CN111009415A - 陶瓷电子组件 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种陶瓷电子组件，所述陶瓷电子组件包括：主体，包括电容形成部以及设置在所述电容形成部的上表面和下表面上的保护部，所述电容形成部包括介电层和被设置为彼此面对的多个内电极，并且所述介电层介于所述多个内电极之间，并且所述电容形成部形成电容；以及外电极，包括设置在所述主体上并且连接到所述多个内电极的电极层以及分别设置在所述电极层上的导电树脂层，其中，ta2/ta1为0.05或更大，其中，ta1为所述电极层在所述电容形成部的中央部处的厚度，并且ta2为所述电极层在所述电容形成部与所述保护部之间的边界处的厚度。

Description

陶瓷电子组件
本申请要求于2018年10月5日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0118954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
本公开涉及一种陶瓷电子组件。
背景技术
多层陶瓷电容器(MLCC)(陶瓷电子组件)是安装在各种电子产品(包括诸如液晶显示器(LCD)、等离子体显示面板(PDP)等的显示装置、计算机、智能电话、蜂窝电话等)的印刷电路板(PCB)上的用于充电或放电的片式电容器。
具有诸如紧凑、保证高电容和易于安装的优点的这种MLCC可被用作各种电子装置的组件。随着各种电子装置(诸如，计算机、移动装置等)变得更小并且具有更高的电力输出，对多层陶瓷电容器的小型化和高容量的需求增加。
此外，随着近来对电气部件的工业兴趣的增加，MLCC也需要具有高可靠性的特性，以便用于汽车或信息娱乐系统。
同时，为了形成MLCC的外电极，主要使用将陶瓷主体的暴露的内电极的暴露表面浸入包含导电金属的膏中的方法。
然而，通过浸渍法形成的外电极的角部可能过薄。这引起的问题在于：当在外电极上形成镀层以提高MLCC的连通性和可安装性时，镀液可能渗透到电容器主体的内部，导致MLCC的可靠性降低。
此外，电流的移动路径减小，以使等效串联电阻(ESR)失效的风险增大。
发明内容
本公开的一方面可提供一种具有优异可靠性的陶瓷电子组件。
根据本公开的一方面，一种陶瓷电子组件可包括：主体，包括电容形成部以及设置在所述电容形成部的上表面和下表面上的保护部，所述电容形成部包括介电层和被设置为彼此面对的多个内电极，并且所述介电层介于所述多个内电极之间，并且所述电容形成部形成电容；以及外电极，包括电极层和导电树脂层，所述电极层设置在所述主体上并且连接到所述多个内电极，所述导电树脂层分别设置在所述电极层上，其中，ta2/ta1为0.05或更大，其中，ta1为所述电极层中的每个电极层在所述电容形成部的中央部处的厚度，并且ta2为所述电极层中的每个电极层在所述电容形成部与所述保护部之间的边界处的厚度。
根据本公开的另一方面，一种陶瓷电子组件包括：主体，包括电容形成部、上保护部和下保护部，所述电容形成部包括在厚度方向上交替地堆叠的第一内电极和第二内电极，并且所述第一内电极和所述第二内电极通过介于所述第一内电极与所述第二内电极之间的介电层分开，所述上保护部设置在所述第一内电极和所述第二内电极的最顶部的内电极上方的长度-宽度平面中，并且所述下保护部设置在所述第一内电极和所述第二内电极的最底部的内电极下方的长度-宽度平面中；第一外电极，设置在宽度-厚度平面中，以与所述第一内电极接触；以及第二外电极，设置在宽度-厚度平面中，以与所述第二内电极接触，其中，所述第一外电极和所述第二外电极各自包括满足ta2/ta1≥0.5的电极层，其中，ta1为所述电极层在所述电容形成部的中央部处的厚度，并且ta2为所述电极层在所述电容形成部与所述上保护部或所述下保护部之间的边界处的厚度。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其他方面、特征及其他优点将被更加清楚地理解，在附图中：
图1是根据本公开中的示例性实施例的陶瓷电子组件的示意性透视图；
图2是根据本公开中的示例性实施例的主体的示意性透视图；
图3是沿着图1的I-I'线截取的示意性截面图；
图4示出了其上印刷有第一内电极的陶瓷生片和其上印刷有第二内电极的陶瓷生片；
图5是图3的区域K1的放大图；
图6是图3的区域K2的放大图；以及
图7是图3的区域K3的放大图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本公开中的示例性实施例。在附图中，为了清楚，可夸大或风格化组件的形状、尺寸等。
然而，本公开可以以许多不同的形式来例证，并且不应该被解释为限于在此阐述的具体实施例。更确切地说，提供这些实施例以使得本公开将是彻底和完整的，并且将本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。
在此使用的术语“示例性实施例”不是指同一示例性实施例，而是被提供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，在此提供的示例性实施例被视为能够通过全部或部分地彼此组合来实现。例如，除非在这里提供了相反或相矛盾的描述，否则在特定示例性实施例中描述的一个元件即使其未在另一示例性实施例中描述，仍可按照与特定示例性实施例相关的描述被理解。
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。可理解的是，当利用“第一”和“第二”来提及元件时，元件不受此限制。它们可仅用于将元件与其他元件区分开的目的，并且可不限制元件的顺序或重要性。在一些情况下，在不脱离在此所阐述的权利要求的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件。类似地，第二元件也可被称为第一元件。
在此，在附图中确定上部、下部、上侧、下侧、上表面、下表面等。此外，竖直方向指的是上述向上的方向和向下的方向，水平方向指的是与上述向上的方向和向下的方向垂直的方向。在这种情况下，竖直截面指的是沿着竖直方向上的平面截取的情况，并且其示例可以是附图中所示的截面图。另外，水平截面指的是沿着水平方向上的平面截取的情况，并且其示例可以是附图中所示的平面图。
在此使用的术语仅用于描述示例性实施例，而非限制本公开。在这种情况下，除非在上下文中另外解释，否则单数形式也包括复数形式。
陶瓷电子组件
图1是根据本公开中的示例性实施例的陶瓷电子组件的示意性透视图。
图2是根据本公开中的示例性实施例的主体的示意性透视图。
图3是沿着图1的I-I'线截取的示意性截面图。
图4示出了其上印刷有第一内电极的陶瓷生片和其上印刷有第二内电极的陶瓷生片。
参照图1至图4，根据本公开中的示例性实施例的陶瓷电子组件100包括：主体110，主体110包括电容形成部A和保护部P，电容形成部A包括介电层111以及被设置为彼此面对的多个内电极121和122，且介电层介于内电极121和122之间，并且电容形成部A形成电容，保护部P设置在电容形成部A的上表面和下表面上；以及外电极131和132，设置在主体110上，外电极131包括电极层131a和设置在电极层131a上的导电树脂层131b，外电极132包括电极层132a和设置在电极层132a上的导电树脂层132b，电极层131a和132a设置在主体上并且分别连接到多个内电极121和122，其中，ta2/ta1为0.05或更大，其中，ta1为电极层中的每个在电容形成部的中央部处的厚度，并且ta2为电极层中的每个在电容形成部与保护部之间的边界处的厚度。
在下文中，将描述根据本公开中的示例性实施例的陶瓷电子组件，但本公开不限于此。
在主体110中，介电层111以及内电极121和122交替地堆叠。
主体110的具体形状不受限制，但是如所示出的，主体110可具有六面体形状或类似形状。由于包含在主体110中的陶瓷粉末在烧结期间的收缩，主体110可不具有包括完美直线的六面体形状，但可具有大体上六面体的形状。
主体110可具有：第一表面1和第二表面2，在厚度方向(Z方向)上彼此相对；第三表面3和第四表面4，连接到第一表面1和第二表面2并且在长度方向(X方向)上彼此相对；以及第五表面5和第六表面6，连接到第一表面1和第二表面2、连接到第三表面3和第四表面4并且在宽度方向(Y方向)上彼此相对。
参照图2，第一表面1与第二表面2之间的距离可被定义为主体的厚度T，第三表面3与第四表面4之间的距离可被定义为主体的长度L，并且第五表面5与第六表面6之间的距离可被定义为主体的宽度W。
构成陶瓷主体110的多个介电层111处于烧结状态，并且相邻的介电层111可一体化，使得在不使用扫描电子显微镜(SEM)的情况下，相邻的介电层111之间的边界可不是显而易见的。
根据本公开中的示例性实施例，用于形成介电层111的原材料不受具体限制，只要可获得足够的静电容量即可。例如，可使用钛酸钡基材料、铅复合钙钛矿基材料、钛酸锶基材料等。
根据本公开的目的，可通过将各种陶瓷添加剂、有机溶剂、增塑剂、粘合剂、分散剂等添加到诸如钛酸钡(BaTiO3)等的粉末来形成介电层111。
多个内电极121和122被设置为彼此面对，且介电层111介于内电极121和122之间。
内电极可包括交替地布置为彼此面对的第一内电极121和第二内电极122，且介电层介于第一内电极121与第二内电极122之间。
第一内电极121和第二内电极122可分别暴露于主体110的第三表面3和第四表面4。
参照图1至图3，第一内电极121与第四表面4分开且暴露于第三表面3，并且第二内电极122与第三表面3分开且暴露于第四表面4。第一外电极131设置在主体的第三表面3上且连接到第一内电极121，并且第二外电极132设置在主体的第四表面4上且连接到第二内电极122。
这里，第一内电极121和第二内电极122可通过设置于它们之间的介电层111而彼此电隔离。参照图4，主体110可通过在厚度方向(Z方向)上交替地堆叠其上印刷有第一内电极121的陶瓷生片(a)和其上印刷有第二内电极122的陶瓷生片(b)并且随后对陶瓷生片进行烧结来形成。
用于形成第一内电极121和第二内电极122的材料不受限制，并且第一内电极121和第二内电极122可利用包括贵金属(诸如，钯(Pd)、钯-银(Pd-Ag)合金等)、镍(Ni)和铜(Cu)中的一种或更多种材料的导电膏形成。
丝网印刷法、凹版印刷法等可用于印刷导电膏，但本公开不限于此。
根据本公开中的示例性实施例的陶瓷电子组件100包括：电容形成部A，包括设置在主体110内部并且被设置为彼此面对的第一内电极121和第二内电极122，并且介电层111介于第一内电极121与第二内电极122之间；以及保护部P，形成在电容形成部A的上表面和下表面上。
保护部P不包括内电极121和122，并且可包括与介电层111的材料相同的材料。也就是说，保护部P可包括陶瓷材料，并且可包括例如钛酸钡基材料、铅复合钙钛矿基材料、钛酸锶基材料等。
保护部P可通过在电容形成部A的在竖直方向上的上表面和下表面中的每个表面上堆叠单个介电层112或者两个或更多个介电层112形成，并且用于防止由于物理应力或化学应力导致对内电极的损坏。
外电极131和132包括：电极层131a和132a，设置在主体110上并且连接到多个内电极121和122；导电树脂层131b和132b，分别设置在电极层131a和132a上。
外电极131和132还可包括分别形成在导电树脂层131b和132b上的Ni镀层131c和132c以及分别形成在Ni镀层131c和132c上的Sn镀层131d和132d。
外电极可包括第一外电极131和第二外电极132。
第一外电极131设置在主体的第三表面3上，并且第二外电极132设置在主体的第四表面4上。
第一外电极131包括连接到第一内电极121的第一电极层131a和设置在第一电极层131a上的第一导电树脂层131b。
第二外电极132包括连接到第二内电极122的第二电极层132a和设置在第二电极层132a上的第二导电树脂层132b。
第一外电极131还可包括设置在第一导电树脂层131b上的第一Ni镀层131c和设置在第一Ni镀层131c上的第一Sn镀层131d。
第二外电极132还可包括设置在第二导电树脂层132b上的第二Ni镀层132c和设置在第二Ni镀层132c上的第二Sn镀层132d。
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，并且第二外电极132可连接到与第一外电极131的电势不同的电势。
在下文中，将主要描述第一外电极131，但第一外电极131的描述也可同等地应用于第二外电极132。
图5是图3的区域K1的放大图。
图6是图3的区域K2的放大图。
参照图5和图6，在根据本公开中的示例性实施例的陶瓷电子组件中，ta2/ta1为0.05或更大，其中，ta1为电极层131a在电容形成部A的中央部处的厚度，并且ta2为电极层131a在电容形成部A与保护部P之间的边界处的厚度。ta1和ta2可通过由扫描电子显微镜(SEM)扫描在主体110的在宽度方向上的中央部处切割的在长度方向和厚度方向上的截面的图像来测量，并且以相同的单位测量来描述比(ta2/ta1)。
为了形成多层陶瓷电容器(MLCC)的外电极，主要使用将电容器主体的使内电极暴露的暴露表面浸入包含导电金属的膏中的方法。
然而，通过浸渍法形成的外电极的角部太薄。这引起的问题是：当在外电极上形成镀层以提高MLCC的连通性和可安装性时，镀液渗透到电容器主体的内部，降低MLCC的可靠性。此外，电流的移动路径减小，以增大等效串联电阻(ESR)失效的风险。
然而，根据本公开中的示例性实施例，当外电极131和132包括电极层131a和132a以及导电树脂层131b和132b并且ta2/ta1为0.05或更大时，尽管外电极131和132通过浸渍法形成，也可确保优异的防潮可靠性并且可改善ESR失效。
导电树脂层131b和132b用于电结合且机械结合MLCC的烧结的电极层和镀层，并且用于在电路板的安装和板的弯曲冲击期间保护MLCC免受根据工艺温度的机械应力和热应力的影响。
此外，导电树脂层131b和132b吸收在机械环境或热环境中产生的拉应力，以防止由应力引起的裂纹，从而抑制水分渗透路径的形成并使用于湿气或镀液渗透到主体内部的路径延长，以改善防潮可靠性。
因此，除了ta2/ta1小于0.05的情况之外，都可获得足够的防潮可靠性改善效果和ESR失效改善效果。
电极层131a和132a可包括导电金属和玻璃。
用于电极层131a和132a的导电金属不受限制，只要是可电连接到用于形成电容的内电极的材料即可。例如，导电金属可以是从由铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)和它们的合金组成的组中选择的一种或更多种。
可通过涂覆通过将玻璃料添加到导电金属粉末制备的导电膏并且随后对导电膏进行烧结来形成电极层131a和132a。
导电树脂层131b和132b可分别形成在电极层131a和132a上，并且分别完全覆盖电极层131a和132a。
导电树脂层131b和132b可包括导电金属和基体树脂。
包括在导电树脂层131b和132b中的基体树脂不受限制，只要基体树脂具有结合性质和冲击吸收性质并且可与导电金属粉末混合以形成膏即可。例如，基体树脂可包括环氧类树脂。
包括在导电树脂层131b和132b中的导电金属不受限制，只要导电金属是可电连接到电极层131a和132a的材料即可。例如，导电金属可包括从由铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)和它们的合金组成的组中选择的一种或更多种。
Ni镀层131c和132c可分别形成在导电树脂层131b和132b上，并且可分别完全覆盖导电树脂层131b和132b。
Sn镀层131d和132d可分别形成在Ni镀层131c和132c上，并且可分别完全覆盖Ni镀层131c和132c。
Ni镀层131c和132c以及Sn镀层131d和132d用于改善连通性和可安装性。
Ni镀层131c和132c的厚度可在从0.5μm至7μm的范围内。
如果Ni镀层131c和132c的厚度小于0.5μm，则可能难以确保可焊性。如果Ni镀层131c和132c的厚度超过7μm，则由于镀覆应力引起的弯曲裂纹的频率可能增大，从而降低弯曲强度特性。
Sn镀层131d和132d的厚度可在从0.5μm至12μm的范围内。
如果Sn镀层131d和132d的厚度小于0.5μm，则可能难以确保可焊性。如果Sn镀层131d和132d的厚度超过12μm，则由于镀覆应力引起的弯曲裂纹的频率可能增大，从而降低弯曲强度特性。
外电极131和132可包括设置在主体的第三表面3或第四表面4上的连接部C以及从连接部C延伸到第一表面1的一部分和第二表面2的一部分的带部B。
这里，除了延伸到第一表面1的一部分和第二表面2的一部分，带部B甚至可从连接部C延伸到第五表面5的一部分和第六表面6的一部分。
图7是图3的区域K3的放大图。
参照图7，在根据本公开中的示例性实施例的陶瓷电子组件中，介电层111的厚度td以及内电极121和122的厚度te可满足td＞2×te。
也就是说，根据本公开中的示例性实施例，介电层111的厚度td大于内电极121和122的厚度te的两倍。
通常，将电子组件用于高压电气装置中的主要问题在于：在高压环境下可靠性根据介电击穿电压的下降而劣化。
在根据本公开中的示例性实施例的MLCC中，为了防止介电击穿电压在高压环境中下降，介电层111的厚度td大于内电极121和122的厚度te的两倍，因此增大作为内电极之间的距离的介电层的厚度，从而改善击穿电压特性。
如果介电层111的厚度td小于内电极121和122的厚度te的两倍，则介电层的厚度(内电极之间的距离)非常薄，使得介电击穿电压可能下降。
内电极的厚度te可小于1μm，并且介电层的厚度td可小于2.8μm，但本公开不限于此。
当主体110的第三表面3与第四表面4之间的距离是L并且主体110的第五表面5与第六表面6之间的距离是W时，L可以是3.2mm或更小，并且W可以是2.5mm或更小，并且更优选地，L可以是2.0mm或更小，并且W可以是1.2mm或更小。
例如，陶瓷电子组件可具有3225(3.2mm×2.5mm)、3216(3.2mm×1.6mm)、2012(2.0mm×1.2mm)、1608(1.6mm×0.8mm)等的尺寸。
表1示出了根据ta2/ta1、主体的长度L和主体的宽度W评估的防潮可靠性。
这里，ta1为电极层在电容形成部A的中央部处的厚度，并且ta2为电极层在电容形成部A与保护部P之间的边界处的厚度。
主体110的ta1和ta2通过由扫描电子显微镜(SEM)扫描主体110的在宽度方向上的中央部处切割的长度方向和厚度方向上的截面的图像来测量，并且以相同的单位测量来描述比(ta2/ta1)。
关于防潮可靠性，制备每个样品编号的400个样品，并通过在温度为85℃且相对湿度为85％的环境中施加参考电压的1.5倍的电压来测试每个样品编号的400个样品，并且将与测试开始之前的绝缘电阻值相比绝缘电阻值下降了1个数量级或更多的样品被确定为有缺陷的，并且示出了有缺陷的样品的数量。
[表1]
Figure BDA0001977425180000091
Figure BDA0001977425180000101
参照表1，可以看出，具有小于0.05的ta2/ta1的样品编号1、2、6、7、11、16和17具有差的防潮可靠性。
同时，可以看出，具有0.05或更大的ta2/ta1的样品的防潮可靠性是优异的。
如以上所阐述的，根据本公开中的示例性实施例，可通过调整电极层在电容形成部的中央部处的厚度与电极层在电容形成部与保护部之间的边界处的厚度的比来提高防潮可靠性。
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明显的是，在不脱离本公开的由所附权利要求限定的范围的情况下，可做出修改和变型。

Claims (13)

1.一种陶瓷电子组件，所述陶瓷电子组件包括：
主体，包括电容形成部以及设置在所述电容形成部的上表面和下表面上的保护部，所述电容形成部包括介电层和被设置为彼此面对的多个内电极，所述介电层介于所述多个内电极之间，并且所述电容形成部形成电容；以及
外电极，包括设置在所述主体上并且连接到所述多个内电极的电极层以及分别设置在所述电极层上的导电树脂层，
其中，ta2/ta1为0.05或更大，其中，ta1为所述电极层中的每个电极层在所述电容形成部的中央部处的厚度，并且ta2为所述电极层中的每个电极层在所述电容形成部与所述保护部之间的边界处的厚度。
2.根据权利要求1所述的陶瓷电子组件，其中，
所述多个内电极中的每个内电极的厚度小于1μm，并且所述介电层的厚度小于2.8μm。
3.根据权利要求1所述的陶瓷电子组件，其中，
td>2×te，其中，所述多个内电极中的每个内电极的厚度为te，并且所述介电层的厚度为td。
4.根据权利要求1所述的陶瓷电子组件，其中，
所述电极层中的每个电极层包括从由铜、银、镍、它们的合金组成的组中选择的一种或更多种导电金属和玻璃。
5.根据权利要求1所述的陶瓷电子组件，其中，
所述导电树脂层中的每个导电树脂层包括从由铜、银、镍、它们的合金组成的组中选择的一种或更多种导电金属和基体树脂。
6.根据权利要求1所述的陶瓷电子组件，其中，
所述外电极中的每个外电极还包括形成在所述导电树脂层上的镍镀层和形成在所述镍镀层上的锡镀层。
7.根据权利要求1所述的陶瓷电子组件，其中，
所述主体包括彼此相对的第一表面和第二表面、连接到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以及连接到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，
所述多个内电极包括与所述第四表面分开并且暴露于所述第三表面的第一内电极以及与所述第三表面分开并且暴露于所述第四表面的第二内电极，并且
所述外电极包括分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极的第一外电极和第二外电极。
8.根据权利要求7所述的陶瓷电子组件，其中，
L为3.2mm或更小，并且W为2.5mm或更小，其中，所述主体的所述第三表面与所述第四表面之间的距离为L，并且所述主体的所述第五表面与所述第六表面之间的距离为W。
9.根据权利要求7所述的陶瓷电子组件，其中，
L为2.0mm或更小，并且W为1.2mm或更小，其中，所述主体的所述第三表面与所述第四表面之间的距离为L，并且所述主体的所述第五表面与所述第六表面之间的距离为W。
10.一种陶瓷电子组件，所述陶瓷电子组件包括：
主体，包括电容形成部、上保护部和下保护部，所述电容形成部包括在厚度方向上交替地堆叠的第一内电极和第二内电极，并且所述第一内电极和所述第二内电极通过介于所述第一内电极与所述第二内电极之间的介电层分开，所述上保护部设置在所述第一内电极和所述第二内电极的最顶部的内电极上方的长度-宽度平面中，并且所述下保护部设置在所述第一内电极和所述第二内电极的最底部的内电极下方的长度-宽度平面中；
第一外电极，设置在宽度-厚度平面中，以与所述第一内电极接触；以及
第二外电极，设置在宽度-厚度平面中，以与所述第二内电极接触，
其中，所述第一外电极和所述第二外电极各自包括满足ta2/ta1≥0.5的电极层，其中，ta1为所述电极层在所述电容形成部的中央部处的厚度，并且ta2为所述电极层在所述电容形成部与所述上保护部或所述下保护部之间的边界处的厚度。
11.根据权利要求10所述的陶瓷电子组件，其中，所述主体具有：第一表面和第二表面，在长度-宽度平面中并且在所述厚度方向上彼此相对；第三表面和第四表面，在宽度-厚度平面中并且在长度方向上彼此相对；以及第五表面和第六表面，在长度-厚度平面中并且在宽度方向上彼此相对，所述第一外电极和所述第二外电极分别设置在所述第三表面和所述第四表面上。
12.根据权利要求10所述的陶瓷电子组件，其中，所述第一外电极和所述第二外电极还各自包括设置在所述电极层上的导电树脂层以及设置在所述导电树脂层上的镀层。
13.根据权利要求12所述的陶瓷电子组件，其中，所述镀层包括第一镀层和第二镀层，所述第一镀层包括设置在所述导电树脂层上的镍镀层，所述第二镀层包括设置在所述第一镀层上的锡镀层。
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