JP2021019192A - 積層セラミック電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐湿信頼性、機械的強度、及び電極連結性を向上させた積層セラミック電子部品を提供することである。【解決手段】本発明の一実施形態は、誘電体層ならびに第１及び第２内部電極を含み、上記第１及び第２内部電極の積層方向に互いに対向する第１面及び第２面、上記第１面及び第２面と連結され、互いに対向する第３面及び第４面、第１面及び第２面と連結され、上記第３及び第４と連結され、且つ互いに対向する第５及び第６面を含む積層部、及び上記積層部の第１面〜第６面に配置され、第１及び第２接続部を有するコーティング層を含む本体と、上記第１及び第２内部電極とそれぞれ電気的に接続され、上記本体の第３面及び第４面に配置される第１及び第２外部電極と、を含み、上記第１及び第２内部電極と上記第１及び第２外部電極はそれぞれ、上記第１及び第２接続部を介して接続される積層セラミック電子部品を提供することができる。【選択図】図４
Description
本発明は、積層セラミック電子部品に関するものである。
キャパシタ部品のうち積層セラミックキャパシタ（ＭＬＣＣ：Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｙｅｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）は、小型でありながらも高容量が保障され、実装が容易であるという利点を有する。
最近、セラミック電子部品、特に積層型キャパシタの超高容量化が求められている。これに対応するために、積層セラミック電子部品の有効体積を最大化するための方法が研究されている。
上記有効体積を最大化する方法のうち、内部電極の幅方向に別のマージン部を付着する方法が提示されているが、かかる方法には工程が複雑であるという問題点がある。また、マージン部の接着及び薄層化に伴う耐湿信頼性が低下するという問題点もある。
そこで、超高容量積層セラミックキャパシタの商業的適用のためには、内部電極と外部電極の連結性を維持しながらも、耐湿信頼性を向上させることができる積層セラミックキャパシタの構造を開発する必要性が提起されている。
本発明の一目的は、耐湿信頼性を向上させた積層セラミック電子部品を提供することである。
本発明の他の目的は、機械的強度を向上させた積層セラミック電子部品を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、内部電極の露出面積を調整して電極連結性を向上させた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は、誘電体層ならびに第１及び第２内部電極を含み、上記第１及び第２内部電極の積層方向に互いに対向する第１面及び第２面、上記第１面及び第２面と連結され、互いに対向する第３面及び第４面、第１面及び第２面と連結され、上記第３及び第４と連結され、且つ互いに対向する第５及び第６面を含む積層部、及び上記積層部の第１面〜第６面に配置され、第１及び第２接続部を有するコーティング層を含む本体と、上記第１及び第２内部電極とそれぞれ電気的に接続され、上記本体の第３面及び第４面に配置される第１及び第２外部電極と、を含み、上記第１及び第２内部電極と上記第１及び第２外部電極はそれぞれ、上記第１及び第２接続部を介して接続される積層セラミック電子部品を提供することができる。
本発明の一実施形態によると、単一のコーティング層を適用することにより、機械的強度を向上させてクラックの発生を防止し、耐湿信頼性を向上させることができる。
本発明の他の実施形態によると、コーティング層の粗さを調整することで、本体と外部電極の固着力を向上させて機械的強度を向上させた積層セラミック電子部品を提供することができる。
本発明のさらに他の実施形態によると、本体のすべての面にコーティング層を形成した後、接続部を形成することにより、接続部の構造やサイズなどを自由に調整することができる。
但し、本発明の多様でありながら有意義な利点及び効果は、上述した内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程でより容易に理解することができる。
以下、具体的な実施形態及び添付された図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、いくつかの他の形態に変形することができ、本発明の範囲が以下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）がされることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。
尚、図面において本発明を明確に説明するために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ており、同一の思想の範囲内の機能が同一の構成要素は、同一の参照符号を用いて説明することができる。さらに、明細書全体において、ある構成要素を「含む」というのは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、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、図面に示されるＸ、Ｙ、及びＺはそれぞれ、本体１１０の長さ方向（第１方向）、幅方向（第２方向）、及び厚さ方向（第３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で用いられることができる。
図１〜図８は本発明による積層セラミック電子部品の一実施形態を示す図である。図１〜図８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１００は、誘電体層１１１ならびに第１及び第２内部電極１２１、１２２を含み、上記第１及び第２内部電極１２１、１２２の積層方向に互いに対向する第１面及び第２面１、２、上記第１面及び第２面１、２と連結され、互いに対向する第３面及び第４面３、４、第１面及び第２面１、２と連結され、上記第３面及び第４面３、４と連結され、且つ互いに対向する第５及び第６面５、６を含む積層部、及び上記積層部の第１面〜第６面に配置され、第１及び第２接続部１６１、１６２を有するコーティング層１５１を含む本体１１０と、上記第１及び第２内部電極１２１、１２２とそれぞれ電気的に接続され、上記本体の第３面及び第４面３、４に配置される第１及び第２外部電極１３１、１３２と、を含むことができる。
このとき、上記第１及び第２内部電極１２１、１２２と上記第１及び第２外部電極１３１、１３２はそれぞれ、上記第１及び第２接続部１６１、１６２を介して接続されることができる。第１及び第２内部電極１２１、１２２と上記第１及び第２外部電極１３１、１３２がそれぞれ上記第１及び第２接続部１６１、１６２を介して接続されるというのは、上記第１及び第２接続部１６１、１６２を介して第１及び第２内部電極１２１、１２２と上記第１及び第２外部電極１３１、１３２がそれぞれ電気的に接続されることを意味することができ、第１及び第２内部電極１２１、１２２と上記第１及び第２外部電極１３１、１３２が上記第１及び第２接続部１６１、１６２と接している構造であることを意味することができる。上記のように第１及び第２内部電極１２１、１２２と第１及び第２外部電極１３１、１３２が第１及び第２接続部１６１、１６２を介して接続される場合、上記第１及び第２接続部１６１、１６２は、電気的連結通路として機能することができる。
本体１１０は、複数の誘電体層１１１をＺ方向に積層してから焼成したものであって、本体１１０の互いに隣接する誘電体層１１１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にくいほど一体化することができる。
本体１１０の具体的な形状に特に制限はないが、図面に示すように、本体１１０は、六面体状やこれと類似した形状からなることができる。また、本体１１０は、焼成過程で本体１１０に含まれるセラミック粉末の収縮により、完全な直線を有する六面体状ではないが、実質的に六面体状を有することができる。但し、本実施形態の本体１１０の形状、寸法、及び誘電体層１１１の積層数が図面に示されたものに限定されるものではない。
本発明の一実施形態によると、上記誘電体層１１１を形成する原料は十分な静電容量を得ることができる限り、特に制限されない。例えば、チタン酸バリウム系材料、鉛複合ペロブスカイト系材料又はチタン酸ストロンチウム系材料などを用いることができる。
上記誘電体層１１１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、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。
上記セラミック添加剤は、例えば、遷移金属酸化物又は遷移金属炭化物、希土類元素、マグネシウム（Ｍｇ）又はアルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。
上記積層部は、誘電体層１１１に第１内部電極１２１が印刷されたセラミックグリーンシートと、誘電体層１１１に第２内部電極１２２が印刷されたセラミックグリーンシートとを厚さ方向（Ｚ方向）に交互に積層して形成することができる。
本発明の一例において、複数の内部電極１２１、１２２は、誘電体層１１１を間に挟んで互いに対向するように配置されることができる。また、内部電極１２１、１２２は、誘電体層１１１を間に挟んで互いに対向するように交互に配置される第１及び第２内部電極１２１、１２２を含むことができる。
上記第１内部電極１２１は、上記積層部の上記第１方向（Ｘ方向）の一面に露出することができる。上記第２内部電極１２２は、上記積層部の上記第１方向（Ｘ方向）の他面に露出することができる。また、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分離されることができる。
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、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、及びこれらの合金のうち１つ以上の物質を含む導電性ペーストを用いて形成することができる。上記導電性ペーストの印刷方法は、スクリーン印刷法又はグラビア印刷法などを用いることができるが、本発明がこれに限定されるものではない。
上記第１及び第２内部電極１２１、１２２の平均厚さは０．４μｍ以下であることができる。上記内部電極の平均厚さは、焼成された内部電極の互いに異なる５ヶ所の位置で測定された値の平均であることができる。上記第１及び第２内部電極の平均厚さの下限は特に制限されるものではないが、例えば、０．０１μｍ以上であることができる。
本発明の一例において、本体１１０内の最下部の内部電極の下部、及び最上部の内部電極の上部には、所定の厚さを有するカバー部１１２が形成されることができる。このとき、カバー部１１２は、誘電体層１１１と同一の組成からなることができ、内部電極を含まない誘電体層を本体１１０内の最上部の内部電極の上部、及び最下部の内部電極の下部にそれぞれ少なくとも１つ以上積層して形成することができる。
上記カバー部１１２は、基本的に物理的又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果たすことができる。
第１及び第２外部電極１３１、１３２はそれぞれ、本体の第１方向の両面に配置されることができる。上記第１及び第２外部電極１３１、１３２は、本体の第３面及び第４面にそれぞれ配置されることができる。上記第１及び第２外部電極１３１、１３２は、本体１１０の第３方向（Ｚ方向）の両面に延長されて配置されることができ、本体１１０の第２方向（Ｙ方向）の両面に延長されて配置されることができる。
また、第１及び第２外部電極１３１、１３２は、上記本体の第１面及び第２面１、２の一部まで延長されて配置されることができる。このとき、第１及び第２外部電極１３１、１３２は、本体の第５及び第６面５、６の一部まで延長されて配置されることができる。
第１及び第２外部電極１３１、１３２の形成方法は、特に限定する必要がなく、例えば、導電性金属とガラスを含むペーストに本体をディッピングして形成したり、又は金属ペーストを乾燥させた乾燥膜を本体の第３面及び第４面上に転写して形成したりすることができる。
本発明による一実施形態において、第１及び第２外部電極１３１、１３２は、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）及びこれらの合金のうち１つ以上を用いることができる。また、基板との実装性を向上させるために、第１及び第２外部電極１３１、１３２上にめっき層を形成することができる。
図３はコーティング層が配置された本体を概略的に示す斜視図である。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電子部品は、積層部の第１面〜第６面にコーティング層１５１が配置されることができる。積層部の第１面〜第６面にコーティング層１５１が配置されるというのは、実質的に本体のすべての面にコーティング層１５１が配置されることを意味することができる。
上記コーティング層１５１は絶縁材料からなることができ、例えば、チタン酸バリウムなどのセラミック材料からなることができる。この場合、コーティング層１５１は、上述した誘電体層１１１に含まれるものと同一のセラミック材料を含むか、又は誘電体層１１１と同一の材料からなることができる。
かかるコーティング層１５１は、物理的又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果たすことができ、外部からの水分や汚染物質などの侵入を遮断する役割を果たすことにより、本発明による積層セラミック電子部品の耐湿信頼性を向上させることができる。
上記コーティング層１５１は単一層であることができる。コーティング層１５１が単一層であるというのは、本体の各面に分離された形のコーティング層１５１が形成されるのではなく、コーティング層１５１が一体に形成されることを意味することができる。このように、コーティング層１５１が単一層である場合、連結部位が存在しないことから、水分の浸透などの外部物質の侵入を効果的に防止して耐湿信頼性をさらに向上させることができる。また、別の分離された層を組み合わせた場合に比べて、優れた機械的強度を有することができるとともに、クラックなどを効果的に防止することができる。
従来の場合、誘電体層の面積を内部電極の面積よりも大きく形成し、内部電極のうち外部電極と連結される部分を除いた残りの周囲の部分にマージン領域を形成した。しかし、この場合、数十〜数百層の誘電体層を積層すると、誘電体層が段差を埋めるために伸びるようになり、内部電極もともに歪むという問題点があった。また、上記の問題を解決するために、別のマージン部を本体に付着する場合には、マージン部が付着した部分に水分が浸透したり、又は付着部位が広がったりするなどの問題点もあった。本発明は、コーティング層１５１を単一層に形成することで、上記問題点をすべて解決することができる。
コーティング層１５１を形成する方法は、特に制限されず、例えば、セラミックを含むスラリーを塗布又は噴霧し、これを焼成して形成することができるが、これに制限されるものではない。
一例において、コーティング層１５１は、中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ〜１μｍの範囲内であることができる。本発明において、「中心線平均粗さ（Ｒａ）」とは、仮想の中心線に対する距離の平均値を意味することができ、ミツトヨ（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ）社製の表面粗さ計ＳＶ−３２００などを用いて測定した値であることができる。図８は図３のＡ領域の拡大図である。図８を参照すると、コーティング層１５１の表面には凹凸１７１が形成されることができ、上記凹凸１７１が上記中心線平均粗さ（Ｒａ）の範囲を満たすことができる。上記中心線平均粗さ（Ｒａ）は、０．０１μｍ以上、０．０２μｍ以上、０．０３μｍ以上、０．０４μｍ以上、０．０５μｍ以上、０．０６μｍ以上、０．０７μｍ以上、０．０８μｍ以上、０．０９μｍ以上、又は０．１０μｍ以上であることができ、１．０μｍ以下、０．９５μｍ以下、０．９０μｍ以下、０．８５μｍ以下、０．８０μｍ以下、０．７５μｍ以下、又は０．７０μｍ以下であることができるが、これらに制限されるものではない。本発明のコーティング層の中心線平均粗さ（Ｒａ）が上記範囲を満たす場合には、コーティング層の表面と外部電極の間のアンカ効果（Ａｎｃｈｏｒｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔ）により、外部電極とセラミック本体の間の固着力を向上させることができる。これにより、本発明による積層セラミック電子部品の機械的強度を向上させることができる。
コーティング層１５１が上述した中心線平均粗さ（Ｒａ）を有するようにする方法は、特に制限されるものではなく、例えば、スプレーガンでセラミックを含むスラリーを噴霧して粗さを形成したり、又は焼成後の本体の表面を研磨したりするなどの方法を用いることができる。
本発明の一実施形態において、コーティング層１５１の幅、長さ、又は厚さの最大値に対する最小値の割合は０．７〜１．０の範囲内であることができる。本発明の一実施形態による積層セラミック電子部品は、コーティング層を単一層で形成することにより、本体のＹ方向の両方向にマージン部を除去して内部電極による段差の発生を防止することができる。また、内部電極が曲がることを防止して耐電圧特性が低下するという問題を予防することにより、積層セラミック電子部品の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おいて、第１及び第２接続部１６１、１６２は、本体の第３面及び第４面に配置されることができる。図３は本発明による積層セラミック電子部品の第１及び第２接続部１６１、１６２を示す概略的に示す斜視図である。図３を参照すると、第１接続部１６１は、本体の第３面に配置されることができ、第２接続部１６２は、本体の第４面に配置されることができる。上記第１接続部１６１は、第３面と第１面が接する端から第３面と第２面が接する端に至る領域に配置されることができる。また、上記第２接続部１６２は、第４面と第１面が接する端から第４面と第２面が接する端に至る領域に配置されることができる。上記第１及び第２接続部１６１、１６２は、本体内の最上端の誘電体層と最下端の誘電体層が露出するように配置されることを意味することができ、Ｚ方向に本体を一部貫通するように配置されることができる。
このように、第１及び第２接続部１６１、１６２を本体の第３面及び第４面に配置することで、ボトルネック型のチップと同様の形状を有するようにすることができ、内部電極と外部電極の連結性を向上させることができる。
本発明の他の実施形態において、第１及び第２接続部２６１、２６２は、本体の第３面及び第４面、上記本体の第１面及び第２面に延長されて配置されることができる。図９は本実施形態による本体の形状を概略的に示す斜視図である。図９を参照すると、第１及び第２接続部２６１、２６２は、本体の第３面及び第４面に配置され、且つ本体の第１面及び第２面にも延長されて配置されることができる。本実施形態のように、第１及び第２接続部２６１、２６２が本体の第１面及び第２面に延長されるように配置される場合には、外部電極と本体の接触面積をさらに増加させることができ、外部電極の固着力を向上させることができる。
本発明の一実施形態において、コーティング層１６１、１６２に配置される接続部は六面体状であることができる。上記接続部が六面体状であるというのは、焼成過程における収縮による変形などを含むことで、完全な直線の六面体状だけでなく、実質的に六面体状に見える形状を意味することができる。また、接続部が六面体状であるというのは、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向のうちいずれの方向から見ても、断面が四角形状であることを意味することができる。図３を参照すると、コーティング層１５１が配置される本体の第１面〜第６面のうち、第３面及び第４面に配置された接続部１６１は、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向の各方向における断面が四角形状を有することから六面体状であることが確認できる。
本発明の一例において、第１及び第２接続部１６１、１６２の長さは４０μｍ以下であることができる。図３及び図７を参照すると、上記第１及び第２接続部１６１、１６２の長さｌは、コーティング層のＸ方向の長さを意味することができる。上記第１及び第２接続部１６１、１６２の長さｌは、４０μｍ以下、３９μｍ以下、３８μｍ以下、３７μｍ以下、３６μｍ以下、３５μｍ以下、３４μｍ以下、３３μｍ以下、３２μｍ以下、３１μｍ以下、又は３０μｍ以下であることができ、下限は特に制限されるものではないが、例えば、１μｍ以上であることができる。
本発明の一実施形態において、第１及び第２接続部の幅１６１、１６２は、１０μｍ以上であることができる。図３及び図７を参照すると、上記第１及び第２接続部１６１、１６２の幅ｗは、コーティング層が存在しない部分のＹ方向の長さを意味することができる。上記第１及び第２接続部１６１、１６２の幅ｗは、１０μｍ以上、１１μｍ以上、１２μｍ以上、１３μｍ以上、１４μｍ以上、又は１５μｍ以上であることができ、上限は特に制限されず、本体とコーティング層の幅を加えた値よりも小さいか同一であることができる。
コーティング層１５１の第１及び第２接続部１６１、１６２を形成する方法は特に制限されない。例えば、本体上に上述したコーティング層を形成した後、本体の第３面及び第４面上にレーザーカッター、ホイールカッターやグラインダーなどを用いて形成されたコーティング層を除去することで、上記第１及び第２接続部１６１、１６２を形成することができる。
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。
１１１ 誘電体層
１２１、１２２ 内部電極
１３１、１３２ 外部電極
１５１ コーティング層
１６１、１６２、２６１、２６２ 接続部
１２１、１２２ 内部電極
１３１、１３２ 外部電極
１５１ コーティング層
１６１、１６２、２６１、２６２ 接続部
Claims (10)
- 誘電体層ならびに第１及び第２内部電極を含み、
前記第１及び第２内部電極の積層方向に互いに対向する第１面及び第２面、前記第１面及び第２面と連結され、互いに対向する第３面及び第４面、前記第１面及び第２面と連結され、前記第３面及び第４面と連結され、且つ互いに対向する第５面及び第６面を含む積層部、及び前記積層部の前記第１面〜第６面に配置され、第１及び第２接続部を有するコーティング層を含む本体と、
前記第１及び第２内部電極とそれぞれ電気的に接続され、前記本体の前記第３面及び第４面に配置される第１及び第２外部電極と、を含み、
前記第１及び第２内部電極と前記第１及び第２外部電極はそれぞれ、前記第１及び第２接続部を介して接続される、積層セラミック電子部品。 - 前記コーティング層は単一層である、請求項１に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記コーティング層はセラミック材料を含む、請求項１または２に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記コーティング層は、中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ〜１μｍの範囲内である、請求項１から３のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記コーティング層の幅、長さ、又は厚さの最大値に対する最小値の割合は０．７〜１．０の範囲内である、請求項１から４のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記接続部は直六面体である、請求項１から５のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記第１及び第２接続部は前記本体の前記第３面及び第４面に配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記第１及び第２接続部は、前記本体の前記第３面及び第４面、前記本体の前記第１面及び第２面に延長されて配置される、請求項１から７のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記第１及び第２接続部の長さは４０μｍ以下である、請求項１から８のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
- 前記第１及び第２接続部の幅は１０μｍ以上である、請求項１から９のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
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