JP2014093517A - 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】内部電極と誘電体層間の焼結温度の差による収縮と引っ張りの差により発生する切断を改善し電極連結性及びカバレッジを維持して信頼性に優れた大容量の積層セラミック電子部品及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る積層セラミック電子部品は、誘電体層を含むセラミック本体と、上記誘電体層を介して対向するように配置される内部電極と、上記セラミック本体の外側に形成され、上記内部電極と電気的に連結される外部電極と、を含み、上記内部電極はその内部に一つのセラミック層を含んで形成される。
【選択図】図２
【解決手段】本発明に係る積層セラミック電子部品は、誘電体層を含むセラミック本体と、上記誘電体層を介して対向するように配置される内部電極と、上記セラミック本体の外側に形成され、上記内部電極と電気的に連結される外部電極と、を含み、上記内部電極はその内部に一つのセラミック層を含んで形成される。
【選択図】図２
Description
本発明は、信頼性に優れた大容量の積層セラミック電子部品及びその製造方法に関する。
近年、電子製品の小型化に伴い、積層セラミック電子部品の小型化及び大容量化も求められている。
これにより、誘電体層と内部電極の薄膜化及び多層化が多様な方法で試みられており、近年では、誘電体層の厚さは薄くなり且つ積層数は増加する積層セラミック電子部品が製造されている。
積層セラミックキャパシタの一般的な製造方法では、セラミック粉末、バインダー、溶剤を混合してスラリーを製造し、導電性ペーストを印刷して内部電極を形成し、セラミックシートをフィルムから分離してグリーンセラミック積層体を製造する。このグリーンセラミック積層体を高温、高圧で圧着して硬いグリーン積層体（ｂａｒ）にし、切断工程を経てグリーンチップを製造する。以後、仮焼、焼成、研磨、外部電極塗布、メッキ工程を経て積層セラミックキャパシタが完成される。
この際、内部電極と誘電体層間の収縮と引っ張りの差によるストレスにより切断が生じ、切断される部分は添加剤とニッケル間の反応で二次相の形で存在し、二次相は容量及び絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）に悪影響を及ぼすという問題がある。
したがって、誘電体シート上に内部電極層を印刷した後に内部電極層上にセラミック層を塗布し、その上に再度内部電極層を印刷して一つの内部電極を２層の構造にすることにより、誘電体層と内部電極が同時に焼成されて二つの材料の焼結される温度が異なって二つの材料間の収縮率の差によりポア（ｐｏｒｅ）が生じても、電極連結性及びカバレッジ（ｃｏｖｅｒａｇｅ）が維持され容量の減少を防止して信頼性を改善することができる方案が求められている。
本発明の目的は、内部電極と誘電体層間の焼結温度の差による収縮と引っ張りの差により発生する切断を改善するために、内部電極の内部にセラミック層を含んで誘電体層と内部電極を同時に焼成することにより、電極連結性及びカバレッジを維持して容量及び信頼性に優れた大容量の積層セラミック電子部品を提供することである。
本発明の一実施形態によれば、誘電体層を含むセラミック本体と、上記誘電体層を介して対向するように配置される内部電極と、上記セラミック本体の外側に形成され、上記内部電極と電気的に連結される外部電極と、を含み、上記内部電極はその内部に一つのセラミック層を含んで形成されることを特徴とする積層セラミック電子部品が提供される。
上記内部電極は２つの金属層とその間に形成された一つのセラミック層を含むことができる。
上記金属層はニッケル（Ｎｉ）を含むことができる。
上記セラミック層の厚さは内部電極の厚さの１０％〜３０％であることができる。
上記セラミック層はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を含むことができる。
上記誘電体層の積層数は１００〜１０００であることができる。
本発明の他の実施形態によれば、誘電体層を含むセラミックグリーンシートを製造する段階と、導電性金属粉末及びセラミック粉末を含む内部電極用導電性ペーストを用いて上記セラミックグリーンシート上に内部電極パターンを形成する段階と、上記内部電極パターンが形成されたグリーンシートを積層し焼結して、内部に対向するように配置される内部電極を含むセラミック本体を形成する段階と、上記セラミック本体の上下面及び端部に外部電極を形成する段階と、を含み、上記内部電極パターンを形成する段階は、上記セラミックグリーンシート上に第１の金属層を形成し、上記第１の金属層上にセラミック層を形成し、上記セラミック層上に第２の金属層を形成して行われることを特徴とする積層セラミック電子部品の製造方法が提供される。
上記内部電極は２つの金属層とその間に形成された一つのセラミック層を含むことができる。
上記導電性金属粉末は銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）のうち一つ以上であることができる。
上記セラミック層の厚さは内部電極の厚さの１０％〜３０％であることができる。
上記セラミック層はスクリーン印刷、化学的蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）及び物理的蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）からなる群から選択される一つ以上の方式により形成されることができる。
上記セラミック層はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を含むことができる。
上記誘電体層の積層数は１００〜１０００であることができる。
本発明によれば、内部電極と誘電体層間の焼結温度の差による収縮と引っ張りの差により発生する切断を改善し、電極連結性及びカバレッジを維持して容量及び信頼性に優れた大容量の積層セラミック電子部品を具現することができる。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。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、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野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。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
本発明の一実施例による積層セラミック電子部品は、セラミック層である誘電体層を用い、上記誘電体層を介して内部電極が対向する構造を有する積層セラミックキャパシタ、積層バリスター、サーミスター、圧電素子、多層基板などにも適切に用いられることができる。
以下、添付の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２は、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
図１〜図２を参照すると、本発明の一実施形態による積層セラミック電子部品は、誘電体層１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１を介して対向するように配置される内部電極２１、２２と、上記内部電極２１、２２と電気的に連結された外部電極３１、３２と、を含む。
以下では、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例に挙げて説明するが、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１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」と同じ概念で用いられる。
上記セラミック本体１０は、その形状に特別な制限はないが、通常、直方体形状であることができる。また、その寸法にも特別な制限はなく、例えば、０．６ｍｍ×０．３ｍｍであり、１．０μＦ以上の高積層及び高容量の積層セラミックキャパシタを具現することができる。
本発明の一実施形態によると、上記誘電体層１を形成する原料は、十分な静電容量が得られ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１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たものであることができる。
上記誘電体層１の形成に用いられるセラミック粉末の平均粒径は、特に制限されず、本発明の目的達成のために適宜調節され、例えば、４００ｎｍ以下に調節されることができる。
上記誘電体層１の平均厚さは特に制限されず、例えば、１．０μｍ以下であることができる。
本発明の一実施形態による誘電体組成物は、上記のように誘電体層１の平均厚さが１．０μｍ以下の場合に、より優れた効果を示す。上記誘電体層１の厚さは、内部電極２１、２２の間に配置される誘電体層１の平均厚さを意味する。
また、上記誘電体層１の誘電率は、特に制限されず、例えば、３０００以上であることができる。
上記内部電極２１、２２は一端が上記セラミック本体１０の長さ方向の断面に交互に露出されることができる。
上記内部電極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内部電極を形成することができる。
また、上記内部電極２１、２２はセラミックを含み、上記セラミックは特に制限されず、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）であることができる。
静電容量の形成のために、外部電極３１、３２は、上記セラミック本体１０の外側に形成され、上記内部電極２１、２２と電気的に連結されることができる。
上記外部電極３１、３２は内部電極と同じ材質の導電性物質で形成されることができるが、これに制限されず、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）及びニッケル（Ｎｉ）からなる群から選択された一つ以上であることができる。
また、上記外部電極３１、３２は、特に制限されず、全重量に対して６０重量％以下の導電性金属を含むことができる。
上記外部電極３１、３２は、上記金属粉末にガラスフリットを添加して製造された導電性ペーストを塗布した後に焼成することにより形成されることができる。
通常、積層セラミックキャパシタの高容量化につれ、誘電体層の厚さは次第に薄くなっている。
この場合、セラミックグリーンシートの成形後に内部電極を塗布しこれを積層して焼成すると、誘電体層と内部電極がうまく付着されず、誘電体層及び内部電極の表面粗度によって一部の領域で内部電極の屈曲が発生する可能性がある。
上記内部電極の屈曲によって一つの誘電体層には厚さが最も薄く測定される領域が生じ、上記誘電体層の厚さの最も薄い領域では絶縁破壊が発生する可能性が高くなる。
また、積層セラミック電子部品は、誘電体層１と内部電極２１、２２が同時に焼成されることにより、誘電体層１と内部電極２１、２２を構成する材料の焼結される温度が異なって二つの材料間の収縮率の差によってクラック（Ｃｒａｃｋ）が発生する可能性が高い。
したがって、内部電極２１、２２の内部に一つのセラミック層２３を含むように、内部電極２１、２２を、第１の金属層２１ａ、２２ａ及び第２の金属層２１ｂ、２２ｂとその間に形成された一つのセラミック層２３の構造となるように形成すると、誘電体層１と内部電極２１、２２が同時に焼成されることにより二つの材料の焼結される温度が異なって二つの材料間の収縮率の差によってポアが生じても、電極連結性及びカバレッジ、及び容量が維持されて収縮と引っ張りの差による切断を防止することができる。
上記セラミック層２３には、誘電体層をなす成分と同様にチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を用いる。内部電極２１、２２と誘電体層１間の収縮と引っ張りの差により発生する切断を改善するために、内部電極２１、２２の内部に誘電体層１を構成する成分と同じ物質を入れる。
上記セラミック層２３の厚さは、内部電極２１、２２の厚さの１０％〜３０％である。内部電極２１、２２の厚さの１０％以下の場合は、内部電極２１、２２の切断を防止するのに不足であり、３０％以上の場合は、内部電極２１、２２の切断を防止するのに過剰であるため、適切ではない。
図３は、本発明の一実施形態により、内部電極２１、２２の内部に、第１の金属層２１ａ、２２ａ及び第２の金属層２１ｂ、２２ｂとその間にセラミック層２３を含んで形成する方法を示す製造工程を示す断面図である。
図３を参照すると、まず、誘電体シートを準備した後、第１の金属層２１ａ、２２ａを１次で印刷する。上記第１の金属層２１ａ、２２ａ上にセラミック層２３を印刷し、セラミック層２３上に第２の金属層２１ｂ、２２ｂを２次で再度印刷して内部電極２１、２２を形成する。
上記セラミック層２３は、スクリーン印刷、化学的蒸着（ＣＶＤ）及び物理的蒸着（ＰＶＤ）からなる群から選択される一つ以上の方式により形成される。
上記スクリーン印刷とは、インクをスクリーンに通過させて被印刷物に所望のパターンを転写する工程のことである。これは、基板の回路配線形成、ディスプレイパネルの電極形成、太陽電池の電極形成など、多様な分野に活用されている。
化学的蒸着（ＣＶＤ）法及び物理的蒸着（ＰＶＤ）法は、通常、薄膜を蒸着する方法であり、これらは、蒸着させるべき物質が気体状態から固体状態へと基板に蒸着されるとき、いかなる過程を経るかによって差異がある。化学的蒸着（ＣＶＤ）法は、薄膜蒸着過程で気体によって原料が移動して表面で化学的な変化を経る方法であり、物理的蒸着（ＰＶＤ）法は、気体状態が固体状態に変わるときに物理的な変化を経る方法である。
上記のような方式により、誘電体層１及び内部電極２１、２２を連続して複数の層で積層し圧着した後に焼成させて形成する。この際、上述したように、セラミック層２３の厚さが内部電極２１、２２の厚さの１０％〜３０％となるようにする。
本発明の他の実施形態による積層セラミック電子部品において、上述した本発明の一実施形態による積層セラミック電子部品と重複する説明は省略する。
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フローチャートである。
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、誘電体層を含むセラミックグリーンシートを製造する段階Ｓ１と、導電性金属粉末及びセラミック粉末を含む内部電極用導電性ペーストを用いて上記セラミックグリーンシート上に内部電極パターンを形成する段階Ｓ２と、上記内部電極パターンが形成されたグリーンシートを積層し焼結Ｓ３して、内部に対向するように配置される内部電極を含むセラミック本体を形成する段階Ｓ４と、上記セラミック本体の上下面及び端部に外部電極を形成する段階Ｓ５と、を含み、上記内部電極パターンを形成する段階Ｓ２は、上記セラミックグリーンシート上に第１の金属層を形成し、上記第１の金属層上にセラミック層を形成し、上記セラミック層上に第２の金属層を形成して行われる。
本発明の一実施形態による積層セラミック電子部品の製造方法では、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）上に塗布し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、誘電体層を形成することができる。
上記セラミックグリーンシートは、セラミック粉末、バインダー、溶剤を混合してスラリーを製造し、上記スラリーをドクターブレード法により数μｍの厚さを有するシート（ｓｈｅｅｔ）状に製作することができる。
次に、導電性金属粉末及びセラミック粉末を含む内部電極用導電性ペーストを製造した。上記導電性金属粉末の粒子の平均サイズは０．０５〜０．２μｍである。
上記導電性金属粉末は、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）のうち一つ以上であることができる。
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２１、２２を形成し、上記内部電極２１、２２を形成するとき、上記セラミックグリーンシート上に第１の金属層２１ａ、２２ａを形成し、上記第１の金属層２１ａ、２２ａ上にセラミック層２３を形成し、上記セラミック層２３上に第２の金属層２１ｂ、２２ｂを形成する。
即ち、上記図３で説明したような順で、２つの金属層とその間に形成された一つのセラミック層２３を含むように内部電極２１、２２を形成する。
次に、上記グリーンシートを積層し焼結して、内部に上記誘電体層１を介して対向するように配置される内部電極２１、２２を含むセラミック本体１０を形成することができる。
以後、圧着、切断して１００５規格のサイズ（Ｓｉｚｅ）のチップ（長さ×幅×厚さ：１．０ｍｍ×０．５ｍｍ×０．５ｍｍ）を製造し、上記チップをＨ２ ０．１％以下の還元雰囲気下で１０５０〜１２００℃の温度で焼成することにより、セラミック本体１０を製造することができる。
上記セラミック本体は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を含むことができる。
次に、導電性金属を含む外部電極用導電性ペーストを製造し、上記内部電極と電気的に連結されるように上記外部電極用導電性ペーストを上記セラミック本体の端部に塗布して外部電極３１、３２を形成することができる。
上記外部電極３１、３２は、上記セラミック本体１０の両端部を上記外部電極用導電性ペーストにディッピング（ｄｉｐｐｉｎｇ）することにより製造されることができるが、これに制限されず、多様な方法で製造されることができる。
他に、上述した本発明の一実施形態による積層セラミック電子部品の特徴と重複する説明は省略する。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形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する者には明らかである。
１ 誘電体層
１０ セラミック本体
２１ａ、２２ａ 第１の金属層
２１ｂ、２２ｂ 第２の金属層
２１、２２ 内部電極
２３ セラミック層
３１、３２ 外部電極
１０ セラミック本体
２１ａ、２２ａ 第１の金属層
２１ｂ、２２ｂ 第２の金属層
２１、２２ 内部電極
２３ セラミック層
３１、３２ 外部電極
Claims (13)
- 誘電体層を含むセラミック本体と、
前記誘電体層を介して対向するように配置される内部電極と、
前記セラミック本体の外側に形成され、前記内部電極と電気的に連結される外部電極と、
を含み、
前記内部電極はその内部に一つのセラミック層を含んで形成される、積層セラミック電子部品。 - 前記内部電極は２つの金属層とその間に形成された一つのセラミック層を含む、請求項１に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記金属層はニッケルを含む、請求項１に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記セラミック層の厚さは内部電極の厚さの１０％〜３０％である、請求項１に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記セラミック層はチタン酸バリウムを含む、請求項１に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記誘電体層の積層数は１００〜１０００である、請求項１に記載の積層セラミック電子部品。
- 誘電体層を含むセラミックグリーンシートを製造する段階と、
導電性金属粉末及びセラミック粉末を含む内部電極用導電性ペーストを用いて前記セラミックグリーンシート上に内部電極パターンを形成する段階と、
前記内部電極パターンが形成されたグリーンシートを積層し焼結して、内部に対向するように配置される内部電極を含むセラミック本体を形成する段階と、
前記セラミック本体の上下面及び端部に外部電極を形成する段階と、
を含み、
前記内部電極パターンを形成する段階は、前記セラミックグリーンシート上に第１の金属層を形成し、前記第１の金属層上にセラミック層を形成し、前記セラミック層上に第２の金属層を形成して行われる、積層セラミック電子部品の製造方法。 - 前記内部電極は２つの金属層とその間に形成された一つのセラミック層を含む、請求項７に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記導電性金属粉末は銀、鉛、白金、ニッケル及び銅のうち一つ以上である、請求項７に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記セラミック層の厚さは内部電極の厚さの１０％〜３０％である、請求項７に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記セラミック層はスクリーン印刷、化学的蒸着及び物理的蒸着からなる群から選択される一つ以上の方式により形成される、請求項７に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記セラミック層はチタン酸バリウムを含む、請求項７に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記誘電体層の積層数は１００〜１０００である、請求項７に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
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