JP7332085B2 - 積層型キャパシタ - Google Patents

Description

本発明は積層型キャパシタに関する。

電子機器の多機能化及び小型化に伴い、電子部品の小型化及び高集積化も強く求められている。

特に汎用電子部品としてその用途と使用量が増加し続けている積層型キャパシタ（ＭＬＣＣ：Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃｈｉｐ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）の場合、誘電体層と内部電極の薄層化に基づく超高容量製品の開発においてマーケットを先取りするための熾烈な競争が繰り広げられている。

このように積層型キャパシタが高容量化するにつれて、誘電体層及び内部電極の厚さは次第に薄くなってきており、これがショート発生、ＤＣ ｂｉａｓ不良及び信頼性低下などの原因になる。

内部電極が薄くなるほどショートが頻繁に発生する理由の一つとして、積層型キャパシタを製造する過程で焼成時に発生する電極の凝集現象がある。

一般に内部電極はニッケルで形成するが、金属の表面張力が高いほど高温によって表面の面積が小さくなる特性があり、球状に変わる。そのため、焼成時、誘電体が焼結される温度によってニッケル内部電極は平らな（ｆｌａｔ）形態をとることができず、ニッケルの高い表面張力特性によって丸く固まる。

よって、積層型キャパシタにおいてショート不良を引き起こすニッケル内部電極の凝集現象を解決するためには表面張力を低くする必要がある。

韓国登録特許第１０－０９５０１２７号公報 特許第４８１６２０２号公報

本発明の目的は、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。

本発明の一実施形態によれば、複数の誘電体層、及び上記誘電体層を挟んで長さ方向の両面に交互に露出するように配置される複数の第１及び第２の内部電極を含む本体と、上記本体の長さ方向の両端に配置され、上記第１及び第２の内部電極とそれぞれ接続される第１及び第２の外部電極と、を含み、上記第１及び第２の内部電極がニッケル（Ｎｉ）とアンチモン（Ｓｂ）を含む積層型キャパシタが提供される。

本発明の一実施例において、上記第１及び第２の内部電極のＳｂの含量は０．０１から５ａｔ％であればよい。

本発明の一実施例において、上記第１及び第２の内部電極はゲルマニウム（Ｇｅ）を含むことができる。

本発明の一実施例において、上記第１及び第２の内部電極のＧｅの含量は０．０１から５ａｔ％であればよい。

本発明の他の実施形態によれば、複数の誘電体層、及び上記誘電体層を挟んで長さ方向の両面に交互に露出するように配置される複数の第１及び第２の内部電極を含む本体と、上記本体の長さ方向の両端に配置され、上記第１及び第２の内部電極とそれぞれ接続される第１及び第２の外部電極と、を含み、上記第１及び第２の内部電極がニッケル（Ｎｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）を含む積層型キャパシタが提供される。

本発明の一実施例において、上記第１及び第２の内部電極のＧｅの含量は０．０１から５ａｔ％であればよい。

本発明の一実施例において、上記第１及び第２の内部電極はアンチモン（Ｓｂ）をさらに含むことができる。

本発明の一実施例において、上記第１及び第２の内部電極のＳｂの含量は０．０１から５ａｔ％であればよい。

本発明の一実施例によれば、ＮｉとＳｂを含むペーストで内部電極を形成して内部電極の表面張力を低くし、合金時に表面にＳｂが析出しながら誘電体層との界面電位及び抵抗を低くして積層型キャパシタの信頼性を向上させることができるという効果がある。

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。 図１のＩ－Ｉ'線に沿う断面図である。 様々な物質の表面張力を示した図である。 ニッケルに完全固溶して合金になる元素を示すための図である。 Ｎｉ－Ｇｅの相平衡図である。 Ｎｉ－Ｓｂの相平衡図である。

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。

本発明の実施例を明確に説明するために六面体の方向を定義すると、図面に表示されたＸ、Ｙ及びＺはそれぞれ長さ方向、幅方向及び厚さ方向を示す。

ここで、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ことができる。

［積層型キャパシタ］
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は図１のＩ－Ｉ'線に沿う断面図である。

図１及び図２を参照すると、本実施形態による積層型キャパシタ１００は、本体１１０と第１及び第２の外部電極１３１、１３２を含む。

本体１１０は、Ｚ方向に積層される複数の誘電体層１１１、及び誘電体層１１１を挟んでＺ方向に沿って交互に配置される複数の第１及び第２の内部電極１２１、１２２を含むアクティブ領域と、上記アクティブ領域の上下に配置されるカバー領域と、を含む。

このような本体１１０は複数の誘電体層１１１と第１及び第２の内部電極１２１、１２２をＺ方向に積層した後、焼成して形成され、形状に特に制限はないが、図示のようにほぼ六面体形状を有することができる。

このとき、本体１１０は、Ｚ方向に互いに対向する第１及び第２の面と、第１及び第２の面と連結され、Ｘ方向に互いに対向する第３及び第４の面と、第１及び第２の面と連結され、第３及び第４の面と連結され、且つＹ方向に互いに対向する第５及び第６の面を有することができる。

誘電体層１１１は焼結された状態であり、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できないほど一体化することができる。

このとき、誘電体層１１１の厚さは積層セラミックキャパシタ１００の容量設計に合わせて任意に変更することができる。

また、誘電体層１１１は、高誘電率を有するセラミック粉末、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）系又はチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）系粉末又はチタン酸マグネシウムなどを含むことができるが、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共に、必要に応じてセラミック添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤及び分散剤などが少なくとも一つ以上さらに添加されることができる。

上記カバー領域は本体１１０のＺ方向のマージンとしてＺ方向の両方の最外側にカバーをそれぞれ配置して構成される。

上記カバーは内部電極を含まないことを除き、誘電体層１１１と同一の材質及び構成を有することができる。

また、上記カバーは単一の誘電体層又は二つ以上の誘電体層を本体１１０の両方の最外側にそれぞれＺ方向に積層して設けることができ、基本的に、物理的又は化学的ストレスによる第１及び第２の内部電極１２１、１２２の損傷を防止する役割を行う。

第１及び第２の外部電極１３１、１３２は導電性金属を含む導電性ペーストによって形成されることができる。

このとき、上記導電性金属は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）又はこれらの合金であればよいが、本発明はこれに限定されるものではない。

このような第１及び第２の外部電極１３１、１３２は第１及び第２の接続部１３１ａ、１３２ａと第１及び第２のバンド部１３１ｂ、１３２ｂを含むことができる。

第１及び第２の接続部１３１ａ、１３２ａは本体１１０のＸ方向の両面にそれぞれ配置された部分であり、第１及び第２のバンド部１３１ｂ、１３２ｂは第１及び第２の接続部１３１ａ、１３２ａから本体１１０の実装面である下面の一部まで延びるように形成される部分である。

このとき、第１及び第２のバンド部１３１ｂ、１３２ｂは本体１１０の上面及びＹ方向の両面の一部のうち少なくとも一面までさらに延びるように形成されることができる。よって、第１及び第２の外部電極１３１、１３２の固着強度を向上させることができる。

また、本実施形態では、第１及び第２の外部電極１３１、１３２の第１及び第２のバンド部１３１ｂ、１３２ｂが第１及び第２の接続部１３１ａ、１３２ａから本体１１０の上面及びＹ方向の両面の一部まで全て延びて本体１１０の両端部を全て覆うように形成されたことを図示して説明しているが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。

第１及び第２の内部電極１２１、１２２は互いに異なる極性が印加される電極であり、本体１１０の内部に配置され、誘電体層１１１を挟んでＺ方向に交互に配置される。

このとき、第１及び第２の内部電極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。

また、第１及び第２の内部電極１２１、１２２はニッケル（Ｎｉ）とアンチモン（Ｓｂ）を含む。

第１及び第２の内部電極１２１、１２２に投入された少量のＳｂは、積層型キャパシタを製造する過程で焼成が行われるとき、Ｎｉを含む内部電極がより一層、熱に耐えられるようにする。これによって、焼成後、内部電極の凝集現象が減少して第１及び第２の内部電極１２１、１２２をより平らにすることができる。

これは、Ｓｂは表面エネルギー（ｓｕｒｆａｃｅ ｅｎｅｒｇｙ）が低く、ニッケルと合金化する時にニッケルの表面に分布すると、このような表面特性の変化によって内部電極の収縮を遅延させる共材とニッケルの表面の結合がよくなるためと考えられる。

このように第１及び第２の内部電極１２１、１２２の凝集が減少して内部電極が平らになると、積層型キャパシタの信頼性（Ｍｅａｎ ｔｉｍｅ ｔｏ ｆａｉｌｕｒｅ（ＭＴＴＦ））が向上することができる。

一方、第１及び第２の内部電極１２１、１２２はＧｅを含むことができる。

図３にあるように、Ｇｅはニッケルに比べて表面張力が低い物質であり、図５に示すように、Ｎｉに微量投入されると固溶が可能である。

したがって、上述したＳｂと同様に、内部電極に作用して積層型キャパシタの信頼性（ＭＴＴＦ）を向上させることができる。

表１は、Ｓｂ又はＧｅを内部電極に投入して長さ×幅×厚さが０．６×０．３×０．３ｍｍの積層型キャパシタをそれぞれ製造した後、容量とＭＴＴＦをそれぞれ測定したものである。

このとき、Ｓｂ及びＧｅの含量及び分布は、積層型キャパシタの断面において内部電極をＷＤＸ（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）でマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）して検出する。

表１において、比較例であるサンプル１は内部電極がＳｂ及びＧｅのいずれも含まない場合である。

表１を参照すると、Ｓｂの含量が増加する場合、一定レベルの範囲内にある容量に対し、ＭＴＴＦは次第に増加し、Ｓｂの含量が５ａｔ％のときに再び低くなる。５ａｔ％を超えるサンプル６では、容量が比較例に比べて顕著に低下し、且つＭＴＴＦも比較例に比べて低いことが分かる。

即ち、Ｓｂが０．０１から５ａｔ％含まれた内部電極を用いた積層型キャパシタは、比較例に対して類似したレベルの容量を実現し、且つ相対的にＭＴＴＦ特性が向上する。

また、表１を参照すると、Ｇｅの含量が増加する場合、一定レベルの範囲内にある容量に対し、ＭＴＴＦは次第に増加し、Ｇｅの含量が５ａｔ％のときに再び低くなる。５ａｔ％を超えるサンプル１１では、容量が比較例に比べて顕著に低下し、且つＭＴＴＦも比較例に比べて低いことが分かる。

即ち、Ｇｅが０．０１から５ａｔ％含まれた内部電極を用いた積層型キャパシタは、比較例に対して類似したレベルの容量を実現し、且つ相対的にＭＴＴＦ特性が向上する。

以上のように、Ｓｂ又はＧｅが内部電極に添加されるときに、優れた信頼性効果を示す理由は、ＳｂとＧｅがニッケルに固溶して合金をなすことができ、表面張力が低い物質であることからニッケル合金になり、内部電極の表面張力を減少させるためである。

図３を参照すると、ＳｂとＧｅはＮｉより表面張力が非常に低く、図４に示されたようにニッケルとよく合金化することが確認できる。

これは、Ｓｂ又はＧｅが合金化して表面張力を低くすると、内部電極が高温で焼成されるときの電極の凝集を効果的に防止することができ、合金化した異種元素が表面張力を低くするために内部電極の表面に多く分布することにより、内部電極の表面に分布するＳｂ又はＧｅがＮｉよりも酸化膜をよく形成させ、共材との結合力を高めて熱収縮特性に優れるためである。

表１において、ＳｂがＧｅよりもより優れたＭＴＴＦを示す理由も、ＧｅよりＳｂの表面張力が低いためである。

また、第１及び第２の内部電極１２１、１２２のＳｂ又はＧｅの含量が０．０１から５．０ａｔ％のときに、優れたＭＴＴＦ特性を示すが、これは、その含量範囲でＳｂ又はＧｅがＮｉによく固溶するためである。

図６はＮｉ－Ｓｂの相平衡図（ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）を示す。

図６を参照すると、Ｎｉに１，１００℃で最大で８～９ａｔ％が固溶することができ、常温でも４～５ａｔ％が固溶することができることが分かる。

また、ニッケル超合金（Ｎｉｃｋｅｌ ｓｕｐｅｒ－ａｌｌｏｙ）に関する研究が盛んに行われていた７０～８０年代の記録をみると、ニッケルにＳｂを投入するとき表面にＳｂが析出するという研究結果が多いことから、Ｓｂは内部電極に投入されるとき界面に析出することができることが分かる。

また、ニッケル内のＳｂ含量が高いほど合金の表面張力は低くなるが、電気抵抗が高くなるという短所がある。

即ち、図６に示したように、ＳｂがＮｉに常温で完全固溶する含量は最大で５ａｔ％程度であり、それ以上では内部にＮｉ_３Ｓｂが析出して電気伝導度を大きく阻害させるという問題が発生する可能性がある。

したがって、上記表１に示されているように、Ｓｂを５ａｔ％を超えて投入すると、ＭＴＴＦのみならず容量も阻害することが分かる。また、Ｓｂが０．０１ａｔ％と、微量に投入されても特性が向上する結果が確認できる。

即ち、本組成物において、Ｓｂの好ましい含量は０．０１から５．０ａｔ％である。

このようにＮｉとＳｂを含むペーストで積層型キャパシタの内部電極を形成すると、内部電極の表面張力を低くし、合金時に表面にＳｂが析出しながら誘電体層との界面電位及び抵抗を低くして積層型キャパシタの信頼性を向上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
１２１、１２２ 第１及び第２の内部電極
１３１、１３２ 第１及び第２の外部電極

Claims (4)

1. 複数の誘電体層、及び前記誘電体層を挟んで長さ方向の両面に交互に露出するように配置される複数の第１及び第２の内部電極を含む本体と、
   前記本体の長さ方向の両端に配置され、前記第１及び第２の内部電極とそれぞれ接続される第１及び第２の外部電極と、
   を含み、
   前記第１及び第２の内部電極がニッケル（Ｎｉ）とアンチモン（Ｓｂ）を含み、
   前記第１及び第２の内部電極のＳｂの含量が、前記第１及び第２の内部電極のＮｉとＳｂの総量を１００ａｔ％とした際の０．０１から５ａｔ％であり、
   前記第１及び第２の内部電極がゲルマニウム（Ｇｅ）をさらに含む、積層型キャパシタ。
2. 前記第１及び第２の内部電極のＧｅの含量が、前記第１及び第２の内部電極のＮｉ、ＳｂおよびＧｅの総量を１００ａｔ％とした際の０．０１から５ａｔ％である、請求項１に記載の積層型キャパシタ。
3. 複数の誘電体層、及び前記誘電体層を挟んで長さ方向の両面に交互に露出するように配置される複数の第１及び第２の内部電極を含む本体と、
   前記本体の長さ方向の両端に配置され、前記第１及び第２の内部電極とそれぞれ接続される第１及び第２の外部電極と、
   を含み、
   前記第１及び第２の内部電極がニッケル（Ｎｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）を含み、
   前記第１及び第２の内部電極のＧｅの含量が、前記第１及び第２の内部電極のＮｉとＧｅの総量を１００ａｔ％とした際の０．０１から５ａｔ％であり、
   前記第１及び第２の内部電極がアンチモン（Ｓｂ）をさらに含む、積層型キャパシタ。
4. 前記第１及び第２の内部電極のＳｂの含量が、前記第１及び第２の内部電極のＮｉ、ＧｅおよびＳｂの総量を１００ａｔ％とした際の０．０１から５ａｔ％である、請求項３に記載の積層型キャパシタ。