JP2013123024A - 外部電極用導電性ペースト、これを用いた積層セラミック電子部品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、外部電極用導電性ペースト、これを用いた積層セラミック電子部品及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明によると、導電性金属粉末と、平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリットと、を含む外部電極用導電性ペースト、これを用いた積層セラミック電子部品及びその製造方法が提供される。
本発明によると、外部電極用導電性ペーストを製造するにあたり、微粉の球形ガラスフリットを適用することにより、低温で優れた緻密度を有する外部電極の具現が可能であり、クラック発生を抑制し、信頼性に優れた積層セラミック電子部品を具現することができる。
【選択図】図2
【解決手段】本発明によると、導電性金属粉末と、平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリットと、を含む外部電極用導電性ペースト、これを用いた積層セラミック電子部品及びその製造方法が提供される。
本発明によると、外部電極用導電性ペーストを製造するにあたり、微粉の球形ガラスフリットを適用することにより、低温で優れた緻密度を有する外部電極の具現が可能であり、クラック発生を抑制し、信頼性に優れた積層セラミック電子部品を具現することができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、低温で優れた緻密度を有する外部電極用導電性ペースト、これを用いた積層セラミック電子部品及びその製造方法に関する。
最近、電子製品の小型化の傾向に伴い、積層セラミック電子部品も小型化及び大容量化が求められている。
積層セラミック電子部品の小型化及び大容量化の要求に応じて、積層セラミック電子部品の外部電極も薄層化している。
外部電極ペーストは、主材料として銅(Cu)などの伝導性金属を用いてチップ密閉性及びチップとの電気的連結性を保障し、補助材料としてガラスを用いて上記金属の焼結収縮時に空き空間を満たすとともに、外部電極とチップとの結合力を付与する機能をする。
上記ガラスとしては酸化物系ガラス粉末が主に用いられ、上記外部電極ペーストをチップの端部に塗布した後に焼結させることにより外部電極を形成し、その後ニッケル(Ni)とスズ(Sn)を順に電解メッキしてメッキ層を形成する。
しかし、上記外部電極の薄層化により、メッキ時にメッキ液が浸透して信頼性が低下するという問題が生じる可能性がある。
上記メッキ液の浸透による信頼性の低下を改善するためには、メッキ液の浸透を防止できる緻密な外部電極を形成する必要がある。
このために、外部電極用導電性ペーストに含まれる導電性金属粉末を微粒形態で用いることによりコーナーカバレッジ(Corner coverage)を改善しているが、ガラスフリットの場合、形状が不均一で、粒径が大きい形態を用いている。
上記不均一な形状の大きい粒径を有するガラスフリットは、電極焼成過程で液相に相変移した後に金属粒界に移動し、この際、ガラスが存在していた空間は大きな気孔として存在するため、外部電極の緻密度の低下をもたらす。
一方、このような緻密度の低下を防止するために高い電極焼成温度で焼成する場合、外部電極内の金属粒子の拡散及び体積膨脹によるクラック不良をもたらすという問題がある。
本発明は、低温で優れた緻密度を有する外部電極用導電性ペースト、これを用いた積層セラミック電子部品及びその製造方法に関する。
本発明の一実施形態によると、導電性金属粉末と、平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリットと、を含む外部電極用導電性ペーストが提供される。
上記球形のガラスフリットの平均粒径は0.05〜1.5μmであることができる。
上記ガラスフリットは、上記導電性金属粉末に対して0.1〜200体積%の含量を有することができる。
上記ガラスフリットは、粉末形態または上記導電性金属粉末の表面にコーティングされたコア−シェル形態であることができる。
上記導電性金属は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)及び銀−パラジウム(Ag−Pd)からなる群から選択される一つ以上であることができる。
本発明の他の実施形態によると、誘電体層を含むセラミック本体と、上記セラミック本体内で上記誘電体層を挟んで互いに対向するように配置される第1及び第2内部電極と、上記第1内部電極と電気的に連結された第1外部電極及び上記第2内部電極と電気的に連結された第2外部電極と、を含み、上記第1及び第2外部電極は導電性金属粉末及び球形のガラスフリットを含み、上記ガラスフリットは上記導電性金属粉末に対して0.1〜200体積%の含量を有する、積層セラミック電子部品が提供される。
上記球形のガラスフリットの平均粒径は、0.05〜3.0μmであることができ、0.05〜1.5μmであることができる。
上記導電性金属は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)及び銀−パラジウム(Ag−Pd)からなる群から選択される一つ以上であることができる。
本発明の他の実施形態によると、誘電体層及び上記誘電体層を挟んで互いに対向するように配置される第1及び第2内部電極を含むセラミック本体を製造する段階と、導電性金属粉末及び平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリットを含む外部電極用導電性ペーストを製造する段階と、上記第1及び第2内部電極と電気的に連結されるように、外部電極ペーストを上記セラミック本体上に塗布する段階と、上記セラミック本体を焼成して第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電子部品の製造方法が提供される。
上記球形のガラスフリットの平均粒径は0.05〜1.5μmであることができる。
上記ガラスフリットは、上記導電性金属粉末に対して0.1〜200体積%の含量を有することができる。
上記ガラスフリットは、粉末形態または上記導電性金属粉末の表面にコーティングされたコア−シェル形態であることができる。
上記導電性金属は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)及び銀−パラジウム(Ag−Pd)からなる群から選択される一つ以上であることができる。
上記セラミック本体を焼成する段階は、700℃以下で行われることができる。
本発明によると、外部電極用導電性ペーストを製造するにあたり、微粉の球形ガラスフリットを適用することにより、低温で優れた緻密度を有する外部電極の具現が可能であり、クラック発生を抑制し、信頼性に優れた積層セラミック電子部品を具現することができる。
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、本発明の範囲は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業界で平均的な知識を有する者に本発明をより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より明確な説明のために誇張されることがあり、図面上において同一の符号で示される要素は同一の要素である。
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
図1は本発明の一実施形態による外部電極用導電性ペーストを概略的に示す概略図である。
図1を参照すると、本発明の一実施形態による外部電極用導電性ペーストは、導電性金属1粉末と、平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリット2と、を含むことができる。
上記導電性金属1は、静電容量の形成のために後述する第1及び第2内部電極21、22と電気的に連結できる材質であれば特に制限されず、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)及び銀−パラジウム(Ag−Pd)からなる群から選択される一つ以上であることができる。
本発明の一実施形態による外部電極用導電性ペーストは、平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリット2を含むことができる。
上記ガラスフリット2が平均粒径0.05〜3.0μmの微粒形態で含まれることにより、緻密度が向上された薄膜の外部電極を具現することができる。
即ち、外部電極用導電性ペーストに平均粒径が3.0μmを超過する不均一な形状のガラスが含まれる場合は、上記ペーストを用いて薄膜の外部電極を形成する際に、上記不均一な巨大ガラス粒子がペースト内に存在する可能性がある。
これにより、上記不均一な巨大ガラスは上記電極焼成過程で液相に相変移した後、導電性金属粒界に移動し、この際、上記ガラスが存在していた空間は大きな気孔として存在するため、外部電極の緻密度が低下する可能性がある。
即ち、外部電極内に不均一な形状のガラスが存在する場合は、ペースト内の導電性金属粒子とガラス粒子との間の最密充填(close packing)構造が不可能であり、充填密度(packing density)の低下によりペースト内の気孔率が高くなる可能性がある。
この場合、外部電極の焼成後、緻密な外部電極の具現が困難となる。
また、上記外部電極の焼成後に緻密度が低下することを防止するために、焼成温度を高めて導電性金属の拡散を誘導することにより上記の問題を解決することができるが、この場合、外部電極内の導電性金属の内部電極への拡散及び体積膨脹によりクラックが発生する可能性がある。
一方、上記ガラスフリット2の平均粒径が0.05μm未満である場合は、上記ガラスフリットの平均粒径が小さすぎるため、外部電極の焼成後にクラック不良が生じるなど、信頼性が低下する可能性がある。
従って、本発明の一実施形態によると、外部電極用導電性ペーストに平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリット2が含まれることにより、電極焼成を低温で行っても、外部電極の緻密度が低下することを防止することができ、これにより、焼成後に発生するクラックを低減することができるため、優れた信頼性を有することができる。
また、上記外部電極用導電性ペーストに平均粒径が0.05〜1.5μmである球形のガラスフリット2が含まれる場合、外部電極の緻密度及び信頼性の向上効果がさらに高くなる。
一方、上記ガラスフリット2の形状は球形であることができる。
本発明の一実施形態によると、上記ガラスフリット2が球形の均一な形状を有するため、上記ペースト内で上記導電性金属1の粒子間の距離が近くなって外部電極の緻密度が低下することを防止することができる。
即ち、不均一な形状のガラス粒子を用いる場合、導電性金属粒子間の距離も不規則的であるため、焼成後に外部電極の緻密度が低下する問題があったが、本発明の一実施形態による外部電極用導電性ペーストは、上記ガラスフリット粒子が球形の均一な形状を有するため、上記の問題を解決することができる。
また、球形の均一なガラスフリット2を用いることにより、外部電極の焼成を低温で行っても外部電極の緻密度が低下することを防止することができるため、上記外部電極用導電性ペーストを用いると、信頼性に優れた積層セラミック電子部品を具現することができる。
上記ガラスフリット2を球形の均一な形状に製造する方法は、特に制限されず、例えば、ガラスを構成する原材料を高温で溶融して合成することにより行うことができる。
本発明の一実施形態によると、上記ガラスフリットの含量は、特に制限されるものではないが、例えば上記導電性金属粉末に対して0.1〜200体積%の含量を有することができる。
上記ガラスフリットの含量が上記導電性金属粉末に対して0.1体積%未満である場合は、ガラスフリットの含量が少なすぎてチップと外部電極との間の接着不良の問題が生じる可能性がある。
一方、上記ガラスフリットの含量が上記導電性金属粉末に対して200体積%を超過する場合は、ガラスフリットの含量が多すぎてガラスフリットの溶出によるメッキ不良の問題が生じる可能性がある。
一方、上記外部電極用導電性ペースト内のガラスフリットは、粉末形態に含まれてもよく、または上記導電性金属粉末の表面にコーティングされたコア−シェル形態に含まれてもよいが、これに制限されるものではない。
上記外部電極用導電性ペースト内のガラスフリットが上記導電性金属粉末の表面にコーティングされたコア−シェル形態に含まれる場合、上記ガラスフリットが均一な形態にペースト内に存在することができ、低温でも緻密な外部電極を具現することができる。
図2は本発明の他の実施形態による積層セラミックキャパシタを概略的に示す斜視図である。
図3は図2のA−A’の断面図である。
図2及び図3を参照すると、本発明の他の実施形態による積層セラミック電子部品は、誘電体層3を含むセラミック本体10と、上記セラミック本体10内で上記誘電体層3を挟んで互いに対向するように配置される第1及び第2内部電極21、22と、上記第1内部電極21と電気的に連結された第1外部電極31及び上記第2内部電極22と電気的に連結された第2外部電極32と、を含み、上記第1及び第2外部電極31、32は導電性金属粉末及び球形のガラスフリットを含み、上記ガラスフリットは上記導電性金属粉末に対して0.1〜200体積%の含量を有することができる。
以下、本発明の一実施形態による積層セラミック電子部品を説明するにあたり、特に積層セラミックキャパシタを用いて説明するが、これに制限されるものではない。
本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタにおいて、「長さ方向」は図2の「L」方向、「幅方向」は「W」方向、「厚さ方向」は「T」方向と定義する。ここで「厚さ方向」は誘電体層を積み上げる方向、即ち「積層方向」と同様の概念で用いられることができる。
本発明の一実施形態によると、上記誘電体層3を形成する原料としては、十分な静電容量を得ることができるものであれば特に制限されず、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)粉末であることができる。
上記誘電体層3を形成する材料は、チタン酸バリウム(BaTiO3)などの粉末に、本発明の目的に応じて多様なセラミック添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤、分散剤などが添加されることができる。
上記第1及び第2内部電極21、22を形成する材料は、特に制限されず、例えば、銀(Ag)、鉛(Pb)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)及び銅(Cu)のうち一つ以上の物質からなる導電性ペーストを用いて形成されることができる。
本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタは、上記第1内部電極21と電気的に連結された第1外部電極31及び上記第2内部電極22と電気的に連結された第2外部電極32を含むことができる。
上記第1及び第2外部電極31、32は、静電容量の形成のために上記第1及び第2内部電極21、22と電気的に連結されることができ、上記第2外部電極32は、上記第1外部電極31と異なる電位に連結されることができる。
本発明の一実施形態によると、上記第1及び第2外部電極31、32は導電性金属粉末及び球形のガラスフリットを含み、上記ガラスフリットは上記導電性金属粉末に対して0.1〜200体積%の含量を有することができる。
上記球形のガラスフリットの平均粒径は、0.05〜3.0μmであることができ、特に0.05〜1.5μmであることができる。
上記外部電極用導電性ペーストに関する特徴は上述の本発明の一実施形態による説明と重複されるため、ここでは省略する。
本発明の一実施形態によると、上記第1及び第2外部電極31、32内に、球形で、平均粒径が0.05〜3.0μmである微粒のガラスフリットが含まれることにより、低温で焼成する場合にも緻密な外部電極を具現することができ、低温で焼成することにより、クラック不良が減少して信頼性に優れた積層セラミック電子部品を具現することができる。
図4は本発明の他の実施形態による積層セラミックキャパシタの製造工程図である。
図4を参照すると、本発明の他の実施形態による積層セラミック電子部品の製造方法は、誘電体層3及び上記誘電体層3を挟んで互いに対向するように配置される第1及び第2内部電極21、22を含むセラミック本体10を製造する段階と、導電性金属粉末及び平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリットを含む外部電極用導電性ペーストを製造する段階と、上記第1及び第2内部電極21、22と電気的に連結されるように、外部電極ペーストを上記セラミック本体10上に塗布する段階と、上記セラミック本体10を焼成して第1及び第2外部電極31、32を形成する段階と、を含むことができる。
上記の実施形態による積層セラミック電子部品の製造方法において、上述した一実施形態による積層セラミック電子部品と重複される説明は省略する。
以下、本発明の他の実施形態による積層セラミック電子部品の製造方法を詳細に説明するにあたり、特に積層セラミックキャパシタを用いて説明するが、これに制限されるものではない。
まず、誘電体層3及び上記誘電体層3を挟んで互いに対向するように配置される第1及び第2内部電極21、22を含むセラミック本体10を製造することができる。
上記誘電体層3は、チタン酸バリウム(BaTiO3)などの粉末をセラミック添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤、分散剤と配合して、バスケットミル(Basket Mill)を用いて形成されたスラリーをキャリアフィルム(carrier film)上に塗布及び乾燥することにより、数μmの厚さに製造されたセラミックグリーンシートに形成することができる。
次に、グリーンシート上に導電性ペーストをディスペンシング(dispensing)し、スキージ(squeegee)を一側方向に進行させながら導電性ペーストによる内部電極層を形成することができる。
この際、導電性ペーストは、銀(Ag)、鉛(Pb)、白金(Pt)などの貴金属材料及びニッケル(Ni)、銅(Cu)のうち一つの物質で形成されてもよく、少なくとも二つの物質を混合して形成してもよい。
このように内部電極層が形成された後、グリーンシートをキャリアフィルムから分離し、複数のグリーンシートそれぞれを互いに重なるように積層することにより、積層体を形成することができる。
次に、グリーンシート積層体を高温、高圧で圧着した後、圧着されたシート積層体を切断工程を経て所定サイズに切断することにより、セラミック本体を製造することができる。
次に、導電性金属粉末及び平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリットを含む外部電極用導電性ペーストを製造することができる。
上記導電性金属は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)及び銀−パラジウム(Ag−Pd)からなる群から選択される一つ以上であることができる。
上記ガラスフリットは、上記導電性金属粉末に対して0.1〜200体積%の含量を有することができる。
次に、上記第1及び第2内部電極21、22と電気的に連結されるように、外部電極ペーストを上記セラミック本体10上に塗布することができる。
最後に、上記セラミック本体10を焼成して第1及び第2外部電極31、32を形成することができる。
また、本発明の一実施形態によると、上記セラミック本体10を焼成する段階は700℃以下で行われることができるが、これに制限されるものではない。
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明がこれによって制限されるものではない。
本実施例は、導電性金属粉末及び平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリットを含む外部電極用導電性ペーストを用いて形成された第1及び第2外部電極を含む積層セラミックキャパシタに対して、クラック発生有無及び信頼性をテストするために行われた。
本実施例による積層セラミックキャパシタは下記のような段階を経て製作された。
まず、チタン酸バリウム(BaTiO3)などの粉末を含んで形成されたスラリーをキャリアフィルム(carrier film)上に塗布及び乾燥して複数のセラミックグリーンシートを製造し、これにより誘電体層を形成した。
上記誘電体層の焼成後の厚さは1μm以下に製作した。
次に、ニッケル粒子の平均サイズが0.05〜0.2μmである内部電極用導電性ペーストを製造した。
上記グリーンシート上に上記内部電極用導電性ペーストをスクリーン印刷工法により塗布して内部電極を形成した後、200層を積層して積層体を製作した。
その後、圧着及び切断して0603規格サイズ(Size)のチップを製作し、上記チップをH2 0.1%以下の還元雰囲気のもとで温度1050〜1200℃で焼成した。
次に、本発明の実施例による外部電極ペーストを用いて外部電極を形成し、メッキなどの工程を経て積層セラミックキャパシタを製作した。
比較例は、従来の外部電極ペーストを用いて外部電極を形成したことを除き、上記の製造方法と同様に製作された。
下記表1は、外部電極用導電性ペースト内に含まれるガラスフリットの平均粒径及び形状による焼成緻密度、クラック不良有無、ブリスター(blister)不良有無及び信頼性を比較した表である。
下記の信頼性評価は8585耐湿性評価に基づいて行い、具体的には、相対湿度85%、85℃の温度で6.3V、12時間のテスト条件で行われた。
上記表1を参照すると、比較例1及び比較例2はガラスフリットの平均粒径がそれぞれ0.01、3.5μmの場合で、本発明の数値範囲を外れており、電極焼成によるクラック発生及び信頼性低下の問題があることが分かる。
また、比較例3は不均一な形状を有し、平均粒径が5.0μmである従来のガラスフリットを含む場合であり、電極焼成によるクラック発生及び信頼性低下の問題があることが分かる。
一方、実施例1〜6は本発明の数値範囲を満たす場合であり、平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリットを含む外部電極用導電性ペーストを用いる場合、クラック発生の問題がなく、信頼性にも優れた結果を示すことが分かる。
図5は本発明の実施例及び比較例による焼成温度毎の外部電極の断面SEM(Scanning Electron Microscope)写真である。
図5を参照すると、本発明の実施例である平均粒径が0.5μmである球形のガラスフリットを含む外部電極の焼成温度が700℃である場合は、緻密度が非常に優れることが分かる。
一方、本発明の比較例である平均粒径が5.0μmであり、不均一な形状のガラスフリットを含む外部電極の焼成温度が700℃である場合は、緻密度において問題があることが分かる。
従って、本発明の一実施形態によると、第1及び第2外部電極が平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリットを含む導電性ペーストを用いて形成されることにより、クラック不良を防止し、信頼性に優れた積層セラミック電子部品の具現が可能である。
本発明は、上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の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、当技術分野の通常の知識を有する者により様々な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属する。
1 導電性金属
2 球形のガラスフリット
3 誘電体層
10 セラミック本体
21 第1内部電極
22 第2内部電極
31、32 第1及び第2外部電極
2 球形のガラスフリット
3 誘電体層
10 セラミック本体
21 第1内部電極
22 第2内部電極
31、32 第1及び第2外部電極
Claims (15)
- 導電性金属粉末と、
平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリットと、を含む外部電極用導電性ペースト。 - 前記球形のガラスフリットの平均粒径は0.05〜1.5μmである請求項1に記載の外部電極用導電性ペースト。
- 前記ガラスフリットは、前記導電性金属粉末に対して0.1〜200体積%の含量を有する請求項1に記載の外部電極用導電性ペースト。
- 前記ガラスフリットは、粉末形態または前記導電性金属粉末の表面にコーティングされたコア−シェル形態である請求項1に記載の外部電極用導電性ペースト。
- 前記導電性金属は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)及び銀−パラジウム(Ag−Pd)からなる群から選択される一つ以上である請求項1に記載の外部電極用導電性ペースト。
- 誘電体層を含むセラミック本体と、
前記セラミック本体内で前記誘電体層を挟んで互いに対向するように配置される第1及び第2内部電極と、
前記第1内部電極と電気的に連結された第1外部電極及び前記第2内部電極と電気的に連結された第2外部電極と、を含み、
前記第1及び第2外部電極は導電性金属粉末及び球形のガラスフリットを含み、前記ガラスフリットは前記導電性金属粉末に対して0.1〜200体積%の含量を有する、積層セラミック電子部品。 - 前記球形のガラスフリットの平均粒径は、0.05〜3.0μmである請求項6に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記球形のガラスフリットの平均粒径は、0.05〜1.5μmである請求項6に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記導電性金属は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)及び銀−パラジウム(Ag−Pd)からなる群から選択される一つ以上である請求項6に記載の積層セラミック電子部品。
- 誘電体層及び前記誘電体層を挟んで互いに対向するように配置される第1及び第2内部電極を含むセラミック本体を製造する段階と、
導電性金属粉末及び平均粒径が0.05〜3.0μmである球形のガラスフリットを含む外部電極用導電性ペーストを製造する段階と、
前記第1及び第2内部電極と電気的に連結されるように、外部電極ペーストを前記セラミック本体上に塗布する段階と、
前記セラミック本体を焼成して第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電子部品の製造方法。 - 前記球形のガラスフリットの平均粒径は0.05〜1.5μmである請求項10に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記ガラスフリットは、前記導電性金属粉末に対して0.1〜200体積%の含量を有する請求項10に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記ガラスフリットは、粉末形態または前記導電性金属粉末の表面にコーティングされたコア−シェル形態である請求項10に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記導電性金属は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)及び銀−パラジウム(Ag−Pd)からなる群から選択される一つ以上である請求項10に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記セラミック本体を焼成する段階は、700℃以下で行われる請求項10に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
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