KR20130107248A - 도전성 미분말, 도전성 페이스트 및 전자부품 - Google Patents

도전성 미분말, 도전성 페이스트 및 전자부품 Download PDF

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유겐가이샤 나프라
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Abstract

도전성 미분말은, 편평상의 금속/합금 미립자를 포함한다. 상기 편평상 금속/합금 미립자는, 모재에 결정 혹은 비결정의 나노입자를 혼합 또는 생성시킨 나노복합재 구조를 갖고, 최대 두께가 50㎚ 이하이고, 최대 지름이 상기 두께의 2배 이상이며, 고융점 금속과 저융점 금속을 함유한다.

Description

도전성 미분말, 도전성 페이스트 및 전자부품{CONDUCTIVE FINE POWDER, CONDUCTIVE PASTE AND ELECTRONIC COMPONENT}
본 발명은 도전성(導電性) 미분말(微粉末), 도전성 페이스트 및 전자부품에 관한 것이다.
적층 세라믹 콘덴서 등으로 대표되는 적층 전자부품은, 예를 들면 일본공개특허공보 제2004-47536호에 개시되어 있는 바와 같이, 내부 전극이 되는 도전성 페이스트를, 스크린 인쇄법에 따라 도포한 세라믹·그린·시트를 필요한 매수로 적층하여 압착한 후, 개별 부품으로 절단하고, 더 소성하는 공정을 거쳐 제조된다. 도전성 페이스트로서는, 대표적으로는, Ni 등의 구상(球狀) 금속 미립자를 유기 비히클중에 분산시킨 것이 이용된다.
구상 금속 미립자를 이용한 도전성 페이스트가 스크린 인쇄법의 적용에 적합하다. 그러나, 소성 공정에 있어서 유기 비히클이 번 아웃(burn out)된 흔적을 금속 미립자로 메우지 못하여 금속 미립자 사이에 간극이 생기기 쉽다. 이러한 간극, 즉 전극 갈라짐의 존재는 전자부품의 전기적 특성의 열화를 초래한다. 특히 대용량화와 함께, 소형 박형화(薄型化)가 동시에 요구되고 있는 이러한 종류의 전자부품에서는 내부 전극의 두께도 예를 들면 두께 0.3㎛ 이하로 점점 더 얇아질 수 밖에 없기 때문에 그에 따라 전극 갈라짐이 생기기 쉬워지게 되기 때문에 이와 같은 전극 갈라짐의 문제를 어떻게 해결할 것인지가 극히 중요한 과제이다.
일본 공개특허공보 2011-91083호는 박막 형성법에 따라 형성된 도전성 박막을 기재(基材)로부터 박리하고 이를 미분쇄(微粉碎)함으로써 얻어진 도전성 미분말을 이용하여 내부 전극용 도전성 페이스트를 조제하고, 이로부터 얻어진 도전성 페이스트를 그라비어(gravure) 인쇄법에 의해서 세라믹·그린·시트에 도포하는 기술을 개시하고 있다. 도전성 박막은 박리층 위에 진공 증착법, 스퍼터링법, 도금법등의 박막 형성법에 의해서 형성된다.
도전성 미분말을 구성하는 1개의 편평상(扁平狀) 입자의 평균 지름은 1.0㎛ 이상이나 20㎛ 이하, 평균 두께는 5㎚ 이상이나 100㎚ 이하, 어스펙트비는 100 이상, 도전성 페이스트막에서의 도전성 미분말의 충전율은 50% 이상인 것이 바람직하다고 되어 있다.
도전성 미분말을 얻기 위한 도전성 박막을 구성하는 재료는 니켈, 백금, 동, 은, 금 및, 팔라듐 중의 어느 하나, 또는 이들 금속의 적어도 1종을 포함한 합금, 또는 이들 금속 또는 합금의 산화물, 질화물, 황화물 또는 탄화물로 구성된다.
상술한 도전성 박막은 박막 형성법에 따라 기재상에 형성된 후, 기재로부터 박리하고, 미분쇄하는 것에 의해서 얻어진 것이므로, 금속 단체(單體), 합금 및 금속 화합물이, 도전성 박막내에 동시에 존재한다고 할지라도, 서로 분리된 상태에 있다.
본 발명의 과제는 전극이 박층화되는 경우에도 전극 갈라짐이 발생하기 어려운 도전성 미분말, 도전성 페이스트 및 전자부품을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 과제는 편석(偏析)이 적은 균일화된 조성을 갖는 고품질의 전극을 형성하는데 적합한 도전성 미분말, 도전성 페이스트 및 전자부품을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 도전성 미분말은 편평상 금속/합금 미립자로 이루어진다. 편평상 금속/합금 미립자는, 모재(母材)에 결정 또는 비결정의 나노입자를 혼합 또는 생성시킨 나노복합재(nanocomposite) 구조를 가지며, 최대 두께는 50㎚ 이하이고, 최대 지름은 상기 두께의 2배 이상이다.
본 발명에 따르는 도전성 미분말은 유기 비히클 중에 분산시켜 도전성 페이스트를 조제하는데 이용된다.
본 발명에 따르는 도전 페이스트는, 전자부품에 있어서 그 전극, 특히 내부 전극을 구성하는데 적합하다. 상기 내부 전극은 상기 세라믹 소체의 내부에 매설(埋設)되어 있다. 상기 내부 전극은 일반적으로는 복층으로 형성되어 상기 세라믹 소체(素體)의 내부에 층상(層狀)으로 매설된다. 그 대표적인 예가 적층 세라믹 콘덴서이다.
본 발명에 따르는 전자부품을 제조하는 데 있어서는, 세라믹·그린·시트 등의 지지체의 적어도 한 면 위에 본 발명에 따른 도전 페이스트를 그라비어 인쇄하고, 그 후 열처리한다.
여기서 본 발명에 따른 도전성 미분말은 편평상 금속/합금 미립자로 이루어지고, 편평상 금속/합금 미립자는 모재에 결정 또는 비결정의 나노입자를 혼합 또는 생성시킨 나노복합재 구조를 갖기 때문에, 금속의 나노 영역에 있어서의 양자(量子) 사이즈 효과에 의한 저융점화를 억제하여, 세라믹 소성 온도에 맞추는 동시소성공정에 있어서, 미세층의 전극 갈라짐, 전극 균열을 방지할 수 있다.
또한, 이러한 도전성 미분말을 유기 비히클에 분산시켜서 도전성 페이스트를 조제하고, 이 도전성 페이스트를 이용하여 전극을 형성하는 경우 편석이 적은 균일화된 조성을 갖는 고품질의 전극을 형성할 수 있다.
본 발명은, 편평상 금속/합금 미립자가 모재에 결정 또는 비결정의 나노입자를 혼합 또는 생성시킨 나노복합재 구조로 이루어진다는 점에서 금속 단체, 합금 및 금속 화합물이 도전성 박막 내에서 서로 분리된 상태로 존재하는 종래 기술과는 명백하게 상이하다.
게다가, 도전성 미분말은 편평상 금속/합금 미립자를 포함하기 때문에, 도전성 페이스트화하여 세라믹·그린·시트 등의 지지층 위에 전극을 인쇄한 경우, 그 인압(印壓)에 의해서, 도전성 미분말을 구성하는 편평상 입자의 면방향은, 자연스럽게 지지층의 면방향과 실질적으로 동일한 방향으로 향하게 된다. 이 때문에, 내부 전극에의 적용에 있어서는, 그의 박층화를 도모하면서 내부 전극에 있어서의 도전성 미분말의 충전율을 높일 수 있고, 그 결과 높은 커버리지(coverage)를 유지할 수 있어서 소성시의 전극 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 편평상의 금속/합금 미립자는 최대 두께가 50㎚ 이하이고, 최대 지름이 상기 두께의 2배 이상이기 때문에, 예를 들면 두께가 0.3㎛ 정도의 미소 두께의 내부 전극일지라도 몇 개의 편평상 금속/합금 미립자를 포갠 구조를 갖는 내부 전극을 형성할 수 있다. 이 때문에, 내부 전극이 박층화될지라도 전극 갈라짐이 발생하기가 어렵게 된다.
또한, 최대 두께가 50㎚ 이하의 영역은 본래 양자 사이즈 효과로 대표되는 미세 사이즈 효과가 일어나서 나노 사이즈의 금속만으로는 저융점화 현상이 발생함으로써 금속·금속 화합물 특성인 융점의 저하를 초래하는 영역이다. 따라서 나노 사이즈의 금속만으로는 미세 사이즈 효과에 의한 저융점화를 일으켜서 세라믹과의 소성 온도의 차이로부터 전극층의 파괴를 초래할 우려가 있다.
본 발명에서는, 이 문제를 해결하는 수단으로서, 편평상 금속/합금 미립자를 나노복합재 구조로 하였다. 나노복합재 구조로 하는 것에 의해서, 그의 용융 온도를 조정하는 것이 가능하게 되었고, 극박층(極薄層)의 전극이더라도, 전극 갈라짐을 일으키는 일 없이, 형성하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관한 도전성 페이스트를 이용하여 적층 전자부품의 내부 전극을 형성하는 경우 도전성 페이스트는 세라믹·그린·시트와 함께 소성된다. 내부 전극을 구성하기 위한 도전성 페이스트는 그 주위가 세라믹·그린·시트의 벽면에 의해서 닫혀져 있기 때문에, 도전성 페이스트가 소결할 때에 발생하는 응력이 그대로 세라믹·그린·시트의 벽면에 스트레스로서 가해지므로, 세라믹·그린·시트의 벽면에 균열이나 크랙이 발생하는 것이 염려된다.
이 문제에 관해서, 본 발명에서는, 도전성 페이스트는, 나노복합재 구조의 금속/합금 미립자를 함유한다. 나노복합재 구조하에서는, 세라믹과 도전성 페이스트의 소결시에 금속 전극의 온도 제어가 가능하게 되어, 편평상 금속/합금 미립자에 있어서의 주상정(柱狀晶)의 생성이 억제되어, 등축정화(等軸晶化))가 촉진된다. 이 때문에, 편평상 금속/합금 미립자로부터 세라믹층에 가해지는 스트레스가 완화되어 세라믹층에 균열이나 크랙이 발생하는 것을 회피할 수 있다.
본 발명에 따르는 도전성 미분말은 편평상의 금속/합금 미립자를 포함하므로 그라비어 인쇄를 적용하는데 적합하다. 무엇보다, 스크린 인쇄에의 적용을 배제하고자 하는 취지는 아니다.
나노복합재 구조를 구성하는 모재 및 나노입자는 단일 금속, 합금, 산화물, 황화물, 규화물, 탄화물 또는 염화물 중의 어느 하나를 가지고 구성한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(a) 전극이 박층화될지라도 전극 갈라짐이 발생하기 어려운 도전성 미분말, 도전성 페이스트 및 전자부품을 제공할 수 있다.
(b) 편석이 적은 균일화된 조성을 갖는 고품질의 전극을 형성하는데 적합한 도전성 미분말, 도전성 페이스트 및 전자부품을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 본 발명에 관한 도전성 미분말을 구성하는 편평상 금속/합금 미립자의 개념을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 편평상 금속/합금 미립자의 나노복합재 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 편평상 금속/합금 미립자의 나노복합재 구조의 다른 예를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 편평상 금속/합금 미립자의 나노복합재 구조의 또 다른 예를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 나타낸 편평상 금속/합금 미립자의 나노복합재 구조의 또 다른 예를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1 내지 도 5에 나타낸 편평상 금속/합금 미립자의 유래하는 금속/합금 미립자의 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 나타낸 장치와 조합해서 이용되는 편평화 장치의 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 관한 도전성 미분말을 이용한 적층 전자부품의 예를 나타내는 단면이다.
도 9는 도 8에 나타낸 적층 전자부품의 내부 전극의 부분을 추출해서 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명에 관한 도전성 미분말을 이용한 전자부품의 다른 예를 나타내는 단면이다.
도 11은 본 발명에 관한 도전성 페이스트를 이용한 그라비어 인쇄법을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 관한 도전성 미분말은 편평상의 금속/합금 미립자(1)를 포함하고 있다. 편평상 금속/합금 미립자(1)는 모재에 결정 또는 비결정의 나노입자(112)를 혼합 또는 생성시킨 나노복합재 구조를 갖고, 최대 두께(T1)가 50㎚ 이하이고, 최대 지름(D1)이 상기 두께의 2배 이상이다. 편평상 금속/합금 미립자(1)의 두께는 전체에 걸쳐서 균일할 필요는 없고, 최대 두께(T11)와 최소 두께(T12) 중에서 변동한다.
도 2 내지 도 5는 나노복합재 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 형태는, 예를 들면 결정 조직인 모재 조직(111)의 내부에, 나노 사이즈인 결정 또는 비결정의 나노입자(112)를 분산시킨 것이다. 이 외에 모재 조직(111)의 입계(粒界)에 나노입자(112)를 분산시킨 것(도 3), 모재 조직(111)의 내부에 나노입자(112)를 분산시키는 동시에 모재 조직(111)의 입계에 나노입자(112)를 분산시킨 것(도 4), 모재 조직(111) 및 나노입자(112)의 양자(兩者)가 나노 사이즈인 것(도 5) 등의 형태를 취할 수 있다. 도시는 생략하지만, 도 2 내지 도 5의 형태를 조합한 것이더라도 좋다. 또한, 상술한 모재 조직(111) 및 나노입자(112)에 의한 나노복합재 구조는 다른 종류의 나노복합재 구조를 형성시켜도 좋다.
편평상 금속/합금 미립자(1)를 구성하는 모재 조직(111) 및 나노입자(112)는 단일 금속, 합금, 또는 산화물, 황화물, 규화물, 탄화물 또는 염화물 등의 금속 화합물 중의 어느 하나로 구성된다. 구체적으로는, Ni, Cr, Ag, Cu, Au, Pt, Pd, 나아가, Sn, In, Bi, Ga 또는 Sb의 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다. 이들 군 중, 상대효과로서, 고융점인 것과, 저융점인 것을 선택하고, 그것들을 조합하여, 편평상 금속/합금 미립자(1)의 조성분이라고 해도 좋다. 예를 들면 고융점 금속으로서 Ni를 선택하고, 저융점 금속으로서 Sn을 선택하는 등이다. 모재 조직(111) 및 나노입자(112)는 서로 금속간 결합을 구성하고 있어도 좋고, 그렇지 않아도 좋다.
상술한 나노복합재 구조의 편평상 금속/합금 미립자(1)는 구체적으로는, 용융 금속을 원심력장(遠心力場)에서 미세 액적(液滴) 상태로 비산시키고, 그리고 급냉 응고화시켜 자기 조직화하여 얻어진 구상의 입자(나노복합재 입자라고 칭한다)를 변형시켜 얻어진 것이다. 따라서, 본원발명에 관한 편평상 금속/합금 미립자는, 나노복합재 입자에 유래하는 점에서, 일본 공개특허공보 2011-91083호에 기재된 것과 완전히 다르다.
도 6은 본 발명에 관한 편평상 금속/나노 합금 미립자를 제조할 때에 이용되는 편평상 나노복합재 입상화(粒狀化) 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 무엇보다, 편평상 나노복합재 입자를 얻는 데 있어서는, 예를 들면 스탬핑(stamping)법 등 다른 방법, 장치를 이용할 수 있기 때문에 반드시 도 6의 장치로 한정되는 것은 아니다.
도 6을 참조하면, 이 장치는, 상단(上段)의 입상화 장치(3)와, 하단의 편평화 장치(2)를 갖고 있다. 입상화 장치(3)에 있어서, 입상화 실(315)은 상부가 원통 형상, 하부가 콘 형상이 되어 있고, 상부에 뚜껑(316)을 갖는다. 뚜껑(316)의 중심부에는 거의 수직으로 노즐(314)이 삽입되어, 노즐(314)의 선단부가 입상화 실(315)에 이끌어져 있다. 노즐(314)의 선단의 바로 아래에는 접시형 회전 디스크(317)가 설치되어 있다. 입상화 실(315)의 콘 부분의 하단에는 생성된 입자의 배출관(319)이 접속되어 있다. 노즐(314)에는 입상화되는 금속을 용융하는 전기로(고주파로)(312)와 고주파 가열기(313)가 접속되어 있다.
전기로(312)는 원료 공급기(311)로부터 원료를 공급받아 융해를 행한다. 혼합 가스 탱크(322,323,324)로 소정의 성분으로 조정된 분위기 가스는 배관에 의해서 입상화 실(315)의 내부 및 전기로(312)의 상부에 각각 공급된다. 혼합 가스 탱크(322,323,324)는, 각각 다른 가스 성분을 공급한다. 예를 들면 수소, 산소, 실란, 메탄, 또는, 황화수소로부터 선택된 1종류 이상의 활성 가스, 아르곤 가스 또는 질소 가스 등의 불활성 가스, 또는, 그들의 혼합 가스 중의 어느 하나를 공급한다.
입상화 실(315), 배기 장치(329) 또는 전기로(312)의 내압은 밸브(325,326,327) 및 배기 장치(328)에 의해 각각 제어된다. 전기로(312)의 내압을 대기압보다 약간 높게, 입상화 실(315)의 내압을 대기압보다는 약간 낮게 유지하면, 전기로(312)에서 용융된 금속은 차압에 의해 노즐(314)로부터 접시형 회전 디스크(317)상에 공급된다. 공급된 용융 금속은 접시형 회전 디스크(317)에 의한 원심력의 작용으로 미세한 액적 상태가 되어 비산되고, 냉각되어 고체 입자가 된다. 생성된 고체 입자는 배출관(319)으로부터 편평화 장치(2)에 공급된다.
고속 회전하는 접시형 회전 디스크(317)상에 공급하는 경우에는, 그 접시형의 둘레 가장자리 위치에 있어서의 균일한 원심력을 받아서 입자가 가지런한 소적(小滴)으로 분산되어 비산된다. 비산된 소적은 분위기 가스중에서 급속히 냉각되고 자기 조직화되어 고화(固化)된 작은 입자가 되고 낙하되어 회수된다. 얻어지는 복합재 입자는 1㎛ 미만 또는 1∼300㎚의 입자이다. 이 복합재 입자는 도 2 내지 도 5에서, 이미지로서 나타낸 바와 같이, 개개의 미소 입자가, 점재물(點在物), 또는 공극 등에 의해 서로 격리된 복합재 구조를 갖는 집합체이다. 한편, 자기 조직화란, 균일상인 용융물이 그의 분산, 급속 냉각 고화 과정에서, 자동적으로 복합재 구조를 형성하는 것을 뜻한다.
접시형 회전 디스크(317)의 회전수가 높아질수록, 얻어지는 복합재 입자의 직경은 작아진다. 내경 35㎜, 깊이 5㎜의 접시형 회전 디스크(317)를 이용한 경우 평균 입경 200㎛ 이하의 입자를 얻기 위해서는 매분 30,000 회전 이상으로 하는 것이 바람직하다. 입상화 실(315)에 공급하는 분위기 가스의 온도는 실온이더라도 좋지만, 장시간 연속 조업하는 경우에는 용융물의 소적의 급냉 효과를 유지하기 위해서 입상화 실(315)의 내부 온도가 100℃ 이하가 되도록 통기량을 제어하는 것이 바람직하다.
편평화 장치(2)는 플라즈마 반응 장치(20)와 냉각 장치(21)를 포함하고 있다. 플라즈마 반응 장치(20)는 입상화 장치(3)로부터 공급된 복합재 입자를 플라즈마 선회류(旋回流)내에서 아르곤 이온과 충돌 반응시켜서 나노사이즈로 분해하는 동시에, 반응성이 있는 가스 성분 또는 증기 성분과 접촉시키는 플라즈마 반응결정화 처리에 의해서 용융 나노복합재 입자로 한다.
도 7을 참조하면, 도시된 플라즈마 반응 장치(20)는 주 토치(30), 부 토치(33), 반응 가스 공급수단(34,35)을 갖는다. 주 토치(30)는 플라즈마 가스(PL)의 공급수단, 미립자 공급수단(301) 및 양극(302)을 갖는다. 부 토치(33)는 플라즈마 가스(PL)의 공급수단 및 음극(331)을 갖는다. 주 토치(30)의 양극(302)과 부 토치(33)의 음극(331)과의 사이에 플라즈마가 발생하면, 플라즈마 가스(PL)는 서로의 중심축을 따라서 방출되어 교차된다. 플라즈마 가스(PL)는 도전성이기 때문에 부 토치(33)의 선단으로부터 주 토치(30)의 선단에 이르는 도전로(導電路)가 형성된다.
입상화 장치(3)로부터 재료 공급구(301)에 공급된 복합재 입자는 플라즈마 반응 장치(20)의 플라즈마 반응 결정화 처리에 의해 용융 나노복합재 입자가 되어, 중심축(32)을 따라 방출된다. 그때 반응 가스 공급수단(34)으로부터 아르곤 등의 불활성화 반응 가스가 방출되면 불활성화 반응 가스는 중심축(32)에 들어가도록 보호 가스로서 작용한다. 플라즈마 가스(PL)는 플라즈마 가스류(31)로서 중심축(32)의 방출류를 둘러싸도록 선회 유출된다.
반응 가스는 수소, 산소, 실란, 메탄 또는 황화수소로부터 선택시키는 1종류 이상의 활성 가스와 아르곤 가스의 혼합 가스와 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 혼합 가스는 아르곤에 대해 활성 가스가 각 30vol% 이내에서 혼합된 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 하여, 플라즈마 반응 장치(20)로부터 화살표 F11의 방향으로 방출되어 분무되는 용융 나노복합재 입자를, 그 경화(硬化) 전에 고속 회전하는 회전반(回傳盤)(21)상에 공급하여 편평화하는 동시에, 고속 회전에 의한 원심력을 작용시키고, 소적으로서 비산시켜, 가스 분위기와의 접촉에 의해서 급냉시켜서 편평상 나노복합재 입자 M1로 한다. 이 편평상 나노복합재 입자 M1은 수용기(22)에 퇴적된다.
본 발명에 관한 도전 페이스트는, 전자부품에 있어서 그 내부 전극을 구성하는데 이용할 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 전자부품은 적층 세라믹 콘덴서이고, 예를 들면 BaTiO3계 강유전체(强誘電體) 재료 등으로 이루어지는 유전체의 내부에 미소 두께(T21)의 내부 전극(51)을 미소 두께(T22)의 유전체층(52)을 사이에 두고, 복수층 매설한 구조가 되어 있다. 인접하는 내부 전극(51,52)은 서로 극성이 다른 단자 전극에 이끌린다.
도 10을 참조하면, 다른 전자부품의 예가 도시되어 있다. 이 전자부품은 회로 기판, 반도체 기판 등으로 이루어진 지지층(7)의 위에 절연층(53)에 의해서 표면을 피복한 전극(51)을 설치한 것이다. 이 구조는 표면 절연 피복 배선으로서 여러 가지의 용도에 적용할 수 있다. 전극(51)을 구성할 때 Ni, Cr, Ag, Cu, Au, Pt, Pd, Sn, In, Bi, Ga 또는 Sb의 군으로부터, 상대효과로서, 고융점인 것과 저융점인 것을 선택하고, 도 6의 입상화 장치를 이용하여 고융점 금속/합금 미립자와 저융점 금속/합금 미립자의 적어도 2종을 제조한다.
그리고, 고융점 금속/합금 미립자 및 저융점 금속/합금 미립자의 적어도 한쪽을 편평화한 후에, 양자를 함유하는 도전 페이스트를 조제한다. 그리고, 이 도전 페이스트를 지지층(7)의 위에 도포하고 열처리한다.
열처리에 의해서 저융점 금속/합금 미립자가 녹아 고융점 금속/합금 미립자와 금속 확산 결합하고, 그 결과 금속 성분이 지지층(7)의 표면에 침강하여 전극(51)을 구성하고, 유기 비히클중의 절연 수지 성분에 의한 절연층(53)이 전극(51)의 표면을 덮는 절연 피복 메탈라이즈(metallize) 배선이 형성된다.
절연 수지는 에폭시 절연 수지, 아크릴레이트 절연 수지 또는 페놀 절연 수지로부터 선택된 적어도 1종을 포함한다. 페이스트화를 위한 용제로는 부틸카르비톨, 부틸카르비톨아세테이트, 부틸셀로솔브, 메틸이소부틸케톤, 톨루엔 또는 크실렌과 같은 공지의 유기용매를 사용할 수 있다.
도 10에 나타낸 기술이 적용된 예로는 액정 디스플레이, 퍼스널컴퓨터, 카 내비게이션, 휴대전화기, 적층 전자장치, 태양전지, 태양광 발전장치, 발광 다이오드, 발광장치, 조명장치, 신호등, 게임기, 디지털카메라, 텔레비전 수상기, DVD플레이어, 전자수첩, 전자사전, 하드디스크 레코더, 휴대정보단말(PDA), 비디오카메라, 프린터, 플라즈마 디스플레이, 라디오 등에 있어서의 절연 피복 메탈라이즈 배선을 예시할 수 있다.
도 8 내지 도 10에 나타낸 전자부품을 제조하기 위해서는, 세라믹·그린·시트의 적어도 일면(一面)상에, 본 발명에 따른 도전 페이스트를 그라비어 인쇄하고, 그 후 소성한다. 그라비어 인쇄에 있어서는, 도 11에 도시 하는 바와 같이, 용기(71)의 내부에 저장된 도전성 페이스트(72)를, 화살표 R1의 방향으로 회전하는 잉크 롤러(70)의 외주면에 부착시켜 빨아들이는 동시에, 잉크 롤러(70)의 외주면에 부착되어 있는 도전성 페이스트(72)를, 화살표 R2의 방향으로 회전하는 판 롤러(73)의 외주면으로 옮긴다. 판 롤러(73)의 외주면에 부착되어 있는 도전성 페이스트(72) 중, 오목부(731)에 부착되어 있는 도전성 페이스트(72)는 남기고, 볼록부(732)에 부착되어 있는 도전성 페이스트(72)는, 예를 들면 닥터 블레이드(74)에 의해 긁어서 떨어뜨린다.
그리고, 판 롤러(73)와, 화살표 R3의 방향으로 회전하는 가압 롤러(77)와의 사이를 통과하여, 회전 방향 R2, R3과 일치하는 화살표 F1의 방향으로 보내지는 세라믹·그린·시트(75)에 대해서, 오목부(731)에 남아 있던 도전성 페이스트(72)가 전사(轉寫)된다. 오목부(731)의 패턴은 전극 패턴(전극의 군)에 대응하고, 따라서 세라믹·그린·시트(75)에는, 전극 패턴(76)이 도포된다.
상술한 바와 같이 하여, 전극 패턴(76)이 부여된 세라믹·그린·시트(75)는 건조 공정, 절단 공정, 적층 공정 등에 부착된다. 그리고, 또한 개품화(個品化) 공정, 소성 공정, 배럴 연마 공정, 단자 전극 등 주지의 제조 프로세스를 통해서 완성품인 적층 세라믹 콘덴서를 얻을 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 도전성 미분말은, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 편평상 금속/합금 미립자(1)로 이루어지고, 편평상 금속/합금 미립자(1)는 모재(111)에 나노입자(112)를 혼합 또는 생성시킨 나노복합재 구조를 가지기 때문에, 이 도전성 미분말을 유기 비히클에 분산시켜 도전성 페이스트(72)를 조제하여, 도 8 내지 도 10에 나타낸 전극(51)을 형성하는 경우 편석(偏析)이 없는 균일한 조성을 갖는 고품질의 전극(51)을 형성할 수 있다. 이 점은, 금속 단체, 합금 및 금속 화합물이 도전성 박막내에서 서로 분리된 상태로 존재하는 종래 기술과 다르다.
게다가, 도전성 미분말은 편평상 금속/합금 미립자(1)를 포함하기 때문에 도전성 미분말을 유기 비히클과 혼합하여 도전성 페이스트(72)를 조제하고, 이 도전성 페이스트(72)를 이용하여 도 11에 나타낸 바와 같이 세라믹·그린·시트(75)상에 전극 패턴(76)을 그라비어 인쇄한 경우 그 인압에 의해서 도전성 미분말을 구성하는 편평상 금속/합금 미립자(1)의 면방향은 자연스럽게 세라믹·그린·시트(75)의 면방향과 실질적으로 같은 방향으로 향하게 된다.
이 때문에, 도 8 및 도 9에 나타낸 전자부품에 있어서는, 내부 전극(51)의 두께(T21)를 얇게 할 수 있는 동시에, 내부 전극(51)에 있어서의 도전성 미분말의 충전율을 높일 수 있고, 그 결과 높은 커버리지를 유지할 수 있으며 소성시의 전극 갈라짐을 억제할 수 있다.
또한, 도 1을 참조하여 설명한 것처럼, 편평상 금속/합금 미립자(1)는 최대 두께(T11)가 50㎚ 이하이고, 최대 지름(D1)이 최대 두께(T11)의 2배 이상이기 때문에, 예를 들면 두께(T21)(도 8, 도 9 참조)가, 0.3㎛ 정도의 미소 두께의 내부 전극(51)이더라도, 몇 개의 편평상 금속/합금 미립자(1)를 포갠 구조를 갖는 내부 전극(51)을 형성할 수 있다(도 9 참조). 이 때문에, 내부 전극(51)이 박층화될지라도 전극 갈라짐이 생기기 어렵다.
본 발명에 따른 도전성 페이스트(72)를 이용하여 전자부품의 내부 전극(51)을 형성하는 경우, 도전성 페이스트(72)는 세라믹·그린·시트(75)와 함께 소성된다.
여기서 최대 두께가 50㎚ 이하의 영역은 양자 사이즈 효과로 대표되는 미세 사이즈 효과가 일어나서 나노 사이즈의 금속만으로는 저융점화 현상이 발생함으로써 금속·금속 화합물 특성인 융점의 저하를 초래하는 영역이다. 따라서, 나노 사이즈의 금속만 내부 전극(51)을 구성하는 경우에는 미세 사이즈 효과에 의한 저융점화를 일으켜서 세라믹·그린·시트(75)와의 소성 온도의 차이로부터 내부 전극(51)의 전극 갈라짐 등의 전극 파괴를 초래할 우려가 있다.
본 발명에서는, 이 문제를 해결하는 수단으로서, 편평상 금속/합금 미립자를 나노복합재 구조로 하였다. 나노복합재 구조로 하는 것에 의해서, 그 용융 온도를 조정하는 것이 가능하게 되어, 극박층의 내부 전극(51)이더라도, 전극 갈라짐을 일으키는 일없이, 형성하는 것이 가능하게 된다. 예를 들면 세라믹·그린·시트(75)로서 저온 동시 소성 세라믹(LTCC)을 이용하는 경우 그 소결 온도인 900℃ 전후의 온도에서도 내부 전극(51)을 구성하는 재료가 용해되지 않는 용융 온도로 설정하는 것이 가능하다.
또한, 내부 전극 구조의 경우 도전성 페이스트(72)는 그 주위가 세라믹·그린·시트(75)의 벽면에 의해서 닫혀져 있기 때문에, 도전성 페이스트(72)가 소결될 때에 발생하는 응력이 그대로 세라믹·그린·시트(75)의 벽면에 스트레스로서 가해져서 세라믹·그린·시트(75)의 벽면에 균열이나 크랙이 발생하는 것이 염려된다.
본 발명에서는, 도전성 페이스트(72)는 나노복합재 구조의 금속/합금 미립자(1)를 함유한다. 나노복합재 구조하에서는 도전성 페이스트(72)의 소결시에 편평상 금속/합금 미립자(1)에 있어서의 주상정의 생성이 억제되어 등축정화가 촉진된다. 이 때문에 편평상 금속/합금 미립자(1)로부터 세라믹층에 가해지는 스트레스가 완화되어 세라믹층에 균열이나 크랙이 발생하는 것을 회피할 수 있다.
본 발명에 따른 도전성 미분말은 편평상 금속/합금 미립자(1)를 포함하기 때문에 그라비어 인쇄를 적용하는데 적합하다. 무엇보다, 스크린 인쇄에의 적용을 배제하고자 하는 취지는 아니다.
본 발명에 따른 편평상 금속/합금 미립자(1), 도전성 페이스트(72)는 전자부품에 폭 넓게 이용할 수 있다. 이미, 도 10을 참조하여 설명한 것처럼, 예를 들면, 평면 전극을 형성하는 경우로서도 적용할 수 있다.
물론, 적층 세라믹 콘덴서로 대표되는 적층 전자부품에 있어서의 내부 전극(51)에의 적용은 중요한 용도이지만, 그 경우에도 적층 세라믹 콘덴서에 한정하지 않고, 적층 액추에이터(actuator), 적층 인덕터(inductor), 적층 인터포저(interposer), 적층 복합부품 등, 여러 가지 용도에 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 편평상의 금속/합금 미립자를 포함한 도전성(導電性) 미분말(微粉末)로서,
    상기 편평상 금속/합금 미립자는, 모재에 결정 혹은 비결정의 나노입자를 혼합 또는 생성시킨 나노복합재 구조를 가지며, 최대 두께가 50㎚ 이하이고, 최대 지름이 상기 두께의 2배 이상이며, 고융점 금속과 저융점 금속을 함유하는, 도전성 미분말.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노복합재 구조는 모재 조직의 내부에 나노입자를 분산시킨 것, 모재 조직의 입계에 나노입자를 분산시킨 것, 또는 모재 조직의 내부에 나노입자를 분산시키는 동시에, 모재 조직의 입계에 나노입자를 분산시킨 것 중의 어느 하나를 포함하는, 도전성 미분말.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모재 및 상기 나노입자는 단일 금속, 합금, 산화물, 황화물, 규화물, 탄화물 또는 염화물 중의 어느 하나를 함유하는, 도전성 미분말.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모재 및 상기 나노입자는 Ni, Cr, Ag, Cu, Au, Pt, Pd, Sn, In, Bi, Ga 또는 Sb의 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는, 도전성 미분말.
  5. 도전성 미분말과 유기 비히클을 포함한 도전성 페이스트로서,
    상기 도전성 미분말은 제 1 항에 기재된 것으로 이루어지고, 상기 유기 비히클중에 분산되어 있는, 도전성 페이스트.
  6. 전극을 갖는 전자부품으로서,
    상기 전극은 제 1 항에 기재된 도전성 미분말의 소결체를 포함한 나노복합재 구조를 갖는, 전자부품.
  7. 전극을 갖는 전자부품으로서,
    상기 전극은 제 5 항에 기재된 도전성 미분말의 소결체를 포함한 나노복합재 구조를 갖는, 전자부품.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전극은 복층이며, 각각이 세라믹 소체의 내부에 층상으로 매설되어 있는, 전자부품.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극은 복층이며, 각각이 세라믹 소체의 내부에 층상으로 매설되어 있는, 전자부품.
  10. 전자부품의 제조방법으로서,
    세라믹·그린·시트의 적어도 한 면 위에, 도전성 페이스트를 그라비어 인쇄하는 공정을 포함하고,
    상기 도전성 페이스트는 제 5 항에 기재된 것으로 이루어지는, 전자부품의 제조방법.
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