JP2020027930A - 積層型キャパシタ - Google Patents

Abstract

【課題】耐湿信頼性が向上した積層型キャパシタを提供する。【解決手段】本発明は、誘電体層及び複数の内部電極の積層構造を含む本体と、上記本体の端部に配置され、上記複数の内部電極と接続された導電層及び上記導電層をカバーするめっき層を含む外部電極と、を含み、上記導電層は、ニッケル（Ｎｉ）及びチタン酸バリウム（ＢＴ）を含み、導電層の全体面積に対してニッケルが占める面積が３０〜６５％である、積層型キャパシタを提供する。【選択図】図３

Description

本発明は積層型キャパシタに関する。

積層型キャパシタは、小型でありながら高容量が保証され、実装が容易であるという特徴を有しており、液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）とプラズマ表示装置パネル（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）などの映像機器、コンピュータ、スマートフォン、及び携帯電話などの様々な電子製品の回路基板に装着されて電気を充電または放電させる役割を果たす。

従来の積層型キャパシタは、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）を主材料とし、ニッケル（Ｎｉ）からなる内部電極を含む本体を用意して焼成した後、内部電極が露出した本体の一面にディッピング（Ｄｉｐｐｉｎｇ）方式で銅（Ｃｕ）を含む導電性ペーストを塗布して焼成することで外部電極を形成する。

このとき、外部電極の銅成分が内部電極のニッケル成分と接触して電気的特性が実現される。

したがって、誘電体層と内部電極を含む本体を焼成する１次焼成工程と、外部電極を塗布した後に再び焼成する２次焼成工程が必要であるため、製造工程が長くなる。

また、外部電極を本体の一面に付着させるためには、導電性ペースト内にガラス（Ｇｌａｓｓ）を含ませる必要がある。

しかし、上記ガラスは、焼成工程時にクラック（Ｃｒａｃｋ）を発生させる原因となり、めっき工程でガラスの溶出によって、本体内にめっき液が浸透する原因となる。

そのため、結果的に積層型キャパシタの物性が低下し、かつ耐湿信頼性が劣化するという問題が発生する。

韓国公開特許第２０１２−００６８６２２号公報 特開２００９−１４７１７８号公報

本発明の目的は、耐湿信頼性が向上し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、誘電体層及び複数の内部電極の積層構造を含む本体と、上記本体の端部に配置され、上記複数の内部電極と接続された導電層、及び上記導電層をカバーするめっき層を含む外部電極と、を含み、上記導電層は、ニッケル（Ｎｉ）及びチタン酸バリウム（ＢＴ）を含み、導電層の全体面積に対してニッケルが占める面積が３０〜６５％である、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、上記導電層は、導電層の全体面積に対してニッケルが占める面積が４０〜５５％であることができる。

本発明の一実施形態において、上記積層型キャパシタは、上記導電層と上記めっき層との間に配置される導電性樹脂層をさらに含むことができる。

本発明の一実施形態において、上記めっき層は、銅（Ｃｕ）めっき層、上記銅めっき層をカバーするニッケルめっき層、及び上記ニッケルめっき層をカバーする錫（Ｓｎ）めっき層を含むことができる。

本発明の一実施形態において、上記めっき層は、ニッケルめっき層及び上記ニッケルめっき層をカバーする錫めっき層を含むことができる。

本発明の一実施形態において、上記めっき層は錫めっき層であることができる。

本発明の一実施形態において、上記本体は、誘電体層の平均厚さが２．８μｍ未満であり、内部電極の平均厚さが１μｍ未満であり、誘電体層の平均厚さが内部電極の平均厚さの２倍よりも大きくてもよい。

本発明の一実施形態において、上記外部電極は、上記本体の一面に形成され、内部電極と接続される頭部及び上記頭部から上記本体の実装面の一部まで延長されるバンド部を含むことができる。

本発明の一実施形態において、上記積層型キャパシタは、上記導電層と上記めっき層との間に配置される導電性樹脂層をさらに含み、上記本体の端面から上記導電層のバンド部の先端までの距離が、上記本体の端面から上記導電性樹脂層のバンド部の先端までの距離よりも短くてもよい。

本発明の一実施形態において、上記本体は、互いに対向する第１及び第２面と、第１及び第２面と連結され、互いに対向する第３及び第４面とを含み、誘電体層を挟んで一端が上記本体の第３及び第４面を介して交互に露出するように配置される複数の内部電極を含むことができる。

本発明の一実施形態によると、積層型キャパシタの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積層型キャパシタを概略的に示した斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は図１の積層型キャパシタに適用される第１及び第２内部電極をそれぞれ示した平面図である。 図１のＩ−Ｉ'線に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態による外部電極の構造を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による外部電極の構造を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による外部電極の構造を示した断面図である。

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（また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。

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。

以下、本発明の実施形態を明確に説明するために本体１１０の方向を定義すると、図面に示されているＸ、Ｙ、Ｚはそれぞれ、本体１１０の長さ方向、幅方向、及び厚さ方向を示す。

また、本実施形態において、Ｚ方向は、誘電体層が積層される積層方向と同一の概念として使用することができる。

図１は本発明の一実施形態による積層型キャパシタを概略的に示した斜視図であり、図２の（ａ）及び（ｂ）は図１の積層型キャパシタに適用される第１及び第２内部電極をそれぞれ示した平面図であり、図３は図１のＩ−Ｉ'線に沿った断面図である。

図１〜図３を参照すると、本実施形態による積層型キャパシタ１００は、誘電体層１１１と、第１及び第２内部電極１２１、１２２の積層構造を含む本体１１０と、第１及び第２外部電極１３０、１４０と、を含む。

本体１１０は、複数の誘電体層１１１をＺ方向に積層した後に焼成したものであり、本体１１０の互いに隣接する誘電体層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。

このとき、本体１１０は、ほぼ六面体形状であることができるが、本発明はこれに限定されない。

また、本体１１０の形状、寸法、及び誘電体層１１１の積層数は、本実施形態の図面に示されたものに限定されない。

本実施形態では、説明の便宜のために、本体１１０のＺ方向に互いに対向する両面を第１及び第２面１、２と定義し、第１及び第２面１、２と連結され、Ｘ方向に互いに対向する両面を第３及び第４面３、４と定義し、第１及び第２面１、２と連結され、かつ第３及び第４面３、４と連結され、Ｙ方向に互いに対向する両面を第５及び第６面５、６と定義する。

また、本実施形態において、積層型キャパシタ１００の実装面は、本体１１０の第１面１であることができる。

誘電体層１１１は、高誘電率のセラミック材料を含むことができ、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）系またはチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）系セラミック粉末などを含むことができるが、十分な静電容量を得ることができる限り、本発明はこれに限定されない。

また、誘電体層１１１には、上記セラミック粉末と共に、セラミック添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤、及び分散剤などをさらに添加することができる。

上記セラミック添加剤としては、例えば、遷移金属酸化物または遷移金属炭化物、希土類元素、マグネシウム（Ｍｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。

かかる本体１１０は、キャパシタの容量形成に寄与する部分としての活性領域と、上下マージン部として、Ｚ方向に上記活性領域の上下部にそれぞれ形成される上部及び下部カバー１１２、１１３と、を含むことができる。

上部及び下部カバー１１２、１１３は、内部電極を含まないことを除き、誘電体層１１１と同一の材料及び構成を有することができる。

かかる上部及び下部カバー１１２、１１３は、単一の誘電体層または２つ以上の誘電体層を上記活性領域の上下面にそれぞれＺ方向に積層して形成することができ、基本的には物理的または化学的ストレスによる第１及び第２内部電極１２１、１２２の損傷を防止する役割を果たすことができる。

第１及び第２内部電極１２１、１２２は、互いに異なる極性が印加される電極であって、誘電体層１１１を挟んでＺ方向に沿って交互に配置され、一端が本体１１０の第３及び第４面３、４を介してそれぞれ露出することができる。

このとき、第１及び第２内部電極１２１、１２２は、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ことができる。

このように本体１１０の第３及び第４面３、４を介して交互に露出する第１及び第２内部電極１２１、１２２の端部は、後述する本体１１０の第３及び第４面３、４に配置される第１及び第２外部電極１３０、１４０とそれぞれ接続されて電気的に連結されることができる。

上記のような構成により、第１及び第２外部電極１３０、１４０に所定の電圧が印加されると、第１及び第２内部電極１２１、１２２の間に電荷が蓄積される。

このとき、積層型キャパシタ１００の静電容量は、活性領域においてＺ方向に沿って互いに重なる第１及び第２内部電極１２１、１２２の重なり面積と比例する。

また、第１及び第２内部電極１２１、１２２を形成する材料は特に制限されず、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、パラジウム−銀（Ｐｄ−Ａｇ）合金などの貴金属材料、及びニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）のうち１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。

このとき、上記導電性ペーストの印刷方法は、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法などを用いることができるが、本発明はこれに限定されない。

一方、本実施形態の本体１１０は、誘電体層１１１の平均厚さが２．８μｍ未満であり、第１及び第２内部電極１２１、１２２の平均厚さがそれぞれ１μｍ未満であり、誘電体層１１１の平均厚さが、第１または第２内部電極１２１、１２２の平均厚さの２倍よりも大きくてもよい。

第１及び第２外部電極１３０、１４０は、互いに異なる極性の電圧が加えられ、本体１１０のＸ方向の両端部に配置され、第１及び第２内部電極１２１、１２２が露出する部分とそれぞれ接続されて電気的に連結されることができる。

このとき、第１及び第２外部電極１３０、１４０は、本体１１０の表面に形成され、第１及び第２内部電極１２１、１２２と接続される第１及び第２導電層１３１、１４１と、第１及び第２導電層１３１、１４１をそれぞれカバーするように形成される第１及び第２めっき層をそれぞれ含む。

また、第１及び第２外部電極１３０、１４０は、本体１１０の第３及び第４面３、４に形成される第１及び第２頭部と、上記第１及び第２頭部から本体１１０の実装面である第１面１の一部までそれぞれ延長される第１及び第２バンド部と、を含むことができる。

このとき、上記第１及び第２バンド部は、固着強度の向上などのために、本体１１０の第５及び第６面５、６の一部及び第２面２の一部までさらに延長されることができる。

第１導電層１３１は、ニッケル（Ｎｉ）及びチタン酸バリウム（ＢＴ）を含む。

また、第１導電層１３１は、全体面積に対してニッケルが占める面積が３０〜６５％であることができる。

また、第１導電層１３１は、全体面積に対してニッケルが占める面積が４０〜５５％であることがより好ましい。

第２導電層１４１は、ニッケル（Ｎｉ）及びチタン酸バリウム（ＢＴ）を含む。

また、第２導電層１４１は、全体面積に対してニッケルが占める面積が３０〜６５％であることができる。

また、第２導電層１４１は、全体面積に対してニッケルが占める面積が４０〜５５％であることがより好ましい。

第１または第２導電層１３１、１４１の全体面積に対してニッケルが占める面積が６５％を超える場合、内部電極との接合は優れるが、外部電極と本体との接合が不十分であるため、本体の接合面でクラックが発生する可能性が増加し、これにより、耐湿信頼性が低下するという問題が発生し得る。

一方、第１または第２導電層１３１、１４１の全体面積に対してニッケルが占める面積が３０％未満の場合、内部電極と外部電極との接触性不良により電気的連結性が低下し、結果的には積層型キャパシタ１００の容量が低下するという問題が発生し得る。

このとき、第１及び第２外部電極１３０、１４０の上記第１及び第２めっき層は、銅（Ｃｕ）めっき層１３２、１４２、銅めっき層１３２、１４２をカバーするニッケルめっき層１３３、１４３、及びニッケルめっき層１３３、１４３をカバーする錫（Ｓｎ）めっき層１３４、１４４を含むことができる。

他の実施形態として、図４を参照すると、第１及び第２外部電極１３０'、１４０'の上記めっき層は、ニッケルめっき層１３３、１４３、及びニッケルめっき層１３３、１４３をカバーする錫めっき層１３４、１４４を含むことができる。

さらに他の実施形態として、図５を参照すると、第１及び第２外部電極１３０''、１４０''の上記めっき層は錫めっき層１３４、１４４であることができる。

本発明によると、第１及び第２導電層１３１、１３２がニッケルを含む焼成電極からなることにより、従来の銅を含む焼成電極に比べて、外部電極と誘電体との接合及び緻密度が優れて、積層型キャパシタ１００の耐湿信頼性を向上させることができる。

また、第１及び第２導電層１３１、１３２を形成した後に本体１１０と第１及び第２外部電極１３０、１４０を同時に焼成して作製することができるため、工程が簡素化し、かつ製造コストを削減することができる。

一方、図６を参照すると、第１及び第２導電層１３１、１４１と上記第１及び第２めっき層との間に第１及び第２導電性樹脂層１３５、１４５が配置されることができる。

第１及び第２導電性樹脂層１３５、１４５は、第１及び第２導電層１３１、１４１の先端をカバーするように形成されることができる。

即ち、本体１１０の第１面１のＸ方向の先端から第１及び第２導電層１３１、１４１のバンド部の先端までの距離が、本体１１０の第１面１のＸ方向の先端から第１及び第２導電性樹脂層１３５、１４５のバンド部の先端までの距離よりもそれぞれ短くなる。

また、第１及び第２導電性樹脂層１３５、１４５は、応力吸収効果を提供し、導電性金属とエポキシ（Ｅｐｏｘｙ）などを含むことができる。

このとき、上記導電性金属は、銅またはニッケルであることができる。

実験例
表１は、第１または第２導電層の全体面積（ＴＡ）に対してニッケルが占める面積（ＮＡ）の変化による本体の耐湿信頼性と積層型キャパシタの平均容量を試験し、その結果を示したものである。

このとき、本実施形態の積層型キャパシタは、長さと幅が２０ｍｍと１２ｍｍであり、１０．０ｕＦの電気的特性を有し、外部電極がニッケルとチタン酸バリウムを含むように製造する。

以後、図３〜５の構造のうち一つでめっき層を形成し、９５℃、９５％ＲＨ、１５Ｖｄｃ／ｕｍの条件下で４００個の試料について２４時間評価を行った。

このとき、断面積の比は、導電層における頭部の断面積比を観察したものである。

ここで、サンプル１は比較例であって、導電層がニッケルの代わりに銅を含む。

表１を参照すると、比較例であるサンプル１の場合、耐湿信頼性不良が確認された。

また、サンプル２〜４は、ＮＡ／ＴＡを０．５５に固定し、めっき層の構造を図３〜図５のようにそれぞれ変更したものであって、サンプル２〜４を比較してみると、耐湿信頼性不良が確認されず、平均容量もほぼ同様であることが分かった。

したがって、図３〜図５のめっき層の構造においては、耐湿信頼性及び平均容量に大きな差がないことが分かる。

サンプル５〜１２は、図３のめっき層構造でめっき層を形成し、ＮＡ／ＴＡの数値を変更したものである。

上記ＮＡ／ＴＡが０．６５を超えるサンプル１０〜１２の場合、耐湿信頼性不良が発生することが確認できる。

また、上記ＮＡ／ＴＡが０．３０未満のサンプル５及び６の場合、耐湿信頼性不良は発生しなかったが、ニッケル含量が少なすぎて、内部電極と外部電極の接触性不良が発生し、かつ平均容量がそれぞれ５６％及び７５％と、サンプル７に比べて著しく低下することが確認できる。

したがって、平均容量を確保しながら、耐湿信頼性不良を防止することができるＮＡ／ＴＡの好ましい数値範囲は、０．３〜０．６５であることが分かる。

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 積層型キャパシタ
１１０ 本体
１１１ 誘電体層
１１２、１１３ カバー
１２１、１２２ 第１及び第２内部電極
１３０、１３０'、１３０''、１３０''' 第１外部電極
１４０、１４０'、１４０''、１４０''' 第２外部電極
１３１、１４１ 第１及び第２導電層
１３２、１４２ 銅めっき層
１３３、１４３ ニッケルめっき層
１３４、１４４ 錫めっき層
１３５、１４５ 第１及び第２導電性樹脂層

Claims (10)

1. 誘電体層及び複数の内部電極の積層構造を含む本体と、
   前記本体の端部に配置され、前記複数の内部電極と接続された導電層、及び前記導電層をカバーするめっき層を含む外部電極と、を含み、
   前記導電層は、ニッケル（Ｎｉ）及びチタン酸バリウム（ＢＴ）を含み、前記導電層の全体面積に対してニッケルが占める面積が３０〜６５％である、積層型キャパシタ。
2. 前記導電層は、前記導電層の全体面積に対してニッケルが占める面積が４０〜５５％である、請求項１に記載の積層型キャパシタ。
3. 前記導電層と前記めっき層との間に配置される導電性樹脂層をさらに含む、請求項１または２に記載の積層型キャパシタ。
4. 前記めっき層は、銅（Ｃｕ）めっき層、前記銅めっき層をカバーするニッケルめっき層、及び前記ニッケルめっき層をカバーする錫（Ｓｎ）めっき層を含む、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. 前記めっき層は、ニッケルめっき層及び前記ニッケルめっき層をカバーする錫めっき層を含む、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。
6. 前記めっき層は錫めっき層である、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。
7. 前記本体は、前記誘電体層の平均厚さが２．８μｍ未満であり、前記内部電極の平均厚さが１μｍ未満であり、前記誘電体層の平均厚さが前記内部電極の平均厚さの２倍よりも大きい、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. 前記外部電極は、前記本体の一面に形成され、前記内部電極と接続される頭部及び前記頭部から前記本体の実装面の一部まで延長されるバンド部を含む、請求項１に記載の積層型キャパシタ。
9. 前記導電層と前記めっき層との間に配置される導電性樹脂層をさらに含み、
   前記本体の端面から前記導電層のバンド部の先端までの距離が、前記本体の端面から前記導電性樹脂層のバンド部の先端までの距離よりも短い、請求項８に記載の積層型キャパシタ。
10. 前記本体は、互いに対向する第１及び第２面と、第１及び第２面と連結され、互いに対向する第３及び第４面とを含み、前記誘電体層を挟んで一端が前記本体の第３及び第４面を介して交互に露出するように配置される前記複数の内部電極を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の積層型キャパシタ。