特開 2023-53899 積層型キャパシタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023053899

(43)【公開日】2023-04-13

(54)【発明の名称】積層型キャパシタ

(51)【国際特許分類】

   H01G 4/30 20060101AFI20230406BHJP

【ＦＩ】

H01G4/30 201D

H01G4/30 201C

H01G4/30 513

H01G4/30 516

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022131186

(22)【出願日】2022-08-19

(31)【優先権主張番号】10-2021-0131027

(32)【優先日】2021-10-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】594023722

【氏名又は名称】サムソン エレクトロ－メカニックス カンパニーリミテッド．

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】リー、デ ヒー

(72)【発明者】

【氏名】ジョ、スー ジェオン

(72)【発明者】

【氏名】リー、カン ハ

(72)【発明者】

【氏名】パク、ユーン ア

(72)【発明者】

【氏名】チュン、ジン ウー

(72)【発明者】

【氏名】チャ、バーム ハ

(72)【発明者】

【氏名】パク、ミュン ジュン

(72)【発明者】

【氏名】リー、ジョン ホ

【テーマコード（参考）】

5E001

5E082

【Ｆターム（参考）】

5E001AB03

5E001AC09

5E082AA01

5E082AB03

5E082EE23

5E082EE26

5E082FF05

5E082FG26

5E082GG10

(57)【要約】

【課題】耐湿信頼性及び内部電極の構造的安定性が向上した積層型キャパシタを提供する。
【解決手段】
本発明の一実施形態は、誘電体層及び上記誘電体層を間に挟んで積層された複数の内部電極を含む本体と、上記本体の外部に形成されて上記内部電極と接続された外部電極を含み、上記複数の内部電極の少なくとも一部は、上記外部電極と接する領域に形成された合金領域を含み、上記合金領域はＮｉ－Ｃｒ合金を含む積層キャパシタを提供する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体層及び前記誘電体層を間に挟んで積層された複数の内部電極を含む本体と、
前記本体の外部に形成され、前記内部電極と接続された外部電極と、を含み、
前記複数の内部電極の少なくとも一部は、前記外部電極と接する領域に形成された合金領域を含み、前記合金領域はＮｉ－Ｃｒ合金を含む、積層型キャパシタ。

【請求項2】

前記合金領域は、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ及びＡｌから構成された群の少なくとも一つの成分をさらに含む、請求項１に記載の積層型キャパシタ。

【請求項3】

前記外部電極との接合面から測定した長さを基準に、前記合金領域の長さは９μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１に記載の積層型キャパシタ。

【請求項4】

前記外部電極は、前記本体において互いに対向する第１面及び第２面にそれぞれ配置された第１及び第２外部電極を含む、請求項１に記載の積層型キャパシタ。

【請求項5】

前記第１及び第２外部電極が対向する方向に測定した長さを基準に、前記合金領域の長さは９μｍ以上２０μｍ以下である、請求項４に記載の積層型キャパシタ。

【請求項6】

前記内部電極において前記合金領域ではない領域は、Ｃｒ含有量が前記合金領域よりも低い、請求項１に記載の積層型キャパシタ。

【請求項7】

前記内部電極において前記合金領域ではない領域はＮｉ成分を含み、前記外部電極はＣｕ成分を含む、請求項６に記載の積層型キャパシタ。

【請求項8】

前記合金領域は、Ｎｉ－Ｃｕ－Ｃｒ合金を含む、請求項７に記載の積層型キャパシタ。

【請求項9】

前記合金領域においてＣｒ含有量は、前記外部電極から離れるほど減る、請求項１から８のいずれか一項に記載の積層型キャパシタ。

【請求項10】

誘電体層及び前記誘電体層を間に挟んで積層された複数の内部電極を含む本体と、
前記本体の外部に形成され、前記内部電極と接続された外部電極と、を含み、
前記複数の内部電極の少なくとも一部は、前記外部電極と接する領域に形成された合金領域を含み、前記外部電極との接合面から測定した長さを基準に、前記合金領域の長さは９μｍ以上２０μｍ以下である、積層型キャパシタ。

【請求項11】

前記合金領域は、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ及びＡｌから構成された群の少なくとも１つの成分及びＮｉの合金を含む、請求項１０に記載の積層型キャパシタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層型キャパシタに関するものである。

【背景技術】

【0002】

キャパシタは電気を蓄えることができる素子であり、基本的に２つの電極を対向させて電圧をかけると、各電極に電気が蓄積されるものである。直流電圧を印加した場合には、電気が蓄電されてキャパシタ内部に電流が流れるが、蓄積が完了すると電流が流れなくなる。一方、交流電圧を印加した場合、電極の極性が交変しながら交流電流が流れるようになる。

【0003】

このようなキャパシタは、電極間に備えられる絶縁体の種類に応じて、アルミニウムで電極を構成し、上記アルミニウム電極間に薄い酸化膜を備えるアルミニウム電解キャパシタ、電極材料としてタンタルを用いるタンタルキャパシタ、電極間にチタンバリウムなどの高誘電率の誘電体を用いるセラミックキャパシタ、電極間に備えられる誘電体として高誘電率系セラミックを多層構造で用いる積層セラミックキャパシタ（Ｍｕｌｔｉ－Ｌａｙｅｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、ＭＬＣＣ）、電極間の誘電体としてポリスチレンフィルムを用いるフィルムキャパシタなど様々な種類に区分することができる。

【0004】

この中で、積層セラミックキャパシタは温度特性及び周波数特性に優れ、小型で実現可能であるという利点を有しており、最近では、高周波回路などの多様な分野で多く応用されている。最近では、積層セラミックキャパシタをさらに小さく実現するための試みが続けられており、このために誘電体層と内部電極を薄く形成している。最近では、積層型キャパシタ関連分野では、水分やめっき液などの浸透による不良を減らして耐湿信頼性を向上させようとする試みが多く行われている。一つの方法として、キャパシタ本体のカバー層や外部電極を厚く形成する場合、部品の大きさが大きくなり、同一の大きさで静電容量が低下するという問題がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的のうち一つは、耐湿信頼性が向上した積層型キャパシタを提供することである。本発明の目的のうち他の一つは、内部電極の構造的安定性が向上した積層型キャパシタを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するための方法として、本発明は一例によって積層型キャパシタの新規構造を提案しようとするものであり、具体的には、誘電体層及び上記誘電体層を間に挟んで積層された複数の内部電極を含む本体と、上記本体の外部に形成されて上記内部電極と接続された外部電極を含み、上記複数の内部電極の少なくとも一部は、上記外部電極と接する領域に形成された合金領域を含み、上記合金領域はＮｉ－Ｃｒ合金を含む。

【0007】

一実施形態において、上記合金領域は、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、及びＡｌから構成された群の少なくとも１つの成分をさらに含むことができる。

【0008】

一実施形態において、上記外部電極との接合面から測定した長さを基準に、上記合金領域の長さは９μｍ以上２０μｍ以下であることができる。

【0009】

一実施形態において、上記外部電極は、上記本体で互いに対向する第１面及び第２面にそれぞれ配置された第１及び第２外部電極を含むことができる。

【0010】

一実施形態において、上記第１及び第２外部電極が対向する方向に測定した長さを基準に、上記合金領域の長さは９μｍ以上２０μｍ以下であることができる。

【0011】

一実施形態において、上記内部電極で上記合金領域ではない領域は、Ｃｒ含有量を上記合金領域よりも低くすることができる。

【0012】

一実施形態において、上記内部電極の上記合金領域ではない領域はＮｉ成分を含み、上記外部電極はＣｕ成分を含むことができる。

【0013】

一実施形態において、上記合金領域はＮｉ－Ｃｕ－Ｃｒ合金を含むことができる。

【0014】

一実施形態において、上記合金領域におけるＣｒ含有量は、上記外部電極から離れるほど減ることができる。

【0015】

一方、本発明の他の側面は、
誘電体層及び上記誘電体層を間に挟んで積層された複数の内部電極を含む本体と、上記本体の外部に形成されて上記内部電極と接続された外部電極を含み、上記複数の内部電極の少なくとも一部は、上記外部電極と接する領域に形成された合金領域を含み、上記外部電極との接合面から測定した長さを基準に、上記合金領域の長さは、９μｍ以上２０μｍ以下である積層型キャパシタを提供する。

【0016】

一実施形態において、上記合金領域は、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ及びＡｌから構成された群の少なくとも１つの成分及びＮｉの合金を含むことができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明の一例による積層型キャパシタの場合、耐湿信頼性、構造的安定性などの特性の少なくとも１つの特性が向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る積層型キャパシタの外観を概略的に示した斜視図である。

【図2】図１の積層型キャパシタにおいてＩ－Ｉ'線に沿った断面図である。

【図3】図２におけるＡ領域の拡大図である。

【図4】図１の積層型キャパシタにおいてＩＩ－ＩＩ'線に沿った断面図である。

【図5】変形例による積層型キャパシタを示した図面である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下では、具体的な実施形態及び添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、いくつかの他の形態に変形することができ、本発明の範囲が以下説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、通常の技術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拡大縮小表示（又は強調表示や簡略化表示）がされることがある。

【0020】

そして、図面において本発明を明確に説明するために説明と関係のない部分は省略し、複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、同一思想の範囲内の機能が同一である構成要素は、同一の参照符号を付与して説明する。さらに、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」というのは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

【0021】

図１は、本発明の一実施形態に係る積層型キャパシタの外観を概略的に示した斜視図であり、図２は、図１の積層型キャパシタにおいてＩ－Ｉ'線に沿った断面図であり、図３は、図２におけるＡ領域の拡大図であり、図４は、図１の積層型キャパシタにおいてＩＩ－ＩＩ'線に沿った断面図であり、図５は、変形例による積層型キャパシタを示した図面である。

【0022】

図１～図４を参照すると、本発明の一実施形態に係る積層型キャパシタ１００は、誘電体層１１１及びこれを間に挟んで積層された複数の内部電極１２１、１２２を含む本体１１０と、外部電極１３１、１３２を含み、複数の内部電極１２１、１２２の少なくとも一部は外部電極１３１、１３２と接する領域に形成された合金領域Ｒを含み、ここで、合金領域ＲはＮｉ－Ｃｒ合金を含む。内部電極１２１、１２２に合金領域Ｒが備えられることによって、めっき液や水分などが浸透することを低減することができるため、耐湿特性、絶縁抵抗特性などが向上することができる。

【0023】

本体１１０は、複数の誘電体層１１１が第１方向（Ｘ方向）に積層された積層構造を含み、例えば、複数のグリーンシートを積層した後、焼結して得られる。このような焼結工程によって、複数の誘電体層１１１は一体化した形態を有することができ、複数のグレインＧを含むことができる。そして、図１に示した形態のように、本体１１０は直方体と類似した形状を有することができる。本体１１０に含まれた誘電体層１１１は、高誘電率を有するセラミック材料を含むことができ、例えば、ＢＴ系、すなわち、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）系セラミックを含むことができるが、十分な静電容量が得られる限り、当技術分野で知られている他の物質も使用可能である。誘電体層１１１には、主成分であるこのようなセラミック材料と併せて、必要な場合には添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤及び分散剤などがさらに含まれることができる。ここで、添加剤の場合、これらは製造過程において金属酸化物の形態で添加されることができる。このような金属酸化物の添加剤の例として、ＭｎＯ_２、Ｄｙ_２Ｏ_３、ＢａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３及びＣａＣＯ_３の少なくとも１つの物質を含むことができる。

【0024】

複数の内部電極１２１、１２２は、セラミックグリーンシートの一面に所定厚さで導電性金属を含むペーストを印刷した後、これを焼結して得られる。この場合、複数の内部電極１２１、１２２は、本体１１０の互いに対向する方向に露出した第１及び第２内部電極１２１、１２２を含むことができる。第１及び第２内部電極１２１、１２２は、互いに異なる外部電極１３１、１３２と連結され、駆動時に互いに異なる極性を有することができ、これらの間に配置された誘電体層１１１によって互いに電気的に分離されることができる。但し、外部電極１３１、１３２の個数や内部電極１２１、１２２との連結方式は実施形態によって変更することができる。

【0025】

外部電極１３１、１３２は、本体１１０の外部に形成され、具体的には、本体１１０において互いに対向する第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２にそれぞれ配置された第１及び第２外部電極１３１、１３２を含むことができる。第１及び第２外部電極１３１、１３２は、第１及び第２内部電極１２１、１２２とそれぞれ接続されることができる。外部電極１３１、１３２は、導電性金属を含む物質をペーストで製造した後、これを本体１１０に塗布する方法などで形成されることができ、導電性金属の例として、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕまたはこれらの合金が挙げられる。一方、図５の変形例のように、外部電極１３１、１３２は多層構造で実現することができ、第１層１３１ａ、１３２ａはＣｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕなどを含む上述した構造として、第２層１３１ｂ、１３２ｂは、Ｎｉ、Ｓｎなどを含むめっき層を含むことができる。

【0026】

図３を参照すると、本実施形態の場合、内部電極１２１、１２２の少なくとも一部は、外部電極１３１、１３２と接する領域に形成された合金領域Ｒを含む。この場合、合金領域ＲはＮｉ－Ｃｒ合金を含む。この場合、内部電極１２１、１２２において合金領域Ｒではない領域は、Ｃｒ含有量を合金領域Ｒよりも低くすることができる。本発明者らの研究によると、内部電極１２１、１２２がＮｉの合金領域を含む場合、外部からの水素（Ｈ）の浸透が減るようになる。Ｎｉと合金を形成する金属のうち、Ｃｒの場合、水素の拡散を低減させることに適しているが、その理由は水素の溶解度が低く、水素との結合力が高いためであると理解される。このように、内部電極１２１、１２２と外部電極１３１、１３２との境界領域にＮｉ－Ｃｒ合金を含む合金領域Ｒを形成することにより、めっき液や水分などによる影響を最小化することができ、このことから耐湿信頼性が向上することができる。内部電極１２１、１２２に合金領域Ｒを形成することにより、他の追加的な耐湿向上構造、例えば、本体１０１や外部電極１３１、１３２の表面に保護層などを別途採用しなくても十分な耐湿信頼性が得られる。

【0027】

合金領域ＲのＮｉ成分は、内部電極１２１、１２２に存在したもの、すなわち、導電性ペースト状態で添加されたものであることができ、Ｃｒ成分は外部電極１３１、１３２から拡散したものであることができる。これにより、合金領域ＲにおけるＣｒ含有量は、外部電極１３１、１３２から離れるほど減ることができる。内部電極１２１、１２２へのＣｒ拡散が起こるようにするために、外部電極１３１、１３２はＣｒ成分を含むことができ、例えば、Ｃｒ焼結電極として実現することができる。これ以外にも、合金領域は、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ及びＡｌから構成された群の少なくとも１つの成分をさらに含むことができ、これらの成分も外部電極１３１、１３２から拡散することができる。具体的な例として、内部電極１２１、１２２において合金領域Ｒではない領域はＮｉ成分を含み、外部電極１３１、１３２はＣｕ成分を含むことができるが、この場合、合金領域ＲはＮｉ－Ｃｕ－Ｃｒ合金を含むことができる。また、内部電極１２１、１２２において合金領域Ｒではない領域は、Ｃｒ含有量を合金領域Ｒよりも低くすることができる。

【0028】

上述した耐湿信頼性の向上効果を得るために、合金領域Ｒの長さＬも十分確保する必要がある。具体的には、外部電極１３１、１３２との接合面（図３においてＳ２と同一面に該当）から測定した長さを基準に、合金領域Ｒの長さＬは、９μｍ以上２０μｍ以下であることができる。この場合、第１及び第２外部電極１３１、１３２が対向する方向（Ｚ方向）に測定した長さを基準に、合金領域Ｒの長さＬは、９μｍ以上２０μｍ以下であることと定義することもできる。合金領域Ｒの長さＬが９μｍ以上の場合、水素浸透防止性能が十分に発揮されることができ、合金領域Ｒが長くなりすぎて２０μｍを超える場合、内部電極１２１、１２２の構造的安定性が低下し、クラック発生の可能性が高くなるおそれがある。もし、合金領域Ｒの長さＬが９μｍ以上２０μｍ以下である条件を満たす場合、合金領域Ｒは必ずしもＮｉ－Ｃｒ合金を含む必要はなく、他の成分の合金で実現される場合にも耐湿信頼性などの意図した効果を得ることができる。

【0029】

本発明者らは、合金領域Ｒの長さＬに応じて耐湿特性を測定した。具体的には、Ｘ５Ｒ温度特性、公称容量１５μＦを有するように設計されたＭＬＣＣのＮｉ内部電極で端部の合金領域の長さを測定し、外部電極としてＣｒ焼結電極を用いた。製作されたサンプルにおいて、内部電極の端部に合金領域が形成されたか否か及びその長さを確認するために、サンプルの断面に対してＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ）を行った。加速電圧２０ｋＶ、×２，０００倍率で測定されたサンプルのＣｒ成分のマッピングでＮｉ－Ｃｒ合金領域の長さ（μｍ）を４つの部分で測定して平均した結果は、下記表１のとおりである。この場合、合金領域の長さは、外部電極の焼成温度、焼成温度の導電性粒子の大きさなどを制御して調節されることができる。例えば、合金領域の長さを９μｍ以上に十分確保するために、外部電極を比較的高い温度（約７００～７５０℃ ）で焼成することができる。そして、合金領域の長さは、例えば、上記ＥＰＭＡマッピングでＣｒが含まれた外部電極での最大ｉｎｔｅｎｓｉｔｙに対して１０％以上である領域までを合金領域と定義し、当該領域の長さを求める方法で測定することができる。

【0030】

【表1】

【0031】

上記サンプルをめっきした後、水素浸透による絶縁抵抗の劣化程度を比較するためにＨＡＬＴ評価を行った。具体的には、１０５℃で４時間の間電圧印加した後、初期抵抗よりも１／１００以上絶縁抵抗が減少したサンプルの割合を劣化率と定義して下記表２に示した。

【0032】

【表2】

【0033】

上記実験結果によると、合金領域の長さが９μｍ未満であるサンプル（サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）と異なって、９μｍ以上であるサンプル（サンプルＥ、Ｆ、Ｇ）の場合、絶縁抵抗の劣化が発生しなかった。但し、合金領域の長さが２０μｍ以上であるサンプルＧの場合、過度の合金形成に伴う微細クラックが発生し、長期間使用時に信頼性が低下する可能性がある。このような結果を総合してみると、合金領域ＲをＮｉ－Ｃｒ合金で実現する場合、水素の浸透を減らして耐湿特性が向上することができる。そして、合金領域Ｒの長さＬは、９～２０μｍレベルに調節される場合、十分な耐湿特性を確保するとともに内部電極のクラック発生可能性も最小化することを確認することができる。

【0034】

本発明は、上述の実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって限定される。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が可能であることは、当技術分野の通常の知識を有する者には自明であり、これも添付の特許請求の範囲に記載された技術的思想に属するといえる。

【符号の説明】

【0035】

１００ 積層型キャパシタ
１１０ 本体
１１１ 誘電体層
１２１、１２２ 内部電極
１３１、１３２ 外部電極
Ａ 合金領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】