CN107230549B - 多层陶瓷电子元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多层陶瓷电子元件及其制备方法，该多层陶瓷电子元件包括：多个介电层层压于其中的陶瓷烧结体；在所述陶瓷烧结体内部形成的第一内电极以及第二内电极；在所述陶瓷烧结体两端形成的同时覆盖在所述陶瓷烧结体的环状面上且电连接到所述第一内电极以及第二内电极上的第一外电极以及第二外电极；以及含有玻璃组分且在介于所述陶瓷烧结体的外表面和所述第一外电极以及第二外电极末端之间的间隙上形成的密封部分。本发明提供的多层陶瓷电子元件通过在介于所述陶瓷烧结体的外表面和所述第一外电极末端之间的间隙形成含有玻璃组分的密封部分可以有效地防止电镀液浸渍到片层中而没有改变外电极的尺寸。

Description

多层陶瓷电子元件及其制备方法

本申请是申请日为2012年11月6日，申请号为201210438916.6，题为“多层陶瓷电子元件及其制备方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种多层陶瓷电子元件及其制备方法。

背景技术

使用陶瓷材料的有代表性的电子元件可以包括诸如电容器、感应器、压电元件、变阻器、热敏电阻等等。

在陶瓷电子元件中，多层陶瓷电容器(MLCC)能够被小型化，能够具有安全的高电容且能够易于安装。

多层陶瓷电容器可以是安装在诸如计算机、个人数据助理(PDAs)、移动电话等等各种电子产品的电路板上的片式(chip type)电容器，用于充电或放电，并且根据使用目的和其电容，具有多种尺寸和层压数。

最近，由于电子产品已经小型化，所以要求用于电子产品上的多层陶瓷电容器的超电容量(super-capac itance)以及超小型化。

因此，可以减少内电极以及介电层的厚度以易于使电子产品小型化，以及可以确保陶瓷电容器的多层数以便实现超大容量。

然而，由于多层陶瓷电容器中提供的多层介电层的数量的增加，覆盖层的厚度以及片层上的边界区域(margin area)减少。由于多层陶瓷电容器的结构中覆盖层的厚度以及片层上边界区域的减少，因此，根据多层陶瓷电容器的结构适当地控制外电极的尺寸是重要的。

也就是说，在外电极的电镀过程中，由于过度减少了外电极的尺寸以易于小型化以及实现高电容，电镀液可能会浸渍到片层中，这样可能不能够阻止电镀液与内电极接触，从而引起产品的可靠性退化。

发明内容

本发明的一方面提供了一种在电镀外电极时，没有改变外电极的尺寸而能够有效地防止电镀液浸渍到片层中的新方法。

根据本发明的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：多个介电层层压于其中的陶瓷烧结体；在所述陶瓷烧结体内部形成的第一内电极以及第二内电极；在所述陶瓷烧结体两端形成同时覆盖在所述陶瓷烧结体的环状面(circumference)上且电连接到所述第一内电极以及第二内电极上的第一外电极以及第二外电极；以及含有玻璃组分(glass component)且在介于所述陶瓷烧结体的外表面和所述第一外电极以及第二外电极末端之间的间隙上形成的密封部分。

所述第一外电极以及第二外电极可以具有作为主组分的银(Ag)以及具有向所述第一外电极以及第二外电极中添加的玻璃组分。

所述第一外电极以及第二外电极中的玻璃组分的含量可以为所有成分的14-30体积％。

所述玻璃组分可以为玻璃粉。

所述密封部分的厚度可以为0.1-2.0μm。

所述多层陶瓷电子元件可以进一步包括在所述第一外电极以及第二外电极上形成的镍(Ni)电镀层。

所述多层陶瓷电子元件可以进一步包括在所述镍电镀层上形成的锡(Sn)电镀层。

根据本发明的另一方面提供了一种多层陶瓷电子元件的制备方法，该方法包括：通过将第一导电膏添加到第一陶瓷片以及第二陶瓷片的至少一个表面上形成第一内电极以及第二内电极；通过将多个在其上形成有所述第一内电极以及第二内电极的第一陶瓷片以及第二陶瓷片交替地层压形成层压体；通过将所述层压体烧结形成陶瓷烧结体；通过将含有玻璃组分的第二导电膏添加到所述陶瓷烧结体的两端以便覆盖所述第一内电极以及第二内电极的暴露表面形成第一外电极以及第二外电极；以及通过将在其上形成所述第一外电极以及第二外电极的陶瓷烧结体烧结且将包含在所述第一外电极以及第二外电极中的部分玻璃组分通过所述第一外电极以及第二外电极的末端扩散到外部在介于所述陶瓷烧结体的外表面和所述第一外电极以及第二外电极末端之间的间隙上形成密封部分。

在所述第一外电极以及第二外电极形成过程中，第二导电膏中添加有玻璃组分同时具有银(Ag)作为主组分。

在所述第一外电极以及第二外电极形成过程中，所述第二导电膏中的玻璃组分的含量可以为所有成分的14-30体积％。

在所述密封部分形成过程中，所述密封部分的厚度可以为0.1-2.0μm。

所述方法可以进一步包括在所述密封部分形成之后，将所述第一外电极以及第二外电极电镀。

在所述第一外电极以及第二外电极的电镀过程中，可以在所述第一外电极以及第二外电极上形成由镍(Ni)和锡(Sn)中的至少一种形成的至少一种电镀层。

附图说明

以下结合附图的详细描述将更加清楚地理解本发明的上述的以及其它方面、特征和其他优点，其中：

图1是示出了根据本发明的一种实施方式的多层陶瓷电容器(‘MLCC’)的结构的示意性透视图；

图2是沿着图1中的A-A'线的剖视图；以及

图3是示出了根据本发明的一种实施方式的多层陶瓷电容器(‘MLCC’)的主要部分的平面示意图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细描述本发明的实施方式，以便本发明所属领域的技术人员可以易于实现本发明的实施方式。

本发明的实施方式可以以多种不同形式实施，且本发明的范围不应该受本发明所列举的实施方式的限制。

更确切地说，提供这些实施方式以便全面和完整地公开本发明，并将本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。

在附图中，为了清楚可能夸大了元件的形状和尺寸，并且始终使用相同的参考数字表示相同或类似的元件。

另外，在所有的附图中，相同的参考数字表明具有相似功能以及实施相似作用的零件。

另外，除非有明确地相反的描述，否则词语“含有”任何组分将理解为表示包括其它的组分但不排除任何其他的组分。

本发明涉及一种陶瓷电子元件。作为根据本发明的实施方式的陶瓷电子元件有多层陶瓷电容器、感应器、压电元件、变阻器、片式电阻器、热敏电阻等等。下面，将描述作为陶瓷电子元件的一个实例的多层陶瓷电容器。

参考图1和图2，根据本发明的一种实施方式的多层陶瓷电容器100包括多个介电层111层压于其中的陶瓷烧结体110，在所述介电层111的至少一个表面上形成的且提供在所述陶瓷烧结体110内部的每一对第一内电极131以及第二内电极132，以及在所述陶瓷烧结体110的两端上形成的且同时覆盖在所述陶瓷烧结体110的环状面上的第一外电极121以及第二外电极122。

另外，在介于所述陶瓷烧结体110的外表面和所述第一外电极121以及第二外电极122末端之间的间隙上提供的密封部分140，所述密封部分140可以含有玻璃组分。

所述陶瓷烧结体110可以通过堆叠多个介电层111来形成。

在将构成所述陶瓷烧结体110的多个介电层111烧结的状态下，多个介电层111可能会结合为一体以致于不易看到相邻的介电层之间的分界线。

另外，所述陶瓷烧结体110的形状没有特别限定。通常，所述陶瓷烧结体可以为长方体形状。

另外，所述陶瓷烧结体110的尺寸没有特别限定。例如，所述陶瓷烧结体110的尺寸可以为0.6mm×0.3mm等等，这样形成的所述陶瓷烧结体110可以具有1.0μF以上的相对高的电容。

另外，如果需要，具有预定厚度的介电覆盖层(没有标明)可以进一步在所述陶瓷烧结体110的外部表面形成，也就是说，依据图2在所述陶瓷烧结体110的顶部和底部上形成。

所述介电覆盖层指的是其上没有内电极的介电层。如果需要，可以垂直地层压至少两个介电覆盖层，因而，能够控制其厚度。

构成所述陶瓷烧结体110的所述介电层111可以含有陶瓷粉末，例如，BaTiO₃-基陶瓷粉末等等。

例如，所述BaTiO₃-基陶瓷粉末可以包括(Ba_1-xCa_x)TiO₃、Ba(Ti_1-yCa_y)O₃、(Ba_1-xCa_x)(Ti_1-yZr_y)O₃或Ba(Ti_1-yZr_y)O₃，其中，例如，Ca或Zr部分溶解在BaTiO₃中，但没有限定于此。

另外，如果需要，所述介电层111可以进一步含有过渡金属氧化物、碳化物、稀土元素、诸如镁(Mg)、铝(Al)等陶瓷添加物、有机溶剂、增塑剂、粘结剂、分散剂等等中的至少一种连同所述陶瓷粉末。

另外，所述介电层111的厚度可以根据所述多层陶瓷电容器100中所期望的电容而改变。

所述第一内电极131以及第二内电极132可以通过印刷方法例如丝网印刷方法、凹版印刷方法等等使用第一导电膏在形成所述介电层111的陶瓷生片(ceramic greensheets)上印刷内电极来形成。

所述陶瓷烧结体110可以通过将其上印刷有内电极层的陶瓷生片交替地层压并随后烧结来形成。所述多层陶瓷电容器100的电容在所述第一内电极131以及第二内电极132重叠区域中形成。

在这种情况下，所述第一导电膏可以含有铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)、钯-银(Pd-Ag)合金等等，所有的这些均具有优良的导电性，但本发明的实施方式没有限定于此。

更进一步，所述第一内电极131以及第二内电极132被配置为具有不同的极性且可以在所述陶瓷烧结体110的长度方向上交替地暴露通过所述陶瓷烧结体110的两端。

所述第一内电极131以及第二内电极132的厚度可以根据使用目的来决定。例如，鉴于所述陶瓷烧结体110的尺寸，所述第一内电极131以及第二内电极132的厚度可以被设定为在范围0.2-1.0μm之间，但本发明没有限定于此。

所述第一外电极121以及第二外电极122在所述陶瓷烧结体110的两端上形成同时覆盖在所述陶瓷烧结体110的环状面上，且与所述第一内电极131以及第二内电极132的暴露部分电连接以充当外部终端(external terminals)。

所述第一外电极121以及第二外电极122可以是由导电金属制成的。例如，所述第一外电极121以及第二外电极122可以含有作为主组分的具有优良导电性的银(Ag)和银(Ag)合金中的至少一种且可以含有的玻璃组分为所有成分的14-30体积％。

在这种情况下，所述玻璃组分可以为例如玻璃粉等等，但本发明没有限定于此。

更进一步，如果需要，所述第一外电极121以及第二外电极122可以进一步含有有机载体等等，其在有机溶剂例如碱性树脂(base resin)中制备。

所述密封部分140在介于所述陶瓷烧结体110的外表面和所述第一外电极121以及第二外电极122末端之间的间隙上形成，以及可以含有所述第一外电极121以及第二外电极122中包含的相类似的玻璃组分。

也就是说，所述玻璃组分用于密封介于所述陶瓷烧结体110的外表面和所述第一外电极121以及第二外电极122末端之间的间隙，从而防止电镀液或湿气浸渍通过其间的间隙。

在这种情况下，当所述密封部分140的厚度不足时，某些数量的电镀液可能会浸渍到所述陶瓷烧结体110中，这样可能会在所述陶瓷烧结体110中、在所述第一内电极131以及第二内电极132中或所述第一外电极121以及第二外电极122中造成裂缝等等，这可能会促使在产品的可靠性方面退化。

为了解决该问题，所述密封部分140的厚度可以控制在至少0.1-2.0μm范围内。结果，包含在所述第一外电极121以及第二外电极122中的玻璃组分含量可以控制在如上所述的14-30体积％。

因此，所述密封部分140可以表现为99％以上的致密性以及电镀液的可渗透性小于1％，这样能够有效地阻止电镀液或湿气的渗透。

另外，由镍(Ni)形成的第一电镀层150可以在所述第一外电极121以及第二外电极122上形成以及由锡(Sn)形成的第二电镀层160可以进一步在所述第一电镀层150上形成。

所述第一电镀层150以及第二电镀层160可以用于提高与布线衬底(wiringsubstrate)的导电连接盘(conductive land)的电连接。

在下文中，将描述根据本发明的一种实施方式的多层陶瓷电容器的制备方法。

首先，准备多个陶瓷生片。

提供的陶瓷生片用以形成所述陶瓷烧结体110的介电层111。在这种情况下，可以用刮刀法(doctor blade method)或其它方法将陶瓷粉末、聚合物以及溶剂混合制备的浆料形成几个μm厚的片式形状。

接下来，通过将第一导电膏以预定厚度例如0.2-1.0μm印刷在各个陶瓷生片的至少一个表面上形成第一内电极层以及第二内电极层。

所述第一导电膏可以含有由铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)，和银(Ag)及其合金中的至少一种制备的金属粉末、陶瓷粉末、二氧化硅(SiO₂)等等。

可用使用本领域技术人员所熟知的任何陶瓷粉末，但本发明的实施方式没有限定于此。例如，可以使用纤维素基树脂、环氧树脂、芳基树脂、丙烯酸类树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、醇酸树脂、松香酯等等。

在这种情况下，所述第一内电极层暴露在所述第一陶瓷片的一端并且所述第二内电极层暴露在所述第二陶瓷片的另一端。

可以使用丝网印刷法、凹版印刷法或其它方法作为印刷第一导电膏的方法。

接下来，将多个分别在其上形成有所述第一内电极以及第二内电极的第一陶瓷片以及第二陶瓷片交替地层压，以及通过将所层压的陶瓷生片与在所述陶瓷生片上形成的导电膏在层压方向上挤压以形成层压体。

结果，可以制备所述陶瓷生片和用于内电极的导电膏交替地层压的陶瓷层压体。

在本发明中，可以进一步在所述层压体的顶部和底部提供至少一种介电覆盖层(没有标明)。

所述介电覆盖层可以由与配置在层压体中的介电层111相同的成分形成。所述介电覆盖层与所述介电层111不同，所述介电覆盖层上不包括内电极。

接下来，通过将层压体切割以与各个电容器相符，然后在例如1000℃至1300℃的温度下灼烧，使所形成的层压体作为片式层压体，从而制备了陶瓷烧结体110。

然后，所述第一外电极121以及第二外电极122可以通过将第二导电膏添加到所述陶瓷烧结体110的两端以覆盖所述第一内电极层以及第二内电极层的暴露表面，所述第二导电膏具有向所述第一外电极121以及第二外电极122中添加的玻璃组分同时具有作为主组分的导电金属。

在这种情况下，将所述第一外电极121以及第二外电极122彼此电连接通过所述第一内电极层以及第二内电极层的暴露表面以充当外部终端。

更进一步，所述第二导电膏可以进一步含有有机粘结剂、溶剂等等，以及例如可以使用玻璃粉作为第二导电膏中的玻璃组分。

也就是说，在本发明的实施方式中，所述第一外电极121以及第二外电极122可以通过烧结导电金属、有机粘结剂、玻璃粉以及有机溶剂混合的浆料来形成。在这种情况下，所述玻璃粉的含量可以为所有成分的14-30体积％。

用于所述第一外电极121以及第二外电极122的第二导电膏的烧结可以在例如约600℃至900℃下进行。

通过所述第二导电膏的烧结将所述第一外电极121以及第二外电极122与所述第一内电极以及第二内电极连接起来。

在这个过程中，过多地包含在所述第一外电极121以及第二外电极122中的玻璃组分可以通过所述第一外电极121以及第二外电极122的末端扩散，因而，可以形成配置在介于所述陶瓷烧结体的外表面和所述第一外电极121以及第二外电极122末端之间的间隙上具有预定厚度的密封部分140。

在这种情况下，所述密封部分140的厚度可以形成在0.1-2.0μm以防止电镀液在如下所描述的电镀过程中通过所述陶瓷烧结体100浸渍到所述第一内电极以及第二内电极中或防止湿气通过相同的路径浸渍到所述第一内电极或第二内电极中。

另外，所述密封部分140的暴露部分从所述第一外电极121以及第二外电极122的末端起可以达到至少2μm以上以便有效地防止湿气浸渍到所述元件体中。

接下来，所述第一外电极121以及第二外电极122的表面经过使用例如铜(Cu)、锡(Sn)等金属的电镀过程以形成至少一层电镀层(没有标明)，从而完成了多层陶瓷电容器100的制备。

例如，可以在所述第一外电极121以及第二外电极122的表面上形成使用铜(Cu)作为主组分的第一电镀层150，然后，可以在所述成第一电镀层150上形成使用锡(Sn)作为主组分的第二电镀层160。

在这种情况下，可以使用化学镀膜法以及电镀法(electroplating method)中的任何一种方法实施电镀层的形成。

如上所列举的，根据本发明的实施方式，通过在介于所述陶瓷烧结体的外表面和所述第一外电极末端之间的间隙形成含有玻璃组分的密封部分可以有效地防止电镀液浸渍到片层中而没有改变外电极的尺寸。

尽管通过相关的实施方式对本发明进行了展示和描述，但对于本领域的技术人员来说没有背离本发明随附的权利要求所限定的精神和范围而做出的修改和变型将是显而易见的。

Claims (9)

1.一种多层陶瓷电子元件，包括：

陶瓷烧结体，多个介电层层压于所述陶瓷烧结体中；

第一内电极和第二内电极，形成在所述陶瓷烧结体内部；

第一外电极和第二外电极，通过将含有玻璃组分的导电膏施用于所述陶瓷烧结体的两端以便覆盖所述第一内电极以及第二内电极的暴露表面而形成，同时覆盖所述陶瓷烧结体的环状面；以及

密封部分，通过将在其上形成有所述第一外电极以及第二外电极的陶瓷烧结体烧结且将包含在所述第一外电极以及第二外电极中的部分玻璃组分通过所述第一外电极以及第二外电极的末端扩散到外部，来沿着介于所述陶瓷烧结体与所述第一外电极以及第二外电极末端之间的间隙形成，

其中，所述密封部分的暴露部分从所述第一外电极和所述第二外电极的末端起达到2μm或更大。

2.根据权利要求1所述的多层陶瓷电子元件，其中，在所述第一外电极以及第二外电极的形成过程中，导电膏中添加有玻璃组分同时具有作为主组分的银。

3.根据权利要求2所述的多层陶瓷电子元件，其中，所述第一外电极以及第二外电极中的玻璃组分的含量为所有成分的14-30体积％。

4.根据权利要求2所述的多层陶瓷电子元件，其中，所述玻璃组分为玻璃粉。

5.根据权利要求1所述的多层陶瓷电子元件，其中，所述密封部分的厚度为0.1-2.0μm。

6.根据权利要求1所述的多层陶瓷电子元件，其中，所述多层陶瓷电子元件进一步包括在所述第一外电极以及第二外电极上形成的镍电镀层。

7.根据权利要求6所述的多层陶瓷电子元件，其中，所述多层陶瓷电子元件进一步包括在所述镍电镀层上形成的锡电镀层。

8.根据权利要求1所述的多层陶瓷电子元件，其中，所述密封部分包含玻璃成分。

9.根据权利要求1所述的多层陶瓷电子元件，其中，所述密封部分包括一对密封部分，所述一对密封部分以带状的方式分别沿着介于所述陶瓷烧结体与所述第一外电极的末端之间以及所述陶瓷烧结体与所述第二外电极的末端之间的间隙分开形成。