KR100568290B1 - 칩 부품의 단자전극용 페이스트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적층 세라믹 콘덴서, 적층형 인덕터, 칩 저항등의 칩 부품의 단자 전극용 페이스트 조성물에 관한 것으로서, 실란 커플링재를 적정량 첨가함으로써 바인더 함량의 증가나 탈바인더가 어려운 에틸셀룰로오스계 수지를 사용하지 않고도 충분한 건조막 강도를 구현할 수 있는 칩 부품 단자 전극용 페이스트 조성물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 도전성 금속: 65∼75중량%, 그라스 프릿(glass frit): 4∼10중량%, 바인더: 4∼10중량%, 및 나머지 용재를 포함하여 조성되는 기본 페이스트에 기본 페이스트 중량에 대하여 0.5∼3.0중량%의 실란 커플링재가 첨가되어 이루어진 것을 특징으로 하는 칩 부품 단자 전극용 페이스트 조성물을 그 요지로 한다.

본 발명에 의하면, 단자 전극의 건조막 강도를 개선시키고, 특히 기저 세라믹 소체와 건조된 단자 전극 사이의 접착력이 크게 개선되어 단자 전극 부분의 파손 불량을 개선시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

칩 부품, 단자 전극, 페이스트, 건조막, 강도, 실란 커플링재

Description

칩 부품의 단자전극용 페이스트 조성물{Paste Composition for Terminal Electrode of Chip Component}

도 1은 통상적인 방법에 따라 칩 부품의 단자 전극을 제조하는 공정을 나타내는 공정도

도 2는 건조된 칩 부품의 단자 전극을 건조한 후 소성이 완료되기 이전까지의 핸들링 (handling)과정에서 파손된 단자 전극을 나타내는 개략도

본 발명은 적층 세라믹 콘덴서, 적층형 인덕터, 칩 저항등의 칩 부품의 단자 전극용 페이스트(paste) 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건조 강도를 향상시키는 칩 부품의 단자전극용 페이스트 조성물에 관한 것이다.

칩 부품의 제조방법에서는 유전체 조성의 세라믹 파우더 슬러리를 이용하여 얇은 유전체 시트을 제조한 후, 그 위에 일정 패턴의 내부전극 층를 인쇄한 후 이를 교대로 적층 및 소성하여 유전체 소체을 제조한 다음, 이 유전체 소체의 양 끝 단에 외부 회로와의 연결 역할을 하는 단자 전극을 형성한다.

일반적으로, 칩(chip)부품용 단자 전극은 도 1에 나타난 바와 같이 Cu, Ag 또는 Ag-Pd합금을 주성분으로 하는 페이스트를 사용하여 디핑(dipping) 방식이나, 휠(wheel)에 의한 전사 방식에 의하여 유전체 소체 부분에 인쇄한 후 100∼200℃에서 건조를 실시한다.

건조가 완료된 칩은 다시 세터(setter) 혹은 금속 메쉬(mesh) 위에 정렬된 후 소성로에서 전극 소성을 진행하게 된다.

그러나, 칩 부품의 단자 전극 부분은 건조 후에는 충분한 건조막 강도를 갖지 못하여 소성이 완료되기 이전까지의 핸들링(handling)과정에서 도 2에 나타난 바와 같이 칩 고정 홀과의 마찰력에 의한 단자 전극 파손 (도 2의 1 부분), 세터 혹은 메쉬 위 정렬시의 마찰에 의한 파손 (도 2의 2 부분), 칩의 낙하 충격에 의한 단자 전극 파손 (도 2의 3 부분) 혹은 건조 후 칩 이동 시의 칩끼리의 충돌 충격에 의한 파손(도 2의 1, 2, 3부분) 등에 의해 단자 전극 부분이 파손되는 불량이 발생한다.

이러한 단자 전극의 파손은 근본적으로 단자 전극용 페이스트의 건조막 강도가 충분하지 못하기 때문에 발생한다.

물론, 칩 부품의 건조 조건이나 건조 이후의 핸들링공정에 대한 작업 조건을 개선하여 이러한 외관 불량 개선이 가능하나, 근본적으로는 단자 전극의 건조막 강도가 충분하지 못하면 완벽한 해결이 불가능하다.

칩 부품용 단자 전극 페이스트의 건조막 강도를 향상시키기 위한 방법의 일 례로서 바인더로서 자체 강도가 우수한 에틸 셀룰로오스계를 사용하는 방법이 대한민국 공개특허공보 2001-38165호에 제시되어 있다.

즉, 대한민국 공개특허공보 2001-38165호에는 은 분말; 그라스 프릿; 및 에틸 셀룰로오스, 용매, 및 첨가제로 조성되는 유기 바이클이 배합되어 이루어진 적층 칩 인덕터의 외부 전극용 도전성 페이스트 조성물이 제시되어 있다.

또한, 칩 부품용 단자 전극 페이스트의 건조막 강도를 향상시키기 위한 다른 방법으로는 페이스트에 사용되는 바인더의 함량을 증가시키는 방법을 들 수 있다.

그러나, 대기 분위기에서 전극 소성을 진행하는 귀금속 계열 페이스트, 예를 들면, Ag 혹은 Ag-Pd합금을 주성분으로 하는 페이스트의 경우는 바인더 함량 증가 및 에틸 셀룰로오스계 수지 적용시 큰 영향이 없으나, 환원 분위기 전극 소성을 진행하는 경우, 예를 들면, Ni계 MLCC의 Cu 페이스트의 경우에는 바인더 함량 증가 및 에틸 셀룰로오스계 바인더 사용시 탈바인더 특성의 취약으로 인한 여러 가지 부효과, 예를 들면, 단자 전극 치밀도 저하, 브리스터(blister) 불량 발생 등을 야기시키므로 이러한 방법을 통해 건조 강도를 개선시키는데는 한계가 있어 왔다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 실란 커플링재 (Coupling agent)를 적정량 첨가함으로써 바인더 함량의 증가나 탈바인더가 어려운 에틸셀룰로오스계 수지를 사용하지 않고도 충분한 건조막 강도를 구현할 수 있는 칩 부품 단자 전극용 페이스트 조성물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 도전성 금속: 65∼75중량%, 그라스 프릿(glass frit): 4∼10중량%, 바인더: 4∼10중량%, 및 나머지 용재를 포함하여 조성되는 기본 페이스트에 기본 페이스트 중량에 대하여 0.5∼3.0중량%의 실란 커플링재가 첨가되어 이루어진 것을 특징으로 하는 칩 부품 단자 전극용 페이스트 조성물에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

칩 부품을 제조하기 위해서는 유전체 조성의 세라믹 파우더 슬러리를 이용하여 얇은 유전체 시트를 제조한 후, 그 위에 일정 패턴의 내부전극 층을 인쇄한 후 이를 교대로 적층 및 소성하여 유전체 소체를 제조한 다음, 이 유전체 소체의 양 끝단에 외부 회로와의 연결 역할을 하는 단자 전극을 형성한다.

본 발명은 칩 부품, 예를 들면 적층 세라믹 콘덴서, 적층형 인덕터, 칩저항등의 단자전극에 바람직하게 적용되는 것이다.

칩(chip)부품용 단자 전극을 제조하기 위해서는 도전성 금속을 주성분으로 하는 단자 전극 페이스트를 제조하여야 한다.

다음에, 상기와 같이 제조된 단자 전극 페이스트를 디핑(dipping) 방식이나, 휠(wheel)에 의한 전사 방식에 의하여 유전체 소체 부분에 인쇄한 후 건조를 행한다.

상기 도전성 금속은 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상 사용되는 것이면 어느 것이나 사용될 수 있으며, 그 예로서 Cu, Ag 또는 Ag-Pd합금등을 들수 있으며, 바람직한 도전성 금속은 Cu 또는 Ag 금속이다.

바람직한 건조온도는 100∼200℃정도이다.

상기와 같이 단자 전극를 건조시킨 다음, 세터(setter) 혹은 금속 메쉬(mesh) 위에 정렬한 후 소성로에서 전극 소성을 진행하게 된다.

본 발명은 유전체 소체에 인쇄된 후 건조 및 소성되어 단자전극을 형성하는 칩 부품 단자 전극용 페이스트 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 칩 부품 단자 전극용 페이스트 조성물은 도전성 금속, 그라스 프릿(glass frit), 바인더 및 실란 커플링재를 포함한다.

상기 도전성 금속은 통상 사용되는 것이면 어느 것이나 사용될 수 있으며, 바람직한 도전성 금속은 Cu, Ag 금속 또는 Ag-Pd합금이다.

상기 도전성 금속은 외부 회로와 전기적으로 연결해 주는 역할을 하는 것으로서, 그 함량이 너무 적으면, 외부 회로와 전기적으로 연결해 주는 역할을 충분히 발휘할 수 없고, 너무 많은 경우에는 결합제의 양이 상대적으로 적어 점도증가에 따른 작업성 불량을 초래하고, 또한 단자 전극과 유전체 소체와의 결합력이 떨어져 단자전극이 유전체 소체로부터 떨어질 우려가 있다.

따라서, 도전성 금속의 함량은 65∼75중량%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 그리스 프릿은 유전체 소체와 도전성 페이스트 조성물의 소결시 결합력을 제공하기 위하여 첨가되는 것으로서, 그 첨가량이 너무 적은 경우에는 칩 부품의 유전체 소체와 도전성 페이스트 조성물(단자전극)간의 결합력이 떨어지고, 너무 많이 첨가되는 경우에는 그라스 프릿의 오버 플로우(over-flow)현상으로 도금 불량을 초래하게 된다.

따라서, 상기 그라스 프릿의 함량은 4∼10중량%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 바인더는 유기물 바인더로서, 칩 부품의 유전체 소체와 도전성 페이스트 조성물(단자전극)간의 결합력을 증대시키기 위히여 첨가된다.

상기 바인더로는 칩 부품의 단자 전극용 페이스르 조성물에 첨가되는 것으로 알려져 있는 것이라면 어느 것이나 사용가능하며, 바람직한 것으로는 아크릴 수지를 들수 있다.

상기 바인더가 너무 적게 첨가되는 경우에는 첨가효과가 미흡하고, 너무 많이 첨가되는 경우에는 문제점이 있다.

따라서, 상기 바인더의 함량은 4∼10중량%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 용재는 통상적으로 사용되는 것이면 어느 것이나 사용가능하며, 그 예로는 터피네올(terpineol)류, 뷰틸 카비톨(butyl carbitol)류, 또는 뷰틸 카비톨 아세테이트 (butyl carbitol acetate)류등을 사용할 수 있다.

한편, 실란 커플링재는 미국특허번호 제6,602,604호, 미국특허번호 제6,187,374호 및 일본공개특허공보 2001-181579호등에도 제시되어 있는 바와 같이, 무기물 기저에 대한 유기물 코팅층의 부착력을 높이는데 주로 이용되어 왔다.

그러나, 본 발명에서와 같이 금속분 필러(filler)가 주성분인 페이스트와 세라믹 기저의 건조 상태 강도를 개선시키기 위하여 실란 커플링재가 적용된 예는 아직까지 보고된 바가 없었다.

즉, 본 발명에 따라 칩 부품의 단자 전극용 페이스트 조성물에 첨가된 실란 커플링재는 하기와 같은 구조식을 갖는 유기물질로서 2차 관능기(R1, Secondary Functional Group)는 유기물 바인더와 결합을 하고, 수화 가능 관능기 (OR, Hyrozable Functional Group)는 무기물 표면과 결합을 하여 유기물과 무기물 사이의 다리 효과 (Bridging Effect)를 통해 결합력을 향상시키기 위하여 첨가되는 성분이다.

[구조식]

일반적으로, 실란 커플링재는 2차 관능기와 사용한 유기물 바인더의 상용성에 의해 그 효과가 결정된다.

따라서, 상용화되어 판매되는 실란 커플링재는 각 물질별 2차 관능기 종류에 따라 구분된다.

본 발명에 사용될 수 있는 실란 커플링재로는 아미노계 실란 커플링재, 에폭시(epoxy)계 실란 커플링재 또는 비닐 (Vinyl)계 커플링재등을 들수 있다.

본 발명에 바람직한 실란 커플링재로는 에폭시계 실란 커플링재 또는 비닐계 커플링재를 들수 있으며, 특히, 이들 커플링재는 Cu 페이스트의 바인더로 사용되는 아크릴 수지와의 상용성에 문제가 없다.

특히, 아크릴 바인더를 사용하는 환원 분위기 소성용 Cu 페이스트에는 에폭시계 실란 커플링재을 사용하는 경우 탁월한 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 실란 커플링재의 선택은 페이스트 조성물에 사용되는 바인더의 종류에 따라 적절히 선정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 실란 커플링재를 첨가하는 경우, 그 첨가량이 너무 적은 경우에는 상기한 첨가효과 즉, 강도 개선효과가 충분히 발휘되지 않으므로, 그 하한값은 기본 페이스트의 중량에 대하여 0.5중량%로 설정하는 것이 바람직하다.

싱기 실란 커플링재는 도전성 페이스트 조성물을 유전체 소체에 도포하고 건조한 후 외부전극 소성할 때 제거된다.

상기 실란 커플링재가 도전성 페이스트 조성물에 너무 많이 첨가되는 경우에는 외부전극 소성시 실란 커플링재의 제거로 인하여 침 부품이 부풀거나 치밀도가 떨어지게 된다.

따라서, 상기 실란 커플링재의 첨가량의 상한값은 기본 페이스트의 중량에 대하여 3.0중량%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조성되는 단자 전극용 페이스트 조성물을 사용하여 단자 전극을 형성하는 경우, 건조온도는 130∼200℃로 설정하는 것이 바람직하다.

그리고, 단자 전극용 페이스트 조성물을 유전체 소체에 인쇄하는 방법으로는 통상적으로 사용되고 있는 디핑(dipping)법, 휠(wheel)전사법, 및 마스크 인쇄법등을 사용할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명에 따라 실란 커플링재를 첨가한 칩 부품용 도전성 페이스트 조성물은 페이스트 자체의 막 강도를 개선할 뿐아니라, 건조된 페이스트와 기저의 세라믹 면간의 접착력을 높임으로써 건조 이후의 외부 충격에 대한 단자 전극 파손을 방지할 수 있다.

즉, 칩 부품용 단자 전극 페이스트의 경우 실란 커플링재는 페이스트의 유기물 성분인 바인더, 예를 들면, 아크릴 수지 성분과 무기물인 페이스트 조성물내 금속 분말(metal powder) 및 그라스 프릿과의 결합력을 향상시킴으로서 페이스트 자체의 건조 강도를 개선할 뿐아니라, 수지와 세라믹 소체 사이의 접합 강도를 증진시킴으로서 건조된 상태에서의 외부 충격에 대한 파손 불량을 방지하는 효과를 얻을 수 있었다.

실제, 본 발명의 도전성 페이스트 조성물을 실제 MLCC (적층칩 콘덴서)에 적용한 결과, 핸들링 시 단자 전극 부분의 파손 불량율이 크게 낮아지는 효과를 얻을 수 있었다.

또한, 본 발명에서는 종래기술에서 사용되던 환원 소성용 Cu 페이스트 조성에 변화를 주지 않고, 단순히 적절한 실란 커플링재를 소량 첨가함으로써 건조막 강도의 개선을 얻을 수 있으므로 그 유용성이 매우 높다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

Cu: 70중량%, 그라스 프릿: 8중량%, 아크릴계 바인더: 8중량% 및 나머지: 용재[터피네올(Terpineol)류로 조성되는 기본 페이스트에 하기 표 1과 같이 에폭시 계, 아미노 계, 비닐계 실란 커플링재를 기본 페이스트의 중량에 대하여 1중량%를 첨가하여 단자 전극용 페이스트 조성물을 제조한 다음, 소체와의 접착 강도, MLCC 적용시의 단자 전극 파손 외관 불량 (벗겨짐 불량), 및 겔화반응을 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

하기 표 1에서, 소체와의 접착 강도는 MLCC 세라믹 소체와 알루미나 기판 사이에 페이스트를 일정 면적 (6 pai)로 접착한 후 일반적인 풀 오프(pull off) 측정기를 이용하여 분리될 때까지의 강도를 측정한 것이다.

또한, 벗겨짐 불량 빈도는 3225 size MLCC에 디핑 방법으로 외부전극 페이스트를 인쇄 건조한 후의 전극 소부가 완료된 칩의 외관을 관찰하여 벗겨짐 불량 시료수를 집계한 것이며, 이 때 건조 온도는 150℃정도였다.

실시예 No.	커플링재 종류	2차관능기 종류	소체와의 접착강도 평균값(gf)	벗겨짐 불량 빈도	겔화반응정도
종래예	미첨가	-	1426.5	10/20000	양호
발명예 1	SC-3	에폭시 계	2701.9	1/20000	양호
발명예 2	SC-6	에폭시 계	1626.4	3/20000	양호
발명예 3	SC-7	아미노 계	1846.0	4/20000	다소 일어남
발명예 4	SC-11	비닐 계	1100.9	3/20000	양호
발명예 5	SC-12	에폭시 계	3079.1	0/20000	양호

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 단자 전극용 페이스트 조성물 을 사용하는 경우에는 실란계 커플링재를 첨가하지 않은 경우에 비하여 접착 강도가 높을 뿐만 아니라 이를 통한 벗겨짐 불량율이 현저히 낮음을 알 수 있다.

한편, 아미노계 실란계 커플링재를 첨가한 경우에는 접착강도 및 벗겨짐 불량빈도에 있어서는 우수한 효과를 나타내지만, 겔화반응이 다소 발생함을 알 수 있다.

(실시예 2)

실란 커플링제로 에폭시 실란 커플링재 SC-3[실시예 1의 발명예(1)]를 기본 페이스트 중량에 대하여 0.5∼3.0wt%로 변경하여 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 단자 전극용 페이스트를 제조한 다음, 소체와의 접착 강도, MLCC 적용시의 단자 전극 파손 외관 불량 (벗겨짐 불량)을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

커플링재 첨가량(중량%)	0	0.5	1.0	1.5	2.0	3.0
소체와의 접착강도 평균값(gf)	1426.5	2014.5	2701.9	2815.3	2873.3	2865.2
벗겨짐 빈도	10/20000	4/20000	1/20000	0/20000	0/20000	0/20000

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 에폭시계 실란 커플링재를 첨가하는 경우 실란계 커플링재를 첨가하지 않은 경우에 비하여 접착 강도가 높을 뿐만 아니라 이를 통한 벗겨짐 불량율이 현저히 낮음을 알 수 있다.

한편, 실란 커플링재 첨가량이 증가하면서 소체와의 접착 강도값이 증가하며 1.5 wt% 이상 첨가시는 일정 수준을 유지하고 있고, 또한 실제 칩에 적용한 결과인 벗 겨짐 빈도의 경우도 1.5wt% 이상 첨가 시는 발생하지 않음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 칩 부품의 단자 전극으로 사용되는 페이스트 조성물에 실란 커플링재를 일정량 첨가함으로써 단자 전극의 건조막 강도를 개선시키고, 특히 기저 세라믹 소체와 건조된 단자 전극 사이의 접착력이 크게 개선되어 단자 전극 부분의 파손 불량을 개선시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 도전성 금속: 65∼75중량%, 그라스 프릿(glass frit): 4∼10중량%, 바인더: 4∼10중량%, 및 나머지 용재를 포함하여 조성되는 기본 페이스트에 기본 페이스트 중량에 대하여 0.5∼3.0중량%의 실란 커플링재가 첨가되어 이루어진 것을 특징으로 하는 칩 부품 단자 전극용 페이스트 조성물
2. 제1항에 있어서, 도전성 금속이 Cu 또는 Ag 또는 Ag-Pd인 것을 특징으로 하는 칩 부품 단자 전극용 페이스트 조성물
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실란 커플링재가 에폭시계 실란 커플링재, 비닐계 실란 커플링재 및 아미노계 실란 커플링재로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 칩 부품 단자 전극용 페이스트 조성물
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용재가 터피네올(terpineol)류, 뷰틸 카비톨(butyl carbitol)류 및 뷰틸 카비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate)류로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 칩 부품 단자 전극용 페이스트 조성물
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 칩 부품이 적층 세라믹 콘덴서, 적층형 인덕터 및 칩 저항을 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 칩 부품 단자 전극용 페이스트 조성물

Images