CN114038685A - 多层电容器和其上安装有该多层电容器的板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多层电容器和其上安装有该多层电容器的板,所述多层电容器包括:电容器主体,包括介电层以及第一内电极和第二内电极,电容器主体具有第一表面至第六表面,第一内电极通过第三表面、第五表面和第六表面暴露,并且第二内电极通过第四表面、第五表面和第六表面暴露;第一侧部和第二侧部,分别设置在电容器主体的第六表面和第五表面上;以及第一外电极和第二外电极,分别连接到第一内电极和第二内电极。第一侧部和第二侧部包括针状第二相,第二相包括包含铝(Al)和硅(Si)的玻璃、锰(Mn)以及磷(P),并且第一侧部和第二侧部中的每者的第二相的体积相对于第一侧部和第二侧部中的相应一者为30%或更大。
Description
本申请是申请日为2020年7月20日、申请号为202010699415.8的发明名称“多层电容器和其上安装有该多层电容器的板”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电容器和其上安装有该多层电容器的板。
背景技术
多层电容器由于其诸如小尺寸、高电容和易于安装的优点而被广泛用作计算机、个人数字助理(PDA)、移动电话等的信息技术(IT)组件。此外,多层电容器由于其诸如高可靠性和高强度的特性而被广泛用作电子组件。
随着近来电子装置的小型化和多功能化的趋势,还需要多层电容器具有小尺寸和高电容。为此,已经制造了具有如下结构的多层电容器:使内电极在电容器主体的宽度方向上暴露,以使内电极在宽度方向上的面积显著增大。
在形成具有这种结构的多层电容器时,使用了如下方法:制造电容器主体,并且在预烧结工艺期间将侧部分别附接到电容器主体的在宽度方向上的两个表面,使得侧部覆盖内电极的暴露部分。
然而,具有如上所述的使内电极在电容器主体的宽度方向上暴露之后附接侧部的这种结构的多层电容器可能因烧结之后的收缩导致防潮可靠性和韧性的劣化。
发明内容
本公开的一方面在于提供一种能够增大电容并且改善防潮可靠性和韧性的多层电容器以及该多层电容器的安装板。
根据本公开的一方面,一种多层电容器包括:电容器主体,包括介电层以及第一内电极和第二内电极,所述电容器主体具有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、所述第二表面、所述第三表面和所述第四表面且彼此相对的第五表面和第六表面,所述第一内电极通过所述第三表面、所述第五表面和所述第六表面暴露,并且所述第二内电极通过所述第四表面、所述第五表面和所述第六表面暴露;第一侧部和第二侧部,分别设置在所述电容器主体的所述第六表面和所述第五表面上;以及第一外电极和第二外电极,分别设置在所述电容器主体的所述第三表面和所述第四表面上,以分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极。所述第一侧部和所述第二侧部包括针状第二相,所述第二相包括包含铝(Al)和硅(Si)的玻璃、锰(Mn)以及磷(P),并且所述第一侧部和所述第二侧部中的每者的所述第二相的体积相对于所述第一侧部和所述第二侧部中的相应一者为30%或更大
在相同体积内,所述第一侧部和所述第二侧部中的每者的Al和Si的含量可以是所述电容器主体中的Al和Si的含量的两倍或更多。
所述介电层的平均厚度可为0.4μm或更小。
所述第一内电极和第二内电极中的每者的平均厚度可为0.41μm或更小。
层叠的所述第一内电极和所述第二内电极的数量可为400或更多。
所述第一侧部和所述第二侧部中的每者的平均厚度可为10μm至20μm。
所述电容器主体可包括:有效区,在所述有效区中,所述第一内电极和所述第二内电极彼此叠置;以及上覆盖区和下覆盖区,分别设置在所述有效区的上表面和下表面上。
所述上覆盖区和所述下覆盖区中的每者的厚度可为20μm或更小。
所述第一外电极和所述第二外电极中的每者的平均厚度可为10μm或更小。
所述第一外电极可包括第一连接部和第一带部,所述第一连接部设置在所述电容器主体的所述第三表面上以连接到所述第一内电极,所述第一带部从所述第一连接部延伸到所述电容器主体的所述第一表面的一部分,所述二外电极包括第二连接部和第二带部,所述第二连接部设置在所述电容器主体的所述第四表面上以连接到所述第二内电极,所述第二带部从所述第二连接部延伸到所述电容器主体的所述第一表面的一部分。
根据本公开的另一方面,一种其上安装有多层电容器的板包括:基板,在所述基板的一个表面上包括第一电极焊盘和第二电极焊盘;以及多层电容器,被安装为使得所述第一外电极和所述第二外电极分别连接到所述第一电极焊盘和所述第二电极焊盘。
根据本公开的另一方面,一种多层电容器包括:第一内电极,暴露于电容器主体的第一端表面和一对侧表面;第二内电极,暴露于所述电容器主体的第二端表面和所述一对侧表面,所述第二内电极的一部分与所述第一内电极的一部分叠置;介电层,介于相邻的第一内电极与第二内电极之间;侧部,设置在所述一对侧表面上,并且包括交联的针状第二相,所述第二相包括包含铝(Al)和硅(Si)的玻璃、锰(Mn)以及磷(P);第一外电极,设置在所述第一端表面上,并且连接到所述第一内电极;以及第二外电极,设置在所述第二端表面上,并且连接到所述第二内电极。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述,将更加清楚地理解本公开的以上和其他方面、特征和优点,在附图中:
图1是示出根据本公开的实施例的多层电容器的透视图;
图2是沿着图1中的线I-I'截取的截面图;
图3A和图3B分别是示出图1中的多层电容器的第一内电极和第二内电极的层叠结构的平面图;
图4是沿着图1中的线II-II'截取的截面图;
图5是沿着图1中的线III-III'截取的截面图;
图6是其上安装有图1中所示的多层电容器的板的示意性截面图;以及
图7示出了根据本公开的实施例的莫来石(具体示出了针状相)的扫描电子显微照片。
具体实施方式
在下文中,将参照附图如下描述本公开的实施例。
然而,本公开可以以许多不同的形式实施,并且不应被解释为限于在此阐述的实施例。
更确切地说,提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的,并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。
因此,为了清楚起见,可夸大附图中的元件的形状和尺寸,并且相同的附图标记将始终用于指示相同或相似的元件。
此外,在所有附图中,相同的附图标记用于具有相似功能和作用的元件。
在说明书中,除非另外特别指示,否则当某个部件“包括”某个组件时,理解的是,还可包括其他组件,而不排除其他组件。
为了清楚地描述示例实施例,附图中指示的X、Y和Z被定义为分别表示多层电容器的长度方向、宽度方向和厚度方向。
此外,Z方向可以以与层叠介电层的层叠方向的含义相同的含义使用。
图1是示出根据本公开的实施例的多层电容器的透视图,图2是沿着图1中的线I-I'截取的截面图,图3A和图3B是分别示出图1中的多层电容器的第一内电极和第二内电极的层叠结构的平面图,图4是沿着图1中的线II-II'截取的截面图,图5是沿着图1中的线III-III'截取的截面图。
在下文中,将参照图1至图5描述根据该实施例的多层电容器。
参照图1至图5,多层电容器100包括电容器主体110、第一侧部141和第二侧部142以及第一外电极131和第二外电极132。
电容器主体110在多个介电层111在Z方向上层叠之后处于烧结状态,并且相邻的介电层111可彼此一体化,使得在没有扫描电子显微镜(SEM)的情况下,相邻的介电层111之间的边界不是显而易见的。
电容器主体110可包括多个介电层111以及第一内电极121和第二内电极122,第一内电极121和第二内电极122具有彼此相反的极性,在Z方向上交替地设置,且介电层111介于第一内电极121与第二内电极122之间。
电容器主体110可包括:有效区114,作为对形成电容器的电容有贡献的部分,在有效区114中,第一内电极121和第二内电极122交替地设置,且相应介电层111介于第一内电极121与第二内电极122之间;以及上覆盖区112和下覆盖区113,设置在有效区114的在Z方向上的上表面和下表面上,作为边缘部。
在这种情况下,上覆盖区112和下覆盖区113中的每者的厚度可为20μm或更小。
电容器主体110的形状没有限制,而可以是大体上六面体。电容器主体110可具有在Z方向上彼此相对的第一表面1和第二表面2、连接到第一表面1和第二表面2且在X方向上彼此相对的第三表面3和第四表面4以及连接到第一表面1和第二表面2以及第三表面3和第四表面4且在Y方向上彼此相对的第五表面5和第六表面6。在该实施例中,第一表面1可以是多层电容器100的安装表面。
介电层111可包括陶瓷粉末颗粒,例如,BaTiO3基陶瓷粉末颗粒。
BaTiO3(BT)基陶瓷粉末可以是通过在BaTiO3中部分固溶钙(Ca)、锆(Zr)等制备的(Ba1-xCax)TiO3、Ba(Ti1-yCay)O3、(Ba1-xCax)(Ti1-yZry)O3或Ba(Ti1-yZry)O3,但是本公开不限于此。
还可将陶瓷添加剂、有机溶剂、增塑剂、粘合剂、分散剂等与陶瓷粉末颗粒一起添加到介电层111中。
陶瓷添加剂可包括例如过渡金属氧化物或过渡金属碳化物、稀土元素、镁(Mg)、铝(Al)等。
第一内电极121和第二内电极122是被施加相反极性的电极,并且可设置在相应介电层111上以在Z方向上交替地层叠,并且可在介电层111介于第一内电极121与第二内电极122之间的情况下在Z方向上交替地设置在电容器主体的内部。
在这种情况下,第一内电极121和第二内电极122可通过设置在它们之间的介电层111而彼此电绝缘。
第一内电极121通过电容器主体110的第三表面3、第五表面5和第六表面6暴露。
在这种情况下,第一内电极121也可通过连接电容器主体110的第三表面3和第五表面5的拐角以及连接电容器主体110的第三表面3和第六表面6的拐角暴露。
第二内电极122通过电容器主体110的第四表面4、第五表面5和第六表面6暴露。
在这种情况下,第二内电极122也可通过连接电容器主体110的第四表面4和第五表面5的拐角以及连接电容器主体110的第四表面4和第六表面6的拐角暴露。
在这种情况下,第一内电极121和第二内电极122的通过电容器主体110的第三表面3和第四表面4交替地暴露的端部可分别连接到设置在电容器主体110的在X方向上的两个端部上的第一外电极131和第二外电极132,以分别电连接到第一外电极131和第二外电极132。
根据以上构造,当将预定电压施加到第一外电极131和第二外电极132时,电荷累积在第一内电极121与第二内电极122之间。
在这种情况下,多层电容器100的电容与有效区114中的在Z方向上彼此叠置的第一内电极121和第二内电极122的叠置面积成比例。
当如该实施例中那样构造第一内电极121和第二内电极122时,不仅使第一内电极121和第二内电极122的基本面积增大,而且使第一内电极121和第二内电极122的竖直叠置面积增大。因此,可增大多层电容器100的电容。
例如,当第一内电极121和第二内电极122的叠置区域的面积显著增大时,即使电容器具有相同的尺寸,电容器的电容也可显著增大。
此外,由于可减少由内电极的层叠导致的台阶来改善绝缘电阻的加速寿命,因此可提供具有改善的电容特性和改善的可靠性的多层电容器100。
在这种情况下,第一内电极121和第二内电极122的材料没有限制,并且第一内电极121和第二内电极122可使用包括贵金属材料或镍(Ni)和铜(Cu)中的至少一种的导电膏形成。
导电膏可通过丝网印刷、凹版印刷等来印刷,但导电膏的印刷方法不限于此。
第一内电极121和第二内电极122中的每者的平均厚度可根据其目的来确定,并且可以是例如0.41μm或更小。
此外,层叠的第一内电极121和第二内电极122的总数可以是400或更多。
因此,根据示例实施例的多层电容器100可用作需要小尺寸和高电容的组件,诸如,IT组件。
第一侧部141设置在电容器主体110的第六表面6上,第二侧部142设置在电容器主体110的第五表面5上。
第一侧部141和第二侧部142分别与第一内电极121和第二内电极122通过电容器主体的第六表面6暴露的部分的末端和通过电容器主体的第五表面5暴露的部分的末端接触,以覆盖末端。
第一侧部141和第二侧部142用于保护电容器主体110以及第一内电极121和第二内电极122免受外部冲击等的影响,并且用于确保多层电容器100的绝缘性能和防潮可靠性。
第一侧部141和第二侧部142包括针状第二相(例如,针状莫来石(mullite)第二相),第二相包括包含铝(Al)和硅(Si)的玻璃、锰(Mn)以及磷(P)。
在这种情况下,第一侧部141和第二侧部142中的每者的第二相的体积相对于第一侧部141和第二侧部142中的相应一者可以是30%或更大。具体地,第一侧部141中的第二相的体积相对于第一侧部141可以是30%或更大,第二侧部142中的第二相的体积相对于第二侧部142可以是30%或更大。
在相同体积内,第一侧部141和第二侧部142中的每者的铝(Al)和硅(Si)的含量可以是电容器主体110的铝(Al)和硅(Si)的含量的两倍或更多倍。
第一侧部141和第二侧部142的氧化铝含量高,并且第一侧部141和第二侧部142可通过低熔点材料致密化。随着所生成的莫来石第二相的量增加,第一侧部141和第二侧部142的强度可成比例地增大。
该实施例的这种莫来石第二相可物理交联到相邻的莫来石第二相,以物理键合到相邻的莫来石第二相。
因此,第一侧部141和第二侧部142可更好地抵抗外部物理冲击,并且可阻挡到电容器主体110中的湿气渗透路径。
此外,根据化学低温烧结作用,本公开的第二相可改善第一侧部141和第二侧部142的晶粒密度。
因此,第一侧部141和第二侧部142可更好地抵抗外部物理冲击,并且可阻挡到电容器主体110中的水分渗透路径。
与其他第二相(例如,磷酸盐基(phosphate-based)第二相)相比,该实施例的莫来石第二相可相对更多地改善多层电容器100的防潮可靠性和韧性。
第一侧部141和第二侧部142中的每者在Y方向上的平均厚度可为10μm至20μm。
当第一侧部141和第二侧部142在Y方向上的平均厚度低时,相同标准的多层电容器中的电容器主体110的比例可增大。因此,多层电容器100的电容也可增大。
通常,当侧部的平均厚度低时,侧部的防潮可靠性和韧性会降低。然而,根据该实施例的多层电容器100可包括包含第二相的第一侧部141和第二侧部142,从而即使在第一侧部141和第二侧部142的平均厚度低时,也防止多层电容器100的防潮可靠性和韧性的劣化。
如在本实施例中,当第一侧部141和第二侧部142中的每者在Y方向上的平均厚度为10μm至20μm时,可优化防止电容、可靠性和韧性的劣化的效果。
第一侧部141和第二侧部142中的每者可呈具有长轴和短轴的针状形状。
根据现有技术的磷酸盐基玻璃在烧结之后形成针状第二相。图7示出了针状第二相的结构的示例,其示出了根据本公开的实施例的莫来石的扫描电子显微镜(SEM)照片。根据该实施例的具有莫来石成分的第二相可具有针状形状,并且可具有比仅包括普通P成分的磷酸盐基第二相的长轴的长度大的长度的长轴。因此,可进一步改善第一侧部141和第二侧部142的防潮性和韧性。
第一外电极131和第二外电极132可设置有极性彼此相反的电压,并且可设置在电容器主体110的在X方向上的两个端部上。第一外电极131和第二外电极132可分别连接到第一内电极121和第二内电极122的通过电容器主体110的第三表面3和第四表面4暴露的部分,以分别电连接到第一内电极121和第二内电极122。
在这种情况下,第一外电极131和第二外电极132中的每者的平均厚度可为10μm或更小。
因此,可使多层电容器100小型化,并且可降低多层电容器100的制造成本。
当第一外电极131和第二外电极132中的每者的厚度低时,多层电容器100的防潮可靠性和韧性通常会降低。然而,在该实施例中,第一侧部141和第二侧部142包括针状莫来石第二相(包括包含Al和Si的玻璃、Mn以及P),从而即使第一外电极131和第二外电极132中的每者具有10μm或更小的厚度,也防止防潮可靠性和韧性的降低。结果,可预期多层电容器100的小型化和降低的制造成本。
第一外电极131可包括第一连接部131a和第一带部131b。
第一连接部131a设置在电容器主体110的第三表面3上,并且与第一内电极121的通过电容器主体110的第三表面3暴露到外部的端部接触,以使第一内电极121和第一外电极131彼此连接。
第一带部131b是从第一连接部131a延伸到电容器主体110的第一表面1的一部分的部分。
根据需要,为了改善粘合强度等,第一带部131b还可延伸到电容器主体110的第二表面2、第五表面5和第六表面6,以覆盖侧部141和142的一个端部。
第二外电极132可包括第二连接部132a和第二带部132b。
第二连接部132a设置在电容器主体110的第四表面4上,并且与第二内电极122的通过电容器主体110的第四表面4暴露到外部的端部接触,以使第二内电极122和第二外电极132彼此连接。第二带部132b是从第二连接部132a延伸到电容器主体110的第一表面1的一部分的部分。根据需要,为了改善粘合强度等,第二带部132b还可延伸到电容器主体110的第二表面2、第五表面5和第六表面6,以覆盖侧部141和142的另一个端部。
第一外电极131和第二外电极132中的每者可包括用于其至少一部分的镀层,以改善结构可靠性、板安装的容易度、对外部的耐用性、耐热性和等效串联电阻(ESR)。
例如,镀层可通过溅射或电沉积来形成,但形成镀层的方法不限于此。
镀层可包括最大量的镍,但不限于此。镀层可使用单独的铜(Cu)、钯(Pd)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、铅(Pb)或包括其中至少一种的合金来实现。
根据该实施例,第一侧部141和第二侧部142可包括相对于第一侧部141和第二侧部142中的相应一者的30%或更大的量的针状莫来石第二相,莫来石第二相包括包含铝(Al)和(Si)的玻璃、锰(Mn)以及磷(P)。因此,与不包括第二相的侧部相比,第一侧部141和第二侧部142可使第一侧部141和第二侧部142的强度增大30%。
在根据现有技术的包括侧部的多层电容器的情况下,侧部的抗破裂性低。因此,在侧部中发生裂纹并且湿气渗透到裂纹中,从而降低了多层电容器的可靠性。
在该实施例中,可增大第一侧部141和第二侧部142的抗破裂性,以改善多层电容器100的防潮可靠性。
在该实施例中,介电层111的平均厚度可为0.4μm或更小。
由于介电层111的厚度对应于第一内电极121与第二内电极122之间的距离,因此当介电层111的厚度低时,可改善多层电容器100的电容。
第一内电极121和第二内电极122中的每者的平均厚度可为0.41μm或更小。
由于该实施例的多层电容器100具有其中第一内电极121和第二内电极122通过电容器主体110的第五表面5和第六表面6暴露的结构,因此在第一内电极121和第二内电极122的在Y方向上的端部上,可减少在电容器主体110中的台阶。
因此,即使当如上所述为了实现多层纤薄化而减小介电层111以及第一内电极121和第二内电极122的厚度时,也不存在关于多层电容器100的可靠性的显著问题。因此,在增大多层电容器100的容量的同时也可确保可靠性。
此外,当第一内电极121和第二内电极122的平均厚度如上所述减小时,烧结之后的收缩可减小。因此,还可减小电容器主体110的端部中的空洞的直径,以进一步改善多层电容器100的可靠性。
参照图6,根据该实施例的其上安装有多层电容器的板可包括:基板210,在基板210的一个表面上包括第一电极焊盘221和第二电极焊盘222;以及多层电容器100,被安装为使得第一外电极131和第二外电极132分别连接到基板210的上表面上的第一电极焊盘221和第二电极焊盘222。
在该实施例中,多层电容器100被示出和描述为通过焊料231和232安装在基板210上,但根据需要,可使用导电膏而不是焊料。
如上所述,内电极可在电容器主体的宽度方向上暴露以增大多层电容器的电容,并且侧部可包括相对于整个侧部的30%或更多的量(具体地,为体积)的包括包含Al和Si的玻璃、Mn以及P的针状莫来石第二相,以根据侧部的第二相的物理交联作用和化学低温烧结作用来改善多层电容器的防潮可靠性和韧性。
虽然上面已经示出和描述了实施例,但是对于本领域技术人员将显而易见的是,在不脱离本公开的如由所附权利要求限定的范围的情况下,可做出变型和改变。
Claims (10)
1.一种多层电容器,包括:
电容器主体,包括介电层以及第一内电极和第二内电极,所述电容器主体具有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、所述第二表面、所述第三表面和所述第四表面且彼此相对的第五表面和第六表面,所述第一内电极通过所述第三表面、所述第五表面和所述第六表面暴露,并且所述第二内电极通过所述第四表面、所述第五表面和所述第六表面暴露;
第一侧部和第二侧部,分别设置在所述电容器主体的所述第五表面和所述第六表面上;以及
第一外电极和第二外电极,分别设置在所述电容器主体的所述第三表面和所述第四表面上,以分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极,
其中,所述第一侧部和所述第二侧部包括针状第二相,所述针状第二相包括包含铝和硅的玻璃、锰以及磷,并且
其中,所述介电层的平均厚度为0.4μm或更小。
2.根据权利要求1所述的多层电容器,其中,所述第一内电极和第二内电极中的每者的平均厚度为0.41μm或更小。
3.根据权利要求2所述的多层电容器,其中,层叠的所述第一内电极和所述第二内电极的总数为400或更多。
4.根据权利要求3所述的多层电容器,其中,所述电容器主体包括:有效区,在所述有效区中,所述第一内电极和所述第二内电极彼此叠置;以及上覆盖区和下覆盖区,分别设置在所述有效区的上表面和下表面上。
5.根据权利要求4所述的多层电容器,其中,所述上覆盖区和所述下覆盖区中的每者的厚度为20μm或更小。
6.根据权利要求5所述的多层电容器,其中,所述第一侧部和所述第二侧部中的每者的平均厚度在10μm至20μm的范围内。
7.根据权利要求6所述的多层电容器,其中,
所述第一外电极包括:
第一连接部,设置在所述电容器主体的所述第三表面上,以连接到所述第一内电极;以及
第一带部,从所述第一连接部延伸到所述电容器主体的所述第一表面的一部分,
所述二外电极包括:
第二连接部,设置在所述电容器主体的所述第四表面上,以连接到所述第二内电极;以及
第二带部,从所述第二连接部延伸到所述电容器主体的所述第一表面的一部分。
8.根据权利要求7所述的多层电容器,其中,在相同体积内,所述第一侧部和所述第二侧部中的每者的铝和硅的含量是所述电容器主体中的铝和硅的含量的两倍或更多。
9.根据权利要求8所述的多层电容器,其中,所述第一外电极和所述第二外电极中的每者的平均厚度为10μm或更小。
10.根据权利要求1所述的多层电容器,其中,所述第一侧部和所述第二侧部中的每者的平均厚度在10μm至20μm的范围内。
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