KR20220079230A - 전자 부품 - Google Patents

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KR20220079230A
KR20220079230A KR1020200168786A KR20200168786A KR20220079230A KR 20220079230 A KR20220079230 A KR 20220079230A KR 1020200168786 A KR1020200168786 A KR 1020200168786A KR 20200168786 A KR20200168786 A KR 20200168786A KR 20220079230 A KR20220079230 A KR 20220079230A
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solder
electronic component
capacitor body
electrical conductivity
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KR1020200168786A
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조범준
안승민
현미나
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은, 상면에 전극 패드가 배치되는 기판에 솔더를 통해 상기 전극 패드와 메탈 프레임이 접합되어 실장되도록 하는 전자 부품에 있어서, 커패시터 바디; 상기 커패시터 바디의 양 단부에 각각 배치되는 외부 전극; 및 상기 외부 전극과 각각 접속되고 상기 전극 패드 위에 실장되는 메탈 프레임; 을 포함하고, 상기 메탈 프레임은 전기 전도율이 상이한 이종 금속으로 이루어지는 제1 및 제2 부분으로 구분되는 전자 부품을 제공한다.

Description

전자 부품{ELECTRONIC COMPONENT}
본 발명은 전자 부품에 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, 부품으로부터 기판에 전기 신호가 전달되는 경로가 증가하기 때문에 등가직렬저항(ESR)이 증가하게 되고, 그에 따른 자체 발열로 인해 전자 부품은 물론 회로의 열화가 발생할 수 있다.
국내 공개특허공보 2017-0118900 일본등록특허공보 5664574
본 발명의 목적은, 메탈 프레임 구조를 적용하여 진동 및 변형에 대한 적층형 커패시터의 내구성이 향상될 수 있도록 하고, 메탈 프레임에 의한 등가직렬저항의 증가를 최소화할 수 있도록 한 전자 부품을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 상면에 전극 패드가 배치되는 기판에 솔더를 통해 상기 전극 패드와 메탈 프레임이 접합되어 실장되도록 하는 전자 부품에 있어서, 커패시터 바디; 상기 커패시터 바디의 양 단부에 각각 배치되는 외부 전극; 및 상기 외부 전극과 각각 접속되고 상기 전극 패드 위에 실장되는 메탈 프레임; 을 포함하고, 상기 메탈 프레임은 전기 전도율이 상이한 이종 금속으로 이루어지는 제1 및 제2 부분으로 구분되는 전자 부품을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 메탈 프레임은, 상기 제1 부분이 Ni, Fe, Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 제2 부분이 Cu, Al, Ag, Au 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 메탈 프레임은, 상기 제1 부분이 솔더와 접하고, 상기 제2 부분은 솔더와 접하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 메탈 프레임은 상기 제1 부분의 전기 전도율이 상기 솔더의 전기 전도율 이하일 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 상기 전극 패드에 접속되도록 연장되는 실장부; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 외부 전극의 머리부와 상기 메탈 프레임의 접속부 사이에 도전성 접합층이 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 실장부는 상기 접속부의 하단에서 반대쪽에 위치한 메탈 프레임의 실장부를 향하는 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 실장부와 상기 외부 전극의 밴드부가 서로 이격될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 메탈 프레임의 수직부에서 상기 솔더와 접촉되지 않는 부분의 길이가 상기 외부 전극의 머리부의 길이 보다 길 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 메탈 프레임 구조를 적용하여 진동 및 변형에 대한 적층형 커패시터의 내구성을 높일 수 있고, 메탈 프레임을 전기 전도율이 상이한 이종 금속으로 이루어지는 제1 및 제2 부분으로 구분하여 메탈 프레임에 의한 등가직렬저항의 증가를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 적용되는 적층형 커패시터를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 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 부품과 기판의 결합 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 II-II’선 단면도이다.
도 6은 메탈 프레임의 전기 전도율에 따른 전자 부품의 ESR을 나타낸 그래프이다.
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 2a 및 도 2b는 도 1에 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 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 현미경(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 적층되는 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 각각 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 부품과 기판의 결합 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 II-II’선 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시 예의 전자 부품은, 커패시터 바디(110)와 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)을 포함하는 적층형 커패시터(100), 및 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)과 각각 접속되는 제1 및 제2 메탈 프레임(140, 150)을 포함한다.
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 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.
제1 실장부(142)는 제1 접속부(141)의 하단에서 X방향으로 반대쪽에 위치한 제2 메탈 프레임(150)의 제2 실장부(152)를 향해 절곡되며 연장될 수 있고, 실장 면에 대해 수평으로 형성되는 부분이다.
제1 실장부(142)는 전자 부품(101)을 기판(210)에 실장시 접속 단자로서의 역할을 한다.
이때, 제1 실장부(142)는 적층형 커패시터(100)의 커패시터 바디(110)의 제1 면(1)과 제1 밴드부(131b)로부터 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 접합되어 물리적으로 연결되는 부분으로, 제2 외부 전극(132)의 제2 머리부(132a)에 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.
제2 실장부(152)는 제2 접속부(151)의 하단에서 X방향으로 반대쪽에 위치한 제1 메탈 프레임(140)의 제1 실장부(142)를 향해 절곡되며 연장될 수 있고, 실장 면에 대해 수평으로 형성되는 부분이다.
제2 실장부(152)는 전자 부품(101)을 기판(210)에 실장시 접속 단자의 역할을 한다.
이때, 제2 실장부(152)는 적층형 커패시터(100)의 커패시터 바디(110)의 제1 면(1)과 제2 밴드부(132b)로부터 이격되게 배치될 수 있다.
그리고, 본 실시 예의 전자 부품은, 상면에 X방향으로 서로 이격되게 제1 및 제2 전극 패드(221, 222)가 배치되는 기판(210)을 포함한다.
이때, 전자 부품(101)은 제1 및 제2 메탈 프레임(140, 150)의 후술하는 제1 및 제2 실장부가 제1 및 제2 전극 패드(221, 222) 위에 각각 접촉되게 위치한 상태로 접속되어 기판(210)에 실장된다.
제1 메탈 프레임(140)의 제1 실장부(142)와 제1 전극 패드(221)는 솔더(231)에 의해 서로 접합되고, 제2 메탈 프레임(150)의 제2 실장부(152)와 제2 전극 패드(222)는 솔더(232)에 의해 서로 접합된다.
본 실시 예에서, 제1 메탈 프레임(140)은 위치에 따라 전기 전도율이 상이한 이종 금속으로 이루어지는 제1 및 제2 부분(F2, F1)으로 구분된다.
이때, 제1 부분(F2)은 솔더(231)와 접하는 부분이 되고, 제1 실장부(142)와 제1 접속부(141)의 하부가 여기에 해당할 수 있다. 제2 부분(F1)은 솔더(231)와 접하지 않는 부분으로 제1 접속부(141)에서 상부(제1 부분을 뺀 부분)가 여기에 해당할 수 있다.
이와 같이 제1 메탈 프레임(140)은 서로 다른 2개의 전기 전도율을 가질 수 있으며, 솔더(231)와 접촉되지 않는 부분(F2)의 전기 전도율이 솔더(231)의 전기 전도율 보다 클 수 있다.
이때, 제1 메탈 프레임(140)은, 솔더(231)와 접촉되는 부분인 제1 부분(F2)이 Ni, Fe, Sn 등의 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 솔더(231)와 접촉되지 않는 부분인 제2 부분(F1)은 Cu, Al, Ag, Au 등의 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 메탈 프레임(150)은 위치에 따라 전기 전도율이 상이한 이종 금속으로 이루어지는 제1 및 제2 부분(F2, F1)으로 구분된다.
이때, 제1 부분(F2)은 솔더(232)와 접하는 부분이 되고, 제2 실장부(152)와 제2 접속부(151)의 하부가 여기에 해당할 수 있다. 제2 부분(F1)은 솔더(232)와 접하지 않는 부분으로 제2 접속부(151)에서 상부(제1 부분을 뺀 부분)가 여기에 해당할 수 있다.
이와 같이 제2 메탈 프레임(150)은 서로 다른 2개의 전기 전도율을 가질 수 있으며, 솔더(232)와 접촉되지 않는 부분(F2)의 전기전도율이 솔더(232)의 전기 전도율 보다 클 수 있다.
이때, 제2 메탈 프레임(150)은, 솔더(232)와 접촉되는 부분인 제1 부분(F2)이 Ni, Fe, Sn 등의 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 솔더(232)와 접촉되지 않는 부분인 제2 부분(F1)은 Cu, Al, Ag, Au 등의 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 메탈 프레임(140, 150)의 제1 및 제2 수직부(141, 151)에서 솔더(231, 232)와 접촉되지 않는 부분의 Z방향의 길이는 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)의 제1 및 제2 머리부(131a, 123a)의 Z방향의 길이 보다 각각 길게 형성될 수 있다.
종래의 적층형 커패시터는 기판 실장시 솔더에 의해 적층형 커패시터의 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 부품(101)은, 적층형 커패시터(100)의 양 단부에 제1 및 제2 메탈 프레임(140, 150)을 각각 접합하여 적층형 커패시터(100)와 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 이용하는 전자 부품의 경우, 적층형 커패시터가 기판으로부터 멀어지게 되므로 기판에 전기 신호가 전달되는 경로가 증가하기 때문에 등가직렬저항(ESR)이 증가하게 된다.
따라서, 그에 따른 자체 발열로 인해 전자 부품은 물론 회로의 열화가 발생할 수 있으며, 이때 메탈 프레임의 전기 전도율이 높을수록 전자 부품의 ESR 증가 폭은 감소하게 된다.
메탈 프레임이 접합되지 않은 일반 적층형 캐패시터는 도금층을 포함하는 외부 전극이 솔더에 의해 기판의 전극 패드와 연결된다.
반면에, 메탈 프레임을 포함하는 전자 부품은 적층형 커패시터의 외부 전극과 기판의 실장용 솔더 사이에 메탈 프레임이 추가되며, 본 실시 예의 메탈 프레임의 전기 전도율이 솔더의 전기 전도율보다 높다.
특히 본 실시 예에서는, 메탈 프레임에서 솔더와 접촉되지 않는 부분의 전기 전도율이 솔더의 전기 전도율 보다 큰 값을 가지도록 하고, 이에 메탈 프레임에 의한 등가직렬저항의 증가를 억제할 수 있다.
메탈 프레임의 일부만 다른 전기 전도율을 갖도록 하기 위해서는, 예를 들어, 서로 다른 재질의 프레임을 수직으로 이어 붙이거나 일부 영역에만 이종 메탈 프레임을 나란히 접합시키거나, 일부 영역에만 전도성이 높은 소재의 도금을 적용하는 등의 방법을 적용할 수 있다.
이와 같이 본 실시 예에서는, 제1 및 제2 메탈 프레임(140, 150)에서 F1에 해당하는 부분에 전도성이 높은 소재의 금속으로 도금층을 형성할 수 있다.
한편, 도 5에서, 기판 면으로부터 메탈 프레임을 향하는 수직 방향인 Z방향으로 솔더 필렛이 형성되는 높이인 F2까지는 솔더를 통한 전기 전도가 발생하므로 메탈 프레임의 전기 전도율 증가가 전자 부품의 ESR의 저감에 미치는 영향이 크지 않다.
즉, 솔더가 접합된 메탈 프레임의 영역(F2)에서는 메탈 프레임의 전기 전도율이 솔더와 같거나 심지어 더 낮아도 특성의 열화가 미미하므로, 본 실시 예에서는, 메탈 프레임이 솔더와 접합하지 않는 영역(F1)에서만 메탈 프레임의 전기 전도율이 솔더 보다 높도록 할 수 있다.
도 6은 본 실시 예의 전자 부품을 기판에 실장 했을 때, 메탈 프레임의 전기전도율에 따른 전자 부품의 ESR을 나타낸 그래프이다.
여기서, 적층형 커패시터는 길이×폭이 3.2mm×2.5mm이고, 메탈 프레임의 실장부로부터 외부 전극의 밴드부까지의 거리는 1.0mm±0.2mm이고, 실장부의 길이×폭은 0.8mm×2.5mm이고, 전극 패드의 길이×폭은 1.4mm×2.9mm이다.
여기서, #1은 메탈 프레임 전체가 동일한 전기 전도율을 갖는 하나의 소재로 구성된 것이고, #2는 F2 영역이 저 전기 전도율(1.39 MS/m)으로 구성되고, F1 영역은 다른 전기 전도율을 갖는 메탈 프레임의 구조를 적용했을 때의 전자 부품의 ESR을 각각 평가하여 도 6에 나타낸다.
이때, 각각의 전자 부품은 SAC305 솔더로 기판에 실장한다. 그리고, SAC305 솔더의 전기전도율은 약 7.7 ms/m이고, 메탈 프레임을 접합하기 이전의 적층형 커패시터의 ESR은 3.4 mΩ이다.
아래 표 1에서 ⓐ-ⓕ에 해당하는 전기 전도율이 #2의 F1의 전기 전도율로서 도 6의 x축 값이다. #1의 경우 메탈 프레임 전체가 동일한 전기 전도율로 구성된 경우이다.
No. ⓐ ⓑ ⓒ ⓓ ⓔ ⓕ
메탈 프레임의 전기 전도율
[MS/m]		 1.39 1.45 7.5 15 34.4 43.5
#1의ESR 15.4 14.7 7.2 5.1 4.2 3.6
#2의 ESR 15.4 14.7 7.4 5.5 4.5 4.1
표 1과 도 6을 참조하면, 메탈 프레임의 전기 전도율이 증가할수록 메탈 프레임이 접합된 전자 부품의 ESR은 감소하는 것을 알 수 있다.
또한, 메탈 프레임 전체가 동일한 전도율인 #1과 비교하여, F1 영역만 전기 전도율이 높고 F2 영역은 낮은 전기 전도율을 가지는 #2의 경우에도 ESR 변화 경향이 #1과 유사하게 나타났다.
즉, 메탈 프레임의 전기 전도율이 높을수록 ESR 개선에 효과가 있으며, 특히 솔더와 접합하지 않는 영역만 선택적으로 전기 전도율이 높은 경우에도 전체적으로 메탈 프레임의 전기 전도율이 높은 경우와 유사한 개선 효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
통상적으로 적층형 커패시터에서 ESR에 의한 발열이 상온의 2배 이상일 때 문제가 되기 때문에 ESR이 레퍼런스의 2배를 넘는 것을 이상 값으로 간주할 수 있다.
상기 결과에 따르면 #1, #2의 구조와 무관하게, 메탈 프레임의 전기 전도율이 솔더의 전기 전도율인 7.7 MS/m보다 낮은 경우에 ESR이 2배를 초과하였다.
도전 경로의 전기 전도율이 높을수록 전자 부품의 ESR은 낮아진다. 본 실시 예에서는 F2의 영역은 솔더와 메탈 프레임이 접합되어 있어 메탈 프레임의 전기 전도율이 솔더 보다 낮으면 솔더의 전기 전도율에 따라 ESR이 결정된다.
반면에 F1 영역은 메탈 프레임의 전기 전도율에 의해서만 전자 부품의 ESR이 좌우된다.
따라서, 메탈 프레임을 가지는 전자 부품에서 ESR의 증가를 억제하기 위해서는, 적어도 메탈 프레임에서 솔더와 접촉되지 않는 부분(F1)의 전기 전도율을 솔더의 전기 전도율 보다 높게 해야 한다.
이와 같이 본 실시 예에 따르면, 메탈 프레임이 접합된 적층형 커패시터에서 메탈 프레임의 일부 영역의 전기 전도율을 솔더의 전기 전도율보다 높게 함으로써, 메탈 프레임의 접합에 의한 부품의 ESR 증가를 최소화할 수 있으며, 메탈 프레임 전체를 고전도율로 구성하는 것 대비 제조 비용을 저감할 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, 170: 제1 및 제2 도전성 접합층
210: 기판
221,222: 제1 및 제2 전극 패드
231, 232: 솔더

Claims (11)

  1. 상면에 전극 패드가 배치되는 기판에 솔더를 통해 상기 전극 패드와 메탈 프레임이 접합되어 실장되도록 하는 전자 부품에 있어서,
    커패시터 바디;
    상기 커패시터 바디의 양 단부에 각각 배치되는 외부 전극; 및
    상기 외부 전극과 각각 접속되고 상기 전극 패드 위에 실장되는 메탈 프레임; 을 포함하고,
    상기 메탈 프레임은 전기 전도율이 상이한 이종 금속으로 이루어지는 제1 및 제2 부분으로 구분되는 전자 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 프레임은, 상기 제1 부분이 Ni, Fe, Sn 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 부분이 Cu, Al, Ag, Au 중 적어도 하나를 포함하는 전자 부품.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메탈 프레임은, 상기 제1 부분이 솔더와 접하고, 상기 제2 부분은 솔더와 접하지 않는 전자 부품.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메탈 프레임은 상기 제1 부분의 전기 전도율이 상기 솔더의 전기 전도율 이하인 전자 부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터 바디는, 유전체층과, 상기 유전체층을 사이에 두고 번갈아 배치되는 복수의 내부 전극을 포함하는 전자 부품.
  6. 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.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메탈 프레임은,
    상기 머리부와 접속되는 접속부; 및
    상기 접속부의 하단에서 절곡되어 상기 전극 패드에 접속되도록 연장되는 실장부; 를 포함하는 전자 부품.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 외부 전극의 머리부와 상기 메탈 프레임의 접속부 사이에 도전성 접합층이 배치되는 전자 부품.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 실장부는 상기 접속부의 하단에서 반대쪽에 위치한 메탈 프레임의 실장부를 향하는 방향으로 연장되는 전자 부품.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 실장부와 상기 외부 전극의 밴드부가 서로 이격되는 전자 부품.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 메탈 프레임의 수직부에서 상기 솔더와 접촉되지 않는 부분의 길이가 상기 외부 전극의 머리부의 길이 보다 긴 전자 부품.
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