JP2011124540A - 積層セラミックキャパシタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は積層セラミックキャパシタ及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明による積層セラミックキャパシタは、セラミック素体と、上記セラミック素体の内部に形成され、互いに対向する容量寄与部と、上記容量寄与部から延長され、一端が上記セラミック素体の側面に夫々交互に露出される容量非寄与部を含む複数の第１及び第２内部電極と、上記セラミック本体の側面に形成され、上記第１及び第２内部電極と電気的に連結された第１及び第２外部電極とを含み、上記第１及び第２内部電極のうち１つ以上は上記容量寄与部より上記容量非寄与部の厚さが大きく、上記容量寄与部より上記容量非寄与部の連結性が大きい。
【選択図】図２
【解決手段】本発明による積層セラミックキャパシタは、セラミック素体と、上記セラミック素体の内部に形成され、互いに対向する容量寄与部と、上記容量寄与部から延長され、一端が上記セラミック素体の側面に夫々交互に露出される容量非寄与部を含む複数の第１及び第２内部電極と、上記セラミック本体の側面に形成され、上記第１及び第２内部電極と電気的に連結された第１及び第２外部電極とを含み、上記第１及び第２内部電極のうち１つ以上は上記容量寄与部より上記容量非寄与部の厚さが大きく、上記容量寄与部より上記容量非寄与部の連結性が大きい。
【選択図】図２
Description
本発明は、積層セラミックキャパシタ及びその製造方法に関するもので、より詳細には欠陥発生率及び高温負荷故障率が低い積層セラミックキャパシタ及びその製造方法に関する。
一般的にキャパシタ、インダクタ、圧電体素子、バリスタ、またはサーミスタ等のセラミック材料を使用する電子部品は、セラミック材料から成るセラミック本体、本体内部に形成された内部電極及び上記内部電極と接続されるようにセラミック本体表面に設置された外部電極を具備する。
セラミック電子部品のうち、積層セラミックキャパシタは積層された複数の誘電体層、一誘電体層を介して対向配置される内部電極、上記内部電極に電気的に接続された外部電極を含む。
積層セラミックキャパシタは、小型でありながら高容量が保障され実装が容易であるという長所から、コンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話等の移動通信装置の部品として広く使用されている。
最近では電子製品が小型化及び多機能化されるのに伴い、チップ部品もまた小型化及び高機能化される傾向にあるため、積層セラミックキャパシタもサイズが小さいながらも容量が大きい高容量製品が要求されている。
一般的に、積層セラミックキャパシタの製造方法は、セラミックグリーンシートを製造し、セラミックグリーンシート上に導電性ペーストを印刷して内部電極膜を形成する。内部電極膜が形成されたセラミックグリーンシートを数十から数百層まで積み重ね、グリーンセラミック積層体を作る。その後、グリーンセラミック積層体を高温及び高圧で圧着して硬いグリーンセラミック積層体を作り、切断工程を経てグリーンチップを製造する。その後、グリーンチップを可塑、焼成、研磨し、外部電極を形成して積層セラミックキャパシタを完成する。
最近、積層セラミックキャパシタの小型化及び大容量化に伴ってセラミック積層体の薄膜化、多層化が試みられている。セラミックグリーンシートの薄膜化及び多層化に従って、内部電極が形成されたセラミックグリーンシート層と内部電極が形成されないセラミックグリーンシート層の間の厚さの差が発生し、圧着後には密度の差が発生する。
このような厚さ及び密度の差によりセラミック本体にはクラック、ポア等の内部的な構造の欠陥が発生するようになる。
積層セラミックキャパシタが高積層化されるほどこのような内部的な構造の欠陥の問題はより深刻になり、これの改善に対する必要性が増加している。
本発明は、上記のような問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、欠陥発生率及び高温負荷故障率が低いセラミックキャパシタ及びその製造方法を提供することである。
上記の課題を解決するための手段として、本発明の一実施形態は、セラミック素体と、上記セラミック素体の内部に形成され、互いに対向する容量寄与部と、上記容量寄与部から延長され、一端が上記セラミック素体の側面に夫々交互に露出される容量非寄与部を含む複数の第１及び第２内部電極と、上記セラミック本体の側面に形成され、上記第１及び第２内部電極と電気的に連結された第１及び第２外部電極と、を含み、上記第１及び第２内部電極のうち１つ以上は上記容量寄与部より上記容量非寄与部の厚さが大きく、上記容量寄与部より上記容量非寄与部の連結性が大きい積層セラミックキャパシタを提供する。
上記容量非寄与部は、上記容量寄与部より１．１〜１．５倍大きい厚さを有することができる。
上記容量非寄与部の厚さは、上記容量寄与部から上記セラミック素体の側面に行くほど大きくなることができる。
上記容量非寄与部の連結性は、８０〜９８％であることができる。
本発明の他の実施形態は、複数のセラミックグリーンシートを製作する段階と、上記セラミックグリーンシートに容量寄与部と容量非寄与部を含む第１及び第２内部電極パターンを形成し、上記容量非寄与部は上記容量寄与部より大きい厚さを有するように形成する段階と、上記第１及び第２内部電極パターンの容量寄与部が互いに対向するように上記セラミックグリーンシートを積層しセラミック積層体を形成する段階と、上記容量非寄与部の一端が側面を通じて露出されるように上記セラミック積層体を切断して焼成しセラミック素体を形成する段階と、上記容量非寄与部の一端と電気的に連結されるように上記セラミック素体の側面に第１及び第２外部電極を形成する段階と、を含む積層セラミックキャパシタの製造方法を提供する。
上記第１及び第２内部電極パターンの形成は、グラビア印刷により行われることができる。
本発明による積層セラミックキャパシタは、内部電極の容量非寄与部の厚さが容量寄与部に比べて大きいため、誘電体層の間の厚さ及び密度の差が減少する。これにより、クラック及びポア等の欠陥発生比率が減少する。
また、内部電極の容量寄与部より上記容量非寄与部の連結性が大きいので、高温負荷故障率が低いという特性を有する。
以下、添付された図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を説明する。
しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は当該技術分野において平均的な知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における要素の形状及び大きさ等は明確な説明のために誇張されることもあり、図面上の同一の符号で表示される要素は同一の要素である。
図１は、本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタを示す概略的な断面図であり、図２は、図１のＳの部分を拡大した断面図である。
図１及び図２を参照すると、本実施形態による積層セラミックキャパシタ１００は、セラミック素体１１０と、上記セラミック素体１１０の内部に形成された第１及び第２内部電極１３０、１４０と、上記第１及び第２内部電極１３０、１４０と電気的に連結された第１及び第２外部電極１５０、１６０とを含む。
上記セラミック素体１１０は、複数のセラミック誘電体層１２１、１２２、１２３を積層した後に焼結させたもので、隣接する誘電体層間の境界は確認できない程一体化されている。
上記セラミック誘電体層１２０は高い誘電率を有するセラミック材料から成ることができ、これに制限されるものではないが、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）系材料、鉛複合ペロブスカイト系材料またはチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）系材料等を使用することができる。
上記第１及び第２内部電極１３０、１４０は、上記複数の誘電体層の積層過程において上記一誘電体層の間に形成されたもので、焼結により一誘電体層を介し、上記セラミック素体内部に形成される。
上記第１及び第２内部電極１３０、１４０は、互いに異なる極性を有する一対の電極であって、誘電体層の積層方向に沿って対向配置される。上記第１及び第２内部電極１３０、１４０は、対向配置される容量寄与部Ｌと、上記容量寄与部Ｌから延長された容量非寄与部Ｍを含む。上記容量非寄与部Ｍの一端は上記セラミック素体の側面に露出される。上記第１内部電極１３０と第２内部電極１４０の一端は互いに交互にセラミック素体の両側面に露出される。
上記第１及び第２内部電極１３０、１４０は、導電性金属で形成され、例えばＮｉまたはＮｉ合金から成るものを使用することができる。上記Ｎｉ合金としてはＮｉと共にＭｎ、Ｃｒ、ＣｏまたはＡｌを含有するものが好ましい。
上記セラミック素体の側面に露出される第１及び第２内部電極の一端は第１及び第２外部電極１５０、１６０と夫々電気的に連結される。
図２に図示されたように、上記複数の第１及び第２内部電極のうち１つ以上は上記容量寄与部Ｌの厚さｔ１より上記容量非寄与部Ｍの厚さｔ２が大きく形成され、上記容量非寄与部の厚さｔ２は、上記容量寄与部の厚さｔ１に比べて１．１〜１．５倍大きい厚さを有することができる。上記容量非寄与部の厚さｔ２が１．１倍より小さいと、厚さ及び密度の差の減少効果が不完全で、連結性が低下することがあり、１．５倍より大きいと容量寄与部が形成された誘電体層の厚さ及び密度が大きくなりクラック及びポア等の内部欠陥が発生することがある。
また、上記容量非寄与部の厚さは容量寄与部からセラミック素体の側面に行くほど大きく形成されることができる。
第１及び第２内部電極１３０、１４０の容量非寄与部Ｍは、互いに対向しないため、容量非寄与部Ｍが形成された誘電体層と容量寄与部Ｌが形成された誘電体層の間には、厚さ及び密度の差が発生するようになる。このような厚さ及び密度の差により、相対的に密度が低い誘電体層領域にはクラック及びポアが発生するようになる。
しかし、本実施形態によると、容量非寄与部Ｍの厚さｔ２が容量寄与部Ｌの厚さｔ１に比べて大きいため、誘電体層間の厚さ及び密度の差は減少する。
また、上記容量寄与部Ｌより上記容量非寄与部Ｍの連結性が大きい。第１及び第２内部電極は導電性ペーストの焼結時に収縮し、不連続的に形成されるが、連結性とは、第１及び第２内部電極の全体の長さに対する導電性物質が形成された領域の総合の比率であると定義されることができる。
第１及び第２内部電極の容量非寄与部Ｍの連結性はｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋ｍ４／Ｍと定義されることができ、上記容量非寄与部Ｍの連結性は８０〜９８％であることができる。
本実施形態によると、誘電体層の間の厚さ及び密度の差が減少し、クラック及びポア等の欠陥発生比率が減少し、外部電極との結合性が高まり容量を極大化することができる。
以下、本発明の一実施例による積層セラミックキャパシタの製造方法を説明する。
先ず、セラミック粉末、バインダー、溶材を混合してスラリーを製造し、上記スラリーをキャリアフィルム上に塗布、乾燥し、数μｍでセラミックグリーンシート（ｃｅｒａｍｉｃ ｇｒｅｅｎ ｓｈｅｅｔ）１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ（図３参照）を製作する。
製作されたセラミックグリーンシート上に導電性ペースト（ｐａｓｔｅ）を塗布し、内部電極パターンを形成する。内部電極パターンは容量寄与部と容量非寄与部を含むもので、上記容量非寄与部の厚さは上記容量寄与部の厚さより大きく形成する。
内部電極パターンはグラビア印刷により形成されることができ、グラビアロールのセルの深さ及びサイズを調節し容量非寄与部の厚さをより大きく形成することができる。
その後、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを厚さ方向に積み重ねた後、熱圧着しセラミック積層体を製造する。
図３は、セラミック積層体を概略的に示す断面図である。図３を参照すると、複数のセラミックグリーンシート１２１ａ、１２２ｂ、１２３ｃには第１及び第２内部電極パターン１３０ａ、１４０ａが印刷されており、第１及び第２内部電極パターンが一部重畳されるように積層する。重畳される第１及び第２内部電極パターンの一部は互いに対向して容量寄与部を形成し、重畳されない第１及び第２内部電極パターンの一部は容量非寄与部を形成する。
セラミック積層体が圧着されると、第１及び第２内部電極の互いに対向する容量寄与部が形成された誘電体層の領域Ａと容量非寄与部が形成された誘電体層の領域Ｂは、互いに厚さ及び密度の差が発生することがある。
しかし、本実施形態によると、内部電極の容量寄与部より上記容量非寄与部の厚さのほうが大きいため、誘電体層の領域Ａと誘電体層の領域Ｂの厚さ及び密度の差は大きくなくなる。
その後、セラミック積層体をチップサイズ（ｃｈｉｐ ｓｉｚｅ）に合うように切断して、焼成する。焼成はこれに制限されるものではなく、１１００℃〜１３００℃のＮ２−Ｈ２雰囲気で焼成することができる。このとき、容量非寄与部は容量寄与部より連結性が大きく形成され、具体的には８０〜９８％であることができる。
その後、セラミック本体の側面を通じて露出された第１及び第２内部電極の一端と電気的に連結するように第１及び第２外部電極を形成する。
下記の表１のような条件で、積層セラミックキャパシタを製造し、顕微鏡を通じて剥離、クラック発生の可否（焼成体の欠陥）を評価し、１３０℃、２ＶＲ、１５Ｈｒの条件で高温負荷ＴＥＳＴを進行し故障率を評価した。
上記表１を参照すると、４から８の例は第１及び第２内部電極の容量非寄与部の厚さが容量寄与部より１．１〜１．５倍大きく、連結性に優れ、欠陥発生率及び高温負荷故障率が低かった。これに反し、１から２の例は第１及び第２内部電極の容量非寄与部と容量寄与部の厚さ比率が１．１未満で欠陥発生率が高かった。また、３及び９の例は厚さ比率が１．１〜１．５であるが連結性が低く高温負荷故障率が高かった。また、１０の例は欠陥発生率及び高温負荷故障率が高かった。
本発明は上述した実施形態及び添付された図面により限定されるものではなく、添付された請求範囲により限定される。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であるということは当技術分野の通常の知識を有した者に自明であり、これも添付された請求範囲に記載された技術的事項に属する。
１１０ セラミック素体
１２０ 誘電体層
１３０、１４０ 内部電極
１５０、１６０ 外部電極
１２０ 誘電体層
１３０、１４０ 内部電極
１５０、１６０ 外部電極
Claims (6)
- セラミック素体と、
前記セラミック素体内部に形成され、互いに対向する容量寄与部と前記容量寄与部から延長され、一端が前記セラミック素体の側面に夫々交互に露出される容量非寄与部を含む複数の第１及び第２内部電極と、
前記セラミック素体の側面に形成され、前記第１及び第２内部電極と電気的に連結された第１及び第２外部電極とを含み、
前記第１及び第２内部電極のうち１つ以上は前記容量寄与部より前記容量非寄与部の厚さが大きく、前記容量寄与部より前記容量非寄与部の連結性が大きいことを特徴とする積層セラミックキャパシタ。 - 前記容量非寄与部の厚さは、前記容量寄与部の厚さより１．１〜１．５倍大きいことを特徴とする請求項１に記載の積層セラミックキャパシタ。
- 前記容量非寄与部の厚さは、前記容量寄与部から前記セラミック素体の側面に行くほど大きくなることを特徴とする請求項１に記載の積層セラミックキャパシタ。
- 前記容量非寄与部の連結性は、８０〜９８％であることを特徴とする請求項１に記載の積層セラミックキャパシタ。
- 複数のセラミックグリーンシートを製作する段階と、
前記セラミックグリーンシートに容量寄与部と容量非寄与部を含む第１及び第２内部電極パターンを形成し、前記容量非寄与部は前記容量寄与部より大きい厚さを有するように形成する段階と、
前記第１及び第２内部電極パターンの容量寄与部が互いに対向するように前記セラミックグリーンシートを積層し、セラミック積層体を形成する段階と、
前記容量非寄与部の一端が側面を通じて露出されるように前記セラミック積層体を切断して焼成しセラミック素体を形成する段階と、
前記容量非寄与部の一端と電気的に連結されるように前記セラミック素体の側面に第１及び第２外部電極を形成する段階と、
を含むことを特徴とする積層セラミックキャパシタの製造方法。 - 前記第１及び第２内部電極パターンの形成はグラビア印刷により行われること特徴とする請求項５に記載の積層セラミックキャパシタの製造方法。
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