KR20080032883A - 적층 세라믹 캐패시터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 양면에 최외곽층으로 제공되는 커버층과 그 사이에 복수의 세라믹층이 적층된 세라믹 소결 본체부와, 상기 복수의 세리믹층 상에 형성되며, 일 세라믹층을 사이에 두고 교대로 적층된 제1 및 제2 내부전극과, 상기 제1 및 제2 내부전극에 각각 연결되도록 상기 세라믹 소결 본체부의 외부면에 각각 형성된 제1 및 제2 외부전극과, 상기 커버층과 그와 인접한 세라믹층 사이에 각각 형성되며, 정전용량에 기여하지 않는 산화방지용 전극층을 포함하는 적층 세라믹 캐패시터를 제공한다.

적층 세라믹 캐패시터(multi-layered ceramic capacitor), 산화(oxidation), Ni 내부전극(Ni internal electrode)

Description

적층 세라믹 캐패시터{MULTI-LAYERED CERAMIC CAPACITOR}

도1은 종래의 적층 세라믹 캐패시터 구조를 나타내는 측단면도이다.

도2a 및 도2b는 종래의 적층 세라믹 캐패시터에서 발생되는 내부전극의 산화모드를 분석한 EPMA 결과이다.

도3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 적층 세라믹 캐패시터 구조를 나타내는 측단면도이다.

도4a 및 도4b는 각각 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 적층 세라믹 캐패시터 구조를 나타내는 측단면도 및 분해사시도이다.

도5a 및 도5b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 적층 세라믹 캐패시터 구조의 다른 부분 단면을 촬영한 SEM 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10,30,40: 적층 세라믹 캐패시터 11,31,41: 세라믹 본체부

12a,32a,42a: 제1 내부전극 12b,32b,42b: 제2 내부전극

32a,32b: 산화방지막 42a,42b: 제1 및 제2 산화방지막

15a,35a,45a: 제1 외부전극 15b,35b,45b: 제2 외부전극

본 발명은 적층 세라믹 캐패시터에 관한 것으로, 특히 용량 신뢰성이 전기적 쇼트 및 크랙 발생과 같은 불량이 저감될 수 있는 적층 세라믹 캐패시터에 관한 것이다.

최근에, 전자장치의 소형화 추세에 따라 초고용량 적층 세라믹 캐패시터가 요구되고 있다. 이를 위해서는, 동일 크기 대비 정전용량을 증가시킬 필요가 있으며, 따라서, 세라믹층은 점점 더 박층화되고 세라믹 커버층은 얇아지며 내부전극층은 두께가 얇아질 필요가 있다.

도1은 종래의 적층 세라믹 캐패시터의 일 예를 나타내는 측단면도이다.

도1을 참조하면, 적층 세라믹 캐패시터(10)은 양면에 최외곽층으로 제공되는 커버층과 그 사이에 복수의 세라믹층이 적층되어 이루어진 세라믹 소결 본체부(11)를 포함한다.

상기 복수의 세리믹층 상에는 제1 및 제2 내부전극(12a,12b)이 일 세라믹층을 사이에 두고 교대로 배치되도록 형성된다. 상기 세라믹 소결 본체부(11)의 대향하는 양면에는 제1 및 제2 외부전극(15a,15b)이 형성되고 각각 상기 제1 및 제2 내부전극(12a,12b)에 연결된다.

이러한 구조에서, 동일 크기 대비 정전용량의 증가를 위해서, 최외곽에 위치한 세라믹 커버층 및 내부전극(12a,12b)이 얇아질 것이 요구되나, 이 경우에 내부전극(12a,12b)의 연결성을 보장하기 어려워진다. 따라서, 내부전극의 연결성을 확보하기 위해서 Ni/NiO 평형 산소 분압과 같은 약환원 분위기에서의 소성이 이루어져야 한다.

이러한 약환원 분위기의 소성은 세라믹층도 치밀화가 이루어지면서 150℃ IR특성과 같은 고온 신뢰성에도 좋은 영향을 주었으나, 상대적으로 얇아진 커버층에 인접한 최외곽의 내부전극에서는 불이익한 산화현상이 관찰되었다.

도2a 및 도2b를 참조하면, 종래의 적층 세라믹 캐패시터 제조시에 약환성분위기 소정에 의해 발생되는 내부전극의 산화모드를 분석한 EPMA 결과이다.

도2a 및 도2b의 EPMA분석결과를 통하여, Ni과 같은 내부전극 중 최외곽에 인접한 부분에서 Mg-Ni-O 상으로 구성된 산화물막("A","B"로 표시됨)이 형성된 것을 확인할 수 있다.

이는 앞서 설명한 바와 같이 약환원 분위기의 소성에 의해 발생되며, 커버 크랙, 삼중점 크랙과 같은 구조적 결함 형성과 쇼트 불량, 플래쉬 불량 및 핫 IR(hot IR) 열화 등과 같은 전기적 특성의 열화에 심각한 영향을 주므로, 적층 세라믹 캐패시터의 신뢰성 및 수율을 저하하는 요소로도 작용하는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 약환원성 분위기의 소성에도 불구하고 내부전극의 산화로 인한 불량 문제를 방지할 수 있는 산화방지구조를 갖는 적층 세라믹 캐패시터를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은

양면에 최외곽층으로 제공되는 커버층과 그 사이에 복수의 세라믹층이 적층된 세라믹 소결 본체부와, 상기 복수의 세리믹층 상에 형성되며, 일 세라믹층을 사이에 두고 교대로 적층된 제1 및 제2 내부전극과, 상기 제1 및 제2 내부전극에 각각 연결되도록 상기 세라믹 소결 본체부의 외부면에 각각 형성된 제1 및 제2 외부전극과, 상기 커버층과 그와 인접한 세라믹층 사이에 각각 형성되며, 정전용량에 기여하지 않는 산화방지용 전극층을 포함하는 적층 세라믹 캐패시터를 제공한다.

바람직하게, 상기 산화방지용 전극층은 상기 제1 및 제2 내부전극과 동일한 물질을 포함한다. 상기 산화방지용 전극층은 적어도 일부가 산화된 형태로 존재할 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시형태에서, 상기 제1 및 제2 내부전극과 상기 산화방지용 전극층은 Ni층일 수 있다. 이 경우에, 상기 산화방지용 전극층의 산화된 부분은 Mg-Ni-O 상으로 존재할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 산화방지용 전극층은 상기 제1 및 제2 내부전극과 동일하거나 큰 폭을 가지며, 길이방향으로는 상기 제1 및 제2 외부단자에 접속되지 않는 범위에서 연장된 구조일 수 있다.

이와 달리, 상기 산화방지용 전극층은 인접한 제1 또는 제2 내부전극과 동일한 극성의 외부전극에 연결된 구조일 수 있다. 이 경우에는, 상기 산화방지용 전극층은 인접한 제1 또는 제2 내부전극과 동일하거나 큰 면적을 가지며, 인접한 제1 또는 제2 내부전극과 중첩되도록 배치된 것이 바람직하다.

바람직하게, 본 발명에서 채용되는 산화방지용 전극층은 산화방지기능을 강화하기 위해서 각각 위치에 세라믹층을 사이에 두고 각각 복수개로 제공될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 적층 세라믹 캐패시터 구조를 나타내는 측단면도이다.

도3을 참조하면, 적층 세라믹 캐패시터(30)은 제1 및 제2 내부전극(32a,32b)을 포함한 세라믹 소결 본체부(31)를 포함한다.

도3에서는 명확히 도시되지 않았으나, 상기 세라믹 소결 본체부(31)는 양면 에 최외곽층으로 제공되는 커버층과 그 사이에 복수의 세라믹층이 적층되어 이루어진 것으로 이해할 수 있다.

상기 세라믹 소결 본체부(31)는 대향하는 양면에 형성된 제1 및 제2 외부전극(35a,35b)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 내부전극(32a,32b)은 각각 제1 및 제2 외부전극(35a,35b)에 연결되도록 일 세라믹층을 사이에 두고 교대로 배치된다.

상기 적층형 세라믹 캐패시터(30)는 최외곽층(즉 커버층)과 세라믹층 사이에서 배치된 산화방지용 전극층(34a,34b)을 포함한다. 상기 산화방지용 전극층(34a,34b)은 앞서 설명한 바와 같이 내부전극의 연결성을 확보하기 위해서 실시되는 약환원 분위기에서의 소성시에 최외곽에 위치한 제1 및 제2 내부전극의 산화를 방지하는 기능을 한다.

본 실시형태에 채용된 산화방지용 전극층(34a,34b)은 정전용량에 영향을 주지 않기 위해서, 제1 및 제2 외부전극(35a,35b) 모두에 연결되지 않도록 형성된다. 이러한 경우에도, 상기 산화방지용 전극(34a,34b)은 효과적인 산화방지를 위해서, 상기 제1 및 제2 내부전극(32a,32b)과 동일하거나 큰 폭을 갖되, 길이방향으로는 상기 제1 및 제2 외부단자(35a,35b)에 접속되지 않는 범위에서 연장된 형태가 바람직하다.

본 발명에 채용되는 산화방지용 전극(34a,34b)은 금속물질로 이루어질 수 있 으며, 바람직하게는 제1 및 제2 내부전극(32a,32b)과 동일한 금속으로 이루어질 수 있다. 주로, 니켈인 내부전극이 약환원성 분위기(Ni/NiO 평형 산소 분압)의 소성이 적용되며, 이 경우에 상기 산화방지용 전극(34a,34b)도 니켈금속으로 이루어질 수 있다.

실제로, 본 실시형태에 따른 적층형 세라믹 캐패시터(30)는 산화방지용 전극(34a,34b)이 소성과정에서 부분적으로 존재하여 적어도 일부가 산화된 형태로 존재할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 산화방지용 전극층(34a,34b)이 Ni층인 경우에, 상기 산화된 부분은 Mg-Ni-O 상으로 존재할 수 있다.

도4a 및 도4b는 각각 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 적층 세라믹 캐패시터 구조를 나타내는 측단면도 및 분해사시도이다.

도4a을 참조하면, 적층 세라믹 캐패시터(40)은 제1 및 제2 내부전극(42a,42b)을 포함한 세라믹 소결 본체부(41)를 포함한다.

도4a에 도시된 세라믹 소결 본체부(41)는 도4b의 분해사시도에 나타난 바와 같이, 양면에 최외곽층으로 제공되는 커버층(41a,41b)과 그 사이에 복수의 세라믹층(41c)이 적층된 구조일 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 내부전극(42a,42b)은 각각 제1 및 제2 외부전극(45a,45b)에 연결되도록 일 세라믹층을 사이에 두고 교대로 배치된다. 상기 세라층(41)에 적층된 제1 및 제2 내부전극(42a,42b)은 도4a와 같이 대향하는 양면에 형성된 제1 및 제2 외부전극(45a,45b)에 각각 연결된다.

또한, 상기 적층형 세라믹 캐패시터(40)는 커버층(41a,41b)과 그 인접한 세라믹층 사이에서 위치한 산화방지용 전극층(44a,44b)을 포함한다.

본 실시형태에서 채용된 산화방지용 전극층(44a,44b)은 도4a에 도시된 바와 같이, 정전용량에 영향을 주지 않기 위해서, 인접한 제1 및 제2 내부전극과 동일한 극성의 제1 및 제2 외부전극(45a,45b)에 연결된다. 이러한 연결구조는 도4에 도시된 바와 같이 보호할 제1 또는 제2 내부전극과 실질적으로 동일하거나 큰 면적에 그와 거의 중첩된 위치로 형성될 수 있으므로, 보다 적절한 산화방지기능을 실현할 수 있다.

본 발명에 채용되는 산화방지용 전극(44a,44b)은 금속물질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 제1 및 제2 내부전극(42a,42b)과 동일한 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 도3에서 설명된 바와 같이, 실제로 본 실시형태에 따른 적층형 세라믹 캐패시터(40)는 산화방지용 전극(44a,44b)이 소성과정에서 부분적으로 존재하여 적어도 일부가 산화된 형태로 존재할 수 있으며, 상기 산화방지용 전극층(44a,44b)이 Ni층인 경우에, 그 산화된 부분은 Mg-Ni-O 상으로 존재할 수 있다. 이에 관련하여는 아래의 실시예 및 도5a 및 도5b를 통해 확인할 수 있다.

도3 및 도4a에 예시된 실시형태에서는 각 위치에 하나의 산화방지용 전극층만을 채용한 형태로 도시하였으나, 환원분위기 조건 또는 커버층의 두께에 따라 산 화방지기능을 크게 요구될 수 있다. 이 경우에는, 최외곽의 내부전극에 인접한 위체에 각각 세라믹층을 추가로 배치하고 추가적인 산화방지용 전극층을 배치하는 방식으로 각 위치에 복수개의 산화방지용 전극을 채용하는 형태로 구현될 수 있다.

이하, 아래의 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 작용과 효과를 보다 상세히 설명한다.

( 실시예 )

본 발명에 따른 산화방지용 전극층에 의한 개선효과를 확인하기 위해서, 도4a 및 도4b에 도시된 구조(동일극성에 연결된 산화방지용 전극)로 X5R 16×8사이즈인 적층 세라믹 캐패시터를 22㎌의 정전용량을 갖도록 설계하여 120개 제조하였다. 여기서, 각 내부전극은 니켈로 형성하였으며, 산화방지용 전극도 역시 니켈로 제조하였다.

앞서 설명한 바와 같이, 약환원성 분위기(Ni/NiO 평형 산소 분압)에서 소성을 실시하였으며, 그 완성된 적층형 세라믹 캐패시터 중 하나를 선택하여 단면을 SEM을 촬영하였다. 도5a 및 도5b에는 본 실시예에 따라 제조된 적층 세라믹 캐패시터 단면 SEM 사진이 제시되어 있다.

도5a를 참조하면, 산화방지용 전극만이 부분적으로 산화막이 형성되고 바로 아래의 내부전극은 산화되지 않은 것을 확인할 수 있다. 하지만, 도5b에 나타난 산 화방지용 전극이 끝나는 지점에는 다시 산화막이 다소 나타나는 것이 확인되었다. 하지만, 이는 내부전극의 마진부에 해당하므로, 정전용량과 같은 전기적 특성에 직접적인 영향을 주지 않는다.

( 비교예 )

본 발명에 따른 적층형 캐패시터의 개선효과를 확인하기 위해서, 종래의 구조(도1의 도시된 구조)로서 앞선 실시예의 설계조건과 동일하게 제조하되, 인접한 내부전극과 동일한 극성의 외부단자에 연결된 산화방지용 전극만을 형성하지 않은 적층형 칩 캐패시터를 120개 제조하였다. 본 비교예에 따라 제조된 적층형 세라믹 캐패시터도 상기한 실시예와 동일한 조건으로 약환원성 분위기(Ni/NiO 평형 산소 분압)에서 소성을 실시하였다.

본 발명에 따른 실시예와 종래의 비교예로 제조된 적층형 세라믹 캐패시터에 대해서, 각각 용량을 측정하고, 각종 불량률(쇼트발생율, 플래쉬불량률, 삼중점 크랙발생율)에 대해서 평가를 실시하였다. 그 결과는 아래의 표1과 같다.

	실시예	비교예
용량	22.2㎌	21.9㎌
쇼트발생율	6%	16%
플래쉬 불량률	20%	75%
삼중점 크랙 발생율	3%	30%

상기한 표1에 나타난 바와 같이, 쇼트발생율, 플래쉬 불량률 및 삼중점 크랙 발생율이 모두 뚜렷하게 개선된 것을 볼 수 있다. 또한, 정전용량측면에서 비교예보다 개선된 효과를 확인할 수 있었다. 이는 비교예에서의 내부전극이 부분적으로 산화하여 정전용량에 기여하지 못한 부분이 발생하지만 실시예에서는 정전용량에 기여하는 내부전극이 산화방지용 전극에 의해 보호되므로, 산화에 따른 손실이 발생하지 않은 결과로 이해할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 산화방지용 전극층에 의해 내부전극의 연결성(쇼트발생율)이 80%이상 확보되며 용량의 감소를 방지할 수 있었다.

본 발명은 상술한 실시형태 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.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 정전용량에 기여하지 않는 산화방지용 전극을 최외곽 내부전극에 인접하도록 배치함으로써 내부전극의 연결성 향상을 위한 약환원성 분위기의 소성시 내부전극의 산화로 인한 불량을 획기적으로 개선할 수 있다. 또한, 내부전극의 부분적인 산화로 정전용량의 변화를 방지할 수 있으므로, 캐패시터의 전기적 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 양면에 최외곽층으로 제공되는 커버층과 그 사이에 복수의 세라믹층이 적층된 세라믹 소결 본체부;

   상기 복수의 세리믹층 상에 형성되며, 일 세라믹층을 사이에 두고 교대로 적층된 제1 및 제2 내부전극;

   상기 제1 및 제2 내부전극에 각각 연결되도록 상기 세라믹 소결 본체부의 외부면에 각각 형성된 제1 및 제2 외부전극; 및

   상기 커버층과 그와 인접한 세라믹층 사이에 각각 형성되며, 정전용량에 기여하지 않도록 배치된 산화방지용 전극층을 포함하는 적층 세라믹 캐패시터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 산화방지용 전극층은 상기 제1 및 제2 내부전극과 동일한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 캐패시터.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 내부전극과 상기 산화방지용 전극층은 Ni층인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 캐패시터.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 산화방지용 전극층은 적어도 일부가 산화된 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 캐패시터.
5. 제4항에 있어서,

   상기 산화방지용 전극층의 산화된 부분은 Mg-Ni-O 상인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 캐패시터.
6. 제1항에 있어서,

   상기 산화방지용 전극층은 상기 제1 및 제2 내부전극과 동일하거나 큰 폭을 가지며, 길이방향으로는 상기 제1 및 제2 외부단자에 접속되지 않는 범위에서 연장된 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 캐패시터.
7. 제1항에 있어서,

   상기 산화방지용 전극층은 인접한 제1 또는 제2 내부전극과 동일한 극성의 외부전극에 연결된 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 캐패시터.
8. 제7항에 있어서,

   상기 산화방지용 전극층은 인접한 제1 또는 제2 내부전극과 동일하거나 큰 면적을 가지며, 인접한 제1 또는 제2 내부전극과 중첩되도록 배치된 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 캐패시터.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 또는 제2 내부전극에 인접하게 위치된 산화방지용 전극층은 각각 복수개로 제공되는 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 캐패시터.

Images