CN115938799A - 多层电容器 - Google Patents

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赵洙玎
李冈夏
朴允娥
千晋雨
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朴明俊
李种晧
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Abstract

本公开提供一种多层电容器。所述多层电容器包括：主体，包括介电层以及彼此堆叠的多个内电极，且所述介电层介于所述多个内电极之间；以及外电极，设置在所述主体的外部上，并且连接到所述多个内电极，其中，所述多个内电极中的至少一个内电极包括合金区，所述合金区形成在与所述外电极中的相应外电极接触的区域中，并且所述合金区包括镍(Ni)‑铬(Cr)合金。

Description

多层电容器
本申请要求于2021年10月1日在韩国知识产权局提交的第10-2021-0131027号韩国专利申请的优先权的权益，所述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
电容器是可储存电荷的装置，并且通常，当在电容器的两个电极彼此相对设置的状态下向电容器施加电压时，电荷在两个电极中的每个中累积。在向电容器施加直流(DC)电压的情况下，当电荷在电容器中累积时电流在电容器中流动。此外，在向电容器施加交流(AC)电压的情况下，当电极的极性彼此交替时，AC电流在电容器中流动。
基于位于电极之间的绝缘体的类型，电容器可分为数种类型，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)、薄膜电容器等，在铝电解电容器中，电极利用铝制成并且薄氧化膜设置在这些铝电极之间，在钽电容器中，钽用作电极材料，在陶瓷电容器中，高介电常数的介电材料(诸如钛酸钡)位于电极之间，在多层陶瓷电容器(MLCC)中，形成为多层结构的高介电常数的陶瓷用作位于电极之间的介电材料，在薄膜电容器中，聚苯乙烯膜用作位于电极之间的介电材料。
在这些电容器中，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的尺寸实现，因此近来已经被广泛使用于各种领域(诸如高频电路)中。近年来，已经不断地尝试使多层陶瓷电容器更小，并且为此，使介电层和内电极更薄。近年来，在多层电容器领域中，已经做出了各种尝试以通过减少当湿气或镀液渗入多层电容器中时出现的缺陷来改善多层电容器的防潮可靠性。作为一种方法，可使电容器主体的覆盖层或者外电极更厚。然而，相应的组件可能具有增大的尺寸，并且即使具有相同的尺寸，电容器也可能具有降低的电容。
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。
本公开的另一方面可提供一种包括具有改善的结构稳定性的内电极的多层电容器。
根据本公开的一方面，一种多层电容器包括：主体，包括介电层以及彼此堆叠的多个内电极，且所述介电层介于所述多个内电极之间；以及外电极，设置在所述主体的外部上，并且连接到所述多个内电极，其中，所述多个内电极中的至少一个内电极包括合金区，所述合金区形成在与所述外电极中的相应外电极接触的区域中，并且所述合金区可包括镍(Ni)-铬(Cr)合金。
所述合金区还可包括从由铜(Cu)、钨(W)、钼(Mo)、钴(Co)和铝(Al)组成的组中选择的至少一种成分。
所述合金区的长度可大于等于9μm且小于等于20μm，其中，所述合金区的长度从所述合金区结合到所述相应外电极的表面测量。
所述外电极可包括第一外电极和第二外电极，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彼此相对的第一表面和第二表面上。
所述合金区的长度可大于等于9μm且小于等于20μm，其中，所述合金区的长度在所述第一外电极和所述第二外电极彼此相对设置的方向上测量。
所述多个内电极中的所述至少一个内电极的除了所述合金区之外的区域的Cr含量可比所述合金区的Cr含量低。
所述多个内电极中的所述至少一个内电极的除了所述合金区之外的所述区域可包括Ni成分，并且所述相应外电极包括Cu成分。
所述合金区可包括Ni-Cu-Cr合金。
在所述合金区中，Cr含量可随着远离所述相应外电极而降低。
根据本公开的另一方面，一种多层电容器包括：主体，包括介电层以及彼此堆叠的多个内电极，且所述介电层介于所述多个内电极之间；以及外电极，设置在所述主体的外部上，并且连接到所述多个内电极，其中，所述多个内电极中的至少一个内电极包括合金区，所述合金区形成在与所述外电极中的相应外电极接触的区域中，并且所述合金区的长度大于等于9μm且小于等于20μm，其中，所述合金区的长度从所述合金区结合到所述相应外电极的表面测量。
所述合金区可包括Ni与从由铬(Cr)、铜(Cu)、钨(W)、钼(Mo)、钴(Co)和铝(Al)组成的组中选择的至少一种成分的合金。
所述合金区可包括Ni成分，并且在堆叠方向上在与所述Ni成分的高度水平相同的高度水平上可设置有所述合金区的除了所述Ni成分之外的其余成分。
所述合金区的平均厚度可与所述多个内电极中的所述至少一个内电极的其余区域的平均厚度基本相同。
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、特征及优点将被更清楚地理解，在附图中：
图1是示意性示出根据本公开的示例性实施例的多层电容器的外观的立体图；
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是图2的区域A的放大图；
图4是沿图1的多层电容器中的线II-II'截取的截面图；以及
图5示出了根据变型示例的多层电容器。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。
图1是示意性示出根据本公开的示例性实施例的多层电容器的外观的立体图；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是图2的区域A的放大图；图4是沿图1的多层电容器中的线II-II'截取的截面图；以及图5示出了根据变型示例的多层电容器。
参照图1至图4，根据本公开的示例性实施例的多层电容器100可包括：主体110，包括介电层111以及彼此堆叠的多个内电极121和122，且介电层111介于多个内电极121和122之间；以及外电极131和132，其中，多个内电极121和122中的至少一个可包括合金区R，合金区R形成在内电极121和122分别与外电极131和132接触的每个区域中，并且这里，合金区R可包括镍(Ni)-铬(Cr)合金。各自设置在内电极121和122中的合金区R可减少镀液、湿气等的渗透，并且多层电容器可具有改善的防潮特性和绝缘电阻特性。
主体110可具有多个介电层111在第一方向(即，X方向)或堆叠方向上彼此堆叠的结构，并且例如，主体110可通过如下方式获得：堆叠多个生片然后对其进行烧结。多个介电层111可通过该烧结工艺具有一体的形状，并且可包括多个晶粒。另外，如图1中所示，主体110可具有类似于直平行六面体的形状。主体110中包括的介电层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)，并且也可包括本领域中已知的任意其他材料，只要多层电容器获得足够的电容即可。如有需要，除了作为主成分的陶瓷材料之外，介电层111还可包含添加剂、有机溶剂、增塑剂、粘合剂、分散剂等。这里，当包括添加剂时，该添加剂可以是在主体110的制造工艺期间呈金属氧化物、类金属氧化物或碳酸盐形式的添加剂。例如，前述呈金属氧化物、类金属氧化物或碳酸盐形式的添加剂可包括二氧化锰(MnO2)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钡(BaO)、氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化铬(III)(Cr2O3)和碳酸钙(CaCO3)中的至少一种。
多个内电极121和122可通过如下方式获得：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然后对其进行烧制。在这种情况下，多个内电极121和122可以分别是在彼此相对的方向上从主体110暴露的第一内电极121和第二内电极122。第一内电极121和第二内电极122可分别连接到不同的外电极131和132，在被驱动时可具有不同的极性，并且可通过设置在它们之间的介电层111彼此电隔离。然而，外电极131和132的数量或将外电极131和132与内电极121和122分别彼此连接的方法可根据示例性实施例而改变。
外电极131和132可形成在主体110的外部上。详细地，外电极131和132可以是分别设置在主体110的彼此相对的第一表面S1和第二表面S2上的第一外电极131和第二外电极132。第一外电极131和第二外电极132可分别连接到第一内电极121和第二内电极122。外电极131和132可通过如下方式形成：制作包括导电金属的材料的膏然后将该膏涂敷至主体110等，并且该导电金属可以是例如铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)、金(Au)或它们的合金。此外，如图5的变型示例中所示，外电极131和132可具有多层结构，并且第一层131a和132a可分别连接到内电极121和122，并且可各自具有上述包括Cr、Cu、Ni、Pd、Au等的结构，第二层131b和132b可分别设置在第一层131a和132a上，并且可各自包括镀层，该镀层包括镍(Ni)、锡(Sn)等。
参照图3，在该示例性实施例中，内电极121和122中的至少一个可包括合金区R，合金区R形成在内电极121和122分别与外电极131和132接触的每个区域中。在这种情况下，合金区R可包括Ni-Cr合金。在这种情况下，内电极121或122的除了合金区R之外的区域的Cr含量可比合金区R的Cr含量低。“Cr含量”可指的是在相应区域中Cr相对于Ni和Cr的摩尔含量比或质量比。根据本公开的各个方面，当内电极121或122包括包含Ni的合金区R时，可减少外部的氢(H)渗透至多层电容器中。在可与Ni形成它们的合金的金属中，Cr可适合于减少氢扩散，这是因为氢在Cr中的溶解度低并且Cr与氢的结合强度高。以这种方式，可在内电极121和122与外电极131和132之间的每个边界区域处形成包括Ni-Cr合金的合金区R，从而使镀液或湿气的影响最小化，并且改善防潮可靠性。合金区R可形成在内电极121或122中，从而获得具有改善的防潮性(例如，足够的防潮可靠性)的另一附加结构，而无需在主体110的表面或者外电极131或132的表面上进一步使用保护层等。
合金区R的Ni成分可以是通过先前添加在导电膏中而已经存在于内电极121或122中的成分，并且Cr成分可以是从外电极131或132扩散的成分。因此，合金区R可随着远离外电极131或132而包括更低的Cr含量。为了使Cr扩散至内电极121和122中，外电极131和132可包括Cr成分，并且例如，可实现为Cr烧制电极。另外，合金区R还可包括从由铜(Cu)、钨(W)、钼(Mo)、钴(Co)和铝(Al)组成的组中选择的至少一种成分。作为具体的示例，内电极121或122的除了合金区R之外的区域可包括Ni成分，并且外电极131或132可包括Cu成分。在这种情况下，合金区R可包括Ni-Cu-Cr合金。另外，内电极121或122的除了合金区R之外的区域可包括比合金区R的Cr含量低的Cr含量。
为了改善上述防潮可靠性，可能必需确保合金区R的足够的长度L。详细地，基于从合金区R结合到外电极131或132的表面(例如，图3中的第二表面S2)测量的合金区R的长度，合金区R的长度L可大于等于9μm且小于等于20μm。在这种情况下，基于在第一外电极131和第二外电极132彼此相对设置的方向(即，Z方向)上测量的合金区R的长度，合金区R的长度L可大于等于9μm且小于等于20μm。当合金区R的长度L大于等于9μm时，可充分地表现出防止氢渗透的性能，并且当合金区R过长至大于20μm时，内电极121或122可能具有降低的结构稳定性，因此，裂纹出现的可能性增大。当合金区R的长度L满足大于等于9μm且小于等于20μm的条件时，合金区R不必需包括Ni-Cr合金，并且即使当包括其他成分的合金(例如，合金区R可包括镍(Ni)与从由铬(Cr)、铜(Cu)、钨(W)、钼(Mo)、钴(Co)和铝(Al)组成的组中选择的至少一种成分的合金)时，合金区R也可获得其预期的效果(诸如防潮可靠性)。
根据本公开的一个示例性实施例，可基于合金区R的长度L评价防潮特性。详细地，可在多层电容器的包含Ni的内电极的端部处测量合金区的长度，该多层电容器设计为具有X5R温度特性和15μF的标称电容并且使用Cr烧制电极作为外电极。可在样品的截面上执行电子探针显微分析(EPMA)以检查在制造的样品的内电极的端部处是否形成合金区并且测量合金区的长度。下面的表1示出了如下结果：在20kV的加速电压和2000倍的放大倍率下测量的样品中映射Cr成分，在样品的四个部分处测量Ni-Cr合金区的长度(μm)，并取平均值。这里，被选择用于测量的样品的部分的数量不限于四个。在这种情况下，可通过控制外电极的烧制温度、导电颗粒的尺寸等来调整合金区的长度。例如，可在相对高的温度(大约700℃至750℃)下烧制外电极以充分地确保合金区的长度大于等于9μm。另外，例如，合金区可以是这样的区域：通过使用EPMA映射获得的射线强度大于等于针对包含Cr的外电极通过使用EPMA映射获得的最大射线强度的10％的区域(射线强度与含量成正比)。可测量如此通过使用EPMA映射确定的合金区的长度。
[表1]
样品A 样品B 样品C 样品D 样品E 样品F 样品G
#1 6.51 9.99 9.3 9.12 7.67 19.36 18.46
#2 6.10 8.68 5.72 8.27 9.53 18.87 20.94
#3 6.78 7.38 8.23 6.79 9.35 19.97 20.40
#4 7.94 5.34 9.42 8.98 9.85 19.12 21.84
平均值 6.83 7.85 8.17 8.29 9.10 19.33 20.41
将上面的样品镀覆，并且执行高加速寿命测试(HALT)评价以比较由于氢渗透导致的它们的绝缘电阻减小的程度。详细地，在105℃下对样品施加电压4小时。然后，将各自的绝缘电阻比它们的初始绝缘电阻减小1/100或更大的样品的数量(劣化数量)与执行HALT评价的该样品的数量(评价数量)的比率定义为劣化率，并且在下面的表2中示出该劣化率。
[表2]
Figure BDA0003868700180000071
根据以上试验结果，与包括平均长度小于9μm的合金区的样品(A、B、C或D)不同，包括平均长度大于等于9μm的合金区的样品(E、F或G)的绝缘电阻没有减小。然而，包括平均长度大于等于20μm的合金区的样品G可能由于过量的合金而具有出现在内电极中的微裂纹，因此，当长时间使用时可能具有较低的可靠性。综合考虑这些结果，当合金区R包括Ni-Cr合金时，多层电容器可由于减少的氢渗透而具有改善的防潮特性。另外，当合金区R的长度L调整为9μm至20μm的水平时，多层电容器可确保足够的防潮特性并且使在内电极中出现裂纹的可能性最小化。
在本公开的一个示例性实施例中，合金区R包括镍(Ni)成分，并且在第一方向(例如，X方向)或堆叠方向上在与Ni成分的高度水平相同的高度水平上可设置有合金区R的除了Ni成分之外的其余成分。
根据一个示例性实施例，合金区R的平均厚度可与内电极121或122的除了合金区R之外的区域的平均厚度基本相同。
本领域普通技术人员将理解的是，表述“基本相同”指通过允许制造工艺中可能出现的工艺误差、位置偏差和/或测量误差而相同，并且工艺误差、位置偏差和/或测量误差的范围可以是在本领域中被广泛接受的(例如，5％，但不限于此)。
在一个示例中，要素的厚度可意味着要素在与要素的平坦表面垂直的方向上的尺寸。除非与另一明确描述的定义相矛盾，否则要素的厚度可以是平均厚度、最大厚度、最小厚度和要素的在预定区域中测量的厚度中的任意一个。在一个示例中，要素的厚度可通过如下方式确定：以等间距(可选地，或不等间距)从要素的基准中心点向左定义预定数量(例如，5个)的点并且向右定义预定数量(例如，5个)的点，测量等间距(可选地，或不等间距)的每个点处的厚度，并且从中获得平均值。可选地，厚度可以是多次测量的最大厚度或最小厚度。可选地，厚度可以是测量区域中的基准中心点处的厚度。在一个示例中，光学显微镜或扫描电子显微镜(SEM)可用于测量中，但本公开不限于此。也可使用本领域普通技术人员所理解的即使未在本公开中描述的其他测量方法和/或工具。
如上所述，根据本公开的示例性实施例的多层电容器可具有至少一个改善的特性(诸如防潮可靠性、结构稳定性等)。
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 (13)

1.一种多层电容器，包括：
主体，包括介电层以及彼此堆叠的多个内电极，且所述介电层介于所述多个内电极之间；以及
外电极，设置在所述主体的外部上，并且连接到所述多个内电极，
其中，所述多个内电极中的至少一个内电极包括合金区，所述合金区形成在与所述外电极中的相应外电极接触的区域中，并且所述合金区包括镍-铬合金。
2.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述合金区还包括从由铜、钨、钼、钴和铝组成的组中选择的至少一种成分。
3.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述合金区的长度大于等于9μm且小于等于20μm，其中，所述合金区的长度从所述合金区结合到所述相应外电极的表面测量。
4.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述外电极包括第一外电极和第二外电极，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彼此相对的第一表面和第二表面上。
5.根据权利要求4所述的多层电容器，其中，所述合金区的长度大于等于9μm且小于等于20μm，其中，所述合金区的长度在所述第一外电极和所述第二外电极彼此相对设置的方向上测量。
6.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述多个内电极中的所述至少一个内电极的除了所述合金区之外的区域的铬含量比所述合金区的铬含量低。
7.根据权利要求6所述的多层电容器，其中，所述多个内电极中的所述至少一个内电极的除了所述合金区之外的所述区域包括镍成分，并且所述相应外电极包括铜成分。
8.根据权利要求7所述的多层电容器，其中，所述合金区包括镍-铜-铬合金。
9.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，在所述合金区中，铬含量随着远离所述相应外电极而降低。
10.一种多层电容器，包括：
主体，包括介电层以及彼此堆叠的多个内电极，且所述介电层介于所述多个内电极之间；以及
外电极，设置在所述主体的外部上，并且连接到所述多个内电极，
其中，所述多个内电极中的至少一个内电极包括合金区，所述合金区形成在与所述外电极中的相应外电极接触的区域中，并且
所述合金区的长度大于等于9μm且小于等于20μm，其中，所述合金区的长度从所述合金区结合到所述相应外电极的表面测量。
11.根据权利要求10所述的多层电容器，其中，所述合金区包括镍与从由铬、铜、钨、钼、钴和铝组成的组中选择的至少一种成分的合金。
12.根据权利要求10所述的多层电容器，其中，所述合金区包括镍成分，并且在堆叠方向上在与所述镍成分的高度水平相同的高度水平上设置有所述合金区的除了所述镍成分之外的其余成分。
13.根据权利要求10所述的多层电容器，其中，所述合金区的平均厚度与所述多个内电极中的所述至少一个内电极的其余区域的平均厚度基本相同。
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