CN114566384A

CN114566384A - 多层电容器

Info

Publication number: CN114566384A
Application number: CN202110890445.1A
Authority: CN
Inventors: 李长烈; 房惠民; 郑镐弼; 赵成珉
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2022-05-31
Also published as: US11749459B2; JP2022085819A; US20220172899A1; KR20220074262A

Abstract

本发明提供一种多层电容器，所述多层电容器包括主体、外电极、第一绝缘涂层和第二绝缘涂层，所述主体包括堆叠结构，在所述堆叠结构中，堆叠多个介电层并且堆叠多个内电极，所述介电层介于相邻的所述内电极之间，所述外电极设置在所述主体的外表面上以连接到所述内电极，并且包括设置在所述主体的暴露所述内电极的第一表面上的第一电极层以及覆盖所述第一电极层的第二电极层，所述第一绝缘涂层设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间并且具有不连续区域，所述第二绝缘涂层具有不连续区域以覆盖所述主体的表面的至少一部分。所述第二绝缘涂层至少部分地暴露。

Description

多层电容器

本申请要求于2020年11月27日向韩国知识产权局提交的第10-2020-0162564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

本公开涉及一种多层电容器。

背景技术

电容器是能够存储电力的元件，并且通常适用以下原理：当对两个相反电极施加电压时，每个电极中均会累积电力。当直流(DC)电压被施加到电容器时，在累积电力的同时电流在电容器中流动，但是当电力的累积完成时，在电容器中没有电流流动。此外，当向电容器施加交流(AC)电压时，在电极的极性交替变化的同时交流电流在电容器中流动。

根据设置在电极之间的绝缘体的种类，这样的电容器可分类为多种电容器，诸如，铝电解电容器(其中，电极利用铝形成并且薄氧化物层设置在利用铝形成的电极之间)、钽电容器(其中，钽用作电极材料)、陶瓷电容器(其中，在电极之间使用具有高介电常数的介电材料，诸如钛酸钡)、多层陶瓷电容器(MLCC)(其中，在多层结构中使用具有高介电常数的陶瓷作为设置在电极之间的介电材料)、膜电容器(其中，聚苯乙烯膜用作设置在电极之间的介电材料)等。

在这些电容器之中，多层陶瓷电容器由于其具有优异的温度特性和频率特性并且可实现为小尺寸而近来主要用于各种领域(例如高频电路等)。近年来，不断尝试实现更小的多层陶瓷电容器，为此，形成薄的介电层和内电极。

近年来，在多层电容器领域中，已经进行了许多尝试以通过减少由水分或镀覆溶液的渗透引起的缺陷来改善防潮可靠性。作为一种方法，当电容器主体的覆盖层或外电极形成得较厚时，存在组件的尺寸增大以及在相同尺寸下电容减小的问题。

发明内容

本公开的一方面可提供一种具有改善的防潮可靠性的多层电容器。

根据本公开的一个方面，一种多层电容器可包括：主体，包括堆叠结构，在所述堆叠结构中堆叠有多个介电层以及第一内电极和第二内电极，在相邻的所述第一内电极和所述第二内电极之间介入有所述多个介电层中的一个介电层；第一外电极，连接到所述第一内电极，并且包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层设置在所述主体的暴露有所述第一内电极的第一表面上，所述第二电极层覆盖所述第一电极层；第二外电极，连接到所述第二内电极，并且包括第三电极层和第四电极层，所述第三电极层设置在所述主体的暴露有所述第二内电极的第二表面上，所述第四电极层覆盖所述第三电极层；第一绝缘涂层，设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间以及所述第三电极层和所述第四电极层之间，并且具有第一不连续区域；以及第二绝缘涂层，设置在所述主体上并且具有第二不连续区域，所述第二绝缘涂层至少部分地暴露。

所述第一绝缘涂层可包括多个聚集体，并且所述多个聚集体之间的区域可对应于所述第一不连续区域。

所述第一电极层的表面可具有凹槽，并且所述第一绝缘涂层可设置在所述第一电极层中的所述凹槽中。

所述第一绝缘涂层中的填充所述第一电极层中的凹槽的区域可设置在所述第一电极层中的凹槽的内壁上。

所述第一电极层可以是烧结的电极，并且所述第二电极层可以是镀层。

所述主体的表面可具有凹槽，并且所述第二绝缘涂层可设置在所述凹槽中。

所述第二绝缘涂层中的填充所述主体中的所述凹槽的区域可设置在所述主体中的所述凹槽的内壁上。

所述第一绝缘涂层和所述第二绝缘涂层可彼此连接。

所述第一绝缘涂层和所述第二绝缘涂层可包括相同的材料。

所述第二电极层或所述第四电极层可覆盖所述第二绝缘涂层的一部分。

所述第一绝缘涂层和所述第二绝缘涂层可包括Si基聚合物和F基聚合物中的至少一种。

在所述第一绝缘涂层中由所述第一不连续区域占据的面积可大于包括所述第一不连续区域的所述第一绝缘涂层的面积的90％。

在所述第二绝缘涂层中由所述第二不连续区域占据的面积可大于包括所述第二不连续区域的所述第二绝缘涂层的面积的70％。

所述第一不连续区域的面积与包括所述第一不连续区域的所述第一绝缘涂层的面积的面积比可不同于所述第二不连续区域的面积与包括所述第二不连续区域的所述第二绝缘涂层的面积的面积比。

所述第一不连续区域的面积与包括所述第一不连续区域的所述第一绝缘涂层的面积的面积比可高于所述第二不连续区域的面积与包括所述第二不连续区域的所述第二绝缘涂层的面积的面积比。

所述第一绝缘涂层的厚度可以为2μm或更小。

所述第二绝缘涂层的厚度可以为2μm或更小。

所述第二电极层或所述第四电极层可设置在所述第一绝缘涂层的不连续区域中。

附图说明

通过结合附图以及以下具体实施方式，本公开的以上和其他方面、特征和优点将被更清楚地理解，其中：

图1是示出根据本公开中的示例性实施例的多层电容器的外观的示意性立体图；

图2是沿着图1的多层电容器的线I-I’截取的截面图；

图3是沿着图1的多层电容器的线II-II’截取的截面图；以及

图4至图8分别是图2的局部区域的放大图。

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。然而，本公开中的示例性实施例可以以许多不同的形式修改，并且本公开的范围不限于下面描述的示例性实施例。另外，提供本公开中的示例性实施例以便向本领域技术人员更完整地解释本公开。因此，为了更清楚地描述，附图中的元件的形状和尺寸可能被夸大，并且在附图中由相同的附图标记表示的元件是相同的元件。

另外，在附图中，为了简洁性而将省略与描述无关的部分，为了清楚性而夸大了多个层和区域的厚度，并且在相同构思的范围内具有相同功能的组件将由相同的附图标记表示。此外，在整个说明书中，除非另有说明，否则当某个部分“包括”某个组件时意味着可进一步包括其他组件而不排除其他组件。

图1是示出根据本公开中的示例性实施例的多层电容器的外观的示意性立体图。图2和图3分别是沿着图1的多层电容器的线I-I’和II-II’截取的截面图。另外，图4至图8分别是图2的局部区域的放大图。

参照图1至图3，根据本公开中的示例性实施例的多层电容器100可包括主体110、外电极131和132以及第一绝缘涂层151和第二绝缘涂层152，主体110包括堆叠的介电层111和多个内电极121和122，介电层111中的每个介于在内电极121和122之间。这里，第一绝缘涂层151和第二绝缘涂层152可防止水分或镀覆溶液从外部浸入。第一绝缘涂层151可具有第一不连续区域D1，并且第二绝缘涂层152可具有第二不连续区域D2。

主体110可包括多个介电层111，并且可通过堆叠例如多个生片然后进行烧结而获得。通过这种烧结工艺，多个介电层111可具有彼此一体化的形式。另外，如图1中所示，主体110可具有直平行六面体形状。包括在主体110中的介电层111可包括具有高介电常数的陶瓷材料，例如，BT基陶瓷材料(即，钛酸钡(BaTiO₃)基陶瓷材料)，但是可包括现有技术中已知的其他材料，只要可以获得足够的电容即可。如果需要，除了包括作为主要成分的陶瓷材料之外，介电层111还可包括添加剂、有机溶剂、增塑剂、粘合剂、分散剂等。这里，添加剂可在制造过程中以金属氧化物形式添加。这种金属氧化物添加剂的示例可包括MnO₂、Dy₂O₃、BaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂、Cr₂O₃和CaCO₃中的至少一种。

多个内电极121和122中的每个可通过在陶瓷生片的一个表面上以预定厚度印刷包括导电金属的膏体然后进行烧结而获得。在这种情况下，多个内电极121和122可包括在主体110的彼此相对的方向(基于附图的Z方向)上暴露的第一内电极121和第二内电极122，并且主体110的暴露有第一内电极121和第二内电极122的表面将被定义为第一表面S1。第一内电极121和第二内电极122可分别连接到不同的外电极131和132以在多层电容器被驱动时具有不同的极性，并且可通过设置在第一内电极121和第二内电极122之间的介电层111彼此电隔离。然而，根据另一示例性实施例，可改变外电极131和132的数量或内电极121和122的连接方式。构成内电极121和122的主要材料的示例可包括铜(Cu)、镍(Ni)等或它们的合金。

外电极131和132可包括第一外电极131和第二外电极132，第一外电极131和第二外电极132形成在主体110的外表面上并且分别电连接到第一内电极121和第二内电极122。第一外电极131和第二外电极132均可包括第一电极层141和第二电极层142。

第一电极层141可设置在主体110的第一表面S1上。这里，第一表面S1可对应于内电极121和122被暴露的表面。第一电极层141可连接到内电极121和122，并且可利用诸如铜(Cu)、镍(Ni)或它们的合金的导电材料形成。可通过在主体110的第一表面S1上转印、印刷或浸渍导电膏来形成第一电极层141。因此，第一电极层141可以以烧结的电极的形式实现。在这种情况下，第一电极层141除了形成在主体110的第一表面S1之外，还可形成在垂直于内电极121和122的堆叠方向(X方向)的第二表面S2以及垂直于第一表面S1和第二表面S2的第三表面S3的全部上。然而，根据示例性实施例，第一电极层141也可仅形成在主体110的第一表面S1上。第二电极层142可覆盖第一电极层141，并且可以是镀层。第二电极层142可以以包括镍(Ni)、锡(Sn)等的多层结构实现。

第一绝缘涂层151可设置在第一电极层141与第二电极层142之间，并且可具有如图4中所示的第一不连续区域D1。第一绝缘涂层151可有效地阻挡镀覆溶液通过第一电极层141渗透到主体110中。在这种情况下，第一绝缘涂层151可通过填充第一电极层141被切割的部分(例如，第一电极层141的表面中的凹槽)来防止第二电极层142渗透到主体110中，从而允许第二电极层142在结构上形成得致密且稳定。考虑到这种功能，在本示例性实施例中，通过利用可以相对薄且均匀地涂覆的绝缘材料(例如，防水材料)实现第一绝缘涂层151，外电极131和132的尺寸可保持较小，同时改善防潮特性。优选通过考虑这种功能来选择构成第一绝缘涂层151的材料，例如，第一绝缘涂层151可包括Si基和F基聚合物中的至少一种。

第一绝缘涂层151可包括第一不连续区域D1。这里，第一不连续区域D1中的至少一些可填充有第一电极层141和第二电极层142中的至少一个，使得第一电极层141和第二电极层142可彼此连接。这里，当在烧结第一电极层141之后形成第一绝缘涂层151和第二电极层142时，第二电极层142可填充在第一不连续区域D1中(如图2中所示)。第一电极层141和第二电极层142之间的电连接路径可由第一不连续区域D1形成。第一绝缘涂层151的第一不连续区域D1可通过形成第一绝缘涂层151然后通过对第一绝缘涂层151进行抛光或蚀刻以去除第一绝缘涂层151的一部分而获得。作为第一绝缘涂层151的具体示例，如图4中所示，第一绝缘涂层151可包括多个聚集体A，并且多个聚集体A之间的区域对应于不连续区域D1。

如图5和图6中所示，第一绝缘涂层151可填充形成在第一电极层141的表面上的凹槽，并且可有效地防止水分或镀覆溶液渗透通过第一电极层141。在这种情况下，在第一绝缘涂层151之中的用于填充第一电极层141的凹槽的区域可具有涂覆第一电极层141的凹槽的内壁的形状(图5和图6中的上部中的两个)，或者可具有完全填充第一电极层141中的凹槽的形状(图5和图6中的下部中的一个)。如图所示，可混合各种形状的第一绝缘涂层151，并且不必完全填充第一电极层141的凹槽。在本示例性实施例中，通过在第一绝缘涂层151中形成第一不连续区域D1，可确保第一电极层141和第二电极层142之间的电连接路径，并且可致密且稳定地形成第二电极层142。因此，当第二电极层142被实现为镀层时，可减少镀覆缺陷。在一个示例中，当通过抛光或蚀刻去除第一绝缘涂层151时，除了填充第一电极层141的凹槽的区域之外的所有剩余区域可以如图6的示例性实施例中那样被去除。此外，可考虑第一不连续区域D1的功能来确定在第一绝缘涂层151中由第一不连续区域D1占据的面积，优选地，在第一绝缘涂层151中由第一不连续区域D1占据的面积可大于90％。在一个示例中，在第一绝缘涂层151中由第一不连续区域D1占据的面积可指：在一个单元区域中的第一不连续区域的面积与所述一个单元区域的面积比，其中，在所述一个单元区域上设置有包括第一不连续区域的第一绝缘涂层151。在一个示例中，可在多层电容器100的截面中确定在第一绝缘涂层151中由第一不连续区域D1占据的面积，并且可基于例如在截面中第一不连续区域D1的区段的长度之和与包括第一不连续区域D1的第一绝缘涂层151的总长度的比率来计算在第一绝缘涂层151中由第一不连续区域D1占据的面积。可在由本领域普通技术人员确定的截面的区域中执行测量。在一个实例中，光学显微镜或扫描电子显微镜(SEM)可用于测量，但本发明不限于此。即使在本公开中没有描述，也可使用本领域普通技术人员熟知的其他方法和/或工具。另外，第一绝缘涂层151的厚度可以是2μm或更小，并且当第一绝缘涂层151太厚时，可能阻碍第二电极层142的形成，并且外电极131和132的电特性可能劣化。可基于例如最厚区域来测量第一绝缘涂层151的厚度。在一个示例中，可基于在多层电容器100的截面中的测量区域中的最厚区域来测量第一绝缘涂层151的厚度。

第二绝缘涂层152可覆盖主体110的未设置外电极131和132的表面的至少一部分。在本示例性实施例中，第二绝缘涂层152可覆盖主体110的第二表面S2和第三表面S3。然而，第二绝缘涂层152可仅覆盖第二表面S2和第三表面S3中的一个。如图2中所示，第一绝缘涂层151和第二绝缘涂层152可彼此连接。另外，第一绝缘涂层151和第二绝缘涂层152可包括相同的材料，例如，第二绝缘涂层152可包括Si基聚合物和F基聚合物中的至少一种。第一绝缘涂层151和第二绝缘涂层152可利用相同的材料形成，同时分别覆盖第一电极层141和主体110。如图所示，当在形成第一绝缘涂层151和第二绝缘涂层152之后形成第二电极层142时，第二电极层142可覆盖第二绝缘涂层152的一部分。

类似于第一绝缘涂层151，第二绝缘涂层152可包括第二不连续区域D2，第二不连续区域D2可通过对第二绝缘涂层152进行抛光或蚀刻而形成。主体110的表面被第二绝缘涂层152覆盖得越多，在防潮可靠性方面越有利，但是当将多层电容器100安装在基板等上时会发生安装变形问题。可以看出，当第二绝缘涂层152利用防水材料形成时，在利用外部接触材料进行充电时容易引起静电，导致组件在安装期间发生变形。另外，当在第二电极层142周围存在大量第二绝缘涂层152时，在安装多层电容器100时焊料和第二绝缘涂层152的润湿较少，结果，可能发生回流缺陷。为了减少此类副作用，在第二绝缘涂层152上形成第二不连续区域D2，在这种情况下，由第二不连续区域D2占据的面积比可大于70％。可类似地基于由上述第一不连续区域D1占据的面积比来限定、确定和测量由第二不连续区域D2占据的面积比。由于第一不连续区域D1和第二不连续区域D2的功能不同，因此它们的面积比可彼此不同，并且第一不连续区域D1的相对比率可更高。

如图7和图8中所示，第二绝缘涂层152可填充形成在主体110的表面上的凹槽，并且可有效地防止水分或镀覆溶液渗透通过主体110。在这种情况下，在第二绝缘涂层152之中的用于填充主体110的凹槽的区域可具有涂覆主体110的凹槽的内壁的形状(图7和图8中的左侧中的两个)，或者可具有完全填充主体110中的凹槽的形状(图7和图8中的右侧中的一个)。如图所示，可混合各种形状的第二绝缘涂层152，并且不必完全填充主体110的凹槽。

如上所述，通过在第二绝缘涂层152上形成第二不连续区域D2，可减少组件的安装缺陷。当通过抛光或蚀刻去除第二绝缘涂层152时，可如图8的示例性实施例中那样去除除了填充主体110的凹槽的区域之外的所有剩余区域。另外，类似于第一绝缘涂层151，第二绝缘涂层152的厚度可以是2μm或更小，并且当第二绝缘涂层152太厚时，可能存在安装缺陷增加的趋势。第二绝缘涂层152的厚度可基于例如最厚区域来测量。在一个示例中，可基于多层电容器100的截面中的测量区域中的最厚区域来测量第二绝缘涂层152的厚度。

在下文中，将描述通过测试本公开中的上述示例性实施例的效果而获得的结果。如下表1中所示，在改变第一绝缘涂层和第二绝缘涂层的不连续区域的比率、涂层类型和涂层厚度时进行镀覆缺陷、安装缺陷和高温加速寿命测试。这里，针对镀覆是否有缺陷，通过检验在样品(25个样品)的截面上以固定间隔选择的点来检查镀层是否被切断。安装缺陷基于以下方式确定：是否发生二次相(secondary phases)以检查当将组件安装在板上时在焊接中是否发生缺陷(400个样品)。高温加速寿命测试(HALT)用于测量多层电容器的可靠性，例如耐压特性，并且对80个样品进行高温加速寿命测试。

[表1]

从上述测试结果可以看出，当没有形成绝缘涂层时，不存在镀覆缺陷和安装缺陷，但是耐压特性差(高温加速测试缺陷率增加)，并且可以理解存在水分或镀覆溶液渗透过电极层和主体中的缺陷。另外，当绝缘涂层中没有形成不连续区域(0％)时，镀覆缺陷率非常高，并且安装缺陷率也很高。已证实，即使当存在第一不连续区域但其面积比低时(例如，小于或等于90％)，也会由于镀覆破裂而使镀覆缺陷率增加，并且当第一不连续区域的面积比大于90％时，可稳定地实现镀层。然而，已证实，当绝缘涂层变厚(大于2.0μm)时，由于对镀层形成方面的限制而会部分地发生镀覆缺陷。已证实，当第二不连续区域的面积比低时(例如，小于或等于70％)，部分地发生安装缺陷，并且当第二不连续区域的面积比大于70％时，不发生安装缺陷。

如上所述，根据本公开中的示例性实施例，可改善多层电容器的防潮可靠性。

虽然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显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行修改和变型。

Claims

1.一种多层电容器，包括：

主体，包括堆叠结构，在所述堆叠结构中堆叠有多个介电层以及第一内电极和第二内电极，在相邻的所述第一内电极和所述第二内电极之间介入有所述多个介电层中的一个介电层；

第一外电极，连接到所述第一内电极，并且包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层设置在所述主体的暴露有所述第一内电极的第一表面上，所述第二电极层覆盖所述第一电极层；

第二外电极，连接到所述第二内电极，并且包括第三电极层和第四电极层，所述第三电极层设置在所述主体的暴露有所述第二内电极的第二表面上，所述第四电极层覆盖所述第三电极层；

第一绝缘涂层，设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间以及所述第三电极层和所述第四电极层之间，并且具有第一不连续区域；以及

第二绝缘涂层，设置在所述主体上并且具有第二不连续区域，所述第二绝缘涂层至少部分地暴露。

2.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述第一绝缘涂层包括多个聚集体，并且所述多个聚集体之间的区域对应于所述第一不连续区域。

3.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述第一电极层的表面具有凹槽，并且所述第一绝缘涂层设置在所述第一电极层中的所述凹槽中。

4.根据权利要求3所述的多层电容器，其中，所述第一绝缘涂层之中的填充所述第一电极层中的凹槽的区域设置在所述第一电极层中的凹槽的内壁上。

5.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述第一电极层是烧结的电极，并且

所述第二电极层是镀层。

6.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述主体的表面具有凹槽，并且所述第二绝缘涂层设置在所述凹槽中。

7.根据权利要求6所述的多层电容器，其中，所述第二绝缘涂层中的填充所述主体中的所述凹槽的区域设置在所述主体中的所述凹槽的内壁上。

8.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述第一绝缘涂层和所述第二绝缘涂层彼此连接。

9.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述第一绝缘涂层和所述第二绝缘涂层包括相同的材料。

10.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述第二电极层或所述第四电极层覆盖所述第二绝缘涂层的一部分。

11.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述第一绝缘涂层和所述第二绝缘涂层包括Si基聚合物和F基聚合物中的至少一种。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的多层电容器，其中，在所述第一绝缘涂层中由所述第一不连续区域占据的面积大于包括所述第一不连续区域的所述第一绝缘涂层的面积的90％。

13.根据权利要求1-11中任一项所述的多层电容器，其中，在所述第二绝缘涂层中由所述第二不连续区域占据的面积大于包括所述第二不连续区域的所述第二绝缘涂层的面积的70％。

14.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述第一不连续区域的面积与包括所述第一不连续区域的所述第一绝缘涂层的面积的面积比不同于所述第二不连续区域的面积与包括所述第二不连续区域的所述第二绝缘涂层的面积的面积比。

15.根据权利要求14所述的多层电容器，其中，所述第一不连续区域的面积与包括所述第一不连续区域的所述第一绝缘涂层的面积的面积比高于所述第二不连续区域的面积与包括所述第二不连续区域的所述第二绝缘涂层的面积的面积比。

16.根据权利要求1-11中任一项所述的多层电容器，其中，所述第一绝缘涂层的厚度为2μm或更小。

17.根据权利要求1-11中任一项所述的多层电容器，其中，所述第二绝缘涂层的厚度为2μm或更小。

18.根据权利要求1-11中任一项所述的多层电容器，其中，所述第二电极层或所述第四电极层设置在所述第一绝缘涂层的不连续区域中。