KR100743891B1 - 적층 세라믹 전자부품 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
잉크젯 인쇄 방식으로 간략화된 공정에 의하여 저렴한 비용으로 단시간에 1㎛ 이하의 박막 패턴 및 고해상도 내부 전극 패턴을 형성할 수 있어 고적층, 고용량, 고밀도의 초소형 적층 세라믹 전자부품 및 이의 제조방법, 제조장치를 제공한다. 또한 서로 다른 잉크를 토출하는 복수의 헤드 또는 복수의 노즐을 포함하여 분산 안정성이 우수하고, 내부 전극층과 유전층 간의 전극 끊김 및 디라미네이션 형상을 방지할 수 있는 적층 세라믹 전자부품 및 이의 제조방법, 제조장치를 제공한다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 내부 전극 및 유전체를 포함하는 적층 세라믹 전자부품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 내부 전극은 금속 입자를 포함하는 금속 잉크와 세라믹 입자 및 금속산화물 입자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 세라믹 잉크를 잉크젯 방식으로 유전체 상에 인쇄되어 형성되데, 상기 금속 잉크와 상기 세라믹 잉크는 서로 분리되어 인쇄되는 적층 세라믹 전자부품 제조방법을 제시할 수 있다.
금속 입자, 세라믹 입자, 금속 산화물 입자, 잉크젯 인쇄, 내부 전극, MLCC
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적층 세라믹 전자부품을 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적층 세라믹 전자부품의 제조방법을 도시한 도면;
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 적층 세라믹 전자부품의 제조방법을 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제조된 적층 세라믹 전자부품을 나타내는 사진; 및
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적층 세라믹 전자부품의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210 : 캐리어 필름 220 : 유전체
230 : 내부 전극
240 : 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드
250 : 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드
260 : 잉크젯 프린트 헤드 270 : 노즐
271 : 금속 잉크용 노즐 273 : 세라믹 잉크용 노즐
본 발명은 적층 세라믹 전자부품 및 그 제조 방법, 제조 장치에 관한 것으로, 특히 잉크젯 방식에 의해 제조되는 적층 세라믹 전자부품 및 그 제조 방법, 제조 장치에 관한 것이다. 예를 들면 적층 세라믹 콘덴서 또는 칩 인덕터 및 그 제조방법, 제조장치에 관한 것이다.
적층 세라믹 콘덴서(MLCC : Multi-Layer Ceramic Capacitor)는 커퍼시터를 여러 층으로 적층하여 형성한 전자 부품으로서, DC 신호 차단, 바이패싱(bypassing), 주파수 공진 등 다양한 역할을 수행한다. 칩 인덕터(Chip Inductor)는 전류의 변화량에 비례해 전압을 유도하는 코일이 칩형태를 띄는 것을 말하며 표면 실장용 부품의 하나로 사용되고 있다. 전자 제품들의 개인화에 따른 휴대용 단말기의 시장이 점차적으로 확대됨에 따라 적층 세라믹 콘덴서나 칩 인덕터와 같은 전자부품은 소형화, 경량화 되고 있다.
종래 기술에 따르면, 적층 세라믹 콘덴서나 칩 인덕터의 칩 부품들은 그린 시트(green sheet)에 전극 페이스트(paste)를 인쇄한 후, 다층으로 적층하고 절단 (cutting)한 후 고온으로 소결한 다음, 외부전극을 도포, 소결하여 도금하는 공정으로 제조된다. 전자부품의 소형화, 경량화 추세에 따라 전극층이나 그린 시트층(유전체층)의 박막화 및 고적층화가 요구되고 있다. 이에 따라 종래와 같은 금속 페이스트를 스크린 인쇄하는 경우 전극층과 그린 시트층의 동시 소성 시 소성온도의 부조화로 인하여 전극 끊김이나 전극과 그린 시트간의 디라미네이션이 발생하여 전기 신뢰성과 같은 전기적 특성의 불량을 일으키는 원인이 되고 있다. 또한 수 백 내지 수 천층 이상으로 구성된 칩 부품을 제조하기 위한 스크린 인쇄 방식은 박막전극을 형성하는 것에도 한계가 있다.
이러한 전극층과 그린 시트층의 열팽창 개시 온도 차이에 의하여 발생하는 문제점을 개선하기 위하여 금속 분말 이외에도 세라믹 분말 또는 금속 산화물 분말을 일정 비율로 혼합하여 전극 인쇄용 페이스트를 사용하였다. 그러나 이 전극 인쇄용 페이스트는 금속 및 세라믹의 상이한 표면 특성 때문에 동일한 분산 미디어에서 균일하게 분산하기 어렵고, 박막 형성을 위하여 보다 미세한 금속 입자를 사용하는 경우 현재의 기계적 분산방법으로는 균일한 조성의 페이스트를 제조하는데 한계가 있다.
이와 같이 균일한 조성의 페이스트를 제조하는 어려움을 극복하기 위하여 금속 입자의 표면에 세라믹 또는 금속 산화물을 코팅하여 입자 표면의 특성을 단일화하는 연구가 진행되고 있다. 그러나 이와 같은 코어-셀 구조의 입자는 제조 공정이 매우 까다로우며 제조 비용 또한 고가이어서 경제성에 문제가 있다. 또한 모든 입자가 균일한 코어-셀 구조를 형성하기 위하여 초기 코어를 형성하고 있는 금속 입자들이 독립적으로 분산되어야 하는데 박막을 형성하기 위하여 입자의 크기를 더욱 작게 할수록 입자 분산 공정이 어려우므로 균일한 코어-셀 구조를 형성하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 잉크젯 인쇄 방식으로 간략화된 공정에 의하여 저렴한 비용으로 단시간에 적층 세라믹 전자부품을 제조하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 1㎛ 이하의 박막 패턴 및 고해상도 내부 전극 패턴을 형성할 수 있어 고적층, 고용량, 고밀도의 초소형 적층 세라믹 전자부품 및 이의 제조방법, 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 서로 다른 잉크를 토출하는 복수의 헤드 또는 복수의 노즐을 포함하여 분산 안정성이 우수하고, 내부 전극층과 유전층 간의 전극 끊김 및 디라미네이션 형상을 방지할 수 있는 적층 세라믹 전자부품 및 이의 제조방법, 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부 전극 및 유전체를 포함하는 적층 세라믹 전자부품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 내부 전극은 금속 입자를 포함하는 금속 잉크와 세라믹 입자 및 금속산화물 입자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상 의 화합물을 포함하는 세라믹 잉크를 잉크젯 방식으로 유전체 상에 인쇄되어 형성되데, 상기 금속 잉크와 상기 세라믹 잉크는 서로 분리되어 인쇄되는 적층 세라믹 전자부품 제조방법을 제시할 수 있다.
여기서 금속 입자는 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 이리듐, 오스뮴, 텅스텐, 탄탈, 티탄, 알루미늄, 코발트, 철 및 이들 중 둘 이상의 금속으로 이루어진 합금로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 금속을 포함할 수 있다.
또한 여기서 금속 입자는 산소, 질소 또는 황(S) 원자를 가지는 화합물에 의하여 캐핑(capping)될 수 있고, 크기가 1×10-9 내지 1×10-6m일 수 있으며, 금속 잉크 100중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부로 포함될 수 있다.
여기서 세라믹 입자는 티탄산 바륨계 세라믹, 티탄산 스트론튬계 세라믹, 티탄산 납계 세라믹, 페라이트(ferrite) 세라믹, 압전체 세라믹, 알루미나 및 실리카로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 입자를 포함할 수 있다. 또한 여기서 금속산화물 입자는 산화동, 산화철, 산화니켈, 산화코발트 및 산화아연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 금속을 포함할 수 있다.
또한 여기서 세라믹 입자 및 금속산화물 입자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물의 크기는 1×10-9 내지 1×10-6m일 수 있고, 고압 분산 공정에 의하여 상기 세라믹 잉크 내에 분산 될 수 있으며, 상기 세라믹 잉크 100중량부에 대하여 5 내지 80중량부로 포함될 수 있다.
또한 여기서 세라믹 잉크는 비이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 아크릴계 고분자 및 이들의 랜덤, 블록, 그라프트 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 분산제를 더 포함할 수 있고, 금속 잉크 및 상기 세라믹 잉크는 물, 알코올, 에탄올, 메탄올, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 테트라데칸, 톨루엔, 및 크실렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 용제를 포함할 수 있다. 또한 여기서 금속 잉크 및 상기 세라믹 잉크는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리우레탄 및 폴리에스터 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 바인더를 더 포함할 수 있다.
또한 여기서 분리되어 인쇄되는 방법은 하나이상의 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드 및 하나이상의 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드를 통하여 각각의 잉크를 토출할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드 및 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드는 일체로 움직일 수 있고, 또는 서로 다른 동작 제어 신호에 상응하여 개별적으로 움직일 수 있다.
또한 여기서 분리되어 인쇄되는 다른 방법은 하나이상의 금속 잉크용 노즐 및 하나이상의 세라믹 잉크용 노즐을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드에 의하여 각각의 잉크가 될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 적층 세라믹 전자부품의 제조방법에 의하여 제조된 적층 세라믹 전자부품을 제시할 수 있다. 여기서 적층 세라믹 콘덴서일 수 있고, 칩 인덕터일 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면 적층 세라믹 전자부품은 두께가 1㎛ 이하 내부 전극층을 가진다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 금속 입자를 포함하는 금속 잉크를 토출하는 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드 및 세라믹 입자 및 금속산화물 입자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 세라믹 잉크를 토출하는 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드를 포함하되, 상기 금속 잉크와 상기 세라믹 잉크는 유전체 상에 인쇄되어 내부 전극을 형성하는 적층 세라믹 전자부품 제조장치를 제시할 수 있다.
여기서 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드 및 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드는 일체로 움직이면서 잉크를 토출하거나, 서로 다른 동작 제어 신호에 상응하여 개별적으로 움직이면서 잉크를 토출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 금속 입자를 포함하는 금속 잉크를 토출하는 하나이상의 금속 잉크용 노즐 및 세라믹 입자 및 금속산화물 입자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 세라믹 잉크를 토출하는 하나이상의 세라믹 잉크용 노즐을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드를 포함하되, 상기 금속 잉크와 상기 세라믹 잉크는 유전체 상에 인쇄되어 내부 전극을 형성하는 적층 세라믹 전자부품 제조장치를 제시할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 적층 세라믹 전자부품 및 이의 제조방법, 제조장치의 바람직한 실시예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 또한 본 발명은 적층된 세라믹을 이용한 적층 세라믹 전자제품에 대하여 적용가능하며, 이하에서는 적층 세라믹 콘덴서를 중심으로 설명하고, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상 세히 설명하기에 앞서 적층 세라믹 콘덴서의 일반적인 원리에 대하여 먼저 설명하기로 한다.
적층 세라믹 콘덴서는 유전체, 내부 전극 및 외부전극을 포함한다. 유전체는 적층 세라믹 콘덴서의 외부 몸체 부분이며, 그 재질이 세라믹 재료로 되어 있으므로 일반적으로 세라믹 몸체라고 칭한다. 유전체로서 일반적으로 BaTiO3(Barium Titanate, BT계)가 사용되며, 이는 상온에서 고유전율을 가진다. 유전체인 BT 분말의 소결 온도는 1250℃ 정도이다.
내부 전극은 유전체 안에 위치하고 있는 전도성 물질이다. 내부 전극의 재료로서 일반적으로 은(Ag), 팔라듐(Pb), 은-팔라듐, 백금 등의 귀금속 재료 및 니켈(Ni), 구리(Cu) 등이 사용된다.
외부전극은 적층 세라믹 콘덴서를 외부 전원과 연결시켜주는 전도성 물질이다. 적층 세라믹 콘덴서는 기판의 표면 실장용으로 설계된 소자이기 때문에 외부전극은 단순히 외부 전압과 연결하는 역할뿐만 아니라 기판에 실장될 때 땜납이 잘 부착되도록 하는 역할까지 수행한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적층 세라믹 전자부품을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 유전체(220)와 내부 전극(230)이 도시되어 있고, 이들은 차례대로 적층되어 있다. 또한 본 발명의 적층 세라믹 전자부품은 도면 상에 생략된 외부전극을 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적층 세라믹 전자부품의 제조방법을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(240)와 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(250)는 미리 설정된 패턴에 따라 잉크를 토출하여 내부 전극(230)을 캐리어 필름(210)상에 형성시킨다.
금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(240)는 금속 잉크를 토출하고 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(250)는 세라믹 잉크를 토출한다. 여기서 '금속 잉크'는 도전성을 발휘하는 금속 입자를 포함하는 잉크를 말한다. 이러한 금속 입자로는 예를 들면 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 이리듐, 오스뮴, 텅스텐, 탄탈, 티탄, 알루미늄, 코발트, 철 및 이들 중 둘 이상의 금속으로 이루어진 합금로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 금속을 들 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나 금, 은, 구리, 니켈 백금, 팔라듐, 은-팔라듐의 합금이 바람직하다.
금속 입자는 용매 내에서 안정적으로 분산하기 위해서 캐핑 분자(capping molecular)가 요구되는데, 이러한 캐핑 분자는 일반적으로 산소, 질소, 황 원자를 가지는 화합물이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로는 티올기(-SH), 아민기(-NH2), 카르복실기(-COOH)를 가지는 화합물이 사용될 수 있으며, 사용되는 용매의 종류나 바인더, 첨가제에 따라 캐핑 분자의 종류를 선택할 수 있으며, 본 발명에서는 캐핑분자의 종류에 제한되지 않는다. 캐핑분자에 의하여 금속 입자는 안정한 콜로이드 상태로 존재할 수 있으므로 별도의 기계적 분산 공정을 요하지 않고 잉크젯 헤드를 통하여 토출될 수 있다.
금속 입자의 크기가 종래와 같이 수 ㎛이면 잉크젯 인쇄를 통하여 토출 시 노즐이 막히게 되어 안정적인 패턴 형성이 곤란하고, 수 내지 수백 nm이면 입자표면적이 증가하여 반응성이 커지게 되며, 용융점이 급격히 낮아져 저온 소성을 통해 높은 전기 전도도를 얻을 수 있어 바람직하다. 따라서 본 발명의 금속 입자의 크기는 1×10-9 내지 1×10-6m인 것이 바람직하다. 그러나 300℃이하의 저온 소성을 요하지 않아 금속 입자의 크기의 선택의 폭이 넓으며 잉크젯 노즐을 통과하여 토출되기 적합한 크기이면 바람직하다.
나노 사이즈의 금속 입자는 기상법이나 화학적 환원법에 의하여 제조될 수 있으며, 기상법에 의하면 고온에서 금속을 증발시켜 He 가스등과 같은 이동상과 접촉하여 작은 클러스터를 형성하고, 다시 이를 용해하여 재결정화하여 입자크기를 성장 시킨 후 캐핑분자가 첨가된 유기용매로 금속 나노 입자를 회수할 수 있다. 화학적 환원법은 금속 무기염이나 유기 금속염 용액에 캐핑분자 및 환원제를 첨가하여 환원처리를 통해 금속 나노 입자를 얻을 수 있다.
본 발명의 적층 세라믹 전자부품의 내부 전극 재료로 바람직한 니켈은 수소환원법에 의하여 제조될 수 있다. 이는 염화니켈을 증기화하여 고온 반응기에서 수소가스를 활용해 환원시킴으로써 나노 사이즈의 니켈 입자를 제조할 수 있다. 또한 니켈 입자는 분무 열분해법을 이용하여 제조될 수 있는데 니켈 전구체를 용제에 용해시켜 니켈 분무 용액을 제조한 후 액적발사장치를 이용하여 미세한 액적으로 분 무시켜, 고온의 전기로에서 건조, 열분해 및 결정화 과정을 거쳐 니켈 입자를 제조할 수 있다. 이외에도 니켈 전구체를 저온 열분해 방법을 통하여 제조할 수도 있다.
또한 금속 입자는 금속 잉크 100중량부에 대하여 0.1 내지 30중량부로 혼합될 수 있다.
세라믹 잉크는 세라믹 입자 및 금속산화물 입자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 잉크를 말한다. 세라믹 입자 또는 금속산화물 입자는 유전체를 구성하는 성분과 비슷한 열팽창 시작온도를 가지는 물질을 내부 전극에 포함시켜 소성 시 전극 끊김이나 디라미네이션 문제를 완화할 수 있다. 그러나 세라믹 입자 또는 금속 산화물 입자는 금속 입자와 함께 분산시킬 경우 상이한 표면 특성으로 인하여 동일한 분산 미디어로 균일하게 분산되기 어렵다. 따라서 본 발명에서는 서로 상이한 표면 특성을 가지는 입자를 따로 토출시켜 유전체층 상에서 서로 혼합되게 함으로써 불균일 분산되는 문제를 해결하면서도 전극 끊김이나 디라이미네이션 문제를 완화할 수 있도록 하였다.
본 발명에서 세라믹 입자는 이에 한정되는 것은 아니나, 티탄산 바륨계, 티탄산 스트론튬계, 티탄산 납계와 같은 유전체 세라믹 입자; 페라이트(ferrite) 세라믹과 같은 자성체 세라믹 입자; 압전체 세라믹; 알루미나나 실리카와 같은 절연체 세라믹 입자 또는 이들의 혼합 세라믹 입자를 예로 들 수 있다.
금속 산화물 입자로는 예를 들면 산화동, 산화니켈, 산화코발트, 산화아연 또는 산화철 등을 들 수 있다.
세라믹 입자 또는 금속 산화물 입자는 1×10-9 내지 1×10-6m의 입자 직경을 가지는 것이 잉크젯 프린터기의 노즐을 통과하기에 바람직하다. 세라믹 입자 또는 금속 산화물 입자는 에탄올과 톨루엔 혼합액과 같은 용매 내에서 적당한 분산제와 혼합되어 비드밀(beadmill), 볼밀, 또는 페인트 쉐이커, 샌드밀 등을 이용하여 분산시킨다. 이러한 분산 공정 시 비드나 볼 등으로 인하여 발생하는 충돌 에너지 및 전단력에 의한 분쇄력이 과도하게 크면 세라믹 입자 또는 금속 산화물 입자가 손상될 수 있다. 이에 따라 세라믹 입자 또는 금속 산화물의 결정성이 저하되거나 비표면적이 증가하여 소망하는 전기적 특성을 얻기가 어려워질 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여 적당한 충돌 에너지 및 전단력을 이용하여 세라믹 입자 또는 금속 산화물 입자를 분산시킨 후 이를 테이퍼(taper)형 통로를 고압으로 통과하게 하는 고압 분산 공정을 통하여 안정적인 세라믹 잉크를 제조할 수 있다.
세라믹 입자 또는 금속 산화물 입자는 세라믹 잉크 100중량부에 대하여 5 내지 80중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 60중량부로 포함될 수 있다.
또한 세라믹 입자 또는 금속 산화물을 용매 내에서 안정적으로 분산시키는 분산제로 예를 들면 비이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 아크릴계 고분자 또는 이들의 랜덤, 블록, 그라프트 공중합체 등이 더 첨가될 수 있다.
금속 잉크 및 세라믹 잉크에 포함될 수 있는 용제는 적용 기질이나 헤드의 성질에 따라 다양한 물질이 사용된다. 일반적으로 이는 용매, 캐리어 등으로도 불리며, 수성은 가장 보편적으로 사용되는 용매로 인체에 무해하고 냄새가 없으며 다루기 쉬운 특성이 있는 화합물이다. 빠른 건조를 위하여 케톤 또는 알코올 등의 용제가 사용되고 공극이 많은 기질에는 흡수가 필요한 경우 오일 또는 글리콜 등의 건조가 느리거나 일어나지 않는 용제를 사용한다. 일반적으로 두 가지 이상의 용제를 혼합하거나 첨가제를 사용하여 용제의 성질을 조절할 수 있다. 이러한 용제의 예로 물, 알코올, 에탄올, 메탄올, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 등의 친수성 용제와 테트라데칸, 톨루엔, 크실렌 등과 같은 소수성 용제를 들 수 있다.
바인더는 첨가제 등을 기질에 고정시키고 이들을 주위 환경이나 화학물질로부터 보호하는 고분자 물질이다. 바인더는 점탄성적 성질, 분자량, 분자구조, 용해도, 유변학적 성질, 다른 잉크와의 사용성 등이 전체 잉크 조성에 영향을 미친다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 바인더로 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리우레탄, 폴리에스터 수지, 폴리비닐 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
이외에도 잉크의 성능을 향상시키기 위한 다양한 첨가제가 사용될 수 있다. 수계 잉크에 있어서 안정적인 pH를 유지하기 위한 완충제, 노즐 건조 방지를 위한 계면활성제 등을 첨가할 수 있다.
본 발명에서 이러한 잉크를 인쇄하는 것은 잉크젯 프린터를 이용한 잉크젯 방식에 의한다. 잉크젯 방식으로 내부 전극을 형성하면 미세한 노즐을 통하여 소망하는 다양한 기능성 입자들을 포함하고 있는 용액을 토출할 수 있어 원하는 성질의 패턴을 용이하게 얻을 수 있다. 또한 종래와 같이 마스크 제조, 노광, 현상, 에칭, 박리 등의 복잡한 단계를 거치는 포토리소그라피 공정이 불 필요한 직접 인쇄 방식이다. 또한 인쇄되는 이나 캐리어 필름에 직접적인 접촉이 없이 인쇄할 수 있고, 1㎛ 이하의 박막 인쇄가 가능하며, 인쇄 후 금속 입자 함량이 높아 전도도가 우수한 내부 전극을 얻을 수 있다.
상술한 금속 잉크와 세라믹 잉크를 서로 분리하여 인쇄하는 방법으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 크게 2가지가 있다. 하나는 서로 다른 잉크젯 헤드를 통하여 인쇄하는 것이고, 다른 하나는 동일한 잉크젯 헤드를 통하여 서로 다른 노즐을 통하여 인쇄하는 것이다. 이와 같이 잉크를 서로 분리하여 인쇄함으로써 금속 입자와 세라믹 입자 또는 금속 입자와 금속 산화물 입자라는 서로 이종적인 입자가 혼합하여 입자들의 분산 안정성이 떨어지고 노즐이 막히는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 적층 세라믹 전자부품은 유전체(220)와 내부 전극(230)을 포함하고 내부 전극은 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(240)와 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(250)를 통하여 캐리어 필름(210) 상에 토출되는 잉크들이 서로 혼합되어 이루어진다. 여기서 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(240)는 금속 입자를 포함하는 금속 잉크를 토출시키고, 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(250)는 세라믹 입자 및 금속 산화물 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 화합물을 포함하는 세라믹 잉크를 토출시킨다.
여기서 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(240)와 세라믹 잉크용 잉크젯 프린 트 헤드(250)는 일체로 움직이면서 잉크를 토출 할 수 있다. 도 2에 도시하지 않은 제어수단에 의하여 이들 잉크젯 프린트 헤드(240, 250)는 제어될 수 있다. 이 제어수단에 의하여 이들 잉크젯 프린트 헤드(240, 250) 간에 토출되는 잉크의 양을 조절하여 금속 입자와 세라믹 입자 또는 금속 산화물 입자의 다양한 혼합비를 가지는 인쇄패턴을 형성할 수 있다.
또한 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(240)와 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(250)는 서로 다른 동작 제어 신호에 상응하여 개별적으로 움직이면서 잉크를 토출할 수 있다. 도 2에 도시하지 않았지만 제어수단에 의하여 이들 잉크젯 프린트 헤드(240, 250)는 각각 독립적으로 움직일 수 있고, 이들 잉크젯 프린트 헤드(240, 250) 간에 토출되는 잉크의 양을 조절하여 금속 입자와 세라믹 입자 또는 금속 산화물 입자의 다양한 혼합비를 가지는 인쇄패턴을 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 적층 세라믹 전자부품의 제조방법을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 잉크젯 프린트 헤드(260)는 금속 잉크용 노즐(271)과 세라믹 잉크용 노즐(273)을 통하여 캐리어 필름(210) 상에 잉크를 토출하여 내부 전극(230)을 형성한다. 금속 잉크용 노즐(271)은 금속 입자를 포함하는 금속 잉크를 토출하고 세라믹 잉크용 노즐(273)은 세라믹 또는 금속 산화물 입자를 포함하는 세라믹 잉크를 토출하며, 이들 잉크는 토출되기 전에 혼합되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들면 노즐과 연결된 카트리지에 서로 상이한 종류의 잉크를 포함하도록 하고 이를 하나의 잉크젯 헤드의 서로 다른 노즐 또는 노즐열을 통하여 토출되게 할 수 있다.
이상에서 내부 전극(230)은 캐리어 필름 상에 토출되는 것으로 설명하였으나 유전체(220)층 상에 토출되는 것도 가능함은 물론이다. 이러한 내부 전극 형성 방법을 반복적으로 수행하여 적층된 세라믹 전자부품을 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제조된 적층 세라믹 전자부품을 나타내는 사진이다. 이러한 적층 세라믹 전자부품으로 적층 세라믹 콘덴서나 칩 인덕터를 예로 들 수 있다. 상술한 방법에 의하여 두께가 1㎛ 이하 내부 전극을 가지는 고적층, 고용량, 고밀도의 초소형 적층 세라믹 콘덴서나 칩 인덕터를 제조할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적층 세라믹 전자부품의 제조방법을 도시한 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 단계 S305에서 금속 입자 및 바인더를 용제에 분산시킨 금속 잉크와 세라믹 입자 또는 금속 산화물 입자, 분산제 및 바인더(binder)를 용제에 분산시킨 세라믹 잉크를 준비하고, 단계 S310에서, 이들 잉크를 캐리어 필름(carrier film)을 이용하여 필름형태로 성형한다.
단계 S515에서, 금속 잉크용 잉크젯 프린터 헤드(240)와 세라믹 잉크용 잉크젯 프린터 헤드(250)를 이용하여 성형된 유전체 필름상에 미리 설정된 패턴에 따라 내부 전극(230)을 인쇄한다.
단계 S520에서, 내부 전극이 인쇄된 유전체 필름을 미리 설정된 수만큼 적층하고, 단계 S525에서, 압착된 후, 단계 S530에서, 칩(chip) 단위로 절단한다. 이후 단계 S535에서, 형성된 칩을 소성하며, 단계 S540에서, 외부전극을 내부 전극과 전기적으로 결합되도록 도포하고, 단계 S545에서, 외부전극을 소성한다.
여기서 외부전극은 내부 전극용 금속 잉크를 소성하기 전에 도포되어 유전체 잉크, 내부 전극용 잉크들과 함께 소성될 수도 있다. 단계 S550에서, 도금 공정에 의해 칩(chip) 단위로 적층 세라믹 콘덴서를 완성한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 세라믹 전자부품 제조장치는 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(240)와 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(250)를 포함한다. 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(240)는 금속 입자를 포함하는 금속 잉크를 토출하고 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(250)는 세라믹 입자 또는 금속 산화물 입자를 포함하는 세라믹 잉크를 토출한다. 이 장치에 의하여 토출되는 금속 잉크와 세라믹 잉크는 유전체 상에 인쇄되어 내부 전극을 형성한다.
이 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(240)와 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드(250)는 일체로 움직이면서 잉크를 토출할 수 있고, 서로 다른 동작 제어 신호에 상응하여 개별적으로 움직이면서 각각의 잉크를 토출할 수 있다. 또한 제어수단에 의하여 이들 잉크젯 프린트 헤드(240, 250)는 제어될 수 있으며, 이들 잉크젯 프린트 헤드(240, 250) 간에 토출되는 잉크의 양을 조절하여 금속 입자와 세라믹 입자 또는 금속 산화물 입자의 다양한 혼합비를 가지는 인쇄패턴을 형성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층 세라믹 전자부품 제조장치는 하나이상의 금속 잉크용 노즐(271)과 하나이상의 세라믹 잉크용 노즐(273)을 포함할 수 있고, 이 노즐들은 단일한 잉크젯 프린트 헤드(260)에 포함될 수 있다. 금속 잉크용 노즐(271)은 금속 입자를 포함하는 금속 잉크를 토출하고 세 라믹 잉크용 노즐(273)은 세라믹 입자 또는 금속 산화물 입자를 포함하는 세라믹 잉크를 토출한다. 이 장치에 의하여 토출되는 금속 잉크와 세라믹 잉크는 유전체 상에 인쇄되어 내부 전극을 형성한다. 여기서 각각의 잉크를 구성하는 구성요소는 상술한 바와 같다. 또한 여기서 금속 잉크와 세라믹 잉크를 노즐열을 서로 달리하여 금속 잉크와 세라믹 잉크가 토출될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 잉크젯 인쇄 방식으로 간략화된 공정에 의하여 저렴한 비용으로 단시간에 적층 세라믹 전자부품을 제조하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 1㎛ 이하의 박막 패턴 및 고해상도 내부 전극 패턴을 형성할 수 있어 고적층, 고용량, 고밀도의 초소형 적층 세라믹 전자부품 및 이의 제조방법, 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 서로 다른 잉크를 토출하는 복수의 헤드 또는 복수의 노즐을 포함하여 분산 안정성이 우수하고, 내부 전극층과 유전층 간의 전극 끊김 및 디라미네이션 형상을 방지할 수 있는 적층 세라믹 전자부품 및 이의 제조방법, 제조장치를 제공한다.
Claims (25)
- 내부 전극 및 유전체를 포함하는 적층 세라믹 전자부품을 제조하는 방법에 있어서,상기 내부 전극은 금속 입자를 포함하는 금속 잉크와 세라믹 입자 및 금속산화물 입자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 세라믹 잉크를 잉크젯 방식으로 유전체 상에 인쇄되어 형성되데,상기 금속 잉크와 상기 세라믹 잉크는 서로 분리되어 인쇄되는 적층 세라믹 전자부품 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 금속 입자는 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 이리듐, 오스뮴, 텅스텐, 탄탈, 티탄, 알루미늄, 코발트, 철 및 이들 중 둘 이상의 금속으로 이루어진 합금로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 금속을 포함하는 적층 세라믹 전자부품 제조방법.
- 청구항 2에 있어서,상기 금속 입자는 산소, 질소 또는 황(S) 원자를 가지는 화합물에 의하여 캐핑(capping)되는 적층 세라믹 전자부품 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 금속 입자는 크기가 1×10-9 내지 1×10-6m인 적층 세라믹 전자부품 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 금속 입자는 상기 금속 잉크 100중량부에 대하여 0.1 내지 30중량부로 포함되는 적층 세라믹 전자부품 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 세라믹 입자는 티탄산 바륨계 세라믹, 티탄산 스트론튬계 세라믹, 티탄산 납계 세라믹, 페라이트(ferrite) 세라믹, 압전체 세라믹, 알루미나 및 실리카로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 입자를 포함하는 적층 세라믹 전자부품의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 금속산화물 입자는 산화동, 산화니켈, 산화코발트, 산화아연 및 산화철로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 금속을 포함하는 적층 세라믹 전자부품의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 세라믹 입자 및 금속산화물 입자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물의 크기는 1×10-9 내지 1×10-6m인 적층 세라믹 전자부품 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 세라믹 입자 및 금속산화물 입자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물은 고압 분산 공정에 의하여 상기 세라믹 잉크 내에 분산되는 적층 세라믹 전자부품 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 세라믹 입자 및 금속산화물 입자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물은 상기 세라믹 잉크 100중량부에 대하여 5 내지 80중량부로 포함되는 적층 세라믹 전자부품의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 세라믹 잉크는 비이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 아크릴계 고분자 및 이들의 랜덤, 블록, 그라프트 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 분산제를 더 포함하는 적층 세라믹 전자부품의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 금속 잉크 및 상기 세라믹 잉크는 물, 알코올, 에탄올, 메탄올, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 테트라데칸, 톨루엔, 및 크실렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 용제를 포함하는 적층 세라믹 전자부품의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 금속 잉크 및 상기 세라믹 잉크는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리우 레탄, 폴리에스터 수지 및 폴리비닐로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 바인더를 더 포함하는 적층 세라믹 전자부품의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 분리되어 인쇄되는 방법은 하나이상의 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드 및 하나이상의 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드를 통하여 각각의 잉크를 토출하는 적층 세라믹 전자부품의 제조방법.
- 청구항 14에 있어서,상기 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드 및 상기 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드는 일체로 움직이면서 잉크를 토출하는 적층 세라믹 전자부품의 제조방법.
- 청구항 14에 있어서,상기 금속 잉크용 잉크젯 프린트 헤드 및 상기 세라믹 잉크용 잉크젯 프린트 헤드는 서로 다른 동작 제어 신호에 상응하여 개별적으로 움직이면서 잉크를 토출하는 적층 세라믹 전자부품의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 분리되어 인쇄되는 방법은 하나이상의 금속 잉크용 노즐 및 하나이상의 세라믹 잉크용 노즐을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드에 의하여 각각의 잉크가 토출되는 적층 세라믹 전자부품의 제조방법.
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