CN110364356A - 多层电容器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种多层电容器。所述多层电容器包括：主体，包括多个介电层以及分别暴露于所述主体在长度方向上的相对的表面的多个第一内电极和多个第二内电极，相应介电层介于第一内电极和第二内电极之间；以及第一外电极和第二外电极，设置在所述主体在所述长度方向上的相对端，并分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极。所述多个第一内电极和所述多个第二内电极包括镍(Ni)和锑(Sb)或锗(Ge)。

Description

多层电容器
本申请要求于2018年4月10日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0041460号韩国专利申请的优先权的权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。
技术领域
本公开涉及一种多层陶瓷电容器(或多层电容器)。
背景技术
随着电子装置已经趋向于变得更多功能并更紧凑，已经要求电子组件小型化并高度集成。
特别地，在多层陶瓷电容器(MLCC)的作为通用电子组件的目的和用途已经不断增加的情况下，通过开发基于较薄的介电层和内电极的超高容量产品来提前主导市场的竞争激烈。
随着MLCC具有越来越高的容量，介电层和内电极的厚度减小，这导致短路、DC偏置故障和可靠性故障。
随着内电极变得更薄而频繁发生短路的原因之一是在制造多层电容器的工艺中的烧结期间发生的电极卷曲。
通常，内电极利用镍形成。金属具有这样的特性：其较高的表面张力使其表面的宽度在高温下减小，从而变为球形。因此，当内电极被烧结时，镍内电极在电介质烧结的温度下不能保持平坦形式，而由于镍的高的表面张力特性而卷曲(或成簇)。
为了解决导致多层电容器中的短路故障的镍内电极的卷曲问题，需要降低表面张力。
发明内容
本公开的一方面可提供一种具有改善的可靠性的多层电容器。
根据本公开的一方面，一种多层电容器可包括：主体，包括多个介电层以及分别暴露于所述主体在长度方向上的相对的表面的多个第一内电极和多个第二内电极，相应的介电层介于第一内电极和第二内电极之间；以及第一外电极和第二外电极，设置在所述主体在所述长度方向上的相对端，并分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极。所述多个第一内电极和所述多个第二内电极包括镍(Ni)和锑(Sb)。
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Sb的含量可在0.01at％至5at％的范围内。
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Sb的含量可在0.1at％至1at％的范围内。
所述多个第一内电极和所述多个第二内电极还可包括锗(Ge)。
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Ge的含量可为0.01at％至5at％。
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Ge含量可在0.1at％至1at％范围内。
根据本公开的另一方面，一种多层电容器可包括：主体，包括多个介电层以及分别暴露于所述主体在长度方向上的相对的表面的多个第一内电极和多个第二内电极，相应的介电层介于第一内电极和第二内电极之间；以及第一外电极和第二外电极，设置在所述主体在所述长度方向上的相对端，并分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极。所述多个第一内电极和所述多个第二内电极包括镍(Ni)和锗(Ge)。
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Ge的含量可为0.01at％至5at％。
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Ge的含量可在0.1at％至1at％的范围内。
所述多个第一内电极和所述多个第二内电极还可包括锑(Sb)。
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Sb的含量可为0.01at％至5at％。
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Sb的含量可在0.1at％至1at％的范围内。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，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中的示例性实施例的多层电容器的透视图；
图2是沿图1的线I-I'截取的截面图；
图3是示出各种材料的表面张力的图表；
图4是示出完全溶解在镍中以变为合金的元素的示图；
图5是Ni-Ge的相图；以及
图6是Ni-Sb的相图。
具体实施方式
现在将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。
多层电容器
图1是示意性地示出根据本公开中的示例性实施例的多层电容器的透视图，图2是沿图1的线I-I'截取的截面图。
参照图1和图2，根据本示例性实施例的多层电容器100包括主体110以及第一外电极131和第二外电极132。
主体110包括：有效区，包括在Z方向上堆叠的多个介电层111以及在Z方向上交替地布置的多个第一内电极121和第二内电极122，并且介电层111介于第一内电极121和第二内电极122之间；以及覆盖区，设置在有效区的上方和下方。
主体110通过在Z方向上堆叠多个介电层111以及第一内电极121和第二内电极122并随后对其进行烧结来形成。主体110的形状不受限制，并且可具有如所示的大体上六面体形状。
这里，主体110可具有在Z方向上彼此背对的第一表面和第二表面、连接第一表面和第二表面并在X方向上彼此背对的第三表面和第四表面以及连接第一表面和第二表面、连接第三表面和第四表面并在Y方向上彼此背对的第五表面和第六表面。
多个介电层111处于烧结状态，并且相邻的介电层111成为一体，使得在不使用扫描电子显微镜(SEM)的情况下，介电层111之间的边界可不是容易明显的。
这里，可根据多层电容器100的容量设计任意改变介电层111的厚度。
介电层111可包括具有高的介电常数的陶瓷粉末，例如，钛酸钡(BaTiO3)基粉末或钛酸锶(SrTiO3)基粉末或钛酸镁(MgTiO3)基粉末，并且本公开不限于此，只要获得足够的电容即可。
另外，如果需要，还可将陶瓷添加剂、有机溶剂、增塑剂、粘合剂、分散剂等中的至少一种与陶瓷粉末一起添加到介电层111中。
通过在主体110在Z方向上的相对的最外侧上布置覆盖件来形成覆盖区(主体110在Z方向上的边缘)。
除了覆盖件不包括内电极之外，覆盖件可具有与介电层111的材料和构造相同的材料和构造。
覆盖件可通过在主体110在Z方向上的相对的最外侧上堆叠单个介电层或者两个或更多个介电层来形成，并且主要用于防止由于物理应力或化学应力对第一内电极121和第二内电极122的损坏。
第一外电极131和第二外电极132可利用包括导电金属的导电膏形成。
导电金属可以是例如镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)、金(Au)或它们的合金，但是本公开不限于此。
第一外电极131可包括第一连接部131a和第一带部131b，第二外电极132可包括第二连接部132a和第二带部132b。
第一连接部131a和第二连接部132a设置在主体110在X方向上的相对的侧表面上，并且第一带部131b和第二带部132b分别从第一连接部131a和第二连接部132a延伸到主体110的下表面(即，安装表面)的部分。
这里，第一带部131b和第二带部132b还可延伸到主体110的与下表面相对的上表面的部分以及主体110在Y方向上的相对的侧表面的部分中的至少一者。因此，可提高第一外电极131和第二外电极132的结合强度。
在本示例性实施例中，示出并描述了第一外电极131的第一带部131b从第一连接部131a延伸到主体110的上表面的部分和主体110在Y方向上的相对的侧表面的部分，第二外电极132的第二带部132b从第二连接部132a延伸到主体110的上表面的部分和主体110在Y方向上的相对的侧表面的部分，但是本公开不限于此。
施加有相反极性的第一内电极121和第二内电极122设置在主体110中，并且在Z方向上交替地设置，并且相应的介电层111介于第一内电极121和第二内电极122之间。第一内电极121和第二内电极122分别暴露于主体在X方向(即，长度方向)上的相对的表面(即，第三表面和第四表面)。
这里，第一内电极121和第二内电极122可通过设置在其间的介电层111彼此电绝缘。
此外，第一内电极121和第二内电极122包括镍(Ni)和锑(Sb)。
注入到第一内电极121和第二内电极122中的少量的Sb使包括Ni的内电极在制造多层电容器的工艺中执行烧结时更耐热。因此，在烧结之后，可减小第一内电极121和第二内电极122的卷曲，并且可使第一内电极121和第二内电极122更平坦。
这是因为Sb具有低的表面能，从而在与镍合金化时分布在镍的表面上。这里，表面特性的改变被认为是延迟内电极的收缩的普通材料和镍的表面之间更好地结合。
因此，当第一内电极121和第二内电极122的卷曲减小并且第一内电极121和第二内电极122变平坦时，可提高多层电容器的可靠性(平均无故障时间(mean time tofailure)(MTTF))。
同时，第一内电极121和第二内电极122可包括Ge。
如图5中所示，当向Ni施用少量Ge时，Ge可溶解。如图3中所示，与镍相比，Ge是具有低的表面张力的材料。
因此，与上述Sb类似，Ge可通过作用于内电极来改善多层电容器的可靠性(MTTF)。
表1示出了通过将Sb或Ge注入到内电极中来制造长度×宽度×厚度为0.6mm×0.3mm×0.3mm的多层电容器之后测量的容量和MTTF。
这里，通过在多层电容器的截面处通过波长色散X射线波谱仪(WDX)对内电极进行映射来检测Sb和Ge的含量和分布。
在表1中，在样品1(比较示例)中，内电极不包括Sb和Ge两者。
[表1]
参照表1，可看出，基于第一内电极和第二内电极的总含量，当Sb的含量增加时，容量在一定范围内，同时MTTF逐渐增加，并且当Sb的含量增加到5at％时，容量和MTTF开始降低，并且在Sb的含量超过5at％的样品6的情况下，与比较示例相比，容量显著降低，并且MTTF也低于比较示例的MTTF。
也就是说，在使用包括0.01at％至5at％(基于第一内电极和第二内电极的总含量)的Sb的内电极的多层电容器中，MTTF特性相对改善，同时实现与比较示例的容量水平类似的容量水平。优选地，基于第一内电极和第二内电极的总含量，多个第一内电极和多个第二内电极中的Sb含量在0.1at％至1at％范围内。
另外，参照表1，可看出，当Ge的含量增加时，容量在一定范围内，同时MTTF逐渐增加，并且当Ge的含量增加到5at％时，容量和MTTF开始降低，并且在Ge的含量超过5at％的样品11的情况下，与比较示例相比，容量显著降低，并且MTTF也低于比较示例的MTTF。
也就是说，在使用包括0.01at％至5at％的Ge的内电极的多层电容器中，MTTF特性相对改善，同时实现与比较示例的容量水平类似的容量水平。优选地，基于第一内电极和第二内电极的总含量，多个第一内电极和多个第二内电极中的Ge含量在0.1at％至1at％范围内。
如上所述，当向内电极添加Sb或Ge时获得优异可靠性的原因是：因为Sb和Ge可溶解在镍中以形成合金，并且因为Sb和Ge是具有低的表面张力的材料，所以它们形成镍合金以降低内电极的表面张力。
参照图3，可看出，Sb和Ge具有比Ni显著低的表面张力，并且Sb和Ge容易与镍合金化，如图4中所示。
当Sb或Ge被合金化以降低表面张力时，当内电极在高温下被烧结时可有效地防止电极卷曲，此外，由于大量合金化的异质元素分布在内电极的表面上以降低表面张力并且分布在内电极的表面上的Sb或Ge比Ni更容易形成氧化膜，因此使与普通材料的结合力增大，以改善热收缩性能。
在表1中，Sb表现出比Ge好的MTTF的原因是：因为Sb的表面张力低于Ge。
此外，基于第一内电极和第二内电极的总含量，第一内电极121和第二内电极122中的Sb或Ge的含量在0.01at％至5.0at％下表现出优异的MTTF特性。这是因为Sb或Ge在上述含量范围内容易溶解在Ni中。
图6示出了Ni-Sb的相图。
参照图6，可看出，Sb在1100℃时可以以最大8at％至9at％溶解在Ni中，并且在室温下可以以最大4at％至5at％的溶解在Ni中。
此外，关于镍超合金研究的研究结果表明，当Sb添加到镍时，Sb析出到表面。结果，当Sb添加到内电极时，Sb可析出到界面，降低了合金的表面张力，提高了电容器的可靠性。
此外，随着镍中的Sb含量增加，合金的表面张力降低，但电阻不利地增大。
也就是说，如图6中所示，在室温下完全溶解在Ni中的Sb的含量达5at％(基于第一内电极和第二内电极的总含量)，并且在更高的含量下，析出Ni3Sb以显著阻碍导电性。
因此，如表1中所示，可看出，当以超过5at％的量添加Sb时，容量以及MTTF降低。还确认的是，即使当Sb的量为0.01at％时，特性也得到改善。
也就是说，在本组合物中，基于第一内电极和第二内电极的总含量，Sb的含量可在0.01at％至5.0at％的范围内。
当通过包括Ni和Sb的膏形成多层电容器的内电极时，可降低内电极的表面张力，并且当Sb被合金化时，Sb析出到表面，降低与介电层的界面电位和电阻，以提高多层电容器的可靠性。
如以上所阐述的，根据本公开的示例性实施例，内电极利用包括Ni和Sb的膏形成以降低内电极的表面张力，并且当Sb被合金化时，Sb析出到表面，降低了与介电层的界面电位和电阻，以提高多层电容器的可靠性。
尽管上面已经示出和描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员将明显的是，可在不脱离本公开的由所附权利要求限定的范围的情况下进行修改和变型。

Claims (12)

1.一种多层电容器，包括：
主体，包括多个介电层以及分别暴露于所述主体在长度方向上的相对的表面的多个第一内电极和多个第二内电极，相应的介电层介于第一内电极和第二内电极之间；以及
第一外电极和第二外电极，设置在所述主体在所述长度方向上的相对端，并分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极，
其中，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极包括Ni和Sb。
2.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Sb的含量在0.01at％至5at％的范围内。
3.根据权利要求2所述的多层电容器，其中，
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Sb的含量在0.1at％至1at％的范围内。
4.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，
所述多个第一内电极和所述多个第二内电极还包括Ge。
5.根据权利要求4所述的多层电容器，其中，
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Ge的含量在0.01at％至5at％的范围内。
6.根据权利要求5所述的多层电容器，其中，
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Ge的含量在0.1at％至1at％的范围内。
7.一种多层电容器，包括：
主体，包括多个介电层以及分别暴露于所述主体在长度方向上的相对的表面的多个第一内电极和多个第二内电极，相应的介电层介于第一内电极和第二内电极之间；以及
第一外电极和第二外电极，设置在所述主体在所述长度方向上的相对端，并分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极，
其中，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极包括Ni和Ge。
8.根据权利要求7所述的多层电容器，其中，
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Ge的含量在0.01at％至5at％的范围内。
9.根据权利要求8所述的多层电容器，其中，
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Ge的含量在0.1at％至1at％的范围内。
10.根据权利要求7所述的多层电容器，其中，
所述多个第一内电极和所述多个第二内电极还包括Sb。
11.根据权利要求10所述的多层电容器，其中，
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Sb的含量在0.01at％至5at％的范围内。
12.根据权利要求11所述的多层电容器，其中，
基于所述第一内电极和所述第二内电极的总含量，所述多个第一内电极和所述多个第二内电极中的Sb的含量在0.1at％至1at％的范围内。
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