CN104008881B - 多层陶瓷装置 - Google Patents

Abstract

在此公开的是一种多层陶瓷装置，包括：装置主体；内部电极，被布置在装置主体中；以及外部电极，被布置在装置主体的外部并电连接至内部电极；其中，外部电极包括：内层，覆盖装置主体；外层，覆盖内层并暴露于外部；以及中间层，布置在内层和外层之间，并且该中间层由铜金属和树脂的混合物制成，铜金属的表面涂覆有氧化物膜。

Description

多层陶瓷装置

相关申请的引用

本申请要求于2013年2月26日提交的题名为“多层陶瓷装置（Multilayer CeramicDevice）”的韩国专利申请第10-2013-0020384号的权益，通过引用将其全部内容结合于本申请中。

技术领域

本发明涉及一种多层陶瓷装置，并且更具体地，涉及一种多层陶瓷装置，其中防止了由于裂缝导致的该装置的功能劣化并且增强该装置的外部装置的耐热性。

背景技术

片式元件（芯片元件）诸如一般的薄膜型多层陶瓷冷凝器（MLCC）包括装置主体、内部电极和外部电极。装置主体具有其中堆叠有多个介质片（称为生片（green sheet））的结构，并且在每一个介质片上装备（provide）内部电极。此外，外部电极电连接至内部电极并覆盖装置主体的两端。

通常，因为多层陶瓷装置被设计成注重于装置特性的改善，因此它们相对易受来自外部的物理压力或者冲击、热冲击、振动等。因此，当将物理或热冲击施加至多层陶瓷装置时，装置主体中出现裂缝。通常地，裂缝出现在装置主体的邻近于外部电极的末端的表面上，并且然后向装置主体内扩展。

已知一种防止片式元件上由裂缝引起的损坏的技术，其中将外部电极制成能够吸收来自外部的冲击。例如，外部电极可以包括直接覆盖装置主体的内部金属层、暴露于外部的外部金属层、以及在内部金属层与外部金属层之间的中间层。当从外部施加冲击时，中间层与内部金属层分离以吸收冲击，因此尽管出现弯曲裂缝，仍保持片式元件可正常操作。

然而，中间层由金属和聚合物树脂的混合物制成，并且在用于制造片式元件的高温处理过程期间聚合物树脂热降解（thermodegrade）的，使得中间层和内部金属层之间有间隙，从而引起孔穴。此孔穴和分层问题是片式元件本身的问题，与其中具有片式元件的电子装置的操作无关，但这导致片式元件的劣化。

[相关技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)韩国专利特开公开第10-2006-0047733号

发明内容

本发明的目标是提供一种多层陶瓷装置，尽管来自外部的冲击造成裂缝但是该多层陶瓷装置仍可操作。

本发明的另一目标是提供一种多层陶瓷装置，其中增强了外部电极的耐热性。

本发明的又一目标是提供一种多层陶瓷装置，其中防止了在高温处理过程中彼此堆叠的外部电极的分层。

根据本发明的示例性实施方式，提供一种多层陶瓷装置，包括：装置主体；内部电极，被布置在装置主体中；以及外部电极，被布置在装置主体的外部并电连接至内部电极；其中，外部电极包括：内层，覆盖装置主体；外层，覆盖内层并暴露于外部；以及中间层，布置在内层和外层之间，该中间层由铜金属和树脂的混合物制成，并且铜金属的表面涂覆有氧化物膜。

氧化物膜可以具有小于102nm的厚度。

氧化物膜可以具有大于4nm的厚度。

氧化物膜可以具有大于4nm且小于102nm的厚度。

金属可以包括铜（Cu），并且树脂可以包括环氧树脂。

中间层是当其吸收来自外部的冲击时与内层分离的软电极层。

内层可以包括铜（Cu）、银（Ag）、镍（Ni）和锡（Sn）中的至少一种，并且外层可以包括镍（Ni）和锡（Sn）中的至少一种。

装置主体可具有侧面和连接侧面的环形表面，并且外部电极可具有覆盖该侧面的正面部和从该正面部延伸以覆盖该环形表面的部分的带状部。

附图说明

图1是示出根据本发明的示例性实施方式的多层陶瓷装置的视图。

图2是示出图1中所示的中间层的组合物的视图；以及

图3是示出根据本发明的示例性实施方式的多层陶瓷装置的外部电极的中间层的组合物的照片。

具体实施方式

参照附图从以下示例性实施方式的描述，本发明和其实现方法的各种优点和特征将变得显而易见。然而，可以以不同的方式修改本发明并且不应认为本发明受限于在此提出的实施方式。相反，可以提供这些实施方式使得本公开彻底并完整，并且将向本领域中的技术人员充分传达本发明的范围。贯穿本说明书的相同参考标号表示相同元件。

在本说明书中使用的术语是用于解释实施方式的而不限制本发明。除非另外明确提及，否则在本说明书中的单数形式包括复数形式。在整个说明书中，词语“包括（comprise）”和诸如“包含（comprises）”或“含有（comprising）”的变型将理解为意在包含所陈述的成份（要素）、步骤、操作和/或元件（元素），但不排除任何其它成份（要素）、步骤、操作和/或元件（元素）。

此外，将参考是理想的示例附图的横截面视图和/或平面视图描述在本说明书中描述的示例性实施方式。在附图中，层和区域的厚度被放大以有效地说明技术内容。因此，可通过制造技术和/或公差来改变例证形式。因此，本发明的示例性实施方式不限于特定的形式，而是可以包括根据制造工艺产生的形式的变化。例如，方形的蚀刻区域可以是圆形的或可以具有预定的弯曲。

在下文中，将参考附图详细地描述根据本发明的示例性实施方式的多层陶瓷装置和多层陶瓷装置的制造方法。

图1是示出根据本发明的示例性实施方式的多层陶瓷装置的视图；以及，图2是示出图1中所示的中间层的组合物的视图。图3是示出根据本发明的示例性实施方式的多层陶瓷装置的外部电极的中间层的组合物的照片。

参照图1和图2，根据本发明的示例性实施方式的多层陶瓷装置100可以包括装置主体110、内部电极120和外部电极130。

装置主体110可具有其中多个薄片彼此堆叠的多层结构。这些薄片可以是称为“生片”的、并且一般地以六面体形状堆叠的介电片。装置主体110可具有两个侧面112和四个使侧面彼此连接的圆周边缘114。

通常，内部电极120可以设置成与装置主体110的纵向平行。内部电极120可以是形成在各自的薄片上的电路图案。内部电极120可以为在外部电极130上与之接触的金属图案。每一个内部电极120可以形成在各自的薄片上，并且可以从侧面112向装置主体110内向延伸。可选地，内部电极120还可以包括浮置图案（floating patterns）。该浮置图案可以布置在装置主体110中的侧面112之间而不与外部电极130接触。

外部电极130可以覆盖装置主体110的两端。外部电极130由覆盖侧面112的正面部131a和从正面部131a延伸以覆盖圆周边缘114的部分的带状部131b组成。带状部131b可以是用于将多层陶瓷装置100结合至诸如电路板的外部装置（未示出）的结合部。

外部电极130可具有多层结构。例如，外部电极130可具有内层132、外层134和中间层136。内层132可以是直接覆盖装置主体110的两端的最内电极层。内层132可以由多种金属形成。例如，内层132可以由包括铜（Cu）和银（Ag）中至少一种的金属材料形成。外层134可以是暴露于外部的外部电极的最外电极层。外层134覆盖内层132并可以由多种金属形成。例如，外层134可以由包括镍（Ni）和锡（Sn）中至少一种的金属材料形成。

中间层136可以被插入内层132和外层134之间。当冲击从外部将施加至多层陶瓷装置100时，中间层136可用来吸收该冲击。例如，当从外部施加冲击时，中间层136可以用作与内层132分开以吸收冲击的所谓的软电极层。即使中间层136与内层132分开，多层陶瓷装置100仍然可正常操作。更具体地，如果中间层136与内层132分开，即使由于冲击在装置主体110中造成裂缝致使电容可能稍微降低，但是绝缘电阻不降低。因此，不出现临界缺陷（critical defect）并且可以维持装置的功能。

可以以金属和树脂的金属-树脂混合物138制造中间层136，该金属涂覆有某种氧化物膜。例如，金属-树脂混合物138可以包括金属138a、涂覆金属138a的氧化物膜138b和聚合物树脂138c。通常，涂覆有氧化物膜138b的金属138a可以均匀地分布在聚合物树脂138c中。图3中示出用金属-树脂混合物138制造的中间层136的组合物。

金属138a可以设置为用于内层132与外层134之间的电连接。作为金属138a，铜金属（Cu金属）的表面上可形成或易于形成氧化物膜。例如，铜金属（Cu金属）可以用作金属138a。如果金属138a由其表面上不易形成氧化物膜的金属诸如银（Ag）而不是铜制成，那么可能难以应用将氧化物膜控制至期望的厚度的技术。

氧化物膜138b可以设置为用于增加中间层136的耐热性。在中间层136中，聚合物树脂138c可以设置成通过将适当的粘合力和弹性提供至内层132和外层134来吸收压力。此外，因为中间层136主要由聚合物树脂138c和金属138a制成，可以通过增加或者减少聚合物树脂138c的含量来减少或者增加金属138a的含量。因此，通过调整聚合物树脂138c的含量，调整了金属138a的相对含量，从而可以调整中间层136的传导性。

可以调整氧化物膜138b的厚度使得中间层136能够用作如上所述的软电极层。例如，如果氧化物膜138b的厚度非常厚，可能在耦接多层陶瓷装置100的过程中难以执行防止聚合物树脂138c热降解的功能。当在250℃至300℃耦接具有金属-树脂混合物138的多层陶瓷装置时，可以看出聚合物树脂138c被热降解使得金属-树脂混合物138的重量减少。然而，在金属-树脂混合物中的氧化物膜形成被抑制的情况下，可以看出聚合物树脂的热降解温度升高。这可以解释为抑制氧化物膜的形成增强中间层136的耐热性。因此，优选氧化物膜138b的厚度等于或者小于确保中间层136的耐热性的最大厚度。

在此，氧化物膜138b的厚度可以意指平均厚度。换言之，假设氧化物膜一般均匀地形成在金属138a的表面上，尽管已经描述了氧化物膜138b的厚度的适当值，但是也可能氧化物膜138b的厚度在金属-树脂混合物138中可以局部不均匀。即，氧化物膜138b可能被不均匀地涂覆并可具有不均匀的形状而不是用恒定厚度的氧化物膜138b涂覆金属138a的整个表面。因此，氧化物膜138b的期望厚度可以意指涂覆整个金属-树脂混合物138的金属138a的表面的平均厚度。

可以通过执行在金属138a上形成氧化物膜138b以获得氧化物金属微粒然后将该产物与聚合物树脂138c混合的过程来制造金属-树脂混合物138。

[实施例]

制作500个具有1.6mm×0.8mm×0.8mm的尺寸和1nF的电容的多层陶瓷装置。这里，将多层陶瓷装置的外部电极独立地制成标准结构（仅在Cu层中具有电极）以及软电极结构（具有中间层以及在Cu层中的电极）。在制造软电极结构的情况下，为了评价金属氧化物膜上的效果，在不同的气氛条件下执行在多层陶瓷装置的制造过程中用于固化外部电极的固化过程以制出许多样品。在此，如表1中所示，通过调整氮气（N2）和空气之间的流量比率控制固化气氛。此外，通过扫描电子显微镜（SEM）测定得到的样品的中间层中的金属氧化物膜的厚度。

对于弯曲（挠曲）强度评价，在不同条件下的50个样品以1mm/sec被弯曲至5mm，并且具有偏离起始电容±10%以上的电容的那些样品被确定为失败。

对于分层评价，将在不同的条件下的100个样品浸渍在约290℃下的金属熔化浴（焊钖槽，solder bath）中5秒，并执行DPA。

对于涂覆失败评价，将在不同的条件下的100个样品浸渍在约240℃下的金属熔化浴中5秒，计数未能涂覆电极区域的95%以上的那些样品。

对于耐湿特性评价，将在不同的条件下的500个样品保持在约85℃、85%（RH）、200V下约15小时，并且具有IR为10⁴ohm以下的那些样品被确定为失败。

根据氧化物膜的厚度分级的以上弯曲强度评价、分层评价、涂覆失败评价和耐湿评价概括在以下表1中：

[表1]

可以从表1看出，在不采用软电极结构的标准结构的样品中，分层和镀覆失败评价未发现异常。然而，对于弯曲强度评价，总共50个样品中的27个被测定为偏离起始电容10%以上，并且对于耐湿评价，总共500个样品中的11个被观察具有10⁴ohm以下的IR。因此，可以看出与不具有中间层的标准结构相比，具有中间层为外部电极中的软电极的结构在弯曲强度和耐湿性方面更优越。

在具有软电极结构的样品中，在其中氧化物膜的厚度为约4nm以下的情况下，即使在弯曲强度评价、分层评价和耐湿评价中未发现异常，但是出现镀覆失败。因此，应注意，防止镀覆失败的氧化物膜的最小厚度是4nm。另一方面，在氧化物膜的厚度为约102nm以上的情况下，在弯曲强度评价、分层评价和耐湿评价中发现失败。因此，应注意，防止与弯曲强度、分层和耐湿有关的问题的氧化物膜的最大厚度为102nm。

如上所描述，根据本发明的示例性实施方式的多层陶瓷装置100包括：覆盖装置主体110的两端的外部电极130，其中，外部电极130具有用作插入内层132与外层134之间的软电极层的中间层136，并且中间层136可以由金属138a（以适当的厚度的氧化物膜138涂覆其表面）与聚合物树脂138c的金属-树脂混合物138制成。在这种配置中，增强了中间层136的耐热特性，使得在制造多层陶瓷装置100的过程防止了由于中间层136中的聚合物树脂138c的热降解造成的内层132与134之间的分层。因此，在根据本发明的示例性实施方式的多层陶瓷装置中，用金属（该金属表面涂覆有适当厚度的氧化物膜）和聚合物树脂的金属-树脂混合物制造覆盖装置主体两端并用作插入内层与外层之间的软电极层的中间层，使得中间层的耐热性得以增强，因此防止在耦接多层陶瓷装置的过程中由于聚合物树脂的热降解而造成的外部电极的故障。

如上所述，在根据本发明的示例性实施方式的多层陶瓷装置中，用金属（该金属的表面涂覆有适当厚度的氧化物膜）与聚合物树脂的金属-树脂混合物制造覆盖装置主体的两端并用作插入内层与外层之间的软电极层的中间层，使得中间层的耐热性得以增强，从而防止了在制造多层陶瓷装置的过程中由于聚合物树脂的热降解造成的外部电极的故障。

已结合目前被视为是实用的示例性实施方式描述了本发明。此外，上述说明仅公开本发明的示例性实施方式。因此，应理解，在不脱离本说明书和其等同物中所公开的本发明的范围内，本领域技术人员可以进行变形和更改。已经提供了上述示例性实施方式以说明实施本发明的最佳模式。因此，在使用诸如本发明的其他发明中，可以在其他为该领域所知的涉及本发明的模式下实施这些示例性实施例，并且同样可以在特定应用领域和本发明的用法的要求下以各种形式更改。因此，应理解，本发明不限于所公开的实施方式。应理解，其他实施方式也包含在所附权利要求的精神和范围内。

Claims (5)

1.一种多层陶瓷装置，包括：

装置主体；

内部电极，被布置在所述装置主体中；以及

外部电极，被布置在装置主体的外部并电连接至所述内部电极，

其中，所述外部电极包括：

内层，覆盖所述装置主体；

外层，覆盖所述内层并暴露至所述外部；以及

中间层，被布置在所述内层和所述外层之间并由铜金属和树脂的混合物制成，所述铜金属的表面涂覆有氧化物膜，并且

其中，所述氧化物膜具有大于4nm并且小于102nm的厚度。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述树脂包括环氧树脂。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述中间层是当其吸收来自所述外部的冲击时与所述内层分离的软电极层。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述内层包括铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)和锡(Sn)中的至少一种，并且所述外层包括镍(Ni)和锡(Sn)中的至少一种。

5.一种多层陶瓷装置，包括：

外部电极，具有用于将所述多层陶瓷装置连接至外部电子装置的多层结构，

其中，用作在所述多层结构中的外层和内层之间的软电极层的中间层由铜金属和树脂的混合物制成，所述铜金属的表面涂覆有氧化物膜，并且

其中，所述氧化物膜具有大于4nm并且小于102nm的厚度。