CN116153660A

CN116153660A - 多层电容器

Info

Publication number: CN116153660A
Application number: CN202310370489.0A
Authority: CN
Inventors: 金汇大; 赵志弘; 申旴澈; 尹灿; 朴祥秀
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2023-05-23
Also published as: CN112242257B; US20210020371A1; CN112242257A; KR20190116137A; US11515094B2; US20230061474A1; JP2021019189A

Abstract

提供一种多层电容器。所述多层电容器包括电容器主体、第一外电极和第二外电极，所述电容器主体包括介电层以及第一内电极和第二内电极，所述第一外电极和所述第二外电极分别设置在所述电容器主体的两端且连接到所述第一内电极的暴露部分和所述第二内电极的暴露部分。A/B满足0.0016≤A/B<1，其中，A为所述介电层的厚度且B为所述电容器主体的在长度方向上的边缘的平均长度，且A为1μm或更小。

Description

多层电容器

本申请是申请日为2020年04月07日，申请号为202010264538.9，题为“多层电容器及其上安装有多层电容器的板”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及其上安装有多层电容器的板。

背景技术

多层陶瓷电容器(MLCC)是在电路中控制电信号的无源组件。

多层电容器的主要作用是在电极中积聚电荷，阻挡直流(DC)信号，以及作为使交流(AC)信号通过的滤波器。

换句话说，多层电容器绕过且消除电力线中的AC噪声以稳定集成电路(IC)的运行。

已经尝试各种方法以增加这样的MLCC的电容。

例如，已经提出增加介电材料的介电常数、减少介电材料的厚度或者增加内电极重叠的面积的方法。

然而，当内电极重叠的面积增加时，产品的长度方向或者宽度方向上的边缘可能减少。如果边缘减少的量过大，可产生电场特性可被弱化的问题。

发明内容

提供本发明内容以按照简化的形式介绍所选择的构思，这些构思将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在明确所要求的保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

本公开的一个方面在于提供一种多层电容器以及其上安装有该多层电容器的板，其中，电容器主体的边缘适于在内电极的重叠面积增加的同时防止电场特性劣化。

根据本公开的一个方面，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；第一外电极和第二外电极，分别在长度方向上设置在所述电容器主体的两端并且连接到所述第一内电极的暴露的第一端和所述第二内电极的暴露的第一端。当所述介电层的厚度定义为A且所述电容器主体的在所述长度方向上的边缘的平均长度定义为B时，A为1μm或更小，且A/B满足0.0016≤A/B<1。所述边缘分别为所述电容器主体的在所述长度方向上从所述第一内电极和所述第二内电极的与所述第一端相对的相应的第二端到所述电容器主体的相邻侧表面的介电部分。

所述第一内电极和所述第二内电极中的每者的厚度可为0.4μm或更小。

所述电容器主体可包括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和所述第二表面且连接到所述第三表面和所述第四表面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分别通过所述电容器主体的在所述长度方向上的所述第三表面和所述第四表面暴露，所述介电层介于所述第一内电极和所述第二内电极之间。

所述第一外电极和所述第二外电极可包括：第一连接部和第二连接部，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并连接到所述第一内电极的所述暴露的第一端和所述第二内电极的所述暴露的第一端，以及第一带部和第二带部，分别从所述第一连接部和所述第二连接部沿所述长度方向延伸到所述电容器主体的所述第一表面的部分上。

所述第一带部和所述第二带部中的每者还延伸至所述第二表面的部分、所述第五表面的部分以及所述第六表面的部分上。

可设置镀层以覆盖所述第一外电极和所述第二外电极中的每者。所述镀层可包括镍镀层和锡镀层。

所述介电层的厚度可为1μm且A/B可满足0.002≤A/B≤0.2。

所述介电层的厚度可为0.4μm且A/B可满足0.0016≤A/B≤0.5。

所述电容器主体的在所述长度方向上的所述边缘的所述平均长度可为0.8μm至500μm。

根据本公开的一个方面，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设置有第一电极焊盘和第二电极焊盘；和如上所述的多层电容器，所述多层电容器以如下方式安装：所述第一外电极和所述第二外电极分别设置在所述第一电极焊盘和所述第二电极焊盘上，以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电容器主体，所述电容器主体包括交替地堆叠的第一内电极和第二内电极，且在所述第一内电极和所述第二内电极之间层压有介电层。每个第一内电极和每个第二内电极分别在长度方向上具有通过所述电容器主体的第一侧表面和第二侧表面暴露的第一端和各自与相应的第一端相对的第二端。所述电容器主体还包括：第一侧边缘部，被限定为布置在所述第一内电极的每个第二端和所述电容器主体的所述第二侧表面之间的介电部分；和第二侧边缘部，被限定为布置在所述第二内电极的每个第二端和所述电容器主体的所述第一侧表面之间的另一介电部分。当A为所述第一内电极和所述第二内电极的相邻层之间的间隔且B为所述第一侧边缘部或所述第二侧边缘部在所述长度方向上的平均长度时，A为1μm或更小，且A/B满足0.0016≤A/B<1。

所述多层电容器还包括：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一侧表面和所述第二侧表面上，且分别连接到所述第一内电极的所述暴露的第一端和所述第二内电极的所述暴露的第一端。

所述电容器主体包括：上边缘部，包括一个或更多个介电层且在所述第一内电极和所述第二内电极的堆叠方向上设置在所述第一内电极和所述第二内电极中的最上层上方；下边缘部，包括一个或更多个介电层且在所述堆叠方向上设置在所述第一内电极和所述第二内电极中的最下层下方。

附图说明

通过以下结合附图的具体实施方式，本公开的以上和其他方面、特征和优点将被更清楚地理解，在附图中：

图1是示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的多层电容器的透视图；

图2A和图2B分别为示出应用于图1中的多层电容器的第一内电极和第二内电极的平面图；

图3为沿图1的线I-I'截取的截面图；

图4为示出在图3的外电极上还形成镀层的截面图；

图5为示出在电场测量测试中测量电场的位置的电容器主体的截面图；以及

图6为示意性地示出图4的多层电容器安装在基板上的状态的截面图。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在此所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改及等同物对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。在此描述的操作的顺序仅仅是示例，并且不限于在此阐述的顺序，而是除了需要按照特定顺序发生的操作之外，可做出对于本领域的普通技术人员将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域的普通技术人员公知的功能和构造的描述。

在此描述的特征可以以不同的形式实施，并且不被解释为限于在此描述的示例。更确切地，已经提供在此描述的示例，以使本公开将是彻底的和完整的，并且将把本公开的范围全部传达给本领域的普通技术人员。

在此，值得注意的是，关于示例或实施例(例如，关于示例或实施例可包括或实现的内容)的术语“可”的使用意味着存在其中包括或者实现这样的特征的至少一个示例或实施例，而所有示例或实施例不限于此。

在整个说明书中，当元件(诸如层、区域或者基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或者“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”该另一元件“上”、直接“连接到”该另一元件或者直接“结合到”该另一元件，或者可存在介于上述两个元件之间的一个或者更多个其他元件。相反，当元件被描述为“直接”在另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或者“直接结合到”另一元件时，可不存在介于上述两个元件之间的其他元件。

如在此所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任何一个或者任何两个或更多个的任何组合。

尽管诸如“第一”、“第二”以及“第三”的术语可以在此被用于描述各种构件、组件、区域、层、或者部分，但这些构件、组件、区域、层或者部分不受这些术语的限制。更确切地，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一个构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在在此描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分也可以被称为第二构件、组件、区域、层或者部分。

为了易于描述，在此可使用诸如“上方”、“上”、“下方”以及“下”的空间相对术语来描述如附图所示的一个元件与另一个元件的关系。这些空间相对术语旨在除了包含附图中描绘的方位之外还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，被描述为相对于另一个元件处于“上方”或“上”的元件将相对于该另一个元件处于“下方”或“下”。因此，术语“上方”根据装置的空间方位涵盖“上方”和“下方”两种方位。装置也可以以其他方式(例如，旋转90度或处于其他方位)定位，并且在此使用的空间相对术语被相应地解释。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并且将不用于限制本公开。除非上下文另有清楚指出，否则单数形式也意图包括复数形式。术语“包含”、“包括”以及“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件以及/或者它们的组合，但是不排除存在或者增加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件、以及/或者它们的组合。

由于制造技术和/或公差，附图中示出的形状可能发生变化。因此，在此描述的示例不限于附图中示出的特定形状，而是包括在制造期间发生的形状的改变。

在此描述的示例的特征可以以在理解了本申请的公开内容之后将显而易见的各种方式组合。此外，尽管在此描述的示例具有各种构造，但是在理解了本申请的公开内容之后将显而易见的其他构造是可行的。

为了清楚、图示以及方便，附图可不按照比例绘制，并且图中的元件的相对尺寸、比例和描绘可被夸大。

随后，参照附图对示例进行进一步详细描述。

在下文中，在为了清楚地描述实施例而定义电容器主体110的方向时，附图中所示的X、Y以及Z分别指电容器主体110的长度方向、宽度方向以及厚度方向。此外，在实施例中，Z方向可按照与堆叠介电层的堆叠方向相同的概念使用。

图1为示意性示出根据本公开的示例性实施例的多层电容器的透视图，图2A和图2B分别为示出应用于图1中的多层电容器的第一内电极和第二内电极的平面图，图3为沿图1的线I-I'截取的截面图。

参照图1至图3，根据本公开的示例性实施例的多层电容器100包括电容器主体110、第一外电极131和第二外电极141，电容器主体110包括介电层111、多个第一内电极121和多个第二内电极122，第一外电极131和第二外电极141在长度方向(例如，X方向)上分别设置在电容器主体110的两端并且连接到第一内电极121的暴露部分和第二内电极122的暴露部分。

在这种情况下，当介电层111的厚度或者第一内电极和第二内电极中的相邻层之间的间隔定义为A并且电容器主体110的X方向上的边缘的长度定义为B时，A为1μm或者更小，并且介电层的厚度相对于电容器主体110在X方向上的边缘的长度的比值(A/B)可满足0.0016≤A/B<1。

通过在Z方向上堆叠多个介电层111，随后通过烧结，以使得彼此相邻的介电层111可以彼此一体化，以使得在不使用扫描电子显微镜(SEM)的情况下难以确认它们之间的边界，从而获得电容器主体110。

在这种情况下，电容器主体110可基本上为六面体，但其实施例不限于此。

电容器主体110的形状和尺寸以及介电层111的堆叠层数不限于本实施例的附图所示的电容器主体的形状和尺寸以及介电层的堆叠层数。

在本实施例中，为了便于描述，电容器主体110的在Z方向上彼此相对的两个表面定义为第一表面1和第二表面2，电容器主体110的连接到第一表面1和第二表面2并且在X方向彼此相对的两个表面定义为第三表面3和第四表面4，以及电容器主体110的连接到第一表面1和第二表面2并且连接到第三表面3和第四表面4并且在Y方向彼此相对的两个表面定义为第五表面5和第六表面6。

在本实施例中，多层电容器100的安装表面可为电容器主体110的第一表面1。

介电层111可包括具有高介电常数的陶瓷材料，例如，钛酸钡基(BaTiO₃)或者钛酸锶(SrTiO₃)基陶瓷粉末等，但陶瓷材料不限于此。例如，只要可从其获得充足的电容，可使用任何陶瓷材料。

另外，陶瓷添加剂、有机溶剂、增塑剂、粘结剂、分散剂等可与陶瓷粉末一起进一步地添加到介电层111。

陶瓷添加剂可以为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。

电容器主体110可包括有效区域、上盖112和下盖113，该有效区域作为对电容器的电容形成作出贡献的部分，上盖112和下盖113分别作为上边缘和下边缘设置在有效区域的在Z方向上的上部和下部上，因此，上盖和下盖也可分别被称为上边缘部和下边缘部。

除了不包括内电极之外，上盖112和下盖113可具有与介电层111的材料和构造相同的材料和构造。

上盖112和下盖113可通过分别在有效区域的在Z方向上的上表面和下表面上堆叠单个介电层或两个或更多个介电层而形成，且可基本上用于防止内电极121和122由于物理应力或者化学应力而造成的损坏。

第一内电极121和第二内电极122为接收不同极性的电极，并且交替地设置在Z方向上，介电层111介于第一内电极121和第二内电极122之间，并且第一内电极121的一端和第二内电极122的一端可分别通过第三表面3和第四表面4暴露。

在这种情况下，第一内电极121和第二内电极122可通过设于二者之间的介电层111彼此电绝缘。

通过电容器主体110的第三表面3和第四表面4交替地暴露的第一内电极121的端部和第二内电极122的端部可分别连接到设置在电容器主体110的第三表面3和第四表面4上的第一外电极131和第二外电极141，以电连接到第一外电极131和第二外电极141。

根据上述构造，当将预定电压施加到第一外电极131和第二外电极141时，电荷积聚在第一内电极121和第二内电极12之间。

在这种情况下，多层电容器100的电容与第一内电极121和第二内电极122的在有效区域的Z方向上彼此重叠的重叠面积成比例。

用于形成第一内电极121和第二内电极122的材料不受特殊限制。例如，可使用诸如铂(Pt)、钯(Pd)、钯银(Pd-Ag)合金等贵金属材料和由镍(Ni)和铜(Cu)中的至少一种形成的导电膏。

在这种情况下，作为导电膏的印刷方法，可使用丝网印刷法和凹版印刷法等，但其实施例不限于此。

在本实施例中，第一内电极121和第二内电极122中每者的厚度可为0.4μm或者更小。

如果第一内电极121和第二内电极122中每者的厚度超过0.4μm，则可能难以确保合适地设计电容。

由于多层电容器具有趋向于小型化和高电容的趋势，所以为了多层电容器的小型化和高电容，内电极的厚度可具体为0.4μm或更小。

第一外电极131和第二外电极141可被提供具有不同极性的电压，可设置在电容器主体110的在X方向上的两端，并且分别连接到第一内电极121的暴露部分和第二内电极122的暴露部分，以电连接到第一内电极121和第二内电极122。

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为设置在电容器主体110的第三表面3上以连接到第一内电极121的暴露部分的部分，并且第一带部131b为从第一连接部131a延伸到电容器主体110的第一表面1的一部分的部分。

在这种情况下，第一带部131b还可延伸到电容器主体110的第五表面5的一部分和第六表面6的一部分以及第二表面2的一部分，以提高固定强度。

第二外电极141可包括第二连接部141a和第二带部141b。

第二连接部141a为设置在电容器主体110的第四表面4上并且连接到第二内电极122的暴露部分的部分，并且第二带部141b为从第二连接部141a延伸到电容器主体110的第一表面1的一部分的部分。

在这种情况下，第二带部141b还可延伸到电容器主体110的第五表面5的一部分和第六表面6的一部分以及第二表面2的一部分，以提高固定强度。

如图4所示，第一镀层和第二镀层可进一步形成以分别覆盖第一外电极131和第二外电极141。

在这种情况下，第一镀层和第二镀层可包括分别设置在第一外电极131的表面上和第二外电极141的表面上的第一镍镀层132和第二镍镀层142以及分别覆盖第一镍镀层132和第二镍镀层142的第一锡镀层133和第二锡镀层143。

在本实施例中，当介电层的厚度定义为A并且电容器主体110的在长度方向上的边缘的平均长度定义为B时，A/B满足0.0016≤A/B<1。尺寸A也可被定义为第一内电极121和第二内电极122中的相邻层之间的间隔。

作为根据在A/B的数值范围内的X方向边缘长度检查电场行为的结果，可看出电场特性未劣化。

因此，第一内电极和第二内电极之间的重叠面积可确保为A/B数值范围内的最大值，从而提供具有高电容的多层电容器而不发生电场畸变现象。

当抑制或者防止多层电容器的电场畸变并且多层电容器的电场值也因此减少时，可防止多层电容器的诸如击穿电压(BDV)的缺陷。

介电层的厚度A可具体为1μm或者更小。

例如，本实施例的多层电容器可以是介电层的厚度A为1μm或更小的小尺寸高电容产品。

由于多层电容器具有趋向于小型化和高电容的趋势，所以为了多层电容器的小型化和高电容，介电层的厚度可具体为1μm或更小。

下表1示出了使用Ansys Maxwell 2D仿真的根据多层电容器的A/B值的变化的最大电场的测量结果。

参照图5，测量电场的位置在通过在距内电极的端部具有0.5μm的距离g的部分之间绘制竖直线而提供的观察线OL(如图5中所示上部的点Z2与下部的点Z1之间的连线)处被测量。

在这种情况下，g为通过仅对多层电容器的一部分进行采样的仿真。

在这种情况下，介电层的厚度A为1μm或0.4μm，并且在改变多层电容器的电容器主体在X方向上的边缘B的平均长度(例如，0.8μm至500μm)的同时，分别确认多层电容器的电场分布，如表1或表2中所示。

表1

表1示出了介电层的厚度为1μm的情况。参照表1，在A/B值在0.002和0.2之间的#1到#5的情况下，最大电场约为13.18V/μm至13.20V/μm，而没有显著的差别。因此，在介电层的厚度为1μm且A/B满足0.002≤A/B≤0.2时，可通过抑制电场畸变的发生同时防止多层电容器的电容减小来提供具有稳定的电场特性的多层电容器。

此外，在A/B值为1.0的#6的情况下，引起电场的畸变，并且最大电场为14.25V/μm，与#1到#5的情况相比，增大约7.35％。

在A/B值为1.25的#7的情况下，电场的畸变大于#6的电场的畸变，并且最大电场为15.48V/μm，与#1到#5的情况相比，增大约14.72％。

表2

表2示出了介电层的厚度为0.4μm的情况。参照表2，在A/B值在0.0016和0.5之间的#8到#12的情况下，最大电场在约32.95V/μm至33.00V/μm的范围内，由此可确认维持最大电场而没有显著差别。因此，在介电层的厚度为0.4μm且A/B满足0.0016≤A/B≤0.5时，可通过抑制电场畸变的发生同时防止多层电容器的电容减小来提供具有稳定的电场特性的多层电容器。

此外，在A/B值为1.0的#13的情况下，引起电场的畸变并且最大电场为35.62V/μm，与#8到#12的情况相比，增大约7.35％。

在A/B值为1.25的#14情况下，电场的畸变大于#13的电场的畸变，并且最大电场约为38.76V/μm，与#8到#12的情况相比，增大约14.86％。

因此，本实施例的多层电容器具有包括薄介电层的小尺寸、高电容产品的特性，并且当A/B值小于1.0时，通过抑制电场畸变的发生同时防止多层电容器的电容减小来提供具有稳定的电场特性的多层电容器。

在A/B值小于0.0016的情况下，由于在上下相邻的内电极的重叠面积减小的同时电容减小，所以A/B值可具体为0.0016或更大。

参照图6，根据本公开的示例性实施例，其上安装有多层电子部件的板可包括在其一个表面上安装有第一电极焊盘221和第二电极焊盘222的基板210和安装在基板210的上表面上的多层电容器100，多层电容器100以这样的方式安装：第一外电极131的第一锡镀层133和第二外电极141的第二锡镀层143分别设置在第一电极焊盘221和第二电极焊盘222上以连接到第一电极焊盘221和第二电极焊盘222。

尽管多层电容器100被示出和描述为通过焊料231和焊料232安装在基板210上，但是根据需要可使用导电膏代替焊料。

如上所述，根据本公开的示例性实施例，通过限制介电层相对于电容器主体的边缘的长度的厚度，增大内电极重叠的面积，从而增大多层电容器的电容同时防止多层电容器的电场畸变。通过减小电场值，可防止多层电容器的诸如击穿电压(BDV)的缺陷。

尽管本公开包括具体示例，但是对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中进行形式和细节上的各种改变。在此描述的示例仅被认为在于描述性的意义，而不是出于限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述将被认为是可适用于其它示例中的相似特征或者方面。如果按照不同的顺序执行上述技术，和/或如果按照不同的方式组合在所描述的系统、架构、装置或电路中的组件，和/或由其他组件或其等同物来替换或添加所描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此本公开的范围不是通过具体实施方式限定的，而是通过权利要求及其等同物限定的，并且权利要求及其等同物的范围内的所有变化都将被解释为包括在本公开中。

Claims

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；以及

第一外电极和第二外电极，设置在所述电容器主体的两端上，并且分别连接到所述第一内电极的在长度方向上暴露的第一端和所述第二内电极的在所述长度方向上暴露的第一端，

其中，A/B满足0.0016≤A/B<1.25，其中，A是所述介电层的厚度，并且B是所述电容器主体的在所述长度方向上的边缘的平均长度，所述边缘是所述电容器主体的从所述第一内电极和所述第二内电极的与所述暴露的第一端相对的相应的第二端到所述电容器主体的在所述长度方向上与所述相应的第二端相邻的侧表面的介电部分，并且

其中，所述第一内电极和所述第二内电极中的每个具有0.4μm或更小的厚度。

2.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，A/B满足0.0016≤A/B≤1.0。

3.根据权利要求2所述的多层电容器，其中，A/B满足0.0016≤A/B≤0.5。

4.根据权利要求3所述的多层电容器，其中，A/B满足0.002≤A/B≤0.2。

5.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，A/B满足0.04≤A/B<1.0。

6.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，所述介电层中的每个具有1.0μm或更小的厚度。

7.根据权利要求6所述的多层电容器，其中，所述电容器主体的在所述长度方向上的所述边缘的平均长度为0.8μm至500μm。

8.根据权利要求7所述的多层电容器，其中，所述电容器主体的在所述长度方向上的所述边缘的平均长度为0.8μm至250μm。

9.根据权利要求8所述的多层电容器，其中，所述电容器主体的在所述长度方向上的所述边缘的平均长度为0.8μm至10μm。

10.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，A/B满足0.025≤A/B<1.0。

11.根据权利要求10所述的多层电容器，其中，A/B满足0.025≤A/B≤0.2。

12.根据权利要求10所述的多层电容器，其中，所述电容器主体的在所述长度方向上的所述边缘的平均长度为5μm至40μm。

13.根据权利要求1所述的多层电容器，其中，镀层设置为覆盖所述第一外电极和所述第二外电极中的每个，并且

其中，每个镀层包括镍镀层和锡镀层。