KR20120096049A - 유전체 자기 조성물 및 전자 부품 - Google Patents
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Abstract
(BaxBiy)TiO3의 조성식으로 표시되는 주성분과 산화아연을 가지는 유전체 자기 조성물로서, 상기 조성식 중의 y가 0.001≤y≤0.010이고, 또한 상기 조성식 중의 x와 y의 합계가 0.975≤x+y≤1.010이며, 상기 산화아연이 상기 주성분 100 중량부에 대하여 2 중량부 ~ 12 중량부 함유되어 있는 유전체 자기 조성물.
Description
본 발명은 유전체 자기(磁器) 조성물 및 전자 부품에 관한 것이다.
전자 부품의 일 예인 세라믹 콘덴서는 다양한 전자기기에 사용되고 있으며, 최근 고성능화에 대한 요구는 더욱 높아지고 있다.
스위칭 전원 회로의 Y 콘덴서이며, 노이즈 필터로서 사용되는 세라믹 콘덴서는 끊임없이 전기적 스트레스에 노출되어 있기 때문에 화재나 감전의 위험성이 있다. 이 때문에, 이를 방지하기 위하여 안전 규격 인정의 세라믹 콘덴서가 사용된다. 안전 규격 인정의 세라믹 콘덴서로서는 세라믹 콘덴서가 파괴(破壞)되지 않는 것, 즉 유전체 자기 조성물의 절연 파괴 전계(電界)(ACVB)를 높게 하는 것이 가장 중요하다. 또한, 이러한 세라믹 콘덴서에서는 정전 용량의 온도 특성을 양호하게 하는 것도 중요하며, 절연 파괴 전계와 정전 용량의 온도 특성을 양립시키는 것이 바람직하다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 비교적 교류 파괴 전계가 높은 유전체 자기 조성물이 개시되어 있다. 그러나, 모두 높아도 5kV/㎜ 정도이다. 또한, 이들 문헌에는 절연 파괴 전계와 정전 용량의 온도 특성을 양립시킨 유전체 자기 조성물은 개시되어 있지 않다.
본 발명은 이와 같은 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 교류 파괴 전계가 높고, 정전 용량의 온도 특성이 양호하며, 비유전율이 높은 유전체 자기 조성물을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 이와 같은 유전체 자기 조성물에 의해 구성되는 유전체층을 가지는 전자 부품을 제공하는 것도 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 검토를 거듭한 결과, 유전체 자기 조성물의 조성을 특정한 성분으로 하고, 이것들의 비율을 소정 범위로 함으로써 상기 목적을 달성할 수 있음을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 상기 과제를 해결하는 본 발명의 실시 형태에 따른 유전체 자기 조성물은, (BaxBiy)TiO3의 조성식으로 표시되는 주성분과 산화아연을 가지는 유전체 자기 조성물로서,
상기 조성식 중의 y가 0.001≤y≤0.010이고, 또한 상기 조성식 중의 x와 y의 합계가 0.975≤x+y≤1.010이며,
상기 산화아연이 상기 주성분 100 중량부에 대하여 2 중량부 ~ 12 중량부 함유되어 있는 유전체 자기 조성물이다.
본 발명에 따르면, 교류 파괴 전계가 높고, 정전 용량의 온도 특성이 양호하며, 비유전율이 높은 유전체 자기 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 전자 부품은, 상기 유전체 자기 조성물 또는 상기 제조 방법에 의해 얻어지는 유전체 자기 조성물로 구성되어 있는 유전체층을 가진다.
본 발명의 실시 형태에 따른 전자 부품으로서는, 특별히 한정되지는 않지만, 단판형(單板型) 세라믹 콘덴서, 적층 세라믹 콘덴서가 예시된다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 세라믹 콘덴서의 정면도이고, 도 1의 (B)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 세라믹 콘덴서의 측면 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 나타내는 실시 형태에 기초하여 설명한다.
세라믹 콘덴서(2)
도 1의 (A) 및 (B)에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 세라믹 콘덴서(2)는, 유전체층(10)과, 그 대향 표면에 형성된 한 쌍의 단자 전극(12, 14)과, 이 단자 전극(12, 14)에 각각 접속된 리드 단자(6, 8)를 가지는 구성으로 되어 있고, 이것들은 보호 수지(4)로 덮여 있다.
세라믹 콘덴서(2)의 형상은 목적과 용도에 따라 적절히 결정하면 되지만, 유전체층(10)이 원판(圓板) 형상으로 되어 있는 원판형의 콘덴서인 것이 바람직하다. 또한, 그 치수도 목적과 용도에 따라 적절히 결정하면 되지만, 통상적으로, 직경이 5 ~ 20㎜ 정도, 바람직하게는 5 ~ 15㎜ 정도이다.
(유전체층(10))
유전체층(10)은, 본 발명의 실시 형태에 따른 유전체 자기 조성물에 의해 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 유전체 자기 조성물은, (BaxBiy)TiO3의 조성식으로 표시되는 주성분과 산화아연을 가지며, 상기 조성식 중의 y는 0.001≤y≤0.010이고, 또한 상기 조성식 중의 x와 y의 합계가 0.975≤x+y≤1.010이다.
상기 조성식 중의 x는 Ba의 비율을 나타내고, x는 0.965≤x≤1.009, 바람직하게는 0.976≤x≤0.996이다. Ba이 이 범위로 함유됨으로써, 정전 용량의 온도 특성이 양호해지고, 비유전율이 향상되며, 소결성이 양호해지는 경향이 된다.
상기 조성식 중의 y는 Bi의 비율을 나타내고, 0.001≤y≤0.010, 바람직하게는 0.003≤y≤0.009이다. Bi가 이 범위로 함유됨으로써, 정전 용량의 온도 특성이 양호해지고, 비유전율이 향상되는 경향이 된다.
상기 조성식 중의 x와 y의 합계, 즉 Ba과 Bi의 비율의 합계는 바람직하게는 0.975≤x+y≤1.010, 더 바람직하게는 0.976≤x+y≤1.005이다. x와 y의 합계량을 이 범위로 함으로써, 소결성 및 비유전율이 향상되는 경향이 된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 유전체 자기 조성물은, 산화아연을, 상기 주성분 100 중량부에 대하여 2 중량부 ~ 12 중량부, 더 바람직하게는 2.5 중량부 ~ 10 중량부, 한층 더 바람직하게는 3 중량부 ~ 10 중량부 함유한다. 산화아연이 이 범위로 함유됨으로써, 교류 파괴 전계가 향상되고, 정전 용량의 온도 특성이 양호해지는 경향이 된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 유전체 자기 조성물은, 산화지르코늄, 산화철 또는 산화니켈을, 상기 주성분 100 중량부에 대하여 1.0 중량부 미만 함유하고 있는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0 중량부 ~ 0.5 중량부이며, 한층 더 바람직하게는 0 중량부이다. 산화지르코늄, 산화철 또는 산화니켈이 이 범위를 초과하여 함유되면, 교류 파괴 전계가 저하되는 경향이 된다. 또한, 산화니켈이 이 범위를 초과하여 함유되면, 교류 파괴 전계가 저하될 뿐만 아니라, 유전 손실이 상승하는 경향이 된다.
이하, 산화아연을 ‘부성분’이라고 한다.
유전체층(10)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 용도 등에 따라 적절히 결정하면 되지만, 바람직하게는 0.3 ~ 2㎜이다. 유전체층(10)의 두께를 이와 같은 범위로 함으로써, 중고압 용도에 적절하게 이용할 수 있다.
(단자 전극(12, 14))
단자 전극(12, 14)은 도전재로 구성된다. 단자 전극(12, 14)에 이용되는 도전재로서는, 예를 들어 Cu, Cu합금, Ag, Ag합금, In-Ga합금 등을 들 수 있다.
세라믹 콘덴서의 제조 방법
이어서, 세라믹 콘덴서의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 소성 후에 도 1에 나타내는 유전체층(10)을 형성하게 되는 유전체 자기 조성물 분말을 제조한다.
주성분의 원료 및 각 부성분의 원료를 준비한다. 주성분의 원료로서는, Ba, Bi, Ti의 각 산화물 및/또는 소성에 의해 산화물이 되는 원료나, 이것들의 복합 산화물 등을 들 수 있으며, 예를 들어 BaCO3, Bi2O3, TiO2 등을 이용할 수 있다. 이 밖에, 예를 들어 수산화물 등, 소성 후에 산화물이나 티타늄 화합물이 되는 여러 화합물을 이용하는 것도 가능하다. 이 경우, 금속 원소의 원소 수가 맞도록, 함유량을 적절히 변경하는 것이 바람직하다.
또한, 주성분의 원료는 고상법(固相法)에 의해 제조되어도 되고, 수열(水熱)합성법이나 옥살산염법(蓚酸鹽法) 등의 액상법에 의해 제조되어도 되지만, 제조 비용면에서 고상법에 의해 제조하는 것이 바람직하다.
각 부성분의 원료로서는 특별히 한정되지 않으며, 상기한 각 부성분의 산화물이나 복합 산화물, 또는 소성에 의해 이들 산화물이나 복합 산화물이 되는 각종 화합물, 예를 들어 탄산염, 질산염, 수산화물, 유기 금속 화합물 등으로부터 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 유전체 자기 조성물의 제조 방법으로서는, 먼저, 주성분의 원료 또는, 주성분의 원료와 부성분의 원료를 배합하고, 지르코니아 볼 등에 의한 볼 밀 등을 이용하여 습식 혼합한다.
얻어진 혼합물을 조립(造粒) 성형하고, 얻어진 성형물을 공기 분위기 중에서 가소성함으로써, 가소성 분말을 얻을 수 있다. 가소성 조건으로서는, 예를 들어 가소성 온도를 바람직하게는 1100 ~ 1300℃, 더 바람직하게는 1150 ~ 1250℃, 가소성 시간을 바람직하게는 0.5 ~ 4시간으로 하는 것이 좋다.
이어서, 얻어진 가소성 분말을 볼 밀 등에 의해 습식 분쇄하고, 혼합하고, 건조하여 유전체 자기 조성물 분말로 한다. 상술한 바와 같이 유전체 자기 조성물 분말을 고상법에 의해 제조함으로써, 원하는 특성을 실현하면서도 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.
이어서, 얻어진 유전체 자기 조성물 분말에 바인더를 적당량 첨가해 조립하여 얻어진 조립물을 소정의 크기를 가지는 원판상으로 성형함으로써, 그린 성형체로 한다. 그리고, 얻어진 그린 성형체를 소성함으로써, 유전체 자기 조성물의 소결체를 얻는다. 한편, 소성 조건으로서는 특별히 한정되지 않지만, 유지 온도가 바람직하게는 1200 ~ 1400℃, 더 바람직하게는 1250 ~ 1350℃이며, 소성 분위기를 공기 중으로 하는 것이 바람직하다.
얻어진 유전체 자기 조성물의 소결체의 주표면에 단자 전극을 인쇄하고, 필요에 따라 소성함으로써, 단자 전극(12, 14)을 형성한다. 그 후, 단자 전극(12, 14)에 납땜 등에 의해 리드 단자(6, 8)를 접합하고, 마지막으로, 소자 본체를 보호 수지(4)로 덮음으로써, 도 1의 (A) 및 (B)에 나타내는 바와 같은 단판형 세라믹 콘덴서를 얻는다.
이와 같이 하여 제조된 본 발명의 세라믹 콘덴서는, 리드 단자(6, 8)를 개재하여 프린트 기판 위 등에 실장되어 각종 전자기기 등에 사용된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시 형태로 전혀 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 양태로 실시할 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는 본 발명에 따른 전자 부품으로서 유전체층이 단층인 단판형 세라믹 콘덴서를 예시하였지만, 본 발명에 따른 전자 부품으로서 단판형 세라믹 콘덴서로 한정되지 않으며, 상기한 유전체 자기 조성물을 포함하는 유전체 페이스트 및 전극 페이스트를 이용한 통상의 인쇄법이나 시트법에 의해 제작되는 적층형 세라믹 콘덴서라도 된다.
실시예
이하, 본 발명을 더욱 상세한 실시예에 기초하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되지 않는다.
시료 1 ~ 27
주성분의 원료로서 BaCO3, Bi2O3 및 TiO2을 각각 준비하였다. 그리고, 준비한 이들 원료를 표 1의 시료 1 ~ 27에 나타내는 조성이 되도록 각각 칭량하고, 용매로서 순수(純水)를 이용한 지르코니아 볼에 의한 볼 밀에 의해 습식 혼합하였다.
이어서, 얻어진 혼합물을 건조한 후, 5 중량%의 물을 가하여 조립(造粒) 성형하였다. 그리고, 얻어진 성형물을, 공기 중, 1150℃, 2시간의 조건으로 가소성하였다. 가소성한 후의 분체를 뇌궤기(갈아서 혼합하는 기계)로 조분쇄하여 메시를 통과시킨 후, ZnO을 표 1에 나타내는 조성이 되도록 칭량해 첨가하고, 습식 분쇄를 행하였다. 이것을 건조함으로써, 표 1에 나타내는 각 조성(시료 1 ~ 27의 각 조성)을 가지는 유전체 자기 조성물 분말을 얻었다.
얻어진 유전체 자기 조성물 분말 100 중량부에 대하여 폴리비닐알코올 수용액 10 중량부를 첨가하고, 이어서 조립하여 메시를 통과시킨 후, 얻어진 조립 분말을 396MPa의 압력으로 성형하여 직경 16.5㎜, 두께 약 1.2㎜의 원판상의 그린 성형체를 얻었다.
얻어진 그린 성형체를, 공기 중, 1250 ~ 1350℃, 2시간의 조건으로 소성함으로써, 원판상의 소결체를 얻었다. 그리고, 얻어진 소결체의 주표면의 양면에 Ag 전극을 도포하고, 공기 중, 650℃에서 20분간 소성 처리를 더 행함으로써, 도 1에 나타내는 바와 같은 원판상의 세라믹 콘덴서의 시료를 얻었다. 얻어진 콘덴서 시료의 유전체층(10)의 두께는 약 1㎜이고, 소성 전극의 직경은 12㎜였다. 그리고, 얻어진 각 콘덴서 시료에 대하여, 이하의 방법에 의해 교류 파괴 전계, 비유전율, 정전 용량의 온도 특성을 각각 평가하였다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
(교류 파괴 전압(ACVB))
교류 파괴 전압(ACVB)은 콘덴서의 시료에 대하여, 콘덴서의 양단에 교류 전계를 100V/s로 서서히 인가하고, 100mA의 누설 전류가 흐른 시점에서의 전계치를 교류 파괴 전계로서 측정하였다. 교류 파괴 전계는 높은 편이 바람직하며, 본 실시예에서는 6.0kV/㎜ 이상을 양호로 하였다.
(비유전율(ε))
비유전율 ε은 콘덴서의 시료에 대하여, 기준 온도 20℃에서 디지털 LCR 미터(애질런트 테크놀러지사 제품 4274A)를 이용하여 주파수 1kHz, 입력 신호 레벨(측정 전압) 1.0Vrms의 조건하에서 측정된 정전 용량으로부터 산출하였다(단위 없음). 비유전율은 높은 편이 바람직하며, 본 실시예에서는 1500 이상을 양호로 하였다.
(정전 용량의 온도 특성)
콘덴서의 시료에 대하여, -25℃ ~ 85℃의 온도 범위에서 정전 용량을 측정하고, 20℃에서의 정전 용량에 대한 -25℃ 및 85℃에서의 정전 용량의 변화율(단위는 %)을 산출하였다. 본 실시예에서는 정전 용량의 변화율이 -15% ~ 15% 사이에 있는 것을 양호로 하였다.
시료 4, 11 ~ 18로부터, 산화아연의 함유량이 2 중량부 ~ 12 중량부인 경우(시료 4, 12 ~ 17)에는, 이 범위로부터 벗어나는 경우(시료 11, 18)에 비해 교류 파괴 전계가 높아지고, 정전 용량의 온도 특성이 양호해지는 것을 확인할 수 있었다.
시료 19 ~ 27로부터, 조성식 중의 x와 y의 합계가 0.975≤x+y≤1.010인 경우(시료 20 ~ 26)에는, x와 y의 합계가 이 범위로부터 벗어나는 경우(시료 19, 27)에 비해 비유전율이 높아지고, 소결성이 양호해지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, x와 y의 합계가 1.015인 경우(시료 27)에는, 1350℃에서 소결이 완료되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 소성 온도를 1350℃보다 높게 하는 것은 생산성이나 노(爐) 부재에 대한 영향을 고려하면 바람직하지 않다.
시료 1 ~ 10으로부터, 조성식 중의 y가 0.001≤y≤0.010인 경우(시료 2 ~ 9)에는, y가 이 범위로부터 벗어나는 경우(시료 1, 10)에 비해 정전 용량의 온도 특성이 양호해지고, 비유전율이 높아지는 것을 확인할 수 있었다.
Claims (2)
- (BaxBiy)TiO3의 조성식으로 표시되는 주성분과 산화아연을 가지는 유전체 자기 조성물로서,
상기 조성식 중의 y가 0.001≤y≤0.010이고, 또한 상기 조성식 중의 x와 y의 합계가 0.975≤x+y≤1.010이며,
상기 산화아연이 상기 주성분 100 중량부에 대하여 2 중량부 ~ 12 중량부 함유되어 있는 유전체 자기 조성물. - 제1항에 기재된 유전체 자기 조성물로 구성되어 있는 유전체층을 가지는 전자 부품.
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