多层陶瓷电容器和其上安装有多层陶瓷电容器的板.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410239442.1

申请日:

2014.05.30

公开号:

CN104779052A

公开日:

2015.07.15

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

实质审查的生效IPC(主分类):H01G 4/40申请日:20140530|||公开

IPC分类号:

H01G4/40; H01G4/30; H05K1/18

主分类号:

H01G4/40

申请人:

三星电机株式会社

发明人:

李旼坤; 金锺翰; 李承澔

地址:

韩国京畿道水原市

优先权:

10-2014-0003349 2014.01.10 KR

专利代理机构:

北京铭硕知识产权代理有限公司11286

代理人:

韩芳; 薛义丹

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内容摘要

提供了一种多层陶瓷电容器和其上安装有该多层陶瓷电容器的板。多层陶瓷电容器可包括:陶瓷主体,具有堆叠在其中的多个介电层;有效部分,包括通过陶瓷主体的两个端表面交替地暴露的多个第一内电极和多个第二内电极;上覆盖层和下覆盖层;第一外电极和第二外电极,覆盖陶瓷主体的两个端表面。当将上覆盖层或下覆盖层的厚度定义为C,将有效部分与陶瓷主体的在宽度方向上的侧表面之间的边缘定义为M,将陶瓷主体的在宽度-厚度方向上的截面面积定义为Ac,将有效部分在宽度-厚度方向上的截面面积定义为Aa,1.826≤C/M≤4.686,0.2142≤Aa/Ac≤0.4911,其中,在有效部分的在宽度-厚度方向上的截面面积内,第一内电极和第二内电极在厚度方向上彼此叠置。

权利要求书

权利要求书1.  一种多层陶瓷电容器,所述多层陶瓷电容器包括: 陶瓷主体,具有堆叠在其中的多个介电层; 有效部分,包括分别通过陶瓷主体的端表面交替地暴露的多个第一内电 极和多个第二内电极,每个介电层插入在所述多个第一内电极与所述多个第 二内电极之间; 上覆盖层和下覆盖层,分别设置在有效部分的上表面和下表面上;以及 第一外电极和第二外电极,分别覆盖陶瓷主体的端表面, 其中,当将上覆盖层或下覆盖层的厚度定义为C,将有效部分与陶瓷主 体的在宽度方向上的侧表面之间的边缘定义为M,将陶瓷主体的在宽度-厚度 方向上的截面面积定义为Ac,将有效部分在宽度-厚度方向上的截面面积定 义为Aa时,1.826≤C/M≤4.686,0.2142≤Aa/Ac≤0.4911,其中,在有效部分在 宽度-厚度方向上的横截面积中,第一内电极和第二内电极在厚度方向彼此叠 置。 2.  根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器,其中,多层陶瓷电容器具有 10μF或更大的电容。 3.  根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器,其中,陶瓷主体的宽度和厚 度之差为厚度的15%或更小。 4.  根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器,其中,介电层的厚度为0.9μm 至1.75μm。 5.  根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器,其中,有效部分与陶瓷主体 的在宽度方向上的侧表面之间的边缘为90μm或更大。 6.  一种板,所述板包括: 基板;第一电极焊盘和第二电极焊盘,设置在基板上;以及多层陶瓷电 容器,安装在第一电极焊盘和第二电极焊盘上,所述多层陶瓷电容器包括: 陶瓷主体,具有堆叠在其中的多个介电层; 有效部分,包括分别通过陶瓷主体的端表面交替地暴露的多个第一内电 极和多个第二内电极,每个介电层插入在所述多个第一内电极与所述多个第 二内电极之间,所述多个第一内电极和多个第二内电极被设置为相对于其上 设置有陶瓷主体的基板的安装表面平行; 上覆盖层和下覆盖层,分别设置在有效部分的上表面和下表面上;以及 第一外电极和第二外电极,分别覆盖陶瓷主体的端表面, 当将上覆盖层或下覆盖层的厚度定义为C,将陶瓷主体的在宽度方向上 的边缘定义为M,将陶瓷主体的在宽度-厚度方向上的截面面积定义为Ac, 将有效部分在宽度-厚度方向上的截面面积定义为Aa时,1.826≤C/M≤4.686, 0.2142≤Aa/Ac≤0.4911,其中,在有效部分的在宽度-厚度方向上的截面面积内 第一内电极和第二内电极在厚度方向上彼此叠置。 7.  根据权利要求6所述的板,其中,多层陶瓷电容器具有10μF或更大 的电容。 8.  根据权利要求6所述的板,其中,陶瓷主体的宽度和厚度的距离差为 厚度的15%或更小。 9.  根据权利要求6所述的板,其中,介电层的厚度为0.9μm至1.75μm。 10.  根据权利要求6所述的板,其中,陶瓷主体在宽度方向上的边缘为 90μm或更大。 11.  一种板,所述板包括: 基板;第一电极焊盘和第二电极焊盘,设置在基板上;以及多层陶瓷电 容器,安装在第一电极焊盘和第二电极焊盘上,所述多层陶瓷电容器包括: 陶瓷主体,具有堆叠在其中的多个介电层; 有效部分,包括分别通过陶瓷主体的两个端表面交替地暴露的多个第一 内电极和多个第二内电极,每个介电层插入在所述多个第一内电极与所述多 个第二内电极之间,多个第一内电极和多个第二内电极被设置为相对于多层 陶瓷电容器安装在其上的基板的安装表面垂直; 上覆盖层和下覆盖层,分别设置在有效部分的上表面和下表面上;以及 第一外电极和第二外电极,分别覆盖陶瓷主体的端表面, 其中,当将上覆盖层或下覆盖层的厚度定义为C,将有效部分与陶瓷主 体的在宽度方向上的侧表面之间的边缘定义为M,将陶瓷主体的在宽度-厚度 方向上的截面面积定义为Ac,将有效部分在宽度-厚度方向上的截面面积定 义为Aa时,1.826≤C/M≤4.686,0.2142≤Aa/Ac≤0.4911,其中,在有效部分的 在宽度-厚度方向上的截面面积内第一内电极和第二内电极在厚度方向上彼 此叠置。 12.  根据权利要求11所述的板,其中,多层陶瓷电容器具有10μF或更 大的电容。 13.  根据权利要求11所述的板,其中,陶瓷主体的宽度和厚度之差异为 厚度的15%或更小。 14.  根据权利要求11所述的板,其中,介电层的厚度为0.9μm至1.75μm。 15.  根据权利要求11所述的板,其中,陶瓷主体在宽度方向上的边缘为 90μm或更大。 16.  一种用于制备陶瓷主体的方法,所述方法包括: 制备多个陶瓷生片; 将导电膏涂敷到所述多个陶瓷生片以形成多个第一内电极和多个第二内 电极; 堆叠所述多个陶瓷生片以交替地设置第一内电极和第二内电极以形成多 层陶瓷主体;以及 分别在多层陶瓷主体的上表面和下表面上形成上覆盖层和下覆盖层,使 得当将上覆盖层或下覆盖层的厚度定义为C,将所述多个第一内电极和所述 多个第二内电极与陶瓷主体的在宽度方向上的侧表面之间的边缘定义为M, 将陶瓷主体在宽度-厚度方向上的截面面积定义为Ac,将有效部分在宽度-厚 度方向上的截面面积定义为Aa时,1.826≤C/M≤4.686,0.2142≤Aa/Ac≤0.4911, 其中,在有效部分的在宽度-厚度方向上的截面面积内,第一内电极和第二内 电极在厚度方向上彼此叠置。 17.  根据权利要求16所述的方法,所述方法还包括: 在1000kg·f/cm2的压强条件下在大约85℃的温度下对多层陶瓷主体执行 等静压制。 18.  根据权利要求17所述的方法,所述方法还包括: 将多层陶瓷主体切割成单独的片; 在大气压下将所述单独的片在大约230℃的温度下保持大约60小时;以 及 使所述单独的片经受脱脂工艺。 19.  根据权利要求18所述的方法,所述方法还包括: 在具有比Ni/NiO平衡氧分压低的10-11atm至10-10atm的氧分压的还原气 氛下,在大约1200℃的温度下烧结所述片,以使第一内电极和第二内电极不 被氧化。

说明书

说明书多层陶瓷电容器和其上安装有多层陶瓷电容器的板
本申请要求于2014年1月10日提交到韩国知识产权局的第 10-2014-0003349号韩国专利申请的优先权的权益,该韩国专利申请的公开内 容通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及一种多层陶瓷电容器和一种其上安装有该多层陶瓷电容器的 板。
背景技术
多层陶瓷电容器或多层片式电子组件可以是安装在例如显示装置(例如 液晶显示器(LCD)和等离子体显示面板(PDP)等)以及计算机、个人数 码助手(PDA)和移动电话等的各种电子产品的板上的片形状的电容器,以 用于在其中充电或从其放电。
由于这样的多层陶瓷电容器(MLCC)具有诸如尺寸小、电容高或易于 安装等的优点,因此这样的多层陶瓷电容器可用作各种电子装置中的组件。
多层陶瓷电容器可包括多个介电层和交替地堆叠在介电层之间并具有不 同极性的内电极。
由于介电层具有压电性质和电致伸缩性质,因此当将直流(DC)电压或 交流(AC)电压施加到多层陶瓷电容器时,由于产生的振动而在内电极之间 发生压电现象。
这些振动可以通过多层陶瓷电容器的外电极而被传递到其上安装有多层 陶瓷电容器的板,使得整个板成为声音辐射表面,以产生振动声音(噪声)。
振动声音可以在可能导致听者不适并且被称作声学噪声的20Hz至 20,000Hz的成音频率的范围内。
近来,声学噪声的程度已经成为确定多层陶瓷电容器的质量的重要因素。
随着多层陶瓷电容器的电容增大,电介质的机械变形量会不可避免地增 大。因此,已经尝试了用于解决该问题的各种方法。
一种方法是通过控制用于使多层陶瓷电容器结合到板的焊料的量来控制 声学噪声。
然而,在该方法中,板与多层陶瓷电容器之间的结合强度与焊料的量成 比例地减小。因此,即使在焊料的量减少的情况下,也难以期待声学噪声大 量减小。
另一种方法是改变多层陶瓷电容器的内部结构。
然而,改变多层陶瓷电容器的内部结构的方法通常需要主要改变产品的 尺寸或形式。因此,需要引入安装多层陶瓷电容器的另外的适当的方法。
还有一种方法是控制多层陶瓷电容器安装的方向。
然而,控制多层陶瓷电容器安装的方向的方法需要单独的工艺来单独地 对准多层陶瓷电容器安装的方向。
发明内容
本公开的一方面可以提供一种多层陶瓷电容器,该多层陶瓷电容器能够 以普通标准形式来制造,并且无论该多层陶瓷电容器与板平行地或垂直地安 装在板上的情况下,都显著地减少声学噪声,并且提供了一种其上安装有多 层陶瓷电容器的板。
根据本公开的一方面,一种多层陶瓷电容器可以包括:陶瓷主体,具有 堆叠在其中的多个介电层;有效部分,包括分别通过陶瓷主体的两个端表面 交替地暴露的多个第一内电极和多个第二内电极,每个介电层插入在所述多 个第一内电极与所述多个第二内电极之间;上覆盖层和下覆盖层,分别设置 在有效部分的上表面和下表面上;以及第一外电极和第二外电极,分别覆盖 陶瓷主体的两个端表面。当将上覆盖层或下覆盖层的厚度定义为C,将有效 部分与陶瓷主体的在宽度方向上的侧表面之间的边缘定义为M,将陶瓷主体 的在宽度-厚度方向上的截面面积定义为Ac,将有效部分在宽度-厚度方向上 的截面面积定义为Aa时,1.826≤C/M≤4.686,0.2142≤Aa/Ac≤0.4911,其中, 在有效部分的在宽度-厚度方向上的截面面积内,第一内电极和第二内电极在 厚度方向上彼此叠置。
多层陶瓷电容器可以具有10μF或更大的电容。
陶瓷主体的宽度和厚度之差可以为厚度的15%或更小。
介电层的厚度为0.9μm至1.75μm。
有效部分与陶瓷主体的在宽度方向上的侧表面之间的边缘可以为90μm 或更大。
根据本公开的另一方面,一种板可以包括:基板;第一电极焊盘和第二 电极焊盘,设置在基板上;以及多层陶瓷电容器,安装在第一电极焊盘和第 二电极焊盘上。所述多层陶瓷电容器包括:陶瓷主体,具有堆叠在其中的多 个介电层;有效部分,包括分别通过陶瓷主体的两个端表面交替地暴露的多 个第一内电极和多个第二内电极,每个介电层插入在所述多个第一内电极与 所述多个第二内电极之间,所述多个第一内电极和所述多个第二内电极被设 置为相对于基板的安装表面平行;上覆盖层和下覆盖层,分别形成在有效部 分的上表面和下表面上;以及第一外电极和第二外电极,分别覆盖陶瓷主体 的两个端表面。当将上覆盖层或下覆盖层的厚度定义为C,将有效部分与陶 瓷主体的在宽度方向上的侧表面之间的边缘定义为M,将陶瓷主体的在宽度- 厚度方向上的截面面积定义为Ac,将有效部分沿宽度-厚度方向的截面面积 定义为Aa时,1.826≤C/M≤4.686,0.2142≤Aa/Ac≤0.4911,其中,在有效部分 的在宽度-厚度方向上的截面面积内第一内电极和第二内电极在厚度方向上 彼此叠置。
根据本公开的另一方面,一种板可以包括:基板;第一电极焊盘和第二 电极焊盘,设置在基板上;以及多层陶瓷电容器,安装在第一电极焊盘和第 二电极焊盘上。所述多层陶瓷电容器包括:陶瓷主体,具有堆叠在其中的多 个介电层;有效部分,包括分别通过陶瓷主体的两个端表面交替地暴露的多 个第一内电极和多个第二内电极,每个介电层插入在所述多个第一内电极与 所述多个第二内电极之间,所述多个第一内电极和所述多个第二内电极被设 置为相对于基板的安装表面垂直;上覆盖层和下覆盖层,分别设置在有效部 分的上表面和下表面上;以及第一外电极和第二外电极,分别覆盖陶瓷主体 的端表面。当将上覆盖层或下覆盖层的厚度定义为C,将有效部分与陶瓷主 体的在宽度方向上的侧表面之间的边缘定义为M,将陶瓷主体的在宽度-厚度 方向上的截面面积定义为Ac,将有效部分在宽度-厚度方向上的截面面积定 义为Aa时,1.826≤C/M≤4.686,0.2142≤Aa/Ac≤0.4911,其中,在有效部分的 在宽度-厚度方向上的截面面积内第一内电极和第二内电极在厚度方向上彼 此叠置。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述,本公开的以上和其它方面、特征以 及其它优点将被更清楚地理解,在附图中:
图1是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的多层陶瓷电容器的局 部剖开透视图;
图2是示意性地示出图1的多层陶瓷电容器沿垂直安装方向旋转后的局 部剖开透视图;
图3是沿图1的线A-A’截取的剖视图;
图4是示出图1的多层陶瓷电容器被安装在板上的状态的透视图;
图5是示出图2的多层陶瓷电容器被安装在板上的状态的透视图;
图6是示出通过测量图4和图5的板中的声学噪声而获得的对比结果的 曲线图;以及
图7是示出耐受电压特性根据被烧结前的钛酸钡(BT)粉末的平均粒径 以及陶瓷生片的厚度的变化而变化的曲线图。
具体实施方式
现在将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。
然而,本公开可以以许多不同的形式举例说明,而不应被解释为局限于 在此阐述的具体实施例。相反,提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完 整的,并且这些实施例将把本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。
在附图中,为清晰起见,可以夸大元件的形状和尺寸,相同的附图标记 将始终用来指示相同或相似的元件。
将定义陶瓷主体的方向以清楚地描述本公开的示例性实施例。在附图中 示出的L、W和T分别指陶瓷主体的长度方向、宽度方向和厚度方向。
多层陶瓷电容器
图1是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的多层陶瓷电容器的局 部剖开透视图。图2是示意性地示出图1的多层陶瓷电容器沿垂直安装方向 旋转后的局部剖开透视图。
参照图1和图2,根据本公开的示例性实施例的多层陶瓷电容器100可 以包括陶瓷主体110、包括第一内电极121和第二内电极122的有效部分115、 上覆盖层112和下覆盖层113以及第一外电极131和第二外电极132。
可以通过堆叠多个介电层111然后对其进行烧结来形成陶瓷主体110。陶 瓷主体110的形状和尺寸以及堆叠的介电层111的数量不限于图1和图3中 示出的示例的形状、尺寸和数量。
这里,陶瓷主体110的宽度和厚度之差可优选为厚度的15%或更小。然 而,本公开不限于此。
另外,形成陶瓷主体110的多个介电层111可以处于烧结状态,并且可 以被一体化,使得彼此相邻的介电层111之间的边界在不使用扫描电子显微 镜(SEM)的情况下不是显而易见的。
另外,陶瓷主体110可以具有六面体形状。
在本示例性实施例中,为了便于解释,陶瓷主体110的在厚度方向上彼 此相对的表面称作第一主表面1和第二主表面2,陶瓷主体110的连接第一 主表面1和第二主表面2并在长度方向上彼此相对的表面称作第一端表面3 和第二端表面4,陶瓷主体110的被连接为与第一端表面3和第二端表面4 垂直并在宽度方向上彼此相对的表面称作第一侧表面5和第二侧表面6。
陶瓷主体110可以包括有助于电容器的电容形成的有效部分115以及在 有效部分115上分别形成为上边缘部分和下边缘部分的上覆盖层112和下覆 盖层113。
有效部分115可以通过以重复的方式交替地堆叠多个第一内电极121和 多个第二内电极122并使每个介电层111设置在它们之间来形成。
除了其中不包括内电极之外,上覆盖层112和下覆盖层113可以由与有 效部分115的介电层111相同的材料形成,并可以具有与有效部分115的构 造相同的构造。然而,本公开不限于此。
上覆盖层112和下覆盖层113可以通过分别在有效部分115的上表面和 下表面上沿厚度方向堆叠单个介电层或者两个或更多个介电层来形成,并且 上覆盖层112和下覆盖层113可以基本用于防止由于物理或化学应力而损坏 第一内电极121和第二内电极122。
介电层111可以包含具有高介电常数的陶瓷材料,例如,钛酸钡(BaTiO3) 基粉末或钛酸锶(SrTiO3)基粉末等。然而,本公开不限于此,只要可以获 得足够的电容即可。
另外,除了陶瓷粉末之外,如果需要,则介电层111还可以包含添加到 其的陶瓷添加剂、有机溶剂、塑化剂、粘合剂或分散剂等。
陶瓷添加剂的示例可以包括过渡金属氧化物或碳化物、稀土元素、镁 (Mg)和铝(Al)等。然而,本公开不限于此。
这里,介电层111的厚度可以根据多层陶瓷电容器100的电容设计而任 意地改变,并且单个介电层111的厚度可以为0.9μm或更大,优选地,为0.9μm 至1.75μm。然而,本公开不限于此。
在单个介电层111的厚度小于0.9μm的情况下,耐受电压特性可能劣化, 在单个介电层111的厚度超过1.75μm的情况下,电容实现率会低于参考值。
在本示例性实施例中,与根据现有技术的多层陶瓷电容器相比,在垂直 方向上彼此相邻的内电极之间的间距减小,从而可以实现与根据现有技术的 多层陶瓷电容器的电容相同的电容,同时堆叠的内电极的数量相对小于根据 现有技术的多层陶瓷电容器的堆叠的内电极的数量,并且片(chip)尺寸维 持为与根据现有技术的多层陶瓷电容器的尺寸相同可以实现。因此,可以确 保具有预定厚度的上覆盖层和下覆盖层,同时可以防止内电极的开裂并且可 以减小声学噪声。
第一内电极121和第二内电极122(具有不同极性的电极)可以通过将 包含导电金属的导电膏以预定的厚度印刷在介电层111的一个表面上来形成, 并且可以通过陶瓷主体110的两个端表面交替地暴露在介电层111沿其堆叠 的方向上。第一内电极121和第二内电极122可以通过设置在它们之间的介 电层111而彼此电绝缘。
第一内电极121和第二内电极122可以分别通过它们的交替地暴露于陶 瓷主体110的两个端表面的部分电连接到第一外电极131和第二外电极132。
因此,当向第一外电极131和第二外电极132施加电压时,电荷可以积 聚在彼此面对的第一内电极121和第二内电极122之间。在这种情况下,多 层陶瓷电容器100的电容可以与第一内电极121和第二内电极122在有效部 分115中彼此叠置的面积成比例。
这里,可以堆叠第一内电极和第二内电极,使得多层陶瓷电容器的电容 为10μF或更大。
可以根据第一内电极121或第二内电极122的期望的用途来确定它们的 厚度。例如,考虑到陶瓷主体110的大小,可以将第一内电极121或第二内 电极122的厚度确定为在0.2μm至1.0μm的范围内。然而,本公开不限于此。
例如,在第一内电极121或第二内电极122的厚度小于0.2μm的情况下, 电极连接特性和耐受电压特性可能劣化,而在第一内电极121或第二内电极 122的厚度超过1.0μm的情况下,分层可能由于边缘部分与有效部分115之 间形成的台阶而加剧。
另外,包含在用于形成第一内电极121和第二内电极122的导电膏中的 导电金属可以是镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)或它们的合金。然而,本公开 不限于此。
另外,可以使用丝网印刷法或凹版印刷法等来作为印刷导电膏的方法。 然而,本公开不限于此。
第一外电极131和第二外电极132可以分别覆盖陶瓷主体110的第一端 表面3和第二端表面4。
即,第一外电极131和第二外电极132可以从陶瓷主体110的第一端表 面3和第二端表面4分别延伸到陶瓷主体110的第一主表面1和第二主表面 2的一部分以及陶瓷主体110的第一侧表面5和第二侧表面6的一部分。
第一外电极131和第二外电极132可由包含导电金属的导电膏形成。
导电金属可以是镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)、金(Au)或它们的合金。 然而,本公开不限于此。
这里,将根据包括在多层陶瓷电容器中的组件的尺寸来描述根据本示例 性实施例的多层陶瓷电容器的电气特征和声学噪声。
图3是沿图1的多层陶瓷电容器的线A-A’截取的示意性剖视图,以描述 包括在多层陶瓷电容器中的组件之间的尺寸关系。
在图3中,将上覆盖层112和下覆盖层113中的每个的厚度定义为C, 将陶瓷主体110的在宽度方向上的边缘定义为M,将陶瓷主体110的在宽度- 厚度方向上的截面面积定义为Ac,将有效部分115的在宽度-厚度方向上的 截面面积定义为Aa。
这里,陶瓷主体110的在宽度方向上的边缘M是指从有效部分115的边 到陶瓷主体110的一个侧表面的距离,其中,在有效部分115中,第一内电 极121和第二内电极122彼此叠置。
在根据现有技术的多层陶瓷电容器中,当向多层陶瓷电容器施加电力时, 由于介电材料的压电性质而在有效部分中产生声学噪声。具体地讲,在高电 容多层陶瓷电容器中,压电性质增大,从而声学噪声可能显著增大。
由于声学噪声主要由在施加电场所沿的方向上产生的张力所导致,因此 可以增大设置在有效部分的上部和下部上的边缘部分,使得声学噪声可以减 小。
另外,声学噪声的大小根据多层陶瓷电容器是与板平行地安装在板上还 是与板垂直地安装在板上而不同。因此,需要在确定了安装方向的同时来安 装多层陶瓷电容器,其中,相对于板沿安装方向来安装多层陶瓷电容器。另 外,在安装方向错误的情况下,声学噪声可能比设计的情况有所增大。
根据本示例性实施例,当满足1.826≤C/M≤4.686且0.2142≤Aa/Ac≤0.4911 时,在多层陶瓷电容器与板平行地安装在板上的情况下产生的声学噪声与在 多层陶瓷电容器与板垂直地安装在板上的情况下产生的声学噪声之间的差异 可以显著减小。即,在多层陶瓷电容器与板垂直地安装在板上的情况下产生 的声学噪声的值与在多层陶瓷电容器与板平行地安装在板上的情况下产生的 声学噪声的值可以变得相似。
当C/M小于1.826时,可能不存在声学噪声减小的效果,并且在多层陶 瓷电容器与板平行地安装在板上的情况下所产生的声学噪声的级别可能大于 在多层陶瓷电容器与板垂直地安装在板上的情况下所产生的声学噪声的级 别。
另外,当C/M超过4.686时,也就是说介电层的边缘部分过小,在将多 层主体切割为单独的片的工艺期间产生切割缺陷的可能性会增大。
另外,当Aa/Ac小于0.2142时,电容器的电容可能小于需要的设计值。 当Aa/Ac超过0.4911时,在多层陶瓷电容器与板平行地安装在板上的情况下 所产生的声学噪声与在多层陶瓷电容器与板垂直地安装在板上的情况下所产 生的声学噪声之间的比值可能超过1.1。因此,在两种情况下可能产生不同级 别的声学噪声。
因此,当多层陶瓷电容器满足1.826≤C/M≤4.686且0.2142≤Aa/Ac≤0.4911 的范围时,在可以确保片的电容的同时,可以不需要确定片相对于板安装所 沿的安装方向,从而防止多层陶瓷电容器以不适当的方向安装在板上而产生 显著的声学噪声,并且防止在将多层主体切割为单独的片的工艺中产生切割 缺陷。
其上安装有多层陶瓷电容器的板
图4是示出图1的多层陶瓷电容器被安装在板上的状态的透视图。图5 是示出图2的多层陶瓷电容器被安装在板上的状态的透视图;
参照图4和图5,根据本示例性实施例的其上安装有多层陶瓷电容器100 的板200可以包括:基板210,使安装在其上的多层陶瓷电容器100的第一 内电极121和第二内电极122相对于基板的安装表面平行或垂直;第一电极 焊盘221和第二电极焊盘222,形成在基板210的上表面上以彼此分隔开。
这里,在多层陶瓷电容器100的下覆盖层113被设置为朝向基板210, 并且第一外电极131和第二外电极132被分别定位在第一电极焊盘221和第 二电极焊盘222上,以使它们彼此对应地接触的状态下,多层陶瓷电容器100 可以利用焊料部分231和232电连接到基板210。
在多层陶瓷电容器100安装在基板210上的状态下,当将电压施加到多 层陶瓷电容器100时,可能产生声学噪声。
这里,第一电极焊盘221和第二电极焊盘222的尺寸可以确定使多层陶 瓷电容器100的第一外电极131和第二外电极132分别与第一电极焊盘221 和第二电极焊盘222连接的焊料部分231和232的量,并且可以根据焊料部 分231和232的量来调节声学噪声的大小。然而,本公开不限于此。
通常,在多层陶瓷电容器100中产生声学噪声的原因是:当向多层陶瓷 电容器100施加电场时,由于介电层111的反向压电性质而在多层陶瓷电容 器100的有效部分中出现施加有电场的介电材料的物理变形,从而产生多层 陶瓷电容器100的表面的错位。
这里,在多层陶瓷电容器100的表面中出现的错位,可能由上覆盖层112 或下覆盖层113的变形所导致,而上覆盖层112或下覆盖层113的变形是因 介电层111的变形而产生的力所引起的。
即,上覆盖层112或下覆盖层113可能是弯曲的,上覆盖层112或下覆 盖层113的变形量可以与(上覆盖层或下覆盖层的长度/上覆盖层或下覆盖层 的厚度)3成比例。
因此,由于多层陶瓷电容器100具有标准尺寸,因此可以增大上覆盖层 112或下覆盖层113的厚度,以减小多层陶瓷电容器100的变形量并且减小声 学噪声。
同时,由电场引起的介电层111的变形可能通过泊松效应而导致多层陶 瓷电容器100在宽度方向上的变形和在厚度方向上的变形。
这里,多层陶瓷电容器100中产生的变形量可以与(陶瓷主体的厚度T/ 陶瓷主体在宽度方向上的边缘M)3成比例。
由于多层陶瓷电容器100在沿厚度方向上的错位大于其在宽度方向上的 错位,因此可以以垂直安装型方案(电容器相对于板垂直地安装在板上)而 不是以水平安装型方案(电容器相对于板平行地安装在板上)来进一步减小 声学噪声。
图6是示出通过测量图4和图5的板中的声学噪声而获得的对比结果的 曲线图。
参照图6,可以清楚的是,在示例1(多层陶瓷电容器的长度×宽度为 1.6mm×0.8mm)的情况下,在垂直安装型方案下的声学噪声为大约38dB,在 水平安装型方案下的声学噪声为大约40dB。
另外,可以清楚的是,在示例2(多层陶瓷电容器的长度×宽度为 1.0mm×0.5mm)的情况下,在垂直安装方式下的声学噪声大约为31dB,在水 平安装方式下的声学噪声的水平大约为34dB。
因此,无论电容器相对于板安装的安装方向如何,为了实现相似级别的 声学噪声,上覆盖层和下覆盖层的厚度需要比普通的多层陶瓷电容器的上覆 盖层和下覆盖层的厚度大。然而,在上覆盖层和下覆盖层的厚度过大的情况 下,多层陶瓷电容器在宽度方向上的错位会大于其在厚度方向上的错位。因 此,可以清楚的是,上覆盖层和下覆盖层的厚度需要在适当的范围内。
试验示例
如下地制造根据发明示例和对比示例的多层陶瓷电容器。
将包含诸如钛酸钡粉末等的粉末的浆料涂敷到载体膜并对其进行干燥, 以制备多个陶瓷生片。
然后,利用丝网印刷法等将导电膏涂敷到陶瓷生片,以形成通过陶瓷生 片的两个端表面交替地暴露的第一内电极和第二内电极。
堆叠多个陶瓷生片,使得交替地设置第一内电极和第二内电极,从而形 成多层主体。
然后,将第一内电极和第二内电极没有形成在其上的陶瓷生片分别堆叠 在多层主体的上表面和下表面上,以形成上覆盖层和下覆盖层。
接下来,在大约1000kg·f/cm2的压强条件下,在大约85℃的温度下使其 上形成有上覆盖层和下覆盖层的多层主体经受等静压制。
然后,将完成压制的多层主体切割成单独的片,在大气压下将切割后的 片在大约230℃的温度下保持大约60小时,然后使其经受脱脂工艺。
接下来,以第一内电极和第二内电极未被氧化的方式在10-11atm至 10-10atm的氧分压(低于Ni/NiO平衡氧分压)的还原气氛下在大约1200℃的 温度下烧结片,从而制备陶瓷主体。
这里,仅以示例的方式来设置上述制造工艺的条件,可以改变制造根据 发明示例的多层陶瓷电容器的具体条件。
这里,在烧结之后,陶瓷主体110的长度×宽度×厚度(L×W×T)为大约 2.0mm×1.2mm×1.2mm。
接下来,执行在陶瓷主体的第一端表面和第二端表面上形成第一外电极 和第二外电极的工艺,以制造多层陶瓷电容器。
这里,将多层陶瓷电容器的长度×宽度×厚度(L×W×T)的制造公差设置 为在±0.1mm的范围内,在制造公差在±0.1mm的范围内的情况下,将多层陶 瓷电容器与板平行地或与板垂直地安装在板上。
在下面的试验中使用的多层陶瓷电容器具有相同的有效区域,并且在仅 调整了陶瓷主体的上覆盖层或下覆盖层的厚度以及陶瓷主体在宽度方向上的 边缘之后来测量它们的声学噪声。
这里,由于声学噪声具有取决于介电性质的值,因此在试验中使用的全 部多层陶瓷电容器的介电电容被调整为具有大约10μF的值并且被调整为最 多不超过10.3μF。
在下面的表1中,HN表示在多层陶瓷电容器相对于板平行地安装在板上 的情况下的声学噪声值,VN表示在多层陶瓷电容器相对于板垂直地安装在板 上的情况下的声学噪声值。
[表1]



通过上面的表1确认,在样本8、15至22、28至31、34至40和47至 52(其中,C/M的范围为1.826至4.686)中,在多层陶瓷电容器相对于板平 行地安装在板上的情况下的声学噪声值HN与在多层陶瓷电容器相对于板垂 直地安装在板上的情况下的声学噪声值VN的比值(HN/VN)在0.9至1.1 的范围内(相当地小)。
因此,可以清楚的是,不论多层陶瓷电容器是相对于板水平地或垂直地 安装在板上,用于在多层陶瓷电容器中实现均匀级别的声学噪声的C/M的值 满足1.826≤C/M≤4.686的范围。
另外,在C/M的值满足1.826≤C/M≤4.686的范围的情况下,陶瓷主体的 宽度W与厚度T之差为厚度的15%或更小。
另外,在陶瓷主体在宽度方向上的边缘M小于90μm的样本32-55中确 认有切割缺陷。
因此,能够防止产品的切割缺陷的陶瓷主体在宽度方向上的边缘M为 90μm或更大。
另外,可以清楚的是,在覆盖层的厚度C过度增大的样本17至23、31、 39至45以及53至55中,完成的片的尺寸过大,从而不能满足多层陶瓷电 容器的尺寸标准。
下面的表2示出了有效部分在宽度-厚度方向上的截面面积Aa(其中, 第一内电极和第二内电极在厚度方向上彼此叠置)与陶瓷主体在宽度-厚度方 向上的截面面积的比例(Aa/Ac)。
利用扫描电子显微镜(SEM),在多层陶瓷电容器中通过根据图像测量截 面面积来获得截面面积的比值Aa/Ac,所述图像通过对多层陶瓷电容器的在 陶瓷主体的宽度方向上的中部处沿厚度方向切开的截面照相来获得。
[表2]

由上面的表2确认,在所有样本中,耐受电压基本上彼此相似,在Aa/Ac 的范围为0.2142至0.4911的样本4至10中,电容实现率为100%或更大,并 且在水平安装方案和垂直安装方案中的声学噪声彼此相似。
在Aa/Ac的值小于0.2142的样本11和样本12中,电容实现率小于100% (有问题),在Aa/Ac的值大于0.4911的样本1至样本3中,在水平安装方 案和垂直安装方案中的声学噪声的差异的比值大于1.1(有问题)。
同时,由于多层陶瓷电容器的电容与内电极之间的间距成反比,因此可 以通过减小介电层的厚度来增大电容。
另外,由于多层陶瓷电容器的耐受电压特性满足在内电极之间施加电势 差的情况下产生的电场E的等式(E=V/d),所以它们可以随着内电极之间的 间距减小而增大。
另外,由于当施加比材料的介电强度(固有的物理性质)大的电场时产 生击穿,因此在当介电层的厚度减小时将相同的电势施加到多层陶瓷电容器 的情况下,施加的电场的强度会增大,使得多层陶瓷电容器的耐受电压特性 可能劣化。
也就是说,在可以控制当介电层的厚度减小以实现相同的电容时产生的 劣化现象的情况下,可进一步提高电容密度。
图7是示出耐受电压特性根据被烧结前的钛酸钡(BT)粉末的平均粒径 和陶瓷生片的厚度的变化而变化的曲线图。
在示例性实施例中,可使用120nm级至300nm级的BT粉末。
在发明示例1中使用120nm的BT粉末,在发明示例2中使用180nm的 BT粉末,在发明示例3中使用300nm的BT粉末。
如图7中所示,在陶瓷生片的厚度为3μm或更大的区域中,在使用300nm 的BT粉末的发明示例3中实现了最优异的耐受电压特性。
另外,在陶瓷生片的厚度为1.5μm至3μm的区域中,在使用180nm的 BT粉末的发明示例2中实现了最优异的耐受电压特性。
在陶瓷生片的厚度为1.5μm或更小的区域中,在使用120nm的BT粉末 的发明示例1中实现了最优异的耐受电压特性。
即,根据陶瓷生片的厚度来使用用于实现优选的耐受电压特性的优选粒 径的BT粉末。当BT粉末的粒径减小时,在使用具有减小的厚度的陶瓷生片 的情况下,出现了耐受电压特性的快速劣化。
在使用小粒径的BT粉末的情况下,需要使用与大粒径的BT粉末相比增 加的有机材料的量,从而实现可分散性和膜特性。因此,可能需要进一步增 加的有机材料的量以实现均匀的生片的物理性质。
另外,小粒径的BT粉末可以有利于实现陶瓷生片的表面光洁度,并且 在BT粉末烧结后陶瓷生片的均匀性提高,使得可以实现相同的平均厚度, 同时进一步提高最小厚度,并且可以实现耐受电压特性。
可以通过例如水热合成法来制备BT粉末的颗粒。
在水热合成法中,可以通过下述工艺制备BT粉末。在反应器中引入以 氢氧化钡为基础的八水氢氧化钡(Ba(OH)2·8H2O)和大约1mol%的四羟基硅 烷,将反应器用氮净化。然后,在100℃或更高的温度下搅拌混合物从而使 其溶解,将二氧化钛(TiO2)溶胶加热到大约60℃或更高。然后,将钡(Ba) 溶液和二氧化钛(TiO2)溶胶快速地放在一起并使其互相混合,通过在110℃ 的温度下和300rpm或更高的转速下快速地搅拌10分钟以使原材料完全转变 成钛酸钡来完成反应操作,从而完成晶种形成。然后,通过在混合溶液中加 入纯水来降低混合溶液的浓度并且使混合溶液的pH降低至11.5。在使温度增 加到250℃后,执行钛酸钡的颗粒生长20小时,从而制备BT粉末。
下面的表3示出在调整介电层的厚度之后测量的多层陶瓷电容器的电容 实现率和耐受电压特性。
[表3]

通过上面的表3可以确认的是,当介电层的厚度减小时,耐受电压降低 并且电容增大。
另外,能够确认,在介电层的厚度减小至0.5μm或更小的样本1中,耐 受电压特性快速劣化。
耐受电压特性快速劣化的陶瓷生片的厚度可以随着BT粉末的粒径减小 而减小。
参照表3,在介电层的厚度为0.9μm或更大的样本4至样本7中,尽管 堆叠的介电层的数量小于500,但是耐受电压为100V或更高。
然而,在介电层的厚度超过1.75μm的样本6和样本7中,电容实现率小 于100%。
因此,可以确认的是同时满足耐受电压特性和电容实现率特性的介电层 的厚度为0.9μm至1.75μm。
如上所述,根据本公开的示例性实施例,在多层陶瓷电容器与板平行地 安装在板上的情况下产生的声学噪声与多层陶瓷电容器与板垂直地安装在板 上的情况下产生的声学噪声之间的差异可以显著减小,从而可以不需要确定 片相对于板安装的安装方向。
虽然已经在上面示出并描述了示例性实施例,但是本领域技术人员将清 楚的是,在不脱离由权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下,可以 做出修改和变形。

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提供了一种多层陶瓷电容器和其上安装有该多层陶瓷电容器的板。多层陶瓷电容器可包括:陶瓷主体,具有堆叠在其中的多个介电层;有效部分,包括通过陶瓷主体的两个端表面交替地暴露的多个第一内电极和多个第二内电极;上覆盖层和下覆盖层;第一外电极和第二外电极,覆盖陶瓷主体的两个端表面。当将上覆盖层或下覆盖层的厚度定义为C,将有效部分与陶瓷主体的在宽度方向上的侧表面之间的边缘定义为M,将陶瓷主体的在宽度-厚度方向上。

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