KR101532118B1 - 유전체 조성물 및 이를 포함하는 세라믹 전자 부품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, BamTiO3(0.995≤m≤1.010)를 포함하는 모재 분말; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 지르코늄(Zr) 산화물 또는 탄화물 0.1 내지 0.6 몰을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 또는 탄화물 0.8 내지 6.0 몰을 포함하는 제2 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 희토류 원소를 포함하는 산화물 0.2 내지 1.8 몰을 포함하는 제3 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 산화물 0.05 내지 0.30 몰을 포함하는 제4 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 바나듐(V), 나이오븀(Nb) 및 탄탈럼(Ta) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 0.05 내지 0.35 몰을 포함하는 제5 부성분; 및 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 규소(Si) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 0.5 내지 4.0 몰을 포함하는 제6 부성분; 을 포함하는 유전체 조성물을 제공한다.

Description

유전체 조성물 및 이를 포함하는 세라믹 전자 부품{Dielectric Composition and Ceramic Electronic Component Comprising the Same}
본 발명은 유전체 조성물 및 이를 포함하는 세라믹 전자 부품에 관한 것이다.
세라믹 재료를 사용하는 전자부품으로 커패시터, 인턱터, 압전 소자, 바리스터 또는 서미스터 등이 있다.
이러한 세라믹 전자부품 중 적층 세라믹 커패시터(MLCC: Multi-Layered Ceramic Capacitor)는 소형이면서 고 용량이 보장되고 실장이 용이한 장점을 갖는다.
이러한 적층 세라믹 커패시터는 LCD 또는 PDP 등의 영상기기, 컴퓨터, 개인 휴대용 단말기(PDA: Personal Digital Assistants) 또는 휴대폰 등 여러 전자제품의 회로기판에 장착되어 전기를 충전 또는 방전시키는 중요한 역할을 하는 칩 형태의 콘덴서이다.
또한, 적층 세라믹 커패시터는, 최근 LCD 또는 PDP 등 영상기기의 대형화, 또는 컴퓨터의 CPU 속도 상승 등으로 인해 전자 기기의 발열이 심화되고 있어, IC의 안정적인 동작을 위해 높은 온도에서도 안정된 용량과 신뢰성의 확보가 요구되고 있다.
이러한 적층 세라믹 커패시터는 사용되는 용도 및 용량에 따라 다양한 크기와 적층 형태를 가진다.
특히, 최근 전자 제품의 추세인 소형 경량화 및 다기능화에 부합하기 위해서 이러한 전자제품에 사용되는 적층 세라믹 커패시터도 초소형화, 초고용량화 및 승압화가 요구되고 있다.
이에 제품의 초소형화를 위해 유전체층 및 내부전극층의 두께를 얇게 하고, 초고용량화를 위해서 가능한 많은 수의 유전체층을 적층한 적층 세라믹 커패시터가 제조되고 있다.
그러나, 위와 같이 적층 세라믹 커패시터를 제조할 때, 유전체층의 두께를 얇게 하고 승압화를 시키는 경우, 승압화는 유전체층에 걸리는 전계 세기를 높여 DC-bias 특성과 내전압 특성을, 박층화는 이에 따른 미세 구조상의 결함이 BDV 및 고온 IR 등의 내전압 특성을 악화시키게 되는 원인이 되었다.
이를 방지하기 위해서는 모재 분말을 미립화시키는 것이 필요한데, 이렇게 모재 분말의 입자가 작아지게 되면, 사용자가 원하는 용량 및 온도 특성을 구현하기 어려워지며, 유전율 또한 감소되는 문제점이 있었다.
선행기술문헌 1은 본 발명과 부성분의 함량이 상이하며, 세라믹 입자가 결정입계에 존재하거나, 코어부 및 셀부로 이루어지는 것이 개시되지 않는다.
일본특허공개공보 제2008-230928호
당 기술분야에서는, 신뢰성을 확보하기 위해, 유전체층의 두께를 얇게 하지 않으면서도 종래의 유전체층과 동일한 용량을 구현할 수 있는 새로운 방안이 요구되어 왔다.
본 발명의 일 측면은, BamTiO3(0.995≤m≤1.010)를 포함하는 모재 분말; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 지르코늄(Zr) 산화물 또는 탄화물 0.1 내지 0.6 몰을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 또는 탄화물 0.8 내지 6.0 몰을 포함하는 제2 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 희토류 원소를 포함하는 산화물 0.2 내지 1.8 몰을 포함하는 제3 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 산화물 0.05 내지 0.30 몰을 포함하는 제4 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 바나듐(V), 나이오븀(Nb) 및 탄탈럼(Ta) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 0.05 내지 0.35 몰을 포함하는 제5 부성분; 및 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 규소(Si) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 0.5 내지 4.0 몰을 포함하는 제6 부성분; 을 포함하는 유전체 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 부성분/제5 부성분의 값이 0.75 내지 1.50 일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제3 부성분의 희토류 원소는, Sc, Y, La, Ac, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제4 부성분의 전이금속은 Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 복수의 유전체층이 적층된 세라믹 소체; 상기 세라믹 소체의 내부에 형성된 복수의 내부전극; 및 상기 세라믹 소체의 외표면에 형성되며, 상기 내부전극과 전기적으로 연결된 적어도 한 쌍의 외부전극; 을 포함하며, 상기 유전체층은, BamTiO3(0.995≤m≤1.010)를 포함하는 모재 분말; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 지르코늄(Zr) 산화물 또는 탄화물 0.1 내지 0.6 몰을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 또는 탄화물 0.8 내지 6.0 몰을 포함하는 제2 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 희토류 원소를 포함하는 산화물 0.2 내지 1.8 몰을 포함하는 제3 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 산화물 0.05 내지 0.30 몰을 포함하는 제4 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 바나듐(V), 나이오븀(Nb) 및 탄탈럼(Ta) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물물 0.05 내지 0.35 몰을 포함하는 제5 부성분; 및 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 규소(Si) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 0.5 내지 4.0 몰을 포함하는 제6 부성분; 을 포함하는 세라믹 전자부품을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 유전체층은 상기 모재 분말 및 상기 제1 내지 제 6 부성분을 포함하는 세라믹 입자와 상기 세라믹 입자 사이에 존재하는 입계부로 이루어지며, 상기 세라믹 입자는 코어부와 상기 코어부를 둘러싸는 셀부로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 세라믹 입자는 결정입계(grain boundary)에 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 각 유전체층의 두께는 0.2 내지 10.0 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 내부전극은 Ni 또는 Ni 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 내부전극은 상기 유전체층과 교대로 적층될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 신뢰성을 확보하기 위해 유전체층의 두께를 얇게 하지 않으면서도 기존의 유전체 조성물과 동등한 수준의 용량을 구현할 수 있는 유전체 조성물 및 이를 포함하는 세라믹 전자부품을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 적층 세라믹 커패시터를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은 유전체 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유전체 조성물을 포함하는 세라믹 전자부품은 적층 세라믹 커패시터, 인덕터, 압전소자, 바리스터, 칩 저항 또는 서미스터 등이 있으며, 하기에서는 세라믹 전자제품의 일 예로서 적층 세라믹 커패시터에 관하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 적층 세라믹 커패시터(100)는 복수의 유전체층(111)과, 서로 다른 극성을 갖는 복수의 제1 및 제2 내부 전극(130a, 130b)이 교대로 적층된 세라믹 소체(110)를 가진다.
세라믹 소체(110)의 양 단부에는 세라믹 소체(110)의 내부에 교대로 배치된 제1 및 제2 내부 전극(130a, 130b)과 각각 전기적으로 연결된 제1 및 제2 외부 전극(120a, 120b)이 형성되어 있다.
세라믹 소체(110)는 형상에 특별히 제한은 없지만, 바람직하게 직방체 형상일 수 있다.
또한, 세라믹 소체(110)는 그 치수도 특별히 제한은 없고, 용도에 따라 적절한 치수로 형성할 수 있다.
유전체층(111)의 두께는 커패시터의 용량 설계에 맞추어 임의로 변경할 수 있는데, 이때 너무 얇은 두께의 유전체층(111)은 한 층 내에 존재하는 결정립 수가 작아 신뢰성에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는 소성 후 유전체층(111)의 두께가 1 층당 0.2 ㎛ 이상이 되도록 설정하며, 바람직하게는 0.2 내지 10.0 ㎛가 되도록 유전체층(111)의 두께를 설정할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 및 제2 내부 전극(130a, 130b)은 각 단면이 세라믹 소체(110)의 대향하는 양 단부의 표면에 교대로 노출되도록 적층할 수 있다.
이러한 제1 및 제2 내부 전극(130a, 130b)에 함유되는 도전재는 특별히 한정되지는 않지만, 유전체층(111)의 구성 재료가 내환원성을 가져야 하므로 비금속을 이용할 수 있다.
이러한 비금속으로 Ni 또는 Ni 합금을 이용할 수 있다. Ni 합금으로는 Ni와, Mn, Cr, Co 및 Al에서 선택되는 1종 이상의 원소를 이용할 수 있다.
제1 및 제2 외부 전극(120a, 120b)은 세라믹 소체(110)의 양 단부를 감싸는 형태로 형성되며, 세라믹 소체(110)의 양 단부를 통해 교대로 노출된 제1 및 제2 내부전극(130a, 130b)의 노출 단면에 전기적으로 연결되어 커패시터 회로를 구성할 수 있다.
이러한 제1 및 제2 외부 전극(120a, 120b)에 함유되는 도전재는 특별히 한정되지는 않지만, 전기 전도성이 우수한 Ni, Cu, 또는 이들의 합금을 이용할 수 있다.
이러한 세라믹 소체(110)를 구성하는 유전체층(111)은 내환원성 유전체 조성물을 함유할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 유전체 조성물은, BamTiO3(0.995≤m≤1.010)를 포함하는 모재 분말; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 지르코늄(Zr) 산화물 또는 탄화물 0.1 내지 0.6 몰을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 또는 탄화물 0.8 내지 6.0 몰을 포함하는 제2 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 희토류 원소를 포함하는 산화물 0.2 내지 1.8 몰을 포함하는 제3 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 산화물 0.05 내지 0.30 몰을 포함하는 제4 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 바나듐(V), 나이오븀(Nb) 및 탄탈럼(Ta) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 0.05 내지 0.35 몰을 포함하는 제5 부성분; 및 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 규소(Si) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 0.5 내지 4.0 몰을 포함하는 제6 부성분; 을 포함할 수 있다.
여기서, 각 부성분의 함량은 하기 예시한 부성분의 원자몰(atomic mole)을 기준으로 한다.
원자몰은 산화물 형태 또는 이온 상태로 투입되더라도 각 원소의 mole%를 의미하는 것으로서, 예컨대 Y산화물이 Y2O3인 경우라도 함량은 Y+3의 함량 몰로 보고 계산한 것을 의미한다.
이렇게 구성된 유전체 조성물은 기존의 유전체 조성물과 비교할 때 동등한 수준의 고온특성, 즉 고온가속수명을 유지하면서, 상온 및 0.5 V/㎛의 조건에서 유전상수 4000 이상의 고유전율을 확보할 수 있다.
또한, 적어도 1220 ℃ 이하의 환원 분위기에서 소성이 가능하여 세라믹 전자제품 제작시 Ni 또는 Ni 합금을 포함하는 내부전극을 사용할 수 있다.
한편, 상기 유전체층(111)은 상기의 유전체 조성물을 포함하는 세라믹 입자와 상기 세라믹 입자 사이에 존재하는 입계부로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 세라믹 입자는 코어부와 상기 코어부를 둘러싸는 셀부로 이루어질 수 있으며, 상기 코어부 또는 셀부에 상기 유전체 조성물의 제1 내지 제6 부성분이 편재하여 포함될 수 있다.
또한, 상기 세라믹 입자는 결정입계(grain boundary)에 존재할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유전체 조성물의 각 성분을 보다 구체적으로 설명한다.
a) 모재 분말
모재 분말은 유전체의 주성분으로, BamTiO3(0.995≤m≤1.010)계 유전체 분말을 사용할 수 있다.
이때, m 값이 0.995 미만이면 환원성 분위기 소성에서 쉽게 환원되어 반도성 물질로 변하기 쉽고, m 값이 1.010을 초과하면 소성 온도가 너무 올라가는 문제점이 발생할 수 있다.
b) 제1 부성분
제1 부성분으로 Zr 산화물 또는 탄화물을 포함할 수 있다.
이 Zr 산화물 또는 탄화물은 유전율을 향상시키고 보다 안정적인 고온 가속 수명을 유지하는 역할을 하며, 산화물 또는 탄화물의 형태가 특별히 제한되는 것은 아니다.
이때, 제1 부성분의 바람직한 함량은 모재 분말 100 몰에 대하여 0.1 내지 0.6몰이 될 수 있다.
만약, 제1 부성분의 함량이 0.1 몰 미만이면 원하는 용량을 구현하기 어렵고, 0.6 몰을 초과하게 되면 신뢰성 수준을 향상되나 온도변화에 따른 유전율 변화특성(TCC)를 만족하기 어려운 문제점이 발생할 수 있다.
c) 제2 부성분
제2 부성분으로 Mg, Sr 및 Ba 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 또는 탄화물을 포함할 수 있다.
이 제2 부성분은 내환성과 입성장 제어 및 소결 안정성을 부여하는 역할을 하며, 상기 Mg, Sr 또는 Ba를 포함하는 산화물 또는 탄산염은 그 형태가 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 MgO 또는 MgCO3 등을 사용할 수 있다.
이때, 제2 부성분의 바람직한 함량은 모재 분말 100 몰에 대하여 0.8 내지 6.0 몰이 될 수 있다.
만약, 제2 부성분의 함량이 0.8 몰 미만이면 환원성 분위기 소성에서 쉽게 환원이 되며 입성장 제어가 어렵고, 6.0 몰을 초과하게 되면 소결 온도가 상승하고 원하는 유전상수 값을 얻을 수 없는 문제점이 발생할 수 있다.
d) 제3 부성분
제3 부성분으로 적어도 하나의 희토류 원소(rare earth element)를 포함하는 산화물을 포함할 수 있다.
이 희토류 원소는 고온 가속 수명을 향상시키고 상 변이온도(Tc) 이상에서의 용량변화를 안정화시켜 원하는 온도 특성을 확보하는 역할을 한다.
이때, 희토류 원소는,, Sc, Y, La, Ac, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 원소일 수 있으나, 본 발명의 희토류 원소가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 희토류 원소를 포함하는 산화물의 형태는 특별히 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 Dy2O3, Y2O3, Ho2O3 등 다양하게 변경하여 사용할 수 있다.
이때, 재료의 신뢰성을 높일 수 있는 제3 부성분의 바람직한 함량은 모재 분말 100 몰에 대하여 0.2 내지 1.8 몰이 될 수 있다.
만약, 제3 부성분의 함량이 0.2 몰 미만이면 고온 가속 수명이 저하되는 문제가 발생하고 온도에 따른 유전율 변화특성(TCC)이 불안정해질 수 있다.
또한, 제3 부성분의 함량이 1.8 몰을 초과하게 되면 오히려 소결 온도가 상승되어 원하는 유전 상수 값을 얻을 수 없으며, 2차 상의 발생으로 인해 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
e) 제4 부성분
제4 부성분으로 전이금속을 포함하는 산화물을 포함할 수 있다.
이 전이금속 산화물은 IR을 증가시키고 고온 가속 수명을 향상시키는 역할을 하며, 이러한 전이금속은 Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 원소일 수 있으나, 본 발명의 전이금속이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 전이금속을 포함하는 산화물의 형태는 특별히 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 MnO2, V2O5 또는 MnCO3 등 다양하게 변경하여 사용할 수 있다.
이때, 바람직한 내환원성 및 신뢰성이 구현될 수 있는 제4 부성분의 함량은 모재 분말 100 몰에 대하여 0.05 내지 0.30 몰이 될 수 있다.
만약, 제4 부성분의 함량이 0.05 몰 미만이면 고온 가속 수명이 저하되고 온도에 따른 유전율 변화특성(TCC)이 불안정해질 수 있다.
또한, 제4 부성분의 함량이 0.30 몰을 초과하게 되면 CR 값이 저하되고 시간에 따른 용량변화가 커지는 문제점이 발생할 수 있다.
f) 제5 부성분
제5 부성분은 V, Nb 및 Ta 중 적어도 하나를 포함하는 산화물을 포함할 수 있다.
이 제5 부성분은 IR을 저하시키는 문제점이 있으나 고온 가속 수명을 향상시키고, 상 변이온도(Tc) 이상에서의 용량변화를 안정화시키는 역할을 하며, 상기 V, Nb 또는 Ta를 포함하는 산화물은 그 형태가 특별히 제한되는 것은 아니다.
이때, 제5 부성분의 바람직한 함량은 모재 분말 100 몰에 대하여 0.05 내지 0.35 몰이 될 수 있다.
만약, 제5성분의 함량이 0.05 몰 미만이면 고온 가속 수명이 저하되고, 제5 부성분의 함량이 0.35 몰을 초과하게 되면 CR 값이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
g) 제6 부성분
제6 부성분은 Si 또는 Al 중 적어도 하나를 포함하는 산화물을 포함할 수 있다.
이 제6 부성분은 주성분인 모재 분말 또는 다른 부성분들과 반응하여 소결성을 제공하기 위한 것이다.
이때, 바람직한 소결성을 제공할 수 있는 제6 부성분의 함량은 모재 분말 100 몰에 대하여 0.5 내지 4.0 몰이 될 수 있다.
만약, 제6 부성분의 함량이 0.5 몰 미만이면 원하는 온도보다 높은 온도에서 소성이 이루어지는 문제점이 있다.
또한, 제6 부성분의 함량이 4.0 몰을 초과하게 되면 입성장을 제어하기 곤란할 뿐만 아니라 원하는 유전상수 값을 얻기 어려운 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 제1 부성분/제5 부성분의 값이 0.75 미만이면 소성온도는 낮아지나 고온 가속 수명이 저하되고 소성 상태가 불안정해질 수 있다.
또한, 제1 부성분/제5 부성분의 값이 1.50을 초과하게 되면 소성온도가 높아지게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 제1 부성분/제5 부성분의 값은 바람직하게 0.75 내지 1.50로 설정할 수 있다.
이하, 실시 예 및 비교 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 이는 발명의 구체적인 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시 예]
표 1에 기재된 조성 및 함량에 따라 모재 분말과 제1 내지 제6 부성분이 선택적으로 포함된 원료 분말을 지르코니아 볼을 혼합 및 분산 메디아로 사용하고 에탄올 및 톨루엔을 용매로 하여 분산제 및 바인더와 혼합한 후 약 20　시간　동안 볼 밀링하여 슬러리를 제조하였다.
제조된 슬러리는 소형 닥터 블레이드(doctor blade) 방식의 코터(coater)를 이용하여 6.0 ㎛ 및 10~13 ㎛ 두께의 세라믹 시트로 성형하였다.
성형된 세라믹 시트에 Ni 내부전극을 인쇄하였다.
이때, 상하 커버는 10 ~ 13 ㎛ 두께의 커버용 시트를 20 층으로 적층하여 제작하였다.
다음으로, 20 층의 인쇄된 시트(active sheet)를 가압하고 적층하여 압착 바아(bar)를 제작하였다.
그리고, 이 압착 바아를 절단기를 이용하여 3.2 mm × 1.6 mm 크기의 칩으로 절단하였다.
이렇게 절단된 칩은 탈 바인더를 위해 가소하고, 환원 분위기 약 1150~1250 ℃의 환원 분위기 조건에서 약 2 시간 소성한 후, 약 1000 ℃에서 재산화를 위해 약 3 시간 동안 열처리하였다.
다음으로, 소성된 칩은 터미네이션 공정을 거쳐 약 24 시간 방치한 후 그 특성 값들을 측정하였다.
[평가]
칩의 상온 정전 용량 및 유전 손실은 LCR meter를 이용하여, 1 kHz, 1 V의 조건에서 측정하였으며, 온도에 따른 정전용량의 변화는 -55 ℃ 내지 85 ℃의 범위에서 측정하였다.
고온 IR 승압 실험은 125 ℃, 1 Vr = 10 V/㎛의 조건에서 전압 단계를 DC 10 V/㎛씩 증가시키면서 저항 열화 거동을 측정하였는데, 각 단계의 시간은 10 분이며 5 초 간격으로 저항값을 측정하였으며, 이러한 고온 IR 승압 실험으로부터 고온 내전압, 즉 고온가속수명을 도출한다.
즉, 고온가속수명은 소성 후 4.5 ㎛ 내외 두께의 20 층의 유전체층을 가지는 칩에 대해 150 ℃에서 전압 단계를 DC 10 V/㎛를 약 10 분 인가하고 이러한 전압 단계를 계속 증가시키면서 측정할 때 IR이 105Ω 이상을 견디는 전압을 의미한다.
하기의 칩 유전상수는 상온 25℃, 0.5 V/㎛의 조건에서의 유전상수 값을 의미한다.
아래, 표 1은 각각의 조성으로 이루어진 유전체 조성물과 이 유전체 조성물을 통해 구성된 X5R 또는 X7R 프로토-타입(proto-type) 칩의 특성을 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure 112011103876146-pat00001
Figure 112011103876146-pat00002
< 유전체 조성물과 이 유전체 조성물을 이용하여 제작된 프로토-타입 칩의 특성>
먼저 비교 예들을 통해 본 발명의 성분 함량 범위를 벗어난 경우의 문제점을 설명한다.
샘플 1을 참조하면, 제1 부성분이 포함되지 않는 경우, 유전상수가 3800으로 기준치인 4000 보다 저조하게 나타남을 확인할 수 있었다.
샘플 3을 참조하면, 제1 부성분이 기준치를 초과한 0.8 몰인 경우 소결 온도가 1240 ℃로 기준치를 초과함을 확인할 수 있었다.
샘플 4를 참조하면, 제2 부성분이 기준치에 미달한 0.7 몰인 경우 고온가속수명이 1 Vr로 기준치 보다 낮게 나타남을 확인할 수 있었다.
샘플 10을 참조하면, 제3 부성분이 기준치에 미달한 0.4 몰인 경우 유전상수가 3700으로 기준치인 4000 보다 저조하게 나타남을 확인할 수 있었다.
샘플 12를 참조하면, 제5 부성분이 기준치를 초과한 0.5 몰인 경우 유전상수가 3600으로 낮게 나타나고 고온가속수명 및 CR 값도 각각 2 Vr 및 450으로 저조하게 나타남을 확인할 수 있었다.
샘플 13을 참조하면, 제6 부성분이 기준치를 초과한 4.5 몰인 경우 유전상수가 3200으로 낮게 나타나고, 고온가속수명도 1 Vr로 저조하게 나타남을 확인할 수 있었다.
한편, 본 일 실시 형태에 따른 조성 범위를 갖는 샘플 2, 샘플 5-9, 샘플 11 및 샘플 14의 경우, 유전상수가 적어도 4000 이상의 우수한 수치를 나타냈으며, 고온가속수명에서도 적어도 3 Vr 이상을 나타냈다.
또한, CR 값에 있어서 적어도 500 이상의 수치를 나타냈으며, 소결 온도는 1210 ℃ 이하를 나타냄을 확인할 수 있었다.
따라서, 이러한 실시 예를 만족시키는 범위로 유전체 조성물을 제조하는 경우, 신뢰성을 확보하기 위해 유전체층의 두께를 얇게 하지 않으면서도 기존의 유전체층을 갖는 유전체 조성물과 동등한 수준의 용량을 구현할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100 ; 적층 세라믹 커패시터 110 ; 세라믹 소체
111 ; 유전체층 120a, 120b ; 제1 및 제2 외부전극
130a, 130b ; 제1 및 제2 내부전극

Claims (13)

  1. BamTiO3(0.995≤m≤1.010)를 포함하는 모재 분말;
    상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 지르코늄(Zr) 산화물 또는 탄화물 0.1 내지 0.6 몰을 포함하는 제1 부성분;
    상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 또는 탄화물 0.8 내지 6.0 몰을 포함하는 제2 부성분;
    상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 희토류 원소를 포함하는 산화물 0.2 내지 1.8 몰을 포함하는 제3 부성분;
    상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 산화물 0.05 내지 0.30 몰을 포함하는 제4 부성분;
    상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 바나듐(V), 나이오븀(Nb) 및 탄탈럼(Ta) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 0.05 내지 0.35 몰을 포함하는 제5 부성분; 및
    상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 규소(Si) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 0.5 내지 4.0 몰을 포함하는 제6 부성분; 을 포함하며,
    상기 제1 부성분/제5 부성분의 값이 0.75 내지 1.50 인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 부성분의 희토류 원소는, Sc, Y, La, Ac, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제4 부성분의 전이금속은 Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
  5. 복수의 유전체층이 적층된 세라믹 소체;
    상기 세라믹 소체의 내부에 형성된 복수의 내부전극; 및
    상기 세라믹 소체의 외표면에 형성되며, 상기 내부전극과 전기적으로 연결된 적어도 한 쌍의 외부전극; 을 포함하며,
    상기 유전체층은, BamTiO3(0.995≤m≤1.010)를 포함하는 모재 분말; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 지르코늄(Zr) 산화물 또는 탄화물 0.1 내지 0.6 몰을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 또는 탄화물 0.8 내지 6.0 몰을 포함하는 제2 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 희토류 원소를 포함하는 산화물 0.2 내지 1.8 몰을 포함하는 제3 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 산화물 0.05 내지 0.30 몰을 포함하는 제4 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 바나듐(V), 나이오븀(Nb) 및 탄탈럼(Ta) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물물 0.05 내지 0.35 몰을 포함하는 제5 부성분; 및 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 규소(Si) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 0.5 내지 4.0 몰을 포함하는 제6 부성분; 을 포함하며,
    상기 제1 부성분/제5 부성분의 값이 0.75 내지 1.50 인 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 유전체층은 상기 모재 분말 및 상기 제1 부성분 내지 제 6 부성분을 포함하는 세라믹 입자와 상기 세라믹 입자 사이에 존재하는 입계부로 이루어지며, 상기 세라믹 입자는 코어부와 상기 코어부를 둘러싸는 셀부로 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 세라믹 입자는 결정입계(grain boundary)에 존재하는 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제3 부성분의 희토류 원소는, Sc, Y, La, Ac, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제4 부성분의 전이금속은 Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 각 유전체층의 두께는 0.2 내지 10.0 ㎛인 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 내부전극은 Ni 또는 Ni 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 내부전극은 상기 유전체층과 교대로 적층된 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
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