KR100393304B1 - 적층 세라믹 콘덴서 - Google Patents

적층 세라믹 콘덴서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내열성이 우수한 적층 세라믹 콘덴서를 제공한다.
도체층(12)과 세라믹 유전체층(11)을 교대로 적층하여 이루어지는 적층 세라믹 콘덴서에 있어서, 상기 세라믹 유전체층(11)의 두께를 상기 도체층(12)의 두께 이하로 하였기 때문에, 전체에서 열 충격에 대하여 비교적 유연성을 갖고 있는 도체층(12)이 차지하는 비율이 커지므로, 열 충격에 대한 내성이 향상된다.

Description

적층 세라믹 콘덴서{MULTI LAYER CERAMIC CAPACITOR}
본 발명은 적층 세라믹 콘덴서에 관한 것으로, 특히 그 적층 구조에 관한 것이다.
종래의 적층 세라믹 콘덴서는 세라믹 유전체층과 도체층을 교대로 적층한 적층체와, 적층체의 양단부에 형성되어 상기 도체층과 접속하는 외부 전극을 구비하고 있다. 여기서, 도체층은 양단부의 외부 전극에 대하여 교대로 접속되어 있다.즉, 한 쪽 외부 전극은 도체층과 한 층씩 건너뛰어 접속되고, 다른 쪽 외부 전극은 상기 한 쪽의 외부 전극과 접속되지 않은 도체층과 접속되어 있다.
이러한 적층 세라믹 콘덴서는, 예컨대 외형 치수가 3.2㎜×1.6㎜×1.6㎜인 소위 3216타입이고 정전 용량이 10F인 경우에는, 도체층의 적층수가 350개, 세라믹 유전체층의 두께가 3.0㎛, 도체층의 두께가 1.5㎛이다. 즉, 세라믹 유전체층의 두께는 도체층의 두께의 2배 정도이다.
그런데 일반적으로 적층 세라믹 콘덴서에서는, 열 충격에 대하여 높은 내성을 갖는 것이 요구되는 경우가 있다. 또한, 최근에 소형이고 대용량인 적층 세라믹이 요구되고 있다. 그러나, 종래의 적층 세라믹 콘덴서에서는 충분한 내열성을 갖기에는 미흡한 경우가 있었다. 특히, 적층수가 증가함에 따라 소형이면서 대용량화를 도모하고자 하는 경우 충분한 내열성을 얻을 수 없는 경우가 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 내열성이 우수한 적층 세라믹 콘덴서를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1의 발명에서는 도체층과 세라믹 유전체층을 교대로 적층하여 이루어지는 적층 세라믹 콘덴서에 있어서, 상기 세라믹 유전체층의 두께가 상기 도체층의 두께 이하인 것을 특징으로 하는 콘덴서를 제안한다.
적층 세라믹 콘덴서에 있어서는, 일반적으로 도체층은 세라믹 유전체층보다도 열 충격에 대하여 비교적 유연성을 갖고 있다. 따라서, 본 발명에서는 세라믹유전체층의 두께가 도체층의 두께 이하이기 때문에, 전체적으로 도체층이 차지하는 비율이 커지고, 이에 따라 열 충격에 대한 내성이 향상된다.
또한, 청구항 2의 발명에서는 도체층과 세라믹 유전체층을 교대로 적층하여 이루어지는 적층 세라믹 콘덴서에 있어서, 상기 세라믹 유전체층은 세라믹 입자와 해당 세라믹 입자 사이에 개재하는 2차 상으로 이루어지고, 대향하는 도체층 사이에 걸쳐 세라믹 입자가 존재하지 않고 상기 2차 상만으로 구성된 부위를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서를 제안한다.
적층 세라믹 콘덴서에 있어서는, 일반적으로 세라믹 유전체층을 구성하는 세라믹 입자보다도 해당 세라믹 입자 사이에 개재하는 2차 상 쪽이 열 충격에 대하여 비교적 유연성을 갖고 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 상기 2차 상만으로 구성된 부위가 열 충격을 완화하기 때문에, 열 충격에 대한 내성이 향상된다.
본 발명의 바람직한 형태의 일례로서, 청구항 3의 발명에서는 청구항 2에 기재된 적층 세라믹 콘덴서에 있어서, 전체 세라믹 유전체층 중에서 10% 이상 90% 이하의 세라믹 유전체층이 상기 2차 상만으로 구성된 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 콘덴서를 제안한다.
도 1은 적층 세라믹 콘덴서의 일부 절개 사시도,
도 2는 적층 세라믹 콘덴서의 확대 단면도,
도 3은 적층 세라믹 콘덴서의 확대 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 적층 세라믹 콘덴서 11, 21 : 세라믹 유전체층
12, 22 : 도체층 13 : 적층체
14 : 외부 전극 31 : 세라믹 입자
15, 32 : 2차 상
(제 1 실시예)
본 발명의 제 1 실시예에 관한 적층 세라믹 콘덴서에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 적층 세라믹 콘덴서의 일부 절개 사시도, 도 2는 적층 세라믹 콘덴서의 확대 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이 적층 세라믹 콘덴서(10)는 세라믹 유전체층(11)과 도체층(12)을 교대로 적층한 대략 직방체 형상의 적층체(13)와, 적층체(13)의 양단부에 형성되어 상기 도체층(12)과 접속하는 외부 전극(14)을 구비하고 있다. 여기서, 도체층(12)은 양단부의 외부 전극(14)에 대하여 교대로 접속되어 있다. 즉, 한 쪽 외부 전극(14)은 도체층(12)과 한 층씩 건너뛰어 접속되고, 다른 쪽 외부 전극(14)은 상기 한 쪽 외부 전극(14)과 접속되지 않은 도체층(12)과 접속되어 있다.
세라믹 유전체층(11)은 예컨대 BaTiO3계의 강(强) 유전성을 갖는 세라믹 소결체로 이루어진다. 또한, 도체층(12)은 예컨대 Pd, Ni, Ag 등의 금속 재료로 이루어진다. 적층체(13)는 도전성 페이스트를 인쇄한 세라믹 그린 시트를 복수 적층하여, 이것을 소결하여 형성된다. 이에 의해, 세라믹 그린 시트가 소결되어 세라믹 유전체층(11)이 형성되고, 도전성 페이스트가 소결되어 도체층(12)이 형성된다. 외부 전극(14)은 예컨대 Ni, Ag 등의 금속 재료로 이루어진다.
이 적층 세라믹 콘덴서(10)의 특징적인 점은 도 2에 도시하는 바와 같이 세라믹 유전체층(11)의 두께(Dd)가 도체층(12)의 두께(De) 이하라는 것이다. 구체적으로는, 세라믹 유전체층(11)의 두께(Dd)는 도체층(12)의 두께(De)의 70% 내지 100% 정도가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 85% 내지 100% 정도이다. 여기서, 세라믹 유전체층(11)과 도체층(12)을 비교하면, 도체층(12) 쪽이 열 충격에 대하여 유연성을 갖고 있다.
또한, 도 2에서는 도체층(12)이 중간에 끊어진 듯이 도시되어 있지만, 이것은 도체층(12)을 형성하는 도전성 페이스트에 포함되는 금속 입자가 응집하는 등으로 도체층(12)의 두께가 불균일하게 되고, 결과적으로 도체가 형성되지 않는 부위가 발생한 것이다. 도체층(12)이 중간에 끊어진 부위에는 세라믹 유전체층(11)에 포함되는 2차 상(15)이 충진되어 있다.
다음에, 이 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다. 우선, 예컨대 BaTiO3등을 주원료로 하고 첨가물로서 SiO2등을 혼합한 유전체 세라믹 재료에 유기 결합재, 유기 용제 또는 물을 소정량 혼합·교반하여 세라믹 슬러리를 얻는다. 다음에, 이 세라믹 슬러리를 독터 블레이드법 등의 테이프 성형법에 의해 세라믹 그린 시트를 형성한다.
다음에, 이 세라믹 그린 시트상에 스크린 인쇄법, 오목판 인쇄법, 볼록판 인쇄법 등에 의해 소정 형상으로 도전성 페이스트를 인쇄한다. 여기서 도전성 페이스트는 소결 후의 도체층의 두께가 세라믹 유전체층의 두께보다도 두껍게 되도록 도포한다.
이어서, 도전성 페이스트가 인쇄된 세라믹 그린 시트를 프레스 장치를 이용하여 적층 및 압착하여 세라믹 적층체를 얻는다. 다음에, 세라믹 적층체를 부품 단위당 크기로 재단하여 적층 칩을 얻는다. 다음에, 이 적층 칩을 소정의 온도 조건 및 분위기 조건으로 소성하여 소결체를 얻는다. 마지막으로, 소결체의 양단부에 딥(dip)법 등에 의해 외부 전극을 형성하여 적층 세라믹 콘덴서를 얻는다.
본 실시예에 관한 적층 세라믹 콘덴서(10)에서는, 열 충격에 대하여 비교적 유연성을 갖는 도체층(12)이 세라믹 유전체층(11)보다도 두텁게 형성되어 있기 때문에, 전체적으로 내열성이 우수해진다. 특히, 각 층을 박층화함과 동시에 적층수를 증가시켜 소형화 및 대용량화를 도모하는 경우에 있어서, 이 적층 세라믹 콘덴서(10)는 우수한 내열성을 갖는다.
(제 2 실시예)
본 발명의 제 2 실시예에 관한 적층 세라믹 콘덴서에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 3은 적층 세라믹 콘덴서의 확대 단면도이다.
이 적층 세라믹 콘덴서는, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로, 세라믹 유전체층(21)과 도체층(22)을 교대로 적층한 대략 직방체 형상의 적층체와, 적층체의 양단부에 형성되어 상기 도체층(22)과 접속하는 외부 전극을 구비하고 있다. 여기서, 도체층(22)은 양단부의 외부 전극에 대하여 교대로 접속되어 있다. 즉, 한 쪽 외부 전극은 도체층(22)과 한 층씩 건너뛰어 접속되고, 다른 쪽 외부 전극은 상기 한 쪽의 외부 전극과 접속되지 않은 도체층(22)과 접속되어 있다.
세라믹 유전체층(21)은, 예컨대 BaTiO3계의 강 유전성을 갖는 세라믹 소결체로 이루어진다. 또한, 도체층(22)은 예컨대 Pd, Ni, Ag 등의 금속 재료로 이루어진다. 적층체는 도전성 페이스트를 인쇄한 세라믹 그린 시트를 복수 적층하여, 이것을 소결하여 형성된다. 이에 의해, 세라믹 그린 시트가 소결되어 세라믹 유전체층(21)이 형성되고, 도전성 페이스트가 소결되어 도체층(22)이 형성된다. 외부 전극은 예컨대 Ni, Ag 등의 금속 재료로 이루어진다.
이 적층 세라믹 콘덴서의 특징적인 점은 세라믹 유전체층(21)의 구조에 있다. 일반적으로, 세라믹 유전체층은 세라믹 입자와 해당 세라믹 입자 사이에 개재하는 2차 상으로 이루어진다. 여기서, 2차 상이란 세라믹의 소성시에 원료와 함께 첨가된 첨가물 또는 첨가물과 세라믹 입자와의 반응 생성물이다. 이 2차 상은 세라믹 입자와 비교하여 열 충격성에 대하여 유연성을 갖고 있다. 또한, 세라믹 유전체층은 일반적으로는 전체 영역에 걸쳐서 각 세라믹 입자가 빽빽한 상태로 결합되어 있다.
본 실시예에 관한 적층 세라믹 콘덴서는, 도 3에 도시하는 바와 같이 세라믹 유전체층(21)이 대향하는 도체층(22) 사이에 걸쳐 세라믹 입자(31)가 존재하지 않고 2차 상(32)만으로 구성된 부위(21a)를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다. 여기서, 2차 상(32)만으로 구성된 부위(21a)의 크기, 즉 대향하는 세라믹 입자(31)의 간격은 세라믹 유전체층의 두께 이상이다. 또한, 2차 상(32)만으로 구성된 부위(21a)는 하나의 세라믹 유전체층(21)에 있어서, 0% 내지 15% 정도 포함되어 있는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0% 내지 5% 정도이다. 또한, 2차 상(32)만으로 구성된 부위(21a)를 갖는 세라믹 유전체층(21)은 전체 세라믹 유전체층(21)에 대하여 10% 내지 90% 정도인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15% 내지 30% 정도이다.
또한, 도 3에서는 도체층(22)이 중간에 끊겨진 듯이 도시되어 있지만, 이것은 도체층(22)을 형성하는 도전성 페이스트에 포함되는 금속 입자가 응집하는 등으로 도체층(22)의 두께가 불균일하게 되어, 결과적으로 도체가 형성되지 않은 부위가 발생한 것이다. 도체층(22)이 중간에 끊긴 부위에는 세라믹 유전체층(21)에 포함되는 2차 상(32)이 충진되어 있다.
다음에, 이 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다. 우선, 유전체 세라믹 재료에, 유기 결합재, 유기 용제 또는 물을 소정량 혼합·교반하여 세라믹 슬러리를 얻는다. 여기서, 유전체 세라믹 재료는 예컨대 BaTiO3등의 티탄산 바륨계의 주원료에 SiO2등의 첨가물을 혼합한 것이다. 이 첨가물이 후술하는 소성시에 2차 상을 형성하게 된다. 이 첨가물은 주원료에 대하여 1% 내지 10% 정도 혼합하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3% 내지 7% 정도이다.
다음에, 이 세라믹 슬러리를 독터 블레이드법 등의 테이프 성형법에 의해 세라믹 그린 시트를 형성한다. 다음에, 이 세라믹 그린 시트상에 스크린 인쇄법, 오목판 인쇄법, 볼록판 인쇄법 등에 의해 소정 형상으로 도전성 페이스트를 인쇄한다. 이어서, 도전성 페이스트가 인쇄된 세라믹 그린 시트를 프레스 장치를 이용하여 적층 및 압착하여 세라믹 적층체를 얻는다.
다음에, 세라믹 적층체를 부품 단위당 크기로 재단하여 적층 칩을 얻는다. 다음에, 이 적층 칩을 소정의 온도 조건 및 분위기 조건으로 소성하여 소결체를 얻는다. 마지막으로, 소결체의 양단부에 딥법등에 의해 외부 전극을 형성하여 적층 세라믹 콘덴서를 얻는다.
본 실시예에 관한 적층 세라믹 콘덴서에서는, 세라믹 유전체(21)가 열 충격에 대하여 비교적 유연한 2차 상만으로 구성된 부위(21a)를 포함하고 있기 때문에, 전체적으로 내열성이 우수해진다. 즉, 이 2차 상만으로 구성된 부위(21a)가 응력 완화의 기능을 하는 것이다. 특히, 각 층을 박층화함과 동시에 적층수를 증가시켜 소형화 및 대용량화를 도모하는 경우에 있어서, 이 적층 세라믹 콘덴서는 우수한 내열성을 갖는다.
또한, 전술한 제 1 및 제 2 실시예에서는, 세라믹 유전체층의 재료로서, 주원료가 BaTiO3이고 첨가물이 SiO2인 세라믹 재료 분말를 예시하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 주원료로서 BaTiO3, Bi4Ti3O12, (Ba, Sr, Ca)TiO3, (Ba, Ca)(Zr, Ti)O3, (Ba, Sr, Ca)(Zr, Ti)O3, Ba(Ti, Sn)O3등을 이용하여도 무방하다. 또한, 첨가물로서 MgO, Mn3O4, Li계 유리, B계 유리 등을 이용하여도 무방하다.
이상 상술한 바와 같이, 청구항 1의 발명에 따르면 세라믹 유전체층의 두께가 도체층의 두께 이하이기 때문에, 전체적으로 열 충격에 대하여 비교적 유연성을 갖고 있는 도체층이 차지하는 비율이 커지고, 이에 따라 열 충격에 대한 내성이 향상된다.
또한, 청구항 2 및 3의 발명에 따르면, 대향하는 도체층 사이에 걸쳐 세라믹 입자가 존재하지 않고 상기 2차 상만으로 구성된 부위에 의해 열 충격이 완화되기 때문에, 전체적으로 열 충격에 대한 내성이 향상된다.

Claims (12)

  1. 도체층과 세라믹 유전체층을 교대로 적층하여 이루어지는 적층 세라믹 콘덴서에 있어서,
    상기 세라믹 유전체층의 두께가 상기 도체층의 두께 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  2. 도체층과 세라믹 유전체층을 교대로 적층하여 이루어지는 적층 세라믹 콘덴서에 있어서,
    상기 세라믹 유전체층은 세라믹 입자와 해당 세라믹 입자 사이에 개재하는 2차 상으로 이루어지고, 대향하는 도체층 사이에 걸쳐 세라믹 입자가 존재하지 않고 상기 2차 상만으로 구성된 부위를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    전체 세라믹 유전체층 중에서 10% 이상 90% 이하의 세라믹 유전체층이 상기 2차 상만으로 구성된 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 유전체층의 두께가 상기 도체층의 두께의 약 70% 내지 100% 정도인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 세라믹 유전체층의 두께가 상기 도체층의 두께의 약 85% 내지 100% 정도인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 도체층의 두께가 불균일한 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 유전체층이 세라믹 입자와, 상기 세라믹 입자 사이에 존재하는 2차 상을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 2차 상이 Si를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 도체층의 두께가 불균일한 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  10. 도체층과 세라믹 유전체층을 교대로 적층하여 이루어지는 적층 세라믹 콘덴서에 있어서,
    상기 세라믹 유전체층의 두께가 상기 도체층의 두께 이하이고, 상기 도체층의 두께가 불균일한 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  11. 도체층과 세라믹 유전체층을 교대로 적층하여 이루어지는 적층 세라믹 콘덴서에 있어서,
    상기 세라믹 유전체층의 두께가 상기 도체층의 두께 이하이고, 상기 세라믹 유전체층이 세라믹 입자와, 상기 세라믹 입자 사이에 존재하는 2차 상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  12. 도체층과 세라믹 유전체층을 교대로 적층하여 이루어지는 적층 세라믹 콘덴서에 있어서,
    상기 세라믹 유전체층이 세라믹 입자와 상기 세라믹 입자 사이에 존재하는 2차 상으로 이루어지고, 대향하는 도체층 사이에 걸쳐 세라믹 입자가 존재하지 않고 상기 2차 상만으로 구성된 부위를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
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