专利名称：多层陶瓷电子元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种提高的耐电压特性的高压多层陶瓷电子元件。
背景技术：
随着电子产品已倾向于在尺寸上减小，因此，要求多层陶瓷电子元件在尺寸上减小且还具有大容量。 因而，通过各种方法试图努力使电介质以及内电极变薄且多层，最近，已经制造出增加了较薄介电层的层数的多层陶瓷电子元件。同时，要求用于实施高电压目的的多层陶瓷电子元件具有高耐电压特性。然而，当形成的该介电层过薄，它们可能会在相对较低的电压下破裂，难于在那里实施高电压。因而，当在那里实施高电压时，将介电层设计得更厚以减少在每个厚度上施加的电压，从而耐闻电压。另外，形成的内电极的印刷图形在内电极之间具有小的重叠部分，从而减少了施加给该内介电层的电压。然而，仍然需要具有优良耐高电压特性的高电压多层陶瓷电子元件。
发明内容
本发明一方面提供了一种提高耐电压特性的高压多层陶瓷电子元件。根据本发明的一个方面提供了一种多层陶瓷电子元件，该多层陶瓷电子元件包括具有介电层的陶瓷主体；以及在所述陶瓷主体中彼此相对配置且其间内置有所述介电层的内电极层，其中，当定义所述介电层的平均厚度为“时，该平均厚度td满足td> 15μπι，且每ΙΟμπι所述介电层中介电粒子的数目是15以上。所述内电极层可以包括多个第一内电极以及第二内电极，每个内电极的一个末端交替地暴露于所述陶瓷主体的对应相向的端面。所述内电极层可以包括多个具有对应的一个末端暴露于所述陶瓷主体在长度方向上的对应端面的第一内电极以及第二内电极；以及至少一个或多个与其间内置有所述介电层的第一内电极以及第二内电极形成重叠区域的浮动电极。当定义所述介电粒子的平均颗粒直径为De时，所述平均颗粒直径De可以满足条件 De 彡 O. 4 μ m,尤其是，O. 21 μ m 彡 De 彡 O. 4 μ m。所述介电层的平均厚度可以为在截取自所述陶瓷主体的宽度方向上的中心部分在长度方向和厚度方向的截面上的介电层的平均厚度。
根据本发明的另一方面提供了一种多层陶瓷电子元件，该多层陶瓷电子元件包括具有多个层压于其中的介电层的陶瓷主体；以及在所述陶瓷主体中彼此相对配置且其间内置有多个介电层中的一个的多个内电极层，其中，当定义所述介电层的平均厚度为td时，该平均厚度td满足td > 15 μ m,且每10 μ m所述介电层中介电粒子的数目是15以上。所述内电极层可以包括第一内电极以及第二内电极，每个内电极的一个末端交替地暴露于所述陶瓷主体的对应相向的端面上。所述内电极层可以包括具有对应的一个末端暴露于所述陶瓷主体在长度方向上的对应的端面的多个第一内电极以及第二内电极；以及至少一个或多个与其间内置有所述介电层的第一内电极以及第二内电极形成重叠区域的浮动电极。当定义所述介电粒子的平均颗粒直径为De时，所述平均颗粒直径De可以满足条件 De 彡 O. 4 μ m,尤其是，O. 21 μ m 彡 De 彡 O. 4 μ m。
所述介电层的平均厚度可以为截取自在所述陶瓷主体的宽度方向上的中心部分在长度方向和厚度方向上的截面的中心部分上的介电层的平均厚度。
以下结合附图
的详细描述将使本发明的上述的以及其它的方面、特征和其他优点被更加清楚地理解，其中图I是根据本发明的具体实施方式
的多层陶瓷电容器的示意图；图2是沿着图I中的B-B’线的截面示意图；图3是图2中区域“S”的放大图；图4是沿着图I根据本发明的另一种具体实施方式
中的B-B’线的截面示意图；以及图5是图4中区域“S”的放大图。
具体实施例方式本发明可以以多种不同形式实施，且本发明不应该受本发明所列举的具体实施方式
的限制。更确切地，提供这些具体实施方式
以便全面和完整地公开，以及全面地将本发明的范围传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚起见，形状和尺寸可能被放大了，并且全文中使用相同的参考数字表示相同或类似的元件。现将参考附图详细描述本发明的具体实施方式
。图I是根据本发明的具体实施方式
的多层陶瓷电容器的示意图；图2是沿着图I中的B-B’线的截面示意图，以及图3是图2中区域“S”的放大图。参考图I和图2，根据本发明的具体实施方式
的一种多层陶瓷电子元件可以包括具有介电层I的陶瓷主体10 ;以及在所述陶瓷主体10中彼此相对配置且其间内置有所述介电层I的内电极层21和22，其中，当定义所述介电层I的平均厚度为^时，该平均厚度td可以为td彡15μπι，且在每ΙΟμπι所述介电层中介电粒子的数目是15以上。所述内电极层21和22可以包括第一内电极以及第二内电极，以及每个内电极的一个末端可以交替地暴露于所述陶瓷主体的对应相向的端面。下面，根据本发明的具体实施方式
将描述多层陶瓷电子元件，尤其是，多层陶瓷电容器，但本发明并不限定于此。根据本发明的具体实施方式
，用于形成所述介电层I的材料没有具体限定，只要该材料能够获得足够的电容即可。例如，该材料可以为钛酸钡(BaTiO3)粉末。根据本发明的目的，可以通过将各种材料例如陶瓷添加剂、有机溶剂、塑化剂、粘结剂、分散剂等等添加到粉末例如钛酸钡(BaTiO3)粉末等等中来形成用于形成所述介电层I的材料。所述内电极层21和22没有具体限定。例如，所述内电极层21和22可以通过使用由银(Ag)、铅(Pb)、钼(Pt)、镍(Ni)以及铜(Cu)中的一种或多种形成的导电膏来形成。为了形成电容，外电极3可以形成于所述陶瓷主体10的外表面上且可以电连接到所述第一内电极21和第二内电极22上。所述外电极3可以由与所述内电极21和22相同的导电材料来形成，且可以通过·使用铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)或其它材料来形成，但本发明并不限定于此。所述外电极3可以应用通过将玻璃粉(glass frit)添加到金属粉末中制备的导电膏并随后烧结导电膏来制备。根据本发明的一种具体实施方式
，在多层陶瓷电容器中，所述介电层I的平均厚度td可以为15 μ m以上。所述介电层I的平均厚度可以指的是在相邻内电极层21和22之间形成的介电层的平均厚度。所述介电层I的平均厚度td可以通过使用放大倍率为10，000X的扫描电子显微镜(SEM)扫描所述陶瓷主体10在长度方向上的介电层截面的图像来测量。具体地，通过在扫描图像的长度方向上等间距地测量某一介电层的30个点(或斑点)的厚度能够测量出平均值。根据本发明的具体实施方式
的所述多层陶瓷电容器是一种用于高电压的元件，且为了通过提高击穿电压((BDV)以增加耐电压特性，所述介电层I的平均厚度td可以为15 μ m以上。本发明中，高电压指的是电压带(voltage band)，例如范围为IKV至5KV，但本发明并没有限定于此，且根据本发明的具体实施方式
的所述多层陶瓷电容器也能够应用到范围为100V-630V的中等电压。如果所述介电层I的平均厚度低于15 μ m，以施加到该多层陶瓷电子元件上的高电压为基准，可降低该击穿电压。参考图2和图3，根据本发明的具体实施方式
中的多层陶瓷电容器，在每ΙΟμπι所述介电层I中介电粒子的数目可以为15以上。为了测量每ΙΟμπι介电粒子的数目，可以在所述介电层I的层压方向上将所述陶瓷主体10切割,然后可以通过线分割法(line dividing method)测量如图2所示截面。具体地，通过测量使用ΙΟμπι的比例尺测量的介电粒子的数目来测定每ΙΟμπι内介电粒子的数目。为了测量介电粒子的数目，可以通过使用SEM扫描所述陶瓷主体10在长度方向上的截面的图像来测量。例如，如图2所示，关于由图像中提取的某个介电层，该图像由通过使用SEM扫描截取自所述陶瓷主体10的宽度(W)方向上的中心部分在长度方向和厚度方向(L-T)上的截面获得，可以通过使用IOym比例尺来测量长度方向上等间距的30个点中的某一特定点上的介电粒子的数目。所述特定点也可以是在长度方向上等间距的30个点的中心点，以及可以通过使用ΙΟμπι比例尺来测量在该中心点处的介电粒子的数目。可以在与所述第一内电极21以及第二内电极22的重叠区域相对应的电容形成部分测定等间距的30个点。 参考图3，根据本发明的具体实施方式
的多层陶瓷电容器，应注意图2中截取自所述陶瓷主体10的宽度(W)方向上的中心部分在长度方向和厚度方向(L-T)的截面中的某一点上测量的介电粒子的数目是15以上。通过调节所述介电粒子的平均颗粒直径能够实施在所述介电层I中每10 μ m介电粒子的数目是15以上的多层陶瓷电容器的特性。更具体地，根据本发明的具体实施方式
，当所述介电粒子的平均颗粒直径被定义为De时，则所述平均颗粒直径De可以满足De ( 0.4μπι的条件，尤其是，O. 21 μ m ^ De ^ O. 4 μ mD在这种方式中，通过调节所述介电粒子的平均颗粒直径以使De < 0.4 μ m，尤其是，O. 21ym<De < O. 4 μ m，每个介电层I中可以有更大数目的介电粒子，从而提高承受的电压。也就是说，由每层内更大数目的介电粒子来提高所述介电层的每单元厚度的击穿电压。如果所述介电粒子的平均颗粒直径超过0.4 μ m，则每层内介电粒子的平均数目将减少从而导致允许介电颗粒承受的电压的耐电压特性降低，所以提高耐电压的作用不明显。另外，如果所述介电粒子的平均颗粒直径减小到低于0.21 μ m，则绝缘特性的作用将不明显。对此的原因是因为当所述介电粒子的颗粒直径减小时，尽管每层介电粒子的颗粒平均数将会增加，但是每一个粒子承受的耐电压特性是减小的。如上所述，根据本发明的具体实施方式
，可以将所述介电粒子调节为具有平均颗粒直径De，也就是说，DeSO. 4μπι，尤其是，O. 21ym<De<0. 4μπι以使所述介电层I的平均厚度td是15 μ m以上且在所述介电层I中每10 μ m介电粒子的数目是15以上，获得相对厚的、均匀的介电层从而实现具有优良耐电压特性的高电压多层陶瓷电子元件。图4是根据本发明的另一具体实施方式
，沿着图I的B-B’线的截面示意图；以及图5是图4中区域“S”的放大图。参考图4，所述内电极层可以包括第一内电极2a和第二内电极2b及至少一个或多个浮动电极4,所述第一内电极2a和第二内电极2b具有对应的一个末端暴露于所述陶瓷主体10的长度方向上对应的端面，所述浮动电极4与其间内置有所述介电层I的第一内电极2a以及第二内电极2b形成重叠区域。根据本发明具体实施方式
，由于提供了至少一个或多个与其间内置有所述介电层I的第一内电极2a以及第二内电极2b形成重叠区域的浮动电极4，能够防止由于介电层厚度的减小而导致电场集中(electrical field concentration)以及能够获得所需要的耐高压性能。参考图5，根据本发明的具体实施方式
的多层陶瓷电子元件，通过包含浮动电极4和具有厚度、为15 μ m以上的介电层I以及将在所述介电层I中每10 μ m介电粒子的数目调整为15以上，该多层陶瓷电子元件能够获得进一步提高的耐高压性能。下面，根据本发明的具体实施方式
将描述多层陶瓷电子元件，尤其是，多层陶瓷电容器，但本发明并不限定于此，以及与将省略本发明的上述具体实施方式
的重复特性的描述。
所述多层陶瓷电容器可以包括多个在具有对应的一个端面暴露于所述陶瓷主体10在长度方向上的对应的端面的第一内电极2a以及第二内电极2b，以及至少一个或多个与其间内置有所述介电层I的第一内电极2a以及第二内电极2b形成重叠区域的浮动电极4。另外，所述第一内电极2a和第二内电极2b以及浮动电极4可以交替地层压在所述介电层I之间。由于至少有一个或多个浮动电极4，可以将所述多层陶瓷电容器设计为包括多个连续连接的电容器单元。因此，能够实现小且具有大容量的多层陶瓷电容器，且由于能够将每单位厚度所述介电层承受的电压提高，也能够实现具有优良耐高压性能的高电压多层陶瓷电容器。与此同时，根据本发明的具体实施方式
，所述多层陶瓷电容器可以包括所述浮动电极4，所述介电层I的厚度td可以为15 μ m以上，以及可以将在所述介电层I中每10 μ m的介电粒子的数目调整为15以上，因而能够进一步提高耐高压性能。下面，所述介电层I的厚度以及10 μ m内的介电粒子的数目与上述所描述的相同，有关部分的描述将被省略。因为将所述介电层I中每10 μ m的介电粒子的数目调整为15以上，能够进一步提闻该电介质的每单位厚度承受的电压，因而，能够进一步提闻耐闻压性能。根据本发明的另一种具体实施方式
的多层陶瓷电子元件，该多层陶瓷电子元件可以包括具有多个层压于其中的介电层的陶瓷主体；以及在所述陶瓷主体中彼此相对配置且其间内置有多个介电层中的多个内电极层，其中，当定义所述介电层的平均厚度为、时，该平均厚度td可以为td> 15μπι，且在所述介电层中每ΙΟμπι介电粒子的数目可以为15以上。除了多个介电层和多个第一内电极以及第二内电极是层压于陶瓷主体中之外，根据该具体实施方式
的多层陶瓷电子元件与根据前面所述具体实施方式
的多层陶瓷电子元件是相同的，所以将省略重复描述。所述内电极可以包括交替地暴露在所述陶瓷主体相向的对应端面上的第一内电极以及第二内电极。另外，所述内电极层可以包括具有对应的一个末端暴露于所述陶瓷主体在长度方向的对应的端面的多个第一内电极以及第二内电极，以及至少一个或多个与其间内置有所述介电层的第一内电极2a以及第二内电极2b形成重叠区域的浮动电极。当定义所述介电粒子的平均颗粒直径为De时，所述平均颗粒直径De可以满足条件 De 彡 O. 4 μ m,尤其是，O. 21 μ m 彡 De 彡 O. 4 μ m。所述介电层的平均厚度可以为截取自所述陶瓷主体的宽度方向(W)上的中心部分在长度方向和厚度方向(L-T)上的中心部分的截面中心部分上的介电层的平均厚度。平均值的测量可以扩展到十个介电层以便测量十个介电层的平均厚度，因而进一步归纳该介电层的平均厚度。与此同时，如图2所示，关于位于截取自所述陶瓷主体10的宽度(W)方向上的中心部分在长度方向和厚度方向(L-T)上的截面上的中心介电层，可以通过使用IOym比例尺来测量长度方向上等间距的30个点中某一特定点上的介电粒子的数目。通过实施例将更加详细地描述本发明，但本发明并不限定于此。制备的实施例用于检测在耐高压特性的改进以及该多层陶瓷电容器的可靠性，其·中，所述第一内电极和第二内电极以及浮动电极交替地层压在所述介电层中，所述介电层的厚度、为15 μ m以上，以及在每10 μ m所述介电层中介电粒子的数目为15以上。通过下述操作制备了根据该实施例的多层陶瓷电容器。首先，将由含有粉末例如钛酸钡(BaTiO3)粉末等等制成的浆料添加到载体薄膜中且将衆料干燥以制备多个陶瓷绿色基片(ceramic green sheets),从而形成所述介电层I。将多个所述陶瓷基片的厚度固定以使在进行烧结之后所述介电层的平均厚度是15 μ m0考虑到在进行烧结之后的收缩，每一个实施例的所述介电层的平均厚度具有细微的差别。通过使用光学显微镜在捕获介电层的图像之后用测量程序测量该介电层的平均厚度。 在本发明中，将该介电粒子的平均颗粒直径De调整为O. 4 μ m以下。具体地，在实施例1-3中，将该介电粒子的平均颗粒直径De分别调整为O. 40 μ m、0. 32 μ m以及O. 21 μ m。接下来，制备用于内电极的具有平均镍颗粒尺寸为O. 05 μ m至O. 2 μ m的导电膏。将用于内电极的导电膏通过丝网印刷施加到基片上以形成内电极，以及层压50层以形成一个层压体。在本发明中，内电极制造成使交替形成多个第一内电极2a和第二内电极2b及浮动电极4，该内电极具有对应的一个末端暴露于所述陶瓷主体10在长度方向上的对应的端面，一个或多个浮动电极4与所述第一内电极2a以及第二内电极2b形成重叠区域S。因而，将该层压体压紧且切割为具有3216标准尺寸的片形，以及将该片形在10500C -1200°C温度下在O. 1%以下的H2的还原气氛下进行烧结。然后，该产物结构经受例如外电极形成过程、电镀过程等等，从而形成多层陶瓷电容器。与此同时，除了介电粒子的平均颗粒直径以及在该介电层内每ΙΟμπι介电粒子的数目相对比于实施例是不同的之外，根据同样的方法制备了对比例I。另外，除了该介电层的平均厚度在进行烧结之后相对于实施例分别为12. O μ m和10. O μ m，低于15 μ m之外，根据同样的方法制备了对比例2和对比例3。下面表I表明在进行烧结之后的该介电层的平均厚度、该介电粒子的平均颗粒直径、根据在该介电层中每ΙΟμπι介电粒子的数目的平均击穿电压以及每个介电粒子承受电压V之间的对比。[表 I]
权利要求
1.一种多层陶瓷电子元件，该多层陶瓷电子元件包括 具有介电层的陶瓷主体；以及 在所述陶瓷主体中彼此相对配置且其间内置有所述介电层的内电极层， 其中，当定义所述介电层的平均厚度为td时，该平均厚度td满足td > 15 μ m,且在每ΙΟμπι所述介电层中介电粒子的数目是15以上。
2.根据权利要求I所述的元件，其中，所述内电极层包括多个第一内电极以及第二内电极，每个内电极的一个末端交替地暴露于所述陶瓷主体的对应相向的端面。
3.根据权利要求I所述的元件，其中，所述内电极层包括多个具有对应的一个末端暴露于所述陶瓷主体在长度方向上的对应的端面的第一内电极以及第二内电极；以及至少一个或多个与其间内置有所述介电层的第一内电极以及第二内电极形成重叠区域的浮动电极。
4.根据权利要求I所述的元件，其中，当定义所述介电粒子的平均颗粒直径为De时，所述平均颗粒直径De满足条件De < O. 4 μ m。
5.根据权利要求I所述的元件，其中，当定义所述介电粒子的平均颗粒直径为De时，所述平均颗粒直径De满足条件O. 21 μ m < De < O. 4 μ m。
6.根据权利要求I所述的元件，其中，所述介电层的平均厚度为在截取自所述陶瓷主体的宽度方向上的中心部分在长度方向和厚度方向的截面上的介电层的平均厚度。
7.一种多层陶瓷电子元件，该多层陶瓷电子元件包括 具有多个层压于其中的介电层的陶瓷主体；以及 在所述陶瓷主体中彼此相对配置且其间内置有多个介电层中的一个的多个内电极层， 其中，当定义所述介电层的平均厚度为td时，该平均厚度td满足td > 15 μ m,且在每ΙΟμπι所述介电层中介电粒子的数目是15以上。
8.根据权利要求7所述的元件，其中，所述内电极层包括第一内电极以及第二内电极，每个内电极的一个末端交替地暴露于所述陶瓷主体的对应相向的端面上。
9.根据权利要求7所述的元件，其中，所述内电极层包括具有对应的一个末端暴露于所述陶瓷主体在长度方向上的对应的端面的多个第一内电极以及第二内电极；以及至少一个或多个与其间内置有所述介电层的第一内电极以及第二内电极形成重叠区域的浮动电极，以及所述第一内电极和第二内电极以及浮动电极交替层压在所述介电层之间。
10.根据权利要求7所述的元件，其中，当定义所述介电粒子的平均颗粒直径为De时，所述平均颗粒直径De满足条件De < O. 4 μ m。
11.根据权利要求7所述的元件，其中，当定义所述介电粒子的平均颗粒直径为De时，所述平均颗粒直径De满足条件O. 21 μ m < De < O. 4 μ m。
12.根据权利要求7所述的元件，其中，所述介电层的平均厚度为在截取自所述陶瓷主体的宽度方向上的中心部分在长度方向和厚度方向上的截面的中心部分上的介电层的平均厚度。
全文摘要
本发明提供了一种多层陶瓷电子元件，该多层陶瓷电子元件包括具有介电层的陶瓷主体；以及在所述陶瓷主体中彼此相对配置且其间内置有所述介电层的内电极层，其中，当定义所述介电层的平均厚度为td时，该平均厚度td满足td≥15μm，且在每10μm所述介电层中介电粒子的数目是15以上。由于能够获得具有精细介电粉末的均匀的厚的介电层，能够实现具有优良耐压特性的高电压多层陶瓷电子元件。
文档编号H01G4/30GK102903521SQ201210258560
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月24日 优先权日2011年7月26日
发明者徐炳吉, 姜秉成 申请人:三星电机株式会社