CN108538555B - 电子组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电子组件。所述电子组件包括内电极和电连接到所述内电极的外电极。所述外电极包括具有多孔结构的导电基底以及填充在所述多孔结构中的空隙中的树脂。所述电子组件还包括设置在所述内电极和所述外电极之间的连接层。
Description
本申请要求于2017年3月2日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0027157号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
技术领域
本公开涉及一种电子组件，更具体地，涉及一种诸如电感器或共模滤波器的无源元件组件。
背景技术
在诸如电感器和共模滤波器的无源元件组件中，作为内部电极，线圈可使用铜线圈形成。即使在相同量的电流流到诸如电感器的无源元件组件的情况下，这样的无源元件组件也应被平稳地使用而不显著地增加温度。为此，即使在对其施加暴露于升高的温度或机械冲击的情况下，饱和电流(Isat)也应是高的，并且无源元件组件的直流电阻(Rdc)值也应稳定地保持而没有变化。
在于外电极中使用Ag-环氧树脂基膏以满足如上所述的无源元件组件的Rdc的情况下，随着环氧树脂固化，Ag颗粒之间的距离减小，从而可通过无源元件组件的铜端子电极与Ag颗粒之间的物理接触来形成导电路径，使得整个组件的Rdc可减小。
然而，由于外电极的Ag-环氧树脂基膏中的Ag与铜端子电极之间的接触是物理接触，因此Rdc值可通过暴露于高温或吸收湿气、氯水等而增大，从而可靠性可能劣化。
发明内容
本公开的一方面可提供一种显著地改善内部线圈和连接到内部线圈的外电极之间的接触性质的电子组件。
根据本公开的一方面，一种电子组件包括内电极以及电连接到所述内电极的外电极。所述外电极包括具有多孔结构的导电基底以及填充在所述多孔结构中的空隙中的树脂，连接层设置在所述外电极和所述内电极之间。
根据本公开的另一方面，一种电子组件可包括：内电极；外电极，电连接到所述内电极；以及连接层，设置在所述内电极和所述外电极之间，其中，所述连接层包括金属间化合物。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其它方面、特征和优点将被更加清楚地理解，在附图中：
图1是根据本公开的示例性实施例的电子组件的示意性透视图；
图2是沿着图1的I-I’线截取的截面图；
图3A和图3B分别是示出对比示例1中和示例1中从外电极到内电极的整个区域的部分的截面的示意性拟态图。
具体实施方式
在下文中，现将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。
在下文中，将描述根据本公开的示例性实施例的电子组件，但不必然受限于此。
图1是根据本公开的示例性实施例的电子组件的示意性透视图。在下文中，将主要描述薄膜电感器作为电子组件的示例，但本公开还可应用于诸如其他类型的电感器、共模滤波器、电容器等的其他电子组件。具体地，根据本公开的示例性实施例的电子组件可应用在使用铜作为无源元件组件中的内电极情况。
参照图1，电子组件100可包括形成线圈的内电极1和电连接到内电极的外电极2。
内电极可被形成电子组件的外型的主体3包封，主体可由具有磁性质的磁性颗粒树脂复合物形成。例如，主体3可通过填充铁氧体或金属基软磁材料形成。这里，铁氧体的示例可包括本领域中已知的诸如Mn-Zn基铁氧体、Ni-Zn基铁氧体、Ni-Zn-Cu基铁氧体、Mn-Mg基铁氧体、Ba基铁氧体、Li基铁氧体等的铁氧体。金属基软磁材料可以是包含从由Fe、Si、Cr、Al和Ni组成的组选择的任意一种或更多种的合金。例如，金属基软磁材料可包含Fe-Si-B-Cr基非晶金属颗粒，但不限于此。金属基软磁材料可具有大于等于0.1μm且小于等于20μm范围内的粒径。可以以铁氧体或金属基软磁材料分散在诸如环氧树脂、聚酰亚胺等聚合物中的形式包含铁氧体或金属基软磁材料，从而形成主体。
主体3可形成电子组件的整体外型，具有沿着厚度(T)方向彼此背对的上表面和下表面、沿着长度(L)方向彼此背对的第一端表面和第二端表面以及沿着宽度(W)方向彼此背对的第一侧表面和第二侧表面，并可呈大体的六面体形状，如图1中所示。然而，主体3不限于此。
主体3可包括支撑内电极1的支撑构件4，并且支撑构件可用于适当地支撑内电极并使内电极1更容易地形成。支撑构件4可呈板形状，并可具有绝缘性质。例如，支撑构件4可以是印刷电路板(PCB)，但不限于此。支撑构件4可具有足以支撑内电极1的厚度。例如，支撑构件4的厚度可优选为约60μm。
由支撑构件4支撑的内电极1可以是呈螺旋状的线圈，并且形成该线圈的方法不受具体限制。例如，可使用各向异性镀覆法(线圈的沿着厚度方向的生长速率大于线圈的沿着宽度方向的生长速率)或者各向同性镀覆法(线圈的沿着宽度方向的生长速率大体上等于线圈的沿着厚度方向的生长速率)。
由于内电极1的材料不受限制，只要内电极1的两个端部可分别电连接到外电极2即可，因此内电极1可包含具有优异的导电性的金属。例如，内电极1可由银(Ag)、钯(Pd)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、金(Au)、铜(Cu)、铂(Pt)或者它们的合金等形成。具体地，考虑到内电极1和外电极2之间的连接性，内电极1可由铜(Cu)形成。
外电极2可使用金属树脂复合物膏通过浸渍法形成。然而，形成外电极2的方法不限于此。可使用Ag-Sn基焊料-环氧树脂基膏代替现有的Ag-环氧树脂基膏来形成外电极2。这里，Sn基焊料可以是例如通过Sn、Sn96.5Ag3.0Cu0.5、Sn42Bi58、Sn72Bi28等表示的粉末，但不限于此。在这种情况下，膏体中的除了环氧树脂之外具有高熔点的导电颗粒(例如，Ag颗粒)和焊料颗粒(例如，Sn焊料)的重量比可优选大于等于55:45且小于等于70:30。换句话说，基于外电极膏中的具有高的熔点的导电颗粒和焊料颗粒的重量的总和，具有高熔点的导电颗粒的含量可在大于等于55wt％且小于等于70wt％的范围内。在这种情况下，内电极1和外电极2之间的连接层5可稳定地形成。
图2是沿着图1的I-I’线截取的截面图。将参照图2更详细地描述外电极2的内部结构。
参照图2，外电极2可包括具有多孔结构的导电基底21和填充在多孔结构中的空隙中的热固性树脂22。外电极2的导电基底形成从外电极2的内侧延伸到外电极2的外侧的连续网状结构。
作为参考，在下文中，描述了形成电连接到内电极1的外电极2的工艺的示例，但根据本公开的电子组件的外电极2不限于仅通过下面通过示例的方式将要描述的工艺形成。
首先，可通过将呈大体上球形形状同时具有约0.5μm至3μm的粒径的银(Ag)粉末与Sn-Bi基焊料粉末以预定的比彼此混合，然后向其另外地添加环氧添加剂来制备外电极膏。制备外电极膏的方法不受限制。例如，可使用真空行星式混合器。在通过回转和旋转最终将如上所述制备的外电极膏分散之后，可通过浸渍涂覆法以预定的厚度将外电极膏印刷在主体的外表面上。然后，在浸渍涂覆的外电极膏干燥之后，可将膏体再施加到主体的与主体的利用外电极膏涂覆的部分背对的部分上。在完成施加和干燥之后，可执行固化。为了防止Sn基焊料成分的氧化，优选在固化时保持惰性气氛。
如上所述制造的外电极2可包括具有多孔结构的导电基底21和填充在多孔结构的空隙中的热固性树脂22。
导电基底21可包含例如Ag3Sn合金的Ag-Sn基合金，但不限于此。
导电基底的Ag3Sn中可还包含外电极膏中包含的Ag颗粒或焊料颗粒，并且Ag颗粒、焊料颗粒等可不规则地分散在导电基底中。自然，Ag颗粒或焊料颗粒可以是从最初包含在外电极膏中的成分得到的颗粒。具体地，焊料颗粒可包括处于焊料不完全地参与反应但通过外电极的施加工艺、干燥工艺和固化工艺等而剩下的状态的焊料。在如上所述的反应之后剩下的焊料可包括处于Sn基焊料颗粒的组成改变的状态的焊料。例如，在外电极膏中使用Sn-Bi基焊料的情况下，剩下的焊料可以是Sn的量减少且包含大量Bi或者仅剩下Bi的焊料。在仅剩下Bi的情况下，可确认Bi颗粒不规则地设置在导电基底的外边界表面上。所述Bi粒子还可连续地连接到与其相邻的Bi粒子。
虽然将省略其详细描述，但在导电基底21中的最初用作原材料以制备外电极膏的焊料颗粒中，没有参与反应并且其组分和含量保持为原样不变的焊料颗粒可不规则地分散在外电极的导电基底中。
这里，在整个外电极中，可以以30vol％至60vol％的含量范围包含形成导电基底21的整个骨架的Ag3Sn金属间化合物，可以以0vol％至3vol％的含量包含不规则地分散在其中的Ag颗粒。此外，可以以40vol％至70vol％含量范围包含填充在导电基底中的空隙中的环氧树脂。
此外，连接层5可设置在内电极1和外电极2之间。连接层5可用作防止内电极1和外电极2之间的界面脱层的边界表面。连接层5可具有大于等于1μm且小于等于10μm的平均厚度。在连接层5的平均厚度小于1μm的情况下，连接层的功能可能不能适当地呈现。然而，在平均厚度大于10μm的情况下，当连接层5部分地具有脆性时，可发生连接层5破裂的负面影响。
连接层5可包括与外电极2相邻的第一连接层51和与内电极1相邻的第二连接层52。第一连接层51可由Cu6Sn5合金形成，第二连接层52可由Cu3Sn合金形成。第一连接层和第二连接层两者中包含的Cu成分可从内电极中包含的导电化合物得到，Sn成分可从外电极膏中包含的焊料成分得到。作为具体的机理，例如，在选择Ag-Sn基焊料-环氧树脂基化合物作为外电极膏的情况下，可根据添加的Sn基焊料和Ag颗粒的摩尔比保留Sn成分，并且该剩余的Sn成分和内电极中的铜成分可再一次形成金属间化合物，从而可形成连接层。
虽然图2中示出了第一连接层51和第二连接层52在内电极和外电极之间形成连续的边界表面的情况，但也可通过控制外电极膏中的Sn成分和Ag成分的摩尔比或Sn成分的含量而将第一连接层51和第二连接层52改变为第一连接层51和第二连接层52中的至少一个不连续地形成。
图3A和图3B分别是示出对比示例1和示例1中从外电极到内电极的整个区域的部分的截面的示意性拟态图。
将从图3A和图3B领会的是，在图3A中描绘的对比示例1中，内电极(1a)和外电极(2a)仅通过物理接触彼此连接，但在图3B中描绘的示例1中，金属间化合物(IMC，5)插设在内电极(1)和外电极(2)之间。因此，连接层的金属间化合物和外电极的金属间化合物可彼此直接接触。此外，可从图3B领会的是，与根据现有技术的包含Ag-环氧树脂基外电极膏的电感器对应的对比示例1中的热冲击性能相比，与根据本公开的示例性实施例的电子组件对应的示例1中的热冲击性能是优异的。
首先，参照图3A，对比示例1与示例1的不同之处在于对比示例1没有包括使用Ag-Sn基焊料-环氧树脂基外电极膏形成的外电极和连接层的上述结构。在对比示例1中，由于仅在内电极和外电极之间存在物理接触而外电极本身中的导电金属之间不存在连续的结合，因此预测将容易发生界面脱层。相反，在示例1中，由于存在为双层的金属间化合物的连接层以及具有连续网状结构的外电极，将不太可能发生界面脱层。
接着，将参照表1至表3对比根据本公开的示例性实施例的电子组件的Rdc值在焊接耐热性测试之前和之后的变化以及根据现有技术的电子组件的Rdc值在焊接耐热性测试之前和之后的变化。表1和表2示出了分别根据示例1和示例2的电子组件的Rdc值的变化，表3示出了根据对比示例1的电子组件的Rdc值的变化。用于焊接耐热性测试的条件如下所示。在测量了将接受焊接耐热性测试的样品的初始Rdc值之后，将焊浴(soldering bath)的温度设置为450℃，并且在450℃的温度下将样品浸渍在焊浴中5s之后测量之后的Rdc值，取出样品，并将样品冷却至室温。
在示例1和示例2二者中，通常使用由包含与具有低熔点的金属成分对应的焊料成分的组合物形成的外电极膏，但示例2与示例1的不同仅在于示例2部分地使用由Ag-焊料基颗粒-环氧树脂基化合物形成的外电极膏、涂覆Ag的铜颗粒代替Ag颗粒。示例1中的外电极膏基于金属填料的总含量(100wt％)包含63wt％的Ag粗粉末、7wt％的Ag细粉末以及30wt％的焊料，并且还包含8wt％的环氧树脂。类似于示例1，示例2中的外电极膏基于金属填料的总含量(100wt％)包含59wt％的Ag粗粉末、3wt％的Ag细粉末、5wt％的涂覆Ag的铜粉末以及33wt％的焊料，并且还包含8wt％的环氧树脂。
[表1]
[表2]
[表3]
如表1至表3中所示，由于在使用Ag-环氧树脂膏的对比示例1中，由Ag-环氧树脂形成的外电极物理地接触内电极，使得Rdc值因暴露于高温而趋于显著地变化。相反，在示例1和示例2中，由于外电极具有Ag3Sn的IMC网状结构和包括双层的Cu6Sn5和Cu3Sn的连接层结构，因此尽管暴露于高温但Rdc值几乎没有变化。
此外，由于与示例1和示例2的STD相比，对比示例1的标准偏差(STD)显著地高，因此清楚的是，与对比示例1相比，示例1和示例2中的电子组件的可靠性是优异的。
除了上面的描述之外，将省略与根据本公开的示例性实施例的上述电子组件的特征重复的特征的描述。
如上所述，根据本公开的示例性实施例，可提供能够通过改善内部线圈和外电极之间的接触性质而具有改善的可靠性同时具有低的Rdc值的电子组件。
虽然以上已示出并描述了示例性实施例，但对本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离由所附的权利要求限定的本发明的范围的情况下，可做出修改和变型。
Claims (18)
1.一种电子组件，包括：
内电极；
外电极，电连接到所述内电极；以及
连接层，设置在所述外电极和所述内电极之间，
其中，所述外电极包括具有多孔结构的导电基底以及填充在所述多孔结构中的空隙中的树脂，
其中，所述导电基底包含Ag-Sn基合金，使得所述外电极具有包含金属间化合物的连续网状结构，
其中，所述连接层包括金属间化合物，并且所述连接层的所述金属间化合物和所述外电极的所述金属间化合物彼此直接接触。
2.根据权利要求1所述的电子组件，其中，所述Ag-Sn基合金是Ag3Sn。
3.根据权利要求1所述的电子组件，其中，所述导电基底形成从所述外电极的内侧延伸到所述外电极的外侧的连续网状结构。
4.根据权利要求1所述的电子组件，其中，所述树脂是热固性树脂。
5.根据权利要求1所述的电子组件，其中，所述连接层由Cu-Sn化合物形成。
6.根据权利要求5所述的电子组件，其中，所述连接层为包括与所述外电极相邻的第一连接层以及与所述内电极相邻的第二连接层的双层。
7.根据权利要求6所述的电子组件，其中，所述第一连接层由Cu6Sn5合金形成。
8.根据权利要求6所述的电子组件，其中，所述第二连接层由Cu3Sn合金形成。
9.根据权利要求6所述的电子组件，其中，所述第一连接层和所述第二连接层中的至少一个不连续地设置。
10.根据权利要求1所述的电子组件，其中，Bi颗粒设置在所述导电基底的边界表面上。
11.根据权利要求1所述的电子组件，其中，Ag颗粒不规则地分散在所述外电极中。
12.根据权利要求1所述的电子组件，其中，Sn含量彼此不同的焊料颗粒不规则地分散在所述导电基底中，并且
所述焊料颗粒由Sn-Bi基合金形成。
13.根据权利要求5所述的电子组件，其中，所述连接层具有大于等于1μm且小于等于10μm的范围内的平均厚度。
14.根据权利要求1所述的电子组件，其中，在整个外电极中，以30vol％至60vol％的含量范围包含形成导电基底的整个骨架的Ag3Sn金属间化合物，以0vol％至3vol％的含量范围包含不规则地分散在导电基底中的Ag颗粒，以40vol％至70vol％含量范围包含填充在导电基底中的空隙中的环氧树脂。
15.一种电子组件，包括：
内电极；
外电极，电连接到所述内电极；以及
连接层，设置在所述内电极和所述外电极之间，
其中，所述外电极包括具有金属间化合物的导电基底，所述导电基底包含Ag-Sn基合金，使得所述外电极具有包含金属间化合物的连续网状结构，
其中，所述连接层包括金属间化合物，并且
其中，所述连接层的所述金属间化合物和所述外电极的所述金属间化合物彼此直接接触。
16.根据权利要求15所述的电子组件，其中，所述连接层包括与所述外电极相邻的第一连接层和与所述内电极相邻的第二连接层。
17.根据权利要求16所述的电子组件，其中，所述第一连接层由Cu6Sn5合金形成，所述第二连接层由Cu3Sn合金形成。
18.根据权利要求15所述的电子组件，其中，所述导电基底形成从所述外电极的内侧延伸到所述外电极的外侧的连续网状结构。
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