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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】P2024086531
(43)【公開日】2024-06-27
(54)【発明の名称】積層型電子部品
(51)【国際特許分類】
   H01G 4/30 20060101AFI20240620BHJP
【FI】
H01G4/30 201N
H01G4/30 515
H01G4/30 517
H01G4/30 201L
H01G4/30 311
H01G4/30 512
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023066330
(22)【出願日】2023-04-14
(31)【優先権主張番号】10-2022-0176037
(32)【優先日】2022-12-15
(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】チョ、エウン
【テーマコード(参考)】
5E001
5E082
【Fターム(参考)】
5E001AB03
5E001AC04
5E001AD04
5E001AE01
5E001AE02
5E001AE03
5E001AE04
5E001AH01
5E001AH05
5E001AH09
5E001AJ02
5E082AB03
5E082EE04
5E082EE05
5E082EE23
5E082FF05
5E082FG03
5E082FG04
5E082FG26
5E082PP03
(57)【要約】      (修正有)
【課題】耐湿信頼性及び温度特性を向上させ、低温焼成でも誘電体の緻密度を向上させる積層型電子部品を提供する。
【解決手段】積層型電子部品は、誘電体層111及び誘電体層と第1方向に交互に配置される内部電極121、122を含む容量形成部Ac、第1方向に互いに向かい合う第1面及び第2面、第1面及び第2面と連結され第2方向に互いに向かい合う第3面及び第4面、第1面~第4面と連結され第3方向に互いに向かい合う第5面及び第6面を含む本体110、第5面及び第6面に配置されるサイドマージン部114、115及び第3面及び第4面に配置される外部電極を含み、容量形成部に含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRA、サイドマージン部に含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRMとすると0.436<RM/RA<0.920及び1.75×10-4<RA<9.10×10-4を満たす。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘電体層及び前記誘電体層と第1方向に交互に配置される内部電極を含む容量形成部と前記第1方向に互いに向かい合う第1面及び第2面、前記第1面及び前記第2面と連結され第2方向に互いに向かい合う第3面及び第4面、前記第1から前記第4面と連結され第3方向に互いに向かい合う第5面及び第6面を含む本体と、
前記第5面及び前記第6面にそれぞれ配置されるサイドマージン部と、
前記第3面及び前記第4面にそれぞれ配置される外部電極とを含み、
前記容量形成部に含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRA、
前記サイドマージン部に含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRMと定義する時、
0.436<RM/RA<0.920及び1.75×10-4<RA<9.10×10-4を満たす、積層型電子部品。
【請求項2】
0.522≦RM/RA≦0.541を満たす、請求項1に記載の積層型電子部品。
【請求項3】
4.79×10-4≦RA≦7.62×10-4を満たす、請求項1に記載の積層型電子部品。
【請求項4】
1.61×10-4<RM<3.97×10-4を満たす、請求項1に記載の積層型電子部品。
【請求項5】
2.50×10-4≦RM≦4.10×10-4を満たす、請求項4に記載の積層型電子部品。
【請求項6】
前記サイドマージン部の中で、前記本体との界面から前記サイドマージン部の外側方向に1/3~2/3領域に含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRMcと定義する時、
2.50×10-4≦RMc≦4.10×10-4を満たす、請求項1から5のいずれか一項に記載の積層型電子部品。
【請求項7】
0.522≦RMc/Ra≦0.541を満たす、請求項6に記載の積層型電子部品。
【請求項8】
前記サイドマージン部の中で、前記本体との界面から前記サイドマージン部の外側方向に1/3地点までの領域をM1、
前記M1から前記サイドマージン部の外側方向に2/3地点までの領域をM2、
前記M2から前記サイドマージン部の外側面までの領域をM3と定義する時、
各領域に含まれたTiに対するNaのintensity ratioはM3<M2<M1を満たす、請求項1から5のいずれか一項に記載の積層型電子部品。
【請求項9】
前記サイドマージン部に含まれたTiに対するNaのintensity ratioは、前記本体との界面から前記サイドマージン部の外側方向に行くほど次第に減少する、請求項1から5のいずれか一項に記載の積層型電子部品。
【請求項10】
前記サイドマージン部に含まれた気孔の数は、前記サイドマージン部の外側面から前記本体との界面方向に行くほど次第に減少する、請求項1から5のいずれか一項に記載の積層型電子部品。
【請求項11】
前記容量形成部に含まれた誘電体結晶粒の平均大きさは、前記サイドマージン部に含まれた誘電体結晶粒の平均大きさより小さい、請求項1から5のいずれか一項に記載の積層型電子部品。
【請求項12】
前記サイドマージン部に含まれた誘電体結晶粒の大きさは、前記サイドマージン部の外側面から前記本体との界面方向に行くほど次第に減少する、請求項1から5のいずれか一項に記載の積層型電子部品。
【請求項13】
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前記第1方向の平均大きさは0.4μm以下である、請求項1から5のいずれか一項に記載の積層型電子部品。
【請求項14】
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前記第1方向の平均大きさは0.4μm以下である、請求項1から5のいずれか一項に記載の積層型電子部品。
【請求項15】
前記サイドマージン部は、前記第5面に配置される第1サイドマージン部及び前記第6面に配置される第2サイドマージン部を含み、
前記第1サイドマージン部及び前記第2サイドマージン部の前記第3方向の平均大きさはそれぞれ20μm以下である、請求項1から5のいずれか一項に記載の積層型電子部品。
【請求項16】
前記本体は、前記容量形成部の前記第1方向上部に配置される上部カバー部及び前記第1方向下部に配置される下部カバー部をさらに含み、
前記上部カバー部及び前記下部カバー部の前記第1方向の平均大きさはそれぞれ20μm以下である、請求項1から5のいずれか一項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)などの映像機器、コンピュータ、スマートフォン及び携帯電話など、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達成するチップ型のコンデンサである。
【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長所により、様々な電子装置の部品として用いられることができる。コンピュータ、モバイル機器など各種の電子機器が小型化、高出力化されることにより、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も増大している。
【0004】
積層セラミックキャパシタの小型化及び高容量化のためには、電極有効面積の極大化(容量実現に必要な有効体積分率の増加)が要求される。上記のように小型及び高容量の積層セラミックキャパシタを実現するためには、積層セラミックキャパシタを製造するにあたって、内部電極を本体の幅方向に露出させることで、マージンのない設計により内部電極の幅方向面積を極大化し、このような本体の製作後に焼成前の段階で本体の幅方向の電極露出面にサイドマージン部用セラミックグリーンシートを別途付着した後、焼結する方法が適用されている。
【0005】
サイドマージン部用セラミックグリーンシートを別途付着する方法によりサイドマージン部を形成することで、キャパシタの単位体積容量は向上させることができるが、本体とサイドマージン部の界面を通じた外部からの水分浸透やめっき工程中のめっき液の浸透などにより、チップの寿命が短縮するか不良が発生する等の問題点が表れる可能性があるため、これを解決するための開発が要求されている。
【0006】
より具体的に、サイドマージン部の形成過程において、本体とサイドマージン部が接触する界面に気孔(pore)が多く生成されて信頼性が低下するおそれがあり、上記気孔により電界集中が発生し、これにより絶縁破壊電圧(BDV:Breakdown Voltage)が低くなるという問題が発生し得る。また、本体とサイドマージン部の境界に界面接合部が発生することにより、接合力の低下及びこれによる耐湿信頼性の低下が引き起こされるか、上記気孔による焼結緻密度の低下により耐湿信頼性の低下が引き起こされるおそれがある。
【0007】
また、焼成工程中に溶融点が異なる内部電極と誘電体層は、収縮率において差異が発生するが、このような収縮率の差異により積層型電子部品が実現しようとする様々な特性を達成し難い可能性がある。かかる収縮率の差異を最小化するためには、低い焼成温度における緻密化及び様々な特性が実現されることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】韓国公開特許公報第10-2019-0067683号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明が解決しようとする様々な課題の一つは、耐湿信頼性に優れた積層型電子部品を提供することである。
【0010】
本発明が解決しようとする様々な課題の一つは、低温焼成でも誘電体の緻密度に優れた積層型電子部品を提供することである。
【0011】
本発明が解決しようとする様々な課題の一つは、温度特性に優れた積層型電子部品を提供することである。
【0012】
但し、本発明が解決しようとする様々な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されることができる。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一実施形態による積層型電子部品は、誘電体層及び上記誘電体層と第1方向に交互に配置される内部電極を含む容量形成部と上記第1方向に互いに向かい合う第1及び第2面、上記第1及び第2面と連結され第2方向に互いに向かい合う第3及び第4面、上記第1面~第4面と連結され第3方向に互いに向かい合う第5及び第6面を含む本体と、上記第5及び第6面に配置されるサイドマージン部と、上記第3及び第4面に配置される外部電極とを含み、上記容量形成部に含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRA、上記第1及び第2サイドマージン部に含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRMと定義する時、0.436<RM/RA<0.920及び1.75×10-4<RA<9.10×10-4を満たすことができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明の様々な効果の一つは、積層型電子部品の耐湿信頼性を向上させることである。
【0015】
本発明の様々な効果の一つは、低温焼成でも誘電体の緻密度を向上させることである。
【0016】
本発明の様々な効果の一つは、積層型電子部品の温度特性を向上させることである。
【0017】
但し、本発明の多様かつ有益な長所と効果は、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されることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1】本発明の一実施形態による積層型電子部品の斜視図を概略的に示したものである。
図2図1の積層型電子部品における外部電極を除いて示した斜視図である。
図3図1の積層型電子部品における外部電極及びサイドマージン部を除いて示した斜視図である。
図4図1のI-I'線に沿った断面図である。
図5図1のII'-II'線に沿った断面図である。
図6】(a)は、比較例の容量形成部とサイドマージン部が接する界面をSEMでスキャンした画像イメージであり、(b)は、実施例の容量形成部とサイドマージン部が接する界面をSEMでスキャンした画像イメージである。
図7】(a)は、比較例の容量形成部をSEMでスキャンした画像イメージであり、(b)は、実施例の容量形成部をSEMでスキャンした画像イメージである。
【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。しかしながら、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)がされることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。
【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、図面で示された各構成の大きさ及び厚さは説明の便宜のため任意に示したため、本発明が必ずしも図示されたものに限定されるものではない。また、同一思想の範囲内の機能が同一である構成要素については、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」というとき、これ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】
図面において、第1方向は積層方向または厚さT方向、第2方向は長さL方向、第3方向は幅W方向と定義されることができる。
【0022】
[積層型電子部品]
図1は、本発明の一実施形態による積層型電子部品の斜視図を概略的に示したものであり、図2は、図1の積層型電子部品における外部電極を除いて示した斜視図であり、図3は、図1の積層型電子部品における外部電極及びサイドマージン部を除いて示した斜視図であり、図4は、図1のI-I'線に沿った断面図であり、図5は、図1のII'-II'線に沿った断面図である。
【0023】
以下、図1図5を参照して、本発明の一実施形態による積層型電子部品について詳しく説明する。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多様な電子製品、例えば、インダクタ、圧電体素子、バリスタ、またはサーミスタなどにも適用されることができる。
【0024】
本発明の一実施形態による積層型電子部品100は、誘電体層111及び上記誘電体層111と第1方向に交互に配置される内部電極121、122を含む容量形成部Acと上記第1方向に互いに向かい合う第1及び第2面1、2、上記第1及び第2面1、2と連結され第2方向に互いに向かい合う第3及び第4面3、4、上記第1~第4面1、2、3、4と連結され第3方向に互いに向かい合う第5及び第6面5、6を含む本体と、上記第5及び第6面5、6に配置されるサイドマージン部114、115と、上記第3及び第4面3、4に配置される外部電極131、132とを含み、上記容量形成部Acに含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRA、上記第1及び第2サイドマージン部114、115に含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRMと定義する時、0.436<RM/RA<0.920及び1.75×10-4<RA<9.10×10-4を満たすことができる。
【0025】
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。
【0026】
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を挟んで互いに向かい合う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を含み容量を形成する容量形成部Acを含むことができる。
【0027】
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は六面体状またはこれと類似した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状ではないが、実質的に六面体状を有することができる。
【0028】
本体110は、第1方向に互いに向かい合う第1及び第2面1、2、第1及び第2面1、2と連結され第2方向に互いに向かい合う第3及び第4面3、4、第1~第4面1、2、3、4と連結され第3方向に互いに向かい合う第5及び第6面5、6を有することができる。
【0029】
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り、隣接する誘電体層111間の境界は、走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いずには確認し難いほど一体化されることができる。
【0030】
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、制限されない。一般的にペロブスカイト(ABO)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また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、BaTiO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、BaTiO、BaTiOにCa(カルシウム)、Zr(ジルコニウム)などが一部固溶された(Ba1-xCa)TiO(0<x<1)、Ba(Ti1-yCa)O(0<y<1)、(Ba1-xCa)(Ti1-yZr)O(0<x<1、0<y<1)またはBa(Ti1-yZr)O(0<y<1等が挙げられる。
【0031】
また、誘電体層111を形成する原料は、チタン酸バリウム(BaTiO)などの粉末に本発明の目的に応じて多様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。
【0032】
一方、本発明において容量形成部Acの誘電体層は、第1誘電体層と定義されることができ、焼成前の基準としては、第1セラミックグリーンシートと定義されることができる。サイドマージン部114、115に含まれる誘電体層は、第2誘電体層と定義されることができ、焼成前の基準としては、第2セラミックグリーンシートと定義されることができる。
【0033】
誘電体層111の厚さtdは、特に限定する必要はない。
【0034】
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以下であることができ、より好ましくは0.4μm以下であることができる。
【0035】
ここで、誘電体層111の厚さtdは、第1及び第2内部電極121、122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。
【0036】
一方、誘電体層111の厚さtdは、誘電体層111の第1方向大きさを意味することができる。また、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方向平均大きさを意味することができる。
【0037】
誘電体層111の第1方向平均大きさは、本体110の第1及び第2方向断面(cross-section)を1万倍率の走査電子顕微鏡(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、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方向に等間隔の30個の地点で第1方向大きさを測定した平均値であることができる。上記等間隔の30個の地点は、容量形成部Acで指定されることができる。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方向平均大きさをさらに一般化することができる。
【0038】
内部電極121、122は、誘電体層111と交互に積層されることができる。
【0039】
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及び第2内部電極121、122は、本体110を構成する誘電体層111を挟んで互いに向い合うように交互に配置され、本体110の第3及び第4面3、4にそれぞれ露出することができる。
【0040】
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を通じ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を通じ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が配置され第2内部電極122と連結されることができる。
【0041】
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。この時、第1及び第2内部電極121、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することができる。
【0042】
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、焼成して形成されることができる。
【0043】
内部電極121、122を形成する材料は、特に制限されず、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)、スズ(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。
【0044】
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)、スズ(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は、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法などを使用することができるが、本発明がこれに限定されるものではない。
【0045】
一方、内部電極121、122の厚さteは、特に限定する必要はない。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以下であることができ、より好ましくは0.4μm以下であることができる。
【0046】
ここで、内部電極121、122の厚さteは、内部電極121、122の第1方向大きさ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方向平均大きさを意味することができる。
【0047】
内部電極121、122の第1方向平均大きさは、本体110の第1及び第2方向断面(cross-section)を1万倍率の走査電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)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、スキャンされたイメージにおいて、一つの内部電極121、122を第2方向に等間隔の30個の地点で第1方向大きさを測定した平均値であることができる。上記等間隔の30個の地点は、容量形成部Acで指定されることができる。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方向平均大きさをさらに一般化することができる。
【0048】
一方、本体110は、容量形成部Acの第1方向両端面(end-surface)に配置されるカバー部112、113を含むことができる。
【0049】
より具体的に、容量形成部Acの第1方向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方向下部に配置される下部カバー部113を含むことができる。
【0050】
上部カバー部112及び下部カバー部113は、単一誘電体層111又は2個以上の誘電体層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、基本的に物理的また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。
【0051】
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と同一の材料を含むことができる。即ち、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(BaTiO)系セラミック材料を含むことができる。
【0052】
一方、カバー部112、113の厚さtc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、カバー部112、113の厚さtcは100μm以下であることができ、好ましくは30μm以下であることができ、超小型製品ではより好ましく20μm以下であることができる。
【0054】
ここで、カバー部112、113の厚さtcは、カバー部112、113の第1方向大きさ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方向平均大きさを意味することができる。
【0055】
カバー部112、113の第1方向平均大きさは、本体110の第1及び第2方向断面(cross-section)を1万倍率の走査電子顕微鏡(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、スキャンされたイメージにおいて一つのカバー部を第2方向に等間隔の30個の地点で厚さを測定した平均値であることができる。上記等間隔の30個の地点は、上部カバー部112で指定されることができる。また、このような平均値の測定を下部カバー部113に拡張して平均値を測定すると、カバー部112、113の第1方向平均大きさをさらに一般化することができる。
【0056】
一方、本体110の第3方向両端面(end-surface)には、サイドマージン部114、115が配置されることができる。
【0057】
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に配置される第1サイドマージン部114及び第6面6に配置される第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方向両端面(end-surface)に配置されることができる。
【0058】
サイドマージン部114、115は、図示のように、本体110の第2及び第3方向断面(cross-section)を基準として、第1及び第2内部電極121、122の第3方向両末端と本体110の境界面間の領域を意味することができる。
【0059】
換言すると、サイドマージン部114、115は、本体の第5及び第6面5、6で内部電極121、122と連結されることができる。
【0060】
サイドマージン部114、115は、基本的に物理的また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。
【0061】
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が形成される所を除いて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及び第6面5、6に露出するように切断した後、単一の第2セラミックグリーンシートまたは2個以上の第2セラミックグリーンシートを容量形成部Acの第3方向両端面(end-surface)に第3方向に積層して形成することもできる。
【0062】
第2セラミックグリーンシートは、第1セラミックグリーンシートと同一の物質を含むことができ、第1セラミックグリーンシートに含まれたNaコーティング誘電体粒子を必ずしも含まなければならないものではない。この時、第2セラミックグリーンシートは、焼成過程を経て第2誘電体層になることができる。
【0063】
換言すると、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と同一の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(BaTiO)系セラミック材料を含むことができる。
【0064】
一方、第1及び第2サイドマージン部114、115の幅wmは、特に限定する必要はない。
【0065】
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及び第2サイドマージン部114、115の幅wmは、100μm以下であることができ、好ましくは30μm以下であることができ、超小型製品ではより好ましく20μm以下であることができる。
【0066】
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の第3方向大きさ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方向平均大きさを意味することができる。
【0067】
サイドマージン部114、115の第3方向平均大きさは、積層型電子部品の第1及び第3方向断面(cross-section)を1万倍率の走査電子顕微鏡(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、スキャンされたイメージにおいて、サイドマージン部を第1方向に等間隔の30個の地点で第3方向大きさを測定した平均値であることができる。
【0068】
本発明の一実施形態においては、セラミック電子部品100が2個の外部電極131、132を有する構造を説明しているが、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わることができる。
【0069】
外部電極131、132は、本体110上に配置され内部電極121、122と連結されることができる。
【0070】
より具体的に、外部電極131、132は、本体110の第3及び第4面3、4にそれぞれ配置され、第1及び第2内部電極121、122とそれぞれ連結される第1及び第2外部電極131、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、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、第2内部電極122と連結されることができる。
【0071】
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も形成されることができ、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ることができ、さらに多層構造を有することができる。
【0072】
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。
【0073】
電極層131a、132aについてより具体的に例を挙げると、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るか、導電性金属及び樹脂を含む樹脂系電極であることができる。
【0074】
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ることができる。
【0075】
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るか、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ることができる。
【0076】
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と電気的に連結されることができる材質であれば特に制限されず、例えば、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、スズ(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より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、焼成することで形成されることができる。
【0077】
めっき層131b、132bは、実装特性を向上させる役割を果たす。
【0078】
めっき層131b、132bの種類は特に限定せず、ニッケル(Ni)、スズ(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であってよく、複数の層で形成されてよい。
【0079】
めっき層131b、132bについてより具体的に例を挙げると、めっき層131b、132bは、Niめっき層またはSnめっき層であってよく、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よい。また、めっき層131b、132bは、複数のNiめっき層及び/または複数のSnめっき層を含んでもよい。
【0080】
一方、積層セラミックキャパシタの小型及び高容量化のためには、電極有効面積の極大化(容量実現に必要な有効体積分率の増加)が要求される。上記のように小型及び高容量の積層セラミックキャパシタを実現するために、内部電極を本体の幅方向に露出させてマージンのない設計により内部電極の幅方向面積を極大化し、このような本体の製作後に焼成前の段階で本体の幅方向電極露出面にサイドマージン部用セラミックグリーンシートを別途付着した後、焼結する方法が適用されている。
【0081】
サイドマージン部用セラミックグリーンシートを別途付着する方法によってサイドマージン部を形成することで、キャパシタの単位体積容量は向上させることができるが、本体とサイドマージン部の界面を通じた外部からの水分浸透やめっき工程中のめっき液の浸透などにより、チップの寿命が短縮するか不良が発生するなどの問題点が現れる可能性があり、これを解決するための開発が要求されている。
【0082】
より具体的に、サイドマージン部の形成過程において、本体とサイドマージン部が接触する界面に気孔(pore)が多く生成されて信頼性が低下するおそれがあり、上記気孔により電界集中が発生し、これにより絶縁破壊電圧(BDV:Breakdown Voltage)が低くなるという問題が発生し得る。また、本体とサイドマージン部の境界に界面接合部が発生することにより、接合力の低下及びこれによる耐湿信頼性の低下や界面剥離が発生するか、上記気孔による焼結緻密度の低下により耐湿信頼性の低下が引き起こされるおそれがある。
【0083】
また、焼成工程中に溶融点が異なる内部電極と誘電体層は、収縮率において差異が発生するが、このような収縮率の差異により積層型電子部品が実現しようとする様々な特性を達成し難いことがある。かかる収縮率の差異を最小化するためには、低い焼成温度における緻密化及び様々な特性が実現される必要がある。
【0084】
本発明によると、容量形成部Acに含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRA、サイドマージン部114、115に含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRMと定義する時、0.436<RM/RA<0.920及び1.75×10-4<RA<9.10×10-4を満たすように制御することで、耐湿信頼性を向上させることができる。
【0085】
また、本発明の一実施形態によると、誘電体粒子の製造時に添加される添加剤を誘電体粒子の表面にシーケンス方式でコーティングすることができ、液相化に有利な添加剤、例えばNaが誘電体層内に全般的に均等に分布されることで、誘電体層の緻密度を向上させることができるという効果がある。
【0086】
上記添加剤は、例えば、ナトリウム(Na)(ソジウム(sodium)ともいえる)を使用することができ、容量形成部Acの誘電体層111を形成するための誘電体粒子の表面にイオン化されたNa添加剤をシーケンスコーティングする場合、焼成過程において本体の幅方向に配置されたサイドマージン部114、115にNaが拡散することができ、Naが拡散したサイドマージン部114、115領域において誘電体粒子の焼成温度が低くなることにより緻密度が改善し耐湿信頼性が向上することができる。
【0087】
本発明の一実施形態によると、耐湿信頼性だけでなく、容量のX6S温度変化特性(TCC:Temperature Coefficient of Capacitance)を満たすことができる。
【0088】
一般的に、TCC温度特性は、誘電体層111の厚さが薄いほど悪くなる傾向にあるが、かかるTCC温度特性をX6S条件で満たすようにすることで、積層型電子部品100の信頼性を向上させることができる。
【0089】
本発明の一実施形態は、容量形成部Acに含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRA、サイドマージン部114、115に含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRMと定義する時、0.436<RM/RA<0.920及び1.75×10-4<RA<9.10×10-4を満たすことができる。
【0090】
本発明において、特に断らない限り、Tiに対するNaのintensity ratioは当該領域に含まれるか、または説明する測定方法によって測定された(平均)Ti intensityに対する(平均)Na intensityの割合(Na/Ti)を意味することができる。
【0091】
より具体的に、容量形成部Acに含まれたTiに対するNaのintensity ratioは、LA-ICP(Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma)分析装備を用いて測定することができる。LA-ICPは、微粒子を生成するために試料表面の一定領域にレーザービーム(laser beam)を照射して元素を分析することができ、本発明では、100μm直径の大きさを有するレーザービームを用いたが、特にこれに制限されるものではない。
【0092】
より具体的に、容量形成部Acに含まれたTiに対するNaのintensity ratioは、本体の第1及び第3方向断面(cross-section)を基準として第2方向に1/2地点まで研磨した後、断面の中心点を基準としてレーザービームを照射することで、Na及びTiを測定して求めたintensity ratioであることができる。または、上記断面の中心点から第3方向両側に一定間隔、例えば、約100μm離隔した二つの地点で、前述したように第1方向にレーザービームを照射することでNa及びTiを測定して求めたintensity ratioを測定した後、上記中心点を含むNa/Ti intensity ratio割合と共に平均した値であることができる。LA-ICPを利用してNa/Ti intensity ratio割合を分析する領域は、積層型電子部品のサイズまたは断面の面積によって変わることができる。
【0093】
この時、Ti及びNaのそれぞれのintensity単位は、a.u.(arbitrary unit)であり、相対的な強さを意味することができる。
【0094】
サイドマージン部114、115に含まれたTiに対するNaのintensity ratioは、前述したようにLA-ICP分析装備を用いて測定することができる。より具体的に、サイドマージン部114、115に含まれたTiのintensityに対するNaのintensityの割合(Na/Ti)は、積層型電子部品の第1及び第2方向断面(cross-section)を基準としてサイドマージン部114、115が存在する地点まで第3方向に一部地点まで研磨した後、上記断面の中心点を基準として第1方向にレーザービームを照射することでNa及びTiを測定して求めたintensity ratioであることができ、上記断面の中心点から第2方向両側に約100μm離隔した二つの地点で、前述したように第1方向にレーザービームを照射することでNa及びTiを測定して求めたintensity ratioを含む平均値であることができる。LA-ICPを利用してNa/Ti割合を分析する領域は、積層型電子部品のサイズまたはサイドマージン部の断面面積によって変わることができ、測定しようとするサイドマージン部114、115の第3方向位置によって異ならせて測定することができる。
【0095】
一方、容量形成部AcのRAに対するサイドマージン部114、115のRMの割合(RM/RA)は、0.436<RM/RA<0.920を満たすことができ、より好ましく0.522≦RM/RA≦0.541を満たすことができる。
【0096】
容量形成部AcのRAに対するサイドマージン部114、115のRMの割合(RM/RA)が0.436以下である場合、X6S温度特性を満し難い可能性があり、割合(RM/RA)が0.920以上である場合、耐湿信頼性が劣るおそれがある。
【0097】
この時、容量形成部Acに含まれたTiに対するNaのintensity ratioであるRAは、1.75×10-4<RA<9.10×10-4を満たすことができ、より好ましく、4.79×10-4≦RA≦7.62×10-4を満たすことができる。
【0098】
容量形成部AcのRAが1.75×10-4以下である場合、耐湿信頼性が劣とる可能性があり、RAが9.10×10-4以上である場合、X6S温度特性を満し難いおそれがある。
【0099】
一方、サイドマージン部114、115に含まれたTiに対するNaのintensity ratioであるRMは、1.61×10-4<RM<3.97×10-4を満たすことができ、より好ましく、2.50×10-4≦RM≦ 4.10×10-4を満たすことができる。
【0100】
サイドマージン部114、115のRMが1.61×10-4以下である場合、誘電体結晶粒の緻密化が充分に実現されず耐湿信頼性が劣る可能性があり、RMが3.97×10-4以上である場合、X6S温度特性を満し難いおそれがある。
【0101】
一方、本発明の一実施形態において、容量形成部AcのRAに対する、サイドマージン部114、115のRMの割合(RM/RA)が0.436<RM/RA<0.920を満たすことで、容量形成部Acの誘電体結晶粒の平均大きさは、サイドマージン部114、115の誘電体結晶粒の平均大きさより小さいことができる。容量形成部Acの誘電体結晶粒は、誘電体層111内の誘電体結晶粒を意味することができる。容量形成部Acの誘電体結晶粒の平均大きさが小さいと、電界集中現象を抑制して絶縁破壊電圧(BDV)が向上することができる。
【0102】
本発明の一実施形態において、サイドマージン部114、115の中で、本体110との界面からサイドマージン部114、115の外側方向に1/3~2/3領域に含まれたTiに対するNaのintensity ratioをRMcと定義する時、2.50×10-4≦RMc≦4.10×10-4を満たすことができる。この時、容量形成部AcのRaに対するサイドマージン部114、115のRMcの割合(RMc/Ra)は、0.522≦RMc/Ra≦0.541を満たすことができる。
【0103】
ここで、サイドマージン部114、115の外側方向は、第3方向を基準として本体110への内部方向ではなく外部方向を意味することができる。
【0104】
この時、サイドマージン部114、115の中で、本体110との界面からサイドマージン部114、115の外側方向に1/3~2/3領域に含まれたTiに対するNaのintensity ratioであるRMcは、次のように求められる。サイドマージン部114、115を含む積層型電子部品100の第1及び第2方向断面(cross-section)において、サイドマージン部114、115の中で、本体110との界面から第3方向外側に1/3地点における第1及び第2方向断面で中心点を含みNa/Ti intensity ratio割合を測定した値と、第3方向外側に2/3地点における第1及び第2方向断面で中心点を含みNa/Ti intensity ratio割合を測定した値と、第3方向外側に1/3地点~2/3地点のうち任意の地点における第1及び第2方向断面で中心点を含みNa/Ti intensity ratio割合を測定した値の平均値を意味することができる。
【0105】
より具体的に、本発明の一実施形態において、サイドマージン部114、115の中で、本体110との界面からサイドマージン部114、115の外側方向に1/3地点までの領域をM1、上記M1からサイドマージン部114、115の外側方向に2/3地点までの領域をM2、上記M2からサイドマージン部114、115の外側面までの領域をM3と定義する時、各領域に含まれたTiに対するNaのintensity ratioは、M3<M2<M1を満たすことができる。
【0106】
各領域別に含まれたTiに対するNaのintensity ratioは、前述したようにサイドマージン部114、115内の各領域境界点における第1及び第2方向断面中心点を含みNa/Ti intensity ratio割合を測定した値及び境界点間の任意の地点における第1及び第2方向断面中心点を含みNa/Ti intensity ratio割合を測定した値を含んで平均した値であることができる。
【0107】
また、本発明の一実施形態において、サイドマージン部114、115に含まれたTiに対するNaのintensity ratioは、本体110との界面からサイドマージン部114、115の外側方向に行くほど次第に減少することができる。これは、容量形成部Acに含まれたNaが焼成工程中に第1及び第2サイドマージン部114、115に拡散することにより、容量形成部Acから離れるほどNa拡散含量が減った結果であることができ、または、サイドマージン部114、115を形成する第2セラミックグリーンシートの位置によってNa含量を異ならせて制御し実現した結果であることができるが、特にこれに制限されるものではない。
【0108】
一方、本発明の一実施形態において、サイドマージン部114、115に含まれた気孔(pore)の数は、サイドマージン部114、115の外側面から本体110との界面方向に行くほど次第に減少することができる。
【0109】
また、サイドマージン部114、115の誘電体結晶粒の大きさは、サイドマージン部114、115の最側面から本体110との界面方向に行くほど次第に減少することができる。
【0110】
サイドマージン部114、115の中で本体110との界面領域でNa含量が高い場合、誘電体結晶粒の粒成長及び気孔形成を抑制し、当該領域における緻密度が向上することができる。これにより、容量形成部Acへの外部からの水分浸透などを効果的に抑制することができ、耐湿信頼性が向上することができる。
【0111】
以上で本発明の実施形態について詳しく説明したが、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しようとする。従って、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者によって多様な形態の置換、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いえる。
【0112】
以下、実施例を通じて本発明をさらに詳しく説明するが、これは発明を具体的に理解するためのもので、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。
【0113】
(実施例)
容量形成部及びサイドマージン部に含まれたNa/Ti割合によるX6S温度特性及び耐湿信頼性を評価するために、容量形成部の第1セラミックグリーンシート及びサイドマージン部の第2セラミックグリーンシートに含まれたNa/Ti割合を調節してサンプルチップ(chip)を製作した。サンプルチップのサイズは、0603(長さ×幅×厚さ:0.6mm×0.3mm×0.3mm)サイズであり、サイドマージン部の第3方向大きさ(幅)は12μmで製作した。
【0114】
下記の表1は、容量形成部の誘電体層を形成する誘電体粒子にイオン化されたNa添加剤の添加含量(mol%)を異ならせた時、サンプルチップの容量形成部及びサイドマージン部のNa/Ti intensity ratio割合を測定したものであり、各サンプルチップのTCC温度特性及び耐湿信頼性を評価したデータである。
【0115】
容量形成部及びサイドマージン部のNa/Ti intensity ratio割合は、LA-ICP分析装置を利用して測定した。
【0116】
容量形成部のNa/Ti intensity ratio割合は、次のような方法を通じて測定した。先ず、サンプルチップの第1及び第3方向断面を基準として第2方向に300μmほど研磨した。以後、LA-ICPレーザービームの直径を100μmと設定した後、上記断面の中心点及び中心点の第3方向両側に100μm離隔した地点を含み第1方向にレーザービームを照射してNa及びTiを測定して求めたintensity ratioの測定値を求めた。
【0117】
サイドマージン部のNa/Ti intensity ratio割合は、次のような方法を通じて測定した。先ず、サンプルチップに付着した第1サイドマージン部の第1及び第2方向断面を基準として第3方向に6μmほど研磨した。これは、サイドマージン部の第3方向1/2地点に該当することができる。以後、LA-ICPレーザービームの直径を100μmと設定した後、上記断面の中心点を第1方向にレーザービームを照射してNa及びTiを測定して求めたintensity ratioを求めた。容量形成部のNa/Ti intensity ratio割合はRAと記載し、サイドマージン部のNa/Ti intensity ratio割合はRMと記載した。
【0118】
TCC温度特性は、X6S特性を満たすか否かを判断した。測定評価条件は、1KHz、0.12Vrms条件下で5分間進行し、25℃における容量を基準として-55℃~+105℃の温度範囲で最大容量変化率が±22%の範囲内を満たした場合、〇と評価し、容量変化率が±22%の範囲から外れた場合、×と評価した。
【0119】
耐湿信頼性の評価は、温度条件85℃、相対湿度条件85%、電圧条件12.6Vrの過酷な条件で12時間の間進行し、全体チップ40個のうち初期絶縁抵抗(IR)10E+09を基準として、測定した絶縁抵抗(IR)値が10E+06以下で測定された場合、不良と判定し、全体チップ40個のうち不良判定個数を記載した。
【0120】
【表1】
【0121】
上記表1を参照した時、Test No.(以下、試験例)1~4の場合、X6S温度特性を満たすが、試験例5~7の場合、X6S温度特性を満たせないことが確認できる。これは、容量形成部のNa含量が多い結果によるものであるといえるし、換言すると、RA割合の高さにより焼結が進行されなかったか、誘電体結晶粒の粒成長を過度に抑制したといえるし、これにより、X6S温度特性を満たせなかったと評価することができる。
【0122】
また、試験例2~7の場合、耐湿信頼性に優れると確認されるが、試験例1の場合、耐湿信頼性が劣ることが確認される。これは、サイドマージン部に含まれたNaの含量が少ない結果によるものであるといえるし、換言すると、RM割合の低さにより気孔の数が多くなり緻密度が低下したといえるし、これにより耐湿信頼性が劣ったと評価することができる。
【0123】
図6及び図7は、それぞれ試験例1及び試験例4のサンプルチップを第2方向1/2地点の第1及び第3方向断面(cross-section)を基準として、容量形成部と第2サイドマージン部の界面領域をSEMでスキャンした画像イメージである。以下では、図6及び図7を参照して説明する。
【0124】
より具体的に、図6の(a)は、試験例1の容量形成部と第2サイドマージン部が接する界面をSEMでスキャンした画像イメージであり、図6の(b)は、試験例4の容量形成部と第2サイドマージン部が接する界面をSEMでスキャンした画像イメージである。
【0125】
Naが添加されていない試験例1の場合、点線で表示された領域である第2サイドマージン部のうち容量形成部と接する界面領域で気孔が多く観察されることに対し、Naが添加された試験例4の場合、点線で表示された領域である第2サイドマージン部のうち容量形成部と接する界面領域で気孔がほとんど観察されないことを確認することができる。
【0126】
図7の(a)は、試験例1の容量形成部をSEMでスキャンした画像イメージであり、図7の(b)は、試験例4の容量形成部をSEMでスキャンした画像イメージである。ここで、明るい明暗層が内部電極であり、暗い明暗層が誘電体層に該当する。
【0127】
Naが添加されていない試験例1の場合、誘電体層の内部に気孔が多く観察されることに対し、Naが添加された試験例4の場合、誘電体層の内部に気孔がほとんど観察されないことを確認することができる。
【0128】
図面を通じた試験例1及び試験例4の比較から、Naの添加により、容量形成部及びサイドマージン部の気孔が減少し、誘電体の緻密度が向上することを確認することができる。
【0129】
サイドマージン部の気孔が減少し、誘電体の緻密度が向上する場合、耐湿信頼性が向上し、容量形成部の気孔が減少して誘電体の緻密度が向上する場合、目標とする容量特性または電気的特性(X6S)を満たすことができる。
【0130】
また、本明細書で使用された「一実施形態」という表現は互いに同一の実施形態を意味せず、それぞれ互いに異なる固有な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おいて説明された事項が他の一実施形態で説明されていなくとも、他の一実施形態でその事項と反対または矛盾する説明がない限り、他の一実施形態に関連した説明と理解されることができる。
【0131】
本明細書で使用された用語は、単に一実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。この時、単数の表現は、文脈上明らかに異なって意味しない限り、複数の表現を含む。
【符号の説明】
【0132】
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
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7