KR100905679B1 - 표면처리 금속초미분, 그 제조방법, 도전성 금속 페이스트및 그 페이스트를 사용하는 적층 세라믹 콘덴서 - Google Patents

표면처리 금속초미분, 그 제조방법, 도전성 금속 페이스트및 그 페이스트를 사용하는 적층 세라믹 콘덴서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다층 세라믹 콘덴서의 내부 전극에 사용하기 위한 금속초미분의 내산화성을 개선하고, 금속 내부 전극막의 형성시 표면장력 하에서 용융 금속의 구상화로 인한 금속 내부 전극막의 두께 증가를 억제한다. 금속초미분은 금속초미분의 표면에 존재하는 Y, Zr 및 La 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 원소의 황 함유 화합물을 가지며, 슬러리에서 금속초미분을 분산하는 정제공정, 슬러리에 금속 입자의 표면에 화합물을 형성하기 위해 Y, Zr 및 La 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 원소의 황산염을 함유하는 수용액을 첨가하는 표면처리공정, 여과공정 및 건조공정으로 금속초미분을 형성하여 제조된다.

Description

표면처리 금속초미분, 그 제조방법, 도전성 금속 페이스트 및 그 페이스트를 사용하는 적층 세라믹 콘덴서{SURFACE-TREATED ULTRAFINE METAL POWDER, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, CONDUCTIVE METAL PASTE OF THE SAME, AND MULTILAYER CERAMIC CAPACITOR USING SAID PASTE}
도 1 은 본 발명에 따른 금속초미분 제조공정을 나타내는 순서도.
도 2 는 열질량측정 결과를 나타내는 도표.
도 3 은 실시예 1 에 따른 표면처리 초미분의 표면에 존재하는 물질에 대한 푸리에 변환 적외 분광 스펙트럼의 실시예를 나타내는 도표.
도 4 는 비교예 1 (무처리) 에 따른 표면처리 초미분의 표면에 존재하는 물질에 대한 푸리에 변환 적외 분광 스펙트럼의 실시예를 나타내는 도표.
도 5 는 황산 이트륨 시약에 대한 푸리에 변환 적외 분광 스펙트럼의 실시예를 나타내는 도표.
도 6 은 산화 이트륨 시약에 대한 푸리에 변환 적외 분광 스펙트럼의 실시예를 나타내는 도표.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10. 금속초미분 제조공정 11. 정제공정
12. 표면처리공정 13. 여과공정
14. 건조공정
본 발명은 도전성 페이스트 필러 또는 적층 세라믹 콘덴서의 내부 전극용으로 사용되는 표면처리 금속초미분, 그 제조방법, 도전성 금속 페이스트 및 적층 세라믹 콘덴서에 관한 것이다.
적층 세라믹 콘덴서의 내부 전극에 사용되는 금속초미분은 예컨데, 0.1 ~ 1.0 ㎛ 의 평균 입경과 일반적으로 구형 입자 형상을 갖는 고순도의 금속 분말이다. 금속초미분은 화학적 기상 반응에 의해 제조되고, 유기 수지와 같은 결합제를 첨가하며 페이스트화 하여 사용된다. 여기 사용된 평균 입경은 개수기준 분포에서 체적/면적 평균 직경 (d3) (즉, 입자의 (총 체적)/(총 면적) 의 비) 이다.
페이스트는, 스크린 인쇄 등으로 세라믹 유전체로 구성된 세라믹 그린 시트에 얇은 층으로 코팅된다. 얇은 층이 코팅된 수백의 세라믹 그린 시트로 이루어진 적층 구조, 즉 내부 전극층이 탈지공정, 소결공정 및 연소공정을 거쳐서, 적층 세라믹 콘덴서가 제조된다.
최근 적층 세라믹 콘덴서에서 작은 크기와 큰 용량을 실현하기 위해, 내부 전극층을 포함하는 세라믹 그린 시트의 층수는 수백개 내지 약 천개까지 증가되어야 한다. 이 기술을 완성하기 위해서는, 각 내부 전극층의 두께가 종래에 사용 된 내부 전극층의 두께인 3 ㎛ 부터 1.5 ㎛ 이하로 감소되어야 한다. 따라서, 내부 전극층 재료로서의 금속초미분의 입도분포의 D90 은 이와 상응하게 낮아지는 것이 요구된다. 여기서 D90 은, 개수 기준으로 표현되고 측정으로 얻어진 금속초미분의 입도분포의 누적 90 % 에 상응하는 입경을 나타낸다.
최근에는, 약 0.4 ㎛ 의 평균 입경을 갖는 종래의 금속초미분 보다 미세한 약 0.1 ~ 0.2 ㎛ 의 평균 입경을 갖는 금속초미분이 사용되고 있다. 이는, 작은 평균 입경을 갖는 금속초미분의 입도분포의 D90 이 작기 때문으로, 따라서, 약 0.1 ~ 0.2 ㎛ 의 평균 입경을 갖는 금속초미분의 D90 은 약 0.4 ㎛ 의 평균 입경을 갖는 금속초미분의 D90 보다 작다.
일반적으로, 작은 입경을 갖는 금속초미분은 특이한 성질을 나타낸다. 특히 그의 활성 표면 상태 때문에, 저온 범위 (200 ~ 300 ℃) 에서 산화 반응으로 인한 산화 팽창이 발생하거나, 저온 범위 (400 ~ 500 ℃) 에서 열 수축이 개시되어, 전극 형성에 악영향을 준다.
특별하게는, 금속초미분을 사용하는 내부 전극에는, 탈지공정에서 산화 분위기에서의 산화 팽창으로 인해 크랙이 발생한다. 다른 문제는 가열 공정에서 전극막 형성시에, 용융 금속의 표면 장력하에서 구상화가 금속 내부 전극의 두께의 부분적 증가를 일으킨다는 것이다. 특히 후자의 경우에는, 얇은 전극막을 균일하게 형성하는 것이 어렵게 되고, 내부 전극막을 위한 충분히 넓은 면적이 얻어질 수 없어서, 콘덴서의 전기 용량은 목표치에 이르지 못한다. 두꺼운 부분은 주위 금속의 응고를 통해 형성되기 때문에, 전극막은 부분적으로 파열되어 전극 피복 면적 (세라믹 시트에서 전극막으로 덮힌 부분의 면적) 이 감소된다. 막의 두께가 현저하게 증가하면, 막의 파열부는 점이 있는 섬 형상으로 산재하게 된다. 막의 파열부는 전기적으로 절연되어 전극막으로서의 기능이 없어진다. 막의 부분적으로 두꺼운 부분이 돌출 형상을 가질 경우, 돌출부가 세라믹 시트 층을 관통하여, 전극이 단락되는 불량품이 형성된다. 심지어 돌출부가 세라믹 시트 층을 관통하지 않을 경우에도, 내부 전극 간격 (이웃하는 전극과의 간격) 은 부분적으로 감소되어 전류 밀도가 증가하고 이로 인해 다층 세라믹 콘덴서의 수명이 단축된다.
상기 문제를 해결하기 위해, 탈지공정에서 온도 및 산소 농도를 엄격히 관리하며, 금속 페이스트의 세라믹 유전체와 조성이 유사한 재료를 첨가하여 수축 개시 온도를 높히는 종래의 방법이 있다.
종래의 금속초미분 보다 작은 약 0.1 ~ 0.2 ㎛ 의 평균 입경을 갖는 금속초미분이 사용되는 경우, 상기 문제에 대해 일반적으로 실행되는 상기 방법 (온도 및 산소 농도를 엄격히 관리하며, 세라믹 유전체와 조성이 유사한 재료를 첨가하는 것과 같은 방법) 은 더 이상 효과가 없기 때문에, 금속초미분의 산화 특성 및 열 수축 특성을 개선하는 것이 요구된다.
다층 세라믹 콘덴서를 가열하는 공정에서 세라믹 기재 및 내부 전극재 사이에서 다른 열 수축량으로 인해 발생되는 박리 및 크랙과 같은 결함을 줄이는 기술이 제안되어 있다. 예컨데, 일본 공개 특허 공보 평 11-343501호에는, TiO2, MnO2, 또는 Cr2O3 와 같은 산화물이 표면 처리를 통해 산화된 Ni 의 표면에 존재하는 복합 Ni 미분과 관련한 기술이 기재되어 있다. 미분은, 금속염을 함유하는 수용액을 미분 슬러리에 첨가하며 그런 후 산 또는 알카리를 이용하여 pH 를 조절하는 것을 포함하는 습식 처리 방법에 의해 제조된다.
상기 기술로는, 탈지공정의 산화 분위기에서 금속초미분의 산화 팽창, 및 연소 공정에서 전극막의 형성시 표면 장력하의 용융 금속의 구상화로 인한 금속 내부 전극의 두께 증가를 억제하는 것이 불가능하다.
종래 기술에서는, 탈지공정에서의 산화 팽창, 및 연소 공정에서 전극막의 형성시 표면 장력하의 용융 금속의 구상화가 다층 세라믹 콘덴서의 제조시 억제되는 금속초미분이 요구되고 있다. 그러나, 평균 입경이 약 0.4 ㎛ 또는 평균 입경이 약 0.1 ~ 0.2 ㎛ 인 어느 경우에도 상기 요구를 만족시키는 금속초미분은 없는 실정이다.
본 발명의 목적은 금속초미분의 내산화성을 개선하고, 전극막의 형성시 표면 장력하의 용융 금속의 구상화로 인한 금속 내부 전극막의 두께 증가를 억제하는 것이다. 상세하게는, 균일하게 얇은 전극 막을 형성할 수 있는 금속초미분이, 다층 세라믹 콘덴서 제조의 탈지공정에서의 분위기에서 금속초미분의 산화 증량의 감소 및 전극막의 형성시 용융 금속의 표면 장력의 감소로 얻어진다.
본 발명의 다른 목적은 상기 금속초미분으로 제조된 도전성 페이스트를 제공하며, 또한 콘덴서의 내부 전극을 위해 상기 금속초미분으로 제조된 다층 세라믹 콘덴서를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 이루었으며, Y, Zr 및 La 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 원소의 황 함유 화합물이 금속초미분의 입자 표면에 존재하는 표면처리 금속초미분을 제공한다. 황 함유 화합물은 황화물이거나, 또는 SxOy 로 나타나는 원자기를 함유하는 화합물이고, SxOy 로 나타나는 원자기는 SO2 (술포닐 기), SO3 (아황산 기), S2O3 (티오황산 기) 및 SO4 (황산 기) 중 어느 것으로 한다.
황 함유 화합물은 효과적이며 바람직하게는, 각각 전체 금속초미분에 대해 황 함유 화합물에 함유된 원소의 합계량이 0.05 질량% ~ 6 질량%, 그리고 황 함유 화합물에 함유된 S 양은 0.04 질량% ~ 4 질량% 로 존재한다. 여기서, 전체 금속초미분은 표면 처리가 실행되기 전의 금속초미분의 전체량을 말한다.
더 바람직하게는, 황 함유 화합물에 함유된 Y, Zr 및 La 의 총 량은 전체 금속초미분에 대해 0.5 질량% ~ 1.5 질량% 이다.
금속초미분의 원소는 바람직하게는 Ni, Cu, Ag, Mo, W, Co 및 Ta 로 이루어진 군에서 선택된 것이다.
V, Cr, Nb, Mo, Ta, W, Zr, Y, La, Mg, Ti, Ba 및 Ca 로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소를 함유하는 Ni 합금의 금속초미분의 원소가 우수하다.
바람직하게는, 금속초미분은 V, Cr, Nb, Mo, Ta, W, Zr, Y, La, Mg, Ti, Ba 및 Ca 로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소를 함유하는 Cu 합금 분말이다.
표면처리 금속초미분의 각각은, 수용액에 분산된 금속초미분을 갖는 슬러리 에 Y, Zr 및 La 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 원소의 황을 함유하는 수용액을 첨가하고, Y, Zr 및 La 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 원소의 황 함유 화합물을 금속초미분의 표면에 형성하기 위해 표면 처리를 실행하여 제조될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 금속초미분을 사용하여 제조된 도전성 금속 페이스트 및 내부 전극으로서 상기 금속초미분을 사용하여 제조된 다층 세라믹 콘덴서를 제공한다.
본 발명에 따라서, 금속초미분의 내산화성이 개선되며, 다층 세라믹 콘덴서 제조의 탈지공정에서의 분위기에서 금속초미분의 산화증량은 감소된다. 게다가, 탈지공정 후 산화 팽창으로 인한 크랙 형성이 방지된다. 게다가, 전극막은, 단락률을 감소시키고 내전압 특성을 개선하는, 감소되고 균일한 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 결과적으로, 전자 부품 분야에서 제품 규격을 만족하는 개선된 제품 양품률을 달성할 수 있다. 본 발명은 불량품에 의한 산업 폐기물을 줄일 수 있어, 환경 문제에 관해서도 매우 가치있는 것이다.
본 발명의 발명자들은, Y, Zr 및 La 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 원소의 황 함유 화합물을 금속초미분의 표면에 존재하게 함으로써 산화성 분위기에서 금속초미분의 산화증량이 억제되는 것을 발견하였다. 이는, Y, Zr 및 La 로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소의 황 함유 화합물이 표면에 균일하게 형성됨으로써 금속초미분의 내산화성이 개선되고, 따라서 금속초미분의 표 면 자유 에너지가 안정되고 또한 금속의 표면에의 산소 공급이 저지되거나 억제되기 때문이다.
본 발명자들은, 또한 Y, Zr 및 La 로 이루어진 군에서 선택된 원소의 황 함유 화합물이 존재하는 경우, 1000 ℃ 이상의 온도에서 전극막 형성시 용융금속의 표면 장력이 줄어드는 것을 발견하였다. Y, Zr 및 La 로 이루어진 군에서 선택된 원소의 황 함유 화합물의 존재는 얇고 균일한 전극막의 형성을 보장한다.
황 함유 화합물에 함유된 Y, Zr 및 La 가 총량이 금속초미분 전체에 대해 0.05 질량% 미만이거나 또는, 황 함유 화합물에 함유된 S 가 전체 금속초미분에 대해 0.04 질량% 미만일 경우, 금속초미분의 전체 표면은 황 함유 화합물 층으로 덮히지 않아서 충분한 내산화성이 얻어지지 않는다.
반대로, 황 함유 화합물에 함유된 Y, Zr 및 La 가 총량이 금속초미분 전체에 대해 6 질량% 를 초과하거나 또는, 황 함유 화합물에 함유된 S 가 전체 금속초미분에 대해 4 질량% 를 초과할 경우, 산소 공급을 저지하거나 억제하는데 요구되는 코팅 층의 수가 초가되어 코팅의 초과량에 의해 얻어진 효과는 작아지게 되며 경제적으로도 좋지 않다.
본 발명에서는, 0.1 ~ 1 ㎛ 의 평균 입경을 갖고, 일반적으로 구형 입자 형상이며, 소량의 불순물이 함유된 금속초미분이 적합하다. 바람직하게는 금속초미분은, 금속 염화물을 기화하고 그 기화된 금속염화물을 H2 등을 사용하여 환원시키는 화학적 기상 반응에 의해 제조된다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도 1 은 본 발명에 따른 금속초미분 제조 공정 (10) 의 순서도이다.
금속초미분 정제공정 (금속초미분의 수성 슬러리) (11) 은, 화학적 기상 반응에 의해 0.1 ~ 1 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 소량의 금속 염화물을 함유할 지라도 높은 순도를 갖도록 제조된 금속초미분을 정제하는 공정이다. 이 공정에서, 금속초미분의 원재에 잔류 금속 염화물을 제거하여 금속초미분의 원료로서 금속초미분의 수성 슬러리를 얻는다.
표면처리공정 (12) 에서, Y, Zr 및 La 로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소의 황 함유 화합물이 금속초미분의 표면에 형성된다. 이 공정에서, 호모믹서 등을 이용한 예비 분산 처리가 금속초미분의 수성 슬러리 (50 질량% 의 농도) 에 대해 실행되며, 물 속의 금속초미분의 응집체는 일차 입자내로 분산된다. 그 후, Y, Zr 및 La 로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소의 황 함유 화합물을 함유하는 수용액이 첨가된다. 이 때, 첨가될 수용액의 양은, 수용액에서 Y, Zr 및 La 의 총 량이 금속초미분의 총 질량의 0.05 질량% ~ 6 질량% 가 되도록 조정된다. 호모믹서 등을 이용한 혼합 처리가, 보통 15 ℃ ±5 ℃ 의 적절한 온도에서 수용액이 첨가된 금속초미분의 수성 슬러리에 대해 실행된다. 그 결과, Y, Zr 및 La 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소의 황 함유 화합물이 금속초미분 표면에 균일하게 형성된다.
표면처리공정에서 중요한 것은, Y, Zr 및 La 로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소의 황 함유 화합물의 필요량으로 금속초미분의 표면을 덮는 것을 보장한다. 즉, 황산 이온 등은 첨가된 수용액에서 상기 원소의 황 함유 화합물을 형성하기 위해 사용되는 것이 필요하다. 따라서, 황산 이온은, 중화에 의해 상기 황 함유 화합물의 형성에 기여하지 않는 염으로 변화되어서는 안된다. 중화 작용 등에 의해 염이 형성될 경우, 금속초미분의 표면에 작용하는 황산 이온 등은 소멸되어, 금속초미분 표면에 황 함유 화합물을 형성하는 것이 불가능하다. 일본 공개 특허 공보 평 11-343501호에 기재된 기술은, Ti, Mn, Cr, Al, Si, Y, Zr 및 Ba 의 염에서 선택된 1 종 이상을 함유하는 수용액을 분산된 미세 Ni 분말을 갖는 슬러리에 첨가하고, 산 또는 알카리를 사용하여 pH 를 조절하며, 그 후 Ni 분말의 표면에 첨가된 염의 금속 산화물을 형성하기 위해 표면처리가 실행된다. 각각 Y 및 Zr 염으로서, 황산 이트늄 및 황산 지르코늄이 예시되어 있다. 수성 수산화나트륨은 Y 염 및 Zr 염의 중화에 사용되는 pH 조절용 알카리로서 사용된다. 황을 사용하여 처리가 행해질 경우, pH 조절은 수성 수산화나트륨을 사용하여 실행된다. 그러나, 황산나트륨이 중화 작용에 의해 발생되어서, Y, Zr 또는 La 의 황화물 또는 SxOy 로 도시된 원자기를 함유하는 Y, Zr 또는 La 의 화합물을 금속초미분의 표면에 형성하는 것이 불가능하다.
다음으로, 여과공정 (13) 에서, Y, Zr 및 La 로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소의 황 함유 화합물을 형성하는 표면처리공정이 실행된 금속초미분의 수성 슬러리는, 가압 여과기와 같은 원심 분리기 또는 여과기를 사용하여 탈수 처리되어, 탈수 케익이 제공된다. 탈수 케익은 건조공정 (14) 에서, 감압상태에서 보통 80 ~ 200 ℃ 의 저온에서 건조되어 금속초미분이 얻어진다.
금속초미분의 표면은 화학적 기상 반응 제조 장치로부터 회수될 때 대기중에 노출된다. 따라서, 산화 피막이 개시재에 이미 형성되어 있다. 금속초미분이 정제 공정에서 물에 분산될 경우, OH 기가 금속초미분의 표면에 발생된다. OH 기 및 첨가된 황산염이 서로 반응하여 Y, Zr 및 La 의 황 함유 화합물의 피막이 형성되는 것으로 생각할 수 있다. OH 기의 이런 반응은 황 함유 화합물 즉, 술포닐기, 아황산기 및 황산기를 갖는 화합물 및 황화물 특징으로 생각할 수 있다.
본 발명에 따른 도전성 금속 페이스트는, 금속 분말로서 본 발명에 따른 금속초미분을 사용하는 것이 특징이다. 유기 바인더, 용제 및 무기 첨가물로는, 종래에 사용된 것을 이용할 수 있다. 예컨데, 테피네올에 함유된 12 질량 % 의에틸 셀룰로오스를 갖는 바인더 수지 용액 10 질량부를 본 발명에 따른 금속초미분 100 질량부에 첨가하고, 얻어진 혼합물을 교반기를 사용하여 1 시간 분산 처리 한다. 그 후, 혼합물을 3 롤밀에 5 회 통과시키고 카트리지 여과기식 가압 여과기를 사용하여 여과 처리한 후, 니켈 분말의 함량이 약 45 질량% 되도록 점도를 조절하여, 도전성 페이스트를 얻는다.
본 발명에 따른 다층 세라믹 콘덴서는, 내부 전극에 사용된 도전성 금속의 금속 분말이 본 발명에 따른 금속초미분인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 다층 세라믹 콘덴서는 금속 분말 외에 통상적인 원료를 사용하는 종래의 제조 방법에 의해 생산될 수 있다.
예컨데, 본 발명에 따른 다층 세라믹 콘덴서는 닥터 블레이드 법에 의해 주어진 조성을 갖는 세라믹 그린 시트를 PET 막에 인쇄하여 제조된다. 그린 시트 의 두께는 2 ~ 10 ㎛ 으로 대용량의 소형 세라믹 콘덴서에 바람직하다. 도전성 금속 페이스트의 코팅은 스크린 인쇄 방법으로 세라믹 그린 시트에 입혀지고 건조된다. 코팅의 양은 건조 후 전극막의 두께가 2 ㎛ 이하가 되도록 조절된다. 도전성 페이스트가 금속 황산 질량으로 0.7 mg/㎠ 이하로 사용되면, 목표로하는 2 ㎛ 이하의 막두께를 얻을 수 있다.
도전성 금속 페이스트로 코팅된 복수의 세라믹 그린 시트는 적층되고 열간 프레스 성형된다. 그 후, 다층 성형체는 소정의 크기로 절단되어 한 다층 세라믹 콘덴서의 그린 칩을 형성한다.
그린 칩은 건조로를 사용하여 2 ~ 3 시간 동안 280 ℃ ~ 300 ℃ 에서 대기 중에서 실행되는 탈지 처리를 받게되며 그 후, 비산화 분위기에서 2 ~ 3 시간 동안 1100 ℃ ~ 1300 ℃ 에서 가열된다. 가열 후에, 재산화 처리가 2 시간 동안 900 ℃ ~ 1100 ℃ 에서 산소 분압이 20 ~ 30 ppm 인 분위기에서 실행되어 다층 세라믹 소성체가 얻어진다. 동 (copper) 페이스트의 코팅은 다층 세라믹 소성체의 각 단부에 외부 전극으로서 주어져 내부 전극과 전기적 접촉이 이루어지고, 다층 세라믹 콘덴서가 얻어진다.
실시예
본 발명은 실시예 및 비교예를 이용하여 상세히 설명될 것이다.
(실시예 1 및 2)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 직경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 니켈초미분의 정제공정 (11) 후, Ni 초미분의 수성 슬 러리 10 L (50 % 질량농도) 가 준비되었다. 수성 슬러리는 호모믹서 (TOKUSHU KIKA KOGYO CO., LTD. 에서 제조) 를 이용하여 예비 처리를 하였다. 한편, 니켈초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량 % 인 Y2(SO4)3 를 함유하는 3 L 수용액이 제조되었다. 제조된 Y2(SO4)3 용액은 예비 처리 후에 니켈초미분의 수성 슬러리에 첨가된 후, 8000 rpm 의 회전수로 분산 처리가 60 분 동안 15 ℃ ±5 ℃ 에서 실행되었다. 그 후, 질소를 사용하는 가압 여과가 실행되었다. 그 다음, 건조가 진공 건조기에서 12 시간 동안 170 ℃ 에서 실행되어, 금속초미분이 얻어졌다.
도전성 금속 페이스트는 얻어진 표면 처리 Ni 초미분으로 제조되었다. 제조 방법은, 반죽 및 분산이 3-롤 밀을 사용하여 실행되었다. 도전성 금속 페이스트에 대한 첨가물로서는, 테르피네올에 용해된 에틸 셀룰로오스와 티탄산바륨 (Sakai Chemical Industrial Co., Ltd의 BT-01) 이 각각 유기 바인더와 무기 첨가물로 사용되며, 용제로서 테르피네올 및 부틸 카르비톨이 사용되었다. 도전성 금속 페이스트의 조성은 표 1 에 나타나 있다.
표 1 도전성 금속 페이스트의 조성
조성 조성 비율 (질량 %)
금속초미분 43.0
티탄산바륨 (BT-01) 8.6
에틸 셀룰로오스 2.5
테르피네올 23
부틸 카르비톨 22.9

다층 세라믹 콘덴서는 제조된 도전성 금속 페이스트를 사용하여 제조되었다. 각 그린 시트의 두께는 X7R 특성재를 사용하여 절연 세라믹 재료로서 약 7 ㎛ 로 조절되었다. 다층 세라믹 콘덴서의 외부 크기로는 1.6 ㎜ 의 폭, 3.2 ㎜ 의 길이 및 약 1 ㎜ 두께가 요구된다. 두께는 적층의 수에 따라 변한다. 적층될 절연 세라믹 층의 수는 100 으로 정해졌다. 따라서 도전성 금속 페이스트가 코팅된 세라믹 그린 시트가 적층되며, 열 프레스를 이용하여 800 kg/㎠ (8 GPa) 의 압력하에서 다층 성형체로 형성된다. 다층 성형체는 상기 폭 및 길이로 절단되어 한 다층 세라믹 콘덴서의 그린 칩을 형성했다.
건조로를 이용해서, 그린 칩에 대한 탈지 처리가 대기중에서 2 시간 동안 정해진 온도에서 실행되었다. 그 후, 탈지된 그린 칩은 2 시간동안 1250 ℃ 에서 비산화 분위기 (산소분압 10-14%) 에서 가열되었다. 가열 후에, 재산화 처리는 2 시간 동안 1050 ℃ 에서 산소 분압이 20 ~ 30 ppm 인 분위기에서 실행되어, 다층 세라믹 소성체가 제조되었다. 얻어진 다층 세라믹 소성체의 각 단부는 외부 전극으로서 동 페이스트로 코팅되어 내부 전극과 전기적으로 접촉되고, 다층 세라믹 콘덴서가 얻어진다.
내산화성을 확인하기 위해, 두 표준 온도 300 ℃ 및 350 ℃ 가 탈지 조건으로 정해졌다.
(실시예 3)
니켈초미분의 질량에 대해 Y 함량이 5 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 4)
니켈초미분의 질량에 대해 Y 함량이 6 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 5)
니켈초미분의 질량에 대해 Y 함량이 0.05 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 6)
니켈초미분의 질량에 대해 Zr 함량이 1 질량% 가 되는 Zr(SO4)2 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 7)
니켈초미분의 질량에 대해 La 함량이 1 질량% 가 되는 La2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 8)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 Cu 초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 9)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 Ag 초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 10)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 Mo 초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 11)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 W 초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 12)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 Co 초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 13)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 Ta 초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 14)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 Ni - Cr 합금초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 15)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 Ni - Mo 합금초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 16)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 Ni - Ta 합금초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 17)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 Ni - W 합금초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 18)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 Ni - Mg 합금초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 19)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 Cu - Ta 합금초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(실시예 20)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 갖는 Cu - W 합금초미분의 질량에 대해 Y 함량이 1 질량% 가 되는 Y2(SO4)3 을 함유하는 수용액이 첨가된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다.
(비교예 1 및 2)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 가지며 본 발명에 따른 황산염 금속으로 코팅 처리 되지 않은 니켈초미분이 사용된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다. 요컨데, 시편은 가공되지 않은 종래품이었다. 단, 내산화성을 확인하기 위해, 시험을 위해 다층 세라믹 콘덴서가 제조될 때, 탈지 조건에서 300 ℃ 및 350 ℃ 의 두 표준 온도가 정해졌다.
(비교예 3)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.4 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 가지며 본 발명에 따른 황산염 금속으로 코팅 처리 되지 않은 니켈초미분이 사용된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다. 요컨데, 시편은 가공되지 않은 종래품이었다.
(비교예 4)
화학적 기상 반응에 의해 제조되어 0.2 ㎛ 의 평균 입경, 일반적으로 구형 입자 형상 및 고순도를 가지며 본 발명에 따른 황산염 금속으로 코팅 처리되지 않 은 동초미분이 사용된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가되었다. 요컨데, 시편은 가공되지 않은 종래품이었다.
실시예 1 ~ 20 및 비교예 1 ~ 4 에 따른 시험을 위한 분말 특성 및 다층 세라믹 콘덴서의 평가 결과가 집합적으로 표 2 에 나타나있다.
표 2
Figure 112007057614419-pat00008
표 2 에 나타난 개별 항목의 평가 방법 및 표 2 의 평가란에 보이는 부호 및 기호는 다음과 같다.
[내산화성 평가 방법]
측정 장치: TG/DTA (Seiko Instruments Inc 의 6300R 형)
측정 조건:
시편 질량: 30.00 ~ 36.00 mg
온도 범위: 24.0 ~ 900.0 ℃
승온 속도: 5 ℃/min
유지 온도: 350 ℃
유지 시간: 120 min
분위기: 공기 (압축 공기/건조 처리)
유량: 200 ml/min
내산화성은, 일정한 승온 속도로 350 ℃ 까지 가열하여 각 시편을 120 분 동안 350 ℃ 에 유지시킨 후, 열중량분석을 기초로 평가되었다. 산화 개시 온도는 + 0.2 질량% 에 상응하는 열질량이 얻어지는 온도를 기초로 평가되었다. 도 2 는 시간에 대한 열질량 변화를 나타낸다 (왼쪽 좌표 축). 곡선 (1) 은 비교예 1 을 나타낸다. 곡선 (2) 는 본 발명의 실시예 1 을 나타낸다. 각 실시예 1 및 비교예 1 에서 열질량 변화는 온도 증가에 따라 증가하는 것을 알 수 있지만, 비교예와 대조하여 본 발명의 실시예에서 열질량 변화는 현저히 감소하고 내산화성은 개선된다. 곡선 (3) 은 온도 곡선을 나타낸다 (오른쪽 좌표 축).
(내산화성 평가를 위한 기준)
열 질량 변화량: 6 % 미만 ...... ◎
6 % 이상 12 % 미만 ...... O
12 % 이상 14 % 미만 ...... △
14 % 이상 ...... ×
산화 개시 온도: 260 ℃ 미만 ...... ×
260 ℃ 이상 300 ℃ 미만 ...... △
300 ℃ 이상 ...... O
[탈지공정 후 금속초미분의 산화 팽창의 평가]
탈지공정 후 각 다층체, 즉 다층 세라믹 콘덴서의 각 그린 칩은 수지로 굳게 되고, 연마되며 크랙의 존재 여부를 관찰하기 위해 400 배의 확대로 현미경을 이용하여 관찰되었다. 크랙이 생긴 시편의 수가 측정되었다. 각 실시예에서 평가된 시편의 수는 30 이었다.
[두께 감소 및 내부 전극막의 균일성 평가]
각 세라믹 소성체는 가열 후, 수지로 굳게 고정되며 각 전극막의 두께를 측정하기 위해 400 배 확대로 현미경을 이용하여 관찰되었다. 각 실시예에서 평가된 시편의 수는 30 이었다. 각 전극막의 균일성은 단면 사진에서 피복률을 얻어 더 평가되었다. 여기에 이용된 각 시편의 피복률은, 각 20 개의 층에 대해 전극 층부의 길이를 세라믹 전극 층의 길이로 나누고 20 개의 층에서 얻은 값의 평균을 계산하여 결정되었다.
각 실시예의 평가 값인 전극 두께로서는, 30 개의 시편에서 얻은 두께 값의 평균이 사용되었다.
(막 두께 감소 평가 기준)
전극막 두께: 1.5 ㎛ 미만 ...... O
1.5 ㎛ 이상 ...... ×
(전극막의 균일성 평가 기준)
전극막 피복률: 90 % 이상 ...... O
80 % 이상 및 90 % 미만 ...... △
80 % 미만 ...... ×
[황화물 및 SxOy 로 나타나는 원자기를 함유하는 화합물의 확인]
실시예에서 얻은 금속초미분의 표면에서 SO2 (술포닐 기), SO3 (아황산 기), S2O3 (티오황산 기) 또는 SO4 (황산 기) 인 SxOy 로 나타나는 원자기를 함유하는 화합물의 존재는 푸리에 변환 적외 분광계 (FT-IR) 를 이용하여 확인하였다. 도 3 에서는, 실시예 1 의 측정 결과가 나타나있는데, 1210 ~ 1040 ㎝-1 의 강한 흡광대 및 황산기 (SO4 -2) 의 피크와 일치하는 피크가 보인다. 더욱이 도 5 에서는, 이트륨 황산염 시약의 측정 결과가 나타나있는데, 1210 ~ 1040 ㎝-1 의 강한 흡광대가 보인다. 도 6 에서는, 산화 이트륨 시약의 측정 결과가 나타나 있는데, 1210 ~ 1040 ㎝-1 의 흡광대는 보이지 않는다.
상기 결과로부터, 실시예 1 의 표면에서 황산기 (SO4 -2) 을 함유하는 코팅의 존재가 확인되었다. 도 4 는 비교예 1 을 나타내는데, 1210 ~ 1040 ㎝-1 의 흡광대는 보이지 않는다.
[첨가 원소의 함량]
실시예에서 얻어진 금속초미분에 함유된 Y, Zr, La 및 황의 함량은 IPC 정량 분석계로 측정되었다.
본 발명에 따라서, 금속초미분의 내산화성이 개선되고, 탈지공정 분위기에서 금속초미분의 산화증량이 감소되며, 탈지공정 후 산화 팽창으로 인해 크랙이 발생하지 않게되며, 전극막은 박막화 및 균일한 두께를 이루는 것이 가능하여 단락 불량률이 감소되고 내전압 특성이 향상될 수 있다. 전자 부품 분야에서, 단락 불량률이 감소하고 내전압 특성이 향상되는 것으로 제품 규격을 만족하는 제품 양품률을 향상시킬 수 있다. 본 발명은 불량품에 의한 산업 폐기물을 줄일 수 있어, 환경 문제에 관해서도 매우 가치있는 것이다.

Claims (8)

  1. Y, Zr 및 La 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 원소의 황 함유 화합물이 금속초미분 입자의 표면에 존재하며,
    상기 황 함유 화합물의 존재량은, 각각 전체 금속초미분에 대해 황 함유 화합물에 함유된 원소의 합계량이 0.05 질량 % ~ 6 질량 %, 및 황 함유 화합물에 함유된 S 양이 0.04 질량 % ~ 4 질량 % 가 되도록 있는 것을 특징으로 하는 표면처리 금속초미분.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속초미분의 금속 원소는 Ni, Cu, Ag, Mo, W, Co 및 Ta 로 이루어진 군에서 선택된 것인 것을 특징으로 하는 표면처리 금속초미분.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속초미분은 V, Cr, Nb, Mo, Ta, W, Zr, Y, La, Mg, Ti, Ba 및 Ca 로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소를 함유하는 Ni 합금의 분말인 것을 특징으로 하는 표면처리 금속초미분.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속초미분은 V, Cr, Nb, Mo, Ta, W, Zr, Y, La, Mg, Ti, Ba 및 Ca 로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소를 함유하는 Cu 합 금 분말인 것을 특징으로 하는 표면처리 금속초미분.
  6. 금속 초미분을 액 중에 분산시킨 슬러리를 호모믹서 등의 분산기를 사용하여 예비 분산 처리를 실시한 후, Y, Zr 및 La 의 황산염으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 황 함유 화합물을 함유하는 수용액을, 상기 수용액 중의 Y, Zr 및 La 의 합계량으로, 금속 초미분의 총질량의 0.05 ~ 6 질량% 그리고 그것에 함유되는 S의 양이 0.04 ~ 4 질량%가 되도록, 첨가하고, 그 후 수용액에 첨가된 금속 초미분 수성 슬러리를 호모믹서 등으로 혼합처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 금속 초미분 제조 방법.
  7. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 따른, 표면처리 금속초미분을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 도전성 금속 페이스트.
  8. 내부전극으로서 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 따른, 표면처리 금속초미분을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 콘덴서.
KR1020030088184A 2003-03-03 2003-12-05 표면처리 금속초미분, 그 제조방법, 도전성 금속 페이스트및 그 페이스트를 사용하는 적층 세라믹 콘덴서 KR100905679B1 (ko)

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