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(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】P2024118435
(43)【公開日】2024-08-30
(54)【発明の名称】積層型キャパシタ
(51)【国際特許分類】
   H01G 4/30 20060101AFI20240823BHJP
【FI】
H01G4/30 201F
H01G4/30 513
H01G4/30 516
H01G4/30 201G
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024014093
(22)【出願日】2024-02-01
(31)【優先権主張番号】10-2023-0022145
(32)【優先日】2023-02-20
(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】金 昇阿
(72)【発明者】
【氏名】李 彩銅
(72)【発明者】
【氏名】延 圭浩
(72)【発明者】
【氏名】全 炳俊
【テーマコード(参考)】
5E001
5E082
【Fターム(参考)】
5E001AB03
5E001AF06
5E001AJ03
5E082AA01
5E082AB03
5E082BC33
5E082EE04
5E082EE23
5E082EE35
5E082FF05
5E082FG04
5E082FG26
5E082FG46
5E082GG10
5E082GG11
5E082GG26
5E082GG28
5E082PP09
(57)【要約】
【課題】導電性樹脂層の体積を最小化しながら応力を緩和させることによって、亀裂発生を抑制し、等価直列抵抗(ESR)を増加させ、割れ不良を抑制させることができる積層型キャパシタを提供する。
【解決手段】誘電体層および内部電極を含むキャパシタボディと、接続部とバンド部とを有する外部電極とを含み、外部電極は、焼結金属層および導電性樹脂層を含み、接続部における導電性樹脂層の平均厚さをLとし、接続部における焼結金属層の平均厚さをLとする時、Lは、Lより小さく、バンド部における導電性樹脂層の平均厚さをTとし、バンド部における前記焼結金属層の平均厚さをTとする時、Tは、Tより大きい、積層型キャパシタを開示する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘電体層および内部電極を含み、前記誘電体層および前記内部電極の積層方向に互いに対向する第1面および第2面と、長手方向に互いに対向する第3面および第4面と、幅方向に互いに対向する第5面および第6面とを有するキャパシタボディと、
前記第3面および第4面の外側に配置される接続部と、前記接続部から前記第1面上および第2面上に延びて配置されるバンド部とを有する外部電極とを含み、
前記外部電極は、前記キャパシタボディの外側に配置される焼結金属層と、前記焼結金属層の外側に配置され、樹脂および導電性金属を含む導電性樹脂層とを含み、
前記接続部における前記導電性樹脂層の平均厚さをLとし、前記接続部における前記焼結金属層の平均厚さをLとする時、Lは、Lより小さく、
前記バンド部における前記導電性樹脂層の平均厚さをTとし、前記バンド部における前記焼結金属層の平均厚さをTとする時、Tは、Tより大きい、
積層型キャパシタ。
【請求項2】
前記外部電極は、前記導電性樹脂層の外側に配置されるメッキ層をさらに含む、請求項1に記載の積層型キャパシタ。
【請求項3】
前記接続部における前記メッキ層の平均厚さをLとする時、Lは、Lより大きい、請求項2に記載の積層型キャパシタ。
【請求項4】
前記接続部における前記導電性樹脂層の平均厚さをLとし、前記接続部における前記焼結金属層の平均厚さをLとする時、L≦0.8×Lである、請求項1に記載の積層型キャパシタ。
【請求項5】
前記接続部における前記焼結金属層の平均厚さ(L)は、40μm~80μmである、請求項1に記載の積層型キャパシタ。
【請求項6】
前記接続部における前記導電性樹脂層の平均厚さ(L)は、30μm~60μmである、請求項1に記載の積層型キャパシタ。
【請求項7】
前記接続部における前記メッキ層の平均厚さ(L)は、7μm~20μmである、請求項2に記載の積層型キャパシタ。
【請求項8】
前記バンド部における前記メッキ層の平均厚さをTとする時、Tは、Tより大きい、請求項2に記載の積層型キャパシタ。
【請求項9】
前記バンド部における前記導電性樹脂層の平均厚さ(T)は、前記接続部における前記導電性樹脂層の平均厚さ(L)より大きい、請求項1に記載の積層型キャパシタ。
【請求項10】
前記バンド部における前記焼結金属層の平均厚さ(T)は、10μm~15μmである、請求項1に記載の積層型キャパシタ。
【請求項11】
前記バンド部における前記導電性樹脂層の平均厚さ(T)は、15μm~30μmである、請求項1に記載の積層型キャパシタ。
【請求項12】
前記バンド部における前記メッキ層の平均厚さ(T)は、7μm~15μmである、請求項2に記載の積層型キャパシタ。
【請求項13】
前記焼結金属層は、導電性金属およびガラスを含む、請求項1に記載の積層型キャパシタ。
【請求項14】
前記導電性樹脂層において、
前記樹脂は、エポキシ系樹脂を含み、
前記導電性金属は、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、またはこれらの混合物を含む、請求項1に記載の積層型キャパシタ。
【請求項15】
前記メッキ層は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、タングステン(W)、チタン(Ti)、鉛(Pb)、これらの合金、またはこれらの混合物を含む、請求項2に記載の積層型キャパシタ。
【請求項16】
前記バンド部において、前記導電性樹脂層の長手方向の平均長さは、前記焼結金属層の長手方向の平均長さより大きい、請求項1に記載の積層型キャパシタ。
【請求項17】
前記バンド部において、
前記メッキ層の長手方向の平均長さは、前記導電性樹脂層の長手方向の平均長さより大きい、請求項2に記載の積層型キャパシタ。
【請求項18】
前記バンド部は、前記接続部から前記第5面上および第6面上に延びて配置される、請求項1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】
本記載は、積層型キャパシタに関する。
【背景技術】
【0002】
自動車用電気装置および産業用積層型キャパシタ(multi-layer ceramic capacitor、MLCC)は、実装部分およびはんだフィレット付近で応力が集中する環境に露出する。このような応力を解消しない場合、積層型キャパシタ内にクラック(crack)が発生することがあり、クラックは積層型キャパシタの特性低下および信頼性低下に直結する。
【0003】
積層型キャパシタの応力を解消するために、外部電極に導電性樹脂層を導入する。導電性樹脂層を構成する金属とエポキシ樹脂は、実装された積層型キャパシタに加えられる応力を吸収する役割を果たすことができる。
【0004】
しかし、外部電極に導電性樹脂層が導入される場合、長期保管時、吸湿および金属酸化によって浮き上がりまたは割れ不良が発生しうる。また、導電性樹脂層の抵抗は焼結金属層の抵抗に比べて非常に高く、導電性樹脂層の占める比率が高いほど、等価直列抵抗(Equivalent series resistance、ESR)および等価直列インダクタンス(Equivalent Series Inductance、ESL)などの電気的特性が低下する。
【0005】
したがって、樹脂電極の体積を最小化しながら応力を緩和させた積層型キャパシタを開発する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本開示の一側面は、導電性樹脂層の体積を最小化しながら応力を緩和させることによって、亀裂発生を抑制し、等価直列抵抗(ESR)を増加させ、割れ不良を抑制させることができる積層型キャパシタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
一側面による積層型キャパシタは、誘電体層および内部電極を含み、誘電体層および内部電極の積層方向に互いに対向する第1面および第2面と、長手方向に互いに対向する第3面および第4面と、幅方向に互いに対向する第5面および第6面とを有するキャパシタボディと、第3面および第4面の外側に配置される接続部と、接続部から第1面上および第2面上に延びて配置されるバンド部とを有する外部電極とを含む。
【0008】
外部電極は、キャパシタボディの外側に配置される焼結金属層と、焼結金属層の外側に配置され、樹脂および導電性金属を含む導電性樹脂層とを含む。
【0009】
接続部における導電性樹脂層の平均厚さをLとし、接続部における焼結金属層の平均厚さをLとする時、Lは、Lより小さい。
【0010】
バンド部における導電性樹脂層の平均厚さをTとし、バンド部における焼結金属層の平均厚さをTとする時、Tは、Tより大きい。
【0011】
外部電極は、導電性樹脂層の外側に配置されるメッキ層をさらに含むことができる。
【0012】
接続部におけるメッキ層の平均厚さをLとする時、Lは、Lより大きい。
【0013】
接続部における導電性樹脂層の平均厚さをLとし、接続部における焼結金属層の平均厚さをLとする時、L≦0.8×Lであってもよい。
【0014】
接続部における焼結金属層の平均厚さ(L)は、40μm~80μmであってもよい。
【0015】
接続部における導電性樹脂層の平均厚さ(L)は、30μm~60μmであってもよい。
【0016】
接続部におけるメッキ層の平均厚さ(L)は、7μm~20μmであってもよい。
【0017】
バンド部におけるメッキ層の平均厚さをTとする時、Tは、Tより大きい。
【0018】
バンド部における導電性樹脂層の平均厚さ(T)は、接続部における導電性樹脂層の平均厚さ(L)より大きい。
【0019】
バンド部における焼結金属層の平均厚さ(T)は、10μm~15μmであってもよい。
【0020】
バンド部における導電性樹脂層の平均厚さ(T)は、15μm~30μmであってもよい。
【0021】
バンド部におけるメッキ層の平均厚さ(T)は、7μm~15μmであってもよい。
【0022】
焼結金属層は、導電性金属およびガラスを含むことができる。
【0023】
導電性樹脂層において、樹脂は、エポキシ系樹脂を含み、導電性金属は、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、またはこれらの混合物を含むことができる。
【0024】
メッキ層は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、タングステン(W)、チタン(Ti)、鉛(Pb)、これらの合金、またはこれらの混合物を含むことができる。
【0025】
バンド部において、導電性樹脂層の長手方向の平均長さは、焼結金属層の長手方向の平均長さより大きい。
【0026】
バンド部において、メッキ層の長手方向の平均長さは、導電性樹脂層の長手方向の平均長さより大きい。
【0027】
バンド部は、接続部から第5面上および第6面上に延びて配置される。
【発明の効果】
【0028】
一側面による積層型キャパシタによれば、導電性樹脂層の体積を最小化しながら応力を緩和させることによって、亀裂発生を抑制し、等価直列抵抗(ESR)を増加させ、割れ不良を抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
図1】一側面による積層型キャパシタを示す斜視図である。
図2図1のI-I’線に沿った積層型キャパシタの断面図である。
図3図1のキャパシタボディにおける内部電極の積層構造を示す分離斜視図である。
図4】実施例1で製造された積層型キャパシタにおける接続部を測定した走査電子顕微鏡写真である。
図5図4における一部分を拡大した走査電子顕微鏡写真である。
図6】実施例1で製造された積層型キャパシタにおけるバンド部を測定した走査電子顕微鏡写真である。
図7図6における一部分を拡大した走査電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下、添付した図面を参照して、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の実施例を詳細に説明する。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。また、添付した図面は本明細書に開示された実施例を容易に理解できるようにするためのものに過ぎず、添付した図面によって本明細書に開示された技術的思想が制限されず、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むことが理解されなければならない。
【0031】
第1、第2などのような序数を含む用語は多様な構成要素を説明するのに使用できるが、前記構成要素は前記用語によって限定されない。前記用語は1つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。
【0032】
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」または「接続されて」いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されていたり、接続されていたり、または対向していてもよいが、中間に他の構成要素が存在してもよいと理解されなければならない。これに対し、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」または「直接接続されて」いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないと理解されなければならない。
【0033】
明細書全体において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、1つまたはそれ以上の他の特徴や、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないと理解されなければならない。したがって、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
【0034】
図1は、一側面による積層型キャパシタを示す斜視図であり、図2は、図1のI-I’線に沿った積層型キャパシタの断面図であり、図3は、図1のキャパシタボディにおける内部電極の積層構造を示す分離斜視図である。
【0035】
本側面を明確に説明するために方向を定義すれば、図面に表示されたL軸、W軸およびT軸は、それぞれキャパシタボディ110の長手方向、幅方向および厚さ方向を示す。ここで、厚さ方向(T軸方向)は、シート形状の構成要素の広い面(主面)に垂直な方向であってもよく、一例として、誘電体層111が積層される積層方向と同じ概念で使用できる。長手方向(L軸方向)は、シート形状の構成要素の広い面(主面)に平行に延びる方向に厚さ方向(T軸方向)と略垂直な方向になり、一例として、両側に第1外部電極および第2外部電極131、132が位置する方向であってもよい。幅方向(W軸方向)は、シート形状の構成要素の広い面(主面)に平行に延びる方向に厚さ方向(T軸方向)および長手方向(L軸方向)と略垂直な方向であってもよく、シート形状の構成要素の長手方向(L軸方向)の長さは、幅方向(W軸方向)の長さよりも長い。
【0036】
図1図3を参照すれば、本側面による積層型キャパシタ100は、キャパシタボディ110と、キャパシタボディ110の長手方向(L軸方向)に対向する両端に配置される第1外部電極および第2外部電極131、132とを含むことができる。
【0037】
キャパシタボディ110は、一例として、略六面体形状であってもよい。
【0038】
本開示では、説明の便宜のために、キャパシタボディ110において厚さ方向(T軸方向)に互いに対向する両面を第1面および第2面、第1面および第2面に連結され長手方向(L軸方向)に互いに対向する両面を第3面および第4面、第1面および第2面に連結され第3面および第4面に連結され幅方向(W軸方向)に互いに対向する両面を第5面および第6面と定義する。一例として、下面である第1面が実装方向を向く面になる。また、第1面~第6面は、平らであってもよいが、これに限定されるものではなく、例えば、中央部が凸の曲面であってもよく、各面の境界である角は、丸みを有して(round)いてもよい。
【0039】
キャパシタボディ110の形状、寸法および誘電体層111の積層数が本実施例の図面に示されたものに限定されるものではない。
【0040】
キャパシタボディ110は、複数の誘電体層111を厚さ方向(T軸方向)に積層してから焼成したものであって、複数の誘電体層111と、誘電体層111を挟んで厚さ方向(T軸方向)に交互に配置される複数の第1内部電極および第2内部電極121、122とを含む。この時、第1内部電極および第2内部電極121、122は、互いに異なる極性を有することができる。
【0041】
この時、キャパシタボディ110の互いに隣接するそれぞれの誘電体層111間の境界は、走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いずには確認できないほど一体化される。
【0042】
また、キャパシタボディ110は、アクティブ領域と、カバー領域112、113とを含むことができる。
【0043】
アクティブ領域は、積層型キャパシタ100の容量形成に寄与する部分である。一例として、アクティブ領域は、厚さ方向(T軸方向)に沿って積層される第1内部電極および第2内部電極121、122がオーバーラップ(overlap)された領域であってもよい。
【0044】
カバー領域112、113は、マージン部であって、厚さ方向(T軸方向)にアクティブ領域の第1面側および第2面側にそれぞれ位置することができる。このようなカバー領域112、113は、単一誘電体層111または2つ以上の誘電体層111がアクティブ領域の上面および下面にそれぞれ積層されたものであってもよい。
【0045】
また、キャパシタボディ110は、側面カバー領域をさらに含むことができる。側面カバー領域は、マージン部であって、幅方向(W軸方向)にアクティブ領域の第5面側および第6面側にそれぞれ位置することができる。このような側面カバー領域は、誘電体グリーンシートの表面に内部電極形成用導電性ペースト層を塗布する時、誘電体グリーンシート表面の一部領域にのみ導電性ペースト層を塗布し、誘電体グリーンシート表面の両側側面には導電性ペースト層を塗布しない誘電体グリーンシートを積層した後、焼成することによって形成される。
【0046】
カバー領域112、113と側面カバー領域は、物理的または化学的ストレスによる第1内部電極および第2内部電極121、122の損傷を防止する役割を果たす。
【0047】
一例として、誘電体層111は、高誘電率のセラミック材料を含むことができる。例えば、セラミック材料は、BaTiO、CaTiO、SrTiO、またはCaZrOなどの成分を含む誘電体セラミックを含むことができる。また、これらの成分に、Mn化合物、Fe化合物、Cr化合物、Co化合物、Ni化合物などの補助成分をさらに含むことができる。例えば、BaTiO系誘電体セラミックに、Ca、Zrなどが一部固溶した(Ba1-xCa)TiO、Ba(Ti1-yCa)O、(Ba1-xCa)(Ti1-yZr)OまたはBa(Ti1-yZr)Oなどを含むことができる。
【0048】
また、誘電体層111には、セラミック粉末と共に、セラミック添加剤、有機溶剤、可塑剤、結合剤および分散剤などがさらに添加される。セラミック添加剤は、例えば、遷移金属酸化物または遷移金属炭化物、希土類元素、マグネシウム(Mg)またはアルミニウム(Al)などが使用できる。
【0049】
一例として、誘電体層111の平均厚さは、0.5μm~10μmであってもよい。
【0050】
第1内部電極および第2内部電極121、122は、互いに異なる極性を有する電極であって、誘電体層111を挟んで厚さ方向(T軸方向)に沿って互いに対向して交互に配置され、一端がキャパシタボディ110の第3面および第4面を介してそれぞれ露出できる。
【0051】
第1内部電極および第2内部電極121、122は、間に配置された誘電体層111によって互いに電気的に絶縁される。
【0052】
キャパシタボディ110の第3面および第4面を介して交互に露出する第1内部電極および第2内部電極121、122の端部は、第1外部電極および第2外部電極131、132とそれぞれ接続されて電気的に連結可能である。
【0053】
第1内部電極および第2内部電極121、122は、導電性金属を含み、例えば、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、鉛(Pd)、または金(Au)などの金属やこれらの合金、例えば、Ag-Pd合金を含むことができる。
【0054】
また、第1内部電極および第2内部電極121、122は、誘電体層111に含まれるセラミック材料と同一組成系の誘電体粒子を含むこともできる。
【0055】
第1内部電極および第2内部電極121、122は、導電性金属を含む導電性ペーストを用いて形成される。導電性ペーストの印刷方法は、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法などを用いることができる。
【0056】
一例として、第1内部電極および第2内部電極121、122の平均厚さは、0.1μm~2μmであってもよい。
【0057】
第1外部電極および第2外部電極131、132は、互いに異なる極性の電圧が提供され、第1内部電極および第2内部電極121、122の露出する部分とそれぞれ接続されて電気的に連結可能である。
【0058】
このような構成により、第1外部電極および第2外部電極131、132に所定の電圧を印加すると、互いに対向する第1内部電極および第2内部電極121、122の間に電荷が蓄積される。この時、積層型キャパシタ100の静電容量は、アクティブ領域においてT軸方向に沿って互いに重なる第1内部電極および第2内部電極121、122のオーバーラップされた面積と比例する。
【0059】
第1外部電極および第2外部電極131、132は、キャパシタボディ110の第3面および第4面にそれぞれ配置されて第1内部電極および第2内部電極121、122に接続される第1接続部および第2接続部と、キャパシタボディ110の第3面および第4面と、第1面、第2面、第5面、および第6面との出会う角に配置される第1バンド部および第2バンド部とをそれぞれ含むことができる。第1バンド部および第2バンド部は、第1接続部および第2接続部においてキャパシタボディ110の第1面、第2面、第5面、および第6面の一部までそれぞれ延びることができる。第1バンド部および第2バンド部は、第1外部電極および第2外部電極131、132の固着強度を向上させる役割を果たすことができる。
【0060】
第1外部電極および第2外部電極131、132は、それぞれキャパシタボディ110と接触する焼結金属層131a、132aと、焼結金属層131a、132aを覆うように配置される導電性樹脂層131b、132bと、導電性樹脂層131b、132bを覆うように配置されるメッキ層131c、132cとを含むことができる。
【0061】
焼結金属層131a、132aは、導電性金属およびガラスを含むことができる。
【0062】
一例として、焼結金属層131a、132aは、導電性金属として、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、金(Au)、白金(Pt)、スズ(Sn)、タングステン(W)、チタン(Ti)、鉛(Pb)、これらの合金、またはこれらの組み合わせを含むことができ、例えば、銅(Cu)は、銅(Cu)合金を含むことができる。導電性金属が銅を含む場合、銅以外の金属は、銅100モル部に対して5モル部以下で含まれる。
【0063】
一例として、焼結金属層131a、132aは、ガラスとして、酸化物が混合された組成を含むことができ、例えば、ケイ素酸化物、ホウ素酸化物、アルミニウム酸化物、遷移金属酸化物、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物からなる群より選択された1つ以上であってもよい。遷移金属は、亜鉛(Zn)、チタン(Ti)、銅(Cu)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)およびニッケル(Ni)からなる群より選択され、アルカリ金属は、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)およびカリウム(K)からなる群より選択され、アルカリ土類金属は、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびバリウム(Ba)からなる群より選択された1つ以上であってもよい。
【0064】
焼結金属層131a、132aにおいて導電性金属とガラスの含有量は特に限定されないが、例えば、積層型キャパシタ100の幅方向(W軸方向)の中間(1/2)地点から幅方向(W軸方向)に垂直に長手方向(L軸方向)および厚さ方向(T軸方向)に切断した断面における導電性金属の平均面積は、焼結金属層131a、132aの全体面積対比30%~90%、または70%~90%であってもよい。
【0065】
導電性樹脂層131b、132bは、焼結金属層131a、132a上に形成され、例えば、焼結金属層131a、132aを完全に覆う形態で形成される。
【0066】
導電性樹脂層131b、132bは、キャパシタボディ110の第1面、第2面、第5面、および第6面に延び、導電性樹脂層131b、132bがキャパシタボディ110の第1面、第2面、第5面、および第6面に延びて配置された領域(つまり、バンド部)の長さは、焼結金属層131a、132aがキャパシタボディ110の第1面、第2面、第5面、および第6面に延びて配置された領域(つまり、バンド部)の長さより長い。つまり、導電性樹脂層131b、132bは、焼結金属層131a、132a上に形成され、焼結金属層131a、132aを完全に覆う形態で形成される。
【0067】
導電性樹脂層131b、132bは、樹脂および導電性金属を含む。
【0068】
導電性樹脂層131b、132bに含まれる樹脂は、接合性および衝撃吸収性を有し、導電性金属粉末と混合してペーストを作れるものであれば特に制限されず、例えば、フェノール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、またはポリイミド樹脂を含むことができる。
【0069】
導電性樹脂層131b、132bに含まれる導電性金属は、第1内部電極および第2内部電極121、122または焼結金属層131a、132aと電気的に連結されるようにする役割を果たす。
【0070】
導電性樹脂層131b、132bに含まれる導電性金属は、球状、フレーク状、またはこれらの組み合わせの形態を有することができる。つまり、導電性金属は、フレーク状のみからなるか、球状のみからなってもよく、フレーク状と球状とが混合された形態であってもよい。
【0071】
ここで、球状は、完全な球状ではない形態も含むことができ、例えば、長軸と短軸の長さ比率(長軸/短軸)が1.45以下の形態を含むことができる。フレーク状粉末は、平らでかつ細長い形態を有する粉末を意味し、特に制限されるわけではないが、例えば、長軸と短軸の長さ比率(長軸/短軸)が1.95以上であってもよい。
【0072】
導電性樹脂層131b、132bは、導電性金属として、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、またはこれらの混合物を含むことができる。
【0073】
第1外部電極および第2外部電極131、132は、導電性樹脂層131b、132bの外側に配置されるメッキ層131c、132cをさらに含むことができる。
【0074】
メッキ層131c、132cは、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、タングステン(W)、チタン(Ti)または鉛(Pb)などの単独またはこれらの合金を含むことができる。一例として、メッキ層131c、132cは、ニッケル(Ni)メッキ層またはスズ(Sn)メッキ層であってもよく、ニッケル(Ni)メッキ層およびスズ(Sn)メッキ層が順次に積層された形態であってもよく、スズ(Sn)メッキ層、ニッケル(Ni)メッキ層およびスズ(Sn)メッキ層が順次に積層された形態であってもよい。また、メッキ層131c、132cは、複数のニッケル(Ni)メッキ層および/または複数のスズ(Sn)メッキ層を含むこともできる。
【0075】
メッキ層131c、132cは、積層型キャパシタ100の基板との実装性、構造的信頼性、外部に対する耐久度、耐熱性および等価直列抵抗値(Equivalent Series Resistance、ESR)を改善することができる。
【0076】
メッキ層131c、132cは、キャパシタボディ110の第1面および第2面または第5面および第6面に延び、メッキ層131c、132cがキャパシタボディ110の第1面および第2面または第5面および第6面に延びて配置された領域(つまり、バンド部)の長さは、導電性樹脂層131b、132bがキャパシタボディ110の第1面および第2面または第5および第6面に延びて配置された領域(つまり、バンド部)の長さより長い。つまり、メッキ層131c、132cは、導電性樹脂層131b、132b上に形成され、導電性樹脂層131b、132bを完全に覆う形態で形成される。
【0077】
一方、導電性樹脂層131b、132bの電気抵抗は、焼結金属層131a、132aの電気抵抗に比べて大きく、導電性樹脂層131b、132bの厚さが厚いほど、つまり、占める大きさが大きくなるほど、導電性樹脂層131b、132bの電気抵抗が大きくなる。これによって、積層型キャパシタ100の等価直列抵抗(Equivalent series resistance、ESR)および等価直列インダクタンス(Equivalent Series Inductance、ESL)などの電気的特性に不利に作用する。
【0078】
また、導電性樹脂層131b、132bは、高分子樹脂を含み、高分子樹脂中の-OH(ヒドロキシ基)は、導電性樹脂層131b、132bと焼結金属層131a、132aとの接合力を向上させるが、導電性金属によって一部の樹脂が酸化することによって、COガスを発生させる。一連の反応で生成されたCOガスは、導電性樹脂層131b、132b中のボイド(void)および焼結金属層131a、132aとの界面に存在し、積層型キャパシタ100を基板に実装する過程、つまり、熱を加える過程で積層型キャパシタ100内の界面の浮き上がりおよび割れを引き起こすことがある。
【0079】
本開示の一側面は、樹脂電極の体積を最小化しながら応力を緩和させることによって、亀裂発生を抑制し、等価直列抵抗(ESR)を増加させ、割れ不良を抑制することができる。
【0080】
以下、第1接続部および第2接続部における焼結金属層131a、132aの平均厚さをLとし、第1接続部および第2接続部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さをLとし、第1接続部および第2接続部におけるメッキ層131c、132cの平均厚さをLとし、第1バンド部および第2バンド部における焼結金属層131a、132aの平均厚さをTとし、第1バンド部および第2バンド部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さをTとし、第1バンド部および第2バンド部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さをTとする。
【0081】
第1接続部および第2接続部において焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cの厚さは、第3面および第4面における長手方向(L軸方向)の長さを意味する。
【0082】
第1接続部および第2接続部において焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cの平均厚さは、積層型キャパシタ100の幅方向(W軸方向)の中央(1/2地点)から幅方向(W軸方向)に垂直に長手方向と積層方向に切断した断面(L軸方向およびT軸方向の断面)を、走査電子顕微鏡(SEM)または走査透過電子顕微鏡(STEM)などによって観察することによって分析することができる。また、その測定は、少なくとも3個、5個、または10個の互いに異なる地点または断面で実施し、その算術平均値を算出することができる。
【0083】
積層型キャパシタ100の断面サンプルは、例えば、積層型キャパシタ100をエポキシ(epoxy)モールドに実装した後、断面が露出するように積層型キャパシタ100を研磨(polishing)し、Ptコーター(Pt coater)で10秒コーティングして用意することができる。
【0084】
走査電子顕微鏡(SEM)は、例えば、Thermofisher scientific社のVerios G4製品を用い、測定条件は10kV、分析倍率は3000倍であってもよく、第1外部電極および第2外部電極131、132と誘電体層111との界面から外側方向に第1外部電極および第2外部電極131、132が露出されるように測定することができる。
【0085】
第1接続部および第2接続部において焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cの平均厚さは、積層型キャパシタ100の断面サンプルの走査電子顕微鏡(SEM)イメージにおいて、第3面および第4面の厚さ方向(T軸方向)の中央(1/2地点)を基準点とし、基準点の両側に位置する2個の地点を含む、計5個の地点での、焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cの厚さの算術平均値であってもよい。この時、5個の地点は、第1接続部および第2接続部の厚さ方向(T軸方向)の全体長さに対して基準点を中心に厚さ方向(T軸方向)30%以内の長さを有する領域内で測定する。5個の地点の間隔は、走査電子顕微鏡(SEM)イメージのスケール(scale)に応じて調節することができ、例えば、10μm~100μm、または30μm~50μmの間隔であってもよい。
【0086】
この時、基準点から長手方向(L軸方向)には焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cがすべて存在しなければならず、もし、基準点において焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cがすべて存在しない場合、第3面および第4面の厚さ方向(T軸方向)のうち焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cが長手方向(L軸方向)にすべて存在するいずれか1つの地点、例えば、1/4地点、または3/4地点が基準点になる。
【0087】
第1バンド部および第2バンド部において焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cの厚さは、第1面および第2面における厚さ方向(T軸方向)の長さを意味する。第1バンド部および第2バンド部が第5面および第6面においても位置する場合、焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cの厚さは、第5面および第6面における幅方向(W軸方向)の長さを意味することを除けば、第1面および第2面に位置する場合と同一であるので、繰り返しの説明は省略する。
【0088】
第1バンド部および第2バンド部において焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cの平均厚さは、積層型キャパシタ100の断面サンプルの走査電子顕微鏡(SEM)イメージにおいて、焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cをすべて有する領域の長手方向(L軸方向)の中心を基準点とし、基準点の両側に位置する2個の地点を含む、計5個の地点における、焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cの厚さの算術平均値であってもよい。この時、5個の地点は、焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cをすべて有する領域の長手方向(L軸方向)の全体長さに対して、基準点を中心に長手方向(L軸方向)の30%以内の長さを有する領域内で測定する。5個の地点の間隔は、走査電子顕微鏡(SEM)イメージのスケール(scale)に応じて調節することができ、例えば、10μm~100μm、または30μm~50μmの間隔であってもよい。
【0089】
この時、基準点から厚さ方向(T軸方向)には焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cがすべて存在しなければならず、もし、基準点において焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cがすべて存在しない場合、第1面および第2面の長手方向(L軸方向)のうち焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cが厚さ方向(T軸方向)にすべて存在するいずれか1つの地点のうち、焼結金属層131a、132aが最も大きい厚さを有する地点が基準点になる。
【0090】
また、第1バンド部および第2バンド部において焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cの平均厚さは、第1面に位置する第1バンド部での平均厚さ、第2面に位置する第1バンド部での平均厚さ、第1面に位置する第2バンド部での平均厚さ、および第2面に位置する第2バンド部での平均厚さの算術平均値であってもよい。
【0091】
第1接続部および第2接続部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(L)は、第1接続部および第2接続部における焼結金属層131a、132aの平均厚さ(L)より小さい。例えば、L≦0.8×L、L≦0.7×L、L≦0.6×L、L≦0.5×L、L≦0.4×L、L≦0.3×L、L≦0.2×L、またはL≦0.1×Lであってもよい。
【0092】
また、第1接続部および第2接続部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(L)は、メッキ層131c、132cの平均厚さ(L)より大きい。
【0093】
つまり、第1接続部および第2接続部では焼結金属層131a、132aの平均厚さ(L)が最も大きく、メッキ層131c、132cの平均厚さ(L)が最も小さく、導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(L)は、焼結金属層131a、132aの平均厚さ(L)100対比80以下である。導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(L)が焼結金属層131a、132aの平均厚さ(L)100対比80を超える場合、COガスの発生による第1外部電極および第2外部電極131、132の浮き上がりおよび割れ不良に弱くなる。
【0094】
第1バンド部および第2バンド部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(T)は、第1バンド部および第2バンド部における焼結金属層131a、132aの平均厚さ(T)より大きい。第1バンド部および第2バンド部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(T)が第1バンド部および第2バンド部における焼結金属層131a、132aの平均厚さ(T)より小さければ、曲げ強度が低下してクラック(crack)および剥離(peel off)が発生しうる。
【0095】
第1バンド部および第2バンド部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(T)は、第1バンド部および第2バンド部におけるメッキ層131c、132cの平均厚さ(T)より大きい。第1バンド部および第2バンド部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(T)が第1バンド部および第2バンド部におけるメッキ層131c、132cの平均厚さ(T)より小さければ、導電性樹脂層131b、132bによる曲げ強度に対する応力解消効果が減少してクラックが発生しうる。
【0096】
第1バンド部および第2バンド部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(T)は、第1接続部および第2接続部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(L)より大きい。例えば、第1接続部および第2接続部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さが薄いほど、ESRが低くなり、COガスの発生量も減少しながら浮き上がりおよび割れ不良にも有利である。つまり、曲げ強度特性に大きな影響を及ぼす第1バンド部および第2バンド部では、導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(T)を厚くし、ESRに大きな影響を及ぼす第1接続部および第2接続部では、導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(L)を薄くして曲げ強度特性を確保しながらもESRを低下させることができる。
【0097】
一例として、第1接続部および第2接続部における焼結金属層131a、132aの平均厚さ(L)は、40μm~80μmであってもよい。第1接続部および第2接続部における焼結金属層131a、132aの平均厚さ(L)が40μm未満の場合、電極が過度に薄くて、第1接続部および第2接続部と第1バンド部および第2バンド部との間のコーナー部で電極切れが発生し、ESRが劣化することがあり、80μmを超える場合、ボイド(void)が生じることがある。
【0098】
また、第1接続部および第2接続部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(L)は、30μm~60μmであってもよい。第1接続部および第2接続部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(L)が30μm未満の場合、曲げ強度が低下したり、メッキが切れることがあり、60μmを超える場合、浮き上がりが発生したり、ESRが劣化することがある。
【0099】
さらに、第1接続部および第2接続部におけるメッキ層131c、132cの平均厚さ(L)は、7μm~20μmであってもよい。第1接続部および第2接続部におけるメッキ層131c、132cの平均厚さ(L)が7μm未満の場合、メッキが切れることがあり、20μmを超える場合、曲げ強度が低下することがある。
【0100】
例えば、第1バンド部および第2バンド部における焼結金属層131a、132aの平均厚さ(T)は、10μm~15μmであってもよい。第1バンド部および第2バンド部における焼結金属層131a、132aの平均厚さ(T)が10μm未満の場合、第1接続部および第2接続部と第1バンド部および第2バンド部との間のコーナー部が薄くて、メッキが切れることがある。
【0101】
また、第1バンド部および第2バンド部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(T)は、15μm~30μmであってもよい。第1バンド部および第2バンド部における導電性樹脂層131b、132bの平均厚さ(T)が15μm未満の場合、曲げ強度が低下することがあり、30μmを超える場合、実装不良(tombstone)が発生することがある。
【0102】
さらに、第1バンド部および第2バンド部におけるメッキ層131c、132cの平均厚さ(T)は、7μm~15μmであってもよい。第1バンド部および第2バンド部におけるメッキ層131c、132cの平均厚さ(T)が7μm未満の場合、メッキが切れることがあり、15μmを超える場合、曲げ強度が低下することがある。
【0103】
このように、本開示の一側面による積層型キャパシタ100によれば、導電性樹脂層131b、132bの体積を最小化しながら応力を緩和させることによって、亀裂発生を抑制し、等価直列抵抗(ESR)を増加させ、割れ不良を抑制させることができる。
【0104】
第1接続部および第2接続部における、焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cの平均厚さ、または第1バンド部および第2バンド部における、焼結金属層131a、132a、導電性樹脂層131b、132b、およびメッキ層131c、132cの平均厚さが調節された積層型キャパシタ100の製造方法は特に限定しない。
【0105】
一例として、キャパシタボディ110に焼結金属層131a、132aを形成した後、焼結金属層131a、132a上に導電性樹脂層用ペーストを塗布し、多孔性不織布などを用いて焼結金属層131a、132aに塗布された導電性樹脂層用ペーストを除去することによってその厚さを調節した後、硬化させて導電性樹脂層131b、132bを形成する方法を用いることができる。
【0106】
以下、発明の具体的な実施例を提示する。ただし、下記に記載の実施例は発明を具体的に例示または説明するためのものに過ぎず、これによって発明の範囲が制限されてはならない。
【0107】
[製造例:積層型キャパシタの製造]
チタン酸バリウム(BaTiO)粉末を含むペーストをキャリアフィルム(carrier film)上に塗布した後、乾燥して誘電体グリーンシートを複数製造する。
【0108】
ニッケル(Ni)を含む導電性ペーストをスクリーン印刷を用いて誘電体グリーンシート上に塗布して導電性ペースト層を形成する。
【0109】
導電性ペースト層の少なくとも一部が重なるようにしながら誘電体グリーンシートを複数層積層して誘電体グリーンシート積層体を製造する。
【0110】
誘電体グリーンシート積層体を個別チップの形態に切断した後、大気雰囲気下、230℃、60時間維持して脱バインダーを進行させ、1200℃で焼成してキャパシタボディを製造する。
【0111】
次に、ガラスと、導電性金属として銅(Cu)とを含む焼結金属層用ペーストをキャパシタボディの外面にディップ法で塗布し、乾燥させた後、焼結して焼結金属層を形成する。この時、第1接続部および第2接続部における焼結金属層の平均厚さは、40μm~50μmであり、第1バンド部および第2バンド部における焼結金属層の平均厚さは、15μm~20μmである。
【0112】
次に、エポキシ樹脂と、導電性金属として銅(Cu)とを含む導電性樹脂層用ペーストをキャパシタボディの外面にディップ法で塗布した後、多孔性不織布を用いて導電性樹脂層用ペーストを除去して、第1接続部および第2接続部および第1バンド部および第2バンド部での厚さを表1および表2のように調節した後、硬化させて導電性樹脂層を形成する。
【0113】
導電性樹脂層を形成した後、ニッケル(Ni)およびスズ(Sn)メッキを進行させて、実施例および比較例による積層型キャパシタを製造する。この時、第1接続部および第2接続部および第1バンド部および第2バンド部におけるメッキ層の平均厚さは、7μm~10μmである。
【0114】
[実験例1]
製造例で製造された積層型キャパシタに対して、第1接続部および第2接続部と第1バンド部および第2バンド部における焼結金属層、導電性樹脂層、およびメッキ層の平均厚さを測定する。
【0115】
製造された積層型キャパシタをエポキシモールドに実装し、L軸方向およびT軸方向の面(例えば、第5面)をW軸方向に沿って約1/2程度の深さに研磨した後、Ptコーター(Pt coater)で10秒コーティングして断面サンプルを用意する。
【0116】
用意された断面サンプルにおいて、第1接続部または第2接続部と第1バンド部または第2バンド部が見える位置をそれぞれ、SEM(Scanning Electron Microscope)装置のBSEモードで、加速電圧10kV、分析倍率3000倍で測定する。
【0117】
走査電子顕微鏡(SEM)イメージにおいて焼結金属層、導電性樹脂層、およびメッキ層の平均厚さを測定する方法は上述したものと同一であるので、繰り返しの説明は省略する。
【0118】
図4は、実施例1で製造された積層型キャパシタにおける第1接続部を測定した走査電子顕微鏡写真であり、図5は、図4における黒いボックス部分を拡大した走査電子顕微鏡写真である。図5を用いて第1接続部における焼結金属層、導電性樹脂層、およびメッキ層の平均厚さを測定することができる。
【0119】
図6は、実施例1で製造された積層型キャパシタにおける第1バンド部を測定した走査電子顕微鏡写真であり、図7は、図6における白いボックス部分を拡大した走査電子顕微鏡写真である。図7を用いて第1バンド部における焼結金属層、導電性樹脂層、およびメッキ層の平均厚さを測定することができる。
【0120】
[実験例2]
製造例で製造された積層型キャパシタに対して、等価直列抵抗値(Equivalent Series Resistance、ESR)を測定する。
【0121】
実施例および比較例による積層型キャパシタをそれぞれ100個用意する。積層型キャパシタを基板(PCB)に実装(soldering)した後、ピーク(peak)温度が265℃のリフロー(reflow)設備に入れる。リフローを進行させた基板をインピーダンス分析(impedance analyzer)装置に入れて、Frequency 1MHzの環境でESRを測定する。
【0122】
ESR測定装置は、一例として、JK tech社のImpedance Analyzerを用いることができる。
【0123】
また、実施例および比較例で製造された積層型キャパシタに対して、EGS-MS設備を用いてCOガス発生の有無を測定する。
【0124】
実施例および比較例による積層型キャパシタを30日間保管した後、各積層型キャパシタ2個ずつチャンバー(Chamber)に入れて、Nガス雰囲気下、常温から265℃まで10℃/minの昇温速度で加熱しながら発生されるCOガス量の面積を測定する。この時、COガスの量は150℃から250℃まで測定される面積(44m/z)に相当し、EGS-MS設備の特性上、当該面積は相対的な比較のみ可能である。
【0125】
また、実施例および比較例で製造された積層型キャパシタに対して、浮き上がり発生の有無を確認する。
【0126】
実施例および比較例による積層型キャパシタをそれぞれ20個用意する。積層型キャパシタを基板(PCB)に実装(soldering)した後、ピーク(peak)温度が265℃のリフロー(reflow)設備に入れて、リフローを5回進行させる。以後、X線装置を用いて導電性樹脂層と焼結金属層との間の界面に広がりがあるかを確認する。
【0127】
【表1】
【0128】
表1を参照すれば、接続部における焼結金属層の平均厚さ100に対して、導電性樹脂層の平均厚さが80以下の時、ESRおよび浮き上がりに対する問題が発生せず、浮き上がりが発生しない積層型キャパシタにおいてCOガスの発生量が少ないことが分かる。
【0129】
また、実施例および比較例で製造された積層型キャパシタに対して、曲げ強度を測定する。
【0130】
実施例および比較例による積層型キャパシタをそれぞれ20個用意する。曲げ強度基板(PCB)に積層型キャパシタを実装(soldering)した後、リフロー(reflow)して基板に固定させる。
【0131】
曲げ強度測定装置は、一例として、Tira社のTT28025S、Keithely 6485*4、Keithely 6487*1であってもよい。
【0132】
曲げ強度は、3点曲げ形態の実験として90mm間隔の2つの支持台の間に積層型キャパシタが中間にくるように基板を置き、初期電荷充電と評価中のリーク電流を測定するために計測器と連結する。連結が完了した後、曲げ強度測定設備を用いて基板を押してベンディング(bending)させ、同時に5mmが押された時、積層型キャパシタに充電された電荷がリークされたかを電流測定の方法で確認する。以後、積層型キャパシタの断面を観察して不良モードを判別する。
【0133】
【表2】
【0134】
表2を参照すれば、曲げ強度の品質を保証するためには、バンド部における導電性樹脂層の平均厚さは、焼結金属層の平均厚さおよびメッキ層の平均厚さより厚くなければならず、バンド部における導電性樹脂層の平均厚さが厚いほど、曲げ強度特性が有利であることが分かる。
【0135】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。
【符号の説明】
【0136】
100:積層型キャパシタ
110:キャパシタボディ
111:誘電体層
112、113:カバー領域
121:第1内部電極
122:第2内部電極
131:第1外部電極
132:第2外部電極
131a、132a:焼結金属層
131b、132b:導電性樹脂層
131c、132c:メッキ層
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7