KR100454266B1 - 저온소결 적층 세라믹 전극용 페이스트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온소결 적층 세라믹 전극용 페이스트에 관한 것으로, 특히 딜라미네이션(Delamination)발생이 거의 없는 내부 전극용 페이스트를 제공하여 매칭이 양호하여 제품의 균질성을 확보하게 한 저온소결 적층 세라믹 전극용 페이스트에 관한 것이다.

상기 목적은 저온 적층 세라믹의 내부전극으로 사용되는 Ag 페이스트를 형성함에 있어서,

Ag의 입자 크기가 1~7㎛인 것으로 달성된다.

이때 70w% 이상의 Ag 입자가 3㎛ 이상의 크기인 것에 의해 달성된다.

그리고 보다 상세하게는 소결 개시를 위하여 전체 Ag입자의 20w%가 1∼2㎛ 크기이고, 후속 소결을 위해서 3∼4㎛의 입자 크기가 50w%가 되고, 또한 2차 소결을 위하여 입자 크기 5∼7㎛가 30w%가 되게 한 것에 의해 달성된다.

Description

저온소결 적층 세라믹 전극용 페이스트{A PASTE FOR LOW TEMPERATURE CO-FIRED CERAMIC}

본 발명은 저온소결 적층 세라믹 전극용 페이스트에 관한 것으로, 특히 딜라미네이션(Delamination)발생이 거의 없는 내부 전극용 페이스트를 제공하여 매칭이 양호하여 제품의 균질성을 확보하게 한 저온소결 적층 세라믹 전극용 페이스트에 관한 것이다.

일반적으로 저온 소결 적층 세라믹 전극은 저온에서 소결이 가능하도록 만들어진다. 그리고 또한 일반 공기 중에서 소결하므로 산화가 일어나지 않는 금속 분말이 함유된 페이스트를 사용한다. 흔히 이러한 특성을 만족시키는 금속 분말로는 Ag, Ag-Pd가 있다.

그러나 이러한 금속 분말 페이스트와 저온 소결 세라믹 시트와의 열팽창도가 틀려, 소결 중 저온 소결 세라믹 시트가 심하게 변형이 일어나게 된다.

이러한 소결중 변형은 결국 제품의 불량으로 이어진다.

일반적으로 기판회로의 집적도가 높아질 수록 세라믹 그린 시트를 닥터 블레이드(Doctor Blade)법 등에 의해 형성하고 그 위에 내부 전극 페이스트를 스크린 방법으로 인쇄한 후 여러 장을 적층 압착하여 소결한다.

하지만 상기 적층 세라믹을 소성한 후에는 내부를 관찰해보면 내부가 벌어져 있는 불량을 관찰할 수가 있는데, 이를 딜라미네이션이라고 하며, 적층 세라믹을 만드는 과정에서 가장 흔하게 발생되는 불량이다.

상기한 딜라미네이션의 원인은 여러 가지가 있으며, 서로 복합적인 원인으로 나타나는 것이지만, 그 원인들 중에서 대표적인 것으로 다음과 같은 것이 있다.

첫째, 내부 전극의 바인더가 다량으로 함유되어 있을 경우, 바인더 성분이 급격하게 타면서 그 압력으로 인해 적층 세라믹의 얇은 측면이 찢어지게 된다. 이를 해소하기 위해서는 내부에 있는 바인더의 양을 줄이는 방법은 페이스트 내의 바인더 비를 줄이거나, 인쇄할 때 전극 페이스트의 도포 량을 줄이는 것이다.

둘째, 내부 전극 페이스트의 금속 자체 성질 또는 열팽창 곡선의 차이에 의해 왜곡이 생기는 것이다. 특히 Pd와 같은 금속은 500~600℃ 부근에서 Pd이 PdO로 산화하면서 부피가 팽창을 하고 800~900℃를 지나면서 다시 PdO가 Pd로 환원하는 과정에서 급격하게 수축을 하게 된다. 이를 예방하기 위해서는 내부전극의 Pd양을 줄이고, 소성시 승온 속도에 유의해야 한다.

또한 일반적층 세라믹과 달리 저온 적층 세라믹이기 때문에 매칭(Matching)이 문제가 된다. 이는 근본적으로 세라믹성분인 저온 소결 세라믹과 금속성분인 페이스트간의 열팽창계수의 차이 때문이다.

그런데 종래의 Ag 페이스트는 그 입자 크기를 제어하지 않아서, 입도 분포와입자 크기에 의한 매칭효과를 얻을 수 없었기 때문에, 매칭에 한계가 있었고 주로 금속성분과 바인더를 조절해야 되기 때문에 매칭에 어려움이 있었다.

따라서 본 발명은 이상과 같은 문제점을 해소하기 위하여 Ag 페이스트의 입자 크기를 일정 범위로 제한하고, 입자 크기 군에 따른 조성비를 적절히 하여 저온 적층 세라믹과 매트리스의 매칭이 잘 이루어지고 딜라미네이션이 거의 없는 내부 전극용 페이스트를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적은 저온 적층 세라믹의 내부전극으로 사용되는 Ag 페이스트를 형성함에 있어서,

Ag의 입자 크기가 1~7㎛인 것으로 달성된다.

이때 70w% 이상의 Ag 입자가 3㎛ 이상의 크기인 것에 의해 달성된다.

그리고 보다 상세하게는 소결 개시를 위하여 전체 Ag입자의 20w%가 1∼2㎛ 크기이고, 후속 소결을 위해서 3∼4㎛의 입자 크기가 50w%가 되고, 또한 2차 소결을 위하여 입자 크기 5∼7㎛가 30w%가 되게 한 것에 의해 달성된다.

이하에서 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

저온 적층 세라믹의 내부전극으로 사용되는 Ag 페이스트를 형성함에 있어서,

Ag의 입자 크기가 1~7㎛인 것을 특징으로 한다.

이때 70w% 이상의 Ag 입자가 3㎛ 이상의 크기인 것을 특징으로 하고, 보다 상세하게는 소결 개시를 위하여 전체 Ag입자의 20w%가 1∼2㎛ 크기이고, 후속 소결을 위해서 3∼4㎛의 입자 크기가 50w%가 되고, 또한 2차 소결을 위하여 입자 크기 5∼7㎛가 30w%가 되게 한 것을 특징으로 한다.

저온 소결 세라믹분말의 조성은 SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃와 미량의 희토류 산화물이 함유되어 있다. 여기에 바인더가 함유되어 시트를 이루게 된다. 저온 소결 세라믹의 조성은 크게 Al₂O₃와 유리성분, 그리고 바인더성분으로 이루어져 있는데, Al₂O₃의 입도는 대략 3㎛ 미만이고, 유리성분의 입도는 15㎛ 미만이다. 소결 진행시 200∼300℃ 구간에서 바인더가 타서 날아가게 된다. 온도가 점점 올라가면서 700℃ 이상에서부터 유리성분이 차차 녹기 시작하면서 저온소결 세라믹의 소결이 진행되고, 900℃ 근처에서 결정화가 일어나면서 소결이 완성된다.

페이스트는 500℃ 근처에서 저온소결 세라믹과 반응하기 시작하면서 1차 소결이 일어나게 된다. 유리성분이 녹아 저온 소결 세라믹에 스며들 때 페이스트와 저온 소결 세라믹은 완전 결합을 이루게 된다.

이때, 1차 소결시 Ag 페이스트와 저온 소결 세라믹 그린시트와의 매칭이 전체 저온 소결 세라믹 소결상태를 좌우하게 된다. 500℃ 근처에서 저온 소결 세라믹 시트에서 1차 소결이 일어날 때 페이스트에서는 아직 1차 소결이 일어나지 않아야 된다. 이를 이루기 위해서는 Ag 페이스트의 입자 크기가 커야 되는데 이는 큰 입자가 활성화에너지가 커서 그만큼 소결 시작 온도가 높기 때문이다. 700℃ 근처에서 유리성분이 녹기 시작하면서 2차 소결이 일어나기 시작하는데, 이때 페이스트는 먼저 1차 소결이 진행 되야 한다.

이는 유리성분이 페이스트로 침투하는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 페이스트의 1차 소결이 500∼700℃에서 일어나게 만들어 주는 것이 가장 중요하다.

이를 이루기 위해서는 Ag 페이스트의 입자 크기를 조절해야 되는데, 전체 입자의 70w% 이상이 3㎛ 이상 되게 만들어 줘야 한다. 그러나, 실제 활성화 에너지는 계산식보다 크게 마련이고, 따라서, 소결 개시를 위해서는 3㎛보다 1∼2㎛ 더 적어야 된다.

또한 입자가 너무 크면, 즉 7㎛ 이상이 되면 소결 개시 온도가 높아지기 때문에 페이스트가 페이스트 내부에서의 소결이 효율적으로 일어나기 위해서는 입자 크기가 너무 달라야 되는데, 이는 소결막이 치밀하며, 갈라지지 않게 하기 위함이다. 또한, 저온 소결 세라믹 시트가 소결이 진행됨에 따라 표면 유동이 생기게 되는데, 이를 원활히 수용할 수 있게 된다.

소결 개시를 위해서는 전체 Ag입자의 20w%가 1∼2㎛이 되어야 하며, 또한 600℃ 이상에서 후속 소결을 위해서 3∼4㎛의 입자가 50w%가 되어야 한다. 또한 2차 소결이 시작되는 700℃ 이상에서는 5∼7㎛가 30w%가 되어야 한다.

이상의 각각의 조성비를 넘거나 못 미치는 경우에는 전극이 단락 되는 문제와 딜라미네이션 현상이 발생되는 빈도가 높아진다.

이상과 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 Ag페이스트의 입자크기와 입도 분포를 적절히 조절하므로써 매칭이 잘 이루어지고 딜라미네이션 현상이 거의 없는 저온소결 적층 세라믹 전극용 내부 전극을 제공하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 저온 적층 세라믹의 내부전극으로 사용되는 Ag 페이스트를 형성함에 있어서,

   Ag의 입자 크기가 1~7㎛인 것을 특징으로 한 저온소결 적층 세라믹 전극용 페이스트.
2. 제 1 항에 있어서, 70w% 이상의 Ag 입자가 3㎛ 이상의 크기인 것을 특징으로 한 저온소결 적층 세라믹 전극용 페이스트.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 소결 개시를 위하여 전체 Ag 입자의 20w%가 1∼2㎛ 크기이고, 후속 소결을 위해서 3∼4㎛의 입자 크기가 50w%가 되고, 또한 2차 소결을 위하여 입자 크기 5∼7㎛가 30w%가 되게 한 것을 특징으로 한 저온소결 적층 세라믹 전극용 페이스트.