KR100193299B1 - 캐패시터 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

평면 전극과 대향 평면 전극 사이에 존재하는 적어도 하나의 유전체층을 가지고 있는 캐패시터로서, 상기 전극과 상기 대향 전극이 상기 캐패시터의 두 대향 단면중 하나의 단면이 종단되어 외부 접속 접점에 의해 접촉될 수 있도록 서로 엇갈려 있는 캐패시터가 제공된다. 상기 외부 접속 접점에 인접해 있는 단부 영역에 있는 상기 평면 전극과 상기 대향 평면 전극이 윈도우를 구비하고 있고, 상기 전극의 비접촉 단부가 상기 윈도우의 영역내로 뻗어 있다.

Description

캐패시터 및 그의 제조방법

본 발명의 목적은 캐패시터의 품질을 개선하는데 있으며, 특히 전극이 외부접속 접점의 방향으로, 즉 x 방향으로 이동함으로써 생기는 원하지 않는 용량 변화를 실질적으로 방지할 수 있는 방법을 제공하는데 있고, 이때 상기 이동은 상기 캐패시터의 제조시에 어렵게 방지될 수 있다.

본 발명에 따라, 상기 목적은, 해당 외부 접속 접점에 인접해 있는 단부 영역에 있는 적어도 하나의 전극이 윈도우를 포함하고 있고, 대향 전극의 비접촉 단부가 상기 윈도우의 영역내로 뻗도록 함으로써 달성된다.

본 발명에 따른 캐패시터의 또 다른 실시예에 따라, 적어도 하나의 대향 전극이 해당 외부 접속 접점에 인접해 있는 단부 영역에 윈도우를 구비하고 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 윈도우의 영역의 전극 및/또는 대향 전극이 확장 영역을 구비하고 있고, 상기 윈도우는 상기 전극 및/또는 대향 전극의 길이 방향으로 뻗어 있는, 전극 재료로 된 적어도 하나의 중앙 브리지가 형성될 수 있도록 분리되어 있다.

유전체층은 세라믹으로 구성되면 바람직하며, 상기 전극/대향 전극은 예컨대, 니켈 또는 크롬/니켈로 된 금속층이면 바람직하다.

본 발명에 따라 형성된 캐패시터의 제조 방법에 있어서, 적어도 하나의 유전체층에 평면 전극 및 대향 전극이 제공되어 있으며, 상기 전극 및 대향 전극은 상기 캐패시터의 두 대향 단면중 하나의 단면이 동일 평면에서 종단될 수 있도록 서로 엇갈려 있으며, 이후에, 상기 전극/대향 전극에 접촉되는 외부 접속 접점이 상기 단면에 제공되며, 윈도우가 해당 외부 접속 접점에 인접해 있는 단부 영역의 적어도 한 전극에 제공되어 있고, 상기 전극은 상기 대향 전극의 비접촉 단부가 상기 윈도우의 영역내로 뻗도록 제공되어 있는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따라, 상기 캐패시터는 상기 전극 및 상기 대향 전극의 금속층이 위에 제공된 유전체층으로서의 연소되지 않은 미처리의 세라믹 재료의 적어도 하나의 박막으로 구성된 다음에, 소결되며, 이 캐패시터에 외부 접속 접점이 제공된다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따라, 상기 전극층 및 상기 대향 전극층이 유기 바인더(organic binder)내의 금속 분말의 부유물의 형태로, 그리고 상기 부유물로 도포되지 않을 상기 유전체층의 영역, 특히 형성될 원도우에 대응하는 영역을 덮는 적어도 하나의 마스크를 사용하여, 상기 유전체층상에 제공된다.

본 발명은 각각의 전극 또는 대향 전극이 외부 접속 접점의 방향, 즉 x 방향으로 서로 바람직하지 않게 이동할 때에도 위에서 설명한 형태의 캐패시터의 용량이 크게 영향을 받지 않는다는 특별한 이점을 제공한다.

이제, 다층 캐패시터를 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은, 예컨대 다층 캐패시터용의 전극 및 대향 전극의 형태를 제안하며, 이 경우에 캐패시터의 용량은 상기 전극과 상기 대향 전극에 접촉되는 두 외부접속 접점의 방향으로의 상기 전극 및/또는 상기 대향 전극의 이동과는 실질적으로 무관하다. 이 문제의 원리적 해결책이 제1a도 내지 제2b도에 도시되어 있다.

제1a도 및 제1b도에 도시된 실시예에 따라, 유전체층(1)상의 한 전극(3)의 윈도우(7)가 외부 접속 접점(11)에 인접해 있는 영역측의 전극(3)에서 오목하게 형성되어 있다. 상기 전극(3)은 상기 윈도우(7)에 인접한 영역에 확장면(13)을 가지고 있다. 제1b도는 이 실시예의 단면도이다. 도시된 실시예에 있어서 윈도우(7)는 각각의 전극(3)에 샌드위치 스택(Sandwich Stack)으로 제공되어 있으며(제1도와 비교), 이에 따라 샌드위치 스택의 다음에 오는 대향 전극(5)의 비접촉 단부(15)가 상기 윈도우(7)의 영역내에 있게 된다. 이 상태가 충족되는 한, 이와 같은 다층 캐패시터의 용량은, 외부 접속 접점(11)의 방향으로(즉, x 방향으로)상기 전극(3) 및/또는 대향 전극(5)의 이동이 있을 때, 윈도우를 구비하고 있지 않은 전극을 가진 다층 캐패시터에 비해 매우 적게 변한다. 이 방식으로 크게 개선된 용량값의 안정성은 상기 전극(3) 및 대향 전극(5)에 의해 공통으로 덮인 표면이 변하지 않고 유지되는 한 계속 유지되게 된다.

하지만, 윈도우를 형성한 결과, 전하 이동이 억제되고, 또한 상기 전극 또는 대향 전극이 상기 외부 접속 접점(11)으로부터 분리될 위험이 있는데, 그 이유는 남아 있는 전극 재료로 된 하나 또는 2개의 브리지(17)(제2도 참조)가 윈도우(7)의 위 또는 아래에서 절단될 수 있기 때문이다. 따라서, 숙련자는 상기한 2가지의 결점이 상기 전극/대향 전극의 윈도우에 의해 달성될 수 있는 용량장의 안정성의 이점과 밀접한 관계를 가질 수 있도록, 윈도우를 둘러싸고 있는, 남아 있는 전극재료에 대해 상기 윈도우(7)의 치수를 선택해야 한다.

외부 접속 접점이 제공되지 않은 샌드위치 스택의 외부 표면쪽의 방향으로의 상기 전극의 측방향 이동, 즉 y 방향으로의 이동(제b도와 비교)을 보상해 주기 위해 상기 대향 전극보다 넓은 전극을 사용하면, 비교적 좁은 대향 전극에 윈도우가 제공될 때보다 많은 영역이 상기 윈도우 형성 후에 남게 되기 때문에, 보다 넓은 전극에 윈도우를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전극/대향 전극의 다음 실시예가 유리하다:

제la도에 도시된 바와 같이, 상기 전극(3) 및/또는 대향 전극(5)은 상기 윈도우(7)의 영역에 확장 영역(13)을 구비하고 있을 수 있다. 결과적으로, 상기 윈도우(7)의 위 및 아래에 형성된, 전극 재료로 된 브리지가 비교적 넓기 때문에 상기 외부 접속 접점(11)과 충분한 접촉이 형성될 수 있다.

제2a도에 도시된 바와 같이, 상기 전극(3)과 상기 대향 전극(5) 모두에 윈도우(7)가 제공될 수도 있다. 이에 따라 2 가지 이점이 얻어진다: 용량값에 대해 x 방향으로의 소정의 이동(Δx)을 보상해 줌에 있어서, 각각의 전극(3) 또는 대향 전극(5)에만 윈도우를 가지고 있는 실시예에 비해, 상기 x 방향으로의 좁은 윈도우폭으로도 충분하다. 이에 따라, 브리지(17)가 절단되어, 상기 전극(3) 또는 대향전극(5)이 외부 접속 접점(11)에 충분히 접촉하지 못할 위험이 감소된다. 한편, 상기 전극(3)에만 또는 상기 대향 전극(5)에만 각각 제공된 윈도우들의 폭에 대응하는 상기 x 방향의 윈도우 치수가 커진 경우에는, 보다 많은 이동(Δx)이 보상될 수 있다.

제2b도에 도시된 바와 같이, 상기 윈도우(7)는 또한 상기 전극(3) 또는 상기 대향 전극(5)의 길이 방향으로 뻗어 있는 전극 재료로 된 중앙 브리지(9)가 얻어질 수 있도록 절단될 수도 있다. 결과적으로, 상기 외부 접속 접점(11)과의 불만족스러운 접촉의 위험도 효과적으로 감소된다.

본 발명에 따라 형성된 다층 캐패시터의 전극 또는 대향 전극은 용량값의 안정화라는 이점을 제공하는 윈도우를 통해 상기 전극과 상기 대향 전극 사이의 전기장의 일부분을 점유한다. 결과적으로, 본 발명에 따라 형성된 다층 캐패시터의 체적 용량은, 크기는 동일하지만 윈도우가 없는 전극 및 대향 전극을 가진 기존의 다층 캐패시터에 비해 크게 감소된다. 동일한 구조를 가진 기존의 다층 캐패시터의 경우와 같이 본 발명에 따라 형성된 다층 캐패시터로 동일한 체적 용량값을 달성하기 위해서, 필요할 경우 상기 샌드위치 스택이 하나의 전극/유전체 층에 의해 확장 될 수 있다.

본 발명에 따라 제안된 조치의 효율성에 대해 수치적인 예를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

다음과 같은 용량 계산법은 판형 캐패시터에 대한 기존의 공식을 기초로 하고 있다.

이 계산에서는, 판들 사이의 전계 및 공통적으로 덮인 영역내의 전계만을 고려한다. 이 계산에 에지 효과를 포함시키면, 동일한 방식의 모든 계산 결과에 영향이(크게) 미치며, 이때 정성적인(qualitative) 수학식은 변하지 않는다.

이하에서는, 5 개의 전극(I 내지 V)으로 된 샌드위치 스택을 가지고 있고, 이들 사이에 상대 유전율 ε_r= 133 및 인접한 전극과 대향 전극간의 간격 d = 20μm을 가지고 있는 유전체층이 배열된 다층 캐패시터를 고려한다. 이들 값 및 모든 나머지의 값은 일반적인 다층 캐패시터의 실제 크기로 적응되어 있다. 모든 결과는 소수점 첫째자리까지 취하고 나머지는 버린다.

1. 윈도우 없이 동일하게 형성된 전극을 가지고 있는 다층 캐패시터 :

상기 전극(I, III, V)은 제1외부 접속 접점에 접촉된다고 하고, 상기 전극(II, IV)은 제2외부 접속 접점에 접촉된다고 하자.

인접한 전극과 대향 전극 사이의 중첩 면적이 A = 2 mm x 1mm 인 경우에, 다음과 같다:

인접한 전극과 대향 전극 사이의 평균 중첩 면적 A = 1.75 × 0.09가 얻어질 수 있도록 상기 전극(II ,IIIIV)중 하나가 상기 x 방향과 y 방향으로 이동하면, 다음과 같다:

따라서, 용량 변화는 10.6%에 이른다. 상기 전극(I,V)중 하나가 이동하면, 5.3%의 용량 변화가 대응하는 방식으로 얻어진다.

2. 다르게 형성된 전극을 가지고 있는, 즉 윈도우와 확장 전극이 제공된 다층 캐패시터:

상기 전극(I, III, V)이 상기 제1외부 접속 접점에 접촉되고, 이 외부 접속 접점에 인접해 있는 단부 영역에 윈도우가 제공되며, 이 윈도우내로 상기 인접한 대향 전극(II, Iv)이 상기 제2외부 접속 접점에 단면이 접촉되지 않게 상기 윈도우의 대략 중심까지 뻗어 있는 경우를 고려한다. 상기 전극(I, IH, V)은 또한 상기 대향 전극(II ,IV)에 비해 확장된 것으로 한다.

인접한 전극과 대향 전극 사이의 중첩 영역이 A = 2mm ×1mm인 경우에, 예 1에 따른 용량과 동일한 용량이 다음과 같이 얻어진다:

상기 전극(I, III, V)중 하나의 전극 또는 상기 대향 전극(II, IV)중 하나의 전극이 상기 전극(II, IV)의 폭에 비해 넓은 전극(I III, V)의 폭의 범위에 있는 길이(Δy) 만큼 윈도우 영역내의 길이(Δx)에 걸쳐 x 방향 및/또는 y 방향으로 이동할 때, 인접한 전극들간에 중첩 영역은 변하지 않으며, 용량값도 일정하게 유지된다.

제1a도 및 제1b도는 본 발명에 따라 형성된 전극의 원리적 배열의 평면도 및 단면도.

제2a도 및 제2b도는 본 발명에 따라 형성된 전극/대향 전극의 다른 실시예의 다층 캐패시터의 평면도.

제3도는 종래의 다층 캐패시터의 구성도.

제4도는 종래의 전극의 y 방향으로의 이동이 보상된 캐패시터의 평면도.

제5a도 및 제5b도는 종래 두 확장 전극을 가진 샌드위치 스택을 통한 y 방향의 캐패시터의 단면도.

본 발명은 평면(flat) 전극과 대향 평면 전극 사이에 존재하는 적어도 하나의 유전체층(dielectric layer)을 가진 캐패시터에 관한 것으로, 상기 전극과 상기 대향 전극은 상기 캐패시터의 대향된 두 단면(end face)중 하나의 단면에서 종단(終端)되어, 외부 접속 접점(external connection contact)에 의해 접촉될 수 있도록 서로 엇갈리게 구성되어 있다.

캐패시터, 예컨대, 세라믹 다층 캐패시터는 대량으로 생산되는데, 그 이유는 상기 캐패시터의 특성상, 상기 캐패시터가 자동 인쇄 회로 기판 장착(표면 장착 장치의 SMD 기술)에 적합하기 때문이다. 다층 캐패시터는 큰 체적 용량을 가지고 있는데, 즉 이들 다층 캐패시터는 부피가 그다지 크지 않으며,_pF 내지 μF의 넓은 범위의 용량을 가지고 있다는 이점을 가지고 있고, 또한 규격화된 치수로 제조될 수 있다.

SMD 기술에 의해 달성될 수 있는 비용 절감 및 품질 개선을 보장하기 위해, 불량품율(rejection rate) 및 허용 오차에 대해, 사용된 모든 부품에 많은 요구가 부과된다.

세라믹 다층 캐패시터는 기존의 방식, 즉 박막이 바인더(binder)에 의한 유전체 세라믹 분말의 부유물(suspension)로부터 박막이 형성될 수 있도록 제조된다. 상기 박막은 절단되어 개별적인 판으로 되고, 이 판 상에 실크 스크린법(silk screening method)으로 전극이 금속 페이스트(metal paste)에 의해 제공된다.

프린트(print)된 미처리 세라믹 박막은 고압 하에서 적층 및 팩킹(packing) 된다. 상기 샌드위치 팩(sandwich pack)으로부터 샌드위치 스택(stack) 형태의 각각의 캐패시터 몸체는 상기 바인더가 경화되고 상기 샌드위치 스택이 소결되기 전에 펀치 또는 절단된다. 이 소결 공정에 따라, 상기 캐패시터 몸체의 대향 단면을 금속화함으로써 상기 전극층의 접촉이 행해진다.

이 제조 방법에서는, 시간, 온도, 소결 분위기(sintering atmosphere)의 조성, 또는 예컨대, 공구(tool) 및 가공물(workpiece)을 정렬시킬 때의 자동 제조기의 허용 오차와 같은 가변적인 공정 파라미터 또는 이질적 출발 재료(inhonogeneous starting material)에 의해, 용량이 원하는 값으로부터 이탈하게 된다. 제조 공정을 최적화하여도, 이들 에러 발생원은 부분적으로만 제거될 수 있는데, 그 이유는 부품당 시판 가격이 제한되어 있고, 대량 제조시에도 비용을 임의로 결정할 수 없기 때문이다.

기존의 다층 캐패시터는 제3도에 도시된 바와 같이 구성되어 있다. 참조부호 2는 전극을 나타내고, 4는 대향 전극을 나타내며, 6은 상기 캐패시터의 단면의 외부 접속 접점이고, 8은 유전체층을 나타낸다. 상기 각각의 전극이 제4도에 도시된 바와 같이 x 방향과 y 방향으로 서로 이동하는 경우에는, 샌드위치 스택에서 대향 전극들에 의해 공통적으로 덮인 표면이 변하게 되며, 이에 따라 공지된 물리 법칙에 따라 용량의 변화가 생긴다. 이 문제는 다층 캐패시터에만 국한되지 않고, 일반적으로 대향해서 위치된 단면으로부터 제공된 전기 접속부(외부 접속 접점)를 가지고 있는 평면 캐패시터에서도 생긴다.

종래 기술에 따라, 당업자는 각각의 대향 전극(4)을 샌드위치 스택 내에서 확장시켜서, 제4도에 도시된 y 방향으로의 전극(2)의 이동을 크게 보상할 수 있다. 제5도는 확장된 두 전극(2)을 가진 샌드위치 스택을 통한 y 방향의 단면도(제5a도)이다. 이와 같은 방법으로 구성된 다층 캐패시터의 용량은, 길이(Δy)정도의 이동에도 불구하고, 상기 대향 전극(4)이 인접 전극(2)의 공통 중첩 영역내에 남아있는 한, 미소하게 변할 뿐이다(제5b도). 하지만, 제4도에 도시된 바와 같이 x 방향으로의 각각의 전극(2)의 측방향 엇갈림을 보상해 주는 것이 특히 바람직하며, 그 이유는 상기 x 방향으로의 측방향 엇갈림이 상기 용량의 값에 영향을 주기 때문이다.

Claims (6)

1. 평면 전극과 대향 평면 전극 사이에 존재하는 적어도 하나의 유전체층을 가지고 있는 캐패시터로서, 상기 전극과 상기 대향 전극이 상기 캐패시터의 두 대향 단면중 하나의 단면이 종단되어 외부 접속 접점에 의해 접촉될 수 있도록 서로 엇갈려 있는 캐패시터에 있어서, 상기 외부 접속 접점에 인접한 단부 영역에 있는 상기 평면 전극과 상기 대향 평면 전극 모두가 윈도우를 구비하고 있고, 상기 전극의 비접촉 단부가 상기 윈도우의 영역내로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
2. 제1항에 있어서, 상기 전극(3) 및/또는 상기 대향 전극(5)은 윈도우(7)의 영역에 확장 영역 (13)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
3. 제1항에 있어서 , 상기 원도우(7)는 전극 재료로 된 적어도 하나의 중앙 브리지가 상기 전극(3) 및/또는 상기 대향 전극(5)의 길이 방향으로 형성될 수 있도록 항상 절단되어 있는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
4. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 유전체층(1)은 세라믹으로 된 것으로 특징으로하는 캐패시터.
5. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 전극(3) 및 대향전극(5)은 항상 금속층의 형태인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
6. 제5항에 있어서, 적어도 하나의 전극(3) 및 대향 전극(5)은 항상 니켈 또는 크롬/니켈로 된층인 것으로 특징으로 하는 캐패시터.

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