KR20050093879A - 보강패턴을 갖는 적층 세라믹 콘덴서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유전체로 이루어진 복수의 세라믹시트가 적층되는 활성층과 그 양측에 또다른 복수의 세라믹시트가 적층되는 상,하부커버층으로 이루어지는 직육면체상의 세라믹기체; 상기 활성층에 적층되는 세라믹시트의 표면에 상기 세라믹시트의 길이방향으로 형성되는 내부전극; 상기 내부전극의 일단과 전기적으로 연결되도록 상기 세라믹기체의 양단부에 형성되는 외부전극;및 상기 상,하부커버층에 적층되는 세라믹시트의 표면에 상기 외부전극과 일정간격을 두고 대응되도록 세라믹시트의 폭방향으로 형성되는 보강패턴;을 포함하여 구성된다.
본 발명에 의하면, 열충격시 세라믹과 전극간의 열팽창차이에 의해 유발되는 크랙이 외부전극으로부터 내부전극측으로 진행되는 것을 저지하여 전자부품의 전기적인 특성이 저하되는 것을 방지하고, 제품신뢰성을 보장할 수 있다.
Description
본 발명은 적층 세라믹콘덴서에 관한 것으로, 보다 상세히는 열충격시 세라믹과 전극간의 열팽창차이에 의해 유발되는 크랙이 외부전극으로부터 내부전극측으로 진행되는 것을 저지하여 전자부품의 전기적인 특성이 저하되는 것을 방지하고, 제품신뢰성을 보장할 수 있도록 개선한 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서에 관한 것이다.
적층세라믹 콘덴서는 DC신호차단, 바이패싱(bypassing), 주파수공진등의 기능으로 활용되며, 배리스터(varistor), 페라이트(ferrite), 압전체(piezo-electric body)등과 같이 세라믹소재를 이용한 세라믹전자부품이다.
이러한 적층세라믹 콘덴서는 전자제품의 소형화, 경량화의 요구에 따라 그 사용량이 증가되어 왔으며, 최근 전자부품의 디지털화및 이동통신 시장의 확장에 따라 그 수요가 폭발적으로 증가되고 있는 추세이다.
일반적으로 적층세라믹콘덴서를 제조하는 공정은 BaTiO3, CaOa3, MnO, Glass Frit등의 원료분말에 유기바인더를 첨가하여 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 유전체시트로 세라믹시트를 성형하며, 상기 세라믹시트의 표면에 Ni,Cu,Pd,Pd/Ag소재의 금속성 내부전극을 패턴인쇄하고, 상기 내부전극이 인쇄된 세라믹시트를 다층으로 적층하여 적층시트를 제조하며, 상기 적층시트를 500 내지 1300kgf/cm2의 압력으로 압착하고, 상기 압착된 적층시트를 소정의 길이로 절단하여 직육면체상의 세라믹기체를 제조한 다음, 상기 세라믹기체를 소성로에서 230 내지 350℃의 온도로 20 내지 40시간동안 가소(burn-out)하여 바인더성분을 제거하고, 900~950℃ 내지 1100~1300℃의 온도로 10 내지 24시간 동안 소성하였다. 그리고, 상기 소성로에서 소성된 세라믹기체의 외부면에 외부전극을 도포하고, 이를 750 내지 950℃의 온도및 냉각단계를 거쳐 소성하고, 상기 소성된 세라믹기체의 외부면에 외부전극을 도포하고, 이를 750 내지 950℃의 온도로 30분 내지 2시간동안 소성하여 단자전극을 형성한 다음, 도금하여 제품을 완성하였다.
도 1는 종래기술에 따른 적층세라믹 콘덴서를 도시한 구성도로서, 도시한 바와같이, 종래 적층세라믹 콘덴서(1)는 복수개의 세라믹시트(15a)(15b)(15c)가 적층된 세라믹기체(10)와, 상기 세라믹시트(15b)의 표면에 패턴인쇄되는 내부전극(20)및 상기 내부전극(20)의 일단과 전기적으로 연결되도록 상기 세라믹기체(10)의 양단에 형성되는 외부전극(30)으로 구성되고, 상기 외부전극(30)은 솔더(40)를 매개로 하여 기판(50)상에 납땜되어 전기적으로 연결된다.
이러한 세라믹기체(10)는 도 1에 도시한 바와같이, 표면에 내부전극(20)이 패턴인쇄된 세라믹시트(15b)가 복수개 적층되어 형성되는 활성층(10b)과, 상기 활성층(10b)을 보호하도록 전극이 패턴인쇄되지 않은 세라믹시트(15a)(15c)가 상기 활성층(10b)의 양측에 각각 다층으로 적층되어 형성되는 상,하부커버층(10a)(10b)으로 구분된다.
한편, 상기한 구성을 갖는 종래의 적층세라믹 콘덴서(1)는 출고전에 무작위로 샘플링하여 이를 -55℃ 의 저온으로 냉각한 다음 125℃ 까지 온도를 상승시키는 온도변화를 반복하여 열충격을 가하는 시험을 수행함으로서 사전에 불량여부를 검사하였다.
그러나, 이러한 열충격신뢰성시험을 수행하는 과정에서, 유전체및 내/외부전극으로 이루어진 적층세라믹콘덴서의 열팽창계수와 솔더링된 기판과의 열팽창계수가 서로 다르기 때문에, 도 1에 도시한 바와같이, 상기 외부전극(30)의 끝단에서 인장응력이 발생되어 크랙(C)이 발생되고, 발생된 크랙(C)은 상기 외부전극(30)으로부터 상기 활성층(10b)의 세라믹시트(15)측으로 진행되면서 내부전극(20)까지 영향을 미치게 되고, 이로 인하여 부품의 기계적 강도및 내구성을 저하시킴은 물론, 전기적인 특성을 저하시키는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 그 목적은 외부로부터 세라믹기체에 열충격이 전달될때 세라믹시트와 솔더링된 기판과의 열팽창차이로 인하여 발생되는 크랙이 내부전극으로 진행되는 것을 차단하고, 기계적 강도및 내구성을 향상시킬수 있는 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서, 본 발명은
유전체로 이루어진 복수의 세라믹시트가 적층되는 활성층과 그 양측에 또다른 복수의 세라믹시트가 적층되는 상,하부커버층으로 이루어지는 직육면체상의 세라믹기체;
상기 활성층에 적층되는 세라믹시트의 표면에 상기 세라믹시트의 길이방향으로 형성되는 내부전극;
상기 내부전극의 일단과 전기적으로 연결되도록 상기 세라믹기체의 양단부에 형성되는 외부전극;및
상기 상,하부커버층에 적층되는 세라믹시트의 표면에 상기 외부전극과 일정간격을 두고 대응되도록 세라믹시트의 폭방향으로 형성되는 보강패턴;을 포함함을 특징으로 하는 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서를 마련함에 의한다.
바람직하게는 상기 상,하부커버층은 상기 보강패턴이 형성되는 적어도 하나이상의 보강용 세라믹시트와, 상기 보강패턴이 형성되지 않은 상태로 상기 보강용 세라믹시트의 양측에 각각 적층되는 보호용 세라믹시트로 구성된다.
바람직하게는 상기 보강패턴은 상기 내부전극의 폭보다는 크고 상기 세라믹시트의 폭보다는 작은 크기의 형성길이로 형성된다.
바람직하게는 상기 보강패턴은 상기 활성층의 세라믹시트에 형성되는 내부전극과 동일한 두께및 소재로 인쇄되는 패턴부재이다.
보다 바람직하게는 상기 보강패턴은 상기 보강용 세라믹시트의 좌우양단에 나란하게 인쇄되는 한쌍의 막대형 패턴부재이다
보다 바람직하게는 상기 보강패턴은 상기 보강용 세라믹시트의 좌우양단에 나란하게 인쇄되고, 길이방향으로 적어도 2개이상 분할된 한쌍의 막대라인형 패턴부재이다.
이하, 본 발명에 대해 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서의 제 1실시예를 도시한 구성도이고, 도 3는 본 발명에 따른 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서에서 크랙이 발생되어 진행되는 상태도이다.
본 발명의 적층세라믹 콘텐서(100)는 도 2 와 3에 도시한 바와같이, 내부전극(120)이 형성되는 활성층의 상,하부에서 보호하는 상,하부커버층의 세라믹시트마다 보강패턴(140)을 형성하여 외부로부터의 열충격에 의해 발생되는 크랙(C)이 내부전극(120)측으로 진행되는 것을 저지할 수 있는 것이다.
이러한 적층세라믹 콘덴서(100)는 세라믹기체(110), 내부전극(120), 외부전극(130)및 보강패턴(140)으로 구성된다.
즉, 상기 세라믹기체(110)는 도 2에 도시한 바와같이, 유전체로 이루어진 세라믹시트(111a)(111b))(112a)(113a)(113b)가 기판(160)실장면에 대하여 수직한 방향 또는 수평한 방향으로 복수개 적층되어 직육면체상으로 형성되며, 이는 상기 내부전극(120)이 패턴인쇄되는 세라믹시트(112a)가 복수개 적층되어 구성되는 활성층(112)과, 상기 활성층(112)의 상부면과 하부면에 각각 전극패턴이 형성되지 않는 세라믹시트(111a)(111b)(113a)(113b)가 복수개 적층되어 형성되는 상,하부커버층(111)(113)으로 구성된다.
그리고, 상기 세라믹기체(110)의 활성층(112)을 이루는 복수개의 세라믹시트(112a)의 표면상에는 Cu,Ni,Pd,Ag/Pd과 같은 금속소재의 페이스트(paste)로서 내부전극(120)이 각각 패턴인쇄된다.
상기 세라믹시트(112a)마다 형성되는 내부전극(120)의 일단은 세라믹시트(112a)의 평면상에 독립적으로 위치하지만 한쪽 끝단은 상기 외부전극(130)과 전기적으로 연결되도록 세라믹시트(112a)의 외측테두리까지 연장되도록 패턴인쇄된다.
또한, 상기 외부전극(130)은 상기 활성층(112)의 세라믹시트(112a)와 교대로 적층되어 세라믹기체(110)의 좌우양측으로 번갈아 노출되는 내부전극(120)의 일단과 전기적으로 연결되도록 상기 세라믹기체(110)의 좌우양단 외부면에 형성되는 외부단자이며, 이는 기판(160)상에 솔더(150)를 매개로 하여 전기적으로 연결되도록 납땜된다.
한편, 상기 보강패턴(140)은 상기 세라믹기체(110)의 내구성및 기계적강도를 증가시켜면서 열충격시험시 세라믹소재와 전극간의 열팽창차이로 인해 발생되는 크랙(C)이 상기 세라믹기체(110)의 내부전극(120)측으로 진행되는 것을 저지하는 저항선 역활을 수행할 수 있도록 상기 활성층(112)의 상,하부에 각각 일체로 구비되는 상,하부커버층(111)(113)의 세라믹시트(111a)(113a)의 표면에 상기 외부전극(130)과 일정간격을 두고 서로 대응되도록 세라믹시트의 폭방향으로 인쇄된다.
상기 보강패턴(140)이 패턴형성되는 상,하부커버층(111)(113)은 상기 보강패턴(140)이 양단부근에 서로 평행하도록 형성되는 적어도 하나이상의 보강용 세라믹시트(111a)(113a)와, 상기 보강패턴(140)이 형성되지 않은 상태로 상기 보강용 세라믹시트(111a)(113a)의 양측에 적층되는 보호용 세라믹시트(111b)(113b)로 구성된다.
여기서, 상기 보강용 세라믹시트(111a)(113a)의 표면상에 형성되는 보강패턴(140)은 상기 활성층(112)의 세라믹시트(112a)에 패턴인쇄되는 내부전극(120)의 폭보다는 크고, 상기 세라믹시트(112a)의 폭보다는 작은 크기의 형성길이로 패턴인쇄되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 보강패턴(140)은 상기 활성층(112)을 구성하는 세라믹시트(112a)에 내부전극(120)을 패턴인쇄하는 공정과 마찬가지로 상기 상,하부커버층(111)(113)을 구성하는 세라믹시트(111a)(113a)에 상기 내부전극(120)과 동일한 두께및 소재로 인쇄되는 패턴부재이다.
이때, 상기 보강패턴(140)이 형성되는 보강용 세라믹시트(111a)(113a)의 적층수는 콘덴서제품기종및 용량에 따라 가변되는 상,하부커버층(111)(113)의 두께에 비례하여 증가되며, 그 층수가 많을수록 발생된 크랙(C)의 진로를 저지하는 능력을 높여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 상,하부커버층(111)(113)의 세라믹시트(111a)(113a)에 보강패턴(140)을 각각 형성하여 세라믹기체(110)를 구성한 콘덴서제품에 외부로부터 열충격이 전달되거나 인위적으로 열충격시험을 반복하여 수행하는 경우, 폴리머(Polymer)소재로 이루어진 기판과 세라믹부재, 내/외부전극으로 이루어진 적층세라믹콘덴서간의 열팽창율의 차이(기판이 Al2O3인 세라믹기판의 경우에도 솔더에 의한 세라믹과의 열팽창율 차이이 발생)로 인해 상기 세라믹기체(110)의 양단부인 외부전극(130)에서 인장응력에 의한 크랙(C)이 발생되더라고, 도 3에 도시한 바와같이, 상기 외부전극(130)으로부터 세라믹기체(110)의 내부전극(120)측으로 확대진행되는 크랙(C)이 상기 상,하부커버층(111)(113)의 보강패턴(140)에 의해 상기 활성층(112)의 내부전극(120)측으로 전혀 진행되지 못하고 저지되어 내부전극(120)의 손상을 방지하게 된다. 이로 인해 소재간의 열팽창율의 차이로 인해 크랙(C)이 발생됨에도 불구하고 콘덴서제품의 전기적인 특성을 안정적으로 유지할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 보강패턴(140)은 도 2에 도시한 바와같이, 상기 외부전극(130)과 일정간격을 두고 상기 상,하부커버층(111)(113)을 구성하는 보강용 세라믹시트(111a)(113a)의 좌우양단에 나란하게 인쇄되는 막대형 패턴부재로 구비될 수 있지만, 상기 보강패턴(140a)은 도 4에 도시한 바와같이, 보강용 세라믹시트(111a)(113a)의 좌우양단에 나란하게 인쇄되고, 길이방향으로 적어도 2개이상 분할된 한쌍의 막대라인형 패턴부재로 구성되어도 좋다.
한편, 상기 세라믹기체(110)는 보강패턴(140)을 형성하지 않거나 형성한 복수개의 세라믹시트(111a)(111b)(112a)(113a)(113b)를 상기 세라믹기체(110)가 탑재되는 실장면에 대하여 평행하게 배치하여 수직방향으로 적층되는 직육면체상으로 구성될 수도 있으며, 세라믹기체(110)가 탑재되는 실장면에 대하여 직교하도록 배치하여 수평방향으로 적층되는 직육면체상으로 구성된다.
<실시예>
본 발명에 따른 보강패턴(140)을 세라믹시트(110)의 상,하부커버층(111)(113)에 각각 형성한 적층세라믹 콘덴서의 유효성을 시험하기 위해서, 세라믹시트(112)에 내부전극(120)을 인쇄하기 위한 스크린 제작시 막대형 또는 막대라인형 패턴부재의 형상을 갖는 스크린을 제작하여 상,하부커버층(111)(113)을 구성하는 보강용 세라믹시트(111a)(113a)에 보강패턴(140)을 각각 인쇄한다.
그리고, 상기 보강용 세라믹시트(111a)(113b)가 복수개 적층된 시트층의 상,하부면에 상기 보강패턴(140)이 형성되지 않는 보호용 세라믹시트(111b)(113b)를 그 각각 적층하여 일정두께를 갖는 상,하부커버층(111)(113)을 형성하며, 이는 상기 내부전극(120)이 패턴인쇄된 세라믹시트(112a)를 복수개 적층한 활성층(112)의 상,하부면에 각각 적층배치되어 직육면체상의 세라믹기체(110)를 형성하고, 이를 압착, 소성한다.
그리고, 소성된 세라믹기체(110)의 좌우양단부에 내부전극(120)의 일단과 전기적으로 연결되는 외부전극(130)을 도포하여 외부단자를 형성하고, 도금공정을 순차적으로 진행하여 보강패턴(140)의 적층수가 2개, 4개, 6개인 것에 맞추어 콘덴서제품의 발명재 1,2,3를 제작하였다.
또한, 이에 대한 비교재 1,2는 내부패턴(120)이 형성된 세라믹시트(112a)를 적층한 활성층(112)과 상기 보강패턴(140)이 형성되지 않는 세라믹시트(111a)(111b)(113a)(113b)를 적층한 상,하부커버층(111)(113)으로 이루어져 상기 발명재 1,2,3와 동일한 세라믹시트의 적층수를 갖도록 구성된 세라믹기체(110)를 압착, 소성, 외부전극의 형성및 도금공정을 동일한 조건으로 적용하여 제조된 콘덴서제품과, 상기 상,하부커버층(111)(113)을 구성하는 보강용 세라믹시트(111a)(113a)중 하나에만 보강패턴(140)을 형성하여 제조된 콘덴서제품이다.
이러한 발명재 1,2,3와 비교재 1,2에 대한 열충격신뢰성 시험은 알루미나 기판상에 탑재한 상태에서 이들을 -55℃ 로부터 125℃ 까지 상승시키는 가열과 그 반대로 하강시키는 냉각을 반복하는 1회의 열충격시험을 300사이클 반복진행한 다음, 발명재 1,2,3와 비교재 1,2에 대하여 40개씩 전기적 특성을 각각 검사하고, 불량발생여부에 대하여 하기 표 1과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
| 구분 | 보강패턴 적층수 | 열충격시험 300반복 실시후 전기적 특성 불량율 |
| 비교재 1 | 0 | 6/40 |
| 비교재 2 | 1 | 1/40 |
| 발명재 1 | 2 | 0/40 |
| 발명재 2 | 4 | 0/40 |
| 발명재 3 | 6 | 0/40 |
상기 표 1에서 나타나는 바와 같이, 본 발명의 보강패턴(140)이 2개이상 적층형성된 40개의 발명재 1,2,3에서는 전기적 특성의 불량이 전혀 발생되지 않은 반면에, 상기 보강패턴(140)이 전혀 형성되지 않은 비교재 1에서는 40개중 6개가 전기적특성의 불량이 발생됨을 알수 있고, 상기 보강패턴이 1층으로 형성된 비교재 2에서는 40개중 1개가 전기적특성의 불량이 발생됨을 알 수 있다.
또한, 발명재 1,2,3와 비교재 1,2의 세라믹기체(110)의 몸체를 절단하여 절단된 몸체의 내부면에 발생된 크랙(C)의 진행상태를 육안으로 확인한 결과 발명재 1에서 발생된 크랙(C)이 도 3에 도시한 바와같이, 상,하부커버층(111)(113)에 형성된 보강패턴(140)에 의해 내부전극(120)으로 진행되는 것이 저지된 반면에, 비교재 1에서 발생된 크랙(C)은 도 1에 도시한 바와같이, 내부전극(120)측으로 진행됨을 육안으로 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 직육면체상의 세라믹기체를 형성하도록 내부내극이 인쇄되어 복수개 적층되는 세라믹기체로 이루어진 활성층의 양측에 구비되는 상,하부커버층의 세라믹시트에 보강패턴을 형성함으로서, 열충격신뢰성시험시 세라믹기체의 기계적 강도및 내구성을 향상시켜 크랙발생을 감소시키고, 외부전극에서 발생된 크랙이 내부전극측으로 진행되는 것을 저지하여 내부전극의 손상에 의한 전기적 특성이 저하되는 것을 방지하고, 이로 인해 제품의 신뢰성을 향상시킬수 있는 효과가 얻어진다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.
도 1는 종래기술에 따른 적층세라믹 콘덴서의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서의 제 1실시예를 도시한 구성도이다.
도 3는 본 발명에 따른 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서에서 크랙이 발생되어 진행되는 상태도이다.
도 4는 본 발명에 따른 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서의 제 2실시예를 도시한 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 세라믹기체 111,113 : 상,하부커버층
112 : 활성층 111a,111b,112a,113a,113b : 세라믹시트
120 : 내부전극 130 : 외부전극
140 : 보강패턴 150 : 솔더
160 : 기판 C : 크랙
Claims (6)
- 유전체로 이루어진 복수의 세라믹시트가 적층되는 활성층과 그 양측에 또다른 복수의 세라믹시트가 적층되는 상,하부커버층으로 이루어지는 직육면체상의 세라믹기체;상기 활성층에 적층되는 세라믹시트의 표면에 상기 세라믹시트의 길이방향으로 형성되는 내부전극;상기 내부전극의 일단과 전기적으로 연결되도록 상기 세라믹기체의 양단부에 형성되는 외부전극;및상기 상,하부커버층에 적층되는 세라믹시트의 표면에 상기 외부전극과 일정간격을 두고 대응되도록 세라믹시트의 폭방향으로 형성되는 보강패턴;을 포함함을 특징으로 하는 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서.
- 제 1항에 있어서,상기 상,하부커버층은 상기 보강패턴이 형성되는 적어도 하나이상의 보강용 세라믹시트와, 상기 보강패턴이 형성되지 않은 상태로 상기 보강용 세라믹시트의 양측에 각각 적층되는 보호용 세라믹시트로 구성됨을 특징으로 하는 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서.
- 제 1항에 있어서,상기 보강패턴은 상기 내부전극의 폭보다는 크고 상기 세라믹시트의 폭보다는 작은 크기의 형성길이로 형성됨을 특징으로 하는 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서.
- 제 1항에 있어서,상기 보강패턴은 상기 활성층의 세라믹시트에 형성되는 내부전극과 동일한 두께및 소재로 인쇄되는 패턴부재임을 특징으로 하는 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서.
- 제 2항에 있어서,상기 보강패턴은 상기 보강용 세라믹시트의 좌우양단에 나란하게 인쇄되는 한쌍의 막대형 패턴부재임을 특징으로 하는 보강패턴을 갖는 적층세라믹 콘덴서.
- 제 2항에 있어서,상기 보강패턴은 상기 보강용 세라믹시트의 좌우양단에 나란하게 인쇄되고, 길이방향으로 적어도 2개이상 분할된 한쌍의 막대라인형 패턴부재임을 특징으로 하는 보강패턴을 갖는 적층세라믹콘덴서.
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-
2004
- 2004-03-19 KR KR1020040018801A patent/KR20050093879A/ko not_active Application Discontinuation
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