專利名稱：多層陶瓷電子元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介電層和內(nèi)電極之間具有極好粘附強(qiáng)度的多層陶瓷電子元件。
背景技術(shù)：
順應(yīng)近來電子產(chǎn)品小型化的趨勢，對小尺寸大電容多層陶瓷電子元件的需求也在增加。
因此，通過各種方式，介電層和內(nèi)電極層已被薄化且增加為多層。近來，隨著介電層變薄，已經(jīng)生產(chǎn)出具有更多疊層數(shù)量的多層陶瓷電子元件。
而且，為了獲得更薄的內(nèi)電極，近來已經(jīng)生產(chǎn)了包括微細(xì)金屬粉末制成的內(nèi)電極的陶瓷電子元件。
然而，在這種情況下，內(nèi)電極表面粗糙度可能被逐漸減小，介電層和內(nèi)電極之間的粘附可能被劣化。
這可能會導(dǎo)致在多層陶瓷電子元件的生產(chǎn)過程中介電層和內(nèi)電極發(fā)生層離，使得可靠性降低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供了一種介電層和內(nèi)電極之間具有極好粘附強(qiáng)度的多層陶瓷電子元件。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種多層陶瓷電子元件，包括具有介電層的陶瓷主體；以及陶瓷主體內(nèi)的被布置為彼此相對且介電層介于其間的第一和第二內(nèi)電極，其中， 當(dāng)介電層的平均厚度為td且內(nèi)電極的平均厚度為te時，滿足O. 1μ < te < O. 5μπι和 (td+te)/te ( 2. 5，當(dāng)內(nèi)電極的虛擬表面粗糙度中線上的平均表面粗糙度為Ra且內(nèi)電極的十點(diǎn)平均粗糙度為Rz時，滿足5nm ^ Ra ^ 30nm、150nm ^ Rz ^ td/2以及8彡Rz/Ra彡20。
介電層的平均厚度td可滿足td彡1.5 μ m。
介電層的平均厚度td可從在寬度方向上切割陶瓷主體的中部而得的陶瓷主體在長度方向和厚度方向上的剖面來獲得。
內(nèi)電極的平均厚度可從在寬度方向上切割陶瓷主體的中部而得的陶瓷主體在長度方向和厚度方向上的剖面來獲得。
內(nèi)電極可由包括第一顆粒和粒徑小于第一顆粒的第二顆粒的金屬粉末形成。
第一顆粒的粒徑可以是第二顆粒的粒徑的1. 5倍到2. 5倍。
基于100重量份的金屬粉末，第一顆粒的含量可以是9到20重量份。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種多層陶瓷電子元件，包括具有介電層的陶瓷主體，以及被布置為彼此相對且介電層介于其間的第一和第二內(nèi)電極，其中，當(dāng)介電層的平均厚度為td且內(nèi)電極的平均厚度為te時，滿足td≤1. 5 μ m和O.1 μ m≤te≤O. 5 μ m，當(dāng)內(nèi)電極的虛擬表面粗糙度中線上的平均表面粗糙度為Ra且內(nèi)電極的十點(diǎn)平均表面粗糙度為Rz 時，滿足 8≤ Rz/Ra≤ 20。介電層的平均厚度td和內(nèi)電極的平均厚度te可滿足(td+te)/te ≤ 2. 5。平均表面粗糙度Rz可滿足150nm ≤ Rz ≤td/2。介電層的平均厚度可從在寬度方向上切割陶瓷主體的中部而得的陶瓷主體在長度方向和厚度方向上的剖面來獲得。內(nèi)電極的平均厚度可從在寬度方向上切割陶瓷主體的中部而得的陶瓷主體在長度方向和厚度方向上的剖面的中部中布置的內(nèi)電極的平均厚度來獲得。內(nèi)電極可由包括第一顆粒和粒徑小于第一顆粒的第二顆粒的金屬粉末形成。第一顆粒的粒徑可以是第二顆粒的粒徑的1. 5倍到2. 5倍。基于100重量份的金屬粉末，第一顆粒的含量可以是9到20重量份。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種多層陶瓷電子元件的制造方法，包括形成由包括電介質(zhì)的陶瓷生片(ceramic green sheet)制成的介電層；通過使用金屬膏在陶瓷生片上形成內(nèi)電極圖案，該金屬膏包括具有第一顆粒和粒徑小于第一顆粒的第二顆粒的金屬粉末，其中，基于100重量份的金屬粉末，第一顆粒的含量為9到20重量份；以及層疊其上形成有內(nèi)電極圖案的生片并對其進(jìn)行燒結(jié)，以形成陶瓷主體，其中，內(nèi)電極的平均厚度te滿足O.1 μ m ≤te ≤ O. 5 μ m，內(nèi)電極的虛擬表面粗糙度中線上的平均表面粗糙度Ra滿足5nm ≤ Ra ≤ 30nm，且內(nèi)電極的十點(diǎn)平均表面粗糙度Rz與平均表面粗糙度Ra的比Rz/Ra滿足 8 ≤ Rz/Ra≤ 20。第一顆粒的粒徑可以是第二顆粒的粒徑的1. 5倍到2. 5倍。介電層的平均厚度td可以滿足td ≤1. 5 μ m和(td+te)/te ≤2. 5。


通過下文的詳細(xì)說明并結(jié)合附圖會更清楚地理解本發(fā)明的以上和其他方面、特征以及其他優(yōu)勢，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的多層陶瓷電容器的示意透視圖；圖2是沿圖1中的B-B’線的剖視圖；圖3是示出圖2中內(nèi)電極和介電層的厚度的放大圖；圖4是示出圖3中的內(nèi)電極的虛擬表面粗糙度中線上的平均表面粗糙度Ra的示意圖；圖5是示出圖3中的內(nèi)電極的十點(diǎn)平均表面粗糙度Rz的示意圖；以及圖6是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的多層陶瓷電容器的制造工藝的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施方式可通過多種不同形式實(shí)現(xiàn)，且不應(yīng)理解為限于此處所述的實(shí)施方式。當(dāng)然，提供這些實(shí)施方式以使得本發(fā)明公開全面和完整，并向本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。附圖中，為清楚起見，組件的形狀和尺寸可被放大，且全文中相同的參考標(biāo)號用于表不相同或相似的組件。
現(xiàn)在參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的示意性實(shí)施方式。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的多層陶瓷電容器(MLCC)的示意透視圖。
圖2是沿圖1中的B-B’線的剖視圖。
圖3是示出圖2中內(nèi)電極和介電層的厚度的放大圖。
參照圖1至圖3，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的多層陶瓷電子元件包括包括介電層I的陶瓷主體10 ；以及在該陶瓷主體10內(nèi)被布置為彼此相對的第一和第二內(nèi)電極21和22 (介電層I介于其間)。當(dāng)介電層I的平均厚度表示為td且內(nèi)電極21和22的平均厚度表示為te時，可以滿足O.1 μ m < te < O. 5 μ m和(td+te)/te ^ 2. 5。當(dāng)內(nèi)電極的虛擬表面粗糙度中線(virtual surface roughness center line)上的平均表面粗糙度表示為Ra且內(nèi)電極的十點(diǎn)平均表面粗糙度表示為Rz時,可滿足5nm ^ Ra ^ 30nm、150nm ^ Rz ^ td/2 以及 8 < Rz/Ra ( 20。
下文中，將以多陶瓷電容器(MLCC)為例來說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的多層陶瓷電子元件，但本發(fā)明不限于此。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，只要能獲得足夠的電容，用于形成介電層I的原材料沒有特別的限制。例如，可以使用鈦酸鋇(BaTiO3)。
對于介電層I的材料，根據(jù)發(fā)明的目的，各種材料(諸如陶瓷添加劑、有機(jī)溶劑、增塑劑、粘合劑、分散劑等)均可被添加到諸如鈦酸鋇(BaTiO3)等的粉末中。
用于形成介電層I的陶瓷粉末顆粒的平均粒徑?jīng)]有特別限制。陶瓷粉末顆粒的平均粒徑可被調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，例如，粒徑可被調(diào)節(jié)到400nm以下。
第一和第二內(nèi)電極21和22的材料沒有特別限制。例如，第一和第二內(nèi)電極21和 22可由包括貴金屬(諸如鈀(Pd)、鈀銀(Pd-Ag)合金等)、鎳(Ni)和銅(Cu)中的至少一種的導(dǎo)電膏形成。
為了形成電容，外電極3可以形成在陶瓷主體10的外側(cè)，且可與內(nèi)電極21和22 電氣連接。
外電極3可采用與內(nèi)電極相同的導(dǎo)電材料形成，但不限于此。例如，外電極3可用銅(Cu)、銀(Ag)、鎳(Ni)等形成。
外電極3可通過涂布導(dǎo)電膏然后進(jìn)行燒制而形成，導(dǎo)電膏通過添加玻璃粉到金屬粉末而獲得。
參照圖2和圖3，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的MLCC中，內(nèi)電極21和22的平均厚度 te 可以是 O.1 μ m < te < O. 5 μ m。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，內(nèi)電極21和22的平均厚度可通過使用掃描電子顯微鏡 (SEM)長度方向掃描陶瓷主體10的剖面的圖像而進(jìn)行測量，如圖2所示。
例如，如圖2所示，內(nèi)電極的平均厚度可通過測量某個內(nèi)電極的在長度方向上的 30個等距點(diǎn)處的厚度來獲得，其從切割陶瓷主體10的中部而得的在長度方向和厚度方向 (L-T)上的剖面的圖像提取而來，而該圖像由SEM捕獲。
30個等距點(diǎn)處的厚度可在電容形成部分中測量，該部分指的是第一和第二內(nèi)電極 21和22彼此重疊的區(qū)域。
此外，當(dāng)廣泛地在十個或更多內(nèi)電極上執(zhí)行此測量處理時，內(nèi)電極的平均厚度會更具普遍性。
當(dāng)介電層I的平均厚度定義為td時,可滿足(td+te)/te < 2. 5。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，介電層I的平均厚度可指代形成在相鄰內(nèi)電極21和22 之間的介電層的平均厚度。
介電層I的平均厚度可通過使用SEM長度方向掃描陶瓷主體10的剖面的圖像來進(jìn)行測量，如圖2所示。
例如，如圖2所示，介電層的平均厚度可通過測量某個介電層在長度方向上的30 個等距點(diǎn)處的厚度而獲得，其從切割陶瓷主體10的中部而得的在長度方向和厚度方向 (L-T)上的剖面的圖像提取而來，而該圖像由SEM捕獲。
30個等距點(diǎn)處的厚度可在電容形成部分中測量，該部分指的是第一和第二內(nèi)電極 21和22彼此重疊的區(qū)域。
介電層I的平均厚度td可滿足td <1. 5 μ m。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通過調(diào)節(jié)介電層I的平均厚度td以及內(nèi)電極21和22的平均厚度te滿足(td+te)/te ( 2. 5,可增強(qiáng)耐壓特征。
當(dāng)介電層I的平均厚度td和內(nèi)電極21、22的平均厚度te之間的關(guān)系表達(dá)式 (td+te)/te超過2. 5時，介電層I的厚度可能會大到耐壓特征不會受到影響。
圖4是示出圖3中的內(nèi)電極的虛擬表面粗糙度中線上的平均表面粗糙度Ra的示意圖。
圖5是示出圖3中的內(nèi)電極的十點(diǎn)平均表面粗糙度Rz的示意圖。
參照圖4和圖5，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的多層陶瓷電容器中，當(dāng)內(nèi)電極的虛擬表面粗糙度中線上的平均表面粗糙度為Ra且內(nèi)電極的十點(diǎn)平均表面粗糙度為Rz時，可滿足 5nm ^ Ra ^ 30nm、150nm ^ Rz ^ td/2 以及 8 ^ Rz/Ra ^ 20。
平均表面粗糙度Ra可通過基于內(nèi)電極上形成的不平度(irregularitiy,不規(guī)則性)的虛擬中線來計(jì)算表面粗糙度的平均值而獲得。
具體地，參照圖4，為了計(jì)算平均表面粗糙度Ra，可關(guān)于內(nèi)電極的一個表面上形成的不平度來劃出虛擬中線。
接下來基于虛擬中線測量各垂直距離(如rl、r2、r3. . . rl3)，并將其平均值取為平均表面粗糙度Ra。-ψ* ·*/* -ψ * I ^ ^
Ra=-η
而且，內(nèi)電極的十點(diǎn)平均表面粗糙度Rz可表示通過基于不平度的虛擬中線來將虛擬中線上方五個最高點(diǎn)的各垂直距離與虛擬中線下方五個最低點(diǎn)的各垂直距離相加計(jì)算的各垂直距離的平均值而獲得的值。、
具體地，參照圖5，為了計(jì)算平均表面粗糙度Rz，可關(guān)于內(nèi)電極的一個表面上形成的不平度來劃出虛擬中線。
接下來，基于不平度的虛擬中線，可以測量虛擬中線上方五個最高點(diǎn) (rl+r2+r3+r4+r5)的各垂直距離和虛擬中線下方五個最低點(diǎn)(r6+r7+r8+r9+rl0)的各垂直距離，然后可以計(jì)算各垂直距離的平均值，如以下公式所示。
權(quán)利要求
1.一種多層陶瓷電子元件，包括 陶瓷主體，包括介電層；以及 第一和第二內(nèi)電極，位于所述陶瓷主體內(nèi)，被布置為彼此相對且所述介電層介于其間， 其中，當(dāng)所述介電層的平均厚度為td且所述內(nèi)電極的平均厚度為te時，滿足O.lym^te^O. 5μ m和(td+te)/te ( 2. 5,并且，當(dāng)所述內(nèi)電極的虛擬表面粗糙度中線上的平均表面粗糙度為Ra且所述內(nèi)電極的十點(diǎn)平均粗糙度為Rz時，滿足5nm ^ Ra ^ 30nm、150nm ^ Rz ^ td/2 以及 8 ( Rz/Ra ( 20。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述介電層的平均厚度td滿足td ^ L 5 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述介電層的平均厚度td從在寬度方向上切割所述陶瓷主體的中部而得的所述陶瓷主體在長度方向和厚度方向上的剖面來獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述內(nèi)電極的平均厚度從在寬度方向上切割所述陶瓷主體的中部而得的所述陶瓷主體在長度方向和厚度方向上的剖面來獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述內(nèi)電極由包括第一顆粒和粒徑小于所述第一顆粒的第二顆粒的金屬粉末形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述第一顆粒的粒徑是所述第二顆粒的粒徑的1. 5倍到2. 5倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層陶瓷電子元件，其中，基于100重量份的所述金屬粉末，所述第一顆粒的含量為9到20重量份。
8.一種多層陶瓷電子元件，包括 包括介電層的陶瓷主體，以及第一和第二內(nèi)電極，所述第一和第二內(nèi)電極被布置為彼此相對且所述介電層介于其間， 其中，當(dāng)所述介電層的平均厚度為td且所述內(nèi)電極的平均厚度為te時，滿足td<1. 5 μ m和O.1 μ m < te < O. 5 μ m,并且，當(dāng)所述內(nèi)電極的虛擬表面粗糙度中線上的平均表面粗糙度為Ra且所述內(nèi)電極的十點(diǎn)平均表面粗糙度為Rz時，滿足8 ( Rz/Ra ( 20。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述介電層的平均厚度td和所述內(nèi)電極的平均厚度te滿足(td+te)/te < 2. 5。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述平均表面粗糙度Rz滿足150nm ^ Rz ^ td/2。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述介電層的平均厚度從在寬度方向上切割所述陶瓷主體的中部而得的所述陶瓷主體在長度方向和厚度方向上的剖面來獲得。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述內(nèi)電極的平均厚度從在寬度方向上切割所述陶瓷主體的中部而得的所述陶瓷主體在長度方向和厚度方向上的剖面的中部中布置的內(nèi)電極的平均厚度來獲得。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述內(nèi)電極由包括第一顆粒和粒徑小于所述第一顆粒的第二顆粒的金屬粉末形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述第一顆粒的粒徑是所述第二顆粒的粒徑的1. 5倍到2. 5倍。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層陶瓷電子元件，其中，基于100重量份的所述金屬粉末，所述第一顆粒的含量為9到20重量份。
16.一種多層陶瓷電子元件的制造方法，所述方法包括 形成由包括電介質(zhì)的陶瓷生片制成的介電層； 通過使用包括具有第一顆粒和粒徑小于第一顆粒的第二顆粒的金屬粉末的金屬膏，在所述陶瓷生片上形成內(nèi)電極圖案，其中，基于100重量份的所述金屬粉末，所述第一顆粒的含量是9到20重量份；以及 層疊其上形成有所述內(nèi)電極圖案的所述生片并進(jìn)行燒結(jié)，以形成陶瓷主體，其中，所述內(nèi)電極的平均厚度te滿足O.1 μ m < te < O. 5 μ m，所述內(nèi)電極的虛擬表面粗糙度中線上的平均表面粗糙度Ra滿足5nm ^ Ra ^ 30nm,且所述內(nèi)電極的十點(diǎn)平均表面粗糙度Rz與平均表面粗糙度Ra的比Rz/Ra滿足8 ( Rz/Ra ( 20。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述第一顆粒的粒徑是所述第二顆粒的粒徑的1. 5倍到2. 5倍。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述介電層的平均厚度td滿足td<1. 5 μ m和(td+te) /te < 2. 5。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多層陶瓷電子元件及其制造方法，該多層陶瓷電子元件包括具有介電層的陶瓷主體；以及陶瓷主體內(nèi)的被布置為彼此相對且介電層介于其間的內(nèi)電極，其中，當(dāng)介電層的平均厚度為td且內(nèi)電極的平均厚度為te時，滿足0.1μm≤te≤0.5μm和(td+te)/te≤2.5，并且，當(dāng)內(nèi)電極的虛擬表面粗糙度中線上的平均表面粗糙度為Ra且內(nèi)電極的十點(diǎn)平均粗糙度為Rz時，滿足5nm≤Ra≤30nm、150nm≤Rz≤td/2以及8≤Rz/Ra≤20。通過提高介電層和內(nèi)電極之間的粘附強(qiáng)度和耐壓特性，該多層陶瓷電子元件具有良好的可靠性。
文檔編號H01G4/12GK103000371SQ201110439700
公開日2013年3月27日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者金鐘翰, 鄭賢哲, 樸宰滿 申請人:三星電機(jī)株式會社