CN110993334B - 多层陶瓷电容器 - Google Patents

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：陶瓷主体，包括介电层及第一内电极和第二内电极，所述第一内电极和所述第二内电极设置为彼此面对，并且所述介电层中的每个介于所述第一内电极和所述第二内电极之间；以及第一外电极和第二外电极，设置在所述陶瓷主体的外表面上并且分别电连接到所述第一内电极和所述第二内电极。所述陶瓷主体包括其中形成电容的有效部以及设置在所述有效部的上方和下方的盖部。所述盖部中的每个包括与所述陶瓷主体的外侧表面相邻的第一区域以及与最外面的内电极相邻并设置在所述第一区域与所述有效部之间的第二区域。包括在所述第二区域中的介电材料的密度高于包括在所述第一区域中的介电材料的密度。

Description

多层陶瓷电容器

本申请要求于2018年10月2日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0117768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被全部包含于此。

技术领域

本公开涉及一种具有改善的可靠性的多层陶瓷电容器。

背景技术

通常，使用陶瓷材料的电子组件(诸如电容器、电感器、压电元件、变阻器、热敏电阻器等)包括利用陶瓷材料形成的陶瓷主体、设置在陶瓷主体中的内电极以及设置在陶瓷主体的表面上以连接到内电极的外电极。

近来，根据电子产品的小型化和多功能化，多层陶瓷电子组件也已经趋于小型化和多功能化。因此，已经需要具有小尺寸和高电容的多层陶瓷电容器。

目前，介电层的厚度约为0.5微米(μm)，并且用于使介电层变薄的技术正不断地发展。

除了使介电层变薄之外，确保多层陶瓷电容器的特性(诸如高温负载可靠性、老化特性、DC偏置特性和防潮特性)已经变得重要。

具体地，防潮特性变得重要，因为水分渗透影响多层陶瓷电容器的缺陷以及可靠性劣化。

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陶瓷电容器。

根据本公开的一方面，一种多层陶瓷电容器包括：陶瓷主体，包括介电层及第一内电极和第二内电极，所述第一内电极和所述第二内电极设置为彼此面对，并且所述介电层中的每个介于所述第一内电极和所述第二内电极之间，所述陶瓷主体具有彼此相对的第一表面和第二表面、连接所述第一表面和所述第二表面并且彼此相对的第三表面和第四表面及连接所述第一表面至所述第四表面并且彼此相对的第五表面和第六表面；以及第一外电极和第二外电极，分别设置在所述陶瓷主体的第三表面和第四表面上并且分别电连接到所述第一内电极和所述第二内电极。所述陶瓷主体包括：有效部，包括以所述介电层中的每个介于所述第一内电极和所述第二内电极之间的方式设置的所述第一内电极和所述第二内电极；以及盖部，设置在所述有效部的上方和下方。所述盖部中的每个包括与所述陶瓷主体的外侧表面相邻的第一区域以及与所述第一内电极和所述第二内电极中的最外面的内电极相邻并且设置在所述第一区域与所述有效部之间的第二区域，并且包括在所述第二区域中的介电材料的密度高于包括在所述第一区域中的介电材料的密度。

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是沿着图1中的线I-I'截取的截面图；

图3是沿着图1中的线II-II'截取的截面图；以及

图4是图3中的区域“B”的放大图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开中的示例性实施例。

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中的线I-I'截取的截面图，并且图3是沿图1中的线II-II'截取的截面图。图4是图3中的区域“B”的放大图。

参照图1至图4，根据示例性实施例的多层陶瓷电容器100可包括陶瓷主体110、设置在陶瓷主体110中的多个第一内电极121和第二内电极122以及设置在陶瓷主体110的外表面上的第一外电极131和第二外电极132。

陶瓷主体110可具有设置为彼此相对的第一表面1和第二表面2、设置为连接第一表面1和第二表面2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可被定义为在陶瓷主体110的宽度方向W上相对的表面，第三表面3和第四表面4可被定义为在陶瓷主体110的长度方向L上相对的表面，并且第五表面5和第六表面6可被定义为在陶瓷主体110的厚度方向T上相对的表面。

陶瓷主体110的形状不受限制，但可以是如图所示的长方体形状。

设置在陶瓷主体110中的多个内电极121和122的一端暴露于陶瓷主体110的第三表面3或第四表面4。

内电极121和122可包括具有彼此不同的极性的一对第一内电极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的另一端与第四表面4分开预定距离。

第二内电极122的另一端与第三表面3分开预定距离。

第一外电极131和第二外电极132可分别设置在陶瓷主体110的第三表面3和第四表面4上，并且可电连接到内电极。

在示例性实施例中，用于形成介电层111的原材料不受限制，只要可获得足够的电容即可。例如，介电层111的原材料可以是钛酸钡(BaTiO₃)粉末颗粒。

根据本公开的目的，用于形成介电层111的原材料可通过将各种陶瓷添加剂、有机溶剂、塑化剂、粘合剂、分散剂等添加到诸如钛酸钡(BaTiO₃)粉末颗粒等的粉末颗粒中来制备。

介电层111可处于烧结状态，并且相邻的介电层可彼此一体化，使得相邻的介电层之间的边界可能不是容易显而易见的。

陶瓷主体110具有对应于从第三表面3到第四表面4的距离的长度。

介电层111的长度形成第三表面3与第四表面4之间的距离。

根据示例性实施例，陶瓷主体110的长度可在400微米(μm)至1400微米(μm)的范围，但不限于此。更详细地，陶瓷主体110的长度可在400μm至800μm或600μm至1400μm的范围。

内电极121和122可设置在介电层111上。内电极121和122可通过烧结而设置在陶瓷主体110中，介电层介于内电极121和122之间。

参照图3，第一内电极121设置在介电层111上。第一内电极121不是完全相对于介电层111的长度方向设置。例如，第一内电极121的一端被设置为直到陶瓷主体110的第三表面3以暴露于第三表面3，并且第一内电极121的另一端可与第四表面4分开预定间隔。

第一内电极121的暴露于陶瓷主体110的第三表面3的端部连接到第一外电极131。

与第一内电极121相反，第二内电极122的一端暴露于第四表面4以连接到第二外电极132并且第二内电极122的另一端与第三表面3分开预定间隔。

用于形成第一内电极121和第二内电极122的材料不受限制。例如，第一内电极121和第二内电极122可使用包括铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)及它们的合金中的至少一种的导电膏形成。

第一外电极131和第二外电极132可分别电连接到第一内电极121和第二内电极122以形成电容。第二外电极132可连接到与第一外电极131所连接的电位不同的电位。

根据示例性实施例的多层陶瓷电容器100包括：有效部A，设置在陶瓷主体110中以形成电容并且包括以介电层111介于其间的方式设置的第一内电极121和第二内电极122；以及盖部114和115，设置在有效部A的上方和下方。

有效部A有助于电容的形成，并且可通过以介电层111介于其间的方式重复地层叠多个第一内电极121和多个第二内电极122来形成。

盖部114和115包括设置在有效部A上方的顶盖部114和设置在有效部A下方的底盖部115。除了内电极被包括在介电层111中以外，顶盖部114和底盖部115可具有与介电层111相同的材料和构造。

例如，顶盖部114和底盖部115可包括诸如钛酸钡(BaTiO₃)基陶瓷材料的陶瓷材料。

顶盖部114和底盖部115可通过在有效部A的顶表面和底表面上竖直地层叠单个介电层或者两个或更多个介电层来形成，并且可基本上用于防止内电极121和122被物理或化学应力损坏。

根据示例性实施例，盖部114和115被分为与陶瓷主体110的外侧表面相邻的第一区域114a和115a以及与第一内电极121和第二内电极122中的最外面的内电极相邻的第二区域114b和115b。包括在第二区域114b和115b中的介电材料具有高于包括在第一区域114a和115a中的介电材料的密度的密度。

最近，根据电子产品的小型化和多功能化，多层陶瓷电子组件也已经趋于小型化和多功能化。因此，已经需要具有小尺寸和高电容的多层陶瓷电容器。

随着电子组件已经小型化，介电层也已经变薄。随着介电层已经变薄，确保多层陶瓷电容器的特性(诸如高温负载可靠性、老化特性、DC偏置特性和防潮特性)已经变得重要。

具体地，防潮特性变得重要，因为水分渗透影响多层陶瓷电容器的缺陷以及可靠性劣化。

根据示例性实施例，盖部114和115被分为与陶瓷主体110的外侧表面相邻的第一区域114a和115a以及与第一内电极121和第二内电极122中的最外面的内电极相邻的第二区域114b和115b。可将包括在第二区域114b和115b中的介电材料的密度调整为高于包括在第一区域114a和115a中的介电材料的密度。因此，可减少烧结失配(sintering mismatch)以改善可靠性。

通常，当盖部的致密度低于有效部的致密度时，可能发生由烧结失配引起的诸如开裂等的缺陷。

根据示例性实施例，可将与第一内电极121和第二内电极122中的最外面的内电极相邻的第二区域114b和115b的介电材料的密度调整为相对地高于第一区域114a和115a的介电材料的密度。因此，可将第二区域114b和115b的介电材料的密度调整为与有效部A的介电材料的密度相似或相同，以减少烧结失配。

此外，由于第二区域114b和115b的介电材料的密度被控制为高于第一区域114a和115a的介电材料的密度，因此第二区域114b和115b的介电材料的密度相对高，并且因此可改善防潮可靠性。

另一方面，与外电极相邻的第一区域114a和115a的介电材料的密度相对低于第二区域114b和115b的介电材料的密度，并且因此可增强与外电极的粘合。

根据示例性实施例，当盖部114和115中的每个的厚度被定义为tc并且第二区域114b和115b中的每个的厚度被定义为t2时，t2与tc的比(t2/tc)可满足t2/tc≤0.5。

第二区域114b和115b的介电材料的密度高于第一区域114a和115a的介电材料的密度。为了减少烧结失配并确保防潮可靠性，第二区域114b和115b中的每个的厚度与盖部114和115中的每个的厚度tc的比必须仅小于或等于0.5。

当第一区域114a和115a中的每个的厚度被定义为t1时，t1与tc的比(t1/tc)可满足t1/tc≥0.5。

第一区域114a和115a的介电材料的密度低于第二区域114b和115b的介电材料的密度。为了确保与外电极的粘合，第一区域114a和115a中的每个的厚度与盖部114和115中的每个的厚度tc的比必须仅大于或等于0.5。

与有效部A的介电层111类似，顶盖部114和底盖部115可包括含有钡(Ba)和钛(Ti)的基体材料主成分。

基体材料主成分包括BaTiO₃或由其中钙(Ca)、锆(Zr)、锡(Sn)等部分地固溶的(Ba,Ca)(Ti,Ca)O₃、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O₃、Ba(Ti,Zr)O₃或(Ba,Ca)(Ti,Sn)O₃表示的主成分。可以以粉末形式包括基体材料主成分。

顶盖部114和底盖部115可包括第一副成分，第一副成分包括钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)和锌(Zn)中的至少一种，作为副成分。

顶盖部114和底盖部115还可包括：第二副成分，包括Ba和Ca中的至少一种；第三副成分，包括含有硅(Si)的碳酸盐或氧化物或者含有Si的玻璃化合物；第四副成分，包括钇(Y)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、钆(Gd)、铯(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、镧(La)、铽(Tb)、镱(Yb)和镨(Pr)中的至少一种；以及第五副成分，包括镁(Mg)或铝(Al)。

根据示例性实施例的多层陶瓷电容器100是超小型和高电容产品，并且其特征在于介电层111具有0.4微米(μm)或更小的厚度，第一内电极121和第二内电极122中的每个具有0.4μm或更小的厚度，但它的特征不限于此。

例如，由于根据示例性实施例的多层陶瓷电容器100是超小型和高电容产品，因此介电层111以及第一内电极121和第二内电极122中的每个被设置为厚度小于现有技术产品的介电层和内电极的厚度的薄膜。在应用薄介电层和薄内电极的产品的情况下，控制盖部的介电材料的致密度是用于实现目标电容和改善可靠性的非常显著的问题。

例如，由于现有技术的多层陶瓷电容器包括介电层和厚度大于介电层的厚度且大于包括在根据本实施例的多层陶瓷电容器中的内电极的厚度的内电极，因此即使不调整盖部的介电材料的致密度也不存在显著问题。

然而，在应用薄介电层和薄内电极的产品的情况下，应该调整盖部的介电材料的致密度。

例如，在示例性实施例中，与第一区域114a和115a相比，可将盖部114和115的与第一内电极121和第二内电极122中的最外面的内电极相邻的第二区域114b和115b的介电材料的密度调整为相对高。因此，即使在介电层111以及第一内电极121和第二内电极122中的每个具有0.4μm或更小的厚度的情况下，也可减少烧结失配。

此外，由于第二区域114b和115b的介电材料的密度被控制为高于第一区域114a和115a的介电材料的密度，因此即使当介电层111以及第一内电极121和第二内电极122中的每个被设置为具有0.4μm或更小的厚度的薄膜时，第二区域114b和115b的介电材料的密度也相对高。因此，可改善防潮可靠性。

另一方面，由于第一区域114a和115a的介电材料的密度相对低于第二区域114b和115b的介电材料的密度，因此即使当介电层111以及第一内电极121和第二内电极122中的每个被设置为具有0.4μm或更小的厚度的薄膜时，也可改善与外电极的粘合。

术语“薄膜”并不意味着介电层111以及第一内电极121和第二内电极122中的每个具有0.4μm或更小的厚度并且将被理解为其中介电层和内电极中的每个的厚度小于现有技术产品中的厚度的构思。

根据示例性实施例，包括在第二区域114b和115b中的介电颗粒的平均粒径可大于包括在第一区域114a和115a中的介电颗粒的平均粒径。

由于在烧结过程中晶粒生长和密实化同时发生，因此随着致密度的增大，晶粒生长显著增加。因此，颗粒尺寸也增大。

另一方面，当致密度低时，晶粒生长减少。因此，颗粒尺寸也减小。

相应地，包括在具有相对高的介电材料的密度的第二区域114b和115b中的介电颗粒的平均粒径大于包括在第一区域114a和115a中的介电颗粒的平均粒径。

相应地，可获得诸如减少烧结失配和改善防潮可靠性的效果，并且可改善与外电极的粘合。结果，可实现具有改善的可靠性的多层陶瓷电容器。

根据示例性实施例，包括在盖部114和115中的介电颗粒可包括钠(Na)、锂(Li)和硼(B)。

包括在盖部114和115的第二区域114b和115b中的Na、Li和B的含量可高于包括在第一区域114a和115a中的Na、Li和B的含量。

包括在盖部114和115的第二区域114b和115b中的Na、Li和B的含量可被调整为高于包括在第一区域114a和115a中的Na、Li和B的含量。因此，可增大盖部114和115的第二区域114b和115b的致密度以改善防潮特性。

详细地，包括在盖部114和115的与陶瓷主体110的外侧表面相邻的第一区域114a和115a中的Na、Li和B的含量可被调整为相对低。因此，可改善对第一外电极131和第二外电极132的粘合。

在下文中，将描述根据示例性实施例的制造多层陶瓷电容器的方法，但不限于此。

在制造根据示例性实施例的多层陶瓷电子组件的方法中，可首先将包括诸如钛酸钡(BaTiO₃)粉末颗粒等的粉末颗粒的浆料涂覆到载体膜上并使浆料干燥以制备多个陶瓷生片，从而形成介电层。

可通过将陶瓷粉末颗粒、粘合剂和溶剂彼此混合来制备浆料并通过刮刀法将浆料制成具有数μm厚度的片形状来制造陶瓷生片。

陶瓷粉末可包括BaTiO₃或由其中钙(Ca)、锆(Zr)、锡(Sn)等部分地固溶的(Ba,Ca)(Ti,Ca)O₃、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O₃、Ba(Ti,Zr)O₃或(Ba,Ca)(Ti,Sn)O₃表示的主成分。可以以粉末形式包括基体材料主成分。

陶瓷粉末可包括作为副成分的钠(Na)、锂(Li)和硼(B)，并且钠(Na)、锂(Li)和硼(B)的含量基于钛(Ti)而可超过0mol并且小于等于1.0mol。

接着，可制备用于内电极的导电膏，导电膏包括40重量份至50重量份的平均颗粒尺寸为0.1μm至0.2μm的镍粉末颗粒。

通过丝网印刷法将用于内电极的导电膏涂覆到陶瓷生片上以形成内电极，并且将其上设置有内电极图案的陶瓷生片层叠以形成陶瓷主体110。

可在陶瓷主体110的外表面上形成包括导电金属和玻璃的外电极。

导电金属不受限制，而可以是例如从利用铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)及它们的合金构成的组中选择的一种或更多种。

玻璃不受限制，而可以是与用于制造典型的多层陶瓷电容器的外电极的玻璃具有相同成分的材料。

可在陶瓷主体的外表面上形成外电极以分别电连接到第一内电极和第二内电极。

可分别在第一外电极和第二外电极上形成镀层。

镀层不受限制，而可包括例如从利用镍(Ni)、锡(Sn)及它们的合金构成的组中选择的一种或更多种。

目前如上所述，盖部被分为与陶瓷主体的外侧表面相邻的第一区域和与第一内电极和第二内电极中的最外面的内电极相邻的第二区域。包括在第二区域中的介电材料的密度被控制为高于包括在第一区域中的介电材料的密度。因此，可减少烧结失配以改善可靠性。

由于包括在第二区域中的介电材料的密度被控制为高于包括在第一区域中的介电材料的密度，因此第二区域的致密度相对高，而第一区域的致密度相对低。因此，可改善防潮可靠性，并且可改善与外电极的粘合。

虽然以上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来说将明显的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可进行变型和改变。

Claims (9)

1.一种多层陶瓷电容器，包括：

陶瓷主体，包括介电层及第一内电极和第二内电极，所述第一内电极和所述第二内电极设置为彼此面对，并且所述介电层中的每个介于所述第一内电极和所述第二内电极之间，陶瓷主体具有彼此相对的第一表面和第二表面、连接所述第一表面和所述第二表面并且彼此相对的第三表面和第四表面及连接所述第一表面至所述第四表面并且彼此相对的第五表面和第六表面；以及

第一外电极和第二外电极，分别设置在所述陶瓷主体的外表面上并且分别电连接到所述第一内电极和所述第二内电极，

其中，所述陶瓷主体包括有效部和盖部，所述有效部包括以所述介电层中的每个介于所述第一内电极和所述第二内电极之间的方式设置的所述第一内电极和所述第二内电极，所述盖部设置在所述有效部的上方和下方，

所述盖部中的每个包括与所述陶瓷主体的外侧表面相邻的第一区域以及与所述第一内电极和所述第二内电极中的最外面的内电极相邻并且设置在所述第一区域与所述有效部之间的第二区域，

包括在所述第二区域中的介电材料的密度高于包括在所述第一区域中的介电材料的密度，并且

包括在所述第二区域中的介电颗粒的平均粒径大于包括在所述第一区域中的介电颗粒的平均粒径。

2.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述介电层中的每个具有0.4微米或更小的厚度，并且所述第一内电极和所述第二内电极中的每个具有0.4微米或更小的厚度。

3.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，t2与tc的比满足t2/tc≤0.5，其中tc是所述盖部中的每个的厚度并且t2是所述第二区域的厚度。

4.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，t1与tc的比满足t1/tc≥0.5，其中tc是所述盖部中的每个的厚度并且t1是所述第一区域的厚度。

5.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述盖部包括含有钠(Na)、锂(Li)和硼(B)的介电颗粒。

6.根据权利要求5所述的多层陶瓷电容器，其中，包括在所述盖部的所述第二区域中的钠(Na)、锂(Li)和硼(B)的含量高于包括在所述盖部的所述第一区域中的钠(Na)、锂(Li)和硼(B)的含量。

7.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，包括在所述第二区域中的所述介电材料的所述密度与包括在所述有效部中的介电材料的密度相同。

8.一种多层陶瓷电容器，包括：

陶瓷主体，包括介电层及第一内电极和第二内电极，所述第一内电极和所述第二内电极设置为彼此面对，并且所述介电层中的每个介于所述第一内电极和所述第二内电极之间，陶瓷主体具有彼此相对的第一表面和第二表面、连接所述第一表面和所述第二表面并且彼此相对的第三表面和第四表面及连接所述第一表面至所述第四表面并且彼此相对的第五表面和第六表面；以及

第一外电极和第二外电极，分别设置在所述陶瓷主体的外表面上并且分别电连接到所述第一内电极和所述第二内电极，

其中，所述陶瓷主体包括有效部和盖部，所述有效部包括以所述介电层中的每个介于所述第一内电极和所述第二内电极之间的方式设置的所述第一内电极和所述第二内电极，所述盖部设置在所述有效部的上方和下方，

所述盖部中的每个包括与所述陶瓷主体的外侧表面相邻的第一区域以及与所述第一内电极和所述第二内电极中的最外面的内电极相邻并且设置在所述第一区域与所述有效部之间的第二区域，

包括在所述第二区域中的介电材料的密度高于包括在所述第一区域中的介电材料的密度，

所述盖部包括含有钠(Na)、锂(Li)和硼(B)的介电颗粒，并且

包括在所述盖部的所述第二区域中的钠(Na)、锂(Li)和硼(B)的含量高于包括在所述盖部的所述第一区域中的钠(Na)、锂(Li)和硼(B)的含量。

9.一种多层陶瓷电容器，包括：

陶瓷主体，包括介电层及第一内电极和第二内电极，所述第一内电极和所述第二内电极设置为彼此面对，并且所述介电层中的每个介于所述第一内电极和所述第二内电极之间，陶瓷主体具有彼此相对的第一表面和第二表面、连接所述第一表面和所述第二表面并且彼此相对的第三表面和第四表面及连接所述第一表面至所述第四表面并且彼此相对的第五表面和第六表面；以及

第一外电极和第二外电极，分别设置在所述陶瓷主体的外表面上并且分别电连接到所述第一内电极和所述第二内电极，

其中，所述陶瓷主体包括有效部和盖部，所述有效部包括以所述介电层中的每个介于所述第一内电极和所述第二内电极之间的方式设置的所述第一内电极和所述第二内电极，所述盖部设置在所述有效部的上方和下方，

所述盖部中的每个包括与所述陶瓷主体的外侧表面相邻的第一区域以及与所述第一内电极和所述第二内电极中的最外面的内电极相邻并且设置在所述第一区域与所述有效部之间的第二区域，

包括在所述第二区域中的介电材料的密度高于包括在所述第一区域中的介电材料的密度，并且

包括在所述第二区域中的所述介电材料的所述密度与包括在所述有效部中的介电材料的密度相同。

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