多层电容器和其上安装有该多层电容器的板的制作方法

多层电容器和其上安装有该多层电容器的板
1.本技术要求于2020年12月30日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0187162号韩国专利申请的优先权的权益，该韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用被包含于此。
技术领域
2.本公开涉及一种多层电容器和其上安装有该多层电容器的板。


背景技术：

3.多层陶瓷电容器(mlcc，无源器件组件)用于控制电路上的电信号。
4.这样的多层电容器具有体积小、容量高且易于安装的优点。
5.近年来，随着对工业和电气设备以及it的需求增加，有必要开发具有稳定的电性质和机械性质以及高可靠性的产品。
6.多层电容器在其安装之后可能由于温度变化因素、基板变形因素和防潮性因素而具有裂纹，并且这样的裂纹可能导致产品缺陷。
7.作为用于确保这样的多层电容器的高可靠性的方法，提供了一种将导电树脂层涂覆到外电极来吸收在机械环境或热环境中产生的拉伸应力的技术，以防止由应力导致的裂纹的发生。
8.这样的导电树脂层用于电结合并机械结合多层电容器的烧结电极层和外电极的镀层，并且在电路板安装期间根据工艺温度保护多层电容器免受机械应力和热应力以及基板的弯曲冲击的影响。
9.然而，为了发挥该作用，导电树脂层的电阻应当相对低，并且电极层与镀层之间的粘合应当优异，以防止在该工艺中可能发生的外电极分离的现象。
10.然而，现有技术的导电树脂层具有高电阻，并且与没有导电树脂层的产品相比，具有等效串联电阻(esr)高的问题。


技术实现要素：

11.提供本发明内容以按照简化的形式介绍所选择的构思，这些构思将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不意在限定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
12.示例性实施例提供了一种多层电容器和其上安装有该多层电容器的板，在该多层电容器中，等效串联电阻(esr)可降低同时防止裂纹。
13.根据本公开的示例性实施例，一种多层电容器可包括：电容器主体，包括交替设置的多个介电层和多个内电极，且所述多个介电层中的每个介电层介于所述多个内电极之间；以及外电极，设置在所述电容器主体上以连接到所述多个内电极。至少一个金属间化合物层可设置在所述多个内电极和所述外电极连接的区域中，并且所述金属间化合物层的总数量可大于或等于所述多个内电极的总数量的55％且小于所述多个内电极的总数量的
100％。
14.所述至少一个金属间化合物层的总数量可以是所述多个内电极的总数量的55％至99％。
15.所述至少一个金属间化合物层的平均厚度与所述多个内电极的平均厚度的比值可大于或等于50％。
16.所述电容器主体可包括：第一表面和第二表面，在第一方向上彼此相对；第三表面和第四表面，在与所述第一方向垂直的第二方向上彼此相对；以及第五表面和第六表面，在与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上彼此相对。在所述第三表面和所述第四表面中，在沿着所述第一方向设置的所述多个介电层之间可设置有多个槽，并且所述至少一个金属间化合物层可设置在所述多个槽中。
17.在所述多个内电极与所述外电极之间的连接部分上，所述外电极的扩散到所述多个内电极的部分的平均深度可大于或等于30μm。
18.所述多个槽的平均深度可大于或等于30μm。
19.所述外电极可包括：电极层，设置在所述电容器主体上并与所述至少一个金属间化合物层接触；以及导电树脂层，设置在所述电极层上并且包括多个金属颗粒、围绕所述多个金属颗粒中的每个并接触所述电极层的导电连接部以及基体树脂。
20.所述多个内电极可包括镍，并且所述至少一个金属间化合物层可包括镍-铜(ni-cu)。
21.所述导电树脂层的所述多个金属颗粒可包括铜、镍、银、镀银铜和镀锡铜中的至少一种。
22.所述导电树脂层的所述多个金属颗粒可具有球形形状、薄片形状或球形形状和薄片形状的混合物中的一者。
23.所述外电极还可包括设置在所述导电树脂层上的镀层。
24.所述镀层可包括依次堆叠在所述导电树脂层上的镍镀层和锡镀层。
25.根据本公开的另一示例性实施例，一种其上安装有多层电容器的板包括：基板，具有位于所述基板的一个表面上的多个电极焊盘；以及所述多层电容器，安装在所述基板上，其中，所述外电极连接到所述多个电极焊盘。
附图说明
26.通过结合附图以及以下具体实施方式，本发明构思的以上和其他方面、特征和优点将被更清楚地理解，其中：
27.图1是根据实施例的多层电容器的示意性立体图；
28.图2a和图2b分别是示出图1的第一内电极和第二内电极的平面图；
29.图3是沿着图1的线i-i'截取的截面图；
30.图4是示出内电极与外电极之间的连接部分的厚度与内电极的厚度的比值的sem图像；以及
31.图5是示意性示出根据实施例的多层电容器和基板的安装结构的立体图。
具体实施方式
32.提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，这里描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同方案对于本领域普通技术人员来说将是易于理解的。这里描述的操作顺序仅仅是示例，并且不局限于这里阐述的那些示例的操作顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可作出如对于本领域普通技术人员来说将是易于理解的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域普通技术人员来说将是公知的功能和构造的描述。
33.这里描述的特征可以以不同的形式呈现，并且将不被解释为局限于这里描述的示例。更确切地说，已经提供这里描述的示例使得本公开将是彻底的和完整的，并且将要把本公开的范围充分地传达给本领域普通技术人员。
34.这里，注意，关于实施例或示例的术语“可”的使用(例如，关于实施例或示例可包括或实现什么)意味着存在包括或实现这样的特征的至少一个实施例或示例，并不限于所有实施例和示例包括或实现这样的特征。
35.在整个说明书中，当诸如层、区域或基板的要素被描述为“在”另一要素“上”、“连接到”另一要素或“结合到”另一要素时，该要素可直接“在”所述另一要素“上”、直接“连接到”所述另一要素或直接“结合到”所述另一要素，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他要素。相比之下，当要素被描述为“直接在”另一要素“上”、“直接连接到”另一要素或“直接结合到”另一要素时，不存在介于它们之间的其他要素。
36.如这里所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任意一项或任意两项或更多项的任意组合。
37.尽管这里可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语的限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，这里描述的示例中提及的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
38.为了易于描述，这里可使用诸如“上方”、“上部”、“下方”、“下部”等的空间相对术语来描述如附图中所示的一个要素与另一要素的关系。除了附图中所描绘的方位之外，这样的空间相对术语还意图包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一要素位于“上方”或“上部”的要素将相对于另一要素位于“下方”或“下部”。因此，术语“上方”根据装置的空间方位包含上方和下方两种方位。装置也可以以其他方式(例如，旋转90度或处于其他方位)定向，并且这里使用的空间相对术语将被相应地解释。
39.这里使用的术语仅用于描述各种示例，并且将不用于限制本公开。除非上下文另有明确说明，否则单数形式也意图包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
40.由于制造技术和/或公差，可能发生附图中所示的形状的变化。因此，这里描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间发生的形状上的变化。
41.这里描述的示例的特征可以以如在获得对本技术的公开内容的理解之后将是易
于理解的各种方式组合。此外，尽管这里描述的示例具有各种构造，但是如在理解本技术的公开内容之后将是易于理解的其他构造也是可行的。
42.附图可不按照比例绘制，并且为了清楚、说明和方便，可夸大附图中的要素的相对尺寸、比例和描绘。
43.在下文中，当限定电容器主体的方向以清楚地描述实施例时，附图中所示的x、y和z分别表示电容器主体的长度方向、宽度方向和厚度方向。
44.此外，在实施例中，z方向可以以与堆叠介电层的堆叠方向的概念相同的概念被使用。
45.图1是示意性示出根据实施例的多层电容器的立体图，图2a和图2b分别是示出图1的第一内电极和第二内电极的平面图，图3是沿着图1的线i-i'截取的截面图。
46.参照图1至图3，根据实施例的多层电容器100包括电容器主体110以及第一外电极130和第二外电极140。
47.电容器主体110包括多个介电层111以及多个第一内电极121和第二内电极122，多个第一内电极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。
48.电容器主体110通过在z方向上堆叠多个介电层111之后烧结来获得，并且电容器主体110的相邻介电层111之间的边界可一体化为在不使用扫描电子显微镜(sem)的情况下难以识别的程度。
49.在这种情况下，电容器主体110可具有基本上六面体的形状，但本公开不限于此。此外，电容器主体110的形状和尺寸以及堆叠的介电层111的数量不限于本实施例的附图中所示的电容器主体的形状和尺寸以及堆叠的介电层的数量。
50.在本实施例中，为了便于描述，电容器主体110的在z方向上彼此相对的两个表面被定义为第一表面1和第二表面2，连接到第一表面1和第二表面2并且在x方向上彼此相对的两个表面被定义为第三表面3和第四表面4，连接到第一表面1和第二表面2、连接到第三表面3和第四表面4并且在y方向上彼此相对的两个表面被定义为第五表面5和第六表面6。
51.另外，在该实施例中，多层电容器100的安装表面可以是电容器主体110的第一表面1。
52.介电层111可包括具有高介电常数的陶瓷材料，例如，钛酸钡(batio3)或钛酸锶(srtio3)基陶瓷粉末等，但本公开不限于此。
53.此外，除了陶瓷粉末之外，还可将陶瓷添加剂、有机溶剂、增塑剂、粘合剂、分散剂等添加到介电层111。
54.可使用例如过渡金属氧化物或过渡金属碳化物、稀土元素、镁(mg)或铝(al)作为陶瓷添加剂。
55.电容器主体110可包括：有效区，作为对形成电容器的电容有贡献的部分；以及上覆盖件112和下覆盖件113，分别覆盖有效区的在z方向上的上表面和下表面。
56.除了上覆盖件112和下覆盖件113不包括内电极之外，上覆盖件112和下覆盖件113可具有与介电层111的材料和构造相同的材料和构造。
57.上覆盖件112和下覆盖件113可通过以下方式形成：分别在有效区的在z方向上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，并且上覆盖件112和下覆盖
件113可基本上用于防止由于物理应力或化学应力对第一内电极121和第二内电极122的损坏。
58.第一内电极121和第二内电极122是施加有不同极性的电极，并且在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，并且第一内电极121的一端和第二内电极122的一端可分别通过电容器主体110的第三表面3和第四表面4暴露。
59.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。
60.以此方式，分别通过电容器主体110的第三表面3和第四表面4交替暴露的第一内电极121的端部和第二内电极122的端部可分别接触并电连接到稍后将描述的第一外电极130和第二外电极140，第一外电极130和第二外电极140分别设置在电容器主体110的第三表面3和第四表面4上。
61.根据以上构造，当将预定电压施加到第一外电极130和第二外电极140时，电荷累积在第一内电极121与第二内电极122之间。
62.在这种情况下，多层电容器100的电容与在电容器主体110的有效区中第一内电极121和第二内电极122在z方向上彼此叠置的叠置面积成比例。
63.另外，用于形成第一内电极121和第二内电极122的材料没有特别限制，例如，第一内电极121和第二内电极122可使用利用贵金属材料(诸如铂(pt)、钯(pd)和钯-银(pd-ag)合金)、镍(ni)和铜(cu)中的至少一种形成的导电膏来形成。
64.在这种情况下，导电膏的印刷方法可以是丝网印刷法、凹版印刷法等，但不限于此。
65.第一外电极130和第二外电极140可提供有不同极性的电压，可设置在电容器主体110的在x方向上的两端上，并且可分别电连接到第一内电极121的暴露部分和第二内电极122的暴露部分。
66.第一外电极130可包括第一连接部和第一带部。
67.第一连接部是形成在电容器主体110的第三表面3上并连接到第一内电极121的暴露部分的部分，第一带部是从第一连接部延伸到电容器主体110的第一表面1的一部分的部分。
68.在这种情况下，第一带部可进一步延伸到电容器主体110的第五表面5的一部分和第六表面6的一部分以及电容器主体110的第二表面2的一部分，以改善粘合强度等。
69.第二外电极140可包括第二连接部和第二带部。
70.第二连接部是形成在电容器主体110的第四表面4上并连接到第二内电极122的暴露部分的部分，第二带部是从第二连接部延伸到电容器主体110的第一表面1的一部分的部分。
71.在这种情况下，第二带部可进一步延伸到电容器主体110的第五表面5的一部分和第六表面6的一部分以及电容器主体110的第二表面2的一部分，以改善粘合强度。
72.另外，第一金属间化合物层135形成在第一内电极121和第一外电极130连接的部分中，第二金属间化合物层145形成在第二内电极122和第二外电极140连接的部分中。
73.另外，第一内电极121可包括镍，在这种情况下，第一金属间化合物层135可包括镍-铜(ni-cu)。
74.第二内电极122可包括镍，在这种情况下，第二金属间化合物层145可包括镍-铜(ni-cu)。
75.在一个示例性实施例中，第一金属间化合物层135的数量可大于或等于第一内电极121的总数量的55％且小于第一内电极121的总数量的100％，优选为第一内电极121的总数量的55％至99％，第二金属间化合物层145的数量可大于或等于第二内电极122的总数量的55％且小于第二内电极122的总数量的100％，优选为第二内电极122的总数量的55％至99％。
76.另外，电容器主体110可具有多个第一槽和第二槽，多个第一槽和第二槽分别在第三表面3和第四表面4上形成在沿着z方向设置的介电层111之间，并且第一金属间化合物层135和第二金属间化合物层145可分别设置在第一槽和第二槽中。
77.另外，在第一内电极121与第一外电极130之间的连接部分中，第一外电极130扩散到第一内电极121的部分的深度可大于或等于30μm，在第二内电极122与第二外电极140之间的连接部分中，第二外电极140扩散到第二内电极122的部分的深度可大于或等于30μm。
78.例如，第一槽和第二槽中的每个在x方向上的深度可大于或等于30μm，这表示第一金属间化合物层135和第二金属间化合物层145中的每个在x方向上的长度大于或等于30μm。
79.另外，当在内电极和外电极连接的部分的截面中外电极中的cu扩散到包含ni的内电极的深度大于或等于30μm时，可稳定地确保多层电容器的等效串联电阻(esr)。
80.在此，第一槽的“深度”和第二槽的“深度”可分别指的是多个第一槽的平均深度和多个第二槽的平均深度，但不限于此。
81.第一外电极130包括：第一导电树脂层132；以及第一电极层131，设置在电容器主体110上并接触第一金属间化合物层135。
82.第一导电树脂层132可包括多个金属颗粒、围绕多个金属颗粒中的每个的导电连接部和基体树脂。
83.金属颗粒可以是铜、镍、银、镀银铜和镀锡铜中的至少一种。
84.金属颗粒可具有球形形状、薄片形状或球形形状和薄片形状的混合物。
85.第一导电树脂层132设置在第一电极层131上，并且第一电极层131与第一导电树脂层132的导电连接部接触。
86.第一外电极130还可包括设置在第一导电树脂层132上的第一镀层。
87.第一镀层可包括顺序堆叠在第一导电树脂层132上的第一镍镀层133和第一锡镀层134。
88.第二外电极140包括：第二导电树脂层142；以及第二电极层141，设置在电容器主体110上并接触第二金属间化合物层145。
89.第二导电树脂层142可包括多个金属颗粒、围绕多个金属颗粒中的每个的导电连接部和基体树脂。
90.金属颗粒可以是铜、镍、银、镀银铜和镀锡铜中的至少一种。
91.金属颗粒可具有球形形状、薄片形状或球形形状和薄片形状的混合物。
92.第二导电树脂层142设置在第二电极层141上，并且第二电极层141与第二导电树脂层142的导电连接部接触。
93.第二外电极140还可包括设置在第二导电树脂层142上的第二镀层。
94.第二镀层可包括顺序堆叠在第二导电树脂层142上的第二镍镀层143和第二锡镀层144。
95.通常，多层电容器利用包含镍的内电极和包含铜的外电极组成，并且在电极烧结期间在内电极与外电极之间的连接部分处，外电极的金属通过金属扩散系数的差异向内电极扩散，从而形成ni-cu金属间化合物(imc)，以实现电容器的电特性(诸如电容、df(dissipation factor，耗散因子)和esr)。
96.在这种情况下，多层电容器的电容指标、df指标和esr指标可根据外电极与内电极之间的连接性而变化。
97.详细地，多层电容器的尺寸越小、电容越低，则内电极的面积越小、内电极的层数越少，因此，可能进一步降低内电极与外电极之间的接触性能。
98.另外，在多层电容器的情况下，应用铜电极作为主电极(primary electrode)，应用环氧树脂-铜电极作为次电极(secondary electrode)以确保弯曲强度。该次电极具有相对低的电导率，从而可能进一步降低内电极与外电极之间的连接。
99.在本公开的实施例中，在具有小尺寸和低容量且电极连接性低的产品，特别是用于电子装置的小的片尺寸的产品(例如，具有在x方向上的长度
×
y方向上的宽度的尺寸为1.0mm
×
0.5mm或更小的产品)中，内电极和外电极的连接性程度以数值表示，由此描述esr(电特性)的预测效果。
100.在以下试验中，在通过改变电极烧结炉的wetter条件(水分供应)调节氧化和还原气氛之后，将多层电容器的imc形成程度与esr相关联，并且确定在预测esr时imc形成的合适值。
101.[表1]
[0102][0103]
在该测试中，针对小尺寸的样品(x方向上的长度
×
y方向上的宽度为1.0mm
×
0.5mm或更小)，对sem图像中的
×
1500截面的中央处形成的3个或更多个cu-ni的imc进行计数和测量。在这种情况下，针对每个容量使用测量仪器根据表1中所示的频率测量esr。
[0104]
[表2]
[0105][0106][0107]
参照表2，可看出，在内电极和外电极连接的部分的sem图像中的
×
1500截面的3个点处的内电极与外电极之间的连接的数量与内电极的数量的比值(例如，金属间化合物形成的比值(例如，金属间化合物层的总数量与内电极的总数量的比值))大于或等于55％的#3
–
#11中，可稳定地确保多层电容器的esr。
[0108]
[表3]
[0109][0110]
参照表3和图4，可看出，当在内电极和外电极连接的部分的sem图像中的
×
3000截面的3个点处的内电极与外电极之间的连接部分的平均厚度大于或等于内电极的平均厚度的50％时，可稳定地确保多层电容器的esr。在本说明书中，术语“厚度”可指的是在与构件表面垂直的方向上测量的特定构件的厚度，术语“平均厚度”可指的是在沿着与构件的平面表面平行的方向(例如，图3中的x-z方向)截取同时穿过多层电容器的中心的多层电容器的截面中，在其间具有相等间隔的预定数量的点处测量的构件的厚度的算术平均值。平均厚度的测量不限于这些示例，如果需要，普通技术人员可选择测量点的数量、测量点之间的间隔等。例如，测量点的数量可以是每个构件3个、5个或10个，但不限于此。如果在多层电容器中设置多个构件，则构件的平均厚度可指的是该多个构件的平均厚度的平均值。每个测量点的厚度的测量可通过使用显微镜图像(例如，扫描电子显微镜(sem)图像)来完成，但不限于此。另外，表2中的“内电极与外电极之间的连接的数量与内电极的数量的比值(％)”以及表3中的“内电极与外电极之间的连接部分的平均厚度与内电极的平均厚度的比值(％)”可通过外电极的烧结温度和炉的内部气氛来控制。
[0111]
图5是示意性示出根据实施例的多层电容器和基板的安装结构的立体图。
[0112]
参照图5，根据实施例的其上安装有多层电容器的板包括：基板210，具有第一电极焊盘221和第二电极焊盘222，第一电极焊盘221和第二电极焊盘222设置为在基板210的上表面上彼此间隔开；以及多层电容器100，安装在基板210上。
[0113]
在第一外电极130和第二外电极140分别定位为与第一电极焊盘221和第二电极焊盘222接触的状态下将多层电容器100连接并安装在基板210上。
[0114]
在这种情况下，第一外电极130可通过焊料231结合到第一电极焊盘221以与第一电极焊盘221电连接并物理连接，第二外电极140可通过焊料232结合到第二电极焊盘222以
与第二电极焊盘222电连接并物理连接。
[0115]
在这种情况下，多层电容器100是根据本公开的上述实施例的多层电容器，并且将省略对其的详细描述以避免冗余。
[0116]
如上所述，根据实施例，存在降低esr同时防止多层电容器的裂纹的效果。
[0117]
虽然本公开包括具体示例，但是对于本领域普通技术人员来说将易于理解的是，在不脱离权利要求及其等同方案的精神和范围的情况下，可在这些示例中进行形式和细节上的各种改变。这里描述的示例将仅被认为是描述性含义，而非出于限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述将被认为可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果以不同的顺序执行所描述的技术，和/或如果以不同的方式组合所描述的系统、架构、装置或电路中的组件，和/或由其他组件或其等同方案替换或补充所描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可实现合适的结果。因此，本公开的范围不是由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同方案限定，并且在权利要求及其等同方案的范围内的所有变型将被解释为包括在本公开中。