CN102856072A

CN102856072A - 多层陶瓷电子部件及其制造方法

Info

Publication number: CN102856072A
Application number: CN2011103913677A
Authority: CN
Inventors: 金钟翰; 朴宰满; 郑贤哲
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-01-02
Also published as: JP2013016770A; US20130002388A1; KR20130007301A

Abstract

提供了一种多层陶瓷电子部件，该多层陶瓷电子部件能够通过控制电极连接性而保护电容。所述多层陶瓷电子部件包括：陶瓷主体；和内电极，所述内电极形成在所述陶瓷主体的内部中并且分别具有中心部分和从所述中心部分向着所述内电极的边缘变薄的锥形部分，其中所述锥形部分的面积与所述内电极的总面积的比率是35％或更小。即使在小的高电容多层陶瓷电容器的情况下，通过控制电极连接性，也可以获得希望的电容。

Description

多层陶瓷电子部件及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年6月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0065116的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用并入本申请中。

技术领域

本发明涉及多层陶瓷电子部件及其制造方法，并且更特别地，涉及能够通过控制电极连接性而保护电容的多层陶瓷电子部件及其制造方法。

背景技术

目前，由于电子产品已经趋向于较小且较轻，就需要使用于电子产品中的电子部件的尺寸和厚度减小。

已经试图通过形成薄的电介质层和薄的内电极层将层压物(laminations)的数量增加到最大可能水平，或通过调节添加到内电极的烧结阻滞剂(sintering retarder)的量和控制烧制温度和气压(atmosphere)将电极的连接性增加到最大可能水平，以此保护电容。

在小的高电容多层陶瓷电容器(MLCC)的情况下，为了增加层压物的数量，电介质层的厚度和内电极层的厚度需要减小，并且影响电容的有效电极面积(内电极的连接性或覆盖率)是重要的。

在印刷内电极之后在干燥和平整内电极的过程中，印刷的电极平面的边缘部分变得相对薄，并且在这种情况下，由于印刷的面积较小时或者由于内电极被印刷成较薄，印刷的电极平面的薄的边缘部分的摩擦力增加。

在相对薄的部分处的电极的连接性在烧制操作之后明显地降低，并且因此在小的或具有高的电容的产品或装置中，边缘部分对电容的影响增加。

随着陶瓷电介质层变得较薄且高度层压，内电极层的体积部分增加，因此，由于在向电路板上安装的过程中所施加的热冲击，或者类似地由于烧制(firing)或回流焊接(reflow soldering)等，可能出现陶瓷层压体(或陶瓷层压物)破裂或电介质故障。

详细地，由于来自于陶瓷层和内电极层之间热膨胀系数的不同的力作用在陶瓷层压物上，就产生裂缝，特别地，裂纹主要产生在多层陶瓷电容器的上和下边缘。

此外，根据热改变，应力可以产生在电介质的最上部分和最下部分，并且当在这时施加电压时，在电介质层中可产生电介质故障。

发明内容

本发明的一方面提供一种多层陶瓷电子部件及其制造方法，该多层陶瓷电子部件能够通过控制电极连接性而保护电容。

根据本发明的一方面，提供了一种多层陶瓷电子部件，该多层陶瓷电子部件包括：陶瓷主体；和内电极，所述内电极形成在所述陶瓷主体的内部并且分别具有中心部分和从所述中心部分向着所述内电极的边缘变薄的锥形部分(tapered portion)，其中所述锥形部分的面积与所述内电极的总面积的比率是35％或更小。

所述内电极可包括孔隙，并且当包括所述孔隙的所述内电极的总面积是A，不包括所述孔隙的所述内电极的面积是B，并且B/A被定义为所述内电极的覆盖率，则所述中心部分的覆盖率可以是75％或更大。

所述锥形部分的覆盖率可以是所述中心部分的覆盖率的80％或更小。

所述多层陶瓷电子部件的尺寸可以是0.6mm×0.3mm×0.3mm或更小。

陶瓷主体可包括200个或更多的电介质层。

沿层压方向观察的所述内电极的形状可以是矩形形状、倒角矩形形状、或具有圆的角部的矩形形状。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造多层陶瓷电子部件的方法，该方法包括：制备电介质片材；制备导电胶；和在所述电介质片材上印刷所述导电胶以形成内电极，所述内电极具有中心部分和从所述中心部分向着边缘变薄的锥形部分，其中所述锥形部分的面积与所述内电极的总面积的比率是35％或更小。

所述多层陶瓷电子部件的尺寸可以是0.6mm×0.3mm×0.3mm或更小。

在电介质片材的情况下，可以层压200层电介质片材或更多。

附图说明

根据以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其它方面，特征和其它优点，其中：

图1是根据本发明的实施方式的多层陶瓷电子部件的示意透视图；

图2是沿图1中的线A-A’截取的横截面视图；

图3中的(a)是恰好在执行印刷之后的内电极的纵向横截面示意图；

图3中的(b)是在执行干燥和平整之后的内电极的纵向横截面示意图；

图4是在执行烧制之前和之后的沿层压的内电极的方向的大的贴片(a)的内电极和小的贴片(b)的内电极的示意图；并且

图5是根据本发明的实施方式的内电极的修改例。

具体实施方式

现在将参考附图详细描述本发明的实施例。

然而，本发明可以被实施为许多不同形式并且不应当被解释为限于这里阐述的实施例。

更确切地说，提供这些实施例使得本公开将彻底且完整，并且将把本发明的范围完全传达到本领域技术人员。

在图中，为了清楚起见可夸大形状和尺寸，并且将始终使用相同的附图标记来指定相同或相似部件。

多层陶瓷电子部件包括多层陶瓷电容器(MLCC)，片式电感器(chipinductor)，贴片磁珠(chip beads)等。MLCC将作为例子被描述，但本发明不限于此。

图1是根据本发明的实施方式的多层陶瓷电子部件的示意透视图。图2是沿图1中的线A-A’截取的横截面视图。图3中的(a)是恰好在执行印刷之后的内电极的纵向横截面示意图。图3中的(b)是在执行干燥和平整之后的内电极的纵向横截面示意图。图4是在执行烧制之前和之后的具有相对大的面积的内电极(a)和具有相对小的面积的内电极(b)的示意图。图5是根据本发明的实施方式的内电极的修改例。

根据本发明的实施方式的多层陶瓷电子部件可包括陶瓷主体10，和内电极30和31，该内电极形成在陶瓷主体10的内部并且具有中心部分70和从中心部分70向着其边缘变薄的锥形部分50。锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率可以是35％或更小。

陶瓷主体10可以由具有高的介电常数的陶瓷材料形成，并且因此可以使用钛酸钡(BaTiO₃)基物质(barium titanate-based material)，铅复合钙钛矿基物质(lead-complex perovskite-based material)，钛酸锶(SrTiO₃)基物质(strontium titanate-based material)等，但本发明不限于此。

陶瓷主体10可以通过层压然后烧结多个陶瓷电介质层40而形成，并且在这里，相邻的电介质层40可以整体化使得其间的边界不能被容易地识别。

陶瓷主体10可包括200个或更多的电介质层40。

当贴片尺寸是大的(1.6mm×0.8mm×0.8mm，1.0mm×0.5mm×0.5mm)时，层压电介质层40的数量和锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率是不成问题的，但当贴片尺寸是小的(0.6mm×0.3mm×0.3mm)并且层压的电介质层40的数量超过200个时，锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率是成问题的(这将在后面参考表1详细描述)。在这里，当锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率是35％或更小时，可以实现该电容。

外电极20和21可以由传导性金属(conductive metal)形成，并且在这里，传导性金属可包括铜(Cu)，铜合金，镍(Ni)，镍合金，银，钯等，但本发明不限于此。

外电极20和21可以形成在电容器主体的两个端面上。在这里，外电极20和21可以电连接到从陶瓷主体10的端面暴露的内电极30和31。

内电极30和31可以形成为使得其一个端部从陶瓷主体10的端面暴露。当任何内电极30的一个端部从陶瓷主体10的一个面暴露时，相邻内电极31的一个端部可以从陶瓷主体10的相对的端面暴露。

内电极30和31可以通过在电介质基片上印刷包括传导性金属，粘结剂，和溶剂的胶质(paste)并且烧制该胶质来形成。

作为传导性金属，可以使用镍(Ni)，镍合金等。

用于内电极的传导胶成分还可包括例如钛酸钡的陶瓷烧结抑制剂。

例如聚乙烯丁醛(polyvinylbutyral)，乙基纤维素(ethylcellulose)等的聚合物树脂可以用作粘结剂。

用于内电极的传导胶的溶剂不受特别限制，并且，例如，可以使用松油醇(terpineol)，二氢松油醇(dehydroterpineol)，丁基卡必醇(butylcarbitol)，煤油(kerosene)等。

内电极30和31可以通过丝网印刷(screen printing)，凹版印刷(gravureprinting)等形成在电介质基片上。

内电极30和31可包括中心部分70和从中心部分70向着其边缘变薄的锥形部分50。

内电极中心部分70和内电极锥形部分50可以通过以下参考被区分。

存在不均匀的凹陷和突起的内电极30和31的中间部分可以被定为中心部分70，并且内电极的厚度向着内电极30和31的边缘逐渐减小的部分可以被定义为锥形部分50。

锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率可以是35％或更小。

如果锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率超过35％，则内电极30和31之间的孔隙60的比例将过分增加而不能实现电容。

与内电极30和31的其它部分中相比，更多孔隙60存在于内电极锥形部分50中。由于内电极锥形部分50较薄，与相对较厚的内电极的其它部分相比，它强烈地受烧成收缩影响。因此，与内电极中心部分70中相比，更多孔隙60可以形成在内电极锥形部分50中。

由于电子部件正变得更小且更轻，内电极已经趋向于变得更小，并且由于电子部件日益具有较高的电容，内电极的厚度已经趋向于减小。然而，虽然内电极30和31的尺寸减小，但内电极锥形部分50的宽度大体上是固定的或规则的，以致内电极30和31的尺寸减小，内电极30和31中的锥形部分50的摩擦力增加。由于锥形部分50的比例增加，更多孔隙60存在于整个内电极30和31中，在实现电容中潜在地导致困难。

内电极30和31的中心部分70的覆盖率可以是75％或更大。

可以如下定义内电极30和31的覆盖率。

即，当包括形成在内电极30和31中的孔隙60的内电极30和31的总面积是A并且不包括孔隙60的内电极30和31的总面积是B时，B/A可以被定义为内电极的覆盖率。

当内电极30和31的覆盖率相对大时，意味着内电极30和31形成为在其中具有很少的空的空间，因此可保证高的静电电容，但相反地，当内电极30和31的覆盖率相对小时，由于形成静电电容的有效面减小，内电极30和31的小的覆盖率在形成静电电容中可能具有困难。

当内电极30和31的中心部分70的覆盖率小于75％时，可能难以实现电容。

图3中的(a)是恰好在已经执行印刷之后的内电极的纵向横截面示意图，并且图3中的(b)是在已经执行干燥和平整之后的内电极的纵向横截面示意图。

参考图3中的(a)和(b)，恰好在印刷之后的内电极30和31的截面接近矩形形状(图3中的(a))，但厚度在干燥和平整之后显著减小以形成中心部分70和从中心部分向着其边缘变薄的锥形部分50(图3中的(b))。

在印刷的内电极30’和31’的边缘，挥发性物质容易挥发，因此在干燥和平整之后内电极30’和31′的横截面可具有内电极30’和31’向着边缘变薄的锥形形状。

参考图4，当包括中心部分70和锥形部分50的内电极30’和31’被烧制时，内电极30和31的尺寸由于烧成收缩(firing shrinkage)等而减小，并且孔隙60形成在内电极30和31的内部中。

在本实施例中，内电极30和31具有矩形形状，但本发明不限于此并且内电极30和31可以具有各种其它形状，诸如倒角矩形形状，具有圆形角部的矩形形状等。

更多孔隙60可以形成在内电极的锥形部分50。

内电极锥形部分50的覆盖率可以小于内电极中心部分70的覆盖率，并且内电极锥形部分50的覆盖率可以是内电极中心部分70的覆盖率的80％或更小。

内电极中心部分70和内电极锥形部分50可以由相同的材料形成，因此它们在烧制过程中可以以相同程度的烧成收缩进行收缩。然而，由于内电极锥形部分50的厚度较小，因此内电极锥形部分50更受烧成收缩影响，并且因此更多孔隙60可以形成在内电极的锥形部分50。由于厚度减小，这个现象可能是显著的。

当内电极中心部分70的厚度增加时，内电极锥形部分50的厚度也增加，并且当内电极中心部分70的厚度减小时，内电极锥形部分50的厚度也减小。即，可以认为内电极中心部分70的厚度对内电极锥形部分50的厚度的比率可以是大体上恒定的。

由于内电极30和31的厚度是影响由于烧成收缩的孔隙60的产生主要因素，因此在烧制操作之后产生的孔隙60的数量的相对比率可以在内电极中心部分70和内电极锥形部分50处大体上恒定。即，内电极中心部分70的覆盖率和内电极锥形部分50的覆盖率之间的相对比率可以大体上恒定。

内电极锥形部分50的覆盖率对内电极中心部分70的覆盖率的比率可以是80％或更小。

通过调节用于内电极的胶质的流变性，可以控制内电极中心部分70的覆盖率和内电极锥形部分50的覆盖率。

由于用于内电极的胶质的粘度变小，内电极30和31的覆盖率可以降低，或者由于诸如粘结剂等的添加剂的含量变小，内电极30和31的覆盖率可以降低。

由于传导性金属的粒子是较小的，因此传导性金属粒子的表面面积增加并且传导性金属粒子倾向于聚集，增加胶质的粘度，并且由于粘结剂的含量减小，因此传导性金属之间的粘结增加，增加胶质的粘度。

印刷有高粘度的胶质的内电极可以形成为相对厚，而印刷有低粘度的胶质的内电极可以形成为相对薄。因此，由于胶质的粘度减小，孔隙60的形成的频率增加并且覆盖率可以降低。

当印刷有坯泥的内电极30’和31’经受去粘结过程时，诸如溶剂、粘结剂等存在于坯泥中的有机物质可以挥发而被去除，并且在内电极30’和31’经受烧制过程时，传导性金属粒子可以变密以引起烧成收缩，并且在这里，当在去粘结过程中被去除的较大量的挥发性材料存在时，更多的孔隙60可以形成在烧制的内电极30和31中，并且覆盖率可以降低。

根据本发明的实施方式的一种制造多层陶瓷电子部件的方法可包括：制备电介质片材；制备导电胶；和在电介质片材上印刷导电胶以形成内电极，该内电极具有中心部分70和从中心部分70向着其边缘变薄的锥形部分50，其中锥形部分的面积与内电极的总面积的比率可以是35％或更小。

现在将描述根据本发明的实施方式的制造多层陶瓷电容器的方法。

诸如钛酸钡的陶瓷粉末，粘结剂，溶剂等可以通过诸如球磨方法等的方法被混合和分散以制造陶瓷浆体，并且通过刮片方法(doctor blade method)通过使用陶瓷浆体可以制造具有大约数微米(μm)的厚度的电介质基片。

在诸如镍(Ni)的传导性金属，粘结剂，溶剂等混合之后，通过3辊球磨机可以制造用于内电极的导电胶。作为粘结剂，可以使用诸如乙基纤维素，聚乙烯丁醛等的树脂，但本发明不限于此。作为用于内电极的导电胶成分的溶剂，可以使用松油醇，二氢松油醇，丁基卡必醇，煤油等，但本发明不特别地限于此。

用于内电极的传导性坯泥通过诸如丝网印刷等的方法被印刷在电介质基片上以形成内电极，并且内电极被层压，挤压和切割以制造贴片。在烧制贴片之后，形成外电极和镀层以制造多层陶瓷电容器。

与内电极的中心部分和锥形部分有关的问题，与多层陶瓷电子部件的尺寸有关的问题，与层压电介质层的数量有关的问题，和与内电极的形状有关的问题可以与上述相同。

[例子]

钛酸钡粉末用作主材料并且与粘结剂，溶剂等混合以制造电介质浆体，并且电介质浆体随后通过刮刀方法被施加到载体薄膜以制造具有10μm的厚度的电介质基片。

作为用来形成内电极的导电胶，使用具有0.1μm的平均粒子尺寸的镍(Ni)粉末，并且在这里，镍(Ni)的含量是40％到50％。

镍(Ni)粉末通过使用3辊球磨机被分散。

导电胶通过丝网印刷方法被印刷在电介质基片上以形成具有0.7μm的厚度的内电极。

内电极形成在其上的电介质基片被层压，挤压和切割以制造贴片，该贴片在230℃下经受去粘结过程持续60小时，并且随后在1200℃在低于Ni/NiO平衡氧分压的10^-11～10^-10的氧分压下在还原气氛下被烧制使得内电极不被氧化。

层压陶瓷电容器的内电极30和31的平均厚度是0.6μm到0.7μm，并且电介质层40的厚度是0.7μm到0.8μm。

下面的表1示出关于如何根据MLCC的贴片尺寸，层压电介质层40的数量，和内电极锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率，来实现多层陶瓷电容器(MLCC)的电容的评价结果。

基于是否实现设计值的100％而确定MLCC的电容的实现。

[表1]

*：对比例

○：好

×：差

参考表1，可以确认，测试样品1到4具有大的贴片尺寸(1.6mm×0.8mm×0.8mm，1.0mm×0.5mm×0.5mm)，因此，虽然层压电介质层40的数量是大的，但锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率小于35％，并且因此，没有任何困难地实现电容。

至于测试样品5，可以注意到，贴片尺寸减小(0.6mm×0.3mm×0.3mm)并且锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率(41.3％)超过35％，但由于层压电介质层40的数量是155(相对小的量)，因此在实现电容中不存在困难。

至于测试样品6，可以注意到，锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率(43.7％)超过35％，并且层压电介质层40的数量增加到202，未能实现电容。

至于测试样品9和11，贴片尺寸是0.6mm×0.3mm×0.3mm并且电介质层40的层压数量分别是234和257(这超过200)，结果电容的实现失败。

该结果可以从以下事实推断：锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率分别是36.4％和35.3％(这超过35％)。

至于测试样品7，8，10和12，贴片尺寸是0.6mm×0.3mm×0.3mm并且电介质层40的层压数量分别是202，202，234和257(这超过200)，但由于锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率分别是34.8％，30.7％，28.7％和31.3％(这不超过35％)，可以实现电容。

总之，表1的结果显示，当贴片尺寸是大的(即1.6mm×0.8mm×0.8mm，1.0mm×0.5mm×0.5mm)时，层压电介质层40的数量和锥形区域50的面积与内电极30和31的总面积的比率不是问题，但当贴片尺寸是小的(即0.6mm×0.3mm×0.3mm)并且电介质层40的层压数量超过200时，锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率是个问题，并且在这里，当锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率是35％或更小时，可以实现电容。

下面的表2示出当贴片尺寸是小的(即0.6mm×0.3mm×0.3mm)并且层压电介质层40的数量是202时，在改变内电极中心部分70的覆盖率和锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率时电容的实现的评价结果。

[表2]

*：对比例

○：好

×：差

参考表2，至于测试样品3，5到8，内电极中心部分70的覆盖率是75％或更大，并且内电极锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率是35％或更小，实现电容。

对于测试样品1，内电极锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率(37.7％)超过35％并且内电极中心部分70的覆盖率(72.3％)小于75％。由于内电极30和31的中心部分70的覆盖率和锥形部分50的覆盖率是低的，因此可以推断没有实现电容。

对于测试样品2，内电极锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率(33.5％)小于35％，并且内电极中心部分70的覆盖率(74.7％)小于75％。由于内电极中心部分70的覆盖率是低的，因此可以推断没有实现电容。

对于测试样品4，内电极中心部分70的覆盖率(77.8％)大于75％，并且内电极锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率(38.8％)大于35％。由于锥形部分的覆盖率是低的，因此可以推断没有实现电容。

总之，在贴片尺寸是小的(即0.6mm×0.3mm×0.3mm)并且层压电介质层40的数量是202的情况下，当内电极中心部分70的覆盖率是75％或更大并且内电极锥形部分50的面积与内电极30和31的总面积的比率是35％或更小时，可以实现电容。

如上所述，根据本发明的实施方式，在多层陶瓷电子部件中，通过控制电极连接性可以获得高的电容。

虽然已经结合实施例示出且描述了本发明，但本领域技术人员将清楚，可以作出修改和改变而不偏离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种多层陶瓷电子部件，所述多层陶瓷电子部件包括：

陶瓷主体；和

内电极，所述内电极形成在所述陶瓷主体的内部中并且分别具有中心部分和从所述中心部分向着所述内电极的边缘变薄的锥形部分，

所述锥形部分的面积与所述内电极的总面积的比率是35％或更小。

2.根据权利要求1所述的多层陶瓷电子部件，其中所述内电极包括孔隙，并且当包括所述孔隙的所述内电极的总面积是A，不包括所述孔隙的所述内电极的面积是B，并且B/A被定义为所述内电极的覆盖率，则所述中心部分的覆盖率是75％或更大。

3.根据权利要求1所述的多层陶瓷电子部件，其中所述锥形部分的覆盖率小于所述中心部分的覆盖率。

4.根据权利要求1所述的多层陶瓷电子部件，其中所述锥形部分的覆盖率是所述中心部分的覆盖率的80％或更小。

5.根据权利要求1所述的多层陶瓷电子部件，其中所述多层陶瓷电子部件的尺寸是0.6mm×0.3mm×0.3mm或更小。

6.根据权利要求1所述的多层陶瓷电子部件，其中所述陶瓷主体包括200个或更多的电介质层。

7.根据权利要求1所述的多层陶瓷电子部件，其中沿层压方向观察的所述内电极的形状是矩形形状、倒角矩形形状、或具有圆的角部的矩形形状。

8.一种制造多层陶瓷电子部件的方法，所述方法包括：

制备电介质片材；

制备导电胶；和

在所述电介质片材上印刷所述导电胶以形成内电极，所述内电极具有中心部分和从所述中心部分向着边缘变薄的锥形部分，

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述多层陶瓷电子部件的尺寸是0.6mm×0.3mm×0.3mm或更小。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述电介质片材被设置为200个或更多的层进行层压。

11.根据权利要求8所述的方法，其中沿所述层压方向观察的所述内电极的截面形状是矩形形状、倒角矩形形状、或具有圆的角部的矩形形状。