JP2019195037A - 積層型キャパシタ - Google Patents

Abstract

【課題】耐湿信頼性に優れた積層型キャパシタを提供する。【解決手段】積層型キャパシタ１００は、誘電体層１１１と交互に配置される内部電極１２１、１２２を含む本体と、本体に配置される外部電極１３１、１３２と、を含む。外部電極は、内部電極と接触する第１電極層１３１ａ、１３２ａと、第１電極層上に配置され、金属酸化物及びガラスを含む酸化物層１３１ｂ、１３２ｂと、酸化物層上に配置される第２電極層１３１ｃ、１３２ｃと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は積層型キャパシタに関する。

積層型キャパシタの一つである積層セラミックキャパシタ（Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｙｅｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、ＭＬＣＣ）は、小型でありながら高容量が保証され、かつ実装が容易であるという利点により、通信、コンピュータ、家電、自動車などの産業で用いられる重要なチップ部品であり、特に、携帯電話、コンピュータ、デジタルＴＶなどの各種電気、電子、情報通信機器に用いられる核心受動素子である。

近年、電子機器の小型化及び高性能化に伴い、積層セラミックキャパシタも小型化及び高容量化する傾向にある。このような傾向に伴って、積層セラミックキャパシタの信頼性に対する重要度が高まっており、特に耐湿信頼性に対する重要度が高まっている。

積層セラミックキャパシタの耐湿信頼性を確保するための方案として、外部電極を構成する電極層の間にガラス（ｇｌａｓｓ）層を形成することで耐湿信頼性を向上させようとする試みがなされた。

しかし、かかる方案には、ガラス層と電極層との間の結合力が弱く、水分などが浸透できる浸透経路として作用し得るという問題があった。

韓国公開特許第１０−１９９４−００１６３０９号公報

本発明の一目的は、耐湿信頼性に優れた積層型キャパシタを提供することにある。

本発明の一側面は、誘電体層と交互に配置される内部電極を含む本体と、上記本体に配置される外部電極と、を含み、上記外部電極は、上記内部電極と接触する第１電極層と、上記第１電極層上に配置され、金属酸化物及びガラスを含む酸化物層と、上記酸化物層上に配置される第２電極層と、を含む積層型キャパシタを提供する。

本発明の一実施形態において、上記酸化物層の厚さは０．２〜８μｍであることができる。

本発明の一実施形態において、上記酸化物層に含まれている金属含量は、上記酸化物層全体に対して２０〜８０重量％であることができる。

本発明の一実施形態において、上記第１電極層はＮｉを含むことができる。

本発明の一実施形態において、上記第２電極層は導電性金属及びガラスを含む焼成電極であることができる。

本発明の一実施形態において、上記導電性金属はＣｕであることができる。

本発明の一実施形態において、上記金属酸化物はＮｉ酸化物であることができる。

本発明の一実施形態において、上記第１電極層はＮｉを含み、上記金属酸化物はＮｉ酸化物であり、上記第２電極層はＣｕ及びガラスを含む焼成電極であることができる。

本発明の一側面による積層型キャパシタは、外部電極に金属酸化物及びガラスを含む酸化物層を含むことにより、耐湿信頼性を向上させることができる。

本発明の一実施形態によるキャパシタの斜視図を概略的に示したものである。 図１のＩ−Ｉ'線に沿った断面図を概略的に示したものである。 本発明の一実施形態によるキャパシタの本体を製作するための内部電極が印刷されたセラミックグリーンシートを示したものである。

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拡大縮小表示（又は強調表示や簡略化表示）がされることがある。また、各実施形態の図面に示された同一の思想の範囲内において機能が同一である構成要素に対しては、同一の参照符号を使用して説明する。

そして、本発明を明確に説明するために、図面において説明と関係ない部分は省略し、複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、同一思想の範囲内において機能が同一である構成要素に対しては、同一の参照符号を用いて説明する。さらに、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外する意味ではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

図面において、Ｘ方向は第１方向又は長さ方向、Ｙ方向は第２方向又は幅方向、Ｚ方向は第３方向、厚さ方向又は積層方向として理解することができるが、これに制限されるものではない。

積層型キャパシタ
図１は本発明の一実施形態によるキャパシタの斜視図を概略的に示したものである。図２は図１のＩ−Ｉ'線に沿った断面図を概略的に示したものである。図３は本発明の一実施形態によるキャパシタの本体を製作するための内部電極が印刷されたセラミックグリーンシートを示したものである。

以下、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態によるキャパシタ１００について説明する。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による積層型キャパシタ１００は、誘電体層１１１と交互に配置される内部電極１２１、１２２を含む本体と、上記本体に配置される外部電極１３１、１３２と、を含む。

本体１１０は、複数の誘電体層１１１を厚さ方向（Ｚ方向）に積層した後に焼成して形成される。但し、かかる本体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たものに限定されない。

本体１１０は、厚さ方向（Ｚ方向）に互いに対向する第１及び第２面１、２と、第１及び第２面１、２と連結され、長さ方向（Ｘ方向）に互いに対向する第３及び第４面３、４と、第１及び第２面１、２と連結され、第３及び第４面３、４と連結され、幅方向（Ｙ方向）に互いに対向する第５及び第６面５、６と、を有することができる。

本体１１０を形成する複数の誘電体層１１１は焼成された状態であり、隣接する誘電体層１１１の間の境界は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を利用せずには確認し難いほど一体化することができる。

誘電体層１１１を形成する原料は、十分な静電容量が得られる限り、特に制限されず、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）粉末であることができる。誘電体層１１１を形成する材料は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）などの粉末に、本発明の目的に応じて、様々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。

本体１１０の上部と下部はそれぞれ、内部電極が形成されない誘電体層を積層して形成されるカバー層１１２、１１３を含むことができる。カバー層１１２、１１３は、外部衝撃に対してキャパシタの信頼性を維持する役割を果たすことができる。

図１及び図２を参照すると、本体１１０は、誘電体層１１１と、誘電体層１１１を挟んで上記第３及び第４面３、４を介して交互に露出するように配置される第１及び第２内部電極１２１、１２２と、を含むことができる。

第１及び第２内部電極１２１、１２２は、互いに異なる極性を有する一対の電極であって、中間に配置された誘電体層１１１によって互いに電気的に絶縁される。

第１及び第２内部電極１２１、１２２は、本体１１０の長さ方向（Ｘ方向）の第３及び第４面３、４に交互に露出することにより、本体１１０の外側に配置される第１及び第２外部電極１３１、１３２とそれぞれ連結される。

第１及び第２内部電極１２１、１２２の厚さは、用途に応じて決定されることができる。

例えば、第１及び第２内部電極１２１、１２２の厚さは、本体１１０の大きさを考慮して、０．２〜１．０μｍの範囲を満たすように形成することができるが、必ずしもこれに制限されるものではない。

第１及び第２内部電極１２１、１２２は、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、又は白金（Ｐｔ）などの単独又はこれら合金の導電性金属を含むことができる。

図３を参照すると、第１内部電極１２１が印刷されたセラミックグリーンシート（ａ）と、第２内部電極１２２が印刷されたセラミックグリーンシート（ｂ）とを交互に積層した後、焼成して本体を形成することができる。

外部電極１３１、１３２は、本体１１０の一面に配置され、内部電極１２１、１２２と接触する。外部電極１３１、１３２は、第１及び第２内部電極１２１、１２２とそれぞれ連結される第１及び第２外部電極１３１、１３２を含むことができる。

外部電極１３１、１３２は、本体１１０に配置される第１電極層１３１ａ、１３２ａと、第１電極層１３１ａ、１３２ａ上に配置され、金属酸化物及びガラスを含む酸化物層１３１ｂ、１３２ｂと、酸化物層１３１ｂ、１３２ｂ上に形成された第２電極層１３１ｃ、１３２ｃと、を含む。

第１電極層１３１ａ、１３２ａは、内部電極１２１、１２２と外部電極１３１、１３２を電気的に接続する役割を果たす。第１電極層１３１ａ、１３２ａを形成する方法は特に制限せず、導電性金属及びガラスを含むペーストを用いて形成するか、スパッタリング、無電解めっき法、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）法などを利用して形成することができる。

第１電極層１３１ａ、１３２ａはＮｉを含むことができる。例えば、第１電極層１３１ａ、１３２ａは、導電性金属及びガラスを含む焼成電極であることができ、導電性金属はＮｉであることができる。後述のように、酸化物層１３１ｂ、１３２ｂに含まれている金属酸化物は、第１電極層１３１ａ、１３２ａに含まれている金属の酸化物であることができ、Ｎｉは酸化しやすい金属であるため、酸化物層１３１ｂ、１３２ｂに金属酸化物を容易に提供することができる。

また、第１電極層１３１ａ、１３２ａに含まれている導電性金属を内部電極１２１、１２２に含まれている導電性金属と同一の物質にすることにより、内部電極１２１、１２２と外部電極１３１、１３２との電気的接続性をより向上させることができる。例えば、Ｎｉを含む導電性ペーストを用いて内部電極及び第１外部電極をそれぞれ形成することにより、内部電極と外部電極との電気的接続性をより向上させることができる。

本発明の一実施形態によるキャパシタの酸化物層１３１ｂ、１３２ｂは、第１電極層１３１ａ、１３２ａと第２電極層１３１ｃ、１３２ｃとの間に形成される。

酸化物層１３１ｂ、１３２ｂは、金属酸化物及びガラスを含み、第１電極層１３１ａ、１３２ａと第２電極層１３１ｃ、１３２ｃとの間に形成されて、水分がキャパシタの内部に浸透することを防止することにより、耐湿信頼性を向上させる役割を果たす。

従来の一般的な外部電極は、金属とガラスを用いて電気的特性を実現するとともに、外部から水分などがキャパシタの内部に入ることを防止するシール（ｓｅａｌｉｎｇ）特性を実現しようとした。

しかし、金属とガラスは異種物質であるため、相互間の界面結合力が弱く、互いに離隔した部分が存在し、シール（ｓｅａｌｉｎｇ）特性が不十分であった。そのため、互いに離隔した部分が水分浸透経路として作用し、耐湿信頼性に劣るという問題が発生した。

そこで、耐湿信頼性を確保するための方案として、外部電極を構成する電極層の間にガラス（ｇｌａｓｓ）層を形成することで耐湿信頼性を向上させようとする試みがなされたが、この場合もガラス層と電極層との間の結合力が弱く、水分などが浸透できる水分浸透経路が形成され得るという問題があった。

本発明の場合、第１電極層１３１ａ、１３２ａと第２電極層１３１ｃ、１３２ｃとの間に金属酸化物及びガラスを含む酸化物層１３１ｂ、１３２ｂを形成することにより、耐湿信頼性を向上させることができる。

金属酸化物は、ガラスとの界面結合力が高いため、水分浸透経路が形成されることを防止することができ、耐湿信頼性を向上させることができる。

一方、酸化物層１３１ｂ、１３２ｂの金属酸化物は、第１電極層１３１ａ、１３２ａに含まれている金属が酸化して形成されたものであることができる。第１電極層１３１ａ、１３２ａを酸化させて金属酸化物を形成することにより、第１電極層１３１ａ、１３２ａと酸化物層との間の結合力も十分に確保できるため、耐湿信頼性を向上させることができる。

例えば、第１電極層１３１ａ、１３２ａがＮｉを含み、酸化物層１３１ｂ、１３２ｂの金属酸化物がＮｉＯ、Ｎｉ_２Ｏ_３などのＮｉ酸化物であることができる。

本発明の酸化物層１３１ｂ、１３２ｂを形成するための一例を説明すると、まず、本体に導電性金属及びガラスを含むペーストを用いて第１電極層１３１ａ、１３２ａを形成した後、第１電極層１３１ａ、１３２ａの表面を酸化させて第１電極層の表面に金属酸化物を形成する。

次に、金属酸化物が形成された第１電極層１３１ａ、１３２ａの表面に導電性金属及びガラスを含むペーストを塗布した後、焼成して第２電極層１３１ｃ、１３２ｃを形成することにより、焼成時の第２電極層のガラス成分が金属酸化物に移動して金属酸化物及びガラスを含む酸化物層１３１ｂ、１３２ｂが形成されることができる。

また、酸化物層１３１ｂ、１３２ｂの厚さは０．２〜８μｍであることができる。

酸化物層１３１ｂ、１３２ｂの厚さが０．２μｍ未満の場合には、耐湿信頼性が低下する恐れがあり、８μｍを超える場合には、第１電極層と第２電極層との間の電気的接続性が低下する恐れがある。

また、酸化物層１３１ｂ、１３２ｂに含まれている金属含量は、酸化物層全体に対して２０〜８０重量％であることができる。このとき、金属含量は、金属酸化物を形成した金属を意味し、一部酸化物ではない形態の金属が含まれることができる。

金属含量が２０重量％未満の場合には、金属酸化物が少ないため、ガラスとの十分な結合力を確保することができず、耐湿信頼性が低下する恐れがある。また、酸化物層の厚さがやや厚くなると、第１及び第２電極層間の電気的接続性が低下する恐れがある。

一方、金属含量が８０重量％を超える場合には、ガラス含量が減少するため、耐湿信頼性が低下する恐れがある。

第２電極層１３１ｃ、１３２ｃは酸化物層上に形成される。第２電極層１３１ｃ、１３２ｃは、めっき層との接合力を上昇させる役割や、実装時のパッドとの接続性を向上させる役割を果たすことができる。

このとき、第２電極層１３１ｃ、１３２ｃは、導電性金属及びガラスを含む焼成電極であることができる。導電性金属及びガラスを含むペーストを塗布した後、焼成して第２電極層１３１ｃ、１３２ｃを形成することにより、焼成時の第２電極層１３１ｃ、１３２ｃのガラス成分が金属酸化物に移動して金属酸化物及びガラスを含む酸化物層１３１ｂ、１３２ｂを形成して、耐湿信頼性を向上させることができる。

また、第２電極層に含まれている導電性金属は特に制限しないが、例えば、導電性金属はＣｕであることができる。

一方、上記第２電極層１３１ｃ、１３２ｃ上にめっき層がさらに形成されることができる。例えば、第２電極層１３１ｃ、１３２ｃ上にＮｉめっき層又はＳｎめっき層が形成されることができ、Ｎｉめっき層及びＳｎめっき層が順次形成されることもできる。

実施例
サンプルチップを製作するために、セラミック本体にＮｉ及びガラスを含むペーストを塗布して第１電極層を形成した後、第１電極層の表面を酸化させて第１電極層の表面にＮｉ酸化物を形成した。次に、Ｎｉ酸化物上にＣｕ及びガラスを含むペーストを塗布した後、焼成して第２電極層及び酸化物層を形成した。

第１電極層と第２電極層との間に形成される酸化物層の金属含量及び厚さを変更しながらサンプルチップを製作した後、耐湿性及び内外部電極の接触性を評価して表１に記載した。

耐湿信頼性は、８５℃、８５％の条件で９．５Ｖの電圧を２０時間印加してテストし、４００個のサンプルをテストした後に信頼性不良が発生した個数を記載した。

内外部電極の接触性は、内部電極と外部電極との間の電気的接続の有無をテストし、１００個のサンプルをテストした後に電気的接続が不良である個数を記載した。本テストでは、酸化物層の金属含量及び厚さのみを変更しながらサンプルチップを製作したため、電気的接続が不良である場合には、第１電極層と第２電極層の電気的接続が不良であると判断することができる。

サンプルＮｏ．１〜５に示されたように、酸化物層の金属含量が２０％未満の場合には、耐湿信頼性に劣るか、内外部電極の接触性に劣った。

酸化物層の金属含量が２０％以上であっても、酸化物層の厚さが０．２μｍ未満のサンプルＮｏ．６及び１１は、十分な界面結合力を確保できず、耐湿信頼性に劣った。

酸化物層の金属含量が２０％以上であっても、酸化物層の厚さが８μｍ超えて厚すぎるサンプルＮｏ．１０及び１５は、内外部電極の接触性に劣った。

これに対し、本発明で提示した酸化物層の金属含量及び厚さ範囲の両方を満たすサンプルＮｏ．７〜９及びＮｏ．１２〜１４は、耐湿信頼性及び内外部電極の接触性がいずれも優れていることが確認できる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的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者には明らかである。

１００ キャパシタ
１１０ 本体
１１１ 誘電体層
１１２、１１３ カバー層
１２１、１２２ 内部電極
１３１、１３２ 外部電極
１３１ａ、１３２ａ 第１電極層
１３１ｂ、１３２ｂ 酸化物層
１３１ｃ、１３２ｃ 第２電極層

Claims (8)

1. 誘電体層と交互に配置される内部電極を含む本体と、前記本体に配置される外部電極と、を含み、
   前記外部電極は、
   前記内部電極と接触する第１電極層と、
   前記第１電極層上に配置され、金属酸化物及びガラスを含む酸化物層と、
   前記酸化物層上に配置される第２電極層と、を含む、積層型キャパシタ。
2. 前記酸化物層の厚さは０．２〜８μｍである、請求項１に記載の積層型キャパシタ。
3. 前記酸化物層に含まれている金属含量は２０〜８０重量％である、請求項１または２に記載の積層型キャパシタ。
4. 前記第１電極層はＮｉを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の積層型キャパシタ。
5. 前記第２電極層は、導電性金属及びガラスを含む焼成電極である、請求項１から４のいずれか一項に記載の積層型キャパシタ。
6. 前記導電性金属はＣｕである、請求項５に記載の積層型キャパシタ。
7. 前記金属酸化物はＮｉ酸化物である、請求項１から６のいずれか一項に記載の積層型キャパシタ。
8. 前記第１電極層はＮｉを含み、
   前記金属酸化物はＮｉ酸化物であり、
   前記第２電極層はＣｕ及びガラスを含む焼成電極である、請求項１に記載の積層型キャパシタ。