电子组件和具有该电子组件的板的制作方法

电子组件和具有该电子组件的板
1.本技术要求于2020年9月29日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0127327号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
技术领域
2.本公开涉及一种电子组件和具有该电子组件的板。


背景技术：

3.多层电容器由于其具有小尺寸并可实现高电容而已用于各种电子设备中。
4.近来，随着环保车辆和电动车辆的迅速崛起，这样的车辆内部的动力驱动系统的重要性已增加。因此，对于动力驱动系统所需的多层电容器的需求也已增加。
5.多层电容器需要具有高水平的热可靠性、电可靠性和机械可靠性，以用作车辆的组件。
6.具体地，随着安装在车辆内部的组件的密度增大，需要一种多层电容器，该多层电容器易于安装在有限的空间中，可实现高电容，并且具有优异的抵抗振动和变形的耐久性。
7.另外，使用金属框架将多层电容器安装为与电路板间隔开的方法可用作改善多层电容器的抵抗振动和变形的耐久性的方法。
8.然而，在电子组件使用这样的金属框架的情况下，金属框架与多层电容器和电路板两者接触，因此在金属框架与多层电容器之间的界面以及金属框架与电路板之间的界面处可能由于在变化的环境条件(诸如，温度循环)下各个材料之间的热膨胀系数的差异而发生劣化。
9.因此，在用于将金属框架结合到电路板的电极焊盘的焊料中可能发生裂纹，使得电子组件在环境测试之后的缺陷率可能增大。


技术实现要素：

10.根据本公开的一方面的电子组件和具有该电子组件的板可改善多层电容器抵抗振动和变形的耐久性，增大金属框架与电路板的结合力，并防止在环境测试之后用于将金属框架附接到电路板的焊料的裂纹。
11.根据本公开的一方面，一种电子组件可包括：电容器主体；一对外电极，分别设置在所述电容器主体的相对端表面上；以及一对金属框架，分别连接到所述一对外电极。所述一对金属框架的热膨胀系数具有介于所述电容器主体的热膨胀系数与焊料的热膨胀系数之间的值。
12.所述一对金属框架的所述热膨胀系数可大于等于18.4ppm/℃。
13.所述一对金属框架的所述热膨胀系数可以是18.4ppm/℃至26.2ppm/℃。
14.所述电容器主体可包括介电层和多个内电极，所述多个内电极交替地设置，且所述介电层介于所述多个内电极之间。
15.所述一对外电极中的每个可包括：头部，设置在所述电容器主体的所述相对端表
面中的一个表面上；以及带部，从所述头部延伸到所述电容器主体的上表面的一部分和下表面的一部分以及相对侧表面的一部分上，所述电容器主体的所述上表面和所述下表面以及所述相对侧表面连接到所述电容器主体的所述相对端表面。
16.所述一对金属框架中的每个可包括：连接部，连接到相应的所述头部；以及安装部，在所述连接部的下端处弯折并且从所述连接部的所述下端延伸。
17.所述一对金属框架中的第一金属框架的所述安装部可朝向所述一对金属框架中的第二金属框架的所述安装部延伸，所述第二金属框架的所述安装部定位在所述第一金属框架的所述安装部的相对侧上。
18.所述连接部可形成有至少一个通孔。
19.根据本公开的另一方面，一种具有电子组件的板可包括：电路板，所述电路板的上表面上设置有多个电极焊盘；电子组件，安装在所述电路板上，并且包括分别连接到所述多个电极焊盘的一对金属框架；以及焊料，将所述多个电极焊盘分别连接到所述一对金属框架。所述电子组件还包括：电容器主体；以及一对外电极，分别设置在所述电容器主体的相对端表面上，并且分别连接到所述一对金属框架。所述一对金属框架的热膨胀系数可具有介于所述电容器主体的热膨胀系数与所述焊料的热膨胀系数之间的值。
20.所述焊料的一部分可穿过相应的所述连接部的所述至少一个通孔并延伸到相应的所述安装部的上表面上。
附图说明
21.通过以下结合附图以及具体实施方式，本公开的以上和其他方面、特征和优点将被更清楚地理解，在附图中：
22.图1是示出根据本公开中的示例性实施例的多层电容器的示意性立体图；
23.图2a和图2b是分别示出图1中使用的第一内电极和第二内电极的平面图；
24.图3是沿图1的线i-i'截取的截面图；
25.图4是示出根据本公开中的示例性实施例的电子组件与电路板之间的结合结构的示意性立体图；
26.图5是沿图4的线ii-ii'截取的截面图；
27.图6是示出根据金属框架的热膨胀系数的用于将金属框架结合到电路板的焊料的裂纹发生率的曲线图；
28.图7是示出根据本公开中的另一示例性实施例的与多层电容器分离的金属框架的立体图；以及
29.图8是示出根据本公开中的另一示例性实施例的电子组件与电路板之间的结合结构的示意性立体图。
具体实施方式
30.在下文中，将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。
31.将定义方向以清楚地描述本公开中的示例性实施例。附图中的x、y和z分别指多层电容器和电子组件的长度方向、宽度方向和厚度方向。
32.在此，z方向可用作与在本示例性实施例中堆叠介电层的堆叠方向的概念相同的
概念。
33.图1是示出根据本公开中的示例性实施例的多层电容器的示意性立体图，图2a和图2b是分别示出图1中使用的第一内电极和第二内电极的平面图，图3是沿图1的线i-i'截取的截面图。
34.将参照图1至图3描述用于根据本示例性实施例的电子组件中的多层电容器100的结构。
35.根据本示例性实施例的多层电容器100可包括电容器主体110以及第一外电极131和第二外电极132，第一外电极131和第二外电极132分别位于电容器主体110的在x方向上的相对端表面上。
36.电容器主体110可通过在z方向上堆叠多个介电层111然后烧结多个介电层111而形成。
37.电容器主体110的相邻的介电层111可彼此一体化，使得在不使用扫描电子显微镜(sem)的情况下，它们之间的边界不易于区分。
38.另外，电容器主体110可包括多个介电层111以及多个第一内电极121和多个第二内电极122，第一内电极121和第二内电极122在z方向上交替地设置且介电层111介于第一内电极121与第二内电极122之间。在这种情况下，第一内电极121和第二内电极122可具有不同的极性。
39.另外，电容器主体110可包括有效区域以及覆盖区域112和113。
40.有效区域可对形成多层电容器100的电容有贡献。
41.另外，覆盖区域112和113可设置为分别位于有效区域的在z方向上的上表面和下表面上的边缘部。
42.覆盖区域112和113可通过分别在有效区域的上表面和下表面上堆叠单个介电层或者两个或更多个介电层来形成。
43.另外，覆盖区域112和113可基本用于防止第一内电极121和第二内电极122由于物理应力或化学应力而损坏。
44.电容器主体110的形状不受具体限制，但可大致呈六面体形状。
45.在本示例性实施例中，电容器主体110可包括：第一表面1和第二表面2，在z方向上彼此相对；第三表面3和第四表面4，连接到第一表面1和第二表面2，并且在x方向上彼此相对；以及第五表面5和第六表面6，连接到第一表面1和第二表面2，连接到第三表面3和第四表面4，并且在y方向上彼此相对。在此，第一表面1可以是安装表面。
46.另外，电容器主体110的形状和尺寸以及堆叠的介电层111的数量不限于本示例性实施例的附图中示出的形状、尺寸和数量。
47.介电层111可包括诸如batio3基陶瓷粉末等的陶瓷粉末。
48.batio3基陶瓷粉末的示例可包括ca、zr等部分地固溶于batio3中的(ba
1-x
ca
x
)tio3、ba(ti
1-y
cay)o3、(ba
1-x
ca
x
)(ti
1-y
zry)o3、ba(ti
1-y
zry)o3等。然而，batio3基陶瓷粉末不限于此。
49.此外，介电层111还可包括陶瓷添加剂、有机溶剂、增塑剂、粘合剂、分散剂等。
50.陶瓷添加剂可包含过渡金属氧化物或过渡金属碳化物、稀土元素、镁(mg)、铝(al)等。
51.第一内电极121和第二内电极122可以是被施加具有不同极性的电压的电极。
52.第一内电极121和第二内电极122可分别形成在介电层111上，并且可分别在z方向上堆叠。
53.另外，第一内电极121和第二内电极122可交替地设置在电容器主体110中并沿z方向彼此面对，且介电层111介于相邻的第一内电极121与第二内电极122之间。
54.在这种情况下，第一内电极121和第二内电极122可通过设置在它们之间的介电层111而彼此电绝缘。
55.此外，在本示例性实施例中已经示出并描述了多个内电极在z方向上堆叠的结构。然而，本公开不限于此，并且如果需要，则也可应用于内电极在y方向上堆叠的结构。
56.第一内电极121的一个端部可通过电容器主体110的第三表面3暴露。
57.第一内电极121的通过电容器主体110的第三表面3暴露的一个端部(如上所述)可电连接到第一外电极131，第一外电极131设置在电容器主体110的在x方向上的一个端表面上。
58.第二内电极122的一个端部可通过电容器主体110的第四表面4暴露。
59.第二内电极122的通过电容器主体110的第四表面4暴露的一个端部(如上所述)可电连接到第二外电极132，第二外电极132设置在电容器主体110的在x方向上的另一端表面上。
60.根据如上所述的构造，当将预定电压施加到第一外电极131和第二外电极132时，在第一内电极121与第二内电极122之间可积累电荷。
61.在这种情况下，多层电容器100的电容可与在有效区域中第一内电极121和第二内电极122沿z方向彼此叠置的面积成比例。
62.另外，第一内电极121和第二内电极122中的每者的材料不受具体限制。
63.另外，第一内电极121和第二内电极122可使用导电膏形成，所述导电膏利用贵金属材料、镍(ni)和铜(cu)中的一种或更多种形成。
64.贵金属材料可以是铂(pt)、钯(pd)、钯-银(pd-ag)合金等。
65.另外，印刷导电膏的方法可以是丝网印刷法、凹版印刷法等，但不限于此。
66.可分别向第一外电极131和第二外电极132提供具有不同极性的电压，第一外电极131和第二外电极132可分别设置在电容器主体110的在x方向上的相对端表面上，并且可分别电连接到第一内电极121的暴露端部和第二内电极122的暴露端部。
67.第一外电极131可包括第一头部131a和第一带部131b。
68.第一头部131a可设置在电容器主体110的第三表面3上。
69.第一头部131a可与第一内电极121的通过电容器主体110的第三表面3暴露在外部的端部接触，以用于将第一内电极121和第一外电极131彼此电连接。
70.第一带部131b可从第一头部131a延伸到电容器主体110的第一表面1的一部分、第二表面2的一部分、第五表面5的一部分和第六表面6的一部分。
71.第一带部131b可用于改善第一外电极131的固定强度。
72.第二外电极132可包括第二头部132a和第二带部132b。
73.第二头部132a可设置在电容器主体110的第四表面4上。
74.第二头部132a可与第二内电极122的通过电容器主体110的第四表面4暴露在外部
的端部接触，以用于将第二内电极122和第二外电极132彼此电连接。
75.第二带部132b可从第二头部132a延伸到电容器主体110的第一表面1的一部分、第二表面2的一部分、第五表面5的一部分和第六表面6的一部分。
76.第二带部132b可用于改善第二外电极132的固定强度。
77.此外，第一外电极131和第二外电极132还可包括镀层。
78.镀层可包括设置在电容器主体110上的第一镍(ni)镀层和覆盖第一镍镀层的第一锡(sn)镀层，镀层可包括设置在电容器主体110上的第二镍(ni)镀层和覆盖第二镍镀层的第二锡(sn)镀层。
79.图4是示出根据本公开中的示例性实施例的电子组件与电路板之间的结合结构的示意性立体图，图5是沿图4的线ii-ii'截取的截面图。
80.参照图4和图5，根据本示例性实施例的电子组件101可包括：多层电容器100，包括电容器主体110以及第一外电极131和第二外电极132；以及第一金属框架140和第二金属框架150，分别连接到第一外电极131和第二外电极132。
81.第一金属框架140可包括第一连接部141和第一安装部142。
82.第一连接部141可结合并物理连接到第一外电极131的第一头部131a，并且可电连接到第一外电极131的第一头部131a。
83.在这种情况下，第一导电结合层160可设置在第一外电极131的第一头部131a与第一连接部141之间。
84.第一导电结合层160可利用高温焊料、导电结合材料等形成，并且不限于此。
85.第一安装部142可在第一连接部141的下端处弯折并从第一连接部141的下端朝向第二金属框架150的第二安装部152延伸，第二安装部152在x方向上位于第一安装部142的相对侧，并且第一安装部142可形成为与安装表面平行。
86.第一安装部142可在将电子组件101安装在电路板210上时用作连接端子。
87.在这种情况下，第一安装部142可设置为与多层电容器100的下端间隔开。
88.第一金属框架140的热膨胀系数可具有介于电容器主体110的热膨胀系数与焊料(稍后将要描述)的热膨胀系数之间的值。
89.在这种情况下，第一金属框架140的热膨胀系数可大于等于18.4ppm/℃，并且优选地，可以是18.4ppm/℃至26.2ppm/℃。
90.第二金属框架150可包括第二连接部151和第二安装部152。
91.第二连接部151可物理连接到第二外电极132的第二头部132a，并且可电连接到第二外电极132的第二头部132a。
92.在这种情况下，第二导电结合层170可设置在第二外电极132的第二头部132a与第二连接部151之间。
93.第二导电结合层170可利用高温焊料、导电结合材料等形成，并且不限于此。
94.第二安装部152可在第二连接部151的下端处弯折并从第二连接部151的下端朝向第一金属框架140的第一安装部142延伸，第一安装部142在x方向上位于第二安装部152的相对侧，并且第二安装部152可形成为与安装表面平行。
95.第二安装部152可在将电子组件101安装在电路板210上时用作连接端子。
96.在这种情况下，第二安装部152可设置为与多层电容器100的下端间隔开。
97.第二金属框架150的热膨胀系数可具有介于电容器主体110的热膨胀系数与焊料(稍后将要描述)的热膨胀系数之间的值。
98.在这种情况下，第二金属框架150的热膨胀系数可大于等于18.4ppm/℃，并且优选地，可以是18.4ppm/℃至26.2ppm/℃。
99.根据本示例性实施例的板可包括电路板210以及第一电极焊盘221和第二电极焊盘222，第一电极焊盘221和第二电极焊盘222设置在电路板210的上表面上并在x方向上彼此间隔开。
100.在这种情况下，在第一金属框架140的第一安装部142以及第二金属框架150的第二安装部152分别定位在第一电极焊盘221和第二电极焊盘222上以分别与第一电极焊盘221和第二电极焊盘222接触的状态下，电子组件101可安装在电路板210上。
101.第一安装部142可通过焊料231结合并电连接且物理连接到第一电极焊盘221，第二安装部152可通过焊料232结合并电连接且物理连接到第二电极焊盘222。
102.根据现有技术的多层电容器在其安装在电路板上时具有外电极和电路板通过焊料而彼此直接接触的状态。
103.因此，由电路板产生的热或机械变形直接传递到多层电容器，因此难以确保多层电容器的高水平的可靠性。
104.在根据本示例性实施例的电子组件中，可通过将第一金属框架140和第二金属框架150分别结合到多层电容器100的两个端部来确保多层电容器100与电路板210之间的间距。
105.因此，当电子组件101安装在电路板210上时，应力可不从电路板210直接传递到多层电容器100，从而可改善电子组件101的热可靠性、电可靠性、机械可靠性等。
106.然而，在电子组件使用金属框架的情况下，金属框架与多层电容器和电路板两者接触，因此在金属框架与多层电容器之间的界面以及金属框架与电路板之间的界面上可能由于在变化的环境条件(诸如，温度循环)下各个材料之间的热膨胀系数的差异而发生劣化。
107.具体地，在变化的环境条件(诸如，温度循环)下，在焊料与金属框架之间的界面上可能由于焊料与金属框架之间的热膨胀系数的差异而发生大的热应力，而使焊料与金属框架之间的界面劣化并导致焊料中的裂纹，使得在环境测试之后可能在电子组件中发生物理缺陷或电缺陷。
108.在本示例性实施例中，金属框架140和150的热膨胀系数可具有介于电容器主体110的热膨胀系数与焊料的热膨胀系数之间的值，以抵消在金属框架与焊料之间的界面上发生的热应力，并因此可降低界面在变化的环境条件(诸如，温度循环)下将由于热应力而劣化的可能性。
109.因此，可将金属框架140和150与电路板210之间的结合力确保在预定水平或更高，可抑制界面在变化的环境条件(诸如，温度循环)下的劣化，并且可防止用于将金属框架140和150结合到电路板210的焊料的裂纹，以降低电子组件在环境测试之后的缺陷率。
110.图6是示出当根据本示例性实施例的电子组件安装在电路板上时根据金属框架的热膨胀系数的用于将金属框架结合到电路板的焊料的裂纹发生率的曲线图。
111.在此，多层电容器的长度
×
宽度可以是3.2mm
×
2.5mm，从金属框架的安装部到外
电极的带部的距离可以是1.0mm
±
0.2mm，安装部的长度
×
宽度可以是0.8mm
×
2.5mm，电极焊盘的长度
×
宽度可以是1.4mm
×
2.9mm。
112.另外，金属框架可包括诸如al或cu或者它们的合金的材料，并且焊料可利用包括sn、ag和cu的材料形成。
113.为了确认用于将金属框架结合到电路板的焊料的裂纹，将均包括具有上述规格的多层电容器和金属框架的二十个电子组件通过针对热膨胀系数条件中的每个的焊料而结合到印刷电路板(pcb)并安装在pcb上，然后在-55℃至200℃的区间(包括200℃)(多层电容器实际使用的温度)中经受1000次温度循环，然后观察焊料中是否已经发生裂纹，并且焊料的裂纹发生率在表1和图6中示出。
114.表1
[0115][0116][0117]
通常，焊料的热膨胀系数为23.5ppm/℃。由于在恶劣的温度循环环境中由金属框架与焊料之间的热膨胀系数的差异引起的热应力而发生焊料裂纹。
[0118]
从表1和图6可确认，当金属框架的热膨胀系数接近焊料的热膨胀系数23.5ppm/℃时，在温度循环之后不会发生焊料裂纹。
[0119]
另外，当金属框架的热膨胀系数小于18.4ppm/℃时，发生焊料裂纹，并且当金属框架的热膨胀系数为17.8ppm/℃时，焊料的裂纹发生率为15％。
[0120]
因此，根据本公开的金属框架的优选的热膨胀系数可被认为是大于等18.4ppm/℃。
[0121]
此外，金属框架的热膨胀系数通常设定为25ppm/℃或更小，但是作为测试的结果，即使当金属框架的热膨胀系数为26.2ppm/℃(其高于25ppm/℃)时，也不会发生焊料裂纹。
[0122]
另外，在本示例性实施例中，当金属框架的热膨胀系数超过26.2ppm/℃时，金属框架和电容器主体之间的热膨胀系数的差异可能过大，使得可能发生多层电容器和金属框架之间的界面的劣化。
[0123]
图7是示出根据本公开中的另一示例性实施例的与多层电容器分离的金属框架的立体图，图8是示出根据本公开中的另一示例性实施例的电子组件与电路板之间的结合结构的示意性立体图。
[0124]
参照图7，在根据本示例性实施例的第一金属框架140'中，第一通孔143可形成在第一连接部141'中。
[0125]
在本示例性实施例中已经示出并描述了两个第一通孔143形成在第一连接部141'中，但形成在第一连接部141'中的第一通孔143的数量不限于此，并且可以是一个或者三个或更多个。
[0126]
另外，第一通孔143可邻近于第一连接部141'的下端设置。例如，如图7和图8所示，第一通孔143可设置为就第一连接部141'的上端和第一连接部141'的下端相比更靠近第一
连接部141'的下端。因此，当电子组件安装在电路板210上时，焊料231可穿过第一通孔143，然后延伸到第一安装部142的上表面。
[0127]
另外，在第二金属框架150'中，第二通孔153可形成在第二连接部151'中。
[0128]
在本示例性实施例中已示出并描述了两个第二通孔153形成在第二连接部151'中，但形成在第二连接部151'中的第二通孔153的数量不限于此，并且可以是一个或者三个或更多个。
[0129]
另外，第二通孔153可邻近于第二连接部151'的下端附近。与第一通孔143类似，第二通孔153可设置为就第二连接部151'的上端和第二连接部151'的下端相比更靠近第二连接部151'的下端。因此，当电子组件安装在电路板210上时，焊料232可穿过第二通孔153，然后延伸到第二安装部152的上表面。
[0130]
热应力的大小可与金属框架中的连接部的在y方向上的长度成比例。
[0131]
在本示例性实施例中，连接部的定位有焊料的下端部可在y方向上具有非线性形式，并因此可减小在金属框架的安装表面与焊料之间的界面上发生的热应力。
[0132]
另外，焊料与金属框架接触的面积可通过通孔而增大，并因此可进一步改善安装部的固定强度。
[0133]
如上所述，根据本公开中的示例性实施例，可改善多层电容器抵抗振动和变形的耐久性，可改善金属框架与电路板之间的结合力，以改善安装在电路板上的电子组件的可靠性，并且可防止在环境测试之后用于将金属框架附接到电路板的焊料的裂纹，以降低电子组件的缺陷率。
[0134]
虽然以上已经示出并描述了示例性实施例，但对于本领域技术人员而言将易于理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可做出修改和变型。