KR100209576B1 - 내환원성 유전체 자기 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전체 자기 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 BaTiO₃를 주성분으로 하는 유전체 자기 조성물에 [xBayMg(1-x-y)Ca]SiO₃(0.4x0.6, 0y0.1), ZnO 및 B₂O₃을 혼합한 부성분을 상기 조성물에 대하여 0.5~5 wt% 첨가되어 적층형 세라믹 콘덴서의 제조에 이용되는 내환원성 유전체 자기 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 의하여 소성온도가 1200

Description

내환원성 유전체 자기 조성물

제1도는 적층형 세라믹 콘덴서의 내부 구조도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 자기층 2 : 내부전극

3 : 외부전극

본 발명은 유전체 자기 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 BaTiO₃를 주성분으로 하는 유전체 자기 조성물에 [xBayMg(1-x-y)Ca]SiO₃(0.4x0.6, 0y0.1), ZnO 및 B₂O₃을 혼합한 부성분을 상기 조성물에 대하여 0.5~5 wt% 첨가되어 적층형 세라믹 콘덴서의 제조에 이용되는 내환원성 유전체 자기 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 적층형 세라믹 콘덴서는 세라믹 유전체 분말에 유기용제와 바인다를 혼합하여 그린시트를 제조한 후, 이에 내부전극으로 사용되는 도전성 페이스트를 인쇄, 적층하여 제1도와 같은 구조로 성형한 후, 일정한 온도에서 소성하고, 후에 외부전극을 내부 전극과 연결되도록 성형하여 제조되는데, 이에 사용되는 내부전극은 유전체 자기와 함께 소결해야 하기 때문에 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag)와 같은 귀금속이 사용되고 있다. 그러나 이와같은 귀금속은 고가이기 때문에, 필연적으로 적층형 자기 콘덴서의 제조비용을 높게 만든다.

그래서 상대적으로 가격이 싼 비금속(Bass Metal)을 내부전극으로 사용하고자 하는 시도가 진행되어 왔는데, 비금속은 고온에서 쉽게 산화되어, 전극의 역할을 할수 없으므로, 이를 방지하기 위해서는 환원분위기에서 소결을 해야하고, 이러한 환원분위기에서도, 환원되지 않는 내환원성 유전재료가 연구되었다.

미합중국 특허 제4,115,495호에는 환원분위기에서도 환원되지 않고, 높은 절연저항을 갖는 내환원성 자기 유전체 조성물을 제시하고 있으나 상기 조성물은 소결온도가 1320~1370로 높기 때문에 니켈을 주성분으로 하는 도전성 페이스트를 인쇄하여 환원분위기에서 소성하면, 도전성 페이스트중의 니켈입자가 성장하여 응집하고, 니켈이 자기유전체 내부로 확산되기 때문에, 만족할만한 특성의 적층형 세라믹 콘덴서를 제조하기가 어렵다. 또한 소결온도를 낮추기 위한 미합중국 특허 제 4,925,817호는 (BaCa)SiO₃를 BaTiO₃가 주성분인 조성에 첨가하여 저온소결을 꾀하였으나, 이러한 방법으로 제조된 적층 콘덴서는 굽힘강도(항절강도, Modulus of Rupture)가 약 1,000/로 약하기 때문에 회로 기판에 부착시 파손을 일으킬 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 소성온도가 1200이하이며, 환원분위기에서 소성하여도 환원되지 않을 뿐만 아니라, 높은 굽힘강도를 가지므로서 경제적인 비금속을 내부전극으로 하는 적층 세라믹 콘덴서 제조에 적합한 내환원성 유전체 자기조성물을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 BaTiO₃를 주성분으로 하는 유전체 자기 조성물에 [xBayMg(1-x-y)Ca]SiO₃(0.4x0.6, 0y0.1), ZnO 및 B₂O₃을 혼합한 부성분을 상기 조성물에 대하여 0.5~5 wt% 첨가되어 적층형 세라믹 콘덴서의 제조에 이용되는 내환원성 유전체 자기 조성물을 제조하였다. 상기에서 부성분은 [xBayMg(1-x-y)Ca]SiO₃70~93 wt%, ZnO 5~20wt% 및 B₂O₃가 2~10 wt%로 구성하였다.

본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 BaTiO₃를 주성분으로 하는 세라믹 조성물을 제조하기 위해서, 일반적으로 BaTiO₃에 SrTiO₃, MnCO₃, Nb₂O₅등를 첨가하여, 물과 함께 플래너터리 밀(planetary mill)을 사용하여 혼합한다. 상기 BaTiO₃가 주성분인 유전체 자기 조성물에, 부성분으로서 [xBayMg(1-x-y)Ca]SiO₃와 ZnO, B₂O₃의 혼합물을 상기 조성물에 대하여 0.5~5 wt% 첨가하여 혼합한다.

상기에서 부성분의 첨가량이 0.5wt% 미만이면 굽힘강도가 1,500/이하로 떨어지는 문제점이 발생하고, 5wt%를 초과하면 치밀한 소결체를 얻지 못하는 문제점이 발생한다.

그리고, 상기 부성분을 이루는 각 물질들의 함량은 [xBayMg(1-x-y)Ca]SiO₃(0.4x0.6, 0y0.1) 70~93 wt%, ZnO 5~20 wt% 및 B₂O₃가 2~10 wt%로 구성된다. 여기에서 상기 x의 범위를 벗어나면 용융시켜 유리상으로 제조하기가 어려우며, y의 범위를 벗어나면 절연저항이 급격히 감소하게 된다. 또한 ZnO 및 B₂O₃의 한정된 함량을 벗어나면 굽힘 강도의 약화가 생기는 단점이 있으며, [xBayMg(1-x-y)Ca]SiO₃함량이 상기 범위를 벗어나면 치밀한 소결체를 얻기가 어렵거나 유리상을 제조할 수 없는 문제점이 발생하게 된다.

또한, 상술한 바와같이 주성분인 BaTiO₃에 첨가되는 SrTiO₃, MnCO₃, Nb₂O₅등은 유전특성을 향상시키는 것으로서, 예를 들면 BaTiO₃에 대하여 각각 0.1~30㏖%, 0.01~20㏖%, 0.0001~11㏖% 첨가될 수 있다. 상기에서 Sr은 온도특성을 향상시켜주며, Mn은 절연저항의 값을 높이고, Nb는 유전율을 높여주는 역할을 한다.

하기 실시예 및 비교에는 본 발명을 좀 더 상세히 설명하기 위한 것이지 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1~12]

먼저 주성분을 제조하기 위하여 BaTiO₃에 SrTiO₃8㏖%, MnCO₃2㏖%, Nb₂O₅0.1㏖%를 첨가하여, 물과 함께 플래너터리 밀(planetary mill)을 사용하여, 2시간 동안 습식혼합하였다. 상기 혼합물을 건조시킨 후, 1,200에서 2시간 열처리하고, 다시 혼합시와 같은 조건으로 분쇄하였다.

다음에 부성분을 제조하는 것으로 하기 표 1의 조성과 같이 각 조성물들을 평량하여 주성분 제조시와 같은 조건하에서 습식혼합하여 건조시킨 후에 알루미나 도가니에 넣어 1,350에서 용융시킨 후, 물을 이용하여, 급냉시키고, 이를 1이하의 입도를 갖도록 습식 분쇄하여 사용하였다.

상기 준비된 주성분에 하기 표 1에 따른 부성분의 조성으로 첨가량에 따라 평량하고, 이에 유기용제와 유기바인다를 볼 밀(ball mill)을 사용하여 적당량 혼합하여 슬러리 상태로 만든다. 이렇게 제조된 슬러리를 닥터블레이드(Dr. Blade)를 이용한 테이프케스팅머신(Tape Casting Machine)을 사용하여, 두께가 약 25인 그린시트(green sheet)로 제조하였다. 상기 제조된 그린시트는 제1도의 구조를 갖도록 내부전극을 인쇄한 후, 적층하였는데, 이에 사용된 내부전극용 페이스트(paste)는 니켈분말과 유기용제, 유기바인더로 제조한 것을 사용하였다.

이렇게 제조된 적층칩은 대기 분위기중에서 600까지 100/hr의 속도로 가열하여 상기 유기바인다를 연소시킨 후, H₂와 N₂의 혼합기체를 사용한 환원 분위기에서 200/hr의 속도로 하기 표 1에 기재한 소성 온도까지 승온한 뒤, 소성 온도에서 2시간 유지시키고, 200/hr의 속도로 상온까지 냉각하여 적층 세라믹 콘덴서의 소결칩을 제조하였다.

이렇게 제조된 적층 세라믹 콘덴서의 소결칩은 외부전극(3)을 형성하기 위하여, 내부전극(2)이 드러난 소결체의 측면에, 상온용 은 페이스트(Ag paste)를 도포한 후 건조하여 적층형 세라믹 콘덴서를 제조하였다.

[비교예 1~17]

상기에서 하기 표 1에 기재한 대로 각 부성분의 함량과 주성분에 대한 첨가량 및 소성온도를 사용한것을 제외하고는 상기 실시예 1~12와 동일한 방법으로 슬러리를 제조하여 그린시트로 제조하였다. 또한 상기 실시예 1~12에 기재한 것과 동일한 환경과 조건하에서 적층 세라믹 콘덴서의 소결칩을 제조한 후 외부전극(3)을 형성하기 위하여, 내부전극(2)이 드러난 소결체의 측면에, 상온용 은 페이스트를 도포한 후 건조하여 적층형 세라믹 콘덴서를 제조하였다.

이렇게 제조된 상기 실시예 및 비교예의 적층 세라믹 콘덴서의 유전특성은 상온에서 LCR 미터를 이용하여 유전율을 측정하였고, 절연저항은 고저항미터를 사용하여, DC 50V를 1분간 인가한 후 측정하였으며, 굽힘강도는 곡강도(항절강도) 측정기(MOR tester)를 이용하여, 적층 자기 콘덴서가 파괴될 때의 하중을 측정하여 아래와 같은 식으로 산출하여 그 결과치를 하기 표 1에 기재하였다.

여기서, P는 자기 콘덴서가 파괴될 때의 하중()이고,

L은 자기콘덴서의 강도 측정 거리(㎝)이며,

b는 자기 콘덴서의 폭(㎝)이고,

d는 자기 콘덴서의 두께(㎝)이다.

상기 표에서 알 수 있듯이 비교예 1~8번은 부성분에 ZnO와 BO가 포함되지 않아, 부성분의 유리상을 제조하기 어렵거나, 굽힘강도가 1,000/정도로 낮았으며 ZnO와 B₂O₃이 본 발명의 조성범위를 벗어나는, 비교예 9~12는 치밀한 소결체를 얻을 수 없거나, 굽힘강도가 낮게 된다. 또한, 부성분의 첨가량이 0.5 wt.%보다 낮은 비교예 13은 굽힘강도가 낮아지고, 5 wt%보다 큰 비교예 14는 치밀한 소결체를 얻을 수 없었다.

한편, x, y값에 대한 제한은, 비교예 15~17에서 나타나는 것처럼, x가 0.4보다 낮거나 0.6보다 큰 조성은 부성분을 유리상으로 만드는 것이 어려우며, y의 값이 0.1보다 크게 되면, 절연저항의 약화를 초래하게 된다.

따라서 본 발명에 의하여 소성온도가 1200이하이며, 환원분위기에서 소성하여도 환원되지 않을 뿐만 아니라, 높은 굽힘강도를 가지므로서 경제적인 비금속을 내부전극으로 하는 적층 세라믹 콘덴서 제조에 적합한 가장 바람직한 내환원성 유전체 자기조성물을 제공할 수 있었다.

Claims (3)

1. BaTiO₃를 주성분으로 하는 유전체 자기 조성물에 있어서, [xBayMg(1-x-y)Ca]SiO₃, ZnO 및 B₂O₃을 혼합한 부성분이 상기 조성물에 대하여 0.5~5 wt% 첨가된 것을 특징으로 하는 내환원성 유전체 자기 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 부성분은 [xBayMg(1-x-y)Ca]SiO₃70~93 wt%, ZnO 5~20 wt% 및 B₂O₃가 2~10 wt%로 이루어진 것을 특징으로 하는 내환원성 유전체 자기 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 x 및 y의 범위는 0.4x0.6, 0y0.1인것을 특징으로 하는 내환원성 유전체 자기 조성물.