层压式陶瓷电子元件及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种层压式陶瓷电子元件，该层压式陶瓷电子元件包括：陶瓷本体，该陶瓷本体包括电介质层；以及第一内电极和第二内电极，该第一内电极和第二内电极彼此相对设置，在陶瓷本体中，所述电介质层插入于该第一内电极和第二内电极之间；其中，在电介质层中的以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布中，当将1%的值设定为D1、将50%的值设定为D50以及将99%的值设定为D99时，满足2≤D99/D50≤3，以及2≤D50/D1≤3。本发明可以实现高电容层压式陶瓷电子元件，该层压式陶瓷电子元件具有电介质层和内电极之间的改善的粘附力，并且可以实现改善的耐压特性和优异的可靠性。
【专利说明】层压式陶瓷电子元件及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在韩国知识产权局申请的申请号为10-2012-0079527、申请日为2012年7月20日的韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的全部内容在此通过引用合并于本申请。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种高电容层压式陶瓷电子元件，该电子元件具有改善的耐压特性和优异的可靠性。
【背景技术】
[0004]近来，由于电子产品已经小型化，因此对小型的、高电容的层压式陶瓷电子元件的需求已经增大。
[0005]因此，已经通过多种方法尝试电介质和内电极的薄型化和层压化。目前，已经制造出具有薄型化的电介质层和层数增加的层压件的层压式陶瓷电子元件。
[0006]另外，为了在电介质层中实现薄型化，目前，已经制造出所具有的电介质层通过使用精细的陶瓷粉末颗粒形成的陶瓷电子部件。
[0007]在此情形中，能够逐渐减少电介质层的表面粗糙度，但是电介质层和内电极之间的粘附力也会相应降低。
[0008]这样，在层压式陶瓷电子元件的制造过程中，会造成电介质层和内电极的分层，由此将降低层压式陶瓷电子元件的可靠性。
[0009]另外，仅使用精细的陶瓷粉末颗粒可能会降低介电常数。
[0010]另一方面，当使用的陶瓷粉末具有相对较大的颗粒时，随着电介质层的表面粗糙度的增加，将可能会降低耐压特性。
【发明内容】
[0011]本发明一方面提供一种高电容层压式陶瓷电子元件，该电子元件具有改善的耐压特性和优异的可靠性。
[0012]根据本发明的一个方面，提供一种层压式陶瓷电子元件，该层压式陶瓷电子元件包括:陶瓷本体，该陶瓷本体包括电介质层；以及第一内电极和第二内电极，该第一内电极和第二内电极彼此相对设置，在所述陶瓷本体中，所述电介质层插入于该第一内电极和第二内电极之间；其中，在所述电介质层内部以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布中，当将1%的值设定为D1、将50%的值设定为D50以及将99%的值设定为D99时，满足 2 ( D99/D50 < 3 和 2 < D50/D1 ( 3。
[0013]所述电介质层的平均厚度td可以满足0.1 μ m < td < 0.5 μ m。
[0014]所述电介质层的平均厚度td和以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布的50%的值D50可以满足关系式td/8 ( D50 ( td/3。[0015]当所述电介质层的中心线的平均粗糙度为Ra时,可以满足5nm ^ Ra ^ 30nm。
[0016]用于所述电介质层的陶瓷粉末可以包括:第一陶瓷粉末；以及第二陶瓷粉末，该第二陶瓷粉末所具有的平均粒径小于所述第一陶瓷粉末所具有的平均粒径。
[0017]所述第一陶瓷粉末的平均粒径可以比所述第二陶瓷粉末的平均粒径大1.5倍到4.5 倍。
[0018]所述陶瓷粉末包含70到99重量份数的所述第一陶瓷粉末，和I到30重量份数的
第二陶瓷粉末。
[0019]根据本发明的另一个方面，提供一种层压式陶瓷电子元件，该层压式陶瓷电子元件包括:陶瓷本体，该陶瓷本体包括电介质层；第一内电极和第二内电极，该第一内电极和第二内电极彼此相对设置，在所述陶瓷本体中，所述电介质层设置于该第一内电极和第二内电极之间；其中，当所述电介质层的平均厚度为td时，满足0.1 μ m≤td≤0.5 μ m ;并且在所述电介质层中的以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布中，当将1%的量的值设定为D1、将50%的值设定为D50以及将99%的值设定为D99时，满足2 ( D99/D50S 3 和 2 < D50/D1 ( 3，并且满足 td/8 ( D50 ( td/3。
[0020]当所述电介质层的中心线的平均粗糙度为Ra时,可以满足5nm ^ Ra ^ 30nm。
[0021]当所述第一电极和第二电极的平均厚度为te时，可以满足0.1 μ m < te < 0.5 μ m。
[0022]所述电介质层的平均厚度可以是:在所述陶瓷本体的宽度方向上的中心部分沿所述陶瓷本体的长度和厚度方向截取的截面中所获得的所述电介质层的平均厚度。
[0023]用于所述电介质层的陶瓷粉末可以包括:第一陶瓷粉末；以及第二陶瓷粉末，该第二陶瓷粉末所具有的平均粒径小于所述第一陶瓷粉末所具有的平均粒径；并且所述第一陶瓷粉末的平均粒径可以比所述第二陶瓷粉末的平均粒径大1.5倍到4.5倍。
[0024]所述陶瓷粉末包含70到99重量份数的所述第一陶瓷粉末，和I到30重量份数的第二陶瓷粉末。
[0025]根据本发明的另一方面，提供一种制造层压式陶瓷电子元件的方法，该方法包括:使用浆料准备陶瓷基片，该浆料包括第一陶瓷粉末，以及平均粒径小于第一陶瓷粉末的平均粒径的第二陶瓷粉末；使用导电金属浆料在所述陶瓷基片上形成内电极样式；以及形成陶瓷本体，该陶瓷本体包括电介质层，和彼此相对设置的第一内电极和第二内电极，通过层压和烧结所述陶瓷基片，所述电介质层插入于所述第一内电极和第二内电极之间；其中，在电介质层中的以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布中，当将1%的量的值设定为Dl、将50%的值设定为D50以及将99%的值设定为D99时，满足2 ≤D99/D50≤ 3和 2 ≤ D50/D1 ≤ 3。
[0026]所述电介质层的平均厚度td可以满足0.1 μ m < td < 0.5 μ m。
[0027]所述电介质层的平均厚度td和以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布的50%的值D50满足关系式td/8 ( D50 ( td/3。
[0028]当所述电介质层的中心线的平均粗糙度为Ra时,满足5nm ^ Ra ^ 30nm。
[0029]所述第一陶瓷粉末的平均粒径比所述第二陶瓷粉末的平均粒径大1.5倍到4.5倍。
[0030]相对于全部陶瓷粉末的量，所述第一陶瓷粉末包含为70到99的重量份数，所述第二陶瓷粉末包含为I到30的重量份数。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]通过以下结合附图的详细描述，将更加清楚地理解本发明上述的以及其他的方面、特征和优点；其中:
[0032]图1是示意性地显示根据本发明的实施方式的层压式陶瓷电容器的立体图；
[0033]图2是沿图1中的B-B’线截取的剖视图；[0034]图3是显示图2中的内电极层和电介质层的厚度的放大图；
[0035]图4是显示图3中的电介质层中心线的平均粗糙度的示意图；以及
[0036]图5是根据本发明的另一实施方式的层压式陶瓷电容器的制造工艺示意图。
【具体实施方式】
[0037]以下将参考附图详细描述本发明的实施方式。不过，本发明可以以多种不同的方式体现，不应将本发明解释为受限于此处所阐述的实施方式。更确切地说，提供这些实施方式是为了使所公开的内容详尽和完整，并且向本领域技术人员全面地表达本发明的范围。
[0038]在附图中，为了清楚起见，可以放大元件的形状和尺寸，并且，相同的附图标记全部用于标识相同的或者相似的元件。
[0039]图1是示意性地显示根据本发明的实施方式的层压式陶瓷电容器的立体图；
[0040]图2是沿图1中的B-B’线截取的剖视图；
[0041]图3是显示图2中的内电极层和电介质层的厚度的放大图。
[0042]参考图1至图3，根据本发明的实施方式的层压式陶瓷电子元件包括:陶瓷本体
10,该陶瓷本体10包括电介质层I ;以及第一内电极21和第二内电极22,该第一内电极21和第二内电极22彼此相对设置，电介质层I在陶瓷本体10中插入于该第一内电极21和第二内电极22之间；其中，在电介质层I中的以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布中，当将1%的量的值设定为Dl、将50%的值设定为D50以及将99%的值设定为D99 时，可以满足 2 ≤ D99/D50 < 3 和 2 < D50/D1 ≤3。
[0043]以下将参考附图描述根据本发明的实施方式的层压式陶瓷电子元件。特别地，本发明的实施方式描述层压式陶瓷电容器，但并不限于此。
[0044]根据本发明的实施方式，形成电介质层I的原材料并不是特定地局限于仅能够利用该材料获得足够的电容的材料。例如，钛酸钡(BaTiO3)可以作为原材料使用。
[0045]根据本发明的目的，可以将各种形式的陶瓷添加剂、有机溶剂、增塑剂、偶联剂、分散剂和类似物添加到钛酸钡粉末等类似物中，以作为形成电介质层I的材料。
[0046]在电介质层I中的以电介质颗粒的平均粒径(average particle diameter)为依据的电介质颗粒的累积分布中，当将1%的量的值设定为D1、将50%的值设定为D50并且将99%的值设定为D99时，根据本发明的实施方式的层压式陶瓷电容器可以满足2 ≤ D99/D50 ≤3 和≤ D50/D1 ≤3。
[0047]在本发明的实施方式中，可以用分布曲线表示:以粒度(particle size)为依据的电介质颗粒的累积分布，以粒度为依据按大小顺序显示所测量的电介质颗粒的累积函数。
[0048]在以粒度为依据的电介质颗粒的累积分布中，最小粒度的颗粒的粒度分布可以限定为1%的量的值，并可以用Dl表示。
[0049]类似地，粒度最大的颗粒的粒度分布可以限定为99%的值，并可以用D99表示，并且在全部电介质颗粒的粒度的累积分布中，50%的值可以用D50表示。
[0050]通过在电介质层I内部以粒度为依据的电介质颗粒的累积分布中，通过以粒度控制电介质颗粒使得2 ( D99/D50 < 3和2 < D50/D1 ( 3之间的关系满足，可以通过防止介电常数的下降而实现高电容，并且可以通过降低电介质层的粗糙度而改善耐压特性。
[0051]当D99/D50和D50/D1的值小于2时，可能产生分层缺陷而难以实现电容特性；当D99/D50和D50/D1的值超过3时，可能会因为电介质层的粗糙度增加而使耐压特性降低。
[0052]根据本发明的实施方式，可以通过分析由扫描型电子显微镜(SEM)提取的电介质层的截面，来测量以粒度为依据的电介质颗粒的累积分布。可以使用粒度测量软件来测量电介质颗粒的粒度，该粒度测量软件支持在美国材料与试验协会(ASTM) E112中定义的平均粒度标准测量方法。
[0053]可以将以粒度为依据的电介质颗粒的累积分布理解为:以粒度为依据按大小顺序排列所测量的电介质颗粒。
[0054]根据本发明的实施方式，电介质层I的平均厚度td可以满足0.1 μ m < td < 0.5 μ m。
[0055]根据本发明的实施方式，电介质层I的平均厚度可以是指设置于内电极层21和内电极层22之间的电介质层I的平均厚度。
[0056]如图2中所示，电介质层I的平均厚度可以通过利用扫描型电子显微镜(SEM)在沿陶瓷本体10的长度方向的截面上实施图像扫描来测量。
[0057]例如，如图2中所示，从所获得的图像中提取的任一电介质层的厚度能够沿长度方向在30个等距点进行测量，从而测量出电介质层I的厚度的平均值，其中，该图像可以通过使用扫描型电子显微镜对在陶瓷本体10的宽度方向(W)的中心部分沿沿陶瓷本体10的长度和厚度(L-T)方向截取的截面进行扫描而获得。
[0058]30个等距点可以在电容形成部位中测量，该电容形成部分可以参照内电极层21和22彼此重叠的区域。
[0059]另外，当通过测量至少10个电介质层的厚度来获取电介质层的厚度的平均值时，电介质层的平均厚度更具有普遍性。
[0060]当电介质层I的平均厚度td满足0.5μηι时,通过在电介质层I中的以粒度为依据的电介质颗粒的累积分布中控制电介质颗粒的粒度，以满足2 ( D99/D50 < 3和2 < D50/D1 ( 3之间的关系，可以通过防止介电常数的下降而实现高电容，并且可以通过降低电介质层的粗糙度而改善耐压特性。
[0061]也就是说，当电介质层的平均厚度超过0.5μπι时，电介质层具有足够的厚度，并且因此耐压特性不会降低。
[0062]根据本发明的实施方式，td (电介质层的平均厚度)和D50 (以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布的50%的值)可以满足关系式td/8 ( D50 ( td/3。
[0063]如上所述，通过控制td和D50使得td/8 ( D50 ( td/3之间的关系成立，可以通过防止介电常数的下降而实现高电容，并且可以通过降低电介质层的粗糙度而改善耐压特性。[0064]当D50的值低于td/8时，陶瓷粉末的粒度相对过小，可能会因为介电常数的下降而导致难以保证电容的安全。
[0065]另外，当D50的值超过td/3时，电介质层的表面粗糙度增加，可能导致耐压特性降低。
[0066]图4是显示图3中的电介质层中心线的平均粗糙度Ra的示意图。
[0067]参考图4，当电介质层I的中心线的平均粗糙度为Ra时，根据本发明的实施方式的层压式陶瓷电容器满足5nm ^ Ra ^ 30nm。
[0068]通过计算电介质层的表面粗糙度而获取的电介质层的中心线平均粗糙度Ra的值，可以指的是根据粗糙度的虚拟中心线11获取的平均值所计算出的电介质层的粗糙度。
[0069]更详细地，参考图4，计算电介质层的中心线的平均粗糙度Ra的方法可以包括:在电介质层的表面上形成的粗糙部分上绘制虚拟中心线11。
[0070]接下来，通过基于粗糙部分的虚拟中心线11测量的每个距离(例如，r1； r2,r3，……，r13)计算出的值，并基于下述方程式获得每个距离的平均值，来计算电介质层的中心线的平均粗糙度Ra;。
[0071]
【权利要求】
1.一种层压式陶瓷电子元件，该层压式陶瓷电子元件包括: 陶瓷本体,该陶瓷本体包括电介质层；以及 第一内电极和第二内电极，该第一内电极和第二内电极彼此相对设置，在所述陶瓷本体内，所述电介质层插入于所述第一内电极和第二内电极之间； 在所述电介质层中的以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布中，当将1%的值设定为D1、将50%的值设定为D50以及将99%的值设定为D99时，满足2 ≤ D99/D50 ≤ 3 和 2 ≤ D50/D1 ≤ 3。
2.根据权利要求1所述的层压式陶瓷电子元件，其中，所述电介质层的平均厚度td满足 0.1 μ m≤td ≤ 0.5 μ m。
3.根据权利要求1所述的层压式陶瓷电子元件，其中，所述电介质层的平均厚度td和以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布的50%的值D50满足关系式td/8 ( D50 ( td/3。
4.根据权利要求1所述的层压式陶瓷电子元件，其中，当所述电介质层的中心线的平均粗糙度为Ra时，满足5nm ≤ Ra≤ 30nm。
5.根据权利要求1所述的层压式陶瓷电子元件，其中，用于所述电介质层的陶瓷粉末包括: 第一陶瓷粉末；以及 第二陶瓷粉末，该第二陶瓷粉末所具有的平均粒径小于所述第一陶瓷粉末所具有的平均粒径。
6.根据权利要求5所述的层压式陶瓷电子元件，其中，所述第一陶瓷粉末的平均粒径比所述第二陶瓷粉末的平均粒径大1.5倍到4.5倍。
7.根据权利要求5所述的层压式陶瓷电子元件，其中，所述陶瓷粉末包含70到99重量份数的所述第一陶瓷粉末，和I到30重量份数的所述第二陶瓷粉末。
8.一种层压式陶瓷电子元件，该层压式陶瓷电子元件包括: 陶瓷本体,该陶瓷本体包括电介质层； 第一内电极和第二内电极，该第一内电极和第二内电极彼此相对设置，在所述陶瓷本体中，所述电介质层插入于于所述第一内电极和第二内电极之间； 当所述电介质层的平均厚度为td时,满足0.1 μ m≤td≤0.5 μ m ;并且在所述电介质层中的以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布中，当将1%的量的值设定为Dl、将50%的值设定为D50以及将99%的值设定为D99时，满足2 ≤D99/D50 ≤ 3和2 ≤ D50/D1 ≤ 3，并且满足 td/8 ≤ D50 ≤ td/3。
9.根据权利要求8所述的层压式陶瓷电子元件，其中，当所述电介质层的中心线的平均粗糙度为Ra时，满足5nm ≤ Ra ≤ 30nm。
10.根据权利要求8所述的层压式陶瓷电子元件，其中，当所述第一电极和第二电极的平均厚度为te时，满足0.1 μ m≤te≤0.5 μ m。
11.根据权利要求8所述的层压式陶瓷电子元件，其中，所述电介质层的平均厚度是:在所述陶瓷本体的宽度方向上的中心部分沿所述陶瓷本体的长度和厚度方向截取的截面中所获得的所述电介质层的平均厚度。
12.根据权利要求8所述的层压式陶瓷电子元件，其中，用于所述电介质层的陶瓷粉末包括: 第一陶瓷粉末；以及 第二陶瓷粉末，该第二陶瓷粉末所具有的平均粒径小于所述第一陶瓷粉末所具有的平均粒径。
13.根据权利要求12所述的层压式陶瓷电子元件，其中，所述第一陶瓷粉末的平均粒径比所述第二陶瓷粉末的平均粒径大1.5倍到4.5倍。
14.根据权利要求12所述的层压式陶瓷电子元件，其中，所述陶瓷粉末包含70到99重量份数的所述第一陶瓷粉末，和I到30重量份数的所述第二陶瓷粉末。
15.一种制造层压式陶瓷电子元件的方法，该方法包括: 使用浆料准备陶瓷基片，该浆料包括第一陶瓷粉末，以及平均粒径小于所述第一陶瓷粉末的平均粒径的第二陶瓷粉末； 使用导电金属浆料在所述陶瓷基片上形成内电极样式；以及 形成陶瓷本体，该陶瓷本体包括电介质层，和彼此相对设置的第一内电极和第二内电极，通过层压和烧结所述陶瓷基片，所述电介质层插入于所述第一内电极和第二内电极之间； 在所述电介质层中的以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布中，当将1%的量的值设定为D1、将50%的值设定为D50以及将99%的值设定为D99时，满足2 ( D99/D50 ≤ 3 和 2 ≤ D50/D1 ( 3。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电介质层的平均厚度td满足0.1 μ m < td < 0.5 μ m。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电介质层的平均厚度td、和以电介质颗粒的平均粒径为依据的电介质颗粒的累积分布的50%的值D50满足关系式td/8 ( D50 ( td/3 ο
18.根据权利要求15所述的方法，其中，当所述电介质层的中心线的平均粗糙度为Ra时，满足 5nm ^ Ra ^ 30nm。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一陶瓷粉末的平均粒径比所述第二陶瓷粉末的平均粒径大1.5倍到4.5倍。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，相对于全部陶瓷粉末的量，所述第一陶瓷粉末包含为70到99的重量份数，所述第二陶瓷粉末包含为I到30的重量份数。
【文档编号】H01G4/30GK103578748SQ201210363732
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2012年7月20日
【发明者】郑汉胜, 金昶勋, 权祥勋, 尹硕晛 申请人:三星电机株式会社