專利名稱：多層陶瓷電子元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多層陶瓷電子元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
使用陶瓷材料的電子元件包括電容器、電感器、壓電元件、變阻器、電熱調(diào)節(jié)器(thermistor)等等。在這些陶瓷電子元件中，多層陶瓷電容器(MLCC)具有諸如尺寸小、容量高和易于安裝的優(yōu)點(diǎn)。多層陶瓷電容器是一種當(dāng)被安裝在用于各種電子產(chǎn)品，如電腦、掌上電腦(PDA)、手機(jī)等的電路板上時(shí)，具有充放電為主要功能的芯片式電容器。該多層陶瓷電容器根據(jù)其使用目的和容量可以具有多種大小和層壓類型。隨著近來的電子產(chǎn)品小型化的趨勢，也已經(jīng)需求超小型化、超高容量的多層陶瓷電容器。由于此原因，已經(jīng)在制造多層陶瓷電容器，在其中極少為了產(chǎn)品的超小型化而形成介電層和內(nèi)部電極，而大量層壓的介電層是為了超高電容量。在用于高頻設(shè)備，如智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、移動(dòng)電視等，的MLCC之中，已經(jīng)需要在500MHz到3GHz范圍匹配的用于阻抗的射頻(RF)電容器以具有提高的質(zhì)量因子Q和對(duì)各電容量的各種質(zhì)量因子值。然而，等效串聯(lián)電阻(ESR)的水平根據(jù)構(gòu)成內(nèi)部電極的金屬種類確定，并且根據(jù)金屬組成質(zhì)量因子Q的區(qū)別很顯著。因此，對(duì)于特定電容量的質(zhì)量因子變化率大約為200%或更低，在不改變內(nèi)部電極的電容量的自由設(shè)計(jì)質(zhì)量因子(Q)上存在限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種多層陶瓷電子元件，相比于具有相同電容量的多層陶瓷電子元件，該多層陶瓷電子元件能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定的等效串聯(lián)電阻(ESR)水平和擴(kuò)大質(zhì)量因子(Q)的選擇范圍，本發(fā)明還提供了該多層陶瓷電子元件的制造方法。根據(jù)本發(fā)明的目的，提供一種多層陶瓷電子元件，該多層陶瓷電子元件包括:陶瓷元件，所述陶瓷元件具有多個(gè)層壓在其中的介電層；以及所述陶瓷元件內(nèi)形成的第一和第二內(nèi)部電極，其中，所述第一和第二內(nèi)部電極含有80-99.9重量％的銅(Cu)和0.1-20重量％的鎳(Ni)，并且為此頻率為1000MHz或更低。所述多層陶瓷電子元件可具有比所述第一和第二內(nèi)部電極是由100重量％的銅(Cu)形成的情況時(shí)的ESR要大，并且比所述第一和第二內(nèi)部電極是由100重量％的鈀(Pd)形成的情況時(shí)的ESR要小的等效串聯(lián)電阻(ESR)。所述等效串聯(lián)電阻(ESR)在IOOMHz頻率時(shí)可以為25_188mQ，與所述第一和第二內(nèi)部電極的鎳含量成正比。所述等效串聯(lián)電阻(ESR)在500MHz頻率時(shí)可以為28_208mQ，與所述第一和第二內(nèi)部電極的鎳含量成正比。所述等效串聯(lián)電阻(ESR)在1000MHz頻率時(shí)可以為70_228mQ，與所述第一和第二內(nèi)部電極的鎳含量成正比。所述多層陶瓷電子元件可進(jìn)一步包括第一和第二外部電極，該第一和第二外部電極形成于所述陶瓷元件的兩端面，并且與所述第一和第二內(nèi)部電極電連接。所述第一和第二內(nèi)部電極可通過所述陶瓷元件的兩端面沿垂直方向交替暴露。所述多層陶瓷電子元件可進(jìn)一步包括在所述陶瓷元件上下表面上形成的介電覆蓋層。所述多層陶瓷電子元件可以是用于高頻的多層陶瓷電容器。根據(jù)本發(fā)明的另一目的，提供一種多層陶瓷電子元件的制造方法，該方法包括:將含有80-99.9重量％的銅(Cu)和0.1-20重量％的鎳(Ni )的導(dǎo)電糊印刷在多個(gè)第一和第二陶瓷片材的每一片的至少一個(gè)表面上，以形成第一和第二內(nèi)部電極層；在1000MHz或更低的頻率下，通過交替層壓多個(gè)其上有形成的所述第一和第二內(nèi)部電極層的所述第一和第二陶瓷片材形成層壓體；燒結(jié)所述層壓體；并且形成第一和第二外部電極以覆蓋所述層壓體的表面，通過所述外部電極暴露所述第一和第二內(nèi)部電極層。所述層壓體的形成以使所述層壓體的等效串聯(lián)電阻(ESR)比所述第一和第二內(nèi)部電極層是由100重量％的銅(Cu)形成的情況時(shí)的ESR要大，并且比所述第一和第二內(nèi)部電極層是由100重量％的鈀(Pd)形成的情況時(shí)的ESR要小的方式來完成。所述第一和第二內(nèi)部電極層的形成以使所述第一和第二內(nèi)部電極層通過所述層壓體的兩端面沿垂直方向交替暴露的方式來完成。所述方法可進(jìn)一步包括在所述層壓體的上下表面上形成介電覆蓋層。


通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，將會(huì)更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它方面、特征以及其它優(yōu)點(diǎn)，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式顯示多層陶瓷電容器結(jié)構(gòu)的示意透視圖；圖2為沿圖1的A-A’線的剖面圖；圖3是根據(jù)表I所示的內(nèi)部電極的組成顯示多層陶瓷電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)的曲線圖；以及圖4是根據(jù)表2所示的內(nèi)部電極的組成顯示多層陶瓷電容器的質(zhì)量因子(Q)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下文將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，使得本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易實(shí)施本發(fā)明。
然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式體現(xiàn)并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為限于這里闡述的實(shí)施方式。提供本發(fā)明的實(shí)施方式這樣本領(lǐng)域的技術(shù)人員可更完整地理解本發(fā)明。在圖中，為了清楚起見夸大了形狀和尺寸，并且始終使用相同的附圖標(biāo)記來指定相同或相似元件。另外，在整個(gè)圖中，相同的附圖標(biāo)記表示完成相似功能和操作的元件。此外，除非明確說明，否則，“包括”任何組件將被理解為意味著含有其他組件，但也不排除任何其他的組件。本發(fā)明涉及一種陶瓷電子元件，并且根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，所述陶瓷電子元件是多層陶瓷電容器，電感器，壓電元件，變阻器，片式電阻器，電熱調(diào)節(jié)器等等。所述多層陶瓷電容器將在下面作為陶瓷電子元件的一個(gè)實(shí)例來描述。此外，為便于說明，本實(shí)施方式將通過定義陶瓷元件的第一和第二外部電極形成的表面為左和右端面來描述。參考圖1和2，根據(jù)實(shí)施方式，多層陶瓷電容器100可以包括陶瓷元件110，所述陶瓷元件內(nèi)部具有層壓的多個(gè)介電層111 ;以及多個(gè)第一和第二內(nèi)部電極131和132，每個(gè)第一和第二內(nèi)部電極都是在所述陶瓷元件110內(nèi)的每個(gè)所述介電層111的至少一個(gè)表面上形成。所述第一和第二內(nèi)部電極131和132可由含有導(dǎo)電金屬材料的導(dǎo)電糊形成,并且所述導(dǎo)電金屬材料可含有80-99.9重量％的銅(Cu)和0.1-20重量％的鎳(Ni)。在這種情況下，多層陶瓷電容器100的等效串聯(lián)電阻(ESR)可以比所述第一和第二內(nèi)部電極131和132是由100重量％的銅Cu形成的情況時(shí)的ESR要大，并且比所述第一和第二內(nèi)部電極131和132是由100重量％的鈀Pd形成的情況時(shí)的ESR要小。此外，第一和第二外部電極121和122可以在所述陶瓷元件110的兩個(gè)端面上形成，這樣它們與所述第一和第二內(nèi)部電極131和132的暴露部分相連接。在這里，所述第一和第二外部電極121和122可以分別與所述第一和第二內(nèi)部電極131和132電連接從而作為外部端子。所述陶瓷元件110可通過層壓多個(gè)介電層111而形成。在這里，可以燒結(jié)和集成構(gòu)成所述陶瓷元件110的多個(gè)介電層111，這樣相鄰介電層111之間的邊界可以不是很明顯。所述陶瓷元件110也沒有特別考慮其形狀而被限制，但一般可以是長方體形狀。此外，所述陶瓷元件110的大小沒有特別地限制，但是，例如，所述陶瓷元件110可形成為大小為0.6mmX0.3mm等等，因此，所述陶瓷元件110可構(gòu)成具有LOyF或更高電容
量的多層陶瓷電容器。此外，在圖中，具有預(yù)定厚度的介電覆蓋層(未顯示)可能形成于所述陶瓷元件110的最外層表面，即，所述陶瓷元件110的上下表面上。所述介電覆蓋層(未顯示)是其上沒有內(nèi)部電極形成的介電層。如有必要，兩個(gè)或更多的介電覆蓋層可以沿垂直方向?qū)訅?，從而控制其厚度。組成所述陶瓷元件110的所述介電層111可含有陶瓷粉末，例如，8&打03基陶瓷粉
坐寸o
所述BaTiO3 基陶瓷粉可以是(Bai_xCax) TiO3, Ba (TihyCay) O3，(Ba1^xCax) (Ti1^yZry) O3,Ba (Ti1^yZry) O3，等等，在其中，例如，I丐，錯(cuò)，等在BaTiO3中使用，但不限于此。此外，如有必要，所述介電層111可進(jìn)一步含有過渡金屬氧化物或碳化物，稀土元素中的至少一種，和與陶瓷粉一起的鎂(Mg)或鋁(Al)。此外，每個(gè)介電層111的厚度可以根據(jù)所述多層陶瓷電容器100的容量設(shè)計(jì)而任
意改變。通過在構(gòu)成所述介電層111的陶瓷印刷電路基板上，使用銅-鎳糊通過印刷方法，如絲網(wǎng)印刷或凹版印刷印刷內(nèi)部電極層，形成所述內(nèi)部電極131和132。然后，印刷了所述內(nèi)部電極層的所述陶瓷印刷電路基板交替層壓并經(jīng)受燒結(jié)，從而形成了所述陶瓷元件110。因此,在第一和第二內(nèi)部電極131和132相互重疊的重疊區(qū)域中形成電容量。在這里，所述第一和第二內(nèi)部電極131和132可能有不同的極性，而且它們可能通過所述陶瓷元件110的兩端面沿垂直方 向交替暴露。此外，所述第一和第二內(nèi)部電極層131和132的厚度可根據(jù)其使用目的等來確定，例如，可根據(jù)陶瓷元件110的大小來確定在0.2-1.0ym的范圍內(nèi)。然而，本發(fā)明不僅限于此。下面將描述如上述配置的實(shí)施方式的所述多層陶瓷電容器100的操作。在所述多層陶瓷電容器100中，所述內(nèi)部電極一般可由金屬如銅(Cu)，銀(Ag)，鎳(Ni)，鈀(Pd)，等等來形成。在所述金屬中，銅(Cu)或銀(Ag)具有出色的導(dǎo)電性可以用來形成內(nèi)部電極，從而在高頻區(qū)域?qū)崿F(xiàn)顯著的高質(zhì)量因子(Q)。與銅(Cu)或銀(Ag)相比，鈀(Pd)由于其相對(duì)高的導(dǎo)電性，可以在高頻區(qū)域展現(xiàn)出顯著的低質(zhì)量因子(Q)。此外，由于磁性材料鎳(Ni)，具有很高的滲透性(ii )，在高頻區(qū)域的電流的滲透深度很小從而造成等效串聯(lián)電阻(ESR)的增加，因此，鎳(Ni)不適于用于高頻的多層陶瓷電子元件(“高頻多層陶瓷電子元件”)。換句話說，所述多層陶瓷電容器100的等效串聯(lián)電阻(ESR)的水平的確定取決于構(gòu)成內(nèi)部電極的金屬成分，并且所述多層陶瓷電容器100在高頻區(qū)域的質(zhì)量因子(Q)由等效串聯(lián)電阻(ESR)來確定。在這種情況下，根據(jù)構(gòu)成所述內(nèi)部電極的金屬成分所述多層陶瓷電容器器100的質(zhì)量因子(Q)可以是顯著不同的。因此，為了改變具有特定電容量的所述多層陶瓷電容器100的所述質(zhì)量因子(Q)，可以使用改變內(nèi)部電極的設(shè)計(jì)，或改變內(nèi)部電極的厚度等方法。然而，在這種方法中，質(zhì)量因子(Q)的變化率可能只達(dá)到200%或更少，因此，在不改變內(nèi)部電極電容量的自由設(shè)計(jì)質(zhì)量因子(Q)方面存在一定的限制。在所述實(shí)施方式中，使用的所述多層陶瓷電容器100具有20pF的高電容量并具有
0.BmmX0.3mm 的大小。在這里，在所述多層陶瓷電容器100的所述第一和第二內(nèi)部電極131和132只由銅(Cu)或鈕!(Pd)形成的情況時(shí)，當(dāng)頻率增加到10MHz-10GHz時(shí)，由于用于所述第一和第二內(nèi)部電極131和132的材料的電阻率(P )的不同，也可能產(chǎn)生在質(zhì)量因子(Q)上的2-6倍的不同。
此外，如上所述，在所述第一和第二內(nèi)部電極131和132只由100%的銅(Cu)或鈀(Pd)形成的情況時(shí)，根據(jù)在所述第一和第二內(nèi)部電極131和132的結(jié)構(gòu)或厚度上的變化改變的質(zhì)量因子(Q)的數(shù)值僅約為10-30%。因此，通過僅僅改變所述第一和第二內(nèi)部電極131和132的結(jié)構(gòu)或厚度很難按用戶的理想水平增加質(zhì)量因子(Q)的數(shù)值到200-600%。在高頻時(shí)影響等效串聯(lián)電阻(ESR)的內(nèi)部電極的表面電阻(Rs)，與電導(dǎo)率(o )成正比，如下面公式I所示，并且因此，它與電子材料的電阻率(P )成反比。公式IMs QC ^f/u/<7在實(shí)施方式中，制造具有相同電容量的芯片，并且通過使用銅-鎳內(nèi)電極和隨后測量其等效串聯(lián)電阻(ESR)和質(zhì)量因子(Q)來制造的結(jié)果是，通過使用含有80-99.9重量％的銅(Cu)和0.1-20重量％的鎳(Ni)制造的芯片可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量因子(Q)在lOOMHz-lGHz的頻率區(qū)域內(nèi)，居于具有相同電容量并用銅(Cu)制造的芯片的Q值和具有相同電容量并用鈀(Pd)制造的芯片的Q值之間的中間范圍內(nèi)。換句話說，通過僅改變內(nèi)部電極的組成從而改變其電阻率(P )而不必改變所述內(nèi)部電極的電容量或設(shè)計(jì)，就能輕易地控制所述等效串聯(lián)電阻(ESR)和在高頻的多層陶瓷電容器的質(zhì)量因子(Q)。因此，利用這一原則，可以在理想的頻率，設(shè)計(jì)質(zhì)量因子(Q)在具有相同電容量的多層陶瓷電容器中的理想值。

本發(fā)明的實(shí)施例和對(duì)比例將參考下面的表I和表2詳細(xì)描述。在實(shí)施方式中，銅-鎳內(nèi)部電極是按照0.1重量％, 5重量％, 10重量％, 15重量％和20重量％的量分別將鎳(Ni)加入到銅(Cu)中形成的。實(shí)例I和2是本發(fā)明的對(duì)比例。實(shí)例I說明具有由銅(Cu)形成的第一和第二內(nèi)部電極131和132的多層陶瓷電容器，和實(shí)例2說明具有由鈀(Pd)形成的第一和第二內(nèi)部電極131和132的多層陶瓷電容器。實(shí)例3-7為本發(fā)明的實(shí)施例。它們說明具有由80-99.9重量％的銅(Cu)和0.1-20重量的鎳(Ni)形成的多個(gè)第一和第二內(nèi)部電極131和132的多層陶瓷電容器。對(duì)于實(shí)例分別設(shè)置頻率為100MHz、500MHz、1000MHz和3000MHz，然后分別對(duì)頻率測量單獨(dú)的多層陶瓷電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)。其結(jié)果在以下的表1-3中列出。圖3是根據(jù)表I中所述的內(nèi)部電極的組成顯示的多層陶瓷電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)的曲線圖。表I
權(quán)利要求
1.一種多層陶瓷電子元件，該多層陶瓷電子元件包括: 陶瓷元件，所述陶瓷元件具有多個(gè)層壓在所述陶瓷元件中的介電層；以及 在所述陶瓷元件內(nèi)形成的第一和第二內(nèi)部電極， 其中，所述第一和第二內(nèi)部電極含有80-99.9重量％的銅和0.1-20重量％的鎳， 并且為此頻率為1000MHz或更低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述多層陶瓷電子元件具有比所述第一和第二內(nèi)部電極是由100重量％的銅形成的情況時(shí)的等效串聯(lián)電阻要大，并且比所述第一和第二內(nèi)部電極是由100重量％的鈀Pd形成的情況時(shí)的等效串聯(lián)電阻要小的等效串聯(lián)電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述等效串聯(lián)電阻在IOOMHz頻率時(shí)為25-188m Q，與所述第一和第二內(nèi)部電極的鎳含量成正比。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述等效串聯(lián)電阻在500MHz頻率時(shí)為28-208mQ，與所述第一 和第二內(nèi)部電極的鎳含量成正比。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述等效串聯(lián)電阻在1000MHz頻率時(shí)為70-228mQ，與所述第一和第二內(nèi)部電極的鎳含量成正比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述多層陶瓷電子元件還包括第一和第二外部電極，所述第一和第二外部電極形成于所述陶瓷元件的兩端面，并且與所述第一和第二內(nèi)部電極電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述第一和第二內(nèi)部電極通過所述陶瓷元件的兩端面沿垂直方向交替暴露。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述多層陶瓷電子元件還包括在所述陶瓷元件上下表面上形成的介電覆蓋層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層陶瓷電子元件，其中，所述多層陶瓷電子元件是用于高頻的多層陶瓷電容器。
10.一種多層陶瓷電子元件的制造方法，該方法包括: 將含有80-99.9重量％的銅和0.1-20重量％的鎳的導(dǎo)電糊印刷在多個(gè)第一和第二陶瓷片材的每一片的至少一個(gè)表面上，以形成第一和第二內(nèi)部電極層； 在1000MHz或更低的頻率下，通過交替層壓多個(gè)所述第一和第二陶瓷片材形成層壓體，所述第一和第二陶瓷片材上形成有所述第一和第二內(nèi)部電極層； 燒結(jié)所述層壓體；并且 形成第一和第二外部電極以覆蓋所述層壓體的表面，通過所述第一和第二外部電極暴露所述第一和第二內(nèi)部電極層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述層壓體的形成以使所述層壓體的等效串聯(lián)電阻比所述第一和第二內(nèi)部電極層是由100重量％的銅形成的情況時(shí)的等效串聯(lián)電阻要大，并且比所述第一和第二內(nèi)部電極層是由100重量％的鈀形成的情況時(shí)的等效串聯(lián)電阻要小的方式來完成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述第一和第二內(nèi)部電極層的形成以使所述第一和第二內(nèi)部電極層通過所述層壓體的兩端面沿垂直方向交替暴露的方式來完成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述方法還包括在所述層壓體的上下表面上形成介電覆蓋層 。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多層陶瓷電子元件，該多層陶瓷電子元件包括具有多個(gè)層壓在其中的介電層的陶瓷元件；以及在所述陶瓷元件內(nèi)形成的第一和第二內(nèi)部電極，其中，所述第一和第二內(nèi)部電極含有80-99.9重量%的銅(Cu)和0.1-20重量%的鎳(Ni)，并且為此頻率為1000MHz或更低。該多層陶瓷電子元件通過加入非常小量的鎳(Ni)到銅(Cu)中，使得內(nèi)部電極的電阻率(ρ)改變，從而實(shí)現(xiàn)等效串聯(lián)電阻(ESR)居于使用鈀的內(nèi)部電極的情況時(shí)的ESR和使用銅的內(nèi)部電極的情況是的ESR之間的中間范圍，同時(shí)相比于具有相同電容量的多層陶瓷電子元件，擴(kuò)大了質(zhì)量因子(Q)選擇的范圍。
文檔編號(hào)H01G4/30GK103137327SQ20121021204
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者黃錫俊, 金帝中, 崔才烈, 權(quán)祥勛 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社