KR20220103380A - 적층형 세라믹 콘덴서 및 이를 구비한 파워 모듈 - Google Patents

적층형 세라믹 콘덴서 및 이를 구비한 파워 모듈 Download PDF

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KR20220103380A
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Abstract

세라믹 콘덴서에 상부 전극 및 하부 전극을 형성하여 파워 모듈에 실장이 용이하면서 기생 성분의 발생을 최소화하도록 한 적층형 세라믹 콘덴서를 제시한다. 제시된 적층형 세라믹 콘덴서는 내부에 복수의 내부 전극이 배치된 유전체, 유전체의 제1 측면에 배치된 제1 외부 전극, 유전체의 제2 측면에 배치된 제2 외부 전극, 유전체의 상면에 배치되고, 유전체의 제1 측면에 인접하여 배치되어 제1 외부 전극과 연결된 상부 전극 및 유전체의 하면에 배치되고, 유전체의 제2 측면에 인접하여 배치되어 제2 외부 전극과 연결된 하부 전극을 포함한다.

Description

적층형 세라믹 콘덴서 및 이를 구비한 파워 모듈{MULTILAYER CERAMIC CONDENSER AND POWER MODULE HAVING THE SAME}
본 발명은 적층형 세라믹 콘덴서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파워 모듈에 실장되는 적층형 세라믹 콘덴서 및 이를 구비한 파워 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 파워 모듈에 실장되는 적층형 세라믹 콘덴서는 파워 모듈 상부에 배치된 인쇄회로기판(PCB) 상에 실장되어 스너버용 캐패시터 등으로 사용된다. 이때, 종래의 파워 모듈은 상부의 인쇄회로기판과 하부의 파워 모듈을 연결하기 위해 파워 모듈 내에 전도성 핀이 사용된다.
하지만, 종래의 파워 모듈은 적층형 세라믹 콘덴서가 실장되는 상부의 인쇄회로기판과 하부의 파워 모듈을 연결하기 위해 전도성 핀을 사용함에 따라, 전도성 핀에 의한 기생 성분이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 파워 모듈은 인쇄회로기판상에 적층형 세라믹 콘덴서를 실장함에 따라 파워 모듈의 부피가 증가하여 실장 면적이 증가한다는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1628055호(명칭: 저배형 적층 세라믹 콘덴서)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 세라믹 콘덴서에 상부 전극 및 하부 전극을 형성하여 파워 모듈에 실장이 용이하면서 기생 성분의 발생을 최소화하도록 한 적층형 세라믹 콘덴서 및 이를 구비한 파워 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 세라믹 콘덴서는 상면, 하면, 전면, 후면, 제1 측면 및 제2 측면을 갖고, 내부에 복수의 내부 전극이 배치된 유전체, 유전체의 제1 측면에 배치된 제1 외부 전극, 유전체의 제2 측면에 배치된 제2 외부 전극, 유전체의 상면에 배치되고, 유전체의 제1 측면에 인접하여 배치되어 제1 외부 전극과 연결된 상부 전극 및 유전체의 하면에 배치되고, 유전체의 제2 측면에 인접하여 배치되어 제2 외부 전극과 연결된 하부 전극을 포함한다.
상부 전극은 제2 외부 전극과 연결되지 않고, 하부 전극은 제1 외부 전극과 연결되지 않고, 상부 전극은 제1 외부 전극과 제2 외부 전극 사이의 이격 공간에서 유전체를 사이에 두고 하부 전극의 일부와 중첩될 수 있다.
상부 전극은 유전체의 제1 측면에 인접하여 배치된 제1 측면을 갖고, 유전체의 상면에 배치된 제1 본체 및 제1 본체의 제1 측면에 배치되어 유전체의 제1 측면 방향으로 갈수록 유전체의 상면에 가까워지는 경사를 갖는 제1 경사부를 포함할 수 있다. 이때, 제1 본체는 제1 본체의 제1 측면에 대향되는 제2 측면을 갖고, 상부 전극은 제1 본체의 제2 측면에 배치되어 유전체의 제2 측면 방향으로 갈수록 유전체의 상면에 가까워지는 경사를 갖는 제2 경사부를 더 포함할 수 있다.
하부 전극은 유전체의 제1 측면 방향으로 배치된 제1 측면과 유전체의 제2 측면에 인접하여 배치된 제2 측면을 갖고, 유전체의 하면에 배치된 제2 본체 및 제2 본체의 제2 측면에 배치되어 유전체의 제2 측면 방향으로 갈수록 유전체의 하면에 가까워지는 경사를 갖는 제3 경사부를 포함할 수 있다. 이때, 하부 전극은 제2 본체의 제1 측면에 배치되어 유전체의 제1 측면 방향으로 갈수록 유전체의 하면에 가까워지는 경사를 갖는 제4 경사부를 더 포함할 수 있다.
유전체는 일면에 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극이 상호 이격되도록 배치된 복수의 제1 유전체 시트가 적층되어 형성되되, 인접한 두 개의 제1 유전체 시트 사이에는 일면에 플로팅 전극이 배치된 제2 유전체 시트가 개재되고, 플로팅 전극의 제1 단부는 제1 유전체 시트 또는 제2 유전체 시트를 사이에 두고 제1 내부 전극의 일부와 중첩되고, 플로팅 전극의 제2 단부는 제1 유전체 시트 또는 제2 유전체 시트를 사이에 두고 제2 내부 전극의 일부와 중첩될 수 있다.
유전체는 제1 내부 전극이 형성된 복수의 제1 유전체 시트가 적층되어 형성되되, 인접한 두 개의 제1 유전체 시트 사이에는 제2 내부 전극이 배치된 제2 유전체 시트가 개재되어 제1 내부 전극의 일부와 제2 내부 전극의 일부가 중첩되고, 제1 내부 전극의 제1 단부는 제1 외부 전극과 연결되고, 제1 내부 전극의 제2 단부는 상부 전극의 제2 단부보다 제2 외부 전극에 가깝게 배치되고, 제2 내부 전극의 제1 단부는 하부 전극의 제1 단부보다 제1 외부 전극에 가깝게 배치되고, 제2 내부 전극의 제2 단부는 제2 외부 전극과 연결될 수 있다.
유전체는 제1 내부 전극이 형성된 복수의 제1 유전체 시트가 적층되어 형성되되, 인접한 두 개의 제1 유전체 시트 사이에는 제2 내부 전극이 배치된 제2 유전체 시트가 개재되어 제1 내부 전극의 일부와 제2 내부 전극의 일부가 중첩되고, 제1 내부 전극의 제1 단부는 제1 외부 전극과 연결되고, 제1 내부 전극의 제2 단부는 상부 전극의 제2 단부와 동일 선상에 배치되고, 제2 내부 전극의 제1 단부는 하부 전극의 제1 단부와 동일 선상에 배치되고, 제2 내부 전극의 제2 단부는 제2 외부 전극과 연결될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 파워 모듈은 반도체 소자, 반도체 소자의 상부에 배치된 상부 방열 기판, 반도체 소자의 하부에 배치된 하부 방열 기판 및 상부 방열 기판 및 하부 방열 기판 사이에 개재된 적층형 세라믹 콘덴서를 포함할 수 있다.
적층형 세라믹 콘덴서는 상면, 하면, 전면, 후면, 제1 측면 및 제2 측면을 갖고, 내부에 복수의 내부 전극이 배치된 유전체, 유전체의 제1 측면에 배치된 제1 외부 전극, 유전체의 제2 측면에 배치된 제2 외부 전극, 유전체의 상면에 배치되고, 유전체의 제1 측면에 인접하여 배치되어 제1 외부 전극과 연결된 상부 전극 및 유전체의 하면에 배치되고, 유전체의 제2 측면에 인접하여 배치되어 제2 외부 전극과 연결된 하부 전극을 포함할 수 있다.
이때, 상부 전극의 제1 단부는 유전체의 제1 측면 방향으로 갈수록 유전체의 상면에 가까워지는 경사를 갖고, 상부 전극의 제2 단부는 유전체를 사이에 두고 하부 전극의 일부와 중첩되고, 하부 전극의 제12 단부는 유전체를 사이에 두고 상부 전극의 일부와 중첩되고, 하부 전극의 제2 단부는 유전체의 제2 측면 방향으로 갈수록 유전체의 하면에 가까워지는 경사를 갖을 수 있다.
적층형 세라믹 콘덴서는 CaZrTi 계, CaZrO3 계 및 CaSrTiZrO3 계 중 하나의 유전체를 포함하고, 소결 공정을 통해 상부 방열 기판에 부착되는 상부 전극 및 소결 공정을 통해 하부 방열 기판에 부착되는 하부 전극을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 적층형 세라믹 콘덴서는 상부 전극 및 하부 전극의 양측 단부를 부채꼴 형상으로 형성함으로써, 파워 모듈의 방열 기판들 사이에 적층형 세라믹 콘덴서를 쉽게 삽입 실장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 적층형 세라믹 콘덴서는 내부 전극 사이에 플로팅 전극을 개재함으로써, 크랙(Crack) 발생시에 쇼트를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 적층형 세라믹 콘덴서는 내부 전극을 교대로 배치하고, 상부 전극 및 하부 전극과 대응하도록 배치함으로써, 측면 모서리에서 크랙이 발생할 때 open model fail로 동작하여 쇼트를 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 파워 모듈은 재질 및 부착 공정을 통해 대략 250Mpa 내지 300Mpa 정도의 칩 강도를 형성함으로써, 파워 모듈의 고온 및 고압 환경에서 적층형 세라믹 콘덴서의 크랙 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 파워 모듈은 파워 모듈의 상부 방열 기판 및 하부 방열 기판 사이에 적층형 세라믹 콘덴서를 실장함으로써, 파워 모듈의 기생 성분을 감소시키고 파워 모듈의 부피를 감소시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 세라믹 콘덴서를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2의 상부 전극 및 하부 전극의 변형 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4 내지 도 6은 도 1의 유전체의 내부에 배치되는 내부 전극을 설명하기 위한 도면.
도 7은 종래의 파워 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 파워 모듈을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 세라믹 콘덴서(100)는 유전체(110), 제1 외부 전극(120), 제2 외부 전극(130), 상부 전극(140) 및 하부 전극(150)을 포함하여 구성된다. 이때, 적측형 세라믹 콘덴서는 상부 및 하부에 전극이 형성된 형태를 가지며, 파워 모듈(200)의 방열 기판 사이에 형성된 낮은 공간에 실장이 용이하도록 저배형(low thickness, 대략 1.0T 정도) 구조를 갖는다.
유전체(110)는 상면, 하면, 전면, 후면, 제1 측면 및 제2 측면을 갖는다. 유전체(110)는 상면, 상면과 마주하는 하면, 전면, 전면과 마주하는 후면, 제1 측면 및 제1 측면과 마주하는 제2 측면을 갖는 직육면체로 구성된 것을 일례로 한다. 이때, 유전체(110)는 내부 전극이 형성된 복수의 유전체 시트가 적층된 적층체로 구성될 수 있다
제1 외부 전극(120)은 유전체(110)의 제1 측면에 배치되는 전극이다. 제1 외부 전극(120)은 유전체(110)의 상면, 하면, 전면 및 후면에서 제2 외부 전극(130) 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
제2 외부 전극(130)은 유전체(110)의 제2 측면에 배치되는 전극이다. 제2 외부 전극(130)은 유전체(110)의 상면, 하면, 전면 및 후면에서 제1 외부 전극(120) 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
이때, 제1 외부 전극(120) 및 제2 외부 전극(130)은 유전체(110)의 상면, 하면, 전면 및 후면에서 소정 간격 이격된 상태로 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
상부 전극(140)은 적층형 세라믹 콘덴서(100)를 실장할 때 상부 방열 기판(220)의 하면에 연결되는 전극이다. 이에, 상부 전극(140)은 유전체(110)의 상면에 배치된다. 상부 전극(140)은 유전체(110)의 상면에서 유전체(110)의 제1 측면에 인접하여 배치되어 제1 외부 전극(120)과 연결되되, 제1 외부 전극(120) 중에서 유전체(110)의 상면에 형성된 일부와 연결된다.
상부 전극(140)은 제1 본체(141), 제1 본체(141)의 제1 단부에 배치된 제1 경사부(142) 및 제1 본체(141)의 제2 단부에 배치되는 제2 경사부(143)로 구분할 수 있다.
제1 본체(141)는 상면, 하면, 전면, 후면, 제1 측면 및 제2 측면을 갖는 직육면체 형상으로 형성된다. 여기서, 제1 측면은 제1 외부 전극(120) 방향으로 배치된 측면이고, 제2 측면은 제2 외부 전극(130) 방향으로 배치된 측면인 것으로 한다.
제1 경사부(142)는 제1 본체(141)의 제1 측면에 배치되며, 제1 본체(141)에서 유전체(110)의 제1 측면 방향으로 갈수록 유전체(110)의 상면에 가까워지는 경사를 갖는다. 이때, 제1 경사부(142)는 유전체(110)와 이격된 위치에서 유전체(110)의 전면(또는 후면)을 바라봤을 때 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 제1 경사부(142)를 수직으로 절단한 단면은 부채꼴 형상으로 형성된다.
제2 경사부(143)는 제1 본체(141)의 제2 측면에 배치되며, 제1 본체(141)에서 유전체(110)의 제2 측면 방향으로 갈수록 유전체(110)의 상면에 가까워지는 경사를 갖는다. 이때, 제2 경사부(143)는 유전체(110)와 이격된 위치에서 유전체(110)의 전면(또는 후면)을 바라봤을 때 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 제2 경사부(143)를 수직으로 절단한 단면은 부채꼴 형상으로 형성된다.
하부 전극(150)은 적층형 세라믹 콘덴서(100)를 실장할 때 파워 모듈(200)의 하부 방열 기판(230)의 상면에 연결되는 전극이다. 이에, 하부 전극(150)은 유전체(110)의 하면에 배치된다. 하부 전극(150)은 유전체(110)의 하면에서 유전체(110)의 제2 측면에 인접하여 배치되어 제2 외부 전극(130)과 연결되되, 제2 외부 전극(130) 중에서 유전체(110)의 하면에 형성된 일부와 연결된다.
하부 전극(150)은 제2 본체(151), 제2 본체(151)의 제1 단부에 배치된 제3 경사부(152) 및 제2 본체(151)의 제2 단부에 배치되는 제4 경사부(153)로 구분할 수 있다.
제2 본체(151)는 상면, 하면, 전면, 후면, 제1 측면 및 제2 측면을 갖는 직육면체 형상으로 형성된다. 여기서, 제1 측면은 제1 외부 전극(120) 방향으로 배치된 측면이고, 제2 측면은 제2 외부 전극(130) 방향으로 배치된 측면인 것으로 한다.
제3 경사부(152)는 제2 본체(151)의 제1 측면에 배치되며, 제2 본체(151)에서 유전체(110)의 제1 측면 방향으로 갈수록 유전체(110)의 하면에 가까워지는 경사를 갖는다. 이때, 제3 경사부(152)는 유전체(110)와 이격된 위치에서 유전체(110)의 전면(또는 후면)을 바라봤을 때 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 제3 경사부(152)를 수직으로 절단한 단면은 부채꼴 형상으로 형성된다.
제4 경사부(153)는 제2 본체(151)의 제2 측면에 배치되며, 제2 본체(151)에서 유전체(110)의 제2 측면 방향으로 갈수록 유전체(110)의 하면에 가까워지는 경사를 갖는다. 이때, 제4 경사부(153)는 유전체(110)와 이격된 위치에서 유전체(110)의 전면(또는 후면)을 바라봤을 때 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 제4 경사부(153)를 수직으로 절단한 단면은 부채꼴 형상으로 형성된다.
한편, 상부 전극(140) 및 하부 전극(150)은 유전체(110)를 사이에 두고 일부가 중첩되도록 배치될 수 있다. 즉, 상부 전극(140)의 제1 본체(141) 일부 및 제2 경사부(143)는 유전체(110)를 사이에 두고 하부 전극(150)의 제2 본체(151) 일부 및 제3 경사부(152)와 중첩된다.
이처럼, 적층형 세라믹 콘덴서(100)는 상부 전극(140) 및 하부 전극(150)의 양측 단부를 부채꼴 형상으로 형성함으로써, 파워 모듈(200)의 방열 기판들 사이에 적층형 세라믹 콘덴서(100)를 쉽게 삽입 실장할 수 있다
한편, 도 3을 참조하면, 제1 경사부(142) 내지 제4 경사부(153)는 유전체(110)와 이격된 위치에서 유전체(110)의 전면(또는 후면)을 바라봤을 때 직각 삼각형 형상으로 형성될 수도 있다. 다시 말해, 제1 경사부(142) 내지 제4 경사부(153)를 수직으로 절단한 단면은 직각 삼각형 형상으로 형성된다.
이외에도, 파워 모듈(200)의 방열 기판들 사이에 적층형 세라믹 콘덴서(100)를 쉽게 삽입 실장할 수 있다면 제1 경사부(142) 내지 제4 경사부(153)의 단면을 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 유전체(110)는 복수의 제1 내부 전극(111), 복수의 제2 내부 전극(112) 및 복수의 플로팅 전극(113)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 내부 전극(111), 제2 내부 전극(112) 및 플로팅 전극(113)은 판상의 도전체로 구성된 것을 일례로 한다.
유전체(110)는 제1 내부 전극(111) 및 제2 내부 전극(112)이 일면에 형성된 복수의 제1 유전체 시트가 적층되되, 인접한 두 개의 제1 유전체 시트 사이에 플로팅 전극(113)이 일면에 형성된 제2 유전체 시트가 개재된다. 유전체 시트는 복수의 제1 유전체 시트 및 복수의 제2 유전체 시트가 적층된 상태로 저온 소성되어 형성된다.
제1 내부 전극(111)은 제1 유전체 시트의 일면에서 제1 외부 전극(120) 방향으로 치우쳐져 배치된다. 제2 내부 전극(112)은 제1 유전체 시트의 일면에서 제2 외부 전극(130) 방향으로 치우쳐져 배치된다. 그에 따라, 제1 내부 전극(111)의 제1 단부는 제1 외부 전극(120)과 직접 연결되고, 제1 내부 전극(111)의 제2 단부는 제2 내부 전극(112)의 제1 단부와 소정 간격 이격되고, 제2 내부 전극(112)의 제2 단부는 제2 외부 전극(130)과 직접 연결된다.
플로팅 전극(113)은 제2 유전체 시트의 중앙에 배치된다. 플로팅 전극(113)의 제1 단부는 제1 외부 전극(120) 방향에 배치되고, 플로팅 전극(113)의 제2 단부는 제2 외부 전극(130) 방향에 배치된다. 이때, 플로팅 전극(113)은 제1 단부 방향의 일부가 제1 유전체 시트(또는 제2 유전체 시트)를 사이에 두고 제1 내부 전극(111)의 일부와 중첩되고, 제2 단부 방향의 일부가 제1 유전체 시트(또는 제2 유전체 시트)를 사이에 두고 제2 내부 전극(112)의 일부와 중첩된다. 플로팅 전극(113)은 제1 내부 전극(111)과 중첩된 영역과 제2 내부 전극(112)과 중첩된 영역 사이에 제1 내부 전극(111) 및 제2 내부 전극(112) 어디에도 중첩되지 않는 영역을 갖는다. 여기서, 플로팅 전극(113)은 제1 외부 전극(120) 및 제2 외부 전극(130)과 직접 연결되지 않는다.
이를 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 세라믹 콘덴서(100)는 크랙(Crack) 발생시에 쇼트를 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 유전체(110)는 복수의 제1 내부 전극(111) 및 복수의 제2 내부 전극(112)을 포함할 수도 있다. 여기서, 제1 내부 전극(111) 및 제2 내부 전극(112)은 판상의 도전체로 구성된 것을 일례로 한다.
유전체(110)는 제1 내부 전극(111)이 형성된 복수의 제1 유전체 시트가 적층되되, 인접한 두 개의 제1 유전체 시트 사이에 제2 내부 전극(112)이 형성된 제2 유전체 시트가 개재된다. 유전체 시트는 복수의 제1 유전체 시트 및 복수의 제2 유전체 시트가 교대로 적층된 상태로 저온 소성되어 형성된다.
제1 내부 전극(111)은 제1 유전체 시트의 일면에서 제1 외부 전극(120) 방향으로 치우쳐져 배치된다. 이때, 제1 내부 전극(111)의 제1 단부는 제1 외부 전극(120)과 직접 연결되고, 제1 내부 전극(111)의 제2 단부는 상부 전극(140)의 제2 단부보다 제2 외부 전극(130)에 가깝게 배치된다. 여기서, 상부 전극(140)의 제1 단부는 제1 외부 전극(120)과 동일 선상에 배치된다.
제2 내부 전극(112)은 제2 유전체 시트의 일면에서 제2 외부 전극(130) 방향으로 치우쳐져 배치된다. 이때, 제2 내부 전극(112)의 제1 단부는 하부 전극(150)의 제1 단부보다 제1 외부 전극(120)에 가깝게 배치되고, 제1 내부 전극(111)의 제2 단부는 제2 외부 전극(130)과 직접 연결된다. 여기서, 상부 전극(140)의 제2 단부는 제2 외부 전극(130)과 동일 선상에 배치된다.
제1 내부 전극(111)의 일부는 제1 유전체 시트(또는 제2 유전체 시트)를 사이에 두고 제2 내부 전극(112)의 일부와 중첩된다. 즉, 제1 내부 전극(111)의 제2 단부 방향의 일부는 제2 내부 전극(112)의 제1 단부 방향의 일부와 중첩된다. 이때, 제1 내부 전극(111) 및 제2 내부 전극(112)은 서로 중첩되지 않는 영역을 갖는다.
도 6을 참조하면, 제1 내부 전극(111)의 제2 단부는 상부 전극(140)의 제2 단부와 동일 선상에 배치되고, 제2 내부 전극(112)의 제1 단부는 하부 전극(150)의 제1 단부와 동일 선상에 배치될 수도 있다. 이를 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 세라믹 콘덴서(100)는 측면 모서리에서 크랙이 발생할 때 open model fail로 동작하여 쇼트를 방지할 수 있다.
도 7을 참조하면, 종래의 파워 모듈(10)은 GaN 또는 Sic 소재의 반도체 소자(11)와, 반도체 소자(11)의 상면에 배치된 상부 방열 기판(12), 반도체 소자(11)의 하면에 배치된 하부 방열 기판(13), 상부 방열 기판(12)의 상부에 배치되고 적층형 세라믹 콘덴서(14)가 실장된 인쇄회로기판(15), 인쇄회로기판(15)과 상부 방열 기판(12)을 연결하는 복수의 전도성 핀(16)을 포함하여 구성된다.
이로 인해, 종래의 파워 모듈(10)은 전도성 핀(16)에 의한 기생 성분이 증가하고, 파워 모듈(10)의 부피가 증가하여 실장 면적이 증가하게 된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 모듈(200)은 종래의 파워 모듈(10)의 문제점을 해결하기 위해서 적층형 세라믹 콘덴서(100)가 상부 방열 기판(220) 및 하부 방열 기판(230) 사이에 개재된다.
이를 위해, 적층형 세라믹 콘덴서(100)는 상부 및 하부에 전극이 형성된 형태를 가지며, 파워 모듈(200)의 방열 기판 사이에 형성된 낮은 공간에 실장이 용이하도록 저배형(대략 1.0T 정도) 구조를 갖으며, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 세라믹 콘덴서(100)다.
본 발명의 실시 예에 따른 파워 모듈(200)은 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전기 자동차(EV, Electric Vehicle) 등에 사용된다. 이에, 적층형 세라믹 콘덴서(100)는 고온 고출력 파워 모듈(200)에 사용되기 위해서 대략 150℃ 이상의 고온에서도 안정적인 동작이 필요한데, 방열 기판 사이의 좁은 공간 실장이 용이하도록 저배형으로 형성됨에 따라 칩의 강도 문제가 발생할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 세라믹 콘덴서(100)는 glass 재료를 첨가하여 강도를 향상시킨다.
일례로, 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 세라믹 콘덴서(100)는 CaZrTi 계, CaZrO3 계 및 CaSrTiZrO3 계인 유전체(110)를 사용하여 대략 200℃ 정도에서도 안정적인 강도를 갖는다. 또한, MnZrSiO3 glass 재료를 첨가하여 소성시 종래의 입자 사이즈(대략 1.9u 정도보다 작은 입자 사이즈(대략 1.3u 정도)를 구현하여 적층형 세라믹 콘덴서(100)의 강도를 향상시킨다.
본 발명의 실시 예에 따른 파워 모듈(200)은 팽창 계수가 적고 고온 환경에서 사용이 가능한 은 소결(Ag sintering) 공정을 통해 저층형 세라믹 콘덴서(100)를 부착한다. 이때, 파워 모듈(200)은 압력이 대략 5Mpa 정도이고 온도가 대략 300℃ 정도의 환경, 또는 압력이 대략 10Mpa 정도이고 온도가 대략 250℃ 정도의 환경에서 Ag sintering 공정을 통해 적층형 세라믹 콘덴서(100)를 부착한다.
이를 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 모듈(200)은 상술한 재질 및 부착 공정을 통해 대략 250Mpa 내지 300Mpa 정도의 칩 강도를 형성함으로써, 파워 모듈(200)의 고온 및 고압 환경에서 적층형 세라믹 콘덴서(100)의 크랙 발생을 방지할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 모듈(200)은 파워 모듈(200)의 상부 방열 기판(220) 및 하부 방열 기판(230) 사이에 적층형 세라믹 콘덴서(100)를 실장함으로써, 파워 모듈(200)의 기생 성분을 감소시키고 파워 모듈(200)의 부피를 감소시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 적층형 세라믹 콘덴서 110: 유전체
111: 제1 내부 전극 112: 제2 내부 전극
113: 플로팅 전극 120: 제1 외부 전극
130: 제2 외부 전극 140: 상부 전극
141: 제1 본체 142: 제1 경사부
143: 제2 경사부 150: 하부 전극
151: 제2 본체 152: 제3 경사부
153: 제4 경사부 200: 파워 모듈
210: 반도체 소자 220: 상부 방열 기판
230: 하부 방열 기판

Claims (16)

  1. 상면, 하면, 전면, 후면, 제1 측면 및 제2 측면을 갖고, 내부에 복수의 내부 전극이 배치된 유전체;
    상기 유전체의 제1 측면에 배치된 제1 외부 전극;
    상기 유전체의 제2 측면에 배치된 제2 외부 전극;
    상기 유전체의 상면에 배치되고, 상기 유전체의 제1 측면에 인접하여 배치되어 상기 제1 외부 전극과 연결된 상부 전극; 및
    상기 유전체의 하면에 배치되고, 상기 유전체의 제2 측면에 인접하여 배치되어 상기 제2 외부 전극과 연결된 하부 전극을 포함하는 적층형 세라믹 콘덴서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 제2 외부 전극과 연결되지 않고, 상기 하부 전극은 상기 제1 외부 전극과 연결되지 않는 적층형 세라믹 콘덴서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 제1 외부 전극과 상기 제2 외부 전극 사이의 이격 공간에서 상기 유전체를 사이에 두고 상기 하부 전극의 일부와 중첩된 적층형 세라믹 콘덴서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극은,
    상기 유전체의 제1 측면에 인접하여 배치된 제1 측면을 갖고, 상기 유전체의 상면에 배치된 제1 본체; 및
    상기 제1 본체의 제1 측면에 배치되어 상기 유전체의 제1 측면 방향으로 갈수록 상기 유전체의 상면에 가까워지는 경사를 갖는 제1 경사부를 포함하는 적층형 세라믹 콘덴서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 본체는 상기 제1 본체의 제1 측면에 대향되는 제2 측면을 갖고,
    상기 상부 전극은 상기 제1 본체의 제2 측면에 배치되어 상기 유전체의 제2 측면 방향으로 갈수록 상기 유전체의 상면에 가까워지는 경사를 갖는 제2 경사부를 더 포함하는 적층형 세라믹 콘덴서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 전극은,
    상기 유전체의 제1 측면 방향으로 배치된 제1 측면과 상기 유전체의 제2 측면에 인접하여 배치된 제2 측면을 갖고, 상기 유전체의 하면에 배치된 제2 본체; 및
    상기 제2 본체의 제2 측면에 배치되어 상기 유전체의 제2 측면 방향으로 갈수록 상기 유전체의 하면에 가까워지는 경사를 갖는 제3 경사부를 포함하는 적층형 세라믹 콘덴서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하부 전극은 상기 제2 본체의 제1 측면에 배치되어 상기 유전체의 제1 측면 방향으로 갈수록 상기 유전체의 하면에 가까워지는 경사를 갖는 제4 경사부를 더 포함하는 적층형 세라믹 콘덴서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유전체는,
    일면에 제1 내부 전극 및 제2 내부 전극이 상호 이격되도록 배치된 복수의 제1 유전체 시트가 적층되어 형성되되, 인접한 두 개의 제1 유전체 시트 사이에는 일면에 플로팅 전극이 배치된 제2 유전체 시트가 개재되고,
    상기 플로팅 전극의 제1 단부는 상기 제1 유전체 시트 또는 상기 제2 유전체 시트를 사이에 두고 상기 제1 내부 전극의 일부와 중첩되고,
    상기 플로팅 전극의 제2 단부는 상기 제1 유전체 시트 또는 상기 제2 유전체 시트를 사이에 두고 상기 제2 내부 전극의 일부와 중첩된 적층형 세라믹 콘덴서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유전체는,
    제1 내부 전극이 형성된 복수의 제1 유전체 시트가 적층되어 형성되되, 인접한 두 개의 제1 유전체 시트 사이에는 제2 내부 전극이 배치된 제2 유전체 시트가 개재되어 상기 제1 내부 전극의 일부와 상기 제2 내부 전극의 일부가 중첩되고,
    상기 제1 내부 전극의 제1 단부는 상기 제1 외부 전극과 연결되고, 상기 제1 내부 전극의 제2 단부는 상기 상부 전극의 제2 단부보다 상기 제2 외부 전극에 가깝게 배치되고,
    상기 제2 내부 전극의 제1 단부는 상기 하부 전극의 제1 단부보다 상기 제1 외부 전극에 가깝게 배치되고, 상기 제2 내부 전극의 제2 단부는 상기 제2 외부 전극과 연결된 적층형 세라믹 콘덴서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유전체는,
    제1 내부 전극이 형성된 복수의 제1 유전체 시트가 적층되어 형성되되, 인접한 두 개의 제1 유전체 시트 사이에는 제2 내부 전극이 배치된 제2 유전체 시트가 개재되어 상기 제1 내부 전극의 일부와 상기 제2 내부 전극의 일부가 중첩되고,
    상기 제1 내부 전극의 제1 단부는 상기 제1 외부 전극과 연결되고, 상기 제1 내부 전극의 제2 단부는 상기 상부 전극의 제2 단부와 동일 선상에 배치되고,
    상기 제2 내부 전극의 제1 단부는 상기 하부 전극의 제1 단부와 동일 선상에 배치되고, 상기 제2 내부 전극의 제2 단부는 상기 제2 외부 전극과 연결된 적층형 세라믹 콘덴서.
  11. 반도체 소자;
    상기 반도체 소자의 상부에 배치된 상부 방열 기판;
    상기 반도체 소자의 하부에 배치된 하부 방열 기판; 및
    상기 상부 방열 기판 및 상기 하부 방열 기판 사이에 개재된 적층형 세라믹 콘덴서를 포함하는 파워 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적층형 세라믹 콘덴서는,
    상면, 하면, 전면, 후면, 제1 측면 및 제2 측면을 갖고, 내부에 복수의 내부 전극이 배치된 유전체;
    상기 유전체의 제1 측면에 배치된 제1 외부 전극;
    상기 유전체의 제2 측면에 배치된 제2 외부 전극;
    상기 유전체의 상면에 배치되고, 상기 유전체의 제1 측면에 인접하여 배치되어 상기 제1 외부 전극과 연결된 상부 전극; 및
    상기 유전체의 하면에 배치되고, 상기 유전체의 제2 측면에 인접하여 배치되어 상기 제2 외부 전극과 연결된 하부 전극을 포함하는 파워 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 상부 전극의 제1 단부는 상기 유전체의 제1 측면 방향으로 갈수록 상기 유전체의 상면에 가까워지는 경사를 갖고,
    상기 상부 전극의 제2 단부는 상기 유전체를 사이에 두고 상기 하부 전극의 일부와 중첩된 파워 모듈.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 하부 전극의 제12 단부는 상기 유전체를 사이에 두고 상기 상부 전극의 일부와 중첩되고,
    상기 하부 전극의 제2 단부는 상기 유전체의 제2 측면 방향으로 갈수록 상기 유전체의 하면에 가까워지는 경사를 갖는 파워 모듈.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 적층형 세라믹 콘덴서는 CaZrTi 계, CaZrO3 계 및 CaSrTiZrO3 계 중 하나의 유전체를 포함하는 파워 모듈.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 적층형 세라믹 콘덴서는,
    소결 공정을 통해 상기 상부 방열 기판에 부착되는 상부 전극; 및
    소결 공정을 통해 상기 하부 방열 기판에 부착되는 하부 전극을 포함하는 파워 모듈.
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