誘電体５の主面に通じている。
【００４９】
複数の第１の無機粒子１５及び複数の第２の無機粒子１７からなる無機材料には、複数の空隙Ｇ３が形成されている。各空隙Ｇ３は、その内周面が複数の第１の無機粒子１５及び複数の第２の無機粒子１７により構成されている。複数の空隙Ｇ３も、直接又は間接に誘電体５の主面に通じている。
【００５０】
樹脂１９は、第１間隙Ｇ１、第２間隙Ｇ２及び空隙Ｇ３に充填されている。樹脂１９は、例えば、エポキシ樹脂（比誘電率：２．５〜６）、ポリイミド樹脂（比誘電率：３．５５）、シアノレジン樹脂（比誘電率：１５〜２０）、ポリビニルブチラール樹脂（ＰＶＢ、比誘電率：３．９〜４）、フッ素樹脂（比誘電率：４〜８）、アクリル樹脂（比誘電率：２．７〜４．５）、ポリエチレンテレフタラート樹脂（ＰＥＴ、比誘電率：２．９〜３）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ、比誘電率：２．２〜２．３）である。また、樹脂１９は、例えば、第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７、又は、第２の無機粒子１７に比較して、誘電率が小さいものを用いるのがよい。
【００５１】
図３（ａ）〜図５（ｂ）は、コンデンサ１の製造方法を説明する図である。コンデンサ１の製造方法は、図３（ａ）から図５（ｂ）へ順次進行する。なお、図３（ａ）は、ボールミルの模式的な斜視図である。図３（ｂ）及び図３（ｄ）〜図５（ｂ）は、図１（ｂ）に対応する断面図である。図３（ｃ）は、図２（ｂ）と同様に誘電体５の一部拡大断面図である。
【００５２】
まず、図３（ａ）に示すように、ボールミルを用いて第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７を所定の配合比で混合するとともに溶剤に分散させてスラリーを調製する。なお、第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７の配合比（体積比）は、上述したように、例えば、２：８〜４：６である。
【００５３】
なお、溶剤は、例えば、メタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジメチルアセトアミド、又は、これらから選択された２種以上の混合物を含んだ有機溶剤である。
【００５４】
次に、図３（ｂ）に示すように、作製したスラリーをキャリアフィルム３１上に塗布してシート状に成形し、乾燥（溶剤を蒸発）させることにより、誘電体５（この時点では樹脂１９を含まない）が多数個取りされる、無機材料からなる誘電層３３を形成する。
【００５５】
スラリーの塗布は、例えば、ドクターブレード、ディスペンサー、バーコーター、ダイコーター又はスクリーン印刷を用いて行うことができる。スラリーの乾燥は、例えば加熱及び風乾により行われる。乾燥温度は、例えば、２０℃以上且つ溶剤の沸点(二種類以上の溶剤を混合している場合には、最も沸点の低い溶剤の沸点)未満に設定される。
【００５６】
乾燥中、第１の無機粒子１５同士の結合が進行し、また、第１の無機粒子１５と第２の無機粒子１７との結合が進行する。ただし、高温に加熱しないため、ネック構造（第１ネック部２５及び第２ネック部２７）を維持することができ、第１の無機粒子１５による骨格構造が形成される（第１間隙Ｇ１および第２間隙Ｇ２が形成される。）。
【００５７】
第１の無機粒子１５は、第２の無機粒子１７に比較して原子の運動が活発なので、第１の無機粒子１５同士の第２ネック部２７の方が第１の無機粒子１５と第２の無機粒子１７との第１ネック部２５よりも太くなる。また、同様の理由により及び／又は拡散係数の相違により、第１ネック部２５は主として第１の無機粒子１５によって構成される。また、第２の無機粒子１７同士は、第１の無機粒子１５が間に介在していて結合が困難であるとともに、仮に互いに当接していても、原子の運動が活発でないことから、結合しにくい。なお、このような結合態様は、第１の無機粒子１５の粒径が１１０ｎｍ以下であり、第２の無機粒子１７の粒径が２００ｎｍ以上である場合に好適に生じやすい。
【００５８】
また、第１の無機粒子１５の結合の進行に伴って複数の第１の無機粒子１５全体としての収縮が生じ、空隙Ｇ３が形成される。なお、空隙Ｇ３は、第１の無機粒子１５及び第２の無機粒子１７の合計体積に対して、第２の無機粒子１７を６０体積％以上とするなど、第２の無機粒子１７の体積％を比較的大きくすると形成されやすい。
【００５９】
キャリアフィルム３１は、樹脂等の適宜な材料により形成されていてよいが、耐熱性、機械的強度及びコストの観点から、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）により形成されていることが好ましい。
【００６０】
次に、図３（ｃ）に示すように、誘電層３３に溶融状態又は液状の樹脂を含浸させる。例えば、スピンコーターによって、樹脂を誘電層３３の主面に塗布しつつ誘電層３３に含浸しない樹脂は回収する。スクリーン印刷等によって必要十分な量の樹脂を誘電層３３に供給してもよい。なお、含浸は、毛細管力によってなされる。含浸した溶融状態又は液状の樹脂が硬化すると、第１間隙Ｇ１、第２間隙Ｇ２及び空隙Ｇ３に充填された樹脂１９が形成される。
【００６１】
その後、特に図示しないが、誘電層３３に対して加熱処理を行う。これにより、粒子同士の結合は強固になる。この加熱温度は、無機材料の粒成長を抑制するために無機材料の結晶開始温度未満であることが好ましく、また、残存した溶剤を蒸発させるために溶剤の沸点以上であることが好ましい。例えば、第１の無機粒子１５がシリカ（結晶開始温度１３００℃）からなる場合、加熱温度は１００〜６００℃である。なお、この加熱処理は、樹脂の誘電層３３への含浸よりも前に行われてもよい。
【００６２】
次に、図３（ｄ）に示すように、内部電極７を誘電体５上に形成する。例えば、メタルマスクを介して内部電極７となる金属を誘電体５に蒸着することによってパターニングされた内部電極７を形成する。なお、内部電極７は、めっき法やフォトリソグラフィーあるいは金属箔の転写等によって形成されてもよい。
【００６３】
そして、図３（ｂ）〜図３（ｄ）を参照して説明した工程を繰り返すことにより、図４（ａ）さらには図４（ｂ）に示すように、誘電体５（誘電層３３）及び内部電極７を積層していく。なお、このように繰り返しの塗工によって積層していくことにより、キャリアフィルム３１の使用量を低減することができる。また、図３（ｄ）に示した内部電極７の形成された誘電層３３を、逐次キャリアフィルム３１を剥がしながら積層していく工法を用いてもよい。
【００６４】
なお、積層体８は、１軸プレスからなる仮プレス及び静水圧プレスからなる本プレス等を経て、誘電層３３と内部電極７との間及び誘電層３３間の密着が強化されてよい。
【００６５】
その後、図４（ｃ）に示すように、キャリアフィルム３１を剥離し、ダイシングブレード若しくはレーザ等を用いて誘電層３３を個片にカットする。
【００６６】
次に、図５（ａ）に示すように外部電極９を形成する。例えば、誘電体５及び内部電極７からなる積層体８の側面に金属を溶射することによって外部電極９を形成する。また、複数の積層体８をディップ治具に整列させて積層体８の側面をめっき液に浸透させることなどにより、外部電極９の外層にＳｎ等のめっきを施してもよい。
【００６７】
次に、図５（ｂ）に示すように、リード４を外部電極９に接合する。例えば、溶接によってリード４を外部電極９に接合する。なお、レーザ溶接を用いる場合においては、リード４及び外部電極９の外装がレーザを吸収しやすいＳｎによって覆われていることが好ましい。
【００６８】
そして、図２（ｂ）に示すように、外装部１１を形成する。例えば、まず、真空雰囲気下で下塗り樹脂をチップ全体に含浸させ、樹脂種に応じて熱硬化若しくは紫外線硬化させる。その後、エポキシを主成分とする樹脂を粉体塗装等によって塗布し、硬化させる。このように外装部１１が形成され、ひいては、コンデンサ１が作製される。
【００６９】
以上のとおり、実施形態のコンデンサ１は、１対の内部電極７と、当該１対の内部電極７間に位置する誘電体５と、を有する。誘電体５は、粒径が１３０ｎｍ以下の複数の第１の無機粒子１５と、粒径が１６０ｎｍ以上の複数の第２の無機粒子１７と、を含む。第２の無機粒子１７同士は、複数の第１の無機粒子１５を互いに結合してなる三次元マトリクス構造を介して連結されている。
【００７０】
従って、三次元マトリクス構造によって第２の無機粒子１７の周囲において電界が集中することを抑制でき、絶縁耐圧を高めることができる。また、三次元マトリクス構造のアンカー効果によって誘電体５と内部電極７との接合性も向上する。また、誘電体５は、焼成されず、ひいては、焼成による内部電極７の酸化は生じないことから、内部電極７としてＣｕ等の酸化しやすい金属を利用することが容易化される。また、例えば、第２の無機粒子１７のみで誘電体５を構成すると、１つの第２の無機粒子１７の周囲に多くの他の第２の無機粒子１７を配置することが困難であることから、その三次元マトリックス構造は緻密でなく、電界集中の抑制効果が発揮されなかったり、接触面積が小さくなるが、そのような不都合は生じない。
【００７１】
また、コンデンサ１では、第１の無機粒子１５および第２の無機粒子１７の少なくとも一方はペロブスカイト構造を有している。従って、誘電体５の誘電率を高くすることができ、絶縁耐圧の向上によって高電圧を印加できることと相俟って、容量の大きいコンデンサを実現することができる。
【００７２】
また、コンデンサ１では、第１の無機粒子１５および第２の無機粒子１７は第１ネック部２５を介して結合している。従って、第１の無機粒子１５と第２の無機粒子１７とが単に当接することによって第２の無機粒子１７が三次元マトリクス構造に保持されている場合に比較して、誘電体５の強度が向上する。
【００７３】
また、コンデンサ１では、第１ネック部２５が第１の無機粒子１５と同一材料からなる。従って、例えば、第２の無機粒子１７の外周面に第２の無機粒子１７の材料による凹凸が生じることが抑制され、その結果、第２の無機粒子１７の誘電率を高くしても、当該外周面の局所において電界集中が生じることが抑制される。また、第１の無機粒子１５は結合に好適な材料とし、第２の無機粒子１７は誘電率が高い材料とするなどして、強度を向上させつつ誘電率を向上させることができる。
【００７４】
また、コンデンサ１では、第１の無機粒子１５同士が第２ネック部２７を介して互いに結合している。従って、第１の無機粒子１５同士は物質の拡散に基づく結合によって結合されており、強固に結合される。また、第１の無機粒子１５同士の結合と、第１の無機粒子１５と第２の無機粒子１７との結合との双方がネック部を介したものであることから、製造方法が簡素化される。
【００７５】
また、コンデンサ１では、三次元マトリクス構造をなす第１の無機粒子１５間に樹脂１９が存在する。従って、第１の無機粒子１５間の第１間隙Ｇ１が真空になっている場合等に比較して、誘電体５内部の誘電率を向上させて容量を大きくすることができるとともに、粒子とその外側との誘電率の差を縮小して電界集中が生じることを抑制し、絶縁耐力を向上させることができる。さらに、樹脂１９によって三次元マトリクス構造の強度が補強される。
【００７６】
また、コンデンサ１では、第２の無機粒子１７同士は直接結合していない。従って、第２の無機粒子１７同士が結合した大きな粒子が存在することが抑制され、ひいては、電気特性や機械特性に関して異方性が生じることが抑制される。
【００７７】
また、コンデンサ１では、第２ネック部２７の幅ｗ２は第１ネック部２５の幅ｗ１よりも大きい。別の観点では、三次元マトリクス構造は、太い部分（第１の無機粒子１５）と細い部分（第２ネック部２７）との太さの差をもたせていることになる。その結果、第２の無機粒子１７の周囲において電界を好適に迂回させることができる。また、三次元マトリクス構造を構成する第１の無機粒子１５間の結合がより強固になされることになり、誘電体５の機械的強度も向上する。
【００７８】
また、コンデンサ１では、第１の無機粒子１５は第１の誘電率を有し、第２の無機粒子１７は前記第１の誘電率よりも高い第２の誘電率を有する。従って、第１の無機粒子１５と第２の無機粒子１７との配合比率を適宜に変更することにより、任意の誘電率の誘電体５を得ることなどが可能である。また、一般に、誘電率が高い材料は、誘電損失が大きいことから、第２の誘電率の材料のみで誘電体５を形成する場合に比較して、誘電率と誘電損失とを好適にバランスさせて要求される仕様に応じることが可能となる。
【００７９】
（実施例）
実施形態の誘電体５について、具体的な材料の選択及び寸法の設定等を行い、実施例に係る誘電体（試料）を作製し、その研磨面をＳＥＭによって観察し、また、絶縁耐力を調べた。具体的には、以下のとおりである。
【００８０】
（実施例の誘電体の製造方法）
まず、以下の第１の無機粒子及び第２の無機粒子を用意した。
第１の無機粒子：
材料：シリカ、粒径：１３０ｎｍ以下（平均粒径６０ｎｍ）
第２の無機粒子：
材料：チタン酸バリウム、粒径：１６０ｎｍ以上（平均粒径３４０ｎｍ）
【００８１】
上記の第１の無機粒子及び第２の無機粒子を体積比で３：７になるように配合し、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）中に分散させてスラリーを調製した。
【００８２】
この後、上記スラリーをコーターを用いてキャリアフィルム上に塗布してシート状に成形し、乾燥させて、厚み１０μｍの誘電層３３を得た。次に、エポキシ樹脂をシートに含浸させて、８０〜２５０℃の温度で熱処理を行って誘電体５を作製した。
【００８３】
（比較例の誘電体の製造方法）
比較例として、第２の無機粒子と同じチタン酸バリウム粒子とエポキシ樹脂とを混合して調整したスラリーから作製した厚み１０μｍのシートを同じ条件（８０〜２５０℃）で加熱して誘電体を作製した。
【００８４】
そして、上記の実施例及び比較例の誘電体のそれぞれの両主面のほぼ全面に蒸着によりＡｌ膜を形成して試料を作製した。
【００８５】
（実施例の誘電体の粒径測定方法）
上記のように作製した誘電体５を研磨して第１の無機粒子及び第２の無機粒子を露出させた。
【００８６】
次に、３００００倍の倍率でＳＥＭによりＳＥＩ及びＢＥＭを得て、そのうち、縦横の長さが約２０μｍ×約１５μｍの領域を選択して粒子の解析を行った。
【００８７】
粒子の解析では、まず、観察した粒子一つ一つをＥＤＳにて元素分析し、シリカとチタン酸バリウムとの判別を行った。
【００８８】
次に、粒子径の測定をマウンテック社製の画像解析式粒度分布測定ソフトウェア「マックビュー」を用いて行った。具体的には、まず、ＥＤＳにて判別した粒子を１個ずつ指定し、ソフトウエアの機能により粒子の領域を判定した。次に、ソフトウエアに判別させた領域の面積から、円相当径を算出させ、その値を粒子径とし、粒子径の最大値、最小値および平均値を求めた。なお、シリカ粒子はＳＥＩから粒子径の解析を行った。チタン酸バリウム粒子はＢＥＩから粒子径の解析を行った。
【００８９】
（実施例の解析結果）
図６は、実施例の誘電体５に係るＳＥＩの一例であり、図７は、図６の領域VIIの拡大像である。ただし、これらの写真は、樹脂の含浸前のものである。これらの写真に示されるように、第２の無機粒子２３同士は、複数の第１の無機粒子２１によって形成された三次元マトリクス構造によって連結されている。
【００９０】
図８は、解析の結果から得られた実施例に係る粒径の分布を示す図である。横軸は、粒径を対数軸で示し、縦軸は、体積％を示している。体積％は、解析対象の領域における全粒子の体積に対する各粒子の体積割合である。実線Ｌ１は第１の無機粒子の粒径及び体積％を示し、実線Ｌ２は第２の無機粒子の粒径及び体積％を示し、実線Ｌ３は全粒子の累積体積％を示している。
【００９１】
この実施例における第１の無機粒子及び第２の無機粒子の粒径の最小値、最大値及び平均値は以下のとおりであった。
最小値（ｎｍ） 最大値（ｎｍ） 平均値（ｎｍ）
第１材料粒子 ３１ １２３ ５６
第２材料粒子 １６１ ５３９ ３３２
【００９２】
作製した試料について交流電源を用いて破壊電界強度を測定した。その結果は、以下のとおりであった。
比較例：４３．２（Ｖ／μｍ）
実施例：５７．３（Ｖ／μｍ）
このように、実施例は比較例よりも高い破壊電界強度を示した。
【００９３】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００９４】
コンデンサは、積層型のものに限定されず、例えば、一の誘電体のみを有する単板型のものであってもよいし、誘電体及び電極が巻かれた巻き型のものであってもよい。また、コンデンサは、リード付きのものに限定されず、例えば、表面実装されるチップ型のものであってもよい。また、コンデンサは、回路基板の一部として構成されたものであってもよい。また、コンデンサは、２重に重ねられた電極が誘電体を挟んで対向するものであってもよいし、複数対の電極が直列に接続されるものであってもよい。
【００９５】
また、コンデンサが積層型のものである場合において、誘電体が複数積層されたブロック体を接着層を介して積層してもよい。この接着層は、誘電体間に位置してもよいし、電極間に位置してもよい。最外層は誘電体（電極よりも外側の誘電体）に代えて樹脂層としてもよい。
【００９６】
第１の無機粒子及び第２の無機粒子は、互いに同一の材料によって構成されていてもよい。例えば、第１の無機粒子及び第２の無機粒子の双方がシリカによって構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１…コンデンサ、５…誘電体、７…内部電極（電極）、１５…第１の無機粒子、１７…第２の無機粒子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の電極と、
前記１対の電極間に位置する誘電体と、
を有し、
前記誘電体は、
粒径が１３０ｎｍ以下の複数の第１の無機粒子と、
粒径が１６０ｎｍ以上の複数の第２の無機粒子と、を含み、
前記第２の無機粒子同士は、前記複数の第１の無機粒子を互いに結合してなる三次元マ
トリクス構造を介して連結されている
コンデンサ。
【請求項２】
前記第１の無機粒子および前記第２の無機粒子の少なくとも一方はペロブスカイト構造
を有している
請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記第１の無機粒子および前記第２の無機粒子は第１のネック部を介して結合している
請求項１または２に記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記第１のネック部が前記第１の無機粒子と同一材料からなる
請求項３に記載のコンデンサ。
【請求項５】
前記第１の無機粒子同士が第２のネック部を介して互いに結合している
請求項３に記載のコンデンサ。
【請求項６】
前記三次元マトリクス構造をなす前記第１の無機粒子間に樹脂が存在する
請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項７】
前記第２の無機粒子同士は直接結合していない
請求項３に記載のコンデンサ。
【請求項８】
前記第２のネック部の幅は前記第１のネック部の幅よりも大きい
請求項５に記載のコンデンサ。
【請求項９】
前記第１の無機粒子は第１の誘電率を有し、前記第２の無機粒子は前記第１の誘電率よりも高い第２の誘電率を有する
請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項１】
１対の電極と、
前記１対の電極間に位置する誘電体と、
を有し、
前記誘電体は、
粒径が１３０ｎｍ以下の複数の第１の無機粒子と、
粒径が１６０ｎｍ以上の複数の第２の無機粒子と、を含み、
前記第２の無機粒子同士は、前記複数の第１の無機粒子を互いに結合してなる三次元マ
トリクス構造を介して連結されている
コンデンサ。
【請求項２】
前記第１の無機粒子および前記第２の無機粒子の少なくとも一方はペロブスカイト構造
を有している
請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記第１の無機粒子および前記第２の無機粒子は第１のネック部を介して結合している
請求項１または２に記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記第１のネック部が前記第１の無機粒子と同一材料からなる
請求項３に記載のコンデンサ。
【請求項５】
前記第１の無機粒子同士が第２のネック部を介して互いに結合している
請求項３に記載のコンデンサ。
【請求項６】
前記三次元マトリクス構造をなす前記第１の無機粒子間に樹脂が存在する
請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項７】
前記第２の無機粒子同士は直接結合していない
請求項３に記載のコンデンサ。
【請求項８】
前記第２のネック部の幅は前記第１のネック部の幅よりも大きい
請求項５に記載のコンデンサ。
【請求項９】
前記第１の無機粒子は第１の誘電率を有し、前記第２の無機粒子は前記第１の誘電率よりも高い第２の誘電率を有する
請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のコンデンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−５１３０４（Ｐ２０１３−５１３０４Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８２８５（Ｐ２０１１−１８８２８５）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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