JP2023029164A - 導電性ペースト及びこれを用いた積層型セラミック部品 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電極を形成する過程で工程を簡素化して生産性を向上させることができるようにした、導電性ペースト及びこれを用いた積層型セラミック部品を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態は、第１金属からなるコアと、上記第１金属よりも融点が高い第２金属からなり、上記コアの表面を囲むシェルを含む複数の導電性粒子を含む導電性ペーストと、このような導電性ペーストを用いて外部電極の焼成電極層が形成される積層型セラミック部品を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、導電性ペースト及びこれを用いた積層型セラミック部品に関するものである。

積層型キャパシタ（ＭＬＣＣ：Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）は、小型でありながら高容量の実現が可能であり、様々な電子機器に使用されている。

かかる積層型キャパシタを製造するためには、セラミックグリーンシート上に導電性ペーストで内部電極印刷膜を形成した後、複数のセラミックグリーンシートを積み重ねて積層体を設ける。

そして、上記積層体に導電性ペーストを塗布して焼成し、焼成電極層を形成し、続いて焼成電極層上にめっき工程を進行して端子として作用する外部電極を形成するようになる。

上記導電性ペーストは、積層型キャパシタで外部電極を形成する用途に用いられることができる。

このように積層型キャパシタは、多くの工程を経て完成されるため、生産期間が長くなり、これによって生産性を高めるための工程の単純化が必要な実情である。

韓国公開特許第２０１４－００３０６１１号 韓国公開特許第２０１９－０１０６１７７号

本発明の目的は、外部電極を形成する過程で工程を簡素化して生産性を向上させることができるようにした、導電性ペースト及びこれを用いた積層型セラミック部品を提供することである。

本発明の一側面は、第１金属からなるコアと、上記第１金属よりも融点が高い第２金属からなり、上記コアの表面を囲むシェルと、を含む複数の導電性粒子を含む導電性ペーストを提供する。

本発明の一実施形態において、上記第１金属は、銅（Ｃｕ）であることができ、上記第２金属は、ニッケル（Ｎｉ）であることができる。

本発明の一実施形態において、上記導電性粒子は、上記コアの直径が上記シェルの厚さよりも大きく形成されることができる。

本発明の一実施形態において、上記導電性粒子は、上記コアの平均直径が３．５μｍ以下であることができる。

本発明の他の側面は、キャパシタ本体と、上記キャパシタ本体上に互いに離隔するように配置される複数の焼成電極層をそれぞれ含む複数の外部電極と、を含み、上記焼成電極層は、導電性物質を含み、上記導電性物質は、第１金属からなる複数の第１金属部と、上記第１金属よりも融点が高い第２金属からなり、上記複数の第１金属部を囲んで互いに連結される形で形成される第２金属部を含む、積層型セラミック部品を提供する。

本発明の一実施形態において、上記第１金属が銅（Ｃｕ）であり、上記第２金属がニッケル（Ｎｉ）であることができる。

本発明の一実施形態において、上記導電性物質は、上記第１金属部の直径が上記第２金属部の厚さよりも大きいことができる。

本発明の一実施形態において、上記導電性物質は、上記第１金属部の直径が３．５μｍ以下であることができる。

本発明の一実施形態において、上記外部電極は、上記焼成電極層上に形成されるめっき層を含み、上記めっき層がスズ（Ｓｎ）を含むことができる。

このとき、上記めっき層は、上記焼成電極層上に直接接触（ｃｏｎｔａｃｔ）するように配置されることができる。

本発明の一実施形態において、上記キャパシタ本体は、複数の誘電体層及び上記誘電体層を間に挟んで交互に配置される複数の第１及び第２内部電極を含むことができる。

本発明の一実施形態において、上記キャパシタ本体は、互いに対向する第１及び第２面、上記第１及び第２面と連結され、互いに対向する第３及び第４面を含み、上記焼成電極層は、上記第１及び第２内部電極とそれぞれ接続される第１及び第２焼成電極層を含み、上記第１及び第２焼成電極層は、上記キャパシタ本体の第３及び第４面にそれぞれ配置される第１及び第２接続部と、上記第１及び第２接続部から上記キャパシタ本体の第１面の一部まで延長する第１及び第２バンド部と、をそれぞれ含むことができる。

本発明の一実施形態によると、積層型セラミック部品の外部電極形成時のニッケル（Ｎｉ）めっき工程を省略して、製造工程を簡素化することができる効果がある。

本発明の一実施形態に係る積層型キャパシタを概略的に示した斜視図である。 図１のＩ－Ｉ'線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態に係る積層型キャパシタにおいて、第１及び第２内部電極の積層構造を示した斜視図である。 焼成前の外部電極用導電性ペーストの構造を簡略に示した図面である。 焼成後の外部電極の焼成電極層の構造を簡略に示した図面である。 本発明の他の実施形態による外部電極の焼成電極層の構造を簡略に示した図面である。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。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。

また、各実施形態の図面に示された同一思想の範囲内の機能が同一である構成要素は、同一の参照符号を付与して説明する。

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。

図１は、本発明の一実施形態に係る積層型セラミック部品であ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は、図１のＩ－Ｉ'線に沿った断面図である。

以下、本発明の実施形態を明確に説明するために、キャパシタ本体１１０の方向を定義すると、図面に示されているＸ、Ｙ、及びＺはそれぞれ、キャパシタ本体１１０の長さ方向、幅方向、及び厚さ方向を示す。また、一実施形態において、厚さ方向は、誘電体層が積層される積層方向と同一の概念として用いられる。

図１及び図２を参照すると、一実施形態の積層型キャパシタ１００は、キャパシタ本体１１０及びキャパシタ本体１１０のＸ方向の両端部に配置される第１及び第２外部電極１３０、１４０を含む。

キャパシタ本体１１０は、複数の誘電体層１１１をＺ方向に積層して、焼成したものであり、複数の誘電体層１１１と誘電体層１１１を間に挟んでＺ方向に交互に配置される複数の第１及び第２内部電極１２１、１２２を含むことができる。

そして、キャパシタ本体１１０のＺ方向において、両側にはマージン部の役割を果たす所定厚さのカバー１１２、１１３が形成されることができる。

このとき、キャパシタ本体１１０の互いに隣接するそれぞれの誘電体層１１１同士は、境界を確認しにくいほど一体化することができる。

キャパシタ本体１１０は、おおよそ六面体形状であることができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

一実施形態においては、説明の便宜のために、キャパシタ本体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、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、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、且つ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。一実施形態においては、第１面１が実装面になる。

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、ＢａＴｉＯ_３系セラミック粉末などを含むことができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

また、誘電体層１１１には、上記セラミック粉末とともに、セラミック添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤、及び分散剤などがさらに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、遷移金属炭化物、希土類元素、マグネシウム（Ｍｇ）及びアルミニウム（Ａｌ）などから少なくとも１つが含まれることができる。

図３をさらに参照すると、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電極であって、誘電体層１１１を間に挟んでＺ方向に沿って互いに対向されるように交互に配置され、一端がキャパシタ本体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。

このようにキャパシタ本体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、後述するキャパシタ本体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。

このとき、第１及び第２内部電極１２１、１２２は、導電性金属で形成され、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはニッケル（Ｎｉ）合金などの材料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。

上記構成により、第１及び第２外部電極１３０、１４０に所定の電圧を印加すると、互いに対向する第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、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ようになる。

第１及び第２外部電極１３０、１４０は、キャパシタ本体１１０のＸ方向への両端部にそれぞれ配置され、互いに異なる極性の電圧が供給され、第１及び第２内部電極１２１、１２２の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。

第１外部電極１３０は、キャパシタ本体１１０の一端部に接触する第１焼成電極層１３１と、第１焼成電極層１３１上に形成される第１めっき層１３２を含む。

第１焼成電極層１３１は、第１接続部１３１ａ及び第１バンド部１３１ｂを含むことができる。

第１接続部１３１ａは、キャパシタ本体１１０の第３面３に形成され、第１内部電極１２１と接続される部分であり、第１バンド部１３１ｂは、第１接続部１３１ａからキャパシタ本体１１０の実装面である第１面１の一部まで延長される部分である。

このとき、第１バンド部１３１ｂは、固着強度の向上などの目的で必要な場合、キャパシタ本体１１０の第５及び第６面５、６の一部までさらに延長されることができる。

また、第１バンド部１３１ｂは、必要に応じてキャパシタ本体１１０の第２面２の一部までさらに延長されることができる。

第２外部電極１４０は、キャパシタ本体１１０の他端部に接触する第２焼成電極層１４１及び第２焼成電極層１４１上に形成される第２めっき層１４２を含む。

第２焼成電極層１４１は、第２接続部１４１ａ及び第２バンド部１４１ｂを含むことができる。

第２接続部１４１ａは、キャパシタ本体１１０の第４面４に形成され、第２内部電極１２２と接続される部分であり、第２バンド部１４１ｂは、第２接続部１４１ａからキャパシタ本体１１０の実装面である第１面１の一部まで延長される部分である。

このとき、第２バンド部１４１ｂは、固着強度の向上などの目的で必要な場合、キャパシタ本体１１０の第５及び第６面５、６の一部までさらに延長されることができる。

また、第２バンド部１４１ｂは、必要に応じてキャパシタ本体１１０の第２面２の一部までさらに延長されることができる。

第１及び第２焼成電極層１３１、１４１は、導電性物質を含み、上記導電性物質は、第１金属からなる複数の第１金属部と、上記第１金属よりも融点が高い第２金属からなり、上記複数の第１金属部を囲んで互いに連結される形で形成される第２金属部を含む。

また、第１及び第２焼成電極層１３１、１４１は、キャパシタ本体１１０のＸ方向の両端部に外部電極用導電性ペーストを塗布し、焼成して形成することができる。

図４を参照すると、上記外部電極用導電性ペーストは、複数の導電性粒子１０及びガラス（Ｇｌａｓｓ Ｆｒｉｔ）１３を含む。

また、導電性粒子１０は、コア１１とコア１１の表面を囲むシェル１２を含む。

このとき、コア１１は第１金属からなり、シェル１２は第１金属よりも融点が高い第２金属からなる。

好ましくは、第１金属は微粒の銅（Ｃｕ）であることができ、第２金属はニッケル（Ｎｉ）であることができる。

また、導電性粒子１０は、コア１１の直径がシェル１２の厚さよりも大きいことができる。

また、導電性粒子１０は、コア１１の直径が３．５μｍ以下であることができる。

図５は、焼成後の外部電極の焼成電極層の構造を簡略に示した図面である。

図５のように、焼成が進行されると、焼成前に個別的に分離されていた導電性粒子１０は、互いに連結されている導電性物質１０'になることができる。

これは、焼成後に互いに隣接した導電性粒子１０のシェル１２が接触しながら互いにくっつくネッキング（ｎｅｃｋｉｎｇ）が発生し、複数のシェルが互いに連結される形態の第２金属部１２'を形成するためである。

このとき、第２金属部１２'の中に、複数のコア１１が存在することができ、隣接したコア１１は、互いに一体化されず、それぞれ個別的に分離されている形態が維持されることができる。

ここで、複数のコア１１が第１金属部をなすようになる。以下、説明では、コアと、第１金属部は同一の図面符号を付与して説明する。

この時、図５は、説明の便宜のために第１金属部１１の断面が円形であると示して説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１金属部１１は、焼成後の収縮によって球状が楕円状に変わるか、またはでこぼこした形に変わることができる。

このように、ニッケルを含む複数のシェル１２が互いに連結されて第２金属部１２'を形成し、第２金属部１２'の中に第１金属部１１が存在する場合、焼成電極層が銅とニッケルの固有の特性を同時に有するようになる。したがって、別途のニッケルめっき層を形成する必要がない。

この点で、一実施形態の外部電極は、銅からなる焼成電極層上にニッケルめっき層を形成する従来構造とは明らかな違いが生じる。

一方、焼成が行われた後、ガラス１３は、溶解（ｍｅｌｔｉｎｇ）されて導電性粒子１０間の空いた空隙を埋めるようになり、これによって耐湿性を向上させる役割を果たすことができる。

この時、図５のように、ガラス１３は導電性粒子１０間の空いた空隙をすべて満たすこともできるが、本発明はこれに限定されるものではなく、場合によって焼成電極層の内部の空隙の一部は、ガラス１３によって満たされず、空いた状態で残ることができる。

そして、このような第１及び第２焼成電極層１３１、１４１の表面には、第１及び第２めっき層１３２、１４２が形成されることができる。

第１及び第２めっき層１３２、１４２は、スズ（Ｓｎ）を含む第１及び第２スズ（Ｓｎ）めっき層で形成されることができる。

また、第１及び第２スズめっき層１３２、１４２は、第１及び第２焼成電極層１３１、１４１上にダイレクト（ｄｉｒｅｃｔ）に直接接触（ｃｏｎｔａｃｔ）するように配置されることができる。

従来には、焼成電極層が銅（Ｃｕ）粒子からなる積層型キャパシタを基板にはんだ付けによって実装するためには、まず、銅を含む焼成電極層上にニッケル（Ｎｉ）を１次めっきした後、スズ（Ｓｎ）の２次めっきを経てこそ、安定的な実現が可能であった。

このとき、ニッケルめっき層は、スズめっき層に加わるはんだ付けによる高温の熱が焼成電極層に伝達されることを防ぐ役割を果たした。

もし、銅を含む導電性ペーストで焼成電極層を形成し、その上にニッケルめっきを省略したままスズをめっきするようになると、積層型キャパシタを基板に実装する際、はんだ付けによって発生する熱により、銅を含む焼成電極層がダメージ（ｄａｍａｇｅ）を被るようになって積層型キャパシタの寿命を短縮させることがある。

しかし、本発明の一実施形態によると、焼成電極層の形成時に銅コア－ニッケルシェル構造の導電性粒子を含む導電性ペーストを用いることで、焼成電極層を形成した後、ニッケルめっき工程を省略してスズめっきをすぐ行うことができる。

現在適用されているめっきプロセスは、バレル工程によって陽極（Ａｎｏｄｅ）から供給される金属イオンを陰極（Ｃａｔｈｏｄｅ）である積層型キャパシタの焼成電極層にコーティングするようになる。

つまり、一実施形態のめっきは、導電性金属物質に金属イオンが移動して接着することでめっき層が形成される方法である。したがって、一実施形態では、銅コア－シェル構造でニッケルであるシェルの厚さに関係なく、スズめっきをする上で、大きな問題は発生しない。

このとき、はんだ付け時のはんだ耐熱から焼成電極層に含まれた導電性物質のコアである第１金属部を構成する銅成分を第２金属部のニッケル成分が保護するようになるため、積層型キャパシタの寿命減少を最小限に抑えることができる。

このように、外部電極形成時のニッケルめっき工程を省略すると、工程の簡素化により製造時間及び費用などを減らすことができる。また、一実施形態は、焼成電極層に含まれる導電性物質がＣｕにＮｉを被せる構造であるため、Ｃｕの酸化を防止する上でも効果的である。

一般的に、外部電極の焼成電極層が銅を含み、内部電極がニッケルを含むとき、外部電極の粒子が内部電極の粒子よりも相対的にサイズが大きい場合、外部電極の全焼温度がより高いため、外部電極の銅成分が内部電極にさらに広がり、この過程でクラック形態の不良が発生することがある。

しかし、本発明の一実施形態によると、焼成電極層の形成時に銅コア－ニッケルシェル構造の導電性粒子を用いることにより、外部電極の金属成分が内部電極に向かって拡散される現象が発生しないようにし、上述したクラック形態の不良が発生することを防止することができる。

そして、本発明の一実施形態によると、外部電極の焼成電極層に含まれる導電性物質において、第１金属部１１の直径よりも第２金属部１２'の厚さが小さいことができる。

一実施形態によると、第１金属部１１の直径は３．５μｍ以下であることができる。ここで、第１金属部１１の直径は、積層型キャパシタをＺ方向に沿って等間隔に４つのセクション（ｓｅｃｔｉｏｎ）に分割し、ＳＥＭを用いて横３０μｍ縦３０μｍの範囲で各セクションの断面を観察して、ＳＥＭイメージ上に見えるコアのサイズを測定し、その平均値として求めることができる。

このとき、第１金属部１１は、焼成後の収縮によって球状が楕円状に変わることもできるが、この場合、第１金属部１１の直径は、コアで最も長さが長い方向の直径を基準に測定することができる。

第１金属部１１の直径が３．５μｍを超えると、焼成電極層内に存在する空隙が過度に大きくなることがあるため、外部電極内の緻密度が低下して、外部電極の電気伝導度が低下する原因となることがある。

また、このように外部電極内の緻密度が低下すると、めっき層を形成するためのめっき工程中にめっき液の成分がキャパシタ本体内に浸透する可能性が高くなり、そしてＩＲ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）劣化が発生して積層型キャパシタの高温信頼性が低下する問題が発生することがある。

一方、図６を参照すると、本発明の第１及び第２焼成電極層は、第３金属部１４をさらに含むことができる。

第３金属部１４は、導電性ペーストに含まれた導電性粒子のシェルが焼成後、互いにネッキングする過程で一部が離れて固まる部分である。

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、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から逸脱し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。

１０ 導電性粒子
１１ コア（第１金属部）
１２ シェル
１２' 第２金属部
１３ ガラス
１４ 第３金属部
１００ 積層型キャパシタ
１１０ キャパシタ本体
１１１ 誘電体層
１２１、１２２ 第１及び第２内部電極
１３０、１４０ 第１及び第２外部電極
１３１、１４１ 第１及び第２焼成電極層
１３１ａ、１４１ａ 第１及び第２接続部
１３１ｂ、１４１ｂ 第１及び第２バンド部
１３２、１４２ 第１及び第２めっき層

Claims (12)

1. 第１金属からなるコアと、
   前記第１金属よりも融点が高い第２金属からなり、前記コアの表面を囲むシェルと、を含む複数の導電性粒子を備える、導電性ペースト。
2. 前記第１金属が銅（Ｃｕ）であり、前記第２金属がニッケル（Ｎｉ）である、請求項１に記載の導電性ペースト。
3. 前記導電性粒子は、前記コアの直径が前記シェルの厚さよりも大きい、請求項１または２に記載の導電性ペースト。
4. 前記複数の導電性粒子は、前記コアの平均直径が３．５μｍ以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載の導電性ペースト。
5. キャパシタ本体と、
   前記キャパシタ本体上に互いに離隔するように配置される焼成電極層をそれぞれ含む複数の外部電極と、を備え、
   前記焼成電極層は、導電性物質を有し、
   前記導電性物質は、第１金属からなる複数の第１金属部と、前記第１金属よりも融点が高い第２金属からなり、前記複数の第１金属部を囲んで互いに連結される形で形成される第２金属部を含む、積層型セラミック部品。
6. 前記第１金属が銅（Ｃｕ）であり、前記第２金属がニッケル（Ｎｉ）である、請求項５に記載の積層型セラミック部品。
7. 前記導電性物質は、前記第１金属部の直径が前記第２金属部の厚さよりも大きい、請求項５または６に記載の積層型セラミック部品。
8. 前記導電性物質は、前記第１金属部の直径が３．５μｍ以下である、請求項５から７のいずれか一項に記載の積層型セラミック部品。
9. 前記複数の外部電極は、前記焼成電極層上に形成されるめっき層を含み、前記めっき層はスズ（Ｓｎ）を有する、請求項５から８のいずれか一項に記載の積層型セラミック部品。
10. 前記めっき層が前記焼成電極層上に直接接触するように配置される、請求項９に記載の積層型セラミック部品。
11. 前記キャパシタ本体は、複数の誘電体層及び前記誘電体層を間に挟んで交互に配置される複数の第１及び第２内部電極を含む、請求項５から１０のいずれか一項に記載の積層型セラミック部品。
12. 前記キャパシタ本体は、互いに対向する第１及び第２面、前記第１及び第２面と連結され、互いに対向する第３及び第４面を含み、
    前記焼成電極層は、前記第１及び第２内部電極とそれぞれ接続される第１及び第２焼成電極層を含み、
    前記第１及び第２焼成電極層は、
    前記キャパシタ本体の前記第３及び第４面にそれぞれ配置される第１及び第２接続部と、
    前記第１及び第２接続部から前記キャパシタ本体の第１面の一部まで延長する第１及び第２バンド部と、をそれぞれ含む、請求項１１に記載の積層型セラミック部品。

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