KR20140100218A - 유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 전자부품 - Google Patents

유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 전자부품 Download PDF

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이기용
장한나
최두원
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Abstract

본 발명은 유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 전자부품에 관한 것으로, 본 발명은 ABO3로 표현되는 페롭스카이트 구조를 가지는 유전체 그레인을 포함하며, 상기 유전체 그레인은 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 상기 A 및 B 원소 중 적어도 하나에 고용되어 있는 모재와 전이원소(TR)를 포함하며, 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 내지 0.8인 유전체 조성물을 제공한다.

Description

유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 전자부품{Dielectric composition and multi-layer ceramic electronic parts fabricated by using the same}
본 발명은 유전특성 및 전기적 특성이 우수한 유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 전자부품에 관한 것이다.
페롭스카이트 분말은 강유전체 세라믹 재료로서 적층 세라믹 커패시터(MLCC), 세라믹 필터, 압전소자, 강유전체 메모리, 서미스터(thermistor), 배리스터(varistor)등의 전자부품 원료로 사용되고 있다.
티탄산바륨(BaTiO3)은 페롭스카이트 구조를 가진 고유전율 물질로서 적층 세라믹 커패시터의 유전체 재료로 사용되고 있다.
오늘날 전자부품 산업의 경박단소화, 고용량화, 고신뢰성화 등의 추세에 따라 강유전체 입자는 작은 크기를 가지면서 우수한 유전율 및 신뢰성이 요구된다.
유전체층의 주성분인 티탄산바륨 분말의 입경이 크면 유전체층의 표면 거칠기 증가로 쇼트율 증가 및 절연 저항 불량의 문제가 발생할 수 있다.
이로 인하여, 주성분인 티탄산바륨 분말의 미립화가 요구되고 있다.
그러나, 티탄산바륨 분말이 미립화되고, 적층 세라믹 전자부품의 유전체층의 두께가 얇아짐에 따라 용량 저하, 쇼트 불량 및 신뢰성 불량 등의 문제점이 야기될 수 있다.
이로 인하여, 유전체층의 유전율을 확보하면서 동시에 신뢰성이 우수한 적층 세라믹 전자부품의 개발은 여전히 요구되는 실정이다.
일본공개특허공보 2008-239407
본 발명은 유전특성 및 전기적 특성이 우수한 유전체 조성물 및 이를 이용한 적층 세라믹 전자부품에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 ABO3로 표현되는 페롭스카이트 구조를 가지는 유전체 그레인을 포함하며, 상기 유전체 그레인은 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 상기 A 및 B 원소 중 적어도 하나에 고용되어 있는 모재와 전이원소(TR)를 포함하며, 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 내지 0.8인 유전체 조성물을 제공한다.
상기 희토류 원소(RE)의 함량은 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.1 at% 내지 1.2 at%일 수 있다.
상기 전이원소(TR)의 함량은 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.02 at% 내지 0.8 at%일 수 있다.
상기 A는 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 납(Pb) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 B는 티타늄(Ti) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 희토류 원소는 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란타넘(La), 악티늄(Ac), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오듐(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 및 루테늄(Lu)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 유전체 그레인은 BamTiO3 (0.995≤m≤1.010), (Ba1 - XCax)m(Ti1 - yZry)O3 (0.995≤m≤1.010, 0≤x≤0.10, 0<y≤0.20), Bam(Ti1 - xZrx)O3 (0.995≤m≤1.010, x≤0.10)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 평균 두께가 0.65 μm 이하인 유전체층을 포함하는 세라믹 본체; 및 상기 세라믹 본체 내에서 상기 유전체층을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되는 내부 전극;을 포함하며, 상기 유전체층은 ABO3로 표현되는 페롭스카이트 구조를 가지는 유전체 그레인을 포함하며, 상기 유전체 그레인은 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 상기 A 및 B 원소 중 적어도 하나에 고용되어 있는 모재와 전이원소(TR)를 포함하며, 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 내지 0.8인 유전체 조성물을 포함하는 적층 세라믹 전자부품을 제공한다.
상기 희토류 원소(RE)의 함량은 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.1 at% 내지 1.2 at%일 수 있다.
상기 전이원소(TR)의 함량은 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.02 at% 내지 0.8 at%일 수 있다.
상기 A는 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 납(Pb) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 B는 티타늄(Ti) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 희토류 원소는 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란타넘(La), 악티늄(Ac), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오듐(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 및 루테늄(Lu)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 유전체 그레인은 BamTiO3 (0.995≤m≤1.010), (Ba1 - XCax)m(Ti1 - yZry)O3 (0.995≤m≤1.010, 0≤x≤0.10, 0<y≤0.20), Bam(Ti1 - xZrx)O3 (0.995≤m≤1.010, x≤0.10)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 유전체층의 유전율은 6500 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 유전체 조성물을 이용한 적층 세라믹 전자부품은 신뢰성이 우수하며, 높은 유전율을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 적층 세라믹 커패시터를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 B-B' 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 다만, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유전체 조성물은 ABO3로 표현되는 페롭스카이트 구조를 가지는 유전체 그레인을 포함하며, 상기 유전체 그레인은 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 상기 A 및 B 원소 중 적어도 하나에 고용되어 있는 모재와 전이원소(TR)를 포함하며, 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 내지 0.8일 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유전체 조성물에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 유전체 조성물은 ABO3로 표현되는 페롭스카이트 구조를 가지는 유전체 그레인(10)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 A 원소는 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 납(Pb) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 B 원소는 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 페롭스카이트 구조에서 B 사이트에 위치할 수 있는 물질이면 가능하며, 예를 들어 티타늄(Ti) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 유전체 그레인은 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 상기 A 및 B 원소 중 적어도 하나에 고용되어 있는 모재와 전이원소(TR)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 모재는 상술한 페롭스카이트 구조에서 A 사이트 및 B 사이트에 위치할 수 있는 원소 중 적어도 하나에 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 고용된 형태일 수 있다.
따라서, 상기 유전체 그레인은 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 상기 A 및 B 원소 중 적어도 하나에 고용되어 있는 BamTiO3 (0.995≤m≤1.010), (Ba1 -XCax)m(Ti1-yZry)O3 (0.995≤m≤1.010, 0≤x≤0.10, 0<y≤0.20), Bam(Ti1 - xZrx)O3 (0.995≤m≤1.010, x≤0.10)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 희토류 원소(RE)는 3가 이온을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 희토류 원소(RE)는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란타넘(La), 악티늄(Ac), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오듐(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 및 루테늄(Lu)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 유전체 그레인은 첨가제로서 전이원소(TR)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 높은 유전율, 우수한 절연 특성 및 신뢰성 특성을 구현하기 위하여 여러 첨가제가 첨가될 수 있음은 물론이다.
상기 전이원소(TR)는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으며, 산화물 형태로 상기 유전체 그레인에 포함될 수 있다.
일반적으로, 유전체 조성물에 포함되는 유전체 그레인이 미립화되고, 이를 이용한 적층 세라믹 전자부품의 유전체층의 두께가 얇아짐에 따라 쇼트 불량 및 신뢰성 불량 등의 문제점이 야기될 수 있다.
또한, 미립화된 유전체 분말을 이용한 슬러리 제조시 분산이 어렵다는 문제가 있으며, 이로 인하여 상기 유전체 조성물을 이용하여 제조된 적층 세라믹 전자부품의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
상기의 신뢰성 저하 문제를 개선하기 위해서는 희토류 원소(RE)가 완전 고용된 페롭스카이트 구조를 갖는 산화물을 모재로 하는 유전체 그레인을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기의 신뢰성 저하 문제를 개선하기 위해서는 일정량의 전이원소(TR)를 포함하는 유전체 그레인을 이용하는 것이 더욱 바람직하다.
즉, 적층 세라믹 전자부품의 유전체층의 두께가 얇아짐에 따라 쇼트 불량 및 신뢰성 불량 등의 문제점을 해결하기 위해서는 페롭스카이트 구조를 갖는 유전체 그레인 내부의 희토류 원소(RE) 및 전이원소(TR)의 함량 분포를 조절하는 것이 요구된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 유전체 그레인이 포함하는 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 내지 0.8일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유전체 그레인은 일반적인 코어-쉘(Core-shell) 구조가 아닌, 쉘 메이저 그레인(Shell major grain) 또는 쉘 그레인(Shell grain) 구조를 가질 수 있다.
상기 쉘 메이저 그레인(Shell major grain) 또는 쉘 그레인(Shell grain) 구조란 첨가제로 포함되는 다양한 원소들이 코어-쉘(Core-shell) 구조를 가지는 것이 아니라, 대부분이 쉘(Shell) 조성으로 이루어진 그레인(grain)을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 유전체 그레인이 포함하는 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 내지 0.8이 되도록 조절함으로써, 높은 유전율을 가지면서 우수한 절연특성 및 우수한 신뢰성 특성을 구현할 수 있다.
상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 미만의 경우에는 유전율은 매우 높으나, 원하는 절연저항 특성 및 우수한 신뢰성 특성의 구현이 어려울 수 있다.
한편, 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.8을 초과하는 경우에는 원하는 유전율을 얻을 수 없으며, 신뢰성 특성 역시 저하될 수 있다.
상기 희토류 원소(RE)의 함량은 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.1 at% 내지 1.2 at%일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 희토류 원소(RE)의 함량은 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.1 at% 내지 1.2 at%을 만족하도록 조절함으로써, 상기 유전체 그레인을 포함하는 유전체 조성물을 이용한 적층 세라믹 전자부품의 유전율 저하 및 신뢰성 불량 등의 문제점을 해결할 수 있다.
상기 희토류 원소(RE)의 함량이 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.1 at% 미만의 경우에는 신뢰성 개선 효과가 없을 수 있다.
한편, 상기 희토류 원소(RE)의 함량이 산화물 기준으로 상기 모재 대비 1.2 at% 를 초과하는 경우에는 원하는 높은 유전율을 얻을 수 없는 문제가 있다.
상기 희토류 원소(RE)의 함량은 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.1 at% 내지 1.2 at%일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전이원소(TR)의 함량은 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.02 at% 내지 0.8 at%을 만족하도록 조절함으로써, 상기 유전체 그레인을 포함하는 유전체 조성물을 이용한 적층 세라믹 전자부품의 유전율 저하 및 신뢰성 불량 등의 문제점을 해결할 수 있다.
상기 전이원소(TR)의 함량이 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.02 at% 미만의 경우에는 신뢰성 개선 효과가 없을 수 있다.
한편, 상기 전이원소(TR)의 함량이 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.8 at% 를 초과하는 경우에는 원하는 높은 유전율을 얻을 수 없는 문제가 있다.
상기 희토류 원소(RE) 및 전이원소(TR)의 함량은 산화물을 기준으로 모재 대비 포함되는 원자비율%(at%)를 의미할 수 있다.
예를 들어, 희토류 원소 중 디스프로슘 산화물(Dy2O3)의 경우 디스프로슘 산화물(Dy2O3)의 몰 수에 2배를 곱한 수를 첨가된 희토류 원소의 값으로 계산하며, 전이원소 중 망간 산화물(Mn3O4)의 경우는 몰 수에 3배를 곱한 수를 첨가된 전이원소의 값으로 계산할 수 있다.
즉, 100mol%의 모재 대비 디스프로슘(Dy)의 at%는 디스프로슘 산화물(Dy2O3)의 몰 수를 2로 나눈 후 다시 1/100을 곱한 수로 계산될 수 있다.
또한, 100mol%의 모재 대비 망간(Mn)의 at%는 망간 산화물(Mn3O4)의 몰 수를 3으로 나눈 후 다시 1/100을 곱한 수로 계산될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유전체 조성물은 소성 온도 저하를 막거나, 특성을 보다 향상시키기 위하여 추가의 첨가제가 더 첨가될 수 있다.
상기 첨가제는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 규소(Si), 바나듐(V), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca) 등의 산화물일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유전체 조성물이 포함하는 유전체 그레인은 아래의 방법으로 제조될 수 있다.
페롭스카이트 분말은 ABO3의 구조를 갖는 분말로서, 본 발명의 일 실시형태에서는 상기 금속산화물이 B 사이트(site)에 해당하는 원소 공급원이며, 상기 금속염이 A 사이트(site)에 해당하는 원소의 공급원이다.
우선 금속염과 금속산화물을 혼합하여 페롭스카이트 입자핵을 형성시킬 수 있다.
상기 금속산화물은 티타늄(Ti) 또는 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
티타니아와 지르코니아의 경우 가수분해가 매우 용이하여 별도의 첨가제 없이 순수와 혼합하면 함수티타늄, 함수지르코늄이 겔 형태로 침전될 수 있다.
상기 함수 형태의 금속산화물을 세척하여 불순물을 제거할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 함수금속산화물을 가압으로 필터하여 잔류용액을 제거하고 순수를 부어주면서 필터링하여 입자 표면에 존재하는 불순물을 제거할 수 있다.
다음으로, 상기 함수금속산화물에 순수와 산 또는 염기를 첨가할 수 있다.
필터 후 얻은 함수금속산화물 분말에 순수를 넣고 고점도 교반기로 교반을 시키는데, 0℃ 내지 60℃에서 0.1시간 내지 72시간 유지하여 함수금속산화물 슬러리를 제조할 수 있다.
제조한 슬러리에 산이나 염기를 가할 수 있는데, 상기 산이나 염기는 해교제로서 사용되며, 함수금속산화물 함량 대비 0.00001 내지 0.2 몰로 첨가할 수 있다.
상기 산은 일반적인 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 염산, 질산, 황산, 인산, 개미산, 아세트산, 폴리카르복시산 등이 있으며, 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 염기는 일반적인 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드 또는 테트라 에틸암모늄 하이드록사이드 등이 있으며, 이들을 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 금속염은 수산화바륨 또는 수산화바륨과 희토류염의 혼합물일 수 있다.
상기 희토류염은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란타넘(La), 악티늄(Ac), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오듐(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 또는 루테늄(Lu) 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 혼합물에 추가로 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 전이원소를 더 포함될 수 있다.
상기 페롭스카이트 입자핵을 형성시키는 단계는 60℃ 내지 150℃에서 수행될수 있다.
다음으로, 상기 페롭스카이트 입자핵을 수열 반응기에 투입 및 수열처리하여 수열 반응기 내에서 입성장 시킬 수 있다.
다음으로, 상기 수열 반응기 내로 금속염 수용액을 고압 펌프를 이용하여 투입하여 혼합액을 마련하고, 상기 혼합액을 가열하여 ABO3로 표현되는 페롭스카이트 구조를 가지는 유전체 그레인을 얻을 수 있다.
상기 금속염 수용액은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 질산염 및 아세트산염으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 적층 세라믹 커패시터를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 B-B' 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 적층 세라믹 전자부품은 평균 두께가 0.65 μm 이하인 유전체(11)층을 포함하는 세라믹 본체(110); 및 상기 세라믹 본체(110) 내에서 상기 유전체층(11)을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되는 내부 전극(21, 22);을 포함하며, 상기 유전체층(11)은 ABO3로 표현되는 페롭스카이트 구조를 가지는 유전체 그레인을 포함하며, 상기 유전체 그레인은 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 상기 A 및 B 원소 중 적어도 하나에 고용되어 있는 모재와 전이원소(TR)를 포함하며, 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 내지 0.8인 유전체 조성물을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 적층 세라믹 전자부품에 대하여 설명하되, 특히 적층 세라믹 커패시터(100)로 설명하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 적층 세라믹 커패시터(100)에 있어서, '길이 방향'은 도 1의 'L' 방향, '폭 방향'은 'W' 방향, '두께 방향'은 'T' 방향으로 정의하기로 한다. 여기서 '두께 방향'은 유전체층를 쌓아 올리는 방향 즉 '적층 방향'과 동일한 개념으로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 유전체층(11)을 형성하는 원료는 충분한 정전 용량을 얻을 수 있는 한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 티탄산바륨(BaTiO3) 분말일 수 있다.
상기 티탄산바륨(BaTiO3) 분말을 이용하여 제조된 적층 세라믹 커패시터는 상온 유전율이 높고, 절연 저항 및 내전압 특성이 매우 우수하여 신뢰성 향상이 가능하다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 적층 세라믹 커패시터(100)는 ABO3로 표현되는 페롭스카이트 구조를 가지는 유전체 그레인을 포함하며, 상기 유전체 그레인은 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 상기 A 및 B 원소 중 적어도 하나에 고용되어 있는 모재와 전이원소(TR)를 포함하며, 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 내지 0.8인 유전체 조성물을 포함함으로써, 상온 유전율이 높고, 절연 저항 및 내전압 특성이 매우 우수하여 신뢰성 향상이 가능하다.
상기 유전체층(11)을 형성하는 재료는 티탄산바륨(BaTiO3) 등의 파우더에 본 발명의 목적에 따라 다양한 세라믹 첨가제, 유기용제, 가소제, 결합제, 분산제 등이 첨가될 수 있다.
상기 유전체층(11)의 평균 두께는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 0.65 μm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유전체 조성물은 상기와 같이 유전체층(11)의 평균 두께가 0.65 μm 이하인 경우에 보다 나은 효과를 나타내며, 즉 상기 유전체 조성물을 이용한 적층 세라믹 커패시터의 유전체층의 평균 두께가 0.65 μm 이하인 경우 신뢰성이 우수한 효과가 있다.
또한, 상기 유전체층(11)의 유전율은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 6500 이상일 수 있다.
그외의 특징은 상술한 본 발명의 일 실시형태에 따른 유전체 조성물의 특징과 중복되므로, 여기서 생략하도록 한다.
상기 제1 및 제2 내부 전극(21, 22)을 형성하는 재료는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 은(Ag), 납(Pb), 백금(Pt), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 하나 이상의 물질로 이루어진 도전성 페이스트를 사용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 적층 세라믹 커패시터는 상기 제1 내부전극(21)과 전기적으로 연결된 제1 외부전극(31) 및 상기 제2 내부 전극(22)과 전기적으로 연결된 제2 외부전극(32)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 외부전극(31, 32)은 정전 용량 형성을 위해 상기 제1 및 제2 내부전극(21, 22)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 제2 외부전극(32)은 상기 제1 외부전극(31)과 다른 전위에 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 외부전극(31, 32)은 정전 용량 형성을 위해 상기 제1 및 제2 내부전극(21, 22)과 전기적으로 연결될 수 있는 재질이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag) 및 은-팔라듐(Ag-Pd)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예는 ABO3로 표현되는 페롭스카이트 구조를 가지는 유전체 그레인을 포함하며, 상기 유전체 그레인은 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 상기 A 및 B 원소 중 적어도 하나에 고용되어 있는 모재와 전이원소(TR)를 포함하며, 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 내지 0.8인 유전체 조성물로서 제작하였다.
비교예는 동일한 조성의 유전체 그레인을 포함하는 유전체 조성물을 마련하되, 상기와 같은 본 발명의 수치범위를 벗어나도록 제작한 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하게 제작하였다.
아래 표 1은 상기 유전체 그레인이 포함하는 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)에 따른 절연저항, 정전용량 및 신뢰성을 비교한 표이다.
상기 절연저항(Insulation Resistance, IR)의 측정은 6.3V, 60초의 조건에서 수행되었으며, 시료 20개에 대하여 측정된 값의 로그(Log) 평균값으로 환산하였다.
상기 정전용량은 LCR meter를 이용하여 상기 유전체 조성물을 24시간 열처리하고, 1시간 경과 후 1 kHz, 0.5V에서 측정하였으며, 신뢰성 평가를 위해 130℃, 9.45V, 4시간의 조건으로 40개의 시료에 대하여 불량 개수를 측정하는 방식으로 수행하였다.
상기 정전용량은 최소용량으로서 2.85를 기준으로 03A335 규격의 시료의 용량을 측정하였다.
상기 신뢰성 평가는 40개의 시료 중 불량 개수가 20개 이상의 경우를 불량으로 판정하였다.
TR/RE
 IR (Ω)
정전용량
신뢰성 판정

25 ℃
130 ℃
1*
0.05		 0.6 × 106
0.1 × 104 3.95 불량
2*
0.15		 0.6 × 107 0.1 × 105 3.61 불량
3
0.2		 2.5 × 107
1.5 × 106 3.48 양호
4
0.5		 1.6 × 109
8.5 × 106 3.10 양호
5
0.8		 1.1 × 109
5.5 × 107 2.86 양호
6*
0.85		 2.5 × 109
9.9 × 107 2.65 양호
7*
0.9		 2.6 × 109
1.0 × 109 2.51 불량
8*
1.0		 2.5 × 109
1.1 × 109 2.24 불량
* : 비교예
상기 [표 1]을 참조하면, 시료 1 및 2는 유전체 그레인이 포함하는 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 미만의 경우로서, 원하는 절연저항을 얻을 수 없으며, 신뢰성에 문제가 있음을 알 수 있다.
시료 6 내지 8의 경우에는 유전체 그레인이 포함하는 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.8을 초과하는 경우로서, 원하는 정전 용량을 얻을 수 없으며, 신뢰성에도 문제가 발생할 수 있음을 알 수 있다.
반면, 시료 3 내지 5는 본 발명의 수치 범위를 만족하는 유전체 그레인을 이용하여 제작한 적층 세라믹 커패시터로서, 원하는 절연 저항을 얻을 수 있으며, 정전 용량도 높고, 신뢰성도 우수한 것을 알 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 적층 세라믹 커패시터는 ABO3로 표현되는 페롭스카이트 구조를 가지는 유전체 그레인을 포함하며, 상기 유전체 그레인은 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 상기 A 및 B 원소 중 적어도 하나에 고용되어 있는 모재와 전이원소(TR)를 포함하며, 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 내지 0.8인 유전체 조성물을 포함함으로써, 상온 유전율이 높고, 고용량 및 신뢰성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.
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.
11: 유전체 층
21: 제1 내부전극 22: 제2 내부전극
31, 32: 제1 및 제2 외부 전극
100: 적층 세라믹 커패시터 110: 세라믹 본체

Claims (15)

  1. ABO3로 표현되는 페롭스카이트 구조를 가지는 유전체 그레인을 포함하며, 상기 유전체 그레인은 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 상기 A 및 B 원소 중 적어도 하나에 고용되어 있는 모재와 전이원소(TR)를 포함하며, 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 내지 0.8인 유전체 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 희토류 원소(RE)의 함량은 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.1 at% 내지 1.2 at%인 유전체 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전이원소(TR)의 함량은 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.02 at% 내지 0.8 at%인 유전체 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 A는 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 납(Pb) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 유전체 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 B는 티타늄(Ti) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 유전체 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 희토류 원소는 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란타넘(La), 악티늄(Ac), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오듐(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 및 루테늄(Lu)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 유전체 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 그레인은 BamTiO3 (0.995≤m≤1.010), (Ba1 - XCax)m(Ti1 - yZry)O3 (0.995≤m≤1.010, 0≤x≤0.10, 0<y≤0.20), Bam(Ti1 - xZrx)O3 (0.995≤m≤1.010, x≤0.10)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 유전체 조성물.
  8. 평균 두께가 0.65 μm 이하인 유전체층을 포함하는 세라믹 본체; 및
    상기 세라믹 본체 내에서 상기 유전체층을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되는 내부 전극;을 포함하며, 상기 유전체층은 ABO3로 표현되는 페롭스카이트 구조를 가지는 유전체 그레인을 포함하며, 상기 유전체 그레인은 희토류 원소(RE) 중 하나 이상의 원소가 상기 A 및 B 원소 중 적어도 하나에 고용되어 있는 모재와 전이원소(TR)를 포함하며, 상기 희토류 원소 대비 상기 전이원소의 비(TR/RE)가 0.2 내지 0.8인 유전체 조성물을 포함하는 적층 세라믹 전자부품.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 희토류 원소(RE)의 함량은 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.1 at% 내지 1.2 at%인 적층 세라믹 전자부품.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전이원소(TR)의 함량은 산화물 기준으로 상기 모재 대비 0.02 at% 내지 0.8 at%인 적층 세라믹 전자부품.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 A는 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 납(Pb) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 적층 세라믹 전자부품.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 B는 티타늄(Ti) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 적층 세라믹 전자부품.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 희토류 원소는 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란타넘(La), 악티늄(Ac), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오듐(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 및 루테늄(Lu)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 적층 세라믹 전자부품.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 유전체 그레인은 BamTiO3 (0.995≤m≤1.010), (Ba1 - XCax)m(Ti1 - yZry)O3 (0.995≤m≤1.010, 0≤x≤0.10, 0<y≤0.20), Bam(Ti1 - xZrx)O3 (0.995≤m≤1.010, x≤0.10)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 적층 세라믹 전자부품.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 유전체층의 유전율은 6500 이상인 적층 세라믹 전자부품.
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