CN114613601A

CN114613601A - 多层电容器

Info

Publication number: CN114613601A
Application number: CN202111067422.7A
Authority: CN
Inventors: 金汇大; 安永圭
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2022-06-10
Also published as: KR20220079232A; US20220181085A1; US11830677B2

Abstract

本公开提供了一种多层电容器。所述多层电容器包括：主体，包括多层结构，在所述多层结构中堆叠有多个介电层；以及多个外电极，其中，所述主体包括：有效区，包括多个内电极；以及附加电极区，包括多个附加电极层。所述多个附加电极层所连接到的外电极和所述多个内电极中的与相应的附加电极层最相邻的内电极所连接到的外电极的极性不同，并且满足条件1<d/e≤5，其中，e是所述多个内电极中的相邻内电极之间的距离，d是彼此最相邻的所述多个内电极中的内电极与所述多个附加电极层中的附加电极层之间的距离。

Description

多层电容器

本申请要求于2020年12月4日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0168788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

电容器是能够储存电力的元件。通常，使用两个电极彼此相对并且当施加电压时在每个电极中积累电力的原理。当施加直流(DC)电压时，电力积累并且电流在电容器中流动，但是当积累完成时，没有电流在电容器中流动。另一方面，当施加交流(AC)电压时，在电极的极性交替变化的同时，AC电流继续流动。

根据设置在电极之间的绝缘体的类型，电容器被分类为：铝电解电容器，在铝电解电容器中，构造铝电极并且在铝电极之间设置氧化物薄膜；钽电容器，使用钽作为电极材料；陶瓷电容器，在电极之间使用诸如钛酸钡的高k介电材料；多层陶瓷电容器(MLCC)，在多层陶瓷电容器(MLCC)中，使用具有多层结构的高k陶瓷作为设置在电极之间的介电材料；膜电容器，使用聚苯乙烯膜作为电极之间的介电材料；等等。

近来，在电容器中，有利地具有优异的温度特性和频率特性并且可以以小尺寸实现的MLCC已经普遍应用于诸如高频电路的各种领域。近年来，实现更小的多层陶瓷电容器的尝试继续进行，并且为此目的，介电层和内电极被形成为薄的。

在多层陶瓷电容器的情况下，由于诸如材料、工艺条件等因素，多层陶瓷电容器的内电极的端部可能难以控制形状或物理特性，并且具有较高的缺陷可能性。这样，即使当施加弱电场时，也很可能在内电极的端部处发生介电击穿，因此，需要一种改善内电极和介电层之间的界面处(特别是内电极的端部处)的耐受电压特性的方法。

发明内容

本公开的一方面可提供一种具有改善的耐受电压可靠性的多层电容器。

根据本公开的一方面，一种多层电容器可包括：主体，包括多层结构，在所述多层结构中堆叠有多个介电层；以及多个外电极，设置在所述主体的外部，其中，所述主体包括：有效区，包括堆叠的多个内电极，所述内电极连接到所述多个外电极中的至少一个，且所述介电层介于相邻的内电极之间；以及附加电极区，设置在覆盖所述有效区的上部和下部中的至少一个的位置处且包括多个附加电极层，所述附加电极层连接到所述多个外电极中的至少一个。所述多个附加电极层所连接到的外电极和所述多个内电极中的与相应的附加电极层最相邻的内电极所连接到的外电极的极性可不同，并且可满足条件1<d/e≤5，其中，e是所述有效区的所述多个内电极中的相邻内电极之间的距离，d是彼此最相邻的所述多个内电极中的内电极与所述多个附加电极层中的附加电极层之间的距离。

所述附加电极区可包括设置在所述有效区上方的第一附加电极区和设置在所述有效区下方的第二附加电极区，并且所述第一附加电极区和所述第二附加电极区中的至少一个可满足条件1<d/e≤5。

所述第一附加电极区可包括多个第一附加电极层，所述第二附加电极区可包括多个第二附加电极层，并且所述第一附加电极层和所述第二附加电极层可分别连接到所述多个外电极中的第一外电极和第二外电极。

所述附加电极区可满足条件3≤d/e≤5。

所述附加电极区中的每个附加电极区的所述多个附加电极层可连接到所述多个外电极中的相同极性的外电极。

所述附加电极区的所述多个附加电极层中的至少一个附加电极层可包括多个段。

根据本公开的另一方面，一种多层电容器可包括：主体，包括多层结构，在所述多层结构中堆叠有多个介电层；以及多个外电极，设置在所述主体的外部，其中，所述主体包括：有效区，包括多个内电极，所述多个内电极沿第一方向堆叠且所述介电层介于相邻的内电极之间，所述内电极在垂直于所述第一方向的第二方向上从所述主体暴露并且连接到所述多个外电极中的至少一个；以及附加电极区，设置在覆盖所述有效区的上部和下部中的至少一个的位置处且包括多个附加电极层，所述附加电极层连接到所述多个外电极中的至少一个。所述多个附加电极层所连接到的外电极和所述多个内电极中的与相应的附加电极层最相邻的内电极所连接到的外电极的极性可不同，并且可满足条件0.94≤b/a<1，其中，a是所述有效区的所述多个内电极中的一个内电极的宽度，并且b是所述附加电极区的所述多个附加电极层中的一个附加电极层的宽度，每个宽度是在与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上测量的。

所述附加电极区可包括设置在所述有效区上方的第一附加电极区和设置在所述有效区下方的第二附加电极区，并且所述第一附加电极区和所述第二附加电极区中的至少一个可满足条件0.94≤b/a<1。

所述第一附加电极区可包括多个第一附加电极层，所述第二附加电极区可包括多个第二附加电极层，并且所述第一附加电极层和所述第二附加电极层可分别连接到所述多个外电极中的具有不同极性的外电极。

所述附加电极区可满足条件0.94≤b/a≤0.98。

可满足条件1<d/e≤5，其中，e是所述有效区的所述多个内电极中的相邻内电极之间的距离，并且d是彼此最相邻的所述多个内电极中的内电极与所述多个附加电极层中的附加电极层之间的距离。

可满足条件3≤d/e≤5，其中，e是所述有效区的所述多个内电极中的相邻内电极之间的距离，并且d是彼此最相邻的所述多个内电极中的内电极与所述多个附加电极层中的附加电极层之间的距离。

所述多个段可沿一个方向布置以具有条形形状。

所述多个段可具有网格形式。

附图说明

根据以下结合附图的具体实施方式，将更清楚地理解本公开的上述和其他方面、特征和其他优点，在附图中：

图1是示意性地示出根据本公开中的示例性实施例的多层电容器的外部的立体图；

图2是沿图1的多层电容器中的线I-I'截取的截面图；

图3至图6是沿图1的多层电容器中的线II-II'截取的截面图；

图7和图8示出了具有多个段的附加电极层的形状；以及

图9和图10是示出了在改变附加电极区的形状的同时，最大电场值的变化的模拟曲线图。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。

图1是示意性地示出根据本公开中的示例性实施例的多层电容器的外部的立体图。图2是沿图1的多层电容器中的线I-I'截取的截面图。图3至图6是沿图1的多层电容器中的线II-II'截取的截面图。

一起参照图1至图3，根据本公开中的示例性实施例的多层电容器100包括：主体110，包括其中堆叠有多个介电层111的结构；以及多个外电极131和132，设置在主体110的外部。主体110内部设置有有效区A以及附加电极区D1和D2。这里，包括在附加电极区D1和D2中的多个附加电极层141和142连接到与有效区A的相邻内电极121和122具有不同极性的外电极131和132。此外，当有效区A中的相邻内电极121和122之间的距离为e并且有效区A与附加电极区D1和D2之间的距离为d时，满足条件1<d/e≤5。

主体110包括多个介电层111，并且可例如通过堆叠多个生片之后烧结堆叠的生片来获得。通过烧结工艺，多个介电层111可具有一体的形式。如图1所示，主体110可具有类似于长方体的形状。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，即，钛酸钡(BaTiO₃)基陶瓷。然而，可使用本领域已知的其他材料，只要可获得足够的电容即可。如果需要，除了作为主组分的这样的陶瓷材料之外，介电层111还可包括添加剂、有机溶剂、增塑剂、粘合剂和分散剂。这里，在包括添加剂的情况下，添加剂可在制造工艺期间以金属氧化物的形式添加。这样的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可通过在陶瓷生片的一个表面上印刷预定厚度的包含导电金属的膏之后烧结该膏来获得。在这种情况下，当多个内电极121和122的堆叠方向是第一方向(附图中的X方向)时，多个内电极121和122可包括第一内电极121和第二内电极122，第一内电极121和第二内电极122在主体110中在垂直于第一方向的第二方向(附图中的Y方向)上从主体110暴露。第一内电极121和第二内电极122连接到不同的外电极131和132以在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彼此电分离。然而，外电极131和132的数量或外电极131和132与内电极121和122的连接方法可根据示例性实施例而变化。内电极121和122的主要构成材料可以是Cu、Ni、Ag、Pd等，并且也可使用包括它们中的至少一种的合金。

外电极131和132形成在主体110的外部，并且包括分别连接到第一内电极121和第二内电极122的第一外电极131和第二外电极132。这里，第一外电极131和第二外电极132可设置为在第二方向(Y方向)上彼此面对。外电极131和132可通过制备包括导电金属的材料作为膏并将该膏涂覆到主体110来形成。导电金属的示例可包括镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)、金(Au)或包括它们中的至少一种的合金。在此，外电极131和132可另外包括镀层，镀层包含Ni、Sn等。

有效区A是在多层电容器100中主要形成电容的区域，并且包括堆叠在主体110中的多个内电极121和122，且介电层111介于内电极121和122之间，并且内电极121和122连接到多个外电极131和132中的至少一个。附加电极区D1和D2设置在覆盖有效区A的上部和下部中的至少一个的位置处，并且附加电极层141和142连接到多个外电极131和132中的至少一个。多个附加电极层141和142可包括导电材料，例如与内电极121和122的主要构成材料相同的材料。

在本示例性实施例中，第一附加电极区D1和第二附加电极区D2分别设置在有效区A的上方和下方，但是可仅第一附加电极区D1和第二附加电极区D2中的任一个设置在有效区A的一侧上。多个附加电极层141和142连接到多个外电极131和132中的具有与有效区A的多个内电极121和122中的与相对应的附加电极层最相邻的内电极所连接到的外电极不同的极性的外电极。例如，包括在第一附加电极区D1中的多个第一附加电极层141可连接到第一外电极131，并且包括在第二附加电极区D2中的多个第二附加电极142可连接到具有与第一外电极131不同的极性的第二外电极132。此外，在这种情况下，多个第一附加电极层141可全部连接到相同极性的外电极，例如，连接到相同的外电极，即，第一外电极131。类似地，多个第二附加电极142可全部连接到相同极性的外电极，例如，连接到相同的外电极，即，第二外电极132。在这种情况下，第一附加电极区D1和第二附加电极区D2中的至少一个可满足上述条件1<d/e≤5。

在本示例性实施例中，除了有效区A之外，附加电极区D1和D2还在第一方向(X方向)上设置在有效区A的外部，由此可减轻有效区A的端部上的电场集中。如上所述，附加电极层141和142连接到与相邻的内电极121和122具有相反极性的外电极131和132，同时调节有效区A与附加电极区D1和D2之间的距离，从而使减小(或弛豫)电场的效果最大化。具体地，当有效区A的多个内电极121和122中的相邻内电极之间的距离为e，并且彼此最相邻的内电极与附加电极层之间的距离为d时，满足条件1<d/e≤5，所述内电极为有效区A的多个内电极121和122中的内电极，所述附加电极层为附加电极区D1和D2的多个附加电极层141和142中的附加电极层。当满足条件时，电场不集中在有效区A的端部，并且可有效地分布到附加电极区D1和D2，而不会显著影响多层电容器100的总电容。此外，如稍后将描述的，当附加电极区D1和D2满足条件3≤d/e≤5时，可最大程度地改善减小电场的效果。另一方面，可通过在多个区域处测量第一内电极121与第二内电极122之间的距离并对测量值求平均来获得值e，并且还可通过测量设置在第一内电极121与第二内电极122之间的介电层111的平均厚度来获得值e。相似的测量方法也可应用于值d。例如，可通过光学显微镜或扫描电子显微镜(SEM)在图2或图3中所示的主体110的截面处执行测量，但本公开不限于此。可以以类似的方式测量其他参数。即使在本公开中没有描述，也可使用本领域普通技术人员理解的其他方法和/或工具。

将参照图4来描述上述实施例的变型示例，附加电极区D1和D2处的附加电极层141和142的宽度也影响内电极121和122的电场分布效果。在这种情况下，附加电极区D1和D2与有效区A之间的间隔不需要满足先前示例性实施例中描述的条件。参照未在先前示例性实施例中描述的变型的一部分，当有效区A的多个内电极121和122的宽度分别为a并且附加电极区D1和D2的多个附加电极层141和142的宽度分别为b时，满足条件0.94≤b/a<1。在此，多个内电极121和122以及多个附加电极层141和142的宽度是基于在与第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)垂直的第三方向(Z方向)上测量的宽度。此外，可通过对在多个采样区域处测量的宽度求平均来获得多个内电极121和122的宽度以及多个附加电极层141和142的宽度。作为就电场弛豫效果而言的更优选的条件，附加电极区D1和D2可满足条件0.94≤b/a≤0.98。

图4的变型可另外应用于前一示例性实施例和后一示例性实施例，只要其内容不矛盾即可。例如，如在图5的示例性实施例中，当满足上述1<d/e≤5和0.94≤b/a<1的两个条件时，可进一步改善内电极的端部处的电场弛豫效果。

将参照图6至图8描述另一变型。在图6的示例性实施例中，附加电极区D1和D2的多个附加电极层141和142中的至少一个包括多个段。这些段由间隙G分开，并且可沿一个方向布置以具有如图7所示的条形形状，或者可以以如图8所示的网格形式实现。具有由间隙G分开的段的附加电极层141和142可更有效地减小电场，因为它们具有暴露的多个侧表面。另一方面，图6的示例性实施例被示出为基于图5的示例性实施例进行变型，但是这种段结构也可应用于图3和图4的示例性实施例。

在下文中，将描述与附加电极区的形状相关的上述条件的电场弛豫效果。图9和图10是示出了最大电场值随着附加电极区的形状的变化而变化的模拟曲线图。图9示出了随着d/e值从0变化到10而产生的电场变化。在与沿第三方向(Z方向)从有效区的端部起的介电层的一半宽度相对应的区域处测量电场值，并且示出了在多个采样区域处测量的值中的最大值。关于实验条件，附加电极区设置在有效区的上方和下方两者，并且两个附加电极层设置在每个附加电极区中。此外，将b/a值固定为1。实验结果表明，d/e值大于1时，电场减小效果良好。随着d/e值接近1，电场减小效果降低，理解的是，附加电极层的功能类似于有效区中的内电极。此外，随着d/e值接近1，即使当d/e值增加时，电场减小效果也降低。另一方面，由于主体的厚度也随着d/e值的增加而增加，因此就组件的小型化而言，较小的d/e值是有利的。从该观点来看，将1<d/e≤5设定为优选条件，并且当满足条件3≤d/e≤5时，电场弛豫效果最佳。

图10示出了随着b/a值从0.7改变为1而产生的电场值的变化，并且在此，d/e值被固定为1。当b/a值接近1时，电场减小效果降低，这被理解为附加电极层像有效区中的内电极一样起作用。当b/a值大于0.7时，最大电场值减小，所以，根据本公开的示例性实施例，b/a值满足0.7<b/a<1时，可实现电场减小效果。更优选地，0.94≤b/a<1。当满足0.94≤b/a≤0.98的条件时，电场弛豫效果最好。

如上所述，根据本公开的示例性实施例，多层电容器具有改善的耐受电压可靠性。

尽管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将易于理解的是，可在不脱离本公开的由所附权利要求限定的范围的情况下进行修改和改变。

Claims

1.一种多层电容器，包括：

主体，包括多层结构，在所述多层结构中堆叠有多个介电层；以及

多个外电极，设置在所述主体的外部，

其中，所述主体包括：有效区，包括堆叠的多个内电极，所述内电极连接到所述多个外电极中的至少一个，且所述介电层介于相邻的内电极之间；以及附加电极区，设置在覆盖所述有效区的上部和下部中的至少一个的位置处且包括多个附加电极层，所述附加电极层连接到所述多个外电极中的至少一个，

其中，所述多个附加电极层所连接到的外电极和所述多个内电极中的与相应的附加电极层最相邻的内电极所连接到的外电极的极性不同，并且

满足条件1<d/e≤5，其中，e是所述有效区的所述多个内电极中的相邻内电极之间的距离，d是彼此最相邻的所述多个内电极中的内电极与所述多个附加电极层中的附加电极层之间的距离。

2.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述附加电极区包括设置在所述有效区上方的第一附加电极区和设置在所述有效区下方的第二附加电极区，并且所述第一附加电极区和所述第二附加电极区中的至少一个满足条件1<d/e≤5。

3.根据权利要求2所述的多层电容器，其中，所述第一附加电极区包括多个第一附加电极层，所述第二附加电极区包括多个第二附加电极层，并且所述第一附加电极层和所述第二附加电极层分别连接到所述多个外电极中的第一外电极和第二外电极。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的多层电容器，其中，所述附加电极区满足条件3≤d/e≤5。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的多层电容器，其中，所述附加电极区中的每个附加电极区的所述多个附加电极层连接到所述多个外电极中的相同极性的外电极。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的多层电容器，其中，所述附加电极区的所述多个附加电极层中的至少一个附加电极层包括多个段。

7.一种多层电容器，包括：

多个外电极，设置在所述主体的外部，

其中，所述主体包括：有效区，包括多个内电极，所述多个内电极沿第一方向堆叠且所述介电层介于相邻的内电极之间，所述内电极在垂直于所述第一方向的第二方向上从所述主体暴露并且连接到所述多个外电极中的至少一个；以及附加电极区，设置在覆盖所述有效区的上部和下部中的至少一个的位置处且包括多个附加电极层，所述附加电极层连接到所述多个外电极中的至少一个，

满足条件0.7<b/a<1，其中，a是所述有效区的所述多个内电极中的一个内电极的宽度，并且b是所述附加电极区的所述多个附加电极层中的一个附加电极层的宽度，每个宽度是在与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上测量的。

8.根据权利要求7所述的多层电容器，其中，所述附加电极区包括设置在所述有效区上方的第一附加电极区和设置在所述有效区下方的第二附加电极区，并且所述第一附加电极区和所述第二附加电极区中的至少一个满足条件0.7<b/a<1。

9.根据权利要求8所述的多层电容器，其中，所述第一附加电极区包括多个第一附加电极层，所述第二附加电极区包括多个第二附加电极层，并且所述第一附加电极层和所述第二附加电极层分别连接到所述多个外电极中的第一外电极和第二外电极。

10.根据权利要求7所述的多层电容器，其中，所述附加电极区满足条件0.94≤b/a≤0.98。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的多层电容器，其中，满足条件1<d/e≤5，其中，e是所述有效区的所述多个内电极中的相邻内电极之间的距离，并且d是彼此最相邻的所述多个内电极中的内电极与所述多个附加电极层中的附加电极层之间的距离。

12.根据权利要求11所述的多层电容器，其中，满足条件3≤d/e≤5。

13.根据权利要求7-10中任一项所述的多层电容器，其中，所述附加电极区中的每个附加电极区的所述多个附加电极层连接到所述多个外电极中的相同极性的外电极。

14.根据权利要求7-10中任一项所述的多层电容器，其中，所述附加电极区的所述多个附加电极层中的至少一个附加电极层包括多个段。

15.根据权利要求7所述的多层电容器，其中，满足条件1<d/e≤5，其中，e是所述有效区的所述多个内电极中的相邻内电极之间的距离，并且d是彼此最相邻的所述多个内电极中的内电极与所述多个附加电极层中的附加电极层之间的距离。

16.根据权利要求15所述的多层电容器，其中，满足条件3≤d/e≤5。

17.根据权利要求14所述的多层电容器，其中，所述多个段沿一个方向布置以具有条形形状。

18.根据权利要求14所述的多层电容器，其中，所述多个段具有网格形式。