CN114628149A - 多层电容器和其上安装有该多层电容器的安装板 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种多层电容器和其上安装有该多层电容器的安装板。所述多层电容器包括：主体，具有交替设置的多个介电层以及第一内电极和第二内电极，且所述介电层介于所述第一内电极与所述第二内电极之间，并且所述主体还包括所述第一内电极和所述第二内电极彼此叠置的有效区域以及分别设置在所述有效区域之上和之下的上盖和下盖；以及第一外电极和第二外电极，设置在所述主体上以分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极，其中，所述上盖和所述下盖包括钛酸钡(BT，BaTiO3)和氧化钇稳定氧化锆(YSZ)。
Description
本申请要求于2020年12月11日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0173139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和其上安装有该多层电容器的安装板。
背景技术
多层电容器由于其尺寸小和容量高而已被用于各种电子装置中。
最近，随着环保车辆和电动车辆的快速增长，车辆中越来越多地设置电力驱动系统，因此，对车辆所需的多层电容器的需求也已增加。
为了用作车辆的组件，可能需要高水平的热可靠性、电可靠性和机械可靠性，因此，多层电容器所需的性能水平也已逐渐提高。
机械性能中的一个可以是弯曲强度。当弯曲强度较弱时，在多层电容器被安装和按压时，可能由于施加到多层电容器的应力而形成穿过多层电容器的弯曲裂纹。
弯曲裂纹可能导致内电极断开，这可能导致降低产品容量的产品缺陷。
发明内容
本公开的一方面在于提供一种具有改善的弯曲强度的多层电容器和其上安装有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：主体，包括交替设置的多个介电层以及第一内电极和第二内电极，且所述介电层介于所述第一内电极与所述第二内电极之间，并且所述主体包括所述第一内电极和所述第二内电极彼此叠置的有效区域以及分别设置在所述有效区域之上和之下的上盖和下盖；以及第一外电极和第二外电极，设置在所述主体上以分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极，其中，所述上盖和所述下盖包括钛酸钡(BT，BaTiO3)和氧化钇稳定氧化锆(YSZ)。
YSZ的一部分可具有四方相。
在所述主体中，所述有效区域的成分可与所述上盖和所述下盖的成分不同。
所述有效区域可包括BT并且不包括YSZ。
基于100重量份的BT，所述上盖和所述下盖可包括0.5重量份至10重量份的YSZ。
在所述上盖和所述下盖中，YSZ的粒度可在BT的粒度的5％至25％的范围内。
所述上盖和所述下盖的总厚度可在所述主体的总厚度的10％至40％的范围内。
所述主体可包括在第一方向上彼此相对的第一表面和第二表面、在与所述第一方向垂直的第二方向上彼此相对的第三表面和第四表面以及在与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上彼此相对的第五表面和第六表面，所述第一内电极和所述第二内电极在所述第一方向上交替地设置，并且所述第一外电极和所述第二外电极分别设置在所述主体的所述第三表面和所述第四表面上。
所述第一外电极可包括设置在所述主体的所述第三表面上的第一连接部和从所述第一连接部延伸到所述主体的所述第一表面的一部分的第一带部，所述第二外电极可包括设置在所述主体的所述第四表面上的第二连接部和从所述第二连接部延伸到所述主体的所述第一表面的一部分的第二带部。
根据本公开的一方面，一种其上安装有多层电容器的安装板包括：板，其上安装有如上所述的多层电容器；以及第一电极焊盘和第二电极焊盘，彼此间隔开地设置在所述板的一个表面上，其中，所述多层电容器的所述第一外电极和所述第二外电极被安装为分别连接到所述第一电极焊盘和所述第二电极焊盘。
根据本公开的一方面，一种多层电容器包括：电容形成部，包括在堆叠方向上彼此叠置地设置的内电极；以及上盖部和下盖部，在所述堆叠方向上设置在所述电容形成部之上和之下，所述上盖部和所述下盖部包括钛酸钡(BT，BaTiO3)和氧化钇稳定氧化锆(YSZ)。
所述内电极可通过设置在相邻内电极之间的介电层隔开。
所述介电层可包括不含YSZ的介电材料，并且所述介电层的成分可与所述上盖部和所述下盖部的成分不同。
所述上盖部和所述下盖部的总厚度可在所述电容形成部与所述上盖部和所述下盖部的总厚度的10％至40％的范围内。
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是示出根据本公开的示例实施例的多层电容器的立体图；
图2A和图2B分别是示出图1中所示的第一内电极和第二内电极的结构的平面图；
图3是沿着图1中的线I-I'截取的截面图；
图4是示出BT-YSZ复合物的三点弯曲强度根据YSZ的含量的曲线图；
图5A和图5B分别是利用BT陶瓷形成的有效区域和利用BT-YSZ复合物形成的上盖或下盖的截面的SEM图像；
图6是示出在其中有效区域和盖利用BT形成的比较示例的多层电容器以及本公开的示例实施例的多层电容器的良品率根据按压深度的曲线图；以及
图7是示出图1中的多层电容器安装在板上的状态的立体图。
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例示，并且不应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公开的范围。
为了描述的清楚性，可夸大附图中的要素的形状和尺寸，并且附图中由相同的附图标记指示的要素是相同的要素。
此外，将理解的是，除非另有说明，否则当一部分“包括”要素时，它还可包括另一要素，而不排除另一要素。
将易于理解的是，尽管在此可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种构件、组件、区域、层和/或部分，但是这些构件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。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，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，下面论述的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
为了易于描述，在此可使用诸如“上方”、“上部”、“下方”和“下部”等的空间相对术语来描述如附图中所示的一个要素与另一要素的关系。将理解的是，除了附图中所描绘的方位之外，空间相对术语意图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，则被描述为在其他要素或特征“上方”或“上部”的要素于是将在其他要素或特征“下方”或“下部”定向。因此，术语“上方”根据附图的具体方向可包含上方和下方两种方位。装置可另外定向(旋转90度或处于其他方位)，并且在此使用的空间相对术语可被相应地解释。
在此使用的术语仅描述具体实施例，并且本公开不受其限制。如在此所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式也意图包括复数形式。将进一步理解的是，在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，术语“包括”和/或“包含”列举存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、构件、要素和/或它们的组，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、构件、要素和/或它们的组。
下面描述的本公开的内容可具有各种构造，并且在此仅提出所需的构造，但不限于此。
参照图1至图3，根据示例实施例的多层电容器100可包括主体110以及第一外电极131和第二外电极132。
关于主体110的方向，附图中的X、Y和Z分别表示长度方向、宽度方向和厚度方向。
厚度方向可用作介电层111被层叠的层叠方向。
主体110可具有大体上六面体的形状，但其示例实施例不限于此。
在示例实施例中，主体110的在介电层111被层叠的Z方向上彼此相对的两个表面可被定义为第一表面1和第二表面2，主体110的将第一表面1和第二表面2彼此连接并且在X方向上彼此相对的两个表面可被定义为第三表面3和第四表面4，主体110的将第一表面1和第二表面2彼此连接、将第三表面3和第四表面4彼此连接并且在Y方向上彼此相对的两个表面可被定义为第五表面5和第六表面6。
主体110可包括有效区域115以及盖112和113。盖112和113可包括上盖112和下盖113。另外，上盖112和下盖113也可称为上盖部和下盖部。
有效区域可对形成多层电容器的电容有贡献，并且在有效区域中，可层叠多个介电层111，第一内电极121和第二内电极122可在Z方向上交替地层叠，且介电层111介于第一内电极121与第二内电极122之间。
如附图中所示，上盖112可以是在设置于有效区域115的最上部上的第一内电极121的上表面上形成为具有预定厚度的部分，下盖113可以是在设置于有效区域115的最下部上的第二内电极122的下表面上形成为具有预定厚度的部分。
在示例实施例中，上盖112和下盖113可利用具有与有效区域115中包括的介电层111的成分不同的成分的介电材料形成。
在这种情况下，上盖112和下盖113的总厚度可在主体110的总厚度的10％至40％的范围内。
有效区域115的介电层111可包括烧结的介电材料，彼此相邻的介电层111可被一体化为使得在不使用扫描电子显微镜(SEM)的情况下难以识别它们之间的边界。
第一内电极121和第二内电极122可具有不同的极性，并且可设置为在介电层111的层叠方向上彼此相对，并且可通过介于第一内电极121与第二内电极122之间的介电层111彼此绝缘。
第一内电极121的一端和第二内电极122的一端可分别通过主体110的第三表面3和第四表面4暴露。
第一内电极121的通过主体110的第三表面3暴露的一端可电连接到设置在主体110的第三表面3上的第一外电极131，第二内电极122的通过主体110的第四表面4暴露的一端可电连接到设置在主体110的第四表面4上的第二外电极132。
当将预定电压施加到第一外电极131和第二外电极132时，电荷可在彼此相对的第一内电极121与第二内电极122之间累积。
在这种情况下，多层电容器100的电容可与有效区域中在Z方向上彼此叠置的第一内电极121与第二内电极122之间叠置的区域成比例。
例如，第一内电极121和第二内电极122可利用导电金属(诸如镍(Ni)或镍(Ni)合金)形成，但其示例实施例不限于此。
第一内电极121和第二内电极122可利用包含导电金属的导电膏形成。此外，可使用丝网印刷法或凹版印刷法作为印刷导电膏的方法，并且其示例实施例不限于此。
第一外电极131可包括第一连接部131a和第一带部131b，第二外电极132可包括第二连接部132a和第二带部132b。
第一连接部131a和第二连接部132a可分别设置在主体110的第三表面3和第四表面4上，并且可分别接触并电连接到第一内电极121的暴露部和第二内电极122的暴露部。
第一带部131b可从第一连接部131a延伸到主体110的第一表面1的一部分，第二带部132b可从第二连接部132a延伸到主体110的第一表面1的一部分。
在这种情况下，为了改善固定强度，第一带部131b可从第一连接部131a进一步延伸到主体110的第二表面2的一部分、第五表面5和第六表面6的一部分，第二带部132b可从第二连接部132a进一步延伸到主体110的第二表面2的一部分、第五表面5和第六表面6的一部分。
第一外电极131和第二外电极132可利用包括导电金属的导电膏形成。
导电金属可以是镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)、金(Au)或它们的合金，但其示例实施例不限于此。
如果需要，第一外电极131和第二外电极132还可包括位于它们的表面上的使用镍(Ni)或锡(Sn)形成的镀层(未示出)。
作为改善一般多层电容器的弯曲强度的方法，可使用层叠两个多层电容器并使用金属框架将外电极彼此连接使得两个电容器可被构造为单个电子组件的方法。可使用将导电树脂层应用于外电极的方法作为另一方法。
可使用以上两种方法来减轻多层电容器受到的应力，然而，当多层电容器受到大于或等于特定水平的附加应力时，主体可能无法承受该应力而可能形成弯曲裂纹。
此外，当使用金属框架时，电子组件的尺寸可因金属框架的尺寸而增大。
机械强度可以是影响多层电容器的弯曲强度性能的因素。
当按压其上安装有多层电容器的板时，由板的弯曲导致的应力可施加到片(多层电容器)，且应力可在外电极的带部的端部上最大化，并且可通过带部中的小缺陷而形成裂纹。
也就是说，用于使裂纹最小化的一种方法可在于增大多层电容器中带部的应力集中的端部附近的机械强度。
为此，在示例实施例中，其中氧化钇稳定氧化锆(Yttria-stabilized zirconia，YSZ)纳米颗粒与钛酸钡(BT，BaTiO3)介电基质混合的BT-YSZ复合材料可应用于上盖和下盖。
在这种情况下，基于100重量份的BT，上盖112和下盖113可包括0.5重量份至10重量份的YSZ。
图5A和图5B分别是放大20000倍至50000倍拍摄的利用BT陶瓷形成的有效区域和利用BT-YSZ复合物形成的上盖或下盖的截面的微观结构的SEM图像。如在图5A和图5B中，在上盖112和下盖113中，YSZ的粒度可以是BT的粒度的5％至25％。如图5B中所示，如在此所使用的YSZ的粒度指的是BT晶粒中的YSZ的直径的平均值。如在此所使用的BT的粒度指的是BT晶粒的直径的平均值。因此，在示例中，如果YSZ的平均直径为20nm且BT的平均直径为200nm，则YSZ的粒度是BT的粒度的10％。
为了测量YSZ的粒度，切割多层电容器的在X方向上的中央，并且对与Y-Z表面平行地形成的截面进行成像，其中，对所获得的图像测量YSZ的粒度，所述图像从截面中的上盖或下盖的在Y方向上的三等分的点处获得，并且获得三等分的YSZ的粒度的平均值。
BT-YSZ复合材料可具有ZrO2纳米颗粒分散在BT介电基质中的混合结构。
包括的ZrO2颗粒可以是具有数十纳米尺寸的氧化物颗粒，所述氧化物颗粒包含约3mol％的Y2O3并且部分氧化物颗粒稳定为四方相。
BT介电陶瓷的弯曲强度可根据添加剂和烧结温度而变化，并且可以是约30-80MPa，而ZrO2颗粒可具有约1200MPa的弯曲强度，该弯曲强度在烧结时是较高的。
因此，如图4中所示，对于将ZrO2颗粒添加到BT的复合材料，弯曲强度可根据YSZ的含量而增大至约125MPa，从而可预期，当制造多层电容器时，弯曲强度性能可高于仅利用BT形成的介电陶瓷材料的弯曲强度性能。
另外，对于YSZ，由于烧结温度为1300℃或更高，高于BT的烧结温度，因此当混合并烧结BT和YSZ时，可获得大部分作为第二相保留的复合物，并且BT-YSZ复合材料可具有增大的机械性能，诸如增大的弹性模量、增大的杨氏模量和改善的弯曲强度。
因此，与其中上盖和下盖仅利用BT形成的一般多层电容器相比，对于示例实施例中的将BT-YSZ复合材料应用于上盖和下盖的多层电容器，可改善多层电容器的弯曲强度，因此，可显著减少或防止弯曲裂纹。
YSZ的一部分可具有四方相。当BT-YSZ复合材料在1200℃或更高的温度下烧结时，ZrO2(四方相)可部分扩散到BT晶粒中，因此，可出现BT电介质中掺杂Zr的效果。
当在有效区域中出现BT电介质中掺杂Zr的效果时，可能引起介电特性的变化。为了防止以上问题，在示例实施例中，BT-YSZ结构可仅应用于上盖和下盖，并且有效区域可仅通过BT实现，而不包括YSZ。
图6是示出具有示例实施例中的结构的多层电容器与一般多层电容器的翘曲测试结果之间的比较的曲线图。
比较示例(#1)具有其中有效区域和盖利用相同的BT形成的结构，实施例(#2)是具有其中上盖和下盖利用BT-YSZ复合材料形成的结构的多层电容器。
在这种情况下，各样品所使用的多层电容器在X方向上的长度为1.6mm，在Y方向上的长度为0.8mm，电特性(电容)为2.2μF。
在实施例的情况下，基于100重量份的BT，3重量份的YSZ被添加到上盖和下盖。
将多层电容器中的每个安装在PCB上，每次将板的按压深度增大1mm，并观察多层电容器中是否形成裂纹，结果列于图6中。
参照图6，在比较示例中，当按压深度为5mm时开始形成裂纹，并且当按压深度超过10mm时，良品率接近0％，并且当按压深度超过11mm时，良品率为0％。如在此所使用的，术语“良品率”指的是如在此所述的翘曲测试期间没有裂纹的测试的电容器与测试的电容器的总数量的比率。
在一个示例中，良品率如下确定：将电容器片安装在PCB板上；PCB板适当地连接以用于执行电容测量；之后使用定制的圆形尖端按压PCB板；PCB板所产生的弯曲导致电容器片的电容改变；在一些情况下，由于裂纹的发生，电容可能在特定按压深度下急剧减小，在这样的情况下，电容器出现短路，或者可被称为“不工作的”。因此，良品率是留下来(没有出现故障)的电容器的数量与测试的电容器的总数量的比率。
因此，在图6中，在比较示例#1中，测试的电容器的总数量为20。如果按压深度为4mm，则在任何电容器中都没有裂纹。然而，在5mm的按压深度下，测试的电容器中的1个电容器不工作，导致95％的良品率。另一方面，在6mm的按压深度下，4个电容器不工作，导致80％的良品率。
在实施例中，直到9mm的按压深度，良品率为100％，即使当按压深度为10mm时，良品率也为95％，并且即使当按压深度超过11mm时，良品率也没有像比较示例中那样快速降低。
因此，可确认的是，如在示例实施例中那样，当将BT-YSZ复合材料应用于上盖和下盖时，可改善多层电容器的弯曲强度性能。
图7是示出图1中的多层电容器安装在板上的状态的立体图。
参照图7，示例实施例中的其上安装有多层电容器的安装板可包括：板210，其上安装有多层电容器100；以及第一电极焊盘221和第二电极焊盘222，彼此间隔开地设置在板210的上表面上。
多层电容器100可通过焊料231和232电连接到板210，而第一外电极131和第二外电极132分别设置在第一电极焊盘221和第二电极焊盘222上并且分别与第一电极焊盘221和第二电极焊盘222接触。
在这种情况下，在多层电容器100中，为了实现改善弯曲强度的效果，第一内电极121和第二内电极122可如示例实施例中那样相对于板210水平地设置。
这里，多层电容器100是上述示例实施例中所述的多层电容器，并且将不提供对其的详细描述以避免重复。
根据上述示例实施例，通过将混合有BT和YSZ的复合材料应用于盖，可改善多层电容器的弯曲强度。
虽然上面已经示出和描述了示例实施例，但是对于本领域技术人员来说将易于理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可进行修改和变型。
Claims (18)
1.一种多层电容器，包括：
主体，包括交替设置的多个介电层以及第一内电极和第二内电极，且所述介电层介于所述第一内电极与所述第二内电极之间，并且所述主体包括所述第一内电极和所述第二内电极彼此叠置的有效区域以及分别设置在所述有效区域之上和之下的上盖和下盖；以及
第一外电极和第二外电极，设置在所述主体上以分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极，
其中，所述上盖和所述下盖包括BT和YSZ，其中，BT为BaTiO3，YSZ为氧化钇稳定氧化锆。
2.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，YSZ的一部分具有四方相。
3.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，在所述主体中，所述有效区域的成分与所述上盖和所述下盖的成分不同。
4.根据权利要求3所述的多层电容器，其中，所述有效区域包括BT并且不包括YSZ。
5.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，基于100重量份的BT，所述上盖和所述下盖包括0.5重量份至10重量份的YSZ。
6.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，在所述上盖和所述下盖中，YSZ的粒度在BT的粒度的5％至25％的范围内。
7.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述上盖和所述下盖的总厚度在所述主体的总厚度的10％至40％的范围内。
8.根据权利要求1所述的多层电容器，
其中，基于100重量份的BT，所述上盖和所述下盖包括0.5重量份至10重量份的YSZ，并且
其中，在所述上盖和所述下盖中，YSZ的粒度在BT的粒度的5％至25％的范围内。
9.根据权利要求1所述的多层电容器，
其中，基于100重量份的BT，所述上盖和所述下盖包括0.5重量份至10重量份的YSZ，并且
其中，所述上盖和所述下盖的总厚度在所述主体的总厚度的10％至40％的范围内。
10.根据权利要求1所述的多层电容器，
其中，在所述上盖和所述下盖中，YSZ的粒度在BT的粒度的5％至25％的范围内，并且
其中，所述上盖和所述下盖的总厚度在所述主体的总厚度的10％至40％的范围内。
11.根据权利要求1所述的多层电容器，
其中，基于100重量份的BT，所述上盖和所述下盖包括0.5重量份至10重量份的YSZ，
其中，在所述上盖和所述下盖中，YSZ的粒度在BT的粒度的5％至25％的范围内，并且
其中，所述上盖和所述下盖的总厚度在所述主体的总厚度的10％至40％的范围内。
12.根据权利要求1所述的多层电容器，
其中，所述主体包括在第一方向上彼此相对的第一表面和第二表面、在与所述第一方向垂直的第二方向上彼此相对的第三表面和第四表面以及在与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上彼此相对的第五表面和第六表面，
其中，所述第一内电极和所述第二内电极在所述第一方向上交替地设置，并且
其中，所述第一外电极和所述第二外电极分别设置在所述主体的所述第三表面和所述第四表面上。
13.根据权利要求12所述的多层电容器，其中，所述第一外电极包括设置在所述主体的所述第三表面上的第一连接部和从所述第一连接部延伸到所述主体的所述第一表面的一部分的第一带部，所述第二外电极包括设置在所述主体的所述第四表面上的第二连接部和从所述第二连接部延伸到所述主体的所述第一表面的一部分的第二带部。
14.一种其上安装有多层电容器的安装板，所述安装板包括：
板，其上安装有根据权利要求1至13中任一项所述的多层电容器；以及
第一电极焊盘和第二电极焊盘，彼此间隔开地设置在所述板的一个表面上，
其中，所述多层电容器的所述第一外电极和所述第二外电极被安装为分别连接到所述第一电极焊盘和所述第二电极焊盘。
15.一种多层电容器，包括：
电容形成部，包括在堆叠方向上彼此叠置地设置的内电极；以及
上盖部和下盖部，在所述堆叠方向上设置在所述电容形成部之上和之下，所述上盖部和所述下盖部包括BT和YSZ，其中，BT为BaTiO3，YSZ为氧化钇稳定氧化锆。
16.根据权利要求15所述的多层电容器，其中，所述内电极通过设置在相邻内电极之间的介电层隔开。
17.根据权利要求16所述的多层电容器，其中，所述介电层包括不含YSZ的介电材料，并且所述介电层的成分与所述上盖部和所述下盖部的成分不同。
18.根据权利要求15所述的多层电容器，其中，所述上盖部和所述下盖部的总厚度在所述电容形成部与所述上盖部和所述下盖部的总厚度的10％至40％的范围内。
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