多层电容器和其中安装有多层电容器的板组件的制作方法

多层电容器和其中安装有多层电容器的板组件
1.本技术要求于2020年12月28日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0184165号韩国专利申请和于2021年5月26日在韩国知识产权局提交的第10-2021-0067719号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
技术领域
2.本公开涉及一种多层电容器和其中安装有多层电容器的板组件。


背景技术：

3.多层陶瓷电容器(mlcc)是无源组件，并且可控制电路中的电信号。
4.近来，随着电子装置的小型化和轻量化，用于电子装置的多层电容器也朝着大容量和小型化的方向发展。
5.为了开发具有减小的尺寸且高容量的多层电容器，可能需要减小介电层的厚度，但是当介电层具有减小的厚度时，在相等量的驱动电压下，对每单位厚度的电介质施加的电场会增加，因此，会容易使绝缘电阻降低，这会导致难以驱动电子装置。
6.特别地，在高温和高湿度的负载环境下，会容易使内电极和介电层剥离，因此，也会更容易使多层电容器的绝缘电阻降低。绝缘电阻的降低会使多层电容器的耐湿可靠性劣化。


技术实现要素：

7.本公开的一个方面在于提供一种具有改善的耐湿可靠性的多层电容器和其中安装有所述多层电容器的板组件。
8.根据本公开的一方面，一种多层电容器包括：电容器主体，包括交替设置的介电层和内电极，且所述介电层介于所述内电极之间；以及外电极，设置在所述电容器主体上以连接到所述内电极中的一个或更多个。在所述电容器主体的在所述电容器主体的宽度方向上的边缘与所述内电极之间的界面上，所述内电极的端部的孔隙率小于50％。
9.在示例实施例中，所述电容器主体可包括在第一方向上彼此相对的第一表面和第二表面以及在第二方向上彼此相对的第三表面和第四表面，所述第一方向和所述第二方向不同，并且所述内电极可包括在所述第一方向上交替设置的第一内电极和第二内电极，所述外电极包括第一外电极和第二外电极，所述第一外电极和所述第二外电极分别设置在所述电容器主体的所述第三表面和所述第四表面上并且分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极。
10.在示例实施例中，所述电容器主体可包括有效区、上盖和下盖，在所述有效区中，所述第一内电极和所述第二内电极在所述第一方向上彼此叠置，所述上盖和所述下盖分别设置在所述有效区的上表面和下表面上。
11.在示例实施例中，所述多层电容器还可包括：镀层，设置在所述外电极上。
12.在示例实施例中，所述电容器主体可以通过在烧结期间以3000℃/min或更高的速
率将温度从600℃升高到900℃被烧结。
13.根据本公开的一方面，一种其中安装有多层电容器的板组件包括：板，在一个表面上具有多个电极焊盘；以及多层电容器，安装有连接到所述电极焊盘的外电极。
14.根据本公开的一方面，一种多层电容器包括：电容器主体，包括交替设置的介电层和内电极，且所述介电层介于所述内电极之间，所述电容器主体包括在所述电容器主体的厚度方向上彼此相对的第一表面和第二表面、在所述电容器主体的长度方向上彼此相对的第三表面和第四表面、以及在所述电容器主体的宽度上彼此相对的第五表面和第六表面，并且所述内电极包括从所述第一表面延伸的第一内电极和从所述第二表面延伸的第二内电极；以及第一外电极和第二外电极，分别设置在所述第三表面和所述第四表面上以分别连接到所述第一内电极和所述第二内电极。在宽度方向-厚度方向平面中，在所述内电极的与所述第五表面或所述第六表面相邻的端部处具有孔的内电极的数量与所述内电极的总数量的比率小于50％。
15.所述比率可以为24％或更大。
附图说明
16.通过结合附图以及以下具体实施方式，本公开的以上和其他方面、特征和优点将被更清楚地理解，在附图中：
17.图1是示出根据本公开的示例实施例的多层电容器的一部分被切除的立体图；
18.图2a和图2b是示出图1所示的第一内电极和第二内电极的平面图；
19.图3是沿图1中的线i-i'截取的截面图；
20.图4是示出湿气渗透到电容器主体中的路径的截面图；
21.图5至图8是示出了根据内电极的端部的孔隙率的耐湿可靠性的曲线图；
22.图9至图12是示出根据温度升高速率的内电极的端部的sem图像；
23.图13是示出根据本公开的示例实施例的多层电容器和板的安装结构的立体图；以及
24.图14至图16是示出了根据内电极的端部的孔隙率的耐湿可靠性的曲线图。
具体实施方式
25.在下文中，将参照附图如下描述本公开的实施例。
26.然而，本公开可以以许多不同的形式例示，并且不应被解释为限于在此阐述的具体实施例。
27.相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。
28.为了描述的清楚性，可夸大附图中的要素的形状和尺寸，并且在附图中，由相同的附图标记指示的要素是相同的要素。
29.此外，将理解的是，除非另有说明，否则当一部分“包括”要素时，它还可包括其他要素，而不排除其他要素。
30.关于电容器主体110的方向，图中的x、y和z分别表示电容器主体110的长度方向、宽度方向和厚度方向。
31.z方向可以是与层叠介电层的层叠方向相同的方向。
32.图1是示出根据示例实施例的多层电容器的一部分被切除的立体图。图2a和图2b是示出图1所示的第一内电极和第二内电极的平面图。图3是沿图1中的线i-i'截取的截面图。
33.参照图1至图3，根据示例实施例的多层电容器100可包括电容器主体110以及第一外电极131和第二外电极132。
34.电容器主体110可包括多个介电层111和多个第一内电极121和多个第二内电极122，第一内电极121和第二内电极122在z方向上交替设置且介电层111介于第一内电极121和第二内电极122之间。
35.电容器主体110可通过在z方向上层叠多个介电层111并烧结介电层111来获得，并且电容器主体110的彼此相邻的介电层111之间的边界可被一体化为使得在不使用扫描电子显微镜(sem)的情况下，难以识别它们之间的边界。
36.电容器主体110可具有大体六面体形状，但是其示例实施例不限于此。此外，电容器主体110的形状和尺寸以及层叠的介电层111的数量不限于附图中所示的示例。
37.在示例实施例中，电容器主体110的在z方向上彼此相对的两个表面可被定义为第一表面1和第二表面2，连接到第一表面1和第二表面2并且在x方向上彼此相对的两个表面可被定义为第三表面3和第四表面4，并且连接到第一表面1和第二表面2以及第三表面3和第四表面4并且在y方向上彼此相对的两个表面可被定义为第五表面5和第六表面6。
38.此外，在示例实施例中，多层电容器100的安装表面可以是电容器主体110的第一表面1。
39.介电层111可包括具有高介电常数(high-k)的陶瓷材料，例如钛酸钡(batio3)基陶瓷粉末或钛酸锶(srtio3)基陶瓷粉末，但是其示例实施例不限于此，只要能够获得足够的电容即可。
40.除了陶瓷粉末之外，介电层111还可包括陶瓷添加剂、有机溶剂、增塑剂、粘合剂和分散剂。
41.作为陶瓷添加剂，可使用过渡金属氧化物、过渡金属碳化物、稀土元素、镁(mg)或铝(al)。
42.电容器主体110可包括对形成电容器的电容有贡献的有效区以及上盖112和下盖113，上盖112和下盖113作为上边缘部和下边缘部，形成在有效区的在z方向上的上方和下方。
43.除了上盖112和下盖113不包括内电极的构造之外，上盖112和下盖113可具有与介电层111的材料和构造相同的材料和构造。
44.上盖112和下盖113可通过分别沿z方向在有效区的上表面和下表面上层叠单个介电层或者两个或更多个介电层来形成，并且可防止由物理应力或化学应力引起的对第一内电极121和第二内电极122的损坏。
45.第一内电极121和第二内电极122可被施加有不同极性的电压，并且可在z方向上交替地设置且介电层111介于第一内电极121和第二内电极122之间，并且第一内电极121的一端和第二内电极122的一端可分别暴露于电容器主体110的第三表面3和第四表面4。
46.在这种情况下，第一内电极121和第二内电极122可通过设置在其间的介电层111
彼此电绝缘。
47.因此，第一内电极121和第二内电极122的通过电容器主体110的第三表面3和第四表面4交替暴露(或与电容器主体110的第三表面3和第四表面4接触或从电容器主体110的第三表面3和第四表面4延伸)的端部可分别电连接到设置在电容器主体110的第三表面3上的第一外电极131和设置在电容器主体110的第四表面4上的第二外电极132。
48.此外，在电容器主体110的y-z方向截面表面上，在电容器主体110的在y方向上的边缘与内电极之间的界面上，内电极的端部的孔隙率可小于50％。
49.也就是说，在电容器主体110的y方向边缘与第一内电极和第二内电极的在y方向上的端部之间的界面处，在端部处具有孔的第一内电极和第二内电极包括在电容器主体110中。孔隙率可小于50％。在一个示例中，孔隙率可小于50％且大于0。在一个示例中，孔隙率可指在电容器主体110的y方向边缘与第一内电极和第二内电极的在y方向上的端部之间的界面处，在端部处具有孔的第一内电极和第二内电极的数量与第一内电极和第二内电极的总数量的比率。换句话说，在宽度方向-厚度方向的平面中，在第一内电极和第二内电极的与电容器主体110的第五表面或所述第六表面相邻的端部处具有孔的第一内电极和第二内电极的数量与第一内电极和第二内电极的总数量的比率小于50％。
50.通过上述构造，当将预定电压施加到第一外电极131和第二外电极132时，电荷可在第一内电极121和第二内电极122之间积聚。
51.在这种情况下，多层电容器100的电容可与第一内电极121和第二内电极122之间的叠置面积成比例，在有效区中，第一内电极121和第二内电极122在z方向上彼此叠置。
52.此外，用于形成第一内电极121和第二内电极122的材料不限于任何特定材料，并且第一内电极121和第二内电极122可使用利用贵金属材料(诸如铂(pt)、钯(pd)、钯-银(pd-ag)合金)、镍(ni)和铜(cu)中的至少一种形成的导电膏来形成。
53.在这种情况下，作为印刷导电膏的方法，可使用丝网印刷法或凹版印刷法，并且其示例实施例不限于此。
54.第一外电极131和第二外电极132可被施加有不同极性的电压，可设置在电容器主体110的两端上，并且可分别电连接到第一内电极121的暴露部分和第二内电极122的暴露部分。
55.在这种情况下，第一外电极131和第二外电极132可包括导电层和镀层，导电层形成在电容器主体110的第三表面3和第四表面4上，镀层形成在导电层上。
56.镀层可包括形成在导电层上的镍(ni)镀层和形成在镍(ni)镀层上的锡(sn)镀层。
57.第一外电极131可包括第一连接部131a和第一带部131b。
58.第一连接部131a可形成在电容器主体110的第三表面3上，并且可连接到第一内电极121的暴露部分，并且第一带部131b可从第一连接部131a延伸到电容器主体110的第一表面1的一部分。
59.在这种情况下，第一带部131b还可延伸到电容器主体110的第五表面5的一部分和第六表面6的一部分以及第二表面2的一部分，以改善粘附强度。
60.第二外电极132可包括第二连接部132a和第二带部132b。
61.第二连接部132a可形成在电容器主体110的第四表面4上，并且可连接到第二内电极122的暴露部分，并且第二带部132b可从第二连接部132a延伸到电容器主体110的第一表
面1的一部分。
62.在这种情况下，第二带部132b还可延伸到电容器主体110的第五表面5的一部分和第六表面6的一部分以及第二表面2的一部分，以改善粘附强度。
63.图4是示出湿气渗透到电容器主体中的路径的截面图。
64.参照图4，在高温和高湿度条件下，在多层电容器中，从外部或镀液供应的湿气可以以下述顺序渗入电容器主体中：电容器主体和外电极之间的界面、外电极和内电极之间的界面、内电极和介电边缘之间的界面以及内电极和介电层之间的界面，因此会发生电离剥离(ionized peeling)，从而会使多层电容器的耐湿可靠性降低。
65.通常，电容器主体可利用内电极和电介质形成，内电极在600℃开始烧结，电介质在900℃或更高开始烧结。
66.为了实现多层电容器的电特性，可能需要通过900℃或更高的烧结工艺使电介质致密化。由于内电极的烧结起始温度相对较低，并且在烧结电介质的过程中会对内电极施加额外的热量，因此会发生内电极的过度收缩，使得会在内电极中形成孔。
67.在内电极和介电层之间的界面处，湿气会通过内电极的端部上的孔快速渗透到电容器主体中，并且该湿气渗透会引起介电层和内电极之间的剥离，使得绝缘电阻会降低，并且该绝缘电阻的降低会导致多层电容器的耐湿可靠性的降低。
68.因此，为了防止耐湿可靠性劣化，阻隔从外部进入电容器主体的湿气渗透路径并且开发一种通过外电极的组合物和多层电容器的结构设计来阻隔这种渗透路径的通用方法可以是重要的。
69.然而，随着多层电容器小型化，外电极倾向于具有减小的厚度，并且由于有限的结构设计和具有减小的厚度的外电极，在阻隔湿气渗透路径方面可存在限制。
70.在示例实施例中，可通过从内电极开始烧结的温度点到电介质开始烧结的温度点的快速温度升高来同时烧结电介质和内电极，从而可防止内电极的过度收缩。
71.通过这种方式，在电容器主体的在y方向上的边缘和内电极之间的界面上，在内电极的端部上可不形成孔，该端部可填充有电介质，或者可填充有玻璃相，该玻璃相通过电介质或内电极的元素之间的反应来形成，使得内电极的端部的孔隙率可小于50％。
72.通过经由同时烧结内电极和电介质来将在电容器主体在y方向上的边缘与内电极之间的界面上的内电极的端部的孔隙率构造为小于50％，可以尽可能地阻隔与内电极和电介质的边缘之间的界面相对应的湿气渗透路径，并且可防止多层电容器的绝缘电阻的降低。
73.因此，可在不改变材料或没有其他微结构变化的情况下改善多层电容器的耐湿可靠性，并且可提供在高温、高湿度环境中具有改善的高可靠性和高容量的多层电容器。
74.在下文中，可执行测试以确定在电容器主体的在y方向上的边缘与内电极之间的界面上的内电极的端部的孔隙率与耐湿可靠性之间的相关性。
75.下表1列出了耐湿可靠性劣化的片和耐湿可靠性未劣化的片中的内电极的端部的孔隙率的分析结果。
76.在这种情况下，绝缘电阻ir测量条件为85℃的温度、85％的湿度、4v的电压和30小时的时间，并且测试40个样品。
77.[表1]
[0078][0079]
图5至图8是示出了根据内电极的端部的孔隙率的耐湿可靠性的曲线图。
[0080]
这里，对于孔隙率，制备三个多层电容器，将多层电容器的y-z表面在x方向上抛光至约1/2的深度以暴露y-z截面表面，在大于等于50且小于等于100个的电极层中，在z方向上的中央位置处，在电容器主体的在y方向上的边缘与内电极之间的界面上，使用sem以30k的放大倍数对内电极的端部的孔的数量进行成像，通过测量大于等于50且小于等于100个层，将在内电极的端部上包括孔的内电极的数量与在相应区域中测量的内电极层的数量进行比较，并且计算三个孔隙率的平均值作为端部的孔隙率。
[0081]
图5示出了编号1的ir的变化，图6示出了编号2的ir的变化，图7示出了编号3的ir的变化，并且图8示出了编号4的ir的变化。
[0082]
参照表1和图5至图8，在比较示例中，在编号1中，对于ir劣化率，40个中的7个是有缺陷的，表明18％的劣化率，并且在编号2中，对于ir劣化率，40个中的7个是有缺陷的，表明18％的劣化率。在实施例中，在编号3和编号4中没有出现缺陷。
[0083]
此外，在具有劣化的耐湿可靠性的片(编号1、编号2)中，内电极的端部的孔隙率为50％或更大，并且在其中防止或减少孔的形成使得耐湿可靠性没有劣化的片(编号3、编号4)中，内电极的端部的孔隙率小于50％。
[0084]
因此，如在示例实施例中，当在电容器主体的在y方向上的边缘与内电极之间的界面上，内电极的端部的孔隙率小于50％时，可改善耐湿可靠性。
[0085]
图14至图16是示出了根据内电极的端部的孔隙率的耐湿可靠性的曲线图。这里，通过与上述方法相同的方法计算孔隙率，因此，将不提供其描述。此外，使用具有0603的尺寸和x5r的温度特性以及4μf或更大的标称容量的多层电容器，ir测量条件是85℃的温度、85％的湿度、9.45v的电压、24小时的时间，并且测试40个样品。
[0086]
[表2]
[0087][0088]
图14示出了编号9的ir的变化，图15示出了编号10的ir的变化，并且图16示出了编号11的ir的变化。
[0089]
参照表2和图14至图16，在比较示例中，在编号9中，对于ir劣化率，40个中有7个是有缺陷的，表明劣化率为18％，在编号10中，孔隙率为24％，对于ir劣化率，40个中有0个是有缺陷的，表明没有出现缺陷。在孔隙率为27％的编号11中，对于ir劣化率，40个中的0个是有缺陷的，表明没有出现缺陷。
[0090]
此外，在具有劣化的耐湿可靠性的片(编号9)中，内电极的端部的孔隙率为50％或更大，并且在耐湿可靠性未劣化的片(编号10、编号11)中，内电极的端部的孔隙率分别为24％和27％(小于50％)。
[0091]
可以预测，多层电容器中的缺陷率可随着电容器主体的在y方向上的边缘与内电极之间的界面上的内电极的端部的孔隙率降低而降低，但是根据实验，孔隙率没有降低到小于24％。
[0092]
因此，基于表1和表2，可防止多层电容器的耐湿可靠性劣化的电容器主体的在y方向上的边缘与内电极之间的界面上的内电极的端部的孔隙率的水平可大于等于24％且小于50％。
[0093]
此外，执行测试以发现内电极的端部的孔隙率和耐湿可靠性根据温度升高速率的差异。
[0094]
为此，制备具有x5r的温度特性和22μf的标称容量的具有普通电介质和内电极组合物的设计的多层电容器，并且如下表3所示，制备四组样品，在这四组样品中，通过区分从内电极开始烧结的温度到电介质开始烧结的温度的温度升高速率来控制内电极的端部的孔的形成程度，并且通过微观结构和ir的变化来分析耐湿可靠性的差异。
[0095]
[表3]
[0096][0097]
表3列出了在制造多层电容器的工艺中，当烧制层叠体时，根据温度升高速率来评估内电极的端部的孔隙率和耐湿可靠性的结果。
[0098]
图9至图12分别是编号5至编号8的内电极的端部的sem图像。
[0099]
参照表3，编号5和编号6是比较示例，当如编号5和编号6中的温度升高速率小于3000℃/min时，在与电介质相比，内电极预先收缩的同时，内电极可由于用于使电介质致密化的额外的热而过度收缩，因此，在内电极的端部形成了大量的孔，50％或更多，如图9和图10所示。
[0100]
然而，如在编号7和编号8中，当温度以3000℃/min或更高的速度快速升高时，同时执行内电极和电介质的烧结，使得内电极和电介质的收缩速率可以是相似的。因此，如图12所示，在内电极的端部中没有形成大量的孔，内电极的端部的孔被致密化的电介质填充，或者由电介质或内电极形成的玻璃相填充内电极的端部的孔，使得内电极的端部的孔隙率可降低到小于50％。
[0101]
因此，当烧结层叠体时，温度升高速率可优选为3000℃/min或更高，并且在低于上述温度升高速率的情况下，同时烧结电介质和内电极的效果会降低，使得会在内电极的端部形成50％或更多的孔。
[0102]
图13是示出根据示例实施例的多层电容器和板的安装结构的立体图。
[0103]
参照图13，在示例实施例中，其中安装有多层电容器的板组件可包括板210以及第一电极焊盘221和第二电极焊盘222，多层电容器100安装在板210上，第一电极焊盘221和第二电极焊盘222在板210的上表面上彼此间隔开。
[0104]
在多层电容器100中，第一外电极131和第二外电极132可分别连接到第一电极焊盘221和第二电极焊盘222以分别与第一电极焊盘221和第二电极焊盘222接触，并且第一外电极131和第二外电极132可安装在板210上。
[0105]
在这种情况下，第一外电极131可通过焊料231结合并且电连接和物理连接到第一电极焊盘221，第二外电极132可通过焊料232结合并且电连接和物理连接到第二电极焊盘222。
[0106]
这里，多层电容器100可由上述示例实施例中描述的多层电容器实现，并且将不提供其详细描述以避免重复。
[0107]
根据上述示例实施例，在电容器主体的在宽度方向上的边缘与内电极之间的界面上，通过将内电极的端部的孔隙率构造为小于50％，可改善多层电容器的耐湿可靠性。
[0108]
虽然以上已经示出和描述了示例实施例，但是对于本领域技术人员将易于理解的
是，在不脱离本公开的由所附权利要求限定的范围的情况下，可作出修改和变型。