KR100271726B1 - 세라믹 조성물 및 이 세라믹 조성물로 제조된 적층 세라믹커패시터 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 적층 세라믹 커패시터는, 하기의 화학식 1의 조성:
(식중에서,
Re2O3는 Y2O3, Tb2O3, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3및 Yb2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종이며;
α, β, m, x 및 y는 다음과 같다.
0.0025 ≤ α ≤ 0.025
0.0025 ≤ β ≤ 0.05
β/α ≤ 4
0 ≤ x ＜ 1.0
0 ≤ y ＜ 1.0
0 ≤ x + y ＜ 1.0
1.000 ＜ m ≤ 1.035)
을 갖는 주성분(100몰)에 대하여, 제 2 성분으로서 산화 마그네슘(MgO)을 0.1∼3.0몰의 양으로 함유하며; 상기한 주성분과 상기한 산화마그네슘의 합계 100중량부에 대하여, Al2O3-MO-B2O3계(MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO 및 MnO에서 선택된 적어도 1종의 산화물이다)의 산화물 유리를 0.2∼3.0중량부의 양으로 함유하는 재료로 구성된다.
Description
본 발명은 세라믹 조성물 및 이 세라믹 조성물로 제조된 전자기계 및 전자기구에 사용하는 적층 세라믹 커패시터(multilayer ceramic capacitor)에 관한 것으로, 보다 상세히하면, 니켈 또는 니켈 합금으로 구성된 내부전극을 구비한 적층 세라믹 커패시터에 관한 것이다.
종래에, 적층 세라믹 커패시터는 하기의 단계로 이루어진 공정으로 제조되었다. 먼저, 표면에 나중에 내부전극으로 전환될 재료를 시트 형상으로 도포한 유전체 세라믹 재료를 준비한다. 이 유전체 세라믹 재료는 BaTiO3를 주성분으로 이루어진다. 다음으로, 도포된 여러장의 시트를 적층하며 열압착하여 일체화로 형성한다. 이렇게 얻어진 적층체를 자연 분위기 중에서 1250∼1350℃로 소성하여, 내부전극을 구비한 유전체 세라믹층의 적층체를 얻는다. 마지막으로, 적층체의 단면에, 내부전극과 교통하는 외부전극을 소결하여, 적층 세라믹 커패시터를 얻었다.
상술한 제조공정에는 하기의 두 조건을 만족하는 재료로 제조된 내부전극이 필요하다.
1. 유전체 세라믹 재료와 내부전극이 동시에 소성되므로, 유전체 세라믹 재료의 소성온도 이상의 융점을 갖어야 한다.
2. 산화성의 고온 분위기 중에서도 산화되지 않아야 하며, 유전체 세라믹 재료와 반응하지 않아야 한다.
종래에는, 상기 조건을 만족하는 전극으로 백금, 금, 팔라듐, 은-팔라듐 합금 등의 귀금속을 사용하였다. 그러나, 상기한 전극 재료는 특성은 우수한 반면에, 고가이다. 이로 인해, 적층 세라믹 커패시터의 가격에서 전극 재료비가 차지하는 부분이 상당하여, 제조가를 상승시키는 주요 요인이 되고 있다.
귀금속 이외에, Ni, Co, W, Mo 등의 비금속(base metal)도 높은 융점을 갖고 있다. 그러나, 이런 비금속은 고온의 산화성 분위기에서는 용이하게 산화되어, 전극으로서의 역할 수행에 실패한다. 그러므로, 이런 비금속들을 적층 세라믹 커패시터의 내부전극으로 사용하기 위해서는, 비금속을 유전체 세라믹과 함께 중성 또는 환원성 분위기 중에서 소성시킬 필요가 있다. 그러나, 종래의 유전체 세라믹 재료는 이러한 중성 또는 환원성 분위기에서 소성되는 경우, 과도하게 환원되어 반도체화되는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 일본특허 공고 1982-42588호 및 일본특허 공개공보 1986-101359호에 개시되어 있는 바와같이, 새로운 유전체 세라믹 재료가 제안되고 있다. 첫 번째는 티탄산바륨 고용체에서, 바륨 사이트/티타늄 사이트의 비가 화학양론비를 상당히 초과하는 특징이 있다. 두 번째는 티탄산바륨 고용체에 La2O3, Nd2O3, Sm2O3, Dy2O3, Y2O3등의 희토류 산화물을 첨가하는 특징이 있다.
또한, 일본특허 공개 1987-256422호 공보 및 일본특허 공고 1986-14611호 공보에 개시되어 있는 바와같이, 유전율의 온도 변화가 적은 새로운 유전체 세라믹 재료가 제안되고 있다. 첫 번째는 BaTiO3-CaZrO3-MnO-MgO계 조성을 갖으며, 두 번째는 BaTiO3-(Mg, Zn, Sr, Ca)O-B2O3-SiO2계 조성을 갖는다.
이 유전체 세라믹 재료들은 환원성 분위기에서 소성하여도 반도체화 되지 않으므로, 내부전극으로 니켈 등의 비금속을 사용하는 적층 세라믹 커패시터를 제조하는 것이 가능하다.
최근의 전자공학의 발전으로, 전자 부품의 소형화가 급격히 진행되고 있으며, 이에 부응하여 적층 세라믹 커패시터도 소형화, 대용량화와 함께 유전체 세라믹재료의 유전율의 증가 및 세라믹층의 두께가 박층화되는 경향이 두드러진다. 이것은, 고유전율울 갖으며, 유전율의 온도 변화가 작은 고신뢰성의 유전체 세라믹 재료에 대한 요구를 증대시키고 있다.
세라믹재료에 대한 고유전율의 요구는, 일본특허 공고 1982-42588로 공보 및 일본특허 공개 1986-101359호 공보에 개시되어 있는 상술한 유전체 세라믹 재료로 만족된다. 그러나, 이 유전체 세라믹 재료들은 유전체 세라믹층의 두께를 10㎛ 이하로 박층화하는 경우, 하나의 층에 존재하는 세라믹 결정 입자의 수가 감소되어, 결정입자의 크기가 상당히 큰 유전체 세라믹을 생성하여, 신뢰성을 저하시킨다는 문제점이 있다. 게다가, 유전율의 온도 변화가 상당하여, 아직 시장에서 받아들여지지 않고 있다.
이 문제점들은, 유전율이 비교적 높고, 얻어지는 세라믹 적층체의 결정 입자들이 작으며 유전율의 온도 변화가 작은 일본특허 공개 1987-256422호 공보에 기개되어 있는 유전체 세라믹 재료로 해결된다. 그러나, CaZrO3와 소성 과정에서 생성되는 CaTiO3가 Mn 등과 함께 용이하게 2차상을 생성하기 때문에, 고온에서 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
일본특허 공고 1986-14611호 공보에 기재되어 있는 상술한 유전체 세라믹 재료로, 유전율이 2000∼2800인 유전체 세라믹을 제조하므로, 소형의 대용량인 적층 세라믹 커패시터의 제조가 어렵다는 문제점이 있다. 게다가, 이 재료는 온도 범위 -55℃∼125℃의 온도 범위에서 정전용량의 변화율을 ±15% 이내로 제공한다는 EIA (Electronic Industries Association) 규격에서 규정한 X7R 특성규격을 만족하지 못한다는 문제가 있다.
또한, 일본특허 공개 1988-103861호에는 비환원성 유전체 세라믹이 개시되어 있다. 이 세라믹은 절연저항 및 용량의 온도변화율이 BaTiO3가 주성분인 결정입자의 크기에 큰 영향을 받는다는 문제점이 있다. 이것은 안정한 특성에 대한 제어를 어렵게 한다. 또한, 이 세라믹은 절연저항을 정전용량과의 곱(product), CR곱으로 표현하는 경우에, 1000∼2000㏁·㎌ 이므로 실질적으로 사용하지 못한다.
상술한 문제점들을 해결하기 위하여, 일본특허 공개 1993-9066호, 1993-9067호 및 1993-9068호에 기재된 다양한 조성이 제안되었다. 그러나, 상기한 조성들은 신뢰성 뿐만 아니라 소형화, 대용량 및 박층화에 대한 최근의 엄격한 요구를 만족시키지 못한다.
그러나, 소정의 정격전압으로 유전체 세라믹층을 간단히 박층화하는 경우에는, 매층마다 전계강도가 증가하며, 실온과 고온에서 절연저항이 낮아지므로, 신뢰성이 현저히 저하된다. 그러므로, 종래의 유전체 세라믹 재료의 경우에는, 유전체 세라믹층을 박층화할 때는 정격전압을 보다 낮출 필요가 있다.
따라서, 유전체 세라믹층을 박층화하여도 정격전압을 유지하며, 고전계강도 하에서도 절연저항이 높은 신뢰성이 우수한 적층 세라믹 커패시터를 제공할 필요가 있다.
한편, 소형의 대용량인 적층 세라믹 커패시터의 경우에는, 표면 실장을 용이하게 하기 위해서 도전성 금속분말로부터 소성형성된 외부전극과 도금막을 도포하는 것이 일반적이다.
도금막의 형성방법은, 전해도금법이 일반적이다. 그러나, 적층 세라믹 커패시터를 도금액 중에 침전시켜 도금피막을 형성할 때, 전극에서 도전성 금속분말을 소성시켜 발생된 미세한 공간에 도금액이 침윤되어, 내부전극과 유전체 세라믹층 사이의 경계면에 도금액이 이르게 되므로, 신뢰성의 저하를 초래하는 문제가 일어난다.
본 발명의 목적은 유전율이 3000 이상이며, 절연저항을 정전용량과의 곱(product)이라는 용어 즉, CR곱으로 표현하는 경우에, 2㎸/㎜에서의 실온 및 125℃에서 절연저항이 6000㏁·㎌ 이상 및 2000㏁·㎌ 이상이며, 2㎸/㎜에서의 실온 및 125℃에서 절연저항이 2000㏁·㎌ 이상 및 500㏁·㎌ 이상이며, 정전용량의 온도변화가 JIS규격(Japanese Industrial Standards)에서 규정한 B 특성과 EIA 규격에서 규정한 X7R 특성을 만족하며, 외부전극에 도금층을 형성할 때에도 높은 신뢰성을 유지하는 저가의 소형인 대용량의 적층 세라믹 커패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 특징은 다수의 유전체 세라믹층; 상기한 세라믹층의 각 모서리가 상기한 유전체 세라믹층의 양단면에 노출되도록 상기한 유전체 세라믹층들의 사이에 형성되는 다수의 내부전극; 및 상기한 노출된 다수의 내부전극에 전기적으로 접속되는 외부전극을 포함하는 적층 세라믹 커패시터로서; 상기한 유전체 세라믹층은, 불순물로서 알칼리 금속 산화물을 0.02중량％ 이하 함유한 티탄산바륨, 산화이트륨, 산화테르붐, 산화디스프로슘, 산화홀뮴, 산화에르븀 및 산화이테르븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종, 및 산화망간, 산화코발트 및 산화니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종으로 이루어지며; 하기의 화학식 2의 조성:
(식중에서,
Re2O3는 Y2O3, Tb2O3, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3및 Yb2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종이며;
α, β, m, x 및 y는 다음과 같다.
0.0025 ≤ α ≤ 0.025
0.0025 ≤ β ≤ 0.05
β/α ≤ 4
0 ≤ x ＜ 1.0
0 ≤ y ＜ 1.0
0 ≤ x + y ＜ 1.0
1.000 ＜ m ≤ 1.035
을 갖는 주성분 100몰에 대하여, 제 2 성분으로서 산화 마그네슘을 MgO로 환산하여 0.1∼3.0몰의 양으로 함유하며, 상기한 적층 세라믹 커패시터는 상기한 주성분과 상기한 산화마그네슘의 합계 100중량부에 대하여, Al2O3-MO-B2O3계(MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO 및 MnO에서 선택된 적어도 1종의 산화물이다)의 산화물 유리를 0.2∼3.0중량부의 양으로 함유하는 재료로 구성되며; 상기한 내부전극들은 니켈이나 니켈합금으로 구성되는 특징이 있는 적층 세라믹 커패시터를 제공한다.
본 발명의 제 2 특징은, 상기한 Al2O3-MO-B2O3계(MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO 및 MnO에서 선택된 적어도 1종의 산화물이다)의 산화물유리가 {Al2O3, MO, B2O3}의 삼각도(단위: 몰%)로 형성될 때, 하기에 한정된
A (1, 14, 85)
B (20, 10, 70)
C (30, 20, 50)
D (40, 50, 10)
E (20, 70, 10)
F (1, 39, 60)
의 6개의 점을 연결한 6개의 직선으로 둘러싸인 영역 내부와 그 직선 상에 있는 적층 세라믹 커패시터를 제공한다.
본 발명의 제 3 특징은, 상기한 외부전극이 도전성 금속분말 또는 유리 프릿(glass frit)을 첨가한 도전성 금속분말의 소결층으로 구성되는 적층 세라믹 커패시터를 제공한다.
본 발명의 제 4 특징은, 상기한 외부전극이 도전성 금속분말 또는 유리프릿을 첨가한 도전성 금속분말의 소결층으로 구성된 제 1 층과, 상기한 제 1층 상에 형성된 도금층으로 된 제 2 층으로 구성되는 적층 세라믹 커패시터를 제공한다.
본 발명의 제 5 특징에서, 불순물로서 알칼리 금속 산화물을 0.02중량％ 이하 함유한 티탄산바륨, 산화이트륨, 산화테르붐, 산화디스프로슘, 산화홀뮴, 산화에르븀 및 산화이테르븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종, 및 산화 망간, 산화 코발트 및 산화 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 세라믹 조성물로서; 하기의 화학식 3의 조성:
(식중에서,
Re2O3는 Y2O3, Tb2O3, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3및 Yb2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종이며;
α, β, m, x 및 y는 다음과 같다.
0.0025 ≤ α ≤ 0.025
0.0025 ≤ β ≤ 0.05
β/α ≤ 4
0 ≤ x ＜ 1.0
0 ≤ y ＜ 1.0
0 ≤ x + y ＜ 1.0
1.000 ＜ m ≤ 1.035
을 갖는 주성분 100몰에 대하여, 유전체 세라믹층은 제 2 성분으로서 산화마그네슘을 MgO로 환산하여 약 0.1∼3.0몰의 양으로 함유하며, 상기한 주성분과 상기한 산화마그네슘의 합계 100중량부에 대하여, Al2O3-MO-B2O3계(MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO 및 MnO에서 선택된 적어도 1종의 산화물이다)의 산화물 유리를 0.2∼3.0중량부의 양으로 함유한 재료를 포함하는 세라믹 조성물을 제공한다.
본 발명의 제 6 특징은, 상술한 바와 같이, 상기한 Al2O3-MO-B2O3계(MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO 및 MnO에서 선택된 적어도 1종의 산화물이다)의 산화물 유리가 {Al2O3, MO, B2O3}의 삼각도(단위: 몰%)로 형성될 때, 하기에 한정된
A (1, 14, 85)
B (20, 10, 70)
C (30, 20, 50)
D (40, 50, 10)
E (20, 70, 10)
F (1, 39, 60)
의 6개의 점을 연결한 6개의 직선으로 둘러싸인 영역 내부와 그 직선 상에 있는 세라믹 조상물을 제공한다.
이하에서 본 발명의 구현예들을 기술한다.
본 발명에 따른 적층 세라믹 커패시터에서는, 유전체 세라믹층이, 티탄산바륨, 산화이트륨, 산화테르붐, 산화디스프로슘, 산화홀뮴, 산화에르븀 및 산화이테르븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종, 산화망간, 산화코발트 및 산화니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종, 및 Al2O3-MO-B2O3계(여기에서, MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO 및 MnO로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 나타낸다)의 산화물유리의 적어도 1종으로 제조되는 특징이 있다. 이 유전체 세라믹 재료를 환원성 분위기에서도 특성이 악화되지 않게 소성시킬 수 있다. 이렇게 형성된 적층 세라믹 커패시터는, 정전용량의 온도 특성이 JIS 규격에서 규정한 B 특성과 EIA 규격에서 규정한 X7R 특성을 만족하며, 또한, 실온 및 고습의 강한 전계에서도 절연저항이 높아, 신뢰성이 매우 우수하다.
얻어진 유전체 세라믹층의 결정 입자는 직경이 1㎛ 미만이며, 1개의 유전체 세라믹층 중에 존재하는 결정입자의 수를 증가시킬 수 있다. 이것은, 신뢰성을 저하시키지 않고, 적층 세라믹 커패시터의 유전체 세라믹층의 두께를 박층화시키는 것을 가능하게 한다.
상술한 바와 같이, 유전체 세라믹층은 티탄산바륨, 산화이트륨, 산화테르붐, 산화디스프로슘, 산화홀뮴, 산화에르븀 및 산화이테르븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종, 및 산화망간, 산화코발트 및 산화니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유한 유전체 세라믹 재료를 주성분으로 제조된다. 적층 세라믹 커패시터의 전기적 특성은 티탄산바륨에서의 불순물의 양에 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있다. 이러한 불순물로, SrO, CaO 등의 알칼리토류 금속산화물, Na2O, K2O 등의 알칼리 금속산화물 및 Al2O3, SiO2등의 또 다른 산화물을 함유한다. 상기의 불순물 중에서, 알칼리 금속산화물의 영향이 가장 크다. 다시 말해, 3000 이상의 유전율은 불순물로 0.02중량% 이하의 알칼리 금속 산화물을 함유한 티탄산바륨을 사용하여 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.
유전체 세라믹층 중에 Al2O3-MO-B2O3계(MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO 및 MnO에서 선택된 적어도 1종의 산화물이다)를 주성분으로 이루어진 산화물유리를 첨가하면, 소결성이 향상되며 내도금성(resistance plating)이 향상된다는 것을 확인하였다.
상술한 유전체 세라믹 재료를 사용하여 형성한 유전체 세라믹층은, 표면실장에 대해 안정하며, 정전용량의 온도변화가 작으며, 신뢰성이 우수한 소형의 대용량인 적층 세라믹 커패시터를 실현시킬 수 있다. 또한, 이 적층 세라믹 커패시터가, 니켈 또는 니켈 합금을 소량의 세라믹 분말과 혼합하여 만들어진 내부전극을 구비할 수 있다.
외부전극의 조성은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, Ag, Pd, Ag-Pd, Cu, Cu 합금 등의 도전성 분말을 소결시킨 층으로 형성될 수 있다. 이 도전성 금속분말은 B2O3-Li2O-SiO2-BaO계 유리프릿, B2O3-SiO2-BaO계 유리프릿, B2O3-SiO2-ZnO계 유리프릿, Li2O-SiO2-BaO계 유리프릿 등과 혼합될 수 있다. 도전성 금속 분말과 유리 프릿에, 세라믹 분말을 소량 첨가할 수 있다. 바람직하게는, 이 외부전극의 소결층에, Ni, Cu, Ni-Cu 합금 등을 도금층을 도포하며, 또한, 납땜 주석 등의 도금층을 도포할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 한 구현예에 따른 적층 세라믹 커패시터를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 구현예에 따른 내부전극이 설치된 유전체 세라믹층의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 한 구현예에 따른 세라믹 적층체의 분해 사시도이다.
도 4는 Al2O3-MO-B2O3계의 산화물 유리의 조성 범위를 한정하는 (Al2O3, MO, B2O3)의 3성분 조성도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
1 : 적층 세라믹 커패시터 2 : 유전체 세라믹층
2a : 내부전극을 갖지 않는 유전체 세라믹층
2b : 내부전극을 갖는 유전체 세라믹층
3 : 세라믹 적층체
4 : 내부전극 5 : 외부전극
6 : 제 1 도금층 7 : 제 2 도금층
이하, 하기의 실시예들을 참조하여, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하며, 이것은 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명은 첨부한 도면에 나타낸 적층 세라믹 커패시터에 구현된다. 도 1은 적층 세라믹 커패시터를 나타내는 개략 단면도이다. 도 2는 내부전극을 구비한 유전체 세라믹층을 나타내는 개략 평면도이다. 도 3은 세라믹층의 적층체를 나타내는 분해 사시도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 속하는 적층 세라믹 커패시터 1은, 세라믹층의 적층체 3(이것은 다수개의 유전체 세라믹층 2a, 2b와, 그들 사이에 삽입된 내부전극 4를 적층시킴으로서 형성된다)과, 외부층들 5와, 구리등으로 된 제 1 도금층 6 및 외부전극 5 위에 연속적으로 모두 형성된 주석 등으로 된 제 2 도금층 7로 구성된 직사각형의 평행에피페딕(parallelepipedic) 칩형이다.
다음은 본 발명에 속하는 적층 세라믹 커패시터의 제조공정 순서이다.
첫째로, 세라믹층의 적층체 3은 하기의 방법으로 구성된다. 원료분말의 슬러리는, 티탄산바륨; 산화이트륨, 산화테르븀, 산화디스프로슘, 산화홀뮴, 산화에르븀 및 산화이테르븀에서 선택된 적어도 1종의 희토류 금속; 산화망간, 산화코발트 및 산화니켈에서 선택된 적어도 1종의 산화물; 산화마그네슘; 및 Al2O3-MO-B2O3(MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO 및 MnO에서 선택된 적어도 한 종류의 산화물이다)를 주성분으로 하여 구성된 산화물 유리로부터 제작된다. 이 슬러리는 유전체 세라믹층 2(그린 시트)로 제작된다. 그린시트의 한측에는, 스크린 인쇄법 또는 진공 증착 또는 도금법에 의해 니켈 또는 니켈 합금으로 된 내부전극 4가 형성된다. 이 단계를 도 2에 나타낸다.
둘째로, 도 3에 나타낸 바와 같이, (내부전극 4를 구비한) 유전체 세라믹층 2b가 필요한 수 만큼 적층되고, (내부전극 4를 구비하지 않는) 두 개의 유전체 세라믹층들 2a간에 압박된다. 그 후에, 유전체 세라믹층들 2a, 2b, ..., 2b, 2a의 적층체는 소정의 온도에서 환원성 분위기 중에서 소성된다. 이렇게 하여, 세라믹층의 적층체 3이 얻어진다.
셋째로, 세라믹층의 적층체 3의 단면에는, 내부전극들 4와 접속하는 방식으로 두 개의 외부전극들 5가 형성된다.
외부전극 5는 내부전극 4와 동일한 재료로 형성될 수 있다. 또한, 분말 상의 은, 팔라듐, 은-팔라듐 합금, 구리, 구리 합금등으로부터 형성될 수 있다. 이 금속분말은 B2O3-SiO2-BaO계, Li2O-SiO2-BaO계 등의 유리프릿과 혼합될 수 있다. 적층 세라믹 커패시터가 어디에 어떻게 사용되느냐에 따라, 적당한 재료를 선택할 수 있다.
외부전극 5는, 소성된 세라믹층의 적층체 3에 페이스트상의 도전성 금속분말을 도포한 후 소결함으로써 형성된다. 또한, 외부전극 5는, 소성전에 세라믹층의 적층체 3에 도전 페이스트를 도포하고, 세라믹층의 적층체 3과 동시에 페이스트를 소성시킴으로써, 형성될 수도 있다. 그런 다음, 외부전극 5는, 니켈, 구리등으로 도금함으로써, 제 1 도금층 6으로 피복된다. 마지막으로, 제 1 도금층 6은, 주석등으로의 도금에 의한 제 2 도금층 7로 또한, 피복된다. 이 방법으로, 칩형태의 적층 세라믹 커패시터 1이 얻어진다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예들을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
(실시예 1)
출발원료로서 다양한 순도의 TiCl4및 Ba(NO3)2를 칭량하였다. 이들을 옥살산과 반응시켜서, 티타늄 바륨 옥살레이트(Titanium barium oxalate; BaTiO(C2O4)·4H2O)의 침전물을 얻었다. 이 침전물을 1000℃ 이상에서 열분해시켰다. 그러므로, 표 1에 나타낸 바와 같이, 네 종류의 티탄산바륨(BaTiO3)을 합성하였다.
| BaTiO3의 종류 | 불순물 함유량(중량%) | 평균입자직경(㎛) | ||||
| 알칼리 금속 산화물 | SrO | CaO | SiO2 | Al2O3 | ||
| A | 0.003 | 0.012 | 0.001 | 0.010 | 0.005 | 0.60 |
| B | 0.020 | 0.010 | 0.003 | 0.019 | 0.008 | 0.56 |
| C | 0.012 | 0.179 | 0.018 | 0.155 | 0.071 | 0.72 |
| D | 0.062 | 0.014 | 0.001 | 0.019 | 0.004 | 0.58 |
0.25Al2O3-0.17BaO-0.03MnO-0.55B2O3(몰비)의 조성물에 따라서, 산화물과, 탄산염, 또는 수산화물 형태의 각각의 성분을 칭량하였다. 칭량된 재료를 혼합하고, 분쇄한 후, 건조시켜, 분말을 얻었다. 이 분말을 백금 도가니에서 1400℃로 가열용융시켰다. 급냉 및 분쇄 후, 평균 입자 직경이 1㎛ 이하인 분말상의 산화물 유리를 얻었다.
하기의 출발재료분말을 신속하게 제작하였다.
·티탄산 바륨의 Ba/Ti의 몰비(m)를 조정하기 위한 BaCO3
·각각 99% 이상의 순도를 갖는 Y2O3, Tb2O3, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Yb2O3, MnO, NiO, CoO, 및 MgO
이들을 표 2에 나타낸 조성물에 따라 다양한 비율로 상술한 산화물 유리분말과 혼합하였다.
| 시료번호 | (1－α－β){BaO}m·TiO2＋αRe2O3＋β(Mn1－x－yNixCoy)O | MgO(몰) | 산화물유리(중량부) | ||||||||||||
| BaTiO3의종류 | Re | α | β | x | y | β/α | m | ||||||||
| Y | Tb | Dy | Ho | Er | Yb | ||||||||||
| 1＊ | A | - | - | - | - | - | - | - | 0.0100 | 0.4 | 0.4 | - | 1.010 | 1.00 | 0.80 |
| 2＊ | A | - | - | 0.010 | - | 0.0025 | - | 0.0125 | - | - | - | - | 1.010 | 1.00 | 0.80 |
| 3＊ | A | - | - | 0.010 | - | 0.0025 | - | 0.0125 | 0.0100 | 0.4 | 0.4 | 4/5 | 0.990 | 1.00 | 0.80 |
| 4＊ | A | 0.0125 | - | - | - | - | - | 0.0125 | 0.0100 | 0.4 | 0.4 | 4/5 | 1.000 | 1.00 | 0.80 |
| 5＊ | A | - | 0.0075 | 0.0050 | - | - | - | 0.0125 | 0.0125 | 0.4 | 0.4 | 1 | 1.010 | - | 0.80 |
| 6＊ | A | - | - | 0.010 | - | - | - | 0.0100 | 0.0100 | 0.4 | 0.4 | 1 | 1.010 | 1.00 | - |
| 7 | A | - | - | 0.0025 | - | - | - | 0.0025 | 0.0025 | 0.3 | 0.2 | 1 | 1.005 | 0.50 | 0.20 |
| 8 | A | - | 0.0050 | 0.0050 | - | - | - | 0.0100 | 0.0120 | 0.3 | 0.2 | 6/5 | 1.010 | 1.00 | 0.80 |
| 9 | A | - | 0.0075 | - | - | - | 0.0050 | 0.0125 | 0.0075 | - | 0.9 | 3/5 | 1.010 | 2.00 | 0.80 |
| 10 | A | 0.0010 | - | 0.0080 | - | - | - | 0.0090 | 0.0100 | 0.2 | 0.6 | 10/9 | 1.015 | 1.50 | 1.00 |
| 11 | A | 0.0040 | - | 0.0040 | - | - | - | 0.0080 | 0.0080 | 0.9 | - | 1 | 1.010 | 1.50 | 1.00 |
| 12 | C | - | - | 0.0150 | 0.0100 | - | - | 0.0250 | 0.0500 | 0.5 | 0.4 | 2 | 1.005 | 1.00 | 2.00 |
| 13 | B | - | 0.0030 | - | - | - | - | 0.0030 | 0.0030 | 0.4 | 0.5 | 1 | 1.010 | 3.00 | 3.00 |
| 14 | A | - | - | 0.0100 | - | - | - | 0.0100 | 0.0050 | - | - | 1/2 | 1.010 | 1.00 | 1.00 |
| 15 | A | 0.0040 | - | 0.0020 | - | - | - | 0.0060 | 0.0240 | 0.4 | 0.4 | 4 | 1.035 | 0.10 | 1.50 |
| 16 | A | - | - | 0.0080 | - | 0.0120 | - | 0.0200 | 0.0040 | 0.2 | 0.4 | 1/5 | 1.015 | 2.00 | 1.00 |
| 17＊ | A | - | - | - | 0.0100 | - | 0.0200 | 0.0300 | 0.0150 | 0.4 | 0.4 | 1/2 | 1.010 | 2.00 | 1.00 |
| 18＊ | A | - | - | 0.0100 | 0.0100 | - | - | 0.0200 | 0.0800 | 0.4 | 0.4 | 4 | 1.010 | 1.00 | 0.80 |
| 19＊ | A | - | - | 0.0100 | - | - | - | 0.0100 | 0.0100 | 1.0 | - | 1 | 1.010 | 1.00 | 0.80 |
| 20＊ | A | 0.0100 | - | - | - | - | - | 0.0100 | 0.0100 | - | 1.0 | 1 | 1.010 | 1.00 | 0.80 |
| 21＊ | A | - | - | 0.0050 | - | - | - | 0.0050 | 0.0500 | 0.3 | 0.3 | 10 | 1.010 | 1.00 | 0.80 |
| 22＊ | A | 0.0100 | - | - | - | - | - | 0.0100 | 0.0050 | 0.3 | 0.3 | 1/2 | 1.050 | 1.00 | 1.00 |
| 23＊ | A | 0.0100 | - | - | - | - | - | 0.0100 | 0.0050 | 0.3 | 0.3 | 1/2 | 1.010 | 5.00 | 1.50 |
| 24＊ | A | - | - | - | 0.0100 | - | - | 0.0100 | 0.0050 | 0.3 | 0.3 | 1/2 | 1.010 | 1.00 | 5.00 |
| 25＊ | D | - | - | 0.0100 | - | - | - | 0.0100 | 0.0050 | 0.3 | 0.3 | 1/2 | 1.010 | 1.00 | 0.80 |
얻은 혼합물을 바인더(폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral) 등의) 및 유기용매(에탄올(ethanol) 등의)와 볼밀로 혼합하여, 세라믹 슬러리를 얻었다. 이 세라믹 슬러리는 닥터 블레이드법(doctor blade process)에 의해 시트로 형성되었다. 그러므로, 두께 11㎛의 직사각형의 그린 시트를 얻었다. Ni계 도전 페이스트를 인쇄법에 의해 그린 시트에 도포하여, 그 후에 내부전극을 구성하는 도전 페이스트층을 형성하였다.
각각 도전성 페이스트층이 형성된 다수개의 세라믹 그린시트를 한 시트의 도전성 페이스트가 인출되어 있는 측이 다른 시트의 도전성 페이스트가 인출되어 있지 않은 측과 교대되도록 적층하였다. 이렇게 하여 적층체를 얻었다. 이 적층체를 350℃에서, 질소 분위기 중에서 가열하여, 바인더를 소성시켰다. 그런 다음, 이것을 산소분압이 10-9~10-12MPa인 H2-N2-H2O 기체로 구성된 환원성 분위기 중에서, 표 3에 나타낸 다양한 온도에서, 2시간 동안, 소성하였다. 이렇게 하여, 세라믹 소결체를 얻었다.
세라믹 소결체의 표면을 주사형 전자 현미경(scanning electron microscope; 배율: 1500) 하에서 검사하여, 입자의 크기를 측정하였다.
소성후, 소결체의 양단면을 B2O3-Li2O-SiO2-BaO계의 유리프릿을 함유하는 은 페이스트로 도포하였다. 은 페이스트를 600℃에서 질소 분위기 중에서 소성하여, 내부전극과 전기적으로 접속하는 외부전극을 형성하였다.
이렇게 하여 얻은 적층 세라믹 커패시터는 폭이 1.6㎜, 길이가 3.2㎜, 두께가 1.2㎜(외형치수에서)이며, 내부전극들 간의 유전체 세라믹층의 두께는 8㎛이다.
유효 유전체 세라믹층의 총수는 19이며, 층당 대향하는 전극의 면적은 2.1㎟이다.
적층 세라믹 커패시터의 시료의 전기적 특성을 시험하였다. 정전용량(C)와 유전체 손실(tan δ)를 1 ㎑의 주파수, 1 Vrms, 25℃에서, 자동 브리지타입식 측정기(automatic bridge-type meter)를 사용하여 측정하였고, 유전율(ε)를 정전용량으로부터 계산하였다.
절연저항(R)은 25℃ 및 125℃에서, 절연저항측정계(insulation resistance meter)를 사용하여, 16V의 직류전압을 2분 동안 인가함으로써 측정하였다. 정전용량(C)와 절연저항(R)과의 적(CR)을 얻었다.
20㎸/㎜의 전계에서의 절연저항(R)을, 25℃ 및 125℃에서, 160V의 직류전압을 2분 동안 인가하여 측정하였고, 적(CR)을 얻었다.
온도변화에 대한 정전용량의 변화율을 측정하였다.
결과를 ΔC/C20℃와, ΔC/25℃ 및 ｜ΔC/C25℃｜max에 관하여 나타낸다. 첫 번째 것은 20℃에서의 정전용량을 기준으로한 －25℃와 85℃에서의 변화율이다. 두 번째 것은 25℃에서의 정전용량을 기준으로한 －55℃와 125℃에서의 변화율이다. 세 번째 것은 －55℃~125℃의 범위내에서의 최대 변화율의 절대값이다.
게다가, 적층 세라믹 커패시터의 시료는 고온부하 수명 시험용이다. 시험은 100V의 직류 전압을 36개의 시편에 150℃에서 인가하는 것과, 시간변화에 대한 절연저항의 변화를 측정하는 것으로 구성된다. 각 시편의 절연저항 (R)을 106Ω 이하로 감소시키는데 필요한 시간은, 시편의 평균 수명시간으로서 간주된다.
상술한 측정결과를 표 3에 나타낸다.
표 1~표 3에서 명백한 바와 같이, 본 발명에 속하는 적층 세라믹 커패시터는, 유전율이 3000 이상이고, 유전체 손실이 2.5% 이하이며, 온도변화에 대한 정전용량의 변화율이 작은 것을 특징으로 하며, 이것은 －25℃~85℃의 범위에서 JIS 규격에 규정된 B 특성규격과, －55℃~125℃의 범위내에서 EIA 규격에 규정된 X7R 특성 규격을 또한 만족한다.
이것은 또한, (CR적에 대한) 절연저항이 25℃와 125℃에서 각각 2000 ㏁·㎌ 및 500 ㏁·㎌ 이상이며, 전계강도가 20 ㎸/㎜임을 특징으로 한다.
이것은 또한, 평균수명시간이 500 시간보다 더 길어짐을 특징으로 한다.
이것은 또한, 1300℃를 초과하지 않는 비교적 저온에서 소결될 수 있는 능력과, 1㎛를 초과하지 않는 작은 그레인(grain) 크기를 특징으로 한다.
본 발명에 속하는 적층 세라믹 커패시터는 하기식 4에 나타낸 특정 조성물의 유전체 세라믹 재료로 구성된다.
(식중에서,
Re2O3는 Y2O3, Tb2O3, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3및 Yb2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종이다)
시료번호 1에 나타낸 바와 같이, 0.0025 미만의 Re2O3의 양(α)를 갖는 조성물은, 3000 보다 작은 유전율과, 온도변화에 대한 정전용량의 큰 변화율과, 전계강도와는 무관하게 125℃에서의 낮은 절연저항, 및 극히 짧은 평균수명시간을 초래한다.
시료번호 17에 나타낸 바와 같이, 0.025 초과의 Re2O3의 양(α)를 갖는 조성물은, 3000 보다 작은 유전율과, 25℃와 125℃에서의 낮은 절연저항과, 짧은 평균수명시간, 및 높은 소결온도를 초래한다.
시료번호 2에 나타낸 바와 같이, 0.0025 미만의 (Mn, Ni, Co)O의 양(β)를 갖는 조성물은, 환원성 분위기 중에서 소성시에, 유전체 세라믹을 반도체로 환원시키는 결과를 초래하는 절연저항이 낮게 된다.
시료번호 18에 나타낸 바와 같이, 0.05 초과의 (Mn, Ni, Co)O의 양(β)를 갖는 조성물은, 전계강도와는 무관하게 125℃에서의 낮은 절연저항과, 짧은 평균수명시간, 및 온도변화에 대한 정전용량의 큰 변화율(이것은 EIA 규격에 규정된 X7R 특성 규격을 만족하지 않는다)을 초래한다.
시료번호 19와 시료번호 20에 나타낸 바와 같이, NiO의 양(x) 또는 CoO의 양(y)가 1과 동등한 조성물은, 125℃와 2.0㎸/㎜에서의 낮은 절연저항을 초래하고, 20 ㎸/㎜에서의 절연저항이 25℃와 125℃에서 각각 2000㏁·㎌와 500㏁·㎌를 만족하지 않으며, 500 시간보다 짧은 평균수명시간을 초래한다.
시료번호 21에 나타낸 바와 같이, Re2O3의 양(α)와 (Mn, Ni, Co)O의 양(β)의 비율 β/α가 4 보다 큰 조성물의 경우에는, 온도변화에 대한 정전용량의 큰 변화율을 이끌며, 125℃에서의 저절연저항은 2.0 ㎸/㎜와 20 ㎸/㎜에서 각각 2000 ㏁·㎌와 500 ㏁·㎌를 만족하지 않으며, 500시간보다 짧은 평균수명시간을 초래한다.
시료번호 3과 시료번호 4에 나타낸 바와 같이, 1.000 이하의 티탄산 바륨의 몰비(m)을 갖는 조성물은, 환원성 분위기 중에서 소성시에 반도체로의 전환에 의해 낮은 절연저항을 초래하고, 고온과 고전계강도에서 절연저항의 저하를 초래하며, 극히 짧은 수명시간을 초래한다.
시료번호 22에 나타낸 바와 같이, 1.035를 초과하는 몰비(m)을 갖는 조성물은 극히 저조한 소결도를 초래한다.
시료번호 5에 나타낸 바와 같이, 0.1 몰 미만의 MgO의 양을 갖는 조성물은, 20 ㎸/㎜에서 절연저항이 낮고, 평균수명시간이 500 시간보다 짧으며, 온도변화에 대한 정전용량의 변화율(이것은 JIS 규격에 규정된 B 특성 규격을 만족하지만, EIA 규격에 규정된 X7R 특성 규격을 만족하지 못한다.)이 크다.
시료번호 23에 나타낸 바와 같이, 3.0몰 초과의 MgO의 양을 갖는 조성물은 높은 소결온도와, 3000 이하의 유전율, 및 500 시간보다 작은 평균수명시간을 초래한다.
시료번호 6에 나타낸 바와 같이, 0.2 중량부 미만의 산화물 유리(Al2O3-MO-B2O3)의 양을 갖는 조성물은 불완전한 소결을 초래한다.
시료번호 24에 나타낸 바와 같이, 3.0 중량부 초과의 산화물 유리(Al2O3-MO-B2O3)의 양을 갖는 조성물은 3000 이하의 유전율을 초래한다.
시료번호 25에 나타낸 바와 같이, 0.02 중량부 초과의 알칼리 금속 산화물의 양을 갖는 조성물은 낮은 유전율을 초래한다.
(실시예 2)
하기의 성분:
98.0{BaO}1.010·TiO2＋0.9Dy2O3＋0.1Er2O3＋1.0(Mn0.3Ni0.7)O(몰비)
으로 구성된 혼합물은 표 1에 나타낸 티탄산 바륨 및 그외 산화물로부터 제작되었다. 1.2 몰의 양으로 MgO가 이 혼합물에 첨가되었다. 얻은 혼합물을, 실시예 1과 동일한 방법으로, 1300℃~1500℃에서 가열함으로써 제작되었던, 표 4에 나타낸 바와 같은 평균입자직경이 1㎛ 이하인 Al2O3-MO-B2O3의 산화물 유리와 혼합하였다. 이렇게 하여 얻은 유전체 세라믹 재료를, 실시예 1과 동일한 방법(내부전극에 전기적으로 접속된 은 외부전극을 구비하는)으로 적층 세라믹 커패시터로 제조하였다. 이들은 실시예 1과 동일한 치수를 갖는다.
| 산화물유리(중량%) | 산화물 유리의 성분(몰%) | |||||||||
| Al2O3 | M | MO | B2O3 | |||||||
| Ba | Ca | Sr | Mg | Zn | Mn | |||||
| 26 | 1.0 | 1 | 5 | 5 | - | - | - | 4 | 14 | 85 |
| 27 | 1.0 | 20 | 8 | - | - | - | 2 | - | 10 | 70 |
| 28 | 1.0 | 30 | 6 | 10 | 2 | 2 | - | - | 20 | 50 |
| 29 | 1.0 | 40 | - | 30 | - | - | 5 | 15 | 50 | 10 |
| 30 | 1.0 | 20 | - | 30 | - | - | 10 | 30 | 70 | 10 |
| 31 | 1.0 | 1 | - | 5 | 5 | 24 | 5 | - | 39 | 60 |
| 32 | 1.0 | 15 | 10 | - | - | - | 3 | 2 | 15 | 70 |
| 33 | 1.0 | 10 | 10 | 15 | - | 5 | - | 5 | 35 | 55 |
| 34 | 1.0 | 20 | - | 30 | 5 | - | 3 | 2 | 40 | 40 |
| 35 | 1.0 | 30 | 5 | 35 | 5 | - | 5 | - | 50 | 20 |
| 36＊ | 1.0 | 10 | 5 | - | - | - | - | - | 5 | 85 |
| 37＊ | 1.0 | 30 | 5 | 5 | - | - | - | - | 10 | 60 |
| 38＊ | 1.0 | 40 | 20 | - | - | - | 3 | 2 | 25 | 35 |
| 39＊ | 1.0 | 60 | 30 | - | - | - | 3 | 2 | 35 | 5 |
| 40＊ | 1.0 | 5 | 15 | 35 | 10 | - | 3 | 2 | 65 | 30 |
| 41＊ | 1.0 | - | 15 | 15 | - | - | - | - | 30 | 70 |
얻은 시료의 전기적 특성을 시험하였다. 정전용량(C)와 유전체 손실(tan δ)를 1 ㎑의 주파수, 1 Vrms, 25℃에서, 자동 브리지타입식 측정기(automatic bridge-type meter)를 사용하여 측정하였고, 유전율(ε)을 정전용량으로부터 계산하였다. 절연저항(R)은, 25℃ 및 125℃에서 절연저항측정계(insulation resistance meter)를 사용하여, 160V의 직류전압을 2 분동안 인가함으로써 측정되었다. 정전용량 (C)와 절연저항 (R)과의 적(CR)을 얻었다.
온도변화에 대한 정전용량의 변화율을 측정하였다. 결과를 ΔC/C20℃와, ΔC/25℃ 및 ｜ΔC/C25℃｜max에 관하여 나타낸다. 첫 번째 것은 20℃에서의 정전용량을 기준으로한 －25℃와 85℃에서의 변화율이다. 두 번째 것은 25℃에서의 정전용량을 기준으로한 －55℃와 125℃에서의 변화율이다. 세 번째 것은 －55℃~125℃의 범위내에서의 최대 변화율의 절대값이다.
상술한 측정후, 은 외부전극은 황산 니켈, 염화 니켈 및 붕산을 함유하는 도금 용액으로 바렐 도금법(barrel plating process)에 의해 니켈로 도금되었다.
마지막으로, 니켈로 도금된 막은 바렐 도금법에 의해 알칸올-술폰산 용액(alkanol-sulfonic acid solution)과 함께 주석-납 도금을 진행하였다. 이렇게 하여, 도금막으로 도포된 외부전극을 갖는 적층 세라믹 커패시터의 시료를 얻었다.
이렇게 하여 얻은 적층 세라믹 커패시터의 전기적 특성을 시험하였다. 정전용량(C)는, 1 ㎑, 1 Vrms, 및 25℃에서 자동 브리지타입식 측정기(automatic bridge-type meter)를 사용하여 측정되었다. 20 ㎸/㎜의 전계강도에서의 절연저항(R)이, 25℃와 125℃에서 160V의 직류전압을 2 분동안 인가하여 측정되었다. CR의 값이 얻어졌다.
결과를 표 5에 나타낸다.
표 4 및 표 5로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 속하는 적층 세라믹 커패시터(여기에서, 유전체 세라믹층은 Al2O3-MO-B2O3의 산화물 유리를 포함한다)는, 3000 이상의 유전율과, 2.5% 이하의 유전체 손실과, 온도변화에 대한 정전용량의 작은 변화율을 특징으로 하며, 이것은 －25℃~85℃의 범위에서 JIS 규격에 규정된 B 특성 규격과, －55℃~125℃의 범위내에서 EIA 규격에 규정된 X7R 특성 규격을 만족한다. 또한, 주지한 바와 같이, 도금이 전기적 특성을 저하시키지 않는다.
본 발명에 속하는 적층 세라믹 커패시터에 사용되는 산화물 유리는 하기에 나타낸 특정 조성식을 갖는다.
Al2O3-MO-B2O3(MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO, 및 MnO에서 선택된 적어도 한 종류의 산화물이며, Al2O3, MO, B2O3의 각각의 양은 도 4에 나타낸 삼각도에 의해 한정된다.)
산화물 유리의 조성물이 조성물의 하기와 같은 양에 각각 대응하는 6점을 결합시킨 6 체의 직선에 의해 한정된 범위외에 있는 경우, 시료번호 36~41에 나타낸 바와 같이 시료는 소결부족이거나 또는 소결가능하더라도 도금처리후에, 절연저항이 극히 저하된다.
점 A: Al2O31몰%, MO 14몰%, B2O385몰%
점 B: Al2O320몰%, MO 10몰%, B2O370몰%
점 C: Al2O330몰%, MO 20몰%, B2O350몰%
점 D: Al2O340몰%, MO 50몰%, B2O310몰%
점 E: Al2O320몰%, MO 70몰%, B2O310몰%
점 F: Al2O31몰%, MO 39몰%, B2O360몰%
부수적으로, 상술한 실시예들은 옥살산법에 의해 제작된 티탄산 바륨 분말을 사용하였다. 그러나, 이것을 알콕시드법 또는 열수합성법에 의해 제작된 것으로 대체할 수 있다. 이 경우, 얻은 생성물은 상술한 실시예들의 것보다 특성면에서 더 우수할 수 있었다.
상술한 실시예들에서는, 유전체 세라믹 재료는 산화물 분말(산화이트륨, 산화테르븀, 산화디스프론슘, 산화홀뮴, 산화에르븀, 산화이테르븀, 산화망간, 산화 코발트, 산화니켈 및 산화마그네슘)로부터 제작된다. 그러나, 이들의 양이 본 발명에 한정된 조성물과 일치한다면, 특성에 악영향을 주지않고 알콕사이드 또는 유기금속 화합물의 용액의 형태로 이들을 사용할 수 있다.
본 발명에 속하는 적층 세라믹 커패시터는 환원성 분위기 중에서 소성되어도 환원에 의해 반도체화 되지 않는 유전체 세라믹 재료로 구성된다. 이런 점은 이것의 전극을 니켈 또는 니켈 합금(이것은 비금속이다.)으로 제조할 수 있게 한다. 차례로, 이런 점은 상대적으로 저온(1300℃ 이하)에서 소성을 수행할 수 있게 한다. 이들 특징들은 비용절감에 기여한다.
특정 유전체 세라믹 재료에 의해, 본 발명에 속하는 적층 세라믹 커패시터는 3000 이상의 유전율을 갖으며, 온도변화에 대한 정전용량의 작은 변화율을 갖는다.
게다가, 이것은 높은 전계강도에서의 높은 절연저항을 갖으며, 또한 고온에서 긴 수명시간을 갖는다. 이런 점은 정격전압을 감소시키지 않고 유전체 세라믹층의 두께를 감소시킬 수 있게 한다.
본 발명의 적층 세라믹 커패시터에서는, 유전체 세라믹층은 1㎛ 이하의 미세한 결정입자로 구성된다. 이것은 종래의 적층 세라믹 커패시터의 경우에 비하여, 박막의 유전체 세라믹층에서의 결정입자의 양을 더 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다. 그러므로, 적층 세라믹 커패시터는 신뢰성이 높으며, 크기가 작음에도 불구하고 큰 용량을 갖는다. 게다가, 도금에 의해 전기적 특성이 저하되지 않기 때문에, 표면 실장에 적합하다.
Claims (6)
- 다수의 유전체 세라믹층;상기한 세라믹층의 각 모서리가 상기한 유전체 세라믹층의 양단면에 노출되도록 상기한 유전체 세라믹층들의 사이에 형성되는 다수의 내부전극; 및상기한 노출된 다수의 내부전극에 전기적으로 접속되는 외부전극을 포함하는 적층 세라믹 커패시터로서,상기한 유전체 세라믹층은, 불순물로서 알칼리 금속 산화물을 0.02중량％ 이하 함유한 티탄산바륨, 산화이트륨, 산화테르붐, 산화디스프로슘, 산화홀뮴, 산화에르븀 및 산화이테르븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종, 및 산화망간, 산화코발트 및 산화니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종으로 이루어지며; 하기의 화학식 5의 조성:
(1-α-β){BaO}m·TiO2+ αRe2O3+ β(Mn1-x-yNixCoy)O (식중에서,Re2O3는 Y2O3, Tb2O3, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3및 Yb2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종이며;α, β, m, x 및 y는 다음과 같다.0.0025 ≤ α ≤ 0.0250.0025 ≤ β ≤ 0.05β/α ≤ 40 ≤ x ＜ 1.00 ≤ y ＜ 1.00 ≤ x + y ＜ 1.01.000 ＜ m ≤ 1.035을 갖는 주성분 100몰에 대하여, 제 2 성분으로서 산화 마그네슘을 MgO로 환산하여 0.1∼3.0몰의 양으로 함유하며;상기한 적층 세라믹 커패시터는 상기한 주성분과 상기한 산화마그네슘의 합계 100중량부에 대하여, Al2O3-MO-B2O3계(MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO 및 MnO에서 선택된 적어도 1종의 산화물이다)의 산화물 유리를 0.2∼3.0중량부의 양으로 함유하는 재료로 구성되며;상기한 내부전극들은 니켈이나 니켈합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터. - 제 1항에 있어서, 상기한 Al2O3-MO-B2O3계(MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO 및 MnO에서 선택된 적어도 1종의 산화물이다)의 산화물유리가, {Al2O3, MO, B2O3}의 삼각도(단위: 몰%)로 형성될 때, 하기에 한정된A (1, 14, 85)B (20, 10, 70)C (30, 20, 50)D (40, 50, 10)E (20, 70, 10)F (1, 39, 60)의 6개의 점을 연결한 6개의 직선으로 둘러싸인 영역 내부와 그 직선 상에 있는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기한 외부전극이 도전성 금속분말 또는 유리 프릿(glass frit)을 첨가한 도전성 금속분말의 소결층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기한 외부전극이 도전성 금속분말 또는 유리프릿을 첨가한 도전성 금속분말의 소결층으로 구성된 상기한 제 1 층과, 상기한 제 1층 상에 형성된 도금층으로 된 제 2 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터.
- 불순물로서 알칼리 금속 산화물을 0.02중량％ 이하 함유한 티탄산바륨;산화이트륨, 산화테르붐, 산화디스프로슘, 산화홀뮴, 산화에르븀 및 산화이테르븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종; 및산화 망간, 산화 코발트 및 산화 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 세라믹 조성물로서,하기의 화학식 6의 조성:
(1-α-β){BaO}m·TiO2+ αRe2O3+ β(Mn1-x-yNixCoy)O (식중에서,Re2O3는 Y2O3, Tb2O3, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3및 Yb2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종이며;α, β, m, x 및 y는 다음과 같다.0.0025 ≤ α ≤ 0.0250.0025 ≤ β ≤ 0.05β/α ≤ 40 ≤ x ＜ 1.00 ≤ y ＜ 1.00 ≤ x + y ＜ 1.01.000 ＜ m ≤ 1.035을 갖는 주성분 100몰에 대하여, 상기한 유전체 세라믹층은 제 2 성분으로서 산화마그네슘을 MgO로 환산하여 약 0.1∼3.0몰의 양으로 함유하며;상기한 주성분과 상기한 산화마그네슘의 합계 100중량부에 대하여, Al2O3-MO-B2O3계(MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO 및 MnO에서 선택된 적어도 1종의 산화물이다)의 산화물 유리를 0.2∼3.0중량부의 양으로 함유하는 재료를 포함함을 특징으로 하는 세라믹 조성물. - 제 5항에 있어서, 상기한 Al2O3-MO-B2O3계(MO는 BaO, CaO, SrO, MgO, ZnO 및 MnO에서 선택된 적어도 1종의 산화물이다)의 산화물유리가 {Al2O3, MO, B2O3}의 삼각도(단위: 몰%)로 형성될 때, 하기에 한정된A (1, 14, 85)B (20, 10, 70)C (30, 20, 50)D (40, 50, 10)E (20, 70, 10)F (1, 39, 60)의 6개의 점을 연결한 6개의 직선으로 둘러싸인 영역 내부와 그 직선 상에 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 조성물.
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