KR101531083B1 - 적층형 세라믹 콘덴서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유전체층과 내부전극층이 교대로 적층된 구조를 가지는 적층 세라믹 콘덴서이고, 상기 유전체층은 상기 내부전극층의 최외각에 포함되는 커버층과 내부전극층들 사이에 포함되는 액티브층을 포함하되, 상기 커버층과 내부전극층이 맞닿는 액티브층의 첫층에 산화층을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 액티브층의 첫층에 산화층을 형성하여 액티브층과 커버층의 접착력 증가로 크랙 개선 효과가 있다. 상기 산화층은 내부전극층의 Ni와 산소가 결합하고, 액티브층과 커버층에 포함된 Mg가 결합하여 (Ni,Mg)O의 구조를 이뤄 상대적으로 강하게 결합되어 크랙을 제어하는 효과를 가진다.

Description

적층형 세라믹 콘덴서{Multi layer ceramic condenser}
본 발명은 적층형 세라믹 콘덴서에 관한 것이다.
적층 세라믹 콘덴서는 유전체층과 내부전극층이 교대로 적층된 구조를 가지며, 최근 적층 세라믹 콘덴서가 고적층, 대형화 칩의 형태로 되면서, 유전체층의 최외각에 위치한 유전체층(이하 "커버층" 이라 함)와 내부전극층 간의 사이에 위치한 유전체층(이하 "액티브층" 이라 함) 간의 접착이 어려워져 상기 커버층과 액티브층 간의 크랙 발생이 증가하는 추세이다.
현재의 방식은 액티브층의 사이에 내부전극층을 형성하고, 상기 내부전극층의 젤 위의 상부에 커버층을 형성한다. 하지만 이같은 형상은 상기 커버층과 액티브층 간의 접착력을 떨어뜨려 커버층과 액티브층 사이에 크랙이 발생할 수 있다.
따라서, 상기의 크랙을 제어하기 위한 여러 가지 방법이 연구 중에 있으나, 아직 이를 제어할 수 있는 효과적인 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다.
일본공개특허 2002-231570
따라서, 본 발명은 종래 구조를 가지는 적층형 세라믹 콘덴서에서 액티브층과 유전체층의 최외각 커버층의 접착력 증가로 크랙 발생을 개선시킬 수 있는 구조의 적층형 세라믹 콘덴서를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층 세라믹 콘덴서는 유전체층과 내부전극층이 교대로 적층된 구조를 가지며, 상기 유전체층은 상기 내부전극층의 최외각에 포함되는 커버층과 내부전극층들 사이에 포함되는 액티브층을 포함하되, 상기 커버층과 내부전극층이 맞닿는 액티브층의 첫층에 산화층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적층 세라믹 콘덴서는 X5R, 또는 X7R 특성을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 X5R 특성을 만족하는 상기 커버층은 유전체 모재 100중량%에 대하여 Mg 이온을 0.15~0.0.25중량%로 포함하는 것일 수 있다.
상기 X5R 특성을 만족하는 상기 액티브층은 유전체 모재 100중량%에 대하여 Mg 이온을 0.12~0.19중량%로 포함하는 것일 수 있다.
상기 X7R 특성을 만족하는 상기 커버층은 유전체 모재 100중량%에 대하여 Mg 이온을 0.12~0.19중량%로 포함하는 것일 수 있다.
상기 X7R 특성을 만족하는 상기 액티브층은 유전체 모재 100중량%에 대하여 Mg 이온을 0.07~0.12중량%로 포함하는 것일 수 있다.
상기 산화층은 (Ni.Mg)O 를 포함하는 것일 수 있다.
상기 내부전극층은 니켈을 이용하는 것일 수 있다.
상기 상기 유전체층과 내부전극층은 0.0001~0.1ppm의 산소 조건의 환원 분위기에서 소성되는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 액티브층의 첫층에 산화층을 형성하여 액티브층과 커버층의 접착력 증가로 크랙 개선 효과가 있다. 상기 산화층은 내부전극층의Ni와 산소가 결합하고, 액티브층과 커버층에 포함된 Mg가 결합하여 (Ni,Mg)O의 구조를 이뤄 상대적으로 강하게 결합되어 크랙을 제어하는 효과를 가진다.
또한, 액티브층의 첫층에 산화층의 형성으로 적층 세라믹 콘덴서의 용량을 제어할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 칩 내부 구조이고,
도 2a~2b는 비교예 1에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 칩 내부 형상과, 접착력 측정 사진이고,
도 3a~3b는 실시예 1에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 칩 내부 형상과, 접착력 측정 사진이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 발명에 따른 적층 세라믹 콘덴서(100)는 유전체층(110)과 내부전극층(120)이 교대로 적층된 구조를 가지며, 상기 유전체층(110)은 상기 내부전극층(120)의 최외각에 포함되는 커버층(111)과 내부전극층(120)의 사이에 포함되는 액티브층(112)을 포함하되, 상기 커버층(111)과 내부전극층(120)이 맞닿는 액티브층(112)의 첫층에 산화층(130)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 특별히 상기 커버층(111)과 액티브층(112)에 마그네슘(Mg)의 함량이 상이한 유전체 조성물을 이용함으로써, 상기 산화층(130)이 형성되어 상기 커버층(111)과 액티브층(112)의 크랙 발생을 개선할 수 있다.
또한, 상기 산화층(130) 형성으로 내부 전극층(120) 중앙 부분이 잘 뭉치는 현상을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커버층(111)은 유전체 모재와 부성분을 포함하며, 상기 부성분으로서 유전체 모재 100중량%에 대하여 마그네슘 이온을 0.12~0.25중량%로 포함할 수 있다. 상기 마그네슘 이온의 함량이 0.12중량% 미만인 경우 상기 커버층(111)을 구성하는 유전체 입자의 코어/쉘(core/shell) 구조에서 쉘의　구조를 정상적으로 만들기 힘들고, 소결이 너무 과속화되어 소성 윈도우가 좁아지는 문제가 발생한다. 또한, 상기 마그네슘 이온의 함량이 0.25중량%를 초과하는 경우 Mg의 소결지연 효과로 인하여 소성이 잘 안되며, 의도하고자 한 쉘이 과도하게 형성되어 유전율이 떨어지는 문제가 발생한다.
상기 커버층(111)에서의 마그네슘 이온의 함량은 적층 세라믹 콘덴서의 요구되는 온도 특성에 따라 달라질 수도 있다. 예를 들어, X5R의 특성(-25℃∼+85℃의 범위 내의 정전용량의 변화율이 ±15% 이내, 통상 A 특성이라 함)을 만족하는 적층 세라믹 콘덴서의 경우, 상기 마그네슘 이온의 함량이 유전체 모재 100중량%에 대하여 0.15~0.0.25중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, X7R의 특성(-25℃∼+125℃의 범위 내의 정전용량의 변화율이 ±15% 이내, 통상 B 특성이라 함)을 만족하는 적층 세라믹 콘덴서의 경우, 상기 마그네슘 이온의 함량이 유전체 모재 100중량%에 대하여 0.12~0.19중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액티브층(112) 또한 유전체 모재와 부성분을 포함하며, 상기 부성분으로서 유전체 모재 100중량%에 대하여 마그네슘 이온을 0.07~0.19중량%로 포함할 수 있다. 상기 마그네슘 이온의 함량이 0.07중량% 미만인 경우 상기 액티브층(112)을 구성하는 유전체 입자의 코어/쉘(core/shell) 구조에서 쉘의　구조를 정상적으로 만들기 힘들고, 소결이 너무 과속화되어 소성 윈도우가 좁아지는 문제가 발생한다. 또한, 상기 마그네슘 이온의 함량이 0.19중량%를 초과하는 경우 Mg의 소결지연 효과로 인하여 소성이 잘 안되며, 의도하고자 한 쉘이 과도하게 형성되어 유전율이 떨어지는 문제가 발생한다.
상기 액티브층(112)에서의 마그네슘 이온의 함량은 적층 세라믹 콘덴서의 요구되는 온도 특성에 따라 달라질 수도 있다. 예를 들어, X5R의 특성(통상 A 특성이라 함)을 만족하는 적층 세라믹 콘덴서의 경우, 상기 마그네슘 이온의 함량이 유전체 모재 100중량%에 대하여 0.12~0.19중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, X7R의 특성(통상 B 특성이라 함)을 만족하는 적층 세라믹 콘덴서의 경우, 상기 마그네슘 이온의 함량이 유전체 모재 100중량%에 대하여 0.07~0.12중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 산화층(130)은 상기 유전체층(110)과 내부전극층(120)이 교대로 적층된 칩을 소성하는 과정에서 형성될 수 있다. 구체적으로는, 상기 유전체층(110)과 내부전극층(120)이 교대로 적층된 칩을 소성시키게 되면, 상기 내부전극층(120)으로 사용된 니켈과 소성 분위기로 인하여 분위기를 이루는 일부의 산소가 결합하게 된다. 따라서, 외부에서 내부로 확산되어 들어가는 과정에서 가장 외부에 위치한 액티브층(112)의 첫층이 산소와 결합하여 산화층(130)으로 NiO가 형성된다.
또한, 본 발명에서는 상기 첫층 산화층(130)으로 NiO가 형성되는 과정에서 Ni와 결정구조가 같고(fcc) 산화물 형성 시에 완전고용체가 형성가능한 상기 커버층(111)과 액티브층(112)에 포함된 마그네슘 성분이 내부전극층(120) 쪽으로 확산되어 상기 산화층(130)에서 (Ni,Mg)O의 구조를 형성한다.
종래 구조의 적층형 세라믹 콘덴서에서는 상기 커버층(111)과 액티브층(112)의 부성분으로 마그네슘 성분이 포함되어 있더라도 소성 분위기에 산소가 부족한 환원 분위기인 경우에는 액티브층(112)의 첫층 산화층이 생기기 어렵다.
또한, 소성 분위기에 산소가 있다 하더라도, 상기 커버층(111)과 액티브층(112)의 부성분으로 마그네슘 성분이 부족하게 되면 대부분 소성 과정에서 유전체 그레인(grain) 쪽으로 확산되어 들어가기 때문에 내부전극층과 고용을 이루는 첫층 산화층이 생기기 어렵다.
따라서, 본 발명과 같이 커버층(111)과 액티브층(112)에 부성분으로 마그네슘 성분이 특정 함량으로 포함되면서, 0.0001~0.1ppm의 산소 조건이 만족되는 조건에서 액티브층(112)의 첫층에 산화층(130)이 생성될 수 있다.
종래 적층 세라믹 콘덴서의 경우, 대부분 부성분으로 Mg를 사용하지 않는 경우가 많고, 또한 소결성을 확보하기 위하여 Mg성분을 사용하더라도 소성 분위기에서 산소를 거의 사용하지 않기 때문에 본 발명과 같은 액티브층의 첫층 산화층 형성이 어렵다고 할 수 있다.
그러나, 상기 액티브층(112)의 첫층인 산화층(130)이 과하게 산화되는 경우에는 첫 층 산화층(130) 뿐만 아니라 두 번째, 세 번째층인 액티브층까지 과도하게 산화될 수 있어 이로 인한 용량저하 문제가 발생할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유전체층(110)은 모재로서 BaTiO3를 사용하며, 상기 Mg 이온을 부성분으로 포함하고, 통상적인 첨가제들을 포함할 수 있음은 물론이다.
상기 설명한 바와 같이 유전체층(110)은 최외각의 커버층(111)과 내부전극층(120)의 사이에 있는 액티브층(112)으로 나눌 수 있고, 상기 커버층(111)과 액티브층(112)는 유전체 모재는 동일하게 사용되고, Mg 이온의 함량만 상이하게 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 내부전극층(120)은 니켈을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
실시예 1: X5R 특성을 만족하는 적층 세라믹 콘덴서 제조
유전체 모재인 BaTiO3 100중량%에 대하여 액티브층과 커버층의 마그네슘 이온 함량이 다음 표 1과 같이 포함되도록 유전체층을 형성시켰다.
또한, 상기 유전체층에 니켈 내부전극층을 형성시키고, 0.1ppm의 산소 조건 의 환원 분위기에서 소성시켜 적층 세라믹 콘덴서를 제조하였다.
실시예1 비교예 1
mol(atom) wt%* mol(atom) wt%
MgCO3(액티브층) 1.50 0.54 0.000 0.00
MgCO3 (커버층) 2.00 0.72 0.000 0.00
BaTiO3 100 100 100 100.00
*: 상기 MgCO3에는 Mg 이온이 28.8% 포함되어 있음
비교예 1: X5R 특성을 만족하는 적층 세라믹 콘덴서 제조
비교예 1에서는 마그네슘 이온을 포함하지 않는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 적층 세라믹 콘덴서를 제조하였다.
실시예 2: X7R 특성을 만족하는 적층 세라믹 콘덴서 제조
유전체 모재인 BaTiO3 100중량%에 대하여 액티브층과 커버층의 마그네슘 이온 함량이 다음 표 2와 같이 포함되도록 유전체층을 형성시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 적층 세라믹 콘덴서를 제조하였다.
실시예1 비교예 1
mol(atom) wt%* mol(atom) wt%
MgCO3(액티브층) 1.00 0.36 0.000 0.00
MgCO3(커버층) 1.50 0.54 0.000 0.00
BaTiO3 100 100 100 100.00
*: 상기 MgCO3에는 Mg 이온이 28.8% 포함되어 있음
비교예 2: X7R 특성을 만족하는 적층 세라믹 콘덴서 제조
비교예 2에서는 마그네슘 이온을 포함하지 않는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 과정으로 적층 세라믹 콘덴서를 제조하였다.
실험예 : 크랙 발생 여부 확인
상기 비교예 1과 실시예 1에 따라 제조된 적층 세라믹 콘덴서의 내부 구조 및 액티브층과 커버층 간의 크랙 발생 여부를 광학 현미경 및 SEM 으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 도 1과 2에 각각 나타내었다.
비교예 1에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 내부 구조를 나타낸 도 1(a)는 액티브층의 첫층 산화층이 형성되지 않았으며, 액티브층과 커버층 간에 크랙이 발생된 것으로 확인되었다. (도 1b)
그러나, 본 발명의 실시예 1에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 내부 구조를 나타낸 도 2(a)는 액티브층의 첫층 산화층이 형성되어, 액티브층과 커버층 간에 크랙이 발생되지 않은 것을 알 수 있다. (도 2b)
이러한 결과로부터, 액티브층과 커버층의 조성을 달리하고, 산화층 형성 분위기를 조절함으로써, 액티브층의 첫층에 강제로 산화층을 형성하여 액티브층과 커버층의 접착력을 증가시켜 크랙을 억제할 수 있음을 알 수 있다.
100 : 적층 세라믹 콘덴서
110 : 유전체층
111 : 커버층
112 : 액티브층
130 : 산화층
120 : 내부전극층

Claims (9)

  1. 0.0001~0.1ppm의 산소 조건의 환원 분위기에서 소성되는 유전체층과 내부전극층이 교대로 적층된 구조를 가지는 적층 세라믹 콘덴서이고,
    상기 유전체층은 상기 내부전극층의 최외각에 포함되는 커버층과 내부전극층들 사이에 포함되는 액티브층을 포함하되,
    상기 커버층 및 액티브층은 서로 다른 함량의 Mg 이온을 포함하고, 상기 커버층과 내부전극층이 맞닿는 액티브층의 첫층에 산화층을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커버층은 유전체 모재 100중량%에 대하여 Mg 이온을 0.15~0.0.25중량%로 포함하는 적층 세라믹 콘덴서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액티브층은 유전체 모재 100중량%에 대하여 Mg 이온을 0.12~0.19중량%로 포함하는 적층 세라믹 콘덴서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커버층은 유전체 모재 100중량%에 대하여 Mg 이온을 0.12~0.19중량%로 포함하는 적층 세라믹 콘덴서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액티브층은 유전체 모재 100중량%에 대하여 Mg 이온을 0.07~0.12중량%로 포함하는 적층 세라믹 콘덴서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 산화층은 (Ni.Mg)O를 포함하는 적층 세라믹 콘덴서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내부전극층은 니켈을 이용하는 것인 적층 세라믹 콘덴서.
  9. 삭제
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