KR102496922B1 - 적층 세라믹 콘덴서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

유전체층의 양호한 수명 특성을 실현할 수 있는 적층 세라믹 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공한다. 적층 세라믹 콘덴서는, 세라믹의 유전체층과 내부 전극층이 교대로 적층된 적층체를 구비하는 적층 세라믹 콘덴서로서, (125℃에 있어서 상기 유전체층에 직류 전압이 인가되었을 때의 10V/㎛에 있어서의 전류값)/(85℃에 있어서 상기 유전체층에 직류 전압이 인가되었을 때의 10V/㎛에 있어서의 전류값)이 5를 상회하고 또한 20 미만이며, 상기 유전체층에 있어서의 도너 원소 농도가 0.05atm％ 이상 0.3atm％ 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

적층 세라믹 콘덴서 및 그 제조 방법{MULTILAYER CERAMIC CAPACITOR AND MANUFACTURING METHOD OF MULTILAYER CERAMIC CAPACITOR}
본 발명은 적층 세라믹 콘덴서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
적층 세라믹 콘덴서의 소형ㆍ대용량화의 요청에 의해, 유전체층의 박층화가 진행되고 있다. 그 결과, 유전체층에 가해지는 전계 강도는 증대되는 한편, 유전체층의 수명 특성은 저하되어 버린다. 따라서, 수명 특성의 개선을 위해, Mo(몰리브덴), W(텅스텐) 등의 도너 원소를 유전체층에 첨가하는 재료 설계가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2 참조).
일본 특허 공개 제2016-139720호 공보 일본 특허 공개 제2016-127120호 공보
그러나, 상기 기술에서는, 도너 원소가 유전체층의 어디에 위치하고 있는지 규정되어 있지 않다. 도너 원소는, 유전체층의 주성분 세라믹의 결정립 내에 존재함으로써, 유전체층의 수명 특성에 기여한다. 결정립계에 존재하는 도너 원소는, 유전체층의 수명 특성에 기여하지 않는다. 따라서, 유전체층 전체의 도너 원소 농도를 규정해도, 원하는 수명 특성이 얻어지지 않을 우려가 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 유전체층의 양호한 수명 특성을 실현할 수 있는 적층 세라믹 콘덴서 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 적층 세라믹 콘덴서는, 세라믹의 유전체층과 내부 전극층이 교대로 적층된 적층체를 구비하는 적층 세라믹 콘덴서로서, (125℃에 있어서 상기 유전체층에 직류 전압이 인가되었을 때의 10V/㎛에 있어서의 전류값)/(85℃에 있어서 상기 유전체층에 직류 전압이 인가되었을 때의 10V/㎛에 있어서의 전류값)이 5를 상회하고 또한 20 미만이며, 상기 유전체층에 있어서의 도너 원소 농도가 0.05atm％ 이상 0.3atm％ 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 적층 세라믹 콘덴서에 있어서, 상기 유전체층의 평균 입자 직경을 80㎚ 이상 200㎚ 이하로 해도 된다.
상기 적층 세라믹 콘덴서에 있어서, 상기 도너 원소는 V, Mo, Nb, La, W, Ta 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있어도 된다.
상기 적층 세라믹 콘덴서에 있어서, 상기 유전체층의 두께를 1㎛ 이하로 해도 된다.
상기 적층 세라믹 콘덴서에 있어서, 상기 유전체층의 주성분 세라믹은 페로브스카이트 구조를 갖고 있어도 된다.
본 발명에 따른 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법은, 주성분 세라믹에 대한 도너 원소 농도가 0.05atm％ 이상 0.3atm％ 이하인 그린 시트를 제작하는 공정과, 상기 그린 시트와, 내부 전극 형성용 도전 페이스트를 교대로 적층함으로써 적층체를 형성하는 공정과, 상기 적층체를 소성하는 공정을 포함하고, 소성 후에 얻어지는 유전체층에 있어서, (125℃에 있어서 상기 유전체층에 직류 전압이 인가되었을 때의 10V/㎛에 있어서의 전류값)/(85℃에 있어서 상기 유전체층에 직류 전압이 인가되었을 때의 10V/㎛에 있어서의 전류값)이 5를 상회하고 또한 20 미만으로 되도록, 상기 적층체를 소성하는 공정을 행하는 것을 특징으로 한다.
상기 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법에 있어서, 상기 그린 시트를 제작하는 공정에 있어서, 0.05atm％ 이상 0.3atm％ 이하의 도너 원소를 미리 고용시킨 주성분 세라믹의 그린 시트를 제작해도 된다.
본 발명에 따르면, 유전체층의 양호한 수명 특성을 실현할 수 있다.
도 1은 적층 세라믹 콘덴서의 부분 단면 사시도.
도 2는 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법의 플로우를 예시하는 도면.
도 3의 (a) 및 (b)는 실시예 1∼5 및 비교예 1, 2의 온도 변화 계수(125℃/85℃)와, 가속 수명값과, 누설 전류의 관계를 예시하는 도면.
도 4는 비교예 1에서 제작한 적층 세라믹 콘덴서에 있어서, 온도 변화와, 누설 전류값과, 인가 전압의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 실시예 1에서 제작한 적층 세라믹 콘덴서에 있어서, 온도 변화와, 누설 전류값과, 인가 전압의 관계를 도시하는 도면.
도 6은 실시예 4에서 제작한 적층 세라믹 콘덴서에 있어서, 온도 변화와, 누설 전류값과, 인가 전압의 관계를 도시하는 도면.
이하, 도면을 참조하면서, 실시 형태에 대하여 설명한다.
(실시 형태)
도 1은 실시 형태에 따른 적층 세라믹 콘덴서(100)의 부분 단면 사시도이다. 도 1에서 예시한 바와 같이, 적층 세라믹 콘덴서(100)는 직육면체 형상을 갖는 적층 칩(10)과, 적층 칩(10)의 어느 하나의 대향하는 2단부면에 형성된 외부 전극(20a, 20b)을 구비한다. 또한, 적층 칩(10)의 당해 2단부면 이외의 4면 중, 적층 방향의 상면 및 하면 이외의 2면을 측면이라 칭한다. 외부 전극(20a, 20b)은, 적층 칩(10)의 적층 방향의 상면, 하면 및 2측면으로 연장되어 있다. 단, 외부 전극(20a, 20b)은 서로 이격되어 있다.
적층 칩(10)은 유전체로서 기능하는 세라믹 재료를 포함하는 유전체층(11)과, 비금속 재료를 포함하는 내부 전극층(12)이 교대로 적층된 구성을 갖는다. 각 내부 전극층(12)의 단연은, 적층 칩(10)의 외부 전극(20a)이 형성된 단부면과, 외부 전극(20b)이 형성된 단부면에, 교대로 노출되어 있다. 그것에 의해, 각 내부 전극층(12)은 외부 전극(20a)과 외부 전극(20b)에, 교대로 도통하고 있다. 그 결과, 적층 세라믹 콘덴서(100)는 복수의 유전체층(11)이 내부 전극층(12)을 개재하여 적층된 구성을 갖는다. 또한, 적층 칩(10)에 있어서, 적층 방향의 최외층에는 내부 전극층(12)이 배치되고, 당해 내부 전극층이 이루는 적층 칩(10)의 상면 및 하면은, 커버층(13)에 의해 덮여 있다. 커버층(13)은 세라믹 재료를 주성분으로 한다. 예를 들어, 커버층(13)의 재료는, 유전체층(11)과 세라믹 재료의 주성분이 동일하다.
적층 세라믹 콘덴서(100)의 사이즈는, 예를 들어 길이 0.2㎜, 폭 0.125㎜, 높이 0.125㎜이고, 또는 길이 0.4㎜, 폭 0.2㎜, 높이 0.2㎜, 또는 길이 0.6㎜, 폭 0.3㎜, 높이 0.3㎜이며, 또는 길이 1.0㎜, 폭 0.5㎜, 높이 0.5㎜이고, 또는 길이 3.2㎜, 폭 1.6㎜, 높이 1.6㎜이며, 또는 길이 4.5㎜, 폭 3.2㎜, 높이 2.5㎜이지만, 이들 사이즈에 한정되는 것은 아니다.
내부 전극층(12)은 Ni(니켈), Cu(구리), Sn(주석) 등의 비금속을 주성분으로 한다. 내부 전극층(12)으로서, Pt(백금), Pd(팔라듐), Ag(은), Au(금) 등의 귀금속이나 이들을 포함하는 합금을 사용해도 된다. 유전체층(11)은, 예를 들어 일반식 ABO3로 나타내어지는 페로브스카이트 구조를 갖는 세라믹 재료를 주성분으로 한다. 또한, 당해 페로브스카이트 구조는, 비화학 양론 조성의 ABO3 -α를 포함한다. 예를 들어, 당해 세라믹 재료로서, BaTiO3(티타늄산바륨), CaZrO3(지르콘산칼슘), CaTiO3(티타늄산칼슘), SrTiO3(티타늄산스트론튬), 페로브스카이트 구조를 형성하는 Ba1 -x- yCaxSryTi1 - zZrzO3(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1) 등을 사용할 수 있다. 유전체층(11)은, 예를 들어 1㎛ 이하, 0.8㎛ 이하 등의 두께를 갖는다.
유전체층(11)은 도너 원소를 포함하고 있다. 여기에서의 도너 원소는, 페로브스카이트 ABO3의 A 사이트를 점유 가능한 3가의 이온으로 될 수 있는 원소(Y(이트륨), La(란탄), Sm(사마륨), Gd(가돌리늄), Dy(디스프로슘), Ho(홀뮴) 등의 희토류 원소의 일부가 상당함) 및 B 사이트를 점유하여 5가 이상의 가수를 취할 수 있는 원소(V(바나듐), Mo(몰리브덴), Nb(니오븀), W(텅스텐), Ta(탄탈륨) 등의 전이 금속의 일부가 상당함)이다. 예를 들어, 유전체층(11)의 주성분 세라믹이 페로브스카이트인 경우에 있어서, 도너 원소로서, V(바나듐), Mo, Nb, La, W, Ta 등을 사용할 수 있다. 유전체층(11)이 도너 원소를 포함하고 있으면, 산소 결함의 생성이 억제된다. 그 결과, 유전체층(11)의 수명 특성이 향상된다. 유전체층(11)의 도너 원소 농도가 너무 낮으면, 도너 원소의 효과를 충분히 얻을 수 없을 우려가 있다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 유전체층(11)의 도너 원소 농도를 0.05atm％ 이상으로 한다. 한편, 유전체층(11)의 도너 원소 농도가 너무 높으면, 도너 원소의 고용 상태에 따라서는 절연 특성의 악화, 바이어스 특성의 악화 등의 우려가 있다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 유전체층(11)의 도너 원소 농도를 0.3atm％ 이하로 한다. 여기에서의 atm％는, B 사이트를 100atm％로 한 경우의 도너 원소의 농도(atm％)이다.
유전체층(11)의 주성분 세라믹은, 하나의 결정립을 포함하고 있는 것이 아니며, 복수의 결정립을 포함하고 있다. 따라서, 도너 원소는, 결정립 내 및 결정립계에 균일하게 분산되어 있는 것도 있고, 결정립계에 많이 분산되어 있는 것도 있다. 도너 원소는, 주성분 세라믹의 결정립 내에 존재함으로써, 산소 결함 억제 등의 효과를 발휘한다. 따라서, 유전체층(11)의 도너 원소 농도가 0.05atm％ 이상 0.3atm％ 이하여도, 당해 도너 원소가, 반드시, 유전체층(11)의 수명 특성에 기여하는 것은 아니다.
그런데, 도너 원소의 도너 준위에 따라서, 온도 상승에 의해 전자가 전도대에 여기된다. 이 경우, 누설 전류가 증대되게 된다. 누설 전류의 온도 의존성이 큰 것은, 도너 원소가 단지 유전체층(11) 내에 존재하고 있을 뿐만 아니라, 주성분 세라믹의 결정립 내에 고용되어 있는 것을 나타낸다. 따라서, 누설 전류의 온도 변화 계수가 크면, 도너 원소가 유전체층(11)의 수명 특성에 기여하게 된다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 누설 전류의 온도 변화 계수에 주목한다.
구체적으로는, 누설 전류의 온도 변화 계수로서, (125℃에 있어서 유전체층(11)에 직류 전압이 인가되었을 때의 10V/㎛에 있어서의 전류값)/(85℃에 있어서 유전체층(11)에 직류 전압이 인가되었을 때의 10V/㎛에 있어서의 전류값)을 사용한다. 이하, 간단히, 온도 변화 계수(125℃/85℃)로 나타내기로 한다.
온도 변화 계수(125℃/85℃)가 작으면, 유전체층(11)의 주성분 세라믹의 입자 내에 있어서의 도너 원소가 적어지게 된다. 이 경우, 유전체층(11)에 양호한 수명 특성이 얻어지지 않을 우려가 있다. 따라서, 온도 변화 계수(125℃/85℃)를 소정값보다도 크게 한다. 한편, 온도 변화 계수(125℃/85℃)가 크면, 유전체층(11)의 주성분 세라믹 입자 내에 있어서의 도너 원소가 많아진다. 이 경우, 유전체층(11)에 절연성 저하, 바이어스 특성의 악화 등이 발생할 우려가 있다. 따라서, 온도 변화 계수(125℃/85℃)를 소정값보다도 작게 한다. 본 실시 형태에 있어서는, 5<온도 변화 계수(125℃/85℃)<20으로 한다. 이에 의해, 누설 전류를 억제하면서, 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 6<온도 변화 계수(125℃/85℃)<15인 것이 바람직하다.
온도 변화 계수는, 외부 전극(20a)과 외부 전극(20b) 사이에 10V/㎛로 되도록 조절한 직류 전압을 인가하였을 때의 누설 전류값(전압 인가 60초 후를 측정)을, 항온조를 사용하여 분위기 온도를 변화시켜 취득함으로써 산출할 수 있다.
또한, 유전체층(11)에 있어서, 적어도, 전압차가 발생하는 영역에서 양호한 수명 특성이 얻어지는 것이 바람직하다. 따라서, 적층 세라믹 콘덴서(100)의 전기 용량이 발생하는 영역의 유전체층(11)에 있어서, 양호한 수명 특성이 얻어지고 있으면 된다. 따라서, 외부 전극(20a)에 접속된 내부 전극층(12)과 외부 전극(20b)에 접속된 내부 전극층(12)이 대향하는 영역에 있어서의 유전체층(11)이, 0.05atm％ 이상 0.3atm％ 이하의 도너 원소 농도를 갖고, 5<온도 변화 계수(125℃/85℃)<20의 특성을 갖고 있으면 된다.
유전체층(11)의 주성분 세라믹의 평균 입자 직경이 작으면, 유전율이 낮아져, 원하는 정전 용량이 얻어지지 않을 우려가 있다. 따라서, 유전체층(11)의 주성분 세라믹의 평균 입자 직경은, 80㎚ 이상인 것이 바람직하다. 한편, 유전체층(11)의 주성분 세라믹의 평균 입자 직경이 크면, 1㎛ 이하의 두께의 유전체층(11)에 있어서 산소 결함의 이동 장벽으로서 작용하는 입계 면적이 감소함으로써, 수명 특성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 유전체층(11)의 주성분 세라믹의 평균 입자 직경은 200㎚ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 입자 직경은, 주사형 전자 현미경 또는 투과형 전자 현미경에서 하나의 화상에 80∼150 결정립 정도 들어가도록 배율을 조정하고, 합계 400 결정립 이상으로 되도록 복수매의 사진을 얻고, 사진상의 결정립 전체 수에 대하여 계측한 Feret 직경을 사용하였다. 평균 입자 직경에는, 그 평균값을 사용하였다.
계속해서, 적층 세라믹 콘덴서(100)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 2는 적층 세라믹 콘덴서(100)의 제조 방법의 플로우를 예시하는 도면이다.
(원료 분말 제작 공정)
먼저, 유전체층(11)의 주성분인 세라믹 재료의 분말을 준비한다. 세라믹 재료와 도너 원소원을 혼합함으로써 도너 원소를 유전체층(11)에 포함시켜도 되지만, 도너 원소를 미리 고용시킨 세라믹 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 도너 원소로서 Mo를 사용하는 경우에는, 도너 원소원으로서 MoO3 등의 Mo 화합물을 사용할 수 있다.
다음에, 당해 세라믹 재료의 분말에, 목적에 따라서 소정의 첨가 화합물을 첨가한다. 첨가 화합물로서는, Mg(마그네슘), Mn(망간), V(바나듐), Cr(크롬), 희토류 원소(Y(이트륨), Dy(디스프로슘), Tm(툴륨), Ho(홀뮴), Tb(테르븀), Yb(이테르븀), Sm(사마륨), Eu(유로퓸), Gd(가돌리늄) 및 Er(에르븀))의 산화물, 및, Co(코발트), Ni(니켈), Li(리튬), B(붕소), Na(나트륨), K(칼륨) 및 Si(실리콘)의 산화물 혹은 유리를 들 수 있다. 예를 들어, 먼저, 세라믹 재료의 분말에 첨가 화합물을 포함하는 화합물을 혼합하여 하소를 행한다. 계속해서, 얻어진 세라믹 재료의 입자를 첨가 화합물과 함께 습식 혼합하고, 건조 및 분쇄하여 세라믹 재료의 분말을 제조한다.
(적층 공정)
다음에, 얻어진 세라믹 재료의 분말에, 폴리비닐부티랄(PVB) 수지 등의 바인더와, 에탄올, 톨루엔 등의 유기 용제와, 프탈산디옥틸(DOP) 등의 가소제를 첨가하여 습식 혼합한다. 얻어진 슬러리를 사용하여, 예를 들어 다이 코터법이나 닥터 블레이드법에 의해, 기재 상에 예를 들어 두께 0.8㎛ 이하의 띠 형상의 유전체 그린 시트를 도공하여 건조시킨다.
다음에, 유전체 그린 시트의 표면에, 내부 전극 형성용 도전 페이스트를 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 등에 의해 인쇄함으로써, 내부 전극층(12)의 패턴을 배치한다. 내부 전극층 형성용 도전 페이스트는, 내부 전극층(12)의 주성분 금속의 분말과, 바인더와, 용제와, 필요에 따라서 그 밖의 보조제를 포함하고 있다. 바인더 및 용제는, 상기한 세라믹 슬러리와 상이한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 내부 전극 형성용 도전 페이스트에는, 공재로서, 유전체층(11)의 주성분인 세라믹 재료를 분산시켜도 된다.
다음에, 내부 전극층 패턴이 인쇄된 유전체 그린 시트를 소정의 크기로 펀칭하고, 펀칭된 유전체 그린 시트를, 기재를 박리한 상태에서, 내부 전극층(12)과 유전체층(11)이 엇갈리게 되도록, 또한 내부 전극층(12)이 유전체층(11)의 길이 방향 양 단부면에 단연이 교대로 노출되어 극성이 상이한 한 쌍의 외부 전극에 교대로 인출되도록, 소정 층수(예를 들어 200∼500층)만큼 적층한다.
다음에, 얻어진 적층체의 상하에 커버층(13)으로 되는 커버 시트를 압착시키고, 소정 칩 치수(예를 들어 1.0㎜×0.5㎜)로 커트한다. 이에 의해, 대략 직육면체 형상의 세라믹 적층체가 얻어진다.
(소성 공정)
이와 같이 하여 얻어진 적층체를, 250∼500℃의 N2 분위기 중에서 탈바인더한 후에, 환원 분위기 중에서 1100∼1300℃에서 10분∼2시간 소성함으로써, 유전체 그린 시트를 구성하는 각 화합물이 소결된다. 이와 같이 하여, 내부에 소결체를 포함하는 유전체층(11)과 내부 전극층(12)이 교대로 적층되어 이루어지는 적층 칩(10)과, 적층 방향 상하의 최외층으로서 형성되는 커버층(13)을 갖는 적층 세라믹 콘덴서(100)가 얻어진다.
(재산화 처리 공정)
그 후, N2 가스 분위기 중에서 600℃∼1000℃에서 재산화 처리를 행해도 된다.
[실시예]
(실시예 1)
실시예 1에서는, 유전체층(11)의 주성분 세라믹으로서, 티타늄산바륨을 사용하였다. 도너 원소로서, Mo를 사용하였다. 주성분 세라믹 분말에 Mo원을 혼합하고, 주성분 세라믹 분말의 Ti를 100atm％로 한 경우에 Mo가 0.2atm％로 되도록 MoO3를 첨가하고, 볼 밀로 충분히 습식 혼합 분쇄하여 유전체 재료를 얻었다. 유전체 재료에 유기 바인더 및 용제를 첨가하여 닥터 블레이드법에 의해 유전체 그린 시트를 제작하였다. 유기 바인더로서 폴리비닐부티랄(PVB) 등을 사용하고, 용제로서 에탄올, 톨루엔산 등을 첨가하였다. 그 밖에, 가소제 등을 첨가하였다. 다음에, 내부 전극층(12)의 주성분 금속의 분말과, 바인더와, 용제와, 필요에 따라서 그 밖의 보조제를 포함하고 있는 내부 전극 형성용 도전 페이스트를 제작하였다. 내부 전극 형성용 도전 페이스트의 유기 바인더 및 용제에는, 유전체 그린 시트와는 상이한 것을 사용하였다. 유전체 시트에 내부 전극 형성용 도전 페이스트를 스크린 인쇄하였다. 내부 전극 형성용 도전 페이스트를 인쇄한 시트를 500매 겹치고, 그 상하에 커버 시트를 각각 적층하였다. 그 후, 열 압착에 의해 세라믹 적층체를 얻고, 소정의 형상으로 절단하였다. 얻어진 세라믹 적층체를 N2 분위기 중에서 탈바인더한 후에 소성하여 소결체를 얻었다. 소성 후의 유전체층(11)의 두께는 0.8㎛이었다.
(실시예 2)
실시예 2에서는, Mo를 0.05atm％ 미리 고용시킨 주성분 세라믹 분말을 유전체 재료로서 사용하고 Mo원을 첨가하지 않은 것 외는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.
(실시예 3)
실시예 3에서는, Mo를 0.1atm％ 미리 고용시킨 주성분 세라믹 분말을 유전체 재료로서 사용하고 Mo원을 첨가하지 않은 것 외는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.
(실시예 4)
실시예 4에서는, Mo를 0.2atm％ 미리 고용시킨 주성분 세라믹 분말을 유전체 재료로서 사용하고 Mo원을 첨가하지 않은 것 외는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.
(실시예 5)
실시예 5에서는, Mo를 0.3atm％ 미리 고용시킨 주성분 세라믹 분말을 유전체 재료로서 사용하고 Mo원을 첨가하지 않은 것 외는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.
(비교예 1)
비교예 1에서는, 주성분 세라믹에 Mo원을 첨가하지 않은 것 외는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.
(비교예 2)
비교예 2에서는, Mo를 0.35atm％ 미리 고용시킨 주성분 세라믹 분말을 유전체 재료로 사용하고 Mo원을 첨가하지 않은 것 외는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.
(분석)
도 3의 (a)는 실시예 1∼5 및 비교예 1, 2의 온도 변화 계수(125℃/85℃)와, 가속 수명값의 관계를 예시하는 도면이다. 도 3의 (a)에 있어서는, 가속 수명값을 MTTF(평균 고장 시간)로서 나타내고 있다. 가속 수명값은, 125℃에서 외부 전극(20a)과 외부 전극(20b) 사이에 10V의 직류 전압을 인가하고, 전류계에 의해 누설 전류값을 측정하고, 절연 파괴에 이른 시간을 계측하였다. 평균 고장 시간은 각각 20개의 적층 세라믹 콘덴서의 절연 파괴에 이른 시간의 평균으로 하였다.
도 3의 (a)에서 예시한 바와 같이, 온도 변화 계수(125℃/85℃)와 가속 수명값 사이에 상관 관계가 도시되어 있다. 도너 원소를 첨가하지 않은 비교예 1(Mo 무첨가 티타늄산바륨)에서는, 온도 변화 계수(125℃/85℃)는 2 정도로 작고 가속 수명값도 200min 이하로 짧기 때문에, 양호한 수명값이 얻어지지 않았다. 주성분 세라믹 분말과 Mo원을 혼합하여 소성한 실시예 1(Mo 첨가 티타늄산바륨)에서는, 온도 변화 계수(125℃/85℃)가 5 정도로 비교적 크고, 가속 수명값도 200min∼300min 정도로 장수명 특성을 나타냈다. 미리 Mo를 고용한 주성분 세라믹 분말을 소성한 실시예 2∼5(Mo 고용 티타늄산바륨)에서는, 온도 변화 계수(125℃/85℃)가 7∼20으로 더욱 크고, 가속 수명값도 200min∼1200min 정도로 더욱 커졌다. 그러나, 비교예 2와 같이 온도 변화 계수(125℃/85℃)가 20을 상회하면, 도 3의 (b)에서 예시한 바와 같이, Mo 무첨가 티타늄산바륨에 대하여 85℃에서의 누설 전류값이 2자릿수 이상 증대되게 되었다.
이상의 결과로부터, 유전체층(11)의 도너 원소 농도를 0.05atm％ 이상 0.3atm％ 이하로 하고, 5<온도 변화 계수(125℃/85℃)<20으로 함으로써, 누설 전류를 억제하면서, 수명 특성을 향상시킬 수 있는 것이 증명되었다.
도 4는 비교예 1에서 제작한 적층 세라믹 콘덴서(100)에 있어서, 온도 변화와, 누설 전류값과, 인가 전압의 관계를 도시하는 도면이다. 도 4에서 도시한 바와 같이, 도너 원소를 유전체층(11)에 첨가하지 않은 경우에는, 누설 전류값에 온도 변화가 거의 나타나지 않았다. 이것은, 유전체층(11)의 주성분 세라믹의 결정립 내에 도너 원소가 고용되어 있지 않기 때문이라고 생각된다.
도 5는 실시예 1에서 제작한 적층 세라믹 콘덴서(100)에 있어서, 온도 변화와, 누설 전류값과, 인가 전압의 관계를 도시하는 도면이다. 도 5에서 도시한 바와 같이, 도너 원소를 유전체층(11)에 첨가한 경우에는, 누설 전류값에 온도 변화가 나타났다. 이것은, 유전체층(11)의 주성분 세라믹의 결정립 내에 도너 원소의 일부가 고용되었기 때문이라고 생각된다.
도 6은 실시예 4에서 제작한 적층 세라믹 콘덴서(100)에 있어서, 온도 변화와, 누설 전류값과, 인가 전압의 관계를 도시하는 도면이다. 실시예 1 및 실시예 4에서는, 유전체층(11) 전체에 있어서의 Mo의 첨가량은 동일하지만, 도 6에서 도시한 바와 같이, 도 5와 비교하여, 누설 전류값의 온도 변화가 더욱 커졌다. 이것은, 미리 도너 원소를 고용하는 티타늄산바륨을 사용함으로써, 유전체층(11)의 주성분 세라믹의 결정립 내에 많은 도너 원소가 존재하고 있기 때문이라고 생각된다. 도 4∼도 6의 결과로부터, 미리 도너 원소를 고용시킨 주성분 세라믹 분말을 사용함으로써, 결정립 내에 존재하는 도너 원소를 많게 할 수 있는 것이 증명되었다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 다양한 변형ㆍ변경이 가능하다.
10 : 적층 칩
11 : 유전체층
12 : 내부 전극층
20a, 20b : 외부 전극
100 : 적층 세라믹 콘덴서

Claims (8)

  1. 세라믹의 유전체층과, 내부 전극층이 교대로 적층된 적층체를 구비하는 적층 세라믹 콘덴서로서,
    (125℃에 있어서 상기 유전체층에 직류 전압이 인가되었을 때의 10V/㎛에 있어서의 전류값)/(85℃에 있어서 상기 유전체층에 직류 전압이 인가되었을 때의 10V/㎛에 있어서의 전류값)이 7을 상회하고 또한 20 미만이며,
    상기 유전체층에 있어서의 도너 원소 농도가 0.05atm％ 이상 0.3atm％ 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층의 평균 입자 직경이 80㎚ 이상 200㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도너 원소는, V, Mo, Nb, La, W, Ta 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 도너 원소는, V, Mo, Nb, La, W, Ta 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층의 두께는, 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층의 주성분 세라믹은, 페로브스카이트 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서.
  7. 주성분 세라믹에 대한 도너 원소 농도가 0.05atm％ 이상 0.3atm％ 이하인 그린 시트를 제작하는 공정과,
    상기 그린 시트와, 내부 전극 형성용 도전 페이스트를 교대로 적층함으로써 적층체를 형성하는 공정과,
    상기 적층체를 소성하는 공정을 포함하고,
    소성 후에 얻어지는 유전체층에 있어서, (125℃에 있어서 상기 유전체층에 직류 전압이 인가되었을 때의 10V/㎛에 있어서의 전류값)/(85℃에 있어서 상기 유전체층에 직류 전압이 인가되었을 때의 10V/㎛에 있어서의 전류값)이 7을 상회하고 또한 20 미만으로 되도록, 상기 적층체를 소성하는 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 그린 시트를 제작하는 공정에 있어서, 0.05atm％ 이상 0.3atm％ 이하의 도너 원소를 미리 고용시킨 주성분 세라믹의 그린 시트를 제작하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 콘덴서의 제조 방법.
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