CN105206422A - 多层陶瓷电子组件以及制造该多层陶瓷电子组件的方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种多层陶瓷电子组件以及制造该多层陶瓷电子组件的方法，所述多层陶瓷电子组件可包括：陶瓷主体，包括多个介电层；以及内电极，设置在介电层上并在其至少一个表面上具有不平坦部。不平坦部包括交替设置的多个凸部和多个凹部，并且凸部和凹部可分别形成为在第一方向上延伸。
Description
本申请要求于2014年6月25日在韩国知识产权局提交的第10-2014-0078190号韩国专利申请的权益，该申请的公开内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及一种多层陶瓷电子组件以及一种制造该多层陶瓷电子组件的方法。
背景技术
诸如电容器、电感器等的使用陶瓷材料的电子组件可包括使用陶瓷材料形成的陶瓷主体、形成在陶瓷主体中的内电极以及安装在陶瓷主体的表面上以连接到内电极的外电极。
随着在要求高可靠性的领域中的各种功能被数字化并因此而增加了需求，多层陶瓷电子组件也需要具有高可靠性。
作为引发在如上所述的高可靠性方面的问题的因素，可能是裂纹产生、层离、与耐压特性有关的问题等，并且存在于多层陶瓷电子组件的陶瓷主体中的残余碳也可对多层陶瓷电子组件的可靠性产生影响。因此，为了提高多层陶瓷电子组件的可靠性，应减少陶瓷主体中的残余碳的量。
[现有技术文献]
第10-1069989号韩国专利
发明内容
本公开的一些实施例可提供一种多层陶瓷电子组件以及一种制造该多层陶瓷电子组件的方法。
根据本公开的一些实施例，一种多层陶瓷电子组件可包括：陶瓷主体，包括多个介电层；以及内电极，设置在介电层上并且在其至少一个表面上具有不平坦部。
不平坦部可包括交替设置的多个凸部和多个凹部，并且凸部和凹部可分别形成为在第一方向上延伸。
在内电极的凸部的最高点处测量的平均电极连接性与在内电极的凹部的最低点处测量的平均电极连接性的差可为3％至12％。
根据本公开的一些实施例，一种制造多层陶瓷电子组件的方法可包括：制备多个第一生片和多个第二生片；在第一生片上印刷内电极图案，内电极图案具有形成在内电极图案的至少一个表面上的不平坦部；通过堆叠第一生片和第二生片来制备生片多层主体；以及通过烧结生片多层主体来制备包括多个介电层和多个内电极的陶瓷主体，其中，内电极包括在内电极的至少一个表面上的多个凸部和多个凹部，并且执行印刷内电极图案的步骤使得凸部和凹部分别在第一方向上延伸并交替地设置。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其他方面、特征和其他优点将被更清楚地理解，在附图中：
图1是示意性地示出根据本公开的实施例的多层陶瓷电子组件的局部切开透视图；
图2是沿图1的线A-A'截取的剖视图；
图3是示意性地示出根据本公开的实施例的多层陶瓷电子组件的内电极的透视图；
图4是沿图3的线B-B'截取的剖视图；
图5是沿图3的线C-C'截取的剖视图；以及
图6是示出根据本公开的另一实施例的制造多层陶瓷电子组件的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细地描述本公开的示例性实施例。
然而，本公开可以以许多不同的形式来举例说明并不应被解释为受限于在这里阐明的特定实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本公开的范围。
在附图中，为了清楚可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的附图标记将始终用于指示相同或相似的元件。
多层陶瓷电子组件
图1是示意性地示出根据本公开的实施例的多层陶瓷电子组件的透视图，图2是沿图1的线A-A'截取的剖视图。
参照图1，根据本公开的实施例的多层陶瓷电子组件100可包括陶瓷主体110以及外电极131和132。
根据本公开的实施例，在图1和图2中示出的T方向是指陶瓷主体110的厚度方向，L方向是指陶瓷主体110的长度方向，W方向是指陶瓷主体110的宽度方向。
厚度(T)方向是指内电极和介电层的堆叠方向。
参照图1和图2，陶瓷主体110可具有在厚度方向上彼此相对的上表面和下表面、在宽度方向上彼此相对的第一侧表面和第二侧表面以及在长度方向上彼此相对的第一端表面和第二端表面。陶瓷主体110的形状不受具体限制。例如，陶瓷主体110不具有完美的六面体形状，而是可具有大体上六面体形状。
陶瓷主体110可包括多个介电层111和内电极121和122。
陶瓷主体可包括形成在介电层111上的内电极121和122并且可包括有效部和覆盖部，在有效部中堆叠有包括形成在其上的内电极的多个介电层，覆盖部设置在有效部的上部和下部上。
除非另有描述，否则在陶瓷主体中不区分上部和下部以及上表面和下表面，而是可分别指示在厚度方向上的一个部分和另一部分以及在厚度方向上彼此相对的一个表面和另一表面。另外，上表面和下表面可分别指示在陶瓷主体的厚度方向上彼此相对的第一主表面和第二主表面。
内电极可包括第一内电极121和第二内电极122。第一内电极121和第二内电极122可交替设置在介电层上并使每个介电层111置于它们之间。
第一内电极121可暴露至陶瓷主体的第一端表面，第二内电极122可暴露至陶瓷主体的第二端表面。
外电极131和132可设置在陶瓷主体的第一端表面和第二端表面上以由此连接到第一内电极121和第二内电极122。外电极131和132可包括第一外电极131和第二外电极132，第一外电极131可连接到第一内电极121，第二外电极132可连接到第二内电极122。
可通过将导电膏施用到陶瓷主体的第一端表面和第二端表面并接着进行烧结来形成外电极，但形成外电极的形状和方法不受具体限制。
根据本公开的实施例，介电层111与内电极121和122可如图2所示堆叠在陶瓷主体的厚度(T)方向上。
参照图2，根据本公开的实施例，内电极121和122可形成为在它们的至少一个表面上具有不平坦部。
可通过烧结生片多层主体来形成陶瓷主体110，在生片多层主体中堆叠有其上印刷有内电极膏的生片和其上未印刷内电极膏的生片。生片可包含构造陶瓷主体的电介质粉末和使电介质粉末颗粒粘合的粘合剂，并且还包含其他添加剂等。粘合剂可包含诸如环氧树脂的树脂组合物。内电极膏可包含金属粉末、粘合剂或其他有机成分。
作为在烧结生片多层主体时将被去除的成分，包含在生片或内电极膏中的有机成分可在烧结工艺期间与氧气结合，从而以二氧化碳(CO2)等的形式排出到外部。
然而，在使用包含细粉末的膏来形成介电层和内电极的情况下，在陶瓷主体的烧结工艺期间需要被去除的有机成分未被顺利地去除，而是可作为残余碳留存在陶瓷主体中。
在存在于介电层111与内电极121和122中的有机成分未被排出到陶瓷主体的外部而是作为残余碳留存在陶瓷主体110中的情况下，多层陶瓷电子组件的长期可靠性会由于多层陶瓷电子组件的电特性劣化等的发生而降低。
根据本公开的实施例，内电极121和122可形成为在它们的至少一个表面上具有不平坦部。在根据本公开的实施例的多层陶瓷电子组件中，内电极121和122形成为在它们的至少一个表面上具有规则性的不平坦部，使得有机成分可在陶瓷主体的烧结工艺期间被容易地排出，由此减少了陶瓷主体110中的残余碳的量。
图3是示意性地示出根据本公开的实施例的多层陶瓷电子组件的内电极121和122的透视图。
如图2和图3所示，根据本公开的实施例，内电极121和122的不平坦部包括交替设置的多个凸部和多个凹部。凸部和凹部可分别形成为沿第一方向延伸，并且可沿与第一方向垂直的第二方向交替设置。
第一方向和第二方向可为与陶瓷主体的厚度方向垂直的方向。
根据本公开的实施例，第一方向可为陶瓷主体的长度(L)方向，第二方向可为陶瓷主体的宽度(W)方向。
在通常的多层陶瓷电子组件的内电极的情况下，其上表面和下表面可形成为平坦的或可形成为具有由于包含在内电极膏中的金属粉末颗粒的颗粒分布而导致不规则地形成的细微的不平坦部。
然而，在根据本公开的实施例的多层陶瓷电子组件100中，内电极121和122包括形成为在第一方向上延伸的凸部和凹部，从而使碳成分可在多层陶瓷主体的烧结工艺期间顺利地排出，由此减少了陶瓷主体110中的残余碳的量。
根据本公开的实施例，在内电极121和122的不平坦部中，凹部可用作残余碳的排出路径。例如，在生片多层主体的烧结工艺期间，凹部可以是将氧提供至生片多层主体的内部所通过的路径以及与氧结合的碳作为二氧化碳(CO2)排出所通过的路径。
根据本公开的实施例，设置在内电极121和122的具有不平坦部的表面上的介电层111与内电极的凹部可以不完全地彼此紧密地粘附，并且可在它们之间形成间隙。间隙可局部或部分地形成在凹部和介电层彼此面对的区域中。
根据本公开的实施例，内电极121和122的凸部和凹部可形成为与内电极的长度方向平行，并且它们的一端可暴露至陶瓷主体110的外表面，使得陶瓷主体中的有机成分可更有效地排放到陶瓷主体的外部。凸部和凹部可彼此平行地形成。
参照图3，根据本公开的实施例，内电极121和122的不平坦部中的相邻的凸部的最高点之间的间距D可为30μm或更大。在凸部的最高点之间的间距小于30μm的情况下，内电极121和122在宽度方向上的电极平整的程度会降低，使得可靠性会劣化。
根据本公开的实施例，在内电极121和122的凸部的最高点处测量的电极连接性与在内电极121和122的凹部的最低点处测量的电极连接性之间的差可为3％至12％。
例如，当在内电极121和122的凸部的最高点处测量的电极连接性被定义为E1，并且在内电极121和122的凹部的最低点处测量的电极连接性被定义为E2时，可满足3％≤E1-E2≤12％。
在内电极的最高点和最低点处测量的电极连接性之间的差小于3％的情况下，陶瓷主体中的碳成分的去除效率可能不会提高，使得可靠性会由于陶瓷主体中的残余碳而劣化，在内电极的最高点和最低点处测量的电极连接性之间的差大于12％的情况下，电极平整度会降低、并且在凹部处的平均电极连接性会劣化，使得击穿电压(BDV)会减小。
图4是沿图3的线B-B'截取的剖视图，图5是沿图3的线C-C'截取的剖视图。B-B'与内电极的凸部的最高点对应，C-C'与内电极的凹部的最低点对应。
将参照图4和图5来描述在内电极121和122的最高点和最低点处测量电极连接性的方法。
如图4和图5所示，在内电极121和122的最高点处的电极连接性和在内电极121和122的最低点处的电极连接性可被定义为在长度-厚度方向上的分别与内电极的最高点和最低点对应的区域的横截面中的∑Ln与内电极的整体长度Lt的比，∑Ln是实际施用内电极的区域的整个长度的和，内电极的整体长度Lt是内电极的在长度方向上的两个端部之间的距离(这里，n是实际上施用内电极的区域的数量)。
例如，在如图4所示的在长度-厚度方向上的与内电极的最高点对应的区域的横截面中，可通过测量∑Ln(L1+L2+L3+L4+L5+L6)与内电极的整体长度Lt的比来测量内电极121和122的最高点处的电极连接性，∑Ln(L1+L2+L3+L4+L5+L6)是实际施用内电极的区域的整个长度的和，内电极的整体长度Lt是内电极的在长度方向上的两个端部之间的距离。
例如，在如图5所示的在长度-厚度方向上的与内电极的最低点对应的区域的横截面中，可通过测量∑Ln(L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7)与内电极的整体长度Lt的比来测量内电极121和122的最低点处的电极连接性，∑Ln(L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7)是实际施用内电极的区域的整个长度的和，内电极的整体长度Lt是内电极的在长度方向上的两个端部之间的距离。
内电极的整体长度Lt是实际施用内电极的区域的长度与实际施用内电极的区域之间的断开的部分的长度的总和。细孔或陶瓷材料可存在于实际施用内电极的区域之间的断开部分中。
表示内电极的施用率的电极连接性可被定义为在内电极的横截面中实际设置的内电极的长度与内电极的整体长度的比。
根据本公开的实施例，内电极121和122的平均电极连接性可为80％或更大。整个内电极的平均电极连接性可被定义为在内电极的凸部的最高点处测量的电极连接性与在内电极的凹部的最低点处测量的电极连接性的算术平均值。
烧结后的内电极121和122的平均厚度不受具体限制，只要形成电容即可。例如，平均厚度可为0.65μm或更小。
内电极121和122的平均厚度可从通过使用扫描电子显微镜(SEM)扫描陶瓷主体110的在厚度-宽度方向上的横截面而获得的图像来测量。
例如，在宽度方向上的彼此等距的三十个点处的厚度可以相对于从如下图像随机采样的内电极来测量，由此测量算术平均值，其中，所述图像为使用扫描电子显微镜(SEM)通过扫描沿陶瓷主体110的在长度(L)方向上的中心部截取的陶瓷主体110的在宽度-厚度(W-T)方向上的横截面而获得的图像。
可指定彼此等距的三十个点使得内电极的表面的最高点和最低点被交替地选择。
另外，当通过上述方法来测量十个或更多个内电极的平均厚度时，可进一步概括内电极的平均厚度。
制造多层陶瓷电子组件的方法
图6是示出根据本公开的另一实施例的制造多层陶瓷电子组件的方法的流程图。
根据本公开的实施例的制造多层陶瓷电子组件的方法可包括：制备多个第一生片和多个第二生片(S1)；在第一生片上形成内电极图案(S2)；制备生片多层主体(S3)；以及制备陶瓷主体(S4)。
在根据本公开的实施例的制造多层陶瓷电子组件的方法的描述中，将省略与根据本公开的前述实施例的以上描述的多层陶瓷电子组件的描述重复的描述，下面将主要描述它们之间的差异。
第一生片是其上将形成内电极图案以形成有效部的生片(S1a)，第二生片是用于形成覆盖部的生片(S1b)。第一生片和第二生片两者可分别都以复数形成。
可通过将包含电介质粉末的浆料施用到载体膜并接着使其干燥来执行制备多个陶瓷生片的步骤(S1)。
可通过印刷法将内电极膏施用到陶瓷生片来执行形成内电极图案的步骤(S2)，但形成内电极图案的方法不限于此。可执行形成内电极图案的步骤使得内电极图案在其至少一个表面上具有不平坦部。不平坦部包括交替设置的多个凸部和多个凹部，并且凸部和凹部可分别形成为沿第一方向延伸。
可通过凹版印刷法来执行形成内电极图案的步骤使得内电极图案具有规则形成的不平坦部，并且在使用凹版印刷法来形成内电极图案的情况下，可通过控制单元排列、印刷速度等来调节内电极图案的凸部和凹部的间距和深度。
可通过堆叠其上形成有内电极图案的第一生片和其上没有形成内电极图案的第二生片来执行制备生片多层主体的步骤(S3)。
可堆叠第二生片以使其设置在堆叠有第一生片的区域的上部和下部上。
接着，可通过烧结生片多层主体来执行制备陶瓷主体的步骤(S4)。
然而，必要时，在烧结工艺之前，还可包括对生片多层主体进行压制并将压制的生片多层主体切割成单个片的形式的工艺，从而使得内电极图案的一端交替地暴露至切割表面。
随后，可通过将外电极膏施用到陶瓷主体的外表面并接着烧结来形成外电极。可通过将陶瓷主体浸入外电极膏中来执行外电极膏的施用的步骤，但不限于此。
实验示例
下表1示出通过根据在内电极的最高点处测量的电极连接性与在内电极的最低点处测量的电极连接性之间的差来评估长期可靠性和击穿电压(BDV)特性而获得的数据。
在本实验示例中使用的多层陶瓷电子组件按如下步骤制造。
将包含诸如钛酸钡(BaTiO3)粉末等的粉末的浆料施用到载体膜并接着使其干燥，以制备多个陶瓷生片。
然后，通过凹版印刷法在陶瓷生片的一部分上施用包含镍的用于内电极的导电膏来形成内电极图案。
内电极图案形成为具有规则形成的不平坦部，凸部和凹部形成为与内电极图案的长度方向平行。
以各种方式形成内电极图案使得在内电极的最高点和最低点处测量的电极连接性之间的差可具有如下表1所示的值。
接着，将其上印刷有内电极图案的陶瓷生片和其上没有印刷内电极图案的陶瓷生片堆叠并进行等静压制。以单个片的形式切割经过等静压制的陶瓷多层主体，使得内电极图案的一端交替地暴露至切割表面，并且对切割的片进行去粘合(de-binding)处理。
随后，通过在氧分压低于Ni/NiO平衡氧分压的还原气氛下烧结所述片来形成陶瓷主体，使得内电极不被氧化。在烧结之后，陶瓷主体的尺寸为大约1.0mm×0.5mm×0.5mm(长度×宽度×厚度(L×W×T)，1005尺寸，误差范围：±0.1mm)。
这里，包括在电容形成部中的介电层的平均厚度为大约0.6μm，内电极的平均厚度为大约0.5μm，堆叠的内电极的数量为大约400。
然后，将包含铜粉末和玻璃料的膏施用到陶瓷主体的暴露内电极的外表面，并烧结施用的膏，由此形成外电极层。
在评估长期可靠性时，在高温和高压条件下在200小时内发生IR压降的情况被评估为差，测量BDV并且使其表示为当在将电压施加到多层陶瓷电子组件，同时按照10V/sec来增大电压而出现漏电流时的电压。
[表1]
| 样品 | 在内电极的最高点和最低点处的连接性的差(％) | 长期可靠性 | BDV |
| 1* | 1 | × | ◎ |
| 2* | 2 | × | ◎ |
| 3 | 3 | ○ | ◎ |
| 4 | 4 | ○ | ◎ |
| 5 | 5 | ○ | ◎ |
| 6 | 6 | ○ | ◎ |
| 7 | 7 | ○ | ○ |
| 8 | 8 | ○ | ○ |
| 9 | 9 | ◎ | ○ |
| 10 | 10 | ◎ | ○ |
| 11 | 11 | ◎ | ○ |
| 12 | 12 | ◎ | ○ |
| 13* | 13 | ◎ | × |
| 14* | 14 | ◎ | × |
*表示对比示例。
◎：优良，长期可靠性缺陷率<0.1％，BDV≥40V
○：良好，0.1％≤长期可靠性缺陷率<1％，20V≤BDV<40V
×：不好，长期可靠性缺陷率>1％，BDV<20V
参照表1，可理解的是，在内电极的最高点和最低点处的连接性之间的差小于3％的样品1和样品2中，长期可靠性特性不好，在内电极的最高点和最低点处的连接性之间的差大于12％的样品13和样品14中，BDV相对低。
根据本公开的实施例，可提供在陶瓷主体中的残余有机成分的含量相对少的多层陶瓷电子组件以及制造该多层陶瓷电子组件的方法。
虽然上面已经示出并且描述了实施例，但对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可作出修改和改变。
Claims (16)
1.一种多层陶瓷电子组件，所述多层陶瓷电子组件包括：
陶瓷主体，包括多个介电层；以及
内电极，设置在介电层上并且在内电极的至少一个表面上具有不平坦部，
其中，不平坦部包括交替设置的多个凸部和多个凹部，凸部和凹部分别在第一方向上延伸。
2.如权利要求1所述的多层陶瓷电子组件，其中，在凸部的最高点处测量的电极连接性与在凹部的最低点处测量的电极连接性之间的差为3％至12％。
3.如权利要求1所述的多层陶瓷电子组件，其中，不平坦部中的相邻凸部的最高点之间的间距为30μm或更大。
4.如权利要求1所述的多层陶瓷电子组件，其中，内电极的平均电极连接性为80％或更大。
5.如权利要求1所述的多层陶瓷电子组件，其中，凸部和凹部彼此平行。
6.如权利要求1所述的多层陶瓷电子组件，其中，凸部和凹部与内电极的长度方向平行。
7.如权利要求1所述的多层陶瓷电子组件，其中，内电极的平均厚度为0.65μm或更小。
8.一种多层陶瓷电子组件，所述多层陶瓷电子组件包括：
陶瓷主体，包括多个介电层；以及
内电极，与介电层交替地设置并且在内电极的至少一个表面上具有多个凸部和多个凹部，
其中，凸部和凹部形成为与第一方向平行并且交替地设置在与第一方向垂直的第二方向上。
9.一种制造多层陶瓷电子组件的方法，所述方法包括下述步骤：
制备多个第一生片和多个第二生片；
在第一生片上印刷内电极图案，内电极图案具有形成在内电极图案的至少一个表面上的不平坦部；
通过堆叠第一生片和第二生片来制备生片多层主体；以及
通过烧结生片多层主体来制备包括多个介电层和多个内电极的陶瓷主体，
其中，内电极包括在内电极的至少一个表面上的多个凸部和多个凹部，
执行印刷内电极图案的步骤使得凸部和凹部在第一方向上分别延伸，并且交替地设置。
10.如权利要求9所述的方法，其中，通过凹版印刷法来执行印刷内电极图案的步骤。
11.如权利要求9所述的方法，其中，执行印刷内电极图案的步骤使得在凸部的最高点处测量的电极连接性与在凹部的最低点处测量的电极连接性之间的差为3％至12％。
12.如权利要求9所述的方法，其中，执行印刷内电极图案的步骤使得内电极的相邻凸部的最高点之间的间距为30μm或更大。
13.如权利要求9所述的方法，其中，执行印刷内电极图案的步骤使得内电极的平均电极连接性为80％或更大。
14.如权利要求9所述的方法，其中，执行印刷内电极图案的步骤使得凸部和凹部彼此平行地形成。
15.如权利要求9所述的方法，其中，执行印刷内电极图案的步骤使得凸部和凹部与内电极的长度方向平行地形成。
16.如权利要求9所述的方法，其中，执行印刷内电极图案的步骤使得内电极的平均厚度为0.65μm或更小。
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