CN109950042B - 多层陶瓷电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多层陶瓷电容器，所述多层陶瓷电容器包括：陶瓷本体，包括彼此背对的第一表面和第二表面以及连接所述第一表面和所述第二表面的第三表面和第四表面；多个内电极，设置在所述陶瓷本体内部并暴露于所述第一表面和所述第二表面，所述多个内电极各自具有暴露于所述第三表面或所述第四表面的一端；第一侧边缘部和第二侧边缘部，分别设置在所述内电极的暴露于所述第一表面的侧面上和所述内电极的暴露于所述第二表面的侧面上。所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部的介电组合物与所述陶瓷本体的介电组合物不同，并且所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部的介电组合物的介电常数低于所述陶瓷本体的介电组合物的介电常数。
Description
本申请要求于2017年12月7日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0167534号和于2018年4月6日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0040402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
本公开涉及一种多层陶瓷电容器及其制造方法，更具体地，涉及一种能够缓和集中在内电极的端部的电场以防止绝缘击穿同时具有改善的可靠性的多层陶瓷电容器及其制造方法。
背景技术
通常，例如电容器、电感器、压电元件、压敏电阻以及热敏电阻等的电子组件包括利用陶瓷材料形成的陶瓷本体、形成在陶瓷本体中的内电极以及安装在陶瓷本体的表面上以连接到内电极的外电极。
近年来，随着电子产品已变得越来越紧凑和多功能化，片式组件已趋向于小型化和高性能。因此，对小尺寸和高电容的多层陶瓷电容器的需求不断增加。
为了多层陶瓷电容器的小型化和高电容，需要显著增加有效电极区域(即，增加电容实现所需的有效体积分数)。
为了实现这种小尺寸和高电容的多层陶瓷电容器，在制造多层陶瓷电容器期间，内电极暴露到在陶瓷本体的宽度方向上的表面。因此，通过无边缘设计可显著增大内电极的宽度方向面积。在制造这种片之后进行片的烧结之前，将边缘部另外地附着到电极的在片的宽度方向上的暴露表面来补足多层陶瓷电容器。这种制造方法已被应用于实现小尺寸和高电容的多层陶瓷电容器。
然而，当使用如上所述的方法制造多层陶瓷电容器时，通常按传统使用陶瓷本体的介电组合物，而没有将用于形成侧边缘部的介电组合物与陶瓷本体的介电组合物加以区分。
多层陶瓷电容器的主要缺陷之一是由在内电极的端部集中的电场造成的绝缘击穿。
应当减小在内电极的端部集中的电场以防止作为多层陶瓷电容器的主要缺陷的绝缘击穿。
因此，需要研究能够缓和在内电极的端部集中的电场的技术。
发明内容
本公开的一方面在于提供一种多层陶瓷电容器及其制造方法，该多层陶瓷电容器能够缓和在内电极的端部集中的电场以防止绝缘击穿，同时具有改善的可靠性。
根据本公开的一方面，一种多层陶瓷电容器包括：陶瓷本体，包括彼此背对的第一表面和第二表面以及连接所述第一表面和所述第二表面的第三表面和第四表面；多个内电极，设置在所述陶瓷本体内部并暴露于所述第一表面和所述第二表面，所述多个内电极各自具有暴露于所述第三表面或所述第四表面的一端；第一侧边缘部和第二侧边缘部，分别设置在所述内电极的暴露于所述第一表面的侧面上和所述内电极的暴露于所述第二表面的侧面上。所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部的介电组合物与所述陶瓷本体的介电组合物不同，并且所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部的介电组合物的介电常数低于所述陶瓷本体的介电组合物的介电常数。
根据本公开的一方面，一种多层陶瓷电容器包括：陶瓷本体，包括彼此背对的第一表面和第二表面以及连接所述第一表面和所述第二表面的第三表面和第四表面；多个内电极，设置在所述陶瓷本体内部并暴露于所述第一表面和所述第二表面，所述多个内电极各自具有暴露于所述第三表面或所述第四表面的一端；以及第一侧边缘部和第二侧边缘部，分别设置在所述内电极的暴露于所述第一表面的侧面上和所述内电极的暴露于所述第二表面的侧面上，其中，所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部以及所述陶瓷本体包括基体材料主成分和子成分，所述基体材料主成分包括钡(Ba)和钛(Ti)，所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部以及所述陶瓷本体包括包含锰(Mn)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)和锌(Zn)中的至少一种作为子成分的第一子成分，并且包括在所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部中的锰的含量高于包括在所述陶瓷本体中的锰的含量。
根据本公开的一方面，一种多层陶瓷电容器包括：第一内电极和第二内电极，交替地设置在陶瓷本体内部，每对第一内电极和第二内电极通过介电片隔开，所述介电片形成所述陶瓷本体，所述第一内电极和所述第二内电极暴露于所述陶瓷本体的彼此背对的第一表面和第二表面，所述第一内电极暴露于第三表面并且所述第二内电极暴露于第四表面，所述第三表面和所述第四表面彼此背对并连接所述第一表面和所述第二表面；第一侧边缘部和第二侧边缘部，分别设置在所述第一表面上和所述第二表面上；其中，所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部的组合物与所述介电片的组合物不同。
附图说明
通过以下结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其他方面、特征和优点将被更清楚地理解，在附图中：
图1是根据本公开中的示例性实施例的多层陶瓷电容器的透视图；
图2是沿图1中的I-I′线截取的截面图；
图3是沿图1中的II-II′线截取的截面图；
图4是构成图1中示出的多层陶瓷电容器的单个介电层的平面图；以及
图5A至图5F是示出根据本公开中的另一示例性实施例的形成多层陶瓷电容器的主体的方法的截面图和透视图。
具体实施方式
在下文中，将在下面参照附图详细描述本公开中的示例性实施例，其中不管图号如何，使用相同的附图标记表示的那些组件是相同的或相对应的，并且省略了冗余的解释。在附图中，为了清楚起见，可夸大或样式化组件的形状、尺寸等。
然而，本公开可按照多种不同的形式来举例说明，并且不应该被解释为局限于在此阐述的具体实施例。确切地说，提供这些实施例，以使本公开将是彻底的和完整的，并将本公开的范围充分地传达给本领域的技术人员。
这里使用的术语“示例性实施例”不指相同的示例性实施例，而是被提供用来强调与另一示例性实施例的特定特征或特性不同的特定特征或特性。然而，这里提供的示例性实施例被认为是能够通过整体或部分地彼此组合来实现。例如，即使未在另一示例性实施例中描述，在特定示例性实施例中描述的一个元件也可以被理解为与另一示例性实施例相关的描述，除非在其中提供相反或矛盾的描述。
在说明书中组件与另一组件的“连接”的含义包括通过第三组件的间接连接以及两个组件之间的直接连接。另外，“电连接”意味着包括物理连接和物理断开的概念。可以理解的是，当用“第一”和“第二”提及元件时，元件不被其限制。可以仅出于将元件与其他元件区分的目的而使用它们，并且可不限制元件的顺序或重要性。在一些情况下，第一元件可被称为第二元件而不脱离这里阐述的权利要求的范围。类似地，第二元件也可称为第一元件。
这里，在附图中确定上部、下部、上侧、下侧、上表面、下表面等。另外，垂直方向指向上和向下方向，水平方向指垂直于上述向上和向下方向的方向。在这种情况下，垂直截面是指沿垂直方向截取平面的情况，并且其示例可以是附图中示出的截面图。另外，水平截面是指沿水平方向截取平面的情况，并且其示例可以是附图中示出的平面图。
这里使用的术语仅用于描述示例性实施例而不是限制本公开。在这种情况下，除非在上下文中另有解释，否则单数形式包括复数形式。
图1是根据本公开中的示例性实施例的多层陶瓷电容器的透视图。图2是沿图1中的I-I′线截取的截面图。图3是沿图1中的II-II′线截取的截面图。图4是构成图1中示出的多层陶瓷电容器的单个介电层的平面图。
参照图1至图4，根据本公开中的示例性实施例的多层陶瓷电容器包括陶瓷本体110、设置在陶瓷本体110内部的多个内电极121和122以及设置在陶瓷本体110的外表面上的外电极131和132。
陶瓷本体110可具有彼此背对的第一表面1和第二表面2、将第一表面1和第二表面2彼此连接的第三表面3和第四表面4以及分别为顶表面和底表面的第五表面5和第六表面6。
第一表面1和第二表面2可被定义为在陶瓷本体110的宽度方向上彼此背对的表面，并且第三表面3和第四表面4可被定义为在陶瓷本体110的长度方向上彼此背对的表面。第五表面5和第六表面6可被定义为在陶瓷本体110的厚度方向上彼此背对的表面。
陶瓷本体110的形状没有具体限制，但是，在一些实施例中，如图中所示，可以是长方体形状。
设置在陶瓷本体110内部的多个内电极121和122中的每个具有暴露于第三表面3或第四表面4的一端。内电极121和122可包括一对具有不同的极性的第一内电极121和第二内电极122。
第一内电极121的一端可暴露于第三表面3，并且第二内电极122的一端可暴露于第四表面4。
第一内电极121和第二内电极122的端部可以以规则的间隔与第三表面3或第四表面4分开，这将在后面详细描述。
第一外电极131和第二外电极132可分别设置在陶瓷本体110的第三表面3和第四表面4上以电连接到内电极121和122。
根据示例性实施例的多层陶瓷电容器可包括设置在陶瓷本体110内部并暴露于第一表面1和第二表面2的多个内电极121和122，每个内电极121和122具有暴露于第三表面3或第四表面4的一端，并且第一侧边缘部113和第二侧边缘部114分别设置在内电极121和122的暴露于第一表面1的侧面上和内电极121和122的暴露于第二表面2的侧面上。
多个内电极121和122设置在陶瓷本体110内部。内电极121和122的侧面(或侧端)暴露于作为陶瓷本体110的宽度方向的表面的第一表面1和第二表面2。第一侧边缘部113和第二侧边缘部114分别设置在内电极121和122的暴露的侧端上。
第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的每一个可具有小于或等于18微米(μm)的宽度d1。
根据示例性实施例，陶瓷本体110可包括：多层主体111，其中层叠有多个介电层112；以及第一侧边缘部113和第二侧边缘部114，第一侧边缘部113和第二侧边缘部114分别设置在多层主体111的背对侧。
构成多层主体111的多个介电层112处于烧结状态，并且相邻介电层112之间的边界可被一体化至不能被识别的程度。
多层主体111的长度等于陶瓷本体110的长度，陶瓷本体110的长度等于陶瓷本体110的第三表面3和第四表面4之间的距离。也就是说，可以领会的是，陶瓷本体110的第三表面3和第四表面4分别是多层主体111的第三表面和第四表面。
通过层叠多个介电层112形成多层主体111，并且多层主体111的长度形成陶瓷本体110的第三表面3和第四表面4之间的距离。
陶瓷本体110的长度不限于以上所述。根据示例性实施例，陶瓷本体110的长度可以在400μm和1400μm之间。更具体地，陶瓷本体110的长度可以在400μm和800μm之间或在600μm和1400μm之间。
内电极121和122可设置在介电层112上。通过烧结，内电极121和122可以设置在陶瓷本体110内部，且单个介电层介于内电极121和122间。
参照图4，第一内电极121设置在介电层112上。相对于介电层112的长度方向不完全设置第一内电极121。也就是说，第一内电极121的一端可设置为距陶瓷本体110的第四表面4预定距离，第一内电极121的另一端可设置为直至第三表面3以暴露于第三表面3，并连接到第一外电极131。
与第一内电极121相反，第二内电极122的一端设置为距第三表面3预定距离，并且第二内电极122的另一端暴露于第四表面4，以连接到第二外电极132。
介电层112可与第一内电极121具有相同的宽度。也就是说，可相对于介电层112的宽度方向完全设置第一内电极121。
介电层112和第一内电极121的宽度不限于以上所述。根据本公开中的示例性实施例，介电层112的宽度和第一内电极121的宽度可以在100μm和900μm之间。更具体地，介电层112的宽度和第一内电极121的宽度可以在100μm和500μm之间或在100μm和900μm之间。
随着陶瓷本体变小，边缘部的宽度可能影响多层陶瓷电容器的电特性。根据本公开中的示例性实施例，侧边缘部可形成为18μm或更小的宽度，以增强小型化多层陶瓷电容器的特性。
在本公开中的示例性实施例中，内电极和介电层被同时切割并形成。内电极可以与介电层具有相同的宽度，这将在后面详细描述。
在本公开中的示例性实施例中，介电层形成为与内电极具有相同的宽度。因此，内电极121和122的侧面可暴露于陶瓷本体110的宽度方向的第一表面和第二表面。
第一侧边缘部113和第二侧边缘部114可形成在陶瓷本体110的使内电极121和122的端部暴露的宽度方向的背对的表面上。
第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的每个的宽度可小于或等于18μm。第一侧边缘部和第二侧边缘部的宽度越小，设置在陶瓷本体110内部的内电极的重叠面积越大。
第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的宽度不被具体限制，只要它们足以防止暴露于多层主体111的侧表面的内电极之间的短路即可。例如，第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的每一个的宽度可大于或等于2μm。
当第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的每一个的宽度小于2μm时，存在抵抗外部冲击的机械强度可能降低的问题。当第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的每一个的宽度大于18μm时，内电极的重叠面积可能减小，从而难以确保多层陶瓷电容器中的高电容。
已经考虑了几种显著增加多层陶瓷电容器的电容的方法。各种方法包括使介电层更薄的方法、通过层叠薄化的介电层来形成更高的多层结构的方法、提高内电极的覆盖范围的方法等。
另外，正在考虑增大建立电容的内电极的重叠面积的方法。
可显著减小其中未形成内电极的边缘区域，以增大内电极的重叠面积。
具体地，随着多层陶瓷电容器的小型化，应显著减小边缘部区域以增大内电极的重叠面积。
根据本公开中的示例性实施例，有如下特征：在介电层的整个宽度方向上形成内电极并且将侧边缘部的宽度设置为18μm或更小，因此内电极具有大面积的重叠面积。
通常，当层叠介电层以形成更高的多层结构时，介电层和内电极被薄化。因此，内电极可能经常短路。此外，当内电极仅形成在介电层的一部分中时，会形成台阶，从而降低加速寿命或可靠性。
然而，根据本公开中的示例性实施例，即使在形成薄膜内电极和介电层时，也可增加多层陶瓷电容器的电容。这是因为内电极形成为沿介电层的整个宽度方向。
此外，减小了由内电极形成的台阶，以提高加速寿命。因此，可提供具有改善的电容特性和改善的可靠性的多层陶瓷电容器。
作为多层陶瓷电容器的主要缺陷之一的绝缘击穿由于在内电极端部集中的电场而发生。
应减小在内电极的端部集中的电场以防止作为多层陶瓷电容器的主要缺陷之一的绝缘击穿。
根据本公开中的示例性实施例，第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物不同于陶瓷本体110的介电组合物。
此外，第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物的介电常数低于陶瓷本体110的介电组合物的介电常数。
第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物的介电常数被调整为低于陶瓷本体的介电组合物的介电常数。因此，可减小在内电极的端部集中的电场，并且可防止作为多层陶瓷电容器的主要缺陷的绝缘击穿。因此，可提高多层陶瓷电容器的可靠性。
如上所述，作为典型多层陶瓷电容器的主要缺陷的绝缘击穿由于在内电极的端部集中的电场而产生。根据本公开中的示例性实施例，作为缓和在内电极的端部集中的电场的方式，可将第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物的介电常数控制为低于陶瓷本体110的介电组合物的介电常数。
也就是说，当第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物的介电常数低于陶瓷本体110的介电组合物的介电常数时，在内电极的端部集中的电场被分散和减小。
在本公开中的示例性实施例中，陶瓷本体110指的是包括第一内电极121和第二内电极122彼此重叠的有效区以及与有效区相对应的顶部覆盖部区和底部覆盖部区的部分。
在典型的多层陶瓷电容器中，在制造陶瓷本体时层叠具有相同介电组合物的陶瓷生片，所述陶瓷本体包括其中内电极彼此重叠以建立电容的有效区以及其中内电极彼此不重叠或不形成内电极的边缘部。因此，有效区的介电组合物通常与边缘部的介电组合物相同。
在这种传统的多层陶瓷电容器的情况下，通过层叠具有相同介电组合物的陶瓷生片来制造包括有效区和边缘部的陶瓷本体。因此，传统的多层陶瓷电容器具有两个区域的介电组合物不可能不同的结构。
为了实现根据本公开中的示例性实施例的小尺寸和高电容的多层陶瓷电容器，在多层陶瓷电容器的制造期间，使内电极在陶瓷本体的宽度方向上暴露。因此，通过没有边缘的设计，内电极的宽度方向面积显著增大。在制造这种片之后进行片的烧结之前，将边缘部另外地附着到电极的在片的宽度方向上的暴露表面，以补足多层陶瓷电容器。已经采用了这种制造方法。
然而，当以与如上所述相同的方法制造多层陶瓷电容器时，通常按传统使用陶瓷本体的介电组合物，而没有将用于形成侧边缘部的介电组合物与陶瓷本体的介电组合物加以区分。
如上所述，通常，用于形成侧边缘部的介电组合物被用作陶瓷本体的介电组合物，而没有对陶瓷本体的介电组合物加以区分。因此，两个区域的介电组合物彼此相同并且没有区别地进行应用。
然而，根据本公开中的示例性实施例，第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物与陶瓷本体110的介电组合物彼此不同并且第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物的介电常数低于陶瓷本体110的介电组合物的介电常数。
根据本公开中的示例性实施例，可通过调节介电材料中包括的子成分的含量来实现将第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物的介电常数控制为低于陶瓷本体110的介电组合物的介电常数。
具体地，根据本公开中的示例性实施例，第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物中的子成分的含量被调整为与陶瓷本体110的介电组合物中的子成分的含量不同。因此，包括在整个侧边缘部中的子成分的含量和包括在陶瓷本体110中的相同子成分的含量彼此不同。
通常，由于陶瓷本体中包括的子成分可以通过扩散运动到侧边缘部中，所以侧边缘部的一些区域中的子成分的含量可能更高。
然而，根据本公开中的示例性实施例，内电极在陶瓷本体的宽度方向上被暴露，以在通过无边缘设计制造片之后进行烧制之前的步骤中，将边缘部另外地附接到片的电极宽度方向的暴露表面。因此，完成了多层陶瓷电容器。由于使用于形成侧边缘部的介电组合物与陶瓷本体的介电组合物不同，因此整个侧边缘部中的子成分的含量不同于包括在陶瓷本体中的相同成分的含量。
包括在第一侧边缘部113和第二侧边缘部114以及陶瓷本体110中的介电-磁性组合物包括包含钡(Ba)和钛(Ti)的基体材料主成分。
基体材料主成分包括在BaTiO3中应用Ca、Zr、Sn等中的一些的表示为(Ba,Ca)(Ti,Ca)O3、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3、Ba(Ti,Zr)O3和(Ba,Ca)(Ti,Sn)O3的主成分中的至少一种。其中，可以以粉末的形式包含基体材料主成分。
包括在第一侧边缘部113和第二侧边缘部114以及陶瓷本体110中的介电-磁性组合物可包括包含Mn、V、Cr、Fe、Ni、Co、Cu和Zn中的至少一种的第一子成分作为子成分。第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的第一子成分的含量可低于形成陶瓷本体110的介电层中的所述第一子成分的含量。
包括在第一侧边缘部113和第二侧边缘部114以及陶瓷本体110中的介电-磁性组合物还可包括第二子成分、第三子成分、第四子成分和第五子成分。第二子成分包含Ba和Ca中的至少一种。第三子成分包含含Si氧化物或碳酸盐或者含Si玻璃复合物。第四子成分包括Y、Dy、Ho、Er、Gd、Ce、Nd、Sm、La、Tb、Yb和Pr中的至少一种。第五子成分包含Mg或Al。
根据本公开中的示例性实施例，通过控制包括在陶瓷本体110以及第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的作为子成分的锰(Mn)和硅(Si)的含量可使介电常数不同。
更具体地，包括在第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的Mn和Si的含量高于包括在陶瓷本体110中的Mn和Si的含量。
通过将包括在第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的Mn和Si的含量调节为高于包括在陶瓷本体110中的Mn和Si中的含量，第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物的介电常数可控制为低于陶瓷本体110的介电组合物的介电常数。
包括在整个第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的Mn和Si的含量高于包括在陶瓷本体110中的Mn和Si的含量。
也就是说，在整个第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中出现了Mn和Si的含量上的差异，而不是仅在第一侧边缘部和第二侧边缘部的一些区域中(例如，在与陶瓷本体110接触的邻近区域)。
与现有技术不同，上述特征是可能的，这是因为在多层陶瓷电容器的制造期间使用于形成陶瓷本体的介电组合物与用于形成第一侧边缘部和第二侧边缘部的介电组合物不同。
因此，可减小在内电极的端部集中的电场，并且可以防止作为多层陶瓷电容器的主要缺陷之一的绝缘击穿，以提高多层陶瓷电容器的可靠性。
根据本公开中的示例性实施例，可通过调节介电材料中包括的子成分中的稀土氧化物的含量来实现将第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物的介电常数控制为低于陶瓷本体110的介电组合物的介电常数。
更具体地，包括在第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的稀土氧化物的含量可小于包括在陶瓷本体110中的稀土氧化物的含量。然而，本公开不限于此。包括在第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的稀土氧化物的含量可等于包括在陶瓷本体110中的稀土氧化物的含量。
稀土元素没有具体限制，但可以是例如Y、Dy、Ho、Er和Yb中的至少一种。
根据本公开中的示例性实施例，作为将第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物的介电常数控制为低于陶瓷本体110的介电组合物的介电常数的方式，第一侧边缘部113和第二侧边缘部114可包括钠(Na)和锂(Li)。
第一侧边缘部113和第二侧边缘部114还包括钠(Na)和锂(Li)，使得第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物的介电常数低于陶瓷本体110的介电组合物的介电常数。因此，可减小在内电极的端部集中的电场，并且可防止绝缘击穿，以提高多层陶瓷电容器的可靠性。
根据本公开中的示例性实施例，尽管钠(Na)和锂(Li)可选择性地包括在陶瓷本体110中，但是它们基本上包括在第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中，以使第一侧边缘部113和第二侧边缘部114的介电组合物的介电常数低于陶瓷本体110的介电组合物的介电常数。另外，包括在第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的钠(Na)和锂(Li)的含量可高于包括在陶瓷本体110中的钠(Na)和锂(Li)的含量。
包括在整个第一侧边缘部113和第二侧边缘部114中的钠(Na)和锂(Li)的含量高于包括在陶瓷本体110中的钠(Na)和锂(Li)的含量。
在下文中，现将描述根据本公开中的另一示例性实施例的制造多层陶瓷电容器的方法。
图5A至5F是示出根据本公开中的另一示例性实施例的形成多层陶瓷电容器的主体的方法的截面图和透视图。
如图5A所示，多个条形第一内电极图案221a以预定距离d4形成在陶瓷生片212a上。多个条型第一内电极图案221a可形成为彼此平行。
预定距离d4是使内电极和与内电极具有不同的极性的外电极绝缘的距离，并且将被理解为图4中所示的d2×2的距离。
陶瓷生片212a可利用包括陶瓷粉末、有机溶剂和有机粘合剂的陶瓷膏形成。
陶瓷粉末是具有高介电常数的材料，但不限于此。陶瓷粉末可包括钛酸钡(BaTiO3)基材料、铅复合钙钛矿基材料或钛酸锶(SrTiO3)基材料。优选地，陶瓷粉末可以是钛酸钡(BaTiO3)粉末。当烧制时，陶瓷生片212a成为构成陶瓷本体的介电层112。
条形第一内电极图案221a可由包括导电金属的内电极膏形成。导电金属可以是镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)或它们的合金，但不限于此。
条形第一内电极图案221a可通过诸如丝网印刷或凹版印刷的印刷技术形成在陶瓷生片212a上，但本公开不限于此。
尽管未在附图中示出，但多个条形第二内电极图案222a可以以预定距离d4形成在另一陶瓷生片212a上。
在下文中，形成有第一内电极图案221a的陶瓷生片将被称为第一陶瓷生片，形成有第二内电极图案222a的陶瓷生片将被称为第二陶瓷生片。
如图5B所示，第一陶瓷生片和第二陶瓷生片可以以条形第一内电极图案221a和条形第二内电极图案222a交错堆叠的方式交替层叠。
条形第一内电极图案221a可形成第一内电极121，条形第二内电极图案222a可形成第二内电极122。
图5C是堆叠有第一陶瓷生片和第二陶瓷生片的生片多层结构210的截面图，图5D是堆叠有第一陶瓷生片和第二陶瓷生片的生片多层结构210的透视图。
参照图5C和图5D，交替堆叠第一陶瓷生片和第二陶瓷生片。多个平行的条形第一内电极图案221a印刷在第一陶瓷生片上，多个平行的条形第二内电极图案222a印刷在第二陶瓷生片上。
更具体地，第一陶瓷生片和第二陶瓷生片可堆叠为使印刷在第一陶瓷生片上的条形第一内电极图案221a的中心和印刷在第二陶瓷生片上的条形第二内电极图案222a之间的距离为d4的间隔的中心重叠。
如图5D所示，可横穿多个条形第一内电极图案221a和多个条形第二内电极图案222a切割陶瓷生片多层结构210。也就是说，陶瓷生片多层结构210可以是沿线C1-C1切割的棒状多层结构。
更具体地，可纵向切割条形第一内电极图案221a和条形第二内电极图案222a，以分成各自具有恒定宽度的多个内电极。此时，堆叠的陶瓷生片也被切割。因此，介电层可形成为与内电极具有相同的宽度。
第一内电极和第二内电极的侧面可暴露于棒状多层结构220的切割表面。棒状多层结构220的切割表面可被分别称为第一侧表面和第二侧表面。
陶瓷生片多层结构210可在烧制后被切割成棒状多层结构。另外，在切割成棒状多层结构后，可对陶瓷生片多层结构进行烧制。本公开不限于此，并且可在N2-H2环境气氛中在1100和1300摄氏度之间的温度下进行烧制。
如图5E所示，第一侧边缘部213a和第二侧边缘部214a可分别形成在棒状多层结构220的第一侧表面和第二侧表面上。应当理解，在图5E中，使用虚线描绘第二侧边缘部214a的轮廓。
第一侧边缘部213a和第二侧边缘部214a可利用包括陶瓷粉末的陶瓷浆料形成。
陶瓷浆料包括陶瓷粉末、有机粘合剂和有机溶剂。可调节陶瓷浆料的量使得第一侧边缘部213a和第二侧边缘部214a中的每个具有所需的宽度(即，陶瓷浆料的涂层的厚度)。
根据本公开中的示例性实施例，用于形成第一侧边缘部213a和第二侧边缘部214a的陶瓷浆料中的组合物不同于用于形成棒状多层结构220的陶瓷膏中的组合物。
也就是说，用于形成第一侧边缘部213a和第二侧边缘部214a的陶瓷浆料中的组合物不同于用于形成棒状多层结构220的陶瓷膏中的组合物，使得第一侧边缘部213a和第二侧边缘部214a的组合物的介电常数低于棒状多层结构220的组合物的介电常数。
详细组成与根据本公开中的上述示例性实施例的第一侧边缘部和第二侧边缘部与陶瓷本体的详细组成相同。
陶瓷浆料可涂覆在棒状多层结构220的第一侧表面和第二侧表面上以形成第一侧边缘部213a和第二侧边缘部214a。陶瓷浆料的涂覆方法没有特别限制，可以通过喷涂分散陶瓷浆料或使用辊子涂布陶瓷浆料。
在一些实施例中，可将棒状多层结构220浸渍在陶瓷浆料中，以在棒状多层结构的第一侧表面和第二侧表面上形成第一侧边缘部213a和第二侧边缘部214a。
如上所述，第一侧边缘部213a和第二侧边缘部214a中的每个可形成为具有小于或等于18μm的宽度(即，陶瓷浆料涂层的厚度)。
如图5E到图5F中所示，可根据单个片的尺寸沿着切割线C2-C2切割形成有第一侧边缘部213a和第二侧边缘部214a的棒状多层结构220。
当根据单个片的尺寸切割棒状多层结构220时，可形成包括多层主体211以及设置在多层主体211的背对侧的第一侧边缘部213和第二侧边缘部214的陶瓷本体。
当沿切割线C2-C2切割棒状多层结构220时，彼此重叠的第一内电极的中心和形成在第二内电极之间的距离为d4的预定间隔的中心可沿着相同的切割线C2-C2被切割。当从另一个角度看时，第二内电极的中心与形成在第一内电极之间的距离为d4的预定间隔的中心可沿着相同的切割线C2-C2被切割。
因此，第一内电极的一端和第二内电极的一端可交替地暴露于沿切割线C2-C2形成的切割表面。将理解的是，第一内电极所暴露的表面是图4中示出的多层结构的第三表面3，第二内电极所暴露的表面是图4中示出的多层结构的第四表面4。
当沿切割线C2-C2切割棒状多层结构220时，条形第一内电极图案221a之间的距离为d4的预定间隔被切割成两半，使得第一内电极121的一端与第四表面形成预定距离d2，并且使得第二内电极122的一端与第三表面形成预定距离d2。
外电极可形成在第三表面和第四表面上，以连接到第一内电极的一端和第二内电极的一端。
类似于本公开中的示例性实施例，当在棒状多层结构220上形成第一侧边缘部和第二侧边缘部并根据片的尺寸切割第一侧边缘部和第二侧边缘部时，可通过单个工艺在多个多层主体211上形成侧边缘部。
此外，虽然图中未示出，但是可在形成第一侧边缘部和第二侧边缘部之前根据片的尺寸切割棒状多层结构来形成多个多层结构。
也就是说，可切割棒状多层结构，使得彼此重叠的第一内电极的中心和形成在第二内电极之间的预定间隔的中心沿着相同的切割线被切割。因此，第一内电极的一端和第二内电极的一端可交替地暴露于切割表面。
然后，可以在多层主体的第一表面上和第二表面上形成第一侧边缘部和第二侧边缘部。按照与如上所述相同的方式形成第一侧边缘部和第二侧边缘部。
外电极可分别形成在多层主体的暴露第一内电极的第三表面上和多层主体的暴露第二内电极的第四表面上。
在本公开中的另一示例性实施例中，第一内电极和第二内电极的端部通过多层结构的第一表面和第二表面暴露。可同时切割堆叠的多个第一内电极和第二内电极，以使其放置在一条直线上。然后，在多层结构的第一表面和第二表面上共同地形成第一侧边缘部和第二侧边缘部。陶瓷本体由多层结构和第一侧边缘部和第二侧边缘部形成。也就是说，第一侧边缘部和第二侧边缘部分别形成陶瓷本体的第一侧表面和第二侧表面。
因此，根据本公开中的示例性实施例，从多个内电极中的每个的一端到陶瓷本体的第一表面和第二表面的距离可以是恒定的。另外，第一侧边缘部和第二侧边缘部由陶瓷浆料形成，并且均可以形成为具有小的厚度。
在下文中，将参考实验示例更全面地描述本公开。然而，提供实验示例在于帮助详细理解本公开，并且本公开的范围不受实验示例的限制。
实验示例
根据本公开中的示例性实施例，将用于形成陶瓷本体的介电组合物和用于形成第一侧边缘部和第二侧边缘部的介电组合物制备为彼此不同。
具体地，在用于形成陶瓷本体的介电组合物和用于形成第一侧边缘部和第二侧边缘部的介电组合物中，使用50nm或更小的BaTiO3粉末作为基体材料主成分。
根据本公开中的示例性实施例，调节用于形成每个区域的介电组合物的子成分的含量，使得与陶瓷本体相比，作为子成分的锰(Mn)和硅(Si)的含量在第一侧边缘部和第二侧边缘部中更高。
同时，在比较例中，在陶瓷本体以及第一侧边缘部和第二侧边缘部中，锰(Mn)和硅(Si)的含量是相同的。
当制备浆料时，使用氧化锆球作为基体材料主成分和子成分粉末的混合/分散介质。在混合了乙醇/甲苯和分散剂后，进行机械研磨。然后，增加粘合剂混合工艺以实现介电片强度。
制造厚度为10μm至20μm的成型片，使得制备的浆料可使用头部排放型的辊上成型涂布机形成侧边缘部。
内电极在宽度方向上暴露，因此被切割成5cm×5cm的尺寸，使得可通过将成型片附着到无边缘片的电极暴露部分来形成侧边缘部。
通过在片变形显著减小的条件下施加恒定的温度和压力，将用于形成第一侧边缘部和第二侧边缘部的成型片附着到片的背对表面，以制造具有0603尺寸(长×宽×高：0.6mm×0.3mm×0.3mm)的多层陶瓷电容器片。
在制造的多层陶瓷电容器样品在低于120摄氏度的温度下氮气环境中进行烧制工艺，然后在氢气浓度小于或等于0.5％的条件下烧制之后，综合确认电特性。
在下面的表(1)中，总结了根据比较例和示例性实施例制造的实际多层陶瓷电容器(MLCC)的电特性。
表(1)
(B：主体，M：边缘部，EC：电气特性，HTWV：高温耐受电压)
*：比较例，○：优良，X：较差
从表(1)可以看出，比较例1是在传统多层陶瓷电容器的样品中主体的介电组合物和侧边缘部的介电组合物相同的情况。比较例1示出了存在高温耐受电压特性方面的问题。
比较例6和比较例7是包括在侧边缘部中的子成分SiO2的含量低于包括在主体中的SiO2的含量的情况。比较例6和比较例7示出了存在高温耐受电压特性方面的问题。
比较例10是包括在侧边缘部中的子成分Na2CO3的含量低于包括在主体中的Na2CO3的含量的情况。比较例10示出了存在高温耐受电压特性方面的问题。
比较例13和比较例14是包括在侧边缘部中的子成分Li2O的含量低于包括在主体中的Li2O的含量的情况。比较例13和比较例14示出了存在高温耐受电压特性方面的问题。
同时，示例性实施例2至5、8和9、11和12以及15是包括在侧边缘部中的子成分MnO2、SiO2和Na2CO3的含量分别高于包括在主体中的MnO2、SiO2和Na2CO3的含量的情况。示例性实施例2至5、8和9、11和12以及15示出了高温耐受电压特性是优异的。
如上所述，根据本公开中的示例性实施例，沿陶瓷本体的宽度方向完全形成内电极。然而，在内电极暴露于陶瓷本体的宽度方向的侧表面之后，另外地附着第一侧边缘部和第二侧边缘部。因此，可显著增大内电极之间的重叠面积以实现高电容多层陶瓷电容器。另外，由于第一侧边缘部和第二侧边缘部的介电组合物的介电常数低于陶瓷本体的介电组合物的介电常数，所以可减小在内电极的端部处集中的电场，以防止绝缘击穿和提高可靠性。
虽然以上已经示出并描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可做出修改和变型。
Claims (21)
1.一种多层陶瓷电容器，包括：
陶瓷本体，包括彼此背对的第一表面和第二表面以及连接所述第一表面和所述第二表面的第三表面和第四表面；
多个内电极，设置在所述陶瓷本体内部并暴露于所述第一表面和所述第二表面，所述多个内电极各自具有暴露于所述第三表面或所述第四表面的一端；以及
第一侧边缘部和第二侧边缘部，分别设置在所述内电极的暴露于所述第一表面的侧面上和所述内电极的暴露于所述第二表面的侧面上，
其中：
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部以及所述陶瓷本体包括基体材料主成分和子成分，所述基体材料主成分包括钡和钛，
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部的介电组合物不同于所述陶瓷本体的介电组合物，并且
其中，所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部以及所述陶瓷本体包括锰和硅作为子成分，
包括在所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部中的锰的含量和硅的含量分别高于包括在所述陶瓷本体中的锰的含量和硅的含量。
2.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部以及所述陶瓷本体包括包含钒、铬、铁、镍、钴、铜和锌中的至少一种作为子成分的第一子成分。
3.根据权利要求2所述的多层陶瓷电容器，其中，在所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部中，在所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部与所述陶瓷本体接触的邻近区域之外的区域中的锰的含量和硅的含量分别高于所述陶瓷本体中的锰的含量和硅的含量。
4.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部以及所述陶瓷本体包括包含钡和钙中的至少一种作为子成分的第二子成分。
5.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中：
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部以及所述陶瓷本体包括包含含硅的氧化物或碳酸盐或者含硅的玻璃组分作为子成分的第三子成分。
6.根据权利要求5所述的多层陶瓷电容器，其中：
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部的平均厚度小于或等于18微米。
7.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中：
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部以及所述陶瓷本体包括：包括钇、镝、钬、铒、钆、铈、钕、钐、镧、铽、镱和镨中的至少一种作为子成分的第四子成分，以及包括镁或铝作为子成分的第五子成分。
8.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中：
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部包括钠和锂中的至少一种作为子成分。
9.根据权利要求8所述的多层陶瓷电容器，其中：
所述陶瓷本体包括钠和锂中的至少一种作为子成分，并且包括在所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部中的钠和锂中的至少一种的含量高于包括在所述陶瓷本体中的钠和锂中的至少一种的含量。
10.一种多层陶瓷电容器，包括：
陶瓷本体，包括彼此背对的第一表面和第二表面以及连接所述第一表面和所述第二表面的第三表面和第四表面；
多个内电极，设置在所述陶瓷本体内部并暴露于所述第一表面和所述第二表面，所述多个内电极各自具有暴露于所述第三表面或所述第四表面的一端；以及
第一侧边缘部和第二侧边缘部，分别设置在所述内电极的暴露于所述第一表面的侧面上和所述内电极的暴露于所述第二表面的侧面上，
其中：
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部以及所述陶瓷本体包括基体材料主成分和子成分，所述基体材料主成分包括钡和钛，
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部以及所述陶瓷本体包括包含锰、钒、铬、铁、镍、钴、铜和锌中的至少一种作为子成分的第一子成分，并且
包括在所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部中的锰的含量高于包括在所述陶瓷本体中的锰的含量，
其中，所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部的介电组合物的介电常数低于所述陶瓷本体的介电组合物的介电常数。
11.根据权利要求10所述的多层陶瓷电容器，其中：
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部以及所述陶瓷本体包括：包括钡和钙中的至少一种作为子成分的第二子成分，包括含硅氧化物或碳酸盐或者含硅的玻璃组分作为子成分的第三子成分，包括钇、镝、钬、铒、钆、铈、钕、钐、镧、铽、镱、镨中的至少一种作为子成分的第四子成分，以及包括镍或铝作为子成分的第五子成分。
12.根据权利要求11所述的多层陶瓷电容器，其中：
在所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部中包括的硅的含量高于在所述陶瓷本体中包括的硅的含量。
13.根据权利要求10所述的多层陶瓷电容器，其中：
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部还包括钠和锂中的至少一种作为子成分。
14.根据权利要求13所述的多层陶瓷电容器，其中：
所述陶瓷本体包括钠和锂中的至少一种作为子成分，并且包括在所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部中的钠和锂中的至少一种的含量高于包括在所述陶瓷本体中的钠和锂中的至少一种的含量。
15.根据权利要求13所述的多层陶瓷电容器，其中：
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部的平均厚度小于或等于18微米。
16.一种多层陶瓷电容器，包括：
第一内电极和第二内电极，交替地设置在陶瓷本体内部，每对第一内电极和第二内电极通过介电片隔开，所述介电片形成所述陶瓷本体，所述第一内电极和所述第二内电极暴露于所述陶瓷本体的彼此背对的第一表面和第二表面，所述第一内电极暴露于第三表面并且所述第二内电极暴露于第四表面，所述第三表面和所述第四表面彼此背对并连接所述第一表面和所述第二表面；
第一侧边缘部和第二侧边缘部，分别设置在所述第一表面上和所述第二表面上；
其中，所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部的组合物与所述介电片的组合物不同，
其中，所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部以及所述介电片包括基体材料主成分以及至少一种子成分，所述基体材料主成分包括钡和钛，
其中，所述至少一种子成分包含包括锂、钠中的一种或它们的组合的第三子成分，
包括在所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部中的钠和锂中的至少一种的含量高于包括在所述陶瓷本体中的钠和锂中的至少一种的含量。
17.根据权利要求16所述的多层陶瓷电容器，其中，在所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部中，在所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部与所述陶瓷本体接触的邻近区域之外的区域中的钠和锂中的至少一种的含量高于所述陶瓷本体中的钠和锂中的至少一种的含量。
18.根据权利要求17所述的多层陶瓷电容器，其中，
所述至少一种子成分包括第一子成分，所述第一子成分包括锰、钒、铬、铁、镍、钴、铜、锌中的一种或它们的组合，并且
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部中的所述第一子成分的含量高于所述介电片中的所述第一子成分的含量。
19.根据权利要求17所述的多层陶瓷电容器，其中，所述至少一种子成分包括硅，并且所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部中的硅的含量高于所述介电片中的硅的含量。
20.根据权利要求17所述的多层陶瓷电容器，其中，
所述至少一种子成分包括：包括锰、钒、铬、铁、镍、钴、铜、锌中的一种或它们的组合的第一子成分，以及包括硅的第二子成分，并且
所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部中的锰和硅中的至少一种的含量高于该成分在所述介电片中的含量。
21.根据权利要求17所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一侧边缘部和所述第二侧边缘部的平均厚度小于或等于18微米。
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