JP2024081593A - 積層型電子部品及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】信頼性に優れ、単位体積当たりの容量が向上した積層型電子部品を提供し、焼成過程で誘電体層と内部電極との間の応力不均一を改善する。
【解決手段】本発明の一実施形態による積層型電子部品は、誘電体層、及び上記誘電体層と交互に配置される内部電極を含む本体と、上記本体上に配置される外部電極と、を含み、上記誘電体層と内部電極との間にはセラミック層が配置され、上記セラミック層中の空隙が占める面積比率をSp1、上記誘電体層中の空隙が占める面積比率をSp2とするとき、Sp1は5%未満であり、Sp1<Sp2を満たすことができる。
【選択図】図4

Description

本発明は、積層型電子部品及びその製造方法に関するものである。
積層型電子部品の一つである積層セラミックキャパシタ(MLCC:Multi-Layered Ceramic Capacitor)は、液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)及び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プリント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チップ形態のコンデンサである。
積層セラミックキャパシタは、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により、様々な電子装置の部品として用いられることができ、コンピュータ、モバイル機器など、各種電子機器が小型化、高出力化され、積層セラミックキャパシタに対する小型化及び高容量化の要求が増大している。このような積層セラミックキャパシタの小型化及び高容量化の傾向に伴い、積層セラミックキャパシタの単位体積当たりの容量を増加させることに対する重要性が高まっている。
積層セラミックキャパシタは、基本的に誘電体層及び内部電極が積層された本体と、上記本体の外部に配置される外部電極を含むことができる。一方、焼成過程で誘電体層及び内部電極間の収縮率の差が生じることがあり、このような収縮率の違いにより誘電体層と内部電極との間の応力不均一が発生し、内部電極の切れ及び凝集現象が発生して、内部電極の厚さを増加させ、誘電体層の厚さを減少させることができる。これにより、MLCCの静電容量が減少することがあり、耐電圧及び絶縁抵抗特性が低下することがある。したがって、誘電体層と内部電極との間の応力不均一を改善させた積層セラミックキャパシタに対する開発が求められている。
本発明のいくつかの目的の一つは、信頼性に優れた積層型電子部品を提供することである。
本発明のいくつかの目的の一つは、単位体積当たりの容量が向上した積層型電子部品を提供することである。
本発明のいくつかの目的の一つは、焼成過程で誘電体層と内部電極との間の応力不均一を改善することである。
但し、本発明の目的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。
本発明の一実施形態による積層型電子部品は、誘電体層、及び上記誘電体層と交互に配置される内部電極を含む本体と、上記本体上に配置される外部電極と、を含み、上記誘電体層と内部電極との間にはセラミック層が配置され、上記セラミック層中の空隙が占める面積比率をSp1、上記誘電体層中の空隙が占める面積比率をSp2とするとき、Sp1は5%未満であり、Sp1<Sp2を満たすことができる。
本発明の一実施形態に係る積層型電子部品の製造方法は、セラミックグリーンシート上にセラミック物質を蒸着して第1セラミック膜を形成した後、上記第1セラミック膜に内部電極パターンを形成し、上記内部電極パターン上にセラミック物質を蒸着して第2セラミック膜を形成する段階と、上記セラミックグリーンシートを積層して積層体を得る段階と、上記積層体を焼結して本体を得る段階と、上記本体上に外部電極を形成する段階と、を含むことができる。
本発明の様々な効果の一つとして、誘電体層と内部電極との間にセラミック層を配置することで、積層型電子部品の信頼性を向上させたものである。
本発明の様々な効果の一つとして、誘電体層と内部電極との間にセラミック層を配置することで、内部電極の凝集及び切れ現象を抑制して、積層型電子部品の単位体積当たりの容量を向上させたものである。
但し、本発明の多様でありながらも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。
本発明の一実施例による積層型電子部品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。 図1のII-II'線に沿った断面図を概略的に示したものである。 図2のK1領域を拡大した図面である。 図2のK2領域を拡大した図面である。 図2のK3領域を拡大した図面である。 図3のK4領域を拡大した図面である。 本発明の一変形例による積層型電子部品に対する図7に対応する図面である。 本発明の一実施形態に係る積層型電子部品の製造方法のうち、セラミックグリーンシート上にセラミック膜及び内部電極パターンを形成する過程を説明するための図面である。 本発明の一実施形態に係る積層型電子部品の製造方法のうち、積層体を形成する過程を説明するための図面である。
以下、具体的な実施形態及び添付の図面を参照して、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、通常の技術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、図面上に同一符号で示される要素は同一要素である。
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、図示した各構成の大きさ及び厚さは、説明の便宜のために任意で示したものであるため、本発明は必ずしも図示により限定されない。また、同一の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、ある部分がある構成要素を「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。
図面において、第1方向は積層方向または厚さ(T)方向、第2方向は長さ(L)方向、第3方向は幅(W)方向と定義することができる。
積層型電子部品
図1は、本発明の一実施例による積層型電子部品の斜視図を概略的に示したものであり、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り、図3は、図1のII-II'線に沿った断面図を概略的に示したものであり、図4は、図2のK1領域を拡大した図面であり、図5は、図2のK2領域を拡大した図面であり、図6は、図2のK3領域を拡大した図面であり、図7は、図3のK4領域を拡大した図面である。
以下、図1~図7を参照して、本発明の一実施形態による積層型電子部品100について詳細に説明する。また、積層型電子部品の一例として、積層セラミックキャパシタ(Multi-layered Ceramic Capacitor、以下「MLCC」という)について説明するが、本発明がこれに限定されるものではなく、セラミック材料を用いる様々な積層型電子部品、例えば、インダクタ、圧電体素子、バリスタ、またはサーミスタなどにも適用されることができる。
本発明の一実施形態による積層型電子部品100は、誘電体層111、及び上記誘電体層と交互に配置される内部電極121、122を含む本体110と、上記本体に配置される外部電極131、132と、を含み、上記誘電体層111と内部電極121、122との間にはセラミック層CLが配置され、上記セラミック層中の空隙が占める面積比率をSp1、上記誘電体層中の空隙が占める面積比率をSp2とするとき、Sp1は5%未満であり、Sp1<Sp2を満たすことができる。
本発明の一実施形態によると、誘電体層111と内部電極121、122との間にセラミック層CLを配置することによって、内部電極の切れ及び凝集現象を抑制して積層型電子部品の信頼性及び単位体積当たりの容量を向上させることができる。
また、セラミック層CLは、焼結工程時の内部電極と誘電体層との間の応力不均一を抑制することができ、拘束焼結効果を誘導して厚さ方向の収縮率を増加させて、内部電極の薄層化及び内部電極の連結性向上に寄与することができる。
セラミック層CL中の空隙(pore)が占める面積比率をSp1、誘電体層111中の空隙(pore)が占める面積比率をSp2とするとき、Sp1は5%未満であり、Sp1<Sp2を満たすことができる。
セラミック層CL中の空隙(pore)が占める面積比率Sp1が5%未満であることによって、セラミック層CLは緻密度が高く、優れた剛性を有することができる。ここで、剛性とは、外部から圧力を受けても形状や体積が変わらない硬い性質を意味する。
誘電体層111と内部電極121、122との間に剛性に優れたセラミック層CLが配置されることにより、焼結工程時の内部電極と誘電体層との間の応力不均一を抑制することができる。
一般的に、焼成過程で誘電体層及び内部電極間の収縮率の差が生じることがあり、このような収縮率の違いにより誘電体層と内部電極との間の応力不均一が発生し、内部電極の切れ及び凝集現象が発生して、内部電極の厚さを増加させ、誘電体層の厚さを減少させることがある。一方、本発明の一実施形態によって誘電体層111と内部電極121、122との間に剛性に優れたセラミック層CLが配置される場合、内部電極と誘電体層との間の応力不均一を抑制して内部電極の切れ及び凝集現象を抑制することができる。
図4を参照すると、内部電極121、122の厚さ方向の下部に第1セラミック層CL1が配置され、厚さ方向の上部に第2セラミック層CL2が配置されることによって、内部電極121、122はセラミック層CL1、CL2によって拘束され、横方向(第2方向)への収縮が抑制され、厚さ方向(第1方向)に集中的な収縮を起こすようにすることができる。これにより、内部電極を薄くしながらも内部電極の連結性及び平滑度を向上させることができる。
セラミック層CL中の空隙(pore)が占める面積比率Sp1が5%以上であるか、誘電体層111中の空隙(pore)が占める面積比率Sp2以下である場合には、誘電体層111と内部電極121、122との間の応力不均一を抑制する効果及び/または拘束焼結効果が不十分であり得る。
セラミック層CL中の空隙(pore)が占める面積比率Sp1は、本体110の第1及び第2方向の断面で測定されることができる。具体的には、本体110の第3方向(幅方向)の中央部で切断した第1及び第2方向(長さ及び厚さ方向)の断面を走査電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)を用いてスキャンしたイメージから抽出された任意の5つのセラミック層CLについて空隙が占める面積を測定して平均値を計算したものであることができる。また、誘電体層111中の空隙(pore)が占める面積比率Sp2も、上記スキャンしたイメージから抽出された任意の5つの誘電体層111について空隙が占める面積を測定して平均値を計算したものであることができる。
一方、誘電体層111中の空隙(pore)が占める面積比率Sp2は、特に限定する必要はない。例えば、誘電体層111中の空隙(pore)が占める面積比率Sp2は、5%以上40%以下であることができ、より好ましくは10%以上30%以下であり得る。
一実施例において、セラミック層CLは、Ba、Ti、Si、Zr、Hf、及びSrのうち1つ以上を含み得る。これにより、セラミック層CLの誘電体層111と内部電極121、122との間の応力不均一を抑制する効果及び/または拘束焼結効果をより向上させることができる。
一方、セラミック層CLは、Ru、Rh、Re、Pt、Ir及びOsを含まないことができる。Ru、Rh、Re、Pt、Ir及びOsは、焼結工程条件によってセラミック層CLから誘電体層111に移動して静電容量を低下させることができる。また、セラミック層CLはAlを含まないことができる。但し、これに制限されるものではなく、本発明によるセラミック層CLの応力不均一を抑制する効果及び/又は拘束焼結効果を維持する範囲でセラミック層CLは、Ru、Rh、Re、Pt、Ir、Os及びAlのうち1つ以上を一定量含むことができる。
一実施例において、誘電体層111は、BaTiO、(Ba1-xCa)TiO(0<x<1)、Ba(Ti1-yCa)O(0<y<1)、(Ba1-xCa)(Ti1-yZr)O(0<x<1、0<y<1)及びBa(Ti1-yZr)O(0<y<1)のうち1つ以上を主成分として含み、セラミック層CLは、誘電体層111の主成分と同じ主成分を含むことができる。ここで、主成分の意味は、主成分100モルに対して主成分を除いた残りの成分のモル数が30モル以下であることを意味することができる。これにより、セラミック層CLの追加による誘電率の低下を最小化することができる。但し、セラミック層CLと誘電体層111の組成が完全に同一であることを意味するものではなく、主成分を除いた残りの成分は互いに異なることができる。
一実施例において、セラミック層CLの平均厚さtclは、5nm以上50nm以下であり得る。セラミック層CLの平均厚さが5nm未満の場合には、セラミック層CLの応力不均一を抑制する効果及び/または拘束焼結効果が不十分であることができ、50nm超過である場合には、誘電率が低下するおそれがある。
ここで、セラミック層CLの厚さは、セラミック層CLの第1方向の大きさを意味することができる。セラミック層CLの平均厚さtclは、本体110の第1方向及び第2方向の断面を1万倍率の走査電子顕微鏡(SEM)を用いてスキャンして測定することができる。より具体的には、1つのセラミック層CLの多数の地点、例えば、第2方向に等間隔の30の地点でその厚さを測定して平均値を測定することができる。上記等間隔の30の地点は、後述する容量形成部Acで指定されることができる。また、このような平均値測定を10のセラミック層CLに拡張して平均値を測定すると、セラミック層CLの平均厚さをさらに一般化することができる。
一実施例において、セラミック層CLは、スパッタリング工法、真空蒸着工法、またはALD(Atomic layer deposition)工法を用いて形成されることができる。スパッタリング工法、真空蒸着工法、またはALD工法を用いて形成することによって、セラミック層CL中の空隙(pore)が占める面積比率Sp1を5%未満に容易に制御することができ、セラミック層CLを薄く形成して誘電率の低下を抑制することができる。
一方、内部電極121、122をスパッタリング工法、真空蒸着工法、またはALD工法を用いて形成する場合、別途のマスクパターンが必要であるが、セラミック層CLはセラミックグリーンシートの全面に蒸着可能であり、内部電極パターンを形成した後にも内部電極パターンの全面に蒸着可能であるため、別途のマスクパターンが不要である。したがって、セラミック層CLは、別途のマスクパターンなしで容易に形成することができるという利点がある。また、図5を参照すると、別途のマスクパターンなしで第1セラミック層CL1及び第2セラミック層CL2を形成することによって、第2内部電極122と第1外部電極131が離隔した空間である長さ方向のマージン部において、第1セラミック層CL1及び第2セラミック層CL2が接するように配置されることができる。また、セラミック層CLは、第3面及び第4面と全て連結された形態を有することができる。
一方、図6を参照すると、第1内部電極121の端部には、セラミック層CLが配置されないことによって、第1外部電極131との電気的連結性を確保することができる。
また、図7を参照すると、別途のマスクパターンなしで第1セラミック層CL1及び第2セラミック層CL2を形成することによって、第1サイドマージン部114において第1セラミック層CL1及び第2セラミック層CL2が接するように配置されることができ、第2サイドマージン部115においても第1セラミック層CL1及び第2セラミック層CL2が接するように配置されることができる。したがって、セラミック層CLは、第3、第4、第5及び第6面と全て連結された形態を有することができる。
但し、図8を参照すると、本発明の変形例によって内部電極121、122による段差を抑制するために、積層後の内部電極が本体の第5及び第6面5、6に露出するように切断した後、単一誘電体層または2つ以上の誘電体層を容量形成部Acの両側面に第3方向(幅方向)に積層してサイドマージン部114、115を形成する場合にはサイドマージン部114、115にはセラミック層CLが配置されないことができる。
以下、本発明の一実施形態に係る積層型電子部品100に含まれる各構成について説明する。
本体110は、誘電体層111及び内部電極121、122が交互に積層されていることができる。
本体110の具体的な形状に特に制限はないが、図示のように本体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。焼成過程で本体110に含まれたセラミック粉末の収縮により、本体110は完全な直線を有する六面体状ではなく、実質的に六面体状を有することができる。
本体110は、第1方向に向かい合う第1及び第2面1、2、上記第1及び第2面1、2と連結され、第2方向に向かい合う第3及び第4面3、4、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、第3方向に向かい合う第5及び第6面5、6を有することができる。
誘電体層111上に内部電極121、122が配置されていないマージン領域が重なることによって、内部電極121、122の厚さによる段差が発生して、第1面と第3~第5面を連結するコーナー及び/または第2面と第3~第5面を連結するコーナーは、第1面または第2面を基準として見たとき、本体110の第1方向の中央側に収縮した形態を有することができる。あるいは、本体の焼結過程での収縮挙動によって、第1面1と第3~第6面3、4、5、6を連結するコーナー及び/又は第2面2と第3~第6面3、4、5、6を連結するコーナーは、第1面または第2面を基準として見るとき、本体110の第1方向の中央側に収縮した形態を有することができる。あるいは、チッピング不良などを防止するために本体110の各面を連結する角を別途の工程を行ってラウンド処理するにつれて第1面と第3~第6面を連結するコーナー及び/又は第2面と第3~第6面を連結するコーナーは、ラウンド形態を有することができる。
一方、内部電極121、122による段差を抑制するために、積層後に内部電極が本体の第5及び第6面5、6に露出するように切断した後、単一誘電体層又は2つ以上の誘電体層を容量形成部Acの両側面に第3方向(幅方向)に積層して、マージン部114、115を形成する場合には、第1面と第5及び第6面を連結する部分及び第2面と第5及び第6面を連結する部分が収縮した形態を有さないことができる。
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。誘電体層の積層数は特に制限する必要はなく、積層型電子部品の大きさを考慮して決定することができる。例えば、誘電体層を400層以上積層して本体を形成することができる。
誘電体層111は、セラミック粉末、有機溶剤及びバインダーを含むセラミックスラリーを製造し、上記スラリーをキャリアフィルム(carrier film)上に塗布及び乾燥してセラミックグリーンシートを設けた後、上記セラミックグリーンシートの焼成によって形成することができる。セラミック粉末は、十分な静電容量が得られる限り、特に制限されないが、例えば、セラミック粉末としてチタン酸バリウム系(BaTiO)系粉末を用いることができる。より具体的な例として、セラミック粉末はBaTiO、(Ba1-xCa)TiO(0<x<1)、Ba(Ti1-yCa)O(0<y<1)、(Ba1-xCa)(Ti1-yZr)O(0<x<1、0<y<1)及びBa(Ti1-yZr)O(0<y<1)のうち一つ以上であることができる。
誘電体層111の平均厚さtdは特に限定する必要はないが、例えば10μm以下であることができる。また、誘電体層111の平均厚さtdは、所望の特性や用途に応じて任意に設定することができる。
但し、誘電体層111の平均厚さtdが0.4μm以下である場合に本発明による効果がより顕著になることができる。
一般的に、誘電体層111の厚さが薄くなるほど、焼結工程時の内部電極と誘電体層との間の応力不均一、内部電極の凝集及び切れ現象が発生しやすくなる。一方、本発明の一実施形態に係る積層型電子部品の場合、誘電体層111と内部電極121、122との間にセラミック層CLを配置することによって、内部電極の切れ及び凝集現象を抑制することができ、焼結工程時の内部電極と誘電体層との間の応力不均一を抑制することができるため、誘電体層111の平均厚さtdが0.4μm以下である場合にも積層型電子部品の信頼性を向上させることができる。
ここで、誘電体層111の平均厚さtdは、内部電極121、122の間に配置される誘電体層111の第1方向の大きさを意味する。誘電体層111の平均厚さは、本体110の第1方向及び第2方向の断面を1万倍率の走査電子顕微鏡(SEM)を用いてスキャンして測定することができる。より具体的には、1つの誘電体層111の多数の地点、例えば第2方向に等間隔の30の地点でその厚さを測定して平均値を測定することができる。上記等間隔の30の地点は、後述する容量形成部Acで指定されることができる。また、このような平均値測定を10の誘電体層111に拡張して平均値を測定すると、誘電体層111の平均厚さをさらに一般化することができる。
本体110は本体110の内部に配置され、誘電体層111を挟んで互いに対向するように配置される第1内部電極121及び第2内部電極122を含んで容量が形成される容量形成部Acと、上記容量形成部Acの第1方向の上部及び下部に形成されたカバー部112、113を含むことができる。
また、上記容量形成部Acは、キャパシタの容量形成に寄与する部分であり、誘電体層111を挟んで複数の第1及び第2内部電極121、122を繰り返し積層して形成されることができる。
カバー部112、113は、上記容量形成部Acの第1方向の上部に配置される上部カバー部112及び上記容量形成部Acの第1方向の下部に配置される下部カバー部113を含むことができる。
上記上部カバー部112及び下部カバー部113は、単一誘電体層又は2つ以上の誘電体層を容量形成部Acの上下面にそれぞれ厚さ方向に積層して形成することができ、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。
上記上部カバー部112及び下部カバー部113は内部電極を含まず、誘電体層111と同じ材料を含むことができる。
すなわち、上記上部カバー部112及び下部カバー部113は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)系セラミック材料を含むことができる。
一方、カバー部112、113の厚さは特に限定する必要はない。但し、積層型電子部品の小型化及び高容量化をより容易に達成するために、カバー部112、113の厚さtcは15μm以下であることができる。
カバー部112、113の平均厚さtcは、第1方向の大きさを意味することができ、容量形成部Acの上部または下部で等間隔の5の地点で測定したカバー部112、113の第1方向の大きさを平均した値であることができる。
また、上記容量形成部Acの側面にはマージン部114、115が配置されることができる。
マージン部114、115は、本体110の第5面5に配置された第1マージン部114と第6面6に配置された第2マージン部115を含むことができる。すなわち、マージン部114、115は、上記セラミック本体110の幅方向の両端面(end surfaces)に配置されることができる。
マージン部114、115は、図3に示したように、上記本体110を幅-厚さW-T方向に切断した断面(cross-section)で第1及び第2内部電極121、122の両端と本体110の境界面との間の領域を意味することができる。
マージン部114、115は、基本的に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果たすことができる。
マージン部114、115は、セラミックグリーンシート上にマージン部が形成されるところを除いて導電性ペーストを塗布して内部電極を形成することによって形成されたものであることができる。
また、内部電極121、122による段差を抑制するために、積層後の内部電極が本体の第5及び第6面5、6に露出するように切断した後、単一誘電体層又は2つ以上の誘電体層を容量形成部Acの両側面に第3方向(幅方向)に積層して、マージン部114、115を形成することもできる。
一方、マージン部114、115の幅は特に限定する必要はない。但し、積層型電子部品の小型化及び高容量化をより容易に達成するために、マージン部114、115の平均幅は15μm以下であることができる。
マージン部114、115の平均幅は、内部電極が第5面と離隔した領域の第3方向の平均大きさMW1及び内部電極が第6面と離隔した領域の第3方向の平均大きさMW2を意味することができ、容量形成部Acの側面で等間隔の5の地点で測定したマージン部114、115の第3方向の大きさを平均した値であることができる。
したがって、一実施例において、内部電極121、122が第5及び第6面と離隔した領域の第3方向の平均大きさMW1、MW2はそれぞれ15μm以下であり得る。
内部電極121、122は、第1及び第2内部電極121、122を含むことができる。第1及び第2内部電極121、122は、本体110を構成する誘電体層111を挟んで互いに対向するように交互に配置され、本体110の第3及び第4面3、4でそれぞれ露出することができる。
第1内部電極121は第4面4と離隔し、第3面3を介して露出し、第2内部電極122は第3面3と離隔し、第4面4を介して露出することができる。本体の第3面3には第1外部電極131が配置され、第1内部電極121と連結され、本体の第4面4には第2外部電極132が配置され、第2内部電極122と連結されることができる。
すなわち、第1内部電極121は第2外部電極132とは連結されず、第1外部電極131と連結され、第2内部電極122は第1外部電極131とは連結されず、第2外部電極132と連結される。したがって、第1内部電極121は第4面4で一定距離離隔して形成され、第2内部電極122は第3面3で一定距離離隔して形成されることができる。また、第1及び第2内部電極121、122は、本体110の第5及び第6面と離隔して配置されることができる。
内部電極121、122に含まれる導電性金属は、Ni、Cu、Pd、Ag、Au、Pt、In、Sn、Al、Ti及びこれらの合金のうち1つ以上であることができ、本発明がこれに限定されるものではない。
内部電極121、122は、セラミックグリーンシート上にセラミック膜を形成した後、セラミック膜上に所定の厚さで導電性金属を含む内部電極用導電性ペーストを塗布して焼成することで形成されることができる。
セラミックグリーンシート上にセラミック膜を形成せずに内部電極用導電性ペーストを印刷して内部電極121、122を形成する場合、焼成過程で導電性金属間にネッキング(necking)が発生して、内部電極の凝集及び/又は切れ現象などが容易に発生することがある。このような内部電極の切れ現象などは、積層型電子部品の静電容量を減少させ、絶縁抵抗特性を低下させるという問題点が発生する可能性がある。本発明によると、セラミック層CLの応力不均一を抑制する効果及び/または拘束焼結効果に応じて、内部電極用導電性ペーストを印刷して内部電極を形成する場合にも、内部電極を薄くかつ均一に形成することができる。
内部電極用導電性ペーストの塗布方法は、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、本発明がこれに限定されるものではない。
内部電極121、122は、セラミックグリーンシート上にセラミック膜を形成した後、スパッタリング工法、真空蒸着法及び/又は化学気相蒸着法を用いて導電性金属を上記セラミック膜上にスパッタ及び/又は蒸着することで形成することができ、さらに好ましくは、内部電極121、122はスパッタリング工法によって形成されたスパッタリング層であり得る。
内部電極121、122がスパッタリング層である場合、内部電極121、122は高い密度を有することができ、昇温間の内部電極の金属粒子の焼結による応力不均一の現象は比較的低くなる可能性がある。但し、内部電極は緻密な膜で形成され、誘電体層を形成するセラミックグリーンシートは密度が低く、互いに構成する材料も異なるため、このような密度及び材料の差異による応力が発生する可能性がある。本発明によると、誘電体層111と内部電極121、122との間にセラミック層CLが配置されることによって、誘電体層111と内部電極121、122の密度及び材料の差異による応力を最小化することができる。
内部電極の平均厚さteは特に限定する必要はない。このとき、内部電極121、122の厚さは、内部電極121、122の第1方向の大きさを意味することができる。
但し、本発明の一実施形態に係る積層型電子部品の場合、誘電体層111と内部電極121、122との間にセラミック層CLを配置することによって、内部電極の切れ及び凝集現象を抑制することができ、焼結工程時の内部電極と誘電体層との間の応力不均一を抑制することができるため、内部電極121、122の平均厚さが300nm以下である場合にも積層型電子部品の信頼性を確保することができる。内部電極121、122の平均厚さの下限は特に限定する必要はないが、例えば50nm以上であることができる。
ここで、内部電極の平均厚さteは、本体110の第1方向及び第2方向の断面を1万倍率の走査電子顕微鏡(SEM)を用いてスキャンして測定することができる。より具体的には、1つの内部電極121、122の多数の地点、例えば第2方向に等間隔の30の地点でその厚さを測定して平均値を測定することができる。上記等間隔の30の地点は容量形成部Acで指定されることができる。また、このような平均値測定を10の内部電極121、122に拡張して平均値を測定すると、内部電極121、122の平均厚さをさらに一般化することができる。
一実施例において、内部電極121、122の厚さの標準偏差をσteとするとき、σte/teは0.05以下であり得る。σte/teは0.05以下の場合、内部電極121、122の厚さの均一性を確保することで内部電極121、122に応力が不均一に加えられる現象を防止することができ、これにより内部電極121、122が凝集したり切れたりする現象を防止することができる。
上記内部電極の厚さの標準偏差σteは、内部電極121、122の平均厚さteを測定するための上記第2方向に等間隔の30の地点で測定された各厚さで上記内部電極の平均厚さteを引いた後に二乗し、この値の平均値を計算することで分散を求めた後、上記分散値を二乗根することで測定することができる。
一方、内部電極121、122がスパッタリング層である場合、内部電極121、122の平均厚さteと内部電極の厚さの標準偏差σteを容易に低減させることができ、平均厚さが300nm以下の内部電極121、122を容易に形成することができる。
外部電極131、132は、本体110の第3面3及び第4面4に配置されることができる。
外部電極131、132は、本体110の第3及び第4面3、4にそれぞれ配置され、第1及び第2内部電極121、122とそれぞれ連結された第1及び第2外部電極131、132を含むことができる。
図1を参照すると、外部電極131、132は、サイドマージン部114、115の第2方向の両端面を覆うように配置されることができる。
本実施形態では、積層型電子部品100が2つの外部電極131、132を有する構造を説明しているが、外部電極131、132の個数や形状などは内部電極121、122の形態やその他の目的に応じて変更されることができる。
一方、外部電極131、132は、金属などの電気導電性を有するものであれば、どのような物質を用いても形成されることができ、電気的特性、構造的安定性などを考慮して具体的な物質が決定されることができ、さらに多層構造を有することができる。
例えば、外部電極131、132は、本体110に配置される電極層131a、132a及び電極層131a、132a上に形成されためっき層131b、132bを含むことができる。
電極層131a、132aに対するより具体的な例として、電極層131a、132aは、導電性金属及びガラスを含む焼成(firing)電極であるか、導電性金属及び樹脂を含む樹脂系電極であることができる。
また、電極層131a、132aは、本体上に焼成電極及び樹脂系電極が順次的に形成された形態であることができる。また、電極層131a、132aは、本体上に導電性金属を含むシートを転写する方式で形成されるか、焼成電極上に導電性金属を含むシートを転写する方式で形成されたものであることができる。
電極層131a、132aに含まれる導電性金属として、電気導電性に優れた材料を用いることができ、特に限定しない。例えば、導電性金属は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)及びそれらの合金のうち1つ以上であり得る。
めっき層131b、132bは、実装特性を向上させる役割を果たす。めっき層131b、132bの種類は特に限定されず、Ni、Sn、Pd及びこれらの合金のうち1つ以上を含むめっき層であることができ、複数の層で形成されることができる。
めっき層131b、132bに対するより具体的な例として、めっき層131b、132bは、Niめっき層またはSnめっき層であることができ、電極層131a、132a上にNiめっき層及びSnめっき層が順次的に形成された形態であることができ、Snめっき層、Niめっき層及びSnめっき層が順次的に形成された形態であることができる。また、めっき層131b、132bは、複数のNiめっき層及び/または複数のSnめっき層を含むこともできる。
積層型電子部品100の大きさは特に限定する必要はない。
但し、本発明の一実施例によると、セラミック層CLの応力不均一を抑制する効果及び/又は拘束焼結効果に応じて内部電極及び誘電体層の薄層化が容易であるため、0603(長さ×幅、0.6mm×0.3mm)以下の大きさを有する積層型電子部品100において、本発明による信頼性及び単位体積当たりの容量向上の効果がより顕著になることができる。また、0201(長さ×幅、0.2mm×0.1mm)以下の大きさを有する積層型電子部品100にも本発明の構造を適用することができる。
製造誤差、外部電極大きさなどを考慮すると、積層型電子部品100の長さが0.66mm以下であり、幅が0.33mm以下である場合、本発明による信頼性及び単位体積当たりの容量向上の効果がより顕著になることができる。ここで、積層型電子部品100の長さは、積層型電子部品100の第2方向の最大大きさを意味し、積層型電子部品100の幅は、積層型電子部品100の第3方向の最大大きさを意味することができる。
本発明の一実施形態による積層型電子部品100は、誘電体層111、及び上記誘電体層と交互に配置される内部電極121、122を含む本体110と、上記本体に配置される外部電極131、132と、を含み、上記誘電体層111と内部電極121、122との間にはセラミック層CLが配置され、上記セラミック層はスパッタリング層、真空蒸着によって形成された層、または原子層蒸着工法によって形成された層であることができる。
積層型電子部品の製造方法
図9は、本発明の一実施形態に係る積層型電子部品の製造方法のうち、セラミックグリーンシート上にセラミック膜及び内部電極パターンを形成する過程を説明するための図面であり、図10は、本発明の一実施形態に係る積層型電子部品の製造方法のうち、積層体を形成する過程を説明するための図面である。
本発明の一実施形態に係る積層型電子部品の製造方法は、セラミックグリーンシートGS上にセラミック物質を蒸着して第1セラミック膜PCL1を形成した後、上記第1セラミック膜上に内部電極パターンEPを形成し、上記内部電極パターン上にセラミック物質を蒸着して第2セラミック膜PCL2を形成する段階と、上記セラミックグリーンシートを積層して積層体を得る段階と、上記積層体を焼結して本体を得る段階と、上記本体上に外部電極を形成する段階と、を含むことができる。
以下、図9及び図10を参照して、本発明の一実施形態に係る積層型電子部品の製造方法について説明する。但し、上述した本発明の一実施形態に係る積層型電子部品が下記の製造方法によって制限されるものではなく、上述した内容と重複する内容は、重複した説明を避けるために省略されることができる。
図9を参照すると、セラミックグリーンシートGS上にセラミック物質を蒸着して第1セラミック膜PCL1を形成することができる。セラミック物質を蒸着する方法は特に制限せず、スパッタリング工法、真空蒸着工法、またはALD(Atomic Layer Deposition)工法を用いて形成することができる。第1セラミック膜PCL1は、焼結工程後に第1セラミック層CL1を構成するようになる。
セラミックグリーンシートGSは特に限定する必要はなく、セラミック粉末を用いてセラミックグリーンシートを形成することができる。例えば、セラミックグリーンシートは、セラミック粉末、有機溶媒及びバインダーを含むスラリーを用いて形成されたものであり得る。具体的にセラミック粉末に添加剤を添加した後、エタノールとトルエンを溶媒として分散剤と混合した後、バインダーを混合してセラミックグリーンシートGSを形成することができる。セラミック粉末は、BaTiO系セラミック粉末であることができ、例えば、BaTiO、BaTiOにCa(カルシウム)、Zr(ジルコニウム)などが一部固溶された(Ba1-xCa)TiO(0<x<1)、Ba(Ti1-yCa)O(0<y<1)、(Ba1-xCa)(Ti1-yZr)O(0<x<1、0<y<1)またはBa(Ti1-yZr)O(0<y<1)などが挙げられる。
このとき、第1及び第2セラミック膜PCL1、PCL2を形成するセラミック物質は、上記セラミックグリーンシートGSに含まれたセラミック粉末と同じ物質を含むことができる。
この後、第1セラミック膜PCL1上に内部電極パターンEPを形成することができる。
内部電極パターンEPを形成する方法は特に制限されず、上述したように導電性金属を含む内部電極用導電性ペーストを塗布して内部電極パターンEPを形成することができ、内部電極用導電性ペーストの塗布方法は、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、本発明はこれに限定されるものではない。
また、内部電極パターンEPは、スパッタリング工法、真空蒸着法及び/又は化学気相蒸着法を用いて導電性金属を第1セラミック膜PCL1上にスパッタ及び/又は蒸着することで形成することができる。このとき、内部電極パターンEPを形成しない領域には、マスクを配置して内部電極パターンEPが蒸着されないようにすることができる。
内部電極パターンEPは、焼結工程後に内部電極121、122を構成するようになる。
この後、内部電極パターンEP上にセラミック物質を蒸着して第2セラミック膜PCL2を形成することができる。第2セラミック膜PCL2は、焼結工程後に第2セラミック層CL2を構成することができる。
図10を参照すると、第1セラミック膜PCL1、内部電極パターンEP及び第2セラミック膜PCL2が形成されたセラミックグリーンシートを積層して積層体を形成することができる。
積層体の第1方向の上部及び下部には、第1セラミック膜PCL1、内部電極パターンEP及び第2セラミック膜PCL2が形成されていないセラミックグリーンシートを積層することでカバー部を形成することができる。
この後、上記積層体を焼結して本体を得ることができる。このとき、焼結前に積層体をチップ単位で切断した後、焼成を行うことができる。
また、上記本体は、誘電体層及び上記誘電体層と交互に配置される内部電極を含み、上記誘電体層と内部電極との間にはセラミック層が配置され、上記セラミック層中の空隙が占める面積比率をSp1、上記誘電体層中の空隙が占める面積比率をSp2とするとき、Sp1は5%未満であり、Sp1<Sp2を満たすことができる。
次に、上記本体110に外部電極131、132を形成して積層型電子部品100を製造することができる。
外部電極131、132を形成する方法は特に限定されず、導電性金属及びガラスを含むペーストにディッピングする方法を利用することができ、導電性金属を含むシートを転写する方式で形成されることもできる。また、導電性金属及び樹脂を含むペーストを用いたり、原子層蒸着(Atomic Layer Deposition、ALD)工法、分子層蒸着(Molecular Layer Deposition、MLD)工法、化学気相蒸着(Chemical Vapor Deposition、CVD)工法、スパッタリング(Sputtering)工法などを用いて外部電極を形成することもできる。
さらに、めっき工程をさらに実行して、外部電極がめっき層131b、132bを含むようにすることができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって限定される。したがって、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、当技術分野における通常の知識を有する者によって多様な形態の置換、変形、及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属するといえる。
また、本開示において用いられた「一実施形態」という表現は、互いに同一の実施形態を意味するものではなく、それぞれ異なる固有の特徴を強調して説明するために提供されたものである。しかしながら、上記提示された一実施形態は、他の一実施形態の特徴と組み合わせて実現されることを排除しない。例えば、特定の一実施形態において説明された事項が他の一実施形態に記載されていなくても、他の一実施形態においてその事項と反対または矛盾する説明がない限り、他の一実施形態に関連する説明として理解することができる。
本開示において用いられた用語は、単に一実施形態を説明するために用いられたものであり、本開示を限定する意図ではない。このとき、単数の表現は、文脈上明らかに異なるものを意味しない限り、複数の表現を含む。
100 積層型電子部品
110 本体
111 誘電体層
CL1、CL2 セラミック層
112、113 カバー部
114、115 マージン部
121、122 内部電極
131、132 外部電極
131a、132a 電極層
131b、132b めっき層

Claims (16)

  1. 誘電体層、及び前記誘電体層と交互に配置される内部電極を含む本体と、
    前記本体上に配置される外部電極と、を含み、
    前記誘電体層と内部電極との間にはセラミック層が配置され、
    前記セラミック層中の空隙が占める面積比率をSp1、前記誘電体層中の空隙が占める面積比率をSp2とするとき、
    Sp1は5%未満であり、Sp1<Sp2を満たす、積層型電子部品。
  2. 前記Sp2は5%以上40%以下である、請求項1に記載の積層型電子部品。
  3. 前記セラミック層は、Ba、Ti、Si、Zr、Hf及びSrのうち1つ以上を含む、請求項1に記載の積層型電子部品。
  4. 前記誘電体層は、BaTiO、(Ba1-xCa)TiO(0<x<1)、Ba(Ti1-yCa)O(0<y<1)、(Ba1-xCa)(Ti1-yZr)O(0<x<1、0<y<1)及びBa(Ti1-yZr)O(0<y<1)のうち1つ以上を主成分として含み、
    前記セラミック層は、前記誘電体層の主成分と同じ主成分を含む、請求項1に記載の積層型電子部品。
  5. 前記セラミック層の平均厚さは5nm以上50nm以下である、請求項1に記載の積層型電子部品。
  6. 前記セラミック層は、スパッタリング工法、真空蒸着工法、またはALD工法を用いて形成される、請求項1に記載の積層型電子部品。
  7. 前記内部電極中の空隙が占める面積比率をSp3とするとき、
    Sp3は5%未満であり、Sp3<Sp2を満たす、請求項1に記載の積層型電子部品。
  8. 前記内部電極の平均厚さは5nm以上300nm以下である、請求項7に記載の積層型電子部品。
  9. 前記誘電体層と内部電極は第1方向に交互に配置され、
    前記本体は、前記第1方向に向かい合う第1及び第2面、前記第1及び第2面と連結され、第2方向に向かい合う第3及び第4面、前記第1~第4面と連結され、第3方向に向かい合う第5及び第6面を含み、
    前記セラミック層の少なくとも1つは前記第3及び第4面と連結される、請求項1に記載の積層型電子部品。
  10. 前記セラミック層の少なくとも1つは、前記第3、第4、第5及び第6面と連結される、請求項9に記載の積層型電子部品。
  11. 前記誘電体層と内部電極は第1方向に交互に配置され、
    前記本体は、前記第1方向に向かい合う第1及び第2面、前記第1及び第2面と連結され、第2方向に向かい合う第3及び第4面、前記第1~第4面と連結され、第3方向に向かい合う第5及び第6面を含み、
    前記積層型電子部品の第2方向の最大大きさは0.22mm以下であり、第3方向の最大大きさは0.11mm以下である、請求項1~10のいずれか一項に記載の積層型電子部品。
  12. セラミックグリーンシート上にセラミック物質を蒸着して第1セラミック膜を形成した後、前記第1セラミック膜に内部電極パターンを形成し、前記内部電極パターン上にセラミック物質を蒸着して第2セラミック膜を形成する段階と、
    前記セラミックグリーンシートを積層して積層体を得る段階と、
    前記積層体を焼結して本体を得る段階と、
    前記本体上に外部電極を形成する段階と、を含む、積層型電子部品の製造方法。
  13. 前記本体は、誘電体層、及び前記誘電体層と交互に配置される内部電極を含み、前記誘電体層と内部電極との間にはセラミック層が配置され、
    前記セラミック層中の空隙が占める面積比率をSp1、前記誘電体層中の空隙が占める面積比率をSp2とするとき、
    Sp1は5%未満であり、Sp1<Sp2を満たす、請求項12に記載の積層型電子部品の製造方法。
  14. 前記セラミックグリーンシートは、セラミック粉末、有機溶剤及びバインダーを含むスラリーを用いて形成されたものである、請求項12に記載の積層型電子部品の製造方法。
  15. 前記セラミック粉末は、BaTiO、(Ba1-xCa)TiO(0<x<1)、Ba(Ti1-yCa)O(0<y<1)、(Ba1-xCa)(Ti1-yZr)O(0<x<1、0<y<1)及びBa(Ti1-yZr)O(0<y<1)のうち1つ以上であり、
    前記セラミック物質は、前記セラミック粉末と同じ物質を含む、請求項14に記載の積層型電子部品の製造方法。
  16. 前記内部電極パターンは、導電性物質を前記第1セラミック膜上に蒸着して形成されたものである、請求項12~15のいずれか一項に記載の積層型電子部品の製造方法。
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