JP2016015461A - 積層セラミックキャパシタ及び積層セラミックキャパシタの実装基板 - Google Patents

積層セラミックキャパシタ及び積層セラミックキャパシタの実装基板 Download PDF

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Abstract

【課題】ESD(Electro Static Discharge)による損傷の発生が減少した積層セラミックキャパシタ及びその実装基板を提供する。
【解決手段】積層配置された複数の誘電体層111を含み、長さ方向に対向する第1側面1及び第2側面2を有するセラミック本体110、誘電体層上に配置され、セラミック本体の第1側面及び第2側面に交互に露出する複数の内部電極121、122、及びセラミック本体の第1側面及び第2側面に配置され、内部電極と連結される外部電極131、132を含む。内部電極は、メイン部、及びメイン部より厚さが厚いESD保護部を含む。
【選択図】図2

Description

本発明は、積層セラミックキャパシタ及び積層セラミックキャパシタの実装基板に関するものである。
携帯電話、デジカメ、PDAのような携帯型製品や高速データ線、USB、HDMIなどの使用が増加するにつれ、過酷な環境(高温、多湿、高圧、高ESD)における使用頻度が増えている。このような過酷な条件において信頼性を向上させるために、ESD(Electro Static Discharge)に対する対策が重要な問題として浮かび上がっている。
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、及び上記内部電極と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基板に実装されて用いられることができる。基板実装時に、回路基板上の実装パッドと外部電極ははんだによって電気的に連結され、上記実装パッドは基板上の配線パターンまたは導電性ビアによって他の外部回路と連結されることができる。
積層セラミックキャパシタの外部電極を介して短時間で高圧の電流が流れると、ESD発生によって積層セラミックキャパシタが損傷する可能性があるため、製品の信頼性を向上させるための静電気対策が非常に重要となる。
韓国公開特許第10−2010−0043518号公報
本発明の目的は、積層セラミックキャパシタ及び積層セラミックキャパシタが実装された基板を提供することにある。
本発明の一形態は、積層配置された複数の誘電体層を含み、長さ方向に対向する第1側面及び第2側面を有するセラミック本体と、上記誘電体層上に配置され、上記セラミック本体の第1側面及び第2側面に交互に露出する複数の内部電極と、上記セラミック本体の第1側面及び第2側面に配置され、上記内部電極と連結される外部電極と、を含み、上記内部電極は、メイン部、及び上記メイン部より厚さが厚いESD保護部を含む積層セラミックキャパシタを提供する。
本発明の他の形態は、上部に第1及び第2電極パッドを有する印刷回路基板と、上記印刷回路基板上に設置された積層セラミックキャパシタと、を含み、上記積層セラミックキャパシタは、積層配置された複数の誘電体層を含み、長さ方向に対向する第1側面及び第2側面を有するセラミック本体、上記誘電体層上に配置され、上記セラミック本体の第1側面及び第2側面に交互に露出する複数の内部電極、及び上記セラミック本体の第1側面及び第2側面に配置され、上記内部電極と連結される外部電極を含み、上記内部電極は、メイン部、及び上記メイン部より厚さが厚いESD保護部を含む積層セラミックキャパシタの実装基板を提供する。
本発明の一形態によると、ESD(Electro Static Discharge)による損傷の発生が減少した積層セラミックキャパシタ及びその実装基板を提供することができる。
本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタを概略的に示した斜視図である。 図1のA−A’線に沿った断面図である。 図2のP領域の拡大図である。 本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタの内部電極を示すための平面図である。 本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタの実装基板を示した断面図である。
以下では、添付の図面を参照し、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。
積層セラミックキャパシタ100
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した斜視図であり、図2は図1のA−A’線に沿った断面図である。
図1及び図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キャパシタ100は、セラミック本体110及び外部電極131、132を含む。
本発明の一実施形態によると、図面のT方向はセラミック本体110の厚さ方向で、内部電極121、122及び誘電体層111が積層される方向、L方向はセラミック本体110の長さ方向、W方向はセラミック本体110の幅方向であることができる。
上記セラミック本体110は、複数の誘電体層111を含み、長さ方向に相対する第1側面1及び第2側面2、幅方向に相対する第3側面3及び第4側面4、及び厚さ方向に相対する上面5及び下面6を有することができる。上記セラミック本体110は、その形状に特に制限はなく、図示されているのように、完全な六面体状ではないが、実質的に六面体に近い形状を有することができる。
上記上面及び下面は、特に言及されない限り、セラミック本体において別途で備えられるものではなく、それぞれ厚さ方向に対向する一面及び他面と同一の意味と理解されることができる。
上記セラミック本体110は、複数の誘電体層111が積層されて形成されることができる。図1及び図2に示されているように、上記セラミック本体は、誘電体層111上に配置された内部電極121、122を含み、内部電極が配置された複数の誘電体層が積層されて形成されることができる。上記内部電極は、第1内部電極121及び第2内部電極122を含むことができ、上記第1及び第2内部電極121、122は少なくとも一誘電体層111を介して上記誘電体層上に交互に配置されて上記セラミック本体の厚さ方向(T方向)に積層されることができる。
上記内部電極121、122は、上記セラミック本体の第1側面1及び第2側面2に交互に露出することができる。例えば、上記第1内部電極121は上記セラミック本体の第1側面1に露出し、上記第2内部電極122は上記セラミック本体の第2側面2に露出することができる。
上記セラミック本体110の形状、寸法、及び誘電体層111の積層数は、本実施形態に示されるものに限定されない。
本発明の一実施形態によると、上記誘電体層111の平均厚さは、積層セラミックキャパシタの容量設計に応じて任意に変更されることができる。
また、誘電体層111は、高誘電率を有するセラミック粉末、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)系またはチタン酸ストロンチウム(SrTiO)系粉末を含むことができるが、本発明はこれに限定されない。
上記第1及び第2内部電極121、122は、特に制限されないが、例えば、パラジウム(Pd)、パラジウム−銀(Pd−Ag)の合金などの貴金属材料及びニッケル(Ni)、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。
一方、上記第1及び第2内部電極121、122は、異なる極性を有する一対の電極で、誘電体層111上に所定の厚さで導電性金属を含む導電性ペーストを印刷することで形成されることができる。
上記第1及び第2内部電極121、122の焼成後の平均厚さは、静電容量を形成することができるならば、特に制限されない。
また、上記セラミック本体110は、内部電極121、122を外部衝撃から保護するために、最外側の内部電極の外側に配置されたカバー層(図示せず)を含むことができる。
上記カバー層は、内部電極を含まないことを除いては、誘電体層111と同一の材質及び構成を有することができる。上記カバー層は、単一誘電体層または2つ以上の誘電体層を積層して形成されたものと見なすことができ、物理的または化学的ストレスによる内部電極の損傷を防止する役割をすることができる。
上記外部電極131、132は、上記セラミック本体の第1側面及び第2側面に配置され、上記内部電極121、122と連結されることができる。上記外部電極131、132は、第1外部電極131及び第2外部電極132を含むことができ、上記第1外部電極131は第1内部電極121と連結され、上記第2外部電極132は第2内部電極121と連結されることができる。
上記外部電極131、132は、伝導性ペーストを上記セラミック本体110の第1側面及び第2側面に塗布して焼成することで形成されることができる。しかし、外部電極の形状及び形成方法は、特に限定されない。
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キャパシタ100の内部電極121、122は、長さ方向において厚さが異なるように形成されることができる。
図3は図2のP領域の拡大図であり、図4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の第1内部電極121及び第2内部電極122を示すための平面図である。
図4を参照すると、上記内部電極121、122は、メイン部121a、122a及びESD保護部121b、122bを含む。例えば、上記第1内部電極121は第1メイン部121a及び第1ESD保護部121bを含み、上記第2内部電極122は第2メイン部122a及び第2ESD保護部122bを含むことができる。
本発明の一実施形態によると、上記ESD保護部121b、122bは上記メイン部121a、122aより厚く形成される。
上記メイン部121a、122aとは、上記外部電極と連結される内部電極の一端から上記内部電極の一定長さまでの部分を意味する。また、上記ESD保護部121b、122bとは、内部電極においてメイン部121a、122aを除いた領域で、上記外部電極と連結されない内部電極の他端から上記内部電極の一定長さまでの部分を意味する。
上記メイン部121a、122aと上記ESD保護部121b、122bは隣接するように配置され、互いに連結されて一体で形成され、厚さ差異によって区分されることができる。
上記メイン部121a、122aは上記内部電極において上記外部電極と連結される一端に隣接する部分であり、上記ESD保護部121b、122bは上記内部電極において外部電極と連結されない他端に隣接する部分である。ただし、メイン部121a、122aとESD保護部121b、122bは、内部電極の一端及び他端からの絶対的な距離によって区分されず、厚さ差異によって区分されることができる。
上記メイン部121a、122aは、上記内部電極のうち隣接した内部電極と重なり領域を形成せずに外部電極と連結されるリード部(図示せず)を含むことができる。
上記内部電極121、122は、上記リード部によって外部電極と電気的に連結されることができる。
これにより、外部電極131、132に電圧が印加されると、対向する内部電極121、122の間に電荷が蓄積されるようになる。このとき、積層セラミックキャパシタ100の静電容量は、隣接する第1及び第2内部電極121、122が重なる領域の面積に比例するようになる。
上記ESD保護部121b、122bは隣接する内部電極と重なって容量を形成することができ、上記メイン部121a、122aにおいてリード部を除いた領域は隣接する内部電極と重なって容量を形成することができる。
ただし、外部電極を介して瞬間的に高電流が積層セラミックキャパシタの内部に流れる場合、表面電荷密度が高い内部電極の先端に(−)電荷が集中し、(+)に帯電された隣接する内部電極の間に配置された誘電体層の内部双極子(dipole)が膨張及び収縮したり、誘電体層の絶縁性が低下して静電気放電(ESD、Electro Static Discharge)が発生するため、積層セラミックキャパシタの一部が破壊する可能性がある。
これに対し、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、内部電極において外部電極と連結されない一端、及びそれと隣接する領域を厚くすることにより、表面積増大による電荷分散効果で電荷集中を解消して積層セラミックキャパシタのESD電圧を増加させることができる。
ESD電圧とは、静電気(Electro static)の印加時に積層セラミックキャパシタが耐えられる限界電圧のことで、ESD耐量を意味することができる。
本発明の一実施形態によると、上記セラミック本体の長さ−厚さ方向の断面において、上記メイン部121a、122aの面積をSa、上記ESD保護部121b、122bの面積をSbと規定するとき、0.65≦Sb/Sa≦1.80を満たすことができる。
上記メイン部121a、122aの面積Saは、上記メイン部121a、122aの長さと厚さを掛け算して求めることができ、上記ESD保護部121b、122bの面積Sbは、上記ESD保護部121b、122bの長さと厚さを掛け算して求めることができる。
上記Sb/Saが0.65未満の場合は、積層セラミックキャパシタのESD電圧の向上効果が大きくなく、Sb/Saが1.80を超過すると、メイン部とESD保護部の段差によるマージン部のデラミネーション及びセラミック本体のクラック発生率が高い可能性がある。
本発明の一実施形態によると、電荷分散効果を向上させるとともに、メイン部とESD保護部の段差によるセラミック本体内のデラミネーション及びクラック発生を抑制させるために、上記内部電極の長さをL1、上記ESD保護部の長さをLbと規定するとき、0.35≦Lb/L1≦0.5を満たすことができ、上記メイン部の厚さをT1、上記ESD保護部の厚さをT2と規定するとき、1.1≦T2/T1≦1.8を満たすことができる。
図3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キャパシタ100は、上記内部電極121、122の平面上において、上記外部電極と連結されずに離れた内部電極一端の角部がラウンドした形状を有する。内部電極の角部をラウンド形状を有するように形成すると、角張ったり、突出した部分を最小化して電荷集中を解消することにより、積層セラミックキャパシタのESD電圧を増加させることができる。
上記内部電極121、122の角部の曲率半径をR、上記内部電極121、122の幅をW1と規定するとき、上記内部電極は、0.25≦R/W1≦0.50を満たすことができる。
上記R/W1が0.25未満の場合、積層セラミックキャパシタのESD電圧の向上効果が大きくない可能性がある。
また、これに制限されないが、内部電極において角張ったり、突出した部分を最小化するために、内部電極一端の角部を幅方向の両側において実質的に対称に形成する場合、R/W1は0.50を超過することができない。
上記内部電極121、122の上面及び下面のうち少なくとも一面は、上記メイン部121a、122aと上記ESD保護部121b、122bの厚さ差異による段差を有する。
また、メイン部121、122aとESD保護部121b、122bの厚さ差異により、上記内部電極121、122の上面及び下面は、ともに段差を有することができる。
上記内部電極121、122の上面及び下面のうち少なくとも一面の段差は、高さが緩やかに増加する形状を有することができる。
本発明の一実施形態によると、上記内部電極121、122の上面及び下面は同一水準の段差を有するように形成されることができ、内部電極の上面及び下面の段差の高さは上記メイン部と上記ESD保護部の厚さ差異の1/2であることができる。上記のように、内部電極の上面及び下面において段差が実質的に同一水準に形成される場合、段差が内部電極の上面または下面のみに形成される場合に比べて内部電極間の短絡(ショート)発生率を減少させることができる。
本発明の一実施形態によると、積層セラミックキャパシタの内部電極は、先端に隣接した一部領域の厚さが増加したり、内部電極先端がラウンドした形状を有することにより、内部電極の厚さが均一に形成されたり、内部電極先端がラウンドした形状を有さない場合に比べてESD電圧が向上することができる。
また、内部電極の厚さが増加した部分の面積が内部電極の残り部分の面積の65%以上になるようにする場合、及び内部電極先端の角部の曲率半径が内部電極の幅の25%以上になるようにする場合、ESD電圧がさらに向上することができる。
積層セラミックキャパシタの実装基板
図5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の実装基板200を示した断面図である。
図5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キャパシタの実装基板200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100、上記積層セラミックキャパシタ100が実装される印刷回路基板210、及び印刷回路基板210の上面に離れるように形成された第1及び第2電極パッド221、222を含む。
このとき、積層セラミックキャパシタ100は、第1及び第2外部電極131、132がそれぞれ第1及び第2電極パッド221、222上に接触されるように位置した状態において、はんだ230によって印刷回路基板210と電気的に連結されることができる。
即ち、本実施形態によると、上部に第1及び第2電極パッド221、222を有する印刷回路基板210、及び上記印刷回路基板上に設置された積層セラミックキャパシタ100を含み、上記積層セラミックキャパシタ100は、積層配置された複数の誘電体層を含み、長さ方向に対向する第1側面及び第2側面を有するセラミック本体、上記誘電体層上に配置され、上記セラミック本体の第1側面及び第2側面に交互に露出する複数の内部電極、及び上記セラミック本体の第1側面及び第2側面に配置され、上記内部電極と連結される外部電極を含み、上記内部電極は、メイン部、及び上記メイン部より厚さが厚いESD保護部を含む積層セラミックキャパシタの実装基板200を提供する。
上記積層セラミックキャパシタの実装基板に関する内容のうち、上述した積層セラミックキャパシタと同一事項は説明の重複を避けるために省略する。
実験例
本実験例は、長さ×幅×厚さ(L×W×T)が約0.4mm×0.2mm×0.2mmである0402サイズ、温度変化による容量変化が±30ppm以内のCOG機種の積層セラミックキャパシタを用いて行われた。上記積層セラミックキャパシタに含まれた誘電体層の厚さは約5.5μm、内部電極の厚さは約1.6μmであり、内部電極の積層数は約18層であった。本実験例において、上記内部電極の厚さ及び誘電体層の厚さは、それぞれメイン部及びメイン部に対応する領域の厚さのことである。
メイン部の面積SaとESD保護部の面積Sbの比Sb/Sa、及び外部電極と離れた内部電極一端の角部の曲率半径Rと内部電極の幅W1の比R/W1は、下記表1に示されているように、多様に形成された。
上記内部電極はセラミック本体の長さ方向の第1側面及び第2側面に交互に露出し、外部電極はセラミック本体の第1側面及び第2側面に形成される。
下記表1は、上記のように製造された積層セラミックキャパシタにおいて、メイン部の面積SaとESD保護部の面積Sbの比Sb/Sa、及び外部電極と離れた内部電極一端の角部の曲率半径Rと内部電極の幅W1の比R/W1によるESD電圧を示したデータである。
表1のESD電圧は、ESD印加試験装備の(+)極及び(−)極先端に基板実装された積層セラミックキャパシタを連結し、それぞれの(+)極及び(−)極に1回ずつ500Vの単位で電圧を上昇させながら印加した後、IR実側によって積層セラミックキャパシタが破壊しない限界電圧を測定して示した。積層セラミックキャパシタの破壊は、静電気が印加された後、IR実測によってショートが発生するか否かを確認して判定した。
表1の第1行目は内部電極一端の角部の曲率半径Rと内部電極の幅W1の比R/W1値を示し、表1の第1行目はメイン部の面積SaとESD保護部の面積Sbの比Sb/Sa値を示し、第2行目〜第11行目の第2列〜第10列はR/W1及びSb/SaによるESD電圧を示す。
Figure 2016015461
上記表1を参照すると、Sb/Saが0.65以上の場合(表1の第5行目〜第11行目に該当)は、Sb/Saが0.65未満の場合に比べてESD電圧が大幅増加することが確認できた。また、R/W1が0.25以上の場合(表1の第7列目〜第10列目に該当)は、R/W1が0.25未満の場合に比べてESD電圧が増加することが確認できた。
下記表2は、Sb/Saの値によるセラミック本体のマージン部のデラミネーション発生率を示したデータである。セラミック本体のマージン部のデラミネーションは、各実験群当たりに1000個のチップに対してセラミック本体の長さ−厚さ方向の断面を観察して、層間にデラミネーションが発生したか否かを確認して示した。
Figure 2016015461
上記表2を参照すると、Sb/Saが1.80を超過すると、デラミネーション発生率が急激に増加することが確認できた。
上記表1を参照すると、Sb/Saが0.65以上になることが好ましく、上記表2を参照すると、Sb/Saが1.80以下に形成されることが好ましい。
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、特許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ものには明らかである。
100 積層セラミックキャパシタ
110 セラミック本体
111 誘電体層
121、122 第1及び第2内部電極
131、132 第1及び第2外部電極
200 実装基板
210 印刷回路基板
221、222 第1及び第2電極パッド
230 はんだ

Claims (14)

  1. 積層配置された複数の誘電体層を含み、長さ方向に対向する第1側面及び第2側面を有するセラミック本体と、
    前記誘電体層上に配置され、前記セラミック本体の第1側面及び第2側面に交互に露出する複数の内部電極と、
    前記セラミック本体の第1側面及び第2側面に配置され、前記内部電極と連結される外部電極と、を含み、
    前記内部電極は、メイン部、及び前記メイン部より厚さが厚いESD保護部を含む、積層セラミックキャパシタ。
  2. 前記メイン部は前記外部電極と連結されるリード部を含む、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  3. 前記セラミック本体の長さ−厚さ方向の断面において、前記メイン部の面積をSa、前記ESD保護部の面積をSbと規定するとき、0.65≦Sb/Sa≦1.80を満たす、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  4. 前記内部電極の長さをL1、前記ESD保護部の長さをLbと規定するとき、0.35≦Lb/L1≦0.5を満たす、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  5. 前記メイン部の厚さをT1、前記ESD保護部の厚さをT2と規定するとき、1.1≦T2/T1≦1.8を満たす、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  6. 前記内部電極の平面上において、前記外部電極と離れて配置された前記内部電極一端の角部はラウンドした形状を有し、前記角部の曲率半径をR、前記内部電極の幅をW1と規定するとき、0.25≦R/W1≦0.50を満たす、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  7. 前記内部電極の上面及び下面は前記メイン部と前記ESD保護部の厚さ差異によって段差を有する、請求項1に記載の積層セラミックキャパシタ。
  8. 前記段差の高さは前記メイン部と前記ESD保護部の厚さ差異の1/2である、請求項7に記載の積層セラミックキャパシタ。
  9. 上部に第1及び第2電極パッドを有する印刷回路基板と、
    前記印刷回路基板上に設置された積層セラミックキャパシタと、を含み、
    前記積層セラミックキャパシタは、積層配置された複数の誘電体層を含み、長さ方向に対向する第1側面及び第2側面を有するセラミック本体、前記誘電体層上に配置され、前記セラミック本体の第1側面及び第2側面に交互に露出する複数の内部電極、及び前記セラミック本体の第1側面及び第2側面に配置され、前記内部電極と連結される外部電極を含み、前記内部電極は、メイン部、及び前記メイン部より厚さが厚いESD保護部を含む、積層セラミックキャパシタの実装基板。
  10. 前記メイン部は前記外部電極と連結されるリード部を含む、請求項9に記載の積層セラミックキャパシタの実装基板。
  11. 前記セラミック本体の長さ−厚さ方向の断面において、前記メイン部の面積をSa、前記ESD保護部の面積をSbと規定するとき、0.65≦Sb/Sa≦1.80を満たす、請求項9に記載の積層セラミックキャパシタの実装基板。
  12. 前記内部電極の長さをL1、前記ESD保護部の長さをLbと規定するとき、0.35≦Lb/L1≦0.5を満たす、請求項9に記載の積層セラミックキャパシタの実装基板。
  13. 前記メイン部の厚さをT1、前記ESD保護部の厚さをT2と規定するとき、1.1≦T2/T1≦1.8を満たす、請求項9に記載の積層セラミックキャパシタの実装基板。
  14. 前記内部電極の平面上において、前記外部電極と離れて配置された前記内部電極一端の角部はラウンドした形状を有し、前記角部の曲率半径をR、前記内部電極の幅をW1と規定するとき、0.25≦R/W1≦0.50を満たす、請求項9に記載の積層セラミックキャパシタの実装基板。
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