CN108962599B - 多层陶瓷电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多层陶瓷电容器，包括：含有介电层和内部电极的陶瓷体；连接到所述内部电极的电极层；含有第一导体、具有纤维形状的第二导体和基体树脂的形成在所述电极层上的导电树脂层。本发明提供的多层陶瓷电容器能够当吸收外部冲击和防止电镀液渗透时具有减小的等效串联电阻(ESR)。

Description

多层陶瓷电容器
本申请是申请日为2014年9月2日，申请号为201410443285.6，题为“多层陶瓷电容器及其制造方法和用于安装该多层陶瓷电容器的板”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种多层陶瓷电容器及其制造方法和用于安装该多层陶瓷电容器的板。
背景技术
陶瓷电子器件中，多层陶瓷电容器包括多个堆叠的介电层，具有插入它们之间的介电层的互相面对排列的内部电极，以及电连接到所述内部电极的外部电极。
多层陶瓷电容器由于它具有如小尺寸、高容量、易于安装等优点已被广泛应用于移动通信的部件，如笔记本电脑、个人数字助理(PDA)、移动电话等。
近来，随着电子产品的小型化和多功能化，芯片组件也趋于小型化和多功能化。其结果是，这需要小型化多层陶瓷电容器和增加其容量。为此，厚度减小的介电层和内部电极层以及因此增加堆叠的介电层的量的多层陶瓷电容器被制造出来，并且它的外部电极也已变薄。
另外，设备的许多功能需要高的可靠性，例如汽车或医疗器械，都被数字化并且需求增大，根据需求也对多层陶瓷电容器具有高可靠性做出了要求。
恶化高可靠性的因素可以包括工艺过程中产生的电镀液渗透，由于外部冲击的裂纹发生等。为了解决上述缺陷，含有导电性材料的树脂组合物被应用于外部电极的电极层以吸收外部冲击和防止电镀液渗透到电极中，从而提高可靠性。但是，在将导电树脂层应用于电极层的情况下，等效串联电阻(ESR)会增大，因此，需要一种具有提高ESR特性的多层陶瓷电容器。
[现有技术文件]
(专利文件1)韩国专利公开出版号2005-0102767
发明内容
本公开内容的一个方面可以提供一种当吸收外部冲击时能够具有减小的等效串联电阻(ESR)和防止电镀液渗透其中的多层陶瓷电容器及其制造方法和用于安装该多层陶瓷电容器的板。
根据本公开内容的一个方面，多层陶瓷电容器可以包括：含有介电层和内部电极的陶瓷体，连接到所述内部电极的电极层，以及含有第一导体、具有纤维形状的第二导体和基体树脂的形成在电极层上的导电树脂层。所述第一导体可以具有球形形状和薄片形状中的至少一种。所述第二导体可以为可塑的。当所述第二导体的直径被定义为D和所述第二导体的长度被定义为L时，可以满足L/D≥1.0。当所述第二导体的直径被定义为D时，可以满足1nm≤D≤100nm。所述第二导体可以为碳纳米管。所述第二导体可以为单壁碳纳米管(SWNT)。所述第二导体可以为多壁碳纳米管(MWNT)。
所述基体树脂可以为热固性树脂。
所述多层陶瓷电容器还可以包括形成在导电树脂层上的电镀层。
根据本公开内容的另一方面，一种多层陶瓷电容器的制造方法可以包括：形成含有介电层和内部电极的陶瓷体；形成含有介电层和内部电极的陶瓷体；形成连接到内部电极的电极层；施加含有第一导体、具有纤维形状的第二导体和基体树脂的导电浆糊到电极层；固化导电浆糊以形成导电树脂层。
根据本公开内容的另一方面，用于安装多层陶瓷电容器的板可以包括：其上排列有第一和第二电极垫的印刷电路板；和安装在所述印刷电路板上的多层陶瓷电容器，其中，所述多层陶瓷电容器包括含有介电层和内部电极的陶瓷体；连接到所述内部电极的电极层；和含有第一导体、具有纤维形状的第二导体和基体树脂的形成在所述电极层上的导电树脂层。
附图说明
通过结合附图从以下详细描述中，本公开内容的上述的和其他方面、特征和优点更容易被理解，在附图中：
图1是根据本公开内容的示例性实施方式的多层陶瓷电容器的透视图；
图2是沿图1中A-A’线的横断面视图；
图3是图2的P区域的放大图；
图4是根据本公开内容的示例性实施方式的具有纤维形状的导体的示意放大图；
图5是根据本公开内容的示例性实施方式的多层陶瓷电容器的制造方法的制造过程图；
图6是根据本公开内容的另一示例性实施方式的在其上安装有多层陶瓷电容器的板的透视图；以及
图7是沿图6中B-B’线的横断面视图。
具体实施方式
现在将参考附图对本公开内容的示例性实施方式进行详细地描述。
多层陶瓷电容器
图1是根据本公开内容的示例性实施方式的多层陶瓷电容器100的透视图；图2是沿图1中A-A’线的横断面视图。
图3是图2的P区域的放大图。
参考图1和图2，根据本公开内容的示例性实施方式的所述多层陶瓷电容器100可以包括陶瓷体110和外部电极130a和130b。
所述陶瓷体110可以包括活性层作为形成电容器贡献电容的部分和各自形成在所述活性层上和下边缘部分的上下覆盖层。所述活性层可以包括介电层111以及内部电极121和122。
在本公开内容的示例性实施方式中，对于视图的形状没有特别的限定，所述陶瓷体110可以具有基本上六面体的形状。由于烧结芯片的时候，陶瓷粉末的烧结收缩，根据内部电极形状的存在与否会有不同的厚度差，并且陶瓷体边缘部分的磨损，陶瓷体110可能不具有完整的六面体形状，但是具有与六面体形状相近的形状。
为了清楚地描述本公开内容的示例性实施方式，六面体的方向将会被定义。附图中L、W和T分别指的是六面体的长度方向、宽度方向和厚度方向。在此，所述厚度方向被用作与介电层堆叠的方向具有相同的含义。
所述内部电极121和122可以包括第一内部电极121和第二内部电极122，第一和第二内部电极可以互相面对排列并具有位于它们之间的介电层111。所述第一和第二内部电极121和122，具有不同极性的电极对，可以在所述介电层111的堆叠方向上形成，以通过在所述介电层111印刷预定厚度的含有导电金属的导电浆糊使得在所述陶瓷体的两端面交替暴露，并且可以通过所述介电层111排列在它们之间使得它们互相电绝缘。
即，所述第一和第二内部电极121和122可以通过所述陶瓷体110的两端面交替暴露的部分电连接到外部电极130a和130b。更具体地，所述外部电极可以包括第一外部电极130a和第二外部电极130b，并且所述第一内部电极可以分别地电连接到所述第一外部电极130a以及所述第二内部电极可以分别地电连接到所述第二外部电极130b。
因此，在施加电压到所述第一和第二外部电极130a和130b的情况下，电荷会在相互面对的第一和第二内部电极121和122之间累积。在此，所述多层陶瓷电容器100的电容量与所述第一和第二内部电极121和122互相重叠的区域的面积成正比。
所述第一和第二内部电极121和122的厚度可以根据它们的用途来确定。
另外，所述第一和第二内部电极121和122含有的所述导电金属可以为镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)或它们的合金，但是本公开内容并不限定于此。
在此，相应介电层111的厚度可以根据所述多层陶瓷电容器的电容设计任意地改变。
另外，所述介电层111可以含有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。但是，本公开内容并不限定于此。
所述上和下覆盖层可以由与形成所述介电层111相同的材料形成并且除了它们不包括内部电极之外具有与所述介电层111相同的结构。所述上和下覆盖层可以在垂直方向分别在所述活性层的上和下面通过堆叠单一介电层或两个或更多介电层形成，基本上用于防止由于物理的或化学的应力对所述第一和第二内部电极121和122造成损害。
所述第一外部电极130a可以包括电极层131a和导电树脂层132，和所述第二外部电极130b可以包括电极层131b和导电树脂层132。
所述第一和第二电极层131a和131b可以直接连接到所述第一和第二内部电极121和122以保障所述外部电极和所述内部电极之间的电连接。
所述第一和第二电极层131a和131b可以包括导电金属，所述导电金属可以为镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)、金(Au)或它们的合金，但是本公开内容并不限定于此。
所述第一和第二电极层131a和131b可以为通过烧结含有导电金属的浆糊形成的烧结电极。
所述导电树脂层132可以排列在所述第一和第二电极层131a和131b上。
即，所述第一和第二电极层可以排列在所述陶瓷体的外部表面，所述导电树脂层132可以在所述第一和第二电极层的外部表面上形成。
在本公开内容的说明书中，基于所述外部电极，朝向所述陶瓷体110的方向被定义为内向，同时离开所述陶瓷体110的方向被定义为外向。
图3是图2的P区域的放大图，如图3所示，所述导电树脂层132可以含有第一导体32a，第二导体32b和基体树脂32c。
所述第一导体32a可以含有铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)和它们的合金中的至少一种，并且可以为球形形状或薄片形状。
所述第二导体32b可以具有导电性并且可以为纤维形状。
在本公开内容中，所述纤维形状可以为薄的细长形状和表示直线形状。
所述第二导体可以具有实心或空心的柱子形状。另外，所述第二导体可以具有通路的管道形状。
所述柱子形状可以包括所有的圆柱形和多边形柱子形状，所述管道形状可以包括所有圆形管道形状和多边形管道形状。
即，根据本公开内容的示例性实施方式的所述纤维形状可以统指薄的细长的形状如上述柱子形状和管道形状。
图4是根据本公开内容的示例性实施方式的具有纤维形状的导体的示意放大图。
根据本公开内容的示例性实施方式的所述第二导体可以为可塑的，图4是所述第二导体直线排列状态的放大图。所述导电树脂层中的所述第二导体可以不为图4所示的排列而可以以直线或曲线自由地排列。
更具体地，所述第二导体可以包括碳纳米管，可以包括单壁碳纳米管(SWNT)或多壁碳纳米管(MWNT)中的至少一种。
所述基体树脂32c可以为热固性树脂和可以含有环氧树脂。但是，所述公开内容并不限定于此。
所述导电树脂层可以形成在电极层上以防止电镀液渗透到所述电极层和所述陶瓷体并吸收外部施加的物理冲击，从而保护所述多层陶瓷电容器。
同时，由于所述导电树脂层含有所述基体树脂，相比于烧结电极的电极层的情况下，它的缺点是电导率要低。
更具体地，由于导电树脂层具有的电流是通过分布在基体树脂的导体之间接触或隧道效应(a tunneling effect)而产生的，等效串联电阻(ESR)可以随着树脂的含量的增加而增加。
在所述导电树脂层中含有的所述基体树脂含量减小和所述导体含量增加的情况下，ESR值可以轻微的减小；但是，吸收外部冲击和防止电镀液渗透到电容器的功能可能被恶化。
但是，根据本公开内容的示例性实施方式的所述导电树脂层可以包括具有纤维形状的第二导体，由此即使在为了吸收外部冲击和防止电镀液渗透到所述电容器的所述导电树脂层含有预定含量的基体树脂的情况下，所述导电树脂层可以具有减小的ESR值。
更具体地，由于具有纤维形状的所述第二导体被分散在所述第一导体之间以提高所述第一和第二导体之间的接触，电流流动通道可以会增加，由此ESR可以显著减小。
特别地，在所述第二导体具有纳米尺寸纤维形状的情况下，根据双峰系统理论(abimodal system theory)粒子的填充率可以被提高。
另外，在所述第二导体为可塑的情况下，所述第一和第二导体之间的接触可以更容易地形成。
参考图4，根据本公开内容的示例性实施方式，当所述第二导体的直径被定义为D和所述第二导体的长度被定义为L时，所述第二导体的直径D可以满足1nm≤D≤100nm。
在所述第二导体的直径D小于1nm的情况下，包括在导电树脂浆糊中的所述第二导体可能在制备所述导电树脂层的分散过程中被破坏，由此其作为导体的效果可能会消失，同时在所述第二导体的直径D大于100nm的情况下，所述导电树脂浆糊的填充率根据粗糙线性固体粒子的增加可能会恶化降低所述多层陶瓷电容器的可靠性。
根据本公开内容的示例性实施方式，可以满足L/D≥1.0。在L/D小于1.0的情况下，第一导体离子之间的电流流动通道由于所述第二导体可能不能充分地形成，由此ESR被提高的效果不够充分。
另外，根据本公开内容的示例性实施方式，可以满足L/D≥2.0。
根据本公开内容的示例性实施方式，所述第二导体可以为碳纳米管。
所述碳纳米管，具有纳米水平直径的纤维形状的导体，相对于其长度具有明显小的体积，由此即使在包括很小容积率的所述碳纳米管，所述第一导体粒子之间的电流流动通道(导电通道)可以提高并且ESR可以减小。
另外，即使在碳纳米管不与所述第一导体直接接触的情况下，所述碳纳米管可以排列在所述第一导体之间通过隧道效应以提高电子传输的通道，由此ESR可以有效地减小。
此外，由于所述碳纳米管可以为可塑的，所述碳纳米管可以有效地排列在具有球形形状或薄片形状的所述第一导体之间。
所述导电树脂层可以包括在其上面形成的电镀层(没有示出)。所述电镀层可以包括镍电镀层和锡电镀层，所述镍电镀层可以排列在所述导电树脂层上，所述锡电镀层可以排列在所述镍电镀层上。
根据本公开内容的示例性实施方式，所述导电树脂层可以包括具有球形形状和薄片形状中的至少一种的所述第一导体和具有纤维形状的所述第二导体，由此，提供了当吸收外部冲击和防止电镀液渗透同时具有减小的ESR的多层陶瓷电容器。
多层陶瓷电容器的制造方法
图5是根据本公开内容的示例性实施方式的多层陶瓷电容器的制造方法的制造过程图。
参考图5，根据本公开内容的示例性实施方式的多层陶瓷电容器的制造方法可以包括：形成含有介电层和内部电极的陶瓷体(S1)；形成连接到内部电极的电极层(S2)；施加含有第一导体、具有纤维形状的第二导体和基体树脂的导电浆糊到电极层(S3)；固化导电浆糊以形成导电树脂层(S4)。
根据本公开内容的示例性实施方式的多层陶瓷电容器制造方法的描述与前述根据本公开内容的示例性实施方式的多层陶瓷电容器重叠，在此省略。
在根据本公开内容的示例性实施方式的多层陶瓷电容器的制造方法中，含有如钛酸钡(BaTiO3)粉末等粉末的浆料，施加到载体薄膜上并干燥以制备陶瓷生片(ceramicgreen sheets)，由此形成介电层和覆盖层。
所述陶瓷生片，通过混合陶瓷粉末、粘合剂和溶剂制备浆液，并将浆液形成为片状并且每一层具有由刮刀法设计的厚度，来制备。
然后，制备含有金属粉末用于内部电极的导电浆糊。
通过丝网印刷法(screen printing method)将用于内部电极的导电浆糊施加到所述陶瓷生片上以形成内部电极后，堆叠多个含有内部电极印刷在其上的生片，并将多个不含有内部电极印刷在其上的生片堆叠在堆叠体的上面和下面，并进行烧结过程，从而制造陶瓷体110。所述陶瓷体110可以含有所述内部电极121和122，所述介电层111和覆盖层，所述介电层可以通过烧结含有内部电极印刷在其上的生片形成，所述覆盖层可以通过烧结不含有内部电极印刷在其上的生片形成。
所述内部电极可以包括第一和第二内部电极121和122。
可以形成所述电极层以电连接到所述内部电极。
更具体地，所述第一和第二电极层131a和131b可以分别地电连接到所述第一和第二内部电极121和122在所述陶瓷体的外部表面上形成。所述第一和第二电极层可以通过烧结含有导电金属和玻璃的浆糊形成。
所述导电金属可以选自铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)和它们的合金组成的组中的至少一种，但是优选地可以为上述的铜(Cu)，但是本公开内容并不限定于此。
所述玻璃并没有特别的限定，但可以为与制造常规多层陶瓷电容器的外部电极使用的相同组成的玻璃的材料。
所述导电浆糊含有第一导体、第二导体，所述基体树脂可以施加到所述第一和第二电极层的外部表面上。所述第一导体可以具有球形形状或薄片形状，可以包括铜、银、镍和它们的合金中的至少一种，但是并不限定于此。
所述第二导体可以为可塑的，当所述第二导体的直径被定义为D和所述第二导体的长度被定义为L时，可以满足L/D≥1.0。
另外，当所述第二导体的直径被定义为D，可以满足1nm≤D≤100nm。
所述基体树脂可以为环氧树脂、热固性树脂。
所述导电树脂层可以通过热固导电浆糊形成。
另外，所述导电树脂层可以包括形成在其上的电镀层。
用于安装多层陶瓷电容器的板
图6是根据本公开内容的另一示例性实施方式的用于安装多层陶瓷电容器的板的透视图；以及图7是沿图6中B-B’线的横断面视图。
参考图6和图7，根据本公开内容的另一示例性实施方式的用于安装多层陶瓷电容器的板200可以包括：具有第一和第二电极垫221和222排列在其上的印刷电路板210，安装在所述印刷电路板上的多层陶瓷电容器，其中，所述多层陶瓷电容器可以包括含有介电层和内部电极的陶瓷体110；连接到所述内部电极的电极层；含有第一导体、具有纤维形式的第二导体和基体树脂的形成在电极层上的导电树脂层。
由于根据本公开内容的示例性实施方式的安装在印刷电路板210上的多层陶瓷电容器100的描述与前述根据本公开内容的示例性实施方式的多层陶瓷电容器重叠，所述重叠描述在此省略。
实施例
下表1表示等效串联电阻(ESR)根据所述多层陶瓷电容器的导电树脂层中的第二导体的长径比(L/D)变化的改变。
表1
L/D 等效串联电阻(mΩ)
0.8 75.3
0.9 71.1
1 49.7
1.1 42.8
2 16.7
5 17.2
从上表1可以理解的是，在L/D小于1的情况下，ESR为70Ω以上；但是，L/D为1以上的情况下，ESR为50Ω以下，明显的减小。
另外，在L/D为2以上的情况下，ESR也大幅降低。因此，在L/D为2以上的情况下，获得的20mΩ以下的ESR。
如上所述，根据本公开内容的示例性实施方式，提供一种当吸收外部冲击和防止电镀液渗透时具有减小的等效串联电阻(ESR)的多层陶瓷电容器及其制造方法和一种用于安装多层陶瓷电容器的板。
尽管在上面已经表示和描述了示例性实施方式，但是在不脱离由所附权利要求限定的本公开内容的精神和范围的情况下所做的修改和变化，对于本领域的技术人员都是显而易见的。

Claims (7)

1.一种多层陶瓷电容器，所述多层陶瓷电容器包括：
陶瓷体，包括介电层和内部电极；
电极层，连接到所述内部电极；
导电树脂层，形成在所述电极层上，并包括基体树脂、分散在所述基体树脂中的第一导体以及分散在所述基体树脂中、接触所述第一导体并利用碳纳米管形成的第二导体，
其中，当所述第二导体的直径定义为D并且所述第二导体的长度定义为L时，满足5.0≥L/D≥2.0和1nm≤D≤100nm。
2.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一导体具有球形形状或薄片形状。
3.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第二导体为可塑的。
4.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第二导体为单壁碳纳米管(SWNT)。
5.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第二导体为多壁碳纳米管(MWNT)。
6.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述基体树脂为热固性树脂。
7.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，该多层陶瓷电容器还包括形成在所述导电树脂层上的电镀层。
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