CN112735824B - 多层陶瓷电容器及制造其的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多层陶瓷电容器及制造其的方法。所述多层陶瓷电容器包括：主体，包括介电层以及交替地设置的第一内电极和第二内电极，且相应的介电层插设在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，设置在所述主体上，并分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极，其中，所述主体包括第一虚拟图案，所述第一虚拟图案形成为在宽度方向上与所述第一内电极相邻并与所述第一内电极分开，并且所述第一虚拟图案堆叠为与所述第二内电极部分地叠置。
Description
本申请是申请日为2018年03月27日、申请号为201810256082.4、发明名称为“多层陶瓷电容器及制造其的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及一种多层陶瓷电容器及制造其的方法。
背景技术
电容器是可在其中存储电力的元件，并且当电压施加到处于两个电极设置为彼此面对的状态下的电容器时，电力在相应的电极中累积。在直流(DC)电压施加到电容器的情况下，电流在电容器中流动同时累积电力，但当完成电力的累积时，电流不在电容器中流动。同时，在交流(AC)电压施加到电容器的情况下，AC电流在电容器中持续地流动同时电极的极性交替。
这样的电容器可根据设置在电极之间的绝缘体的类型分为诸如铝电解电容器、钽电容器、陶瓷电容器、多层陶瓷电容器(MLCC)、膜电容器等多种类型的电容器，其中，在铝电解电容器中，电极利用铝形成并且在利用铝形成的电极之间设置薄的氧化物层，在钽电容器中，使用钽作为电极材料，在陶瓷电容器中，在电极之间使用诸如钛酸钡的具有高介电常数的介电材料，在多层陶瓷电容器(MLCC)中，在多层结构中使用具有高的介电常数的陶瓷作为设置在电极之间的介电材料，在膜电容器中，使用聚苯乙烯膜作为设置在电极之间的介电材料。
由于多层陶瓷电容器具有优异的温度特性和频率特性并且可以以小尺寸来实现，因此多层陶瓷电容器近来已经主要用于诸如高频电路等的各种领域中。
根据现有技术的多层陶瓷电容器包括：层叠体，通过堆叠多个介电片形成；外电极，形成在层叠体的外表面上，并具有不同的极性，其中，交替地堆叠在层叠体中的内电极可电连接到相应的外电极。
随着堆叠在多层陶瓷电容器中的介电层的数量增大，由于内电极与介电层之间的厚度差异而产生的台阶增大。由于在压制主体的致密化工艺中介电层在横向方向上的拉伸，这些台阶导致内电极的端部的翘曲现象。
也就是说，内电极的端部弯曲以填充台阶，并且在边缘部分中，由于台阶而导致的空的空间通过覆盖层的凹陷和边缘宽度的减小而被去除。由于台阶而导致的空的空间被去除，使得电容层也因边缘宽度减小而被拉伸。多层陶瓷电容器的击穿电压(BDV)和多层陶瓷电磁器的诸如耐受电压特性等的可靠性由于如上所述的内电极的结构不规则的拉伸而减小。
为了防止内电极的端部翘曲，已经开发了在边缘部分中另外印刷单独的介电层或虚拟电极图案的方法。然而，在这种情况下，应执行单独的工艺，因此生产率低，难以精确地在边缘部分中印刷介电层或虚拟电极图案，并且难以完全防止内电极的端部翘曲。
发明内容
本公开的一方面可提供一种能够通过使内电极的结构变形并形成虚拟图案来防止内电极的端部翘曲而具有提高的击穿电压(BDV)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可包括：主体，包括介电层以及交替地设置的第一内电极和第二内电极，且相应的介电层插设在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，设置在所述主体上，并分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极，其中，所述主体包括第一虚拟图案，所述第一虚拟图案形成为在宽度方向上与所述第一内电极相邻并与所述第一内电极分开，并且所述第一虚拟图案堆叠为与所述第二内电极部分地叠置。
根据本公开的另一方面，一种制造多层陶瓷电容器的方法可包括：通过在包括介电层的陶瓷生片上印刷导电金属膏以同时形成第一内电极和第二内电极以及第一虚拟图案来制备用于堆叠的陶瓷生片，所述第一虚拟图案在宽度方向上与所述第一内电极相邻设置并与所述第一内电极分开；通过堆叠多个用于堆叠的陶瓷生片，以使所述第一内电极和所述第二内电极交替地设置、使相应的介电层插设在所述第一内电极和所述第二内电极之间并且使所述第一虚拟图案与所述第二内电极部分地叠置，来形成层叠体；通过压制、烧结以及切割所述层叠体来制备主体；以及在所述主体上形成分别电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。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，本公开的以上和其他方面、特征和优点将更加清楚地被理解，其中：
图1是示出根据本公开的实施例的多层陶瓷电容器的示意性透视图；
图2是沿着图1的线I-I′截取的示意性截面图；
图3是示出用来制造图1和图2的多层陶瓷电容器的用于堆叠的陶瓷生片的示意图；
图4是沿着根据现有技术的多层陶瓷电容器的线I-I′截取的示意性截面图；
图5是示出用来制造图4的多层陶瓷电容器的用于堆叠的陶瓷生片的示意图；
图6是沿着根据对比示例的多层陶瓷电容器的线I-I′截取的示意性截面图；
图7是示出用来制造图6的多层陶瓷电容器的用于堆叠的陶瓷生片的示意图；
图8是沿着根据本公开的另一实施例的多层陶瓷电容器的线I-I′截取的示意性截面图；
图9是示出用来制造图8的多层陶瓷电容器的用于堆叠的陶瓷生片的示意图；
图10是沿着根据本公开的另一实施例的多层陶瓷电容器的线I-I′截取的示意性截面图；以及
图11是示出用来制造图10的多层陶瓷电容器的用于堆叠的陶瓷生片的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的实施例。在附图中，为了清楚起见，可夸大或缩小组件的形状、尺寸等。
然而，本公开可按照很多不同的形式进行举例说明，并且不应被解释为局限于在此所阐述的特定实施例。更确切的说，提供这些实施例，以使本公开将是彻底的和完整的，并且将本公开的范围充分传达给本领域的技术人员。
在整个说明书中，将理解的是，当诸如层、区域或晶圆(或基板)的元件被称为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于他们之间的其他元件。相比之下，当元件被称为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于他们之间的其他元件或层。相同的标号始终指示相同的元件。如在此使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个中的任意组合或全部组合。
将显而易见的是，虽然术语“第一”、“第二”和“第三”等可在此用于描述各种构件、组件、区域、层和/或部分，但是任何这样的构件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，以下论述的第一构件、组件、区域、层或部分可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
为了方便描述，在此可使用诸如“在……之上”、“上方”、“在……之下”以及“下方”等的空间相对术语来描述如附图中所示的一个元件相对于另一元件的关系。将理解的是，空间相对术语意在除了包含附图中描绘的方位之外还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件或特征位于“之上”或“上方”的元件随后将相对于另一元件或特征位于“之下”或“下方”。因此，术语“在……之上”根据附图的具体的方向包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。装置还可被另外定位(旋转90度或处于其他方位)，并可对在此使用的空间相对描述符做出相应的解释。
在此使用的术语仅是为了描述具体实施例，因此本公开不限于此。除非上下文另外清楚地指明，否则如在此使用的单数形式也意在包含复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，列举存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、构件、元件和/或他们的组，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、构件、元件和/或他们的组。
在下文中，将参照示出本公开的实施例的示意图描述本公开的实施例。在附图中，例如，由于制造技术和/或公差，可估计所示出的形状的变化。因此，本公开的实施例不应被解释为局限于在此示出的区域的具体形状，而是包括例如由于制造而导致的形状上的变化。以下实施例还可单独构成、组合构成或部分组合构成。
以下描述的本公开的内容可具有多种构造，并且仅在此提出了所需的构造，但不限于此。
在附图中，X方向指的是第一方向或长度方向，Y方向指的是第二方向或宽度方向，Z方向指的是第三方向、厚度方向或堆叠方向。
多层陶瓷电容器
图1是示出根据本公开的实施例的多层陶瓷电容器的示意性透视图。图2是沿着图1的线I-I′截取的示意性截面图。图3是示出用来制造图1和图2的多层陶瓷电容器的用于堆叠的陶瓷生片的示意图。
在下文中，将参照图1至图3描述根据本公开的实施例的多层陶瓷电容器100。
参照图1，根据本公开的实施例的多层陶瓷电容器100包括主体110以及设置在主体110上并分别连接到第一内电极和第二内电极的第一外电极141和第二外电极142。
主体110可具有在厚度方向(Z方向)上彼此背对的第一主表面和第二主表面、在宽度方向(Y方向)上彼此背对的第一侧表面和第二侧表面以及在长度方向(X方向)上彼此背对的第一端表面和第二端表面。
例如，如图1中所示，第一外电极141和第二外电极142分别形成在主体110的第一端表面和第二端表面上，并延伸直到第一主表面和第二主表面的与第一端表面和第二端表面相邻的部分以及第一侧表面和第二侧表面的与第一端表面和第二端表面相邻的部分，但不限于此。
这里，第一外电极141和第二外电极142的从第一端表面和第二端表面延伸到与第一端表面和第二端表面相邻的表面的部分被称为带部。
参照图2，主体110包括介电层111以及设置为彼此面对的第一内电极121和第二内电极122，且相应的介电层111插设在第一内电极121和第二内电极122之间。
主体110可通过在厚度方向(Z方向)上堆叠多个介电层111然后烧结多个介电层111而形成，主体110的形状和尺寸不限于本实施例中示出的那些形状和尺寸。堆叠在主体110中的介电层111的数量不限于本实施例中示出的介电层111的数量。
形成主体110的多个介电层111可处于烧结状态，并且相邻的介电层111可彼此一体化，以使它们之间的边界在不使用扫描电子显微镜(SEM)的情况下不是显而易见的。
介电层111的原材料不受具体限制，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，介电层111的材料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)粉末颗粒等的粉末颗粒来制备。
第一内电极121和第二内电极122(具有不同极性的一对电极)在介电层111的堆叠方向上形成，以分别交替地暴露到主体110的在长度方向(X方向)上的第一端表面和第二端表面，并且通过介于第一内电极121和第二内电极122之间的相应的介电层111而彼此电绝缘。
第一内电极121和第二内电极122分别交替地暴露到主体110的在长度方向(X方向)上的第一端表面和第二端表面，因此分别连接到设置在主体110的外表面上的第一外电极141和第二外电极142。
第一内电极121和第二内电极122可包括诸如镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)、银(Ag)、铅(Pb)或铂(Pt)，或者它们的合金的导电金属。
主体110还包括分别形成在其上部和下部处的覆盖部112和113。覆盖部112和113可通过堆叠其上没有形成内电极的介电层而形成。覆盖部112和113可用于保持多层陶瓷电容器抵抗外部冲击的可靠性。
图4是沿着根据现有技术的多层陶瓷电容器200的线I-I′截取的示意性截面图。图5是示出用来制造图4的多层陶瓷电容器200的用于堆叠的陶瓷生片的示意图。图6是沿着根据对比示例的多层陶瓷电容器300的线I-I′截取的示意性截面图。图7是示出用来制造图6的多层陶瓷电容器300的用于堆叠的陶瓷生片的示意图。
参照图4和图5，在现有技术中，随着堆叠在多层陶瓷电容器200中的介电层的数量增大，由于内电极221和222与介电层211之间的厚度差异而产生的台阶增大，并且由于在压制主体210的致密化工艺中介电层在横向方向上的拉伸，这些台阶导致内电极的端部翘曲，如方框B中所示。
由于内电极的端部的翘曲B而导致电场集中在内电极的端部上，从而发生劣化的可能性增大，多层陶瓷电容器的击穿电压(BDV)值减小，多层陶瓷电容器的耐受电压特性劣化。
此外，参照图6和图7，即使在单独的虚拟电极图案331和332另外形成在边缘部分中以防止内电极的端部翘曲的多层陶瓷电容器300的情况下，介电层311也在压制主体310的致密化工艺中被挤到内电极321和322与虚拟电极图案331和332之间的空间中，从而不可能完全抑制内电极321和322的端部发生翘曲，如方框C中所示，并且需执行形成单独的虚拟电极图案331和332的工艺，导致生产率降低。
然而，根据本公开的实施例的多层陶瓷电容器100的主体110包括形成为在宽度方向上与第一内电极121相邻并与第一内电极121分开的第一虚拟图案131，并且第一虚拟图案131可堆叠为与第二内电极122部分地叠置，从而多层陶瓷电容器100的BDV值可以是高的，并且多层陶瓷电容器100的耐受电压特性可以是优异的。
第一虚拟图案131可减小由于内电极与介电层之间的厚度差异而导致的台阶。此外，第一虚拟图案131可堆叠为与第二内电极122叠置，因此第二内电极122可防止介电层在压制主体110的致密化工艺中被挤到第一虚拟图案131与第一内电极121彼此分开的空间中。因此，如图2的A中所示，可抑制第一内电极121的端部发生翘曲。也就是说，第二内电极122可用于支撑被挤到空间中的介电层，以尽可能地抑制第一内电极121的端部发生翘曲。
在这种情况下，第一内电极121的在宽度方向上的端部和第二内电极122的在宽度方向上的端部可设置为彼此不对齐，或者第一内电极121的宽度和第二内电极122的宽度可彼此不同，以使第一虚拟图案131可堆叠为与第二内电极122叠置。
此外，第一虚拟图案131可利用与第一内电极121和第二内电极122的材料相同的材料形成。这是为了通过使用在印刷第一内电极121和第二内电极122时使用的导电膏同时印刷第一内电极121和第二内电极122以及第一虚拟图案131，而避免单独的工艺。
此外，第一虚拟图案131可形成在第一内电极121的在宽度方向上的相对侧上，以抑制第一内电极121的两端部发生翘曲。
此外，第一虚拟图案131与第一内电极121分开，并且不连接到第一外电极和第二外电极。也就是说，第一虚拟图案131基本上被绝缘。因此，即使在第一虚拟图案131在被压制时弯曲因此连接到第二内电极122的情况下，耐受电压特性也不会受影响。
图8是沿着根据本公开的另一实施例的多层陶瓷电容器400的线I-I′截取的示意性截面图。图9是示出用来制造图8的多层陶瓷电容器400的用于堆叠的陶瓷生片的示意图。
参照图8和图9，主体410还包括形成为在宽度方向上与第二内电极422相邻并与第二内电极422分开的第二虚拟图案432。
第二虚拟图案432可堆叠为与第一内电极421部分地叠置，因此第一内电极421可防止介电层411在压制主体410的致密化工艺中被挤到第二虚拟图案432与第二内电极422彼此分开的空间中。因此，可抑制第二内电极422的端部发生翘曲。
第一虚拟图案431和第二虚拟图案432不连接到第一外电极和第二外电极。也就是说，第一虚拟图案431和第二虚拟图案432基本上被绝缘。因此，即使在第一虚拟图案431和第二虚拟图案432在被压制时弯曲因此分别连接到第二内电极422和第一内电极421的情况下，也不会影响耐受电压特性。
如图9中所示，第一虚拟图案431仅形成在第一内电极421的在宽度方向上的第一侧上，第二虚拟图案432可仅形成在第二内电极422的在宽度方向上的与第一侧相对的第二侧上，第一内电极421的宽度和第二内电极422的宽度可彼此相同。
图10是沿着根据本公开的另一实施例的多层陶瓷电容器500的线I-I′截取的示意性截面图。图11是示出用来制造图10的多层陶瓷电容器的用于堆叠的陶瓷生片的示意图。
参照图10和图11，在根据本公开的另一实施例的多层陶瓷电容器500中，第一内电极521的宽度和第二内电极522的宽度可彼此不同，第一内电极521和第二内电极522的端部可设置为彼此不对齐，第一虚拟图案531可形成在第一内电极521的在宽度方向上的相对侧上，第二虚拟图案532可形成在第二内电极522的在宽度方向上的相对侧上。
第二虚拟图案532可堆叠为与第一内电极521部分地叠置。因此，第一内电极521可防止介电层511在压制主体510的致密化工艺中被挤到第二虚拟图案532与第二内电极522彼此分开的空间中，第一虚拟图案531可堆叠为与第二虚拟图案532部分地叠置，因此第二虚拟图案532可防止介电层在压制主体510的致密化工艺中被挤到第一虚拟图案531与第一内电极521彼此分开的空间中。
制造多层陶瓷电容器的方法
根据本公开的实施例的制造多层陶瓷电容器的方法可包括：通过在包括介电层的陶瓷生片上印刷导电金属膏以同时形成第一内电极和第二内电极以及第一虚拟图案来制备用于堆叠的陶瓷生片，第一虚拟图案在宽度方向上与第一内电极相邻设置并与第一内电极分开；通过堆叠多个陶瓷生片以使第一内电极和第二内电极交替地设置、使相应的介电层插设在第一内电极和第二内电极之间并且使第一虚拟图案与第二内电极部分地叠置来形成层叠体；通过压制、烧结以及切割层叠体来制备主体；在主体上形成第一外电极和第二外电极以分别电连接到第一内电极和第二内电极。
可将包括诸如钛酸钡(BaTiO3)粉末颗粒等的粉末颗粒的浆料施加到载体膜并将其干燥，以制备包括多个介电层的陶瓷生片。
可通过如下方法制造包括介电层的陶瓷生片：将诸如钛酸钡(BaTiO3)粉末颗粒的陶瓷粉末颗粒、粘合剂、溶剂等彼此混合以制备浆料，且通过刮刀法将浆料制造为具有几微米的厚度的片形状。
然后，可制备包括导电金属的导电膏。导电金属可以是镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)、银(Ag)、铅(Pb)或铂(Pt)，或者是它们的合金，导电金属可具有0.1μm至0.2μm的平均粒径，并且可制备包括40wt％至50wt％的导电金属的用于内电极的导电膏。
可利用印刷法等将导电膏施加到包括介电层的陶瓷生片，以同时形成第一电极和第二内电极以及第一虚拟图案，第一虚拟图案在宽度方向上与第一内电极相邻设置并与第一内电极分开，从而制备用于堆叠的陶瓷生片。印刷导电膏的方法可以是丝网印刷法、凹版印刷法等，但不限于此。
这里，在印刷导电金属膏时，还可形成在宽度方向上与第二内电极相邻并与第二内电极分开的第二虚拟图案。
然后，可堆叠用于堆叠的多个陶瓷生片，以使第一内电极和第二内电极交替地设置且相应的介电层插设在第一内电极和第二内电极之间，并且第一虚拟图案与第二内电极部分地叠置，从而形成层叠体。这里，在形成第二虚拟图案的情况下，可将第二虚拟图案堆叠为与第一内电极部分地叠置。
同时，可根据多层陶瓷电容器的电容调整用于堆叠的堆叠的陶瓷生片的数量。
可在层叠体的上表面和下表面上堆叠其上没有印刷内电极图案的陶瓷生片以形成覆盖部。
然后，可压制、烧结和切割层叠体以制备主体。
然后，可在主体上形成第一外电极和第二外电极以分别电连接到第一内电极和第二内电极。
第一外电极和第二外电极可通过将导电膏施加在主体上或执行诸如溅射、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、旋涂、原子层沉积(ALD)、脉冲激光沉积(PLD)等的薄膜沉积法或非电镀覆法而形成在主体上，但不限于此。
此外，如果必要，可在第一外电极和第二外电极上形成镀层，但不限于此。
如上所述，在根据本公开的实施例的多层陶瓷电容器中，多层陶瓷电容器的内电极的结构可变形，虚拟图案可形成为防止内电极的端部翘曲，结果提高了多层陶瓷电容器的击穿电压(BDV)。此外，可改善多层陶瓷电容器的可靠性和耐受电压特性，可通过简化工艺提高生产率。
虽然以上已经示出并描述了实施例，但是对本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的由所附权利要求限定的范围的情况下，可对其进行修改和变型。
Claims (12)
1.一种多层陶瓷电容器，包括：
主体，包括介电层以及交替地设置的第一内电极和第二内电极，且相应的介电层插设在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，设置在所述主体的在长度方向上彼此相对的两个端表面上，并分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极，
其中，所述主体包括第一虚拟图案，所述第一虚拟图案被设置为在宽度方向上与所述第一内电极相邻并与所述第一内电极分开，并且
所述第一虚拟图案堆叠为与所述第二内电极部分地叠置，并且所述第一虚拟图案与所述主体的在所述宽度方向上的两个端表面分开。
2.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一内电极的在所述宽度方向上的端部以及所述第二内电极的在所述宽度方向上的端部设置为彼此不对齐。
3.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一虚拟图案包括与所述第一内电极和所述第二内电极的材料相同的材料。
4.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一虚拟图案设置在所述第一内电极的在所述宽度方向上的相对侧上。
5.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一内电极的宽度和所述第二内电极的宽度彼此不同。
6.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述主体还包括第二虚拟图案，所述第二虚拟图案被设置为在所述宽度方向上与所述第二内电极相邻并与所述第二内电极分开。
7.根据权利要求6所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第二虚拟图案堆叠为与所述第一内电极部分地叠置。
8.根据权利要求6所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一虚拟图案和所述第二虚拟图案不连接到所述第一外电极和所述第二外电极。
9.根据权利要求6所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一虚拟图案仅设置在所述第一内电极的在所述宽度方向上的第一侧上，所述第二虚拟图案仅设置在所述第二内电极的在所述宽度方向上的与所述第一侧相对的第二侧上。
10.根据权利要求9所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一内电极的宽度和所述第二内电极的宽度彼此相同。
11.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一虚拟图案与所述第一外电极和所述第二外电极绝缘。
12.根据权利要求1或11所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一虚拟图案不连接到所述第一外电极和所述第二外电极。
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