用于内电极的镍粉末及其制备方法以及含有该镍粉末的多层陶瓷电子元件的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种使用等离子体通过蒸汽相合成法合成的用于内电极的镍粉末，更具体地，本发明提供了一种具有良好微晶尺寸和高密度的用于内电极的镍粉末及其制备方法，以及含有该镍粉末的多层陶瓷电子元件。根据用于内电极的镍粉末及其制备方法，以及含有该镍粉末的多层陶瓷电子元件的制备方法，能够制备杂质更少，良好晶粒尺寸和高密度的镍粉末。
【专利说明】用于内电极的镍粉末及其制备方法以及含有该镍粉末的多 层陶瓷电子元件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年8月16日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请 N0.10-2012-0089523的优先权，该申请的全部内容引入本申请中以作参考。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种使用等离子体通过蒸汽相合成法(vapor phase synthesis method)合成的用于内电极的镍粉末，更具体地，本发明涉及一种具有优良微晶直径和高密 度的用于内电极的镍粉末及其制备方法，以及含有该镍粉末的多层陶瓷电子元件。
【背景技术】
[0004]由于电子设备已经快速地小型化和多功能化，多层陶瓷电容器作为电子设备中的 一种重要无源元件(passive component),显著地趋向于超薄以及具有更高的电容。
[0005]通常情况下,通过在陶瓷介电原片(dielectric sheets)上印刷内电极,并将其上 印刷有内电极的陶瓷介电原片层压，后将其烧结以形成陶瓷体，然后，在该陶瓷体的外表面 上形成外电极来制备多层陶瓷电子元件。
[0006]就其上印刷有内电极的陶瓷介电原片而言，该印刷的内电极具有低烧结起始温 度，因此，最初在低于陶瓷介电原片的温度下开始烧结。
[0007]结果内电极可能会过度烧结，因而在不良分布条件下金属元件结块。烧结后，内电 极在该结块处具有不连续部分，因而内电极的连续性显著恶化，导致电容降低。
[0008]为了解决上述问题，使用等离子体通过气相合成法(gas phase synthesis method)制备用于内电极的镍细颗粒粉末，因此，可以制备相对于现有技术杂质少以及具有 优良微晶直径的镍粉末。
[0009][相关文献]
[0010](专利文献I)日本专利公开特许公报N0.2004-300480
[0011](专利文献2)日本专利公开特许公报N0.2004-292950
【发明内容】
[0012]本发明一方面提供了一种使用等离子体通过蒸汽相合成法合成的用于内电极的 镍粉末，更具体地，本发明提供了一种具有优良微晶直径和高密度的用于内电极的镍粉末 及其制备方法，以及含有该镍粉末的多层陶瓷电子元件。
[0013]根据本发明的一方面提供了一种用于内电极的镍粉末，所述镍粉末包括:微晶直 径(crystallite diameter)为55至IOOnm,以及平均颗粒直径为55至350nm。
[0014]所述镍粉末含有的杂质含量可以为500ppm以下。
[0015]所述镍粉末具有的密度可以为8.5g/cm3以上。
[0016]在本发明中，包含在所述镍粉末中的微晶的平均数目可以为I至2个。[0017]根据本发明的另一方面提供了一种用于多层陶瓷电子元件内电极的镍粉末的制 备方法，所述方法包括:将镍原料进料到反应器中；在惰性气体气氛下将所述镍原料加热 且蒸发；以及将所蒸发的镍原料冷凝以形成镍粉末。
[0018]所述镍粉末具有的平均颗粒直径可以为55至350nm。
[0019]所述镍粉末的平均颗粒直径可以受不同惰性气体的种类或蒸发镍原料的温度来 控制。
[0020]所述镍原料的加热和蒸发可以通过使用等离子体来实施。
[0021]所述镍粉末含有的杂质含量可以为500ppm以下。
[0022]所述镍粉末具有的密度可以为8.5g/cm3以上。
[0023]在本发明中，包含在所述镍粉末中的微晶的平均数目可以为I至2个。
[0024]根据本发明的另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:陶瓷体；在所述陶瓷体的外表面上形成的外电极；以及在所述陶瓷体内部形成的电连 接到所述外电极上且含有微晶直径为55至IOOnm以及平均颗粒直径为55至350nm的镍粉 末的内电极。
[0025]所述镍粉末含有的杂质含量可以为500ppm以下。
[0026]所述镍粉末具有的密度可以为8.5g/cm3以上。
[0027]在本发明中，包含在所述镍粉末中的微晶的平均数目可以为I至2个。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]以下结合附图的详细描述中将使本发明的上述以及其它方面、特征和其他优点被 更加清楚地理解，其中:
[0029]图1是显示根据本发明的一种实施方式的多层陶瓷电容器的示意性透视图；
[0030]图2是沿着图1中的B-B’线的剖视图；
[0031]图3是根据本发明的一种实施方式的用于内电极的镍粉末的透射电子显微镜 (TEM)图像；
[0032]图4是根据本发明的实施方式的用于内电极的镍粉末的扫描电子显微镜(SEM)图 像；
[0033]图5显示了根据本发明的一种实施方式的由单个微晶组成的用于内电极的镍粉 末；
[0034]图6显示了根据本发明的实施方式的由多个微晶组成的用于内电极的镍粉末；以 及
[0035]图7是显示了根据本发明的另一种实施方式制备的多层陶瓷电容器的方法。 【具体实施方式】
[0036]下面，将参考附图详细描述本发明的实施方式。然而，本发明可以以多种不同形式 实施，且本发明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地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，使用相同的参考数字表示相同或类似的元 件。[0037]参考图1和2，根据本发明的一种实施方式的多层陶瓷电子元件可以包括:包括介 电层I的陶瓷体10 ;具有内置于所述陶瓷体10中与所述介电层I彼此相对的多个内电极 21和内电极22 ；以及电连接到所述内电极21和内电极22上的外电极31和外电极32。
[0038]下面，将描述根据本发明的一种实施方式的多层陶瓷电子元件，具体地，将描述多 层陶瓷电容器，但本发明并没有限定于此。
[0039]在根据本发明的实施方式的多层陶瓷电容器中，在图1中‘长度方向’、‘宽度方向’ 以及‘厚度方向’分别定义为‘L’方向、‘W’方向以及‘T’方向。在本发明中，‘厚度方向’ 可以与层压介电层的方向即‘层压方向’具有相同的意思。
[0040]根据本发明的实施方式，用于形成介电层I的原料没有特别限定，只要能够获得 足够的电容即可。例如，所述原料可以是钛酸钡(BaTiO3)粉末。
[0041 ] 根据本发明的目的，可以将各种陶瓷添加物，有机溶剂，增塑剂，粘合剂，分散剂等 等作为用于形成介电层I的原料添加到粉末例如钛酸钡(BaTiO3)粉末中。
[0042]用于形成介电层I的陶瓷粉末的平均颗粒直径没有特别限定，以及为了实现本发 明的目的，可以控制陶瓷粉末的平均颗粒直径例如为400nm以下。
[0043]形成多个第一内电极21和第二内电极22的原料没有特别限定，但可以是，例如， 含有银(Ag)，铅(Pb)，钼(Pt)，镍(Ni)以及铜(Cu)中的至少一个的导电浆料。
[0044]另外，多个内电极21和内电极22可以包括陶瓷，且该陶瓷没有特别限定，但可以 是例如钛酸钡(BaTiO3)15
[0045]为了形成电容，可以在所述陶瓷体10的外部形成外电极31和外电极32，且该外电 极31和外电极32可以电连接到多个第一内电极21和第二内电极22上。
[0046]外电极31和外电极32可以由与内电极相同的导电材料来形成,但没有限定于此。 例如，可以由铜(Cu)，银(Ag)，镍(Ni)等等形成外电极31和外电极32。
[0047]外电极31和外电极32可以通过在陶瓷体10的表面涂覆导电浆料以及然后在其 上进行烧结来形成，该导电浆料通过将玻璃釉加入到金属粉末中来制备。
[0048]图3是根据本发明的一种实施方式的用于内电极的镍粉末的透射电子显微镜 (TEM)图像；以及图4是根据本发明的实施方式的用于内电极的镍粉末的扫描电子显微镜 (SEM)图像。
[0049]参考图3和图4，根据本发明的实施方式，内电极浆料可以含有用于内电极的镍粉 末42，其中，微晶41的直径为55至IOOnm以及平均颗粒直径为55至350nm。
[0050]在通常情况下，将合成镍粉末42的方法分类为液相合成方法和气相合成方法。所 述液相合成方法在控制颗粒生长方面具有优势，因此，易于控制颗粒的大小，但在构造高结 晶度的颗粒方面有困难。
[0051]在本发明中，高结晶度由微晶大小决定。微晶指的是在颗粒中被认为是单晶的一 种烧结块，且单个颗粒是由几个微晶组成的。
[0052]利用XRD (X-射线衍射)以及下面的相关公式来测量微晶的大小(L)。
[0053]L=K 入 / (cos 0 )
[0054]K:系数(0.9)，入:波长，P:半峰宽，9:折射角。
[0055]也就是说，在本发明的实施方式中，使用等离子体以气相合成方法合成镍粉末。由 于镍粉末含有较低的杂质含量(500ppm以下)，因此,具有良好的微晶直径(55nm以上)以及更少的颗粒缺陷，所述镍粉末具有类似于理论密度(8.5g/cm3以上)的特性。这种镍粉末内 部具有更少的孔，且可以提高内电极的连续性。
[0056]图7是显示了根据本发明的另一种实施方式的多层陶瓷电容器的制备方法。
[0057]参考图7，根据本发明的另一种实施方式的多层陶瓷电子元件的制备方法可以包 括:制备包括介电层的陶瓷生片(ceramic green sheets);通过使用用于内电极的含有导 电金属粉末和陶瓷粉末的导电浆料在所述陶瓷生片上形成内电极图案；将其上形成有内电 极的所述陶瓷生片层压且在其上进行烧结，以形成包括多个与内置于其中的所述介电层彼 此相对的内电极的陶瓷体。
[0058]在根据本发明的另一种实施方式制备多层陶瓷电子元件的方法中，首先，可以制 备包括介电材料的陶瓷生片。
[0059]所述陶瓷生片可以通过将陶瓷粉末，粘合剂以及溶剂混合以配成浆料且利用刮刀 法将所述浆料成型为厚度为数微米(Pm)的薄片形状来制备。
[0060]然后，内电极图案可以通过使用用于内电极的含有导电金属粉末和陶瓷粉末的导 电浆料在各自的陶瓷生片上形成。
[0061]然后，可以将在所述陶瓷生片上形成的内电极层压且烧结，从而形成包括多个与 内置于其中的介电层彼此相对配置的内电极的陶瓷体。
[0062]用于导电金属粉末的材料可以为银(Ag)，铅(Pb)，钼(Pt)，镍(Ni )，和铜(Cu)中的
至少一种。
[0063]另外，用于陶瓷粉末的材料可以为钛酸钡(BaTiO3)。
[0064]对于与上述所述的根据本发明的实施方式的多层陶瓷电子元件相同的描述将被 省略。
[0065]下面，将参考实施例详细描述本发明，但并不限定于此。
[0066]实施例
[0067]根据实施例，用于多层陶瓷电容器上的内电极的镍粉末的合成方法如下。
[0068]在将射频-等离子体(RF-plasma)(在射频阶段改变电流方向时形成等离子体)点 火后，将颗粒大小约为10 Pm的镍原料进料到反应器中。在惰性气体气氛下将所述镍原料 加热且蒸发，然后，将蒸发的镍原料冷凝，从而形成镍粉末。
[0069]表I显示了用于合成镍粉末的射频-等离子体点火条件。
[0070]表I
[0071]
粉末60kW
中心气301/min (Ar)
屏蔽气(Sheath gas)1001/min (Ar+H2)
粹灭气15001/min (Ar)
进料速度10g/min
[0072]在装置的猝灭区(quenching zone)中用于控制颗粒生长的温度是颗粒结晶度的重要因素。用XRD分析法分析分别在三个温度分布(100°C，200°C以及300°C)下在猝灭区中生长的镍粉末的微晶直径，其中不同温度通过控制猝灭气(quenching gas)的强度来获得。
[0073]如上所分析的，将由猝灭区中的温度决定的微晶尺寸的变化列于如下表2中。
[0074]表2
[0075]
【权利要求】
1.一种用于内电极的镍粉末，所述镍粉末包括:微晶直径为55至lOOnm，以及平均颗粒直径为55至350nm。
2.根据权利要求1所述的镍粉末，其中，所述镍粉末含有的杂质含量为500ppm以下。
3.根据权利要求1所述的镍粉末，其中，所述镍粉末具有的密度为8.5g/cm3以上。
4.根据权利要求1所述的镍粉末，其中，包含在所述镍粉末中的微晶的平均数目为I至 2个。
5.一种用于多层陶瓷电容器的内电极的镍粉末的制备方法，该方法包括:将镍原料进料到反应器中；在惰性气体气氛下将所述镍原料加热且蒸发；以及 将所蒸发的镍原料冷凝以形成镍粉末。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述镍粉末具有的平均颗粒直径为55至350nm。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述镍粉末的平均颗粒直径通过改变惰性气体 的种类或蒸发镍原料的温度来控制。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述镍原料的加热和蒸发通过使用等离子体来 实施。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述镍粉末含有的杂质含量为500ppm以下。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述镍粉末具有的密度为8.5g/cm3以上。
11.根据权利要求5所述的方法，其中，包含在所述镍粉末中的微晶的平均数目为I至2个。
12.—种多层陶瓷电子元件，该多层陶瓷电子元件包括:陶瓷体；在所述陶瓷体的外表面上形成的外电极；以及在所述陶瓷体内部形成的电连接到所述外电极上且含有微晶直径为55至IOOnm以及 平均颗粒直径为55至350nm的镍粉末的内电极。
13.根据权利要求12所述的多层陶瓷电子元件，其中，所述镍粉末含有的杂质含量为 500ppm 以下。
14.根据权利要求12所述的多层陶瓷电子元件，其中，所述镍粉末具有的密度为8.5g/ cm3以上。
15.根据权利要求12所述的多层陶瓷电子元件，其中，包含在所述镍粉末中的微晶的 平均数目为I至2个。
【文档编号】H01G4/30GK103586477SQ201210406349
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年10月23日 优先权日:2012年8月16日
【发明者】金建佑, 金孝燮, 金正烈, 金昶勋, 金斗永 申请人:三星电机株式会社