KR102409109B1 - 유전체 조성물 및 이를 이용한 전자 부품 - Google Patents

유전체 조성물 및 이를 이용한 전자 부품 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)이 일부 고용되어 수정된 (Ca1-xSrx)(Zr1-yTiy)O3를 포함하는 모재 주성분(x=0.7, y=0.03); 망간(Mn) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 주성분 100몰(mol)에 대하여, 2 내지 3몰의 이트륨(Y) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제2 부성분; 및 규소(Si) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제3 부성분; 을 포함하는 유전체 조성물 및 이를 이용한 전자 부품을 제공한다.

Description

유전체 조성물 및 이를 이용한 전자 부품{DIELECTRIC COMPOSITION AND ELECTRONIC COMPONENT USING THE SAME}
본 발명은 유전체 조성물 및 이를 이용한 전자 부품에 관한 것이다.
적층형 커패시터(MLCC), 인덕터, 압전 소자, 바리스터(varistor), 칩 저항 및 서미스터 등은 유전체 재료를 사용하는 전자 부품이다.
상기 전자 부품은 용도 및 용량에 따라 다양한 크기와 형태를 가지며, 최근 전자 제품의 추세인 소형화, 경량화 및 다기능화에 부합하기 위해 초소형화, 초고용량화 및 승압화 등이 요구되고 있다.
이에 상기 전자 부품은 초소형화를 위해 유전체층의 두께를 얇게 하고, 초고용량화를 위해 가능한 많은 수의 내부 전극을 적층하여 제조될 수 있다.
그러나, 유전체층의 두께를 얇게 하고 승압화를 하면 승압화에 의해 유전체층에 걸리는 전계 세기가 높아지기 때문에 DC-바이어스(bias) 특성이 악화될 수 있다.
또한, 유전체층의 박층화에 의해 층간 인가되는 전압(V/m)이 커지고 미세 구조 상의 결함이 발생하여 절연 저항(IR: Insulation Resistance)과 같은 내전압 특성이 악화되어 전자 부품의 신뢰성이 저하될 수 있다.
일본등록특허 제5182531호
본 발명의 목적은, 용량, 유전율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 유전체 조성물 및 이를 이용한 전자 부품을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)이 일부 고용되어 수정된 (Ca1-xSrx)(Zr1-yTiy)O3를 포함하는 모재 주성분(x=0.7, y=0.03); 망간(Mn) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 주성분 100몰(mol)에 대하여, 2 내지 3몰의 이트륨(Y) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제2 부성분; 및 규소(Si) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제3 부성분; 을 포함하는 유전체 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)이 일부 고용되어 수정된 (Ca1-xSrx)(Zr1-yTiy)O3를 포함하는 모재 주성분(x=0.7, y=0.03); 망간(Mn) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 주성분 100몰(mol)에 대하여, 2 내지 3몰의 디스프로슘(Dy)을 포함하는 제2 부성분; 및 규소(Si) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제3 부성분; 을 포함하는 유전체 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 부성분의 함량에 대한 상기 제2 부성분의 함량의 비율은 0.6 내지 1.0일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 복수의 유전체층과 내부 전극을 포함하는 바디; 및 상기 바디에 상기 내부 전극과 접속되도록 배치되는 외부 전극; 을 포함하고, 상기 유전체층이 상기 유전체 조성물을 포함하는 전자 부품을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 유전체층은, 상기 제1 부성분의 함량에 대한 상기 제2 부성분의 함량의 비율이 0.6 내지 1.0일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 내부 전극은 니켈(Ni) 또는 Ni 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 유전체층 두께를 1.5um 이하로 하더라도 C0G 특성을 만족하면서 신뢰성 확보가 가능한 전자 부품을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 부품을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선 단면도이다.
도 3은 도 1의 커패시터 바디를 개략적으로 도시한 분리사시도이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 종래의 유전체층과 본 발명의 실시 예에 의한 유전체층을 각각 나타낸 SEM 사진이다.
도 5는 종래의 유전체 조성물을 이용한 적층형 커패시터와 본 발명의 Dy를 포함하는 유전체 조성물을 이용한 적층형 커패시터의 신뢰성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 종래의 유전체 조성물을 이용한 적층형 커패시터와 본 발명의 Y를 포함하는 유전체 조성물을 이용한 적층형 커패시터의 신뢰성을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 다음과 같이 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 예는 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 실시 예에 따른 유전체 조성물을 포함하는 전자 부품은 적층형 커패시터, 인덕터, 압전 소자, 바리스터, 칩 저항 및 서미스터 등이 있으며, 하기에서는 전자 제품의 일 예로서 적층형 커패시터에 관하여 설명한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해 바디(110)의 방향을 정의하면, 도면에 표시된 X, Y 및 Z는 각각 바디(110)의 길이 방향, 폭 방향 및 두께 방향을 나타낸다.
또한, 본 실시 예에서, Z방향은 유전체층이 적층되는 적층 방향과 동일한 개념으로 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 적층형 커패시터(100)는 복수의 유전체층(111)과 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)을 포함하는 바디(110)와 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)을 포함한다.
바디(110)는 복수의 유전체층(111)을 Z방향으로 적층한 다음 소성한 것으로서, 바디(110)의 서로 인접하는 유전체층(111) 사이의 경계는 주사전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)을 이용하지 않고 확인하기 곤란할 정도로 일체화될 수 있다.
이때, 바디(110)는 특별히 제한되는 형상이 없지만, 대체로 직방체 형상일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 바디(110)의 형상, 치수 및 유전체층(111)의 적층 수가 본 실시 예의 도면에 도시된 것으로 한정되는 것은 아니다.
본 실시 예에서는 설명의 편의를 위해, 바디(110)의 Z방향으로 서로 대향하는 양면을 제1 및 제2 면(1, 2)으로, 제1 및 제2 면(1, 2)과 연결되고 X방향으로 서로 대향하는 양면을 제3 및 제4 면(3, 4)으로, 제1 및 제2 면(1, 2)과 연결되고 제3 및 제4 면(3, 4)과 연결되고 Y방향으로 서로 대향하는 양면을 제5 및 제6 면(5, 6)으로 정의한다.
또한, 본 실시 예에서, 적층형 커패시터(100)의 실장 면은 바디(110)의 제1 면(1)일 수 있다.
또한, 바디(110)는 커패시터의 용량 형성에 기여하는 부분으로서의 액티브 영역(115)과, 상하 마진부로서 Z방향으로 액티브 영역(115)의 상하부에 각각 형성되는 상부 및 하부 커버(112, 113)를 포함할 수 있다.
상부 및 하부 커버(112, 113)는 내부 전극을 포함하지 않는 것을 제외하고는 유전체층(111)과 동일한 재질 및 구성을 가질 수 있다.
이때, 상부 및 하부 커버(112, 113)는 단일 유전체층 또는 2 개 이상의 유전체층을 액티브 영역(115)의 상하 면에 각각 Z방향으로 적층하여 형성할 수 있으며, 기본적으로 물리적 또는 화학적 스트레스에 의한 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 손상을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 서로 다른 극성을 인가 받는 전극으로서, 유전체층(111)을 사이에 두고 Z방향을 따라 번갈아 배치되고, 일단이 바디(110)의 제3 및 제4 면(3, 4)을 통해 각각 노출될 수 있다.
이때, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 중간에 배치된 유전체층(111)에 의해 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
또한, 바디(110)의 제3 및 제4 면(3, 4)을 통해 번갈아 노출되는 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 단부는 바디(110)의 제3 및 제4 면(3, 4)에 배치되는 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)과 각각 접속되어 전기적으로 연결될 수 있다.
위와 같은 구성에 따라, 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)에 소정의 전압을 인가하면 제1 및 제2 내부 전극(121, 122) 사이에 전하가 축적된다.
이때, 적층형 커패시터(100)의 정전 용량은 액티브 영역(115)에서 Z방향을 따라 서로 중첩되는 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 서로 오버랩 되는 면적과 비례하게 된다.
또한, 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)은 니켈(Ni) 또는 니켈 합금을 포함할 수 있다.
상기 Ni 합금은 망간(Mn), 크롬(Cr), 코발트(Co), 황(S), 주석(Sn) 및 알루미늄(Al)에서 선택된 1종 이상의 원소일 수 있다.
제1 및 제2 외부 전극(131, 132)은 서로 다른 극성의 전압이 제공되는 것으로서, 바디(110)의 X방향의 양 단부에 각각 배치되고, 바디(110)의 제3 및 제4 면(3, 4)을 통해 노출되는 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 단부와 접속되어 전기적으로 연결되어 커패시터 회로를 구성할 수 있다.
이때, 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)에 포함되는 도전재는 특별히 한정되지 않지만, 도전성이 우수한 Ni, 구리(Cu), 또는 이들의 합금이 이용될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 외부 전극(131, 132)은 필요시 바디(110)의 제3 및 제4 면(3, 4)에 형성되는 도전층과 상기 도전층 상에 형성되는 도금층을 포함할 수 있다.
상기 도금층은 니켈(Ni) 도금층과 상기 니켈(Ni) 도금층 상에 형성되는 주석(Sn) 도금층을 포함할 수 있다
또한, 제1 외부 전극(131)은 제1 머리부(131a)와 제1 밴드부(131b)를 포함할 수 있다.
제1 머리부(131a)는 바디(110)의 제3 면(3)에 형성되어 제1 내부 전극(121)과 접속되는 부분이고, 제1 밴드부(131b)는 제1 머리부(131a)에서 바디(110)의 제1 면(1)의 일부까지 연장되는 부분이다.
이때, 제1 밴드부(131b)는 고착 강도 향상 등을 위해 바디(110)의 제5 및 제6 면(5, 6)의 일부 및 제2 면(2)의 일부까지 더 연장될 수 있다.
또한, 제2 외부 전극(132)은 제2 머리부(132a)와 제2 밴드부(132b)를 포함할 수 있다.
제2 머리부(132a)는 바디(110)의 제4 면(4)에 형성되어 제2 내부 전극(122)과 접속되는 부분이고, 제2 밴드부(132b)는 제2 머리부(132a)에서 바디(110)의 제1 면(1)의 일부까지 연장되는 부분이다.
이때, 제2 밴드부(132b)는 고착 강도 향상 등을 위해 커패시터 바디(110)의 제5 및 제6 면(5, 6)의 일부 및 제2 면(2)의 일부까지 더 연장될 수 있다.
본 실시 예에서, 바디(110)에 포함되는 유전체층(111)은 내환원성 유전체 조성물을 함유할 수 있으며, 상기 유전체 조성물은 EIA 규격에서 명시한 C0G 조성물이다.
본 실시 예에 따른 유전체 조성물은, 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)이 일부 고용되어 수정된 (Ca1-xSrx)(Zr1-yTiy)O3를 포함하는 모재 주성분(x=0.7, y=0.03); 망간(Mn) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 주성분 100몰(mol)에 대하여, 2 내지 3몰의 이트륨(Y) 또는 디스프로슘(Dy)을 포함하는 제2 부성분; 및 규소(Si) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제3 부성분; 을 포함한다.
이러한 유전체 조성물로 유전체층(111)을 형성하면, 1,300℃ 이하의 환원 분위기에서 소성이 가능해지고, 이에 제1 및 제2 내부 전극(121, 122)의 소재로 니켈(Ni) 또는 Ni 합금을 사용할 수 있다.
따라서, 우수한 냉결정화 온도(TCC: Cold Crystallization Temperature) 및 DC-bias 특성을 가질 수 있고, 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 유전체 조성물의 각 성분에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
a) 모재 주성분
상기 모재 주성분은 유전체의 주성분으로, 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)이 일부 고용되어 수정된 (Ca1-xSrx)(Zr1-yTiy)O3 (이하, "CSZT"라고 표기함)를 포함한다. 이때, x 또는 y의 비율에 따라 유전율이 선형적으로 비례하여 변하게 되는데, x 또는 y가 증가할수록 그에 비례하여 유전율도 증가하게 된다. 하지만, C0G 특성을 만족하기 위해 유전율을 적정 수준에서 제어할 필요가 있으며 바람직하게 상기 x는 0.7, 상기 y는 0.03일 수 있다.
b) 제1 부성분
상기 제1 부성분은 망간(Mn) 산화물 또는 탄산염을 포함할 수 있다.
상기 망간 산화물 또는 탄산염의 형태가 특별히 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 제1 부성분은 내환원성을 부여하고 미세구조상 치밀화를 향상시키며 안정적인 고온 가속 수명을 유지하는 역할을 할 수 있다.
c) 제2 부성분
상기 제2 부성분으로 희토류 원소(Rare earth element)인 이트륨(Y) 또는 디스프로슘(Dy)의 산화물 또는 탄산염을 포함할 수 있다.
상기 Y 또는 Dy 산화물 또는 탄산염의 형태가 특별히 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2 부성분은 입성장 제어 및 그레인(Grain) 분포를 균일화 함으로써 신뢰성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
이때, 상기 제2 부성분은 상기 모재 주성분 100몰(mol)에 대하여 2 내지 3몰을 포함한다.
d) 제3 부성분
상기 제3 부성분으로 규소(Si) 산화물 또는 탄산염을 포함할 수 있다.
상기 Si 산화물 또는 탄산염의 형태가 특별히 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 제3 부성분은 소결 조제의 역할을 하는 것으로서, 소결 온도를 저하시키고 주성분인 상기 모재 주성분, 상기 제1 부성분, 상기 제2 부성분 중 적어도 하나 이상과 반응하여 소결성을 촉진시키는 역할을 할 수 있다.
종래의 전자 부품에 사용되는 유전체는 주성분인 티탄산바륨(BaTiO3)에 칼슘(Ca), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 희토류(Rear Earth)를 고용시켜 제조한다.
그러나, 상기 재료는 강유전체 특성을 갖고 있기 때문에, 사용 시간이 누적되면서 에이징(Aging) 현상에 의한 유전 손실이 발생할 수 있다.
이때, 유전체층의 두께를 얇게 하고 승압화를 시키면 승압화에 의해 유전체층에 걸리는 전계 세기가 높아져 DC-바이어스(bias) 특성이 악화될 수 있다.
또한, 박층화에 의해 층간 인가되는 전압(V/m)이 커지고 미세 구조 상의 결함이 발생하여 절연 저항(IR: Insulation Resistance)과 같은 내전압 특성이 악화되어 신뢰성이 저하될 수 있다.
한편, 적층형 커패시터의 유전체층은 세라믹 입자(결정립)와 상기 세라믹 입자 사이에 존재하는 입계부(결정립계)로 이루어질 수 있다.
C0G 특성의 유전체 재료의 신뢰성을 향상시키기 위해서는, 결정립계(Grain Boundary)의 분율을 증가시켜 상대적으로 많은 입계를 확보함으로써 절연 저항(IR: Insulation Resistance)의 저하를 방지할 필요가 있다.
유전체 내부에서의 저항을 비교해 보면, 상대적으로 입내의 저항 값 대비 입계의 저항 값이 더 크다고 알려져 있다.
이렇게 입계의 저항 값이 입내의 저항 값 보다 큰 이유는, 인터페이스(Interface) 영역에서의 쇼트키 장벽(Schottky Barrier) 모델로 설명될 수 있다.
일반적으로 입계 근접 부근에서는 이온(Ion) 또는 전자(Electron)의 농도가 높은 공간 전하층(Space charge layer), 즉 결핍층(depletion layer)이 형성되는데, 특정 원소를 입계에 고농도로 분포시키면 페르미 레벨(Fermi level)이 상승되고, 이에 쇼트키 장벽 높이(Schottky barrier height)가 증가하여 결핍층이 커진다.
따라서, 열이온 활성화(Thermionic activation)에 의한 전하 운반체(Charge carrier)의 터널링(Tunneling) 현상이 억제되기 때문에, 신뢰성이 상승되는 효과를 기대할 수 있다.
본 실시 예에서는, 유전체 조성물의 조성과 함량을 선정함에 있어서, CSZT내 고용 혹은 입계 편절(Segregation)시 전하 밀도를 낮추거나 결정립계의 분율을 높여 신뢰성 개선을 기대할 수 있는, 희토류 원소(이하, "RE"라고 함)의 조성과 함량을 제시한다.
특히, 치밀화 및 균일 입성장 제어를 동시에 확보할 수 있도록 Mn-RE-Si의 함량 비를 최적화하되, RE로 Y 또는 Dy를 사용함으로써 고온에서의 절연 저항 저하(IR degradation)를 개선할 수 있다.
본 실시 예의 CSZT 모재 주성분을 사용하는 C0G 전자 부품에서 희토류 성분의 검출은 투과 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope) 또는 ICP (발광 분광 분석)를 통해 확인할 수 있다.
도 4(a)는 종래의 유전체층을 나타낸 TEM 사진이고, 도 4(b)는 본 발명의 실시 예 1인 Dy를 포함하는 유전체층을 나타낸 TEM 사진이고, 도 4(c)는 본 발명의 실시 예 2인 Y를 포함하는 유전체층을 나타낸 TEM 사진이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)를 참조하면, 종래의 Mn, Zr, Si를 포함하는 유전체층의 조성을 Mn, Dy, Si 및 Mn, Y, Si를 포함하는 유전체층의 조성으로 각각 변경함으로서, 비교 예 대비 본 실시 예 1 및 2의 경우 입계 분율 증가에 의해 입성장이 억제되어 균일한 미세 구조를 확보하는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 종래의 유전체 조성물을 이용한 적층형 커패시터와 본 발명의 Dy를 포함하는 유전체 조성물을 이용한 적층형 커패시터의 신뢰성을 나타낸 그래프이고, 도 6은 종래의 유전체 조성물을 이용한 적층형 커패시터와 본 발명의 Y를 포함하는 유전체 조성물을 이용한 적층형 커패시터의 신뢰성을 나타낸 그래프이다.
여기서, 비교 예는 기존에 사용하는 조성계인 Mn-Zr-Si 계열에서 Zr을 0.29mol~1.5mol 사이에서 가변하면서 비교한 것이고, #1은 Dy 또는 Y를 1.0몰을 사용한 것이고, #2는 Dy 또는 Y를 1.5몰을 사용한 것이고, #3은 Dy 또는 Y를 2.0몰을 사용한 것이고, #4는 Dy 또는 Y를 2.5몰을 사용한 것이고, #5는 Dy 또는 Y를 3.0몰을 사용한 것이고, #6은 Dy 또는 Y를 3.5몰을 사용한 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예 1 및 2의 경우, 동등한 전기적 특성에서 소성 온도 증가의 부효과를 최소화하고 입계 저항 및 분율 증가에 따른 신뢰성 증가로 IR degradation이 비교 예 대비 25% 이상 향상되는 것을 확인할 수 있다
따라서, 본 실시 예에서와 같이, 제2 부성분으로 희토류 계열의 Dy 또는 Y를 사용하고, 그 최적의 조성을 모재 주성분 100몰(mol)에 대하여 2 내지 3몰로 함으로써 전자 제품의 고온 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
[실험 예]
이하, 본 발명은 실시 예 및 비교 예를 통하여 더욱 상세히 설명하지만, 이는 발명의 구체적인 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기의 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실험에 사용된 적층형 커패시터의 제조 공정은 다음과 같다.
먼저 유전체 조성물의 모재 주성분은 평균 입자 크기가 100nm급인 CSZT를 사용하고, 여기에 제1 부성분으로 Mn을 투입하고 제3 부성분으로 Si를 투입한다.
제2 부성분은, 비교 예의 경우 Zr을 투입하고, 제1 실시 예의 경우 Dy를 투입하고, 제2 실시 예의 경우 Y를 투입한다.
이때, 상기 제1 내지 제3 부성분은 산화물 또는 탄산염의 형태로 투입한다.
또한, 본 실험에서는 표 1에 기재된 조성 및 함량에 따라 모재 주성분과 제1 내지 제3 부성분 분말을 마련한 후, 지르코니아 볼을 혼합 및 분산 메디아로 사용하고 에탄올 및 톨루엔을 용매로 하여 분산제와 혼합한 후 약 20시간　동안 볼 밀링(milling)하고, 이후 유전체 시트(Sheet)의 강도 구현을 위해 바인더를 혼합하여 슬러리를 제작한다.
다음으로, 이렇게 제조된 슬러리는 소형 닥터 블레이드(doctor blade) 방식의 코터(coater)를 이용하여 1.0~1.5㎛ 두께의 시트로 성형하여 제조한다.
다음으로, 성형된 시트에 Ni로 내부 전극을 인쇄한 후, 상하 커버로 3㎛ 두께의 시트 30층을 각각 적층하여 적층체를 만들고 압착 공정을 거쳐 바아(Bar)를 제작한다.
그리고, 상기 바아를 절단기를 이용하여 길이와 폭이 각각 1.0mmХ0.5mm 크기의 칩으로 절단한다.
다음으로, 상기 칩을 탈 바인더를 위해 400℃ 에어 분위기에서 가소한 후, 약 1,300℃ 이하 수소(H2) 농도 2.0% 이하 조건에서 1시간 내외 소성한다.
이후, 구리(Cu) 페이스트로 터미네이션 공정 및 전극 소성을 행하여 C0G 특성의 적층형 커패시터를 완성한다.
그리고, 각각의 시료 별로 적층형 커패시터의 미세 구조 균일성과 유전율 및 고온 신뢰성 등의 전기적 특성을 측정한다.
[평가]
아래, 표 1은 제1 및 제3 부성분의 함량과 제2 부성분의 조성 및 함량에 따라 변화하는 적층형 커패시터의 미세 구조 균일성 및 고온 신뢰성을 측정하여 각각 나타낸 것이다.
여기서, 상기 미세 구조 균일성은, SEM을 사용하여 Х30000 배율 내에서 그레인(Grain) 사이즈를 측정했을 때, D50 기준 입도가 500 nm 이상인 경우를 Х로 판정하고, D50 기준 입도가 300 nm 초과 500 nm 미만인 경우를 △로 판정하고, D50 기준 입도가 350 nm 이하인 경우를 ○로 판정하여 나타낸다
그리고, 상기 고온 신뢰성을 측정하기 위한 고온 신뢰성 테스트(High accelerated life test)는, 각 시료 별로 40개의 샘플을 취하여 150 ℃ 및 5분(min)당 5V/㎛씩 전계를 증가시켜가는 조건에서 고온 내접압(V/㎛)을 측정한 것이다.
상기 고온 내전압은 절연 저항이 105Ω 이상을 견디는 전압을 의미한다.
여기서, 고온 내전압 V/㎛이 110 V/㎛ 이하인 경우를 Х로 정의하고, V/㎛이 110 V/㎛ 초과 130 V/㎛ 미만인 경우를 △로 정의하고, V/㎛이 130 V/㎛인 경우를 ○로 정의하여 나타낸다.
시료 모재분말 100몰(mol)에 대한
부성분의 첨가 몰(mol) 수		 비율 미세 구조 균일성 전기적 특성
제1 부성분 제2 부성분 제3 부성분 제2 부성분/제1 부성분 D50 유전율 고온 신뢰성
Mn Zr Dy Y Si
1 4.5 0.29 2.64 0.064 Х 28.6 △
2 3.5 0.29 2.64 0.083 △ 29.5 △
3 3 0.29 2.64 0.097 △ 30.1 Х
4 2 0.29 2.64 0.145 △ 30.8 Х
5 4.5 0.29 1.47 0.064 △ 29.5 △
6 3.5 0.29 1.47 0.083 △ 29.8 △
7 3 0.29 1.47 0.097 △ 30.5 Х
8 2 0.29 1.47 0.145 △ 30.6 Х
9 3 1 1.47 0.333 △ 28.2 △
10 3 1.5 1.47 0.500 △ 27.6 △
11 3 1 1.47 0.333 Х 30.8 Х
12 3 1.5 1.47 0.500 ○ 30.5 △
13 3 2 1.47 0.667 ○ 30.2 ○
14 3 2.5 1.47 0.833 ○ 30.1 ○
15 3 3 1.47 1.000 ○ 29.8 ○
16 3 3.5 1.47 1.167 △ 29.5 △
17 3 1 1.47 0.333 Х 30.7 Х
18 3 1.5 1.47 0.500 ○ 30.4 △
19 3 2 1.47 0.667 ○ 30.3 ○
20 3 2.5 1.47 0.833 ○ 30.0 ○
21 3 3 1.47 1.000 ○ 29.5 ○
22 3 3.5 1.47 1.167 △ 28.8 △
먼저 표 1의 시료 1 내지 10을 참조하여, 제2 부성분으로 Zr을 사용하는 종래의 비교 예에 대해 설명한다.
시료 1 내지 4에 나타난 바와 같이, 제2 부성분인 Zr의 함량을 0.29몰로 고정하고 제3 부성분인 Si의 함량을 2.64몰로 고정하고 제1 부성분인 Mn의 함량을 4.5 몰에서 2몰까지 점차로 감소시킨 결과, 미세 구조 균일성은 개선되었지만 고온 신뢰성은 오히려 악화되는 것으로 나타났다
또한, 시료 5 내지 8에 나타난 바와 같이, 제2 부성분인 Zr의 함량을 0.29몰로 고정하고 제1 부성분인 Mn의 함량을 4.5몰에서 2몰까지 점차로 감소시키고 제3 부성분인 Si의 함량을 1.47몰로 낮춰서 고정한 결과, 바디의 치밀도가 개선되지 않을 뿐만 아니라 고온 신뢰성도 오히려 악화되는 것으로 나타났다
또한, 시료 9 및 10에 나타난 바와 같이, 제1 부성분인 Mn의 함량을 3몰로 고정하고 제3 부성분인 Si의 함량을 1.47몰로 낮춰서 고정하고 제2 부성분인 Zr의 함량을 1몰에서 1.5몰로 증가시킨 결과, 바디의 치밀도는 큰 차이가 없지만 미세 구조 균일성은 향상되었고 고온 신뢰성은 큰 변화가 없었다.
이러한 사항을 고려할 때, 제2 부성분으로 Zr을 사용하는 비교 예(시료 1 내지 10)의 경우, 제1 부성분, 제2 부성분, 제3 부성분의 함량을 조절하더라도 고온 신뢰성을 크게 개선시키는 것은 어렵다는 것을 알 수 있다.
시료 11 내지 16은 본 발명의 제1 실시 예에 관한 것으로서, 제2 부성분으로 Dy를 사용한다.
시료 11 내지 16을 참조하면, 앞서 Zr을 사용하는 비교 예 대비 유전율에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
또한, 제1 부성분인 Mn의 함량을 3몰로 고정하고 제3 부성분인 Si의 함량을 1.47몰로 고정하고 제2 부성분인 Dy의 함량을 1몰에서 3.5몰까지 점차로 증가시킨 결과, Dy의 함량이 1.5몰인 시료 12부터 입성장이 억제되어 바디의 치밀도와 미세 구조 균일성이 향상되고 고온 신뢰성도 개선되는 것으로 나타났다.
다만, 시료 12의 경우 고온 신뢰성이 △로 나타났고, 제1 부성분인 Mn의 함량 대비 제2 부성분인 Dy의 함량 비율이 1.000을 초과하는 시료 16의 경우 Pyrochloride (Dy2Ti2O7)이라는 이차상이 형성되어 미세 구조 균일성과 고온 신뢰성이 시료 15에 비해 오히려 악화되는 것으로 나타났다.
따라서, 바디의 치밀도와 미세 구조 균일성이 개선되고 고온 신뢰성이 양호한 Dy/Mn의 비율은 0.6 이상 1.0 이하로 볼 수 있다.
시료 17 내지 22는 본 발명의 제2 실시 예에 관한 것으로서, 제2 부성분으로 Y를 사용한다.
시료 17 내지 22를 참조하면, 앞서 Zr을 사용하는 비교 예 대비 유전율에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
또한, 제1 실시 예에서와 동일하게, 제1 부성분인 Mn의 함량을 3몰로 고정하고 제3 부성분인 Si의 함량을 1.47몰로 고정한다. 그리고, 제2 부성분인 Y의 함량을 1몰에서 3.5몰까지 점차로 증가시킨 결과, Y의 함량이 1.5몰인 시료 18부터 입성장이 억제되어 바디의 치밀도와 미세 구조 균일성이 향상되고 고온 신뢰성도 개선되는 것으로 나타났다.
다만, 시료 18의 경우 고온 신뢰성이 △로 나타났고, 제1 부성분인 Mn의 함량 대비 제2 부성분인 Y의 함량 비율이 1.000을 초과하는 시료 22의 경우 Pyrochloride (Y2Ti2O7)이라는 이차상이 형성되어 미세 구조 균일성과 고온 신뢰성이 시료 21에 비해 오히려 악화되는 것으로 나타났다.
따라서, 바디의 치밀도와 미세 구조 균일성이 개선되고 고온 신뢰성이 양호한 Y/Mn의 비율은 0.6 이상 1.0 이하로 볼 수 있다.
위와 같이, 제2 부성분으로 Dy 또는 Y를 사용하고, 본 발명의 실시 예를 만족시키는 범위로 유전체 조성물을 제조하는 경우, 유전체층의 두께를 얇게 하더라도 고유전율 및 고신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 예 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: 적층형 커패시터
110: 바디
111: 유전체층
112, 113: 커버
115: 액티브 영역
121, 122: 제1 및 제2 내부 전극
131, 132: 제1 및 제2 외부 전극
131a, 132a: 제1 및 제2 머리부
131b, 132b: 제1 및 제2 밴드부

Claims (10)

  1. 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)이 일부 고용되어 수정된 (Ca1-xSrx)(Zr1-yTiy)O3를 포함하는 모재 주성분(x=0.7, y=0.03);
    망간(Mn) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제1 부성분;
    상기 모재 주성분 100몰(mol)에 대하여, 2 내지 3몰의 이트륨(Y) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제2 부성분; 및
    규소(Si) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제3 부성분; 을 포함하고,
    상기 제1 부성분의 함량에 대한 상기 제2 부성분의 함량의 비율이 0.6 내지 1.0인 유전체 조성물.
  2. 삭제
  3. 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)이 일부 고용되어 수정된 (Ca1-xSrx)(Zr1-yTiy)O3를 포함하는 모재 주성분(x=0.7, y=0.03);
    망간(Mn) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제1 부성분;
    상기 모재 주성분 100몰(mol)에 대하여, 2 내지 3몰의 디스프로슘(Dy)을 포함하는 제2 부성분; 및
    규소(Si) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제3 부성분; 을 포함하고,
    상기 제1 부성분의 함량에 대한 상기 제2 부성분의 함량의 비율이 0.6 내지 1.0인 유전체 조성물.
  4. 삭제
  5. 복수의 유전체층과 내부 전극을 포함하는 바디; 및
    상기 바디에 상기 내부 전극과 접속되도록 배치되는 외부 전극; 을 포함하고,
    상기 유전체층은, 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)이 일부 고용되어 수정된 (Ca1-xSrx)(Zr1-yTiy)O3를 포함하는 모재 주성분(x=0.7, y=0.03); 망간(Mn) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 주성분 100몰(mol)에 대하여, 2 내지 3몰의 이트륨(Y)을 포함하는 제2 부성분; 및 규소(Si) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제3 부성분; 을 포함하고,
    상기 유전체층은, 상기 제1 부성분의 함량에 대한 상기 제2 부성분의 함량의 비율이 0.6 내지 1.0인 전자 부품.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 내부 전극이 니켈(Ni) 또는 Ni 합금을 포함하는 전자 부품.
  8. 복수의 유전체층과 내부 전극을 포함하는 바디; 및
    상기 바디에 상기 내부 전극과 접속되도록 배치되는 외부 전극; 을 포함하고,
    상기 유전체층은, 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)이 일부 고용되어 수정된 (Ca1-xSrx)(Zr1-yTiy)O3를 포함하는 모재 주성분(x=0.7, y=0.03); 망간(Mn) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제1 부성분; 상기 모재 주성분 100몰(mol)에 대하여, 2 내지 3몰의 디스프로슘(Dy)을 포함하는 제2 부성분; 및 규소(Si) 산화물 또는 탄산염을 포함하는 제3 부성분; 을 포함하고,
    상기 유전체층은, 상기 제1 부성분의 함량에 대한 상기 제2 부성분의 함량의 비율이 0.6 내지 1.0인 전자 부품.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 내부 전극이 니켈(Ni) 또는 Ni 합금을 포함하는 전자 부품.
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