(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】P2024100671
(43)【公開日】2024-07-26
(54)【発明の名称】積層型電子部品
(51)【国際特許分類】
H01G 4/30 20060101AFI20240719BHJP
【FI】
H01G4/30 201L
H01G4/30 201M
H01G4/30 201N
H01G4/30 515
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023146892
(22)【出願日】2023-09-11
(31)【優先権主張番号】10-2023-0006106
(32)【優先日】2023-01-16
(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】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】權 亨純
(72)【発明者】
【氏名】金 亨旭
(72)【発明者】
【氏名】金 慶植
(72)【発明者】
【氏名】洪 智秀
(72)【発明者】
【氏名】白 承仁
(72)【発明者】
【氏名】崔 民英
(72)【発明者】
【氏名】朴 時澤
(72)【発明者】
【氏名】李 鐘煥
(72)【発明者】
【氏名】朴 宰成
【テーマコード(参考)】
5E001
5E082
【Fターム(参考)】
5E001AB03
5E001AC04
5E001AC10
5E001AD04
5E001AE01
5E001AE02
5E001AE03
5E001AE04
5E001AH01
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5E001AH09
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5E082AA01
5E082AB03
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5E082FF05
5E082FG03
5E082FG26
5E082FG46
5E082GG10
5E082PP03
(57)【要約】
【課題】積層型電子部品を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る積層型電子部品は、誘電体層及び内部電極を含む本体と、上記本体上に配置される外部電極と、を含み、上記誘電体層は、Ti、 希土類元素を含む第1副成分元素、及びMnを含む第2副成分元素を含み、上記希土類元素は、Dy及びTbを含む第1希土類元素、及び上記第1希土類元素とは異なる希土類元素を含む第2希土類元素を含み、上記誘電体層に含まれた上記Ti100モルに対する上記希土類元素のモル数をRE、上記Dyのモル数をA1、上記Tbのモル数をA2と定義するとき、0.5モル≦RE≦0.9モル及び1<A2/A1を満たし、上記誘電体層に含まれたTi100モルに対する上記第2副成分元素のモル数は0.2モル以上0.5モル以下であることができる。
【選択図】
図7
【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘電体層及び内部電極を含む本体と、
前記本体上に配置される外部電極と、を含み、
前記誘電体層は、Ti、希土類元素を含む第1副成分元素、及びMnを含む第2副成分元素を含み、
前記希土類元素は、Dy及びTbを含む第1希土類元素、及び前記第1希土類元素とは異なる希土類元素を含む第2希土類元素を含み、
前記誘電体層に含まれたTi100モルに対する前記希土類元素のモル数をRE、前記Dyのモル数をA1、前記Tbのモル数をA2とするとき、0.5モル≦RE≦0.9モル及び1<A2/A1を満たし、
前記誘電体層に含まれたTi100モルに対する前記第2副成分元素のモル数は0.2モル以上0.5モル以下である、積層型電子部品。
【請求項2】
前記誘電体層は、Mgを含む第3副成分元素をさらに含み、
前記誘電体層に含まれたTi100モルに対する前記第3副成分元素のモル数は0.01モル以上0.3モル以下である、請求項1に記載の積層型電子部品。
【請求項3】
前記希土類元素は、Gd、Ho、Sm、Y、Er、Ce、Nd、Tm、La及びYbのうち一つ以上を含む、請求項1に記載の積層型電子部品。
【請求項4】
前記第2希土類元素は、Gd、Ho、Sm及びYのうち一つ以上を含む、請求項3に記載の積層型電子部品。
【請求項5】
前記第2副成分元素は、V、Cr、Fe、Ni、C及びZnのうち一つ以上をさらに含む、請求項1に記載の積層型電子部品。
【請求項6】
前記誘電体層は、Siを含む第4副成分元素をさらに含み、
前記誘電体層に含まれたTi100モルに対する前記第4副成分元素のモル数は1.0モル以上5.0モル以下である、請求項1に記載の積層型電子部品。
【請求項7】
前記誘電体層は複数の誘電体層を含み、前記複数の誘電体層のうち少なくとも一つの平均厚さは0.45μm以下である、請求項1に記載の積層型電子部品。
【請求項8】
前記内部電極は複数の内部電極を含み、前記複数の内部電極のうち少なくとも一つの平均厚さは0.45μm以下である、請求項1に記載の積層型電子部品。
【請求項9】
前記積層型電子部品は、-55℃~105℃の温度範囲でのTCC(キャパシタンス温度係数)が-22%以上+22%以下である特性を満たす、請求項1に記載の積層型電子部品。
【請求項10】
前記本体は、前記誘電体層及び前記誘電体層と積層方向に交互に配置される前記内部電極を含む容量形成部と、前記容量形成部の前記積層方向の両端面に配置されるカバー部とを含む、請求項1に記載の積層型電子部品。
【請求項11】
前記カバー部の前記積層方向の平均厚さは20μm以下である、請求項10に記載の積層型電子部品。
【請求項12】
前記外部電極が配置される方向を長さ方向とするとき、
前記本体の幅方向の両端面に配置されるサイドマージン部を含む、請求項10に記載の積層型電子部品。
【請求項13】
前記サイドマージン部の前記幅方向の平均幅は20μm以下である、請求項12に記載の積層型電子部品。
【請求項14】
前記外部電極は、前記本体上に配置されて前記内部電極と連結される電極層、及び前記電極層上に配置されるめっき層を含む、請求項1に記載の積層型電子部品。
【請求項15】
RE2を、前記誘電体層に含まれるTi100モルに対する第2希土類元素のモル数とするとき、RE=A1+A2+RE2を満たす、請求項1に記載の積層型電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、積層型電子部品に関する。
【背景技術】
【0002】
積層型電子部品の一つである積層セラミックキャパシタ(MLCC:Multi‐Layered Ceramic Capacitor)は、液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)及びプラズマ表示装置パネル(PDP:Plasma Display Panel)等の映像機器、コンピュータ、スマートフォン、及び携帯電話等の様々な電子製品の印刷回路基板に装着され、電気を充電又は放電させる役割を果たすチップ型のキャパシタである。
【0003】
このような積層セラミックキャパシタは、小型でありながらも高容量が保障され、実装が容易であるという利点により、様々な電子装置の部品として使用されることができる。コンピュータ、モバイル機器等、各種の電子機器が小型化、高出力化するにつれて、積層セラミックキャパシタに対する小型化及び高容量化への要求が増大している。
【0004】
現在、MLCCの誘電体には希土類元素(rare earth element)が添加されている。希土類元素がBaTiO3に添加される場合、Ba位置を置換して電子が生成され、酸素空孔欠陥(vacancy oxygen defect)を効果的に減少させ、信頼性の改善に効果的であると知られているためである。しかし、希土類元素がBa位置を置換すると、BaTiO3の正方晶系(tetragonal)構造を不安定にし、立方(cubic)構造への相転移がさらに容易になることによって、キュリー温度(Curie temperature、Tc)が低温に移動するようになり、温度特性が低下する傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】韓国公開特許第10-2007-0085205号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとするいくつかの課題の一つは、X6S温度特性を満たす積層型電子部品を提供することである。
【0007】
本発明が解決しようとするいくつかの課題の一つは、高温信頼性が向上した積層型電子部品を提供することである。
【0008】
但し、本発明が解決しようとするいくつかの課題は、上述した内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程でより容易に理解することができる。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一実施形態に係る積層型電子部品は、誘電体層及び内部電極を含む本体と、上記本体上に配置される外部電極と、を含み、上記誘電体層は、Ti、希土類元素を含む第1副成分元素、及びMnを含む第2副成分元素を含み、上記希土類元素は、Dy及びTbを含む第1希土類元素、及び上記第1希土類元素とは異なる希土類元素を含む第2希土類元素を含み、上記誘電体層に含まれた上記Ti100モルに対する上記希土類元素のモル数をRE、上記Dyのモル数をA1、上記Tbのモル数をA2と定義するとき、0.5モル≦RE≦0.9モル及び1<A2/A1を満たし、上記誘電体層に含まれたTi100モルに対する上記第2副成分元素のモル数は0.2モル以上0.5モル以下であることができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明の様々な効果の一つは、積層型電子部品がX6S容量温度特性を満たすことである。
【0011】
本発明の様々な効果の一つは、積層型電子部品の高温信頼性を向上させることである。
【0012】
但し、本発明の多様かつ有益な利点及び効果は、上述した内容に限定されず、本発明の 具体的な実施形態を説明する過程でより容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】本発明の一実施形態に係る積層型電子部品の斜視図を概略的に示す。
【
図2】内部電極の積層構造を示す分離斜視図を概略的に示す。
【
図3】
図1のI-I’線に沿った断面図を概略的に示す。
【
図4】
図1のII-II’線に沿った断面図を概略的に示す。
【
図5】(a)~(c)は比較例及び実施例のHALT評価グラフである。
【
図6】(a)~(d)は比較例及び実施例のHALT評価グラフである。
【
図7】(a)~(c)は比較例及び実施例のHALT評価グラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、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することができ、本発明の範囲が以下に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等は、より明確な説明のために誇張されることがあり、図面上の同じ符号で示される要素は同じ要素である。
【0015】
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、図面に示した各構成の大きさ及び厚さは説明の便宜上、任意に示しているため、本発明は必ずしも図示したものに限定されない。なお、同一思想の範囲内の機能が同一である構成要素に対しては、同一の参照符号を用いて説明する。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」と言うとき、これは特に反対の記載がない限り、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み得ることを意味する。
【0016】
図面において、第1方向は積層方向又は厚さT方向、第2方向は長さ(サイズ)L方向、第3方向は幅W方向と定義することができる。
【0017】
積層型電子部品
図1は、本発明の一実施形態に係る積層型電子部品の斜視図を概略的に示すものであり、
図2は、内部電極の積層構造を示す分離斜視図を概略的に示すものであり、
図3は、
図1のI-I’線に沿った断面図を概略的に示すものであり、
図4は、
図1のII-II’線に沿った断面図を概略的に示すものである。
【0018】
以下、
図1~
図4を参照して、本発明の一実施形態に係る積層型電子部品について詳細に説明する。但し、積層型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が、本発明は、誘電体組成物を用いる様々な電子製品、例えば、インダクタ、圧電体素子、バリスタ、又はサーミスタなどにも適用することができる。
【0019】
本発明の一実施形態に係る積層型電子部品100は、誘電体層111及び内部電極121、122を含む本体110と、上記本体110上に配置される外部電極131、132と、を含み、上記誘電体層111は、Ti、希土類元素を含む第1副成分元素、及びMnを含む第2副成分元素を含み、上記希土類元素は、Dy及びTbを含む第1希土類元素、及び上記第1希土類元素とは異なる希土類元素を含む第2希土類元素を含み、上記誘電体層111に含まれた上記Ti100モルに対する上記希土類元素のモル数をRE、上記Dyのモル数をA1、上記Tbのモル数をA2と定義するとき、0.5モル≦RE≦0.9モル及び1<A2/A1を満たし、上記誘電体層に含まれたTi100モルに対する上記第2副成分元素のモル数は0.2モル以上0.5モル以下であることができる。
【0020】
本体110は、誘電体層111及び内部電極121、122が交互に積層されている。
【0021】
より具体的に、本体110は、本体110の内部に配置され、誘電体層111を間に挟んで互いに対向するように交互に配置される第1内部電極121及び第2内部電極122を含んで容量を形成する容量形成部Acを含むことができる。
【0022】
本体110の具体的な形状に特に制限はないが、図示のように、本体110は六面体形状又はこれと類似の形状からなることができる。焼成過程で本体110に含まれたセラミック粉末の収縮により、本体110は完全な直線を有する六面体形状ではないが、実質的に六面体形状を有することができる。
【0023】
本体110は、第1方向に互いに対向する第1面1及び第2面2、第1面1及び第2面2と連結され、第2方向に互いに対向する第3面3及び第4面4、第1~第4面(1、2、3、4)と連結され、第3方向に互いに対向する第5面5及び第6面6を有することができる。
【0024】
本体110を形成する複数の誘電体層111は焼成された状態であって、隣接する誘電体層111間の境界は走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を利用せずには確認しにくいほど一体化することができる。
【0025】
誘電体層111を形成する原料は、十分な静電容量が得られる限り限定されない。一般的に、ペロブスカイト(ABO3)系材料を使用することができ、例えば、チタン酸バリウム系材料、鉛複合ペロブスカイト系材料又はチタン酸ストロンチウム系材料などを使用することができる。チタン酸バリウム系材料は、BaTiO3系セラミック粉末を含むことができ、セラミック粉末の例示として、BaTiO3、BaTiO3にCa(カルシウム)、Zr(ジルコニウム)等が一部固溶した(Ba1-xCax)TiO3(0<x<1)、Ba(Ti1-yCay)O3(0<y<1)、(Ba1-xCax)(Ti1-yZry)O3(0<x<1、0<y<1)又はBa(Ti1-yZry)O3(0<y<1)などが挙げられる。
【0026】
また、誘電体層111を形成する原料は、チタン酸バリウム(BaTiO3)などの粉末に、本発明の目的に応じて様々なセラミック添加剤、有機溶剤、結合剤、分散剤などが添加されることができる。
【0027】
一方、IT用MLCCだけでなく、自動車電装用MLCCの市場が拡大するにつれて、同一容量帯で定格電圧が高く信頼性に優れた製品の需要が増加している。MLCC誘電体組成物の添加剤元素の中で、原子価固定アクセプタ(fixed valence acceptor)、原子価可変アクセプタ(variable valence acceptor)である遷移金属元素、そして希土類元素(rare earth element)が信頼性に与える影響は既に広く知られており、一般的に、これらを含む誘電体添加元素組成比の最適化によって、信頼性が良好な条件を選定することになる。BME(Base Metal Electrode、卑金属電極)MLCCが産業化される間、信頼性を向上させるための組成の最適化作業が持続的に進められてきた。しかしながら、同じ誘電体組成であっても、微細構造、添加剤元素の分布及び固溶程度、並びに工程条件によって信頼性に大きな差があり得る。
【0028】
現在のX5R、X7R、X8R、Y5Vなどの高容量BME MLCCの誘電体は、BaTiO3母材、或いはCa、Zrなどが一部固溶した(Ba,Ca)(Ti,Ca)O3、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3及びBa(Ti,Zr)O3などの母材に、Mg、Alなどのような原子価固定アクセプタとY、Dy、Ho、Erなどのようなドナー(donor)としての役割を果たす希土類元素とを共にドーピング(co‐doping)し、Mn、V、Crのような原子価可変アクセプタ、及び余分なBa、並びにSiO2或いはこれを含む焼結助剤などの添加剤をさらに添加して焼結された材料に基づいている。還元雰囲気で焼成する場合に高容量MLCCの正常な容量及び絶縁特性を実現するためには、粒成長の抑制及び耐還元性を実現しなければならず、Mgのような原子価固定アクセプタを適正量添加することにより、この2つの効果を実現できると知られている。しかし、Mgのような原子価固定アクセプタのみを添加する場合には、誘電体の耐電圧特性と信頼性が良くなく、Mn及びVのような原子価可変アクセプタである遷移金属元素と希土類元素とを共に添加することで、耐電圧及び信頼性の向上効果が得られるようになる。これらの元素のほとんどは共にドーピング(co‐doping)されており、BaTiO3母材結晶粒のシェル(shell)領域に固溶してコアシェル(core‐shell)構造を形成し、MLCCの温度による安定した容量特性及び信頼性を実現することができる。したがって、これらの添加剤元素が二次相に含まれたまま偏析(segregation)せずにシェル(shell)領域のBaTiO3結晶格子によく固溶した場合にのみ信頼性が良好であると予想できる。
【0029】
このように現在のMLCC誘電体には、希土類元素(rare earth element)が添加されている。希土類元素がBaTiO3 に添加される場合、Ba位置を置換して電子を生成するものの、酸素空孔欠陥(vacancy oxygen defect)を効果的に減少させ、信頼性の改善に効果的であると知られているためである。しかし、希土類元素がBa位置を置換すると、BaTiO3の正方晶系(tetragonal)構造を不安定にし、立方(cubic)構造への相転移がさらに容易になることによって、キュリー温度(Curie temperature、Tc)が低温に移動するようになり、温度特性が低下する傾向がある。
【0030】
よって、本発明の一実施形態において、誘電体層111は、希土類元素を含む第1副成分元素及びチタン(Ti)を含むことができ、希土類元素はDy及びTbを含む第1希土類元素、及び上記第1希土類元素とは異なる希土類元素を含む第2希土類元素を含むことができる。このとき、誘電体層111に含まれたチタン(Ti)100モルに対する希土類元素のモル数をRE、ジスプロシウム(Dy)のモル数をA1及びテルビウム(Tb)のモル数をA2と定義するとき、0.5モル≦RE≦0.9モル及び1<A2/A1を満たすことができる。
【0031】
本発明において、希土類元素はGd、Ho、Sm、Y、Er、Ce、Nd、Tm、La及びYbのうち一つ以上を含むことができる。
【0032】
より具体的に、Dy及びTbを含む第1希土類元素と、上記第1希土類元素とは異なる希土類元素を含む第2希土類元素とを含むことができる。
【0033】
ここで、第2希土類元素は、ジスプロシウム(Dy)とイオン半径が類似している元素を含むことができ、BaTiO3を含むABO3ペロブスカイト系誘電体物質において、A-site又はB-site位置の両方に置換され得る元素が好ましい。例えば、Gd、Ho、Sm及びYのうち一つ以上を含むことができるが、特にこれらに限定されるものではない。
【0034】
言い換えれば、第1希土類元素はGd、Ho、Sm及びYを含まなくてもよく、第2希土類元素はDy及びTbを含まなくてもよい。
【0035】
一方、誘電体層111に含まれたチタン(Ti)100モルに対する第1副成分元素のモル数(RE)が0.5モル以上0.9モル以下である場合、TCC温度特性(X6S)及び高温信頼性を同時に達成することができる。
【0036】
ここで、第1副成分元素が複数個の場合、第1副成分元素のモル数は、複数の第1副成分元素の総モル数を意味することができる。
【0037】
誘電体層111に含まれたチタン(Ti)100モルに対する第1副成分元素のモル数(RE)が0.9モル超である場合、信頼性の面では有利であるが、キュリー温度Tcが常温に移動することでX6S温度特性を満たさなくなるおそれがある。チタン(Ti)100モルに対する第1副成分元素のモル数(RE)が0.5モル未満である場合は、X6S温度特性は満たすことができるものの、高温信頼性が劣化するおそれがある。
【0038】
このとき、誘電体層111は、チタン(Ti)100モルを基準に、ジスプロシウム(Dy)のモル数(A1)に対するテルビウム(Tb)のモル数(A2)に関する比率(A2/A1)が1<A2/A1を満たすことができる。言い換えれば、チタン(Ti)100モルに対するテルビウム(Tb)のモル数(A2)は、チタン(Ti)100モルに対するジスプロシウム(Dy)のモル数(A1)より多くてもよい。
【0039】
より具体的に、チタン(Ti)100モルに対する第1副成分元素のモル数(RE)が0.5モル以上0.9モル以下の含量範囲内で、ジスプロシウム(Dy)のモル数(A1)に対するテルビウム(Tb)のモル数(A2)が相対的に多く添加される場合、信頼性の面でより優れることができる。
【0040】
また、誘電体層111は、原子価可変アクセプタ元素を含む第2副成分元素をさらに含むことができ、誘電体層111に含まれたチタン(Ti)100モルに対する第2副成分元素のモル数は0.2モル以上0.5モル以下であることができる。
【0041】
上述したように、希土類元素の含量が多くなるほどTCC(Temperature Coefficient of Capacietance、キャパシタンス温度係数)温度特性は向上するものの、信頼性は低下するおそれがある。このような信頼性の低下を補償するために、原子価可変アクセプタ元素を添加することができる。
【0042】
ここで、原子価可変アクセプタ元素は、例えば、Mnが好ましいが、これに限定されるものではなく、Mn、V、Cr、Fe、Ni、Co及びZnのうちの一つ以上を含むことができる。
【0043】
チタン(Ti)100モルに対する第2副成分元素のモル数が0.2モル以上0.5モル以下である場合、X6S温度特性と高温信頼性を同時に満たすことができる。
【0044】
チタン(Ti)100モルに対する第2副成分元素のモル数が0.5モル超である場合、容量エージング(Aging)が加速化するという問題点が発生することがあり、第2副成分元素の分散性が良くないため、凝集現象が発生することがあり、信頼性が大きく向上しない可能性がある。チタン(Ti)100モルに対する第2副成分元素のモル数が0.2モル未満である場合、高温信頼性が低下するおそれがある。
【0045】
ここで、容量エージング(Aging)とは、経時的な積層型電子部品の容量減少を意味し、エージング率(Aging rate)で計算することができる。エージング率(Aging rate)は、広く知られている通常の方法で計算することができ、通常の技術者であれば容易に分かる方法で計算できるものであり、計算結果によるエージング率(Aging rate)は一般に広く知られている勾配に該当することができる。
【0046】
本発明の一実施形態において、誘電体層111は、マグネシウム(Mg)を含む第3副成分元素をさらに含むことができ、誘電体層111に含まれたチタン(Ti)100モルに対する第3副成分元素のモル数は0.01モル以上0.3モル以下であることができる。
【0047】
誘電体層111に含まれたチタン(Ti)100モルに対する第3副成分元素のモル数が0.01モル以上0.3モル以下である場合、適正含量の酸素空孔(oxygen vacancy)が発生し、X6S温度特性及び高温信頼性が改善されることができる。
【0048】
第3副成分元素のモル数が0.3モル超である場合、酸素空孔が過度に発生することによって、誘電体物質、例えば、BaTiO3の正方晶系(tetragonal)構造を不安定にするため、キュリー温度(Tc)が低下するなど、高温信頼性が劣化するおそれがある。
【0049】
本発明の一実施形態において、誘電体層111は、ケイ素(Si)を含む第4副成分元素をさらに含むことができ、誘電体層111に含まれたチタン(Ti)100モルに対する第4副成分元素のモル数は1.0モル以上5.0モル以下であることができる。
【0050】
誘電体層111に含まれたチタン(Ti)100モルに対する第4副成分元素のモル数が1.0モル以上5.0モル以下である場合、焼成緻密度を向上させて誘電特性を向上させる役割を果たすことができる。
【0051】
チタン(Ti)100モルに対する第4副成分元素のモル数が1.0モル未満である場合、焼成緻密度が低下して誘電特性が低下する可能性があり、第4副成分元素のモル数が5.0モル超である場合は、焼結を過度に抑制して誘電特性が現れないおそれがある。
【0052】
誘電体層111の厚さtdは特に限定する必要はない。
【0053】
但し、積層型電子部品の小型化及び高容量化をより容易に達成するために誘電体層111の厚さは0.6μm以下であってもよく、より好ましくは0.45μm以下であってもよい。
【0054】
ここで、誘電体層111の厚さtdは、第1内部電極121と第2内部電極122との間に配置される誘電体層111の厚さtdを意味することができる。
【0055】
一方、誘電体層111の厚さtdは、誘電体層111の第1方向のサイズを意味することができる。なお、誘電体層111の厚さtdは、誘電体層111の平均厚さtdを意味することができ、誘電体層111の第1方向の平均サイズを意味することができる。
【0056】
誘電体層111の第1方向の平均サイズは、本体110の第1方向及び第2方向の断面(cross‐section)を倍率1万倍の走査型電子顕微鏡(SEM)でイメージをスキャンして測定することができる。より具体的に、一つの誘電体層111の第1方向の平均サイズとは、スキャンされたイメージにおいて、一つの誘電体層111を第2方向に等間隔である30個の地点で第1方向のサイズを測定して計算した平均値を意味することができる。上記等間隔である30個の地点は容量形成部Acで指定することができる。また、このような平均値の測定を10個の誘電体層111に拡張して平均値を測定すると、誘電体層111の第1方向の平均サイズをさらに一般化することができる。
【0057】
内部電極121、122は誘電体層111と交互に積層されてもよい。
【0058】
内部電極121、122は第1内部電極121及び第2内部電極122を含むことができ、第1内部電極121及び第2内部電極122は本体110を構成する誘電体層111を間に挟んで互いに対向するように交互に配置され、本体110の第3面3及び第4面4にそれぞれ露出することができる。
【0059】
より具体的に、第1内部電極121は第4面4と離隔し、第3面3を介して露出することができ、第2内部電極122は第3面3と離隔し、第4面4を介して露出することができる。本体110の第3面3には、第1外部電極131が配置されて第1内部電極121と連結され、本体110の第4面4には、第2外部電極132が配置されて第2内部電極122と連結されることができる。
【0060】
すなわち、第1内部電極121は第2外部電極132とは連結されず、第1外部電極131と連結され、第2内部電極122は第1外部電極131とは連結されず、第2外部電極132と連結されることができる。このとき、第1内部電極121及び第2内部電極122は、中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。
【0061】
一方、本体110は、第1内部電極121が印刷されたセラミックグリーンシートと、第2内部電極122が印刷されたセラミックグリーンシートとを交互に積層した後、焼成して形成することができる。
【0062】
内部電極121、122を形成する材料は特に限定されず、電気伝導性に優れた材料を使用することができる。例えば、内部電極121、122は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、錫(Sn)、タングステン(W)、チタン(Ti)及びこれらの合金のうち一つ以上を含むことができる。
【0063】
また、内部電極121、122は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、錫(Sn)、タングステン(W)、チタン(Ti)及びこれらの合金のうち一つ以上を含む内部電極用導電性ペーストをセラミックグリーンシートに印刷して形成することができる。上記内部電極用導電性ペーストの印刷方法としては、スクリーン印刷法又はグラビア印刷法などを使用することができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0064】
一方、内部電極121、122の厚さteは特に限定する必要はない。
【0065】
但し、積層型電子部品の小型化及び高容量化をより容易に達成するために、内部電極121、122の厚さは0.6μm以下であってもよく、より好ましくは0.45μm以下であってもよい。
【0066】
ここで、内部電極121、122の厚さteは、内部電極121、122の第1方向のサイズを意味することができる。また、内部電極121、122の厚さteは、内部電極121、122の平均厚さteを意味することができ、内部電極121、122の第1方向の平均サイズを意味することができる。
【0067】
内部電極121、122の第1方向の平均サイズは、本体110の第1方向及び第2方向の断面(cross‐section)を倍率1万倍の走査型電子顕微鏡(SEM)でイメージをスキャンして測定することができる。より具体的に、一つの内部電極の第1方向の平均サイズは、スキャンされたイメージにおいて、一つの内部電極を第2方向に等間隔である30個の地点で第1方向のサイズを測定して計算した平均値であり得る。上記等間隔である30個の地点は容量形成部Acで指定することができる。また、このような平均値の測定を10個の内部電極121、122に拡張して平均値を測定すると、内部電極121、122の第1方向の平均サイズをさらに一般化することができる。
【0068】
一方、本体110は、容量形成部Acの第1方向の両端面(end‐surface)上に配置されたカバー部112、113を含むことができる。
【0069】
より具体的に、容量形成部Acの第1方向の上部に配置される上部カバー部112、及び容量形成部Acの第1方向の下部に配置される下部カバー部113を含むことができる。
【0070】
上部カバー部112及び下部カバー部113は、単一の誘電体層111又は2つ以上の誘電体層111を容量形成部Acの上下面にそれぞれ第1方向に積層して形成することができ、基本的に物理的又は化学的ストレスによる内部電極121、122の損傷を防止する役割を果たすことができる。
【0071】
上部カバー部112及び下部カバー部113は、内部電極121、122を含まず、誘電体層111と同じ材料を含むことができる。すなわち、上部カバー部112及び下部カバー部113はセラミック材料を含むことができ、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)系セラミック材料を含むことができる。
【0072】
一方、カバー部112、113の厚さtcは特に限定する必要はない。
【0073】
但し、積層型電子部品の小型化及び高容量化をより容易に達成するために、カバー部112、113の厚さtcは100μm以下であってもよく、好ましくは30μm以下であってもよく、超小型製品では、より好ましくは20μm以下であってもよい。
【0074】
ここで、カバー部112、113の厚さtcは、カバー部112、113の第1方向のサイズ又は積層方向のサイズを意味することができる。また、カバー部112、113の厚さtcは、カバー部112、113の平均厚さtcを意味することができ、カバー部112、113の第1方向の平均サイズを意味することができる。
【0075】
カバー部112、113の第1方向の平均サイズは、本体110の第1方向及び第2方向の断面を倍率1万倍の走査型電子顕微鏡(SEM)でイメージをスキャンして測定することができる。より具体的に、一つのカバー部をスキャンしたイメージにおいて、第2方向に等間隔である30個の地点で第1方向のサイズを測定して計算した平均値であり得る。
【0076】
また、上述した方法で測定したカバー部の第1方向の平均サイズは、本体110の第1方向及び第3方向の断面(cross‐section)において、カバー部の第1方向の平均サイズと実質的に同じサイズを有することができる。
【0077】
一方、本体110の第3方向の両端面(end‐surface)上にはサイドマージン部114、115が配置されてもよい。
【0078】
より具体的に、サイドマージン部114、115は、本体110の第5面5に配置された第1サイドマージン部114、及び第6面6に配置された第2サイドマージン部115を含むことができる。すなわち、サイドマージン部114、115は、本体110の第3方向の両端面(end‐surface)に配置されることができる。
【0079】
サイドマージン部114、115は、図示のように、本体110の第1方向及び第3方向の断面(cross‐section)を基準に、第1内部電極121及び第2内部電極122の第3方向の両端と本体110の境界面との間の領域を意味することができる。
【0080】
サイドマージン部114、115は、基本的に物理的又は化学的ストレスによる内部電極121、122の損傷を防止する役割を果たすことができる。
【0081】
サイドマージン部114、115は、セラミックグリーンシート上にサイドマージン部114、115が形成される箇所を除き、導電性ペーストを塗布して内部電極121、122を形成し、内部電極121、122による段差を抑制するために、積層後の内部電極121、122が本体110の第5面5及び第6面6に露出するように切断した後、単一の誘電体層111又は2つ以上の誘電体層111を容量形成部Acの第3方向の両端面(end‐surface)に第3方向に積層して形成することもできる。
【0082】
第1サイドマージン部114及び第2サイドマージン部115は、内部電極121、122を含まず、誘電体層111と同じ材料を含むことができる。すなわち、第1サイドマージン部114及び第2サイドマージン部115はセラミック材料を含むことができ、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)系セラミック材料を含むことができる。
【0083】
一方、第1サイドマージン部114及び第2サイドマージン部115の幅wmは特に限定する必要はない。
【0084】
但し、積層型電子部品100の小型化及び高容量化をより容易に達成するために、第1サイドマージン部114及び第2サイドマージン部115の幅wmは100μm以下であってもよく、好ましくは30μm以下であってもよく、超小型製品では、より好ましくは20μm以下であってもよい。
【0085】
ここで、サイドマージン部114、115の幅wmは、サイドマージン部114、115のそれぞれの第3方向のサイズ又は幅方向のサイズを意味することができる。また、サイドマージン部114、115の幅wmは、サイドマージン部114、115の平均幅wmを意味することができ、サイドマージン部114、115の第3方向の平均サイズを意味することができる。
【0086】
サイドマージン部114、115の第3方向の平均サイズは、本体110の第1方向及び第3方向の断面(cross‐section)を倍率1万倍の走査型電子顕微鏡(SEM)でイメージをスキャンして測定することができる。より具体的に、一つのサイドマージン部をスキャンしたイメージにおいて、第1方向に等間隔である10個の地点で第3方向のサイズを測定して計算した平均値を意味することができる。
【0087】
本発明の一実施形態において、セラミック電子部品100が2つの外部電極131、132を有する構造について説明しているが、外部電極131、132の個数や形状などは、内部電極121、122の形態やその他の目的に応じて変更することができる。
【0088】
外部電極131、132は本体110上に配置され、内部電極121、122と連結されてもよい。
【0089】
より具体的に、外部電極131、132は、本体110の第3面及び第4面4にそれぞれ配置され、第1内部電極121及び第2内部電極122とそれぞれ連結される第1外部電極131及び第2外部電極132を含むことができる。すなわち、第1外部電極131は、本体の第3面3に配置されて第1内部電極121と連結されることができ、第2外部電極132は、本体の第4面4に配置されて第2内部電極122と連結されることができる。
【0090】
外部電極131、132は、金属などのように、電気伝導性を有するものであれば、如何なる物質を使用して形成されてもよく、電気的特性、構造的安定性などを考慮して具体的な物質が決定されてもよく、さらに、多層構造を有してもよい。
【0091】
例えば、外部電極131、132は、本体110に配置される電極層131a、132a及び電極層131a、132a上に配置されるめっき層131b、132bを含むことができる。
【0092】
電極層131a、132aに対するより具体的な例を挙げると、電極層131a、132aは、導電性金属及びガラスを含む焼成電極であってもよく、導電性金属及び樹脂を含む樹脂系電極であってもよい。
【0093】
また、電極層131a、132aは、本体110上に焼成電極及び樹脂系電極が順次に形成された形態であってもよい。
【0094】
また、電極層131a、132aは、本体110上に導電性金属を含むシートを転写する方式で形成されてもよく、焼成電極上に導電性金属を含むシートを転写する方式で形成されたものであってもよい。
【0095】
電極層131a、132aに使用される導電性金属は、静電容量の形成のために、上記内部電極121、122と電気的に連結できる材質であれば、特に限定されず、例えば、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、錫(Sn)、タングステン(W)、チタン(Ti)及びこれらの合金からなる群から選択された一つ以上を含むことができる。電極層131a、132aは、上記導電性金属粉末にガラスフリットを添加して設けられた導電性ペーストを塗布した後、焼成することにより形成することができる。
【0096】
めっき層131b、132bは、実装特性を向上させる役割を果たすことができる。
【0097】
めっき層131b、132bの種類は特に限定されず、ニッケル(Ni)、錫(Sn)、パラジウム(Pd)及びこれらの合金のうち一つ以上を含む単一層のめっき層131b、132bであってもよく、複数の層で形成されてもよい。
【0098】
めっき層131b、132bに対するより具体的な例を挙げると、めっき層131b、132bはNiめっき層又はSnめっき層であってもよく、電極層131a、132a上にNiめっき層及びSnめっき層が順次に形成された形態であってもよく、Snめっき層、Niめっき層、及びSnめっき層が順次に形成された形態であってもよい。また、めっき層131b、132bは、複数のNiめっき層及び/又は複数のSnめっき層を含むこともできる。
【0099】
本発明の一実施形態に係る積層型電子部品100のサイズは特に限定されない。
【0100】
但し、積層型電子部品の小型化及び高容量化を同時に達成するために、1005(長さ×幅=1.0mm×0.5mm)サイズ以下の積層型電子部品100において、本発明の効果がより優れることができる。
【0101】
以上のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述した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ものとする。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、当技術分野における通常の知識を有する者によって様々な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属すると言える。
【0102】
以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、これは本発明の具体的な理解を助けるためのものであり、本発明の範囲が実施例によって限定されるものではない。
【0103】
(実施例)
以下で説明するサンプルチップは1005サイズを使用し、各試験例当たり40個のサンプルチップを作製して評価した。
【0104】
まず、
図5は、比較例及び実施例それぞれのサンプルチップ40個に対して超加速寿命評価(HALT:Highly Accelerated Life Test)を行ったグラフである。
【0105】
より具体的に、
図5(a)は、第1希土類元素Dyを0.5モル以上0.9モル以下添加したときのHALTグラフであり、
図5(b)は、第1希土類元素Dy及びTbを0.5モル以上0.9モル以下添加したときのHALTグラフであり、
図5(c)は、第1希土類元素Dy、Tb及び第2希土類元素を0.5モル以上0.9モル以下添加したときのHALTグラフである。
【0106】
HALT評価は、温度条件85℃、電圧条件20Vrで12時間の間行い、初期絶縁抵抗(IR0)を基準に、絶縁抵抗(IR)値において短絡(short)が発生した場合を不良と評価した。
【0107】
図5(a)は、40個のサンプルチップのうち3個の不良が発生し、
図5(b)は、40個のサンプルチップのうち1個の不良が発生し、
図5(c)は、40個のサンプルチップのいずれも不良が発生しなかった。
【0108】
このことから、第1希土類元素であるDy及び/又はTbだけでなく、第2希土類元素をさらに添加する場合、高温信頼性に優れることが分かる。
【0109】
次に、下記表1は、第1希土類元素であるDy及びTbのモル数と第2希土類元素のモル数(RE2)との和によるX6S温度特性の満足の有無を評価したものである。
【0110】
X6S温度特性の評価は、25℃の容量を基準に、-55℃~105℃での容量変化率(%)が-22%以上+22%以下を満たす場合、○と評価し、満たさない場合を×と評価した。
【0111】
【0112】
Dy+Tb+RE2のモル数が0.5モル以上0.9モル以下である場合、X6S温度特性を満たすことが確認できるが、Dy+Tb+RE2のモル数が1.1モルである場合、X6S温度特性を満たさないことが確認できる。
【0113】
このことから、Dy+Tb+RE2のモル数が0.5モル以上0.9モル以下である場合、X6S温度特性を満たすことが分かる。
【0114】
次に、
図6は、比較例及び実施例それぞれのサンプルチップ40個に対して超加速寿命評価(HALT)を行ったグラフである。
【0115】
より具体的に、
図6(a)は、Dy+Tb+RE2のモル数が0.5モル未満であり、このとき1<Tb/Dyを満たす。
図6(b)~
図6(d)は、Dy+Tb+RE2のモル数が0.5モル以上0.9モル以下を満たし、
図6(b)はTb/Dy<1を満たし、
図6(c)はTb/Dy=1を満たし、
図6(d)は1<Tb/Dyを満たす。
【0116】
HALT評価は、温度条件105℃、電圧条件15Vrで72時間の間行い、初期絶縁抵抗(IR0)を基準に、絶縁抵抗(IR)値において短絡(short)が発生した場合を不良と評価した。
【0117】
図6(b)~
図6(d)を参照すると、Dy+Tb+RE2のモル数が0.5モル以上0.9モル以下を満たす場合において、Tb/Dyの比率が高くなるほど、短絡発生時間が増加することが確認できる。より具体的に、Tb/Dy<1の場合、全てのサンプルチップに対して40時間前に不良が発生し、Tb/Dy=1の場合、全てのサンプルチップに対して72時間前に不良が発生し、1<Tb/Dyの場合、HALT評価の進行中にサンプルチップのうち不良が発生していないチップが存在することが確認できる。また、1<Tb/Dyを満たすものの、Dy+Tb+RE2モル未満である
図6(a)を参照すると、全てのサンプルチップに対して50時間前に不良が発生したことが確認できる。
【0118】
このことから、0.5モル≦Dy+Tb+RE2≦0.9モル及び1<Tb/Dyを満たす場合、高温信頼性が向上することが分かる。
【0119】
次に、
図7は、比較例及び実施例それぞれのサンプルチップ40個に対して超加速寿命評価(HALT)を行ったグラフである。
【0120】
より具体的には、
図7(a)~
図7(c)は、0.5モル≦Dy+Tb+RE2≦0.9モル及び1<Tb/Dyを満たす場合において、
図7(a)は、Mnのモル数が0.2モル未満であり、
図7(b)は、Mnのモル数が0.2モル以上0.5モル以下であり、
図7(c)は、Mnのモル数が0.5モル超である。
【0121】
HALT評価は、温度条件105℃、電圧条件15Vrで72時間の間行い、初期絶縁抵抗(IR0)を基準に、絶縁抵抗(IR)値において短絡(short)が発生した場合を不良と評価した。
【0122】
そして、各試験例に対してエージング率(Aging rate)を評価し、
図7(a)は-3.9%、
図7(b)は-4.2%、
図7(c)は-4.7%と計算された。
【0123】
エージング率(Aging rate)とは、経時的な容量減少率を意味し、絶対値の大きさが大きいほど、経時的な容量減少率が大きいと評価することができ、劣った特性を示す指標の一つに該当する。
【0124】
Mnの添加量が高いほど、エージング率(Aging rate)が大きくなることが測定されたが、Mnのモル数が0.2モル未満である場合、エージング率(Aging rate)には優れるものの、HALT評価では劣った結果を示し、高温信頼性が低下することが確認できる。また、0.5<Mnの場合、エージング率(Aging rate)が最も低下し、HALT評価時の短絡不良時間の散布が良くないため、信頼性が低下すると評価することができる。
【0125】
言い換えれば、0.5モル≦Dy+Tb+RE2≦0.5及び1<Tb/Dyを満たす場合において、0.2モル≦Mn≦0.5モルである場合、高温信頼性及び経時的な容量減少率が向上することが確認できる。
【0126】
本明細書で使用される「一実施形態」という表現は、互いに同じ実施形態を意味するものではなく、それぞれ互いに異なる固有の特徴を強調して説明するために提供されたものである。しかし、上記提示された一実施形態は、他の一実施形態の特徴と結合して実現されることを排除しない。例えば、特定の一実施形態に説明された事項が他の一実施形態に説明されていなくても、他の一実施形態においてその事項と反対又は矛盾する説明がない限り、他の一実施形態に関連する説明と理解することができる。
【0127】
本明細書で使用される用語は、単に一実施形態を説明するために使用されたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。このとき、単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味ではない限り、複数の表現を含む。
【符号の説明】
【0128】
100:積層型電子部品
110:本体
111:誘電体層
112、113:カバー部
114、115:サイドマージン部
121、122:内部電極
131、132:外部電極