CN103985542B - 多层陶瓷装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了多层陶瓷装置及其制造方法。根据本发明示例性实施方式的多层陶瓷装置包括：装置主体，具有彼此间隔开的侧面以及连接所述侧面的圆周表面；内部电极，在所述装置主体内沿所述装置主体的纵向布置；外部电极，具有覆盖所述侧面的前部部分以及从所述前部部分延伸以覆盖所述圆周表面的一部分的带状部分；以及裂纹引导图案，布置于所述装置主体内并且将出现在所述圆周表面的裂纹的前进方向引导至所述侧面，其中，所述裂纹引导图案包括金属图案；以及氧化物层，形成于所述金属图案的表面上。

Description

多层陶瓷装置及其制造方法
本申请要求于2013年2月13日提交的名称为“多层陶瓷装置及其制造方法(Multilayer Ceramic Device And Method For Manufacturing The Same)”的韩国专利申请系列号10-2013-0015427的外国优先权权益，在此通过引用将其全部内容结合于本申请中。
技术领域
本发明涉及多层陶瓷装置及其制造方法，并且更具体地，涉及能够防止装置的功能由于裂纹的出现而劣化的多层陶瓷装置、及其制造方法。
背景技术
芯片组件，诸如一般薄膜型多层陶瓷电容器(MLCC)，由装置主体、内部电极、外部电极等配置成。装置主体具有称为生片(印刷电路基板，green sheet)的多个电介质薄片叠层结构并且将内部电极提供至每个电介质薄片。此外，外部电极具有覆盖装置主体外部两端的结构，同时电连接至内部电极。
一般的多层陶瓷装置设计成集中于改进设备特性，并且因此，具有这样的结构，其对于物理压力或冲击、热冲击、其他振动等相对较脆弱。因此，当将物理或热冲击施加于多层陶瓷装置时，在装置主体中会出现裂纹。当裂纹主要从邻近外部电极端部的装置主体的表面开始并且然后前进至装置主体的内部并且裂纹前进至装置主体内的有源区时，多层陶瓷装置不再难以执行作为装置的功能。
为了防止芯片组件由于裂纹而被损害，存在这样的技术，其允许外部电极具有可吸收外部冲击的结构。为此，外部电极可具有以下结构，其包括直接覆盖装置主体的内部金属层、暴露于外侧的外部金属层、以及插入在内部金属层和外部金属层之间的中间层。然而，由于中间层是由金属和聚合树脂的混合材料制成的，在用于将芯片组件安装在内部金属层和中间层之间的空间的回流焊接或者波动焊接的过程中聚合树脂热分解，从而引起内部空隙。不是由其中安装有芯片组件的电子装置的驱动引起的而是由芯片组件本身引起的空隙和分层现象降低了芯片组件的功能。
作为另一种方法，存在这样的方法，其通过在邻近经常出现裂纹的点的装置主体内提供加强图案而阻止裂纹前进。然而，为了应用加强图案，装置主体内堆叠图案的数目增加，使得装置的制造成本可能增加并且介电质厚度可能相对减少，从而难以实施高容量装置。
[相关技术文献]
[专利文献]
(专利文献1)韩国专利平开公开号10-2006-0047733
发明内容
本发明的目的是提供甚至在由于外部冲击而出现裂纹时保持功能的多层陶瓷装置及其制造方法。
根据本发明示例性实施方式，提供多层陶瓷装置，包括：装置主体，具有彼此间隔开的侧面以及连接侧面的圆周表面；内部电极，在装置主体内沿装置主体的纵向布置；外部电极，具有覆盖侧面的前部部分以及从前部部分延伸以覆盖圆周表面的一部分的带状部分；以及裂纹引导图案，布置于装置主体内并且将出现在圆周表面的裂纹的前进方向引导至侧面，其中，裂纹引导图案可以包括：金属图案；以及形成于金属图案表面上的氧化物层。
氧化物层的厚度可以低于裂纹引导图案的厚度的0.760。
氧化物层的厚度可以为裂纹引导图案的厚度的0.004。
氧化物层的厚度和裂纹引导图案的厚度的比率可以大于0.004并且小于0.760。
金属图案可以从侧面延伸至装置主体的内部并且金属图案的延伸长度可等于或长于带状部分的长度。
金属图案可以包括镍(Ni)金属并且氧化物层可以是镍氧化物层。
装置主体可以包括：有源区，其中布置内部电极；以及无源区，其是除有源区之外的区域，并且裂纹防止图案可布置于无源区中。
根据本发明的另一示例性实施方式，提供了多层陶瓷装置，包括：装置主体，具有有源区和无源区；内部电极，布置于有源区中；外部电极，在覆盖装置主体两端的同时电连接至内部电极；以及裂纹引导图案，布置于无源区中以引导出现在无源区中的裂纹从而保持在无源区中，其中，裂纹引导图案可以包括：金属图案；以及形成于金属图案表面上的氧化物层。
氧化物层的厚度可以低于裂纹引导图案的厚度的0.760。
氧化物层的厚度可以为裂纹引导图案的厚度的0.004。
氧化物层的厚度和裂纹引导图案的厚度的比率可以大于0.004并且小于0.760。
根据本发明的另一示例性实施方式，提供了用于制造多层陶瓷装置的方法，包括：制造装置主体，其具有侧面以及连接侧面的圆周表面；以及制造外部电极，其覆盖侧面以及圆周表面的一部分，其中，制造装置主体可以包括形成布置于装置主体内的裂纹引导图案以及将出现在圆周表面的裂纹的前进方向引导至侧面，并且形成裂纹引导图案可以包括：形成金属图案；并且在金属图案的表面上形成氧化物层。
形成氧化物层可以包括通过控制在制造多层陶瓷装置的焙烧处理期间使用的焙烧炉内的用于控制处理气氛的氧气的供应量来控制氧化物层的厚度。
附图说明
图1是示出根据本发明示例性实施方式的多层陶瓷装置的示图。
图2是在图1中示出的区域A的放大视图。
图3是示出根据本发明示例性实施方式引导多层陶瓷装置的裂纹前进方向的外观示图。
具体实施方式
参照附图通过下述对实施方式的描述，本发明的各种优点和特性及其实现方法将是显而易见的。然而，本发明能够以许多不同的形式改变，并且不应限于本文中所提出的实施方式。相反，可以提供这些实施方式以使得本公开将是详尽和完整的，并且将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。贯穿本说明书，相同参考标号表示相同元件。
本说明书中所使用的术语用于说明实施方式，并非限制本发明。在本说明书中，单数形式包括复数形式，除非明确地指出相反。词语“包括”以及变体诸如“包含”或者“含有”将被理解为暗示包括所述成分、步骤、操作和/或元件，并不排除任何其他的成分、步骤、操作和/或元件。
此外，在说明书中描述的示例性实施方式将参考作为理想示例图的截面图和/或平面图进行描述。在附图中，为了有效地描述技术内容，层和区域的厚度被夸大。因此，举例说明的形式可由制造技术和/或容许误差改变。因此，本发明的示例性实施方式不限于特定的形式，而是可以包括根据制造方法产生的形式变化。例如，垂直示出的蚀刻区域可以是圆形或者可以具有预定的弯曲(曲率，curvature)。
在下文中，将参考附图详细地描述根据本发明的示例性实施方式的多层陶瓷装置及其制造方法。
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的多层陶瓷装置的示图并且图2是在图1中示出的区域A的放大视图。图3是示出根据本发明示例性实施方式引导多层陶瓷装置的裂纹前进方向的外观示图。
参照图1至图3，根据本发明示例性实施方式的多层陶瓷装置100可包括装置主体110、内部电极120、外部电极130、以及裂纹引导图案140。
装置主体110可具有其中堆叠多个薄片的多层结构。作为薄片，称为生片的电介质薄片111及其层压制品通常可具有六面体形状。因此，装置主体110可具有彼此间隔开的两侧面112以及连接侧面112的四个圆周表面114。装置主体110可以被分成有源区和无源区。有源区通常位于装置主体110的中心并且可以是其中定位内部电极120的区域。无源区(除有源区以外的区域)可以是其中没有定位内部电极120的区域。
内部电极120可以布置为基本上平行于装置主体110的纵向。内部电极120可以是形成于每个薄片上的电路图案。内部电极120可以是接触外部电极130的金属图案。内部电极120形成于每个薄片上并且可具有从侧面112延伸至装置主体110的内部的结构。可选地，内部电极120可以进一步包括悬浮图案。悬浮图案可以布置于侧面112之间，而不接触装置主体110内的外部电极130。
外部电极130可以覆盖装置主体110的两端。外部电极130由前部部分131a和带状部分131b配置成，其中，前部部分131a覆盖侧面112并且带状部分131b通过从前部部分131a延伸可覆盖圆周表面114的一部分。带状部分131b可以是将多层陶瓷装置100结合至外部装置(未示出)诸如电路板的结合部分。
裂纹引导图案140可以引导裂纹的前进方向从而将圆周表面114出现的裂纹引导至装置主体110的无源区内的侧面112。例如，在多层陶瓷装置100通过安装于预定电子装置(未示出)形成结构的情况下，当将撞击施加于结构时，如图3所示，多层陶瓷装置100中可能出现裂纹C。裂纹C，其主要出现在带状部分131b的端部与圆周表面114之间的边界部分，可以前进至装置主体110的有源区。当裂纹C前进至装置主体110内的有源区时，在多层陶瓷装置100中会发生故障。因此，通过改变裂纹C的前进方向通过防止裂纹C前进至有源区可以保持装置100的功能。甚至当裂纹C出现时裂纹引导图案140可保持装置的功能并且可以引导出现在圆周表面114的裂纹C的前进方向至侧面112。
为此，裂纹引导图案140可以布置在装置主体110的无源区中，使得裂纹C在无源区内处理，而没有前进至有源区。例如，裂纹引导图案140可以包括金属图案142以及形成于金属图案142的表面上的氧化物层144。金属图案142可以是由各种金属制成的图案并且氧化物层144可以是形成于金属图案142中的金属氧化物层。在制造多层陶瓷装置100的焙烧处理期间，氧化物层144可以形成于金属图案142的表面上。
裂纹引导图案140的长度L1(在下文中，称作‘第一长度’)可等于或长于带状部分131b的长度L2(在下文中，称作‘第二长度’)。当第一长度L1比第二长度L2短时，裂纹引导图案140具有可以处理裂纹C的小区域，使得裂纹C可以进入装置主体110的有源区以避免裂纹引导图案140。
此外，可以控制氧化物层144的厚度以允许裂纹引导图案140引导裂纹C或不再进入裂纹引导图案140中的裂纹C。更详细地，氧化物层144可以在金属图案142与BaTiO3层之间给予粘附力，BaTiO3层是电介质薄片111的材料。当氧化物层144的厚度太薄时，粘附力太弱，使得在装置100的制造过程期间会出现金属图案142与BaTiO3层分开的分层现象。另一方面，当氧化物层144的厚度太厚时，粘附力太大，从而可能失去裂纹引导图案140的功能。即，由于裂纹引导图案140和BaTiO3层的分离，裂纹沿着裂纹引导图案140的表面方向前进，但是当粘附力太大时，难以达到效果。因此，可充分控制氧化物层144的厚度以表现出适当的粘附力从而在防止分层现象的同时使裂纹引导图案140工作。
同时，通过控制多层陶瓷装置100的焙烧处理条件可以适当地设置氧化物层144的厚度。例如，可通过将装置主体110定位于加热空间中并且然后注入预定量的氢气和氧气来实施多层陶瓷装置100的焙烧处理。在这种情况下，气体可以是用于去除保持在电介质薄片111中的含碳材料的气体。在这种情况下，随着焙烧炉内的处理气氛接近氧化气氛，氧化物层144的厚度可以增加并且可通过相对地增加提供到焙烧炉中的氧气的供应量来制成氧化气氛的组合物。因此，氧化物层144的厚度可以通过控制氧气的供应量来控制。
如上所述，根据本发明示例性实施方式的多层陶瓷装置100可以包括装置主体110，其中形成内部电极120；外部电极130，其覆盖装置主体110的两端；以及裂纹引导图案140，其引导裂纹的前进方向以将在装置主体110内的圆周表面114出现的裂纹引导至无源区内的侧面112。在这种情况下，即使装置主体110中出现裂纹，裂纹的前进方向也可以被改变至除装置主体110内的有源区以外的区域，从而可以保持多层陶瓷装置100的功能。根据本发明示例性实施方式，多层陶瓷装置及其制造方法包括裂纹引导图案，其引导裂纹的前进方向以防止装置主体内出现的裂纹前进至有源区，从而防止装置的功能由于裂纹的出现而劣化。
[实施例]
制造具有1nF容量的尺寸为1.6mm×0.8mm×0.8mm的500个多层陶瓷装置。在这种情况下，对于裂纹引导图案，在制造装置主体的过程期间，在形成装置主体的薄片层压制品的单个电介质薄片上形成镍金属图案。此外，氧化物层的厚度T2相对于裂纹引导图案的厚度T1是通过控制在装置主体的焙烧处理期间使用的氧气的供应量来控制的。氧化物层的厚度T2相对于裂纹引导图案的厚度T1的比率是指针对镍金属图案的氧化程度(T2/T1)，其中氧化程度(T2/T1)如表1中所示进行控制。
通过对于每种情况以1mm/秒的速度弯曲50个样品达到5mm，并且然后通过内部破坏性抛光分析(DPA)通过最终裂纹路经确认沿着裂纹引导图案引导的样品数目来评估弯曲强度。
通过对于每种情况将100个样品浸渍于保持在约290℃的金属熔化浴(solderbath)中持续5秒并且进行DPA来评估分层。
在下面的表1中排列了根据氧化物层的厚度分类的样品的弯曲强度和分层评估。
[表1]
如在以上表1中所示，当氧化程度T2/T1小于0.760时，在评估弯曲强度评估并且然后进行DPA时，确认在装置主体的圆周表面出现的所有裂纹被沿着裂纹引导图案引导或者保持在裂纹引导图案中。然而，当氧化程度T2/T1等于或高于0.760时，裂纹不被裂纹引导图案引导并且前进至样品内的有源区，从而可以降低沿着裂纹引导图案引导的样品数目。因此，当氧化物层的厚度低于裂纹出现图案的厚度的0.760时，即使裂纹出现在装置主体的圆周表面，移动方向被裂纹防止图案引导并且被引导至装置主体的侧面，结果，确定保持装置的功能。
同时，当氧化程度T2/T1等于或小于0.004时，确定显示出裂纹引导图案的功能，但是会出现电介质层和裂纹引导图案的分离现象。在这种情况下，设备特性不会由于裂纹而劣化，但是由于制造方法会出现装置故障，并且因此，氧化程度T2/T1可大于0.004。因此，考虑到制造缺陷，优选氧化物层的厚度为裂纹引导图案的厚度的0.004，或者小于裂纹引导图案的厚度的0.760。
根据本发明示例性实施方式，多层陶瓷装置包括裂纹引导图案，其引导裂纹的前进方向以防止装置主体内出现的裂纹前进至有源区，从而防止装置的功能由于裂纹的出现而劣化。
根据本发明示例性实施方式，用于制造多层陶瓷装置的方法可以制造具有这种结构的多层陶瓷装置，甚至在装置主体中出现裂纹时可以通过防止裂纹前进至装置主体的有源区来防止由于裂纹的出现导致的功能劣化。
已经结合目前被视为实用的示例性实施方式描述了本发明。此外，以上提及的描述仅公开了本发明的示例性实施方式。因此，应当认识到，在不偏离在本说明书及其等效物中公开的本发明的范围的情况下，本领域中的技术人员可以进行修改和改变。已经提供了上述示例性实施方式以说明实施本发明的最佳方式。因此，在使用其他发明如本发明时，它们能够以本发明所属领域已知的其他形式实施并且还能够以本发明具体应用领域和使用中所需的各种形式进行修改。因此，应当理解的是，本发明不限于所公开的实施方式。应当理解的是其他实施方式也包括在随附权利要求的精神和范围内。

Claims (6)

1.一种多层陶瓷装置，包括：
装置主体，具有彼此间隔开的侧面以及连接所述侧面的圆周表面；
内部电极，在所述装置主体内沿所述装置主体的纵向布置；
外部电极，具有覆盖所述侧面的前部部分以及从所述前部部分延伸以覆盖所述圆周表面的一部分的带状部分；以及
裂纹引导图案，布置于所述装置主体内并且将出现在所述圆周表面的裂纹的前进方向引导至所述侧面，
其中所述裂纹引导图案包括：
金属图案；以及
氧化物层，形成于所述金属图案的表面上，并且
其中，所述氧化物层的厚度和所述裂纹引导图案的厚度的比率大于0.004并且小于0.760，并且
其中，所述装置主体包括：
有源区，其中布置所述内部电极；以及
无源区，其是除了所述有源区以外的区域，以及
裂纹引导图案，布置于所述无源区中。
2.根据权利要求1所述的多层陶瓷装置，其中，所述金属图案从所述侧面延伸至所述装置主体的内部并且所述金属图案的延伸长度等于或长于所述带状部分的长度。
3.根据权利要求1所述的多层陶瓷装置，其中，所述金属图案包括金属镍Ni，并且所述氧化物层是镍氧化物层。
4.一种多层陶瓷装置，包括：
装置主体，具有有源区和无源区；
内部电极，布置于所述有源区中；
外部电极，在覆盖所述装置主体的两端的同时电连接至所述内部电极；以及
裂纹引导图案，布置于所述无源区中以引导在所述无源区中出现的裂纹从而保持在所述无源区中，
其中所述裂纹引导图案包括：
金属图案；以及
氧化物层，形成于所述金属图案的表面上，以及
其中，所述氧化物层的厚度和所述裂纹引导图案的厚度的比率大于0.004并且小于0.760。
5.一种用于制造多层陶瓷装置的方法，包括：
制造装置主体，其具有侧面以及连接所述侧面的圆周表面；以及
制造外部电极，其覆盖所述侧面以及所述圆周表面的一部分；
其中，制造所述装置主体包括形成布置于所述装置主体内的裂纹引导图案以及将出现在所述圆周表面的裂纹的前进方向引导至所述侧面；并且
形成所述裂纹引导图案包括：
形成金属图案；以及
在所述金属图案的表面上形成氧化物层，并且
其中，所述氧化物层的厚度和所述裂纹引导图案的厚度的比率大于0.004并且小于0.760，并且
其中，所述装置主体包括：
有源区，其中布置有内部电极；以及
无源区，其是除了所述有源区以外的区域，以及
裂纹引导图案，布置于所述无源区中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，形成所述氧化物层包括通过控制在制造所述多层陶瓷装置的焙烧处理期间使用的焙烧炉内用于控制处理气氛的氧气的供应量来控制所述氧化物层的厚度。
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