CN103077822A

CN103077822A - 导电金属组成物、导电电极以及包含其的积层陶瓷电容器

Info

Publication number: CN103077822A
Application number: CN2011103294713A
Authority: CN
Inventors: 陈志源; 苏胜丰; 萧富昌; 蔡聪智
Original assignee: Dongguan Huake Electronic Co Ltd
Current assignee: Dongguan Huake Electronic Co Ltd
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2013-05-01

Abstract

本发明关于两种导电金属组成物，其中一种导电金属组成物包括：含钛化合物；镍金属及铜金属或铜合金；其中，以镍金属的含量为100wt％，含钛化合物占10至20wt％，铜金属或铜合金占0.5至20wt％；而另一导电金属组成物包括：含钛化合物；铜金属及镍金属或镍合金；其中，以铜金属的含量为100wt％，含钛化合物占10至20wt％，镍金属或镍合金占0.5至30wt％。本发明另关于一种由导电金属组成物所制成的导电电极。本发明再提供一种包含导电电极的积层陶瓷电容器，由于积层陶瓷电容器的导电电极具有良好连续性，因而可提升电容器的电性质量与稳定性。

Description

导电金属组成物、导电电极以及包含其的积层陶瓷电容器

技术领域

本发明关于一种导电金属组成物，其用于制作具备良好连续性的导电电极。此外，本发明也关于一种包含该导电电极的积层陶瓷电容器。

背景技术

随着近年来电子产业的蓬勃发展，积层陶瓷电容器已快速地往小型化、轻量化、薄层化、高质量与高容量的方面发展，以提升其竞争优势，成为电子电路设计中不可或缺的电子组件。

积层陶瓷电容器包含陶瓷烧结体及外部电极，其陶瓷烧结体由介电层与内电极层相互交叠设置所组成。在制作积层陶瓷电容器的方法中，将用以制作内电极层的金属膏印上介电层后，将两者共同经过高温烧结，以形成内电极层与介电层相互交叠的陶瓷烧结体。

然而，由于金属膏在高温烧结的过程中容易发生收缩的现象，导致内电极层的有效电极面积下降；更严重时，经过高温烧结后的内电极层会发生断裂的情形，将无法顺利地与外部电极连接，而劣化积层陶瓷电容器的电性质量与稳定性。

为解决上述所面临的问题，台湾专利公开第201023218号提出一种积层陶瓷电容器，其具有紧致金属层作为内电极层，藉以提升电容器的内部电性质量，同时提供更为稳定的电容量。其特点在于，将紧致金属层中二氧化钛的含量控制于0.25至5重量百分比之间，以形成单位面积覆盖率高于85％的紧致金属层。

本发明有别于先前技术的作法，使用含有两种金属成份以上的金属膏制作内电极层，使其于烧结过程中产生二元以上的金属固溶体，以降低介电层与内电极层间的不匹配性，藉此制得具有良好连续性与电性质量的内电极层。

发明内容

本发明的主要目的是在提供一种导电电极，其由包含两种金属以上的导电金属组成物所烧结制得，以能缩小所制得的导电电极于烧结时产生的孔洞大小，藉以形成具备良好连续性的导电电极。

为达成上述目的，本发明提供一种由导电金属组成物所制成的导电电极。其导电金属组成物包括：一含钛化合物；镍金属；以及铜金属或铜合金；其中，以镍金属的含量为100重量百分比，含钛化合物的含量为10至20重量百分比，且该铜金属或铜合金占0.5至20重量百分比。

在上述导电金属组成物中，该镍金属作为一主要成份，而铜金属或铜合金可作为一金属添加物。此外，在上述导电金属组成物中，可更进一步包括至少一稀土金属，以镍金属的含量为100重量百分比，该稀土金属的含量总合为0.01至0.1重量百分比，且该稀土金属选自下列所组成的群组：镧(La)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、镝(Dy)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)及镥(Lu)。于此，上述的各种稀土金属可与铜金属形成铜合金，以添加于导电金属组成物中。

而所述的含钛化合物例如：钛酸盐、钛氧化物以及钛与其它金属的氧化物，但并非仅限于此。较佳的，含钛化合物为钛酸钡。此外，该导电金属组成物更进一步包含树脂黏合剂与有机溶剂。

此外，为达成上述的目的，本发明也提供一种由导电金属组成物所制成得导电电极。其导电金属组成物包括：一含钛化合物；一铜金属；以及一镍金属或一镍合金；其中，以铜金属的含量为100重量百分比，含钛化合物的含量为10至20重量百分比，且镍金属或镍合金占0.5至30重量百分比。

在上述导电金属组成物中，该铜金属作为一主要成份，而镍金属或镍合金可作为一金属添加物。此外，在上述导电金属组成物中，可更进一步包括至少一稀土金属，以铜金属的含量为100重量百分比，该稀土金属的含量总合为0.01至0.1重量百分比，且该稀土金属选自下列所组成的群组：镧(La)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、镝(Dy)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)及镥(Lu)。于此，上述的各种稀土金属可与镍金属形成镍合金，以添加于导电金属组成物中。

而所述的含钛化合物例如：钛酸盐、钛氧化物以及钛与其它金属的氧化物，但并非仅限于此。较佳的，含钛化合物选用钛酸钡。此外，该导电金属组成物更进一步包含树脂黏合剂与有机溶剂。

在本发明上述两种导电电极中，由于用以制作的导电金属组成物由至少两种以上的金属所组成，使其于烧结过程中可形成二元或二元以上的金属固溶体，藉以制成具备良好连续性的导电电极。于此，该导电电极可应用于制作各种积层式电子陶瓷的组件，例如：Y5V、X7R、X5R、或NPO等。

本发明的另一目的是降低导电电极层与介电层在共同烧结时所产生的不匹配性，提升积层陶瓷电容器的电极连续性、电性质量与稳定性。

本发明的又一目的是提供一种积层陶瓷电容器，由于其电容量的大幅提高，可减少电容器中导电电极层与介电层的交叠层数，藉此降低积层陶瓷电容器的制作成本。

为达成上述目的，本发明提供一种积层陶瓷电容器，包括：一陶瓷烧结体，该陶瓷烧结体包含上下依序交叠设置的第一介电层、第一导电电极层、第二介电层、及第二导电电极层；一第一外部电极，设置于该陶瓷烧结体的一侧，且该第一外部电极以电性连接该第一导电电极层；以及一第二外部电极，设置于该陶瓷烧结体的另一侧，且该第二外部电极以电性连接该第二导电电极层。

在本发明的积层陶瓷电容器中，第一导电电极层及第二导电电极层即为前述的导电电极，其由上述两种导电金属组成物所制得。当介电层与包含至少两种金属的导电电极层共同烧结时，由于导电金属组成物含有两种以上的金属，在烧结过程中可产生二元或二元以上的金属固溶体，使两者的烧结收缩率趋向一致，藉以产生较佳的匹配性，制得具有良好连续性的导电电极层以及具有较高电容量的积层陶瓷电容器。于此，使用本发明的导电金属组成物可大幅提高积层陶瓷电容器的电容量约20至25％。

综上所述，本发明使用包含两种金属以上的导电金属组成物制作导电电极，藉以提升导电电极的连续性与电性质量。此外，本发明的积层陶瓷电容器由于包含具有良好连续性的导电电极层，因而可以进一步提升积层陶瓷电容器的电容量与稳定性，降低导电电极层与介电层交叠的数目，进而达到减少制作成本的功效。

附图说明

图1为本发明积层陶瓷电容器之一较佳实施例的侧视剖面示意图。

图2为本发明实施例1中单一导电电极层的SEM图。

图3为本发明实施例1中积层陶瓷电容器的剖面的SEM图。

图4为本发明实施例2中单一导电电极层的SEM图。

图5为本发明实施例2中积层陶瓷电容器的剖面的SEM图。

图6为本发明实施例3中单一导电电极层的SEM图。

图7为本发明实施例3中积层陶瓷电容器的剖面的SEM图。

图8为本发明实施例4中单一导电电极层的SEM图。

图9为本发明实施例4中积层陶瓷电容器的剖面的SEM图。

图10为比较例1中单一导电电极层的SEM图。

图11为比较例1中积层陶瓷电容器的剖面的SEM图。

主要组件符号说明

100积层陶瓷电容器 110陶瓷烧结体

111第一介电层 112第一导电电极层

113第二介电层 114第二导电电极层

120第一外部电极 130第二外部电极

140表面电镀层

具体实施方式

本发明混合两种以上的金属成份作为制作导电电极的导电金属组成物，使其于烧结过程中产生二元或二元以上的金属固溶体，以制备具有良好连续性的导电电极。以下，将详尽描述本发明的导电金属组成物、导电电极及包含其的积层陶瓷电容器的制作方式及其达成功效。

《制备导电金属组成物》

首先，将镍金属粉末、铜金属粉末、钛酸钡粉末、稀土金属粉末与树脂黏合剂及有机溶剂混合，加以混合搅拌后制得膏状的导电金属组成物。其中，各实施例所使用的稀土金属可选自：镧(La)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、镝(Dy)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)或镥(Lu)。各个实施例及比较例使用的导电金属组成物的成份与含量如表1所示。

本发明用于制作导电电极的导电金属组成物，其中以镍金属粉末的含量为100重量百分比，钛酸钡粉末的含量为20重量百分比，且铜金属粉末的含量为0.5至20重量百分比，而稀土金属的总含量为0.01重量百分比。

表1：各个实施例及比较例所使用的导电金属组成物的成份与含量

《制备积层陶瓷电容器》

首先，将上述各个实施例及比较例的导电金属组成物分别印刷于介电陶瓷层上，于烧结环境中进行烧结后，制成导电电极层。接着，反复交叠数层介电层与导电电极层，并于高温下进行烧结后，形成陶瓷烧结体。

于此，由于本发明的导电金属组成物包含镍金属与铜金属两种成份，可于高温烧结过程中产生二元以上的金属固溶体，因而能够降低导电电极层与介电层共同烧结时所产生的不匹配性，藉以形成具有良好连续性的导电电极。

然后，于陶瓷烧结体的两侧外部涂布金属层，并于烧结环境中进行烧结，以形成两个外部电极层，并且进一步于该两个外部电极层表面电镀形成一表面电镀层。

据此，透过上述制作方式可形成本发明的积层陶瓷电容器。如图1所示，积层陶瓷电容器100包括：陶瓷烧结体110、第一外部电极120、第二外部电极130及表面电镀层140。

其中，陶瓷烧结体110内包含依序交叠设置的第一介电层111、第一导电电极层112、第二介电层113及第二导电电极层114。第一外部电极120设置于陶瓷烧结体110的一侧，并与陶瓷烧结体110内的第一导电电极层112电性连接，第二外部电极130设置于陶瓷烧结体110的另一侧，并与陶瓷烧结体110内的第二导电电极层114电性连接。此外，第一外部电极120及第二外部电极130的之外表面上更设有一表面电镀层140。

《评估积层导电电容器的电性质量》

以下，将藉由扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)分析比较前述各个导电金属组成物的实施例所制得的积层陶瓷电容器中导电电极层的结构，藉以了解铜金属的添加量对积层陶瓷电容器的电性质量的影响。

请参阅图2、4、6、8、10，其分别为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、及比较例1的单一导电电极层的SEM图；并请参阅图3、5、7、9、11，其分别为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、及比较例1的积层陶瓷电容器的剖面的SEM图。

在实施例1中，当铜金属的含量为0.5重量百分比时，其单一导电电极层的电极覆盖率及电极连续性已有些微的改善(如图2及图3所示)，且其平均电容量亦提高至132μF。此外，随着铜含量的提高，实施例2、实施例3及实施例4的积层陶瓷电容器的平均电容量分别提高至136μF、143μF及147μF。

在实施例4中，当铜金属的含量为20重量百分比时，可于烧结过程中形成较多的二元金属固溶体，使导电电极层在烧结过程中仅产生微小的孔洞结构，而制得具有良好连续性的导电电极层(如图8极图9所示)。据此，本发明实施例4的积层陶瓷电容器已大幅提升电容器的电性质量及稳定性，使电容量提高约22.5％。

反之，由于比较例1中导电金属组成物仅含有一种金属成份，使其在高温烧结的过程中产生明显的收缩现象，致使烧结后的导电电极层形成多孔洞的结构，而降低导电电极层的电极覆盖率(如图10所示)。此外，当导电电极层具有多孔洞的缺陷结构时，导电电极层将产生多处断裂而大幅降低其电极连续性(如图11所示)，使其平均电容量下降至大约120μF。

由实验结果证实，当导电金属组成物同时包含介电材料、镍金属及铜金属时，随着铜金属的含量提高，于烧结过程中可形成更多的二元金属固溶体，藉以抑制导电金属组成物于高温烧结中的收缩情形，降低导电电极层与介电层共同烧结时所产生的不匹配性，使导电电极层经过烧结后不会形成过大的孔洞，而能够形成较为完整的平行导电电极层，进而提升其电极覆盖率与电极连续性。

因此，本发明使用包含两种金属以上的导电金属组成物制作导电电极，可大幅提升导电电极层的电极连续性与电性质量。当积层陶瓷电容器的电容量与稳定性提高时，可进一步减少导电电极层与介电层所需的交叠的数目，进而达到减少电容器制作成本的功效。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种导电金属组成物，其特征在于，包含：

一含钛化合物；

一镍金属；以及

一铜金属或一铜合金；

其中，以镍金属的含量为100重量百分比，含钛化合物的含量系为10至20重量百分比，且该铜金属或铜合金的含量系为0.5至20重量百分比。

2.如权利要求1所述的导电金属组成物，其特征在于，该铜合金包括至少一稀土金属，该稀土金属选自下列所组成的群组：镧(La)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、镝(Dy)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)及镥(Lu)。

3.如权利要求1所述的导电金属组成物，其特征在于，该导电金属组成物更包括至少一稀土金属，以镍金属的含量为100重量百分比，该稀土金属的含量总合为0.01至0.1重量百分比，且该稀土金属选自下列所组成的群组：镧(La)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、镝(Dy)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)及镥(Lu)。

4.如权利要求1所述的导电金属组成物，其特征在于，该含钛化合物为钛酸钡。

5.如权利要求1至4中任一所述的导电金属组成物，其特征在于，进一步包含树脂黏合剂以及有机溶剂。

6.一种导电金属组成物，其特征在于，包含：

一含钛化合物；

一铜金属；以及

一镍金属或一镍合金；

其中，以铜金属的含量为100重量百分比，含钛化合物的含量为10至20重量百分比，且镍金属或镍合金的含量为0.5至30重量百分比。

7.如权利要求6所述的导电金属组成物，其特征在于，该镍合金包括至少一稀土金属，该稀土金属选自下列所组成的群组：镧(La)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、镝(Dy)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)及镥(Lu)。

8.如权利要求6所述的导电金属组成物，其特征在于，该导电金属组成物更包括至少一稀土金属，以铜金属的含量为100重量百分比，该稀土金属的含量总合为0.01至0.1重量百分比，且该稀土金属选自下列所组成的群组：镧(La)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、镝(Dy)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)及镥(Lu)。

9.如权利要求6所述的导电金属组成物，其特征在于，该含钛化合物为钛酸钡。

10.如权利要求6至9中任一所述的导电金属组成物，其特征在于，进一步包含树脂黏合剂以及有机溶剂。

11.一种导电电极，其特征在于，由一种如权利要求1至10中任一所述的导电金属组成物所烧结制得。

12.一种积层陶瓷电容器，其特征在于，包括：

一陶瓷烧结体，该陶瓷烧结体包含上下依序交叠设置之一第一介电层、一第一导电电极层、一第二介电层及一第二导电电极层，其中，该第一导电电极层及该第二导电电极层系一种如权利要求11所述的导电电极；

一第一外部电极，设置于该陶瓷烧结体的一侧，且该第一外部电极以电性连接该第一导电电极层；以及

一第二外部电极，设置于该陶瓷烧结体的另一侧，且该第二外部电极以电性连接该第二导电电极层。