KR20220033179A - 전자 부품 및 그 실장 기판 - Google Patents

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KR20220033179A
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심민경
조범준
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은, 커패시터 바디; 상기 커패시터 바디의 양 단부에 각각 배치되는 한 쌍의 외부 전극; 상기 한 쌍의 외부 전극과 각각 접속되도록 배치되는 한 쌍의 메탈 프레임; 및 상기 외부 전극과 상기 메탈 프레임 사이에 배치되고, 불연속 영역을 가지는 도전성 접합층; 을 포함하는 전자 부품 및 그 실장 기판을 제공한다.

Description

전자 부품 및 그 실장 기판{ELECTRONIC COMPONENT AND BOARD HAVING THE SAME MOUNTED THEREON}
본 발명은 전자 부품 및 그 실장 기판에 관한 것이다.
적층형 커패시터는 소형이면서 고용량 구현이 가능하여 여러 가지 전자 기기에 사용되고 있다.
최근에는 친환경 자동차 및 전기 자동차가 급부상하여 자동차 내부의 전력 구동 시스템에 대한 중요도가 증가하고 있고, 이에 전력 구동 시스템에 필요한 적층형 커패시터의 수요도 증가하고 있다.
적층형 커패시터가 자동차용 부품으로 사용되기 위해서는, 높은 수준의 열 신뢰성, 전기적 신뢰성 및 기계적 신뢰성이 요구된다.
특히, 자동차 내부의 부품 실장 밀도가 증가하면서, 한정된 공간에 설치가 용이하면서도, 고용량의 구현이 가능하고, 진동 및 변형에 대한 내구성이 우수한 적층형 커패시터가 요구되고 있다.
그리고, 적층형 커패시터의 진동 및 변형에 대한 내구성을 향상시키기 위한 방안으로, 메탈 프레임을 이용하여 적층형 커패시터를 기판으로부터 이격하여 실장하는 방법이 있다.
그러나, 이러한 메탈 프레임을 이용하는 전자 부품의 경우, 기판 실장시 적층형 커패시터의 외부 전극과 메탈 프레임의 접합 부위가 열 및 기계적 충격에 의해 열화될 수 있고, 이에 적층형 커패시터가 메탈 프레임으로부터 분리되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 온도 사이클 환경에서 외부 전극과 도전성 접합재 사이, 메탈 프레임과 도전성 접합재 사이에 열팽창계수의 차이에 의해 열화가 발생하여, 환경 시험 후 적층형 커패시터의 고착력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
국내 등록특허공보 10-1191300 일본 공개특허공보 JP 1999-74147
본 발명의 목적은, 진동 및 변형에 대한 적층형 커패시터의 내구성이 향상될 수 있도록 하고, 적층형 커패시터와 메탈 프레임의 접합력을 향상시키면서 환경 시험 후 고착력 저하를 방지할 수 있도록 한 전자 부품 및 그 실장 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 커패시터 바디; 상기 커패시터 바디의 양 단부에 각각 배치되는 한 쌍의 외부 전극; 상기 한 쌍의 외부 전극과 각각 접속되도록 배치되는 한 쌍의 메탈 프레임; 및 상기 외부 전극과 상기 메탈 프레임 사이에 배치되고, 불연속영역을 가지는 도전성 접합층; 을 포함하는 전자 부품을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 불연속영역은 선 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 불연속영역은 점 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 불연속영역은 메쉬 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 불연속영역은 복수 개가 서로 이격되게 형성될 수 있다.
이때, 상기 불연속영역은 상기 커패시터 바디의 폭 방향으로 복수 개가 이격되게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 불연속영역은 상기 커패시터 바디의 두께 방향으로 복수 개가 이격되게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 커패시터 바디는, 유전체층과, 상기 유전체층을 사이에 두고 번갈아 배치되는 복수의 내부 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 외부 전극은, 상기 커패시터 바디의 일 면에 배치되는 머리부; 및 상기 머리부에서 상기 커패시터 바디의 상하 면 및 양 측면의 일부까지 연장되는 밴드부; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 메탈 프레임은, 상기 머리부와 접속되는 접속부; 및 상기 접속부의 하단에서 절곡되어 연장되는 실장부; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 도전성 접합층에서 접합영역의 총 면적을 A로, 상기 도전성 접합층에서 불연속영역의 총 면적을 B로 정의할 때, 40≤A/(A+B)≤90를 만족할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 상면에 복수의 전극 패드를 갖는 기판; 및 상기 복수의 전극 패드에 메탈 프레임이 하나씩 접속되도록 실장되는 상기 전자 부품; 을 포함하는 전자 부품의 실장 기판을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 진동 및 변형에 대한 적층형 커패시터의 내구성을 높일 수 있고, 적층형 커패시터와 메탈 프레임의 접합력을 향상시키면서 환경 시험 후 고착력 저하를 방지하여 전자 부품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 적용되는 적층형 커패시터를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 도 1의 적층형 커패시터에 적용되는 제1 및 제2 내부 전극을 각각 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 1의 I-I'선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 부품의 개략적인 구조를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 II-II'선 단면도이다.
도 6은 도 5에서 제1 메탈 프레임을 분리하고 제1 도전성 접합층이 형성되는 제1 머리부를 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자 부품의 단면도이다.
도 8은 도 7에서 제1 메탈 프레임을 분리하고 제1 도전성 접합층이 형성되는 제1 머리부를 나타낸 측면도이다.
도 9 및 도 10은 도전성 접합층의 다양한 변형 예를 긱각 나타낸 측면도이다.
도 11은 도전성 접합층에서 접합영역의 비율에 따른 상온 탈락률과 TC후 탈락률을 각각 나타낸 그래프이다.
도 12는 도 5의 전자 부품이 기판에 실장된 상태를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 다음과 같이 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 예는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해 방향을 정의하면, 도면에 표시된 X, Y 및 Z는 각각 적층형 커패시터와 전자 부품의 길이 방향, 폭 방향 및 두께 방향을 나타낸다.
또한, 여기서 Z방향은 본 실시 예에서 유전체층이 적층되는 적층 방향과 동일한 개념으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 적용되는 적층형 커패시터를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2(a) 및 도 2(b)는 도 1의 적층형 커패시터에 적용되는 제1 및 제2 내부 전극을 각각 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 1의 I-I'선 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 실시 예의 전자 부품에 적용되는 적층형 커패시터(100)의 구조에 대해 설명한다.
본 실시 예의 적층형 커패시터(100)는, 커패시터 바디(110)와 커패시터 바디(110)의 제1 방향으로 정의되는 X방향의 양 단부에 각각 배치되는 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)을 포함한다.
커패시터 바디(110)는 복수의 유전체층(111)을 Z방향으로 적층한 다음 소성한 것이다. 커패시터 바디(110)의 서로 인접하는 유전체층(111) 사이의 경계는 주사 전자 현미 경(SEM: Scanning Electron Microscope)을 이용하지 않고 확인하기 곤란할 정도로 일체화될 수 있다.
또한, 커패시터 바디(110)는 복수의 유전체층(111)과 유전체층(111)을 사이에 두고 Z방향으로 번갈아 배치되는 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)을 포함한다. 이때, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 서로 다른 극성을 가진다.
또한, 커패시터 바디(110)는 액티브 영역과 커버 영역(112, 113)을 포함할 수 있다.
상기 액티브 영역은 적층형 커패시터의 용량 형성에 기여하는 부분이다.
그리고, 커버 영역(112, 113)은 마진부로서 Z방향으로 상기 액티브 영역의 상하부에 각각 마련될 수 있다. 이러한 커버 영역(112, 113)은 단일 유전체층 또는 2개 이상의 유전체층을 액티브 영역의 상면 및 하면에 각각 적층하여 마련될 수 있다.
또한, 커버 영역(112, 113)은 물리적 또는 화학적 스트레스에 의한 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 손상을 방지하는 역할을 할 수 있다.
그리고, 커패시터 바디(110)는 그 형상에 특별히 제한은 없지만, 대체로 육면체 형상일 수 있다.
본 실시 예에서, 커패시터 바디(110)는 Z방향으로 서로 대향하는 제1 및 제2 면(1, 2)과, 제1 및 제2 면(1, 2)과 서로 연결되고 X방향으로 서로 대향하는 제3 및 제4 면(3, 4)과, 제1 및 제2 면(1, 2)과 연결되고 제3 및 제4 면(3, 4)과 연결되며 서로 대향하는 제5 및 제6 면(5, 6)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 면(1)은 실장 면이 될 수 있다.
또한, 커패시터 바디(110)의 형상, 치수 및 유전체층(111)의 적층 수가 본 실시 예의 도면에 도시된 것으로 한정되는 것은 아니다.
유전체층(111)은 세라믹 분말, 예를 들어 BaTiO3계 세라믹 분말 등을 포함할 수 있다.
상기 BaTiO3계 세라믹 분말은 BaTiO3에 Ca 또는 Zr 등이 일부 고용된 (Ba1-xCax)TiO3, Ba(Ti1-yCay)O3, (Ba1-xCax)(Ti1-yZry)O3 또는 Ba(Ti1-yZry)O3 등이 있을 수 있으며, 본 발명의 세라믹 분말이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 유전체층(111)에는 세라믹 첨가제, 유기용제, 가소제, 결합제 및 분산제 등이 더 첨가될 수 있다.
상기 세라믹 첨가제는 전이 금속 산화물 또는 전이 금속 탄화물, 희토류 원소, 마그네슘(Mg) 또는 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다
제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 서로 다른 극성을 인가 받는 전극이다. 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 각각 유전체층(111) 상에 형성되어 Z방향으로 적층될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 하나의 유전체층(111)을 사이에 두고 커패시터 바디(110)의 내부에 Z방향을 따라 서로 대향되게 번갈아 배치될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 중간에 배치된 유전체층(111)에 의해 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 복수의 내부 전극이 Z방향으로 적층된 것으로 도시하여 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 본 발명은 내부 전극이 Y방향으로 적층되는 구조에도 적용할 수 있다.
제1 내부 전극(121)은 일단이 커패시터 바디(110)의 제3 면(3)을 통해 노출될 수 있다. 이렇게 커패시터 바디(110)의 제3 면(3)을 통해 노출되는 제1 내부 전극(121)의 단부는 커패시터 바디(110)의 X방향의 일 단부에 배치되는 제1 외부 전극(131)과 접속되어 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 내부 전극(121)은 일단이 커패시터 바디(110)의 제4 면(4)을 통해 노출될 수 있다. 이렇게 커패시터 바디(110)의 제4 면(4)을 통해 노출되는 제2 내부 전극(122)의 단부는 커패시터 바디(110)의 X방향의 일 단부에 배치되는 제2 외부 전극(132)과 접속되어 전기적으로 연결될 수 있다.
위와 같은 구성에 따라, 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)에 소정의 전압을 인가하면 제1 및 제2 내부 전극(121, 122) 사이에 전하가 축적된다.
이때, 적층형 커패시터(100)의 정전 용량은 상기 액티브 영역에서 Z방향을 따라 서로 중첩되는 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 오버랩 된 면적과 비례하게 된다.
또한, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)을 형성하는 재료는 특별히 제한되지 않는다.
예를 들어, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 귀금속 재료, 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 하나 이상의 물질로 이루어진 도전성 페이스트를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 귀금속 재료는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 팔라듐-은(Pd-Ag) 합금 등일 수 있다.
또한, 상기 도전성 페이스트의 인쇄 방법은 스크린 인쇄법 또는 그라비아 인쇄법 등을 사용할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 및 제2 외부 전극(131, 132)은 서로 다른 극성의 전압이 제공되며, 바디(110)의 X방향의 양 단부에 배치되고, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 노출되는 단부와 각각 접속되어 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 외부 전극(131)은 제1 머리부(131a)와 제1 밴드부(131b)를 포함할 수 있다.
제1 머리부(131a)는 커패시터 바디(110)의 제3 면(3)에 배치된다. 제1 머리부(131a)는 제1 내부 전극(121)에서 커패시터 바디(110)의 제3 면(3)을 통해 외부로 노출되는 단부와 접촉하여 제1 내부 전극(121)과 제1 외부 전극(131)을 전기적으로 연결하는 역할을 한다.
제1 밴드부(131b)는 제1 머리부(131a)에서 커패시터 바디(110)의 제1, 제2, 제5 및 제6 면(1, 2, 5, 6)의 일부까지 연장되는 부분이다. 제1 밴드부(131b)는 제1 외부 전극(131)의 고착 강도를 향상시키는 등의 역할을 할 수 있다.
제2 외부 전극(132)은 제2 머리부(132a)와 제2 밴드부(132b)를 포함할 수 있다.
제2 머리부(132a)는 커패시터 바디(110)의 제4 면(4)에 배치된다. 제2 머리부(132a)는 제2 내부 전극(122)에서 커패시터 바디(110)의 제4 면(4)을 통해 외부로 노출되는 단부와 접촉하여 제2 내부 전극(122)과 제2 외부 전극(132)을 전기적으로 연결하는 역할을 한다.
제2 밴드부(132b)는 제2 머리부(132a)에서 커패시터 바디(110)의 제1, 제2, 제5 및 제6 면(1, 2, 5, 6)의 일부까지 연장되는 부분이다. 제2 밴드부(132b)는 제2 외부 전극(132)의 고착 강도를 향상시키는 등의 역할을 할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)은 도금층을 더 포함할 수 있다.
상기 도금층은, 커패시터 바디(110)에 배치되는 제1 및 제2 니켈(Ni) 도금층과, 상기 제1 및 제2 니켈 도금층을 각각 커버하는 제1 및 제2 주석(Sn) 도금층을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 부품의 개략적인 구조를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 II-II'선 단면도이고, 도 6은 도 5에서 제1 메탈 프레임을 분리하고 제1 도전성 접합층이 형성되는 제1 머리부를 나타낸 측면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시 예의 전자 부품(101)은, 적층형 커패시터(100), 적층형 커패시터(100)의 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)과 각각 접속되는 제1 및 제2 메탈 프레임(140, 150), 제1 외부 전극(131)과 제1 메탈 프레임(140) 사이에 배치되는 제1 도전성 접합층(160), 및 제2 외부 전극(132)과 제2 메탈 프레임(150) 사이에 배치되는 제2 도전성 접합층(170)을 포함한다.
이때, 제1 및 제2 도전성 접합층(160, 170)은 각각 서로 이격되게 형성되는 복수의 불연속영역을 가질 수 있다.
제1 메탈 프레임(140)은 제1 접속부(141) 및 제1 실장부(142)를 포함할 수 있다.
제1 접속부(141)는 제1 외부 전극(131)의 제1 머리부(131a)와 접합되어 물리적으로 연결되는 부분으로, 제1 외부 전극(131)의 제1 머리부(131a)에 전기적으로 접속된다.
이때, 제1 외부 전극(131)의 제1 머리부(131a)와 제1 접속부(141) 사이에 제1 도전성 접합층(160)이 배치될 수 있다.
제1 도전성 접합층(160)은 고온 솔더 또는 도전성 접합재 등으로 이루어질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 실시 예에서, 제1 도전성 접합층(160)의 불연속영역은 선 형태로 형성될 수 있고, Y방향으로 대체로 일자 형태가 되도록 형성될 수 있다,
본 실시 예의 경우, Z방향으로 중간에 마련된 불연속영역(181)을 사이에 두고 이 불연속영역(181)의 상하에 선 형태로 된 2개의 제1 도전성 접합층(161, 162)이 각각 배치될 수 있다.
이때, 상측의 제1 도전성 접합층(161)과 하측의 제1 도전성 접합층(162)은 Z방향으로 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 또는 상측의 제1 도전성 접합층(161)과 하측의 제1 도전성 접합층(162)은 Z방향으로 상이한 폭을 갖도록 형성될 수도 있다.
이에 불연속영역(181)에 의해 제1 외부 전극(131)의 제1 머리부(131a)와 제1 메탈 프레임(140)의 제1 접속부(141) 사이에 제1 머리부(131a)와 제1 접속부(141)가 서로 접합되지 않는 공간부가 마련될 수 있다.
즉, 제1 도전성 접합층(160)과 제1 머리부(131a)가 대향하고 있는 면적 내에 제1 도전성 접합층(160)이 제1 머리부(131a)에 접합하지 않는 영역이 존재하고, 제1 도전성 접합층(160)가 제1 머리부(131a)에 접합되는 영역(161, 162)이 서로 이격되는 복수 개로 구분되는 것이다.
제1 도전성 접합층(160)과 제1 외부 전극(131)의 열팽창계수 차이에 의해 이 둘의 접합 계면에 열 응력이 발생하게 된다.
본 실시 예에 따르면, 불연속영역에 의해 제1 도전성 접합층(160)과 제1 외부 전극(131)의 제1 머리부(131a)가 서로 연속되게 접합되는 부분의 길이가 감소하므로, 온도 사이클 환경에서 열팽창계수에 따른 열 응력이 저감되고, 이에 제1 도전성 접합층(160)과 제1 머리부(131a)의 접합 계면에서의 열화가 개선될 수 있다.
유사한 이유로, 제1 도전성 접합층(160)과 제1 메탈 프레임(140)의 열팽창계수 차이에 의해 이 둘의 접합 계면에 열 응력이 발생하게 된다.
본 실시 예에 따르면, 불연속영역에 의해 제1 도전성 접합층(160)과 제1 접속부(141)가 서로 연속되게 접합되는 부분의 길이가 감소하므로, 온도 사이클 환경에서 열팽창계수에 따른 열 응력이 저감되고, 이에 제1 도전성 접합층(160)과 제1 접속부(141)의 접합 계면에서의 열화가 개선될 수 있다.
제1 실장부(142)는 제1 접속부(141)의 하단에서 제1 방향인 X방향으로 절곡되며 연장되어 실장 면에 대해 수평으로 형성되는 부분이다.
제1 실장부(142)는 전자 부품(101)을 기판에 실장시 접속 단자로서의 역할을 한다.
또한, 제1 실장부(142)는 적층형 커패시터(100)의 하단으로부터 이격되게 배치될 수 있다.
제2 메탈 프레임(150)은 제2 접속부(151) 및 제2 실장부(152)를 포함할 수 있다.
제2 접속부(151)는 제2 외부 전극(132)의 제2 머리부(132a)와 물리적으로 연결되는 부분으로, 제2 외부 전극(132)의 제2 머리부(132a)와 전기적으로 접속된다.
이때, 제2 외부 전극(132)의 제2 머리부(132a)와 제2 접속부(151) 사이에 제2 도전성 접합층(170)이 배치될 수 있다.
제2 도전성 접합층(170)은 고온 솔더 또는 도전성 접합재 등으로 이루어질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 실시 예에서, 제2 도전성 접합층(170) 의 불연속영역은 선 형태로 형성될 수 있고, Y방향으로 대체로 일자 형태가 되도록 형성될 수 있다,
본 실시 예의 경우, Z방향으로 중간에 마련된 불연속영역(191)을 사이에 두고 아 불연속영역(191)의 상하에 선 형태로 된 2개의 제2 도전성 접합층(171, 172)이 각각 배치될 수 있다.
이때, 상측의 제2 도전성 접합층(171)과 하측의 제2 도전성 접합층(172)은 Z방향으로 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 또는 상측의 제2 도전성 접합층(171)과 하측의 제2 도전성 접합층(172)은 Z방향으로 상이한 폭을 갖도록 형성될 수도 있다.
이에 불연속영역(191)에 의해 제2 외부 전극(132)의 제2 머리부(132a)와 제2 메탈 프레임(150)의 제2 접속부(151) 사이에 제2 머리부(132a)와 제2 접속부(151)가 서로 접합되지 않는 공간부가 마련될 수 있다.
즉, 제2 도전성 접합층(170)과 제2 머리부(132a)가 대향하고 있는 면적 내에 제2 도전성 접합층(170)이 제2 머리부(132a)에 접합하지 않는 영역이 존재하고, 제2 도전성 접합층(170)가 제2 머리부(132a)에 접합되는 영역(171, 172)이 서로 이격되는 복수 개로 구분되는 것이다.
제2 도전성 접합층(170)과 제2 외부 전극(132)의 열팽창계수 차이에 의해 이 둘의 접합 계면에 열 응력이 발생하게 된다.
본 실시 예에 따르면, 불연속영역에 의해 제2 도전성 접합층(170)과 제2 외부 전극(132)의 제2 머리부(132a)가 서로 연속되게 접합되는 부분의 길이가 감소하므로, 온도 사이클 환경에서 열팽창계수에 따른 열 응력이 저감되고, 이에 제2 도전성 접합층(170)과 제2 머리부(132a)의 접합 계면에서의 열화가 개선될 수 있다.
유사한 이유로, 제2 도전성 접합층(170)과 제2 메탈 프레임(150)의 열팽창계수 차이에 의해 이 둘의 접합 계면에 열 응력이 발생하게 된다.
본 실시 예에 따르면, 불연속영역에 의해 제2 도전성 접합층(170)과 제2 접속부(151)가 서로 연속되게 접합되는 부분의 길이가 감소하므로, 온도 사이클 환경에서 열팽창계수에 따른 열 응력이 저감되고, 이에 제2 도전성 접합층(170)과 제2 접속부(151)의 접합 계면에서의 열화가 개선될 수 있다.
제2 실장부(152)는 제2 접속부(151)의 하단에서 제1 방향인 X방향으로 절곡되며 연장되어 실장 면에 대해 수평으로 형성되는 부분이다.
제2 실장부(152)는 전자 부품(101)을 기판에 실장시 접속 단자의 역할을 한다.
또한, 제2 실장부(152)는 적층형 커패시터(100)의 하단으로부터 이격되게 배치된다.
한편, 본 발명에서 제1 및 제2 도전성 접합층의 불연속영역은 다양한 구조로 패터닝(patterning)되어 다양한 형태로 변형될 수 있다.
또한, 제2 도전성 접합층은 제2 외부 전극의 제2 머리부에 배치된다는 점에서 제1 도전성 접합층과 차이가 있을 뿐, 제1 도전성 접합층과 제2 도전성 접합층의 구성은 대체로 유사하므로, 이하 주로 제1 도전성 접합층을 기준으로 설명하나 이는 제2 도전성 접합층에 관한 설명을 포함하는 것으로 본다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자 부품의 단면도이고, 도 8은 도 7에서 제1 메탈 프레임을 분리하고 제1 도전성 접합층이 형성되는 제1 머리부를 나타낸 측면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 불연속영역은 선 형태로 형성될 수 있고, Y방향으로 대체로 일자 형태가 되도록 형성될 수 있다.
그리고, Z방향으로 복수의 불연속영역이 간격을 두고 서로 구분되게 배치될 수 있다.
본 실시 예의 경우, 제1 머리부(131a)에 Z방향으로 간격을 두고 마련된 복수의 불연속영역(181a, 181b, 181c)을 사이에 두고, 선 형태로 된 복수의 제1 도전성 접합층(161a, 161b, 161c, 161d)이 서로 이격된 상태로 각각 배치될 수 있다.
이때, 복수의 불연속영역(181a, 181b, 181c)은 Z방향으로 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
또는 다른 예로서, 도면에 도시된 것과 달리, 복수의 불연속영역(181a, 181b, 181c)은 일부가 Z방향으로 동일한 폭을 갖도록 형성되거나 전부 Z방향으로 상이한 폭을 갖도록 형성될 수도 있다.
또한, 복수의 제1 도전성 접합층(161a, 161b, 161c, 161d)은 Z방향으로 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
또는 다른 예로서, 도면에 도시된 것과 달리, 복수의 제1 도전성 접합층(161a, 161b, 161c, 161d)은 일부가 Z방향으로 동일한 폭을 갖도록 형성되거나 전부 Z방향으로 상이한 폭을 갖도록 형성될 수도 있다.
이에 복수의 불연속영역(181a, 181b, 181c)에 의해 제1 머리부(131a)와 제1 메탈 프레임(140)의 제1 접속부(141) 사이에 복수의 공간부가 마련될 수 있다.
제2 머리부(132a)에는 Z방향으로 간격을 두고 마련된 복수의 불연속영역(191a, 191b, 191c)을 사이에 두고 선 형태로 된 복수의 제2 도전성 접합층(171a, 171b, 171c, 171d)이 서로 이격된 상태로 각각 배치될 수 있다.
이때, 복수의 불연속영역(191a, 191b, 191c)은 Z방향으로 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
또는 다른 예로서, 도면에 도시된 것과 달리, 복수의 불연속영역(191a, 191b, 191c)은 일부가 Z방향으로 동일한 폭을 갖도록 형성되거나 전부 Z방향으로 상이한 폭을 갖도록 형성될 수도 있다.
또한, 복수의 제2 도전성 접합층(171a, 171b, 171c, 171d)은 Z방향으로 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
또는 다른 예로서, 도면에 도시된 것과 달리, 복수의 제2 도전성 접합층(171a, 171b, 171c, 171d)은 일부가 Z방향으로 동일한 폭을 갖도록 형성되거나 전부 Z방향으로 상이한 폭을 갖도록 형성될 수도 있다.
이에 복수의 불연속영역(191a, 191b, 191c)에 의해 제2 머리부(132a)와 제2 메탈 프레임(150)의 제2 접속부(151) 사이에 복수의 공간부가 마련될 수 있다.
도 9 및 도 10은 도전성 접합층의 다양한 변형 예를 각각 나타낸 측면도이다.
도 9를 참조하면, 제1 머리부(131a)에 배치된 제1 도전성 접합층(160')에서, 불연속영역(181')은 선 형태로 형성될 수 있고, 불연속영역(181')은 Z방향으로 대체로 일자 형태가 되도록 형성될 수 있다.
유사한 형태로, 제2 머리부에 배치된 제2 도전성 접합층도, 불연속영역이 선 형태로 형성될 수 있고, Z방향으로 대체로 일자 형태가 되도록 형성될 수 있다.
또한, 다른 예로서, 상기 불연속영역은 Y방향으로 복수의 불연속영역이 간격을 두고 서로 이격되게 배치될 수 있다.
이때, 복수의 제1 도전성 접합층은 복수의 불연속영역을 각각 사이에 두고 Y방향으로 간격을 두고 제1 머리부에 서로 이격되게 배치될 수 있다.
그리고, 복수의 제2 도전성 접합층은 복수의 불연속영역을 각각 사이에 두고 Y방향으로 간격을 두고 제2 머리부에 배치될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 도전성 접합층(161")은 서로 이격되게 배치되는 복수의 점 형태로 형성될 수 있다.
도 10에서와 같이, 복수의 제1 도전성 접합층(161")은 제1 머리부(131a)에 예를 들어 바둑 판 형태로 배열될 수 있고, 이에 불연속영역(181")은 전체적으로 메쉬 형상을 가질 수 있다.
한편, 도 6을 예로 할 때, 제1 또는 제2 머리부(131a, 132a)에서 제1 또는 제2 도전성 접합층(160, 170)의 접합영역의 총 면적을 A로, 제1 또는 제2 도전성 접합층(160, 170)에서 불연속영역(181, 191)의 총 면적을 B로 정의할 때, 40≤A/(A+B)≤90을 만족할 수 있다.
도 12는 도 5의 전자 부품이 기판에 실장된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시 예에 의한 실장 기판은 기판(210)과, 기판(210)의 상면에 서로 이격되게 배치되는 제1 및 제2 전극 패드(221, 222)을 포함한다.
또한, 전자 부품(101)은 제1 및 제2 메탈 프레임(140, 150)의 제1 및 제2 실장부(142, 152)가 제1 및 제2 전극 패드(221, 222) 위에 각각 접촉되게 위치한 상태로 접속되어 기판(210)에 실장된다.
이때, 제1 실장부(142)는 솔더(231)에 의해 제1 전극 패드(221)와 접합되어 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있고, 제2 실장부(152)는 솔더(232)에 의해 제2 전극 패드(222)와 접합되어 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
종래의 적층형 커패시터는 기판 실장시 솔더에 의해 외부 전극과 기판이 직접 접촉하는 구조이다.
이에 기판에서 발생하는 열이나 기계적 변형이 적층형 커패시터에 직접 전달되므로, 적층형 커패시터는 높은 수준의 신뢰성을 확보하기 어렵다.
본 실시 예의 전자 부품은, 적층형 커패시터(100)의 양 단부에 제1 및 제2 메탈 프레임(140, 150)을 각각 접합하여 적층형 커패시터(100)의 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)과 기판(210) 사이의 간격을 확보할 수 있다.
이에 전자 부품(101)을 기판(210)에 실장할 때 기판(210)으로부터의 스트레스가 적층형 커패시터(100)에 직접 전달되지 않도록 하여 전자 부품(101)의 열 신뢰성, 전기적 신뢰성 및 기계적 신뢰성 등을 향상시킬 수 있다.
그러나, 메탈 프레임을 사용하는 전자 부품의 경우 메탈 프레임과 외부 전극 사이에 도전성 접합층이 배치되고, 이에 메탈 프레임과 도전성 접합층의 사이 그리고 외부 전극과 도전성 접합층의 사이에 각각 접합 계면이 생기게 된다.
온도사이클 등의 환경 조건 하에서, 이러한 도전성 접합층과 메탈 프레임의 접합 계면, 및 도전성 접합층과 외부 전극의 접합 계면에서 열팽창계수 차이로 열 응력이 발생하게 된다.
이러한 열 응력은 상기의 접합 계면들을 열화시켜 메탈 프레임과 외부 전극이 서로 분리되는 원인이 되므로, 전자 부품에 물리적 또는 전기적 불량이 발생할 수 있다.
일반적으로 메탈 프레임을 사용하는 전자 부품의 경우, 적층형 커패시터의 외부 전극의 머리부에서 메탈 프레임의 접속부와 대향하는 영역 전체에 연속적으로 연결되며 일체형으로 된 도전성 접합층이 형성된다.
반면에, 본 실시 예에서는, 외부 전극의 머리부에 형성되는 도전성 접합층이 불연속 영역을 가지고 있고, 이에 하나의 머리부에 형성되는 도전성 접합층이 연속적으로 연결되는 일체형으로 구성되는 것이 아니라 서로 이격되는 복수 개로 구분되는 것이다.
종래의 전자 부품에서는, 열팽창계수가 다른 도전성 접합층과 외부 전극의 머리부가 연속적으로 접촉된 길이 전체에 대해 열 응력이 인가되므로, 온도 사이클 환경에서의 열 응력이 커질 수 있다.
반면에, 본 실시 예에서는, 도전성 접합층과 외부 전극의 머리부가 서로 접합되지 않고 분리되어 있는 불연속영역에 의해, 도전성 접합층과 외부 전극의 접합 면에서 열 응력이 발생하는 길이가 짧아지게 된다. 따라서, 온도 사이클 환경에서의 열 응력에 의한 접합 면의 열화 가능성을 저감시킬 수 있다.
결과적으로 불연속 영역에 의해 외부 전극과 메탈 프레임이 접합되는 부분의 연속된 길이가 감소하므로 열팽창계수에 따른 열 응력이 분산 및 저감되어, 온도 사이클 환경에서의 도전성 접합층과 외부 전극의 접합 계면에서의 열화를 개선할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 예에 따르면, 메탈 프레임 구조를 통해 외부 스트레스로부터 전자 부품의 신뢰성과 휨 변형 내성 등이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 더불어 온도 사이클 환경에서 메탈 프레임과 도전성 접합층의 접합 계면, 외부 전극과 도전성 접합층의 접합 계면에서 열팽창계수 차이에 의해 발생하는 접합 계면의 열화를 억제할 수 있다.
따라서, 본 실시 예에 의하여, 전자 부품의 신뢰성을 향상시키면서, 적층형 커패시터와 메탈 프레임의 접합력을 일정 수준 이상으로 확보하고, 온도 사이클 환경에서의 계면 열화를 억제하여 환경 시험 후 고착력도 개선할 수 있다.
도 11은 도전성 접합층에서 접합영역의 비율에 따른 상온 탈락률과 TC(온도 사이클) 후 탈락률을 나타낸 그래프이다.
도전성 접합층에서 도전성 접합재가 도포된 접합영역의 폭과 비접합영역인 불연속영역의 폭은 아래와 같은 방법으로 측정할 수 있다.
먼저, 메탈 프레임이 접합된 적층형 커패시터에서 기판의 실장 면과 수직한 방향으로 적층형 커패시터의 외부 전극의 머리부를 폭 방향의 1/2 치수가 되는 부분까지 연마하여, 그 연마 면에 있어서 도전성 접합재가 도포되는 부분과 도포되지 않는 부분을 광학 현미경에 의해 측정할 수 있다.
이때, 도전성 접합층과 외부 전극의 머리부와의 접합영역이 너무 적으면 외부 전극의 고착 강도가 저하될 수 있으며, 반대로 비접합영역인 불연속영역이 너무 적으면 열 응력 저감의 효과가 저하될 수 있다.
즉, 도전성 접합층과 외부 전극의 머리부 간의 접합영역과 불연속영역 사이에는 적절한 비율이 존재하며, 이러한 내용을 확인하기 위해 접합영역과 불연속영역 간 비율에 따른 메탈 프레임과 적층형 커패시터의 고착력을 평가하였다.
적층형 커패시터의 고착력은 칩 마운터를 이용하여 PCB에 전자 부품을 조건 별로 각 20개씩 실장한 후 10N의 힘을 1mm/min의 속도로 10초간 인가하여 적층형 커패시터가 메탈 프레임으로부터 분리되는 유무를 탈락률로 평가한다.
연마된 단면에서 관찰되는 도전성 접합층의 접합영역의 총 너비의 합을 A라 하고 비접합영역으로서 불연속영역의 총 너비의 합을 B라고 정의할 때, A+B에 대한 A의 비에 따른 상온에서의 고착력과 온도사이클(-40~125℃) 1000회 후의 고착력을 각각 테스트하였다.
그리고, 상온 테스트의 탈락률과 온도사이클(-40~125℃) 후의 탈락률을 도 11 및 표 1에 나타낸다.
A(A+B) 100% 95% 90% 80% 50% 40% 35% 30%
상온 탈락률(%) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 60.0 65.0
TC후 탈락률(%) 40.0 35.0 0.0 0.0 0.0 0.0 65.0 80.0
표 1과 도 11을 참조하면, 상온에서의 고착력 테스트시 A/(A+B)가 35% 이하인 영역에서 도전성 접합층이 외부 전극을 지지하지 못하고 적층형 커패시터가 메탈 프레임으로부터 분리되는 탈락 현상이 발생하였다.
그리고, 상대적으로 불연속영역이 감소하고 도전성 접합층의 총 영역이 증가하는 A/(A+B)가 40% 이상인 조건에서는 적층형 커패시터가 메탈 프레임으로부터 분리되는 탈락 현상이 발생하지 않았다.
그러나, 온도사이클 후의 고착력 테스트에서는 A/(A+B)가 35% 이하인 영역은 물론 상대적으로 도전성 접합층의 총 영역이 넓은 A/(A+B)가 95% 이상인 영역에서도 적층형 커패시터가 메탈 프레임으로부터 분리되는 탈락 현상이 발생하였다.
즉, 도전성 접합층과 외부 전극의 머리부 간의 접합된 영역이 지나치게 큰 경우에는, 상온에서의 고착력은 높지만, 온도사이클 환경에서의 고착력은 열 응력에 의해 도전성 접합층과 외부 전극의 머리부의 접합 부분이 열화되면서 오히려 저하된다는 것을 알 수 있다.
따라서, 도전성 접합층에 일정 수준의 불연속영역을 형성하는 것이 온도 사이클 환경에서의 도전성 접합층과 외부 전극의 머리부의 접합 부분에서의 열화를 방지하는데 효과적이다.
본 실시 예에 따르면, A/(A+B)가 40 내지 90인 경우, 메탈 프레임이 접합된 적층형 커패시터의 구조에서 상온에서의 고착력이 확보됨과 동시에 온도사이클 환경에서의 계면 열화를 억제하여 환경 시험 후의 고착력을 개선할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 적층형 커패시터
101: 전자 부품
110: 커패시터 바디
111: 유전체층
121, 122: 제1 및 제2 내부 전극
131, 132: 제1 및 제2 외부 전극
131a, 132a: 제1 및 제2 머리부
131b, 132b: 제1 및 제2 밴드부
140, 150: 제1 및 제2 메탈 프레임
141, 142: 제1 및 제2 접속부
142, 152: 제1 및 제2 실장부
160, 161, 162: 제1 도전성 접합층
170, 171, 172: 제2 도전성 접합층
181, 191: 불연속영역
210: 기판
221, 222: 제1 및 제2 전극 패드
231, 232: 솔더

Claims (12)

  1. 커패시터 바디;
    상기 커패시터 바디의 양 단부에 각각 배치되는 한 쌍의 외부 전극;
    상기 한 쌍의 외부 전극과 각각 접속되도록 배치되는 한 쌍의 메탈 프레임; 및
    상기 외부 전극과 상기 메탈 프레임 사이에 배치되고, 불연속영역을 가지는 도전성 접합층; 을 포함하는 전자 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불연속영역이 선 형태로 형성되는 전자 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 불연속영역이 점 형태로 형성되는 전자 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 불연속영역이 메쉬 형상인 전자 부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 불연속영역은 복수 개가 서로 이격되게 형성되는 전자 부품.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 불연속영역이 상기 커패시터 바디의 폭 방향으로 복수 개가 이격되게 형성되는 전자 부품.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 불연속영역이 상기 커패시터 바디의 두께 방향으로 복수 개가 이격되게 형성되는 전자 부품.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터 바디는, 유전체층과, 상기 유전체층을 사이에 두고 번갈아 배치되는 복수의 내부 전극을 포함하는 전자 부품.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전극은,
    상기 커패시터 바디의 일 면에 배치되는 머리부; 및
    상기 머리부에서 상기 커패시터 바디의 상하 면 및 양 측면의 일부까지 연장되는 밴드부; 를 포함하는 전자 부품.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 메탈 프레임은,
    상기 머리부와 접속되는 접속부; 및
    상기 접속부의 하단에서 절곡되어 연장되는 실장부; 를 포함하는 전자 부품.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 접합층에서 접합영역의 총 면적을 A로, 상기 도전성 접합층에서 불연속영역의 총 면적을 B로 정의할 때, 40≤A/(A+B)≤90인 전자 부품.
  12. 상면에 복수의 전극 패드를 갖는 기판; 및
    상기 복수의 전극 패드에 메탈 프레임이 하나씩 접속되도록 실장되는 전자 부품; 을 포함하고,
    상기 전자 부품은,
    커패시터 바디;
    상기 커패시터 바디의 양 단부에 각각 배치되는 한 쌍의 외부 전극;
    상기 한 쌍의 외부 전극과 각각 접속되도록 배치되는 한 쌍의 메탈 프레임; 및
    상기 외부 전극과 상기 메탈 프레임 사이에 배치되고, 불연속영역을 가지는 도전성 접합층; 을 포함하는 전자 부품의 실장 기판.
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