KR101588916B1

KR101588916B1 - 유전체 조성물 및 이를 포함하는 세라믹 전자 부품

Info

Publication number: KR101588916B1
Application number: KR1020110117799A
Authority: KR
Inventors: 강성형; 최두원; 송민성; 권상훈; 김창훈; 이병화
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2016-01-27
Also published as: DE102012109362A1; DE102012109362B4; US20130119827A1; JP2013103876A; JP5801274B2; CN103102153A; CN103102153B; KR20130052390A; US9076578B2

Abstract

본 발명은, Ba_mTiO₃(0.995≤m≤1.010)를 포함하는 모재 분말; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 희토류 원소를 포함하는 산화물 또는 탄산염 0.05 내지 4.00 몰을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 산화물 또는 탄산염 0.05 내지 0.70 몰을 포함하는 제2 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Si 산화물 0.20 내지 2.00 몰을 포함하는 제3 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Al 산화물 0.02 내지 1.00 몰을 포함하는 제4 부성분; 및 상기 제3 부성분에 대하여, Ba 또는 Ca 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 20 내지 140 %를 포함하는 제5 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 고용량이 보장되고 실장이 용이한 장점을 갖는다.

이러한 적층 세라믹 커패시터는 LCD, 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.

최근 LCD, PDP 등의 영상기기의 대형화, 컴퓨터의 CPU 속도 상승 등으로 인해 전자 기기의 발열이 심화되고 있어 IC의 안정적인 동작을 위해서 높은 온도에서도 안정된 용량과 신뢰성의 확보가 요구되고 있다.

또한, 이러한 적층 세라믹 커패시터는 사용되는 용도 및 용량에 따라 다양한 크기와 적층 형태를 가진다.

특히, 최근의 전자 제품의 추세인 소형경량화 및 다기능화에 부합하기 위해서 이러한 전자제품에 사용되는 적층 세라믹 커패시터도 초소형화, 초고용량화 및 승압화가 요구되고 있다.

이에 제품의 초소형화를 위해 유전체층 및 내부전극의 두께를 얇게 하고, 초고용량화를 위해서 많은 수의 유전체층을 적층한 적층 세라믹 커패시터가 제조되고 있다.

그러나, 적층 세라믹 커패시터 제조시 유전체층의 두께를 얇게 하고 승압화를 시키는 경우, 유전체층에 걸리는 전계 세기의 상승과 미세 구조상의 결함으로 인해 BDV, 고온 IR 등의 내전압 및 DC-bias 특성이 악화되는 문제점이 있었다.

이를 방지하기 위해서 모재 분말을 미립화시키는 것이 필요한데, 이 경우 모재 분말의 입자가 작아지면 사용자가 원하는 용량 및 온도 특성을 구현하기 어려워지고 유전율이 감소하는 문제점이 있었다.

당 기술분야에서는, 신뢰성을 확보하기 위해 유전체층의 두께를 얇게 하지 않으면서도 종래의 유전체층과 동일한 용량이 나올 수 있는 방안이 요구되어 왔다.

본 발명의 일 측면은, Ba_mTiO₃(0.995≤m≤1.010)를 포함하는 모재 분말; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 희토류 원소를 포함하는 산화물 또는 탄산염 0.05 내지 4.00 몰을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 산화물 또는 탄산염 0.05 내지 0.70 몰을 포함하는 제2 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Si 산화물 0.20 내지 2.00 몰을 포함하는 제3 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Al 산화물 0.02 내지 1.00 몰을 포함하는 제4 부성분; 및 상기 제3 부성분에 대하여, Ba 또는 Ca 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 20 내지 140 %를 포함하는 제5 부성분; 을 포함하는 유전체 조성물을 제공한다. 여기서, 각 부성분의 몰 수치는 원자몰(atomic mole)을 의미한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 유전체 조성물의 그레인 평균 크기(grain size)가 적어도 0.75 ㎛ 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Mg 산화물 또는 탄산염 0.01 내지 2.50 몰을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Zr 산화물 0.01 내지 1.00 몰을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 부성분의 희토류 원소는, Y, Dy, Ho, Er, Gd일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제2 부성분의 전이금속은 Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, V, Cr, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, 복수의 유전체층이 적층된 세라믹 소체; 상기 세라믹 소체의 내부에 형성되며, 비금속을 포함하는 내부전극; 및 상기 세라믹 소체의 외표면에 형성되며, 상기 내부전극과 전기적으로 연결된 외부전극; 을 포함하며, 상기 유전체층은, Ba_mTiO₃(0.995≤m≤1.010)를 포함하는 모재 분말; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 희토류 원소를 포함하는 산화물 또는 탄산염 0.05 내지 4.00 몰을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 산화물 또는 탄산염 0.05 내지 0.70 몰을 포함하는 제2 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Si 산화물 0.20 내지 2.00 몰을 포함하는 제3 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Al 산화물 0.02 내지 1.00 몰을 포함하는 제4 부성분; 및 상기 제3 부성분에 대하여, Ba 또는 Ca 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 20 내지 140 %를 포함하는 제5 부성분; 을 포함하는 세라믹 전자부품을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 각 유전체층의 두께는 0.2 내지 10 ㎛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 유전체층을 갖는 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, 도면 상의 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, 압전체 소자, 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 유전체층(111)과 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, 그 치수도 특별히 제한은 없고, 용도에 따라 적절한 치수로 할 수 있으며, 예를 들면 (0.6 내지 5.6 mm) × (0.3 내지 5.0 mm) × (0.3 내지 1.9 mm) 일 수 있다

유전체층(111)의 두께는 커패시터의 용량 설계에 맞추어 임의로 변경할 수 있는데, 너무 얇은 두께의 유전체층(111)이 한 층 내에 존재하는 경우 결정립 수가 작아 신뢰성에 악영향을 미칠 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에서는 소성 후 유전체층(111)의 두께가 1 층당 0.2 ㎛ 이상이 되도록 설정할 수 있으며, 더 바람직하게는 0.2 내지 10.0 ㎛가 되도록 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 있으며, Ni 합금으로는 Mn, Cr, Co 및 Al에서 선택되는 1종 이상의 원소와 Ni를 이용할 수 있다.

제1 및 제2 외부 전극(120a, 120b)은 세라믹 소체(110)의 양 단부에 형성되며, 교대로 배치된 제1 및 제2 내부 전극(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, 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 내환원성 유전체 조성물은, Ba_mTiO₃(0.995≤m≤1.010)를 포함하는 모재 분말; 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 희토류 원소를 포함하는 산화물 또는 탄산염 0.05 내지 4.00 몰을 포함하는 제1 부성분; 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 산화물 또는 탄산염 0.05 내지 0.70 몰을 포함하는 제2 부성분; 모재 분말 100 몰에 대하여, Si 산화물 0.20 내지 2.00 몰을 포함하는 제3 부성분; 모재 분말 100 몰에 대하여, Al 산화물 0.02 내지 1.00 몰을 포함하는 제4 부성분; 및 제3 부성분에 대하여, Ba 또는 Ca 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 20 내지 140 %를 포함하는 제5 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.

한편, 각 부성분의 최종적으로 주성분과 혼합되는 시점의 비표면적은 바람직하게 각각 0.5㎡/g 이상일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 위와 같은 조성을 사용하여 소성된 재료의 미세 구조를 관찰해보면, 그레인의 평균 크기(grain size)는 적어도 0.75 ㎛ 이하가 적절할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이렇게 구성된 유전체 조성물은 기존 유전체 조성물에 비해 동등한 수준의 고온 내전압 특성, 즉 고온가속수명을 유지하면서도 유전상수 1600 이상의 고유전율을 확보할 수 있다.

또한, 적어도 1250 ℃ 이하의 환원 분위기(산소분압기준 10^-12 이상)에서 소성이 가능하여 Ni 또는 Ni 합금을 포함하는 내부전극을 사용할 수 있다.

따라서, 유전체가 얇은 초고용량 MLCC 개발에 효과적으로 적용할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유전체 조성물의 각 성분을 보다 구체적으로 설명한다.

a) 모재 분말

모재 분말은 유전체의 주성분으로, Ba_mTiO₃(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 적어도 하나의 희토류 원소(rare earth element)를 포함하는 산화물 또는 탄산염을 포함할 수 있다.

이 희토류 원소는 재료의 신뢰성을 높이는 역할을 하며, Y, Dy, Ho, Er 및 Gd 등에서 선택된 적어도 하나의 원소일 수 있으나, 본 발명의 희토류 원소가 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 희토류 원소를 포함하는 산화물 또는 탄산염의 형태는 특별히 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 Dy₂O₃, Y₂O₃, Ho₂O₃ 등 다양하게 변경하여 사용할 수 있다.

이때, 바람직한 내환원성 및 신뢰성이 구현될 수 있는 제1 부성분의 함량은 모재 분말 100 몰에 대하여 0.05 내지 4.00 몰이 될 수 있다.

만약, 제1 부성분의 함량이 0.05 몰 미만이면 소성 온도가 상승되고 신뢰성이 저하될 수 있다.

또한, 제1 부성분의 함량이 4.00 몰을 초과하게 되면 오히려 소결 온도가 상승되어 원하는 유전 상수 값을 얻을 수 없는 문제점이 발생할 수 있다.

c) 제2 부성분

제1 부성분으로 전이금속을 포함하는 산화물 또는 탄산염을 포함할 수 있다.

전이금속 산화물 또는 탄산염은 유전체 조성물의 내환원성 및 신뢰성을 부여하는 역할을 한다.

이러한 전이금속은 원자가 바람직하게 가변 억셉터(variable-valence acceptor) 원소로서 Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, V, Cr, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

또한, 전이금속 산화물 또는 탄산염의 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 제2 부성분의 함량은 모재 분말 100 몰에 대하여 0.05 내지 0.70 몰이 될 수 있다.

만약, 제2 부성분의 함량이 0.05 몰 미만이면 고온 가속 수명이 저하되고 TCC(온도에 따른 유전상수 변화율)가 불안정해질 수 있다.

또한, 제2 부성분의 함량이 0.70 몰을 초과하게 되면 소결 온도는 낮아지나 유전율도 함께 저하되어 원하는 유전상수 값을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 에이징 특성이 나빠지는 문제점이 발생할 수 있다.

d) 제3 부성분

제3 부성분은 소성온도를 낮추며 소결을 촉진시키는 역할을 하는 것으로서, Si 산화물을 포함할 수 있으며, 다른 예로는 Si 원소를 포함하는 유리(glass) 형태 등을 포함할 수 있다.

이때, 바람직한 제3 부성분의 함량은 모재 분말 100 몰에 대하여 0.20 내지 2.00 몰이 될 수 있다.

만약, 제3 부성분의 함량이 0.20 몰 미만이면 유전율은 높으나 소성 온도가 높아져 소결성이 저하될 수 있다.

또한, 제3 부성분의 함량이 2.00 몰을 초과하게 되면 입성장을 제어하기 곤란할 뿐만 아니라 소결성이 저하되고 원하는 유전상수 값을 얻기 곤란한 문제점이 발생할 수 있다.

e) 제4 부성분

제4 부성분은 소성온도를 낮추고 소결을 촉진하는 역할을 하는 것으로서, Al 산화물을 포함할 수 있다.

이때, 바람직한 제4 부성분의 함량은 모재 분말 100 몰에 대하여 0.02 내지 1.00 몰일 수 있다.

만약, 제4 부성분의 함량이 0.02 몰 미만이면 원하는 낮은 소성 온도에서 소성이 어려워 높은 온도에서 소성이 이루어지는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 제4 부성분의 함량이 1.00 몰을 초과하게 되면 입성장을 제어하기 곤란할 뿐만 아니라 소결성이 저하되고 원하는 유전상수 값을 얻기 곤란한 문제점이 발생할 수 있다.

f) 제5 부성분

제5 부성분은 소성온도를 낮추고 소결을 촉진하는 역할을 하는 것으로서, Ba 또는 Ca 중 적어도 하나를 포함하는 산화물을 포함할 수 있다.

이때, 바람직한 제5 부성분의 함량은 제3 부성분에 대하여 20 내지 140 %로 설정할 수 있다.

만약, 제5 부성분의 함량이 제3 부성분의 함량 대비 20 % 미만이면 유전율은 높아지나 신뢰성이 저하될 뿐만 아니라 소성 윈도우(우수한 특성을 보이는 소성온도 범위)가 좁아지고 TCC 특성이 불안정해질 수 있다.

또한, 제5 부성분의 함량이 제3 부성분의 함량 대비 140 %를 초과하게 되면 소성 윈도우는 넓어지나 소성밀도가 낮아지고 소성 온도는 상승되는 문제점이 발생할 수 있다.

g) 제6 부성분

제6 부성분은 본 실시 형태에 있어서 반드시 필요한 성분은 아니며, 본 실시 형태의 조성물에 필요에 따라 선택적으로 포함시킬 수 있다.

이러한 제6 부성분으로 Mg 산화물 또는 탄산염을 포함할 수 있다.

이때, Mg 산화물 또는 탄산염의 형태는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 MgO, MgCO₃ 등을 사용할 수 있다.

이러한 Mg 산화물 또는 탄산염은 보다 넓은 소성 윈도우를 갖도록 하고 소성 온도를 낮출 수 있다.

이러한 효과가 구현될 수 있는 Mg 산화물 또는 탄산염의 함량은 모재 분말 100 몰에 대하여 0.01 내지 2.50 몰로 설정할 수 있으며, 이러한 범위를 벗어나는 경우 유전율이 오히려 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 제6 부성분으로 Mg 산화물 또는 탄산염과는 별도로 Zr 산화물을 더 포함할 수 있다.

Zr 산화물은 적절한 범위 내에서 첨가하면 유전율을 추가적으로 향상시키는데 도움이 되는데, 이러한 효과가 구현될 수 있는 Zr 산화물의 함량은 모재 분말 100 몰에 대하여 0.01 내지 1.00 몰로 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 제5 부성분 및 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 2.0 ㎛ 및 10~13 ㎛ 두께의 세라믹 시트로 성형하였다.

성형된 세라믹 시트에 Ni 내부전극을 인쇄하였다.

이때, 상하 커버는 10 ~ 13 ㎛ 두께의 커버용 시트를 25 층으로, 20 층의 인쇄된 시트(active sheet)를 가압하고 적층하여 제작하였으며, 압착 바아(bar)를 제작하였다.

압착 바아는 절단기를 이용하여 3.2 mm × 1.6 mm 크기의 칩으로 절단하였다.

이렇게 절단된 칩은 탈 바인더를 위해 가소하고, 환원 분위기 약 1100~1300 ℃의 온도에서 약 2 시간 소성한 후, 약 1000 ℃에서 재산화를 위해 약 3 시간 동안 열처리하였다.

이후, 소성된 칩은 터미네이션 공정을 거친 후 약 24 시간 방치하여 유전체의 두께가 4.0 ㎛ 내외 이고, 유전체의 층수가 20 층인 3.2 mm × 1.6 mm 크기의 MLCC 칩으로 제작하였다.

[평가]

MLCC 칩의 상온 정전 용량 및 유전 손실은 LCR meter를 이용하여, 1 kHz, 1 V의 조건에서 측정하였으며, 10 개씩 샘플을 취하여 상온 절연을 DC 50 V를 인가한 상태에서 약 60 초 경과 후 측정하였다. 이때, 유전 상수는 10의 자리에서 반올림한 값을 나타낸다.

온도에 따른 정전용량의 변화율(temperature coefficient of capacitance, TCC)은 85 ℃ 및 125 ℃의 온도에서 측정되었다.

또한, 고온 IR 승압 실험은 150 ℃, 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 저항 값을 측정하였다.

이러한 고온 IR 승압 실험으로부터 고온 내전압, 즉 고온가속수명을 도출한다. 고온가속수명은 소성 후 4.0 ㎛ 내외 두께의 20 층의 유전체층을 가지는 MLCC 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.

아래, 표 1은 각각의 조성으로 이루어진 유전체와 이 유전체를 통해 구성된 X5R 또는 X7R 프로토-타입(proto-type) 칩의 특성을 나타낸 것이다.

< 다양한 성분의 유전체 조성물과 이 유전체 조성물을 이용하여 제작된 프로토-타입 칩의 특성 >

비교 예 1을 참조하면, 제1 부성분이 포함되지 않는 경우, 고온가속수명이 전혀 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.

비교 예 2를 참조하면, 제1 부성분으로 희토류 원소 중 하나인 Y(이트륨)를 모재 분말 100 몰에 대하여 4.5 몰 포함하는 경우, 유전상수는 1500으로 저조하게 나타났으며, 소결온도 또한 1290 ℃로 상승 됨을 확인할 수 있었다.

비교 예 3을 참조하면, 제2 부성분이 포함되지 않는 경우, 고온가속수명이 1 Vr로 저하됨을 확인할 수 있었다.

비교 예 4를 참조하면, 모재 분말 100 몰에 대하여 제2 부성분으로 Mn(망간) 0.4 몰 및 Cr(크롬) 0.4 몰을 포함하는 경우, 유전상수는 1300으로 저조하게 나타났으며, 소결온도 또한 1260 ℃로 상승 됨을 확인할 수 있었다.

비교 예 5를 참조하면, 제5 부성분으로 Ca(칼슘)를 제3 부성분 대비 150 % 포함하는 경우, 고온가속수명이 2 Vr로 저하되고, 소결온도 또한 1270 ℃로 상승 됨을 확인할 수 있었다.

비교 예 6을 참조하면, 제5 부성분으로 Ba(바륨)를 제3 부성분 대비 10 % 포함하는 경우, 고온가속수명이 전혀 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.

비교 예 7을 참조하면, 제3 부성분으로 Si(규소)를 모재 분말 100 몰에 대하여 3.0 몰 포함하는 경우, 소결온도가 1300 ℃로 상승 됨을 확인할 수 있었다.

비교 예 8을 참조하면, 제3 부성분으로 Si(규소)를 모재 분말 100 몰에 대하여 0.1 몰 포함하는 경우, 85 ℃에서 TCC는 -19 %이고, 125 ℃에서 TCC는 -35 %이며, 고온가속수명이 1 Vr로 저하됨을 확인할 수 있었다.

비교 예 9를 참조하면, 제4 부성분이 포함되지 않는 경우, 고온가속수명이 2 Vr로 저하되고, 소결 온도 또한 1290 ℃로 상승 됨을 확인할 수 있었다.

비교 예 10을 참조하면, 제4 부성분으로 Al(알루미늄)을 모재 분말 100 몰에 대하여 2.0 몰 포함하는 경우, 유전상수는 1200으로 저조하게 나타남을 확인할 수 있었다.

한편, 본 실시 형태에 따라, 모재 분말 100 몰에 대하여, 제1 부성분을 0.05 내지 4.00 몰 포함하고, 제2 부성분을 0.05 내지 0.70 몰 포함하고, 제3 부성분을 0.20 내지 2.00 몰 포함하고, 제4 부성분을 0.02 내지 1.00 몰 포함하고, 제5 부성분을 제3 부성분 대비 20 내지 140 %를 포함하는 경우, 유전상수가 1600 이상의 우수한 수치를 나타냈으며, TCC의 경우 85 및 125 ℃에서 각각 -15 내지 +15 %를 나타냈다.

또한, 고온가속수명은 3 Vr 이상을 나타냈으며, 소결 온도는 1250 ℃ 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

Ba_mTiO₃(0.995≤m≤1.010)를 포함하는 모재 분말;
상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 희토류 원소를 포함하는 산화물 또는 탄산염 0.05 내지 4.00 몰을 포함하는 제1 부성분;
상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 산화물 또는 탄산염 0.05 내지 0.70 몰을 포함하는 제2 부성분;
상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Si 산화물 0.20 내지 2.00 몰 미만을 포함하는 제3 부성분;
상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Al 산화물 0.02 내지 1.00 몰을 포함하는 제4 부성분; 및
상기 제3 부성분에 대하여, Ba 또는 Ca 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 20 내지 140 %를 포함하는 제5 부성분; 을 포함하는 유전체 조성물.
제1항에 있어서,
상기 유전체 조성물의 그레인 평균 크기(grain size)가 적어도 0.75 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
제1항에 있어서,
상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Mg 산화물 또는 탄산염 0.01 내지 2.50 몰을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
제1항에 있어서,
상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Zr 산화물 0.01 내지 1.00 몰을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
제1항에 있어서,
상기 제1 부성분의 희토류 원소는, Y, Dy, Ho, Er, Gd인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
제1항에 있어서,
상기 제2 부성분의 전이금속은 Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, V, Cr, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
복수의 유전체층이 적층된 세라믹 소체;
상기 세라믹 소체의 내부에 형성되며, 비금속을 포함하는 내부전극; 및
상기 세라믹 소체의 외표면에 형성되며, 상기 내부전극과 전기적으로 연결된 외부전극; 을 포함하며,
상기 유전체층은, Ba_mTiO₃(0.995≤m≤1.010)를 포함하는 모재 분말; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 희토류 원소를 포함하는 산화물 또는 탄산염 0.05 내지 4.00 몰을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 산화물 또는 탄산염 0.05 내지 0.70 몰을 포함하는 제2 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Si 산화물 0.20 내지 2.00 몰 미만을 포함하는 제3 부성분; 상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Al 산화물 0.02 내지 1.00 몰을 포함하는 제4 부성분; 및 상기 제3 부성분에 대하여, Ba 또는 Ca 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 20 내지 140 %를 포함하는 제5 부성분; 을 포함하는 세라믹 전자부품.
제7항에 있어서,
상기 유전체 조성물의 그레인 평균 크기(grain size)가 적어도 0.75 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
제7항에 있어서,
상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Mg 산화물 또는 탄산염 0.01 내지 2.50 몰을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
제7항에 있어서,
상기 모재 분말 100 몰에 대하여, Zr 산화물 0.01 내지 1.00 몰을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
제7항에 있어서,
상기 제1 부성분의 희토류 원소는, Y, Dy, Ho, Er, Gd인 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
제7항에 있어서,
상기 제2 부성분의 전이금속은 Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, V, Cr, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
제7항에 있어서,
상기 각 유전체층의 두께는 0.2 내지 10 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
제7항에 있어서,
상기 내부전극은 Ni 또는 Ni 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.
제7항에 있어서,
상기 내부전극은 상기 유전체층과 교대로 적층된 것을 특징으로 하는 세라믹 전자부품.