JP6369853B2 - 積層セラミックキャパシタ - Google Patents

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Description

本発明は、積層セラミックキャパシタに関する。
セラミック材料を使用する電子部品には、キャパシタ、インダクタ、圧電素子、バリスタやサーミスタなどがある。
上記セラミック電子部品のうち積層セラミックキャパシタ(MLCC:Multi−Layered Ceramic Capacitor)は、小型でありながら大容量が確保され、実装が容易であるという利点を有する。
このような積層セラミックキャパシタは、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、個人用携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)及び携帯電話など、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する。
最近では、映像機器の大型化またはコンピュータの中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)の速度上昇などの理由で、電子機器の発熱が酷くなっている。
従って、上記積層セラミックキャパシタは、電子機器に設けられた集積回路(IC:Integrated Circuit)の安定的な動作のために、高温でも安定した容量と信頼性を確保することが求められている。
このような積層セラミックキャパシタは、複数の誘電体層を有し、上記誘電体層を介して異なる極性の内部電極が交互に配置された構造であってもよい。
このとき、上記誘電体層は圧電性を有するため、上記積層セラミックキャパシタに直流または交流電圧が印加されると、内部電極の間に圧電現象が発生し、周波数に応じてセラミック本体の体積を膨張及び収縮させながら周期的な振動を発生させることができる。
このような振動は、基板に実装した時、上記積層セラミックキャパシタの外部電極及び上記外部電極と基板を連結する半田を介して基板に伝達されて、上記基板の全体が音響反射面となり、雑音である振動音を発生させることがある。
該振動音は、人に不快感を与える20〜20,000Hz領域の可聴周波数に該当することができ、このように人に不快感を与える振動音をアコースティックノイズ(acoustic noise)という。
最近の電子機器は部品の低騒音化により、積層セラミックキャパシタで発生するアコースティックノイズがより目立つことがあるため、積層セラミックキャパシタで発生するアコースティックノイズを効果的に低減させるための研究が必要である。
このようなアコースティックノイズを低減させる一つの方策として、フレーム形状の金属端子を積層セラミックキャパシタの両端面に付着し、基板と積層セラミックキャパシタとを一定間隔離間して実装する方法がある。
しかし、上記金属端子を利用してアコースティックノイズを一定水準に低減させるためには、上記金属端子の高さを一定規格以上に高める必要があった。
このとき、上記金属端子の高さの増加は、結果的に積層セラミックキャパシタが実装された部品の高さを増加させる原因となるため、高さに制限のある製品には使用できないという問題点があった。
下記特許文献1及び2はともに積層セラミックキャパシタに関し、特許文献1は、外部電極が銀−エポキシからなる第2外部電極を含み、特許文献2は、セラミック本体の下面に第1及び第2外部電極を互いに連結するように長さ方向に絶縁層が形成されている。
韓国公開特許公報第2012−0056549号 韓国公開特許公報第2012−0031235号
当技術分野では、積層セラミックキャパシタの圧電現象により発生した振動が基板に伝達されて発生するアコースティックノイズを効果的に低減させることができる積層セラミックキャパシタに対する新たな方策が求められてきた。
本発明の一側面は、複数の誘電体層を含み、厚さ方向に対向する第1及び第2主面、長さ方向に対向する第1及び第2端面、及び幅方向に対向する第1及び第2側面を有するセラミック本体と、上記セラミック本体内で、上記誘電体層を介し上記セラミック本体の第1及び第2端面を通じて交互に露出するように配置された複数の第1及び第2内部電極と、上記第1及び第2内部電極とそれぞれ電気的に連結された第1及び第2外部電極と、を含み、上記第1及び第2外部電極は、上記セラミック本体の第1及び第2端面から第1主面の一部までそれぞれ延長形成された第1及び第2内部導電層と、上記第1及び第2内部導電層上に形成され、上記セラミック本体の第1及び第2端面から第1主面の一部までそれぞれ延長形成され、上記第1及び第2内部導電層の一部が第1主面にそれぞれ露出するように上記第1及び第2内部導電層より短い第1及び第2絶縁層と、上記セラミック本体の第1主面に露出した上記第1及び第2内部導電層にそれぞれ形成された第1及び第2外部導電層と、を含む積層セラミックキャパシタを提供する。
本発明の他の側面は、複数の誘電体層を含み、厚さ方向に対向する第1及び第2主面、長さ方向に対向する第1及び第2端面、及び幅方向に対向する第1及び第2側面を有するセラミック本体と、上記セラミック本体内で、上記誘電体層を介し上記セラミック本体の第1及び第2端面を通じて交互に露出するように配置された複数の第1及び第2内部電極と、上記第1及び第2内部電極とそれぞれ電気的に連結された第1及び第2外部電極と、を含み、上記第1及び第2外部電極は、上記セラミック本体の第1及び第2端面から第1主面の一部までそれぞれ延長形成された第1及び第2内部導電層と、上記セラミック本体の第1主面に形成された上記第1及び第2内部導電層上に形成され、上記第1及び第2内部導電層の一部がそれぞれ露出するように上記セラミック本体より狭い幅を有する第1及び第2絶縁層と、上記セラミック本体の第1主面に露出した上記第1及び第2内部導電層にそれぞれ形成された第1及び第2外部導電層と、を含む積層セラミックキャパシタを提供する。
本発明の一実施形態における上記第1及び第2外部導電層は、上記セラミック本体の第1主面に形成された上記第1内部導電層と上記第1絶縁層及び上記第2内部導電層と上記第2絶縁層にそれぞれ同時に形成されてもよい。
本発明の一実施形態における本発明の積層セラミックキャパシタは、上記セラミック本体の第1主面に上記第1及び第2絶縁層を連結するように形成された第3絶縁層をさらに含んでもよい。
本発明の一実施形態における上記第1及び第2絶縁層は、上記セラミック本体の第1主面から第1及び第2端面の一部までそれぞれ延長形成されてもよい。
本発明の一実施形態における上記第1及び第2外部導電層は、上記セラミック本体の第1主面から第1及び第2側面の一部までそれぞれ延長形成されてもよい。
本発明の一実施形態における上記第1及び第2絶縁層の厚さは、50μm以上であってもよい。
本発明の一実施形態における上記第1及び第2絶縁層は、絶縁性エポキシを含む材料からなってもよい。
本発明の一実施形態における上記第1及び第2外部導電層は、導電性エポキシを含む材料からなってもよい。
本発明の一実施形態によると、セラミック本体の実装面である第1主面に外部電極が階段状に形成されることで、基板に実装する際、積層セラミックキャパシタと基板との間隔を遠くして基板に伝達される振動を減少させ、アコースティックノイズを低減させることができる。
また、上記外部電極の上記絶縁層は、その特性上、柔軟性を有するため、更なる振動吸収効果が期待できる。
本発明の第1実施形態による積層セラミックキャパシタの概略的な構造を示した斜視図である。 図1のA−A'線の断面図である。 図1の底面図である。 図1のB−B'線の断面図である。 本発明の第2実施形態による積層セラミックキャパシタの概略的な構造を示した斜視図である。 図5のA−A'線の断面図である。 図5の底面図である。 図5のB−B'線の断面図である。
以下では、添付の図面を参照し、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。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誇張されることがある。
本発明は積層セラミック電子部品に関し、本発明の一実施形態による積層セラミック電子部品には、積層セラミックキャパシタ、インダクタ、圧電体素子、バリスタ、チップ抵抗及びサーミスタなどがあり、以下では、積層セラミック電子製品の一例として、積層セラミックキャパシタについて説明する。
また、本発明の実施形態を明確に説明するために、六面体の方向を定義すると、図1に示されたL、W及びTは、それぞれ長さ方向、幅方向及び厚さ方向である。厚さ方向は第1の方向の一例であってよく、長さ方向は第2の方向の一例であってよく、幅方向は第3の方向の一例であってよい。
ここで、厚さ方向は、誘電体層が積層された積層方向と同じ概念で使用することができる。
図1は本発明の第1実施形態による積層セラミックキャパシタの概略的な構造を示した斜視図であり、図2は図1のA−A'線の断面図である。
図1及び図2を参照すると、本発明の第1実施形態による積層セラミックキャパシタ100は、複数の誘電体層111が厚さ方向に積層されたセラミック本体110と、複数の第1及び第2内部電極121、122と、第1及び第2内部電極121、122とそれぞれ電気的に連結された第1及び第2外部電極と、を含む。
セラミック本体110は、複数の誘電体層111を積層して焼成したものであり、隣接する誘電体層111同士は、互いの境界が確認できないほどに一体化されていてもよい。
また、セラミック本体110は六面体状であってもよい。
本実施形態では、セラミック本体110の誘電体層111の積層方向に対向する端面を第1及び第2主面、上記第1及び第2主面を連結する長さ方向に対向する端面を第1及び第2端面、幅方向に対向する端面を第1及び第2側面と定義する。
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)系セラミック粉末などを含んでもよく、十分な静電容量が得られるものであれば、特に限定されない。
また、誘電体層111には、上記セラミック粉末とともに、必要に応じて、遷移金属酸化物または炭化物、希土類元素、マグネシウム(Mg)またはアルミニウム(Al)などの様々な種類のセラミック添加剤、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てもよい。
第1及び第2内部電極121、122は異なる極性を有する電極で、誘電体層111を形成するセラミックシート上の少なくとも一面に形成されて積層され、セラミック本体110の第1及び第2端面を介して交互に露出するように配置することができる。
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により電気的に絶縁され、積層セラミックキャパシタ100の静電容量は、誘電体層111の積層方向に沿って重なる第1及び第2内部電極121、122の面積と比例する。
また、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、銀(Ag)、鉛(Pb)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)の何れか一つまたはこれらの合金等からなるものを使用してもよいが、本発明はこれに限定されない。
図3は本発明の第1実施形態による積層セラミックキャパシタの底面図であり、図4は図1のB−B'線の断面図である。
図3及び図4を参照すると、上記第1及び第2外部電極は、第1及び第2内部導電層131、132と、第1及び第2絶縁層141、142と、第1及び第2外部導電層151、152と、を含む。
本実施形態における第1及び第2内部導電層131、132は、セラミック本体110の厚さ−幅断面において、セラミック本体110の第1及び第2端面を介して交互に露出した複数の第1及び第2内部電極121、122を覆って電気的に連結されるようにセラミック本体110の第1及び第2端面から実装面となる第1主面の一部まで延長形成されてもよい。
また、第1及び第2内部導電層131、132は、湿気または後述する第1及び第2めっき層の形成時のめっき液が内部電極に浸透することを抑制するために、セラミック本体110の第1及び第2端面からセラミック本体110の第2主面または第1及び第2側面の一部まで延長形成されてもよい。
このとき、第1及び第2内部導電層131、132は、良好な電気的特性を有し、且つ優れた耐ヒートサイクル性及び耐湿性などの高信頼性を提供するために、例えば、銅−ガラス(Cu−Glass)ペーストを使用して形成されてもよく、本発明はこれに限定されない。
第1及び第2絶縁層141、142は、第1及び第2内部導電層131、132上に形成され、湿気または後述する第1及び第2めっき層の形成時のめっき液が内部電極に浸透することを抑制するだけでなく、積層セラミックキャパシタ100を基板などに実装するとき、上記第1及び第2外部電極の実装面を除いた周り面への半田形成を防止するか、最小化する役割をすることができる。
このような第1及び第2絶縁層141、142は、セラミック本体110の第1及び第2端面から第1主面の一部までそれぞれ延長形成され、第1及び第2内部導電層131、132の一部が第1主面にそれぞれ露出するように第1及び第2内部導電層131、132が第1主面に形成された長さより短くてもよい。
また、第1及び第2絶縁層141、142は、必要に応じて、セラミック本体110の第1及び第2側面の一部までそれぞれ延長形成されてもよい。
このとき、第1及び第2絶縁層141、142は、絶縁性を有するエポキシレジスト(epoxy resist)などを使用して形成してもよく、本発明はこれに限定されない。
また、第1及び第2絶縁層141、142の形成にはホイール(wheel)塗布方法、第1及び第2内部導電層131、132の表面に溝を形成した後に絶縁性エポキシペースト等を満たして転写する方法、及びスクリーン印刷法などの何れか一つの方法を用いてもよい。
下表1を参照すると、第1及び第2絶縁層141、142は、振動音を低減するために、サンプル3〜7のように50μm以上の厚さを有することができる。
これは、第1及び第2絶縁層141、142の厚さが50μm未満、例えば、サンプル1及び2のような場合には、基板に実装する際、積層セラミックキャパシタ100と基板を十分に離隔させることができないため、発生する振動音が30dB以上となり、振動伝達減少効果が少ないためである。
Figure 0006369853
第1及び第2外部導電層151、152は、セラミック本体110の第1主面に露出した第1及び第2内部導電層131、132にそれぞれ形成され、基板などに実装する際、半田により付着される外部連結端子としての役割をすることができる。
また、第1及び第2外部導電層151、152により積層セラミックキャパシタ100の実装面が明確に区別されるため、積層セラミックキャパシタ100を上下逆に実装することを防ぐことができる。
このとき、第1及び第2外部導電層151、152は、例えば、優れた導電性を有し、且つ機械的応力を吸収して信頼性を向上させることができる銅−エポキシ(Cu−epoxy)ペーストなどを使用して形成してもよく、本発明はこれに限定されない。
また、第1及び第2外部導電層151、152は、セラミック本体110の第1主面に形成された第1内部導電層131と第1絶縁層141及び第2内部導電層132と第2絶縁層142にそれぞれ同時に付着されるように形成されてもよい。
一方、第1及び第2外部導電層151、152には、めっき層がさらに形成されてもよい。
上記めっき層は、第1及び第2外部導電層151、152上に形成されたニッケル(Ni)めっき層と、上記ニッケルめっき層上に形成されたすず(Sn)めっき層を含んでもよい。
該めっき層は、積層セラミックキャパシタ100を基板などに半田付けにより実装する際、互いの接着強度を高めるためのものである。
このように構成された第1及び第2外部電極は、基板に実装する際、セラミック本体110の第1及び第2端面または第1及び第2側面に形成された第1及び第2絶縁層141、142により、半田フィレットが形成される高さを最小化し上記半田を介して伝達される振動を最小化することができる。また、このような第1及び第2絶縁層141、142は、その特性上、柔軟性を有するため、更なる振動吸収効果が期待できる。
また、セラミック本体110の実装面である第1主面に階段状に形成された第1及び第2絶縁層141、142と第1及び第2外部導電層151、152の厚さにより、基板に実装する際、積層セラミックキャパシタ100と基板との間隔を遠くして振動伝達を低減させることができる。
図5は本発明の第2実施形態による積層セラミックキャパシタの概略的な構造を示した斜視図であり、図6は図5のA−A'線の断面図である。
図5及び図6を参照すると、本発明の第2実施形態による積層セラミックキャパシタ200は、複数の誘電体層211が厚さ方向に積層されたセラミック本体210と、複数の第1及び第2内部電極221、222と、第1及び第2内部電極221、222とそれぞれ電気的に連結された第1及び第2外部電極と、を含む。
ここで、セラミック本体210と第1及び第2内部電極221、222の構造は、上述した第1実施形態と類似するため、重複を避けるために、これに対する具体的な説明を省略し、上述した第1実施形態と異なる構造の第1及び第2外部電極を図示し、これについて具体的に説明する。
図7は本発明の第2実施形態による積層セラミックキャパシタの底面図であり、図8は図1のB−B'線の断面図である。
図7及び図8を参照すると、上記第1及び第2外部電極は、第1及び第2内部導電層231、232と、第1及び第2絶縁層241、242と、第1及び第2外部導電層251、252と、を含む。
本実施形態では、第1及び第2内部導電層231、232は、セラミック本体210の厚さ−幅断面において、セラミック本体210の第1及び第2端面を介して交互に露出した複数の第1及び第2内部電極221、222を覆って電気的に連結されるようにセラミック本体210の第1及び第2端面から実装面となる第1主面の一部まで延長形成されてもよい。
また、第1及び第2内部導電層231、222は、必要に応じて、セラミック本体210の第1及び第2端面から第1及び第2側面の一部まで延長形成されてもよい。
また、第1及び第2内部導電層231、232は、湿気または後述する第1及び第2めっき層の形成時のめっき液が内部電極に浸透することを抑制するために、セラミック本体210の第1及び第2端面からセラミック本体210の第2主面または第1及び第2側面の一部まで延長形成されてもよい。
このとき、第1及び第2内部導電層231、232は、良好な電気的特性を有し、且つ優れた耐ヒートサイクル性及び耐湿性などの高信頼性を提供するために、例えば、銅−ガラス(Cu−Glass)ペーストを使用して形成されてもよいが、本発明は限定されない。
第1及び第2絶縁層241、242は、第1及び第2内部導電層231、232上に形成され、湿気または後述する第1及び第2めっき層の形成時のめっき液が内部電極に浸透することを抑制するだけでなく、その特性上、柔軟性を有するため、更なる振動吸収効果を期待することができる。
該第1及び第2絶縁層241、242は、セラミック本体210の第1主面にそれぞれ形成され、第1及び第2内部導電層231、232の一部が第1主面にそれぞれ露出するようにセラミック本体210の幅より狭くてもよい。
また、第1及び第2絶縁層241、242は、必要に応じて、その両端部をセラミック本体210の第1主面から第1及び第2端面の一部までそれぞれ延長形成させてもよい。
このとき、第1及び第2絶縁層241、242は、絶縁性を有するエポキシレジスト(epoxy resist)などを使用して形成されてもよく、本発明はこれに限定されない。
また、第1及び第2絶縁層241、242の形成には、ホイール(wheel)塗布方法、第1及び第2内部導電層231、232の表面に溝を形成した後に絶縁性エポキシペースト等を満たして転写する方法、及びスクリーン印刷法などの何れか一つの方法を使用してもよい。
また、第1及び第2絶縁層241、242は、50μm以上の厚さを有することができる。
これは、第1及び第2絶縁層241、242の厚さが50μm以下では、基板に実装する際、積層セラミックキャパシタ200と基板を十分に離隔させることができず、振動伝達低減効果が僅かであるためである。
一方、セラミック本体210の第1主面には、第1及び第2絶縁層241、242を長さ方向に連結するように第3絶縁層243が形成されてもよい。本実施形態では、図面符号241、242、243が一つの単一絶縁層240を構成することもできる。
第1及び第2外部導電層251、252は、セラミック本体210の第1主面に形成され、第1及び第2絶縁層241、242により覆われていない第1及び第2内部導電層231、232と連結されることで、基板などに実装する際に半田により付着される外部連結端子としての役割をすることができる。
このとき、第1及び第2外部導電層251、252は、セラミック本体210の第1主面において、第1及び第2絶縁層241、242と交差するようにセラミック本体210の第1及び第2側面の一部までそれぞれ延長形成されてもよい。
また、第1及び第2外部導電層251、252により積層セラミックキャパシタ200の実装面が明確に区別されるため、積層セラミックキャパシタ200を上下逆に実装することを防ぐことができる。
このとき、第1及び第2外部導電層251、252は、例えば、優れた導電性を有し、且つ機械的応力を吸収して信頼性を向上させることができる銅−エポキシ(Cu−epoxy)ペーストなどを使用して形成してもよく、本発明はこれに限定されない。
また、第1及び第2外部導電層251、252は、セラミック本体210の第1主面に形成された第1内部導電層231と第1絶縁層241及び第2内部導電層232と第2絶縁層242にそれぞれ同時に付着されるように形成されてもよい。
一方、第1及び第2外部導電層251、252には、めっき層がさらに形成されてもよい。
上記めっき層は、第1及び第2外部導電層251、252上に形成されたニッケル(Ni)めっき層と、上記ニッケルめっき層上に形成されたすず(Sn)めっき層と、を含んでもよい。
該めっき層は、積層セラミックキャパシタ200を基板などに半田付けにより実装するとき、互いの接着強度を高めるためのものである。
このように構成された第1及び第2外部電極は、セラミック本体210の実装面である第1主面に階段状に形成されることで、基板に実装する際、積層セラミックキャパシタ200と基板との間隔を遠くして振動伝達を低減させることができる。
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、200 積層セラミックキャパシタ
110、210 セラミック本体
111、211 誘電体層
121、221 第1内部電極
122、222 第2内部電極
131、231 第1内部導電層
132、232 第2内部導電層
141、241 第1絶縁層
142、242 第2絶縁層
240 絶縁層
243 第3絶縁層
151、251 第1外部導電層
152、252 第2外部導電層

Claims (8)

  1. 複数の誘電体層を含み、第1の方向において対向する第1主面及び第2主面、前記第1の方向とは異なる第2の方向において対向する第1端面及び第2端面、及び前記第1の方向及び前記第2の方向とは異なる第3の方向において対向する第1側面及び第2側面を有するセラミック本体と、
    前記セラミック本体内で、前記複数の誘電体層の各々の誘電体層を介し前記セラミック本体の前記第1端面及び前記第2端面を通じて交互に露出するように配置された複数の第1内部電極及び複数の第2内部電極と、
    前記複数の第1内部電極及び前記複数の第2内部電極とそれぞれ電気的に連結された第1外部電極及び第2外部電極と、を含み、
    前記第1外部電極及び前記第2外部電極は、
    前記セラミック本体の前記第1端面及び前記第2端面から前記第1主面の一部までそれぞれ延長形成された第1内部導電層及び第2内部導電層と、
    前記セラミック本体の前記第1主面に形成された前記第1内部導電層及び前記第2内部導電層上に形成され、前記第1内部導電層及び前記第2内部導電層の一部がそれぞれ露出するように前記セラミック本体より前記第3の方向の長さが短い第1絶縁層及び第2絶縁層と、
    前記セラミック本体の前記第1主面に露出した前記第1内部導電層及び前記第2内部導電層にそれぞれ形成された第1外部導電層及び第2外部導電層と、を含む積層セラミックキャパシタ。
  2. 前記第1外部導電層及び前記第2外部導電層は、前記セラミック本体の前記第1主面に形成された前記第1内部導電層と前記第1絶縁層及び前記第2内部導電層と前記第2絶縁層にそれぞれ同時に形成されたことを特徴とする、請求項に記載の積層セラミックキャパシタ。
  3. 前記セラミック本体の前記第1主面に前記第1絶縁層及び前記第2絶縁層を連結するように形成された第3絶縁層をさらに含むことを特徴とする、請求項またはに記載の積層セラミックキャパシタ。
  4. 前記第1絶縁層及び前記第2絶縁層は、前記セラミック本体の前記第1主面から前記第1端面及び前記第2端面の一部までそれぞれ延長形成されたことを特徴とする、請求項からの何れか1項に記載の積層セラミックキャパシタ。
  5. 前記第1外部導電層及び前記第2外部導電層は、前記セラミック本体の前記第1主面から前記第1側面及び前記第2側面の一部までそれぞれ延長形成されたことを特徴とする、請求項からの何れか1項に記載の積層セラミックキャパシタ。
  6. 前記第1絶縁層及び前記第2絶縁層の前記第1の方向の長さは50μm以上であることを特徴とする、請求項からの何れか1項に記載の積層セラミックキャパシタ。
  7. 前記第1絶縁層及び前記第2絶縁層は絶縁性エポキシを含むことを特徴とする、請求項からの何れか1項に記載の積層セラミックキャパシタ。
  8. 前記第1外部導電層及び前記第2外部導電層は導電性エポキシを含むことを特徴とする、請求項からの何れか1項に記載の積層セラミックキャパシタ。
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