CN104299784B - 多层陶瓷电容器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种多层陶瓷电容器及其制造方法，所述多层陶瓷电容器包括：陶瓷主体；有效层，包括交替地被暴露到陶瓷主体的两个端表面的多个第一内部电极和第二内部电极，并且介电层插入在第一内部电极和第二内部电极之间；上盖层和下盖层，形成在有效层的上表面和下表面上；以及第一外部电极和第二外部电极，形成在陶瓷主体的端表面上，其中，当陶瓷主体的厚度定义为T，有效层的厚度定义为S，下盖层的厚度定义为C，从最下面的内部电极的在长度方向上的端部到外部电极的靠近最下面的内部电极的所述端部的带部的端部的距离定义为A时，满足0.25≤S/T≤0.75且3≤A/C≤10。
Description
本申请要求于2013年7月17日在韩国知识产权局提交的第10-2013-0084171号韩国专利申请的权益，该申请的公开通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及一种多层陶瓷电容器和制造该多层陶瓷电容器的方法。
背景技术
多层陶瓷电容器（多层片式电子组件）是诸如像液晶显示器（LCD）和等离子体显示面板（PDP）等的成像装置（或视频显示装置）、计算机、个人数字助理（PDA）和蜂窝电话等的各种电子产品的、安装在印刷电路板（PCB）上的用于充电和放电的片型电容器。
具有诸如紧凑、电容高和易于安装的优点的多层陶瓷电容器（MLCC）可以用作各种电子装置的组件。
另外，在MLCC中，内部电极印刷在各个陶瓷片上，因此比陶瓷片小并且具有预定的厚度。当堆叠其上印刷有内部电极的陶瓷片时，在未形成有内部电极的边缘部分和形成有内部电极的介电层之间不可避免地产生台阶。
在内部电极的最外面的部分中，这样的台阶可能严重。
由于这些台阶，在施加热冲击或施加由其上安装有MLCC的印刷电路板（PCB）的翘曲导致的应力的情况下，部分介电层会层离或者会产生裂缝。
然后，湿气或其他外部物质等会因层离或裂缝而渗透到内部电极的被暴露的部分，从而降低绝缘电阻、可靠性等。
专利文献1公开了一种MLCC，但是关于陶瓷主体与有效层之比，以及下盖层的厚度与从最下面的内部电极的在长度方向上的端部到外部电极的靠近该端部的带部的端部的距离之比，并没有公开数值方面的限制。
[现有技术文献]
（专利文献1）第10-2001-0089761号韩国专利公布公开
发明内容
本发明的一方面提供了一种关于多层陶瓷电容器（MLCC）的新颖的方案，所述多层陶瓷电容器通过补偿没有形成内部电极的边缘部分和其上形成有内部电极的介电层之间的台阶，能够抑制因热冲击或机械冲击（例如，在MLCC安装在印刷电路板上之后因印刷电路板的翘曲而产生的应力）而发生的层离或裂缝。
根据本发明的一方面，提供了一种多层陶瓷电容器，所述多层陶瓷电容器包括：陶瓷主体，在陶瓷主体中层叠有多个介电层；有效层，包括交替地暴露到陶瓷主体的两个端表面的多个第一内部电极和第二内部电极，并且介电层插入在第一内部电极和第二内部电极之间；上盖层和下盖层，形成在有效层的上表面和下表面上；以及第一外部电极和第二外部电极，形成在陶瓷主体的端表面上，其中，当陶瓷主体的厚度定义为T，有效层的厚度定义为S，下盖层的厚度定义为C，从最下面的内部电极的在长度方向上的端部到外部电极的靠近最下面的内部电极的所述端部的带部的端部的距离定义为A时，满足0.25≤S/T≤0.75且3≤A/C≤10。
陶瓷主体可以具有80μm或更小的厚度。
下盖层的厚度可以大于上盖层的厚度。
所述多层陶瓷电容器还可以包括覆盖形成在陶瓷主体的端表面上的第一外部电极和第二外部电极的第一镀覆层和第二镀覆层。
第一镀覆层和第二镀覆层的厚度可以为5μm或更小。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造多层陶瓷电容器的方法，所述方法包括：制备多个陶瓷生片；在各个陶瓷生片上形成多个第一内部电极和第二内部电极，使得沿相反的方向被暴露；堆叠其上形成有第一内部电极和第二内部电极的多个陶瓷生片，以形成初步层叠件；在初步层叠件的上表面和下表面上堆叠一个或多个陶瓷生片，以形成上盖层和下盖层，从而形成陶瓷层叠件；烧结陶瓷层叠件以形成陶瓷主体；以及在陶瓷主体的两个端表面上形成第一外部电极和第二外部电极，使得第一外部电极和第二外部电极电连接到第一内部电极和第二内部电极的暴露部分，其中，当陶瓷主体的厚度定义为T，初步层叠件的厚度定义为S，下盖层的厚度定义为C，从最下面的内部电极的在长度方向上的端部到外部电极的靠近最下面的内部电极的所述端部的带部的端部的距离定义为A时，使上盖层、下盖层、第一内部电极、第二内部电极、第一外部电极和第二外部电极形成为满足0.25≤S/T≤0.75且3≤A/C≤10。
附图说明
将结合附图通过下面详细的描述更清楚地理解本发明的上面和其他方面、特征和其他优点，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的多层陶瓷电容器（MLCC）的局部剖开透视图；
图2是沿MLCC的长度方向截取的图1的MLCC的剖视图；
图3是根据本发明的另一实施例的多层陶瓷电容器（MLCC）的局部剖开透视图；以及
图4是沿MLCC的长度方向截取的图3的MLCC的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。
然而，本发明可以以许多不同的方式来实施，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得此公开将是彻底的和完全的，并将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
在附图中，为清晰起见，会夸大元件的形状和尺寸，相同的附图标记将始终用来指示相同或相似的元件。
为了使本发明的实施例清晰，可以如下定义具有六面体形状的陶瓷主体的方向：图1中的L、W和T分别表示长度方向、宽度方向和厚度方向。这里，厚度方向还可以指介电层被层叠所沿着的层叠方向。
另外，为了便于解释，将陶瓷主体的在陶瓷主体的长度方向上形成有第一外部电极和第二外部电极的表面定义为端表面，将陶瓷主体的垂直于端表面的表面定义为左侧面和右侧面。
参照图1和图2，根据本发明的实施例的多层陶瓷电容器（MLCC）100可以包括陶瓷主体110、具有第一内部电极121和第二内部电极122的有效层（active layer）115、上盖层112和下盖层113以及覆盖陶瓷主体110的端表面的第一外部电极131和第二外部电极132。
可以通过堆叠多个介电层111并烧结该多个介电层111形成陶瓷主体110。陶瓷主体110的形状和尺寸与堆叠的介电层111的数目不限于本实施例中示出的那些。
另外，形成陶瓷主体110的多个介电层111处于烧结态，相邻的介电层111可以一体化，使得它们之间的边界在没有使用扫描电子显微镜（SEM）的情况下不会容易显见。
陶瓷主体110可以包括有效层115以及上盖层112和下盖层113，有效层115是电容器的对电容的形成有贡献的部分，上盖层112和下盖层113作为边缘部分形成在有效层115的上表面和下表面上。
有效层115可以通过反复地堆叠第一内部电极121和第二内部电极122，并且在第一内部电极121和第二内部电极122之间插入介电层111来形成。
这里，介电层111的厚度可以根据MLCC100的电容的设计而任意改变。优选的是，一个介电层111在烧结之后的厚度的范围可以从0.01μm至1.00μm，但是本发明不限于此。
另外，介电层111可以由具有高介电常数的陶瓷粉末例如钛酸钡（BaTiO3）基粉末或钛酸锶（SrTiO3）基粉末等制成，但是本发明不限于此。
除了上盖层112和下盖层113不包括任何内部电极之外，上盖层112和下盖层113可以由与介电层111的材料相同的材料形成，并且具有与介电层111的构造相同的构造。
上盖层112和下盖层113可以通过利用位于有效层115的上表面和下表面上的单个介电层或堆叠的两个或更多个介电层来形成，并且可以基本上用来防止因物理应力或化学应力而对第一内部电极121和第二内部电极122造成损坏。
可以通过在陶瓷生片上印刷包括导电金属的导电膏以具有预定的厚度来形成第一内部电极121和第二内部电极122（一对具有相反极性的电极），使得第一内部电极121和第二内部电极122在介电层111的层叠方向上被交替地暴露到陶瓷主体的两个端表面。第一内部电极121和第二内部电极122可以通过设置在第一内部电极121和第二内部电极122之间的介电层111彼此电绝缘。
即，第一内部电极121和第二内部电极122可以通过它们的交替地暴露于陶瓷主体110的两个端表面的部分电连接到第一外部电极131和第二外部电极132。
因此，当向第一外部电极131和第二外部电极132施加电压时，电荷在互相面对的第一内部电极121和第二内部电极122之间积累，这里，MLCC100的电容与第一内部电极121和第二内部电极122的重叠区域的面积成比例。
第一和第二内部电极的厚度可以根据MLCC的预期用途来确定。例如，考虑到陶瓷主体110的尺寸，第一和第二内部电极的厚度可以被确定为范围从0.2μm至1.0μm，但是本发明不限于此。
另外，包括在形成第一内部电极121和第二内部电极122的导电膏中的导电金属可以是镍（Ni）、铜（Cu）、钯（Pd）或它们的合金，但是本发明不限于此。
另外，可以通过利用丝网印刷法或凹版印刷法等印刷导电膏，但是本发明不限于此。
第一外部电极131和第二外部电极132可以包括：头部131a和132a，利用包括导电金属的导电膏覆盖陶瓷主体110的在长度方向上的两个端表面；带部131b和132b，从头部131a和132a延伸并覆盖陶瓷主体110的上表面和下表面以及侧面的一部分。
这里，导电金属可以是镍（Ni）、铜（Cu）、钯（Pd）、金（Au）或它们的合金，但是本发明不限于此。
同时，还可以在陶瓷主体110的两个端表面上形成第一和第二镀覆层（未示出），以覆盖第一外部电极131和第二外部电极132。
第一和第二镀覆层可以用来进一步提高防止因镀覆工艺期间产生的拉伸应力或收缩而在陶瓷主体110中出现裂缝的效果。
可以将第一和第二镀覆层的厚度调节成等于或小于5μm，以防止因湿气渗透到陶瓷主体110中而使可靠性劣化，但是本发明不限于此。
需要通过调节第一外部电极131和第二外部电极132与第一内部电极121和第二内部电极122的端部之间的距离并且调节陶瓷主体110的厚度和有效层115的厚度来减少出现翘曲裂缝或层离，以提高可靠性，其中，当MLCC100安装在印刷电路板（PCB）上时，主要在第一内部电极121和第二内部电极122的端部处产生台阶。
在本实施例中，将陶瓷主体110的总厚度定义为T，将有效层115的总厚度定义为S，将下盖层113的厚度定义为C，将从最下面的第二内部电极122的在长度方向上的端部到第一外部电极131的靠近最下面的第二内部电极122的所述端部的带部131b的端部的距离定义为A。
这里，陶瓷主体110的总厚度指的是从陶瓷主体110的上表面到陶瓷主体110的下表面的距离，有效层115的总厚度指的是从形成在有效层115的最上面的部分上的第一内部电极121的上表面到形成在有效层115的最下面的部分上的第二内部电极122的下表面的距离。下盖层113的厚度C指的是从形成在有效层115的最下面的部分上的第二内部电极122的下表面沿厚度方向到陶瓷主体110的下表面的距离。
这里，可通过其来减少层离或翘曲裂缝的出现以增强可靠性的范围可以为0.25≤S/T≤0.75并且3≤A/C≤10。
即，可以将从内部电极的因收缩差异而集中有应力的端部到外部电极的因镀覆而集中有镀覆应力的端部的距离调节为比预定值大，由此可以防止翘曲裂缝。
这里，在S/T小于0.25的情况下，会产生翘曲裂缝，在S/T超过0.75的情况下，会产生层离。
另外，在A/C小于3的情况下，陶瓷主体110的其上集中有机械冲击（例如，因收缩差异而由PCB的翘曲导致的应力）的部分会对应于或靠近陶瓷主体110的产生台阶的部分，由此会增大翘曲裂缝出现率。
另外，在A/C超过10的情况下，会降低击穿电压（BDV）。
图3和图4示出根据本发明另一实施例的MLCC100’。
参照图3和图4，在根据本发明另一实施例的MLCC100’中，通过增加堆叠在下盖层113中的介电层的数目，下盖层113的厚度可以比上盖层112的厚度大。
利用这样的结构，可以进一步得到防止翘曲裂缝和层离的效果与降低噪声的效果。其他特征与前面实施例中描述的特征相同，因此将省略对其详细的描述。
在下文中，将描述包括在MLCC中的组件的尺寸与翘曲裂缝的发生频率、层离以及BDV降低之间的关系。
可以如下制造根据本发明和对比示例的MLCC。
首先，可以将包括诸如钛酸钡（BaTiO3）等的粉末的浆料涂覆到载膜然后干燥，以制备具有预定厚度的多个陶瓷生片。
接下来，可以将用于内部电极的导电膏涂覆到各个陶瓷生片，使得暴露陶瓷生片的在其长度方向上彼此相对的一端，从而形成多个第一内部电极121和第二内部电极122。
这里，可以通过丝网印刷法涂覆导电膏，但是本发明不限于此。
然后，其上形成有第一内部电极121和第二内部电极122的多个陶瓷生片可以沿厚度方向堆叠，从而形成初步层叠件。
不具有内部电极的陶瓷生片可以堆叠在初步层叠件的上表面和下表面上，从而形成陶瓷层叠件。
这里，不具有内部电极的一个或多个陶瓷生片可以堆叠在初步层叠件的上表面和下表面上，不具有内部电极的堆叠的陶瓷生片的数目没有具体限制。
另外，如果需要，则不具有内部电极的堆叠在初步层叠件下方的陶瓷生片的数目可以大于不具有内部电极的堆叠在初步层叠件上方的陶瓷生片的数目。
然后，可以在85℃在1000kgf/cm2的压强条件下对陶瓷层叠件进行等静压制。
这里，当将等静压制的陶瓷层叠件的厚度定义为T，并且将包括多个第一内部电极121和第二内部电极122的有效层115的厚度定义为S时，可以将其上形成有第一内部电极121和第二内部电极122的陶瓷生片和不具有内部电极的陶瓷生片堆叠成满足0.25≤S/T≤0.75的范围。
然后，可以将等静压制的陶瓷层叠件切割成各个片，可以在空气气氛下在230℃对所述片执行脱脂过程60小时。
然后，可以在10-11atm～10-10atm的氧分压（低于Ni/NiO平衡氧分压）在还原气氛下在大约1200℃的温度下烧结所述片，从而使第一内部电极121和第二内部电极122不被氧化，从而形成陶瓷主体110。
这里，可以制造陶瓷主体110，以在烧结工艺之后分别具有150μm、100μm、80μm和50μm的厚度，在这种情况下，可以将制造公差确定为±0.1μm。
然后，可以在每个陶瓷主体110的两个端表面上形成第一外部电极131和第二外部电极132。
第一外部电极131和第二外部电极132可以包括：头部131a和132a，覆盖陶瓷主体110的两个端表面，从而电连接到第一内部电极121和第二内部电极122；带部131b和132b，覆盖陶瓷主体110的上表面和下表面以及侧面的一部分。
这里，当将下盖层113的厚度定义为C，并将从最下面的第二内部电极122的在其长度方向上的端部到第一外部电极131的带部131b的端部的距离定义为A时，下盖层113、第二内部电极122和第一外部电极131的带部131b可以被形成为满足3≤A/C≤10的范围。
可以将第一内部电极121在长度方向上的边缘部分的长度和第二外部电极132的带部132b的长度设置成与第二内部电极122在长度方向上的边缘部分的长度和第一外部电极131的带部131b的长度相似，并且本发明不限于此。
然后，如果需要，则可以执行镀覆工艺，以形成覆盖形成在陶瓷主体110的端表面上的第一外部电极131和第二外部电极132的第一镀覆层和第二镀覆层。
这里，可以形成第一镀覆层和第二镀覆层，以具有5μm或更小的厚度，并且本发明不限于此。
在制造MLCC之后，对MLCC进行测试以测量翘曲裂缝的发生频率、层离和BDV降低。
在陶瓷主体的W方向上的中心部分中进行切割之后，通过利用扫描电子显微镜（SEM），基于沿L-T方向截取的MLCC的陶瓷主体的横截面图像测量每个MLCC的元件的各自尺寸，如图2中所示。
这里，如上所述，将陶瓷主体110的总厚度定义为T，将有效层115的总厚度定义为S，将下盖层113的厚度定义为C，将从最下面的第二内部电极122在L方向上的端部到第一外部电极131的带部131b在L方向上的端部的距离定义为A。
在陶瓷主体110的厚度为50μm的情况下，根据MLCC的S/T和A/C的翘曲裂缝的发生频率、层离和BDV降低如表1中所示；在陶瓷主体110的厚度为80μm的情况下，根据MLCC的S/T和A/C的翘曲裂缝的发生频率、层离和BDV降低如表2中所示；在陶瓷主体110的厚度为100μm的情况下，根据MLCC的S/T和A/C的翘曲裂缝的发生频率、层离和BDV降低如表3中所示；在陶瓷主体110的厚度为150μm的情况下，根据MLCC的S/T和A/C的翘曲裂缝的发生频率、层离和BDV降低如表4中所示。
对于翘曲裂缝、层离和BDV降低的数值，测试如上所述的各个情况下的200个样品，并测量有缺陷的样品的数目。
[表1]
<MLCC均具有50μm厚度的陶瓷主体>
[表2]
<MLCC均具有80μm厚度的陶瓷主体>
[表3]
<MLCC均具有100μm厚度的陶瓷主体>
[表4]
<MLCC均具有150μm厚度的陶瓷主体>
在表1中，可以看到的是，在S/T从0.25到0.75的样品13至36的情况下，当A/C从3到10时，不发生翘曲裂缝和层离，并且不使BDV降低。
然而，可以看到的是，即使当S/T从0.25到0.75时，在A/C小于3的样品13、19、25和31的情况下，发生翘曲裂缝，在A/C超过10的样品18、24、30和36的情况下，使BDV降低。
另外，可以看到的是，在S/T小于0.25的样品中的样品5和11的情况下，即使在A/C等于或小于10时，也使BDV降低。
另外，可以看到的是，在S/T超过0.75的样品38至41的情况下，即使当A/C满足3到10的范围时，也发生翘曲裂缝并且发生严重层离。
在表2中，可以看到的是，在S/T从0.25到0.75的样品13至36的情况下，当A/C从3到10时，没有发生翘曲裂缝和层离，并且没有使BDV降低。
然而，可以看到的是，即使当S/T从0.25到0.75时，在A/C小于3的样品13、19、25和31情况下，发生翘曲裂缝，并且在A/C超过10的样品18、24、30和36的情况下，使BDV降低。
另外，可以看到的是，在S/T小于0.25的样品中的样品4、5和11的情况下，即使当A/C不大于10时，也使BDV降低。
另外，可以看到的是，在S/T超过0.75的样品38至41的情况下，即使当A/C满足3到10的范围时，也发生翘曲裂缝并且发生严重层离。
因此，可以看到的是，抑制翘曲裂缝的发生和层离并且防止BDV降低的期望的数值范围是0.25≤S/T≤0.75和3≤A/C≤10。
参照表3，在S/T从0.25到0.75并且A/C从3到10的样品中的样品17和23的情况下，没有发生翘曲裂缝和层离，但是使BDV降低。
参照表4，在S/T从0.25到0.75并且A/C从3到10的样品中的样品16、17、22、23、28、29和35的情况下，没有发生翘曲裂缝和层离，但是使BDV降低。
因此，可以看到的是，陶瓷主体110的足以抑制翘曲裂缝的发生和层离并防止BDV降低的厚度等于或小于80μm。
如上面所说明的，根据本发明的实施例，可以通过补偿陶瓷主体中的台阶来抑制因热冲击或机械冲击（例如，在MLCC安装在印刷电路板上之后因印刷电路板的翘曲而产生的应力）而发生的层离或裂缝，从而可以避免湿气或外部物质渗透到内部电极的暴露的表面，因此，可以防止绝缘电阻的劣化并且可以改善MLCC的可靠性。
尽管已经结合实施例示出并描述了本发明，但是对于本领域技术人员将清楚的是，在不脱离权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行修改和变型。
Claims (10)
1.一种多层陶瓷电容器，所述多层陶瓷电容器包括：
陶瓷主体，在陶瓷主体中层叠有多个介电层；
有效层，包括交替地暴露到陶瓷主体的两个端表面的多个第一内部电极和第二内部电极，并且介电层插入在第一内部电极和第二内部电极之间；
上盖层和下盖层，形成在有效层的上表面和下表面上；以及
第一外部电极和第二外部电极，形成在陶瓷主体的端表面上，
其中，当陶瓷主体的厚度定义为T，有效层的厚度定义为S，设置在有效层的底部上的第一内电极或第二内电极与陶瓷主体的底部之间的距离定义为C，从最下面的内部电极的在长度方向上的端部到外部电极的靠近最下面的内部电极的所述端部的带部的端部的距离定义为A时，满足0.25≤S/T≤0.75且3≤A/C≤10。
2.如权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，陶瓷主体具有80μm或更小的厚度。
3.如权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，下盖层的厚度大于上盖层的厚度。
4.如权利要求1所述的多层陶瓷电容器，所述多层陶瓷电容器还包括覆盖形成在陶瓷主体的端表面上的第一外部电极和第二外部电极的第一镀覆层和第二镀覆层。
5.如权利要求4所述的多层陶瓷电容器，其中，第一镀覆层和第二镀覆层的厚度为5μm或更小。
6.一种制造多层陶瓷电容器的方法，所述方法包括：
制备多个陶瓷生片；
在各个陶瓷生片上形成多个第一内部电极和第二内部电极，使得沿相反的方向被暴露；
堆叠其上形成有第一内部电极和第二内部电极的多个陶瓷生片，以形成初步层叠件；
在初步层叠件的上表面和下表面上堆叠一个或多个陶瓷生片，以形成上盖层和下盖层，从而形成陶瓷层叠件；
烧结陶瓷层叠件以形成陶瓷主体；以及
在陶瓷主体的两个端表面上形成第一外部电极和第二外部电极，使得第一外部电极和第二外部电极电连接到第一内部电极和第二内部电极的暴露部分，
其中，当陶瓷主体的厚度定义为T，初步层叠件的厚度定义为S，设置在所述初步层叠件的底部上的第一内电极或第二内电极与陶瓷主体的底部之间的距离定义为C，从最下面的内部电极的在长度方向上的端部到外部电极的靠近最下面的内部电极的所述端部的带部的端部的距离定义为A时，使上盖层、下盖层、第一内部电极、第二内部电极、第一外部电极和第二外部电极形成为满足0.25≤S/T≤0.75且3≤A/C≤10。
7.如权利要求6所述的方法，其中，将陶瓷生片堆叠成形成厚度为80μm或更小的陶瓷主体。
8.如权利要求6所述的方法，其中，在形成上盖层和下盖层的步骤中，下盖层的厚度大于上盖层的厚度。
9.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括在形成第一外部电极和第二外部电极之后形成第一镀覆层和第二镀覆层，以覆盖形成在陶瓷主体的端表面上的第一外部电极和第二外部电极。
10.如权利要求9所述的方法，其中，将第一镀覆层和第二镀覆层形成为具有5μm或更小的厚度。
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