(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
一般に、キャパシタ、インダクタ、圧電素子、バリスタ又はサーミスタなどのセラミック材料を用いる電子部品は、セラミック材料からなるセラミックボディ、セラミックボディの内部に形成された内部電極、及び上記内部電極と接続されるようにセラミックボディの表面に設置された外部電極を備える。
【0003】
積層セラミック電子部品のうち積層セラミックキャパシタは、積層された複数の誘電体層、一つの誘電体層を挟んで対向配置される内部電極、上記内部電極に電気的に接続された外部電極を含む。
【0004】
積層セラミックキャパシタは、小型であり且つ高容量が保障され、実装が容易であるという長所により、コンピュータ、PDA、携帯電話などの移動通信装置の部品として広く用いられている。
【0005】
最近、電気・電子機器産業の高性能化及び軽薄短小化に伴い、電子部品においても小型、高性能及び低価格化が求められている。
【0006】
特に、CPUの高速化、機器の小型軽量化、デジタル化及び高機能化が進むにつれて、積層セラミックキャパシタも小型化、薄層化、高容量化、高周波領域における低インピーダンス化などの特性を具現するための研究開発が活発に進められている。
【0007】
一方、誘電体の薄膜化に伴い、微粒の内部電極材料の使用が必須となっている。しかしながら、材料の大きさが小さくなるほど焼結収縮抑制力が減少し、焼成後の電極連結性が悪化する。
【0008】
また、微粒材料の使用には分散のための過量の有機物が必要であるため、無機物の充填率が低くなり、焼成後の電極連結性の悪化及び残炭の増加の原因となっている。
【0009】
よって、電極連結性を高めながらも耐電圧特性を向上させることができる方法が求められている。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
【0019】
本発明の一実施形態は、セラミック電子部品に関するものであり、セラミック材料を用いる電子部品としては、キャパシタ、インダクタ、圧電体素子、バリスタ、又はサーミスタなどがある。以下では、セラミック電子部品の一例として積層セラミックキャパシタについて説明する。
【0020】
図1は、本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタを示す概略的な斜視図である。
【0021】
図2は、
図1のA−A'線に沿った積層セラミックキャパシタの概略的な断面図である。
【0022】
図1及び
図2を参照すると、本発明の一実施形態による積層セラミックキャパシタは、セラミックボディ110、上記セラミックボディの内部に形成された内部電極121、122、上記セラミックボディ110の外側に形成される外部電極131、132を含むことができる。
【0023】
本発明の一実施形態において、積層セラミックキャパシタの「長さ方向」は
図1の「L」方向、「幅方向」は「W」方向、「厚さ方向」は「T」方向と定義されることができる。上記「厚さ方向」は、誘電体層を積み上げる方向、即ち、「積層方向」と同一の概念で用いられることができる。
【0024】
上記セラミックボディ110は、その形状に特に制限はないが、本発明の一実施形態によれば、六面体形状を有することができる。
【0025】
上記セラミックボディ110は、複数個の誘電体層111が積層されて形成されることができる。
【0026】
上記セラミックボディ110を構成する複数の誘電体層111は焼結された状態であり、隣接する誘電体層同士の境界は確認できないほど一体化していることができる。
【0027】
上記誘電体層111は、セラミック粉末を含むセラミックグリーンシートの焼結によって形成されることができる。
【0028】
上記セラミック粉末は、当業界で一般的に用いられるものであれば特に制限されない。
【0029】
これに制限されるものではないが、例えば、BaTiO
3系セラミック粉末を含むことができる。
【0030】
上記BaTiO
3系セラミック粉末としては、これに制限されるものではなく、例えば、BaTiO
3にCa、Zrなどが一部固溶された(Ba
1−xCa
x)TiO
3、Ba(Ti
1−yCa
y)O
3、(Ba
1−xCa
x)(Ti
1−yZr
y)O
3又はBa(Ti
1−yZr
y)O
3などがある。
【0031】
また、上記セラミックグリーンシートは、上記セラミック粉末と共に遷移金属、希土類元素、Mg、Alなどを含むことができる。
【0032】
上記一つの誘電体層111の厚さは、積層セラミックキャパシタの容量設計に合わせて適切に変更されることができる。
【0033】
これに制限されるものではないが、例えば、焼結後、隣接する2個の内部電極層の間に形成された誘電体層111の厚さは0.6μm以下であり得る。
【0034】
本発明の一実施形態において、上記誘電体層111の厚さは平均厚さを意味することができる。
【0035】
上記誘電体層111の平均厚さは、
図2のようにセラミックボディ110の長さ方向の断面を走査電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)でスキャンしたイメージから測定することができる。
【0036】
例えば、
図2のようにセラミックボディ110の幅(W)方向の中央部を切断した長さ及び厚さ方向(L−T)の断面を走査電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)でスキャンしたイメージから抽出された任意の誘電体層に対して、長さ方向に等間隔の30個の地点の厚さを測定して平均値を測定することができる。
【0037】
上記等間隔の30個の地点は、内部電極121、122が重なる領域を意味する容量形成部で測定されることができる。
【0038】
また、このような平均値の測定を10個以上の誘電体層に拡張して行うと、誘電体層の平均厚さをより一般化することができる。
【0039】
上記セラミックボディ110の内部には内部電極121、122が配置されることができる。
【0040】
上記内部電極121、122は、セラミックグリーンシート上に形成されて積層され、焼結によって一つの誘電体層を挟んで上記セラミックボディ110の内部に形成されることができる。
【0041】
上記内部電極は、互いに異なる極性を有する第1の内部電極121及び第2の内部電極122を対にして、誘電体層の積層方向に沿って対向配置されることができる。
【0042】
図2に示されたように、上記第1及び第2の内部電極121、122の末端は、セラミックボディ110の長さ方向の一面に交互に露出することができる。
【0043】
また、図示されてはいないが、本発明の一実施形態によれば、第1及び第2の内部電極は、リード部を有し、リード部を通じてセラミックボディの同一面に露出するか、又はリード部を有し、リード部を通じてセラミックボディの一つ以上の面に露出することができる。
【0044】
上記一つの内部電極121、122の厚さは、特に制限されるものではないが、例えば、0.5μm以下であり得る。
【0045】
あるいは、上記一つの内部電極121、122の厚さは、0.1から0.5μmであるか、又は0.3から0.5μmであり得る。
【0046】
本発明の一実施形態によれば、内部電極が形成された誘電体層は200層以上積層されることができる。これに関するより具体的な事項は後述する。
【0047】
本発明の一実施形態によれば、セラミックボディ110の外側には外部電極131、132が形成され、上記外部電極131、132は内部電極121、122と電気的に連結されることができる。
【0048】
より具体的には、上記セラミックボディ110の一面に露出した第1の内部電極121と電気的に連結された第1の外部電極131と、上記セラミックボディ110の他面に露出した第2の内部電極122と電気的に連結された第2の外部電極で構成されることができる。
【0049】
また、図示されてはいないが、セラミックボディに露出する第1及び第2の内部電極と連結されるために複数個の外部電極が形成されることができる。
【0050】
上記外部電極131、132は、金属粉末を含む導電性ペーストで形成されることができる。
【0051】
上記導電性ペーストに含まれる金属粉末としては、特に制限されず、例えば、Ni、Cu、又はこれらの合金を用いることができる。
【0052】
上記外部電極131、132の厚さは、用途などに応じて適切に決めることができるが、例えば、10から50μm程度であり得る。
【0053】
図3は、
図2のS領域の拡大図である。本発明の一実施形態によれば、上記セラミック添加剤11は、上記内部電極121、122と誘電体層111の境界から内部電極121、122の内部に一定距離離隔した位置に配置される。
【0054】
特に、上記セラミック添加剤11は、上記内部電極121、122と誘電体層111の境界から内部電極121、122の内部に一定距離離隔した位置に線状に配置されることができる。
【0055】
上記セラミック添加剤11が上記内部電極121、122と誘電体層111の境界から内部電極121、122の内部に一定距離離隔した位置に線状に配置されるようにする方法は、積層セラミックキャパシタの製造工程中に内部電極パターンの中央部に大きなサイズの金属粒子を含む電極連結性寄与層が配置され、セラミックグリーンシートと隣接した外側領域には小さなサイズの金属粒子を含む耐電圧向上層が配置されるようにすることにより行われることができる。
【0056】
上記のようにセラミック添加剤11が上記内部電極121、122と誘電体層111の境界から内部電極121、122の内部に一定距離離隔した位置に線状に配置されることにより、焼結後の電極連結性に優れ、耐電圧特性が向上した積層セラミックキャパシタを具現することができる。
【0057】
具体的には、焼結進行過程で焼結収縮抑制力が小さい微粒金属部分が先に焼結され、その後、内部電極パターンの中央部の大きなサイズの金属が焼結されるため、中央部の大きなサイズの金属と共に添加されたセラミック添加剤が誘電体層に押し出されず内部にトラップされ且つ耐電圧向上層と電極連結性寄与層の境界面に線状に配置されることができる。
【0058】
上記内部電極121、122と誘電体層111の境界から内部電極121、122の内部に一定距離離隔した位置は、内部電極パターンにおいて、中央部の大きなサイズの金属粒子を含む電極連結性寄与層と外側領域の小さなサイズの金属粒子を含む耐電圧向上層とが接する界面であり得る。
【0059】
また、セラミック添加剤11が上記内部電極121、122と誘電体層111の境界から内部電極121、122の内部に一定距離離隔した位置に線状に配置されることは、上記電極連結性寄与層と耐電圧向上層の界面に沿って配置されることを意味し、完全な直線状に配置されることを意味するのではなく、工程のばらつきによって一見線に見える程度までも含む概念である。
【0060】
本発明の一実施形態によれば、上記内部電極の厚さをte、上記内部電極と誘電体層の境界から上記セラミック添加剤が線状に配置された位置までの距離をtbとすると、0.25≦tb/te≦0.33を満たすことができる。
【0061】
上記式0.25≦tb/te≦0.33を満たすことにより、電極連結性に優れ、耐電圧特性が向上した積層セラミックキャパシタを具現することができる。
【0062】
上記tb/te値が0.25未満の場合には耐電圧特性が低下するという問題が発生する可能性があり、tb/te値が0.33を超える場合には電極連結性が悪化する可能性がある。
【0063】
上記内部電極121、122と誘電体層111の境界から内部電極の内部に一定距離離隔した位置に配置されたセラミック添加剤11の密度は他の領域に比べて高い。
【0064】
焼結進行過程で焼結収縮抑制力が小さい微粒金属部分が先に焼結され、その後、内部電極パターンの中央部の大きなサイズの金属が焼結されるため、中央部の大きなサイズの金属と共に添加されたセラミック添加剤が誘電体層に押し出されず内部にトラップされ且つ耐電圧向上層と電極連結性寄与層の境界面に線状に配置されるため、その領域におけるセラミック添加剤の密度は他の領域に比べて高い。
【0065】
本発明の一実施形態によれば、上記セラミック添加剤11が上記内部電極121、122と誘電体層111の境界から内部電極121、122の内部に一定距離離隔した位置に線状に配置されるように調節することにより、内部電極の連結性は90%以上であり得る。
【0066】
本発明の一実施形態によれば、内部電極の連結性は、内部電極の全長に対する、実際に内部電極が形成された部分の長さの比(実際に内部電極が形成された部分の長さ/内部電極の全長)で定義されることができる。
【0067】
内部電極の全長及び実際に内部電極が形成された部分の長さは、上記のように積層セラミックキャパシタを切断した断面をスキャンした光学イメージを利用して測定されることができる。
【0068】
より具体的には、セラミックボディの幅方向の中央部を切断した長さ方向の断面をスキャンしたイメージから、内部電極の全長に対する、実際に内部電極が形成された部分の長さの比を測定することができる。
【0069】
本発明の一実施形態において、内部電極の全長は、一つの内部電極において内部電極の間に形成されたギャップ(gap)を含む長さを意味し、実際に内部電極が形成された部分の長さは、一つの内部電極において内部電極の間に形成されたギャップ(gap)を除いた長さを意味することができる。上述のように、上記ギャップ(gap)は、内部電極を貫通した気孔を意味し、内部電極の表面の一部にのみ形成されたり、内部電極の内部に形成された気孔は含まない。
【0070】
本発明の一実施形態によれば、実際の内部電極の長さは、内部電極の全長(T)からギャップ(gap)の長さを引いた値で測定されることができる。
【0071】
本発明の一実施形態によれば、一つの内部電極121、122の厚さは0.5μm以下であり得る。
【0072】
あるいは、一つの内部電極121、122の厚さは0.1から0.5μmであるか、又は0.3から0.5μmであり得る。
【0073】
図4は、本発明の他の実施形態による積層セラミックキャパシタの製造工程のうちセラミックグリーンシート上に内部電極パターンを形成する段階の概略図である。
【0074】
本発明の他の実施形態によれば、セラミックグリーンシートを製造する段階と、導電性金属及びセラミック添加剤を含む導電性ペーストで内部電極パターンを形成する段階と、上記内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層してセラミック積層体を形成する段階と、上記セラミック積層体を焼成して誘電体層及び内部電極を含むセラミックボディを形成する段階と、を含み、上記導電性ペーストは、導電性金属のサイズが互いに異なる第1及び第2の導電性ペーストで構成され、上記内部電極パターンは、中央部に大きなサイズの金属粒子を含む電極連結性寄与層が配置され、セラミックグリーンシートと隣接した外側領域には小さなサイズの金属粒子を含む耐電圧向上層が配置される積層セラミック電子部品の製造方法が提供される。
【0075】
以下、本発明の他の実施形態による積層セラミックキャパシタの製造方法を説明する。
【0076】
本発明の一実施例により、複数のセラミックグリーンシートが製造されることができる。上記セラミックグリーンシートは、セラミック粉末、バインダー、溶剤などを混合してスラリーを製造し、上記スラリーをドクターブレード法で数μmの厚さを有するシート(sheet)状にして製作されることができる。上記セラミックグリーンシートはその後焼結され、
図2に示されたように一つの誘電体層111を形成することができる。
【0077】
次に、上記セラミックグリーンシート上に内部電極用導電性ペーストを塗布して内部電極パターンを形成することができる。上記内部電極パターンは、スクリーン印刷法又はグラビア印刷法により形成されることができる。
【0078】
図4を参照すると、上記導電性ペーストは、導電性金属21のサイズが互いに異なる第1及び第2の導電性ペーストで構成され、上記内部電極パターンは、中央部に大きなサイズの金属粒子を含む電極連結性寄与層L2が配置され、セラミックグリーンシートと隣接した外側領域には小さなサイズの金属粒子を含む耐電圧向上層L1が配置される。
【0079】
上記耐電圧向上層L1は、内部電極パターンの積層方向に導電性金属粒子が2個以上配置されることができる。
【0080】
上記内部電極パターンの厚さをte、上記耐電圧向上層L1の厚さをtaとすると、0.25≦ta/te≦0.33を満たすことができる。
【0081】
上記式0.25≦ta/te≦0.33を満たすことにより、電極連結性に優れ、耐電圧特性が向上した積層セラミックキャパシタを具現することができる。
【0082】
上記ta/te値が0.25未満の場合には耐電圧特性が低下するという問題が発生する可能性があり、ta/te値が0.33を超える場合には電極連結性が悪化する可能性がある。
【0083】
図4を参照すると、まず、セラミックグリーンシート上に小さなサイズの金属粒子を含む導電性ペーストを塗布して耐電圧向上層L1を形成し、その上部に大きなサイズの金属粒子を含む導電性ペーストを塗布して電極連結性寄与層L2を形成し、その上部に再び小さなサイズの金属粒子を含む導電性ペーストを塗布して耐電圧向上層L1を形成することにより、本発明の構造を具現することができる。
【0084】
但し、上記のような多層構造は、必ずしもこれに制限されるものではなく、多様な変形が可能である。また、上記では、導電性ペーストを多重に塗布すると説明したが、必ずしもこれに制限されるものではなく、印刷などの方法で具現することもできる。
【0085】
その後、上記内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層し、積層方向から加圧して圧着させることができる。これにより、内部電極パターンが形成されたセラミック積層体を製造することができる。
【0086】
次に、セラミック積層体を1個のキャパシタに対応する領域ごとに切断してチップ化することができる。
【0087】
このとき、内部電極パターンの一端が側面に交互に露出するように切断することができる。
【0088】
その後、チップ化した積層体を焼成してセラミックボディを製造することができる。
【0089】
上述のように、上記焼成工程は還元雰囲気で行われることができる。
【0090】
また、焼成工程は昇温速度を調節して行われることができ、これに制限されるものではないが、上記昇温速度は700℃以下で30℃/60sから50℃/60sであり得る。
【0091】
次に、セラミックボディの側面を覆い、セラミックボディの側面に露出した内部電極と電気的に連結されるように外部電極を形成することができる。その後、外部電極の表面にニッケル、スズなどのめっき層を形成することができる。
【0092】
これにより、内部電極の連結性に優れ、高容量を具現することができる。
【0093】
本発明の一実施例により、下記表1に記載されたように、内部電極パターンの厚さteに対する耐電圧向上層L1の厚さtaの比(ta/te)による電極連結性、内部電極の厚さの減少効果、容量及び耐電圧特性の評価の結果を比較した。
【0095】
上記表1を参照すると、試料1から4は、上記内部電極パターンの厚さに対する上記耐電圧向上層L1の厚さの比が0.25未満のものであり、耐電圧特性に問題があり、試料9及び10は、上記内部電極パターンの厚さに対する上記耐電圧向上層L1の厚さの比が0.3超のものであり、電極連結性に問題があることが分かる。
【0096】
これに対し、試料5から8は、本発明の数値範囲を満たすものであり、内部電極の連結性が90%以上を示し、耐電圧特性に優れた高容量積層セラミックキャパシタを具現することができることが分かる。
【0097】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
本願によれば、以下の各項目もまた開示される。
[項目1]
誘電体層、及び上記誘電体層上に交互に配置され、内部にセラミック添加剤が配置された内部電極を含むセラミックボディと、
上記セラミックボディの外側に形成され、上記内部電極と電気的に連結された外部電極と、
を含み、
上記セラミック添加剤は、上記内部電極と誘電体層の境界から内部電極の内部に一定距離離隔した位置に配置される、積層セラミック電子部品。
[項目2]
上記セラミック添加剤は、上記内部電極と誘電体層の境界から内部電極の内部に一定距離離隔した位置に線状に配置される、項目1に記載の積層セラミック電子部品。
[項目3]
上記内部電極の厚さをte、上記内部電極と誘電体層の境界から上記セラミック添加剤が線状に配置された位置までの距離をtbとすると、0.25≦tb/te≦0.33を満たす、項目2に記載の積層セラミック電子部品。
[項目4]
上記内部電極と誘電体層の境界から内部電極の内部に一定距離離隔した位置に配置されたセラミック添加剤の密度は他の領域に比べて高い、項目1〜3のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
[項目5]
上記内部電極は、全長に対する実際の内部電極の長さの比で定義される内部電極の連結性が90%以上である、項目1〜4のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品。
[項目6]
上記内部電極の中央部領域における金属粒子の平均粒径は、境界部領域の金属粒子の平均粒径より大きい、項目1〜5のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
[項目7]
セラミックグリーンシートを製造する段階と、
導電性金属及びセラミック添加剤を含む導電性ペーストで内部電極パターンを形成する段階と、
上記内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層してセラミック積層体を形成する段階と、
上記セラミック積層体を焼成して誘電体層及び内部電極を含むセラミックボディを形成する段階と、
を含み、
上記導電性ペーストは、導電性金属のサイズが互いに異なる第1及び第2の導電性ペーストで構成され、上記内部電極パターンは、中央部に大きなサイズの金属粒子を含む電極連結性寄与層が配置され、セラミックグリーンシートと隣接した外側領域には小さなサイズの金属粒子を含む耐電圧向上層が配置される、積層セラミック電子部品の製造方法。
[項目8]
上記耐電圧向上層は、積層方向に導電性金属粒子が2個以上配置される、項目7に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
[項目9]
上記内部電極パターンの厚さをte、上記耐電圧向上層の厚さをtaとすると、0.25≦ta/te≦0.33を満たす、項目7又は8に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
[項目10]
上記セラミック添加剤は、上記内部電極と誘電体層の境界から内部電極の内部に一定距離離隔した位置に配置される、項目7〜9のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
[項目11]
上記セラミック添加剤は、上記内部電極と誘電体層の境界から内部電極の内部に一定距離離隔した位置に線状に配置される、項目10に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
[項目12]
上記内部電極は、全長に対する実際の内部電極の長さの比で定義される内部電極の連結性が90%以上である、項目7〜11のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
[項目13]
誘電体層と内部電極が交互に配置されたセラミックボディと、
上記セラミックボディの外側に形成され、上記内部電極と電気的に連結された外部電極と、
を含み、
上記内部電極の厚さ方向において、中央部領域と境界部領域とが接する界面領域に含まれるセラミック添加剤の密度は、上記中央部領域及び境界部領域に含まれるセラミック添加剤の密度より大きい、積層セラミック電子部品の製造方法。
[項目14]
上記界面領域は、上記セラミックボディの長さ方向に沿って線状に配置される、項目13に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
[項目15]
上記内部電極は、全長に対する実際の内部電極の長さの比で定義される内部電極の連結性が90%以上である、項目13又は14に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
[項目16]
上記内部電極の中央部領域における金属粒子の平均粒径は、境界部領域の金属粒子の平均粒径より大きい、項目13〜15のいずれか一項に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。