多層陶瓷電容器及用於多層陶瓷電容器的安裝板的製作方法

2023-12-04 17:19:36

本申請是申請日為2013年8月2日、申請號為201310334606.4的發明專利申請「多層陶瓷電容器及用於多層陶瓷電容器的安裝板」的分案申請。

本發明涉及一種多層陶瓷電容器及安裝有多層陶瓷電容器的安裝板。

背景技術：

多層陶瓷電容器是一種片式層壓電子元件，是安裝在各種電子產品(例如包括液晶顯示器(lcd)和等離子顯示面板(pdp)的影像設備、計算機、掌上數字助理(pda)、行動電話等)的印刷電路板上並實現充電和放電的晶片型電容器。

多層陶瓷電容器(mlccs)由於具有體積小、電容大且易於安裝的優點，故可以用作為各種電子產品的元件。

多層陶瓷電容器可以具有多個電介質層和多個極性不同的內電極彼此交替層壓的結構，並且多個內電極設置在電介質層之間。

但是，由於電介質層具有壓電性能和電致伸縮性能，在交流或直流電壓施加在多層陶瓷電容器上時，可能會產生壓電效應，從而導致內電極之間的振動。

這種振動可以通過多層陶瓷電容器的外電極傳遞至安裝該多層電容器的印刷電路板上，並且整個印刷電路板可以變成產生源于振動的聲音如噪聲的聲反射表面。

由振動產生的聲音可以對應於20hz至20000hz範圍內的音頻，並且這種可能造成聽者產生不適感覺的振動聲被稱作是噪聲。減少這樣的噪聲的研究是必要的。

下述專利文獻1公開了一種多層陶瓷電容器，其中，下覆蓋層比上覆蓋層具有更大的厚度，並且外部電極形成在陶瓷本體的兩端面。

[現有技術文件]

(專利文獻1)日本專利公開出版物：no.h06-215978

技術實現要素：

本發明的一個方面提供了一種能夠降低因多層陶瓷電容器中的壓電效應引起的振動而產生的噪聲的多層陶瓷電容器。

根據本發明的一個方面，在此提供一種多層陶瓷電容器，包括：陶瓷本體，該陶瓷本體具有多個在其厚度方向層壓的電介質層，多個電介質層的寬度大於其長度；工作層，該工作層包括多個第一內電極和第二內電極，該多個第一內電極和第二內電極沿厚度方向層壓以交替地暴露於所述陶瓷本體的沿長度方向彼此相對的兩個端面，並且所述電介質層插設在所述第一內電極和所述第二內電極之間，以使得所述工作層中形成電容；上覆蓋層，該上覆蓋層形成在所述工作層的上方；下覆蓋層，該下覆蓋層形成在所述工作層的下方，該下覆蓋層具有大於所述上覆蓋層的厚度；以及第一外電極和第二外電極，該第一外電極和該第二外電極覆蓋所述陶瓷本體的兩個端面，其中，當所述陶瓷本體的總厚度的1/2定義為a，所述下覆蓋層的厚度定義為b，所述工作層的總厚度的1/2定義為c，所述上覆蓋層的厚度定義為d時，所述工作層的中心部與所述陶瓷本體的中心部之間的偏離比值(ratioofdeviation)(b+c)/a滿足1.042≤(b+c)/a≤1.537。

此處，所述上覆蓋層的厚度d與所述下覆蓋層的厚度b的比值d/b可以滿足0.048≤d/b≤0.565。

此處，所述下覆蓋層的厚度(b)與所述陶瓷本體的總厚度的一半a的比值b/a可以滿足0.601≤b/a≤1.128。

此處，所述工作層的總厚度的一半c與所述下覆蓋層的厚度b的比值c/b可以滿足0.362≤c/b≤1.092。

此處，由於在施加電壓的過程中，所述工作層的中心部中產生的變形率與所述下覆蓋層中產生的變形率之間的差異，形成在所述陶瓷本體的各個端面上的拐點的高度可以形成為與所述陶瓷本體的沿厚度方向的中心部的高度一致，或者低於所述陶瓷本體的沿厚度方向的中心部的高度。

根據本發明的另一個方面，提供一種用於安裝多層陶瓷電容器的安裝板，所述安裝板包括：印刷電路板，該印刷電路板上形成有第一電極墊和第二電極墊；以及多層陶瓷電容器，該多層陶瓷電容器安裝在所述印刷電路板上，所述多層陶瓷電容器包括：陶瓷本體，該陶瓷本體在其厚度方向具有多個電介質層，所述電介質層寬度大於長度；工作層，該工作層包括在其厚度方向層疊的多個第一內電極和第二內電極，該多個第一內電極和第二內電極沿厚度方向層壓以交替地暴露於所述陶瓷本體的沿長度方向彼此相對的兩個端面，並且所述電介質層插設在所述第一內電極和所述第二內電極之間，以使得所述工作層中形成電容；上覆蓋層，該上覆蓋層形成在所述工作層的上方；下覆蓋層，該下覆蓋層形成在所述工作層的下方，該下覆蓋層具有大於所述上覆蓋層的厚度；以及第一外電極和第二外電極，該第一外電極和該第二外電極覆蓋所述陶瓷本體的兩個端面，所述第一外電極和第二外電極與所述第一電極墊和所述第二電極墊通過焊接連接，當所述陶瓷本體的總厚度的1/2定義為a，所述下覆蓋層的厚度定義為b，所述工作層的總厚度的1/2定義為c，所述上覆蓋層的厚度定義為d時，所述工作層的中心部與所述陶瓷本體的中心部之間的偏離比值(b+c)/a滿足1.042≤(b+c)/a≤1.537。

此處，由於在施加電壓的過程中，所述工作層的中心部中產生的變形率與所述下覆蓋層中產生的變形率之間的差異，形成在所述陶瓷本體的各個端面上的拐點的高度可以形成為與所述焊料的高度一致，或者低於所述焊料的高度。

附圖說明

本發明的上述和其它方面、特徵和優點將在下面結合附圖的詳細描述中更加清楚地得到理解，其中：

圖1是根據本發明的一種實施方式的多層陶瓷電容器的局部剖視立體示意圖；

圖2是圖1中的多層陶瓷電容器的沿長度方向截取的截面圖；

圖3是圖1中的多層陶瓷電容器的沿長度方向截取的顯示該多層陶瓷電容器中的元件的尺寸關係的截面示意圖；

圖4是顯示圖1中的多層陶瓷電容器安裝在印刷電路板上的狀態的立體圖；

圖5是顯示圖4中的多層陶瓷電容器和印刷電路板的沿二者的長度方向截取的截面圖；

圖6是示意性顯示當圖4中的多層陶瓷電容器安裝在印刷電路板上，向該多層陶瓷電容器施加電壓時，該多層陶瓷電容器的變形的狀態的截面圖。

具體實施方式

下文中，將參考附圖對本發明的實施方式進行詳細描述。但是，本發明可以通過多種不同的形式實現，並且不應該被理解為局限於此處所述的具體實施方式。更確切地，提供這些具體實施方式的目的在於使得公開的內容徹底和完整，並將本發明的範圍完全傳達給本領域的技術人員。在附圖中，出於清楚的目的，部件的形狀和尺寸可以放大，並且相同的附圖標記被始終使用，以表示相同或相似的部件。

當為了清楚地描述本發明的實施方式，對六面體的方向定義時，附圖中標示的l、w和t分別代表長度方向、寬度方向和厚度方向。這裡，所述寬度方向也可以指代層壓電介質層的層壓方向。

此外，在本發明的實施方式中，為了便於說明，陶瓷本體的沿陶瓷本體的長度方向形成有第一外電極和第二外電極的表面都被定義為端面，並且垂直於該端面的所述陶瓷本體的表面都被定義為側面。

多層陶瓷電容器

參見圖1和圖2，根據本發明的實施方式的多層陶瓷電容器100可以包括寬度大於其長度的陶瓷本體110、工作層115、上覆蓋層112和下覆蓋層113以及第一外電極131和第二外電極132，工作層115包括第一內電極121和第二內電極122，第一外電極131和第二外電極132覆蓋陶瓷本體110的兩個端面並在所述陶瓷本體的長度方向彼此相對。

陶瓷本體110可以通過在厚度方向層壓並燒制多個電介質層111形成，所述電介質層111的寬度大於它的長度。此處，長度和寬度的比大約為1:2，並且陶瓷本體110的形狀和尺寸以及電介質層111的數量並不限於本實施方式中例舉說明那些實施方式。

組成陶瓷本體110的多個電介質層111處於燒結狀態，相鄰的電介質層111之間的邊界可以彼此形成為一體，從而使得在不使用掃描電子顯微鏡(sem)時不易將電介質層111彼此區分開。

陶瓷本體110可以包括有助於多層陶瓷電容器的電容形成的工作層115以及作為上方和下方的邊緣部的分別形成在工作層115的上方和下方的上覆蓋層112和下覆蓋層113。

工作層115可以通過反覆層壓多個第一內電極121和第二內電極122而形成，其中第一內電極121和第二內電極122之間插入了電介質層111。

此處，電介質層111的厚度可以根據多層陶瓷電容器100所需的電容而視情況改變，燒制後單層電介質層111的厚度可以是0.01μm至1.00μm，但是本發明不限於此。

此外，電介質層111可以含有具有高介電常數的陶瓷粉末，例如，鈦酸鋇(batio3)基粉末或鈦酸鍶(srtio3)基粉末等，但本發明不限於此。

除了不包括內電極外，上覆蓋層112和下覆蓋層113可以與電介質層111具有相同材質和構造。

可以分別通過在工作層115的上表面和下表面上沿厚度方向層壓單層電介質層或者層壓兩層或更多層電介質層形成上覆蓋層112和下覆蓋層113。上覆蓋層112和下覆蓋層113可以主要用於防止第一內電極121和第二內電極122由於物理的或化學的應力而損壞。

此處，相比於上覆蓋層112，通過進一步增加層壓的電介質層的數量，可以使下覆蓋層113具有比上覆蓋層112更大的厚度。

第一內電極121和第二內電極122是一對極性相反的電極，並且可以通過在電介質層111上印刷預定厚度的含有導電金屬的導電漿料而形成。這裡，第一內電極121和第二內電極122交替地暴露在陶瓷本體110的兩個端面，並且第一內電極121和第二內電極122可以通過設置在該第一內電極121和第二內電極122之間的電介質層111而彼此電絕緣。

也就是說，第一內電極121和第二內電極122可以通過交替地暴露在陶瓷本體110的兩個端面的部分而與第一外電極131和第二外電極132電連接。

因此，當電壓施加於第一外電極131和第二外電極132時，電荷儲存在彼此相對的第一內電極121和第二內電極122之間。此處，多層陶瓷電容器100的電容可以與第一內電極121和第二內電極122的重疊區域的面積成比例。

可以根據用途確定第一內電極121和第二內電極122的厚度，並且例如，鑑於陶瓷本體110的尺寸，第一內電極121和第二內電極122的厚度可以確定為在0.2μm至1.0μm的範圍內。然而，本發明不限於此。

此外，包含在用於形成第一內電極121和第二內電極122的導電漿料中的導電金屬可以是鎳(ni)、銅(cu)、鈀(pd)或者是它們的合金，但是本發明不限於此。

並且，可以通過絲網印刷法、凹版印刷法等方法印刷導電漿料，但本發明不僅限於此。

第一外電極131和第二外電極132可以由包含導電金屬的導電漿料形成。所述導電漿料中的導電金屬可以為鎳(ni)、銅(cu)、鈀(pd)、金(au)或者是它們的合金，但是本發明不限於此。

下面，將描述根據本實施方式的多層陶瓷電容器中包含的元件的尺寸與噪聲之間的關係。

參見圖3，a表示陶瓷本體110的總厚度的1/2，b表示下覆蓋層113的厚度，c表示工作層115的總厚度的1/2，d表示上覆蓋層112的厚度。

此處，陶瓷本體110的總厚度表示從陶瓷本體110的頂表面st到底表面sb的距離。工作層115的總厚度表示從位於工作層115的最上部的第一內電極121的上表面到位於工作層115的最下部的第二內電極122的下表面的距離。

另外，下覆蓋層113的厚度b表示位於工作層115的沿厚度方向的最下部的第二內電極122的下表面與陶瓷本體110的底表面sb之間的距離，上覆蓋層112的厚度d表示位於工作層115的沿厚度方向的最上部的第一內電極121的上表面與陶瓷本體110的頂表面st之間的距離。

當向形成在多層陶瓷電容器100的兩個端面上的第一外電極131和第二外電極132上施加極性相反的電壓時，由於電介質層111中產生的逆壓電效應，陶瓷本體110沿厚度方向膨脹和收縮，並且由於泊松效應，第一外電極131和第二外電極132的兩個端部產生與陶瓷本體110的沿厚度方向的膨脹和收縮相反的膨脹和收縮。

此處，工作層115的中心部可以指代第一外電極131和第二外電極132上與所述多層陶瓷電容器沿長度方向膨脹最大的部分，這成為產生噪聲的因素。

換言之，在本實施方式中，由於當施加電壓時工作層115的中心部cla中產生的變形率和下覆蓋層113中產生的變形率之間的差異，為了降低噪聲，形成在陶瓷本體110的兩端面上的拐點(pi)的高度可以形成為與陶瓷本體110沿厚度方向的中心部clc的高度一致，或者低於陶瓷本體110沿厚度方向的中心部clc的高度。

此處，為了進一步地降低噪聲，工作層115的中心部cla和陶瓷本體110的中心部clc之間的偏離比值(b+c)/a可以滿足1.042≤(b+c)/a≤1.537。

另外，上覆蓋層112的厚度d與下覆蓋層113的厚度b的比值d/b可以滿足0.048≤d/b≤0.565。

並且，下覆蓋層113的厚度b與陶瓷本體110的厚度的一半a的比值b/a可以滿足0.601≤b/a≤1.128。

此外，工作層115的總厚度的一半c與下覆蓋層113的厚度b的比值c/b可以滿足0.362≤c/b≤1.092。

實驗例

通過如下步驟製成根據發明例和對比例的單個多層陶瓷電容器。

將包括鈦酸鋇(batio3)粉末等的漿料塗抹在載體膜上，然後乾燥以製備多個厚度為1.8μm的陶瓷基片，同時該陶瓷基片的寬度大於其長度。

接著，通過使用絲網印刷法，將導電漿料塗抹在多個基片上以形成多個第一內電121極和第二內電極122，所述第一內電極121和第二內電極122交替地暴露在陶瓷基片的兩端面並且在長度方向彼此相對。

接著，層壓大約370個陶瓷基片以形成層壓體。另外，將上述層壓體在85℃下以1000kgf/cm2的壓力進行等靜壓。

將受壓後的陶瓷層壓體切割成單獨的基片(chips)，並隨後通過將切割的基片在230℃的空氣氣氛中保持60個小時來進行去粘合(debindering)處理。

之後，將生成的基片在溫度為1200℃、氧分壓為10-11atm至10-10atm的低於ni/nio平衡氧分壓的還原氣氛下燒結，以使得第一內電極和第二內電極不會被氧化。燒結後，陶瓷本體110的長×寬(l×w，所謂的licc型)的尺寸為0.85mm×1.67mm。這裡，長×寬(l×w)的製造公差設定在±0.1mm的範圍內。

接著，在所述陶瓷本體110的兩個端面上形成第一外電極131和第二外電極132，隨後通過電鍍工藝，製造多層陶瓷電容器100。然後，通過實驗測量噪聲。

表1

*:對比例

表1顯示了各個部分的尺寸數據，該尺寸數據是基於圖像而測量到的，該圖像是通過使用掃描電子顯微鏡(sem)掃描在多層陶瓷電容器100的陶瓷本體110沿寬度(w)方向的中心部沿長度方向(l)和厚度方向(t)截取的陶瓷本體110的橫截面而獲得的，如圖3所示。

這裡，如上所述，陶瓷本體110的總厚度的1/2定義為a，下覆蓋層113的厚度定義為b，工作層115的總厚度的1/2定義為c，上覆蓋層112的厚度定義為d。

為了測量噪聲，將作為用於測量噪聲的每個基板的一個樣品(多層陶瓷電容器)安裝在印刷電路板210上，並且允許下覆蓋層作為底表面sb，然後將印刷電路板安裝在測量夾具上。

此外，通過使用直流供電電源和信號發生器，將直流電壓和變化電壓(voltagevariation)施加在安裝在測量夾具上的所述樣品的第一外部電極131和第二外部電極132上。另外通過安裝在印刷電路板210正上方的麥克風測量噪聲。

在表1中，樣品1是具有對稱結構的對比樣本，其中下覆蓋層113的厚度b與上覆蓋層112的厚度d大致相同，並且樣品2至6是具有上覆蓋層112(d)的厚度d大於下覆蓋層113(b)的厚度b的結構的對比樣本。

此外，樣本15和16是具有下覆蓋層113的厚度b大於上覆蓋層112的厚度d的結構的對比樣本，並且樣本7至14是根據本發明的發明例。

此處，在(b+c)/a的值近似為1的情況中，可以理解，工作層115的中心部並未明顯地偏離陶瓷本體110的中心部。在具有下覆蓋層113的厚度b與上覆蓋層112的厚度d大致相同的對稱結構的樣本1中，(b+c)/a的值近似為1。

此處，在(b+c)/a的值大於1的情況中，可以理解，工作層115的中心部從陶瓷本體110的中心部向上偏離。此處，當(b+c)/a的值小於1時，可以理解，工作層115的中心部從陶瓷本體110的中心部向下偏離。

參見表1，在樣品7至樣品14(發明例)和樣品15至樣品16(對比例)中，工作層115的中心部和陶瓷本體110的中心部之間的偏離比值(b+c)/a滿足1.042≤(b+c)/a，可以證實，噪聲顯著地降低至30db以下。

此外，在樣品1至樣品6中工作層115的中心部和陶瓷本體110的中心部之間的偏離比值(b+c)/a小於1.042，工作層115的中心部幾乎沒有偏離陶瓷本體110的中心部或工作層115的中心部從陶瓷本體110的中心部向下偏離。可以看到，在樣品1至樣品6中噪聲高於30db，與根據本發明的發明例相比，這樣的噪聲是非常高的。

此外，在樣品15和樣品16中，工作層115的中心部和陶瓷本體110的中心部之間的偏離比值(b+c)/a大於1.537，噪聲雖然降低了，但是電容相對於目標電容較低，造成電容缺陷。

在表1中，在「電容實現率」(即電容與目標電容的比率)一欄中標有「差」的情況中，這意味著當目標電容為100％時，實際電容低於80％。

此外，可以看出，在樣品7至樣品14中，上覆蓋層112的厚度d與下覆蓋層113的厚度b的比值，d/b，滿足0.048≤d/b≤0.565，噪聲顯著地降低了。

另一方面，在樣品1和樣品6中，上覆蓋層112的厚度d與下覆蓋層113的厚度b的比值，d/b大於0.565，沒有達到降低噪聲的效果

同時，在樣品10至樣品14中，下覆蓋層113的厚度b與陶瓷本體110的總厚度的一半a的比值b/a滿足0.601≤b/a≤1.128，並且工作層115的總厚度的一半c與下覆蓋層113的厚度b的比值c/b滿足0.362≤c/b≤1.092，可以證實噪聲值進一步降低至低於20db。

另一方面，在樣品15和16中，下覆蓋層113的厚度b與陶瓷本體110的總厚度的一半a的比值b/a大於1.128，或者工作層115的總厚度的一半c與下覆蓋層113的厚度b的比值c/b小於0.362，實際電容低於目標電容，造成電容缺陷。

用於安裝多層陶瓷電容器的安裝板

參見圖4和圖5，根據本實施方式的用於多層陶瓷電容器100的安裝板200可以包括印刷電路板210以及第一電極墊221和第二電極墊222，多層陶瓷電容器100垂直地安裝在印刷電路板210上，第一電極墊221和第二電極墊222彼此間隔地設置在印刷電路板210的上表面上。

此處，多層陶瓷電容器100可以通過焊料230與印刷電路板210電連接，並且下覆蓋層113設置為形成多層陶瓷電容器100的下部，第一外電極131和第二外電極132分別置於第一電極墊221和第二電極墊222上並且分別與第一電極墊221和第二電極墊222接觸。

當多層陶瓷電容器100安裝在如上所述的印刷電路板210上時，施加電壓時可能產生噪聲。

此處，可以根據第一電極墊221和第二電極墊222的尺寸確定連接多層陶瓷電容100的第一外電極131和第二外電極132與第一電極墊221和第二電極墊222的焊料230的所需要的量，並且可以根據焊料230的量控制噪聲水平。

另外，在根據本發明實施例的寬度大於長度的多層陶瓷電容器100中，當多層陶瓷電容器100安裝在印刷電路板210上時，可以防止由多層陶瓷電容器100產生的振動轉移，從而可以降低噪聲。

參見圖6，在多層陶瓷電容器100安裝在印刷電路板210上的狀態下，當向形成在多層陶瓷電容器100的兩個端部的第一外電極131和第二外電極132施加極性相反的電壓時，由於電介質層111中產生的逆壓電效應，陶瓷本體110沿其厚度方向膨脹或收縮，並且由於泊松效應，第一外電極131和第二外電極132的兩端部產生與陶瓷本體110沿厚度方向的膨脹和收縮相反的膨脹和收縮。

此處，工作層115的中心部對應於第一外電極131和第二外電極132沿長度方向膨脹最大的部分，這成為產生噪聲的因素。

當多層陶瓷電容器100的沿長度方向的兩個端面顯著膨脹時，由於膨脹，在焊料230的上部產生了向外的膨脹力①，由於膨脹產生的向外的膨脹力，在焊料230的下部產生了作用於外部電極的收縮力②。

因此，在本實施例中，當形成在陶瓷本體110的兩端面上的拐點的高度形成為與焊料230的高度一致或者低於焊料230的高度時，由於工作層115的中心部cla中產生的變形率與下覆蓋層113中產生的變形率之間的差異，在施加電壓的時候，可以進一步地降低噪聲。

如上所述，在根據本發明的實施方式的多層陶瓷電容器中，下覆蓋層的厚度大於上覆蓋層的厚度，並且外電極形成在陶瓷本體的兩端面上，從而可以減小所述陶瓷本體的長度，從而可以阻止由多層陶瓷電容器產生的振動傳遞到印刷電路板，由此降低了噪聲。

雖然結合實施方式展示並描述了本發明，但是在不脫離所附的權利要求所限定的本發明的精神和範圍的情況下，對本發明作出修改和變化對本領域技術人員來說是明顯的。